WO1997037241A1 - Detecteur de vitesse de vehicule - Google Patents

Description

明細書

車速検出装置 技術分野

本発明は、 車速検出装置に関し、 よ り詳し く は特にブル ドーザ等 の建設機械に搭載されて ドッ プラーセンサを用いて対地車速を検出 する車速検出装置に関する ものである。

背景技術

従来、 車両の対地速度を検出する車速検出装置と して、 ドッ ブラ 一センサを用いるものが知られている。 この検出装置は、 車両上か ら地面に対して所定のビーム俯角 0で電磁波 （電波も し く は超音波 ) を放射するとと もに、 地面から反射されてきた電磁波を受信する よ うにされ、 これら放^波と受信波とに基づいて次式により ドッ ブ ラー変移周波数 （ビー ト波周波数） f d を演算する ものである。 f d 2 f v c o s 0ノ C ① で、

f t ： 送信周波数

C ： 電磁波伝播速度 （光速も しく は音速）

V ： 旱 M 速度

ところで、 この従来の車速検出装置においては、 ドッ プラーセン サを車体に取り付けて車両の実速度を検出する際に、 車体の動揺 （ ピッチング， 上下動， ョーイ ング） による影響によって速度検出誤 差が生じるために、 正確な対地車速を検出する ことができないとい う問題点があつた。

そこで、 このような問題点に対処するために、 最も影響の大きい ピッチング角速度による速度検出誤差への影響を排除するよう に し たものが、 特開昭 5 3 — 1 7 3 7 6号公報， 特開昭 6 1 — 2 0 1 1 7 6号公報等において提案されている。 このう ち、 特開昭 5 3 — 1 7 3 7 6号公報に開示されているものでは、 移動体に複数個の ドッ ブラーセンサを設け、 これら複数個の ドッ プラーセンサによ り検出 される複数の ドップラー信号を相互補償的に平均するこ とによ り前 記移動体の速度を検出するように構成されている。 また、 特開昭 6 1 — 2 0 1 1 7 6号公報に開示されている ものでは、 ドッ プラーセ ンサの車両重心回りの角速度から速度検出誤差を算出し、 この算出 値に基づいて対地車速値を補正するように構成されている。

一方、 前述のよ うな ドッ プラーセンサを車体に取り付ける際のそ の取付け高さに関しては、 従来、 その ドッ プラーセンサの出力強度 によつて決ま るセンサ仕様に応じて選定されるよ うになつている。

しかしながら、 車体のピッチング動作の影響に基づく 速度検出誤 差に対処する方法と して採られている特開昭 5 3 - 1 7 3 7 6号公 報に開示されている方式では、 複数個の ドッ プラーセンサを使用す る必要があるために、 システムが全体と して髙価になるという問題 点がある。 また、 前記特開昭 6 1 — 2 0 1 1 7 6号公報に開示され ている方式では、 特にブル ドーザのような装軌式車両に適用 した場 合に、 作業種別も しく は地面形状によって車両の回転中心が変化す ることから、 十分な補正精度が得られないという問題点がある。

—方、 ドッ プラーセ ンサの取付け高さに関して、 この ドッ プラー センサをブル ドーザ等の建設機械の車体に取り付ける場合、 前記セ ンサ仕様に適合した高さに取り付けよ う とすると、 泥などの付着に よ って信号強度が低下したり、 岩石などと接触して破損する可能性 が高いといつた問題点が発生する。

そこで、 このよ うな問題点を回避するために、 出力強度の大きな センサを使用するとと もにそのセンサを車体の高所部分に取り付け るこ とが考えられる。 と ころが、 このよう にセンサ自体の出力アツ プを図ると、 コス ト高を招く だけでなく 、 このセンサから放射され る電磁波が他の作業車両への外乱になるという問題点がある。 また、 このセンサの所定以上の出力アッ プは法規制の範囲を満たさなく な る可能性もある。

本発明は、 前述のよ うな問題点を解消するためになされたもので、 車体のピッチング動作による補正を精度良く 、 かつ低コス トで行う ことのできる車速検出装置を提供することを第 1 の目的とするもの である。 また、 本発明は、 出力アッ プを図ることなく ドップラーセ ンサを車体の高所部分に取り付けることのできる車速検出装置を提 供することを第 2 の目的とするものである。 発明の開示

前記第 1 の目的を達成するために、 第 1 発明による車速検出装置 は、

ドッ プラーセンサを用いる対地車速検出装置において、

( a ) 車両ピッチングによるその車両の重心回りの角速度を検出す る角速度検出手段、

( b ) 車両ピッチングによるその車両の回転中心を検出する回転中 心検出手段および

( c ) 前記ドップラーセンサよ り得られる対地車速値を、 前記角速 度検出手段より得られる検出値に基づきかつ前記回転中心検出手段 より得られる検出値を加味して補正する車速補正手段

