特開 2016-162398 作業車の誘導システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-162398(P2016-162398A)

(43)【公開日】2016年9月5日

(54)【発明の名称】作業車の誘導システム

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/02 20060101AFI20160808BHJP

【ＦＩ】

   G05D1/02 W

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-43348(P2015-43348)

(22)【出願日】2015年3月5日

(71)【出願人】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】角田 保

(72)【発明者】

【氏名】石田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】松田 貴文

(72)【発明者】

【氏名】中村 誠

(72)【発明者】

【氏名】渡瀬 久

(72)【発明者】

【氏名】菅沼 啓明

【テーマコード（参考）】

5H301

【Ｆターム（参考）】

5H301AA03

5H301BB05

5H301EE06

5H301HH01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】幅が狭くて任意の長距離であり且つ比較的大きな横断勾配角を有する走行路を的確に走行できる作業車の誘導システムを提供する。
【解決手段】制御装置５０が各操舵用モータ３０を作動させて、各車輪を独立して操舵させる。制御装置５０は、前側横ずれ量及び後側横ずれ量を算出する前後横ずれ量算出部５１と、走行ラインの上に目標位置を設定し、目標距離を設定する目標設定部５２と、目標距離と横ずれ量とに基づいて仮想前輪の前側中央操舵角と仮想後輪の後側中央操舵角とを演算する前後中央操舵角演算部５３と、これら中央操舵角に基づいて車両の旋回中心を決定する旋回中心決定部５４と、旋回中心に基づいて各車輪の各操舵角を決定する操舵角演算部５５と、各操舵角に基づいて各走行用モータ３０を制御する操舵制御部５６とを備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行路には予め定められた走行ラインに沿って検知対象物が設けられていて、
車体の前後左右に配置された各車輪をそれぞれ独立して操舵可能な各操舵アクチュエータと、前記各操舵アクチュエータを制御する制御装置とを備えた作業車が、前記検知対象物を検知しながら前記走行ラインに沿うように走行する作業車の誘導システムにおいて、
前記車体の前側に前記検知対象物を検知する前側検出器が設けられ、
前記車体の後側に前記検知対象物を検知する後側検出器が設けられ、
前記制御装置は、
前記前側検出器の検出値に基づいて前記車体の前側横ずれ量を算出すると共に、前記後方検出器の検出値に基づいて前記車体の後側横ずれ量を算出する前後横ずれ量算出部と、
前記作業車より前方で前記走行ラインの上に目標位置を設定し、前記作業車の車両中心と前記目標位置との間の前記走行ラインに沿った長さである目標距離を設定する目標設定部と、
前記作業車の仮想モデルとして前記車体の前側中央に仮想前輪を設けると共に前記車体の後側中央に仮想後輪を設けて、前記目標位置で前記作業車が正しい姿勢になるように、前記目標距離と前記前側横ずれ量と前記後側横ずれ量とに基づいて、前記仮想前輪の前側中央操舵角を演算すると共に、前記仮想後輪の後側中央操舵角を演算する前後中央操舵角演算部と、
前記前側中央操舵角と前記後側中央操舵角とに基づいて車両の旋回中心を決定する旋回中心決定部と、
前記車両の旋回中心に基づいて前記各車輪の各操舵角を演算する操舵角演算部と、
前記各操舵角に基づいて前記各操舵アクチュエータを制御する操舵制御部と、を備えることを特徴とする作業車の誘導システム。

【請求項2】

請求項１に記載された作業車の誘導システムにおいて、
前記目標設定部は、走行速度に比例して前記目標距離を大きく設定することを特徴とする作業車の誘導システム。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載された作業車の誘導システムにおいて、
前記前後中央操舵角演算部は、前記後側中央操舵角の上限値であるリミット値を設定し、前記演算された後側中央操舵角が前記リミット値より大きい場合に、前記後側中央操舵角を前記リミット値に設定することを特徴とする作業車の誘導システム。

【請求項4】

請求項３に記載された作業車の誘導システムにおいて、
前記前後中央操舵角演算部は、走行速度に比例して前記リミット値を小さく設定することを特徴とする作業車の誘導システム。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４の何れかに記載された作業車の誘導システムにおいて、
前記走行路の横断勾配角を検出する傾斜センサが設けられていて、
前記制御装置には、予め記憶しているデータ情報を用いて前記検出された横断勾配角が大きいほどカントオフセット量を大きく設定するカントオフセット量設定部が設けられていて、
前記前後横ずれ量算出部は、前記カントオフセット量を加算することにより前記前側横ずれ量を算出すると共に、前記カントオフセット量を加算することにより前記後側横ずれ量を算出することを特徴とする作業車の誘導システム。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５の何れかに記載された作業車の誘導システムにおいて、
前記制御装置には、操舵ゲインを設定する操舵ゲイン設定部が設けられていて、
前記操舵制御部は、前記操舵ゲインが大きいほど前記各車輪の操舵速度が大きくなるように前記各操舵アクチュエータを制御していて、
前記操舵ゲイン設定部は、走行速度に比例して前記操舵ゲインを大きく設定することを特徴とする作業車の誘導システム。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６の何れかに記載された作業車の誘導システムにおいて、
前記検知対象物は、前記走行路の走行ラインに沿って連続的に配置されていることを特徴とする作業車の誘導システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業車自身が制御装置によって各車輪を操舵しながら走行路を走行する作業車の誘導システムに関し、特に、幅が狭くて任意の長距離であり且つ比較的大きな横断勾配角を有する走行路を走行できる作業車の誘導システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、無人搬送車の分野において、予め設定された走行路の走行ラインに沿うように無人搬送車を走行させる誘導システムが、多く提案されている。一般的に、無人搬送車は、少なくとも車体の前後左右に配置された各車輪をそれぞれ独立して操舵可能な各操舵アクチュエータと、これら各操舵アクチュエータを制御する制御装置とを備えている。そして、無人搬送車が走行する走行路には、走行ラインに沿って予め磁気素子等が設けられ、無人搬送車には、その磁気素子を検知するガイドセンサ等が設けられている。

【0003】

こうして、無人搬送車の誘導システムでは、走行中にガイドセンサが磁気素子を検出して、制御装置にその検出値を入力する。そして、制御装置は、入力された検出値に基づいて現時点での車体の位置及び向き等を特定して、車両が走行ラインに沿って走行できるように各車輪の操舵角を決定する。これにより、各操舵アクチュエータは、それぞれ決定された各操舵角に基づいて作動して、各車輪が各操舵角になるように操舵される。この結果、無人搬送車は、曲線状の走行路であっても自動で走行できるようになっている。

【0004】

例えば、下記特許文献１には、本出願人が提案する無人搬送車の誘導システムが記載されている。この誘導システムでは、無人搬送車が曲がる場合に、図２２に示すように、車体１１０の前側（図２２の左側）に位置する車輪Ｊ１，Ｊ２の操舵角α１，α２と、車体１１０の後側（図２２の右側）に位置する車輪Ｊ３，Ｊ４の操舵角α３，α４とが、同じ角度で且つ逆位相になるように制御される（α１＝−α３，α２＝−α４）。即ち、前側の車輪Ｊ１，Ｊ２と後側の車輪Ｊ３、Ｊ４とが対称的な八の字になるように操舵される。これにより、無人搬送車１０１は、回転半径を小さくして、曲率が大きい曲線状の走行路であっても旋回できるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−９６６４号公報

【特許文献2】特開２００６−１０７０２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、本出願人は、不特定の建設中の場所まで積載物を搬送できるように、或る基地と基地との間に設けられた長距離である走行路に対して、作業車を走行させることを検討している。この走行路は、建設中の或る一定期間だけ作業車が走行できれば良いものであるため、作業車に対して幅が狭く設けられていて、図２３に示すように、場所に応じて横断勾配角γが最大で約１０ｄｅｇになっている部分がある。このため、作業車がこの走行路ＳＫを走行しようとすると下り方向に向かって下がって行き、車輪Ｊが幅の狭い走行路ＳＫの上から落ちるおそれがある。そこで、このような幅が狭くて任意の長距離であり且つ比較的大きな横断勾配角γを有する走行路ＳＫ（以下、適宜「横断勾配走行路ＳＫ」と呼ぶ）であっても、作業車を的確に走行させることを検討した。

