JP3157018B2

JP3157018B2 - 走行車両における自動操舵制御装置

Info

Publication number: JP3157018B2
Application number: JP20796991A
Authority: JP
Inventors: 泰治水倉
Original assignee: Yanma Agricultural Equipment Co Ltd
Current assignee: Yanma Agricultural Equipment Co Ltd
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH06161552A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、農作業機等の走行車両
を誘導経路に沿って敷設した誘導ケーブルに略沿うよう
に自動操舵制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図７に示すように、果樹園等
における自動走行型の薬剤散布機（スピードスプレヤ）
等の走行車両１においては、作業経路（誘導経路）に沿
って地中に埋設した誘導ケーブル２７に交流電流を流
し、この誘導ケーブル２７から発生する交流磁界の強度
の変化を走行車両１の前部等に装着した左右一対のピッ
クアップコイル等の検出器２６ａ，２６ｂにて検出し、
この誘導ケーブル２７に対する走行車両１の横ずれの大
きさに対応して発生する左右一対の検出器２６ａ，２６
ｂでの出力値（電圧値）Ｖａ，Ｖｂの差を取って、横ず
れの大きさ（偏位量）と横ずれの方向（右か左かの判
別）とを求め、これらの検出結果から走行車両を誘導ケ
ーブルに沿って走行するように、走行車両における操舵
車輪の向きを変えて操舵制御することが行われている
（特開昭６３−２８８３０号公報、特開昭６３−２０４
４１５号公報、実開平２−８４９０９号公報等参照）。

【０００３】図７において、誘導ケーブル２７から立て
た鉛直線に対する各検出器２６ａ，２６ｂまでの水平方
向距離を各々Ｌａ、Ｌｂ、誘導ケーブル２７から検出器
２６ａ，２６ｂまでの垂直方向（高さ方向）の距離Ｈと
し、誘導ケーブル２７が前記左右一対の検出器２６ａ，
２６ｂの水平距離の中点からの横ずれ量をｘとすれば、
差動出力Ｖref （＝｜Va−Vb｜）が零になるように操舵
制御する。換言すれば、前記Ｌａ＝Ｌｂとなるように操
舵制御するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記先行技
術の特開昭６３−２８８３０号公報および特開昭６３−
２０４４１５号公報にも説明され、図８に示すように、
前記各検出器２６ａ，２６ｂでの出力値（出力特性）Ｖ
ａ，Ｖｂは、上向き凸湾曲状の曲線を描くように変化す
る。

【０００５】そして、前記各出力値（出力特性）Ｖａ，
Ｖｂ及び差動出力Ｖref （＝｜Va−Vb｜）は、誘導ケー
ブル２７に対する検出器２６ａ，２６ｂの横ずれ量ｘの
大小に応じて変化すると共に、前記高さ方向の距離Ｈの
大小によっても変化する。例えば、前記距離Ｈが小さい
ときには、出力値（検出値）も相対的に大きい曲線Ｃ１
となり、出力特性の大きい曲線Ｃ１における左右一対の
検出器２６ａ，２６ｂの差動出力（出力値の差）Ｖref1
（＝｜Va−Vb｜）は大きい。前記距離Ｈが大きくなるに
従って、出力値（検出値）が相対的に小さくなるような
曲線Ｃ２，Ｃ３を示し、例えば、出力特性の小さい曲線
Ｃ２における差動出力（出力値の差）Ｖref2（＝｜Va−
Vb｜）も小さくなる。

【０００６】換言すると、前記高さ方向の距離Ｈが小さ
い場合における横ずれ量ｘが大きいときの差動出力と、
前記距離Ｈが大きい場合における横ずれ量ｘが小さいと
きの差動出力とが同じ程度になり得る。従って、たと
え、誘導ケーブルが敷設される誘導経路の路面が平坦で
あったとしても、走行車両に検出器を取りつける高さ位
置に誤差が生じたり、その取付け高さを変更する等、前
述のように、誘導ケーブルと検出器との相対的高さ位置
が変動すると、前記の横ずれ量を、前記差動出力の値だ
けで正確に知ることができないという不便さがあった。