を備える ことを特徴とするものである。

この第 1 発明において、 ドッ プラーセンサにより得られる対地車 速値は、 角速度検出手段よ り検出される車両の重心回りの角速度に 基づいて車速補正手段によって補正される。 この補正に際して、 回 転中心検出手段によ り検出される車両ピッチングによる車両の回転 中心が加味されて、 現実の車両回転中心位置に則した形で補正が実 行される。 こ う して、 補正精度を向上させるこ とができ、 車両ピッ チングの影響を排除した正確な対地車速を算出するこ とが可能とな る。 この結果、 例えば装軌車両における履帯のス リ ッ プ率の定量値 が正確に求められ、 シユース リ ッ プ （履帯滑り） 率に基づく 作業機, エンジン等の制御性能の向上を図ることができる。

次に、 同第 1 の目的を達成するために、 第 2 発明による車速検出 装置は、

ドッ プラーセンサを用いる対地車速検出装置において、

( a ) 車両ピッ チングによるその車両の重心回りの角速度を検出す るとと もに、 この ドッ プラーセンサ自体の回転角速度を検出する角 速度検出手段および ―

( b ) 前記 ドッ プラーセンサよ り得られる対地車速値を、 前記角速 度検出手段よ り得られる検出値に基づき補正する車速補正手段 を備えることを特徴とする ものである。

この第 2発明において、 ドッ プラーセンサにより得られる対地車 速値は、 角速度検出手段より検出される車両の重心回りの角速度に 基づいて車速補正手段によって補正される。 この補正に際して、 車 両のピッチング動作に伴い ドッ プラーセンサ自体が回転するこ とか ら、 この ドッ プラーセンサ自体の回転が加味されて補正が実行され る。 こ う して、 補正精度を向上させるこ とができ、 車両ピッチング の影響を排除した正確な対地車速を算出する こ とが可能となる。

さ らに、 同第 1 の目的を達成するために、 第 3発明による車速検 出装 Sは、

ドッ プラーセンサを用いる対地車速検出装置において、 ( a ) 車両ピッチングによるその車両の重心回りの角速度を検出す るとと もに、 この ドッ プラーセンサ自体の回転角速度を検出する角 速度検出手段、

( b ) 車両ピッチングによるその車両の回転中心を検出する回転中 心検出手段および

( c ) 前記 ドッ プラーセ ンサよ り得られる対地車速値を、 前記角速 度検出手段よ り得られる検出値に基づきかつ前記回転中心検出手段 より得られる検出値を加味して補正する車速補正手段

を備えることを特徴とするものである。

この第 3発明において、 ドッ プラーセンサによ り得られる対地車 速値は、 角速度検出手段よ り検出される車両の重心回りの角速度に 基づいて車速補正手段によって補正される。 この補正に際して、 回 転中心検出手段により検出される車両ピッ チングによる車両の回転 中心が加味されるとと もに、 ドップラーセンサ自体の回転が加味さ れて補正が実行される。 こ う して、 前記第 1 発明および第 2発明の それぞれの有する効果の相乗効果によって補正精度の更なる向上を 図った車速検出装置を得る こ とが可能となる。

前記第 1 発明も し く は第 3発明において、 前記車両は装軌車両で あり、 前記回転中心検出手段は、 この装軌車両の牽引力が所定値を 越える場合に履帯用スプロケッ ト中心下方の接地点を車両の回転中 心と検出し、 前記牽引力が所定値以下の場合に車両の重心下方の接 地点を車両の回転中心と検出するのが好適である。 このよ うに ドー ジング作業の実行中で例えばブレー ドに所定 1上の負荷がかかる状 態は装軌車両の牽引力が所定値を越える ことによって判定される こ とから、 この判定によって当該車両における履帯用アイ ドラ中心が 浮き上がるとと もに、 履帯用スプロケッ ト中心下方の接地点を車両 回転中心と して運転されている状態にあると判断できる。 したがつ て、 この回転中心を加味して補正値を算出するこ とでその補正の精 度を向上させる こ とができる。 こ こで、 車両の回転中心が変化する ことによって ドッ プラーセ ンサの ビーム俯角が変化する ことから、 前記車速補正手段は、 前記履帯用スプロケッ 卜中心下方の接地点が 車両の回転中心と検出される場合に、 車両の傾斜角を前記 ドッ ブラ 一センサのビーム俯角に加算した値に基づいて前記対地車速値を補 正するのが好ま しい。

この車両の回転中心を判定するための他の実施態様と して、 前記 車両は装軌車雨であり、 前記回転中心検出手段は、 履帯用スプロケ ッ ト中心下方の接地点を支点とするブレー ドに加わる反力によるモ —メ ン トが車両の重量によるモーメ ン トよ り大きい場合に履帯用ス プロケッ ト中心下方の接地点を車両の回転中心と検出し、 前記ブレ 一ドに加わる反力によるモ一メ ン トが車両の重量によるモーメ ン ト 以下の場合に車両の重心下方の接地点を車両の回転中心と検出する のが好適である。 このよ う に展帯用スプロケッ ト中心下方の接地点 を支点とするブレー ドに加わる反力によるモ一メ ン トが車両の重量 によるモーメ ン トよ り大きい場合には履帯用アイ ドラ中心が浮き上 がると と もに、 履帯用スプロケッ ト中心下方の接地点を車両回転中 心と して運転されている状態にあると判断される。 したがって、 こ の回耘中心を加味して補正値を算出するこ とでその補正の精度を向 上させることができる。 こ こで、 車両の回転中心が変化するこ とに よって ドッ プラーセンサのビーム俯角が変化することから、 前記車 速補正手段は、 前記履帯用スプロケッ ト中心下方の接地点が車両の 回転中心と検出される場合に、 車両の傾斜角を前記 ドップラーセン ザのビーム俯角に加算した値に基づいて前記対地車速値を補正する のが好ま しい。 また、 前記ブレー ドに加わる反力は、 ブレー ドリ フ ト シリ ンダのス ト ロークから算出されるブレー ド姿勢とそのブレー ドリ フ ト シ リ ンダの油圧から算出されるシリ ンダ軸力とに基づいて 演算され得る。

