JP2002196819A - 自律直進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実作業でのティーチング走行における目標方位
設定を高精度に行える自律走行車の自律直進装置の提
供。 【解決手段】図１は本発明のティーチングモードでの自
律直進装置中の目標方位設定部のブロック図を表す。図
１中のティーチング管理部４１において行う目標方位ψ
tgtの算出は、検出した車両方位をその方位の検出周期
の移動距離増分で積分し、その積分値を総移動距離であ
るところのティーチング距離Ｓｔで除算する方法を採用
している。これよりティーチング走行中に車両が停止す
る場合があっても、誤差要因となる停止時の車両方位デ
ータを目標方位算出の基礎データから除外でき、目標方
位の算出を高精度に行うことができる。また、車速セン
サ８と舵角センサ１１とを備えており、目標方位算出の
誤差要因となる車両方位が検出される操舵状態をこれら
のセンサで得られる情報より判定し、かかる不適な操舵
状態での車両方位データを目標方位算出の基礎データか
ら除外する。この作用により目標方位の算出を高精度に
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両の方位を検出す
る方位センサと、該車両の方位を伝達され、該車両方位
の総和を算出し、該総和を目標方位に変換する演算手段
とを備える自律直進装置に関する。本発明の適用分野と
しては方位センサを用いた自律走行車の自律直進装置内
の目標方位設定機能、例えば耕地整備や田植え作業を自
律的に行う農業用トラクタや建設現場での建材を運搬す
る運搬車等の自律直進装置内の目標方位設定機能などが
挙げられる。

【０００２】

【従来の技術】自律走行車の走行に関する部分の一般的
な構成は車輪を駆動させる駆動系統と、車輪の向きを変
更する操舵系統と、ＣＰＵによる制御の下で目標方位に
従って操舵方向を逐次変更制御する自律直進装置とから
なる。この自律走行車は走行モードとして主に３つのモ
ードを有する。目標方位を決定するためのユーザーの操
舵による教示走行を行うモード（いわゆるティーチング
モード）と、ティーチングモードで得られた目標方位と
車両の現状の方位とから操舵方向の制御を行いながら車
両が自律的に走行する自律走行モードと、自律走行車の
教示走行及び自律走行を行わない状態の待機モードであ
る。

【０００３】ティーチングモードの詳細を説明する。テ
ィーチングモードとはユーザーの操舵によって試走を行
い、その際目標方位を算出するための基礎となるデータ
を取り込み、このデータに基づいて目標方位を算出する
モードをいう。データを取り込んで目標方位を算出保持
し、自律走行時に自律直進装置に目標方位と車両方位を
提供する機能を果たすのが目標方位設定部であり、自律
直進装置の一部を成すのが一般的である。図６を参照し
て従来の目標方位設定部の一例を説明する。図６は従来
の目標方位設定部を備える自律直進装置におけるティー
チングモードでの構成を示すブロック図である。図６に
おいて目標方位設定部は、車両周りの地磁気の検出を行
う地磁気センサ１と、地磁気センサ１の検出値をデジタ
ル変換するＡＤ変換回路２と、ＡＤ変換回路２の出力の
デジタル信号を所定の信号（以下、車両方位信号と呼
ぶ）に演算変換する方位演算部３と、一定周期毎に演算
変換した車両方位信号及びその信号数を基礎として目標
方位を算出し、格納保持するティーチング管理部４から
構成される。ティーチング管理部４での目標方位の算出
方法について説明する。ティーチング管理部４に伝達さ
れる車両方位信号をティーチングモード開始から一定周
期毎に積算し、得られた方位積算値を車両方位信号の積
算回数で除算した平均値を目標方位とする。所定の目標
方位が取得できた時点でティーチングモードは待機モー
ドに遷移する。

【０００４】次に自律走行モードについて図７及び図８
を参照して説明する。図７は自律走行車における諸要素
の関係を示す図であり、図８は前述の自律直進装置にお
ける自律走行モードでの構成を示すブロック図である。
図７中の車両方位１６は磁北Nを基準に車両１９の前後
方向軸との成す角度を表すもので図８中の地磁気センサ
１によって逐次検出された車両周りの地磁気が、AD変換
回路２を経て方位演算部３に入力され、該演算部で算出
された磁方位が車両方位１６として操向制御演算部５に
伝達される。舵角１５は車両の前後方向軸と車輪７の回
転面の為す角であり、操舵系統が備える舵角変更装置６
によって自在に設定されるものである。舵角変更装置６
は通常ユーザーの操舵を受けて車輪７の向きを変える手
動制御部と、自律直進装置からの操向制御コマンド１７
に従って車輪７の向きを変える自動制御部より構成され
ている。また、舵角変更装置６の自動制御部は図示しな
い油圧源から供給される圧油の流量を操向制御弁でコン
トロールすることによって油圧アクチュエータを動作さ
せる。この動作は舵角変更装置内の操舵機構を経由して
車輪７の向き、即ち舵角１５と対応している。目標方位
１８は車両方位１６と同様に磁北Nを基準とする角度で
表され、ティーチングモードにて取得される。

