JP2020115281A - 無人車両の制御システム及び無人車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】走行コースに従って走行する無人車両の追従性能の低下を抑制すること。【解決手段】無人車両の制御システムは、無人車両の走行速度を制御する走行指令を出力する走行指令部と、無人車両の操舵装置を制御する操舵指令を出力する操舵指令部と、操舵装置の目標値と無人車両の走行において検出された操舵装置の検出値とに基づいて、操舵装置の操舵応答性を算出する応答性算出部と、操舵応答性が制限条件を満足するか否かを判定する判定部と、操舵応答性が制限条件を満足するときに、走行速度を制限する制限指令を出力する制限指令部と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、無人車両の制御システム及び無人車両の制御方法に関する。

鉱山のような広域の作業現場において無人車両が使用される場合がある。作業現場において無人車両の走行コースが設定される。無人車両は操舵装置を有する。無人車両が走行コースに従って走行するように、操舵装置が制御される。

特開平０８−１３７５４９号公報

操舵装置の操舵応答性が低下すると、走行コースに従って走行する無人車両の追従性能が低下する可能性がある。

本発明の態様に従えば、無人車両の走行速度を制御する走行指令を出力する走行指令部と、前記無人車両の操舵装置を制御する操舵指令を出力する操舵指令部と、前記操舵装置の目標値と前記無人車両の走行において検出された前記操舵装置の検出値とに基づいて、前記操舵装置の操舵応答性を算出する応答性算出部と、前記操舵応答性が制限条件を満足するか否かを判定する判定部と、前記操舵応答性が前記制限条件を満足するときに、前記走行速度を制限する制限指令を出力する制限指令部と、を備える、無人車両の制御システムが提供される。

本発明の態様によれば、走行コースに従って走行する無人車両の追従性能の低下を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る管制システム及び無人車両の一例を模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係る無人車両の一例を模式的に示す図である。 図３は、実施形態に係る作業現場の一例を模式的に示す図である。 図４は、実施形態に係る管理装置及び制御装置の一例を示す機能ブロック図である。 図５は、実施形態に係る走行コースの一例を示す図である。 図６は、実施形態に係る無人車両の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図７は、コンピュータシステムの一例を示すブロック図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［管制システム］
図１は、実施形態に係る管制システム１及び無人車両２の一例を模式的に示す図である。無人車両２とは、運転者による運転操作によらずに、無人で走行する車両をいう。無人車両２は、作業現場において稼働する。無人車両２は、作業現場を走行して積荷を運搬する運搬車両の一種であるダンプトラックである。

管制システム１は、管理装置３と、通信システム４とを備える。管理装置３は、コンピュータシステムを含み、例えば鉱山の管制施設５に設置される。通信システム４は、管理装置３と無人車両２との間で通信を実施する。管理装置３に無線通信機６が接続される。通信システム４は、無線通信機６を含む。管理装置３と無人車両２とは、通信システム４を介して無線通信する。無人車両２は、管理装置３から送信される走行コースデータに基づいて、作業現場を走行する。

［無人車両］
無人車両２は、走行装置２１と、走行装置２１に支持される車両本体２２と、車両本体２２に支持されるダンプボディ２３と、制御装置３０とを備える。

走行装置２１は、駆動力を発生する駆動装置２４と、制動力を発生するブレーキ装置２５と、走行方向を調整する操舵装置２６と、車輪２７とを有する。

車輪２７が回転することにより、無人車両２は自走する。車輪２７は、前輪２７Ｆと後輪２７Ｒとを含む。車輪２７にタイヤが装着される。

駆動装置２４は、無人車両２を加速させるための駆動力を発生する。駆動装置２４は、ディーゼルエンジンのような内燃機関を含む。なお、駆動装置２４は、電動機を含んでもよい。駆動装置２４で発生した動力が後輪２７Ｒに伝達される。ブレーキ装置２５は、無人車両２を減速又は停止させるための制動力を発生する。操舵装置２６は、無人車両２の走行方向を調整可能である。無人車両２の走行方向は、車両本体２２の前部の向きを含む。操舵装置２６は、前輪２７Ｆを操舵することによって、無人車両２の走行方向を調整する。

制御装置３０は、駆動装置２４及びブレーキ装置２５の一方又は両方を制御するための走行指令、及び操舵装置２６を制御するための操舵指令を出力する。走行指令は、駆動装置２４を制御するためのアクセル指令及びブレーキ装置２５を制御するためのブレーキ指令を含む。駆動装置２４は、制御装置３０から出力されたアクセル指令に基づいて、無人車両２を加速させるための駆動力を発生する。ブレーキ装置２５は、制御装置３０から出力されたブレーキ指令に基づいて、無人車両２を減速させるための制動力を発生する。駆動装置２４及びブレーキ装置２５の一方又は両方が制御されることにより、無人車両２の走行速度が調整される。操舵装置２６は、制御装置３０から出力された操舵指令に基づいて、無人車両２を直進又は旋回させるために前輪２７Ｆの向きを変えるための操舵力を発生する。