この車両の回転中心を判定するための更に他の実施態様と して、 前記車両は装軌車両であり、 前記回転中心検出手段は、 履帯用スプ ロケッ ト中心下方の接地点を支点とする リ ツバに加わる反力が上向 き力であってその反力によるモーメ ン トが車両の重量によるモーメ ン トより大きい場合に履帯用アイ ドラ中心下方の接地点を車両の回 転中心と検出し、 前記リ ツバに加わる反力によるモーメ ン トが車両 の重量によるモーメ ン ト £1下の場合に車両の重心下方の接地点を車 両の回転中心と検出するのが好適である。 また、 前記車両は装軌車 両であり、 前記回転中心検出手段は、 履帯用スプロケッ ト中心下方 の接地点を支点とする リ ツバに加わる反力が下向き力であってその 反力によるモーメ ン 卜が車両の重量によるモーメ ン 卜よ り大きい場 合に履帯用スプロケッ ト中心下方の接地点を車両の回転中心と検出 し、 前記リ ッパに加わる反力によるモーメ ン トが車両の重量による モーメ ン ト £1下の場合に車両の重心下方の接地点を車両の回転中心 と検出するのが好適である。 こ こで、 車両の回転中心が変化するこ とによって ドップラーセンサのビーム俯角が変化するこ とから、 前 記車速補正手段は、 前記履帯用アイ ドラ中心下方の接地点も し く は 前記履帯用スプロケッ ト中心下方の接地点が車両の回転中心と検出 される場合に、 車両の傾斜角を前記 ドッ プラーセンサのビーム俯角 に加算した値に基づいて前記対地車速値を補正するのが好ま しい。 また、 前記リ ッパに加わる反力は、 リ ッパリ フ ト ♦ チル ト シリ ンダ のス トロ一クから算出される リ ツバ姿勢とそれら リ ッノ、 'リ フ ト ♦ チ ル ト シリ ンダの油圧から箅出されるシリ ンダ軸力とに基づいて渲算 れ侍る o

次に、 前記第 2の目的を達成するために、 第 4発明による車速検 出装置は、

ドッ プラーセンサを用いる対地車速検出装置において、

( a ) 前記 ドッ プラーセンサの取付け高さ と正規の取付け高さとの 差分に対するその ドッ プラーセンサのビーム俯角補正量を所定の関 数と して記憶する記憶手段、

( b ) 前記 ドッ プラーセ ンサが実際の車両に取り付けられている状 態でのビーム俯角の値を、 前記記憶手段に記億されている ビーム俯 角補正量を加味して渲箅する ビーム俯角演算手段および

( c ) このビーム俯角演算手段によ り渲箅される ビーム俯角に基づ いて車両の対地車速を補正する補正手段

を備えるこ とを特徴とする ものである。

この第 4 発明においては、 予め記憶手段に記憶されている関数に 基づいてビーム俯角補正量が演算され、 このビーム俯角補正量を加 味したビーム俯角に基づいて車両の対地車速が補正されるので、 ド ッ プラーセンサを地面からの反射波強度が十分でないような高所に 取り付けた場合でも、 正確な対地車速を得るこ とができ る。 したが つて、 ドップラーセンサに泥などが付着するこ とによつて信号強度 が低下したり、 岩石などと接触して破損する危険性がなく なると と もに、 このセンサの出力アッ プの必要がなく なるのでコス ト髙を招 く ことがなく 、 法規制も満足する こ とができる。 また、 このように 検出精度が向上する結果、 例えば装軌車両における履帯のスリ ップ 率の定量値が正確に求められ、 シユースリ ッ プ （履帯滑り） 率に基 づく作業機， エンジン等の制御性能の向上を図ることが可能となる, 前記所定の関数は、 前記正規の取付け高さを基準にして、 この取 付け高さが増加するにしたがって前記ビーム俯角補正量が漸増する 関数とするこ とで、 精度の高い対地車速を得ることができる。

こ こで、 前記車両はブル ドーザであり、 前記ドッ ブラーセンサは そのブルドーザのリ ッパを支持する リ ッパフ レームに取り付けられ るのが好ま しい。 こうすることで、 この ドップラーセンサに対する 作業による影響が少ない位置で、 かつ可能な限り低い位置にその ド ップラーセンサを設けることができる。 図面の簡単な説明

