JP2010537892A - 車両自動誘導方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

自動誘導車両の自動操舵のための方法および装置が開示される。オペレータが車両の制御を要求すると、操舵シャフト（１１２）に結合されたセンサ（１１０）がそれを検出する。そこで、センサは、その要求を表す情報を自動誘導システムの１つまたは複数の制御部（１０４、１１６）に伝送し、自動誘導システムが自動操舵機能の停止操作を開始する。このようにして、システムは、自動誘導および操舵車両において、迅速に手動操舵に復帰する。

Description

本発明は、一般に、自動誘導車両に関し、より詳細には自動誘導車両の自動操舵に関する。

自動車両誘導（すなわち自動誘導）システムは、装置（たとえば車両）を所望の経路上で誘導するのに使用されてきた。そのような自動誘導システムは、予め規定されたルートを辿ることが望ましい場合に、多くの様々なタイプの農業用および他の同様な装置を制御するために益々多く使用されるようになっている。これにより、人間が車両を操舵する場合に通常実現されるよりもより正確な車両の制御が可能になる。

しかし、自動誘導システムから車両の制御を取り戻すことが必要になることがあり得（たとえば緊急時または障害物がある場合）、そのような場合、自動誘導および操舵システムは、車両を制御しようとするオペレータの要求を検出することができなければならない。そのような要求を検出する様々な方法および装置が存在する。

現在、あるケースでは、圧力センサが、車両の油圧操舵荷重感知ラインに配置されている。オペレータが操舵輪を回転させると、その圧力センサが圧力の変化を検出する。その圧力変化が、電気信号として操舵制御部に伝送され、操舵制御部が自動誘導システムの自動操舵機能を無効にする。

この方法には、外部の影響（たとえば作業環境の変化、圧力変動など）によって、圧力の急上昇および／または降下が操舵荷重感知ラインに生じ得るという欠点がある。これらの圧力変動は、車両の手動制御を取ろうとしていると圧力センサが誤判断し得る。この誤検出が、早まって自動操舵システムを停止し得る。

別のケースでは、自動操舵システムより強力な手動操舵システムが使用される。オペレータが操舵輪を操作すると、強力な方の手動操舵システムが、自動操舵システムに打ち勝ち、オペレータに、車両を所期の自動誘導コースから外して操舵させ得るようになる。オペレータが、車両をコース（全地球位置把握システム（ＧＰＳ）ユニット、制御パラメータなどによって決定される）から十分に外れるように操舵した場合に、自動誘導システムが自動操舵機能を解除する。

この方法には、車両がコースから十分に外れるまで、オペレータが、自動操舵システムと奮闘しなければならないという欠点がある。自動操舵機能の解除を引き起こすのに必要な努力の大きさ、時間、コースから外す距離は、制御パラメータによって変化するが、かなりなものになり得る。

したがって、オペレータからの入力を検出し、自動誘導システムの自動操舵機能の停止を実行するための代替構成要素および方法が必要とされる。

本発明は、車両の自動操舵のための改良された方法および装置を提供する。本発明の実施形態によれば、自動誘導車両を操舵する方法は、車両の操舵シャフトに結合された操舵センサを使用して手動操舵入力を検出することと、手動操舵入力の検出に応答して車両の自動操舵を無効にすることとを含む。方法はまた、手動操舵入力を検出する前に自動誘導車両の自動操舵を開始することと、車両の自動操舵を無効にするように適合された制御部に、検出された手動操舵入力についての情報を伝送することと、自動操舵制御信号の送出を停止することとを含む。

別の実施形態では、自動操舵車両が、操舵シャフトと、操舵シャフトに結合され、手動操舵入力を検出するように適合された操舵センサとを備える。手動操舵入力が検出されると、自動誘導システムが無効になる。そのような車両では、センサは、回転センサまたはトルク・センサであり得る。車両はまた、操舵シャフトに結合された操舵輪と、自動操舵制御信号を伝送する制御部と、操舵制御信号を受け取り、車両を自動的に操舵する操舵制御部とを有する。

本発明のこれらおよび他の長所は、以下の詳細な説明および添付図面を参照することによって、当業者には明らかになるであろう。

本発明の実施形態による自動誘導のための車両を示す図である。 本発明の実施形態による車両用自動誘導システムの一部分の概略図である。 本発明の実施形態による車両運転方法の流れ図である。