【０００５】自律走行の仕組みを説明する。自律走行開
始に先立って、ユーザーが自律走行スイッチ１０２を押
すと、走行モードは待機モードから自律走行モードに切
り替えられ、図６から図８のようにブロック構成とデー
タの流れが変更される。即ち、図６の方位演算部３から
出力されてティーチング管理部４に伝達されていた車両
方位１６が、自律走行モードに切り替わると同時に操向
制御演算部５へと伝達されるようになる。と同時にティ
ーチング管理部４に格納されていた目標方位１８も設定
値として操向制御演算部５へと伝達されるようになる。
図７は自律走行の途中で車両方位１６が目標方位１８と
ずれている状態を表す。操向制御演算部５は伝達された
車両方位１６と設定された目標方位１８から進行すべき
方位がずれていると判断し、ずれを修正する命令である
操向制御コマンド１７を所定の制御アルゴリズムに従っ
て算出し、アクチュエータ駆動量演算部２２に伝達す
る。操向制御コマンド１７を算出する制御アルゴリズム
としては例えばPID制御を利用したものがある。アクチ
ュエータ駆動量演算部２２には操舵系統の舵角変更装置
に付随する舵角センサ１１により検出された舵角（図７
の舵角１５に相当）がAD変換回路２１を経てディジタル
信号として逐次入力される。アクチュエータ駆動量演算
部２２はアクチュエータ駆動量を算出させる。即ち、ア
クチュエータ駆動量は入力された操向制御コマンドに舵
角を追従させるために現状の舵角からの操舵変更量に対
応し、ひいては舵角変更装置６を構成する図示しない操
向制御弁の開口量に対応する。アクチュエータ駆動量は
CPUよりDA変換回路２３に入力する。DA変換回路２３
は、入力されたアクチュエータ駆動量をアナログの電気
信号に変換し、アクチュエータ制御回路２４に伝達す
る。アクチュエータ制御回路２４は、アナログ化された
アクチュエータ駆動量を舵角変更装置６のインターフェ
ースに対応させるべくPWM信号の操向制御コマンド１７
に変換し、舵角変更装置６に出力する。舵角変更装置６
はアクチュエータ駆動量に変換された操向制御コマンド
１７に従って車輪７が示す舵角１５を自動制御し、車両
方位１６を目標方位１８に追従させる。

【０００６】ティーチングモード時の走行動作及びティ
ーチングモードと自律走行の選択を担う入力の構成につ
いて説明する。ティーチングスイッチ１０１はユーザー
の操作によってティーチングモードを選択したことを入
力する機能、つまりティーチング走行の開始及び終了を
入力する機能を有する。自律走行スイッチ１０２はユー
ザーの操作によって自律走行モードを選択したことを入
力する機能、つまり、自律走行の開始及び終了を入力す
る機能を有する。ディスクリート入力回路１０３は両ス
イッチが押された状態（ON）と戻った状態（OFF）を区
別する２値の信号（以下ON／OFF信号と呼ぶ）を生成
し、以下の処理ブロックに伝達する入出力インターフェ
ースの機能を有する。スイッチ判定部１０４ではディス
クリート入力回路１０３より伝達されたティーチングス
イッチまたは自律走行スイッチのON／OFF信号につい
て、スイッチが押される前と後の状態変化ならびに変化
した時間をモニターし、スイッチ特有のチャタリング現
象の除去、ならび図１０のチャートKや図１１のチャー
トLで示されるようなスイッチ状態の交互判定（ONであ
ればOFFへ、OFFであればONへと遷移させる処理）を行う
機能を有する。判定結果はモード切替処理部１０５へ伝
達される。モード切替処理部１０５ではスイッチ判定部
１０４より伝達されたスイッチ判定結果よりティーチン
グモード、自律走行モード及び待機モードを判別する信
号（以下、各モードを判別する信号を順にティーチング
モード信号、自律走行モード信号及び待機モード信号と
呼び、これらを一括して説明する時は内部モード信号と
呼ぶ）を生成し、ティーチング管理部４と操向制御演算
部５に伝達する機能を有する。なお、ティーチングモー
ド及び自律走行モードを円滑に行い、また両モードの切
り替えのための入力を一括管理するため、目標方位設定
部の一部、入力の構成の一部及び操向制御演算部５はＣ
ＰＵ内に構成されてある。また、目標方位が算出されな
いうちは安全上、自律走行スイッチ１０２の操作を行っ
てもスイッチ判定部１０４では判定を行わないものとす
る。

【０００７】図９、図１０及び図１１を参照してティー
チングモード及び自律走行モードの走行パターンの一例
とその際の各スイッチの状態及び内部モード信号の状態
を説明する。図９は自律走行車の走行パターンの概略図
であり、農地での往復走行を想定したパターンである。
１往復目の行程がティーチング走行区間であり、２往復
目の行程が自律走行区間である。図１０は図９中のティ
ーチング走行に対応するティーチングスイッチの状態と
ティーチングモード信号の遷移状態の一例を表すタイム
チャートである。チャートＦはディスクリート入力回路
１０３より入力されたティーチングスイッチ１０１のON
／OFF状態を表す。チャートKはスイッチ判定部１０４で
判定されたティーチングスイッチの状態を表す。チャー
トＧはチャートKのON／OFF状態に同期したモード切替処
理部１０５における往路と復路の走行の開始から終了ま
での信号の状態を表す。モード切替処理部１０５はその
内部に予め備えられた判断ルールによりスイッチ判定部
１０４で判定されたティーチングスイッチ１０１の一連
のON／OFF（チャートKに対応）について、１回目のON／
OFFは往路走行の開始から終了までの状態と判断し、２
回目のON／OFFは復路走行の開始から終了までの状態と
判断する。判断された各行程は付属情報としてそれぞれ
内部モード信号に付加されてティーチング管理部４と操
向制御演算部５に伝達する。図１０では内部モードがテ
ィーチングモードの場合であり、往路のティーチングモ
ード信号と復路のティーチングモード信号を区別してい
る。これにより、ティーチング管理部４ではティーチン
グモードで算出された目標方位１８を往路の目標方位又
は復路の目標方位のように区別して格納保持することが
できる。

【０００８】図１１はモード切替処理部１０５における
内部モードの遷移状態の一例を表すタイムチャートであ
る。チャートＨはディスクリート入力回路１０３より入
力されたティーチングスイッチ１０１のON／OFF状態を
表したものであり、図１０のチャートFに対応してい
る。チャートＩはディスクリート入力回路１０３より入
力された自律走行スイッチ１０２のON／OFF状態を表
す。チャートＬはスイッチ判定部１０４で判定された自
律走行スイッチ１０２の状態を表す。チャートＪはモー
ド切替処理部１０５における両スイッチのON／OFF状態
に同期して生成される内部モード信号の状態を表す。当
初、ティーチングスイッチ１０１からの往路と復路に相
当するON／OFF信号がそれぞれ入力される（チャート
Ｈ）。これを受けてモード切替処理部１０５では内部モ
ードはティーチングモードであると判別する信号（前述
のティーチングモード信号に相当）を生成し、ティーチ
ング管理部４及び操向制御演算部５に伝達する。ティー
チング管理部４では信号の伝達を受けて内部モードがテ
ィーチングモードであると認識し、方位データの周期的
な読み込みと、読み込み終了後の目標方位１８の算出及
び目標方位１８の格納保持を往路と復路のそれぞれにつ
いて行う。操向制御演算部５はユーザーの操舵による運
転モードであることを認識し、操向制御コマンド１７が
出力されない状態、即ち、待機状態を維持する。

