JP7606830B2 - 無人車両の制御システム、無人車両、及び無人車両の制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、無人車両の制御システム、無人車両、及び無人車両の制御方法に関する。

特許文献１に開示されているように、鉱山のような広域の作業現場において、無人車両が稼働する。

特開２０２０－０２１２８０号公報

無人車両は、走行コースに従って作業現場を走行する。無人車両の走行速度が高くなると、無人車両が走行コースから逸脱する可能性がある。無人車両が走行コースから逸脱すると、無人車両の稼働が停止し、作業現場の生産性が低下する可能性がある。

本開示は、無人車両が稼働する作業現場の生産性の低下を抑制することを目的とする。

本開示に従えば、無人車両が走行コースに従って走行するように、前記無人車両の要求ステアリング速度を算出する要求ステアリング速度算出部と、ステアリングセンサにより検出された前記無人車両の実ステアリング速度を取得する実ステアリング速度取得部と、前記要求ステアリング速度と前記実ステアリング速度との比較結果に基づいて、前記無人車両の走行速度を調整する走行制御部と、を備える、無人車両の制御システムが提供される。

本開示によれば、無人車両が稼働する作業現場の生産性の低下が抑制される。

図１は、実施形態に係る無人車両の管理システムを示す模式図である。 図２は、実施形態に係る無人車両を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る作業現場を示す模式図である。 図４は、実施形態に係るコースデータを説明するための模式図である。 図５は、実施形態に係る無人車両の制御システムを示す機能ブロック図である。 図６は、実施形態に係る無人車両の走行条件を説明するための模式図である。 図７は、実施形態に係る無人車両の制御方法を示すフローチャートである。 図８は、実施形態に係る無人車両の動作を説明するための模式図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［管理システム］
図１は、実施形態に係る無人車両２の管理システム１を示す模式図である。無人車両２とは、運転者による運転操作によらずに無人で稼働する作業車両をいう。無人車両２は、作業現場において稼働する。作業現場として、鉱山又は採石場が例示される。無人車両２は、無人で作業現場を走行して積荷を運搬する無人ダンプトラックである。鉱山とは、鉱物を採掘する場所又は事業所をいう。採石場とは、石材を採掘する場所又は事業所をいう。無人車両２に運搬される積荷として、鉱山又は採石場において掘削された鉱石又は土砂が例示される。

管理システム１は、管理装置３と、通信システム４とを備える。管理装置３は、コンピュータシステムを含む。管理装置３は、作業現場の管制施設５に設置される。管制施設５に管理者が存在する。管理装置３と無人車両２とは、通信システム４を介して、無線通信する。管理装置３に無線通信機６が接続される。通信システム４は、無線通信機６を含む。管理装置３は、無人車両２の走行条件を示すコースデータを生成する。無人車両２は、管理装置３から送信されたコースデータに基づいて、作業現場において稼働する。

［無人車両］
図２は、実施形態に係る無人車両２を示す模式図である。図１及び図２に示すように、無人車両２は、車両本体２１と、走行装置２２と、ダンプボディ２３と、無線通信機３０と、位置センサ３１と、方位センサ３２と、速度センサ３３と、ステアリングセンサ３４と、制御装置４０とを備える。

車両本体２１は、車体フレームを含む。車両本体２１は、走行装置２２に支持される。車両本体２１は、ダンプボディ２３を支持する。

走行装置２２は、無人車両２を走行させる。走行装置２２は、無人車両２を前進又は後進させる。走行装置２２の少なくとも一部は、車両本体２１よりも下方に配置される。走行装置２２は、車輪２４と、タイヤ２５と、駆動装置２６と、ブレーキ装置２７と、ステアリング装置２８とを有する。

タイヤ２５は、車輪２４に装着される。車輪２４は、前輪２４Ｆと、後輪２４Ｒとを含む。タイヤ２５は、前輪２４Ｆに装着される前タイヤ２５Ｆと、後輪２４Ｒに装着される後タイヤ２５Ｒとを含む。

駆動装置２６は、無人車両２を発進又は加速させるための駆動力を発生する。駆動装置２６として、内燃機関又は電動機が例示される。内燃機関として、ディーゼルエンジンが例示される。駆動装置２６で発生した駆動力が後輪２４Ｒに伝達されることにより、後輪２４Ｒが回転する。後輪２４Ｒが回転することにより、無人車両２が自走する。

ブレーキ装置２７は、無人車両２を停止又は減速させるための制動力を発生する。ブレーキ装置２７として、ディスクブレーキ又はドラムブレーキが例示される。

ステアリング装置２８は、無人車両２の走行方向を調整するための操舵力を発生する。前進する無人車両２の走行方向とは、車両本体２１の前部の方位をいう。後進する無人車両２の走行方向とは、車両本体２１の後部の方位をいう。図２に示すように、ステアリング装置２８は、ステアリングシリンダ５１を有する。ステアリングシリンダ５１は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ５１が発生する操舵力により、前輪２４Ｆが操舵される。前輪２４Ｆが操舵されることにより、無人車両２の走行方向が調整される。

