JPH058608U - 走行車両における自動操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】自動走行の走行車両が、直進部と回行部とのい
ずれの箇所でも、誘導ケーブルに沿うように精度良く操
舵制御されるようにする。 【構成】操舵装置１４における操舵角度センサー２５の
検出値の大小により、走行車両１が直進部に位置してい
るか回行部に位置しているかを判断する。直進部である
ときには、誘導ケーブル２７から出る交流電界を走行車
両１に設けた左右一対の前部磁気センサー２６ａ，２６
ｂにて検出して、これに基づき誘導ケーブル２７に略沿
うように操舵制御する。回行部であると判断すると、走
行車両１に設けた左右一対の後部磁気センサー６０ａ，
６０ｂにて検出して、これに基づき誘導ケーブル２７に
略沿うように操舵制御する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、農作業機等の走行車両を誘導経路に沿って敷設した誘導ケーブル に略沿うように自動操舵制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来から、果樹園等における自動走行型の薬剤散布機（スピードスプレヤ）等 の走行車両においては、作業経路（誘導経路）に沿って地中に埋設した誘導ケー ブルに対する走行車両の横ずれの大きさに対応して発生する左右一対の磁気セン サーでの出力値（電圧値）の差を取って、横ずれの大きさ（偏位量）と横ずれの 方向（右か左かの判別）とを求め、これらの検出結果から走行車両を誘導ケーブ ルに沿って走行するように、操舵車輪の向きを変えて操舵制御することが行われ ている（実開平２−８４９０９号公報参照）。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

この場合、図９に示すように、前記左右一対のピックアップコイル等の磁気セ ンサーＬａ，Ｌｂを、走行車両１００における前車輪１０１の車軸よりも前方に 配置し、誘導ケーブルＫが平面視で湾曲している、いわゆる回行部に沿うように 操舵制御すると、次のような不都合が生じる。図１０（ａ）及び（ｂ）は、誘導 ケーブルＫに交流電流を流し、この誘導ケーブルＫから発生する交流磁界の強度 の変化を走行車両１００の前部に装着した左右一対の磁気センサーＬａ，Ｌｂで 感知する場合を模式的に示したものである。交流磁界の強さに対応して左のコイ ル型磁気センサーＬａで発生した電圧の絶対値｜e1｜と、同じく右のコイル型磁 気センサーＬｂで発生した電圧の絶対値｜e2｜との差ｅ（ｅ＝｜e1｜−｜e2｜） を縦軸にとり、前記左右一対の磁気センサーＬａ，Ｌｂ間の中点から下ろした垂 線と誘導ケーブルＫまでの横方向距離、即ち横ずれ量ｍを横軸にとって、この横 ずれ量ｍと前記差電圧値ｅと関係を図１０（ｂ）に示す。この図から理解できる ように、前記差電圧値ｅがピーク（最大値、最小値）を示す箇所Ｐ１，Ｐ２の左 右量側では、横ずれ量ｍが異なっても同じ差電圧値ｅとなる。従って、前記回行 部を走行車両１００が回行中、一方の磁気センサーの下方に誘導ケーブルＫが位 置し、いわゆる横ずれ量ｍが大きい時には、その横ずれ量が前記中点から離れて いる側であるか近い側であるかの判別は困難となり、この回行部での修正すべき 操舵角度の決定に誤差が大きく存在するので、蛇行したり、誘導ケーブルＫから 逸脱し易く、酷い場合には操舵制御が不能になるという問題があった。

【０００４】 本考案はこのような従来の問題に鑑み、直線部と回行部に関係なく、精度を向 上させた操舵制御を実行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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するため、本考案では、誘導ケーブルから出る交流電界を走行 車両に搭載した磁気センサーにて検出する一方、操舵装置における操舵角度を操 舵検出センサーにて検出し、前記誘導ケーブルに略沿うように操舵する制御手段 を設けてなる走行車両において、走行車両の前車軸より前方に左右一対の前部磁 気センサーを設け、走行車両の前後車軸の間に左右一対の後部磁気センサーを設 け、前記操舵角度が所定の小さい範囲内にあるときには前部磁気センサーの検出 出力を基準にして操舵制御を実行し、前記操舵角度範囲外にあるときには後部磁 気センサーの検出出力を基準にして操舵制御を実行するようにした制御手段を設 けたものである。

