JP6162892B2 - 作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の管理システム及び作業機械の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の管理システム及び作業機械の制御方法に関する。

鉱山の採掘現場では、油圧ショベル及びダンプトラック等、様々な鉱山機械が稼働する。特許文献１には、降坂中の有人車両の速度が目標走行速度を大きくオーバーシュートしないように制御する降坂速度制御装置が記載されている。

特開２００４−１４２６９０号公報

設定された目標走行速度に従って鉱山を走行するように制御される無人の鉱山機械は、走行速度が低速に制限された領域を走行することがある。このような場合、無人の鉱山機械は、走行速度が低速に制限された領域に進入する前に、走行速度を設定された速度に減速するために駆動力を一旦低下させるが、その後駆動力を回復させるタイミングが遅れると、鉱山機械の走行速度が目標走行速度を下回る現象が発生することがある。これは、鉱山機械のような機械重量が大きい作業機械は慣性力も大きくなるため、一旦速度が低下する傾向になると、直ちに定速走行させることができないことに起因する。この現象は、積載物を積んだダンプトラックのように、重量の大きい作業機械において発生しやすい現象である。

本発明の態様は、設定された目標走行速度に従って鉱山を走行するように制御される無人の作業機械が、走行速度が低速に制限された領域を走行するにあたって、走行速度が目標走行速度を大きく下回ることを抑制することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、作業機械の走行装置を駆動する駆動装置を制御する前記作業機械の制御システムであって、前記作業機械が目標とする目標走行速度に基づいて、前記作業機械の走行速度を制御するためのアクセル指令値を求めるアクセル変化量演算部と、前記作業機械の進行方向前方に存在する、前記目標走行速度が一定であり、かつ現時点の走行速度よりも低速となる領域を検出する検出部と、前記検出部によって前記領域が検出されると、前記アクセル指令値を補正するための補正値を求める補正値演算部と、前記アクセル指令値と前記補正値とを加算して補正アクセル指令値を求める加算処理部と、前記補正アクセル指令値を前記駆動装置に出力するアクセル指令値出力部と、を含む、作業機械の制御システムが提供される。

本発明の第２の態様に従えば、第１の態様に係る作業機械の制御システムにおいて、前記作業機械の目標走行経路を規定する走行条件情報が、前記目標走行速度を含み、前記検出部は、前記作業機械の進行方向前方に存在する複数のポイントに対応する複数の前記目標走行速度を用いて前記領域を検出する作業機械の制御システムが提供される。

本発明の第３の態様に従えば、第２の態様に係る作業機械の制御システムにおいて、前記検出部は、前記作業機械の進行方向前方に存在する第１のポイントにおける第１の前記目標走行速度と、第１の前記走行条件情報よりも前記作業機械の進行方向前方に存在する第２のポイントにおける第２の前記目標走行速度との差分が閾値未満である場合、前記領域を検出したと判定する作業機械の制御システムが提供される。

本発明の第４の態様に従えば、第１の態様から第３の態様のいずれか１つに係る作業機械の制御システムにおいて、前記作業機械の減速度が閾値以上である場合、前記領域を検出したと判定する作業機械の制御システムが提供される。

本発明の第５の態様に従えば、第１の態様から第４の態様のいずれか１つに係る作業機械の制御システムにおいて、前記補正値演算部は、前記作業機械の実際の減速度を用いて、前記補正値を求める作業機械の制御システムが提供される。

本発明の第６の態様に従えば、第１の態様から第５の態様のいずれか１つに係る作業機械の制御システムにおいて、前記領域は、前記作業機械が走行する鉱山の速度制限エリア、交差点及び前記鉱山の搬送路が狭くなっている部分の少なくとも１つを含む作業機械の制御システムが提供される。

本発明の第７の態様に従えば、作業機械の走行装置を駆動する駆動装置を制御する前記作業機械の制御システムであって、前記作業機械が目標とする目標走行速度に基づいて、前記作業機械の走行速度を制御するためのアクセル指令値を求めるアクセル変化量演算部と、前記作業機械が、前記目標走行速度が減少する減速領域にあり、かつ前記作業機械の進行方向前方に前記目標走行速度が直線的に上昇する一定加速度領域が存在することを検出する検出部と、前記検出部によって前記領域が検出されると、前記アクセル指令値を補正するための補正値を求める補正値演算部と、前記アクセル指令値と前記補正値とを加算して補正アクセル指令値を求める加算処理部と、前記補正アクセル指令値を前記駆動装置に出力するアクセル指令値出力部と、を含む、作業機械の制御システムが提供される。

本発明の第８の態様に従えば、前記補正値演算部は、第７の態様に係る作業機械の制御システムにおいて、前記作業機械の実際の減速度及び前記一定加速度領域における加速度を用いて、前記補正値を求める作業機械の制御システムが提供される。

本発明の第９の態様に従えば、第１の態様から第８の態様のいずれか１つに係る作業機械の制御システムを含む、作業機械が提供される。

本発明の第１０の態様に従えば、第９の態様に係る作業機械に前記目標走行速度及び前記作業機械の目標走行経路を含む走行条件情報を出力する管理装置を含む、作業機械の管理システムが提供される。

本発明の第１１の態様に従えば、作業機械の進行方向前方に存在する、前記作業機械が目標とする目標走行速度が一定であり、かつ現時点の走行速度よりも低速となる領域を検出することと、前記領域が検出されると、前記アクセル指令値を補正するための補正値を求めることと、前記補正値と、前記目標走行速度に基づいて求められる、前記作業機械の走行速度を制御するためのアクセル指令値とを加算して補正アクセル指令値を求めることと、前記補正アクセル指令値を、前記作業機械の走行装置を駆動する駆動装置に出力することと、を含む、作業機械の制御方法が提供される。

本発明の態様によれば、設定された目標走行速度に従って鉱山を走行するように制御される無人の作業機械が、走行速度が低速に制限された領域を走行するにあたって、走行速度が目標走行速度を大きく下回ることを抑制することができる。