【0007】

先ず、従来の無人搬送車の誘導システムが適用できるか否かを検討した。通常、無人搬送車１０１は構内で定められた領域を走行するため、幅が狭い走行路を走行する状況ではない。そして、無人搬送車１０１が走行する走行路は、進行方向の登り勾配や下り勾配があっても、ほとんど横断勾配（カント）がない平坦路である。よって、従来の無人搬送車の誘導システムでは、曲線状の走行路を旋回する場合に、平坦路を走行する条件の下で、曲率半径を小さくして旋回するように各車輪を制御している。このため、このような制御を用いて横断勾配走行路ＳＫを走行すると、車両が下り方向に下がったときに許容範囲を超えた旋回半径で旋回してしまう。この結果、車輪Ｊが幅の狭い走行路ＳＫの上から落ちて、無人搬送車１０１が的確に走行できないことが想定される。

【0008】

具体的に、上記特許文献１に記載された誘導システムを適用した場合に、一般的に起こり得る無人搬送車１０１の挙動について、図２４（Ａ）を参照して説明する。図２４（Ａ）の（I）に示した状態から（II）に示すように、先ず無人搬送車１０１の前側が下り方向に向かって下がって行く。このため、（II）に示した状態から（III）に示すように、右向きに旋回するように、前側の車輪Ｊ１，Ｊ２の操舵角と後側の車輪Ｊ３，Ｊ４の操舵角とを同じ角度で逆位相になるように制御する。この結果、（III）に示した状態から（IV）に示すように、右向きに大きく旋回してしまい、車輪Ｊ２が幅の狭い走行路ＳＫの上から落ちることになる。

【0009】

一方、本出願人は、運転操作員がハンドルを手動で回して車輪Ｊ１，Ｊ２を操舵させることによって、横断勾配走行路ＳＫを走行できるかを検討した。運転操作員が車輪Ｊ１，Ｊ２を操舵した場合に、一般的に起こり得る作業車２０１の挙動について、図２４（Ｂ）を参照して説明する。図２４（Ｂ）の（I）に示した状態から（II）に示すように、先ず作業車２０１の前側が下り方向に向かって下がって行く。このため、（II）に示した状態から（III）に示すように、運転操作員がハンドルを右向きに回して、前側の車輪Ｊ１，Ｊ２を右向きに操舵させる。このとき、走行路ＳＫの幅が狭いため、運転操作員は車輪Ｊ２が走行路ＳＫから落ちないように、ハンドルを直ぐに中立位置まで戻してしまい、作業車２０１が右向きにほとんど旋回しない。この結果、（III）に示した状態から（IV）に示すように、作業車２０１の後側が下り方向に下がったままの状態で更に落ちて行き、車輪Ｊ３が幅の狭い走行路ＳＫの上から落ちることになる。

【0010】

こうして、運転操作員が手動でハンドルを回しても、又は従来の無人搬送車の誘導システムを適用しても、各車輪Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４をそれぞれ独立して微妙な操舵角で操舵させることができなくて、横断勾配走行路ＳＫを的確に走行させることができなかった。従って、横断勾配走行路ＳＫに対応できる新しい作業車の誘導システムを構成することが求められていた。

【0011】

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、幅が狭くて任意の長距離であり且つ比較的大きな横断勾配角を有する走行路を的確に走行できる作業車の誘導システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明に係る作業車の誘導システムは、走行路に予め定められた走行ラインに沿って検知対象物が設けられていて、車体の前後左右に配置された各車輪をそれぞれ独立して操舵可能な各操舵アクチュエータと、前記各操舵アクチュエータを制御する制御装置とを備えた作業車が、前記検知対象物を検知しながら前記走行ラインに沿うように走行させるものである。前記車体の前側に前記検知対象物を検知する前側検出器が設けられ、前記車体の後側に前記検知対象物を検知する後側検出器が設けられている。前記制御装置は、前記前側検出器の検出値に基づいて前記車体の前側横ずれ量を算出すると共に、前記後方検出器の検出値に基づいて前記車体の後側横ずれ量を算出する前後横ずれ量算出部と、前記作業車より前方で前記走行ラインの上に目標位置を設定し、前記作業車の車両中心と前記目標位置との間の前記走行ラインに沿った長さである目標距離を設定する目標設定部と、前記作業車の仮想モデルとして前記車体の前側中央に仮想前輪を設けると共に前記車体の後側中央に仮想後輪を設けて、前記目標位置で前記作業車が正しい姿勢になるように、前記目標距離と前記前側横ずれ量と前記後側横ずれ量とに基づいて、前記仮想前輪の前側中央操舵角を演算すると共に、前記仮想後輪の後側中央操舵角を演算する前後中央操舵角演算部と、前記前側中央操舵角と前記後側中央操舵角とに基づいて車両の旋回中心を決定する旋回中心決定部と、前記車両の旋回中心に基づいて前記各車輪の各操舵角を演算する操舵角演算部と、前記各操舵角に基づいて前記各操舵アクチュエータを制御する操舵制御部と、を備えることを特徴とする。

【0013】

本発明に係る作業車の誘導システムによれば、作業車の制御装置が、車体の前側横ずれ量及び後側横ずれ量を算出する。次に、走行ラインの上に目標位置を設定し、車両中心と目標位置との間の走行ラインに沿った長さである目標距離を設定する。そして、目標距離と前側横ずれ量と後側横ずれ量とに基づいて、仮想前輪の前側中央操舵角を演算すると共に、仮想後輪の後側中央操舵角を演算する。これにより、車両の旋回中心を決定して、この旋回中心に基づいて各車輪の各操舵角を演算する。こうして、現時点で生じている前側横ずれ量及び後側横ずれ量、目標距離、旋回中心に応じて、各車輪の各操舵角を逐次演算して、各車輪をそれぞれ独立して操舵する。従って、作業車を逐次最適に旋回及び斜行させるため、元の正しい姿勢に戻る際に大きく旋回することがない。この結果、幅が狭くて任意の長距離であり且つ比較的大きな横断勾配角を有する走行路であっても、車輪が走行路から落ちることなく作業車を走行させることができる。

【0014】

また、本発明に係る作業車の誘導システムにおいて、前記目標設定部は、走行速度に比例して前記目標距離を大きく設定することが好ましい。
この場合には、低速走行時に目標距離を比較的小さく設定することで、車体の横ずれの修正を早くすることができる。一方、高速走行時に目標距離を比較的大きく設定することで、制御の発散を抑制し、車体がふらつくことを防止できる。こうして、走行速度に応じて、車体の横ずれを早く修正する制御と、車体の姿勢をより安定させる制御とを行うことができる。

【0015】

また、本発明に係る作業車の誘導システムにおいて、前記前後中央操舵角演算部は、前記後側中央操舵角の上限値であるリミット値を設定し、前記演算された後側中央操舵角が前記リミット値より大きい場合に、前記後側中央操舵角を前記リミット値に設定することが好ましい。
この場合には、後側中央操舵角をリミット値に制限することで、高速走行時に操舵応答性の遅れを防止して、車体が左右に大きく振られることを防止できる。つまり、車体の後側の傾きの変化量を減らすことで、車体の振幅を抑制しつつ、車体の横ずれを修正することができる。

【0016】

また、本発明に係る作業車の誘導システムにおいて、前記前後中央操舵角演算部は、走行速度に比例して前記リミット値を小さく設定することが好ましい。
この場合には、低速走行時にリミット値が比較的大きい値になるため、仮想前輪と仮想後輪とが八の字になるように操舵する際に車体の傾きを早く修正できるというメリットを活かすことができる。一方、高速走行時には、リミット値が比較的小さい値になるため、上述したように車体の振幅を抑制しつつ、車体の横ずれを修正することができる。

【0017】

また、本発明に係る作業車の誘導システムにおいて、前記走行路の横断勾配角を検出する傾斜センサが設けられていて、前記制御装置には、予め記憶しているデータ情報を用いて前記検出された横断勾配角が大きいほどカントオフセット量を大きく設定するカントオフセット量設定部が設けられていて、前記前後横ずれ量算出部は、前記カントオフセット量を加算することにより前記前側横ずれ量を算出すると共に、前記カントオフセット量を加算することにより前記後側横ずれ量を算出することが好ましい。
この場合には、作業車が横断勾配角を有する走行路を走行するときに、車体に横ずれが生じていない状態でも、カントオフセット量を加算して前側横ずれ量及び後側横ずれ量を算出する。このため、前側横ずれ量及び後側横ずれ量がゼロにならず、作業車を上り方向に上昇させるように各車輪が操舵される。従って、車体に横ずれが生じていない状態で、車両を上り方向に上昇させる力と車両に作用する下り方向の重力とを均衡させることができ、車体に横ずれを残さずに作業車を走行させることができる。