【０００９】時点Ｋで自律走行スイッチ１０２のON判定
を受けて内部モードは待機モードから自律走行モードに
遷移する。モード切替処理部１０５は内部モードが自律
走行モードであるとする信号（前述の自律走行モード信
号に相当）を生成し、ティーチング管理部４及び操向制
御演算部５に伝達する。ティーチング管理部４では信号
の伝達を受けて内部モードが自律走行モードであると認
識し、格納されてある目標方位を往路と復路のそれぞれ
において設定し、操向制御演算部５に伝達する。操向制
御演算部５は自律走行モードの処理として伝達された目
標方位１８と車両方位１６とから操向制御コマンド１７
を生成し、以下、所定の操向制御が行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述の目標方位の算出
方法では以下で説明するように目標方位誤差を生じさせ
る場合がある。つまり、ティーチング走行中に車両が停
止した場合には停止中の車両方位も目標方位の算出対象
データとして逐次加算されてしまい、これが目標方位誤
差の要因となる場合があった。また、走行中に増速又は
減速して移動速度が変化する場合においても、車両方位
の検出周期に対する移動距離にムラが生じて車両方位検
出地点に疎密が生じるため、目標方位誤差の要因となり
やすい。更にはティーチング走行開始点まで車両を移動
させる際、ユーザーによるコース修正を必要とするが、
その際、ユーザーの操舵によって舵角が一時的に左右に
振られるうえ、ティーチング走行開始地点に到達した後
も車両進行方向を調整するために舵角と車両方位がしば
らく真直ぐ向かない場合がある。この場合も目標方位と
大きくずれた車両方位が検出されてしまうので目標方位
誤差の要因となってしまう。

【００１１】これらの場合をユーザーが田植え機での植
付け作業と同時にティーチングモードを行うことに当て
はめてみると以下の不具合が想定される。田植えの植付
け作業では機械調整のため車両を停止させることが多々
あり、停止状態での車両方位が検出される場合が生じ
る。また、ティーチングモード開始点付近や終了点付近
では車両の速度が定常走行時より遅いので定常走行され
た区間よりも車両方位の検出数が多くなり、方位データ
としての重みが区間で異なることになる。そこで対策と
して厳密にティーチング走行を行うようにユーザーに走
行停止の禁止を含む一定速度の走行と目標地点に至って
も定常速度のまま通過することを運用時の制約として義
務づけることが考えられる。しかし、この対策では車両
方位を検出する精度は向上するものの苗の植付け不良を
発生しやすく、後々植え直し作業が必要になることを考
えると採用できるものではない。本発明は上記の課題に
鑑みてなされたものであり、実作業でのティーチング走
行における目標方位設定を高精度に行える自律走行車の
自律直進装置の提供にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存
する。 ［１］車両の方位（１６）を周期的に検出する方位セン
サ（１）と、該車両の方位（１６）を伝達され、該車両
の方位（１６）に基づいて目標方位（１８）を算出する
演算手段（４１）とを備える自律直進装置において、前
記車両の方位（１６）の検出周期毎の移動距離を検出す
る移動距離検出手段を備え、前記演算手段（４１）は、
前記移動距離を受け、前記車両の方位（１６）を教示走
行開始地点から終了地点までの前記移動距離で積分して
方位積分値を算出し、前記移動距離に基づき教示走行開
始地点から終了地点までの総移動距離を算出し、前記方
位積分値を前記総移動距離で除算した値を前記目標方位
（１８）とすることを特徴とする自律直進装置。

【００１３】［２］操舵機構を有する車両に搭載され、
該車両の方位（１６）を周期的に検出する方位センサ
（１）と、該車両の方位（１６）を伝達され、該車両の
方位（１６）に基づいて目標方位（１８）を算出する演
算手段（４１）とを備える自律直進装置において、前記
車両の方位（１６）の検出周期毎の移動距離を検出する
移動距離検出手段と、前記操舵機構による操舵に応じた
舵角を検出する舵角センサ（１１）とを備え、前記演算
手段（４１）は、前記移動距離と前記舵角とを受け、前
記車両の方位（１６）を教示走行開始地点から終了地点
までの前記移動距離で積分する積分演算により方位積分
値を算出し、教示走行開始地点から終了地点までの前記
移動距離の加算により該移動距離の総和を算出し、前記
方位積分値を該移動距離の総和で除算した値を前記目標
方位（１８）として算出し、所定の範囲に前記舵角が存
するか否かを判定し、前記舵角が所定範囲に存しないと
判定した期間には、前記積分演算および前記移動距離の
加算の中断をすることを特徴とする自律直進装置。

【００１４】［３］前記演算手段（４１）は、前記積分
演算における前記中断の直前の値を積分値として保持
し、前記加算における前記中断の直前の値を加算値とし
て保持し、前記舵角が所定範囲に入ったと判定したとき
には、前記積分演算と前記移動距離の加算の再開をし、
前記中断直前の前記加算値に前記再開後の前記移動距離
を加算して新たな加算値とし、前記中断直前の前記積分
値に前記再開後の該車両の方位（１６）を前記再開後の
前記移動距離で部分積分した値を加算して新たな積分値
とし、最新の前記新たな積分値を前記方位積分値とし、
最新の前記新たな加算値を前記移動距離の総和とするこ
とを特徴とする［２］に記載の自律直進装置。