ダンプボディ２３は、積荷が積まれる部材である。ダンプボディ２３の少なくとも一部は、車両本体２１よりも上方に配置される。図２に示すように、ダンプボディ２３は、ホイストシリンダ５２の作動により昇降する。ホイストシリンダ５２は、油圧シリンダである。ホイストシリンダ５２が発生する昇降力により、ダンプボディ２３は、積載姿勢又はダンプ姿勢に調整される。積載姿勢とは、ダンプボディ２３が下降している姿勢をいう。ダンプ姿勢とは、ダンプボディ２３が上昇している姿勢をいう。

図２に示すように、無人車両２は、油圧ポンプ５３と、バルブ装置５４と、作動油タンク５５とを有する。

油圧ポンプ５３は、駆動装置２６で発生した駆動力により作動する。油圧ポンプ５３は、ステアリングシリンダ５１及びホイストシリンダ５２のそれぞれを駆動するための作動油を吐出する。油圧ポンプ５３は、作動油タンク５５に収容されている作動油を吸引して吐出する。

バルブ装置５４は、ステアリングシリンダ５１及びホイストシリンダ５２のそれぞれに供給される作動油の流通状態を調整する。バルブ装置５４は、制御装置４０からの制御指令に基づいて作動する。バルブ装置５４は、ステアリングシリンダ５１に供給される作動油の流量及び方向を調整可能な第１の流量調整弁と、ホイストシリンダ５２に供給される作動油の流量及び方向を調整可能な第２の流量調整弁とを含む。

ステアリングシリンダ５１は、ボトム室５１Ｂとヘッド室５１Ｈとを有する。油圧ポンプ５３から吐出された作動油がバルブ装置５４を介してボトム室５１Ｂに供給されると、ステアリングシリンダ５１は、伸びる。油圧ポンプ５３から吐出された作動油がバルブ装置５４を介してヘッド室５１Ｈに供給されると、ステアリングシリンダ５１は、縮む。ステアリングシリンダ５１から排出された作動油は、バルブ装置５４を介して作動油タンク５５に戻される。前輪２４Ｆは、リンク機構を介してステアリングシリンダ５１に連結される。ステアリングシリンダ５１が伸縮することにより、前輪２４Ｆが操舵される。

ホイストシリンダ５２は、ボトム室５２Ｂとヘッド室５２Ｈとを有する。油圧ポンプ５３から吐出された作動油がバルブ装置５４を介してボトム室５２Ｂに供給されると、ホイストシリンダ５２は、伸びる。油圧ポンプ５３から吐出された作動油がバルブ装置５４を介してヘッド室５２Ｈに供給されると、ホイストシリンダ５２は、縮む。ホイストシリンダ５２から排出された作動油は、バルブ装置５４を介して作動油タンク５５に戻される。ダンプボディ２３は、ホイストシリンダ５２に連結される。ホイストシリンダ５２が伸縮することにより、ダンプボディ２３が昇降する。

無線通信機３０は、無線通信機６と無線通信する。通信システム４は、無線通信機３０を含む。

位置センサ３１は、無人車両２の位置を検出する。無人車両２の位置は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用して検出される。全地球航法衛星システムは、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）を含む。全地球航法衛星システムは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定されるグローバル座標系の位置を検出する。グローバル座標系とは、地球に固定された座標系をいう。位置センサ３１は、ＧＮＳＳ受信機を含み、無人車両２のグローバル座標系の位置を検出する。

方位センサ３２は、無人車両２の方位を検出する。無人車両２の方位は、無人車両２の走行方向を含む。方位センサ３２として、ジャイロセンサが例示される。

速度センサ３３は、無人車両２の走行速度を検出する。

ステアリングセンサ３４は、ステアリング装置２８のステアリング角度を検出する。ステアリングセンサ３４として、ポテンショメータが例示される。

制御装置４０は、コンピュータシステムを含む。制御装置４０は、車両本体２１に配置される。制御装置４０は、管理装置３と通信可能である。制御装置４０は、走行装置２２を制御する制御指令を出力する。制御装置４０から出力される制御指令は、駆動装置２６を作動させるための駆動指令、ブレーキ装置２７を作動させるための制動指令、及びステアリング装置２８を作動させるための操舵指令を含む。駆動装置２６は、制御装置４０から出力された駆動指令に基づいて、無人車両２を発進又は加速させるための駆動力を発生する。ブレーキ装置２７は、制御装置４０から出力された制動指令に基づいて、無人車両２を停止又は減速させるための制動力を発生する。ステアリング装置２８は、制御装置４０から出力された操舵指令に基づいて、無人車両２を直進又は旋回させるための操舵力を発生する。

