JP2020164160A - Automatic travel farm field work vehicle - Google Patents
Automatic travel farm field work vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020164160A JP2020164160A JP2020081146A JP2020081146A JP2020164160A JP 2020164160 A JP2020164160 A JP 2020164160A JP 2020081146 A JP2020081146 A JP 2020081146A JP 2020081146 A JP2020081146 A JP 2020081146A JP 2020164160 A JP2020164160 A JP 2020164160A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steering
- target
- deviation
- value
- vehicle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 69
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 5
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本発明は、設定された目標走行経路に沿って自動操舵走行する自動走行圃場作業車両に関する。 The present invention relates to an automatic traveling field work vehicle that automatically steers and travels along a set target traveling route.
設定された目標走行経路に沿って自動操舵される自動操舵機能を有する作業車両として、特許文献1には、GPS装置により計測される位置情報に基づいて、ティーチング経路生成手段により生成されたティーチング経路に対して平行な目標経路を生成し、該目標経路上を自律的に走行する田植機が開示されている。この田植機では、自動走行中の実際の走行経路をGPSユニットにより測定し、目標経路と実際の走行目標経路のずれ量が演算され、予め設定した閾値と比較される。その際、目標経路方向と進行方向とが成す角度をずれ量としており、そのずれ量が閾値を越えている場合には、基準線に対するずれの方向を検知して判定を行い、左方にずれが生じている場合にはそのズレ量に応じてステアリング装置を右方向に補正し、右方にズレが生じている場合にはそのズレ量に応じてステアリング装置を左方向に補正する。しかしながら、このような自動走行の原理を採用した作業車両では、目標経路方向と進行方向とが成す角度だけを走行ズレとして操舵制御に用いているので、目標経路と車体とが接近しているのにずれ量だけが大きい場合や、ずれ量が小さいのに目標経路と車体とが遠く離れている場合には適正な走行が困難となる。 As a work vehicle having an automatic steering function that is automatically steered along a set target traveling path, Patent Document 1 describes a teaching path generated by a teaching path generating means based on position information measured by a GPS device. A rice transplanter that generates a target route parallel to the target route and autonomously travels on the target route is disclosed. In this rice transplanter, the actual traveling route during automatic traveling is measured by the GPS unit, the amount of deviation between the target route and the actual traveling target route is calculated, and is compared with a preset threshold value. At that time, the angle formed by the target path direction and the traveling direction is used as the deviation amount, and if the deviation amount exceeds the threshold value, the deviation direction with respect to the reference line is detected and determined, and the deviation is left. If there is a deviation, the steering device is corrected to the right according to the amount of deviation, and if there is a deviation to the right, the steering device is corrected to the left according to the amount of deviation. However, in a work vehicle that adopts the principle of automatic driving, only the angle formed by the target route direction and the traveling direction is used for steering control as a traveling deviation, so that the target route and the vehicle body are close to each other. If only the amount of deviation is large, or if the amount of deviation is small but the target route and the vehicle body are far apart, proper driving becomes difficult.
特許文献2で開示されている車両系の走行制御技術では、いろいろな曲率が混在する目標走行経路(目標軌道)に対しては、目標走行経路からの横ずれ量と方位角のずれ量及び目標走行経路の曲率を計測し、2つのずれ量及び曲率に応じた操舵角が演算出力される。具体的には、車両位置が目標走行経路の法線方向になるように参照点を設け、その座標系に対して、座標系を車両位置の絶対座標系から参照点を基準とした相対座標系に変換するとともに、目標走行経路からの相対的な横ずれ及び方位角のずれを計算し、比例制御によりずれ量に応じたフィードバック的な操作量と、目標軌道の曲率及び横ずれ量に応じたフィードフォワード的な操作量により、操舵角が求められる。しかしながら、舗装された道路を走行する自動車などには有効であるかもしれないが、田植機やトラクタやコンバインさらには芝刈機などの農業作業機、あるいはドーザなどの土木作業機では、その走行速度は低速であることから同じ操舵角では高速走行する車両に比べて走行ズレの解消に時間がかかる。さらには、スリップや土塊の乗り上げなどによって瞬時に目標位置からの位置ずれが生じることがある。このため、特許文献2に開示された走行制御技術を、そのまま作業車両の自動操舵走行に適用することができない。 In the vehicle-based travel control technology disclosed in Patent Document 2, for a target travel path (target track) in which various curvatures are mixed, the amount of lateral deviation from the target travel path, the amount of azimuth deviation, and the target travel The curvature of the path is measured, and the steering angle corresponding to the two deviation amounts and the curvature is calculated and output. Specifically, a reference point is provided so that the vehicle position is in the normal direction of the target travel path, and the coordinate system is relative to the coordinate system based on the reference point from the absolute coordinate system of the vehicle position. In addition to converting to, the relative lateral deviation and azimuth deviation from the target travel path are calculated, and the feedback operation amount according to the deviation amount and the feed forward according to the curvature and lateral deviation amount of the target trajectory are calculated by proportional control. The steering angle is determined by the amount of operation. However, although it may be effective for automobiles traveling on paved roads, the traveling speed of rice transplanters, tractors, combines, agricultural work machines such as lawnmowers, and civil engineering work machines such as dozers is high. Since the speed is low, it takes more time to eliminate the travel deviation than a vehicle traveling at high speed at the same steering angle. Furthermore, the position may be instantly deviated from the target position due to slipping or riding on a mass of soil. Therefore, the travel control technology disclosed in Patent Document 2 cannot be directly applied to the automatic steering travel of the work vehicle.