また、無人車両２は、無人車両２の位置を検出する位置検出装置２８を備える。無人車両２の位置が、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用して検出される。全地球航法衛星システムは、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）を含む。全地球航法衛星システムは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定される無人車両２の絶対位置を検出する。全地球航法衛星システムにより、グローバル座標系において規定される無人車両２の位置が検出される。グローバル座標系とは、地球に固定された座標系をいう。位置検出装置２８は、ＧＮＳＳ受信機を含み、無人車両２の絶対位置（座標）を検出する。

また、無人車両２は、無線通信機２９を備える。通信システム４は、無線通信機２９を含む。無線通信機２９は、管理装置３と無線通信可能である。

［油圧システム］
図２は、本開示の実施形態に係る無人車両２の一例を模式的に示す図である。図２に示すように、無人車両２は、油圧システム１０を有する。

油圧システム１０は、駆動装置２４で発生した駆動力により作動する油圧ポンプ１１と、流路を介して油圧ポンプ１１と接続されるバルブ装置１２と、油圧ポンプ１１から供給された作動油に基づいて駆動する第１油圧アクチュエータ１３と、油圧ポンプ１１から供給された作動油に基づいて駆動する第２油圧アクチュエータ１４と、作動油を収容する作動油タンク１５とを有する。

駆動装置２４は、油圧ポンプ１１の動力源である。油圧ポンプ１１は、第１油圧アクチュエータ１３の動力源及び第２油圧アクチュエータ１４の動力源である。油圧ポンプ１１は、駆動装置２４の出力軸と接続され、駆動装置２４で発生した駆動力により作動する。油圧ポンプ１１は、作動油タンク１５に収容されている作動油を吸引して、吐出口から吐出する。

第１油圧アクチュエータ１３は、操舵装置２６を作動する。操舵装置２６は、第１油圧アクチュエータ１３で発生した動力により作動する。第１油圧アクチュエータ１３は、油圧シリンダである。第１油圧アクチュエータ１３は、作動油の流量に基づいて伸縮する。第１油圧アクチュエータ１３が伸縮することにより、第１油圧アクチュエータ１３に連結されている操舵装置２６が作動する。

油圧ポンプ１１から吐出された作動油は、流路１６Ａ、バルブ装置１２、及び流路１６Ｂを介して、第１油圧アクチュエータ１３に供給される。第１油圧アクチュエータ１３から流出した作動油は、流路１６Ｂ、バルブ装置１２、及び流路１６Ｄを介して、作動油タンク１５に戻される。

以下の説明においては、第１油圧アクチュエータ１３を適宜、ステアリングシリンダ１３、と称する。

ステアリングシリンダ１３は、ボトムを有するシリンダチューブ１３１と、シリンダチューブ１３１の内部空間をボトム室１３Ｂとヘッド室１３Ｈとに区画するピストン１３２と、ピストン１３２に連結されるロッド１３３とを備える。流路１６Ｂは、ボトム室１３Ｂに接続される流路１６Ｂｂと、ヘッド室１３Ｈに接続される流路１６Ｂｈとを含む。

油圧ポンプ１１から吐出された作動油は、流路１６Ａ、バルブ装置１２、及び流路１６Ｂｂを介して、ボトム室１３Ｂに供給される。ボトム室１３Ｂに作動油が供給されると、ステアリングシリンダ１３は伸びる。

また、油圧ポンプ１１から吐出された作動油は、流路１６Ａ、バルブ装置１２、及び流路１６Ｂｈを介して、ヘッド室１３Ｈに供給される。ヘッド室１３Ｈに作動油が供給されると、ステアリングシリンダ１３は縮む。

左側の前輪２７Ｆと右側の前輪２７Ｆとはリンク機構を介して連結される。実施形態において、ステアリングシリンダ１３は、ステアリングシリンダ１３Ｌ及びステアリングシリンダ１３Ｒを含む。ステアリングシリンダ１３Ｌ及びステアリングシリンダ１３Ｒの作動により、リンク機構を介して連結されている左側の前輪２７Ｆと右側の前輪２７Ｆとは、同期して作動する。なお、ステアリングシリンダ１３は１つでもよい。

第２油圧アクチュエータ１４は、ダンプボディ２３を作動する。ダンプボディ２３は、第２油圧アクチュエータ１４で発生した動力により作動する。第２油圧アクチュエータ１４は、油圧シリンダである。第２油圧アクチュエータ１４は、作動油に基づいて伸縮する。第２油圧アクチュエータ１４が伸縮することにより、第２油圧アクチュエータ１４に連結されているダンプボディ２３が上下方向に移動する。

油圧ポンプ１１から吐出された作動油は、流路１６Ａ、バルブ装置１２、及び流路１６Ｃを介して、第２油圧アクチュエータ１４に供給される。第２油圧アクチュエータ１４から流出した作動油は、流路１６Ｃ、バルブ装置１２、及び流路１６Ｄを介して作動油タンク１５に戻される。

以下の説明においては、第２油圧アクチュエータ１４を適宜、ホイストシリンダ１４、と称する。

バルブ装置１２は、制御装置３０からの動作指令に基づいて作動する。バルブ装置１２は、ステアリングシリンダ１３及びホイストシリンダ１４のそれぞれに接続される油圧回路１６における作動油の流通状態を調整可能である。バルブ装置１２は、ステアリングシリンダ１３に供給される作動油の流量及び方向を調整可能な第１の流量調整弁と、ホイストシリンダ１４に供給される作動油の流量及び方向とを調整可能な第２の流量調整弁とを含む。

