JP6382761B2 - 自走車両 - Google Patents

Description

本発明は、車体の車長方向の一端側の第１車輪、及び前記車体の他端側の第２車輪の双方を操向輪とし、遠隔操作により水平面に対して傾斜する斜面を走行する自走車両に関する。

従来、遠隔操作により走行する自走車両が利用されてきた。このような自走車両が走行する路面は水平面ばかりでなく、自走車両は斜面を走行することもある。係る場合、斜面の傾斜角度や自走車両が走る方向、更には自走車両の重量にしたがって自走車両が斜面をずり落ち、自走車両が遠隔操作を行うユーザの意図に反した経路を走行することがある。そこで、自走車両をユーザの意図する経路で走行させるために利用可能と考えられる技術として、下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に記載の電動対地作業車両は、左右の電動モータで独立して走行駆動される左右の駆動輪と、操向輪となるキャスタ輪とを備えて構成され、一定速度での走行時に旋回指示があると、左右車輪のうち、旋回内側となる車輪の制動力を、旋回外側となる車輪の制動力よりも大きくするように車輪の制動力を制御する。

特開２００９−２５５８４０号公報

特許文献１に記載の技術によれば、左駆動輪と右駆動輪の速度（周速）差を設定することができる。このため、斜面を走行する際に山側の駆動輪よりも谷側の駆動輪の速度を速めることにより、斜面に沿って走行し易くなるとも考えられる。しかしながら、斜面の傾斜角度に応じて左駆動輪と右駆動輪の速度（周速）差を維持しなければならないので、斜面の傾斜角度によっては車両の走行速度が著しく低下する可能性がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、走行速度を低下させなくても、斜面をずり落ちることなく走行することが可能な自走車両を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る自走車両の特徴構成は、車体の車長方向の一端側の第１車輪、及び前記車体の他端側の第２車輪の双方を操向輪とし、遠隔操作により水平面に対して傾斜する斜面を走行する自走車両であって、前記遠隔操作に応じた、前記第１車輪及び前記第２車輪の舵角を演算する舵角演算部と、前記車体の傾斜角度及び傾斜方向を検出する検出部と、前記傾斜角度に基づいて、前記遠隔操作に応じた前記第１車輪及び前記第２車輪の舵角を前記傾斜方向の山側にオフセットするオフセット量を設定するオフセット量設定部と、前記舵角演算部により演算された舵角と前記オフセット量とに基づいて、前記操向輪の舵角を制御する舵角制御部と、を備える点にある。

このような特徴構成とすれば、斜面を走行中に、車体の傾斜角度を検出し、当該傾斜角度に応じて斜面の山側方向に操向輪の舵角をオフセットさせることができる。また、この時、車体の前後方向に設けられた第１車輪及び第２車輪の双方の舵角を斜面の山側方向にオフセットさせるので左右の車輪に周速差を設ける必要がなく、車体の車長方向は進行方向を向いたままにすることができる。したがって、自走車両は走行速度を低下させなくても斜面をずり落ちることなく走行することができ、更にはユーザに対して走行車両がユーザの意図に沿って走行しているように見せることができる。また、斜面を走行させる際でも、直進走行を容易に行うことが可能となる。

また、前記傾斜角度と前記遠隔操作に応じた車速とに基づいて許容されるずり落ち量を設定する許容量設定部と、前記ずり落ち量以上にずり落ちたか否かを判定するずり落ち判定部と、前記ずり落ち量以上にずり落ちたと判定された場合に周囲に報知する報知部と、を備えると好適である。

このような構成とすれば、車体の傾斜角度と自走車両の車速とに基づいてずり落ちの判定基準としてずり落ち量を設定し、このずり落ち量に基づいて自走車両がずり落ちたか否かを判定することで傾斜角度に応じて定量的に判定することが可能となる。また、自走車両がずり落ち量以上にずり落ちた場合には、自走車両を停止させたり、警告を発したりして報知することで、自走車両が大きくずり落ちる前（判定基準以上にずり落ちる前）にユーザに対処させることが可能となる。

また、自車の位置を示す自車位置情報を取得する自車位置情報取得部と、前記自車位置情報に基づいて自車の走行軌跡を演算する走行軌跡演算部と、を備え、前記ずり落ち判定部は、前記走行軌跡と、前記舵角演算部により演算された舵角とに基づいて判定すると好適である。

このような構成とすれば、予定されていた走行経路に対して、走行軌跡がずれていたか否かを容易に判定することが可能となる。

自走車両が走行する領域を示す図である。 自走車両を模式的に示した側面図である。 自走車両の機能部を模式的に示したブロック図である。 斜面を走行する自走車両の操舵輪の状態を示す図である。