図１は、本実施形態に係る作業機械の管理システムの一例を示す図である。 図２は、搬送路を走行するダンプトラックを示す模式図である。 図３は、本実施形態に係るダンプトラックの一例を模式的に示す図である。 図４は、本実施形態に係るダンプトラックの一例を模式的に示す図である。 図５は、本実施形態に係る作業機械の制御システムの制御ブロック図である。 図６は、ダンプトラックが一定速度領域を走行する際の状態を示した図である。 図７は、ダンプトラックが一定速度領域を走行する際における走行速度及び目標走行速度と時間との関係を示す図である。 図８は、走行速度のアンダーシュートを抑制するための制御例を説明するための図である。 図９は、検出部が一定速度領域を検出する手法の一例を示す図である。 図１０は、本実施形態に係る作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図１１は、本実施形態に係る作業機械の制御方法によって制御されたダンプトラックが、一定速度領域を走行する際における走行速度及び目標走行速度と時間との関係を示す図である。 図１２は、ダンプトラックが一定速度領域を走行する際におけるアクセル出力と時間との関係を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜作業機械の管理システムの概要＞
図１は、本実施形態に係る作業機械の管理システム１の一例を示す図である。以下において、作業機械の管理システム１を、適宜、管理システム１と称する。管理システム１は、作業機械４を管理する。作業機械４の管理は、作業機械４の運行管理、作業機械４の生産性の評価、作業機械４のオペレータの操作技術の評価、作業機械４の保全、及び作業機械４の異常診断の少なくとも一つを含む。以下においては、作業機械として鉱山機械を例として説明する。

作業機械の一例である鉱山機械とは、鉱山における各種作業に用いる機械類の総称である。作業機械４は、ボーリング機械、掘削機械、積込機械、運搬機械、破砕機、及び運転者が運転する車両の少なくとも一つを含む。掘削機械は、鉱山を掘削するための作業機械である。積込機械は、運搬機械に積荷を積み込むための作業機械である。積込機械は、油圧ショベル、電気ショベル、及びホイールローダの少なくとも一つを含む。運搬機械は、積荷を運搬するための作業機械である。破砕機は、運搬機械から投入された排土を破砕する作業機械である。作業機械４は、鉱山において移動可能である。

本実施形態において、作業機械４は、鉱山を走行可能な運搬機械であるダンプトラック２と、ダンプトラック２とは異なる他の作業機械３とを含む。本実施形態においては、管理システム１により、主にダンプトラック２が管理される例について説明する。

図１に示されるように、ダンプトラック２は、鉱山の作業場ＰＡ及び作業場ＰＡに通じる搬送路ＨＬの少なくとも一部を走行する。ダンプトラック２は、搬送路ＨＬ及び作業場ＰＡに設定された目標走行経路に従って走行する。

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。積込場ＬＰＡは、ダンプトラック２に積荷を積み込む積込作業が行われるエリアである。排土場ＤＰＡは、ダンプトラック２から積荷が排出される排出作業が行われるエリアである。図１に示す例では、排土場ＤＰＡの少なくとも一部に破砕機ＣＲが設けられる。

本実施形態では、ダンプトラック２は、管理装置１０からの指令信号に基づいて鉱山を自律走行する無人ダンプトラックであることを前提に説明する。ダンプトラック２の自律走行とは、運転者の操作によらずに管理装置１０からの指令信号に基づいて走行することをいう。無人ダンプトラックは、例えば故障をしたような場合には、運転者の操作によって走行する機能も有している。

図１において、管理システム１は、鉱山に設置される管制施設７に配置された管理装置１０と、通信システム９とを備える。通信システム９は、データ及び指令信号の少なくとも一方を中継する中継器６を複数有する。通信システム９は、管理装置１０と作業機械４との間においてデータ又は指令信号を無線通信する。また、通信システム９は、複数の作業機械４の間においてデータ又は指令信号を無線通信する。

本実施形態において、ダンプトラック２の位置及び他の作業機械３の位置は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球航法衛星システム）を利用して検出される。全地球航法衛星システムの一例として、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられるが、これに限定されるものではない。ＧＮＳＳは、複数の測位衛星５を有する。ＧＮＳＳは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定される位置を検出する。ＧＮＳＳにより検出される位置は、グローバル座標系において規定される絶対位置である。ＧＮＳＳにより、鉱山におけるダンプトラック２の位置及び他の作業機械３の位置が検出される。

以下の説明においては、ＧＮＳＳによって検出される位置を適宜、ＧＰＳ位置、と称する。ＧＰＳ位置は、絶対位置であり、緯度、経度及び高度の座標データを含む。絶対位置は、高精度に推定されたダンプトラック２の推定位置を含む。

＜管理装置１０＞
次に、管理装置１０について説明する。管理装置１０は、作業機械４にデータ及び指令信号の少なくとも一方を送信し、作業機械４からデータを受信する。図１に示すように、管理装置１０は、コンピュータ１１と、表示装置１６と、入力装置１７と、無線通信装置１８とを備える。

コンピュータ１１は、処理装置１２と、記憶装置１３と、入出力部１５とを備える。表示装置１６、入力装置１７、及び無線通信装置１８は、入出力部１５を介してコンピュータ１１と接続される。

処理装置１２は、作業機械４の管理するための演算処理を実行する。記憶装置１３は、処理装置１２と接続され、作業機械４を管理するためのデータを記憶する。入力装置１７は、作業機械４を管理するためのデータを処理装置１２に入力するための装置である。処理装置１２は、記憶装置１３に記憶されているデータ、入力装置１７から入力されたデータ、及び通信システム９を介して取得したデータを使って演算処理を実行する。表示装置１６は、処理装置１２の演算処理結果等を表示する。

無線通信装置１８は、管制施設７に配置され、アンテナ１８Ａを有し、入出力部１５を介して処理装置１２と接続される。通信システム９は、無線通信装置１８を含む。無線通信装置１８は、作業機械４から送信されたデータを受信可能であり、受信されたデータは、処理装置１２に出力され、記憶装置１３に記憶される。無線通信装置１８は、作業機械４にデータを送信可能である。

