JPH08255019A

JPH08255019A - 自動走行車両

Info

Publication number: JPH08255019A
Application number: JP7058562A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuda; 有司松田; Noriyuki Kamiya; 敬之神谷; Kenjiro Fujii; 健二郎藤井; Toshihiro Aono; 俊宏青野; Norihisa Miyake; 徳久三宅; Masami Otobo; 正美乙母; Kazuo Kobayashi; 和男小林
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】自律走行可能な車両において、運転状態を外
部に知らせる表示ランプを提供する。【構成】走行車両本体１０は、例えば自走式の芝刈り
機であって、メインフレーム２０は、２個の前輪２２
と、１個の後輪２４で支持される。メインフレーム２０
上にはエンジン３０が搭載され油圧ポンプ１５０を駆動
する。メインフレーム２０の中央上部には、オペレータ
用の座席５０がとりつけてあり、座席５０の前方にはス
テアリング装置５２が配設してある。有人運転によるマ
ニュアルモードと無人運転によるオートモードは車両に
設ける操作パネルで選択されるとともに、リモートコン
トローラにより制御可能である。エンジンの始動や自動
運転の起動に際しては、インターロック機構が作動して
安全性を確認する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無人運転が可能な作業車
両等の自動走行車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、乗用式の芝刈り機等にあって
は、フレーム上に運転座席、エンジン、操作装置等を有
し、車輪の操舵と駆動を制御するとともに、動力駆動さ
れるカッティングユニットを操作して芝刈りを実行す
る。この種の走行車両は、自動制御装置を搭載すること
によって、無人により自律運転が可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の自動走行車両
にあっては、自車の現在位置，走行方向，走行速度等を
検出するセンサを装備する必要がある。センサとして
は、車輪の回転を検出する速度センサのほかに、地磁気
センサ，加速度センサ，ＧＰＳセンサ，光ファイバージ
ャイロ等のセンサが利用できる。しかしながら、無人運
転状態の車両は、その運転状態を外部に伝達する必要が
ある。また、有人運転によるマニュアルモードと、無人
運転によるオートモードを選択的に切り換える手段を有
し、特にオートモードの際には、エンジンやプログラム
の起動に関し、支障がないことを確認する必要がある。
さらに、車両の運転に必要な、ステアリングとアクセル
ワークに関し、有人運転用の装置を無人運転により確実
に操作する装置を必要とする。本発明は、この運転モー
ドの切り換えに確実に対応する自動走行車両を提供する
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の自動走行車両
は、基本的手段として、車両のフレームと、フレーム上
に載置されるエンジンと、エンジンの動力により駆動さ
れる車輪と、走行操作装置と、走行操作装置を制御する
制御装置と、車両に装架されるボディと、ボディ上部に
装備される表示ランプと、有人運転によるマニュアルモ
ードと無人運転によるオートモードを切り換えるスイッ
チを有する操作パネルと、遠隔操作によって運転モード
の切り換えと起動、停止を指令するリモートコントロー
ラを備える。そして、車両のステアリング装置に付設さ
れるクラッチを有する操作装置と、車両のアクセル装置
に付設されるクラッチを有する操作装置とを備え、オー
トモード時にはクラッチを接続してステアリング装置と
アクセル装置を無人により操作するものである。

【０００５】

【作用】オートモードはクラッチを介して操作するの
で、支障が生じた場合には、クラッチが離れて確実にマ
ニュアルモードに戻る。また、エンジンの始動や自動運
転の起動時にはインターロック機構が作動して安全を確
認する。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す走行車両の平面
図、図２は側面図である。全体を符号１で示す走行車両
は走行車両本体１０と、走行車両本体１０に外装される
ボディ３００を有する。走行車両本体１０は、例えば自
走式の芝刈り機であって、メインフレーム２０は、２個
の前輪２２と、１個の後輪２４で支持される。メインフ
レーム２０上にはエンジン３０が搭載され油圧ポンプ２
００，２５０を駆動する。この芝刈り機にあっては、走
行用の動力や芝のカッティングユニット等の駆動力は油
圧により与えられるエンジン３０の近傍には、燃料タン
ク３４やバッテリー３２等が配設される。

