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┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 除雪機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng) Hirofumi HIRASHITA, Takeshi ARAI, Tadashi YOSHIDA 摘要: 在冷和多雪的部分的日本，大多數(shù)雪被從除雪機(jī)器道路中除去，同時(shí)，處理路邊條件并且保證安全的操作,操作這些機(jī)器被兩個(gè)人正常地操作：一名話務(wù)員和一個(gè)助手。 工作在進(jìn)行中為了除雪機(jī)器開(kāi)發(fā)自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)在操作人員的雪移去上使負(fù)擔(dān)為了減輕并且減少未來(lái)的勞動(dòng)要求。這報(bào)告描述一個(gè)自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)結(jié)合三種技術(shù)： 在最近幾年作為一種ITS技術(shù)已被發(fā)展的通路記號(hào)系統(tǒng)，RTKGPS技術(shù)和GIS技術(shù), 這駕駛的系統(tǒng)已被發(fā)展為旋轉(zhuǎn)除雪機(jī)器：雪移去的類型考慮最困難操作。報(bào)告也評(píng)價(jià)基于確證的結(jié)果的三種控制方法測(cè)試使用實(shí)際的除雪機(jī)器,同時(shí)這些的輪廓問(wèn)題控制必須被克服建立一個(gè)工作的系統(tǒng)的系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：雪旋轉(zhuǎn)移去，自動(dòng)的駕駛，ITS，通路記號(hào)，GIS，GPS 1 緒論 在寒冷的多雪部分的日本，雪通過(guò)機(jī)械的手段是被從道路上除掉保證冬天道路。為了保證機(jī)械把雪消要除根據(jù)雪在道路表面上的積累狀態(tài)適當(dāng)?shù)谋磺宄纸煌?，心?jì)劃的出席控制方法必須被建立，并且機(jī)械必須正確地操作。 自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)發(fā)展被計(jì)劃用于旋轉(zhuǎn)的除雪機(jī)器：帶有一種操作的方法的一類型比那其他類型除雪機(jī)更復(fù)雜，它已被發(fā)展為減少工作人人員除雪負(fù)擔(dān)降低的保障。 2 發(fā)展背景 雪移去被兩個(gè)工作人員操作： 驅(qū)使移去的一名話務(wù)員同時(shí)，控制的射出的一個(gè)助手。話務(wù)員驅(qū)使機(jī)器關(guān)于道路的控制還密切注意入雪處，助手噴出雪當(dāng)雪進(jìn)入機(jī)器的時(shí)候。除雪機(jī)器雪的內(nèi)部配置十分復(fù)雜如圖3.1。目的使車輛的部分自動(dòng)自動(dòng)化在操作工作執(zhí)行中話務(wù)員允許助手控制雪做射出。未來(lái)允許由一人操作。 這報(bào)告介紹形成已被發(fā)展為自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)的基礎(chǔ)的定位技術(shù)和控制技術(shù)，同時(shí)，提出一種評(píng)價(jià)基于確證測(cè)試的結(jié)果的系統(tǒng)據(jù)以予以執(zhí)行的雪移去并且描述克服問(wèn)題完成一個(gè)工作的系統(tǒng)。 3 自動(dòng)操縱系統(tǒng) 已被開(kāi)發(fā)的自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)使雪的清除成為自動(dòng)化，駕駛也成為了話務(wù)員的任務(wù)之一。 