JP6809238B2 - Travel control device and travel control method - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、クローラ式車両の走行制御装置及び走行制御方法に関する。 An embodiment of the present invention relates to a traveling control device and a traveling control method for a crawler type vehicle.
土木建設現場等で使用される建設機械としては、クローラ式車両（「履帯式車両」とも称する）が多用されている。クローラ式車両は左右の走行部が一つの履帯で構成されており、整地環境で使われる車輪式と比べて接地面積が大きい。このため、接地圧が小さくなり不整地走行する車両に適している。操作方法としては、その左右の履帯の速度差により瞬間的な回転運動の繰り返し車両運動の操作が行われる。 Crawler type vehicles (also referred to as "track type vehicles") are often used as construction machines used at civil engineering construction sites and the like. The crawler type vehicle has one track on the left and right running parts, and has a larger ground contact area than the wheel type used in a leveling environment. Therefore, the ground pressure becomes small and it is suitable for a vehicle traveling on rough terrain. As an operation method, the vehicle movement is repeatedly operated by repeating the instantaneous rotational movement due to the speed difference between the left and right crawler belts.
従来、クローラ式車両等の走行制御手法としては、主にＧＰＳ等を用いて走行支援をする装置（例えば、特許文献１）や、画像と走行軌跡を予測して重畳表示させる方法（例えば、特許文献２）が提案されている。 Conventionally, as a traveling control method for a crawler type vehicle or the like, a device that mainly supports traveling by using GPS or the like (for example, Patent Document 1) and a method for predicting and superimposing an image and a traveling locus (for example, a patent). Document 2) has been proposed.
しかし、クローラ式車両では履帯の制御が容易ではなく、車両が意図したとおりに動かずに操作者の度重なる軌道修正／微調整の連続作業が発生する。履帯制御が容易ではない理由は以下の２点が考えられる。第１には、不整地における履帯と地面との非定常なスリップによる並進や回転の滑りによる。スリップは地面の状態（埴土、壌土、砂土など）と水分量（雨期、乾期）、車両状態（速度、重量）によっても変化をするので、走行制御に困難が伴う。 However, in a crawler type vehicle, it is not easy to control the track, and the vehicle does not move as intended, and the operator repeatedly performs continuous track correction / fine adjustment work. There are two possible reasons why track control is not easy. The first is due to translational and rotational slips due to unsteady slips between the tracks and the ground on rough terrain. Since slip changes depending on the condition of the ground (cave soil, loam soil, sand soil, etc.), the amount of water (rainy season, dry season), and the vehicle condition (speed, weight), it is difficult to control the running.
第２には、左右の油機（油圧モータ）の操作入力に対する出力のアンバランスが制御性を困難にしている点である。油圧モータのバランスは特定の速度域（特に、最大速度域）において平衡化されるように最適化されているため、それ以外の速度域（低・中速度域）の場合には左右どちらかの方向に曲がりやすい、あるいは曲がりにくいといった不具合を生じる。熟練者は操作レバーを無意識に微調整することで自然と対応できるが，今後さらに増えることが予想される非習熟者には操作負荷が高い。 Secondly, the imbalance of the output with respect to the operation input of the left and right oil machines (hydraulic motors) makes controllability difficult. Since the balance of the hydraulic motor is optimized to be balanced in a specific speed range (especially the maximum speed range), either left or right in the other speed range (low / medium speed range). Problems such as easy bending in the direction or difficult to bend occur. Experts can respond naturally by unconsciously fine-tuning the operation lever, but the operation load is high for unskilled people who are expected to increase further in the future.
このように、クローラ式車両では、地面との間で滑りを生じたり、左右の履帯を動かすための油機が正しくバランスしていなかったりすることがあり、このような状態で不整地を走行すると、操作者の意図した経路を外れやすくなり、操作者のより一層の注意監視とそれに伴う操作量の微調整が必要となるという傾向がある。 In this way, in a crawler type vehicle, slippage may occur with the ground, or the oil machines for moving the left and right tracks may not be properly balanced, and when traveling on rough terrain in such a state, , It becomes easy to deviate from the route intended by the operator, and there is a tendency that further attention monitoring of the operator and fine adjustment of the operation amount accompanying it are required.
本発明は上記事情に鑑み、逐次変化する走行状態に追従することで操作者の意図した操作を実現可能にした走行制御装置及び走行制御方法を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a travel control device and a travel control method that can realize an operation intended by an operator by following a traveling state that changes sequentially.