【０００７】前記特開昭６３−２８８３０７号公報に開
示した発明によれば、前記不都合を、補正量の演算を実
行するための演算回路を設けることにより、解消しよう
としている。本発明は、その改良であって、本発明者
は、実験結果より、誘導ケーブルと検出器との高さの変
動があっても、前記左右一対の検出器の差動出力の値
と、当該左右一対の検出器の出力の和又は平均値の３乗
値との比からなる関数が略一定になるということを確認
した。これに基づいて、その演算結果を利用して正確且
つ迅速に操舵制御を実行できる操舵制御装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明では、誘導ケーブルから出る交流電界を、走
行車両に搭載した左右一対の検出器にて検出して、当該
誘導ケーブルに略沿うように操舵する制御手段を設けて
なる走行車両において、前記左右一対の検出器の差動出
力の値を演算するための差動演算回路と、前記左右一対
の検出器の差動出力の値と、当該左右一対の検出器の出
力の和又は平均値の３乗値との比からなる関数を演算す
る関数演算回路とを設け、前記両演算回路の出力値か
ら、誘導ケーブルに対する左右一対の検出器の横ずれ量
を演算する制御手段を設けたものである。

【０００９】

【実施例】次に本発明を自動走行型の薬剤散布機（スピ
ードスプレヤ）を誘導するシステムに適用した実施例に
ついて説明する。スピードスプレヤの走行車両１の前部
側にハンドル３を備えた運転操作部２を有し、走行車両
１には平面視略Ｌ字状の薬液タンク４とその後部に噴霧
部５とを備えている。

【００１０】噴霧部５は、走行車両１の下面を除く外周
面に適宜間隔で半径外向きに臨ませた多数の噴霧ノズル
６と、その半径外向きに風を送る送風機７が装着され、
前記噴霧ノズル６は走行車両１の左右及び上面との３区
画若しくは左右２区画ごとに噴霧の作業を実行するよう
に散布制御できるものである。符号８，８は左右前輪、
符号９，９は左右後輪であり、これらの４輪はエンジン
１０からの動力が走行変速機構１１を介して各々伝達さ
れて駆動できるいわゆる４輪駆動型であり、エンジン１
０からの動力を別の動力伝達機構１２を介して送風機７
を回転させ、また噴霧ノズル６に対する動力ポンプ１３
を駆動させる。

【００１１】ハンドル３付き操舵装置１４は、図３に示
すような機械的または油圧系統を含むパワーステアリン
グ機構１５であり、このパワーステアリング機構１５は
油圧回路１６における複動式の油圧シリンダ１７にて作
動し、油圧シリンダ１７が伸長するとき、平面視Ｗ字状
のベルクランク１８を介して後輪９，９を左向きに変更
すると共に、連結ロッド１９及び平面視Ｖ字状のベルク
ランク２０を介して前輪８，８を右向きに変更する（油
圧シリンダ１７が縮小するときには前輪８が左向きとな
り、後輪９が右向きに変更される）というように、前後
４輪が向きを変えて左右に回動変更できるいわゆる４輪
操舵型である。

【００１２】その油圧回路１６を図４に示し、符号２８
は、自動操舵用の油圧シリンダ１７に対する電磁ソレノ
イド式制御弁であり、符号２９は走行ブレーキ及びクラ
ッチ作動のための油圧シリンダ３０を制御する制御弁で
あり、これらは、油圧ポンプ２２からの作動油送りの場
合に前記手動操舵用の制御弁２３よりも上流から分岐し
た油圧管に接続する。