【０００７】メインフレーム２０の中央上部には、オペ
レータ用の座席５０がとりつけてあり、座席５０の前方
にはステアリング装置５２が配設してある。座席５０の
周囲には、手動ブレーキレバー５４やカッティングユニ
ットの制御スイッチ８０に加えて、車両の前進ペダルや
後進ペダル（図示せず）が配設されている。この走行車
両本体１０に装架されるボディ３００は、メインフレー
ム２０の周囲を曲面で囲むバンパーボディ３１０を備え
る。バンパーボディ３１０の上部には、エンジン３０の
周囲を覆うエンジンカバー３２０と、車体の前部を覆う
フロントカバー３３０がとりつけられる。これらのボデ
ィは、プラスチック等でつくられ、適宜の塗装が施され
る。

【０００８】この無人運転のために、各種のセンサと制
御装置が搭載される。制御装置のコントローラ１００
は、座席５０の周辺に配設される。センサとしては、車
両の位置や走行方向を検知するための衛星を用いるＧＰ
Ｓ（グローバルポジショニングシステム）センサ１２
１や地磁気センサ１２３や車両の姿勢を検出する光ファ
イバージャイロセンサ１２４が装備される。バンパーボ
ディ３１０の前後には、障害物を検知するための対物セ
ンサ１１１や、障害物や人間に触れたときに車両を停止
するための接触センサ１１３が配設される。また、車両
が地面上にあることを検知するための地面センサ１１２
も配設される。ＧＰＳセンサ１２１や地磁気センサ１２
３や光ファイバージャイロセンサ１２４を用いることに
よって、車両の走行位置を検知することはできる。しか
しながら、芝刈りの作業範囲等をより正確に制御するた
め、地面に接触させて車速を検知するための車速センサ
１４０を装備する。

【０００９】図３は、本発明の走行車両のシステム構成
を示す説明図である。エンジン３０は、２つの油圧ポン
プ２００，２５０を駆動する。第１の油圧ポンプ２００
は、芝のカッティングユニットと、ステアリング操作用
の油圧ポンプである。油圧ポンプ２００の出力は、コン
トロールバルブユニット４０Ａを介して、前部カッティ
ングユニット６０の上下動シリンダ６２と、後部カッテ
ィングユニット７０の上下動シリンダ７２に送られ、カ
ッティングユニット６０，７０の上下動を行なう。この
油圧は、各カッティングユニット６０，７０を駆動する
油圧モータ２０２，２０４へ送られ、カッティングユニ
ットを回転駆動する。このカッティングユニット６０，
７０は、固定刃とリール刃とを有するもので、リール刃
を回転駆動することで、固定刃との間で芝を鋭利に刈る
ことができる。

【００１０】コントロールバルブユニット４０Ａの出力
は、ステアリング油圧モータ２１０へも供給される。ス
テアリング油圧モータ２１０は、ステアリング５２に連
結されていて、ステアリング５２が操作されると、油圧
を後輪２４に操舵するシリンダ２１２へ送る。操舵用シ
リンダ２１２は、後輪２４を操舵する。第２の油圧ポン
プ２５０は、トランスミッション用の油圧ポンプであっ
て、その出力はコントロールバルブユニット４０Ｂを介
して、前輪２２の駆動用の油圧モータ２５２と、後輪２
４の駆動用油圧モータ２５４へ送られる。運転席に設け
られた前進ペダル９０と後進ペダル９２を交互に踏むこ
とによって、コントロールバルブユニット４０Ｂを介し
て、車両の前進と後進が達成される。後輪２４にはディ
スクブレーキ２５が装備されており、手動ブレーキレバ
ー５４によって機械的にブレーキがかけられる。

【００１１】ボードコンピュータを備えるコントローラ
１００は、バンパーボディ３１０に装備された障害物認
識センサ１１０からの情報を受ける。障害物認識センサ
１１０は、接触センサ１１１、地面センサ１１２、対物
センサ１１３を有する。また、地磁気センサ１２１、加
速度センサ１２２、ＧＰＳセンサ１２３、光ファイバー
ジャイロ１２４、車速センサ１４０等の車両の走行を検
知する各センサからの情報も入力される。また、車両の
現実の位置を検出して、その誤差の補正信号１２６もコ
ントローラ１００へ与えられる。