【0018】

また、本発明に係る作業車の誘導システムにおいて、前記制御装置には、操舵ゲインを設定する操舵ゲイン設定部が設けられていて、前記操舵制御部は、前記操舵ゲインが大きいほど前記各車輪の操舵速度が大きくなるように前記各操舵アクチュエータを制御していて、前記操舵ゲイン設定部は、走行速度に比例して前記操舵ゲインを大きく設定することが好ましい。
この場合には、低速走行時に操舵ゲインを比較的小さくすることで、車輪の操舵応答性を低くする。これにより、頻繁な操舵動作や振動を抑えることができ、走行装置やタイヤの寿命を延ばすことができる。一方、高速走行時に操舵ゲインを比較的大きくすることで、車輪の操舵応答性を高くする。これにより、車体の横ずれの修正を早く行うことができる。こうして、作業車の機器を保護することと、制御の精度を向上することの両立を図ることができる。

【0019】

また、本発明に係る作業車の誘導システムにおいて、前記検知対象物は、前記走行路の走行ラインに沿って連続的に配置されていることが好ましい。
この場合には、検知対象物が連続的に配置されているため、長距離である走行路において作業車はどの位置でも走行開始及び走行停止ができる。また、制御装置で行われる制御が途切れることがないため、検知対象物が離散的に配置される場合に比べて、制御の精度を向上させることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の作業車の誘導システムによれば、幅が狭くて任意の長距離であり且つ比較的大きな横断勾配角を有する走行路に対して、作業車を的確に走行させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】（Ａ）本実施形態の作業車を示した正面図である。（Ｂ）図１（Ａ）の平面図である。

【図2】（Ａ）作業車を走行路に対して走行させる一つの方法を示した図である。（Ｂ）作業車を走行路に対して走行させる他の方法を示した図である。

【図3】（Ａ）仮想モデルとして本実施形態の作業車と走行路とを示した正面図である。（Ｂ）図３（Ａ）の平面図である。

【図4】ガイドセンサによる横ずれ量の算出方法を説明するための図である。

【図5】本実施形態の誘導システムの構成を示した図である。

【図6】本実施形態の制御装置の構成を示した機能ブロック図である。

【図7】作業車の或る姿勢を模式的に示した図である。

【図8】目標距離と走行速度との関係を示した図である。

【図9】前側中央操舵角を求める数式を説明するための図である。

【図10】後側中央操舵角を求める数式を説明するための図である。

【図11】旋回中心を説明するための図である。

【図12】各車輪のＸ方向軸間距離と各車輪のＹ方向軸間距離を示した図である。

【図13】（Ａ）後軸リミット処理を行わない場合に作業車が操舵される前の状態を示した図である。（Ｂ）後軸リミット処理を行わない場合に作業車が操舵された後の状態を示した図である。

【図14】（Ａ）後軸リミット処理を行う場合に作業車が操舵される前の状態を示した図である。（Ｂ）後軸リミット処理を行う場合に作業車が操舵された後の状態を示した図である。

【図15】リミット率と走行速度との関係を示した図である。

【図16】（Ａ）作業車が下り方向に下がって行く状態を示した図である。（Ｂ）作業車を上り方向に上昇させる力と作業車に作用する下り方向の重力とが均衡した状態を示した図である。

【図17】カントオフセット量と横断勾配角との関係を示した図である。

【図18】前側横ずれ量とカントオフセット量と補正前側横ずれ量との関係を示した図である。

【図19】車体が横ずれしないで作業車を上り方向に上昇させる力と作業車に作用する下り方向の重力とが均衡した状態を示した図である。

【図20】操舵ゲインと走行速度との関係を示した図である。

【図21】従来の無人搬送車の誘導システムを説明するための図である。

【図22】従来の無人搬送車の誘導システムにおいて各車輪の操舵角を示した図である。

【図23】作業車が横断勾配角を有する走行路の上を走行する状態を示した図である。

【図24】（Ａ）従来の無人搬送車の誘導システムを適用した場合に一般的に起こり得る無人搬送車の挙動を示した図である。（Ｂ）運転操作員が車輪を操舵した場合に一般的に起こり得る作業車の挙動を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明に係る作業車の誘導システムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の作業車１を示した図であり、図１（Ａ）では正面図が示され、図１（Ｂ）では平面図が示されている。なお、図１（Ｂ）では、車体１０の一部が透視して示されている。

【0023】

作業車１は、或る基地と基地との間に設けられた長距離である走行路ＳＫを走行して、不特定の建設中の場所まで積載物を搬送する車両である。この作業車１は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、積載物を載置可能な車体１０と、この車体を支持する１６個の各車輪Ｗ１〜Ｗ１６と、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の一部（車輪Ｗ３，Ｗ４，Ｗ７，Ｗ８，Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１５，Ｗ１６）を回転させる走行用モータ２０と、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６をそれぞれ操舵させる各操舵用モータ３０とを備えている。

【0024】

作業車１は、各操舵用モータ３０（操舵アクチュエータ）がそれぞれ各車輪Ｗ１〜Ｗ１６を独立して操舵することで、旋回、斜行、横行等の走行ができるようになっている。なお、本実施形態の作業車１は、１６個の車輪Ｗ１〜Ｗ１６を備えているが、車輪の数は適宜変更可能である。このため、変形例の作業車として、少なくとも車体１０の前後左右に配置される４個の車輪を備えていれば良い。

【0025】

この作業車１には、車体１０の進行方向の一方（図１の左側であり、以下では「前側」と呼ぶ）に前側運転台４０Ｆが設けられていて、車体１０の進行方向の他方（図１の右側であり、以下では「後側」と呼ぶ）に後側運転台４０Ｒが設けられている。これら運転台４０Ｆ，４０Ｒには、運転操作員が作業車１の走行開始及び走行停止の操作を行うために、アクセルペダル４１とブレーキペダル４２とが設けられている。

【0026】

このため、運転操作員がアクセルペダル４１を踏むと、走行用モータ２０が回転駆動して、車輪Ｗ３，Ｗ４，Ｗ７，Ｗ８，Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１５，Ｗ１６が回転する。一方、運転操作員がアクセルペダル４１から足を離してブレーキペダル４２を踏むと、走行用モータ２０が回転しなくて、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６が停止する。こうして、運転操作員の操作によって、作業車１の走行開始及び走行停止ができるようになっている。但し、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の操舵においては、後述する制御装置５０（図５及び図６参照）が各操舵用モータ３０の作動を制御するため、運転操作員の操作に依存しない。

【0027】

本実施形態では、自律誘導システムによって、作業車１を走行路ＳＫの上で走行できるようになっている。この走行路ＳＫは、作業車１が不特定の建設中の場所まで長距離を移動できるように、長手方向の長さは約十数ｋｍになっている。そして、走行路ＳＫはほぼ直線状になっていて、曲線状の部分があってもその部分の曲率半径は、約数千ｍであり非常に緩やかな曲線になっている。しかし、この走行路ＳＫは幅が狭いものであり、例えば左右両側に配置される車輪Ｗ１，Ｗ２から走行路ＳＫの左右両端までの距離は、それぞれ約２０ｃｍになっている。

【0028】

このような走行路ＳＫに対して作業車を走行させる場合、以下の方法が考えられる。例えば、図２（Ａ）に示すように、走行路ＳＫの両側に側壁ＳＷを設けると共に、作業車１Ａの車体１０に案内輪１６を設けて、案内輪１６を側壁ＳＷに沿ってガイドさせることで、作業車１Ａを走行させる方法が考えられる。又は、図２（Ｂ）に示すように、走行路ＳＫの上にレールＲＷを設けて、車輪ＷｘをレールＲＷに沿ってガイドさせることで、作業車１Ｂを走行させる方法が考えられる。しかし、これらの方法の場合、長距離である走行路ＳＫの全てに側壁ＳＷ又はレールＲＷを設ける必要があるため非常にコストがかかる。更に、建設中の一定期間だけ側壁ＳＷ又はレールＲＷを設けることは、無駄な労力が大きい。