本発明に係る自走車両は、遠隔操作により斜面をずり落ちることなく走行可能に構成される。以下、本実施形態の自走車両１について説明する。本実施形態では、自走車両１は、図１に示されるような水平面に対して角度θで傾斜する斜面Ｐに生えている草を刈り取りながら走行するよう構成されている。この際、自走車両１は、斜面Ｐに設定された草の刈り取り対象区域において、斜面Ｐの長さ方向（図１の例ではＹ方向）に沿って走行し、前記刈り取り対象区域のＹ方向の両端部では前後進を繰り返して、自走車両１の位置を傾斜方向の下段（図１の例ではＸ方向下側）にずらすようにスイッチバックを行う。したがって、自走車両１は、斜面Ｐの一方の端部から他方の端部に向って走行する場合と、斜面Ｐの他方の端部から一方の端部に向って走行する場合とで進行方向を向く側が異なることになる。

図２には本実施形態の自走車両１の側面図が示される。図２に示されるように、自走車両１は、車輪２と走行機体３とを備えて構成される。車輪２は、車体の車長方向の一端側の第１車輪２Ａ、及び車長方向の他端側の第２車輪２Ｂから構成される。自走車両１は、これらの第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの双方が操向輪とされる。したがって、自走車両１は、後述するように、遠隔操作に応じて第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの双方の舵角が変更可能に構成される。

走行機体３は、自走車両１の動力源であるエンジン４、エンジン４に供給する燃料が備蓄されている燃料タンク５、エンジン４により駆動される発電機６、発電機６により発電された電力を蓄電し、自走車両１が有する電気機器に電力供給するバッテリ７、自走車両１の自動走行を制御する自走制御装置１０、バッテリ７から供給される電力に基づき第１車輪２Ａの操向操作を行う第１車輪操向操作機構５１、バッテリ７から供給される電力に基づき第２車輪２Ｂの操向操作を行う第２車輪操向操作機構５２、エンジン４の回転力が入力され、草刈りに使用する刈り刃５４を有する草刈装置５３、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの少なくとも一方と草刈装置５３とへのエンジン４の回転力の断接を行う動力伝達機構５５を備えている。

図３には、自走車両１の走行に係る機能部を示すブロック図が示される。自走車両１は、通信装置９、自走制御装置１０、第１車輪操向操作機構５１、第２車輪操向操作機構５２、動力伝達機構５５の各機能部を備えて構成される。自走制御装置１０は、出力演算部１１、舵角演算部１２、検出部１３、オフセット量設定部１４、走行制御部１５、舵角制御部１６、許容量設定部１７、車速検出部１８、ずり落ち判定部１９、自車位置情報取得部２０、走行軌跡演算部２１、報知部２２の各機能部を備えて構成され、各機能部は、自走車両１の走行に係る種々の処理を行うためにＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

上述したように、自走車両１はコントローラ２００による操作に応じて遠隔操作される。コントローラ２００はユーザにより操作され、このユーザは自走車両１に搭乗していても搭乗していなくても良い。コントローラ２００には、ユーザの入力に応じて、自走車両１を前進又は後退させる第１操作レバー２００Ａと、操向輪の操舵を操作する第２操作レバー２００Ｂとが設けられる。また、コントローラ２００に対する通電を制御する電源スイッチ２００Ｃも設けられる。第１操作レバー２００Ａ及び第２操作レバー２００Ｂによる操作を示す操作情報は、自走車両１に設けられる通信装置９を介して自走制御装置１０に伝達される。

出力演算部１１は、遠隔操作に応じた、動力伝達機構５５への出力指示値を演算する。遠隔操作とは、第１操作レバー２００Ａの操作である。出力指示値とは、前進及び後退の別を規定すると共に、エンジン４に期待する出力の指令値である。出力演算部１１により演算された出力指示値は、後述する走行制御部１５に伝達される。

舵角演算部１２は、遠隔操作に応じた、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの舵角を演算する。遠隔操作とは、第２操作レバー２００Ｂの操作である。舵角とは、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂを向ける方向（ステアリング方向）及び向ける量（ステアリング量）を規定するものであり、第１車輪操向操作機構５１及び第２車輪操向操作機構５２に期待する出力の指令値である。舵角演算部１２により演算された舵角は、後述する舵角制御部１６に伝達される。

検出部１３は、車体の傾斜角度及び傾斜方向を検出する。ここで、本自走車両１は上述のように斜面Ｐを走行する。斜面Ｐの傾斜角度及び傾斜方向を検出することができれば良いが、直接これらを検出することは容易ではないので、自走車両１は車体の傾きを検出することで斜面Ｐの傾斜角度及び傾斜方向を検出する。車体の傾斜角度とは、水平面に対する車体の傾き、すなわち、水平線と斜面Ｐとのなす角にあたる。これにより、図１に示される角度θを検出することができる。傾斜方向とは、斜面Ｐと水平面との交線に対して、直交する方向である。このような検出部１３は、公知のジャイロセンサや液面センサ、ＧＰＳ等のセンサを用いて構成することが可能である。検出部１３により検出された傾斜角度及び傾斜方向は、後述するオフセット量設定部１４及び許容量設定部１７に伝達される。