［作業現場］
図３は、実施形態に係る作業現場を示す模式図である。実施形態において、作業現場は、鉱山である。鉱山として、金属を採掘する金属鉱山、石灰石を採掘する非金属鉱山、又は石炭を採掘する石炭鉱山が例示される。無人車両２に運搬される積荷として、鉱山において掘削された採掘物が例示される。

作業現場に走行エリア１０が設定される。走行エリア１０は、無人車両２の走行が許可されたエリアである。無人車両２は、走行エリア１０を走行可能である。走行エリア１０は、積込場１１、排土場１２、駐機場１３、給油場１４、走行路１５、及び交差点１６を含む。

積込場１１とは、無人車両２に積荷を積載する積込作業が実施されるエリアをいう。積込作業が実施される場合、ダンプボディ２３は、積載姿勢に調整される。積込場１１において、積込機７が稼働する。積込機７として、油圧ショベルが例示される。積込機７に運転者が搭乗する。積込機７は、運転者の運転操作に基づいて稼働する有人車両である。

排土場１２とは、無人車両２から積荷が排出される排出作業が実施されるエリアをいう。排出作業を実施する場合、ダンプボディ２３は、ダンプ姿勢に調整される。排土場１２に、破砕機８が設けられる。

駐機場１３とは、無人車両２が駐機されるエリアをいう。

給油場１４とは、無人車両２が給油されるエリアをいう。

走行路１５とは、積込場１１、排土場１２、駐機場１３、及び給油場１４の少なくとも一つに向かう無人車両２が走行するエリアをいう。走行路１５は、少なくとも積込場１１と排土場１２とを繋ぐように設けられる。実施形態において、走行路１５は、積込場１１、排土場１２、駐機場１３、及び給油場１４のそれぞれに繋がる。

交差点１６とは、複数の走行路１５が交わるエリア又は１つの走行路１５が複数の走行路１５に分岐するエリアをいう。

［コースデータ］
図４は、実施形態に係るコースデータを説明するための模式図である。管理装置３は、コースデータを生成する。コースデータは、無人車両２の走行条件を示す。コースデータは、走行エリア１０に設定される。無人車両２は、管理装置３から送信されたコースデータに基づいて、走行エリア１０を走行する。コースデータは、コース点１８、無人車両２の走行コース１７、無人車両２の目標位置Ｐｒ、無人車両２の目標方位Ｄｒ、及び無人車両２の目標走行速度Ｖｒを含む。

図４に示すように、走行エリア１０に複数のコース点１８が設定される。コース点１８は、無人車両２の目標位置Ｐｒを規定する。複数のコース点１８のそれぞれに、無人車両２の目標方位Ｄｒ及び無人車両２の目標走行速度Ｖｒが設定される。複数のコース点１８は、間隔をあけて設定される。コース点１８の間隔は、例えば１［ｍ］以上５［ｍ］以下に設定される。コース点１８の間隔は、均一でもよいし、不均一でもよい。

走行コース１７とは、無人車両２の目標走行経路を示す仮想線をいう。走行コース１７は、複数のコース点１８を通過する軌跡によって規定される。制御装置４０は、無人車両２が走行コース１７に従って走行するように、走行装置２２を制御する。実施形態において、制御装置４０は、無人車両２の車幅方向の中心と走行コース１７とが一致した状態で無人車両２が走行するように、走行装置２２を制御する。

無人車両２の目標位置Ｐｒとは、コース点１８を通過するときの無人車両２の目標位置をいう。制御装置４０は、位置センサ３１の検出データに基づいて、コース点１８を通過するときの無人車両２の実際の位置Ｐｓが目標位置Ｐｒになるように、走行装置２２を制御する。制御装置４０は、位置センサ３１の検出データに基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行するように、走行装置２２を制御する。無人車両２の目標位置Ｐｒは、無人車両２のローカル座標系において規定されてもよいし、グローバル座標系において規定されてもよい。

無人車両２の目標方位Ｄｒとは、コース点１８を通過するときの無人車両２の目標方位をいう。目標方位Ｄｒは、基準方位（例えば北）に対する無人車両２の方位角を含む。実施形態において、目標方位Ｄｒは、車両本体２１の前部の目標方位であり、無人車両２の目標走行方向を示す。制御装置４０は、方位センサ３２の検出データに基づいて、コース点１８を通過するときの無人車両２の実際の方位Ｄｓが目標方位Ｄｒになるように、走行装置２２を制御する。例えば、第１のコース点１８における目標方位Ｄｒが第１の目標方位Ｄｒ１に設定されている場合、制御装置４０は、第１のコース点１８を通過するときの無人車両２の実際の方位Ｄｓが第１の目標方位Ｄｒ１になるように、ステアリング装置２８を制御する。第２のコース点１８における目標方位Ｄｒが第２の目標方位Ｄｒ２に設定されている場合、制御装置４０は、第２のコース点１８を通過するときの無人車両２の実際の方位Ｄｓが第２の目標方位Ｄｒ２になるように、ステアリング装置２８を制御する。

