JPH01123305A - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ダンプトラック等の屋外作業車両の運転支援
や無人化を図るための走行制御装置に関する。

（従来の技術） 車両の走行自動化装置においては、車両を予め設定され
た目標経路に沿って自動的に誘導走行させることから、
車両の位置および姿勢角を検出することが不可欠であり
、それらの検出精度の優劣でその性能が決定される。

上記目標経路の変更が可能な、つまり該経路に融通性を
もたせた従来の走行自動化装置として、例えば特開昭６
１−７０６１８に係る「無人走行システム」がある。こ
のシステムでは、車両の走行速度と走行方位角とに基づ
いて２次元座標上での車両の走行距離を積算し、その積
算値より上記座標における車両の位置を検出するように
している。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記従来の装置では、例えば速度センサと方位
センサたるジャイロコンパスの各検出出力を積分するこ
とにより車両の走行距離および相対位置を算出するため
、誤差の累積が不可避であった。特に車両走行時のタイ
ヤスリップによる走行速度の誤差やジャイロコンパスめ
オフセットドリフトによる方位角の誤差は、車両の位置
検出を大幅に劣化させていた。

そこで、目標経路の要所に適宜なマークや誘導ケーブル
等を布設したステーションを設置し、このマークや誘導
ケーブルの発生磁界を車両上のセンサに検出させること
によって上記誤差を定期的に補正することが提案されて
いるが、これは本来の目的である外部誘導装置を使用し
ないこと、つまり目標経路に融通性をもたせることに反
する。

本発明の目的は、目標経路に融通性があるという利便を
確保しながら車両を正確に誘導走行させることができる
車両の走行制御装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、所定の位置関係で配設され、それぞれ電波
測量用の電波を送信する主局および２つの従局を地上装
置としている。そして、上記車両に互いに所定の間隔を
おいて配設された２つのアンテナを備え、これらのアン
テナによって前記地上装置から送信された電波を受信す
る受信手段と、上記各アンテナのいずれか一方で受信さ
れた上記地上装置からの各電波の受信時間差に基づいて
、該車両の位置を検出する位置検出手段と、上記各アン
テナで受信された上記地上装置からの１つの電波の受信
時間差に基づいて、上記車両の姿勢角を検出する姿勢角
検出手段と、上記車両の目標経路を予め記憶させた目標
経路記憶手段と、上記位置検出手段および姿勢角検出手
段によってそれぞれ検出された上記車両の位置および姿
勢角と、前記目標経路記憶手段から読み出した該車両の
目標経路とに基づいて、該車両の操舵角指令を演算する
演算手段と、上記車両の操舵角を操舵角指令に従った大
きさに制御する操舵角制御手段とを車載装置として設け
ている。

（作用） 本発明によれば、上記目標経路記憶手段の内容変更によ
って目標経路を容易に変更することができる。また上記
位置検出手段および姿勢角検出手段によって累積誤差の
無い車両位置と姿勢角が検出され、この車両位置と姿勢
角および上記目標経路に応じて車両を正確に誘導走行さ
せることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は、作業現場の一例を示す概略図である。

この作業現場には車両１を誘導走行させるための目標経
路Ａおよび目標経路Ｂが予め定められ、また後述の地上
装置５０における主局５１、従局５２および従局５３が
それぞれ適宜の位置に配設されている。

第３図には、上記目標経路Ａ上の複数位置Ａ１〜Ａ　の
２次元座標系における各座標（ｘＡｔ　　’ｙ　）〜（
ｘ、ｙ）と、上記目標経路Ｂ上Ａｔ　　　　Ａｎ　　　
Ａｎ の複数位置８１〜Ｂ　の上記座標系における各座標（Ｘ
、Ｙ）〜（Ｘ、Ｙ）と、上記位置ＢＩ　　　ＢＩ　　　
　　Ｂｎ　　　ＢｎＡ１〜Ａ、Ｂ、〜Ｂ　での車速指令
と、それらＢｎ の位置のうちの特定位置で車両１に作業を行なわせるた
めの作業指令とが示されている。

同図に示す内容は、第２図に示した車載装置の経路入力
選択手段２（例えばキーボード）の操作によって予め目
標経路記憶手段３に記憶される。

なお、上記座標系は上記作業現場に設定されている。

第２図に示す車載局４は、上記主局５１、従局５２およ
び従局５３より到来する電波を受信する手段であり、車
両１の前部および後部にそれぞれ配設された２本のアン
テナ４ａ、４ｂを備えている。

