JP3343461B2 - 走行車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、果樹園等における薬剤
散布機（スピードスプレヤ）、工場内で物品を運搬する
無人運搬車両等の走行車両を誘導経路から外れないよう
に操舵制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、特開平４−１８１１号公報や
特開平６−２１４６４９号公報等に開示されているよう
に、走行車両に搭載した超音波センサや磁気センサ等の
方向感知センサの検出値と、操舵装置の操舵角度を検出
する角度検出手段の検出値とにより、誘導経路から走行
車両が外れないように操舵制御する制御装置として、マ
イクロコンピュータ等の電子制御系の操舵制御装置を使
用することが知られている。

【０００３】この場合、方向感知センサの検出値を抽出
するタイミング（サンプリング周期）を、前記マイクロ
コンピュータに備えたタイマ（クロック）を利用して、
一定時間間隔毎に実行することが、ハード（部品）を簡
素化する上でも、検出値の入力処理の容易性からも好ま
しいので採用されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記一
定時間間隔毎に検出値をサンプリングしていると、走行
車両が高速で走行していれば、長い距離間隔毎にサンプ
リングすることになり、次のサンプリング時迄に長い距
離を走るから、操舵制御に少しの誤差があっても、走行
車両が誘導経路から外れ易いという問題があった。特
に、走行車両の走行の向きを変える回行部では誘導経路
から外れるおそれが大きいのであった。

【０００５】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
べくなされたものであり、安全に走行させることができ
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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明の走行車両の操舵制御装置
は、走行車両に搭載して誘導経路を検出する磁気センサ
等の感知センサの検出値と、操舵装置における操舵角度
を検出する角度検出手段の検出値とにより、前記誘導経
路から外れないように操舵制御する走行車両の操舵制御
装置において、走行車両に、タイマと速度に応じた検出
パルス数を出力するように構成された車速センサとを備
え、前記検出パルス数の時間的変動率が一定以上、もし
くは検出パルス数が一定時間にわたって検出できないと
きには、車速センサの異常と判断して警報し、且つ前記
車速センサが異常と判断されたときには、タイマの計時
により一定時間間隔毎に前記感知センサからの検出値を
抽出するように制御し、車速センサが異常でないと判断
されたときには、前記感知センサの検出値を車速センサ
の検出値に応じて一定走行距離毎に抽出するように制御
するものである。

【０００７】

【０００８】

【実施例】次に、本発明を無人自動走行型の薬剤散布機
（スピードスプレヤ）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には薬液タ
ンク４とその後部に噴霧部５とを備えている。

【０００９】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ＰＴＯ出力変速伝達機構１２を介して送
風機７を回転させ、また噴霧ノズル６に対する動噴ポン
プ１３を駆動させる。

【００１０】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
図４に示す油圧回路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は左
向き後輪は右向きに変更される）というように、前後４
輪ともに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。

【００１１】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
イド式の制御弁であり、符号２９は走行クラッチ作動の
ためのアクチュエータとしての油圧シリンダ３０を制御
する電磁ソレノイド式の制御弁、符号２３は手動操舵操
作の場合に使用する制御弁である。制御弁２９、２８
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３１
に接続し、しかも、走行クラッチ作動用の制御弁２９
は、自動操舵用の制御弁２８よりも上流側になるよう直
列状に連結する。

【００１２】従って、走行クラッチを作動させるべく、
制御弁２９を中立位置以外の位置に作動させるときに
は、その油圧シリンダ３０が優先的に作動し、操舵用の
油圧シリンダ１７の作動は二次的となる。なお、手動操
舵のときには、油圧ポンプ２２から送られてきた油が制
御弁２３を介して油圧モータ２１に送られ、この油圧モ
ータ２１からの油送り量をハンドル３の回動角度に比例
するように作動させ、この油を前記ステアリング機構１
５に取付く複動式の油圧シリンダ１７に送る。自動操舵
制御のときには油圧ポンプ２２から制御弁２９の中立位
置及び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。

【００１３】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。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磁気センサ２６ａ，２６
ｂを設ける。この誘導経路に沿うように感知する磁気セ
ンサ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Ｉ
Ｃ、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。