図 1 は、 第 1 実施例に係る車速検出装置の構成図、

図 2 ( a ) ( b ) ( c ) は、 第 i 実施例に係る車速検出装置の補 正ロジック説明図①、

図 3 は、 第 1 実施例における車速算出のための処理フローを示す フ ロ一チヤ一ト、

図 4 は、 車両のモーメ ン トバラ ンスを説明する図、

図 5 は、 ドー ジ ング作業時における車両回転中心の移動状態を説 明する図、

図 6 は、 リ ッ ビング作業時における車両回転中心の移動状態を説 明する図①、

図 7 は、 リ ツ ビング作業時における車両回転中心の移動状態を説 明する図②、

図 8 は、 第 2実施例における車速算出のための処理フ ローを示す フ ロ ーチ ヤ 一 ト、

図 9 は、 セ ンサ取付け高さに対する俯角補正量の関係を示すグラ フ、

図 1 0 は、 ドップラーセ ンサの取付け位置を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態

次に、 本発明による車速検出装置の具体的実施例について、 図面 を参照しつつ説明する。

Θ (第 1 実施例）

本実施例はブル ドーザのような装軌車両の速度を検出する車速検 出装置に適用 したものである。 図 1 に示されているように、 この車 速検出装置においては、 ブル ドーザ 1 の車体後部 （例えばリ ツパフ レーム） に ドッ プラーセ ンサ 2が取り付けられ （取り付け高さ h ) 、 この ドッ プラーセ ンサ 2 から地面 3 に対して所定のビーム俯角 （セ ンサ俯角） 0で電磁波ビーム 4 を放射すると と もに、 地面 3 からの 反射波をその ドッ プラーセ ンサ 2 にて受信するようにされ、 これら 放射波と受信波とに基づいてブル ドーザ 1 の対地車速を演算するよ うに構成されている。 なお、 図 1 において ^はビーム方向角であつ て、 通常 ± 5 ° 程度の値である。

次に、 この車速検出装置において、 車両のピッチング角速度によ る影饗を除去するための補正口 ジッ クについて図 2 を参照しながら 説明する。

図 2 ( a ) に示されているよう に、 ブル ドーザ 1 の実車速を V と すると、 電磁波放射方向の速度は V C O S 0であるから、 ドッ ブラ —変移周波数 （ビー ト波周波数） f _d と実速度 V との関係は前述の ように次式で与えられる。 f _d = 2 f t - V C O S 0 / C · · · ① こ こで、

f t ： 送信周波数

C ： 電磁波伝播速度 （光速も しく は音速） 本実施例においては、 車体ピッチングによって ドップラーセンサ 2が車両回耘中心回り に円弧運動を行う とと もに、 この円弧運動に 伴ってその ドッ プラーセ ンサ 2 自体が回転運動を行う点に鑑み、 前 記①式に対して次に示すように ドッ プラーセンサ 2 の円弧運動およ び回転運動による補正項を加味するこ とが考慮されている。

( 1 ) 円弧運動による補正項 A I

図 2 ( b ) に示されているよ う に、 車両が回転中心 5 の回りに回 転する場合を考えると、 ドップラーセンサ 2 とその回転中心 5 との 水平距離を L と した場合、 この ドッ プラーセンサ 2 の回転中心 5 回 りの実効回転半径 r は次式で与えられる。 r = h c o s + L s i η θ

したがって、 この円弧運動による補正項 A , は次式で与えられる,

A 1 = 2 f t · ( h c o s 0 + L s i ) 6)ノ C

• … ②

( 2 ) 回転運動による補正項 A 2

図 2 ( c ) に示されているように、 電磁波ビーム 4 の反射点 6 の 移動速度は h ωで与えられので、 この移動速度の電磁波放射方向の 速度成分は h o> c o s 0で与えられる。 したがって、 この回転運動 による補正項 A ₂ は次式で与えられる。

A ₂ = 2 f _t ' h it) c o s 0 ZC · · · ③

これら各補正項を加味すると、 ①式は次式のよ うに書き換え られ o f d = 2 f _t ' V C O S 0 /C土 A , ± A ₂

= ( 2 f t / C ) { v c o s 0 ± ( h c o s 0 + L s i n 0 ) aj ± h £u c o s e ) · ♦ · ④ この④式より、 次式が成り立つ。 v = ( f d C / 2 f t c o s O ) ± 2 h o)土 L w t a n 0

• … ©

この⑤式において、 —は車両の前進時， +は車両の後進時を表す。 また、 Lは、 履帯 7 の一方が浮き上がった状態で作業等がなされる 場合のように車両の回転中心が変わったときにその回転中心位置に 応じて変化し、 また 0 は、 このよ うな車両の浮き上がり時にその浮 き上がり角度に応じて変化する。

次に、 本実施例の車速検出装置による車速算出のための処理フロ 一を図 3 に示されるフローチヤ一 トによって説明する。

S 1 ： 各種データを読み込む。

S 2〜S 3 ： トラ ンス ミ ッ シ ョ ン速度段センサから得られる速度 段状態よ りブル ドーザ 1 が前進状態にあるのか後進状態にあるのか を判定し、 前進状態にあるときには、 後述の車速計算 （前記⑤式） における補正符号を一 （マイナス） とする。