また、油圧回路１６には、ステアリングシリンダ１３に供給される作動油の温度を検出する温度センサ１７が設けられる。温度センサ１７は、ステアリングシリンダ１３に接続されている流路１６Ｂにおける作動油の温度を検出する温度センサ１７Ａと、作動油タンク１５における作動油の温度を検出する温度センサ１７Ｂとを含む。

また、操舵装置２６には、操舵装置２６の操舵角を検出する操舵角センサ１８が設けられる。操舵角センサ１８は、例えばポテンショメータを含む。

［作業現場］
図３は、実施形態に係る作業現場の一例を模式的に示す図である。実施形態において、作業現場は、鉱山又は採石場である。鉱山とは、鉱物を採掘する場所又は事業所をいう。採石場とは、岩石を採掘する場所又は事業所をいう。無人車両２に運搬される積荷として、鉱山又は採石場において掘削された鉱石又は土砂が例示される。

無人車両２は、作業場ＰＡ及び作業場ＰＡに通じる走行路ＨＬの少なくとも一部を走行する。作業場ＰＡは、積込場ＬＰＡ及び排土場ＤＰＡの少なくとも一方を含む。走行路ＨＬは、交差点ＩＳを含む。

積込場ＬＰＡとは、無人車両２に積荷を積載する積込作業が実施されるエリアをいう。積込場ＬＰＡにおいて、油圧ショベルのような積込機７が稼働する。排土場ＤＰＡとは、無人車両２から積荷が排出される排出作業が実施されるエリアをいう。排土場ＤＰＡには、例えば破砕機８が設けられる。

以下の説明において、走行路ＨＬ及び作業場ＰＡのような、作業現場において無人車両２が走行可能なエリアを適宜、走行エリアＭＡ、と称する。

無人車両２は、無人車両２の走行条件を示す走行コースデータに基づいて、走行エリアＭＡを走行する。図３に示すように、走行コースデータは、間隔をあけて設定された複数のコース点ＣＰを含む。コース点ＣＰは、走行エリアＭＡにおける無人車両２の目標位置を規定する。複数のコース点ＣＰのそれぞれに、無人車両２の目標走行速度Ｖ_Ｒ及び目標走行方位Ｄ_Ｒが設定される。また、走行コースデータは、走行エリアＭＡに設定される走行コースＣ_Ｒを含む。走行コースＣ_Ｒは、無人車両２の目標走行経路を示す。走行コースＣ_Ｒは、複数のコース点ＣＰを結ぶ線によって規定される。

走行コースデータは、管理装置３において生成される。管理装置３は、生成した走行コースデータを、通信システム４を介して無人車両２の制御装置３０に送信する。制御装置３０は、走行コースデータに基づいて、無人車両２が走行コースＣ_Ｒに従って走行し、複数のコース点ＣＰのそれぞれに設定されている目標走行速度Ｖ_Ｒ及び目標走行方位Ｄ_Ｒに従って走行するように、走行装置２１を制御する。

［管理装置及び制御装置］
図４は、実施形態に係る管理装置３及び制御装置３０の一例を示す機能ブロック図である。制御装置３０は、通信システム４を介して管理装置３と通信可能である。

管理装置３は、走行コースデータを生成する走行コースデータ生成部３Ａと、記憶部３Ｂと、通信部３Ｃとを有する。

走行コースデータ生成部３Ａは、無人車両２の走行コースＣ_Ｒを含む走行コースデータを生成する。記憶部３Ｂは、走行コースデータ生成部３Ａにおいて走行コースデータを生成するために必要なプログラムを記憶する。走行コースデータ生成部３Ａは、生成した走行コースデータを通信部３Ｃに出力する。通信部３Ｃは、走行コースデータを無人車両２の制御装置３０に送信する。

制御装置３０は、通信部３１と、走行コースデータ取得部３２と、検出操舵角取得部３３と、検出操舵速度算出部３４と、目標操舵角算出部３５と、応答性算出部３６と、判定部３７と、制限指令部３８と、走行指令部４１と、操舵指令部４２と、記憶部４０とを備える。

走行コースデータ取得部３２は、管理装置３から送信された走行コースデータを、通信部３１を介して取得する。上述のように、走行コースデータは、走行コースＣ_Ｒ、無人車両２の目標走行速度Ｖ_Ｒ、及び無人車両２の目標走行方位Ｄ_Ｒを含む。

検出操舵角取得部３３は、操舵角センサ１８により検出された操舵装置２６の操舵角δを示す検出操舵角δ_Ｓを取得する。検出操舵角δ_Ｓは、操舵角センサ１８の検出データを示す。

検出操舵速度算出部３４は、検出操舵角δ_Ｓに基づいて、操舵装置２６の検出操舵速度γ_Ｓを算出する。検出操舵速度算出部３４は、操舵角センサ１８の検出データを微分処理することにより、検出操舵速度γ_Ｓを算出する。

目標操舵角算出部３５は、走行コースデータにより規定される無人車両２の目標走行方位Ｄ_Ｒ、及び走行コースＣ_Ｒと無人車両２の実際の走行軌跡Ｃ_Ｓとのずれ量に基づいて、目標操舵角δ_Ｒを算出する。