【００１２】本走行車両１は、無人運転モードと有人運
転モードが選択でき、この運転モードの切換用スイッチ
１０２を有する。無人運転モードと有人運転モードを確
認するために、ドアインターロックスイッチ１３８が設
けられる。無人運転を達成するために、ステアリング用
の油圧モータ２１０を制御するための操舵用モータ２３
０を備え、ステアリング角度センサ１３０の情報に応じ
て、コントローラ１００は操舵用モータ２３０に出力信
号を送る。同様に、前進ペダル９０と後進ペダル９２を
操作するアクチュエータ１３６を備え、アクセル量検知
センサ１３４を介してペダルの踏込み量を制御する。エ
ンジン３０を始動するイグニッションスイッチ３６は、
障害物認識センサ１１０の接触センサ１１１によって直
接に操作され、障害物や人に触れると、イグニッション
スイッチ３６を遮断して、エンジン３０の運転を停止す
る。エンジン３０の回転数は、スロットルレバー３７で
制御される。

【００１３】図１，図２は、走行車両１が無人で運転さ
れる状態を示す。ボディ３００のフロントカバー３３０
と、エンジンカバー３２０は閉じられていて、側面形状
が卵型に形成されている。平面形状も略楕円形状とな
る。バンパーボディ３１０の前部３１２は、前部カッテ
ィングユニット６０のリール刃を覆う形状に形成されて
おり、異物のリール刃へのまき込みを防止する。ステア
リング５２は、必要に応じて折り畳み可能とし、無人運
転時には収容される。この状態で無人運転されると、流
線型のボディは極めて斬新なデザインであって、注目を
集めやすい。フロントカバー３３０、エンジンカバー３
２０は透明なプラスチックで形成してもよく、また適宜
のデザインに着色することができる。

【００１４】図４，図５は本発明の走行車両１を有人で
運転する状態を示す。本実施例の車両にあっては、エン
ジンカバー３２０は、走行車両本体１０のメインフレー
ム２０に固着されたスライドレール３８０上を後方へ摺
動する。フロントカバー３３０はメインフレーム２０に
固定されているので、エンジンカバー３２０を開くこと
によって、フロントカバー３３０との間にスペースＳが
形成される。

【００１５】エンジンカバー３２０のフロントカバー側
には、ヒンジアーム３４０を介して窓３５０が開閉自在
に装備されている。この窓３５０はストッパ３５５で開
いた状態に保持される。運転者Ｄは、スペースＳを利用
して座席５０の乗り込み、ステアリング５２を所定の位
置に戻し、走行車両１を運転する。走行車両本体１０の
構成は、図１〜図３で説明したものであるので、説明は
省略する。

【００１６】図６，図７は本発明の走行車両に装備され
る車速センサの詳細を示す説明図である。全体を符号１
４０で示す車速センサは、フレーム１４２と、フレーム
１４２に回転自在に支持される３個のローラ１４３，１
４４，１４６を備え、これらのローラにクローラベルト
１４８がかけされる。必要に応じてクローラベルト１４
８のテンションを調節するためのテンションローラ１４
５を備えてもよい。このクローラベルト１４８は、両面
に歯が形成してあり、接触相手との間の滑りを防止す
る。

【００１７】本発明の自動芝刈り機は以上のように、有
人運転によるマニュアルモードと、無人運転によるオー
トモードを選択することができる。本発明は、このマニ
ュアルモード又はオートモードが選択される際の安全性
を確保するためのインターロック装置を提供するもので
ある。マニュアルモードとオートモードの切換えに際し
ては、ステアリングとアクセルワークが切換えられる。
そして、このステアリングとアクセルワークは、クラッ
チ機構を有し、クラッチをオフとすることでマニュアル
モードが選択され、クラッチをオンとすることでオート
モードが選択される。