S 4〜 S 7 ： 作業機操作検出スィ ツチによ り、 ブル ドーザ 1 がブ レー ド操作状態、 言い換えれば ドージング作業状態にあるのか、 リ ツバ操作状態、 言い換えれぱリ ッ ビング作業状態にあるのかを判定 する。 そ して、 ドージング作業状態にあるときには、 ブレー ドリ フ ト シリ ンダス トロークセンサより ブレー ド 8 の姿勢を算出し、 次い でそのブレー ドリ フ ト シリ ンダ 9 に供給される油圧からそのブレー ドリ フ ト シリ ンダ 9のシリ ンダ軸力を算出し、 こ う して算出される ブレー ド姿勢およびシ リ ンダ軸カからブレー ド 8が地面 3 より受け る反力 （ブレー ド反力） F _v を算出する。

S 8〜S 1 1 ： 図 4 に示されているよう に、 履帯用スプロケッ 卜 1 0中心下方の接地点 1 1 とブレー ド 8 の接地点 1 2 との水平距離 を L B , この接地点 1 1 と車両の重心 1 3 との水平距離を L _W , 車 両の重量を Wとすると き、 次式が成立するか否かを判定する。 F v - L B + W - L W > 0 · ♦ · ⑥ この式が成立するときには、 ブレー ド 8 に加わる反力 F による モーメ ン ト F v * L B が車両の重量 Wによるモーメ ン ト W ' L w よ り大き く 、 例えば地面 3 が固く てブレー ド 8 の先端が地面に貫入せ ず、 図 5 に示されているよ うに履帯用アイ ドラ 1 4 側が地面 3 から 浮き上がつている状態 （アイ ドラ浮き） であると判断される。 この 場合には、 前述のブレー ド姿勢と ピッチ傾斜計より得られる車両傾 斜角とにより車両の浮き上がり角 aを算出し、 予め設定される ドッ ブラーセンサ 2 のビーム俯角 0 にその浮き上がり角 aを加算した値 を補正後のビーム俯角 0 とする。 そ して、 このように車両が浮き上 がっているときには、 履帯用スプロケッ ト 1 0 の中心下方の接地点 1 1 を車両の回転中心と し、 これに基づいて ドッ プラーセンサ 2 と その回転中心との水平距離 Lを設定する。

5 1 2 ： —方、 前記⑥式が成立しないときには、 車両の浮き上が り状態が発生していないという ことなので、 車両の重心 1 3 を回転 中心と し、 これに基づいて ドッ プラーセンサ 2 とその回転中心との 水平距離 Lを設定する。

5 1 3 ： ステッ プ S 2 の判定において、 車両が後進状態にあると きには、 後述の車速計算 （前記⑤式） における補正符号を + (ブラ ス） と し、 この後に車両の重心 1 3 を回転中心に設定する。

5 1 4 ~ S 1 6 ： ステッ プ S 4 の判定においてブル ドーザ 1 がリ ッ ビング作業状態にあるときには、 リ ッパリ フ ト， チル ト シ リ ンダ ス トロークセンサより リ ッパ 1 5 (図 6参照） の姿勢を算出し、 次 いでそのリ ッパリ フ ト， チル ト シリ ンダ （図示せず） に供給される 油圧からそのリ ッパリ フ ト， チル ト シリ ンダのシリ ンダ軸力を算出 し、 こ う して箅出される リ ッパ姿勢およびシリ ンダ軸力から リ ツバ 1 5 が地面 3 よ り受ける反力 （リ ッパ反力） F V ' を算出する。

S 1 7〜 S 2 1 ： リ ッパ反力 F V ' が正値 （ F V ' > 0 ) の場合、 言い換えればリ ッパ 1 5 が地面 3から上向きの反力を受ける場合に は、 次に次式が成立するか否かを判定する。

F v ' « L B - W - L W > 0 · · · ⑦ この式が成立すると きには、 リ ッパ 1 5 に加わる反力 F V ' によ るモーメ ン ト F v ' · L B が車両の重量 Wによるモーメ ン ト W . L w より大き く 、 例えば地面 3が固く てリ ッパ 1 5 の先端が地面に贯 入せず、 図 6 に示されているよう に履帯用スプロケッ ト 1 0側が地 面 3から浮き上がつている状態 （スプロケッ ト浮き） であると判断 される。 この場合には、 前述のリ ッパ姿勢と ピッチ傾斜計より得ら れる車両傾斜角とによ り車両の浮き上がり角 a (負値） を算出し、 予め設定される ドッ プラーセンサ 2 のビーム俯角 0にその浮き上が り角 aを加算した値を補正後のビーム俯角 0 とする。 そして、 この ように車両が浮き上がつているときには、 履帯用アイ ドラ 1 4 の中 心下方の接地点 1 6 を車両の回耘中心と し、 これに基づいて ドッ ブ ラーセンサ 2 とその回耘中心との水平距離 Lを設定する。 なお、 前 記式⑦が成立していないときには、 アイ ドラ浮き も し く はスプロケ ッ ト浮きのいずれも発生していないという ことなので、 車両の重心 1 3 を回転中心とする。

S 2 2 〜 S 2 3 : リ ッパ反力 F v ' が負値 （ F v ' < 0 ) の場合 言い換えればリ ツバ 1 5 が地面 3 から下向きの反力を受ける場合に は、 次に次式が成立するか否かを判定する。

F V ' . L B — W * L w > 0 · · · ⑦ この式が成立するときには、 リ ッパ 1 5 に加わる反力 F V ' によ るモーメ ン ト F _V ' · L B が車両の重量 Wによるモーメ ン ト W * L