本発明は、一般に、自動誘導車両の自動操舵のための方法および装置を提供する。具体的には、本発明は、オペレータが車両の手動制御を要求したときを検出するセンサを提供する。この場合、センサは、その要求を表す情報を自動誘導システムの１つまたは複数の制御部に伝送し、自動誘導システムが自動操舵機能の停止操作を開始する。このように、本発明は、自動誘導および操舵車両において手動操舵へ戻すための改良された手法を提供する。

自動車両誘導（すなわち自動誘導）、および自動誘導の自動操舵機能（すなわち自動操舵）は、周知であり、本明細書では本発明に関連するところのみを詳細に説明する。以下に記載する本発明に関連して、自動誘導および自動操舵に関する様々な関連および／または代替方法および装置を採用することができることが当業者には理解されよう。

図１および２は、自動誘導車両１００を示す。図１は例示的車両１００である。図２は、本発明の一実施形態による車両１００の接続配置の概略構成図である。

車両１００は、衛星利用測位受信機１０２および主制御部１０４を備える。衛星利用測位受信機１０２と主制御部１０４とは、通信回路網１０６を介して互いに結合および／または連通させることができる。車両は操舵ユニット１０８をさらに備える。操舵ユニット１０８は、通信回路網１０６および操舵シャフト１１２に結合された操舵センサ１１０を有し、操舵シャフト１１２は操舵輪１１４に結合されている。車両１００はまた操舵制御部１１６を備え、操舵制御部１１６は、操舵ユニット１０８の一部分の場合もあれば、車両１００の別の場所に設置される場合もある。

操舵ユニット１０８、操舵センサ１１０、操舵制御部１１６、および／または他の周知の構成要素が、通信回路網１０６を介して同様に結合および／または連通され得る。図１および２には明白に示されていないが、車両自動誘導システムに使用される他の周知の構成要素および／または回路が、車両１００および操舵ユニット１０８に関して用いられ得る。適切な汎用構成要素（たとえば、モータ、シャフト、油圧機器、他のセンサなど）が、当業者には周知であるが、本明細書には詳細には記載されていない。

衛星利用測位受信機１０２は、衛星の信号を受信し、受信した信号に基づいて位置情報を生成することができればいかなる装置でもよい。そのような装置には、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、全地球位置把握システム（ＧＰＳ）受信機、アンテナなどが含まれる。それに追加して、またはその代わりに、長距離航法（ＬＯＲＡＮ）または強化ＬＯＲＡＮ受信機などの代替測位受信機を、衛星利用測位受信機の代わりに、またはそれと組み合わせて使用することができる。以降の説明では、適切ないかなる測位受信機を使用してもよいが、衛星利用測位受信機を対象とする。

衛星利用測位受信機１０２は、受信した衛星の信号を使用して位置（たとえば、車両の位置、受信機の位置など）を決定することができ、かつ／または、その信号を、位置情報を決定することができる主制御部１０４などの別の装置へ通信回路網１０６を介して送ることができる。

主制御部１０４は、位置情報および他の記憶情報に基づいて車両誘導および／または自動誘導制御信号を生成することができる。主制御部１０４は、これらの信号を通信回路網１０６を介して操舵ユニット１０８の構成要素、具体的には操舵制御部１１６、および／または、車両１００の誘導および／または制御に使用されるあらゆる他の構成要素に送ることができる。そのような車両誘導信号は、周知の自動誘導方法および／または図３の自動誘導方法３００による車両１００の自動誘導に使用される信号であり得る。

さらに、主制御部１０４は、車両１００の様々な構成要素からフィードバック信号および／または情報信号を受け取ることができる。特に、主制御部１０４は、衛星利用測位受信機１０２からの位置情報、操舵構成要素１１０からの操舵角情報、操舵制御部１１６からの操舵制御情報、および／または車両自動誘導システム内の他の信号を受け取ることができる。

通信回路網１０６は、コントロールド・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）・バスまたはシリアル・バス（たとえばＲＳ２３２シリアル・バス）などの通信バスでもよい。一部の実施形態では、通信回路網１０６は、ブルートゥース、Ｗｉ−Ｆｉ、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、ＷＬＡＮ、または別の無線技法を介する無線通信回路網を備え得る。同様に、通信回路網１０６は、並列データ接続を備え得る。一部の実施形態では、通信回路網１０６には、２つ以上の通信技法を組み入れることができる。たとえば、主制御部１０４と操舵制御部１１６とは、ＣＡＮバスを介する通信回路網１０６上で接続され得、操舵センサ１１０は、直接の電気的接続を使用する通信回路網１０６上で主制御部１０４に情報を伝送することができる。通信技法の他の組合せを同様に用いることができる。