3.1 駕駛并且雪清除的控制 旋轉(zhuǎn)自動(dòng)除雪機(jī)的駕駛的機(jī)制不同于正常的車輛前進(jìn)和后退部分被別針連系，而清楚說(shuō)出機(jī)制被安裝，這樣車輛能在別針折彎。駕駛被確切的線性化方法和被的時(shí)間規(guī)模轉(zhuǎn)換控制有效的制一輛活動(dòng)的車輛的過(guò)程。 這控制方法被受完整的約束影響的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)方程代表并且基于非線性的控制理論。但是，一個(gè)雪移去側(cè)翼滑行，因?yàn)楫?dāng)它移去雪時(shí)，作為雪筑堤圍攔受橫向的反應(yīng)力量影響被顯示圖3.2。小路滑動(dòng)使用下面被描述的綜合的伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)來(lái)將這當(dāng)做一場(chǎng)外部騷亂對(duì)待控制滑動(dòng)。 圖3.1 除雪機(jī)內(nèi)部 圖3.2 除雪機(jī)除雪 圖3.3 顯示駕駛機(jī)制除雪的一個(gè)模型。在未來(lái)， 前面輪子和對(duì)于后部輪子距離和除雪的連接的別針有距離被L代表，當(dāng)2α代表過(guò)程時(shí),駕駛的角度其后是除雪的半徑的一個(gè)弧R=L/tan a 。當(dāng)前面輪子的中心點(diǎn)P的過(guò)程正切方向速度矢量被θ代表和正切方向角度被ν代表時(shí)，點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)的方程能被寫(xiě)如下。 （1） 公式（1）被完成以便執(zhí)行狀態(tài)反饋控制。從等式中定義除學(xué)時(shí)駕駛的數(shù)量是駕駛的角度α中的1/2個(gè)。 （2） 在等式（2）中橫向滑動(dòng)將不是予以考慮。為了除去由橫向的滑動(dòng)造成的穩(wěn)態(tài)的偏差，如果綜合的伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)被使用，駕駛α的數(shù)量被如下方程代表 （3） 為了除去穩(wěn)態(tài)的偏差符號(hào)f是控制獲得，同時(shí)，基于公式（3），f1代表成適當(dāng)比例的獲得，f2代表派生物獲得，而f3代表完整的獲得。PID控制被用來(lái)建造系統(tǒng) 圖3.3 協(xié)調(diào)系統(tǒng) 圖3.4 集成伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)控制塊圖形 3.2 定位方法 發(fā)現(xiàn)一種車輛為了執(zhí)行自動(dòng)的駕駛的信息是必要的位置并且有確定方向駕駛它。已被開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)裝備有兩種功能： 指導(dǎo)方法使用通路記號(hào)傳感器發(fā)現(xiàn)使用GPS和GIS來(lái)發(fā)現(xiàn)車輛位置和駕駛的方法。 3.3 通路記號(hào)傳感器指導(dǎo)方法 一臺(tái)通路記號(hào)傳感器是為了使用作為先進(jìn)的運(yùn)輸系統(tǒng)( ITS )的部分被開(kāi)發(fā)的高級(jí)的巡航幫助公路系統(tǒng)( AHS )的一種基本的技術(shù)。這技術(shù)包括間歇地被埋入在一個(gè)道路表面下面的通路記號(hào)，而車輛爬升發(fā)現(xiàn)被這些通路記號(hào)傳送的信號(hào)沿著被記號(hào)形成的過(guò)程指引車輛的傳感器。有這系統(tǒng)的兩種版本： 無(wú)線電波浪方法和磁性的方法。 （1） 角度計(jì)算邏輯 我們假定，通路記號(hào)之間的距離將不是經(jīng)常的，但是，根據(jù)道路的形狀和傳感器邊的要求能被變化。因此，這系統(tǒng)裝備有兩臺(tái)行的傳感器，這樣甚至當(dāng)通路記號(hào)安裝間隔都被知道，直到除雪機(jī)器傳遞過(guò)他們才能控制執(zhí)行。如圖3.5： 圖3.5 通路記號(hào)傳感器指導(dǎo)方法 對(duì)于用一單一的行的傳感器駕駛的控制，如（第3.5圖左邊）通過(guò)目標(biāo)過(guò)程為控制所需要的橫向的微分和方位的有差別的ym和ψm協(xié)調(diào)系統(tǒng)∑(xy)除傳感器之外要求關(guān)于記號(hào)之間的間隔的信息發(fā)信號(hào)ym1被前面車輛測(cè)量固定協(xié)調(diào)系統(tǒng)∑f ( xfyf )接受。但是，用兩臺(tái)行的傳感器(第3.5圖右邊)，系統(tǒng)能計(jì)算橫向的微分和目標(biāo)過(guò)程的方位的有差別的ym和ψm通過(guò)兩協(xié)調(diào)系統(tǒng)∑(xy)反對(duì)當(dāng)它傳遞amarker，直到他們傳遞下一個(gè)記號(hào)時(shí)，被前面車輛測(cè)量的ym1和ym2協(xié)調(diào)系統(tǒng)∑f ( xfyf )的傳感器控制兩個(gè)傳感器信號(hào)固定，這樣駕駛控制能被執(zhí)行即使記號(hào)之間的間隔是未知的。 （2）電波記號(hào)傳感器定位方法 有了無(wú)線電波浪方法，一個(gè)天線在車輛上的傳感器內(nèi)部朝著道路傳送227.5臺(tái)kHs無(wú)線電波浪，以及當(dāng)一臺(tái)無(wú)線電波浪記號(hào)(圖3.6 )收到這轉(zhuǎn)播，它歸還455 kHz的雙頻率的一個(gè)信號(hào)。 在傳感器內(nèi)部的一個(gè)收到的天線收到這返回?zé)o線電波浪發(fā)現(xiàn)車輛的位置(圖3.7)。 朝著穿過(guò)的運(yùn)動(dòng)的方向的高峰價(jià)值。 它在中發(fā)現(xiàn)位置通過(guò)通過(guò)基于在被兩感到的返回?zé)o線電波浪的收到的力量的區(qū)別的成三角形方法計(jì)算天線之間的距離橫向的收到方向天線 圖3.6無(wú)線電搖動(dòng)記號(hào) 圖3.7無(wú)線電波浪記號(hào)傳感器 （3）磁性的記號(hào)傳感器定位方法 有了磁性的方法，有持久標(biāo)記的鐵酸鹽磁鐵(圖3.8)安裝在地表面以下，磁鐵上還安裝一臺(tái)磁性的傳感器。 課題分配磁性的記號(hào)顯示將記號(hào)的中心當(dāng)做最大限度課題力量對(duì)待的單峰。 這課題的垂直的組成部分( Bz )和車輛寬度方向組成部分( Bx )的磁性的流密度被磁性的傳感器和位置記號(hào)發(fā)現(xiàn)被計(jì)算之間的距離發(fā)現(xiàn),基于以前約定的Bx與Bz有關(guān)系的方程傳感器和記號(hào)。(圖3.9) 圖3.8 磁性的記號(hào) 圖3.9 Bx與Bz關(guān)系 3.4 GPS與GIS定位發(fā)現(xiàn)方法 基于GPS與GIS定位的一個(gè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)車輛的位置通過(guò)比較旋轉(zhuǎn)的雪移去位置控制其操作把從一個(gè)GPS衛(wèi)星被收到的數(shù)據(jù)與位置相協(xié)調(diào)為了提前被道路GIS提供的道路協(xié)調(diào)線性的數(shù)據(jù)。 （1） 路GIS道路GIS是有關(guān)用于道路維護(hù)的結(jié)構(gòu)和交通管理的信息的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。 