上記目的を達成するための第１の形態は、左右の走行部が履帯で構成されたクローラ式車両の走行制御装置であって、履帯速度指令値と履帯速度実測値との偏差を無くす操作量を生成する速度制御部と、前記履帯のスリップを制御するスリップ制御部と、を備え、前記スリップ制御部は、前記クローラ式車両の位置及び姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ曲率半径を推定するスリップ曲率半径推定部と、推定されたスリップ曲率半径を利用したモデル予測によって前記操作量を補正する制御曲率半径演算部と、を具備することを特徴としている。 The first mode for achieving the above object is a traveling control device for a crawler-type vehicle in which the left and right traveling portions are composed of tracks, and the amount of operation for eliminating the deviation between the track speed command value and the track speed actual measurement value. The slip control unit includes a speed control unit for generating the crawler belt and a slip control unit for controlling the slip of the track, and the slip control unit receives the current position signal and attitude signal from the means for measuring the position and attitude of the crawler type vehicle. It is characterized by including a slip radius of curvature estimation unit that inputs and estimates the slip radius of curvature of the track, and a control radius of curvature calculation unit that corrects the operation amount by model prediction using the estimated slip radius of curvature. It is supposed to be.
第２の形態は、左右の走行部が履帯で構成されたクローラ式車両の走行制御装置であって、履帯速度指令値と履帯速度実測値との偏差を無くす操作量を生成する速度制御部と、前記履帯のスリップを制御するスリップ制御部と、を備え、前記スリップ制御部は、前記クローラ式車両の位置・姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ率を推定するスリップ率推定部と、推定されたスリップ率を利用したモデル予測によって前記操作量を補正するスリップ補償部と、を具備すること特徴としている。 The second form is a traveling control device for a crawler vehicle in which the left and right traveling units are composed of tracks, and is a speed control unit that generates an operation amount that eliminates a deviation between the track speed command value and the track speed actual measurement value. A slip control unit that controls the slip of the track is provided, and the slip control unit inputs the current position signal and attitude signal from the means for measuring the position / attitude of the crawler type vehicle to slip the track. It is characterized by including a slip rate estimation unit for estimating the rate and a slip compensation unit for correcting the operation amount by model prediction using the estimated slip rate.
第３の形態は、左右の走行部が履帯で構成されたクローラ式車両の走行制御装置であって、履帯速度指令値と履帯速度実測値との偏差を無くす操作量を生成する速度制御部と、前記履帯のスリップを制御するスリップ制御部と、を備え、前記スリップ制御部は、前記クローラ式車両の位置・姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ曲率半径を推定するスリップ曲率半径推定部と、推定されたスリップ曲率半径を利用したモデル予測によって前記操作量を補正する制御曲率半径演算部と、前記クローラ式車両の位置及び姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ率を推定するスリップ率推定部と、推定されたスリップ率を利用したモデル予測によって前記制御曲率半径演算部で補正された操作量をさらに補正するスリップ補償部と、を具備することを特徴としている。 The third form is a traveling control device for a crawler-type vehicle in which the left and right traveling portions are composed of zonals, and is a speed control unit that generates an operation amount that eliminates a deviation between the zonal speed command value and the zonal speed actual measurement value. The slip control unit includes a slip control unit that controls the slip of the clad, and the slip control unit inputs the current position signal and the attitude signal from the means for measuring the position / attitude of the crawler type vehicle to slip the crest. From the slip radius of curvature estimation unit that estimates the radius of curvature, the control radius of curvature calculation unit that corrects the manipulated variable by model prediction using the estimated slip radius of curvature, and the means for measuring the position and attitude of the crawler type vehicle. The slip rate estimation unit that estimates the slip rate of the cuff by inputting the current position signal and attitude signal, and the manipulated variable corrected by the control radius of curvature calculation unit by model prediction using the estimated slip rate are further added. It is characterized in that it includes a slip compensating unit for correction.
本発明の形態によれば、車両の走行状態を計測し、計測データをフィードバックして操作量を更新する制御則を追加することができ、車両が曲がって走行してしまう等、思い通りに進まないときでも補正された操作量により指示した通りの動作をすることができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to add a control rule that measures the running state of the vehicle, feeds back the measurement data, and updates the operation amount, and the vehicle does not proceed as expected, such as turning. Even at times, the corrected operation amount enables the operation as instructed.
＜はじめに＞
前述したように、クローラ式車両は左右の走行部が一つの履帯で構成されており、整地環境で使われる車両式と比べて接地面積が大きい。このため、接地圧が小さくなり不整地走行する車両に適している。操作方法としては、その左右の履帯の速度差により瞬間的な回転運動の繰り返し車両運動の操作が行われる。
<Introduction>
As described above, the crawler type vehicle has a single track on the left and right running portions, and has a larger ground contact area than the vehicle type used in a leveling environment. Therefore, the ground pressure becomes small and it is suitable for a vehicle traveling on rough terrain. As an operation method, the vehicle movement is repeatedly operated by repeating the instantaneous rotational movement due to the speed difference between the left and right crawler belts.