無人車両２の目標走行速度Ｖｒとは、コース点１８を通過するときの無人車両２の目標走行速度をいう。制御装置４０は、速度センサ３３の検出データに基づいて、コース点１８を通過するときの無人車両２の実際の走行速度Ｖｓが目標走行速度Ｖｒになるように、走行装置２２を制御する。例えば、第１のコース点１８における目標走行速度Ｖｒが第１の目標走行速度Ｖｒ１に設定されている場合、制御装置４０は、第１のコース点１８を通過するときの無人車両２の実際の走行速度Ｖｓが第１の目標走行速度Ｖｒ１になるように、駆動装置２６又はブレーキ装置２７を制御する。第２のコース点１８における目標走行速度Ｖｒが第２の目標走行速度Ｖｒ２に設定されている場合、制御装置４０は、第２のコース点１８を通過するときの無人車両２の実際の走行速度Ｖｓが第２の目標走行速度Ｖｒ２になるように、駆動装置２６又はブレーキ装置２７を制御する。

［制御システム］
図５は、実施形態に係る無人車両２の制御システム１００を示す機能ブロック図である。制御システム１００は、制御装置４０と、走行装置２２とを含む。管理装置３と、無人車両２の制御装置４０とは、通信システム４を介して、無線通信する。

制御装置４０は、プロセッサ４１と、メインメモリ４２と、ストレージ４３と、インタフェース４４とを有する。プロセッサ４１として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）が例示される。メインメモリ４２として、不揮発性メモリ又は揮発性メモリが例示される。不揮発性メモリとして、ＲＯＭ（Read Only Memory）が例示される。揮発性メモリとして、ＲＡＭ（Random Access Memory）が例示される。ストレージ４３として、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）又はソリッドステートドライブ（ＳＳＤ：Solid State Drive）が例示される。インタフェース４４として、入出力回路又は通信回路が例示される。

インタフェース４４は、走行装置２２、位置センサ３１、方位センサ３２、速度センサ３３、及びステアリングセンサ３４のそれぞれと接続される。インタフェース４４は、走行装置２２、位置センサ３１、方位センサ３２、速度センサ３３、及びステアリングセンサ３４のそれぞれと通信する。

制御装置４０は、コースデータ取得部１０１と、センサデータ取得部１０２と、要求ステアリング速度算出部１０３と、実ステアリング速度取得部１０４と、判定部１０５と、走行制御部１０６とを有する。プロセッサ４１は、コースデータ取得部１０１、センサデータ取得部１０２、要求ステアリング速度算出部１０３、実ステアリング速度取得部１０４、判定部１０５、及び走行制御部１０６として機能する。

コースデータ取得部１０１は、インタフェース４４を介して、管理装置３から送信されたコースデータを取得する。

センサデータ取得部１０２は、インタフェース４４を介して、センサデータを取得する。センサデータは、位置センサ３１の検出データ、方位センサ３２の検出データ、速度センサ３３の検出データ、及びステアリングセンサ３４の検出データの少なくとも一つを含む。

要求ステアリング速度算出部１０３は、無人車両２が走行コース１７に従って走行するように、無人車両２のステアリング装置２８の要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑを算出する。

要求ステアリング速度算出部１０３は、コースデータ取得部１０１により取得されたコースデータ、及びセンサデータ取得部１０２により取得されたセンサデータに基づいて、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑを算出する。実施形態において、要求ステアリング速度算出部１０３は、目標ステアリング角度δ_ｃｏｍとステアリングセンサ３４により検出された実ステアリング角度δ_ｒｅａｌとに基づいて、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑを算出する。

図６は、実施形態に係る無人車両２の走行条件を説明するための模式図である。図６は、無人車両２が旋回するように走行コース１７が設定されている例を示す。図６に示す例において、コース点１８として、コース点１８_（ｉ）からコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}が設定される。無人車両２は、コース点１８_（ｉ）を通過した後にコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}を通過するように、走行エリア１０を走行する。複数のコース点１８のそれぞれに、目標位置Ｐｒ、目標方位Ｄｒ、及び目標走行速度Ｖｒが設定される。

無人車両２の進行方向において、コース点１８_{（ｉ＋ｎ）}は、コース点１８_（ｉ）よりも前方に存在する。要求ステアリング速度算出部１０３は、コース点１８_（ｉ）の目標位置Ｐｒ_（ｉ）とセンサデータ取得部１０２より取得されるセンサデータ（位置センサ３１の検出データ）との差ΔＰｒ_（ｉ）を算出する。また、要求ステアリング速度算出部１０３は、コース点１８_（ｉ）の目標方位Ｄｒ_（ｉ）とセンサデータ取得部１０２より取得されるセンサデータ（方位センサ３２の検出データ）との差ΔＤｒ_（ｉ）を算出する。