【０００６】

【実施例】

次に本考案を自動走行型の薬剤散布機（スピードスプレヤ）を誘導するシステ ム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には平面視略Ｌ字状の薬 液タンク４とその後部に噴霧部５とを備えている。

【０００７】 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１０からの動力を別の動力伝達機構１２を介して 送風機７を回転させ、また噴霧ノズル６に対する動力ポンプ１３を駆動させる。

【０００８】 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。

【０００９】 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制御弁であり、符号２９は走行ブレーキ及びクラッチ作動 のための油圧シリンダ３０を制御する制御弁であり、これらは、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に接続する。

【００１０】 手動操舵のときには、ハンドル３の回動角度に比例して制御弁２３を介して油 吐出量を送る油圧モータ２１から、前記ステアリング機構１５に取付く複動式の 油圧シリンダ１７に油を送り、自動操舵制御のときには油圧ポンプ２２から電磁 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。 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 サーであり、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。

【００１１】 走行車両１の下面には、その前部（前輪８，８の者軸より前方）に左右一対の 前部磁気センサー２６ａ，２６ｂを設け、また、前輪８，８と後輪９，９との前 後の中途位置には後部磁気センサー６０ａ，６０ｂを設ける（図３参照）。これ ら磁気センサー２６ａ，２６ｂ，６０ａ，６０ｂ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ＩＣ、磁気抵抗素子、 磁気トランジスタであっても良く、後述する交流電流発生装置５３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。

【００１２】 なお、前記誘導ケーブル２７にパルス的に直流電流を流したり、直流電流にパ ルス信号を載せる等して交流磁界を発生させても良い。さらに、敷設する誘導ケ ーブル２７の形状は通常の断面円形のワイヤ状又は偏平な帯状であっても良い。 図５は操舵制御装置３２のブロック図を示し、マイクロコンピュータ等の中央 処理装置３３には、各種データを読み書き可能なメモリ（ＲＡＭ）３４及び、制 御プログラム等を記憶させための読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）３５が接続され ている。また、中央処理装置３３には、前記前部磁気センサー２６ａ，２６ｂか らの検出信号、又は後部磁気センサー６０ａ，６０ｂからの検出信号をＡ／Ｄ変 換器３６，３６でデジタル信号に変換した後入力し、誘導ケーブル２７の軸線に 対する走行車両１の中心線の横ずれの偏位量や、車体の横ずれ方向が左右いずれ であるかを中央処理装置３３にて演算するのである。

【００１３】 つまり、一対の磁気センサー２６ａ，２６ｂまたは６０ａ，６０ｂの検出信号 を減算演算すれば、車体の前部における誘導ケーブル２７に対する横ずれの偏位 量を求めることおよび横ずれの向き（右または左）を判別することができる。 符号３７は、回行部を判別するための予備的な地磁気センサー、符号４０は薬 液タンク４内の薬液レベル（水面高さ）を検出するための電気抵抗式等のレベル センサー、符号４１は噴霧時の薬液消費量を検出するための流量検出センサーを 示し、これらは、中央処理装置３３におけるインターフエイスの入力端子に接続 する。

【００１４】 中央処理装置３３におけるインターフエイスの出力端子には次のものを接続す る。即ち、薬液タンク４から噴霧ノズル６に薬液を送る動力ポンプ１３の駆動回 路４３と、薬液流通管の途中に設けて液の流通量を調節し，遮断することが可能 な調節バルブ４４の駆動回路４５と、前記自動操舵用の制御弁２８の右操舵用電 磁ソレノイド２８Ｒの電気式駆動回路４６と左操舵用電磁ソレノイド２８Ｌの電 気式駆動回路４７と、前記薬液タンク４内の薬液レベルが最低になったとき、点 灯する表示ランプ４８と、走行車両１の走行ブレーキを作動させるアクチェータ の駆動回路４９と、エンジンの動力伝達を継断するクラッチを作動させるアクチ ェータの駆動回路５０とを接続する。