W より大き く 、 例えば岩を下から上へ持ち上げるようにリ ツ ビング が行われる場合などにおいて、 図 7 に示されているよ うに履帯用ァ ィ ドラ 1 4側が地面 3 から浮き上がつている状態 （アイ ドラ浮き） であると判断される。 この場合には、 前述のリ ッパ姿勢と ピッチ傾 斜計より得られる車両傾斜角とにより車両の浮き上がり角 aを算出 し、 予め設定される ドッ プラーセンサ 2 のビーム俯角 0 にその浮き 上がり角 aを加算した値を補正後のビーム俯角 0 とする。 そ して、 このように車両が浮き上がつているときには、 履帯用スプロケッ ト 1 0の中心下方の接地点 1 1 を車両の回転中心とする。 なお、 前記 式⑦が成立していないときには、 アイ ドラ浮き も し く はスプロケッ ト浮きのいずれも発生していないという こ となので、 車両の重心 1 3 を回転中心とする。

S 2 4〜 S 2 6 ： ピッチングレー ト ジャイ ロ （角速度計） により 車両のピッチ角速度 ωを算出し、 次いで ドッ プラーセンサ 2 により ドッ プラー変移周波数 （ビー ト波周波数） f _d を検出し、 これら , f _d の値および 0 , Lの値、 更には C , f t , hの値に基づいて 前記式⑤により車速 Vを計算する。

本実施例において、 車両の浮き上がり角 aをブレー ド姿勢 （も し く はリ ツバ姿勢） および車体傾斜角の両者に基づいて算出するよう にしている理由は、 例えば傾斜面で ドージング作業等が行われる場 合を、 単に傾斜面を自走する場合と区別するためである。

本実施例においては、 作業機 （ブレー ドも し く はリ ッパ） 反力を 求めるのに、 ブレー ド （も し く はリ ッパ） 姿勢と シリ ンダ軸力とを 用いるものを説明したが、 この他に、 リ フ ト シリ ンダの取付けョー ク ピン荷重センサの検出値を用いること もできる。 なお、 この検出 値は、 単独で用いても良いし、 例えばシリ ンダ軸力等と組み合わせ て用いることにより精度向上を図っても良い。 また、 ブレー ド （も し く はリ ッパ） 姿勢はリ フ ト シ リ ンダの角度を検出する こ とによ り 算出しても良い。

(第 2実施例）

前記第 1 実施例においては、 ブレー ド 8 に加わる反力も し く はリ ツバ 1 5 に加わる反力を算出して車両のモーメ ン トバラ ンスにより その車両の回転中心を検出するものと したが、 本第 2 実施例におい ては、 ドージング作業に関し、 ブル ドーザ 1 の牽引力の大きさによ つて車両の回転中心の移動を検出するよ うに構成されている。 次に、 本実施例の車速検出装置による車速箅出のための処理フローを図 8 に示されるフローチヤ一トによって説明する。

T 1 ： 各種データを読み込む。

T 2〜T 3 ： トラ ンス ミ ツ シ ョ ン速度段センサから得られる速度 段状態より ブル ドーザ 1 前進状態にあるのか後進状態にあるのか を判定し、 前進状態にあると きには、 車速計算 （前記⑤式） におけ る補正符号を一 （マイナス） とする。

Τ 4〜Τ 5 ： 牽引力検出手段によ り算出される牽引力が設定値を 越える場合には、 ドージング作業状態にあって回転中心が移動して いて履帯用アイ ドラ 1 4側が地面 3から浮き上がつている状態にあ ると判定されるので、 履帯用スプロケッ ト 1 0 の中心下方の接地点 1 1 を車両の回転中心と し、 これに基づいて ドップラーセンサ 2 と その回転中心との水平距離 Lを設定する。 こ こで、 牽引力検出手段 と しては、 例えば特開平 5 — 1 0 6 2 3 9号公報に開示されている 手段を用いるのが好ま しい。

Τ 6〜Τ 7 ： 車両が後進状態にあると きには、 車速計算 （前記⑤ 式） における補正符号を + (ブラス） と し、 この後に車両の重心 1 3 を回転中心に設定し、 これに基づいて ドッ プラーセ ンサ 2 とその 回転中心との水平距離 Lを設定する。 また、 ステッ プ T 4 の判定に おいて牽引力が設定値以下のときにも、 自走状態にあって車両の浮 き上がりが発生していないという ことなので、 車両の重心 1 3 を回 転中心とする。

T 8 ~ T 1 0 ： ピッチングレー ト ジャイ ロ （角速度計） によ り車 両のピッチ角速度 ωを算出し、 次いで ドッ プラーセンサ 2 により ド ッ プラー変移周波数 （ビー ト波周波数） f _d を検出し、 これら 0) , f o の値および 0 , Lの値、 更には C , f t , hの値に基づいて前 記式⑤によ り車速 Vを計算する。

本実施例においては、 アイ ドラ浮きの場合に車両の浮き上がり角 の補正が行われていないが、 第 1 実施例と同様に、 ブレー ド姿勢と 車両傾斜角とによ り車両の浮き上がり角 aを算出してその浮き上が り角 a に応じてビーム俯角 0を補正するよ うにするこ と もできる。