【００１５】［４］操舵機構を有する車両に搭載され、
該車両の方位（１６）を周期的に検出する方位センサ
（１）と、該車両の方位（１６）を伝達され、該車両の
方位（１６）に基づいて目標方位（１８）を算出する演
算手段（４１）とを備える自律直進装置において、前記
車両の方位（１６）の検出周期毎の移動距離を検出する
移動距離検出手段と、前記操舵機構による操舵に応じた
舵角を検出する舵角センサ（１１）とを備え、前記演算
手段（４１）は、前記移動距離と前記舵角とを受け、前
記車両の方位（１６）を教示走行開始地点から終了地点
までの前記移動距離で積分する積分演算により方位積分
値を算出し、教示走行開始地点から終了地点までの前記
移動距離の加算により該移動距離の総和を算出し、前記
方位積分値を該移動距離の総和で除算した値を前記目標
方位（１８）として算出し、前記演算手段（４１）は前
記舵角が所定の期間、所定の範囲に存するか否かを判定
し、前記舵角が前記所定の期間にわたって、前記所定の
範囲に存しなかったと判定した期間には、前記積分演算
および前記移動距離の加算の中断をすることを特徴とす
る自律直進装置。

【００１６】［５］前記演算手段（４１）は、前記積分
演算における前記中断の直前の値を積分値として保持
し、前記加算における前記中断の直前の値を加算値とし
て保持し、前記舵角が前記所定の期間を超えて前記所定
の範囲に存していると前記演算手段（４１）が判定した
ときには、前記積分演算と前記移動距離の加算の再開を
し、前記中断直前の前記加算値に前記再開後の前記移動
距離を加算して新たな加算値とし、前記中断直前の前記
積分値に前記再開後の該車両の方位（１６）を前記再開
後の前記移動距離で部分積分した値を加算して新たな積
分値とし、最新の前記新たな積分値を前記方位積分値と
し、最新の前記新たな加算値を前記移動距離の総和とす
ることを特徴とする［４］に記載の自律直進装置。

【００１７】［６］前記移動距離検出手段は、前記車両
の車輪の回転角を所定の分解能で検出して該回転角をパ
ルス信号に変換する車速センサ（８）と、前記パルス信
号のパルス数を計数して積算パルス信号に変換するカウ
ンタ回路（８１）と、前記積算パルス信号を周期的に読
み出して車速信号に変換する車速演算部（９）と、前記
車速演算部（９）で読み出した積算パルス信号を伝達さ
れて前記移動距離に変換する移動距離演算部（１０）と
を備えることを特徴とする［１］乃至［５］に記載の自
律直進装置。

【００１８】［７］車両の方位（１６）を周期的に検出
する方位センサ（１）と、該車両の方位（１６）を伝達
され、該車両の方位（１６）に基づいて目標方位（１
８）を算出する演算手段（４１）とを備える自律直進装
置において、前記車両の車輪の回転角を所定の分解能で
検出して該回転角をパルス信号に変換する車速センサ
（８）と、前記パルス信号のパルス数を計数して積算パ
ルス信号に変換するカウンタ回路（８１）と、前記積算
パルス信号を周期的に読み出して車速信号に変換する車
速演算部（９）と、前記車速演算部（９）で読み出した
積算パルス信号を伝達されて前記移動距離に変換する移
動距離演算部（１０）とを備え、前記演算手段（４１）
は、前記車速信号と前記移動距離とを受け、前記車両の
方位(16)を教示走行開始地点から終了地点までの前記移
動距離で積分する積分演算により方位積分値を算出し、
教示走行開始地点から終了地点までの前記移動距離の加
算により該移動距離の総和を算出し、前記方位積分値を
該移動距離の総和で除算した値を前記目標方位（１８）
として算出し、所定の速度に車速が至っているか否かを
判定し、前記車速が所定の速度に至っていないと判定し
た期間には、前記積分演算および前記移動距離の加算の
中断をすることを特徴とする自律直進装置。

【００１９】［８］前記演算手段（４１）は、前記積分
演算における前記中断の直前の値を積分値として保持
し、前記加算における前記中断の直前の値を加算値とし
て保持し、前記車速が所定の速度に至っていると前記演
算手段（４１）が判定したときには、前記積分演算と前
記移動距離の加算の再開をし、前記中断直前の前記加算
値に前記再開後の前記移動距離を加算して新たな加算値
とし、前記中断直前の前記積分値に前記再開後の該
車両の方位（１６）を前記再開後の前記移動距離で部分
積分した値を加算して新たな積分値とし、最新の前記新
たな積分値を前記方位積分値とし、最新の前記新たな加
算値を前記移動距離の総和とすることを特徴とする
［７］に記載の自律直進装置。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図１に基づき本発明の一実
施の形態を説明する。図１は本実施の形態にかかるティ
ーチングモードでの目標方位設定部のブロック図を表
す。自律直進装置を搭載した車両全体の構成は図６に表
した従来例の構成中の目標方位設定部を図１の目標方位
設定部に置き換えたものを想定している。自律走行モー
ドの構成と作用、並びにティーチングモードと自律走行
モードの切り替えのための入力の構成と作用は前述の従
来例と同一である。この図１により実施例の構成を説明
する。本実施の形態の目標方位設定部は目標方位算出の
基礎とするデータとして従来例の車両方位に加えて、車
両速度、移動距離及び舵角を用い、それぞれのデータを
検出、変換及び伝達する構成を並列に備える。車両方位
を検出、変換及び伝達するための構成は図６と同一であ
る。尚、舵角を検出、変換及び伝達するための構成は図
８と同一である。

【００２１】車両速度を検出、変換及び伝達する構成
は、図６および図８の車輪７の近傍に取り付けられ、車
輪７の回転角を所定の分解能で検出し、その回転角をパ
ルス信号として出力する車速センサ８と、車速センサ８
の出力であるパルス信号のパルス数を計数して積算パル
ス信号に変換するカウンタ回路８１と、前記積算パルス
信号を周期的に読み出してCPUの処理部で利用可能な車
速信号（以下、車速信号Ｖと呼ぶ）に変換し、変換され
た車速信号Ｖをティーチング管理部４１に、また前記積
算パルス信号を移動距離演算部１０にそれぞれ伝達する
車速演算部９と、伝達された積算パルス信号に基づいて
移動距離の増分（以下、距離増分ΔＳと呼ぶ）を算出
し、算出された距離増分ΔＳをティーチング管理部４１
に伝達する移動距離演算部１０とから構成される。距離
増分ΔＳは検出周期毎に読み出された積算パルス信号に
距離のスケールファクタをかけて算出される。舵角を検
出、変換および伝達する構成は、図６及び図８の舵角変
更装置６に取り付けられ、舵角を検出する舵角センサ１
１と、舵角センサ１１の検出値をデジタル変換するＡＤ
変換回路２１と、ＡＤ変換回路２１の出力を以下の処理
部で利用可能な所定の信号（以下、舵角信号δと呼ぶ）
に演算変換し、アクチュエータ駆動量演算部２２とティ
ーチング管理部４１に伝達する舵角演算部１２とから構
成される。なお、図８において入出力説明の便宜のた
め、ＡＤ変換回路を車両方位の伝達経路と舵角の伝達経
路のそれぞれを構成したが、一つのＡＤ変換回路の入出
力に変換処理にかかる程度の時差を設けて車両方位と舵
角のＡＤ変換を一つのＡＤ変換回路で賄う構成を採用し
ても差し支えない。