上記実情に鑑み、本発明の目的は、設定された目標走行経路に沿って、作業走行中であっても、高い精度をもって自動操舵走行することができる自動走行圃場作業車両を提供することである。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an automatic traveling field work vehicle capable of automatically steering and traveling with high accuracy even during work traveling along a set target traveling route. ..
圃場に設定された目標走行経路に沿って自動操舵走行する、本発明による自動走行圃場作業車両は、自車位置を算定する自車位置算定部と、自車の走行方位を算定する自車方位算定部と、前記目標走行経路に対する前記自車の横方向の位置ずれである位置偏差を演算する位置偏差演算部と、前記目標走行経路の方位線と前記走行方位との間の方位偏差を演算する方位偏差演算部と、前記位置偏差と目標位置偏差とを入力パラメータとして第1操舵値を出力する第1制御演算部と、前記方位偏差と目標方位偏差と前記位置偏差とを入力パラメータとして第2操舵値を出力する第2制御演算部と、前記第1操舵値と前記第2操舵値とに基づいて前記目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値を出力する目標操舵演算部と、前記目標操舵値を入力として操舵駆動信号を出力する操舵駆動制御部と、前記操舵駆動信号に基づいて操向輪の操舵を行う操舵駆動部とを備えている。 The automatic traveling field work vehicle according to the present invention, which automatically steers along a target traveling route set in the field, has an own vehicle position calculation unit that calculates the own vehicle position and a own vehicle orientation that calculates the own vehicle driving direction. The calculation unit, the position deviation calculation unit that calculates the position deviation that is the lateral displacement of the own vehicle with respect to the target travel route, and the azimuth deviation between the azimuth line of the target travel route and the travel direction are calculated. The azimuth deviation calculation unit, the first control calculation unit that outputs the first steering value with the position deviation and the target position deviation as input parameters, and the azimuth deviation, the target azimuth deviation, and the position deviation as input parameters. 2 A second control calculation unit that outputs a steering value, and a target steering calculation unit that outputs a target steering value for traveling along the target traveling path based on the first steering value and the second steering value. It includes a steering drive control unit that outputs a steering drive signal with the target steering value as an input, and a steering drive unit that steers the steering wheels based on the steering drive signal.
この構成によれば、目標走行経路に対する位置偏差及び目標走行経路に対する方位偏差とから目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値を出力する。しかしながら、単純に目標走行経路に対する位置偏差から偏差解消のために演算される第1操舵値と、目標走行経路に対する方位偏差と偏差解消のために演算される第2操舵値を求めるのではなく、第2操舵値を求める際に、目標走行経路に対する位置偏差も考慮される。例えば、位置偏差が大きい場合には、方位偏差をある程度無視して、位置偏差の解消に重きをおいた目標操舵値を出力すれば、車体がスリップや土塊の乗り上げなどによって大きな位置偏差(位置ずれ)が生じても、迅速にその位置偏差を解消することができる。このことは、田植機、コンバイン、トラクタ、芝刈機などのように、直線状の目標走行経路から大きく外れてしまうことを、単に真っ直ぐ走行することを犠牲にしても極力避けねばならない作業車両にとって利点がある。
なお、本願では、目標走行経路が直線状であるとして、位置偏差は車体から目標走行経路に下した垂線の長さとして、方位偏差とは車体の走行方向線と目標走行経路とのなす角度として表すことができる値であると定義される。
According to this configuration, the target steering value for traveling along the target travel route is output from the position deviation with respect to the target travel route and the azimuth deviation with respect to the target travel route. However, instead of simply obtaining the first steering value calculated for eliminating the deviation from the position deviation with respect to the target traveling path and the second steering value calculated for eliminating the deviation and the azimuth deviation with respect to the target traveling path. When determining the second steering value, the position deviation with respect to the target travel path is also taken into consideration. For example, when the position deviation is large, if the orientation deviation is ignored to some extent and the target steering value that emphasizes the elimination of the position deviation is output, the vehicle body slips or the soil mass rides on the vehicle, resulting in a large position deviation (position deviation). ) Occurs, the position deviation can be quickly eliminated. This is an advantage for work vehicles such as rice transplanters, combines, tractors, lawnmowers, etc., where it is necessary to avoid large deviations from the straight target driving path at the expense of simply traveling straight. There is.
In the present application, assuming that the target traveling path is linear, the position deviation is the length of the perpendicular line drawn from the vehicle body to the target traveling path, and the azimuth deviation is the angle formed by the traveling direction line of the vehicle body and the target traveling path. It is defined as a value that can be represented.