【0029】

次に、運転操作員が手動でハンドルを回して各車輪を操舵することで、作業車１を走行させることが考えられる。しかし、発明が解決しようとする課題で説明したように、走行路ＳＫには、場所に応じて横断勾配角γが最大で１０ｄｅｇになっている部分がある（図２３参照）。このため、横断勾配角γが比較的大きい部分を走行する際に、作業車１が下り方向に向かって下がってしまう。これに対して、運転操作員はハンドルを回して作業車１の姿勢を上向きに修正しようとするが、走行路ＳＫの幅が狭いため、ハンドルを大きく回すことができない。このため、作業車１の後方側が下り方向に下がったままの状態で更に落ちて行き、車輪Ｊ３が狭い走行路ＳＫの上から落ちることになる（図２４（Ｂ）参照）。こうして、ハンドル操作が極めて難しく、車輪が走行路ＳＫの上から落ちずに作業車１を走行させることができないという問題点があった。

【0030】

そこで、本実施形態では、上記した問題点に対処すべく、走行路ＳＫに対して作業車１を自動で操舵させるようになっている。以下において、作業車１を自動で操舵させるための構成について説明する。図３（Ａ）は、本実施形態の作業車１と走行路ＳＫとを示した正面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の平面図である。なお、図３（Ａ）（Ｂ）に示す作業車１では、後述する仮想モデルとして仮想前輪Ｗｆと仮想後輪Ｗｒのみが示されている。仮想モデルについては後に説明する。

【0031】

走行路ＳＫには、作業車１が進むべき走行ラインが予め定められていて、図３（Ｂ）に示すように、その走行ラインに沿ってマグネットテープＭＧ（検知対象物）が連続的に配置されている。即ち、マグネットテープＭＧは、走行路ＳＫの幅方向の中央位置で、走行路ＳＫの長手方向に沿って連続的に配置されている。

【0032】

そして、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、車体１０の前側（図３の左側）に、マグネットテープＭＧを検知する前側ガイドセンサ１１Ｆ（前側検出器）が設けられている。前側ガイドセンサ１１Ｆは、マグネットテープＭＧ（走行ライン）に対する車体１０の前側横ずれ量Ｘｆ（図７参照）を検知するためのものである。一方、車体１０の後側（図３の右側）にも、マグネットテープＭＧを検知する後側ガイドセンサ１１Ｒ（後側検出器）が設けられている。後側ガイドセンサ１１Ｒは、マグネットテープＭＧに対する車体１０の後側横ずれ量Ｘｒ（図７参照）を検知するためのものである。前側ガイドセンサ１１Ｆ及び後側ガイドセンサ１１Ｒは、車両中心Ｏ１に対して車体１０の前後方向（図３（Ｂ）の左右方向）に対称的に配置されているが、センサ中心Ｓ１と車両中心Ｏ１とが車体１０の左右方向（図３（Ｂ）の上下方向）にオフセットするように配置されている、なお、センサ中心Ｓ１は、前側ガイドセンサ１１Ｆの取付中心位置Ｓｆと後側ガイドセンサ１１Ｒの取付中心位置Ｓｒとの間の中間の位置である。

【0033】

ここで、前側ガイドセンサ１１Ｆ及び後側ガイドセンサ１１Ｒが、それぞれ横ずれ量を検知する方法について説明する。前側ガイドセンサ１１Ｆ及び後側ガイドセンサ１１Ｒは、図４に示すように、走行路ＳＫの幅方向（図４の左右方向）に１０ｍｍピッチの間隔で４８個の磁気検出用素子１１ａ（１〜４８）を有している。前側ガイドセンサ１１Ｆ及び後側ガイドセンサ１１Ｒは同様の構成であるため、以下では前側ガイドセンサ１１Ｆの検知方法を代表して説明する。

【0034】

作業車１の走行中に、前側ガイドセンサ１１ＦがマグネットテープＭＧを通過する。このとき、例えば、図４に示すように、１６番目から２４番目までの磁気検出用素子１１ａ（１６〜２４）が一定以上の磁束密度を検出して、ＯＮ状態になる。これにより、２１番目の磁気検出用素子１１ａ（２１）と２２番目の磁気検出用素子１１ａ（２２）との間の位置が、ＯＮ範囲の中心、即ちマグネットテープＭＧ（走行ライン）の中心であることが分かる。

【0035】

こうして、前側ガイドセンサ１１Ｆの中心とＯＮ範囲の中心との間の距離が前側横ずれ量Ｘｆ（３０ｍｍ）であり、作業車１は走行中に前側横ずれ量Ｘｆを算出することができる。後側横ずれ量の算出Ｘｒは、前側横ずれ量Ｘｆの算出と同様であるため、その説明を省略する。なお、磁気検出用素子１１ａの数は４８個に限られるものではなく適宜変更可能であり、磁気検出用素子１１ａのピッチ間隔は１０ｍｍに限られるものではなく適宜変更可能である。

【0036】

ここで、本実施形態の誘導システムの構成を図５を参照して説明する。図５に示すように、前側運転台４０Ｆには、前側制御装置５０Ｆと前側コントローラ１３Ｆとが設けられている。前側ガイドセンサ１１Ｆが検出した検出信号（検出値）は、前側中継ボックス１２Ｆを介して前側コントローラ１３Ｆに送信される。そして、前側コントローラ１３Ｆから前側制御装置５０Ｆに制御信号が送信される。これにより、前側制御装置５０Ｆが、前後横ずれ量算出部５１（図６参照）で上述したように前側横ずれ量Ｘｆを算出するようになっている。

【0037】

同様に、後側運転台４０Ｆには、後側制御装置５０Ｒと後側コントローラ１３Ｒとが設けられている。後側ガイドセンサ１１Ｒが検出した検出信号（検出値）は、後側中継ボックス１２Ｒを介して後側コントローラ１３Ｒに送信される。そして、後側コントローラ１３Ｒから後側制御装置５０Ｒに制御信号が送信される。これにより、後側制御装置５０Ｒが、前後横ずれ量算出部５１で上述したように後側横ずれ量Ｘｒを算出するようになっている。前側制御装置５０Ｆと後側制御装置５０Ｒとは、双方向に通信可能であり、本発明の「制御装置」に相当していて、以下では「制御装置５０」と呼ぶことにする。

【0038】

次に、制御装置５０が実行する制御の構成について、詳しく説明する。図６は、制御装置５０の構成を示した機能ブロック図である。制御装置５０は、図６に示すように、制御を実行するための各機能部として、前後横ずれ量算出部５１と、目標設定部５２と、前後中央操舵角演算部５３と、旋回中心決定部５４と、操舵角演算部５５と、操舵制御部５６と、走行速度測定部５７と、カントオフセット量設定部５８と、操舵ゲイン設定部５９とを備えている。そして、制御装置５０は、所定の短時間（例えば、１０ｍｓｅｃ）毎に、上述した各機能部５１〜５８を繰り返し実行するようになっている。

【0039】

前後横ずれ量算出部５１は、上述したように、前側ガイドセンサ１１Ｆ及び後側ガイドセンサ１１Ｒが検出した検出信号に基づいて、前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒを算出するものである。ここで、本実施形態の誘導制御の概要について説明する。図７は、作業車１の或る姿勢を模式的に示した図である。図７に示すように、誘導制御では、実線で示した現時点での作業車１が、走行中に各車輪Ｗ１〜Ｗ１６を操舵することで、二点鎖線で示した作業車１ｚの位置で正しい姿勢になることを目標とする。

【0040】

つまり、現時点の作業車１の位置では、車両中心Ｏ１がマグネットテープＭＧからずれていて、前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒが所定量だけ生じている。これに対して、目標とする作業車１ｚの位置では、車両中心Ｐ１がマグネットテープＭＧの上に位置していて、前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒがゼロである。このように、現時点での作業車１より前方でマグネットテープＭＧ（走行ライン）の上に目標位置を設定して、その目標位置で正しい姿勢になるように制御を行う。この目標位置とは、目標とする作業車１ｚの車両中心Ｐ１のことであり、以下では目標位置Ｐ１と呼ぶことにする。

【0041】

目標設定部５２は、図７に示すように、作業車１より前方でマグネットテープＭＧの上に目標位置Ｐ１を設定すると共に、作業車１の車両中心Ｏ１と目標位置Ｐ１との間のマグネットテープＭＧに沿った長さである目標距離Ｌを設定する。これにより、作業車１は、常に目標距離Ｌだけ前方に向かって走行し続けるように制御される。目標距離Ｌの大きさは走行距離Ｖに比例して設定されるが、この理由については後に説明する。