【００１８】図９はステアリングの構成を示す説明図で
ある。ステアリングのハンドル５２はシャフト２１１に
着脱可能にとりつけられる。これは、無人運転時にはハ
ンドル５２を抜き出して車高を低く保つための機構であ
って、チルティング機構とすることも可能である。シャ
フト２１１の回転は油圧モータ２１０に伝達され、油圧
モータ２１０の出力は、配管２１０ａ，２１０ｂを介し
て油圧シリンダ２１２に伝達される。これにより、油圧
シリンダ２１２のピストンロッド２１２ａは伸縮され
る。このロッド２１２ａの動きは、例えば、ラックとビ
ニオンの機構によってシャフト２１２ｂの回転に変換さ
れ、車輪２４の向きが操作される。車輪２４の向きは回
転角センサ１３０で検出され、制御装置へ送られる。

【００１９】ステアリングの油圧モータ２１０のシャフ
ト２１１にはギヤ２３４がとりつけられ、クラッチ２３
２を介してモータ２３０に連結される。すなわち、オー
トモード時には、クラッチ２３２がオンとなり、モータ
２３０の回転量に応じて油圧モータ２１０のシャフト２
１１が回動され、車輪２４が操舵される。

【００２０】図１０はアクセルの操作装置を示す説明図
である。車体にとりつけられた前進ペダル９０又は後進
ペダル９２を踏むと、リンクレバー９００はシャフト９
０４のまわりに回動する。このリンクレバー９００はス
プリング９０２によって中立位置に戻るように付勢され
ている。リンクレバー９００の動作は伝達リンク９１０
を介して他方のリンクレバー９２０に伝達され、リンク
レバー９２０をシャフト９２１とともに回動する。リン
クレバー９２０の動きはロッド９２２を介してアクセル
コントロール用の油圧バルブ４０Ｂに伝達され、アクセ
ル開度を調節する。前進ペダル９０又は後進ペダル９２
が踏まれない状態では、リンクレバー９００，９２０は
中立位置に強制的に戻され、バルブ４０Ｂが閉じて車輪
の駆動用油圧モータには油圧が送られず、油圧モータは
ロック状態となる。

【００２１】図１１は、オートモード用のアクセルワー
ク装置を示す。ＤＣモータ９３０は減速機９３２、クラ
ッチ９３４を介してシャフト９２１を回動するように構
成される。すなわち、オートモードにあっては、クラッ
チ９３４がオンとなり、制御装置の出力により回動する
ＤＣモータ９３０の回転方向と回転量によって、シャフ
ト９２１が駆動され、コントロールバルブ４０Ｂが操作
される。シャフト９２１の回転量は回転角センサ９３６
によって検知される。

【００２２】図１２はアクセルワークの処理を示すフロ
ーチャートである。ステップＳ１０でスタートした処理
は、ステップＳ１１でクラッチ９３４のオンがチェック
される。クラッチ９３４がオンであれば、ステップＳ１
２へ進み、ＤＣモータ９３０によってアクセルコントロ
ールバルブ４０Ｂが操作され、車両の前進又は後進と車
速がオートコントロールされる。クラッチ９３４がオフ
であれば、ステップＳ１３へ進み、リンクレバー９０
０，９２０はスプリング９０２の作用によって中立位置
に戻される。この状態ではＤＣモータ９３０によるアク
セルコントロールはできず（ステップＳ１４）、マニュ
アルモードに切り換えられ、前進ペダル９０又は後進ペ
ダル９２を踏む必要がある。

【００２３】図１３は、車体に装備される操作パネルの
構成を示す説明図である。操作パネル５００の表面に
は、操作ボタン５１０、プログラム番号の入力ボタン５
２０、エンジンのキースイッチ５３０、エンジンの停止
ボタン５４０がとりつけられる。操作ボタン５１０は、
オートモードの選択ボタン、マニュアルモードの選択ボ
タン等を有する。エンジンのキースイッチ５３０には、
オフポジション、グローランプのヒートポジション、電
源オンポジション、セルモータのスタートポジション等
が設けられる。