要求ステアリング速度算出部１０３は、差ΔＰｒ_（ｉ）、差ΔＤｒ_（ｉ）、コース点１８_{（ｉ＋ｎ）}における目標位置Ｐｒ_{（ｉ＋ｎ）}、及びコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}における目標方位Ｄｒ_{（ｉ＋ｎ）}などに基づいて、コース点１８_（ｉ）からコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}に走行する無人車両２の目標ステアリング角度δ_{ｃｏｍ（ｉ）}を算出する。

実ステアリング角度δ_ｒｅａｌは、ステアリングセンサ３４の検出データである。要求ステアリング速度算出部１０３は、センサデータ取得部１０２からステアリングセンサ３４の検出データである実ステアリング角度δ_ｒｅａｌを取得する。

要求ステアリング速度算出部１０３は、コース点１８_（ｉ）において無人車両２のステアリングセンサ３４により検出された実ステアリング角度δ_{ｒｅａｌ（ｉ）}を取得することができる。

要求ステアリング速度算出部１０３は、目標ステアリング角度δ_ｃｏｍと実ステアリング角度δ_ｒｅａｌとに基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行するための要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑを算出する。要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑは、以下の（１）式に基づいて算出される。

ｖ_ｒｅｑ ＝ （α／Ｔ）×（δ_ｃｏｍ－δ_ｒｅａｌ） …（１）

（１）式において、時間Ｔは、無人車両２が目標到達地点に到達するまでの予想時間である。時間Ｔは、無人車両２の現地点から目標到達時点までの距離と、無人車両２の走行速度Ｖｓとに基づいて算出される。例えばコース点１８_（ｉ）に存在する無人車両２が目標到達地点であるコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}に向かって走行する場合、時間Ｔは、コース点１８_（ｉ）からコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}まで無人車両２が移動するのに要する時間である。時間Ｔは、コース点１８_（ｉ）からコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}までの距離と、コース点１８_（ｉ）を通過するときの無人車両２の走行速度Ｖｓとに基づいて算出される。コース点１８_（ｉ）からコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}までの距離は、コースデータにより規定される。コース点１８_（ｉ）を通過するときの無人車両２の走行速度Ｖｓは、速度センサ３３により検出される。αは、定数である。定数αは、例えば３である。

要求ステアリング速度算出部１０３は、コース点１８_（ｉ）に存在する無人車両２がコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}において走行コース１７から逸脱しないように、要求ステアリング速度ｖ_{ｒｅｑ（ｉ）}を算出する。すなわち、要求ステアリング速度算出部１０３は、（１）式に基づいて、コース点１８_（ｉ）からコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}に走行する無人車両２が走行コース１７から逸脱しないように、要求ステアリング速度ｖ_{ｒｅｑ（ｉ）}を算出する。

実ステアリング速度取得部１０４は、ステアリングセンサ３４により検出された無人車両２のステアリング装置２８の実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌを取得する。実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌは、ステアリングセンサ３４の検出データである。実ステアリング速度取得部１０４は、ステアリングセンサ３４から実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌを取得する。なお、ステアリングセンサ３４がステアリング角度を検出する場合、実ステアリング速度取得部１０４は、ステアリングセンサ３４により検出されたステアリング角度を微分処理することによって、実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌを取得してもよい。

実ステアリング速度取得部１０４は、コース点１８_（ｉ）において無人車両２のステアリングセンサ３４により検出された実ステアリング速度ｖ_{ｒｅａｌ（ｉ）}を取得することができる。

判定部１０５は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの比較結果に基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能か否かを判定する。すなわち、判定部１０５は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの比較結果に基づいて、無人車両２が走行コース１７から逸脱せずに走行可能か否かを判定する。

例えば、判定部１０５は、要求ステアリング速度ｖ_{ｒｅｑ（ｉ）}と実ステアリング速度ｖ_{ｒｅａｌ（ｉ）}との比較結果に基づいて、コース点１８_（ｉ）からコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}に走行する無人車両２が走行コース１７から逸脱せずに走行可能か否かを判定する。

判定部１０５は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑが実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌよりも高く、且つ、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの差が予め定められている閾値βを上回る場合、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能ではないと判定する。すなわち、判定部１０５は、以下の（２）式の条件が成立する場合、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能ではないと判定する。

ｖ_ｒｅｑ － ｖ_ｒｅａｌ ＞ β …（２）

閾値βは、ゼロである。なお、閾値βは、正数でもよい。

（２）式において、実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌは、無人車両２のステアリング装置２８が制御装置４０により最大出力で駆動されたときのステアリングセンサ３４の検出データである。実施形態において、ステアリング装置２８が制御装置４０により最大出力で駆動されたときの実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌを適宜、最大ステアリング速度、と称する。