【００１４】また、誘導経路に沿うように感知するセン
サの他の実施例としては、誘導経路に沿って設けた標識
や木立を超音波センサ、赤外線センサ等のセンサにより
感知するようなものであっても良い。以上の構成は、薬
剤散布機に限らず、その他の作業用の自動走行車両に適
用できることはいうまでもない。

【００１５】図５は噴霧部５の実施例を示し、薬液タン
ク４からの液状薬剤は、タンクドレイン弁３２、フィル
タ３３を介して動力噴霧ポンプ１３に入り、主弁３４、
パイプ３５を介して薬液分配器３６から左右及び中央
（上）の切換弁３７，３８，３９を介して各方向の噴霧
ノズル６に噴出させるものであり、各切換弁３７，３
８，３９には切換操作用モータ３７ａ，３８ａ，３９ａ
が設けられ、走行車両の走行方向と被散布物（樹木）と
の位置関係により、所定の向きにのみ薬液を噴霧するこ
とを選択することができる。なお、符号４０は調圧弁、
符号４１は補正噴霧用吐出パイプ４２に接続した停止弁
であり、パイプ４２の先端にホース（図示せず）を繋
ぎ、薬液が掛からなかった樹木に手作業で噴霧する。

【００１６】運転操作部２における操作パネルに設けた
キースイッチ（図示せず）に、始動時にキーを差し込ん
で、所定角度回動すると、後述の制御装置１００が立ち
上がり（起動して）、実行準備状態（待機状態）とな
る。次いで、さらに所定角度回動すると、スイッチ４５
がスタータ位置を検出すると共にセルモータが起動して
エンジン作動させることができる。また、前記操作部に
は、自動モード設定スイッチ４６、自動モードに設定さ
れたとき点灯する自動モードランプ４７、各種パイロッ
トランプ群４８、作業者が座席に座っていときの状態を
検出するセーフティスイッチ４９等が配置されている。

【００１７】図６は、走行車両の制御をマイクロコンピ
ュータのソフトにより実行する場合の制御装置１００の
機能ブロック図を示し、第１コントローラ１０１及び第
２コントローラ１０２を備え、この２つのコントローラ
１０１，１０２はコネクタを介して接離可能なシリアル
通信線１０３で入出力ポート１１８，１１９間を接続
し、制御信号等を相互に相手側に転送できる構成であ
る。

【００１８】第１コントローラ１０１のデジタルインタ
ーフェイスである入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）１３３
には、次に述べる入力部１２０と出力部１２２とを接続
する（図７参照）。入力部１２０としては、前記誘導ケ
ーブル２７からの磁気を検出する磁気センサ２６ａ，２
６ｂと、操舵用の油圧シリンダ１７のピストンロッドの
ストローク位置を検出するためのストロークセンサ７１
と、走行車両１の前バンパーの前面に取付けて障害物が
接触したとき走行停止させるためのタッチセンサ７２
と、自動モード設定スイッチ４６と、エンジン１０の回
転数センサ７３と、走行変速機構１１における主変速レ
バーの位置を検出するスイッチ７４と、車速センサ７５
と、前記キースイッチのスタータ位置検出スイッチ４５
と、セーフティスイッチ４９と、駐車ブレーキが作動し
たことを感知する駐車ブレーキスイッチ７６と、送信機
７７から送信された遠隔操作のための各種信号を受信す
る受信機７８の受信モニタや各チャネルの出力信号端子
等があり、前記受信機７８と自動モード設定スイッチ４
６の信号は第２コントローラ１０２にも直接的に入力さ
れる。

【００１９】第１コントローラ１０１の出力部１２２と
しては、操舵用の制御弁２８の電磁ソレノイド２８Ｒ，
２８Ｌと、自動モード状態を表示するための自動モード
ランプ４７と、受信機７８の受信状態を示す受信モニタ
ランプ７９と、各種出力部の作動ＯＮ状態を表示するパ
イロットランプ４８と、走行クラッチをＯＮ・ＯＦＦす
るための走行クラッチ電磁弁８０と、危険なときエンジ
ンを緊急的に停止させるエンジン停止ソレノイド８１と
がある。