図２は、搬送路ＨＬを走行するダンプトラック２を示す模式図である。管理装置１０の処理装置１２は、鉱山を走行するダンプトラック２の目標走行速度Ｖｒ及び目標走行経路ＲＰを含む走行条件情報を生成する走行条件情報生成部として機能する。目標走行経路ＲＰは、コースデータＣＳによって規定される。コースデータＣＳとは、絶対位置（座標）がそれぞれ規定された複数のポイントＰＩの集合体である。複数のポイントＰＩを通過する軌跡が目標走行経路ＲＰである。処理装置１２は、複数のポイントＰＩのそれぞれについてダンプトラック２の目標走行速度Ｖｒを設定する。管理装置１０は、通信システム９を介して、ダンプトラック２に、複数のポイントＰＩを含む目標走行経路ＲＰ及び各ポイントＰＩにおける目標走行速度Ｖｒを含む走行条件情報を出力する。ダンプトラック２は、管理装置１０から送信された走行条件情報に従って、鉱山を走行する。

＜ダンプトラック２＞
図３及び図４は、本実施形態に係るダンプトラック２の一例を模式的に示す図である。

ダンプトラック２は、ダンプトラック２を走行させる走行装置２１と、走行装置２１が取り付けられる車両本体２２と、車両本体２２に支持されるベッセル２３と、走行装置２１を駆動する駆動装置２４と、制御装置２５とを備える。

走行装置２１は、車輪２６と、車輪２６を回転可能に支持する車軸２７と、車輪２６を制動する制動装置２８と、走行方向を調整可能な操舵装置２９とを有する。

走行装置２１は、駆動装置２４が発生した駆動力により動作する。駆動装置２４は、ダンプトラック２を加速させるための駆動力を発生する。駆動装置２４は、電気駆動方式により走行装置２１を駆動する。駆動装置２４は、ディーゼルエンジンのような内燃機関と、内燃機関の動力により作動する発電機と、発電機が発生した電力により作動する電動機とを有する。電動機で発生した駆動力が走行装置２１の車輪２６に伝達される。車輪２６は、電動機で発生した駆動力によって回転して、ダンプトラック２を走行させる。このように、車両本体２２に設けられた駆動装置２４の駆動力によって、ダンプトラック２は自走する。駆動装置２４の出力が調整されることにより、ダンプトラック２の走行速度が調整される。駆動装置２４は、電気駆動方式に限定されるものではない。駆動装置２４は、例えば、内燃機関で発生した動力が、動力伝達装置を介して走行装置２１の車輪２６に伝達される駆動方式であってもよい。

操舵装置２９は、走行装置２１の走行方向を調整する。ダンプトラック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２９は、車輪２６の向きを変えることによって、ダンプトラック２の走行方向を調整する。

制動装置２８は、ダンプトラック２を減速又は停止させるための制動力を発生する。制御装置２５は、駆動装置２４を作動するためのアクセル指令信号、制動装置２８を作動するための制動指令信号、及び操舵装置２９を作動するためのステアリング指令信号を出力する。駆動装置２４は、制御装置２５から出力されたアクセル指令信号に基づいて、ダンプトラック２を加速させるための駆動力を発生する。制動装置２８は、制御装置２５から出力された制動指令信号に基づいて、ダンプトラック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２９は、制御装置２５から出力されたステアリング指令信号に基づいて、ダンプトラック２を直進又は旋回させるために車輪２６の向きを変えるための力を発生する。

以下の説明においては、制御装置２５からアクセル指令信号が出力され、駆動装置２４が駆動力を発生してダンプトラック２が加速する状態を適宜、加速状態、と称し、駆動装置２４が発生する駆動力によりダンプトラック２が一定速度で走行する状態を適宜、定速状態、と称する。また、以下の説明においては、制御装置２５から制動指令信号が出力され、制動装置２８が制動力を発生してダンプトラック２が減速する状態を適宜、減速状態、と称する。また、以下の説明においては、制御装置２５からのアクセル信号及び制動指令信号の両方の出力が停止され、駆動装置２４が駆動力を発生せず制動装置２８が制動力を発生しない状態で、ダンプトラック２が走行する状態を適宜、惰行状態、と称する。

ダンプトラック２は、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓを検出する走行速度検出器３１と、ダンプトラック２の加速度Ａｓを検出する加速度検出器３２と、ベッセル２３に積載される積荷の積載量を検出する積載量検出器３４とを備える。また、ダンプトラック２は、ダンプトラック２の位置を検出する位置検出器３５と、例えば、図１に示される管理装置１０と通信する無線通信装置３６とを備える。

走行速度検出器３１は、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓを検出する。走行速度検出器３１は、車輪２６の回転速度を検出する回転速度センサを含む。車輪２６の回転速度とダンプトラック２の走行速度Ｖｓとは相関するため、回転速度センサの検出値である回転速度値が、ダンプトラック２の走行速度値に変換される。なお、走行速度検出器３１は、車軸２７の回転速度を検出してもよい。

加速度検出器３２は、ダンプトラック２の加速度Ａｓを検出する。ダンプトラック２の加速度Ａｓは、正の加速度及び負の加速度（減速度）を含む。本実施形態においては、車輪２６の回転速度を検出する回転速度センサの検出値である回転速度値に基づいて演算処理が実行されることにより、ダンプトラック２の加速度値に変換される。詳細には、加速度検出器３２は、予め決められた時間における走行速度Ｖｓの差に基づいてダンプトラック２の加速度Ａｓを導出する。例えば、０．５［ｓｅｃ］間の走行速度Ｖｓの差から加速度Ａｓが導出される。走行速度検出器３１と加速度検出器３２とは別々の検出器でもよい。

積載量検出器３４は、ベッセル２３に積載される積荷の積載量を検出する。ベッセル２３に積荷が積載されていない空荷状態におけるダンプトラック２の重量は既知データである。積載量検出器３４は、ベッセル２３に積載される積荷の積載量を検出し、積載量の検出値と既知データである空荷状態のダンプトラック２の重量とに基づいて、ダンプトラック２の総重量Ｍを検出する。