【0042】

この誘導制御では仮想モデルとして、図３及び図７に示すように、車体１０の前側中央に仮想前輪Ｗｆが設けられ、車体１０の後側中央に仮想後輪Ｗｒが設けられている作業車１を想定している。そして、目標位置Ｐ１で作業車１ｚが正しい姿勢になるように、現時点での作業車１の仮想前輪Ｗｆの前側中央操舵角θｆを求めると共に、仮想後輪Ｗｒの後側中央操舵角θｒを求める。つまり、前側中央操舵角θｆ及び後側中央操舵角θｒは、目標位置Ｐ１で前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒをゼロにするための操舵角である。

【0043】

図７に示すように、前側中央操舵角θｆは、作業車１の車両中心Ｏ１と仮想前輪Ｗｆの操舵軸Ｏｆとを結ぶ車両中心線Ｔ１と、操舵軸Ｏｆと作業車１ｚの仮想前輪Ｗｆｚの操舵軸Ｐｆとを結ぶ直線Ｔ２とが成す角度である。また、後側中央操舵角θｒは、作業車１の車両中心Ｏ１と仮想後輪Ｗｒの操舵軸Ｏｒとを結ぶ車両中心線Ｔ１と、操舵軸Ｏｒと作業車１ｚの仮想後輪Ｗｒｚの操舵軸Ｐｒとを結ぶ直線Ｔ３とが成す角度である。こうして、図７から、目標位置Ｐ１が遠いほど、即ち目標距離Ｌが大きいほど、前側中央操舵角θｆ及び後側中央操舵角θｒが小さくなることが分かる。

【0044】

ここで、本実施形態では、作業車１の走行速度Ｖが測定されるようになっている。走行速度Ｖは、制御装置５０が制御を実行する際の作業車１の速度であり、速度発電機１４を用いて測定されるようになっている。速度発電機１４は、例えば車輪Ｗ１，Ｗ２，Ｗ１５，Ｗ１６の車軸にそれぞれ取付けられていて、各車軸の回転に伴って発生するパルス状の出力信号を走行速度測定部５７に出力する。走行速度測定部５７は、入力されたパルス状の各出力信号をカウントして平均値を求め、周知の方法によって走行速度Ｖを測定するものである。測定された走行速度Ｖは、目標設定部５２と操舵ゲイン設定部５９に入力される。

【0045】

目標設定部５２は、入力された走行速度Ｖの大きさに基づいて、図８に示すように、走行速度Ｖに比例して目標距離Ｌを大きく設定している。これは、以下の理由に基づく。低速走行時に、仮に目標距離Ｌが大きいと、前側中央操舵角θｆ及び後側中央操舵角θｒが小さくなり、車体１０の横ずれ量（前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒ）が逐次少しずつ修正されることになる。つまり、車体１０の横ずれの修正が遅くなる。一方、高速走行時に、仮に目標距離Ｌが小さいと、前側中央操舵角θｆ及び後側中央操舵角θｒが大きくなり、車体１０の横ずれ量が逐次大きく修正されることになる。このため、制御が発散して、車体１０がふらつくおそれがある。

【0046】

そこで、目標設定部５２は、図８に示すように、走行速度ＶがＶａ（例えば５ｋｍ／ｈ）である低速走行時には、目標距離Ｌを小さい値であるＬａ（例えば５００ｍｍ）に設定する。これにより、車体１０の横ずれの修正を早くすることができる。一方、走行速度ＶがＶｂ（例えば１５ｋｍ／ｈ）である高速走行時には、目標距離Ｌを大きい値であるＬｂ（例えば３２５０ｍｍ）に設定する。これにより、制御の発散を抑制して、車体１０がふらつくことを防止できる。こうして、走行速度Ｖに応じて、車体１０の横ずれを早く修正する制御と、車体１０の姿勢をより安定させる制御とを行うようになっている。

【0047】

図６に示す制御装置５０の構成の説明に戻る。前後中央操舵角演算部５３は、設定された目標距離Ｌと、算出された前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒに基づいて、前側中央操舵角θｆを演算すると共に、後側中央操舵角θｒを演算するものである。前側中央操舵角θｆ及び後側中央操舵角θｒは、幾何学的に求めることができる。

【0048】

図９は、前側中央操舵角θｆを求める数式を説明するための図である。図９に示すθｓは、マグネットテープＭＧに対する車体１０の傾き角度であり、具体的には、車両中心線Ｔ１とマグネットテープＭＧとが成す角度である。傾き角度θｓは、以下の式１を用いて演算される。
（式１） θｓ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｘｆ−Ｘｒ）÷Ｇ｝
ここで、上記したＧは、図３（Ｂ）に示すように、前側ガイドセンサ１１Ｆの取付中心位置Ｓｆと後側ガイドセンサ１１Ｒの取付中心位置Ｓｒとの間のセンサ間距離である。

【0049】

図９に示すＸｃは、車両中心Ｏ１の横ずれ量であり、以下の式２を用いて演算される。
（式２） Ｘｃ＝（Ｘｆ＋Ｘｒ）÷２
図９に示すＬｆは、車両中心Ｏ１から仮想前輪Ｗｆの操舵軸ＯｆまでのマグネットテープＭＧに沿った距離であり、以下の式３を用いて演算される。
（式３） Ｌｆ＝Ｂ÷２×ｃｏｓθｓ
ここで、上記したＢは、図３（Ｂ）に示すように、仮想前輪Ｗｆと仮想後輪Ｗｆとの間のホイールベースである。
図９に示すＭｆは、仮想前輪ＷｆのマグネットテープＭＧに沿った移動距離であり、以下の式４を用いて演算される。
（式４） Ｍｆ＝（Ｂ÷２）−（Ｌｆ−Ｌ）

【0050】

図９に示すＹｆは、仮想前輪Ｗｆの操舵軸ＯｆとマグネットテープＭＧとの間の距離であり、以下の式５を用いて演算される。
（式５） Ｙｆ＝（Ｘｆ−Ｘｃ）×（Ｂ／２）÷（Ｇ／２）＋Ｘｃ
図９に示すθ１は、現時点での作業車１の仮想前輪Ｗｆの操舵軸Ｏｆと、目標となる作業車１ｚの仮想前輪Ｗｆｚの操舵軸Ｐｆとを結ぶ直線Ｔ２と、マグネットテープＭＧとが成す角度であり、以下の式６を用いて演算される。
（式６） θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｙｆ÷Ｍｆ）
こうして、前側中央操舵角θｆは、以下の式７を用いて演算することができる。
（式７） θｆ＝θ１＋θｓ

【0051】

図１０は、後側中央操舵角θｒを求める数式を説明するための図である。図１０に示すθｓは、上記した式１と同様に演算することができ、図１０に示すＸｃは、上記した式２と同様に演算することができる。図１０に示すＬｒは、車両中心Ｏ１から仮想後輪Ｗｒの操舵軸ＯｒまでのマグネットテープＭＧに沿った距離であり、以下の式８を用いて演算される。
（式８） Ｌｒ＝Ｂ÷２×ｃｏｓθｓ
図１０に示すＭｒは、仮想前輪ＷｆのマグネットテープＭＧに沿った移動距離であり、以下の式９を用いて演算される。
（式９） Ｍｒ＝Ｌｒ−｛（Ｂ÷２）−Ｌ｝

【0052】

図１０に示すＹｒは、仮想後輪Ｗｒの操舵軸ＯｒとマグネットテープＭＧとの間の距離であり、以下の式１０を用いて演算される。
（式１０） Ｙｒ＝（Ｘｒ−Ｘｃ）×（Ｂ／２）÷（Ｇ／２）−Ｘｃ
図１０に示すθ２は、現時点での作業車１の仮想後輪Ｗｒの操舵軸Ｏｒと、目標となる作業車１ｚの仮想後輪Ｗｒｚの操舵軸Ｐｒとを結ぶ直線Ｔ３と、マグネットテープＭＧとが成す角度であり、以下の式１１を用いて演算される。
（式１１） θ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｙｒ÷Ｍｒ）
こうして、後側中央操舵角θｒは、以下の式１２を用いて演算することができる。
（式１２） θｒ＝θ２＋θｓ

【0053】

なお、図９及び図１０において、前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒは、前側ガイドセンサ１１Ｆと後側ガイドセンサ１１Ｒとが共にマグネットテープＭＧより下側（図９及び図１０の下側）にある場合に、マイナス値としている。また、前側中央操舵角θｆ及び後側中央操舵角θｒは、反時計方向をプラス値としている。そして、車体１０の傾き角度θｓは、時計方向をプラス値としている。