【００２２】本実施の態様のティーチング管理部４１は
従来例のティーチング管理部４の処理と異なる。ティー
チング管理部４１の目標方位の算出方法を説明する。テ
ィーチング管理部４１は一定周期毎に入力される車両方
位信号（以下、方位信号ψと呼ぶ）と距離増分ΔＳで積
分した値であるΣ（ψ・ΔＳ）の算出をティーチング走
行でのデータ検出（サンプリング）と同時進行で行う。
積分値Σ（ψ・ΔＳ）の算出は距離積分であるため、車
両停止期間の距離増分ΔＳは０（ゼロ）となり、同じ方
位を検出し続ける停止期間においては積分値が増加する
ことはない。また、ティーチングモードでの全走行距離
（以下、ティーチング距離Ｓｔと呼ぶ）を算出するた
め、走行中に周期的に距離増分ΔＳを加算し、Ｓｔ＝Σ
ΔＳとして算出する。ティーチングモードが終了した時
点で積分値Σ（ψ・ΔＳ）及びティーチング距離Ｓｔが
ティーチング管理部４１内に格納保持される。ティーチ
ング管理部４１はこれらの演算処理及び格納保持を往路
と復路のティーチングモードそれぞれで区別して行う。
ティーチング走行が終了した時点、すなわち積分値Σ
（ψ・ΔＳ）及びティーチング距離Ｓｔの算出が終了し
た時点で格納保持されている積分値Σ（ψ・ΔＳ）及び
ティーチング距離Ｓｔが読み出され、目標方位（以下、
目標方位ψtgtと呼ぶ）の算出としてψtgt＝Σ（ψ・Δ
Ｓ）／Ｓｔが行われる。

【００２３】上述の積分値Σ（ψ・ΔＳ）及びティーチ
ング距離Ｓｔの算出は車両が走行の開始から終了までデ
ータ検出に適する状態で走行した場合である。本実施の
形態にかかる自律直進装置内の目標方位設定部は、発明
が解決しようとする課題で述べたように操舵が安定せ
ず、舵角が直進位置を中心としてある幅以内に収束され
ない状態や、車両速度が規定速度以上に達していない状
態下では、それらの状態にある期間の方位データと移動
距離データを目標方位算出用データから除外することで
目標方位の高精度化を図るものである。以下に具体的に
説明する。上述の精度低下要因のある状態においては積
分値Σ（ψ・ΔＳ）及びティーチング距離Ｓｔの算出を
中断し、これらの算出値は中断直前の値（以下、中断直
前のΣ（ψ・ΔＳ）をΣ'、中断直前のＳｔをＳｔ'と呼
ぶ）で維持される。上述の精度低下要因のある状態から
脱したと各センサの出力よりティーチング管理部４１で
判定されると積分値Σ（ψ・ΔＳ）及びティーチング距
離Ｓｔの算出が再開される。再開後に検出された方位信
号ψ及び距離増分ΔＳが中断直前の積分値Σ'及びティ
ーチング距離Ｓｔ'に合算され、Σ（ψ・ΔＳ）＝Σ'＋
（ψ・ΔＳ）及び、Ｓｔ＝Ｓｔ'＋ΔＳとして算出され
る。

【００２４】図２を参照して本発明の一実施の形態であ
る自律直進装置内の処理手順を説明する。図２はＣＰＵ
におけるティーチングモードから自律走行モードまでの
一連の処理をフロー図で表したものである。システムの
初期化とは、プログラム起動時のCPU周辺デバイス初期
設定のほか、ティーチング管理部４１内に格納保持され
た各データの初期設定やリセット処理を意味する。スイ
ッチ判定とは、前述のスイッチ判定部１０４でのチャタ
リング現象の除去ならびスイッチ状態の交互判定処理を
意味する。方位演算とは、方位演算部３での方位信号ψ
の算出処理、及びティーチング管理部４１への方位信号
ψの伝達処理を意味する。車速演算とは、車速演算部９
での車速信号Ｖへの変換処理及びティーチング管理部４
１への車速信号Ｖの伝達処理と移動距離演算部１０への
積算パルス信号の伝達処理を意味する。移動距離演算と
は、移動距離演算部１０での距離増分ΔＳへの変換処理
とティーチング管理部４１への距離増分ΔＳの伝達処理
を意味する。舵角演算とは、舵角演算部１２での舵角信
号δの算出処理とティーチング管理部４１およびアクチ
ュエータ駆動量演算部２２への舵角信号δの伝達処理を
意味する。モード切替とは、前述のモード切替処理部１
０５における内部モード信号の遷移処理を意味する。テ
ィーチング管理とは、上述した方位データと移動距離デ
ータから後述する中間値を算出し、ティーチングモード
が終了した時点での目標方位の算出処理を意味する。操
向制御演算とは、ティーチング管理部４１によって設定
された目標方位と走行中に検出される車両方位を用いて
前述の操向制御コマンド１７を生成する処理を意味す
る。アクチュエータ駆動量演算とは、操向制御コマンド
１７に従って舵角を最適化すべく操舵系統を駆動させる
信号（アクチュエータ駆動量）を算出し、DA変換回路２
３に出力する処理を意味する。ＣＰＵはスイッチ判定か
らアクチュエータ駆動量演算までの処理を図２の順序で
周期的に実行するものである。