位置検出器３５は、ＧＰＳ受信機を含み、ダンプトラック２のＧＰＳ位置（座標）を検出する。位置検出器３５は、ＧＰＳ用のアンテナ３５Ａを有する。アンテナ３５Ａは、測位衛星５からの電波を受信する。位置検出器３５は、アンテナ３５Ａで受信した測位衛星５からの電波に基づく信号を電気信号に変換して、アンテナ３５Ａの位置を算出する。アンテナ３５ＡのＧＰＳ位置が算出されることによって、ダンプトラック２のＧＰＳ位置が検出される。

通信システム９は、ダンプトラック２に設けられている無線通信装置３６を含む。無線通信装置３６は、アンテナ３６Ａを有する。無線通信装置３６は、図１に示される管理装置１０と無線通信可能である。

管理装置１０は、通信システム９を介して、ダンプトラック２の走行条件情報を含む指令信号を、制御装置２５に送信する。制御装置２５は、管理装置１０から供給された走行条件情報に基づいて、ダンプトラック２が走行条件情報（複数のポイントＰＩを含む目標走行経路ＲＰ及び各ポイントＰＩにおける目標走行速度Ｖｒを含む）に従って走行するように、ダンプトラック２の駆動装置２４、制動装置２８、及び操舵装置２９の少なくとも一つを制御する。

＜制御システム＞
図５は、本実施形態に係る作業機械の制御システム２０の制御ブロック図である。以下において、作業機械の制御システム２０を、適宜、制御システム２０と称する。制御システム２０は、ダンプトラック２に搭載される。

図５に示されるように、制御システム２０は、無線通信装置３６と、走行速度検出器３１と、加速度検出器３２と、積載量検出器３４と、位置検出器３５と、制御装置２５と、駆動装置２４と、制動装置２８と、操舵装置２９とを備える。

制御装置２５は、処理部４１と、記憶部４６とを備える。処理部４１は、検出部４１Ａと、アクセル指令値出力部４１Ｂと、アクセル変化量演算部４２及び積分器４３を有するアクセル指令値演算部４７と、補正値演算部４４と、加算処理部４５とを備える。制御装置２５は、制動装置２８を動作させるための制動指令値演算部及び操舵装置２９を動作させるための操舵指令値演算部を備えるが、本実施形態においてはその説明を省略し、駆動装置２４を動作させるためのアクセル指令値に関するものを中心に説明する。

処理部４１は、無線通信装置３６から出力された管理装置１０からの走行条件情報を含む指令データ、走行速度検出器３１から出力されたダンプトラック２の走行速度Ｖｓを示す走行速度データ、加速度検出器３２から出力されたダンプトラック２の加速度Ａｓを示す加速度データ、積載量検出器３４から出力されたダンプトラック２の積載量Ｍを示す積載量データ、及び位置検出器３５から出力されたダンプトラック２の位置を示す位置データを取得する。また、処理部４１は、駆動装置２４にアクセル指令信号を出力し、制動装置２８に制動指令信号を出力し、操舵装置２９にステアリング指令信号を出力する。目標走行速度Ｖｒが一定とは、所定範囲内で目標走行速度Ｖｒが上下する場合も一定速度領域に含むものとする。

検出部４１Ａは、ダンプトラック２の進行方向前方に存在する領域であって、目標走行速度Ｖｒが一定であり、かつ現行の走行速度よりも低速となる領域を検出する。この領域を、以下においては、一定速度領域と称する。

アクセル変化量演算部４２は、ダンプトラック２を加速及び減速させるためのアクセル変化量Ｓｏを算出する。本実施形態において、アクセル変化量演算部４２は、ダンプトラック２が目標走行速度Ｖｒで走行するように、少なくともダンプトラック２の走行速度データ及び加速度データに基づいて、現時点のアクセル指令値に対して変化させるべきアクセル量であるアクセル変化量Ｓｏを算出する。

例えば、アクセル変化量Ｓｏを算出する際には、現時点におけるダンプトラック２の実際の走行速度Ｖｓと目標走行速度Ｖｒとの速度偏差、及び現時点におけるダンプトラック２の加速度、の２変数のマップデータを予め用意しておき、このマップデータに基づいてアクセル変化量Ｓｏを決定してもよい。アクセル変化量演算部４２は、決められた周期Ｔでアクセル変化量Ｓｏを算出する。

積分器４３は、アクセル変化量演算部４２で算出されたアクセル変化量Ｓｏを積分処理し、積分処理されたものをアクセル指令値Ｓｉとして出力する。積分器４３による積分処理は一般的な積分器と同様である。積分器４３にアクセル変化量Ｓｏが通されることにより、アクセル指令値の変動が緩やかになる。本実施形態において、積分器４３は、現時点よりも周期Ｔだけ過去の時点において、積分器４３により積分処理されたアクセル指令値Ｓｉに、現時点においてアクセル変化量演算部４２から取得したアクセル変化量Ｓｏを付加することにより、積分処理されたアクセル指令値Ｓｉを出力する。すなわち、アクセル指令値演算部４７は、アクセル変化量演算部４２で算出されたアクセル変化量Ｓｏ及び積分器４３を用いて、アクセル指令値Ｓｉを出力する。

補正値演算部４４は、後述するように、検出部４１Ａによって一定速度領域が検出された場合に、アクセル指令値Ｓｉに加える補正値Ｃｖを求める。より詳細には、現時点におけるダンプトラック２の実際の減速度（加速度偏差Ｄｅ）にダンプトラック２の総重量Ｍを乗算することにより、ダンプトラック２の走行に必要な駆動力（トルク）Ｔｑが求められる。この計算では、現時点におけるダンプトラック２の実際の減速度を打ち消す分だけアクセル指令値に補正値Ｃｖを加えることを想定しており、現時点におけるダンプトラック２の減速度が大きい程、補正値Ｃｖも大きくなる。ダンプトラック２の実際の減速度は、図５に示される加速度検出器３２によって検出された加速度Ａｓであってもよいし、走行速度検出器３１によって検出されたダンプトラック２の実際の走行速度Ｖｓを時間で微分することによって求められてもよい。ダンプトラック２の実際の減速度を用いずに、目標走行速度Ｖｒの低下度合い（マイナス加速度）に基づいて減速度を求めてもよい。