ここで、電波を用いて車両の位置を測量するための原理
を第５図を参照して説明する。上記主局５１、従局５２
および従局５３の上記２次元座標系での座標（既知）を
それぞれ（０，０）。

（ａ＋　、ｂ＋　）および（ａ２　ｒ　ｂ２　）　、後
部アンテナ４ｂの上記座標系での座標を（Ｘ、Ｙ）　、
主局５１とアンテナ４ａ間の距離をＬｌ、アンテナ４ｂ
と従局５２間の距離をＬｌとすると、距離Ｌ１とＬｌと
の差ΔＬ１および距離Ｌ１とＬ３との差ΔＬ２は、それ
ぞれ次式（１）のように表わされる。

ΔＬ、、　　−Ｘ　　＋Ｙ丁 −ａ＋　）　　　＋　（Ｙ−ｂｌ）２ ΔＬ２　−ＩＸゴ７７”７Ｔ −Ｊ　（Ｘ　　ａ２　）　’　＋　（Ｙ−ｂ２　）　２
・・・　（１） 上記距離差ΔＬ１が一定となる車両１の位置を個々のΔ
Ｌ１について示すと第５図の実線のようになり、同様に
上記距離差ΔＬ２が一定となる車両１の位置を個々のΔ
Ｌ２について示すと同図の破線のようになる。したがつ
て、ΔＬ１とΔＬ２が求まれば、そのΔＬ１に対応する
実線の曲線とΔＬ２に対応する破線の曲線との交点から
車両１の位置を検出することができる。

つぎに、電波を用いて車両１の姿勢角を測量するための
原理を第６図を参照して説明する。

同図に示す如く、主局５１と従局５２間を結ぶ線分と、
主局５１と後部アンテナ４ｂ間を結ぶ線分とのなす角を
θ、主局５１と前部アンテナ４ａ間を結ぶ線分に対する
後部アンテナ４ｂからの垂線とアンテナ４ａ、４ｂ間を
結ぶ線分とのなす角をα、主局５１とアンテナ４ａ、４
ｂ間を結ぶ各線分のなす角をβ、主局５１からアンテナ
４ａおよび４ｂに至る各距離をそれぞれ１１および１２
、アンテナ４ａ、４ｂ間の距離をａ（既知）、車両の姿
勢角をψとすると、以下のような関係が成立する。

θ−ｊａｎ　’　　（Ｙ／Ｘ）　　　　　　　　−（２
）Δｌ＃ｌＩ　−１２・・・（３） ａ１１ｓｉｎａｍΔｌ　　　　　　　　−（４）７２　
−　　　４Ｙ１　　　　　　　　　・・・　（５）１２
　・Ｓｌｎβ−ａ　・ｃｏｓ　ａ　　　　　−（６）ψ
−π／２−θ−α＋β　　　　　・・・（７）（２）式
に示す距離差Δノは、主局５１より送信された電波がア
ンテナ４ａおよび４ｂに到達する各時間の差Δｔ　を用
いて次のように表わされる。

・・・（８） Δ１ｗｍＣ＠Δｔｅ ただし、Ｃ：電波の伝搬速度 それ故、前記位置測量の原理に基づいて、車両１の座標
、つまり後部アンテナ４ｂの座標（Ｘ。

Ｙ）が測量されれば、（２）式に基づいて角度θが得ら
れる。

また、（８）式に示すΔｔ　を計測してΔノを求めれば
、このΔノと（４）式に基づいて角度αが得られ、さら
に座標（Ｘ、Ｙ）と（５）式とから距離１２を求めれば
、この１２、上記角度αおよび（６）式に基づいて角度
βが得ることができる。

そして、角度θ、αおよびβが得られれば、（７）式に
基づいて車両１の姿勢角ψを求めることができる。

なお、（８）式に示す時間差Δｔ　は主局５１の送信電
波に基づくものであるが、この送信電波に代、えて従局
５２あるいは従局５３の送信電波を用いても、上記姿勢
角ψの検出は可能である。