応答性算出部３６は、操舵装置２６の目標値と無人車両２の走行において検出された操舵装置２６の検出値とに基づいて、操舵装置２６の操舵応答性を算出する。操舵装置２６の目標値は、目標操舵角δ_Ｒ及び目標操舵速度γ_Ｒの少なくとも一方を含む。操舵装置２６の検出値は、検出操舵角δ_Ｓ及び検出操舵速度γ_Ｓの少なくとも一方を含む。実施形態において、応答性算出部３６は、目標操舵角算出部３５により算出された操舵装置２６の目標操舵角δ_Ｒと無人車両２の走行において検出された操舵装置２６の検出操舵角δ_Ｓとに基づいて、操舵装置２６の操舵応答性を算出する。

操舵装置２６の操舵応答性は、目標操舵角δ_Ｒと検出操舵角δ_Ｓとの差Δδを含む。また、操舵装置２６の操舵応答性は、無人車両２の走行において検出される操舵装置２６の検出操舵速度γ_Ｓを含む。操舵装置２６の操舵応答性は、差Δδ及び検出操舵速度γ_Ｓのいずれか一方でもよい。なお、操舵装置２６の操舵応答性は、差Δδ及び検出操舵速度γ_Ｓの両方を含むことが好ましい。

判定部３７は、応答性算出部３６により算出された操舵応答性が制限条件を満足するか否かを判定する。

実施形態において、制限条件は、目標操舵角δ_Ｒと検出操舵角δ_Ｓとの差Δδが第１閾値δ_１以上である条件、及び無人車両２の走行において検出される操舵装置２６の検出操舵速度γ_Ｓが第２閾値δ_２以下である条件の一方又は両方を含む。第１閾値δ_１及び第２閾値δ_２を含む制限条件は、予め定められており、記憶部４０に記憶されている。

制限指令部３８は、操舵応答性が制限条件を満足すると判定部３７に判定されたときに、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを制限する制限指令を出力する。

走行指令部４１は、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを制御する走行指令を出力する。走行指令は、駆動装置２４を制御するアクセル指令及びブレーキ装置２５を制御するブレーキ指令を含む。アクセル指令が駆動装置２４に出力されたり、ブレーキ指令がブレーキ装置２５に出力されたりすることにより、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓが制御される。

制限指令部３８から制限指令が出力されていないとき、走行指令部４１は、走行コースデータにより規定される無人車両２の目標走行速度Ｖ_Ｒに基づいて、走行指令を出力する。すなわち、制限指令部３８から制限指令が出力されていない場合、走行指令部４１は、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓが目標走行速度Ｖ_Ｒになるように、走行指令を出力する。

制限指令部３８から制限指令が出力されたとき、走行指令部４１は、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓが目標走行速度Ｖ_Ｒよりも低い制限走行速度Ｖ_Ｌになるように、走行指令を出力する。

制限指令部３８から制限指令が出力されたとき、走行指令部４１は、目標走行速度Ｖ_Ｒから制限走行速度Ｖ_Ｌまで一定の減速度で減速するように、走行指令を出力する。

また、判定部３７は、応答性算出部３６により算出された操舵応答性が解除条件を満足するか否かを判定する。

解除条件は、目標操舵角δ_Ｒと検出操舵角δ_Ｓとの差Δδが第１閾値δ_１未満である条件を含む。第１閾値δ_１を含む解除条件は、予め定められており、記憶部４０に記憶されている。なお、解除条件は、第１閾値δ_１に基づいて規定されてもよいし、第１閾値δ_１とは異なる第３閾値δ_３に基づいて規定されてもよい。

制限指令部３８は、操舵応答性が解除条件を満足すると判定部３７に判定されたときに、制限指令を解除する。

制限指令が解除されたとき、走行指令部４１は、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓが目標走行速度Ｖ_Ｒになるように、走行指令を出力する。

制限指令が解除されたとき、走行指令部４１は、制限走行速度Ｖ_Ｌから目標走行速度Ｖ_Ｒまで一定の加速度で加速するように、走行指令を出力する。

操舵指令部４２は、無人車両２の操舵装置２６を制御する操舵指令を出力する。操舵指令部４２は、走行コースデータにより規定される無人車両２の目標走行方位Ｄ_Ｒ、及び走行コースＣ_Ｒと無人車両２の実際の走行軌跡Ｃ_Ｓとのずれ量に基づいて、操舵指令を出力する。実施形態において、操舵指令部４２は、操舵装置２６が目標操舵角δ_Ｒになるように、操舵指令を出力する。

上述のように、操舵装置２６は、ステアリングシリンダ１３により作動する。ステアリンスシリンダ１３の作動速度（シリンダ速度）は、ステアリングシリンダ１３に供給される作動油の流量によって調整される。バルブ装置１２は、ステアリングシリンダ１３に供給される作動油の流量を調整する第１の流量調整弁を有する。操舵指令部４２は、操舵指令として、第１の流量調整弁に電流を供給する。無人車両２を旋回させるとき、操舵指令部４２は、操舵装置２６が最大操舵速度γ_ＭＡＸで作動するように、第１の流量調整弁に操舵指令（電流）を最大値で出力する。すなわち、無人車両２を旋回させるとき、操舵指令部４２は、操舵装置２６が最大操舵速度γ_ＭＡＸで作動するように、ステアリングシリンダ１３に供給される作動油の流量を調整する第１の流量調整弁を全開状態にする。