操舵センサ１１０は、操舵シャフト１１２に取り付け、操舵シャフト１１２に整列させて取り付け、または別の適切な態様で取り付けることができ、車両１００の操舵角を求めることができるセンサであり得る。操舵センサ１１０は、操舵ユニット１０８内の動き、具体的には操舵シャフト１１２の動きを検出することができるトルク・センサ、角度センサ、回転センサなどの任意の適切なタイプのセンサでよい。同様に、操舵輪１１４が操舵シャフト１１２に結合され得、それにより、操舵輪１１４がオペレータによって廻されると、操舵シャフト１１２がそれに対応して廻され、操舵センサ１１０がそのような動きを示度することができる。図１では操舵シャフト１１２が操舵輪１１４および操舵制御部１１６に直接結合されているものとして示されているが、操舵シャフト１１４は、当技術分野で周知の１つまたは複数の操舵リンクまたは他の操舵構成要素を備え得、直接の連結を必ずしも必要としないことが理解されよう。

操舵制御部１１６は、主制御部１０４から制御信号を受け取り、車両１００の運動を操舵および／または制御することが可能であり得る。すなわち、操舵制御部１１６は、自動誘導車両の自動操舵機能に用いられる１つまたは複数の構成要素を備え得る。同様に、操舵制御部１１６はまた、主制御部１０４および／または別の信号源（たとえば操舵センサ１１０）から制御信号を受け取って、車両１００の自動操舵および／または自動誘導を係合および／または解除させることができる。

一部の実施形態では、衛星利用測位受信機１０２、主制御部１０４、操舵ユニット１０８の構成要素、および／または操舵制御部１１６は、コンピュータまたはコンピュータ・システムによって、またはそれらに関連して通常使用される構成要素または装置を実装され、かつ／または備え得る。図１に明白には示されていないが、衛星利用測位受信機１０２、主制御部１０４、操舵ユニット１０８、および／または操舵制御部１１６は、１つまたは複数の中央演算処理装置、読出し専用記憶装置（ＲＯＭ）、および／またはランダム・アクセス記憶装置（ＲＡＭ）を備え得る。衛星利用測位受信機１０２、主制御部１０４、操舵ユニット１０８、および／または操舵制御部１１６はまた、位置または場所情報などの適切なデータおよび／または情報、自動誘導制御ルーチンおよび指令、ならびに車両操舵情報を記憶する１つまたは複数のデータ・ベース、本発明の方法を実行するための１つまたは複数のプログラムまたは幾組もの命令、および／または、あらゆる周辺装置を含めて任意のコンピュータ構成要素またはシステムを備え得る。

本発明の一部の実施形態によれば、プログラム（たとえば制御部ソフトウェア）の命令は、別の媒体から衛星利用測位受信機１０２、主制御部１０４、操舵ユニット１０８、および／または操舵制御部１１６の記憶装置に、ＲＯＭ装置からＲＡＭ装置へまたはＬＡＮアダプタからＲＡＭ装置へというふうに、読み込まれ得る。プログラム中の一連の命令を実行することにより、衛星利用測位受信機１０２、主制御部１０４、操舵ユニット１０８、および／または操舵制御部１１６に、本明細書に記載された方法の１つまたは複数のステップを遂行させる。別の実施形態では、配線回路または集積回路が、本発明のプロセスを実行するソフトウェア命令の代わりに、またはそれと組み合わせて使用され得る。したがって、本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアのいかなる特定の組合せにも限定されない。記憶装置は制御部用のソフトウェアを記憶することができ、その制御部は、ソフトウェア・プログラムを実行し、それによって、本発明に従い、とりわけ以下に詳細に記載される方法に従って作動するように適合され得る。ただし、本明細書に記載された発明は、広範囲のプログラム技法、ならびに汎用ハードウェア・サブシステムまたは専用制御部を使用する多くの様々な態様で実行することができることが、当業者には理解されよう。

そのようなプログラムは、圧縮、未コンパイル、および／または暗号形式で記憶され得る。プログラムには、さらに、オペレーティング・システム、データ・ベース管理システム、およびデバイス・ドライバなどの、制御部をコンピュータの周辺装置および他の装置／構成要素に接続することを可能にするのに一般に有用であり得るプログラム要素を含み得る。適切な汎用プログラム要素は、当業者には周知であり、本明細書に詳細に説明する必要はない。