【００２５】図２中のティーチング管理の詳細について
図３、図４及び図５を参照して説明する。図３と図４は
図２中のティーチング管理の中の処理をフロー図に表し
たものである。図５は自律走行車の走行パターンの一例
であり、図９中の一行程目である往路のティーチング走
行の場合の舵角、車両方位、車両速度、後述する中間値
の算出状態、及び移動距離のタイムチャートである。図
３のティーチング管理は大きく分けて２つの流れからな
り、向かって左の流れは、ティーチング走行が終了した
後の目標方位の算出と格納保持を実行する流れ、ならび
に待機モードでティーチングを行わない時の流れ（以
下、フロー１と呼ぶ）である。向かって右の枝別れした
流れは、ティーチング走行中に算出される車両方位の積
分値Σ（ψ・ΔＳ）とティーチング距離Ｓｔ（これらを
以下、まとめて中間値と呼ぶ）の算出と格納保持を実行
する流れ、ならびに前記中間値算出開始前のデータリセ
ットと内部モードの初期設定を行う流れ（以下、フロー
２と呼ぶ）である。

【００２６】フロー２中に示す処理のうち、処理ｐから
処理αまでの中間値の算出を開始又は中断する一連の処
理を説明する。図４中の処理ｐから処理ｒは、舵角の絶
対値が予め定められた規格値（処理ｒの判定条件δｓｔ
／２に相当）以下にあるかどうかを判定する処理であ
る。即ち、操舵が一定の舵角以下で安定しているかどう
かを判定し、安定していると判定した場合は次の判定処
理に進むものである。図５においてはチャートＡの時点
Ｇ以降で舵角が安定して処理ｒの判定条件を満たしてい
る。図４中の処理ｓから処理ｕは、舵角の静定時間が予
め定められた規格値（処理ｕの判定条件Ｔｓｔに相当）
以上経過したかどうかを判定する処理である。即ち、操
舵が決定されて規格値以下に入った最終時点からの経過
時間を計測し、当該経過時間が舵角静定時間Ｔｓｔを超
えて規格以下と判定した場合には次の判定処理に進むも
のである。図５においては、チャートＡの時点Ｈ以降で
舵角が静定して処理ｕの判定条件を満たしている。

【００２７】図４中の処理ｖから処理ｘは、車両速度が
予め定められた規格値（処理ｘの判定条件Ｖｓｔに相
当）以上であるかどうかを判定する処理である。即ち、
車両速度が中間値の算出に適した最低限の速度以上に至
ったかどうかを判定するものである。図５においてはチ
ャートＣの時点Ｉ以降で車両速度が初めて中間値の算出
に適した速度に至り、処理ｘの判定条件を満たしてい
る。

【００２８】図４中の処理ｖから処理ｘまでで車両速度
が規格値以上に至ったと判定した場合、処理ｙから処理
αへ順次進み、中間値である積分値Σ（ψ・ΔＳ）及び
ティーチング距離Ｓｔの算出と算出結果のティーチング
管理部４１への格納保持が実行される。なお、図５中の
チャートＡの時点Ｈ以前のように、前述の３つの判定処
理のうち１つでも条件を満たさないと判定された場合、
この回の処理では中間値の算出をせずにフロー３を経て
処理ｌへと進む。処理ｌでは処理ａで読み出され、処理
ｂの判定に使用した内部モード信号を、次回の処理ｃま
たは処理ｍで読み出して前回の内部モード信号として使
用するためにティーチング管理部４１に格納保持され
る。その後、図２のＣＰＵの処理手順に返される。即
ち、図２中のティーチング管理の処理が終了したと判断
され、操向制御演算以下の処理が開始されるのである。

【００２９】図５中のチャートＣにあるティーチング走
行中に車両が停止した場合を例として中間値の算出が再
開される場合を説明する。車両が停止したことで図４中
の処理ｘでは車両速度が判定条件を満たさなくなり、チ
ャートＤのように中間値の算出が中断される。中間値は
中断直前の状態でティーチング管理部４１中に格納保持
されている。停止中もモード切替処理１０５では内部モ
ード信号をティーチングモードの状態で維持する。そし
て車両の走行を再開した場合も、モード切替処理部１０
５の内部モードはティーチングモードのままである。車
両が停止の状態では内部モード信号がティーチングモー
ドを示しているため、ティーチング管理部では図３中の
処理ｂによりフロー２が選択される。処理ｍでは前回の
内部モード信号、即ち中断状態にあるティーチングモー
ドが読み出される。処理ｎでは前回の内部モード信号を
使って中間値の算出が継続されているのか、それとも開
始されようとしているのかが判定される。この場合は算
出継続中なので処理ｏがパスされ、図４中の処理ｐ以降
へフローが移ることになる。ここで車両が停止状態から
走行を再開し、車両速度が速度ゼロから増加してゆくと
する。するとティーチング管理のフローは処理ｐから処
理ｘまでの判定条件により各判定が行われているため、
舵角判定ならびに舵角静定時間判定がＹｅｓの場合、処
理ｖで読み出した車速信号Ｖが処理ｗで読み出した最低
の車速判定条件Ｖｓｔ（図５中のチャートＣの判定条件
Ｖｓｔに相当）に達した時点で処理ｙ以降へとフローが
移る。ここでは中断前の中間値を使用してティーチング
距離Ｓｔ（処理ｚ）と積分値Σ（ψ・ΔＳ）が算出され
（処理α）、ティーチング管理部４１への格納保持が再
開される。その後、処理ｌの実行でティーチング管理か
ら返されたＣＰＵの処理手順は図２の操向制御演算へと
移るが、内部モード信号がティーチングモードであるた
め、何ら処理はされずに図２のループを抜け、再び一巡
してティーチング管理の処理に戻ってくる。これはユー
ザー側がティーチングスイッチ１０１を押してティーチ
ング走行を終了させるまで継続される。