オフセット量設定部１４は、傾斜角度に基づいて、遠隔操作に応じた第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの舵角を傾斜方向の山側にオフセットするオフセット量を設定する。傾斜角度とは、上述した検出部１３から伝達される。傾斜方向の山側とは、検出部１３から伝達される傾斜方向により特定可能である。「第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの舵角を傾斜方向の山側にオフセットする」とは、斜面Ｐにおいて車体の左側よりも右側の方が下がっている場合には、車両の左側が傾斜方向の山側となり、舵角を左側にオフセットし、斜面Ｐにおいて車体の右側よりも左右側の方が下がっている場合には、車両の右側が傾斜方向の山側となり、舵角を右側にオフセットするようにすることを意味する。このようにオフセットするオフセット量は、傾斜角度が大きい程、大きく設定し、傾斜角度が小さい程、小さく設定される。

走行制御部１５は、出力演算部１１により演算された出力指示値に基づいて動力伝達機構５５を制御する。これにより、自走車両１は前進又は後退を行うことが可能となる。

舵角制御部１６は、舵角演算部１２により演算された舵角とオフセット量とに基づいて、操向輪の舵角を制御する。すなわち、第２操作レバー２００Ｂが操作されている場合には、舵角制御部１６は舵角演算部１２により演算された舵角に、オフセット量設定部１４により設定されたオフセット量を加算又は減算して操向輪の舵角を制御する。一方、第２操作レバー２００Ｂが操作されていない場合には、舵角制御部１６はオフセット量設定部１４により設定されたオフセット量を中立状態の舵角に加算又は減算して操向輪の舵角を制御する。

許容量設定部１７は、傾斜角度と遠隔操作に応じた車速とに基づいて許容されるずり落ち量を設定する。傾斜角度は検出部１３から伝達される。「遠隔操作に応じた車速」とは、コントローラ２００により走行される自走車両１の実際の車速である。自走車両１の実際の車速は、車速検出部１８により検出される。したがって、ここでは、出力演算部１１によるエンジン４に期待する出力の指令値に基づく車速ではない。車速の検出は、ホイールの回転に基づき検出しても良いし、その他の方法で検出しても良い。許容量設定部１７は、これらの傾斜角度と車速とに基づき許容されるずり落ち量（以下「ずり落ち量」とする）を設定する。許容量設定部１７は、傾斜角度が大きい程、ずり落ち量を大きく設定し、車速が速い程、ずり落ち量を大きく設定する。許容量設定部１７は、予めずり落ち量と、傾斜角度及び車速との関係を規定したマップを記憶しておくと良い。もちろん、都度、ずり落ち量を演算して設定しても良い。

自車位置情報取得部２０は、ＧＰＳ等を用いて自車の位置を示す自車位置情報を取得する。自車位置情報とは、緯度及び経度により規定された自車の位置を時系列に沿って示された情報である。自車位置情報取得部２０は、自走車両１の走行にしたがい、順次自車位置情報を取得していく。自車位置情報取得部２０により取得された自車位置情報は、後述する走行軌跡演算部２１に伝達される。

走行軌跡演算部２１は、自車位置情報に基づいて自車の走行軌跡を演算する。自車位置情報は所定の時間間隔で自車の位置を記録したものであり、これを線で繋いだものが走行軌跡に相当する。この走行軌跡はずり落ち判定部１９に伝達される。

ずり落ち判定部１９は、自走車両１が斜面Ｐの走行中に許容ずり落ち量以上にずり落ちたか否かを判定する。本実施形態では、ずり落ち判定部１９は、走行軌跡と、舵角演算部１２により演算された舵角とに基づいて許容ずり落ち量以上にずり落ちたか否かを判定する。具体的には、演算された舵角で走行した場合に想定される軌跡を基準として、所定の幅以上に自車位置がずれていれば、自車位置が許容ずり落ち量以上にずり落ちたと判定する。

報知部２２は、自走車両１が許容ずり落ち量以上にずり落ちたと判定された場合に周囲に報知する。許容ずり落ち量以上にずり落ちたか否かの判定結果は、ずり落ち判定部１９から伝達される。報知部２２は、この判定結果に基づき自走車両１の周囲に自車がずり落ちたことを報知する。この報知は、ブザーを用いることにより聴覚に訴えて報知しても良いし、警告灯を用いることにより視覚に訴えて報知しても良い。また、コントローラ２００を振動して報知したり、コントローラ２００を介して報知したりすることも可能である。