すなわち、判定部１０５は、第１のコース点１８_（ｉ）に存在する無人車両２のステアリング装置２８が最大ステアリング速度で駆動されても、実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌが要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑに到達することができないと判定した場合、無人車両２よりも前方の第２のコース点１８_{（ｉ＋ｎ）}において無人車両２が走行コース１７から逸脱すると判定し、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能ではないと判定する。

一方、判定部１０５は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの差が閾値β以下である場合、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能であると判定する。実施形態において、判定部１０５は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑが実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌ以下である場合、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能であると判定する。

走行制御部１０６は、コースデータ取得部１０１により取得されたコースデータに基づいて、走行装置２２を制御する。また、走行制御部１０６は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの比較結果に基づいて、無人車両２の走行速度Ｖｓを調整する。

走行制御部１０６は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの比較結果に基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能ではないと判定部１０５により判定された場合、無人車両２の走行速度Ｖｓを低減させる。

無人車両２が第１のコース点１８を通過するときの実際の走行速度をＶｓとしたとき、走行制御部１０６は、走行速度Ｖｓから（３）式で示す走行速度Ｖｔ以下になるように、走行速度Ｖｓを低減する。

Ｖｔ ≦ （ｖ_ｒｅａｌ ／ ｖ_ｒｅｑ） × Ｖｓ …（３）

走行制御部１０６は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの比較結果に基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能であると判定部１０５により判定された場合、無人車両２をコースデータで規定される目標走行速度Ｖｒに基づいて走行させる。

管理装置３は、コースデータ生成部３Ａと、通信部３Ｂとを有する。

コースデータ生成部３Ａは、無人車両２の走行条件を示すコースデータを生成する。管制施設５の管理者は、管理装置３に接続されている入力装置９を操作して、無人車両２の走行条件を管理装置３に入力する。入力装置９として、タッチパネル、コンピュータ用キーボード、マウス、又は操作ボタンが例示される。入力装置９は、管理者に操作されることにより、入力データを生成する。コースデータ生成部３Ａは、入力装置９により生成された入力データに基づいて、コースデータを生成する。コースデータ生成部３Ａは、通信部３Ｂ及び通信システム４を介して、無人車両２にコースデータを送信する。

［制御方法］
図７は、実施形態に係る無人車両２の制御方法を示すフローチャートである。管理装置３から制御装置４０にコースデータが送信される。コースデータ取得部１０１は、管理装置３から送信されたコースデータを取得する（ステップＳ１）。

走行制御部１０６は、コースデータに基づいて無人車両２が走行するように、走行装置２２を制御する制御指令を出力する。無人車両２は、コースデータに基づいて、走行エリア１０を走行する。

センサデータ取得部１０２は、センサデータを取得する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において取得されるセンサデータは、位置センサ３１の検出データ、方位センサ３２の検出データ、速度センサ３３の検出データ、及びステアリングセンサ３４の検出データを含む。ステアリングセンサ３４の検出データは、実ステアリング角度δ_ｒｅａｌである。

要求ステアリング速度算出部１０３は、目標ステアリング角度δ_ｃｏｍと実ステアリング角度δ_ｒｅａｌとに基づいて、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑを算出する（ステップＳ３）。

要求ステアリング速度算出部１０３は、ステップＳ１において取得されたコースデータ及びステップＳ２において取得されたセンサデータに基づいて、目標ステアリング角度δ_ｃｏｍを算出する。要求ステアリング速度算出部１０３は、コース点１８の目標位置Ｐｒ、目標方位Ｄｒ、及びセンサデータに基づいて、目標ステアリング角度δ_ｃｏｍを算出する。また、要求ステアリング速度算出部１０３は、ステップＳ２において取得された実ステアリング角度δ_ｒｅａｌを取得する。要求ステアリング速度算出部１０３は、（１）式に基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行するための要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑを算出する。

実ステアリング速度取得部１０４は、ステップＳ２において取得された実ステアリング角度δ_ｒｅａｌに基づいて、実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌを取得する（ステップＳ４）。

判定部１０５は、ステップＳ３において算出された要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと、ステップＳ４において取得された実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとを比較する（ステップＳ５）。

判定部１０５は、ステップＳ５の比較結果に基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能か否かを判定する（ステップＳ６）。

判定部１０５は、（２）式に基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能か否かを判定する。実施形態において、判定部１０５は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑが実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌ以下である場合、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能であると判定する。判定部１０５は、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑが実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌを上回る場合、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能ではないと判定する。

ステップＳ６において、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能であると判定された場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、走行制御部１０６は、コースデータにより規定される目標走行速度Ｖｒに基づいて、無人車両２を走行させる（ステップＳ７）。

ステップＳ６において、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能ではないと判定された場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、走行制御部１０６は、ブレーキ装置２７を作動して、走行速度Ｖｓを低減させた状態で、無人車両２を走行させる（ステップＳ８）。