(第 3実施例）

本実施例は、 ドップラーセンサを車体の高所部分に取付け可能と するための装置を提供する実施例に関する ものである。

ドップラー変移周波数 f _d と実速度 V との関係を示す前述の①式 より、 実車速 V は次式で与えられる。 v = f _d C / 2 f t c o s ^ . · · ⑧ 前記 ドッ ブラーセンサ 2 の取付け高さ h は、 ビーム 4 の出力強度 と反射波の受信感度とによ って決まるセンサ仕様値で制限される も のである。 この取付け高さ hがその仕様値を越えると、 ビーム 4 の 広がりによる影響で 0 — ノ 2側、 言い換えればビーム 4 の外側の 反射波が弱く なつて、 相対的に 0 + 0 / 2側、 言い換えればビーム 4 の内側の反射波を多く 受信するようになり、 この結果俯角 が増 加したのと等価な状態になる。 このこ とに鑑み、 本実施例では、 予 め取付け高さ h と実効俯角 との相関関係を求めておき、 実際の取付 け高さに応じて前記⑧式における を補正するよ うにされている。 より具体的には、 取付け高さ h と ビーム俯角補正量ひ との間には、 図 9 に示されるよ うに、 正規の取付け高さ h 。 を基準にして、 この 取付け高さ hが増加するに したがってビーム俯角補正量 _αが漸増す る関係があるこ とから、 これら取付け高さ h と ビーム俯角補正量 との関係を示す補正テーブルを予め車速検出装置内の記憶装置に記 憶させておき、 実際に ドッ プラーセンサ 2が車両に取り付けられた ときに入力される取付け高さ hの値に応じてその補正テーブルを参 照し、 ビーム俯角 0の値と してそのビーム俯角補正量 αを加算した 値 +なを用いるよ うにされている。

こ う して、 実車速 V は次式によって算出される。 v = f _d C / 2 f t c o s ( Θ + a ) · · · ⑨ 本実施例においては、 前述のように ドッ プラーセンサ 2 の現実の 取付け高さ hの正規の取付け高さ h 。 に対する差分に基づいてビー ム俯角補正量 αが求められ、 このビーム俯角補正量 を加算した値 Θ + がビーム俯角 0の値と して用いられ、 このビーム俯角 0の値 に基づいて実車速 Vが演算されるので、 この ドッ プラーセンサ 2を 地面 3からの反射波強度が十分でない車体の高所部分に取り付けた 場合でも、 正確な対地車速を得るこ とができる。

本実施例においては、 センサ取付け高さ hに対する ビーム俯角補 正量 αの関係を補正テーブルに記憶させる ものを説明したが、 セン サ取付け高さ h に対する ビーム俯角 0の関係を直接にテーブルデー 夕 と して記憶させるこ と もできる。 本実施例において、 ドッ プラーセンサ 2 の取付け位置と しては、 図 1 0 に示されるように、 リ ッパ 5 を支持する リ ッパフ レームに取 り付けられるのが好ま しい。 こ うするこ とで、 この ドッ プラーセン サ 2 に対する対地作業による影響が少ない位置で、 かつ可能な限り 低い位置にその ドッ プラーセンサ 2 を設ける こ とができる。

前記各実施例においては、 装軌車両に適用 したものを説明したが 本発明は、 例えばホイル式ブル ドーザのような他の建設機械に対し ても適用することができる。

前記各実施例において用いられる ドッ プラーセンサは、 マイ ク ロ 波を用いるもの、 超音波を用いる もの、 光波を用いるものなど、 い ろいろなタイプのものであり得る。

Claims

請求の範囲

ドップラーセンサを用いる対地車速検出装置において、 ( a ) 車両ピッチングによるその車両の重心回りの角速度を検 出する角速度検出手段、

( b ) 車両ピッチングによるその車両の回転中心を検出する回 転中心検出手段および

( c ) 前記ドップラーセンサより得られる対地車速値を、 前記 角速度検出手段より得られる検出値に基づきかつ前記回転中心 検出手段より得られる検出値を加味して補正する車速補正手段 を備えることを特徴とする車速検出装置。

ドッブラーセンサを用いる対地車速検出装置において、

( a ) 車両ピッチングによるその車両の重心回りの角速度を検 出するとと もに、 この ドッ プラーセンサ自体の回転角速度を検 出する角速度検出手段および

( b ) 前記ドップラーセンサより得られる対地車速値を、 前記 角速度検出手段より得られる検出値に基づき補正する車速補正 手段

を備えることを特激とする車速検出装置。

ドップラーセンサを用いる対地車速検出装置において、

( a ) 車両ピッチングによるその車両の重心回りの角速度を検 出するとともに、 この ドップラーセンサ自体の回転角速度を検 出する角速度検出手段、

( b ) 車両ピッチングによるその車両の回転中心を検出する回 転中心検出手段および

( c ) 前記ドップラーセ ンサより得られる対地車速値を、 前記 角速度検出手段より得られる検出値に基づきかつ前記回転中心 検出手段より得られる検出値を加味して補正する車速補正手段 を備えるこ とを特徴とする車速検出装置。