【００２４】図１４は、オートモードに切り換えられた
車両を車外から操作するリモートコントローラの構成を
示す説明図である。リモートコントローラ６００は、起
動ボタン６０１、停止ボタン６０２、マニュアルボタン
６０３、エンジン停止ボタン６０４を有し、アンテナ６
１０から発信される信号によって車両をリモートコント
ロールする。

【００２５】図１５は車両を始動する工程のフローチャ
ートである。ステップＳ１００でスタートした処理は、
ステップＳ１０１でキースイッチをまわして車両の電源
をオンとし、さらにキーをまわしてセルモータをまわ
し、エンジンをスタートする（ステップＳ１０２）。操
作パネルのオートモードボタンが押されると、ステップ
Ｓ１０４へ進み、ステップＳ１０５でマニュアルへ戻す
かがチェックされる。ステップＳ１０６でプログラム番
号をボタン５２０より入力し、車両のカバーを閉じる。
リモートコントローラ６００の起動ボタンを押すと（ス
テップＳ１０７）、車両は自走し、プログラム番号によ
り指示される作業を実行する。

【００２６】ステップＳ１０８でプログラムが終了する
と、ステップＳ１０５へ戻る。プログラムが処理中であ
れば、ステップＳ１０９で車両を停止させる必要性がチ
ェックされる。ステップＳ１１３で車両の非常停止の必
要性がチェックされ、非常停止の必要がなければ、ステ
ップＳ１０８へ戻り、プログラム処理を継続する。ステ
ップＳ１１０で停止ボタン６０２が押されると、車両は
その場所で停止する。ステップＳ１１１で再起動がチェ
ックされ、ステップＳ１１２で起動ボタン６０１が押さ
れると、車両は再び走行を開始する。

【００２７】停車中の車両のカバーを開き、操作パネル
上のマニュアルボタンを押すと、ステップＳ１０４まで
戻る。ステップＳ１１３で非常停止の必要性がチェック
されると、車両のエンジンは停止する。非常停止の原因
をとり除き、ステップＳ１１４で操作パネルの復帰ボタ
ンを押すと、ステップＳ１０２へ戻り、エンジンを再ス
タートすることができる。

【００２８】図１６は、マニュアルモードとオートモー
ドにおける車両の状態と、各状態の遷移を示す図であ
る。マニュアルモードとオートモードとの切り換えによ
り、車両の表示ランプの色を変え、モードを外部に知ら
せる。なお、この図中の車両の非常停止と異常停止は次
のような状態である。（１）非常停止芝刈り機のバンパーの前部および後部に貼り付けられた
バンパースイッチがオンされた時、および操作部のエン
ジン停止スイッチが押された時、非常停止処理を行う。
芝刈り機はエンジンを停止させ、その状態をハード的に
保持させる。復帰は要因解除後、復帰ボタンを押しソフ
トウエアの処理により解除処理を行う。（２）異常停止芝刈り機自体で判断した異常により、本機の異常停止処
理を行う。芝刈り機は、クラッチオフのマニュアルモー
ド状態となり、その状態をハード的に保持させる。復帰
は、非常停止時と同じとする。

【００２９】図１７はエンジンを始動する条件のインタ
ーロック機能と、オートモードによる起動のインターロ
ック機能を示す説明図である。エンジンを始動するため
には、キースイッチがオンであって、エンジンの電源回
路は正常で、かつ非常停止信号が入力されておらず、車
両のバンパースイッチが作動しないことが条件となる。
自動運転の起動は、クラッチはオン、エンジンは回転
中、オートモードスイッチはオン、ステアリングのハン
ドルのロックはオフであって、車体のカバーが閉じられ
ていることを確認するドアインターロックスイッチがオ
ン、オートモードボタンが選択され（ステアリングとア
クセルワークのクラッチはオン）、起動スイッチが押さ
れる、ことが条件となる。図１８は、以上に説明した機
能を達成するために、車両に搭載される電気回路図を示
す。