【００２０】遠隔操作時には、送信機７７から受信機７
８で受信した主電波に応じて、第１コントローラ１０１
からコントローラ監視ユニット７０に一定デューティ比
のパルス信号が送られている間は、前記エンジン停止ソ
レノイド８１がＯＮ状態を保持してエンジンが駆動し続
ける。送信機７７または受信機７８の故障等で、第１コ
ントローラ１０１からのパルス信号の出力が止むと、エ
ンジン停止ソレノイド８１がＯＦＦとなって、安全のた
めエンジン停止する。

【００２１】第２コントローラ１０２のデジタルインタ
ーフェイスである入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）には、
次に述べる入力部と出力部とを接続する。入力部として
は、前記受信機７８と自動モード設定スイッチ４６の
他、薬液タンク内の薬液の有無又は量の大小（満杯か、
空か等）を検出する薬液量センサ８２と、走行車両１の
前部に装着して超音波にて障害物を感知する左右一対の
障害物感知センサ８３ａ，８３ｂと、送風機７への動力
伝達を継断するフアンクラッチ操作スイッチ８４と、前
記噴霧ノズル６の作動区画（左側、上側、右側）を切り
換える操作スイッチ８５ａ，８５ｂ，８５ｃ等とがあ
る。また、出力部としては、前記動力噴霧ポンプ１３の
ＯＮ・ＯＦＦ作動させる作動リレー８６と、前記噴霧ノ
ズル６の作動区画（左側、上側、右側）ごとに薬液を供
給する切換弁３７，３８，３９の切換操作用モータ３７
ａ，３８ａ，３９ａと、送風機７への動力伝達を継断す
るフアンクラッチ操作用の電動シリンダ８７等がある。

【００２２】なお、第１コントローラ１０１は、図７に
示すように、それぞれ、制御を実行し演算処理するため
の中央処理装置（ＣＰＵ）１１０と、制御プログラムを
予め記憶させた読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１１２
と、各種データを記憶させた読み書き可能メモリ（ＲＡ
Ｍ）１１４と、コントローラを識別するための識別コー
ドや、オプションの制御用入力部及び出力部のためのデ
ータを書き込む（記憶させる）ための不揮発性ＲＡＭ
（例えばＥＥＰＲＯＭ）１１６と、前記デジタルＩ／Ｏ
ポート１１３と、コントローラ等の診断のためのチェッ
カ装置１０４とシリアル通信するためのインターフェイ
ス（Ｉ／Ｏポート）１１８と、後述するタイマ１２４等
とを相互にバス接続する。

【００２３】第２コントローラ１０２も第１コントロー
ラ１０１とほぼ同じ構成であるので、図示省略する。次
に、図８（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、前記ピック
アップコイル等の左右一対の磁気センサ２６ａ，２６ｂ
の検出値によって、走行車両１の左右中心が誘導ケーブ
ル２７に対して左右の横ずれとその横ずれ量（偏位量）
を求める作業について説明すると、誘導ケーブル２７に
交流電流を流すと、図８（ａ）の円弧状の破線で示すよ
うに交流磁界が誘導ケーブル２７を中心とした同心円状
に発生する。交流磁界の強さは誘導ケーブル２７の断面
中心からの距離から遠ざかるにつれて弱くなる。

【００２４】そして、走行車両１の前部等に設けた左右
一対の磁気センサ２６ａ，２６ｂにてそれぞれ検出した
交流磁界の強さe1，e2の絶対値の差｜ｅ｜＝（｜e1｜−
｜e2｜) を演算して、誘導ケーブル２７に対する走行車
両１の左右中心が左右に横ずれしたときの横ずれ量ｍ
と、その横ずれ方向が求められる。なお、左右一対の磁
気センサ２６ａ，２６ｂからの検出信号は図示しないＡ
／Ｄ変換器でデジタル信号に変換した後、ＲＡＭ１１４
におけるバッファ領域に格納（記憶）された後、ＣＰＵ
１１にて所定の演算が実行され、その換算結果に基づい
て、前記偏位量が少なくなる方向に操舵制御するのであ
る。