低速あるいは中速での走行において適切に偏差解消ための目標操舵値を出力する制御系の場合、同一操舵角度であれば、車速が高速になるほど、一定時間における車体の位置変化や方位変化が大きくなる。その結果、高速走行時には、車体が蛇行しやすくなるという問題がある。この問題を解決するため、本発明の好適な実施形態の1つでは、車速を算定する車速算定部が備えられ、前記目標操舵演算部は、前記第1操舵値と前記第2操舵値とに基づいて前記目標操舵値を出力する際に前記車速が大きくなるにしたがって減少傾向を示す調整係数を用いて前記車速が大きい場合には前記目標操舵値を低減するように構成されている。具体的には、前記車速を変数として調整係数(例えば0より大きく1以下の数値)を導出する調整関数を導入し、その際、この調整関数は車速が大きくなるほど調整係数が減少する傾向を有するものとする。つまり、車速をsとし、調整関数をKとすると、調整係数kは、K(k)で求められ、Kは単調減少、または段階的に減少する関数となる。調整係数kは乗算で用いられる。これにより、車速が高速になれば、目標操舵値が低減されるので、低速走行から高速走行にわたって適切な偏差解消が実現し、自動操舵走行が安定する。 In the case of a control system that outputs a target steering value for appropriately eliminating deviations when traveling at low speed or medium speed, if the steering angle is the same, the higher the vehicle speed, the greater the change in the position and orientation of the vehicle body over a certain period of time. Become. As a result, there is a problem that the vehicle body tends to meander when traveling at high speed. In order to solve this problem, in one of the preferred embodiments of the present invention, a vehicle speed calculation unit for calculating the vehicle speed is provided, and the target steering calculation unit is set to the first steering value and the second steering value. Based on this, when the target steering value is output, an adjustment coefficient that shows a decreasing tendency as the vehicle speed increases is used, and when the vehicle speed is large, the target steering value is reduced. Specifically, an adjustment function for deriving an adjustment coefficient (for example, a value greater than 0 and less than or equal to 1) is introduced using the vehicle speed as a variable, and at that time, this adjustment function tends to decrease as the vehicle speed increases. It shall be. That is, when the vehicle speed is s and the adjustment function is K, the adjustment coefficient k is obtained by K (k), and K is a function that decreases monotonically or gradually decreases. The adjustment factor k is used in multiplication. As a result, when the vehicle speed becomes high, the target steering value is reduced, so that appropriate deviation elimination is realized from low speed running to high speed running, and automatic steering running is stable.
車速が高速になればなるほど、偏差解消の操舵角が車体に及ぼす影響が大きくなるという問題に対する別な方策として、本発明による好適な実施形態の1つでは、前記目標操舵演算部は、前記目標操舵値に対する上限リミッタ機能を有し、前記車速に応じて上限リミット値が設定されている。この上限リミット値は作業種によって変更可能であることが好ましい。これにより、低速走行から高速走行にわたって適切な偏差解消が実現し、自動操舵走行が安定する。 As another measure for the problem that the steering angle for eliminating the deviation has a greater influence on the vehicle body as the vehicle speed becomes higher, in one of the preferred embodiments according to the present invention, the target steering calculation unit is the target. It has an upper limit limiter function for the steering value, and the upper limit limit value is set according to the vehicle speed. It is preferable that this upper limit value can be changed depending on the work type. As a result, appropriate deviation elimination is realized from low-speed running to high-speed running, and automatic steering running is stabilized.
本発明の特徴の一つは、上述したように、位置偏差が大きい場合には、方位偏差をある程度無視して、位置偏差の解消に重きをおいた目標操舵値が出力されることである。その際、作業走行する土壌の状態や作業種によって方位偏差を無視する度合を変えた方が、より作業に適応した自動操舵走行が得られる可能性が高い。このため、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記第2制御演算部における、前記位置偏差の大きさに依存する前記方位偏差の重み係数を用いた重みの低減度合は、変更可能なように構成されている。 As described above, one of the features of the present invention is that when the position deviation is large, the target steering value with an emphasis on eliminating the position deviation is output by ignoring the azimuth deviation to some extent. At that time, it is more likely that automatic steering running more suitable for the work can be obtained by changing the degree of ignoring the azimuth deviation depending on the soil condition and the work type on which the work is carried out. Therefore, in one of the preferred embodiments of the present invention, the degree of weight reduction using the weighting coefficient of the azimuth deviation depending on the magnitude of the position deviation in the second control calculation unit can be changed. It is configured as follows.
第1操舵値と第2操舵値とに基づいて目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値を出力する目標操舵演算部を簡単化するため、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記目標操舵演算部は前記第1操舵値と前記第2操舵値とを加算演算して前記目標操舵値を出力するように構成されている。これにより、車体の走行方向を目標走行経路に対して平行な線に一致させる制御を行いつつ、徐々に車体を目標走行経路に接近させる制御を行うことで、特に圃場作業などで要求される直線状の目標走行経路に沿った作業走行が適切に行われる。
本発明による自動走行圃場作業車両は、圃場に設定された目標走行経路に沿って自動操舵走行する自動走行圃場作業車両であって、自車位置を算定する自車位置算定部と、自車の走行方位を算定する自車方位算定部と、前記目標走行経路に対する前記自車の横方向の位置ずれである位置偏差を演算する位置偏差演算部と、前記目標走行経路の方位線と前記走行方位との間の方位偏差を演算する方位偏差演算部と、前記位置偏差と目標位置偏差とに基づいて前記目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値を出力する目標操舵演算部と、前記目標操舵値と実際の操舵角とに基づいて前段出力値を出力するとともに、当該前段出力値と実際の操舵速度とに基づいて操舵駆動信号を出力する操舵駆動制御部と前記操舵駆動信号に基づいて操向輪の操舵を行う操舵駆動部と、を備えている。
また、前記操舵駆動制御部は、前記前段出力値をPI制御またはPID制御によって出力しても良い。
また、前記操舵駆動制御部は、前記操舵駆動信号をPI制御またはPID制御によって出力しても良い。
In order to simplify the target steering calculation unit that outputs the target steering value for traveling along the target traveling path based on the first steering value and the second steering value, in one of the preferred embodiments of the present invention. The target steering calculation unit is configured to add and calculate the first steering value and the second steering value to output the target steering value. As a result, while controlling the traveling direction of the vehicle body to match the line parallel to the target traveling route, the vehicle body is gradually brought closer to the target traveling route, thereby performing a straight line particularly required for field work. Work running along the target running route of the shape is properly performed.