【0054】

図６に示す制御装置５０の構成の説明に戻る。旋回中心決定部５４は、演算された前側中央操舵角θｆ及び後側中央操舵角θｒに基づいて、車両の旋回中心Ｑを決定するものである。旋回中心Ｑは、幾何学的に求めることができる。図１１は、旋回中心Ｑを説明するための図である。図１１に示すＢは、上述したように仮想前輪Ｗｆと仮想後輪Ｗｆとの間のホイールベースであり（図３（Ｂ）参照）、車両パラメータとして予め設定されている値である。

【0055】

図１１に示すように、旋回中心Ｑは、前側中央操舵角θｆと後側中央操舵角θｒと９０度とを有する直角三角形によって求めることができる。そして、旋回半径Ｒは、旋回中心Ｑから車両中心線Ｔ１に向かう垂線であり、以下の式１３を用いて演算することができる。
（式１３） Ｒ＝Ｂ÷（ｔａｎθｆ＋ｔａｎθｒ）

【0056】

操舵角演算部５５は、決定された旋回中心Ｑに基づいて、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の各操舵角φ１〜φ１６を演算するものである。各操舵角φ１〜φ１６は、幾何学的に求めることができ、以下では各操舵角φＮ（Ｎ＝１〜１６）と呼ぶことにする。ここで、各操舵角φＮを求めるために必要な車両パラメータを図１２を参照して説明する。図１２は、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６のＸ方向軸間距離Ｘ１〜Ｘ１６と、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６のＹ方向軸間距離Ｙ１〜Ｙ１６を示した図である。

【0057】

図１２に示すように、Ｘ方向軸間距離Ｘ１〜Ｘ１６は、車両中心Ｏ１から各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の操舵軸までのＸ方向（進行方向）の距離である。Ｘ方向軸間距離Ｘ１〜Ｘ１６は、車両パラメータとしてそれぞれ予め設定されている値であり、以下ではＸ方向軸間距離ＸＮ（Ｎ＝１〜１６）と呼ぶことにする。また、Ｙ方向軸間距離Ｙ１〜Ｙ１６は、車両中心Ｏ１から各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の操舵軸までのＹ方向（左右方向）の距離である。Ｙ方向軸間距離Ｙ１〜Ｙ１６は、車両パラメータとしてそれぞれ予め設定されている値であり、以下ではＹ方向軸間距離ＹＮ（Ｎ＝１〜１６）と呼ぶことにする。

【0058】

そして、各操舵角φを演算するためには、前側ホイールベースＦＢと旋回オフセット量Ｒｏｆとを求める必要がある。前側ホイールベースＦＢは、図１１に示すように、仮想前輪Ｗｆの操舵軸Ｏｆと、旋回中心Ｑから車両中心線Ｔ１に向かう垂線と車両中心線Ｔ１の交点Ｕ１との間の距離である。この前側ホイールベースＦＢは、以下の式１４を用いて演算することができる。
（式１４） ＦＢ＝Ｒ×ｔａｎθｆ
続いて、旋回オフセット量Ｒｏｆは、図１１に示すように、車両中心Ｏ１と上記した交点Ｕ１との間の距離である。この旋回オフセット量Ｒｏｆは、以下の式１５を用いて演算することができる。
（式１５） Ｒｏｆ＝Ｂ÷２−ＦＢ

【0059】

これにより、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の各操舵角φＮ（Ｎ＝１〜１６）は、以下の式１６を用いて演算することができる。
（式１６） φＮ＝ａｒｃｔａｎ｛（ＸＮ−Ｒｏｆ）÷（Ｒ＋ＹＮ＋Ｙｏｆ）｝
ここで、上記したＹｏｆは、図３（Ｂ）に示すように、車両中心Ｏ１とセンサ中心Ｓ１との間の左右方向（幅方向）の距離であり、車両パラメータとして予め設定されている値である。このため、例えば車輪Ｗ１の操舵角φ１は、以下の式１７によって演算することができる。
（式１７） φ１＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｘ１−Ｒｏｆ）÷（Ｒ＋Ｙ１＋Ｙｏｆ）｝
なお、操舵角演算部５５は、前側中央操舵角θｆ及び後側中央操舵角θｒがゼロの場合には、各操舵角φＮをゼロにセットする。

【0060】

こうして、各操舵角φＮが演算された後、操舵制御部５６は、各操舵角φＮに基づいて各操舵用モータ３０に対する制御指令値を作成して、各操舵用モータ３０を独立して駆動させるようになっている。詳細には、操舵制御部５６が、目標値として演算された各操舵角φＮと現在の操舵角との差分に対して、後述する操舵ゲインＸｇを乗算して制御指令値を作成し、この制御指令値を各操舵用モータ３０への操作量とする比例制御を行っている。

【0061】

ところで、本実施形態の誘導制御では、制御精度を向上するために、補正処理として後軸リミット処理を行っている。先ず、後軸リミット処理を行わない場合の上述した誘導制御の問題点について説明する。上述した誘導制御では、前側中央操舵角θｆと後側中央操舵角θｆを、現時点での前側横ずれ量Ｘｆと後側横ずれ量Ｘｒと目標位置Ｐとに基づいて別個に算出して、仮想前輪Ｗｆと仮想後輪Ｗｒとが独立して操舵するように制御している。このため、前側ガイドセンサ１１Ｆと後側ガイドセンサ１１Ｒの横ずれの方向によっては、図１３（Ａ）に示すように、仮想前輪Ｗｆと仮想後輪Ｗｒとが八の字になるように操舵される。この結果、図１３（Ａ）から図１３（Ｂ）に示すように、車体１０の傾きが大きく変化する。

【0062】

これは、低速走行時には車体１０の傾きを素早く修正できるというメリットがある。しかし、その反面、高速走行時には車体１０の傾きの修正時に、操舵応答性の遅れの影響が大きくなる。これにより、高速走行時に、車体１０が左右に大きく振られて、制御の発散の要因になる。これに対して、仮想後輪Ｗｒの操舵軸Ｏｒを固定して、車体１０の振れを大きく減少させる方法が考えられる。しかし、この方法では、弊害として後側横ずれ量Ｘｒが大きくなり、更にこの後側横ずれ量Ｘｒがオフセット分として残る。このことから、走行路ＳＫのうちカントを有する傾斜区間では、横断勾配角γに比例して後側横ずれ量Ｘｒが大きくなることが予想される。

【0063】

そこで、本実施形態の誘導制御は、上記した問題点に対処すべく、後軸リミット処理を行っている。即ち、前後中央操舵角演算部５１が、後側中央操舵角θｒの上限値であるリミット値θｌｇを設定し、演算された後側中央操舵角θｒ（絶対値）がリミット値θｌｇより大きい場合に、後側中央操舵角θｒをリミット値θｌｇに設定している。これにより、高速走行時に操舵応答性の遅れを防止して、車体１０が左右に大きく振られることを防止できる。つまり、図１４（Ａ）に示すように、車体１０の後側の傾きの変化量を減らすことで、図１４（Ａ）から図１４（Ｂ）に示すように、車体１０の振幅を抑制しつつ、車体１０の横ずれを修正することができる。

【0064】

更に、本実施形態の後軸リミット処理では、前後中央操舵角演算部５１が、走行速度Ｖに比例してリミット値θｌｇを小さく設定している。具体的にリミット値θｌｇは、最大リミットθｌｍａｘとリミット率βとを乗算することによって演算される。最大リミット値θｌｍａｘは、例えば±５ｄｅｇである。リミット率βは、図１５に示すように、走行速度Ｖに比例して小さくなっていて、走行速度ＶがＶｃ（例えば３ｋｍ／ｈ）以下であるときには、リミット率βが１００％であり、走行速度ＶがＶｅ（例えば５ｋｍ／ｈ）であるときには、リミット率ＢがＢｂ（例えば７３％）であり、走行速度ＶがＶｄ（例えば１０ｋｍ／ｈ）以上であるときには、リミット率βがβａ（例えば６％）である。

【0065】

このため、走行速度Ｖが３ｋｍ／ｈ以下である低速走行時に、リミット値θｌｇが以下の式１８に示す値になる。
（式１８） θｌｇ＝±５ｄｅｇ×１．００＝±５．００ｄｅｇ
また、走行速度Ｖが５ｋｍ／ｈである中速走行時に、リミット値θｌｇが以下の式１９に示す値になる。
（式１９） θｌｇ＝±５ｄｅｇ×０．７３＝±３．６５ｄｅｇ
また、走行速度Ｖが１０ｋｍ／ｈ以上である高速走行時に、リミット値θｌｇが以下の式２０に示す値になる。
（式２０） θｌｇ＝±５ｄｅｇ×０．０６＝±０．３０ｄｅｇ