【００２５】前記左右一対の磁気センサ２６ａ，２６ｂ
による検出のタイミング（サンプリング周期）は、後述
するように、車速センサ７５が正常に作動しているとき
には、走行車両１の一定走行距離毎に行われ、車速セン
サ７５が異常を来したときには、一定時間間隔毎に行わ
れように切り換え制御するものである。次に、図９のフ
ローチャートを参照しながら、前記切り換え制御につい
て説明すると、スタートに続いて、初期化によりタイマ
１２４をリセットする（Ｓ１）。次に、タイムカウント
を開始し（Ｓ２）、その後、車速センサ７５からの検出
値（後述するパルス信号Ｐ１の数）と、左右一対の磁気
センサ２６ａ，２６ｂの検出値と、操舵角度に比例する
操舵ストロークセンサ７１（または操舵角度センサ２
５）の検出値と、それらの検出した時刻または時間間隔
Ｔｏを読込み（Ｓ３）、それらの値を前記ＲＡＭ１１４
におけるバッファ領域に記憶させる。

【００２６】前記車速センサ７５は、走行軸または車軸
の回転数を検出することのできるロータリエンコーダか
らなり、走行軸等と一体的に回転するスリット円盤とそ
のスリットによるＯＮ・ＯＦＦのパルス信号Ｐ１を感知
するフォトインタラプタにより構成するか、走行軸等と
一体的に回転するギヤの歯面に近接させた磁気センサ
（近接センサ）によりＯＮ・ＯＦＦのパルス信号感知す
るように構成したものを利用する。従って、一定時間内
の前記ＯＮ・ＯＦＦのパルス信号Ｐ１の数を計数するこ
とにより、走行車両１の車速を求めることができる。

【００２７】そして、前記一定時間Ｔｏ内にパルス信号
Ｐ１が検出されたか否かを判別し（Ｓ４）、次に、前記
一定時間Ｔｏ内のパルス信号Ｐ１の変化率（ΔＰ１／Ｔ
ｏ）が所定の値より大きいか否かを判別する（Ｓ５）。
前記一定時間Ｔｏ内に車速センサ７５からの検出値が出
ないとき（Ｓ４：no）や、パルス信号Ｐ１の変化率が所
定の値以上のとき（Ｓ５：yes ）には、当該車速センサ
７５が故障しているものと判断し、車速センサ異常をオ
ペレータに知らせるための警報ランプ（前記パイロット
ランプ４８のうちの一つ、または送信機７７に備えたラ
ンプ）を点灯させる一方（Ｓ６）、磁気センサ２６ａ，
２６ｂの検出値を前記一定時間間隔Ｔｏごとにサンプリ
ング（抽出）し、その変化率（Δｅ／Ｔｏ）を前記一定
時間間隔Ｔｏごとに算出して（Ｓ７）、これに基づいて
操舵制御を実行するのである（Ｓ８）。

【００２８】反対に、前記一定時間Ｔｏ内に車速センサ
７５からの検出値が出ているとき（Ｓ４：yes ）や、パ
ルス信号Ｐ１の変化率が所定の値より少ないとき（Ｓ
５：no）には、当該車速センサ７５が故障していないも
のと判断し、警報ランプは消灯し（Ｓ９）、磁気センサ
２６ａ，２６ｂの検出値を、前記車速センサ７５からの
パルス信号の数に基づいて算出された一定走行距離Ｌｏ
ごとにサンプリング（抽出）し、その変化率（Δｅ／Ｌ
ｏ）を前記一定走行距離Ｌｏごとに算出して（Ｓ１
０）、これに基づいて操舵制御を実行するのである（Ｓ
８）。

【００２９】このように、車速センサ７５が故障してい
ないときには、一定の走行距離毎に磁気センサの検出値
をサンプリング（抽出）することで、走行車両が高速で
走行するときにも一定距離毎に誘導ケーブル２７に対す
る横ずれを感知でき、操舵のずれを迅速かつ正確に修正
して、誘導経路に沿うような安全な操舵制御を実行する
ことができる。

【００３０】なお、走行車両１に搭乗せず外で送信機７
７を操作するオペレータが、前記警報ランプの消灯或い
は点灯を見て、もしくは警報ブザーの鳴動の有無を知っ
て、一定走行距離毎のサンプリングか一定時間間隔ごと
のサンプリングかのいずれかにスイッチにて切り換える
ようにしても良い。本実施例では、薬液散布機を無人で
走行させる場合について説明したが、走行車両にオペレ
ータが搭乗するものにおいても適用できることはいうま
でもない。また、前述のように、磁気センサにかえて、
超音波センサまたは赤外線センサにより誘導経路を感知
するものにも前記と同様にして適用できるものである。