The automatic traveling field work vehicle according to the present invention is an automatic traveling field work vehicle that automatically steers and travels along a target traveling route set in the field, and has an own vehicle position calculation unit for calculating the own vehicle position and the own vehicle. The vehicle orientation calculation unit that calculates the travel direction, the position deviation calculation unit that calculates the position deviation that is the lateral displacement of the vehicle with respect to the target travel route, the azimuth line of the target travel route, and the travel orientation. An orientation deviation calculation unit that calculates an orientation deviation between the two, a target steering calculation unit that outputs a target steering value for traveling along the target travel path based on the position deviation and the target position deviation, and the above-mentioned Based on the steering drive control unit and the steering drive signal that outputs the front stage output value based on the target steering value and the actual steering angle and outputs the steering drive signal based on the previous stage output value and the actual steering speed. It is equipped with a steering drive unit that steers the steering wheels.
Further, the steering drive control unit may output the previous stage output value by PI control or PID control.
Further, the steering drive control unit may output the steering drive signal by PI control or PID control.
本発明による自動走行圃場作業車両の具体的な実施形態を説明する前に、図1を用いて、本発明による自動操舵走行制御の基本原理を説明する。ここでは、自動走行圃場作業車両(以下単に作業車両と略称する)として、圃場で直線状の走行作業をUターンを行いながら繰り返す、田植機、トラクタ、コンバインなどの農作業機が想定されている。この作業車両は、予め設定された目標走行経路に沿って自動操舵走行するように構成されている。自動操舵を行うためには、作業車両の現在の位置(以下自車位置と呼ぶ)及び現在の走行方向(以下自車方位)を知る必要がある。このため、この作業車両は、GPS(Global Positioning System)ないしはGNSS(Global Navigation Satellite System)と呼ばれる衛星を用いた衛星航法機器と加速度計やジャイロを用いた慣性航法機器を備えている。図1に示されているように、ここでは自車位置は、作業車中心の測位値(緯度、経度)で示され、自車方位は、単位時間自車位置の変化から算定される走行方向で示される。 Before explaining a specific embodiment of the automatic traveling field work vehicle according to the present invention, the basic principle of the automatic steering traveling control according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, as an automatic traveling field work vehicle (hereinafter, simply abbreviated as a work vehicle), an agricultural work machine such as a rice transplanter, a tractor, or a combine that repeats a linear traveling work in a field while making a U-turn is assumed. This work vehicle is configured to automatically steer along a preset target travel path. In order to perform automatic steering, it is necessary to know the current position of the work vehicle (hereinafter referred to as the own vehicle position) and the current traveling direction (hereinafter referred to as the own vehicle direction). Therefore, this work vehicle is equipped with satellite navigation equipment using satellites called GPS (Global Positioning System) or GNSS (Global Navigation Satellite System) and inertial navigation equipment using accelerometers and gyros. As shown in FIG. 1, here, the vehicle position is indicated by the positioning value (latitude, longitude) of the center of the work vehicle, and the vehicle orientation is the traveling direction calculated from the change in the vehicle position per unit time. Indicated by.
図1に示すように、作業車中心から直線状の目標走行経路(方位線)に対して平行に引いた直線と目標走行経路との間隔:dが位置偏差として取り扱われ、車体中心を通る車体前後方向線(走行方位)と目標走行経路とがなす角度:θが方位偏差として取り扱われる。自動操舵走行制御における目標となる自車位置は目標走行経路上の点であり、目標となる自車方位は、目標走行経路の方位である。したがって、目標走行経路に対する自車位置との間の位置偏差はdとなり、目標走行経路の方位線と走行方位との間の方位偏差はθとなる。 As shown in FIG. 1, the distance between the straight line drawn parallel to the target traveling path (azimuth line) from the center of the work vehicle and the target traveling path: d is treated as a position deviation, and the vehicle body passes through the center of the vehicle body. The angle formed by the front-back direction line (traveling direction) and the target traveling path: θ is treated as the bearing deviation. The target vehicle position in the automatic steering travel control is a point on the target travel route, and the target vehicle orientation is the orientation of the target travel route. Therefore, the position deviation from the vehicle position with respect to the target travel path is d, and the azimuth deviation between the azimuth line and the travel direction of the target travel path is θ.