応答性算出部３６は、目標操舵角δ_Ｒと操舵指令部４２から操舵指令が最大値で出力されているときの検出操舵角δ_Ｓとに基づいて、操舵応答性を算出する。すなわち、応答性算出部３６は、目標操舵角δ_Ｒと操舵装置２６が最大操舵速度γ_ＭＡＸで作動するように操舵指令が出力されているときの検出操舵角δ_Ｓとの差Δδを算出する。

［走行コース］
図５は、実施形態に係る走行コースＣ_Ｒの一例を示す図である。図５に示すように、無人車両２は、走行コースＣ_Ｒに従って走行するように制御される。操舵装置２６の操舵応答性が低下すると、図５に示すように、無人車両２の実際の走行軌跡Ｃ_Ｓは、走行コースＣ_Ｒから外れてしまう。走行コースＣ_Ｒと実際の走行軌跡Ｃ_Ｓとのずれ量が設定値以上になった場合、無人車両２の走行を停止する必要がある。その結果、作業現場の生産性が低下する可能性がある。

操舵装置２６を目標操舵角δ_Ｒにするために操舵指令部４２が操舵装置２６（バルブ装置１２）に操舵指令を出力してから、操舵装置２６の実際の操舵角δ（検出操舵角δ_Ｓ）が目標操舵角δ_Ｒになるまでタイムラグが発生する可能性がある。操舵応答性が悪いと、目標操舵角δ_Ｒと、操舵装置２６を目標操舵角δ_Ｒにするために操舵指令が出力された時点における検出操舵角δ_Ｓ）との差Δδは、大きくなってしまう。

また、上述のように、操舵指令部４２は、無人車両２を旋回させるとき、操舵装置２６が最大操舵速度γ_ＭＡＸで作動するように、操舵指令を最大値で出力する。操舵応答性が悪いと、操舵指令が最大値で出力されているにもかかわらず、実際の操舵速度γ（検出操舵速度γ_Ｓ）は、最大操舵速度γ_ＭＡＸよりも小さい値になってしまう。

そのため、実施形態においては、応答性算出部３６は、操舵装置２６の操舵応答性として、目標操舵角δ_Ｒと検出操舵角δ_Ｓとの差Δδ、及び無人車両２の走行において検出される操舵装置２６の検出操舵速度γ_Ｓを算出する。

なお、操舵応答性が悪化する原因の一つとして、路面の状態が例示される。路面に凹凸があったり、ぬかるんでいたりする場合、操舵応答性は悪化する。

また、操舵応答性が悪化する原因の一つとして、ステアリングシリンダ１３を作動させる作動油の温度の低下が例示される。作動油の温度が低下し、作動油の粘度が高くなると、バルブ装置１２に操舵指令が最大値で出力されても、操舵装置２６の実際の操舵角δ（検出操舵角δ_Ｓ）が目標操舵角δ_Ｒになるまでに時間を要したり、操舵装置２６の実際の操舵速度γ（検出操舵速度γ_Ｓ）が不足したりして、操舵応答性が悪化する。

また、操舵応答性が悪化する原因の一つとして、走行コースＣ_Ｒの形状が例示される。例えば、走行コースＣ_Ｒのカーブの曲率が大きい場合、操舵応答性は悪化する。

操舵応答性が低い状況にもかかわらず、無人車両２が目標走行速度Ｖ_Ｒで旋回すると、図５に示すように、無人車両２の実際の走行軌跡Ｃ_Ｓは、走行コースＣ_Ｒから外れてしまう可能性が高くなる。作業現場の生産性の低下の抑制のために、目標走行速度Ｖ_Ｒは、操舵応答性が良好な状態を想定して設定される。すなわち、目標走行速度Ｖ_Ｒは、可能な限り高い走行速度に設定される。そのため、操舵応答性が低いと、目標走行速度Ｖ_Ｒで走行する無人車両２は、走行コースＣ_Ｒから外れてしまう可能性が高くなる。

そこで、無人車両２が旋回するときにおいて、操舵応答性が制限条件を満足する場合、走行指令部４１は、制限指令部３８から出力された制限指令に基づいて、無人車両２を目標走行速度Ｖ_Ｒよりも低い制限走行速度Ｖ_Ｌで走行させる。これにより、操舵装置２６の操舵応答性が低くても、無人車両２は、走行コースＣ_Ｒに従って走行することができる。操舵応答性が制限条件を満足しない場合又は操舵応答性が解除条件を満足する場合、走行指令部４１は、無人車両２を目標走行速度Ｖ_Ｒで走行させる。操舵装置２６の操舵応答性が高いため、無人車両２は、走行コースＣ_Ｒに従って走行することができる。

［制御方法］
図６は、実施形態に係る無人車両２の制御方法の一例を示すフローチャートである。管理装置３において、走行コースデータ生成部３Ａは、走行コースデータを生成する。走行コースデータ生成部３Ａにおいて生成された走行コースデータは、通信システム４を介して制御装置３０に送信される。走行コースデータ取得部３２は、走行コースデータを取得する。走行指令部４１は、走行コースデータに基づいて、無人車両２を走行させる。無人車両２は、走行コースデータに基づいて、目標走行速度Ｖ_Ｒで走行する。