【００１５】 なお、噴霧部５からの薬液散布量を調節するための薬量調節バルブ４４の駆動 回路４５を無線操作機器にて遠隔操作できるように構成すれば、薬液散布のＯＮ ・ＯＦＦも実行できる。 また、中央処理装置３３に車速センサー５２の検出信号を入力し、走行変速機 構１１の油圧シリンダもしくはＤＣモータ等のアクチェータを作動させる駆動回 路５３に出力信号を出すように構成する。

【００１６】 この構成において、中央処理装置３３にて、前記走行車両１に設けた左右一対 の前部磁気センサー２６ａ，２６ｂまたは後部磁気センサー６０ａ，６０ｂで検 出した誘導ケーブル２７に対する横ずれ量を演算し、この検出横ずれ量と操舵角 度センサー２５の検出値とから、前記横ずれ量がが小さくなるように操舵制御す るための操舵修正指令量信号を求めて、電気式駆動回路４６，４７に駆動パルス 信号を与える。

【００１７】 この場合、前記操舵角度センサー２５の出力値を読み出して、その大小から回 行部か直進部かを判別し、直線部であると判断したときには前部磁気センサー２ ６ａ，２６ｂの検出値（出力値）に基づいて誘導ケーブル２７に対する横ずれ量 を演算し、回行部であると判断したときには後部磁気センサー６０ａ，６０ｂの 検出値（出力値）に基づいて誘導ケーブル２７に対する横ずれ量を演算し、直線 部に対する修正操舵指令角度や、回行部に対する修正操舵指令角度θを売る沿岸 を実行し、操舵制御するのである。

【００１８】 この制御を、図７に示したサブルーチンフローチャートに従って説明すると、 スタートに続き、ステップ７０１で操舵角度センサー２５の検出値を読み込み、 次いでステップ７０２で走行車両１が現在進行している箇所が直進ゾーンである か否かを判別し、直進ゾーンであると判断したとき（yes ）には、前部磁気セン サー２６ａ，２６ｂの検出値を入力し（ステップ７０３）、この検出値を基準に して修正操舵指令量（角度）θを演算し、操舵制御を実行する（ステップ７０４ ，７０５）。前記ステップ７０２で、直進ゾーンでない（no）と判断するときに は、後部後部磁気センサー６０ａ，６０ｂの検出値を入力し（ステップ７０６） 、この検出値を基準にして修正操舵指令量θを演算し、操舵制御を実行する（ス テップ７０４，７０５）。

【００１９】 直進ゾーンでない、換言すれば回行部であるときには、図６に示すように、平 面視で湾曲した誘導ケーブル２７が、走行車両１の前後中途部に配置した左右一 対の後部磁気センサー６０ａ，６０ｂの左右間に位置する状態のとき、前述した ように左右両磁気センサーの出力値の差、つまり差電圧値ｅに対する横ずれ量の の誤差が少なくなる。従って、当該走行車両１がこの回行部に沿うような回行操 舵制御を精度良く実行されるのである。

【００２０】 なお、操舵角度センサー２５の検出値Ｅから直進ゾーンであるか否かを判別す るとき、図８に示すように、検出値Ｅ＝０を挟んで＋Ｅ１〜−Ｅ１までの範囲を 直進ゾーン、その右側の＋Ｅ１〜＋Ｅ２迄の範囲を右旋回のための右回行ゾーン 、−Ｅ１〜−Ｅ２迄の範囲を左旋回のための左回行ゾーンに設定するのであり、 前記範囲に相当する値は予め、読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）３４に記憶させて おく。

【００２１】 また、直線部では、一般に誘導ケーブル２７に対する車体の横ずれ量Ｅの大き さが小さく、且つ修正すべき操舵角度は小さいものである。他方、回行部では誘 導ケーブル２７に対する走行車両１の横ずれ量の大きさが大きく、且つ操舵角度 を大きく変更する必要がある。なお、前記回行部のゾーンを小旋回半径のゾーン と大旋回半径のゾーンとに区分けしても良い。

【００２２】 そして各ゾーンにおいて基準値ＫＥを設定し、この各基準値に対して、車体の 基準操舵角度を設定する。例えば、各ゾーンでの横ずれ量の中間値を基準値ＫＥ とする。この基準値ＫＥに対して前記演算した移動平均値Δｅｍとの偏差をρ、 偏差の変化率をΔρとし、前記基準値ＫＥに対して修正操舵指令角度θを予め設 定しておく。この場合、直線部に対する修正操舵指令角度θは相対的に小であり 、回行部に対する修正操舵指令角度θは相対的に大になるように設定すべきであ る。