第１図に示した経路Ａ、Ｂの指定は、第２図に示した経
路入力選択手段２によって行なわれる。

いま、同手段２によって例えば経路Ａが指定された場合
、該経路Ａに沿って車両１を誘導するために以下のよう
な制御が行なわれる。

第４図に示す地上装置５０の主局５１、従局５２および
従局５３からは、互いに周波数の異なる電波測量用の電
波が送信され、これらの電波は車載局４によって受信さ
れる。車載局４はアンテす４ａ、４ｂの受信電波のうち
のいずれか一方に基づいて主局５１と従局５２より到来
する各電波の時間差Δｔ１と、主局５１と従局５３より
到来する各電波の時間差Δｔ２とが求められる。

なお、上記各局５１．５２および５３の送信電波として
は、いわゆるＦＳＫ変調等を施した電波が使用される。

上記時間差Δｔ１およびΔｔ２は、それぞれ（１）式に
示す距離差ΔＬ＋　　（−Ｃ・Δ１＋）およびΔＬ２（
−ｃ・Δ１２）に対応する。そこで、車両位置検出手段
５では、上記時間差Δｔｌ＋Δｔ２に基づいて（１）式
の演算が実行され、これによって車両１の位置つまり後
部アンテナ４ｂの位置（Ｘ、Ｙ）が求められる。

一方、車載局４は、各地上局５１．５２および５３のう
ちの特定の局の電波、例えば主局５１の送信電波に基づ
き、この電波のアンテナ４ａ。

４ｂへの到来時間差、つまり（８）式に示した時間差Δ
ｔ　を求め、この時間差Δｔ　に対応する信号を車両姿
勢角検出手段５′に出力する。そして車両姿勢角検出手
段５′では、前記（２）〜（８）式に示した関係に基づ
いて、車両１の姿勢角ψが求められる。

車両位置検出手段５および車両姿勢角検出手段５′は、
上記のようにして車両１の現在位置（Ｘ。

Ｙ）および姿勢角ψを時間τの間隔でそれぞれ求め、こ
の位置および姿勢角を示す各信号を第１の車両制御演算
手段６に加える。

第１の車両制御演算手段６は、これらの信号を入力する
と、目標経路記憶手段３から第３図に示した目標経路Ａ
上の各位置Ａ１〜Ａ　の座標（Ｘ、Ｙ）〜（Ｘ、Ｙ）お
よびそれらのＡＩ　　　ＡＩ　　　　　Ａｎ　　　Ａｎ
位置についての車速指令を読み出し、上記各座標、車両
１の現在位置（Ｘ、Ｙ）および車両姿勢角ψに基づいて
操舵指令を算出する。

ここで、操舵指令の算出過程を第７図を参照して説明す
る。目標経路Ａは各座標（Ｘ、Ｙ）。

Ａ１．　　　Ａｔ （Ｘ、Ｙ）、・・・、（Ｘ、Ｙ）を結ぶ折Ａ２　　　Ａ
２　　　　　　　Ａｎ　　　Ａｎ線と考えられる。そこ
で車両１の走行経路をＡ１Ａ２　ｎＡ２　Ａ、−・・・
ＡＡ　　と順次切換えてゆｎ−１ｎ くものとする。なお、上記切換えの判断は、上記車両位
置検出手段５で検出される車両の現在位置（Ｘ、Ｙ）に
基づいて行なわれる。

いま、目標となる経路線分をＡＡ、また車Ｉ１ 両１の現在位置を（Ｘ、Ｙ）とすると、経路ｋ 線分Ａ、Ａ、からの車両１の横変位εは、下式（９）の
ように表わされる。

・・・（９） また線分Ａ、Ａｍに対する車両１の偏角Δψは、該線分
Ａ、Ａ、の傾きと第６図に示した姿勢角ψの差として下
式（１０）のように表わされる。

操舵角指令δは、ε、Δψに基づいて下式（１１）のよ
うに設定される。

δ　−Ｋ　１　　・　　ε　＋　Ｋ　２　　争　Δ　ψ
　　　　　　　　　・・・　　（１１）だだしに１およ
びに２　：定数 したがって、ε、Δψを求めれば、操舵角指令δを決定
することができる。

第２図に示す第１の車両制御演算手段６は上記のように
して車両１の操舵角指令δを求め、この操舵角指令δを
示す信号、および目標経路記憶手段３から読み出した各
座標（Ｘ、Ｙ）。