走行コースＣ_Ｒにカーブがある場合、目標操舵角算出部３５は、目標走行方位Ｄ_Ｒに基づいて、目標操舵角δ_Ｒを算出する。操舵指令部４２は、操舵装置２６が目標操舵角δ_Ｒになるように、走行コースＣ_Ｒと無人車両２の実際の走行軌跡Ｃ_Ｓとのずれ量を考慮して、操舵装置２６（バルブ装置１２）に操舵指令を出力する。検出操舵角取得部３３は、操舵指令が出力されているときの検出操舵角δ_Ｓを操舵角センサ１８から取得する。検出操舵速度算出部３４は、検出操舵角δ_Ｓに基づいて、検出操舵速度γ_Ｓを算出する。

応答性算出部３６は、操舵装置２６の目標操舵角δ_Ｒと無人車両２の走行において検出された検出操舵角δ_Ｓとに基づいて、操舵装置２６の操舵応答性を算出する。応答性算出部３６は、操舵応答性として、目標操舵角δ_Ｒと検出操舵角δ_Ｓとの差Δδを算出する。また、応答性算出部３６は、操舵応答性として、検出操舵速度γ_Ｓを検出操舵速度算出部３４から取得する。

応答性算出部３６は、操舵指令部４２から操舵指令が出力されている状態が閾値ｔ１［秒］以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ１）。

操舵指令部４２から操舵指令が出力された直後においては、ステアリングシリンダ１３に作用する油圧が不足している可能性がある。すなわち、操舵指令部４２から操舵指令が出力された直後においては、油圧の応答遅れに起因して、操舵応答性を精度良く算出することが困難となる可能性がある。実施形態においては、油圧の応答遅れを考慮して、操舵指令部４２から操舵指令が出力されている状態が閾値ｔ１以上継続しているか否かが判定される。操舵指令部４２から操舵指令が出力されている状態が閾値ｔ１以上継続していると判定された後に、操舵応答性が算出されることにより、油圧の応答遅れの影響が抑制された操舵応答性を精度良く算出することができる。なお、閾値ｔ１は、予備実験又はシミュレーション実験等に基づいて予め設定される値である。

ステップＳ１において、操舵指令が出力されている状態が閾値ｔ１［秒］以上継続していないと判定した場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。

ステップＳ１において、操舵指令が出力されている状態が閾値ｔ１［秒］以上継続していると判定した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、応答性算出部３６は、操舵指令が最大値で出力されている状態が閾値ｔ２［秒］以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において、操舵指令が最大値で出力されている状態が閾値ｔ２［秒］以上継続していないと判定した場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。

ステップＳ２において、操舵指令が最大値で出力されている状態が閾値ｔ２［秒］以上継続していると判定した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、判定部３７は、操舵装置２６の操舵応答性が制限条件を満足するか否かを判定する。判定部３７は、目標操舵角δ_Ｒと検出操舵角δ_Ｓとの差Δδが第１閾値δ_１以上である条件（Δδ≧δ_１）と、無人車両２の走行において検出される操舵装置２６の検出操舵速度γ_Ｓが第２閾値γ_２以下である条件（γ_Ｓ≦γ_２）との両方の条件を満足するか否かを判定する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、操舵応答性が制限条件を満足しないと判定された場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。

ステップＳ３において、操舵応答性が制限条件を満足すると判定された場合、すなわち、［Δδ≧δ_１］かつ［γ_Ｓ≦γ_２］の条件が満足すると判定された場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、制限指令部３８は、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを制限する制限指令を走行指令部４１に出力する（ステップＳ４）。

制限指令部３８から制限指令が出力された場合、走行指令部４１は、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓが目標走行速度Ｖ_Ｒよりも低い制限走行速度Ｖ_Ｌになるように、走行指令を出力する。走行指令部４１は、目標走行速度Ｖ_Ｒから制限走行速度Ｖ_Ｌまで一定の減速度で減速するように、走行指令を出力する。これにより、無人車両２は、制限走行速度Ｖ_Ｌで走行する。操舵装置２６の操舵応答性が制限条件を満足する状況においても、すなわち、操舵装置２６の操舵応答性が低い状況においても、無人車両２は、目標走行速度Ｖ_Ｒよりも低い制限走行速度Ｖ_Ｌで走行コースＣ_Ｒのカーブを旋回するので、走行コースＣ_Ｒから外れることが抑制される。

なお、無人車両２が制限走行速度Ｖ_Ｌまで減速するとき、管制施設５に設けられている表示装置に警告データが表示される。管制施設５に存在する管理者は、表示装置を見て、無人車両２が制限走行速度Ｖ_Ｌまで減速していることを認識することができる。上述のように、操舵応答性が悪化する原因の一つとして、路面の状態が例示される。管理者は、表示装置に表示された警告データに基づいて、路面の状態が改善されるように、走行路ＨＬの補修指示を有人車両又は作業者に通知することができる。路面の状態が改善されることにより、無人車両２は減速しなくても済むため、作業現場の生産性の低下が抑制される。