補正値演算部４４は、補正値Ｃｖを求める際に、空荷状態におけるダンプトラック２の重量、及びダンプトラック２の車格等を考慮するようにしてもよい。ダンプトラックの重量及び車格が大きくなる程、ダンプトラック２の慣性力も大きくなるためである。

加算処理部４５は、アクセル指令値演算部４７で求められたアクセル指令値Ｓｉと、補正値演算部４４で求められた補正値Ｃｖとを加算して、補正アクセル指令値Ｓｃを求める。

アクセル指令値出力部４１Ｂは、加算処理部４５によって求められた補正アクセル指令値Ｓｃを駆動装置２４に出力する。駆動装置２４は、アクセル指令値出力部４１Ｂから出力された補正アクセル指令値Ｓｃに従って駆動力を発生する。

＜走行時における制御＞
ダンプトラック２が図１に示される鉱山の搬送路ＨＬを走行する際の制御例を説明する。管理装置１０から目標走行速度Ｖｒを含む走行条件情報がダンプトラック２に送信される。ダンプトラック２の制御装置２５は、目標走行速度Ｖｒに従ってダンプトラック２が走行するように、ダンプトラック２の駆動装置２４を制御する。

制御装置２５は、例えば、走行速度検出器３１の検出結果である実際の走行速度Ｖｓと目標走行速度Ｖｒとの差分である速度偏差、及び加速度検出器３２の検出結果である現時点でのダンプトラック２の加速度Ａｓからなるマップデータに基づいてアクセル変化量Ｓｏを決定し、最終的にアクセル指令値を出力することにより加速状態にすることができる。加速状態とは、駆動装置２４を駆動するためのアクセル指令値がプラスの値（ゼロより大きい値）である状態を定義しており、例えば現時点よりもアクセル指令値が小さい値に変化している状態、すなわちアクセルを緩めて減速している状態も加速状態に含まれる。

制御装置２５は、前述した速度偏差及び加速度を用いた前述のマップデータに基づいて、アクセル指令値を演算した結果、アクセル指令値がゼロになる、すなわち惰行状態になるようにしてもよい。詳細には、前述した通り、アクセル指令値演算部４７は、積分器４３を用いているため、アクセル指令値が突然ゼロになることはなく、アクセル指令値は徐々に減少していき最終的にゼロになる。そのため、実際の走行速度Ｖｓが目標走行速度Ｖｒを少し超えてもすぐには惰行状態に切り替わらないように設定されている。制御装置２５は、基本的に加速状態で走行し、時折惰行状態に切り替えながら、目標走行速度Ｖｒから大きく外れないよう駆動装置２４を制御してダンプトラック２を走行させる。制御装置２５は、ダンプトラック２を減速又は停止させる場合、アクセル指令信号の出力を停止するとともに制動装置２８を動作させる。

＜ダンプトラック２が一定速度領域ＡＬＴに進入し、一定速度領域ＡＬＴを走行する際の制御＞
図６は、ダンプトラック２が一定速度領域ＡＬＴを走行する際の状態を示した図である。図７は、ダンプトラック２が一定速度領域ＡＬＴを走行する際における走行速度Ｖｓ及び目標走行速度Ｖｒと時間ｔとの関係を示す図である。図７の縦軸は速度Ｖであり、横軸は時間ｔである。図６及び図７は、ダンプトラック２の進行方向の搬送路ＨＬに、目標走行速度Ｖｒが一定であり実際の走行速度Ｖｓよりも低速となる領域が設けられている例を示している。このような領域を、一定速度領域ＡＬＴと称する。一定速度領域ＡＬＴ内では、目標走行速度Ｖｒが一定である。一定速度領域ＡＬＴは、例えば、雨等によりスリップしやすい場所等に設けられるようにしてもよい。ダンプトラック２は、一定速度領域ＡＬＴの手前において、走行速度Ｖｓを低下させる必要があるため、一定速度領域ＡＬＴの手前には目標走行速度Ｖｒが徐々に低下する減速領域ＡＤＳが設定される。図７に示される例では、時間ｔ１から時間ｔ２の間が減速領域に相当する（以下の例も同様）。

一定速度領域ＡＬＴの手前の領域である減速領域ＡＤＳでは、制御装置２５は、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓが徐々に低下する目標走行速度Ｖｒに追従するようにダンプトラック２の走行速度Ｖｓを低下させるため、アクセル指令値を徐々に低下させる。その後、ダンプトラック２が一定速度領域ＡＬＴに入った後には、一定速度領域ＡＬＴにおいて設定された目標走行速度Ｖｒでダンプトラック２を走行させるため、制御装置２５は所定のアクセル指令値を出力して、ダンプトラック２を定速走行させる。

しかし、ダンプトラック２が一定速度領域ＡＬＴに進入する時間ｔ２直後において、制御装置２５は、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓが一定速度領域ＡＬＴにおいて設定された目標走行速度Ｖｒとなるようにアクセル指令値を制御するが、図７のＵＳで示されるようにダンプトラック２の走行速度Ｖｓの大幅なアンダーシュートが発生してしまう。走行速度Ｖｓのアンダーシュートとは、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓが目標走行速度Ｖｒを下回る現象である。ダンプトラック２のような重量の大きい機械であるとその慣性力も大きいため、走行速度Ｖｓが一旦下降傾向になると、その傾向を平坦にするために多大な駆動力が必要となるためである。

本実施形態においては、一定速度領域ＡＬＴへの進入直後における走行速度Ｖｓのアンダーシュートを抑制するため、制御装置２５は、図１に示される管理装置１０からダンプトラック２に送信される走行条件情報に含まれる目標走行速度Ｖｒの情報から、一定速度領域ＡＬＴを検出した場合には、アクセル指令値にアクセル補正値を加えるようにしている。次に、走行速度Ｖｓのアンダーシュートを抑制するためのより詳細な制御の内容を説明する。