【００３０】ティーチング走行終了後の目標方位の算出
処理について説明する。ティーチングモード時にユーザ
ーがティーチングスイッチ１０１を押すと、図１１のチ
ャートＪのようにティーチングモードが解除されて待機
モードへと遷移する。（ただし、この時の前回の内部モ
ード信号はティーチングモード状態のままである。）図
２のティーチング管理の処理では上述のモード遷移を受
けて、図３中の処理ｂにより待機モード側直下のフロー
が選択される。そして次の処理ｃで読み出された前回の
内部モード信号はまだティーチングモード状態を示して
いるため。処理ｄにおいて中間値の算出終了が選択され
て処理ｅ以降のフロー１へ分岐する。（ここで前回の内
部モード信号が待機モードである場合は、システムが起
動後でティーチングモードへ一度も遷移していない状
態、即ち中間値算出未実施時であるか、もしくは教示走
行により目標方位取得が既に完了済み状態にあることを
表している。前述の２つの状態はともに処理ｄでフロー
４が選択分岐され、次の処理ｌで今回の判定に使用した
内部モード信号が格納保持される。）処理e及び処理fで
は最新の積分値Σ（ψ・ΔＳ）及びティーチング距離Ｓ
ｔが読み出される。処理gで目標方位ψtgtが算出され
る。処理ｈではモード切替処理部１０５で判別されたテ
ィーチングモード信号であるティーチングモード（往
路）又はティーチングモード（復路）が読み出される。
処理iでは算出された目標方位が往路のものか復路のも
のかを判断し、それぞれ区別してティーチング管理部４
１に格納保持される（処理j又は処理k）。処理ｌでは今
回の判定に使用した内部モード信号を次回の処理ｃまた
は処理ｍで読み出し、前回の内部モード信号として使用
するためにティーチング管理部４１に格納保持される。

【００３１】ティーチング走行中に取得した中間値等の
データや算出した目標方位のリセットならびに教示走行
自体を途中で放棄する場合について説明する。ユーザー
は上述の処理を行う場合、ティーチングスイッチ１０１
と自律走行スイッチ１０２を同時に押すものとする。こ
れにより両スイッチの状態はスイッチ判定部１０４を経
てモード切替処理部１０５へと伝達される。モード切替
処理部１０５では内部モードの遷移状態を一括管理して
いるため、ここに両スイッチが同時に押されるという通
常の操作では無い状態を検出する機能を付加し、このよ
うな状態になった場合には図２のシステムの初期化から
一連の処理を実行するようにすれば自律直進装置を起動
したのと同じ手順を実現することが可能となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明にかかる自律直進装置は、以上に
説明したようにティーチングモードにおける目標方位ψ
tgtの算出は、検出した車両方位ψをその方位の検出周
期の移動距離増分ΔＳで積分し、その積分値を総移動距
離（ティーチング距離Ｓｔ）で除算する方法を採用して
いる。従って、ティーチング走行中に車両が停止する場
合があっても、誤差要因となる停止時の車両方位データ
を目標方位算出の基礎データから除外することができ、
目標方位の算出を高精度に行うことができる。また、本
発明にかかる自律直進装置は、舵角を検出する舵角セン
サと車両速度を検出する車速センサを備えてある。目標
方位算出の誤差要因となる車両方位が検出される操舵状
態をこれらのセンサで得られる情報より判定し、かかる
不適な操舵状態での車両方位データを目標方位算出の基
礎データから除外するものである。この作用により目標
方位の算出を高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るティーチングモー
ドでの目標方位設定部のブロック図を表す。

【図２】図１の実施の形態に係るＣＰＵにおけるティー
チングモードから自律走行モードまでの一連の処理をフ
ロー図に表したものである。

【図３】図２中のティーチング管理の中の処理をフロー
図に表したものである。

【図４】図２中のティーチング管理の中の処理をフロー
図に表したものである。図３で表記できなかった一部分
を表す。

【図５】図１の実施の形態に係る自律走行車の走行のパ
ターンである。

【図６】従来例の目標方位設定部を備える自律直進装置
におけるティーチングモードでの構成を示すブロック図
である。

【図７】従来例の自律走行車における諸要素の関係を示
す図である。

【図８】従来例の目標方位設定部を備える自律直進装置
おける自律走行モードでの構成を示すブロック図であ
る。

【図９】従来例および本発明による自律走行車の走行パ
ターンの概略図である。

【図１０】図９中のティーチング走行に対応するティー
チングスイッチの状態とティーチングモード信号の遷移
状態の一例を表すタイムチャートである。

【図１１】従来例および本発明によるモード切替処理部
における内部モードの遷移状態の一例を表すタイムチャ
ートである。

【符号の説明】

１…地磁気センサ ２、２１…ＡＤ変換回路 ３…方位演算部 ４、４１…ティーチング管理部 ５…操向制御演算部 ６…舵角変更装置 ７…車輪 ８…車速センサ ９…車速演算部 １０…移動距離演算部 １１…舵角センサ １２…舵角演算部 １５…舵角 １６…車両方位 １７…操向制御コマンド １８…目標方位 １９…車両 ２２…アクチュエータ駆動量演算部 ２３…ＤＡ変換回路 ２４…アクチュエータ制御回路 ８１…カウンタ回路 １０１…ティーチングスイッチ １０２…自律走行スイッチ １０３…ディスクリート入力回路 １０４…スイッチ判定部 １０５…モード切替処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 行本 修 埼玉県大宮市日進町１丁目40番地２ 生物 系特定産業技術研究推進機構内 (72)発明者 山本 聡史 埼玉県大宮市日進町１丁目40番地２ 生物 系特定産業技術研究推進機構内 Ｆターム(参考） 3D032 CC20 DA03 DA23 DC02 DD09 EB01 EC34 GG12 GG13 5H301 AA03 BB01 BB02 CC03 DD02 GG14 GG16 GG19