【００３０】

【発明の効果】本発明の走行車両は、地磁気センサ，加
速度センサ，ＧＰＳセンサ，光ファイバージャイロ等を
備えて、自律走行が可能である。そして、無人運転時に
は、現在の運転状態を表示ランプと音声によって外部に
知らせるので、監視者は外部から車両が現在実行してい
るプログラムの内容をチェックし、また、車両の支障の
発生等速やかに知ることができる。

【００３１】車両が有人運転によるマニュアルモードと
無人運転によるオートモードを達成するためには、ステ
アリング装置やアクセル装置をマニュアルモード、オー
トモードに切り換える必要がある。本発明にあっては、
マニュアル操作用の装置にクラッチを介するアクチュエ
ータを付設し、オートモードを実行する。従って、オー
トモード時に支障が発生したときには、クラッチが離れ
てマニュアルモードに戻るので、安全性が確保される。
また、エンジンの始動や自動運転の起動に際しては、イ
ンターロック機構が作動し、安全性を確保する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の無人運転状態を示す平
面図。

【図２】本発明の第１の実施例の無人運転状態を示す側
面図。

【図３】走行車両のシステムを示す説明図。

【図４】本発明の第１の実施例の有人運転状態を示す平
面図。

【図５】本発明の第１の実施例の有人運転状態を示す側
面図。

【図６】本発明の運転状態表示ランプを備えた車両の平
面図。

【図７】本発明の運転状態表示ランプを備えた車両の側
面図。

【図８】運転状態表示ランプの作動を示す図表。

【図９】ステアリングの操作装置を示す説明図。

【図１０】アクセルの操作装置を示す説明図。

【図１１】アクセルの操作装置を示す説明図。

【図１２】アクセルワークのフローチャート。

【図１３】車両の操作盤の説明図。

【図１４】リモートコントローラの説明図。

【図１５】マニュアルモードとオートモードの処理のフ
ローチャート。

【図１６】マニュアルモードとオートモードの遷移を示
す説明図。

【図１７】インターロック機構のロジック回路図。

【図１８】車両に装備される電気回路図。

【符号の説明】

１走行車両１０走行車両本体２０メインフレーム２２，２４車輪３０エンジン４０コントロールバルブユニット５０座席５２ステアリング６０，７０カッティングユニット９０前進ペダル９２後進ペダル１００コントローラ１１１接触センサ１１２地面センサ１１３対物センサ１２１地磁気センサ１２２加速度センサ１２３ＧＰＳセンサ１２４光ファイバージャイロ１３０回転角センサ２１０油圧ポンプ２１２油圧モータ２３０ステアリング操作用モータ２３２クラッチ２８０運転状態表示ランプ３００ボディ３５０窓５００操作パネル５１０操作ボタン５３０キースイッチ６００リモートコントローラ９００，９２０リンクレバー９１０伝達リンク９３０アクセル操作用モータ９３４クラッチ９３６回転角センサ

フロントページの続き (72)発明者藤井健二郎東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者青野俊宏茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者三宅徳久茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者乙母正美千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者小林和男東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両のフレームと、フレーム上に載置さ
れるエンジンと、エンジンの動力により駆動される車輪
と、走行操作装置と、走行操作装置を制御する制御装置
と、車両に装架されるボディと、ボディ上部に装備され
る表示ランプと、有人運転によるマニュアルモードと無
人運転によるオートモードを切り換えるスイッチを有す
る操作パネルと、遠隔操作によって運転モードの切り換
えと起動、停止を指令するリモートコントローラとを備
えてなる自動走行車両。
【請求項２】車両のステアリング装置に付設されるク
ラッチを有する操作装置と、車両のアクセル装置に付設
されるクラッチを有する操作装置とを備え、オートモー
ド時にはクラッチを接続してステアリング装置とアクセ
ル装置を無人により操作する請求項１記載の自動走行車
両。
【請求項３】車両のエンジンの始動に際して、エンジ
ン始動の条件を確認するインターロック装置を備えてな
る請求項１記載の自動走行車両。
【請求項４】車両のオートモードの運転起動に際し
て、オートモードの運転起動の条件を確認するインター
ロック装置を備えてなる請求項１記載の自動走行車両。