＜走行速度Ｖｓのアンダーシュートを抑制するための制御＞
図８は、走行速度Ｖｓのアンダーシュートを抑制するための制御例を説明するための図である。図８の縦軸は速度Ｖであり、横軸は時間ｔである。図８の実線は目標走行速度Ｖｒであり、破線はダンプトラック２の実際の走行速度Ｖｓである。本実施形態において、制御システム２０の制御装置２５は、ダンプトラック２が一定速度領域ＡＬＴに到達する前の減速領域ＡＤＳにおける、ある時点、図８に示される例では時間ｔｎでの位置ＰＰにおいて、検出器４１Ａによりダンプトラック２の進行方向前方に存在する一定速度領域ＡＬＴの有無を検出する。制御装置２５は、一定速度領域ＡＬＴが検出された場合、補正値Ｃｖを求め、得られた補正値Ｃｖをアクセル指令値Ｓｉに加算する補正を実行する。次に、制御装置２５の検出部４１Ａが一定速度領域ＡＬＴを検出する手法の一例を説明する。

図９は、検出部４１Ａが一定速度領域ＡＬＴを検出する手法の一例を示す図である。本実施形態において、検出部４１Ａは、ダンプトラック２の進行方向前方に存在する複数の走行条件情報に含まれる複数の目標走行速度Ｖｒを用いて一定速度領域ＡＬＴを検出する。走行条件情報は、図２に示されるように、目標走行経路ＲＰ、すなわち絶対位置がそれぞれ規定された複数のポイントＰＩの集合体と、各ポイントＰＩに対応する目標走行速度Ｖｒとを含む。すなわち、本実施形態において、検出部４１Ａは、ダンプトラック２の進行方向前方に存在する複数のポイントＰＩに対応する複数の目標走行速度Ｖｒを用いて一定速度領域ＡＬＴを検出することになる。

図９に示される例において、ダンプトラック２は、走行速度Ｖｓで、矢印が示す方向に走行、すなわち進行している。ダンプトラック２の進行方向前方には、複数のポイントＰＩが存在する。本実施形態において、図９に示されるように、複数のポイントＰＩは、決められた間隔ΔＬ毎に設定されている。本実施形態において、検出部４１Ａは、ダンプトラック２の進行方向前方に存在する第１のポイントＰＩ１における第１の目標走行速度Ｖｒ１（第１の走行条件情報に相当）と、第１のポイントＰＩ１よりもダンプトラック２の進行方向前方に存在する第２のポイントＰＩ２における第２の目標走行速度Ｖｒ２（第２の走行条件情報に相当）とを用いて一定速度領域ＡＬＴを検出する。検出部４１Ａは、第１の目標走行速度Ｖｒ１と第２の目標走行速度Ｖｒ２との差分ΔＶｒが所定の閾値未満である場合、一定速度領域ＡＬＴを検出した、と判定する。第１のポイントＰＩ１及び第２のポイントＰＩ２として、現在のダンプトラック２の現在位置に対してどの程度離れたポイントＰＩを指定するかは、適宜設定されてもよい。

検出部４１Ａが一定速度領域ＡＬＴを検出する手法は前述した手法に限られない。検出部４１Ａは、例えば、ある時刻ｔａにおいてダンプトラック２から所定距離だけ離れた第１のポイントＰＩ１の第１の目標走行速度Ｖｒ１と、時刻ｔａよりも所定時間後の時刻ｔｂにおける第１のポイントＰＩ１の第２の目標走行速度Ｖｒ２との差分ΔＶｒに基づいて、一定速度領域ＡＬＴを検出するようにしてもよい。

検出部４１Ａは、第２の走行条件情報よりもダンプトラック２の進行方向前方に存在する第３のポイントにおける第３の目標走行速度Ｖｒ３（第３の走行条件情報に相当）をさらに用いて一定速度領域ＡＬＴを検出してもよい。すなわち、一定速度領域ＡＬＴは、少なくとも２つの走行条件情報に含まれるそれぞれの目標走行速度Ｖｒを用いて検出される。３以上の走行条件情報に含まれるそれぞれの目標走行速度Ｖｒを用いて一定速度領域ＡＬＴが検出される場合、検出部４１Ａは、例えば、それぞれの目標走行速度Ｖｒのばらつきが所定の閾値未満である場合に、一定速度領域ＡＬＴを検出した、と判定する。

一定速度領域ＡＬＴへの進入時に速度のアンダーシュートが発生するためには、一定速度領域ＡＬＴへの進入前に減速領域が設けられていることが条件となるため、本実施形態において、検出部４１Ａは、第１の目標走行速度Ｖｒ１と第２の目標走行速度Ｖｒ２との差分が閾値未満であることに加え、ダンプトラック２の減速度が閾値以上（閾値よりも減速している状態）であることを条件に、一定速度領域ＡＬＴを検出したと判定するようにしてもよい。また、本実施形態において、検出部４１Ａは、条件を満たしている状態が所定期間継続した場合に、一定速度領域ＡＬＴを検出したと判定するようにしてもよい。

検出フラグＦｇがＯＮされる、すなわち一定速度領域ＡＬＴが検出されると、図５に示される補正値演算部４４は、前述したように、アクセル指令値Ｓｉについての補正値Ｃｖを求める。加算処理部４５は、アクセル指令値Ｓｉと、補正値Ｃｖとを加算して、補正アクセル指令値Ｓｃを求める。アクセル指令値出力部４１Ｂは、加算処理部４５によって求められた補正アクセル指令値Ｓｃを駆動装置２４に出力する。駆動装置２４は、アクセル指令値出力部４１Ｂから出力された補正アクセル指令値Ｓｃに従って駆動力を発生する。

図１０は、本実施形態に係る作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る作業機械の制御方法は、走行速度Ｖｓのアンダーシュートを抑制するための制御であり、制御システム２０が実現する。