ＡＩ　　　ＡＩ （Ｘ、Ｙ）に対応する各車速指令を示す信号Ａｍ　　　
Ａａ＋ を車両制御選択手段７に加える。

車両制御選択手段７は、操舵角指令δを示す信号を操舵
制御手段８に加えるとともに、上記各車速指令と車速セ
ンサ９によって検出された実際の車速とに基づいて、ガ
バナ制御手段１０にガバナ位置指令を示す信号を、トラ
ンスミッション制御手段１１に速度段指令を示す信号を
、リターダ制御手段１２にリターダブレーキ圧指令を示
す信号を、ブレーキ制御手段１３にブレーキ指令を示す
信号をそれぞれ加える。

操舵制御手段８は、上記操舵角指令δを示す信号を人力
すると、操舵角センサ１４によって検出された車両１の
実際の操舵角が操舵角指令δに追従するようにサーボ弁
１５の圧油流量を制御する。

このサーボ弁１５によって制御された圧油は、電磁切替
弁１６を介して油圧シリンダ１７に供給され、これによ
り実際の操舵角が操舵角指令δに基づく角度に等しくな
るように油圧シリンダ１７が作動される。

かくして車両１は、上記横変位εおよび偏角Δψが無く
なる方向に操舵され、これによって車両は経路Ａに沿っ
て走行する。

ガバナ制御手段１０は上記ガバナ位置指令を示す信号を
入力すると、ガバナセンサ１８によって検出された実際
のガバナ位置がガバナ位置指令に追従するようにガバナ
駆動用モータ１９を駆動し、このモータ１９にクラッチ
２０を介して連結されたガバナ２１の位置を調節する。

トランスミッション制御手段１１は、上記速度段指令を
示す信号を入力すると、回転センサ２２によって検出さ
れたエンジン４２の実際の回転数に応じてトランスミッ
ション２３の速度段が設定されるように電磁切替弁２４
を切替える。

リターダ制御手段１２は、上記リターダブレーキ圧指令
を示す信号を入力すると、エア圧センサ２５によって検
出された実際のエア圧がリターダブレーキ圧指令に追従
するようにエアサーボ弁２６の圧油流量を制御し、これ
によって上記指令に従ったブレーキ力が得られるように
リターダ２７が駆動される。

ブレーキ制御手段１３は、上記ブレーキ指令を示す信号
を入力すると、ブレーキ２８を駆動して車両１を停止さ
せる。

上記各要素１０〜１３の作用により、車両１は上記各車
速指令に応じた速度で走行することになる。

なお、第３図に示したように目標経路記憶手段３には、
目標経路Ａ上の位置Ａ２における作業機作動指令が格納
されている。したがって、第２図に示す車両制御選択手
段７は、上記位置Ａ２で作業指令を示す信号を作業機制
御手段２９に加え、これにより、作業機制御手段２９は
作業機駆動シリンダ３０を駆動して作業機（タンプトラ
ックの場合にはベッセル）に作業を行なわせる。

第２図に示す障害物認識手段３１（例えばＴＶカメラ）
は車両１の進行方向を撮像し、その撮像画面を示す信号
を障害物位置検出手段３２に加える。障害物位置検出手
段３２は、上記撮像画面内に障害物があった場合に該障
害物の位置を検出し、この位置を示す信号を危険予知手
段３３に加える。

危険予知手段３３は、この位置が進行方向にある場合に
危険を示す信号を車両制御選択手段７に加え、これによ
りこの車両制御選択手段７は上記障害物を迂回するため
の操舵制御を行なうか、もしくは停止制御を行なう。

車両制御選択手段７は、次のような制御も行なう。すな
わち目標経路記憶手段３、車両位置検出手段５、操舵角
センサ１４、回転センサ２２および車速センサ９からの
信号に基づき、例えば第８図に示すように目標経路Ａに
おける車両１の現在位置を走行モニタ３４に表示させる
とともに、実操舵角、実エンジン回転数、実車速を同モ
ニタ３４の適所に表示させる。

なお、走行モニタ３４には、第８図（ｂ）に示すように
車両１が位置している近傍を部分的に拡大して表示して
もよい。

一方、車両制御選択手段７からは、目標経路Ａ１車両１
の現在位置、実操舵角、実エンジン回転数および実際の
車速を示す各信号が車両データ伝送手段３５に加えられ
る。車両データ伝送手段３５は、これらの信号および当
該車両ｌの車両番号を示す信号を第４図に示す地上装置
５０の車両データ受信手段５４へ送信する。