【００３１】

【発明の作用・効果】以上に説明したように、請求項１
に記載の操舵制御装置は、走行車両に搭載して誘導経路
を検出する磁気センサ等の感知センサの検出値と、操舵
装置における操舵角度を検出する角度検出手段の検出値
とにより、前記誘導経路から外れないように操舵制御す
る走行車両の操舵制御装置において、走行車両に、タイ
マと速度に応じた検出パルス数を出力するように構成さ
れた車速センサとを備え、前記検出パルス数の時間的変
動率が一定以上、もしくは検出パルス数が一定時間にわ
たって検出できないときには、車速センサの異常と判断
して警報し、且つ前記車速センサが異常と判断されたと
きには、タイマの計時により一定時間間隔毎に前記感知
センサからの検出値を抽出するように制御し、車速セン
サが異常でないと判断されたときには、前記感知センサ
の検出値を車速センサの検出値に応じて一定走行距離毎
に抽出するように制御するものである。

【００３２】この構成によれば、車速センサの検出パル
ス数が一定時間にわたって出力されないとか、検出パル
ス数の時間的変動率が一定以上であれば、当該車速セン
サは故障しているのだから、警報ランプを点灯させ、も
しくは警報ブザーを鳴動させてオペレータに知らせて、
操舵制御が正確に行われ難いことを報知することができ
ると共に、一定時間隔毎に感知制御の検出値をサンプリ
ングするように切り換えれば、直ちに走行車両が誘導経
路から外れることは防止できるので、前記車速センサが
異常であっても、脱線事故の発生を回避でき、走行車両
を低速に切り換える等して操舵制御を続行することがで
きるという効果奏する。他方、車速センサが正常である
場合には、車速センサの検出パルス数を計数し、演算に
より求めた一定走行距離毎に、感知センサの検出値を抽
出（サンプリング）して、この結果を操舵制御に利用す
ることで、走行車両が高速で走行している時でも、誘導
経路から走行車両が外れるというおそれが少なくなり、
安全を走行操舵を実行できるという効果を奏する。

【００３３】

【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】操舵装置の概略平面図である。

【図４】操舵装置等の制御油圧回路図である。

【図５】噴霧部の機構ブロック図である。

【図６】制御装置の機能ブロック図である。

【図７】コントローラの機能ブロック図である。

【図８】（ａ）は磁気センサと誘導ケーブルの位置関係
を示す図、（ｂ）は磁気センサの検出値と横ずれの関係
を示す図である。

【図９】切り換え制御のフローチャート図である。

【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 １０ エンジン １３ 動噴ポンプ １４ 操舵装置 １６ 油圧回路 １７，３０ 油圧シリンダ ２２ 油圧ポンプ ２３，２９ 制御弁 ２６ａ，２６ｂ 磁気センサ ２７ 誘導ケーブル １００ 制御装置 １０１ 第１コントローラ １０２ 第２コントローラ １０３ シリアル通信線 １０４ チェッカ装置 １２４ タイマ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 1/00 - 1/12 A01B 69/00 A01M 7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行車両に搭載して誘導経路を検出する
   磁気センサ等の感知センサの検出値と、操舵装置におけ
   る操舵角度を検出する角度検出手段の検出値とにより、
   前記誘導経路から外れないように操舵制御する走行車両
   の操舵制御装置において、走行車両に、タイマと速度に
   応じた検出パルス数を出力するように構成された車速セ
   ンサとを備え、前記検出パルス数の時間的変動率が一定
   以上、もしくは検出パルス数が一定時間にわたって検出
   できないときには、車速センサの異常と判断して警報
   し、且つ前記車速センサが異常と判断されたときには、
   タイマの計時により一定時間間隔毎に前記感知センサか
   らの検出値を抽出するように制御し、車速センサが異常
   でないと判断されたときには、前記感知センサの検出値
   を車速センサの検出値に応じて一定走行距離毎に抽出す
   ることを特徴とする走行車両の操舵制御装置。