位置偏差に基づいて偏差解消の第1操舵値が演算される。この演算には、好ましくはPID制御演算を採用することができる。方位偏差に基づいて偏差解消の第2操舵値が演算されるが、その際位置偏差も考慮される。位置偏差が大きい場合には方位偏差に基づく偏差解消の第2操舵値は小さくされる。具体的には、前記位置偏差を変数として重み係数を導出する重み関数を導入し、その際、この重み関数は位置偏差が大きくなるほど重み係数が減少する傾向を有するものとする。つまり、位置偏差をdとし、重み関数をGとすると、重み係数wは、G(d)で求められ、Gは単調減少、または段階的に減少する関数となる。wは、通常、0より大きく、1以下の数値となる。重み係数wは乗算で用いられる。これにより、前記位置偏差が大きい場合には前記方位偏差の重みが低減されるという条件で、前記位置偏差と前記方位偏差とに基づいて偏差解消の第2操舵値が出力される。そのようにして求められた第1操舵値と第2操舵値とに基づいて目標走行経路に沿って走行するための、最終的な目標操舵値が出力される。例えば、方位偏差に基づいて第2操舵値を導出する関数F(θ)で得られた値に対して、位置偏差が大きいほどその値が小さくなる重み係数w(0<w<1)を導出する関数W(d)を作成しておき、W(d)×F(θ)で、第2操舵値を求める。つまり、位置偏差が大きい場合には方位偏差の重みを低減した上で前記位置偏差と前記方位偏差とに基づいて偏差解消の第2操舵値が出力される。なお方位偏差に基づいて第2操舵値を導出する際にも、PID制御演算が採用することが好ましい。 The first steering value for eliminating the deviation is calculated based on the position deviation. PID control calculation can be preferably adopted for this calculation. The second steering value for eliminating the deviation is calculated based on the azimuth deviation, and the position deviation is also taken into consideration at that time. When the position deviation is large, the second steering value for eliminating the deviation based on the azimuth deviation is reduced. Specifically, a weighting function for deriving a weighting coefficient using the position deviation as a variable is introduced, and at that time, the weighting function tends to decrease as the position deviation increases. That is, if the position deviation is d and the weighting function is G, the weighting coefficient w is obtained by G (d), and G is a function that decreases monotonically or decreases stepwise. w is usually greater than 0 and less than or equal to 1. The weighting factor w is used in multiplication. As a result, the second steering value for eliminating the deviation is output based on the position deviation and the azimuth deviation on the condition that the weight of the azimuth deviation is reduced when the position deviation is large. The final target steering value for traveling along the target traveling path is output based on the first steering value and the second steering value thus obtained. For example, with respect to the value obtained by the function F (θ) that derives the second steering value based on the azimuth deviation, the weighting coefficient w (0 <w <1) that becomes smaller as the position deviation increases is derived. A function W (d) is created, and the second steering value is obtained by W (d) × F (θ). That is, when the position deviation is large, the weight of the azimuth deviation is reduced, and then the second steering value for eliminating the deviation is output based on the position deviation and the azimuth deviation. It is also preferable that the PID control calculation is adopted when deriving the second steering value based on the azimuth deviation.
このようにして求められた第1操舵値と第2操舵値とを入力として、作業車両が目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値が求められ、出力される。最も簡単には、目標操舵値は、第1操舵値と第2操舵値との符号を考慮した加算演算で求めることができる。さらに、この目標操舵値を入力として、作業車両の操向輪(クローラも含まれる)の操舵角を駆動する操舵駆動部に操舵駆動信号を出力する操舵制御系が備えられている。操舵駆動部は、電気モータまたは油圧機器あるいはその両方で構成することができる。操舵制御系は、PIフィードバック制御手法で構築することが好ましいが、その他の制御手法を用いてもよい。ここでは、フィードバックとして、操舵速度と操舵角とが採用されている。 By inputting the first steering value and the second steering value obtained in this way, the target steering value for the work vehicle to travel along the target traveling path is obtained and output. Most simply, the target steering value can be obtained by an addition operation considering the signs of the first steering value and the second steering value. Further, a steering control system is provided that receives the target steering value as an input and outputs a steering drive signal to the steering drive unit that drives the steering angle of the steering wheel (including the crawler) of the work vehicle. The steering drive unit can consist of an electric motor, hydraulic equipment, or both. The steering control system is preferably constructed by the PI feedback control method, but other control methods may be used. Here, the steering speed and the steering angle are adopted as feedback.
なお、図1では点線で示されているが、第1操舵値と第2操舵値とから目標操舵値を求める際に、作業車両の走行速度、つまり車速を考慮することも好適である。つまり同一の操舵角の場合、車速が速いほど時間当たりの車体の姿勢変更量は大きくなる。時間当たりの姿勢変更量が大きくなりすぎると、圃場を荒らすという不都合が生じる。このため、第1操舵値と第2操舵値とから演算された目標操舵値は車速が速いほど弱めることが好ましい。例えば、低速走行時には演算された目標操舵値をそのまま使用し、所定以上の高速走行時には所定の低減割合で目標操舵値を小さくするとよい。 Although it is shown by a dotted line in FIG. 1, it is also preferable to consider the traveling speed of the work vehicle, that is, the vehicle speed when obtaining the target steering value from the first steering value and the second steering value. That is, in the case of the same steering angle, the faster the vehicle speed, the larger the amount of change in the posture of the vehicle body per hour. If the amount of posture change per hour becomes too large, the inconvenience of ruining the field occurs. Therefore, the target steering value calculated from the first steering value and the second steering value is preferably weakened as the vehicle speed increases. For example, the calculated target steering value may be used as it is during low-speed driving, and the target steering value may be reduced at a predetermined reduction rate during high-speed driving of a predetermined value or higher.