作動に際し、車両１００は、図３に示す自動誘導の方法３００を実行することができる。その方法は、ステップ３０２から開始される。

ステップ３０４では、自動操舵機能が開始される。自動操舵機能は、自動誘導システムおよび／または自動誘導制御ルーチンの一部であり得る。操舵制御部１１６は、主制御部１０４から制御信号を受け取ることができ、車両１００の操舵を誘導することができる。一部の実施形態では、それは、操舵シャフト１１２上に制御を加え、いわゆるリアクション型操舵で自動操舵車両を自動誘導することによって達成される。あるいは、自動操舵中は操舵制御部１１６が操舵シャフト１１２を切り離すことができ、それにより、操舵シャフト１１２（また、ひいては操舵輪１１４）は自動誘導中のいかなる操舵および／または回転操作に対しても応答して回転することがなくなる。これは、通常、ノン・リアクション型操舵と呼ばれる。

ステップ３０６では、手動操舵入力が検出されたか否かが判断される。手動操舵入力は、オペレータが、自動操舵中に操舵輪１１４を回転させると生じ得る。オペレータは、障害物を避けるなど緊急な場合に手動操舵に戻そうとする。操舵輪１１４が廻されると、操舵シャフト１１２もまた廻され得る。上記のように、操舵センサ１１０が、操舵シャフト１１２の動きを検出するように取り付けられているので、操舵センサ１１０は、容易に（たとえば即座に）手動操舵入力を検出する。

リアクション型操舵では、操舵センサ１１０は、想定されるよりも大きい操舵シャフト１１０のあらゆる動きを検出することができる。すなわち、操舵シャフト１１２および操舵輪１１４は、自動操舵状態で正規コースで運転されている車両１００の操舵に応答して回転するので（たとえば、軽微なコース修正、バウンド、輪の動きなど）、操舵センサ１１０は、手動操舵入力が加えられたことを示す閾値を超える操舵シャフト１１０の動きを検出するように適合され得る。

ノン・リアクション型操舵では、操舵シャフト１１２は、自動操舵中は、操舵ユニット１０８および／または操舵制御部１１６から切り離されている。したがって、操舵センサ１１０によって検出された手動入力を示す閾値は、リアクション型操舵よりも低くなり得る。すなわち、手動操舵入力を示す大きさより小さいある大きさの不注意な動きが操舵センサ１１０によって検出されることがあり得る。

手動操舵入力が、ステップ３０６で検出されると、方法はステップ３０８へ移行する。検出されない場合には、制御はステップ３０６に戻って、手動操舵入力を待ち続ける。

ステップ３０８では、手動操舵入力情報が伝送される。操舵センサ１１０が、それ自体で、または操舵ユニット１０８と連携して、検出した手動操舵入力情報を、主制御部１０４および／または他の制御部（たとえば操舵制御部１１６）などの他の構成要素へ伝送する。上記にステップ３０６に関して説明したように、操舵センサ１１０は、操舵シャフト１１２の全ての動きを検出することができるが、操舵量（たとえば、操舵シャフト１１２が回転させられた角度）が所定の閾値を超えたときにのみ手動操舵入力を示す信号を主制御部１０４へ伝送するようにすることができる。あるいは、操舵センサ１１０は、全ての操舵角度変化を主制御部１０４および／または操舵制御部１１６へ伝送することができ、これらの制御部が、手動制御入力が入力されたか否かを判定するようにすることができる。

ステップ３１０では、手動操舵入力の検出に応答して、自動操舵が無効にされる。ステップ３０８で伝送される、操舵センサ１１０または別の信号源からの手動操舵入力を示す信号を受け取ると、主制御部１０４および／または操舵制御部１１６は、自動操舵を無効にすることができる。これは、操舵ユニット１０８および／または操舵制御部１１６への自動誘導および／または自動操舵制御信号の送出を停止し、または、手動操舵が取り止められた場合に自動操舵機能を迅速にオンラインに戻すことができるように信号を一時休止することによって達成される。この代替形態は、オペレータが、障害物を廻るのに操舵輪１１４を介して車両１００を手動で操舵することがあるが、障害物を通過した後は操舵輪１１４を放して、自動誘導システムに自動操舵およびコース修正を再開させて迅速に車両１００を最初に意図した経路に戻すことがあるので有用であり得る。
方法は、ステップ３１２で終了する。