【００１３】手動操舵のときには、ハンドル３の回動角
度に比例して制御弁２３を介して油吐出量を送る油圧モ
ータ２１から、前記ステアリング機構１５に取付く複動
式の油圧シリンダ１７に油を送り、自動操舵制御のとき
には油圧ポンプ２２から電磁ソレノイド式制御弁２８を
介して油圧シリンダ１７に作動油を送る。符号２５は前
輪８の操舵角度を検出できるポテンショメータ等の操舵
角度センサーであり、この場合、左右車輪の向き角度の
平均値を求めて検出しても良い。

【００１４】なお、前輪と後輪とを別々の油圧シリンダ
式パワーステアリング機構を介して連結して、前輪と後
輪とを個別的に操舵制御するようにしても良い。走行車
両１の下面には、その前部に左右一対の検出器２６ａ，
２６ｂを設ける。この検出器２６ａ，２６ｂは、導体を
コイル状に巻いたピックアップコイルであっても良い
し、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子、磁気トラ
ンジスタであっても良く、交流電流発生装置にて誘導ケ
ーブル２７に印加された適宜周波数の交流電流により、
当該誘導ケーブル２７の周囲に発生する交流磁界の強度
を検出することができるものである。誘導ケーブル２７
は果樹園の作業経路である誘導経路に沿って形成した溝
内に敷設するか、または地中に埋設する。また、誘導ケ
ーブル２７は、走行車両より上方（高い位置）に空中ケ
ーブルとして架線状に敷設しても良いのである。

【００１５】なお、前記誘導ケーブル２７にパルス的に
直流電流を流したり、直流電流にパルス信号を載せる等
して交流磁界を発生させても良い。さらに、敷設する誘
導ケーブル２７の形状は通常の断面円形のワイヤ状又は
偏平な帯状であっても良い。図６は操舵制御装置３２の
ブロック図を示し、マイクロコンピュータ等の中央処理
装置３３には、データ等の読み書き可能メモリ（ＲＡ
Ｍ）３４及び制御プログラム等を記憶させた読み出し専
用メモリ（ＲＯＭ）３５が接続されている。

【００１６】また、中央処理装置３３には、図５に示す
ように、前記検出器２６ａ，２６ｂからの検出信号を演
算等処理する前処理部３７を介して入力する。前処理部
３７は、後述の原理に従って求められた所定の比率の式
を演算するためのものであり、該前処理部３７は、検出
器２６ａ，２６ｂからの検出信号を増幅する増幅器３
８，３８、所定レベルに増幅された信号を平滑にして整
流させたのちデジタル信号に変換するための整流・積分
回路３９，３９、両検出器の出力の差（差動出力値）を
求める差動演算回路４０、前記左右両検出器２６ａ，２
６ｂからの検出信号の平均値（Vm＝（Va＋Vb）／２）を
求めるための平均値演算回路５５、平均値Vmからその３
乗値を演算する巾乗演算回路５６、及び差動出力値と、
前記平均値Vmの３乗値との比率を演算する比率演算回路
等の関数演算回路５７、増幅回路５８等からなる。

【００１７】この増幅回路５８の出力端子５９から前記
比率の値を中央処理装置３３に入力し、この読み出し専
用メモリ（ＲＯＭ）３５または読み書き可能メモリ（Ｒ
ＡＭ）３４内に記憶させた定数（後述の表１の値等）に
基づき、前記横ずれ量ｘを求めるのである。（原理）図９に記述されているように、左右距離２ｃの検出器２
６ａ，２６ｂａを結ぶ水平直線の中点をＯとし、Ｏ点か
ら前記水平直線と直交する垂線と平行に誘導ケーブル２
７から垂線を立て、誘導ケーブル２７から水平直線迄の
高さ距離ｙ、誘導ケーブル２７から垂線までの水平距離
を横ずれ量ｘ、誘導ケーブル２７から一方の検出器２６
ａまでの距離ａ、誘導ケーブル２７から他方の検出器２
６ｂまでの距離ｂとすると、三平方の定理から、（ｃ−ｘ）²＋ｙ²＝ａ² （ｃ＋ｘ）²＋ｙ²＝ｂ² となる。この２式からｙを消去し、ｘについて展開すると、４ｃｘ＝（ｂ²−ａ²） ‥‥（１）式となる。