前記車両は装軌車両であり、 前記回転中心検出手段は、 この 装軌車両の牽引力が所定値を越える場合に履帯用スプロケッ ト 中心下方の接地点を車両の回転中心と検出し、 前記牽引力が所 定値以下の場合に車両の重心下方の接地点を車両の回転中心と 検出することを特徴とする請求項 1 または 3 に記載の車速検出 装置。

前記車速補正手段は、 前記履帯用スプロケッ ト中心下方の接 地点が車両の回転中心と検出される場合に、 車両の傾斜角を前 記 ドッ ブラーセンサのビーム俯角に加算した値に基づいて前記 対地車速値を補正する ことを特徴とする請求項 4 に記載の車速 検出装置。

前記車両は装軌車両であり、 前記回転中心検出手段は、 履帯 用スプロケッ ト中心下方の接地点を支点とするブレー ドに加わ る反力によるモ一メ ン トが車両の重量によるモーメ ン トよ り大 きい場合に履帯用スプロケッ ト中心下方の接地点を車両の回転 中心と検出し、 前記ブレー ドに加わる反力によるモーメ ン トが 車両の重量によるモーメ ン 卜以下の場合に車両の重心下方の接 地点を車両の回転中心と検出することを特徴とする請求項 1 ま たは 3 に記載の車速検出装置。

前記車速補正手段は、 前記履帯用スプロケッ ト中心下方の接 地点が車両の回転中心と検出される場合に、 車両の傾斜角を前 記 ドッ プラーセンサのビーム俯角に加算した値に基づいて前記 対地車速値を補正することを特徴とする請求項 6 に記載の車速 検出装置。

前記ブレー ドに加わる反力は、 ブレー ドリ フ ト シ リ ンダのス ト ロークから算出されるブレー ド姿勢とそのブレー ドリ フ ト シ リ ンダの油圧から算出されるシリ ンダ軸力とに基づいて渲算さ れるこ とを特徴とする請求項 6 または 7 に記載の車速検出装置。 前記車両は装軌車両であり、 前記回転中心検出手段は、 履帯 用スプロケッ ト中心下方の接地点を支点とする リ ツバに加わる 反力が上向き力であってその反力によるモーメ ン 卜が車両の重 量によるモーメ ン ト よ り大きい場合に履帯用アイ ドラ中心下方 の接地点を車両の回転中心と検出し、 前記リ ッパに加わる反力 によるモ一メ ン 卜が車両の重量によるモーメ ン ト 1下の場合に 車両の重心下方の接地点を車両の回転中心と検出するこ とを特 徴とする請求項 1 または 3 に記載の車速検出装置。

. 前記車両は装軌車両であり、 前記回転中心検出手段は、 履 帯用スプロケッ ト中心下方の接地点を支点とする リ ツバに加わ る反力が下向き力であってその反力によるモ一メ ン 卜が車両の 重量によるモ一メ ン—卜より大きい場合に履帯用スプロケッ ト中 心下方の接地点を車両の回転中心と検出し、 前記リ ッパに加わ る反力によるモ一メ ン トが車両の重量によるモーメ ン 卜以下の 場合に車両の重心下方の接地点を車両の回転中心と検出するこ とを特徴とする請求項 9 に記載の車速検出装置。

. 前記車速補正手段は、 前記履帯用アイ ドラ中心下方の接地 点もしく は前記履帯用ス ロケッ ト中心下方の接地点が車両の 回転中心と検出される場合に、 車両の傾斜角を前記 ドッ プラー セ ンサのビーム俯角に加算した値に基づいて前記対地車速値を 補正することを特徴とする請求項 9 または 1 0 に記載の車速検 出装置。

. 前記リ ッパに加わる反力は、 リ ッパリ フ ト ' チル ト シ リ ン ダのス 卜 ロークから算出される リ ツバ姿勢とそれら リ ッパリ フ ト ' チル ト シリ ンダの油圧から算出されるシリ ンダ軸カとに基 づいて演算されるこ とを特徴とする請求項 9 , 1 0 , 1 1 のう ちのいずれかに記載の車速検出装置。

. ドッ プラーセンサを用いる対地車速検出装置において、

( a ) 前記 ドッ プラーセンサの取付け高さ と正規の取付け高さ との差分に対するその ドッ プラーセンサのビーム俯角補正量を 所定の関数と して記憶する記憶手段、

( b ) 前記 ドッ プラーセンサが実際の車両に取り付けられてい る状態でのビーム俯角の値を、 前記記憶手段に記憶されている ビーム俯角補正量を加味して演算する ビーム俯角演算手段およ び

( c ) このビーム俯角演箅手段により演算される ビーム俯角に 基づいて車両の対地車速を補正する補正手段

を傭えることを特徴とする車速検出装置。

. 前記所定の関数は、 前記正規の取付け高さを基準にして、 この取付け高さが増加するにしたがって前記ビーム俯角補正量 が漸増する関数であることを特徴とする請求項 1 3 に記載の車 速検出装置。

. 前記車両はブル ドーザであり、 前記 ドッ プラーセンサはそ のブル ドーザのリ ッパを支持する リ ッパフ レームに取り付けら れる こ とを特徴とする請求項 1 3 または 1 4 に記載の車速検出 装置。