図４には、自走車両１が斜面Ｐを走行する際の形態が示される。自走車両１は、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの夫々は、＃１０で示されるように、車長方向に平行となる状態で停車しているとする。この状態から、自走車両１が斜面Ｐの長さ方向Ｙに平行に走行する場合には、ユーザの視点から鑑みると自走車両１をそのまま直線走行すれば良いのでユーザはコントローラ２００の第１操作レバー２００Ａを所定の方向に傾倒させ、第２操作レバー２００Ｂは何ら操作しない。

この時、車体は斜面Ｐの経過角度θに応じて傾斜する。この時の傾斜角度が検出部１３により検出される。オフセット量設定部１４は、検出された傾斜角度に基づいて、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの舵角が山側にオフセットするようにオフセット量を設定する。これにより舵角制御部１６は、コントローラ２００では舵角の変更が指示されていないにも拘らず、図４の＃１１に示されるように、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂをステアリング操作し、自走車両１が斜面Ｐをずり落ちることなく、ユーザの意図した直線走行をすることが可能となる。なお、図４では、自走車両１が斜面Ｐの長さ方向Ｙに平行に走行する場合の例を挙げて説明したが、長さ方向Ｙと交差するように走行する場合も第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの舵角を山側に向けてオフセットすることにより、斜面Ｐをずり落ちることを防止できる。したがって、ユーザが意図した走行経路で自走車両１を走行させることが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、報知部２２が、自走車両１が許容ずり落ち量以上にずり落ちたと判定された場合に周囲に報知するとして説明したが、自走車両１が報知部２２を備えずに構成することも可能である。

上記実施形態では、ずり落ち判定部１９が、走行軌跡と、舵角演算部１２により演算された舵角とに基づいて自走車両１が許容ずり落ち量以上にずり落ちたか否かを判定するとして説明したが、例えば加速度センサを備えて構成され、当該加速度センサの検出結果が舵角演算部１２により演算された舵角に応じた加速度に対して所定の範囲以上に変化した場合に、自走車両１がずり落ちたと判定することも可能である。また、例えば車体の周囲の情景を撮影するカメラを備えて構成され、当該カメラにより取得された取得画像に含まれる情景が、舵角演算部１２により演算された舵角に対して所定以上にずれた場合に、自走車両１がずり落ちたと判定することも可能である。このような構成の場合には、自車位置情報取得部２０や走行軌跡演算部２１は備えなくても良い。

上記実施形態では、自走車両１が草の刈り取りを行いながら走行するとして説明したが、自走車両１を例えば運搬車両として用いることも可能であるし、他の用途に用いることも当然に可能である。

本発明は、車体の車長方向の一端側の第１車輪、及び前記車体の他端側の第２車輪の双方を操向輪とし、遠隔操作により走行する自走車両に利用することが可能である。

１：自走車両
２Ａ：第１車輪
２Ｂ：第２車輪
１２：舵角演算部
１３：検出部
１４：オフセット量設定部
１６：舵角制御部
１７：許容量設定部
１９：ずり落ち判定部
２０：自車位置情報取得部
２１：走行軌跡演算部
２２：報知部
Ｐ：斜面

Claims (3)

1. 車体の車長方向の一端側の第１車輪、及び前記車長方向の他端側の第２車輪の双方を操向輪とし、遠隔操作により水平面に対して傾斜する斜面を走行する自走車両であって、
   前記遠隔操作に応じた、前記第１車輪及び前記第２車輪の舵角を演算する舵角演算部と、
   前記車体の傾斜角度及び傾斜方向を検出する検出部と、
   前記傾斜角度に基づいて、前記遠隔操作に応じた前記第１車輪及び前記第２車輪の舵角を前記傾斜方向の山側にオフセットするオフセット量を設定するオフセット量設定部と、
   前記舵角演算部により演算された舵角と前記オフセット量とに基づいて、前記操向輪の舵角を制御する舵角制御部と、
   前記傾斜角度と前記遠隔操作に応じた車速とに基づいて許容されるずり落ち量を設定する許容量設定部と、
   前記ずり落ち量以上にずり落ちたか否かを判定するずり落ち判定部と、を備える自走車両。
2. 前記ずり落ち量以上にずり落ちたと判定された場合に周囲に報知する報知部を備える請求項１に記載の自走車両。
3. 自車の位置を示す自車位置情報を取得する自車位置情報取得部と、
   前記自車位置情報に基づいて自車の走行軌跡を演算する走行軌跡演算部と、を備え、
   前記ずり落ち判定部は、前記走行軌跡と、前記舵角演算部により演算された舵角とに基づいて判定する請求項２に記載の自走車両。

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