【００１８】一方、各検出器２６ａ，２６ｂａの各検出
出力は、前記距離ａ，ｂに反比例するので、定数をαと
すると、Va＝α／ａ、Vb＝α／ｂとなり、前記（１）
式のａ，ｂを消去すると、４ｃｘ＝α²〔（１／Va）²−（１／Vb）²〕‥‥（２）となる。ｃおよびαは定数であるので、Ｋ＝α²／４ｃ
とすれば、（２）式を展開して、ｘ＝Ｋ（Va²−Vb²）／（Va²・Vb²）ｘ＝Ｋ〔（Va−Vb）・（Va＋Vb）／Va²・Vb²〕‥‥（３）となる。（３）式を変形すると、（Va−Vb）＝ｘVa²Vb²／Ｋ（Va＋Vb）‥‥（４）となる。

【００１９】ところで、前記差動出力値（Va−Vb）は、
実験の結果から、図１０の点線で示すような曲線となる
ことが分かっている。そこで、左右両検出器２６ａ，２
６ｂａの間に誘導ケーブル２７が位置する時、つまり、
横ずれ量ｘがｘ１からｘ２の間では、差動出力値（Va−
Vb）を横ずれ量ｘの変数に対して３次曲線に近似した曲
線、または一次直線に近似しているものと仮定する。

【００２０】一方、前記両検出器２６ａ，２６ｂａの検
出出力の和（Va＋Vb）、もしくは平均値Vm＝（Va＋Vb）
／２の関数は、左右両検出器２６ａ，２６ｂａの間に誘
導ケーブル２７が位置する区間では略一定値であり、且
つその一定値は、前記高さ距離ｙに応じて変化する。そ
こで、前記（４）式の右辺のうちｘVa²Vb²／（Va＋V
b）は、ｘの一次関数であるから、これに適当な一定の
係数βを掛けることで、横ずれ量ｘがｘ１からｘ２まで
の区間では、前記差動出力値（Va−Vb）と、前記ｘにつ
いての一次関数とが一致するか又は平行状となると考え
てよい。そこで、Va²Vb²／（Va＋Vb）≒（Va＋Vb）
³／８＝（Vm）³と仮定する。つまり、Va²Vb²／（Va
＋Vb）を左右両検出器２６ａ，２６ｂａの出力の平均値
の３乗と仮定する。

【００２１】そうすると、前記（４）式を変形して、（Va−Vb）／（Vm）³・ｘ＝１／Ｋ ‥‥（５）とな
る。本発明者の実験では、横ずれ量ｘcm、高さ距離ｙcmのと
き、（５）式における（１／Ｋ）の値として以下に示す
〔表１〕のごとくの結果を得た。つまり、横ずれ量ｘが
ｘ１からｘ２までの区間では、（５）式の左辺の分母と
分子との比率が略一定（１／Ｋ）となる、換言すると、
差動出力値（Va−Vb）とｘVa²Vb²／（Va＋Vb）の関数
とは平行状であることが分かる。

【００２２】

【表１】

【００２３】従ってこの結果から理解できるように、上
記のｘおよびｙの範囲内では、前記（５）式を変形してｘ＝〔（Va−Vb）／（Vm）³〕／0.117 ‥‥（６）の式から、（Va−Vb）／（Vm）³の値が求まれば、高さ
距離ｙの値に関係なく、横ずれ量ｘを求めることができ
る。

【００２４】なお、前記（５）式において、左辺の分母
をｘの３次関数と仮定して、（Va−Vb）／（Vm）³・ｘ³＝１／Ｋ′‥‥（７）とお
いて、前記と同様にして横ずれ量ｘを求めることができ
る。これらの場合、前記（１／Ｋ）または（１／Ｋ′）
の値を実験結果で予め求め、読み出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）または、読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）に予め記憶
させておけば良い。