【0066】

こうして、本実施形態の後軸リミット処理では、低速走行時にリミット値θｌｇが比較的大きい値になるため、上述したように仮想前輪Ｗｆと仮想後輪Ｗｒとが八の字になる際に車体１０の傾きを早く修正できるというメリットを活かすことができる。一方、高速走行時には、リミット値θｌｇが比較的小さい値になるため、上述したように車体１０の振幅を抑制しつつ、車体１０の横ずれを修正することができる。

【0067】

また、本実施形態の誘導制御では、制御精度を向上するために、補正処理としてカントオフセット処理を行っている。先ず、カントオフセット処理を行わない場合の上述した誘導制御の問題点について説明する。横断勾配角γを有する走行路ＳＫを走行する場合、図１６（Ａ）に示すように、作業車１は下り方向に下がって行く。このため、前側横ずれ量Ｘｆと後側横ずれ量Ｘｒはゼロから大きくなっていく。ここで、上述した誘導制御において、各操舵角φＮ（前側中央操舵角θｆと後側中央操舵角θｒ）の大きさは車体１０の横ずれ量（前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒ）に比例するため、車体１０の横ずれ量が小さいと必然的に各操舵角φＮが小さい。作業車１が平坦路を走行する場合には、各操舵角φＮが小さくても、いずれ目標位置Ｐ１に到達することができる。

【0068】

しかし、図１６（Ａ）に示すように、作業車１が下り方向に下がって行くとき、各操舵角φＮが小さいと、操舵によって作業車１を上り方向に上昇させる力Ｆ１が作業車１に作用する下り方向の重力Ｆ２より小さくなる。このため、図１６（Ａ）から図１６（Ｂ）に示すように、作業車１が下り方向に更に下がって行き、車体１０の横ずれ量が更に大きくなる。そして、図１６（Ｂ）に示した状態では、車体１０の横ずれ量が大きいことによって各操舵角φＮが大きくなり、作業車１を上り方向に上昇させる力Ｆ１と作業車１に作用する下り方向の重力Ｆ２とが均衡する。この結果、作業車１は車体１０の横ずれ量が残ったままの状態で走行し続けるおそれがある。

【0069】

そこで、本実施形態の誘導制御は、上記した問題点に対処すべく、カントオフセット処理を行っている。即ち、カントオフセット処理では、上述したように算出された前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒにカントオフセット量Ｘｏｆを加算する補正を行う。これにより、実際に車体１０の横ずれ量を修正するのに必要な各操舵角に、現時点での横断勾配角γで上記した力Ｆ１と重力Ｆ２とを均衡させるための操舵角を加味して、作業車１を操舵させるようになっている。

【0070】

具体的に、カントオフセット処理を行うために、図６に示すように、作業車１に傾斜センサ１５が設けられていて、制御装置５０にカントオフセット量設定部５８が設けられている。傾斜センサ１５は、走行路ＳＫの横断勾配角γを検出するものであり、走行中に検出された横断勾配角γがカントオフセット量設定部５８に入力される。

【0071】

カントオフセット量設定部５８は、予め記憶しているデータ情報を用いて、検出された横断勾配角γが大きいほどカントオフセット量Ｘｏｆを大きく設定するものである。具体的に、カントオフセット量設定部５８は、データ情報として図１７に示すグラフを記憶している。このため、例えば検出された横断勾配角γが＋１０ｄｅｇである場合には、カントオフセット量Ｘｏｆが−１００ｍｍに設定され、検出された横断勾配角γが−５ｄｅｇである場合には、カントオフセット量Ｘｏｆが＋５０ｍｍに設定される。

【0072】

こうして、設定されたカントオフセット量Ｘｏｆは、前後横ずれ量算出部５１に入力される。なお、
最適なカントオフセット量Ｘｏｆは、作業車１の重量、積載物の重量、車輪の数、路面の状態等の条件により変化することが予想されるため、データ情報は予め行われる詳細なデータ測定に基づいて作成されるようになっている。

【0073】

前後横ずれ量算出部５１は、上述したように算出した前側横ずれ量Ｘｆと後側横ずれ量Ｘｒに対して、入力されたカントカントオフセット量Ｘｏｆをそれぞれ加算して、新たに前側横ずれ量Ｘｆと後側横ずれ量Ｘｒを設定するようになっている。即ち、前後横ずれ量算出部５１は、図１８に示すように、前側ガイドセンサ１１Ｆを用いて算出した前側横ずれ量Ｘｆにカントオフセット量Ｘｏｆを加算することで補正前側横ずれ量Ｘｆｆを算出し、この補正前側横ずれ量Ｘｆｆを新たな前側横ずれ量Ｘｆとして、目標設定部５２に出力している。同様に、後側ガイドセンサ１１Ｒを用いて算出した後側横ずれ量Ｘｒにカントオフセット量Ｘｏｆを加算することで補正後側横ずれ量Ｘｒｒを算出し、この補正後側横ずれ量Ｘｒｒを新たな後側横ずれ量Ｘｒとして、目標設定部５２に出力している。

【0074】

こうして、本実施形態のカントオフセット処理では、作業車１が横断勾配角γを有する走行路ＳＫを走行するときに、図１９に示すように、車体１に横ずれが生じていない状態でも、カントオフセット量Ｘｏｆを加算して前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒを算出する。このため、前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒがゼロにならず、作業車１を上り方向に上昇させるように各車輪Ｗ１〜Ｗ１６が操舵される。従って、作業車１を上り方向に上昇させる力Ｆ１と作業車１に作用する下り方向の重力とを均衡させることができ、車体１０の横ずれを残さずに作業車１を走行させることができる。

【0075】

また、本実施形態の誘導制御では、制御精度を向上するために、補正処理として操舵速度の可変処理を行っている。先ず、操舵速度の可変処理を行わない場合の上述した誘導制御の問題点について説明する。上述した誘導制御においては、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の操舵速度をできるだけ大きくすることにより各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の操舵応答性が良くなり、車体１０の横ずれ量の振幅を小さくすることができる。しかし、高速走行時に操舵応答性を求めると、低速走行時に過敏な操舵動作となり、頻繁な操舵動作や振動によって操舵装置やタイヤの寿命を縮めるおそれがある。

【0076】

そこで、本実施形態の誘導制御では、上記した問題点に対処すべく、高速走行時には操舵速度を上げて、低速走行時には操舵速度を下げるように、操舵速度の可変処理を行っている。具体的に、操舵速度の可変処理を行うために、図６に示すように、制御装置５０に操舵ゲイン設定部５９が設けられている。ここで、上述したように、操舵制御部５６は、目標値として演算された各操舵角φＮと現在の操舵角との差分に対して、操舵ゲインＸｇを乗算して各操舵用モータ３０への制御指令値を作成している。この制御ゲインＸｇは操舵応答性（操舵速度）に影響する値であり、制御ゲインＸｇが大きいほど操舵応答性が良くなる。

【0077】

このため、操舵ゲイン設定部５９は、走行速度Ｖに比例して操舵ゲインＸｇを大きく設定するようになっている。即ち、操舵ゲイン設定部５９は、走行速度測定部５７から走行速度Ｖを入力して、図２０に示すように、走行速度Ｖに比例した操舵ゲインＸｇを設定する。従って、走行速度Ｖが０ｋｍ／ｈである場合には、操舵ゲインＸｇはＸｇａ（例えば３０００）に設定され、走行速度ＶがＶｆ（例えば１０ｋｍ／ｈ）まで操舵ゲインＸｇが走行速度Ｖに比例して大きくなり、走行速度ＶがＶｆ以上である場合には、操舵ゲインＸｇがＸｇｂ（例えば４０００）で一定に設定される。

【0078】

こうして、本実施形態の操舵速度の可変処理では、低速走行時に操舵ゲインＸｇを小さくすることで、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の操舵応答性を低くする。これにより、頻繁な操舵動作や振動を抑えることができ、走行装置やタイヤの寿命を延ばすことができる。一方、高速走行時に操舵ゲインＸｇを大きくすることで、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の操舵応答性を高くする。これにより、車体１０の横ずれの修正を早く行うことができる。こうして、作業車１の機器を保護することと、制御の精度を向上することの両立を図ることができる。