次に、本発明の自動走行圃場作業車両の具体的な実施形態の1つを説明する。この実施形態では、作業車両は畦によって境界づけられた圃場に対して耕耘作業などの農作業を行う作業装置を装備したトラクタである。このトラクタは、前輪2aと後輪2bとによって支持された車体3の中央部に操縦部30が形成されている。車体3の後部には油圧式の昇降機構4を介して対地作業装置5が装備されている。前輪2aは操向輪として機能し、その操舵角を変更することでトラクタの走行方向が変更される。前輪2aの操舵角は操舵機構6の動作によって変更される。操舵機構6には自動操舵のための操舵駆動部60が備えられている。操舵駆動部60を構成する電気モータの制御は、後で説明する電子制御ユニット7からの操舵駆動信号によって行わる。なお、前輪2aの操舵角は従来通りのステアリングホイールの操作によっても可能であり、ステアリングホイールは、操縦部30に各種操作レバーや運転者が着座するシートとともにトラクタの操縦部30に配置されている。操縦部30には、自動操舵操向時に必要となる自機位置を測定するための測位ユニット8も配置されている。測位ユニット8には、GNSSモジュールとして構成されている衛星航法用モジュールやと、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだジャイロモジュールとして構成されている慣性航法用モジュールが含まれている。衛星航法用モジュールには、GPS信号やGNSS信号を受信するための衛星用アンテナが含まれているが、図2では省略されている。
Next, one specific embodiment of the automatic traveling field work vehicle of the present invention will be described. In this embodiment, the work vehicle is a tractor equipped with a work device for performing agricultural work such as tilling work on a field bounded by ridges. In this tractor, a
図3には、この作業車両に装備されている制御系が示されている。この制御系は、図1を用いて説明された自動操舵制御の基本原理を流用している。図3に示されている制御系は、電子制御ユニット7、測位ユニット8、スイッチ・センサ群9、操舵駆動部60を含んでいる。
FIG. 3 shows a control system equipped on this work vehicle. This control system uses the basic principle of automatic steering control described with reference to FIG. The control system shown in FIG. 3 includes an
測位ユニット8は、GNSSを用いて緯度や経度などの方位を検出する衛星航法用モジュール81を備えており、その構成は、カーナビゲーションシステムなどで用いられている測位ユニットに類似している。測位ユニット8には、瞬間的な作業車両の動き(方向ベクトルなど)や向きを検出するために、及び衛星航法用モジュール81を補完するために、ジャイロ加速度センサなどを有する慣性航法用モジュール82が備えられている。操舵駆動部60は、電子制御ユニット7から出力される操舵駆動信号に基づいて操向輪である前輪2aの操舵角を調整する。スイッチ・センサ群9は、作業車両の走行状態や設定状況を検出するスイッチやセンサの総称であり、これらからの検出信号が電子制御ユニット7に入力し、種々の制御のための入力パラメータとして利用される。スイッチ・センサ群9には、車速を算定するための検出信号を出力するセンサや、操舵駆動部60の駆動状態(例えば、操作速度や操舵角)を算定するための検出信号を出力するセンサも含まれている。
The positioning unit 8 includes a
電子制御ユニット7には、特に本発明に関係する機能部として、基準経路取得部71、基準経路設定部72、自車位置算定部731、自車方位算定部732、位置偏差演算部741、方位偏差演算部742、第1制御演算部751、第2制御演算部752、目標操舵演算部76、車速算定部78、操舵駆動制御部79が含まれている。
The
基準経路取得部71は、作業対象となっている圃場の地図位置や当該圃場の境界線を規定する畦の位置データなどの圃場情報や、実施されるべき圃場作業に関する機器設定データ(例えば作業幅)などの作業情報に基づいて、自動操舵作業走行のための目標走行経路を取得する。目標走行経路の取得に関しては、遠隔地の管理サーバからのダウンロード、圃場別及び作業別で作業車両自体が保有する目標走行経路からの読み出しなどを採用することができる。目標走行経路を算定するアルゴリズムによって、その都度演算して求めてもよい。また、ティーチング走行を通じて目標走行経路を算定してもよい。目標走行経路が決定すると、基準経路設定部72は当該目標走行経路を作業走行用地図に組み込み、自動操舵走行の制御目標として利用できるように内部処理する。
The reference
自車位置算定部731は、測位ユニット8から送られてくる測位データに基づいて作業走行用地図での自車位置を算定する。自車方位算定部732は、測位ユニット8から送られてくる測位データに基づいて作業走行用地図での自車の走行方位を算定する。位置偏差演算部741は、目標走行経路に対する自車位置との間の位置偏差(図1において記号dで示されている)を演算する。方位偏差演算部742は、目標走行経路の方位線と走行方位との間の方位偏差(図1において記号θで示されている)を演算する。
The own vehicle
第1制御演算部751は位置偏差に基づいて偏差解消の第1操舵値を出力する。第2制御演算部752は、位置偏差が大きい場合には上述したような重み係数を用いて方位偏差の重みを低減した上で位置偏差と方位偏差とに基づいて偏差解消の第2操舵値を出力する。この第2制御演算部752は、方位偏差に基づいて偏差解消の仮第2操舵値を出力し、この仮第2操舵値を位置偏差が大きいほど低減させて、正式な第2操舵値として出力するように構成してもよい。なお、位置偏差の大きさに依存する方位偏差の低減度合は、入力デバイスを通じて調整可能である。