為了開(kāi)發(fā)這系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)的雪移去目標(biāo)過(guò)程信旋轉(zhuǎn)的雪removers的話務(wù)員移去雪通過(guò)推動(dòng)息被建立，這樣它能被處理作為GIS數(shù)據(jù)。擴(kuò)展裸露的道路他們的被雪消除邊界(圖3.10)指引的車輛因?yàn)檠┫吔缃?jīng)常沿著道路的雙方是人行道的控制，被使用的GIS數(shù)據(jù)是控制數(shù)據(jù)。 共 9 頁(yè) 第 9 頁(yè) 圖3.10 道路GIS數(shù)據(jù) （2）TK-GPS RTK-GPS，有高精度的定位( 2點(diǎn)和3點(diǎn)cm )之間的差錯(cuò)半徑的能力的一個(gè)系統(tǒng)，包括收到天線的兩GPS，一個(gè)固定站另一個(gè)固定在運(yùn)載工具車站(在除雪機(jī))上。 固定的車站傳送基于它已收到到運(yùn)載工具車站的GPS數(shù)據(jù)的糾正信息。系統(tǒng)幾乎能執(zhí)行實(shí)時(shí)定位，因?yàn)镚PS數(shù)據(jù)以20Hz的速度被糾正。 圖4.1 裝備有一種自動(dòng)的駕駛支持功能的除雪機(jī) 4 確證的測(cè)試 消除在一月和2002年二月在北海道使用裝備有駕駛的控制系統(tǒng)的旋下面的自動(dòng)的駕駛方法的適用性和實(shí)用性是一條實(shí)際的道路(低速率，橫向滑動(dòng))上的一個(gè)雪移去所特有的。轉(zhuǎn)的雪移去被實(shí)行。 4.1 確證測(cè)試的輪廓 （1） 被機(jī)器移去 除雪機(jī)器的體積分為大中小型經(jīng)常被使用在過(guò)家的公路上，據(jù)正常的說(shuō)明建造部分地被修改(圖4.1)。 （2） 驗(yàn)證的測(cè)試過(guò)程 確證的測(cè)試過(guò)程包括直的段，曲線，( R 30 m )，以及相交( R 12 m )，這樣它在公路上復(fù)制條件下， 其通路記號(hào)間隔是2.0 m和1.5 m 。 除雪的工作條件與實(shí)際的工作的那些相同，而工作以兩種速度被做，4公里與h和0.5公里與h 。雪銀行被準(zhǔn)備提供當(dāng)一個(gè)移去被用來(lái)擴(kuò)展清除的部分的一條道路時(shí)，發(fā)生的工作裝載和橫向的滑動(dòng)。 圖4.2 測(cè)試過(guò)程的布局 4.2 確證的測(cè)試的結(jié)果 測(cè)試證實(shí)通路記號(hào)彈著點(diǎn)方向觀測(cè)(無(wú)線電波浪和因?yàn)轳{駛的控制系統(tǒng)發(fā)展是跟隨的一個(gè)系統(tǒng)預(yù)置目標(biāo)過(guò)程，其控制性能從其目標(biāo)過(guò)程(橫向的偏差)的數(shù)量被評(píng)價(jià)為雪移去的 偏差的數(shù)量。 表5.1表示從被方法組織的測(cè)試結(jié)果顯示橫向的偏差的數(shù)量。磁性)指導(dǎo)方法和GPS與GIS定位方法。 這桌子展覽那么總的來(lái)說(shuō)，偏差和標(biāo)準(zhǔn)的偏差的數(shù)量在直的段上是小的，但是他們兩個(gè)都在曲線上在相交更高。 這區(qū)別大概地是被執(zhí)行的事實(shí)的一種結(jié)果在帶有曲率的一條小的半徑的段中，大量的駕駛，并且雪消除裝載是更可能造成橫GPS與GIS方法優(yōu)于 通路記號(hào)方法。 因?yàn)橐郧暗姆椒◣缀跞〉脦缀?0Hz的實(shí)時(shí)定位和駕駛控制，它立即能對(duì)作出反應(yīng)減少偏差的數(shù)量橫向滑動(dòng)。 有了后面，駕駛被延遲因?yàn)橄到y(tǒng)不能發(fā)現(xiàn)沒(méi)有通路記號(hào)之間的信號(hào)，在大量的橫向的偏差中導(dǎo)致的橫向的滑動(dòng)。 