車両データ受信手段５４は、受信した各信号を車両モニ
タ５５および車両管制手段５６に加える。

車両モニタ５５は、上記各信号に基づいて目標経路Ａに
おける車両１の現在位置、実操舵角、実エンジン回転数
および実車速を表示するとともに、他の車両から送信さ
れてきたこのような信号に基づいて、他の車両について
も同様の表示を行なう。

一方、車両管制手段５６は、上記各信号に基づいて車両
１についての状況を把握するとともに、他の車両から送
信されてきたこのような信号に基づいて他の車両につい
ても状況を把握する。

なお、上記実施例では、姿勢角を検出するために２つの
アンテナ４ａ、４ｂを車両１に設けているが、これらの
アンテナの設置位置は車両１の前部と後部に限定されず
、例えば車両１の左右に配置してもよい。つまりアンテ
ナ４ａ、４ｂは、適当な間隔（上下方向は不可）さえ確
保されれば、車両１の任意の位置に設は袖ることができ
る。

（発明の効果） 上記実施例の説明からも明らかなように、本発明に係る
車両の走行制御装置によれば、記憶手段に経路情報を格
納することによって車両の目標経路が設定されるので、
目標経路の変更に融通性がある。かつ車両また電波測量
の原理に基づいて車両の位置および姿勢角が精度よく検
出されるので該車両を正確に誘導走行させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は作業現場に設定される走行経路の一例を示した
概念図、第２図は本発明の一実施例における車載装置の
構成を示したブロック図、第３図は目標経路記憶手段の
記憶内容を例示した図、第４図は本発明の一実施例にお
ける地上装置の構成を示したブロック図、第５図は電波
測量の原理を示した説明図、第６図は車両の姿勢角の算
出過程を示した説明図、第７図は操舵指令の算出過程を
示した説明図、第８図（ａ）および（ｂ）は走行モニタ
の表示内容を例示した概念図である。 １・・・車両、２・・・経路入力選択手段、３・・・目
標経路記憶手段、４・・・車載局、５・・・車両位置検
出手段、５′・・・姿勢角検出手段、６・・・第１の車
両制御演算手段、 ７・・・車両制御選択手段、８・・・操舵制御手段、９
・・・車速センサ、１０・・・ガバナ制御手段、１１・
・・トランスミッション制御手段、１２・・・リターダ
制御手段、 １３・・・ブレーキ制御手段、１４・・・操舵角センサ
、１５・・・サーボ弁、１６・・・電磁切替弁、１７・
・・油圧シリンダ、１８・・・ガバナセンサ、１９・・
・ガバナ駆動モータ、２０・・・クラッチ、２１・・・
ガバナ、２２・・・回転センサ、２３・・・トランスミ
ッション、２４・・・電磁切替弁、２５・・・エア圧セ
ンサ、２６・・・エアサーボ弁、２７・・・リターダ、
２８・・・ブレーキ、２９・・・作業機制御手段、３０
・・・作業機シリンダ、３１・・・障害認識手段、３２
・・・障害物位置検出手段、３３・・・危険予知手段、
３４・・・走行モニタ、３５・・・車両データ伝送手段
、４２・・・エンジン、５０・・・地上装置、５１・・
・主局、５２．５３・・・従局、５４・・・車両データ
受信手段、５５・・・車両モニタ、５６・・・車両管制
手段。 第５図 第７図 （α）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の位置関係で配設され、それぞれ電波測量用の電波
   を送信する主局および２つの従局を地上装置とし、 上記車両に互いに所定の間隔をおいて配設された２つの
   アンテナを備え、これらのアンテナによって前記地上装
   置から送信された電波を受信する受信手段と、 上記各アンテナのいずれか一方で受信された上記地上装
   置からの各電波の受信時間差に基づいて、該車両の位置
   を検出する位置検出手段と、 上記各アンテナで受信された上記地上装置からの１つの
   電波の受信時間差に基づいて、上記車両の姿勢角を検出
   する姿勢角検出手段と、 上記車両の目標経路を予め記憶させた目標経路記憶手段
   と、 上記位置検出手段および姿勢角検出手段によってそれぞ
   れ検出された上記車両の位置および姿勢角と、前記目標
   経路記憶手段から読み出した該車両の目標経路とに基づ
   いて、該車両の操舵角指令を演算する演算手段と、 上記車両の操舵角を操舵角指令に従った大きさに制御す
   る操舵角制御手段と を車載装置として備える車両の走行制御装置。