The first
目標操舵演算部76は、第1操舵値と第2操舵値とに基づいてこの作業車両が目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値を出力する。最も簡単な形態では、第1操舵値と第2操舵値との加算演算結果が目標操舵値となる。目標操舵演算部76から出力された目標操舵値は、操舵駆動制御部79において、操舵駆動部60を駆動するための操舵駆動信号を出力するための制御演算における入力パラメータとして用いられる。
The target
この実施形態では、目標操舵演算部76は、目標操舵値を演算する際に、車速算定部78から得られる作業車両の車速を考慮し、車速が速い場合には、第1操舵値と第2操舵値とに基づいて演算出力される目標操舵値を減じる機能も備えている。さらには、目標操舵演算部76には操舵上限設定部760が組み込まれており、この操舵上限設定部760は、第1操舵値と第2操舵値とさらには車速を用いてに求められた目標操舵値に対して、その上限をクランプする機能、つまり上限リミッタ機能を有する。この上限リミット値も車速によって変動することが好ましい。つまり、車速が大きくなるほど出力される最大目標操舵値が低くなるように設定することで、高速走行時の操向安定性が向上する。
In this embodiment, the target
以上のように構成された電子制御ユニット7のより具体的な制御的な仕組みを、図4に示された制御線図を用いて説明する。第1制御演算部751は、目標位置偏差:Δdと位置偏差:dとを入力パラメータとして、位置偏差:dを小さくするための第1操舵値を、PI制御を用いて演算出力する。PI制御に代えて、PID制御を用いてもよい。第2制御演算部752は、目標方位偏差:Δθと方位偏差:θとを入力パラメータとして、方位偏差:θを小さくするための仮の第2操舵値を、PI制御を用いて演算出力する。ここでも、PI制御に代えて、PID制御を用いてもよい。ただし、第2制御演算部752では、位置偏差が大きい場合には、位置偏差量に応じて比例的にまたは非線形的に、方位偏差に基づいて得られた仮の第2操舵値を低減して、第2操舵値として出力する。目標操舵演算部76は、第1制御演算部751から出力された第1操舵値と第2制御演算部752から出力された第2操舵値との加算値を目標操舵値として制御出力する。
A more specific control mechanism of the
操舵駆動制御部79は、フィードバック方式の操舵制御モジュールとして構成されている。入力された目標操舵値は実際の操舵角:Sθとの比較演算で得られた操舵角指令値:Sθ*を入力してPI制御を用いて前段出力値を求める。この前段出力値は、実際の操舵速度:Swと比較演算され、その演算結果を入力としてPI制御を用いて、操舵駆動信号が出力される。操舵駆動信号は、ドライバを介して操舵駆動部60を構成するモータを駆動して、前輪2aを操舵する。操舵駆動制御部79のおけるPI制御は、PID制御に置き換えてもよい。
The steering
図5には、図4で示された電子制御ユニット7の制御線図の変形例が示されている。図5の制御線図は、目標操舵演算部76に車速に応じて最終的に出力する目標操舵値が低減される機能が付加されていることで、図4と異なっている。つまり、この変形例では、第1制御演算部751から出力された第1操舵値と第2制御演算部752から出力された第2操舵値との加算値をさらに、車速が大きくなるほど当該加算値を低減する演算機能が付加されている。
FIG. 5 shows a modified example of the control diagram of the
図6には、図5で示された電子制御ユニット7の制御線図の変形例が示されている。図6の制御線図は、目標操舵演算部76に、最終的に出力される目標操舵値を上限クランプする機能が付加されていることで、図5と異なっている。つまり、この変形例では、求められた目標操舵値を出力する手前で、車速に応じて変化するしきい値によって出力される最高目標操舵値が抑えこまれる。車速が大きいほど、出力される最高目標操舵値が小さくなるように設定されている。
FIG. 6 shows a modified example of the control diagram of the
〔別実施の形態〕
(1)上述した実施形態では、操舵駆動制御部79は、実際の操舵角と操舵速度とをフィードバック量とする操舵制御モジュールとして構成された。しかしながら、本発明では、操舵駆動制御部79の制御構成を限定しているわけではなく、その他の公知の制御構成を採用することも可能である。
(2)上述した実施形態では、目標走行経路を直線と見なしていたが、目標走行経路が曲線であっても、本発明を適用することができる。
(3)上述した実施形態では、測位ユニット8は、衛星航法用モジュール81と慣性航法用モジュール82とで構成されていたが、衛星航法用モジュール81だけで構成することも可能である。
[Another Embodiment]
(1) In the above-described embodiment, the steering
(2) In the above-described embodiment, the target traveling route is regarded as a straight line, but the present invention can be applied even if the target traveling route is a curved line.
(3) In the above-described embodiment, the positioning unit 8 is composed of the
本発明は、農作業車両だけでなく、各種作業装置を装備した自動操舵走行可能な作業車両に適用可能である。 The present invention is applicable not only to agricultural work vehicles but also to work vehicles equipped with various work devices and capable of automatically steering and traveling.