［効果］
以上説明したように、実施形態によれば、無人車両２を走行コース１７に従って走行させるための要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑが算出される。要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑは、第１のコース点１８の目標位置Ｐｒとセンサデータ（位置センサ３１の検出データ）との差ΔＰｒと、第１のコース点１８の目標方位Ｄｒとセンサデータ（方位センサ３２の検出データ）との差ΔＤｒと、第１のコース点１８よりも前方の第２のコース点１８の目標位置Ｐｒ及び目標方位Ｄｒから導出される目標ステアリング角度δ_ｃｏｍと、第１のコース点１８を無人車両２が通過するときにステアリングセンサ３４により検出される実ステアリング角度δ_ｒｅａｌと、第１のコース点１８から第２のコース点１８まで無人車両２が移動するのに要する時間Ｔと、に基づいて算出される。時間Ｔは、第１のコース点１８から第２のコース点１８までの距離と、第１のコース点１８を通過するときの無人車両２の走行速度Ｖｓとに基づいて算出される。第１のコース点１８から第２のコース点１８までの距離は、コースデータにより規定される。第１のコース点１８を通過するときの無人車両２の走行速度Ｖｓは、速度センサ３３により検出される。また、第１のコース点１８を無人車両２が通過するときの実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌがステアリングセンサ３４により検出される。要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの比較結果に基づいて、無人車両２の走行速度Ｖｓが調整される。これにより、作業現場の生産性の低下が抑制される。

図８は、実施形態に係る無人車両２の動作を説明するための模式図である。図８に示すように、無人車両２が走行コース１７で規定されるカーブを走行する場合、実際の走行速度Ｖｓがコースデータで規定される目標走行速度Ｖｒよりも高い可能性がある。例えば無人車両２が走行する走行エリア１０が降坂路であったり、ダンプボディ２３に積荷が積まれている積荷状態であったりする場合、実際の走行速度Ｖｓが目標走行速度Ｖｒよりも高くなってしまう可能性がある。また、停止状態の無人車両２が発進した直後においても、実際の走行速度Ｖｓが目標走行速度Ｖｒよりも高くなってしまう可能性がある。走行速度Ｖｓが高い状態で無人車両２がカーブに進入すると、無人車両２がカーブを曲がり切れずに、図８の無人車両２Ｄで示すように、走行コース１７を逸脱してしまう可能性がある。

実施形態においては、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの比較結果に基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能ではないと判定された場合、すなわち、走行速度Ｖｓでカーブに進入する無人車両２のステアリング装置２８が最大ステアリング速度で作動されてもカーブを曲がり切れないと判定された場合、ブレーキ装置２７が作動され、無人車両２の走行速度Ｖｓが低減される。無人車両２の走行速度Ｖｓが低減されることにより、無人車両２は、走行コース１７に追従するように走行することができる。無人車両２が走行コース１７から逸脱することが抑制されるので、作業現場の生産性の低下が抑制される。

一方、要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑと実ステアリング速度ｖ_ｒｅａｌとの比較結果に基づいて、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能であると判定された場合、無人車両２の走行速度Ｖｓは低減されない。無人車両２の走行速度Ｖｓが低減されないので、無人車両２は、目的場に短時間で到着することができる。例えば無人車両２が排土場１２に向かって走行している場合、無人車両２の走行速度Ｖｓが低減されないので、無人車両２は、排土場１２に短時間で到着することができる。したがって、作業現場の生産性の低下が抑制される。

［その他の実施形態］
なお、上述の実施形態において、制御装置４０の機能の少なくとも一部が管理装置３に設けられてもよいし、管理装置３の機能の少なくとも一部が制御装置４０に設けられてもよい。例えば、上述の実施形態において、管理装置３が、要求ステアリング速度算出部１０３の機能を有し、管理装置３において変更指令に基づいて算出された要求ステアリング速度ｖ_ｒｅｑが、通信システム４を介して、無人車両２の制御装置４０に送信されてもよい。また、管理装置３が、判定部１０５の機能を有し、判定部１０５の判定結果が、通信システム４を介して、無人車両２の制御装置４０に送信されてもよい。制御装置４０の走行制御部１０６は、無人車両２が走行コース１７に従って走行可能ではないと管理装置３の判定部１０５により判定された場合、無人車両２の走行速度Ｖｓを低減させる。