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の方位を周期的に検出する方位センサ
   と、該車両の方位を伝達され、該車両の方位に基づいて
   目標方位を算出する演算手段とを備える自律直進装置に
   おいて、 前記車両の方位の検出周期毎の移動距離を検出する移動
   距離検出手段を備え、 前記演算手段は、前記移動距離を受け、前記車両の方位
   を教示走行開始地点から終了地点までの前記移動距離で
   積分して方位積分値を算出し、前記移動距離に基づき教
   示走行開始地点から終了地点までの総移動距離を算出
   し、前記方位積分値を前記総移動距離で除算した値を前
   記目標方位とすることを特徴とする自律直進装置。
2. 【請求項２】操舵機構を有する車両に搭載され、該車両
   の方位を周期的に検出する方位センサと、該車両の方位
   を伝達され、該車両の方位に基づいて目標方位を算出す
   る演算手段とを備える自律直進装置において、 前記車両の方位の検出周期毎の移動距離を検出する移動
   距離検出手段と、 前記操舵機構による操舵に応じた舵角を検出する舵角セ
   ンサとを備え、 前記演算手段は、 前記移動距離と前記舵角とを受け、前記車両の方位を教
   示走行開始地点から終了地点までの前記移動距離で積分
   する積分演算により方位積分値を算出し、教示走行開始
   地点から終了地点までの前記移動距離の加算により該移
   動距離の総和を算出し、前記方位積分値を該移動距離の
   総和で除算した値を前記目標方位として算出し、 所定の範囲に前記舵角が存するか否かを判定し、 前記舵角が所定範囲に存しないと判定した期間には、前
   記積分演算および前記移動距離の加算の中断をすること
   を特徴とする自律直進装置。
3. 【請求項３】前記演算手段は、 前記積分演算における前記中断の直前の値を積分値とし
   て保持し、 前記加算における前記中断の直前の値を加算値として保
   持し、 前記舵角が所定範囲に入ったと判定したときには、前記
   積分演算と前記移動距離の加算の再開をし、 前記中断直前の前記加算値に前記再開後の前記移動距離
   を加算して新たな加算値とし、前記中断直前の前記積分
   値に前記再開後の該車両の方位を前記再開後の前記移動
   距離で部分積分した値を加算して新たな積分値とし、最
   新の前記新たな積分値を前記方位積分値とし、最新の前
   記新たな加算値を前記移動距離の総和とすることを特徴
   とする請求項２に記載の自律直進装置。
4. 【請求項４】操舵機構を有する車両に搭載され、該車両
   の方位を周期的に検出する方位センサと、該車両の方位
   を伝達され、該車両の方位に基づいて目標方位を算出す
   る演算手段とを備える自律直進装置において、 前記車両の方位の検出周期毎の移動距離を検出する移動
   距離検出手段と、 前記操舵機構による操舵に応じた舵角を検出する舵角セ
   ンサとを備え、 前記演算手段は、 前記移動距離と前記舵角とを受け、前記車両の方位を教
   示走行開始地点から終了地点までの前記移動距離で積分
   する積分演算により方位積分値を算出し、教示走行開始
   地点から終了地点までの前記移動距離の加算により該移
   動距離の総和を算出し、前記方位積分値を該移動距離の
   総和で除算した値を前記目標方位として算出し、 前記演算手段は前記舵角が所定の期間、所定の範囲に存
   するか否かを判定し、 前記舵角が前記所定の期間にわたって、前記所定の範囲
   に存しなかったと判定した期間には、前記積分演算およ
   び前記移動距離の加算の中断をすることを特徴とする自
   律直進装置。
5. 【請求項５】前記演算手段は、 前記積分演算における前記中断の直前の値を積分値とし
   て保持し、 前記加算における前記中断の直前の値を加算値として保
   持し、 前記舵角が前記所定の期間を超えて前記所定の範囲に存
   していると前記演算手段が判定したときには、前記積分
   演算と前記移動距離の加算の再開をし、 前記中断直前の前記加算値に前記再開後の前記移動距離
   を加算して新たな加算値とし、前記中断直前の前記積分
   値に前記再開後の該車両の方位を前記再開後の前記移動
   距離で部分積分した値を加算して新たな積分値とし、最
   新の前記新たな積分値を前記方位積分値とし、最新の前
   記新たな加算値を前記移動距離の総和とすることを特徴
   とする請求項４に記載の自律直進装置。
6. 【請求項６】前記移動距離検出手段は、前記車両の車輪
   の回転角を所定の分解能で検出して該回転角をパルス信
   号に変換する車速センサと、 前記パルス信号のパルス数を計数して積算パルス信号に
   変換するカウンタ回路と、 前記積算パルス信号を周期的に読み出して車速信号に変
   換する車速演算部と、 前記車速演算部で読み出した積算パルス信号を伝達され
   て前記移動距離に変換する移動距離演算部とを備えるこ
   とを特徴とする請求項１乃至５に記載の自律直進装置。
7. 【請求項７】車両の方位を周期的に検出する方位センサ
   と、該車両の方位を伝達され、該車両の方位に基づいて
   目標方位を算出する演算手段とを備える自律直進装置に
   おいて、 前記車両の車輪の回転角を所定の分解能で検出して該回
   転角をパルス信号に変換する車速センサと、 前記パルス信号のパルス数を計数して積算パルス信号に
   変換するカウンタ回路と、 前記積算パルス信号を周期的に読み出して車速信号に変
   換する車速演算部と、 前記車速演算部で読み出した積算パルス信号を伝達され
   て前記移動距離に変換する移動距離演算部とを備え、 前記演算手段は、 前記車速信号と前記移動距離とを受け、前記車両の方位
   を教示走行開始地点から終了地点までの前記移動距離で
   積分する積分演算により方位積分値を算出し、教示走行
   開始地点から終了地点までの前記移動距離の加算により
   該移動距離の総和を算出し、前記方位積分値を該移動距
   離の総和で除算した値を前記目標方位として算出し、 所定の速度に車速が至っているか否かを判定し、 前記車速が所定の速度に至っていないと判定した期間に
   は、前記積分演算および前記移動距離の加算の中断をす
   ることを特徴とする自律直進装置。
8. 【請求項８】前記演算手段は、 前記積分演算における前記中断の直前の値を積分値とし
   て保持し、 前記加算における前記中断の直前の値を加算値として保
   持し、 前記車速が所定の速度に至っていると前記演算手段が判
   定したときには、前記積分演算と前記移動距離の加算の
   再開をし、 前記中断直前の前記加算値に前記再開後の前記移動距離
   を加算して新たな加算値とし、前記中断直前の前記積分
   値に前記再開後の該車両の方位を前記再開後の前記移動
   距離で部分積分した値を加算して新たな積分値とし、最
   新の前記新たな積分値を前記方位積分値とし、最新の前
   記新たな加算値を前記移動距離の総和とすることを特徴
   とする請求項７に記載の自律直進装置。