2a :前輪
2b :後輪
3 :車体
6 :操舵機構
7 :電子制御ユニット
8 :測位ユニット
9 :センサ群
30 :操縦部
60 :操舵駆動部
71 :基準経路取得部
72 :基準経路設定部
76 :目標操舵演算部
78 :車速算定部
79 :操舵駆動制御部
81 :衛星航法用モジュール
82 :慣性航法用モジュール
731 :自車位置算定部
732 :自車方位算定部
741 :位置偏差演算部
742 :方位偏差演算部
751 :第1制御演算部
752 :第2制御演算部
760 :操舵上限設定部
2a:
Claims (3)
自車位置を算定する自車位置算定部と、
自車の走行方位を算定する自車方位算定部と、
前記目標走行経路に対する前記自車の横方向の位置ずれである位置偏差を演算する位置偏差演算部と、
前記目標走行経路の方位線と前記走行方位との間の方位偏差を演算する方位偏差演算部と、
前記位置偏差と目標位置偏差とに基づいて前記目標走行経路に沿って走行するための目標操舵値を出力する目標操舵演算部と、
前記目標操舵値と実際の操舵角とに基づいて前段出力値を出力するとともに、当該前段出力値と実際の操舵速度とに基づいて操舵駆動信号を出力する操舵駆動制御部と
前記操舵駆動信号に基づいて操向輪の操舵を行う操舵駆動部と、を備えた自動走行圃場作業車両。 It is an automatic traveling field work vehicle that automatically steers along a target traveling route set in the field.
The own vehicle position calculation unit that calculates the own vehicle position and
The own vehicle orientation calculation unit that calculates the driving orientation of the own vehicle,
A position deviation calculation unit that calculates a position deviation that is a lateral displacement of the own vehicle with respect to the target travel path, and a position deviation calculation unit.
An azimuth deviation calculation unit that calculates an azimuth deviation between the azimuth line of the target travel path and the travel azimuth,
A target steering calculation unit that outputs a target steering value for traveling along the target traveling path based on the position deviation and the target position deviation.
The steering drive control unit and the steering drive signal that output the front stage output value based on the target steering value and the actual steering angle and output the steering drive signal based on the front stage output value and the actual steering speed. An automatic traveling field work vehicle equipped with a steering drive unit that steers the steering wheels based on the steering wheel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020081146A JP2020164160A (en) | 2020-05-01 | 2020-05-01 | Automatic travel farm field work vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020081146A JP2020164160A (en) | 2020-05-01 | 2020-05-01 | Automatic travel farm field work vehicle |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018191766A Division JP2019038535A (en) | 2018-10-10 | 2018-10-10 | Automatic travel field work vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020164160A true JP2020164160A (en) | 2020-10-08 |
Family
ID=72666013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020081146A Pending JP2020164160A (en) | 2020-05-01 | 2020-05-01 | Automatic travel farm field work vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020164160A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022098847A (en) * | 2020-12-22 | 2022-07-04 | 井関農機株式会社 | Work vehicle |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63153605A (en) * | 1986-12-17 | 1988-06-27 | Kubota Ltd | Steering controller for automatic traveling working vehicle |
JP2009161100A (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-23 | Fuji Heavy Ind Ltd | Traffic lane following control device and traffic lane following control method |
JP2009234560A (en) * | 2008-03-04 | 2009-10-15 | Nissan Motor Co Ltd | Lane keeping support device and lane keeping support method |
WO2014136515A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-12 | 日本精工株式会社 | Electric power steering device |
-
2020
- 2020-05-01 JP JP2020081146A patent/JP2020164160A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63153605A (en) * | 1986-12-17 | 1988-06-27 | Kubota Ltd | Steering controller for automatic traveling working vehicle |
JP2009161100A (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-23 | Fuji Heavy Ind Ltd | Traffic lane following control device and traffic lane following control method |
JP2009234560A (en) * | 2008-03-04 | 2009-10-15 | Nissan Motor Co Ltd | Lane keeping support device and lane keeping support method |
WO2014136515A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-12 | 日本精工株式会社 | Electric power steering device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022098847A (en) * | 2020-12-22 | 2022-07-04 | 井関農機株式会社 | Work vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6420173B2 (en) | Automated traveling field work vehicle | |
EP3467606B1 (en) | Autonomous work vehicle | |
US11052943B2 (en) | System and method for controlling a vehicle | |
CN109421709B (en) | Driving support device for vehicle | |
JP6528786B2 (en) | Driving support device for vehicle | |
US7844380B2 (en) | Vehicular guidance system having compensation for variations in ground elevation | |
JP2019038535A (en) | Automatic travel field work vehicle | |
JP7072496B2 (en) | Control device for self-driving work vehicles | |
CN107943060B (en) | Autopilot, method for guiding a vehicle along a tracking line, and computer-readable medium | |
JP6811655B2 (en) | Work platform | |
US11603131B2 (en) | Control device and turning device | |
CN112407041A (en) | Control device and steering device | |
CN112339854A (en) | Control device and steering device | |
JP3714269B2 (en) | Automatic steering device | |
JP2020164160A (en) | Automatic travel farm field work vehicle | |
JP2019053470A (en) | Work vehicle-purpose autonomous travelling system | |
JP7020750B2 (en) | How to generate a target trajectory | |
JP2020080743A (en) | Vehicular posture estimation device | |
JP2019053471A (en) | Work vehicle-purpose autonomous travelling system | |
US20230030368A1 (en) | Vehicle control device | |
JP2005162153A (en) | Steering controller | |
US20230134824A1 (en) | Steering control system and method | |
Wise et al. | Application and analysis of a robust trajectory tracking controller for under-characterized autonomous vehicles | |
CN116278818A (en) | Method and device for controlling movement of tracked vehicle and tracked vehicle | |
JP2023046039A (en) | Control method, control system and automatic control vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200529 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210518 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210714 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20211124 |