【００２３】 そして、各ゾーンにおける前記基準値ＫＥに対する偏差ρ及び／または偏差の 変化率Δρに略比例する修正操舵指令量（角度）の増分Δθを演算にて求め、最 終的な修正操舵指令量（角度）（θ＋Δθ）に対応する駆動パルス信号を電気式 駆動回路４６，４７に与えて、回行部や直線部における誘導ケーブル２７に対す る横ずれ量が小さくなるように操舵制御するのである。

【００２４】 このように、走行車両１が直線部に沿うように操舵制御する態様と、回行部に 沿って操舵制御する態様とを、別々に予め想定し、修正操舵指令量が異なるよう に設定しておけば、正確な操舵制御を迅速に実行できるという効果を奏する。

【００２５】

【考案の作用及び効果】

本考案では、誘導ケーブルから出る交流電界を検出するために、走行車両の前 車輪の車軸より前方に左右一対の前部磁気センサーを設け、走行車両の前後車軸 の間に左右一対の後部磁気センサーを設けてある。そして、走行車両の操舵装置 における操舵角度を操舵角度センサーの検出値の大小で、走行車両が現在回行部 に位置しているか直進部に位置しているかを判断し、直進部であれば、左右一対 の前部磁気センサーの検出値を基準にして操舵制御することで迅速且つ正確に直 進部に沿う操舵を行える。そして、回行部であると判断するときには、左右一対 の後部磁気センサーの検出値を基準に操舵制御を実行する。

【００２６】 回行部では、左右一対の前部磁気センサーの間に誘導ケーブルか位置しないこ とが多く、この磁気センサーによる検出値に誤差が大きくなる一方、左右の後部 磁気センサーの間に誘導ケーブルが位置する状態が、回行部に沿う操舵制御に誤 差が少ない状態と考えられるからである。 このように、回行部と直進部とで、判断基準として使用する磁気センサーの位 置を変更することで、回行部と直進部とに関係なく精度の良い操舵制御を実行で きるという効果を奏するのである。

【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１４の概略平面図である。

【図４】操舵装置の制御油圧回路図である。

【図５】操舵制御装置の機能ブロック図である。

【図６】回行部における誘導ケーブルと走行車両との関
係を示す平面図である。

【図７】サブルーチンフローチャートである。

【図８】ゾーンの説明図である。

【図９】従来例の磁気センサーによる検出の態様を示す
説明図である。

【図１０】（ａ）は誘導ケーブルと左右一対の磁気セン
サーとの位置関係を示す説明図、（ｂ）は左右一対の磁
気センサーの出力値（減算値）と横ずれ量との関係を示
す図である。

【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 ８，８ 前輪 ９，９ 後輪 １０ エンジン １１ 走行変速機構 １２ 動力伝達機構 １３ 動力ポンプ １４ 操舵装置 １６ 油圧回路 １７ 油圧シリンダ ２２ 油圧ポンプ ２３ 制御弁 ２５ 操舵角度センサー ２６ａ，２６ｂ 前部磁気センサー ６０ａ，６０ｂ 後部磁気センサー ２７ 誘導ケーブル ２８ 自動操舵用制御弁 ３２ 操舵制御装置 ３３ 中央処理装置 ３８ ステップモータ ４６，４７ 駆動回路

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 誘導ケーブルから出る交流電界を走行車
   両に搭載した磁気センサーにて検出する一方、操舵装置
   における操舵角度を操舵検出センサーにて検出し、前記
   誘導ケーブルに略沿うように操舵する制御手段を設けて
   なる走行車両において、走行車両の前車軸より前方に左
   右一対の前部磁気センサーを設け、走行車両の前後車軸
   の間に左右一対の後部磁気センサーを設け、前記操舵角
   度が所定の小さい範囲内にあるときには前部磁気センサ
   ーの検出出力を基準にして操舵制御を実行し、前記操舵
   角度範囲外にあるときには後部磁気センサーの検出出力
   を基準にして操舵制御を実行するようにした制御手段を
   設けたことを特徴とする走行車両における自動操舵制御
   装置。