例示的実施形態では、本明細書に記載されたシステム、装置、方法は、トラクタ、収穫機、噴霧機、コンバインなどの農業用車両の自動誘導または自動操舵に使用され得る。上記では自動操舵システムの制御との関連で記述したが、操舵センサ１１０の付加は、別の有用な特徴および機能を有し得る。操舵センサ１１０は、操舵角度、角度変化率、および／または他の適切な情報を、主制御部および／または操舵制御部１１６へ送ることができる。そのような情報は、主制御部および／または操舵制御部１１６によって、非自動誘導運転中の車両１００の転回の鋭さを向上させるために使用することができる。このようにして、バリアブルレート・ステアリング制御を採用することができる。バリアブルレート・ステアリング制御は、車両１００が通常の自動車と同様に作動することを可能にすることができ、操作性および／または使用の容易さを向上させ、より快適な作業環境を提供する。

前述の説明は、本発明の特定の実施形態のみを開示しており、本発明の範囲に包含される、上記に開示された方法および装置の変更形態が、当業者には直ちに明らかになるであろう。たとえば、上記の操舵シャフトに整列して結合された操舵センサとして先ずは説明したが、操舵センサは、同じ機能を達成するために、操舵ユニット１０８のいずれの場所および／または車両１００の駆動経路上の別の場所に用いかつ／または配置してもよいことが理解されよう。さらに、方法のステップでは別々のユニットとして説明したが、衛星利用測位システムと主制御部は１つのユニットでもよく、したがって、方法内でのそれらの機能は統合され得る。同様に、明白に説明されていない場合でも、別の構成要素が方法３００のそれぞれの機能を果たすこともできる。

以上の「発明を実施するための形態」は、あらゆる意味で説明的かつ例示的であり、限定するものではないことを理解されたい。また、本明細書に開示された本発明の範囲は、「発明を実施するための形態」によって決定されるものではなく、特許法によって認められる全範囲に則って解釈される特許請求の範囲によって決定されるものである。本明細書に示され記載された実施形態は、単に本発明の原理を例示したものであり、様々な変更形態が、本発明の範囲および主旨から逸脱することなく、当業者によって実現され得ることを理解されたい。当業者は、本発明の範囲および主旨を逸脱することなく、様々な他の特徴の組合せを実現することができるであろう。

Claims (12)

1. 自動誘導車両を操舵する方法であって、
   前記車両の操舵シャフトに結合された操舵センサを使用して手動操舵入力を検出することと、
   手動操舵入力の検出に応答して前記車両の自動操舵を無効にすることと
   を含む方法。
2. 手動操舵入力を検出する前に前記自動誘導車両の自動操舵を開始すること
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記車両の自動操舵を無効にするように適合された制御部に、前記検出された手動操舵入力についての情報を伝送すること
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 手動操舵入力の検出に応答して前記車両の自動操舵を無効にすることが、自動操舵制御信号の送出を停止することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 操舵シャフトと、
   前記操舵シャフトに結合され、手動操舵入力を検出するように適合された操舵センサと、
   前記操舵センサによる手動操舵入力の検出に応答して無効になるように適合された自動誘導システムと
   を備える車両。
6. 前記操舵センサが回転センサである、請求項５に記載の車両。
7. 前記操舵センサがトルク・センサである、請求項５に記載の車両。
8. 前記自動誘導システムが、
   自動操舵制御信号を伝送するように適合された制御部と、
   前記操舵制御信号を受け取り、前記車両を自動的に操舵するように適合された操舵制御部と
   を備える、請求項５に記載の車両。
9. 車両の操舵シャフトに結合された、手動操舵入力を検出する手段と、
   手動操舵入力を検出する前記手段による手動操舵入力の検出に応答して、前記車両の自動操舵を無効にする手段と
   を備える装置。
10. 手動操舵入力を検出する前に前記車両の自動操舵を開始する手段
    をさらに備える、請求項９に記載の装置。
11. 前記検出された手動操舵入力についての情報を前記車両の自動操舵を無効にする手段へ伝送する手段
    をさらに備える、請求項９に記載の装置。
12. 手動操舵入力の検出に応答して前記車両の自動操舵を無効にする前記手動が、自動操舵制御信号の送出を停止する手段を備える、請求項９に記載の装置。

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