【００２５】前記差動出力の差動演算回路４０や和又は
平均値の関数の関数演算回路５７等は、それ専用の電子
素子による演算回路で構築しても良いが、マイクロコン
ピュータの演算部を利用してソフトウエアとして構築も
良い。このようにして、誘導ケーブル２７の軸線に対す
る走行車両１の中心線の横ずれの偏位量や、車体の横ず
れ方向が左右いずれであるかを中央処理装置３３にて演
算するのである。

【００２６】つまり、一対の検出器２６ａ，２６ｂの検
出信号を演算すれば、車体の誘導ケーブル２７に対する
横ずれの偏位量を求めることおよび横ずれの向き（右ま
たは左）を判別することができる。なお、走行車両１の
前後に各々左右対の検出器を設けて、前部対の検出器の
検出・演算結果から前部操舵装置を作動する一方、後部
検出器の検出・演算結果から後部操舵装置を作動するよ
うに構成しても良い。

【００２７】さらに、前記平均値Vmの３乗値等、両検出
器の出力の和の関数値を増幅回路６０を介して増幅させ
た信号を、出力端子６１から中央処理装置３３に入力し
て、一定しきい値Ｖｓと比較して、誘導ケーブル２７の
断線もしくは左右両検出器２６ａ，２６ｂが誘導ケーブ
ル２７の箇所から大きく逸脱しているか否かの判別を実
行する。

【００２８】なぜなら、左右いずれか一つの検出器の出
力では、図１０に示すように、誘導ケーブル２７が左右
対の検出器２６ａ，２６ｂの中点にある場合の出力値
と、誘導ケーブル２７が検出器よりも外側に大きく逸脱
（横ずれ）している場合の出力とは略同程度になるか
ら、一つの検出器の出力を検出していただけでは、誘導
ケーブルが断線しているのか、誘導ケーブルに対して左
右対の検出器が大きく横ずれ（逸脱）しているかの判別
が不可能である。しかし、誘導ケーブル２７が左右対の
検出器２６ａ，２６ｂの中間にあるときは、両検出器の
出力の和もしくはその和の関数の値は大きくなり、誘導
ケーブル２７が断線しているときや誘導ケーブル２７が
検出器よりも外側に大きく逸脱（横ずれ）している場合
には、前記両検出器の出力の和もしくはその和の関数の
値は、極めて小さくなるので、容易に判別できるのであ
る。

【００２９】また、両検出器の出力の和もしくはその和
の関数の値を、横ずれ量の演算と誘導ケーブルの断線と
誘導ケーブル２７が検出器よりも外側に大きく逸脱して
いることの検出に同時に利用すると、断線検出センサー
等の余分の部品を省略でき、且つ判別も至極容易で正確
に行えるという利点を有する。符号４１は薬液タンク４
内の薬液レベル（水面高さ）を検出するためのレベルセ
ンサー、符号４２は噴霧時の薬液消費量を検出するため
の流量検出センサーを示し、これらは、Ａ／Ｄ変換器３
６にてデジタル信号に変換した後、中央処理装置３３に
おけるインターフエイスの入力端子に接続する。

【００３０】中央処理装置３３におけるインターフエイ
スの出力端子には次のものを接続する。即ち、薬液タン
ク４から噴霧ノズル６に薬液を送る動力ポンプ１３の駆
動回路４３と、薬液流通管の途中に設けて液の流通量を
調節し，遮断することが可能な調節バルブ４４の駆動回
路４５と、前記自動操舵用の制御弁２８の右操舵用電磁
ソレノイド２８Ｒの電気式駆動回路４６と左操舵用電磁
ソレノイド２８Ｌの電気式駆動回路４７と、前記薬液タ
ンク４内の薬液レベルが最低になったとき、点灯する表
示ランプ４８と、走行車両１の走行ブレーキを作動させ
るアクチェータの駆動回路４９と、エンジンの動力伝達
を継断するクラッチを作動させるアクチェータの駆動回
路５０とを接続する。