しかし、理想的な２輪モデルのように大きさと車輪の滑りが無視できる状態では、速度差により車両の挙動は一意に記述できるために制御も容易であるが、実際には以下の理由によりクローラ式車両の挙動を記述することは容易ではない。 However, in a state where the size and wheel slip can be ignored as in an ideal two-wheel model, the behavior of the vehicle can be uniquely described by the speed difference, so it is easy to control, but in reality, the crawler is for the following reasons. It is not easy to describe the behavior of a formula vehicle.
すなわち、履帯には、その回転方向のスリップ（縦滑り）とそれに直行する方向のスリップ（横滑り）の両方が生じる。この内、スリップ（縦滑り）は主に、駆動力が履帯と地面との最大静止摩擦力を超えた時に生じる。縦滑りは、“スリップ率”として表現できる。 That is, the track has both a slip in the direction of rotation (longitudinal slip) and a slip in the direction orthogonal to the slip (side slip). Of these, slip (longitudinal slip) mainly occurs when the driving force exceeds the maximum static friction force between the track and the ground. Vertical slip can be expressed as "slip ratio".
また、不整地走行をするため、滑り量は事前に予測が難しいため逐次算出する必要がある。以下に示す各実施形態は上記知見に基づくものであり、以下の実施形態で行われる走行制御を“走行アシスト制御”とも称する。
＜第１実施形態＞
図１は走行制御装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
In addition, since it travels on rough terrain, it is difficult to predict the amount of slippage in advance, so it is necessary to calculate it sequentially. Each of the following embodiments is based on the above findings, and the traveling control performed in the following embodiments is also referred to as "travel assist control".
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a travel control device.
第１実施形態の走行制御装置２Ａは、図２に示すクローラ式車両４の走行制御をジョイスティック（操縦桿）６から供給される操作量に基づいて実行する。具体的には、変換部８と、油機バランス補償部１０と、スリップ制御部１２Ａと、逆変換部１４とを備えている。
The
走行制御の対象となるクローラ式車両４は、図２に示すように、履帯４２（４２Ｌ，４２Ｒ）により不整地を走行するもので、クローラ式車両４の位置及び姿勢を検出するＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置４６、すなわちＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）／ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）装置４６を備えている。図２中、４８は運転席、５０は荷台、５２は制御装置を示す。
As shown in FIG. 2, the crawler-
変換部８は、ジョイスティック（操縦桿）６からＣＡＮ（Controller Area Network）通信により供給される操作量を履帯速度指令に変換して油機バランス補償部１０に供給する。なお、クローラ式車両４における制御データ等の伝送は、車両で一般的に使用されているＣＡＮ通信による。
The
油機バランス補償部１０は、速度制御部１１で構成される。すなわち、速度制御部１１は、クローラ式車両４の左右の履帯４２Ｌ，４２Ｒの速度、加速度をそれぞれ計測するエンコーダ４４（４４Ｌ，４４Ｒ）の各計測信号をフィードバック信号として入力する。そして、変換部８からの履帯速度指令との各偏差を演算し、左右の油圧ポンプ（油機）のバランスを補償した操作量をスリップ制御部１２Ａに供給する。操作量即ち、補償済み操作指令履帯速度ｖｂは以下の数１で表すことができる。
The oil machine
［数１］
ここで、
［数２］
[Number 2]
である。添字Ｒは右、添字Ｌは左を示し，iはe（エンコーダ）,j（ジョイスティック）,b（補償済み）のいずれかである。ここで、制御量は左右の履帯の速度ｖ＝[ｖL ｖR]である。
ｖL は左履帯４２Ｌの回転速度、ｖR は右履帯４２Ｒの回転速度、ｄは車両重心から各履帯までの距離を示す。ここで、
［数３］
v L is the rotation speed of the left track 42 L , v R is the rotation speed of the right track 42 R , and d is the distance from the center of gravity of the vehicle to each track. here,
[Number 3]
スリップ制御部１２Ａは、スリップ曲率半径推定部１６と、制御曲率半径演算部１８とから構成されている。スリップ曲率半径推定部１６は、クローラ式車両４に設けられたＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置４６で計測された位置信号及び姿勢信号をフィードバック信号として入力してスリップ曲率半径を推定する。具体的な推定方法は後述する。制御曲率半径演算部１８は、スリップ曲率半径推定値により、油機バランス補償部１０で油機の左右バランスが補償された後の履帯速度指令値を補正し、新たな履帯速度指令値を逆変換部１４に供給する。
The
逆変換部１４は、スリップ制御部１２Ａで演算された新たな履帯速度指令値をＣＡＮ信号形式のジョイスティック操作量に変換してクローラ式車両４に供給する。
The
次に、第１実施形態の作用を油機バランス補償部１０の処理と、スリップ制御部１２Ａの処理に分けて説明する。
Next, the operation of the first embodiment will be described separately for the processing of the oil machine
＜油機バランス補償部１０の処理＞