また、上述のように、操舵応答性が悪化する原因の一つとして、走行コースＣ_Ｒの形状が例示される。例えば、走行コースＣ_Ｒのカーブの曲率が大きい場合、操舵応答性は悪化する。走行コースＣ_Ｒのカーブの曲率が小さくなるように、走行コースデータが調整されることにより、無人車両２は減速しなくても済むため、作業現場の生産性の低下が抑制される。

判定部３７は、操舵装置２６の操舵応答性が解除条件を満足するか否かを判定する。本開示において、判定部３７は、目標操舵角δ_Ｒと検出操舵角δ_Ｓとの差Δδが第１閾値δ_１未満である条件（Δδ＜δ_１）が閾値ｔ３［秒］以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ５）。

ステップＳ５において、操舵応答性が解除条件を満足しないと判定された場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。

ステップＳ５において、操舵応答性が解除条件を満足すると判定された場合、すなわち、［Δδ＜δ_１］の条件が満足すると判定された場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、制限指令部３８は、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを制限する制限指令を解除する（ステップＳ６）。

制限指令が出力された場合、走行指令部４１は、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓが目標走行速度Ｖ_Ｒになるように、走行指令を出力する。走行指令部４１は、制限走行速度Ｖ_Ｌから目標走行速度Ｖ_Ｒまで一定の加速度で加速するように、走行指令を出力する。これにより、無人車両２は、目標走行速度Ｖ_Ｒで走行する。例えば、無人車両２が走行コースＣ_Ｒのカーブの旋回を終了し、直線状の走行コースＣ_Ｒに従って走行する場合、無人車両２は、制限走行速度Ｖ_Ｌよりも高い目標走行速度Ｖ_Ｒで走行するので、作業現場の生産性の低下が抑制される。

［効果］
以上説明したように、本開示によれば、操舵装置２６の操舵応答性が低い場合、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓが制限される。これにより、無人車両２が走行コースＣ_Ｒから外れてしまうことが抑制される。

操舵応答性は、操舵角センサ１８により検出される操舵装置２６の検出値に基づいて算出される。操舵応答性は、例えば管制施設５を介することなく、操舵角センサ１８の検出値に基づいて算出されるため、操舵応答性が算出されてから無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓが制限されるまでのタイムラグを短くすることができる。すなわち、操舵応答性を算出する処理及び無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを制限する処理が短時間で実行される。したがって、無人車両２が走行コースＣ_Ｒから外れてしまう前に、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを低減することができる。

制限指令が出力されていないとき、無人車両２は、走行コースデータにより規定される目標走行速度Ｖ_Ｒに基づいて走行する。制限指令が出力されたとき、無人車両２は、目標走行速度Ｖ_Ｒよりも低い制限走行速度Ｖ_Ｌで走行する。これにより、無人車両２が走行コースＣ_Ｒから外れてしまうことが抑制される。

制限指令が出力されたとき、無人車両２は、目標走行速度Ｖ_Ｒから制限走行速度Ｖ_Ｌまで一定の減速度で減速する。これにより、無人車両２の急減速が抑制される。

操舵指令部４２は、無人車両２を旋回させるとき、操舵装置２６が最大操舵速度γ_ＭＡＸで作動するように、操舵指令を最大値で出力する。本開示においては、応答性算出部３６は、目標操舵角δ_Ｒと操舵指令部４２から操舵指令が最大値で出力されているときの検出操舵角δ_Ｓとに基づいて、操舵応答性を算出する。制限指令部３８は、操舵指令部４２から操舵指令が最大値で出力されているとき、無人車両２が走行コースＣ_Ｒから外れることを抑制するために、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを制限する制限指令を出力する。例えば、操舵装置２６が最大操舵速度γ_ＭＡＸで作動していない状態においては、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを制限することなく、操舵装置２６を制御することにより、無人車両２が走行コースＣ_Ｒから外れることを抑制できる可能性がある。本開示においては、操舵装置２６が最大操舵速度γ_ＭＡＸで作動するように操舵指令が最大値で出力されている状態において、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを制限することにより、無人車両２が走行コースＣ_Ｒから外れることを効果的に抑制することができる。

［コンピュータシステム］
図７は、コンピュータシステム１０００の一例を示すブロック図である。上述の管理装置３及び制御装置３０のそれぞれは、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の管理装置３の機能及び制御装置３０の機能は、プログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、プログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、プログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。

コンピュータシステム１０００は、上述の実施形態に従って、無人車両２の操舵装置２６の目標値と無人車両２の走行において検出された操舵装置２６の検出値とに基づいて、操舵装置２６の操舵応答性を算出することと、操舵応答性が制限条件を満足するときに、無人車両２の走行速度Ｖ_Ｓを制限することと、を実行することができる。

［その他の実施形態］
上述の実施形態においては、目標操舵角δ_Ｒと検出操舵角δ_Ｓとに基づいて、操舵装置２６の操舵応答性が算出されることとした。目標操舵速度γ_Ｒと検出操舵速度γ_Ｓとに基づいて、操舵装置２６の操舵応答性が算出されてもよい。例えば、目標操舵速度γ_Ｒと検出操舵速度γ_Ｓとの差Δγに基づいて、操舵装置２６の操舵応答性が算出されてもよい。

なお、上述の実施形態において、無人車両２の制御装置３０の機能の少なくとも一部が管理装置３に設けられてもよいし、管理装置３の機能の少なくとも一部が制御装置３０に設けられてもよい。