ステップＳ１０１において、図５に示される制御システム２０が有する制御装置２５のアクセル指令値演算部４７は、アクセル指令値Ｓｉを求める。ステップＳ１０２において、検出部４１Ａが一定速度領域ＡＬＴを検出した場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３において、図５に示される制御システム２０の制御装置２５、より詳細には補正値演算部４４が、アクセルの補正値Ｃｖを求める。ステップＳ１０４において、図５に示される制御システム２０の制御装置２５、より詳細にはアクセル指令値出力部４１Ｂは、アクセル指令値Ｓｉに補正値Ｃｖを加えた補正アクセル指令値Ｓｃを駆動装置２４に出力する。

ステップＳ１０２において、検出部４１Ａが一定速度領域ＡＬＴを検出しない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０５において、図５に示される制御システム２０の制御装置２５、より詳細にはアクセル指令値出力部４１Ｂは、ステップＳ１０１で求められたアクセル指令値Ｓｉを駆動装置２４に出力する。

図１１は、本実施形態に係る作業機械の制御方法によって制御されたダンプトラック２が、一定速度領域ＡＬＴを走行する際における走行速度Ｖｓ及び目標走行速度Ｖｒと時間ｔとの関係を示す図である。図１１の縦軸は速度Ｖであり、横軸は時間ｔである。図１２は、ダンプトラック２が一定速度領域ＡＬＴを走行する際におけるアクセル出力ＯＡと時間ｔとの関係を示す図である。図１２の縦軸はアクセル出力ＯＡであり、横軸は時間ｔである。アクセル出力ＯＡは、アクセル指令値出力部４１Ｂの出力であり、アクセル指令値Ｓｉ又は補正アクセル指令値Ｓｃである。図１２の実線で示されるアクセル出力ＯＡｐは、本実施形態に係る作業機械の制御方法によるものであり、破線で示されるアクセル出力ＯＡｎは、本実施形態に係る作業機械の制御方法によらないもの（アクセル指令値Ｓｉに補正値Ｃｖを加えないもの）である。

図１１から、本実施形態に係る作業機械の制御方法によって制御されたダンプトラック２は、図７に示される本実施形態に係る作業機械の制御方法によって制御されていないダンプトラック２と比較して、走行速度Ｖｓのアンダーシュートが抑制されていることが理解できる。また、図１２から、本実施形態に係る作業機械の制御方法によって制御されたダンプトラック２は、図７に示される本実施形態に係る作業機械の制御方法によって制御されていないダンプトラック２と比較して、一定速度領域ＡＬＴに進入する前におけるアクセル出力ＯＡｐの低下度合が小さく、また、アクセル出力ＯＡｐが増加するタイミングも早いことが理解できる。

以上説明したように、制御装置２５は、ダンプトラック２の進行方向前方に一定速度領域ＡＬＴを検出した場合にはアクセル指令値Ｓｉを補正するので、一定速度領域ＡＬＴに到達する前の早い段階で、補正値Ｃｖによってアクセル指令値Ｓｉを増加させることができ、アクセル指令値Ｓｉの低下度合を小さくすることができる。その結果、制御装置２５は、ダンプトラック２が一定速度領域ＡＬＴを走行する際における走行速度Ｖｓのアンダーシュートを抑制できる。走行速度Ｖｓのアンダーシュートが抑制されることにより、ダンプトラック２の走行速度Ｖｓの変化を低減できる。すなわち、アクセル指令値Ｓｉの変動が抑制されるので、ダンプトラック２の燃費の低下を抑制できる。また、走行速度の低下を抑制できるため、生産性の向上にもつながる。

このように、本実施形態は、設定された目標走行速度に従って鉱山を走行するように制御される無人の作業機械が、走行速度が制限された領域を走行するにあたって、走行速度が目標走行速度を下回ることを抑制することができる。

一定速度領域ＡＬＴは、本実施形態のものに限定されない。一定速度領域ＡＬＴは、例えば、作業機械が走行する鉱山の速度制限エリア、図１に示される搬送路ＨＬが狭くなっている部分及び搬送路ＨＬ同士の交差点の少なくとも１つを含んでいればよい。また、一定速度領域ＡＬＴは、パトロール車両の近傍をダンプトラック２が走行する領域であってもよいし、積込場ＬＰＡ及び排土場ＤＰＡに進入する領域であってもよい。

＜変形例＞
前述した実施形態では、アクセル指令値Ｓｉへの補正値Ｃｖを計算するにあたり、減速中のダンプトラック２の実際の減速度を打ち消す分のみを考慮に入れた。これは、走行速度Ｖｓのアンダーシュートは、ある速度の変化傾向（加速度）が短時間に急激に変化したときに生じるものであり、アンダーシュートを抑制するためには、加速度の変動分を考慮に入れる必要がある。前述した実施形態では、図８における減速領域ＡＤＳ及び一定速度領域ＡＬＴが示すように、一定速度領域ＡＬＴにおける加速度はほぼゼロであるため、減速中の減速度（マイナスの加速度）さえ考慮すればよい。

例えば、図８の減速領域ＡＤＳ後の領域（一定速度領域ＡＬＴ）が、その目標走行速度Ｖｒが一定速度ではなく直線的に上昇する領域（一定加速度領域）であった場合、前述した実施形態のように、減速領域ＡＤＳにおけるダンプトラック２の減速度（マイナスの加速度）のみを考慮したとしても、アンダーシュートを十分に抑制することができない。このような場合には、ダンプトラック２の減速度に加え、目標走行速度Ｖｒが直線的に上昇していく領域（一定加速度領域）における加速度も考慮に入れる必要がある。

具体的には、検出部４１Ａが、ダンプトラック２が現時点で減速領域ＡＤＳにあり、減速領域ＡＤＳ後の領域が一定加速度領域であることを検出した場合、補正値演算部４４は、一定加速度領域における加速度を考慮して補正値Ｃｖを求めるようにしてもよい。詳細には、補正値演算部４４は、減速領域ＡＤＳにおけるダンプトラック２の減速度（絶対値）に、一定加速度領域における加速度を加えたものを加速度偏差Ｄｅとして求める。そして、補正値演算部４４は、得られた加速度偏差Ｄｅにダンプトラック２の総重量Ｍを乗算することにより、ダンプトラック２の走行に必要な駆動力（トルク）Ｔｑを算出し補正値Ｃｖを求めるようにしてもよい。なお、一定加速度領域における目標走行速度Ｖｒが直線的に上昇するとは、目標走行速度Ｖｒが時間の一次関数になるように上昇する場合、及び目標走行速度Ｖｒが時間の一次関数を基準として所定範囲内で上下しながら上昇する場合も含むものとする。