前述したように、左右の油圧モータの操作入力に対して出力にアンバランスが生じると、車両が操作者の意図した経路を外れてしまうことになる。このため、左右の油圧モータのバランスを適正に補償して、クローラ式車両４が操作者の意図した経路を逸脱しないように制御する必要がある。
<Processing of oil machine
As described above, if the output is unbalanced with respect to the operation inputs of the left and right hydraulic motors, the vehicle will deviate from the path intended by the operator. Therefore, it is necessary to properly compensate the balance of the left and right hydraulic motors and control the
油機バランス補償部１０は、エンコーダ４４Ｌ，４４Ｒから履帯速度計測値を入力し、変換部８から供給される履帯速度指令値と履帯速度計測値との偏差を演算する。そして、この偏差がゼロにして左右の履帯４２Ｌ，４２Ｒの走行バランスが一定となるよう左右の油圧モータのバランスを補償する。補償後の操作指令は、スリップ制御部１２Ａに出力される。
The oil machine
＜スリップ制御部１２Ａの処理＞
油機バランス補償部１０で左右の履帯４２Ｌ，４２Ｒを駆動する油圧モータの油圧バランスを補償しても、履帯と地面の間でスリップが発生すると、車両は意図した経路から外れてしまうことがある。スリップ制御部１２Ａは、スリップに起因する走行制御の不具合を是正する。
<Processing of
Even if the oil
まず、操作指令を出力するジョイスティック（操縦桿）６の操作量について説明する。図３に示すように、ジョイスティック６はその操作方向によってｘ−ｙ座標で示される４象限のどの方向に操作されているかによって出力される操作指令が異なってくる。
First, the operation amount of the joystick (control stick) 6 that outputs an operation command will be described. As shown in FIG. 3, the output operation command of the
ジョイスティック６の傾き量Ｊは、左右方向（ｘ方向）の傾き量Ｊxと前後方向（ｙ方向）の傾き量Ｊyにより構成される。この傾き量ＪがＣＡＮ通信により走行制御装置２Ａに、油圧モータに対する速度指令値として出力される。
The inclination amount J of the
また、クローラ式車両４は、曲率半径によって動きが決定される。したがって、所定の制御周期毎に曲率半径を制御することにより走行制御を実行することができる。ここで、制御量は左右の履帯の速度ｖ＝[ｖL ｖR]である。
Further, the movement of the
クローラ式車両４の走行曲率半径ρは、以下の式で表される。
The radius of curvature ρ of the
［数４］
ρ＝ｄ・（ｖL ＋ｖR ）／（−ｖL ＋ｖR ）
ｖL は左履帯４２Ｌの回転速度、ｖR は右履帯４２Ｒの回転速度、ｄは車両重心から各履帯までの距離を示す。
[Number 4]
ρ = d · (v L + v R ) / (-v L + v R )
v L is the rotation speed of the left track 42 L , v R is the rotation speed of the right track 42 R , and d is the distance from the center of gravity of the vehicle to each track.
スリップ曲率半径推定部１６は、所定の制御周期における現時点ｋから１周期前の操作量（左右の履帯の速度）ｖk-1と、ＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置４６からのフィードバック量（車両の速度、角速度）とから今回のスリップ曲率半径ρk dを推定する。
The slip radius of
図４は、クローラ式車両４がＡ地点に位置する時刻ｔ＝ｋからＥ地点に位置するｔ＝ｋ＋３まで、サンプリング時間Δｔ毎に進むクローラ式車両４の動きを示している。この場合、Ａ地点に位置する時刻ｔ＝ｋからＢ地点に位置するｔ＝ｋ＋１までの間に履帯４２Ｌ，４２Ｒに滑りが発生していると仮定する。クローラ式車両４は、曲率半径ρpで示される円Ｏの円周上を動いている。
FIG. 4 shows the movement of the crawler-
Ａ地点からＥ地点まで、一定の前進入力（Ｊx＝０、Ｊy＝１００％、Ｊxはジョイスティック６の横方向（ｘ方向）の傾き量、Ｊyはジョイスティック６の縦方向（ｙ方向）の傾き量）が行われた場合、クローラ式車両４は、理想的には図中の破線上を移動する。しかし、実際には、履帯４２Ｌ，４２Ｒの滑りにより、時刻ｔ＝ｋ＋１では円Ｏ上のＢ地点に位置する。元の直線上に戻るためには、時刻ｔ＝ｋ＋１ から時刻ｔ＝ｋ＋２の間に適当な制御入力、例えば、適切な円Ｏ１を設定し、その円周に沿うような入力を与える。次の時刻ｔ＝ｋ＋２では円Ｏ２（＝Ｏ）を経由するようにすることで滑らかにその直線上に戻るように制御できる。以下、具体的に説明する。
From point A to point E, constant forward input (Jx = 0, Jy = 100%, Jx is the amount of inclination of the
今、∠ＡＯＢの角度θは、θ＝（ｖk・Δｔ）／２πρp k であり、∠ＢＯ１Ｃ（＝φ）と同じである。ただし、ρp はＡ地点からＢ地点に移動するときの曲率半径であり、ＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置４６の計測値を用いて求める。ｖは車両の代表速度であり、以下の式で求められる。ｖL は左側履帯４２Ｌの速度、ｖR は右側履帯４２Ｒの速度である。
Now, the angle θ of ∠AOB is θ = (v k · Δt) / 2πρ p k, which is the same as ∠BO 1 C (= φ). However, ρ p is the radius of curvature when moving from the point A to the point B, and is obtained by using the measured value of the GNSS /
［数５］
ｖ＝（ｖL ＋ｖR ）／２
次に、Ｂ地点からＣ地点までの時間はΔｔ／２であることを考慮すると、角度φは
［数６］
φ＝（ｖk+1・Δｔ／２）／２πρｄ k+1
となる。そのためθ＝φより、曲率半径ρd は以下の式のように求まる。
[Number 5]
v = (v L + v R ) / 2
Next, considering that the time from point B to point C is Δt / 2, the angle φ is [Equation 6].
