JP6516529B2 - 自走車両 - Google Patents

Description

本発明は、遠隔操作により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、斜面の傾斜角度が大きい場所において斜面の谷側方向に大きく操舵を切ったり、斜面を高速走行している場合において斜面の谷側方向に大きく操舵を切ったりすると、斜面の傾斜角度によっては車両がずり落ちる可能性がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、斜面における谷側へのずり落ちを防止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、遠隔操作により斜面の長さ方向に沿って当該斜面に生えている草を刈り取りながら走行する自走車両であって、前記遠隔操作に応じた、操向輪の舵角を演算する舵角演算部と、前記遠隔操作に応じた、進行方向を判定する進行方向判定部と、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操向輪の可動範囲を設定する可動範囲設定部と、前記舵角演算部により演算された前記舵角が前記可動範囲に含まれる場合には前記操向輪の舵角を前記演算された舵角に制御し、前記進行方向と前記傾斜方向とに基づいて前記進行方向が少なくとも作業地の谷側方向を向いていると判定された場合であって、前記舵角演算部により演算された前記舵角が前記可動範囲を超える場合にのみ前記操向輪の舵角を前記可動範囲の上限値の舵角に制御する舵角制御部と、自車の走行速度を検出する速度検出部と、前記進行方向と前記傾斜方向とに基づいて前記進行方向が少なくとも前記谷側方向を向いていると判定された場合に、前記傾斜角度に基づいて前記自車の走行速度を制限する速度制限部と、を備え、前記可動範囲は、前記傾斜角度と共に、前記走行速度に基づいて設定され、前記斜面に設定された草の刈り取り対象区域において、前記斜面の長さ方向に沿って走行し、前記刈り取り対象区域の前記長さ方向の両端部で前後進を行って、前記車体の位置を傾斜方向の下側にずらすようにスイッチバックを行い、前記刈り取り対象区域において前記草の刈り取り作業を行う際は、前記車体における前記傾斜方向の上側を向く側と、前記車体における前記傾斜方向の下側を向く側とが互いに入れ替わらない点にある。

このような特徴構成とすれば、車体の傾斜角度に応じて操舵輪の可動範囲に制限を設けるので、斜面を下る際に大きく操舵することによるずり落ちを防止することができる。

また、上記自走車両は、自車の走行速度を検出する速度検出部を備え、前記可動範囲は、前記傾斜角度と共に、前記走行速度に基づいて設定されている。

例えば同じ舵角でも、走行速度が速い程、走行経路が大きく曲がる。そこで、このような構成を採用したことで、例えば走行速度が速い程、操向輪の可動範囲を小さく設定することができる。したがって、走行速度に拘らず、ずり落ちを防止できる。

また、上記自走車両は、前記進行方向と前記傾斜方向とに基づいて前記進行方向が少なくとも前記谷側方向を向いていると判定された場合に、前記傾斜角度に基づいて前記自車の走行速度を制限する速度制限部を備える。

このような構成を採用したことで、傾斜角度に基づいて走行速度を制限するので、仮にずり落ちた際でも所期の経路から大きくずり落ちる前に対処することが可能となる。したがって、ずり落ち量を低減することができる。

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。 操向輪の制限の一例について示す図である。 自走車両の走行形態を示すフローチャートである。

本発明に係る自走車両は、水平面に対して傾斜する斜面を走行する際でもずり落ちないように構成される。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、遠隔操作により図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。本実施形態では、第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂが、同方向にステアリング操作する同位相のステアリング操作で操向制御される。同位相のステアリング操作とは、第１車輪２Ａと第２車輪２Ｂとを同方向に、且つ、同じ舵角でステアリング操作することである。このため、同位相のステアリング操作が行われた場合には、自走車両１の車体が現在の状態に対して平行状態を維持して走行することになる。

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、進行方向判定部１４、可動範囲設定部１５、速度検出部１６、速度制限部１７、走行制御部１８、舵角制御部１９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、後述する進行方向判定部１４及び走行制御部１８に伝達される。

舵角演算部１２は、遠隔操作に応じた、操向輪としての第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、後述する走行制御部１８に伝達される。

進行方向判定部１４は、遠隔操作に応じた、進行方向を判定する。遠隔操作とは、第１操作レバー２００Ａの操作である。進行方向とは、自走車両１が走行する方向であり、具体的には前進又は後退させる方向が該当する。したがって、進行方向判定部１４は、第１操作レバー２００Ａの操作に応じた、自走車両１が走行する方向を判定する。この判定は、例えば第１操作レバー２００Ａを傾倒する方向により判定可能である。進行方向判定部１４により判定された自走車両１の進行方向は、後述する速度制限部１７及び舵角制御部１９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、可動範囲設定部１５及び速度制限部１７に伝達される。なお、検出部１３は自走車両１がコントローラ２００により制御されると継続して車体の傾斜角度及び傾斜方向を検出しても良いし、舵角演算部１２が舵角の演算を行う際に車体の傾斜角度及び傾斜方向を検出しても良い。