変形例においては、検出部４１Ａによる検出方法、補正値Ｃｖの算出方法以外には、上記実施例と同様の方法を用いることができる。

前述した実施形態では、鉱山で用いられる鉱山機械を作業機械の一例として説明したが、作業機械は鉱山機械に限られず、作業現場で用いられる作業機械及び建設現場で用いられる建設機械等であってもよい。作業機械は、鉱山機械を含むものである。また、「作業機械の制御システム」として、前述の実施形態では地上の鉱山におけるダンプトラックの制御システムを例に説明したが、それに限られず、地上の鉱山における他の鉱山機械、又は作業現場で用いられる作業機械（ホイールローダ等）の制御システムも含んでよい。

以上、本実施形態を説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１ 管理システム
２ ダンプトラック
３ 作業機械
７ 管制施設
１０ 管理装置
２０ 作業機械の制御システム（制御システム）
２１ 走行装置
２２ 車両本体
２４ 駆動装置
２５ 制御装置
２６ 車輪
２８ 制動装置
２９ 操舵装置
３１ 走行速度検出器
３２ 加速度検出器
３４ 積載量検出器
３５ 位置検出器
３６ 無線通信装置
４１ 処理部
４１Ａ 検出部
４１Ｂ アクセル指令値出力部
４２ アクセル変化量演算部
４３ 積分器
４４ 補正値演算部
４５ 加算処理部
４６ 記憶部
４７ アクセル指令値演算部
ＡＬＴ 一定速度領域
Ｃｖ 補正値
Ｄｅ 加速度偏差
ＲＰ 目標走行経路
Ｓｃ 補正アクセル指令値
Ｓｉ アクセル指令値
Ｖｒ 目標走行速度
Ｖｓ 走行速度

Claims (12)

1. 無人運転する作業機械の走行装置を駆動する駆動装置を制御する前記作業機械の制御システムであって、
   前記作業機械が目標とする目標走行速度に基づいて、前記作業機械の走行速度を制御するためのアクセル指令値を求めるアクセル変化量演算部と、
   前記作業機械の進行方向前方に予め存在する、前記目標走行速度が一定であり、かつ現時点の走行速度よりも低速となる領域を検出する検出部と、
   前記検出部によって前記領域が検出されると、前記アクセル指令値を補正するための補正値を求める補正値演算部と、
   前記アクセル指令値と前記補正値とを加算して補正アクセル指令値を求める加算処理部と、
   前記補正アクセル指令値を前記駆動装置に出力するアクセル指令値出力部と、
   を含む、作業機械の制御システム。
2. 前記アクセル指令値出力部は、
   前記検出部によって前記領域が検出されない場合は、前記アクセル指令値を前記駆動装置に出力し、
   前記検出部によって前記領域が検出された場合は、前記補正アクセル指令値を前記駆動装置に出力する、請求項１に記載の作業機械の制御システム。
3. 前記作業機械の目標走行経路を規定する走行条件情報が、前記目標走行速度を含み、
   前記検出部は、
   前記作業機械の進行方向前方に存在する複数のポイントに対応する複数の前記目標走行速度を用いて前記領域を検出する、請求項１または請求項２に記載の作業機械の制御システム。
4. 前記検出部は、
   前記作業機械の進行方向前方に存在する第１のポイントにおける第１の前記目標走行速度と、第１の前記走行条件情報よりも前記作業機械の進行方向前方に存在する第２のポイントにおける第２の前記目標走行速度との差分が閾値未満である場合、前記領域を検出したと判定する、請求項３に記載の作業機械の制御システム。
5. 前記検出部は、
   前記作業機械の減速度が閾値以上である場合、前記領域を検出したと判定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
6. 前記補正値演算部は、
   前記作業機械の実際の減速度を用いて、前記補正値を求める、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
7. 前記領域は、前記作業機械が走行する鉱山の速度制限エリア、交差点及び前記鉱山の搬送路が狭くなっている部分の少なくとも１つを含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
8. 無人運転する作業機械の走行装置を駆動する駆動装置を制御する前記作業機械の制御システムであって、
   前記作業機械が目標とする目標走行速度に基づいて、前記作業機械の走行速度を制御するためのアクセル指令値を求めるアクセル変化量演算部と、
   前記作業機械が、前記目標走行速度が減少する減速領域にあり、かつ前記作業機械の進行方向前方に予め存在する、前記目標走行速度が直線的に上昇する一定加速度領域が存在することを検出する検出部と、
   前記検出部によって前記領域が検出されると、前記アクセル指令値を補正するための補正値を求める補正値演算部と、
   前記アクセル指令値と前記補正値とを加算して補正アクセル指令値を求める加算処理部と、
   前記補正アクセル指令値を前記駆動装置に出力するアクセル指令値出力部と、
   を含む、作業機械の制御システム。
9. 前記補正値演算部は、
   前記作業機械の実際の減速度及び前記一定加速度領域における加速度を用いて、前記補正値を求める、請求項８に記載の作業機械の制御システム。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の作業機械の制御システムを含む、作業機械。
11. 請求項１０に記載の作業機械に前記目標走行速度及び前記作業機械の目標走行経路を含む走行条件情報を出力する管理装置を含む、
    作業機械の管理システム。
12. 無人運転の作業機械の進行方向前方に予め存在する、前記作業機械が目標とする目標走行速度が一定であり、かつ現時点の走行速度よりも低速となる領域を検出することと、
    前記領域が検出されると、前記アクセル指令値を補正するための補正値を求めることと、
    前記補正値と、前記目標走行速度に基づいて求められる、前記作業機械の走行速度を制御するためのアクセル指令値とを加算して補正アクセル指令値を求めることと、
    前記補正アクセル指令値を、前記作業機械の走行装置を駆動する駆動装置に出力することと、
    を含む、作業機械の制御方法。

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