φ = (v k + 1 · Δt / 2) / 2πρ d k + 1
Will be. Therefore, from θ = φ, the radius of curvature ρ d can be obtained by the following equation.
［数７］
（ｖk・Δｔ）／２πρp k ＝（ｖk+1・Δｔ／２）／２πρｄ k+1
ゆえに、ρｄ k+1 ＝（ｖk+1 ／ｖk ）・ρp k ／２
不整地走行の場合、スリップ率は分散が大きいことが判明しているため、実際は周波数によるフィルタリング（ローパスフィルタ）や統計によるフィルタリング（カルマンフィルタ）を用いてノイズを排除した値を取得する。
[Number 7]
(V k · Δt) / 2πρ p k = (v k + 1 · Δt / 2) / 2πρ d k + 1
Therefore, ρ d k + 1 = (v k + 1 / v k ) · ρ p k / 2
In the case of running on rough terrain, it is known that the slip ratio has a large variance, so in reality, a value excluding noise is obtained by using frequency filtering (low-pass filter) or statistical filtering (Kalman filter).
短時間ではクローラ式車両４と地面とのインタラクション（相互作用）が変わらないと仮定する。すなわち、Ｂ地点からＤ地点へ移動するときにもＡ地点からＢ地点へ移動した時と同じ滑りが発生すると仮定すると、円Ｏ１の曲率半径ρｄを実現するために必要な曲率半径の変化ρΔは、
［数８］
ρd k+1 ＝ρp k ＋ρΔ k+1
ゆえに、ρΔ k+1 ＝ρd k+1 −ρp k
となる。これにより、Ｂ地点（時刻k+1）における理想的な曲率半径ρu k+1は、以下のように求めることができる。
It is assumed that the interaction between the
[Number 8]
ρ d k + 1 = ρ p k + ρ Δ k + 1
Therefore, ρ Δ k + 1 = ρ d k + 1 − ρ p k
Will be. As a result, the ideal radius of curvature ρ u k + 1 at point B (time k + 1) can be obtained as follows.
［数９］
ρu k+1 ＝ｇ・ρΔ k+1 ＋ρk+1
＝ｇ・｛（ｖk+1 ／ｖk ）・ρp k ／２−ρp k ｝＋ρk+1
で求められる。ただし、ｇは追加される曲率半径に対するゲインである。
[Number 9]
ρ u k + 1 = g · ρ Δ k + 1 + ρ k + 1
= G ・ {(v k + 1 / v k ) ・ ρ p k / 2-ρ p k } + ρ k + 1
Is required by. Where g is the gain for the added radius of curvature.
次いで、以下の表１に示すように、左右の履帯４２Ｌ、４２Ｒの各速度に割り振る。割り振るときには、履帯４２Ｌ、４２Ｒの速度の絶対値が小さくなるようにすることで安全に車両の動きを補正することができる。
Next, as shown in Table 1 below, the speeds are assigned to the left and
［表１］
逆変換部１４は、上述のように求められた左右の履帯速度をジョイスティック６の出力に変換してクローラ式車両４に供給する。これは、あらかじめ速度に対するジョイスティックの倒し角のマップを作成しておき、これら用いることで速度指令をＣＡＮ信号であるジョイスティック６の指令に変換する。
The
図５は、第１実施形態の制御（走行アシスト制御）を適用した場合の実験結果を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the experimental results when the control of the first embodiment (running assist control) is applied.