可動範囲設定部１５は、傾斜角度に基づいて操向輪の可動範囲を設定する。自走車両１の第１車輪２Ａ及び第２車輪２Ｂの夫々が設置される路面の摩擦係数が同じである場合、には、傾斜角度が緩やかである程、自走車両１が斜面Ｐをずり落ち難く、傾斜角度が急である程、自走車両１が斜面Ｐをずり落ち易くなる。また、自走車両１の操舵輪を斜面Ｐの谷側方向へ大きく操舵する程、自走車両１が斜面Ｐをずり落ち易く、斜面Ｐの谷側方向へ小さく操舵する程、自走車両１が斜面Ｐをずり落ち難くなる。そこで、可動範囲設定部１５は、傾斜角度が大きい程、操向輪の可動範囲を小さく設定し、傾斜角度が小さい程、操向輪の可動範囲を大きく設定する。このような可動範囲は、予めマップ等により記憶しておくことが可能である。

舵角制御部１９は、舵角演算部１２により演算された舵角が可動範囲に含まれる場合には操向輪の舵角を演算された舵角に制御し、進行方向と傾斜方向とに基づいて進行方向が少なくとも作業地の谷側方向を向いていると判定された場合であって、舵角演算部１２により演算された舵角が可動範囲に含まれない場合には操向輪の舵角を可動範囲の上限値の舵角に制御する。

すなわち、可動範囲設定部１５により設定された操向輪の可動範囲に、舵角演算部１２により演算された舵角が含まれる場合には、自走車両１が斜面Ｐをずり落ちる可能性が低いことから、舵角制御部１９は舵角演算部１２により演算された舵角で第１車輪操向操作機構５１及び第２車輪操向操作機構５２を制御する。この制御は、自走車両１の進行方向が、斜面Ｐの谷側及び山側の何れの方向であっても同様に行われる。

一方、進行方向判定部１４により自走車両１の進行方向が斜面Ｐの谷側を向いており、可動範囲設定部１５により設定された操向輪の可動範囲に、舵角演算部１２により演算された舵角が含まれない場合には、自走車両１が斜面Ｐをずり落ちる可能性があることから、舵角制御部１９は舵角演算部１２により演算された舵角ではなく、可動範囲の上限値の舵角で第１車輪操向操作機構５１及び第２車輪操向操作機構５２を制御する。このように自走車両１は、操向輪の舵角を制御することにより、斜面Ｐの走行中に操舵した場合でも斜面Ｐをずり落ちることを防止できる。

速度検出部１６は、自車の走行速度を検出する。自車の走行速度とは、コントローラ２００から与えられる期待値ではなく、自走車両１が実際に走行している際の走行速度である。このような走行速度は、動力伝達機構５５の回転数や、車輪の回転数に基づき検出することが可能である。このような検出方法は、公知であるのでここでは説明は省略する。

上記では、可動範囲設定部１５は、傾斜角度に基づいて操向輪の可動範囲を設定するとして説明したが、本実施形態では、当該可動範囲は、傾斜角度と共に、走行速度に基づいて設定される。傾斜角度がある程度の大きさ以上であって、操向輪を所定の舵角で操舵した場合、自走車両１の速度が速い程、自走車両１が斜面Ｐをずり落ち易く、自走車両１の速度が遅い程、自走車両１が斜面Ｐをずり落ち難くなる。そこで、可動範囲設定部１５は、自車の走行速度が速い程、操向輪の可動範囲を小さく設定し、自車の走行速度が遅い程、操向輪の可動範囲を大きく設定する。このような可動範囲も、上述した傾斜角度と可動範囲との関係と同様に、予めマップ等により記憶しておくことが可能である。

このようなマップの一例が図４に示される。図４によれば、例えば傾斜角度が０〜１５度で走行速度が所定値よりも低速の場合には、操向輪の可動範囲の制限（可動範囲）を小さくし（制限なしを含む）、傾斜角度が０〜１５度で走行速度が所定値よりも高速の場合、及び傾斜角度が１５度以上で走行速度が所定値よりも低速の場合には、操向輪の可動範囲の制限（可動範囲）を中程度すると良い。また、傾斜角度が１５度以上で走行速度が所定値よりも高速の場合には、操向輪の可動範囲の制限（可動範囲）を大きくすると良い。

速度制限部１７は、進行方向と傾斜方向とに基づいて進行方向が少なくとも作業地の谷側方向を向いていると判定された場合に、傾斜角度に基づいて自車の走行速度を制限する。すなわち、自車の進行方向が、斜面Ｐの谷側を向いている場合には、高速での走行中に大きく操舵すると、自走車両１が斜面Ｐをずり落ちる可能性があることから、走行制御部１８は出力演算部１１により演算された演算結果ではなく、速度制限部１７により制限された速度で動力伝達機構５５を制御する。このように自走車両１は、操向輪の舵角を制御することにより、斜面Ｐの走行中に操舵した場合でも斜面Ｐをずり落ちることを防止できる。