【0079】

本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の作業車の誘導システムによれば、作業車１の制御装置５０が、前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒを算出する。次に、走行ライン（マグネットテープＭＧ）の上に目標位置Ｐ１を設定し、目標距離Ｌを設定する。そして、目標距離Ｌと前側横ずれ量Ｘｆと後側横ずれ量Ｘｒとに基づいて、仮想前輪Ｗｆの前側中央操舵角θｆを演算すると共に、仮想後輪Ｗｒの後側中央操舵角θｒを演算する。これにより、車両の旋回中心Ｑを決定して、この旋回中心Ｑに基づいて各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の各操舵角φＮを演算する。

【0080】

こうして、現時点で生じている前側横ずれ量Ｘｆ及び後側横ずれ量Ｘｒ、目標距離Ｌ、旋回中心Ｑに応じて、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６の各操舵角φＮを逐次演算して、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６をそれぞれ独立して操舵する。従って、作業車１を逐次最適に旋回及び斜行させるため、元の正しい姿勢に戻る際に大きく旋回することがない。この結果、幅が狭くて任意の長距離であり且つ比較的大きな横断勾配角γを有する走行路ＳＫであっても、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６が走行路ＳＫから落ちることなく作業車１を走行させることができる。そして、上述したように、誘導制御の補正処理として、後軸リミット処理、カントオフセット処理、操舵速度の可変処理を行うことにより、最大限の積載物を搭載して走行速度がＶが１５ｋｍ／ｈである状態で、最大の横断勾配角γ（約１０ｄｅｇ）を有する走行路ＳＫに対して、車体１０の横ずれ量が±５０ｍｍ以内で作業車１を走行させることができる。

【0081】

また、本実施形態の作業車の誘導システムによれば、前側ガイドセンサ１１Ｆ及び後側ガイドセンサ１１Ｒが検知するマグネットテープＭＧは、走行路ＳＫの走行ラインに沿って連続的に配置されている。このため、長距離である走行路ＳＫにおいて作業車１はどの位置でも走行開始及び走行停止ができる。また、制御装置５０で行われる制御が途切れることがないため、マグネットテープＭＧが離散的に配置されている場合に比べて、制御の精度を向上させることができる。

【0082】

ところで、作業車を自動で操舵して走行させる従来技術として、従来の特許文献２に記載された無人搬送車の誘導システム（以下、「従来の誘導システム」と呼ぶ）がある。そこで、従来の誘導システムと本実施形態の作業車の誘導システムとの違いについて説明する。図２１は、従来の誘導システムを説明するための図である。

【0083】

先ず、従来の誘導システムでは、図２１に示すように、前方左側車輪Ｄ１と前方右側車輪Ｄ２と後方左側車輪Ｄ３と後方右側車輪Ｄ４とを備えた無人搬送車３０１を、前側の中央位置に仮想前輪ＤＦを備えると共に後方の中央位置に仮想後輪ＤＢを備えた２輪の無人搬送車３０１として考えている。そして、前提条件として、前方左側車輪Ｄ１の操舵角β１と前方右側車輪Ｄ２の操舵角β２の平均値を、仮想前輪ＤＦの操舵角ΔＦとし、後方左側車輪Ｄ３の操舵角β３と後方右側車輪Ｄ４の操舵角β４の平均値を、仮想後輪ＤＢの操舵角ΔＢとしている。

【0084】

しかしながら、仮想前輪ＤＦの操舵角ΔＦと仮想後輪ＤＢの操舵角ΔＢを決定しても、仮想前輪ＤＦの操舵角ΔＦから操舵角β１と操舵角β２とにどのように分配されるかが明らかになっていないと共に、仮想後輪ＤＢの操舵角ΔＢから操舵角β３と操舵角β４とにどのように分配されるかが明らかになっていない。これに対して、本実施形態の作業車の誘導システムでは、上述したように、各操舵角φＮは、それぞれ独立して明確に演算できるようになっている。

【0085】

更に、従来の誘導システムでは、図２１に示すように、旋回中心Ｓ２が、車両中心Ｚ１から車体の幅方向に延びる軸線Ｎ１上に位置することを前提としている。このため、この制限された旋回中心Ｓ２の位置に基づいて、各操舵角β１，β２，β３，β４が決定される。従って、仮に従来の誘導システムを用いて、無人搬送車３０１を走行路ＳＫの上で走行させると、各車輪Ｄ１〜Ｄ４が各操舵角β１，β２，β３，β４になるように操舵されるとき、無人搬送車３０１が大きく旋回する可能性がある。この結果、従来の誘導システムでは、何れかの車輪が走行路ＳＫから落ちて、幅が狭く横断勾配角γを有する走行路ＳＫに対応できないおそれがある。

【0086】

これに対して、本実施形態の作業車の誘導システムでは、旋回中心Ｑが、車両中心Ｏ１から車体１０の幅方向に延びる軸線上に位置するとは限らず、前側横ずれ量Ｘｆと後側横ずれ量Ｘｒと目標距離Ｌとに基づいて任意の位置に設定される。この結果、各操舵角φＮは、制限された旋回中心の位置に基づいて決定されたものではなく、現時点での作業車１の姿勢から最適に演算されたものになる。従って、本実施形態の作業車の誘導システムでは、作業車１が大きく旋回することがなく、幅が狭く横断勾配角γを有する走行路ＳＫに適した制御を実行するようになっている。

【0087】

以上、本発明に係る作業車の誘導システムの実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施形態において、速度発電機１４を用いて走行速度Ｖを測定したが、走行速度を測定するための検出器は適宜変更可能である。例えば加速度センサを用いて走行速度を測定しても良い。
また、本実施形態において、各車輪Ｗ１〜Ｗ１６を操舵させる操舵アクチュエータとして、油圧によって作動する操舵用モータ３０を用いたが、電動モータであっても良く、適宜変更可能である。
また、本実施形態において、走行路ＳＫには検知対象物としてマグネットテープＭＧを設け、前側検出器及び後側検出器として前側ガイドセンサ１１Ｆ及び後側ガイドセンサ１１Ｒを設けたが、検知対象物、前側検出器及び後側検出器の構成は適宜変更可能である。例えば走行路ＳＫには白線を設け、車体１０にはこの白線を検知する前側光学センサ及び後側光学センサを設けても良い。

【0088】

また、本実施形態において、前側ガイドセンサ１１Ｆと後側ガイドセンサ１１Ｒは、図３（Ｂ）に示すように、センサ中心Ｓ１と車両中心Ｏ１とが左右方向（車幅方向）にオフセットするように配置されているが、センサ中心Ｓ１と車両中心Ｏ１とが左右方向に一致するように配置しても良い。つまり、前側ガイドセンサ１１Ｆと後側ガイドセンサ１１Ｒを車両中心Ｏ１に対して左右方向に対称的に配置しても良い。また、前側ガイドセンサ１１Ｆと後側ガイドセンサ１１Ｒは、図３（Ｂ）に示すように、車両中心Ｏ１に対して前後方向に対称的に配置されているが、センサ中心Ｓ１と車両中心Ｏ１とが前後方向にオフセットするように配置しても良い。この場合には、オフセットしている量を考慮して計算することにより、上述した本実施形態のように作業車を誘導することができる。
また、本実施形態の作業車の誘導システムは、有人である作業車１に適用したが、無人搬送車にも適用できるものである。

【符号の説明】

【0089】

１ 作業車
１０ 車体
１１Ｆ，１１Ｒ 前側ガイドセンサ，後側ガイドセンサ
１４ 速度発電機
１５ 傾斜センサ
２０ 走行用モータ
３０ 操舵用モータ
４０Ｆ，４０Ｒ 前側運転室，後側運転室
５０ 制御装置
５１ 前後横ずれ量算出部
５２ 目標設定部
５３ 前後中央操舵角演算部
５４ 旋回中心決定部
５５ 操舵角演算部
５６ 操舵制御部
５７ 走行速度測定部
５８ カントオフセット量設定部
５９ 操舵ゲイン設定部
ＳＫ 走行路
ＭＧ マグネットテープ
Ｗ１〜Ｗ１６ 車輪
Ｗｆ，Ｗｒ 仮想前輪，仮想後輪
Ｘｆ，Ｘｒ 前側横ずれ量，後側横ずれ量
Ｐ１ 目標位置
Ｌ 目標距離
θｆ，θｒ 前側中央操舵角，後側中央操舵角
φＮ 操舵角
Ｏ１ 車両中心
Ｑ 旋回中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】