図５に示すように、スタート地点Ｓから理想的には直線ＳＬで示す軌跡で直線状に走行するようにジョイスティック６から操作指令を出力している。しかし、アシスト制御による補正をしない場合には、曲線ＣＬ１で示すように約４０ｍ走行する間に約１２ｍも目的位置からずれてしまうことが確認された。この状態で第１実施形態のアシスト制御を実行すると、曲線ＣＬ２で示すように、ほぼ直線ＳＬと同様の軌跡を保って走行できることが確認された。
As shown in FIG. 5, an operation command is output from the
このように、第１実施形態によれば、地面との間で滑りを生じたり、油機が正しくバランスしていなかったりする状態で不整地を走行する場合でも、操作者の意図した経路を外れることなく走行することが可能になる。このため、操作者は、ジョイスティック６による操作量の微調整を行う必要がなく、操作性が向上する。
＜第２実施形態＞
図６は走行制御装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。
As described above, according to the first embodiment, even when traveling on rough terrain in a state where slippage occurs with the ground or the oil machine is not properly balanced, the route intended by the operator is deviated. It becomes possible to run without. Therefore, the operator does not need to fine-tune the operation amount by the
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the travel control device. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第２実施形態の走行制御装置２Ｂは、第１実施形態のスリップ制御部１２Ｂに代えてスリップ率推定部２０と、スリップ補償部２２とを備えたスリップ制御部１２Ｂを設けた点を特徴としている。
The
第２実施形態が第１実施形態と大きく異なる点は、制御で補償を行う物理量の違いである。第２実施形態では履帯速度差のみを補償するために直接的、短期的ではあるが、瞬間的なスリップ率の補償を行い，車両と地面とのインタラクションの変化に対する即応性が高い制御となる。このため、スリップ率が変化するときや、動き始め前後のジョイスティック入力が意図した方向からずれる場合を補償しない。一方、第１実施形態の手法では，履帯は瞬間的にはある曲率半径の円弧状を移動することを仮定してその動きを２ステップ先まで考慮している。運動学しか考慮されていない簡易的なものであるものの、時刻ｔ＝ｋ＋１ において時刻ｔ＝ｋ＋２ と時刻ｔ＝ｋ＋３を予測するモデル予測制御と同じであるため、よりジョイスティック入力に対する追従性は高いものとなる。 The major difference between the second embodiment and the first embodiment is the difference in the physical quantity for which compensation is performed by control. In the second embodiment, the slip ratio is compensated for a moment, although it is direct and short-term, in order to compensate only for the track speed difference, and the control is highly responsive to changes in the interaction between the vehicle and the ground. Therefore, it does not compensate when the slip ratio changes or when the joystick input before and after the start of movement deviates from the intended direction. On the other hand, in the method of the first embodiment, it is assumed that the track momentarily moves in an arc shape having a certain radius of curvature, and the movement is considered up to two steps ahead. Although it is a simple one that only considers kinematics, time t = k + 1 At time t = k + 2 Since it is the same as the model prediction control that predicts the time t = k + 3, the followability to the joystick input becomes higher.
図６において、スリップ率推定部２０は、ＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置４６で計測された位置信号及び姿勢信号をフィードバック信号として入力して履帯４２（４２Ｌ，４２Ｒ）のスリップ率を推定する。
In FIG. 6, the slip
スリップ補償部２２は、スリップ率推定値により、油機バランス補償部１０で油機の左右バランスが補償された後の操作量を補正し、新たな操作量を逆変換部１４に供給する。
＜スリップ率推定部の処理＞
スリップ率はＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置４６から供給される位置信号及び姿勢信号から以下の式のようにオンラインで計算することができる。
The
<Processing of slip rate estimation unit>
The slip ratio can be calculated online from the position signal and attitude signal supplied from the GNSS /
［数１０］
ただし、第１実施形態と同様、スリップ率は分散が大きいため、解析結果はフィルタを介して安定化させて取得する必要がある。実際には，αLを左履帯４２Ｌのスリップ率，αRを右履帯４２Ｒのスリップ率とすると，次式にようにすべりを補償して実際の指令履帯速度を算出する。 However, as in the first embodiment, since the slip ratio has a large dispersion, it is necessary to obtain the analysis result after stabilizing it through a filter. Actually, assuming that α L is the slip ratio of the left crawler belt 42 L and α R is the slip ratio of the right crawler belt 42 R , the slip is compensated and the actual command crawler speed is calculated as follows.
［数１１］
算出された指令履帯速度は、逆変換部１４でＣＡＮ信号に変換されてクローラ式車両４に供給される。
＜第３実施形態＞
図７は走行制御装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１、図６と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。
The calculated command track speed is converted into a CAN signal by the
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of the travel control device. The same components as those in FIGS. 1 and 6 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第３実施形態は、第１実施形態の構成と第２実施形態の構成とを統合して、より制御性を向上させた走行制御装置を実現するものである。 The third embodiment integrates the configuration of the first embodiment and the configuration of the second embodiment to realize a traveling control device with further improved controllability.