因此，測(cè)試被完成，提供，除用傳感器糾正橫向的滑動(dòng)之外，當(dāng)傳感器傳遞記號(hào)時(shí)，協(xié)調(diào)下一個(gè)記號(hào)(過(guò)程信息)。導(dǎo)致橫向的滑動(dòng)的分配揭示作為這時(shí)被領(lǐng)進(jìn)圖4.3，±2σ(σ:標(biāo)準(zhǔn)的微分)是沒(méi)有過(guò)程信息的±57 cm，而它是過(guò)程信息的±31 cm： 極端帶來(lái)其精度的一大的改進(jìn)和接近那個(gè)GPS與GIS方法。 在之間的性能中的沒(méi)有間距速度4公里與h和0.5與h被觀察。 5 結(jié)論和未來(lái)挑戰(zhàn) 已被確認(rèn)自動(dòng)的駕駛系統(tǒng)使用通路記號(hào)或者GPS的，GIS等等能通除雪機(jī)取得正常的雪消除工作的一個(gè)一般地實(shí)際的水平的控制。 但是，為了建立實(shí)際的工作的系統(tǒng)，如下挑戰(zhàn)必須被解決。 (1) GPS與GIS方法顯示其發(fā)現(xiàn)精度甚至?xí)簳r(shí)在敞開(kāi)的空間中落下。 當(dāng)GPS衛(wèi)星在一個(gè)狹窄的范圍中被集中時(shí)，我們假定這發(fā)生。 同時(shí)，在測(cè)試期間無(wú)線電波浪記號(hào)方法，認(rèn)為是車輛上的高的輸出傳輸器的一種結(jié)果無(wú)法預(yù)言的行為被觀察。 提供是必要功能當(dāng)這樣反常的操作的信號(hào)被生產(chǎn)時(shí)，那沒(méi)有干涉話務(wù)員而自動(dòng)地停止操作。 (2) 為GPS與GIS情況，靠通路改進(jìn)控制的精度是必要通過(guò)進(jìn)入通路記號(hào)的記號(hào)方法提前協(xié)調(diào)到雪移去系統(tǒng)向它提供過(guò)程信息。 每次系統(tǒng)傳遞過(guò)記號(hào)，記錄在每一記號(hào)上的通道是也十分重要。 (3) 更進(jìn)一步改進(jìn)控制精度(減少偏差的數(shù)量)，努力量化諸如的騷亂橫向 的滑動(dòng)，與雪消除裝載等等在把雪消除工作的模型的細(xì)節(jié)的程度增加旋轉(zhuǎn)的雪移去之后并且執(zhí)行仿真是必要雪移去。 圖4.3 橫向的偏差(無(wú)線電波方法) 在最近幾年，各種各樣的組織已試圖運(yùn)用信息技術(shù)( IT )改進(jìn)建設(shè)機(jī)械。 當(dāng)時(shí)在那些情況中看見(jiàn)，信息在這種情況中處理不能被運(yùn)用于其它系統(tǒng)，除非它 表5.1每一系統(tǒng)的橫向的差異 獨(dú)立的操作(工作加速4公里與h，前面?zhèn)鞲衅鞯钠畹臄?shù)量) 在最近幾年，各種各樣的組織已試圖運(yùn)用信息技術(shù)( IT )改進(jìn)建設(shè)機(jī)械。 當(dāng)時(shí)在那些情況中看見(jiàn)，信息在這種情況中處理不能被運(yùn)用于其它系統(tǒng)，除非它的用途在標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)被假定。 因?yàn)楸贿@項(xiàng)目發(fā)展的除雪機(jī)通路記號(hào)的新的道路基礎(chǔ)設(shè)施，道路GIS數(shù)據(jù)。同時(shí)，通信系統(tǒng)和其通信標(biāo)準(zhǔn)必須被標(biāo)準(zhǔn)化，其發(fā)展用ITS領(lǐng)域中的通信技術(shù)已被協(xié)調(diào)。 作者希望這研究與發(fā)展將促進(jìn)作為一個(gè)工作的系統(tǒng)介紹它。 最后，作者希望向Hokuriku地區(qū)表達(dá)他們的深的感激地基礎(chǔ)設(shè)施的部的發(fā)展局和北海道地區(qū)的發(fā)展局，和運(yùn)輸其幫助確證的測(cè)試和對(duì)于幫助系統(tǒng)和測(cè)試的工作的建造的每個(gè)人。