上述の実施形態においては、走行コースデータが管理装置３において生成され、無人車両２は管理装置３から送信された走行コースデータに従って走行することとした。無人車両２の制御装置３０が走行コースデータを生成してもよい。すなわち、制御装置３０が走行コースデータ生成部を有してもよい。また、管理装置３及び制御装置３０のそれぞれが走行コースデータ生成部を有してもよい。

上述の実施形態においては、無人車両２は、走行コースデータに基づいて走行することとした。無人車両２は、遠隔操作により走行してもよいし、自律走行してもよい。

上述の実施形態においては、無人車両２が運搬車両の一種であるダンプトラックであることとした。無人車両２は、例えば油圧ショベル又はブルドーザのような作業機を備える作業機械でもよい。

１…管制システム、２…無人車両、３…管理装置、３Ａ…走行コースデータ生成部、３Ｂ…記憶部、３Ｃ…通信部、４…通信システム、５…管制施設、６…無線通信機、７…積込機、８…破砕機、１０…油圧システム、１１…油圧ポンプ、１２…バルブ装置、１３…ステアリングシリンダ（第１油圧アクチュエータ）、１３Ｂ…ボトム室、１３Ｈ…ヘッド室、１３Ｌ…ステアリングシリンダ、１３Ｒ…ステアリングシリンダ、１４…ホイストシリンダ（第２油圧アクチュエータ）、１５…作動油タンク、１６…油圧回路、１６Ａ…流路、１６Ｂ…流路、１６Ｂｂ…流路、１６Ｂｈ…流路、１６Ｃ…流路、１６Ｄ…流路、１７…温度センサ、１７Ａ…温度センサ、１７Ｂ…温度センサ、１８…操舵角センサ、２１…走行装置、２２…車両本体、２３…ダンプボディ、２４…駆動装置、２５…ブレーキ装置、２６…操舵装置、２７…車輪、２７Ｆ…前輪、２７Ｒ…後輪、２８…位置検出装置、２９…無線通信機、３０…制御装置、３１…通信部、３２…走行コースデータ取得部、３３…検出操舵角取得部、３４…検出操舵速度算出部、３５…目標操舵角算出部、３６…応答性算出部、３７…判定部、３８…制限指令部、４０…記憶部、４１…走行指令部、４２…操舵指令部、Ｃ_Ｒ…走行コース、Ｃ_Ｓ…走行軌跡、Ｄ_Ｒ…目標走行方位、Ｖ_Ｒ…目標走行速度。

Claims (8)

1. 無人車両の走行速度を制御する走行指令を出力する走行指令部と、
   前記無人車両の操舵装置を制御する操舵指令を出力する操舵指令部と、
   前記操舵装置の目標値と前記無人車両の走行において検出された前記操舵装置の検出値とに基づいて、前記操舵装置の操舵応答性を算出する応答性算出部と、
   前記操舵応答性が制限条件を満足するか否かを判定する判定部と、
   前記操舵応答性が前記制限条件を満足するときに、前記走行速度を制限する制限指令を出力する制限指令部と、を備える、
   無人車両の制御システム。
2. 前記無人車両の目標走行速度及び目標走行方位を含む走行コースデータを取得する走行コースデータ取得部を備え、
   前記走行指令部は、前記目標走行速度に基づいて、前記走行指令を出力し、
   前記制限指令が出力されたとき、前記走行指令部は、前記無人車両の走行速度が前記目標走行速度よりも低い制限走行速度になるように、前記走行指令を出力する、
   請求項１に記載の無人車両の制御システム。
3. 前記制限指令が出力されたとき、前記走行指令部は、前記目標走行速度から前記制限走行速度まで一定の減速度で減速するように、前記走行指令を出力する、
   請求項２に記載の無人車両の制御システム。
4. 前記目標値は、目標操舵角を含み、
   前記検出値は、検出操舵角を含み、
   前記目標走行方位に基づいて、前記目標操舵角を算出する目標操舵角算出部を備え、
   前記操舵指令部は、前記操舵装置が前記目標操舵角になるように、操舵指令を出力し、
   前記応答性算出部は、前記目標操舵角と前記操舵指令部から前記操舵指令が最大値で出力されているときの前記検出操舵角とに基づいて、前記操舵応答性を算出する、
   請求項２又は請求項３に記載の無人車両の制御システム。
5. 前記制限条件は、前記目標値と前記検出値との差が第１閾値以上である条件、及び前記無人車両の走行において検出される前記操舵装置の検出値が第２閾値以下である条件の一方又は両方を含む、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無人車両の制御システム。
6. 前記判定部は、前記操舵応答性が解除条件を満足するか否かを判定し、
   前記制限指令部は、前記操舵応答性が前記解除条件を満足するときに、前記制限指令を解除する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の無人車両の制御システム。
7. 前記解除条件は、前記目標値と前記検出値との差が第１閾値未満である条件を含む、
   請求項６に記載の無人車両の制御システム。
8. 無人車両の操舵装置の目標値と前記無人車両の走行において検出された前記操舵装置の検出値とに基づいて、前記操舵装置の操舵応答性を算出することと、
   前記操舵応答性が制限条件を満足するときに、前記無人車両の走行速度を制限することと、
   を含む無人車両の制御方法。

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