図７に示すように、第３実施形態の走行制御装置２Ｃは、スリップ曲率半径推定部１６と、制御曲率半径演算部１８と、スリップ率推定部２０と、スリップ補償部２２とからなるスリップ制御部１２Ｃを備えている。
As shown in FIG. 7, the
スリップ制御部１２Ｃでは、スリップ曲率半径推定部１６により、クローラ式車両４のＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置４６から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して履帯のスリップ曲率半径を推定し、制御曲率半径演算部１８により、推定されたスリップ曲率半径を利用したモデル予測によって操作量を補正する。一方、スリップ率推定部２０は、クローラ式車両４のＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置４６から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して履帯のスリップ率を推定し、スリップ補償部２２は、推定されたスリップ率を利用したモデル予測によって制御曲率半径演算部１８で補正された操作量をさらに補正する。
In the
具体的には、制御曲率半径演算部１８で求めたジョイスティックアシスト補正された履帯速度ｖと、スリップ補償ブロックへの速度入力である．そのため，履帯速度ｖを算出するまでは第１実施形態と変わらないが，次式の入力がｖとなる。スリップ率の算出方法は第２実施形態と同じである。
Specifically, it is the joystick assist-corrected track velocity v obtained by the control radius of
［数１２］
第３実施形態によれば、第１実施形態と第２実施形態のそれぞれの利点を組み合わせることにより、より精度の高い走行制御を実現することができる。 According to the third embodiment, more accurate traveling control can be realized by combining the advantages of the first embodiment and the second embodiment.
上述した各実施形態によれば、クローラ式車両４が曲がって走行したり等、操作者の思い通りに進まないときでも補正された操作量により指示した通りの動作をすることができる。車両の操作特性が良好となった結果、オペレータによる遠隔操縦又は搭乗操縦時の負担が軽減できる。また、車両の走行特性が良好となったことにより、オペレータ無しの自律制御時の制御性が向上し、精度の良い車両コントロールが可能となる。
According to each of the above-described embodiments, even when the
以上の各実施形態は、操作入力に対する理想的な出力に近づくように、クローラ式車両４への入力がオーバーライドされ、車両がその補正された入力に従って走行する“走行アシスト機能”を有する。この“走行アシスト機能”は、異なるジョイスティック操作入力（搭乗操作、遠隔操作、外部制御モード）を用いても適用可能であり、適宜、機能のON/OFFを選択することができるものである。
Each of the above embodiments has a "travel assist function" in which the input to the
以上、各実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。 Although the present invention has been described in detail using each embodiment, the present invention is not limited to the embodiments described in the present specification. The scope of the present invention is determined by the description of the scope of claims and the scope equivalent to the description of the scope of claims.
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…走行制御装置、４…クローラ式車両、６…ジョイスティック（操縦桿、操縦レバー）、８…変換部、１０…油機バランス補償部、１１…速度制御部、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…スリップ制御部、１４…逆変換部、１６…スリップ曲率半径推定部、１８…制御曲率半径演算部、２０…スリップ率推定部、２２…スリップ補償部、４２（４２Ｌ，４２Ｒ）…履帯、４４（４４Ｌ，４４Ｒ）…エンコーダ、４６…衛星測位装置/慣性測量装置（ＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置）、４８…運転席、５０…荷台 2A, 2B, 2C ... Travel control device, 4 ... Crawler type vehicle, 6 ... Joystick (control stick, control lever), 8 ... Conversion unit, 10 ... Oil machine balance compensation unit, 11 ... Speed control unit, 12A, 12B, 12C ... Slip control unit, 14 ... Inverse conversion unit, 16 ... Slip radius of curvature estimation unit, 18 ... Control radius of curvature calculation unit, 20 ... Slip rate estimation unit, 22 ... Slip compensation unit, 42 (42L, 42R) ... Shoe band, 44 (44L, 44R) ... Encoder, 46 ... Satellite positioning device / inertial measurement unit (GNSS / IMU device), 48 ... Driver's seat, 50 ... Loading platform
Claims (6)
履帯速度指令値と履帯速度実測値との偏差を無くす操作量を生成する速度制御部と、
前記履帯のスリップを制御するスリップ制御部と、を備え、
前記スリップ制御部は、
前記クローラ式車両の位置及び姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ曲率半径を推定するスリップ曲率半径推定部と、
推定されたスリップ曲率半径を利用したモデル予測によって前記操作量を補正する制御曲率半径演算部と、
を具備することを特徴とする走行制御装置。 It is a running control device for crawler type vehicles whose left and right running parts are composed of tracks.
A speed control unit that generates an operation amount that eliminates the deviation between the track speed command value and the track speed actual measurement value,
A slip control unit for controlling the slip of the track is provided.
The slip control unit
A slip radius of curvature estimation unit that estimates the slip radius of curvature of the cuff by inputting the current position signal and attitude signal from the means for measuring the position and posture of the crawler type vehicle.