【００３１】なお、噴霧部５からの薬液散布量を調節す
るための薬量調節バルブ４４の駆動回路４５を無線操作
機器にて遠隔操作できるように構成すれば、薬液散布の
ＯＮ・ＯＦＦも実行できる。また、中央処理装置３３に
車速センサー５２の検出信号を入力し、走行変速機構１
１の油圧シリンダもしくはＤＣモータ等のアクチェータ
を作動させる駆動回路５３に出力信号を出すように構成
する。

【００３２】この構成において、中央処理装置３３に
て、前記走行車両１に設けた左右一対の検出器２６ａ，
２６ｂで検出した誘導ケーブル２７に対する横ずれ量を
演算し、この検出横ずれ量と操舵角度センサー２５の検
出値とから、前記横ずれ量が小さくなるように操舵制御
するための操舵修正指令量信号を求めて、電気式駆動回
路４６，４７に駆動パルス信号を与え、誘導ケーブル２
７に略沿うような操舵制御、いわゆる電磁誘導操舵制御
を実行するのである。

【００３３】

【発明の作用及び効果】本願発明では、誘導ケーブルか
らでる交流電界を、走行車両に搭載した左右一対の検出
器にて検出して、当該誘導ケーブルに略沿うように操舵
する制御手段を設けてなる走行車両において、前記左右
一対の検出器の差動出力の値を演算するための差動演算
回路と、前記左右一対の検出器の差動出力の値と、当該
左右一対の検出器の出力の平均値の３乗値との比からな
る関数を演算する関数演算回路とを設け、前記両演算回
路の出力値から、誘導ケーブルに対する左右一対の検
出器の横ずれ量を演算する制御手段を設けたので、誘導
ケーブルと検出器との高さの変動があっても、誘導ケー
ブルに対する検出器の横ずれ量を正確に検出して、走行
車両を誘導ケーブルに沿うように操舵制御することがで
きる。

【００３４】従って、走行車両に検出器を取付ける場合
の、検出器の取付け高さ位置の誤差や設計仕様による取
付け位置の変更等に関する問題も無くなると言う効果も
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】薬剤散布機の側面図である。

【図２】薬剤散布機の平面図である。

【図３】操舵装置１４の概略平面図である。

【図４】操舵装置の制御油圧回路図である。

【図５】検出器の出力の演算回路の機能ブロック図であ
る。

【図６】制御装置の機能ブロック図である。

【図７】走行車両を後面から見た検出器と誘導ケーブル
との位置関係を示す図である。

【図８】誘導ケーブルに対する検出器の高さの差異によ
る出力特性の説明図である。

【図９】検出器と誘導ケーブルとの位置関係を示す説明
図である。

【図１０】検出器による出力の説明図である。

【符号の説明】

１走行車両３ハンドル６噴霧ノズル７送風機８，８前輪９，９後輪１０エンジン１１走行変速機構１２動力伝達機構１３動力ポンプ１４操舵装置１６油圧回路１７油圧シリンダ２２油圧ポンプ２３制御弁２５操舵角度センサー２６ａ，２６ｂ検出器２７誘導ケーブル２８自動操舵用制御弁３２操舵制御装置３３中央処理装置３７前処理部３８，５８，６０増幅器４０差動演算回路４５，４６，４７駆動回路５５平均値演算回路５６巾乗演算回路５７関数演算回路５９，６１出力端子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】誘導ケーブルからでる交流電界を、走行
車両に搭載した左右一対の検出器にて検出して、当該誘
導ケーブルに略沿うように操舵する制御手段を設けてな
る走行車両において、前記左右一対の検出器の差動出力
の値を演算するための差動演算回路と、前記左右一対の
検出器の差動出力の値と、当該左右一対の検出器の出力
の平均値の３乗値との比からなる関数を演算する関数演
算回路とを設け、前記両演算回路の出力値から、誘導ケ
ーブルに対する左右一対の検出器の横ずれ量を演算する
制御手段を設けたことを特徴とする走行車両における自
動操舵制御装置。