１…管理システム、２…無人車両、３…管理装置、３Ａ…コースデータ生成部、３Ｂ…通信部、４…通信システム、５…管制施設、６…無線通信機、７…積込機、８…破砕機、
９…入力装置、１０…走行エリア、１１…積込場、１２…排土場、１３…駐機場、１４…給油場、１５…走行路、１６…交差点、１７…走行コース、１８…コース点、２１…車両本体、２２…走行装置、２３…ダンプボディ、２４…車輪、２４Ｆ…前輪、２４Ｒ…後輪、２５…タイヤ、２５Ｆ…前タイヤ、２５Ｒ…後タイヤ、２６…駆動装置、２７…ブレーキ装置、２８…ステアリング装置、３０…無線通信機、３１…位置センサ、３２…方位センサ、３３…速度センサ、３４…ステアリングセンサ、４０…制御装置、４１…プロセッサ、４２…メインメモリ、４３…ストレージ、４４…インタフェース、５１…ステアリングシリンダ、５１Ｂ…ボトム室、５１Ｈ…ヘッド室、５２…ホイストシリンダ、５２Ｂ…ボトム室、５２Ｈ…ヘッド室、５３…油圧ポンプ、５４…バルブ装置、５５…作動油タンク、１００…制御システム、１０１…コースデータ取得部、１０２…センサデータ取得部、１０３…要求ステアリング速度算出部、１０４…実ステアリング速度取得部、１０５…判定部、１０６…走行制御部、Ｐｒ…目標位置、Ｐｓ…位置、Ｖｒ…目標走行速度、Ｖｓ…走行速度、Ｖｔ…走行速度、Ｄｒ…目標方位、Ｄｓ…方位、ΔＤｒ…差、α…定数、β…閾値、ｖ_ｒｅｑ…要求ステアリング速度、ｖ_ｒｅａｌ…実ステアリング速度、δ_ｃｏｍ…目標ステアリング角度、δ_ｒｅａｌ…実ステアリング角度。

Claims (7)

1. 複数のコース点、複数の前記コース点を通過する軌跡である走行コース、無人車両の目標位置、前記コース点に設定された目標方位、及び前記コース点に設定された目標走行速度を含むコースデータを取得するコースデータ取得部と、
   前記コースデータの前記走行コースに従って走行する前記無人車両の位置、方位、走行速度、及び実ステアリング角度の少なくとも一つのセンサデータを取得するセンサデータ取得部と、
   前記無人車両が走行コースに従って走行するように、前記無人車両の要求ステアリング速度を算出する要求ステアリング速度算出部と、
   ステアリングセンサにより検出された前記無人車両の実ステアリング速度を取得する実ステアリング速度取得部と、
   前記要求ステアリング速度と前記実ステアリング速度との比較結果に基づいて、前記無人車両の走行速度を調整する走行制御部と、を備え、
   前記要求ステアリング速度算出部は、前記コースデータ取得部により取得された前記コースデータと前記センサデータ取得部により取得された前記センサデータとに基づいて、目標ステアリング角度を算出し、
   前記目標ステアリング角度と前記実ステアリング角度とに基づいて、第１のコース点に存在する前記無人車両が前記無人車両よりも前方の第２のコース点において前記走行コースから逸脱しないように、前記要求ステアリング速度を算出する、
   無人車両の制御システム。
2. 前記比較結果に基づいて、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能か否かを判定する判定部を備え、
   前記走行制御部は、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能ではないと判定された場合、前記無人車両の走行速度を低減させる、
   請求項１に記載の無人車両の制御システム。
3. 前記判定部は、前記要求ステアリング速度が前記実ステアリング速度よりも高く、且つ、前記要求ステアリング速度と前記実ステアリング速度との差が閾値を上回る場合、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能ではないと判定する、
   請求項２に記載の無人車両の制御システム。
4. 前記判定部は、前記無人車両のステアリング装置が最大ステアリング速度で駆動されても、第２のコース点において前記無人車両が前記走行コースから逸脱すると判定した場合、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能ではないと判定する、
   請求項２に記載の無人車両の制御システム。
5. 前記判定部は、前記要求ステアリング速度が前記実ステアリング速度以下である場合、前記無人車両が前記走行コースに従って走行可能であると判定する、
   請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の無人車両の制御システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の無人車両の制御システムを備える、
   無人車両。
7. 複数のコース点、複数の前記コース点を通過する軌跡である走行コース、無人車両の目標位置、前記コース点に設定された目標方位、及び前記コース点に設定された目標走行速度を含むコースデータを取得することと、
   前記コースデータの前記走行コースに従って走行する前記無人車両の位置、方位、走行速度、及び実ステアリング角度の少なくとも一つのセンサデータを取得することと、
   前記無人車両が走行コースに従って走行するように、前記無人車両の要求ステアリング速度を算出することと、
   ステアリングセンサにより検出された前記無人車両の実ステアリング速度を取得することと、
   前記要求ステアリング速度と前記実ステアリング速度との比較結果に基づいて、前記無人車両の走行速度を調整することと、
   前記コースデータと前記センサデータとに基づいて、目標ステアリング角度を算出することと、
   前記目標ステアリング角度と前記実ステアリング角度とに基づいて、第１のコース点に存在する前記無人車両が前記無人車両よりも前方の第２のコース点において前記走行コースから逸脱しないように、前記要求ステアリング速度を算出することと、を含む。
   無人車両の制御方法。

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