A control radius of curvature calculation unit that corrects the manipulated variable by model prediction using the estimated slip radius of curvature,
A traveling control device characterized by comprising.
履帯速度指令値と履帯速度実測値との偏差を無くす操作量を生成する速度制御部と、
前記履帯のスリップを制御するスリップ制御部と、を備え、
前記スリップ制御部は、
前記クローラ式車両の位置及び姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ曲率半径を推定するスリップ曲率半径推定部と、
推定されたスリップ曲率半径を利用したモデル予測によって前記操作量を補正する制御曲率半径演算部と、
前記クローラ式車両の位置及び姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ率を推定するスリップ率推定部と、
推定されたスリップ率を利用したモデル予測によって前記制御曲率半径演算部で補正された操作量をさらに補正するスリップ補償部と、
具備することを特徴とする走行制御装置。 It is a running control device for crawler type vehicles whose left and right running parts are composed of tracks.
A speed control unit that generates an operation amount that eliminates the deviation between the track speed command value and the track speed actual measurement value,
A slip control unit for controlling the slip of the track is provided.
The slip control unit
A slip radius of curvature estimation unit that estimates the slip radius of curvature of the cuff by inputting the current position signal and attitude signal from the means for measuring the position and posture of the crawler type vehicle.
A control radius of curvature calculation unit that corrects the manipulated variable by model prediction using the estimated slip radius of curvature,
A slip rate estimation unit that estimates the slip rate of the track by inputting the current position signal and posture signal from the means for measuring the position and posture of the crawler type vehicle.
A slip compensation unit that further corrects the manipulated variable corrected by the control radius of curvature calculation unit by model prediction using the estimated slip ratio,
A traveling control device characterized by being provided.
当該油機バランス補償部は、装置外部から入力された前記履帯速度指令値と左右の前記履帯の速度を計測するエンコーダで計測された履帯速度計測値との偏差を演算して左右の履帯の走行バランスが一定となるよう左右の油機のバランスを補償する請求項１乃至３の何れか１項に記載の走行制御装置。 The speed control unit is composed of an oil machine balance compensation unit.
The oil machine balance compensator calculates the deviation between the track speed command value input from the outside of the device and the track speed measurement value measured by the encoder that measures the speed of the left and right tracks, and travels the left and right tracks. The traveling control device according to any one of claims 1 to 3, which compensates for the balance of the left and right oil machines so that the balance becomes constant.
履帯速度指令値と履帯速度実測値との偏差を無くす操作量を生成するステップと、
前記履帯のスリップを制御するステップと、を備え、
前記スリップを制御するステップは、
前記クローラ式車両の位置及び姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ曲率半径を推定し、
推定されたスリップ曲率半径を利用したモデル予測によって前記操作量を補正する、
ことを特徴とする走行制御方法。 This is a method of controlling the running of a crawler-type vehicle whose left and right running parts are composed of tracks by a computer.
A step to generate an operation amount that eliminates the deviation between the track speed command value and the track speed actual measurement value,
With a step to control the slip of the track,
The step of controlling the slip is
The current position signal and attitude signal are input from the means for measuring the position and attitude of the crawler type vehicle to estimate the slip radius of curvature of the track.
The manipulated variable is corrected by model prediction using the estimated slip radius of curvature.
A driving control method characterized by that.
履帯速度指令値と履帯速度実測値との偏差を無くす操作量を生成するステップと、
前記履帯のスリップを制御するステップと、を備え、
前記スリップを制御するステップは、
前記クローラ式車両の位置及び姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ曲率半径を推定し、
推定されたスリップ曲率半径を利用したモデル予測によって前記操作量を補正し、
前記クローラ式車両の位置及び姿勢を計測する手段から現在の位置信号及び姿勢信号を入力して前記履帯のスリップ率を推定し、
推定されたスリップ率を利用したモデル予測によって、前記推定されたスリップ曲率半径を利用したモデル予測で補正された操作量をさらに補正する、
ことを特徴とする走行制御方法。 This is a method of controlling the running of a crawler-type vehicle whose left and right running parts are composed of tracks by a computer.
A step to generate an operation amount that eliminates the deviation between the track speed command value and the track speed actual measurement value,
With a step to control the slip of the track,
The step of controlling the slip is
The current position signal and attitude signal are input from the means for measuring the position and attitude of the crawler type vehicle to estimate the slip radius of curvature of the track.
The manipulated variable is corrected by model prediction using the estimated slip radius of curvature.
The current position signal and posture signal are input from the means for measuring the position and posture of the crawler type vehicle, and the slip ratio of the track is estimated.
The model prediction using the estimated slip ratio further corrects the manipulated variable corrected by the model prediction using the estimated slip radius of curvature.
A driving control method characterized by that.
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