走行制御部１８は、このように走行速度を斜面Ｐの傾斜角度に応じて制限しつつ、自走車両１を走行させる。これにより、自走車両１は、斜面Ｐにおいてずり落ちることなく走行することが可能となる。

次に、図５に示されるフローチャートを用いて自走車両１の舵角の制御について説明する。出力演算部１１が、コントローラ２００の第１操作レバー２００Ａの出力指示の指示値を演算する（ステップ＃１）。舵角演算部１２が、コントローラ２００の第２操作レバー２００Ｂによる舵角の指示値を演算する（ステップ＃２）。検出部１３が、車体の傾斜角度及び傾斜方向を検出する（ステップ＃３）。

自走車両１の進行方向が、斜面Ｐの谷側でない場合には（ステップ＃４：Ｙｅｓ）、走行制御部１８は、出力演算部１１により演算された出力指示値で動力伝達機構５５を制御し、舵角演算部１２により演算された舵角で第１車輪操向操作機構５１及び第２車輪操向操作機構５２で操向輪を制御する（ステップ＃５）。

ステップ＃４において、自走車両１の進行方向が、斜面Ｐの谷側である場合には（ステップ＃４：Ｎｏ）、可動範囲設定部１５により操向輪の可動範囲が設定される（ステップ＃６）。舵角演算部１２により演算された舵角が、可動範囲設定部１５により設定された操向輪の可動範囲に含まれる場合には（ステップ＃７：Ｎｏ）、舵角制御部１９は舵角演算部１２により演算された舵角により第１車輪操向操作機構５１及び第２車輪操向操作機構５２を制御する（ステップ＃８）。

ステップ＃７において、舵角演算部１２により演算された舵角が、可動範囲設定部１５により設定された操向輪の可動範囲に含まれない場合には（ステップ＃７：Ｙｅｓ）、舵角制御部１９は可動範囲設定部１５により設定された可動範囲の上限値の舵角により第１車輪操向操作機構５１及び第２車輪操向操作機構５２を制御する（ステップ＃９）。

ステップ＃８及びステップ＃９に続き、速度制限部１７が自車の走行速度を傾斜角度に応じて予め設定された走行速度に制限する（ステップ＃１０）。この一連の制御は、自走車両１が、走行を終了するまで（ステップ＃１１：Ｙｅｓ）、継続して行われる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、自走車両１が、自車の走行速度を検出する速度検出部１６を備え、可動範囲は、傾斜角度と共に、走行速度に基づいて設定されるとして説明したが、可動範囲設定部１５が走行速度に基づいて可動範囲を設定しない場合には、速度検出部１６を備えなくても良い。

上記実施形態では、進行方向と傾斜方向とに基づいて進行方向が少なくとも作業地の谷側方向を向いていると判定された場合に、速度制限部１７が傾斜角度に基づいて自車の走行速度を制限するとして説明したが、自走車両１の進行方向に拘らず、速度制限部１７が傾斜角度に基づいて自車の走行速度を制限しないよう構成することも可能である。

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、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
１２：舵角演算部
１３：検出部
１４：進行方向判定部
１５：可動範囲設定部
１６：速度検出部
１７：速度制限部
１９：舵角制御部

Claims (1)

1. 遠隔操作により斜面の長さ方向に沿って当該斜面に生えている草を刈り取りながら走行する自走車両であって、
   前記遠隔操作に応じた、操向輪の舵角を演算する舵角演算部と、
   前記遠隔操作に応じた、進行方向を判定する進行方向判定部と、
   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操向輪の可動範囲を設定する可動範囲設定部と、
   前記舵角演算部により演算された前記舵角が前記可動範囲に含まれる場合には前記操向輪の舵角を前記演算された舵角に制御し、前記進行方向と前記傾斜方向とに基づいて前記進行方向が少なくとも作業地の谷側方向を向いていると判定された場合であって、前記舵角演算部により演算された前記舵角が前記可動範囲を超える場合にのみ前記操向輪の舵角を前記可動範囲の上限値の舵角に制御する舵角制御部と、
   自車の走行速度を検出する速度検出部と、
   前記進行方向と前記傾斜方向とに基づいて前記進行方向が少なくとも前記谷側方向を向いていると判定された場合に、前記傾斜角度に基づいて前記自車の走行速度を制限する速度制限部と、を備え、
   前記可動範囲は、前記傾斜角度と共に、前記走行速度に基づいて設定され、
   前記斜面に設定された草の刈り取り対象区域において、前記斜面の長さ方向に沿って走行し、前記刈り取り対象区域の前記長さ方向の両端部で前後進を行って、前記車体の位置を傾斜方向の下側にずらすようにスイッチバックを行い、
   前記刈り取り対象区域において前記草の刈り取り作業を行う際は、前記車体における前記傾斜方向の上側を向く側と、前記車体における前記傾斜方向の下側を向く側とが互いに入れ替わらない自走車両。

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