JP2017029034A - 農用作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、通信機能を備えた農用作業車両から基地局に送られる作業情報を分析して、実施している農作業に適した最適条件を農用作業車両の操縦者に知らせて、作業者が効率的な農作業を行えるようにすることを課題とする。
【解決手段】基地局９１との通信手段９０とＧＰＳ衛星５０から位置情報を入手する位置認識装置５１を備えた農用作業車両１において、エンジン５を監視するエンジン管理装置９３のエンジン管理データ等と位置認識装置５１の地図上作業位置データを通信手段９０で基地局９１に送信して、基地局９１で各データを管理することを特徴とする農用作業車両とする。そして、基地局９１側に入力したエンジン管理データを統計処理して、通信手段９０で基地局９１からからの指示を農用作業車両１が受信可能とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、トラクタ、田植機、防除作業機等の農用作業車両の制御に関する。

下記特許文献１には、農作業機の作業状態を検出する作業状態検出手段とＧＰＳ信号を受信するＧＰＳユニットと制御部とを有し、制御部は、作業状態検出手段からの検出信号により農作業機が作業状態であると判断したときのＧＰＳユニットから取得される位置情報に基づき作業距離を算出し、農作業機のユーザに報知する技術が記載されている。

特開２０１４−４５６６２号公報

ロータリ耕耘機を装着したトラクタの操縦者は、必ずしも圃場の硬軟による耕耘回転速度や走行速度等の最適制御条件を知らないために、経験によって作業を行っている。

本発明は、通信機能を備えた農用作業車両から基地局に送られる作業情報を分析して、実施している農作業に適した最適条件を農用作業車両の操縦者に知らせて、作業者が効率的な農作業を行えるようにすることを課題とする。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。

請求項１に記載の発明は、基地局（９１）との通信手段（９０）とＧＰＳ衛星（５０）から位置情報を入手する位置認識装置（５１）を備えた農用作業車両（１）において、エンジン（５）を監視するエンジン管理装置（９３）のエンジン管理データ等と位置認識装置（５１）の地図上作業位置データを通信手段（９０）で基地局（９１）に送信して、基地局（９１）で各データを管理することを特徴とする農用作業車両とする。

請求項２に記載の発明は、基地局（９１）側に入力したエンジン管理データを統計処理して、通信手段（９０）で基地局（９１）からからの指示を農用作業車両（１）が受信可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の農用作業車両とする。

請求項３に記載の発明は、基地局（９１）に保存する圃場別の過去のエンジン管理データに基づいて最適エンジン管理条件を算出し、該最適エンジン管理条件を農用作業車両（１）で受信して自動或いは手動で制御することを特徴とする請求項２に記載の農用作業車両する。

請求項１に記載の発明で、農用作業車両１から地図上作業位置データすなわち圃場と圃場内位置とエンジン管理データが通信手段９０を使って基地局９１に送られることで、圃場と圃場内位置ごとにエンジン５の駆動状態等が記録されて、最適制御であるかを診断でき、必要に応じて農用作業車両１へエンジン制御の修正指令を発することが出来る。

請求項２に記載の発明で、請求項１の効果に加えて、基地局９１で農用作業車両１のエンジン５の駆動状態を過去にデータと比較診断して、農用作業車両１の操縦者にエンジンの最適制御条件を知らせることで、常時エンジンを良好な状態に維持出来る。

請求項３に記載の発明で、請求項２の効果に加えて、農用作業車両１の操縦者は、過去の作業を含めて圃場毎の最適制御条件を基地局９１から受けるので、圃場毎の特性による駆動条件を模索することなく、最良の制御条件で制御出来る。

本実施例のトラクタの側面図である。 トラクタの動力伝動機構図である。 トラクタで使用する情報通信の使用様態を示す図である。 （ａ）トラクタの制御ブロック図である。（ｂ）一部別実施例の制御ブロック図である。 非作業時のエンジン駆動を知らせる自動制御のフローチャート図である。

本発明の実施例を図面と共に説明する。本実施例では作業車両の典型例であるトラクタ１について説明する。トラクタ１は、主変速８段、副変速３段、併せて２４段の変速が可能なトラクタ１であり、図１にトラクタ１の側面図、図２に動力伝動機構図を示す。

このトラクタ１は操舵用の前輪２，２と推進車輪としての後輪３，３を有し、ボンネット４内に搭載したエンジン５の回転動力をミッションケース６内の変速装置によって適宜減速し、その回転動力を後輪３，３に伝達するように構成している。エンジン５の回転動力を後輪３，３のみならず、前輪２，２にも伝えて四輪全部を駆動する構成であっても良い。

また、ミッションケース６内には機体の進行方向を切り換える前後進切換装置９と８段の変速が可能な第１主変速装置１０と第２主変速装置１１と３段の変速が可能な副変速装置１２が直列に接続されている。

図１において、ミッションケース６の上部には油圧シリンダケース１４が設けられ、この油圧シリンダケース１４の左右両側にはリフトアーム１５，１５が回動自在に枢着されている。リフトアーム１５，１５とロワーリンク１６，１６との間にはリフトロッド１７，１７が介装連結され、ロワーリンク１６，１６の後部には作業機であるロータリ耕耘装置１８が連結されている。

油圧操作レバー２８を操作して油圧シリンダケース１４内に収容されている油圧シリンダ１４ａに作動油を供給するとリフトアーム１５，１５が上昇側に回動され、リフトロッド１７、ロワーリンク１６等を介してロータリ耕耘装置１８が上昇する。反対にこの油圧操作レバー２８を下降側に操作すると油圧シリンダ１４ａ内の作動油は油圧タンクを兼ねるミッションケース６内に排出され、リフトアーム１５，１５を下降させる。

トラクタ１の機体の後部に連結したロータリ耕耘装置１８は耕耘部１９と耕耘部１９上方を覆う主カバー２０と主カバー２０の後部に枢着されたリヤカバー２２等を有する。

また、ステアリングハンドル２４を支えるハンドルポスト２５の左側上部には前記前後進切換装置９を操作する前後進切換レバー２７が設けられ、この前後進切換レバー２７を中立位置から前側に倒すと機体は前進し、反対に後側に引くと機体は後進するようになっている。

次に図２に示す動力線図に基づいて動力伝達系について説明する。

エンジン５の後部には主クラッチ３０が設けられ、この主クラッチ３０の伝動後位に前後進切換装置９が設けられている。前後進切換装置９は多板摩擦式の油圧クラッチ９ａ，９ｂからなり、常態では中立位置に保たれ、前後進切換レバー２７を前後方向に操作することにより、前進側油圧クラッチ９ａが接続され、あるいは後進側油圧クラッチ９ｂが接続される。

前進側油圧クラッチ９ａが接続されるときには入力ギヤ６０からカウンタ軸６１のギヤ６２とリバーサ軸６４のギヤ６５を経由して、前進側油圧クラッチ９ａに動力が伝達され、リバーサ軸６４が正回転する。

また後進側油圧クラッチ９ｂが接続されるときには、入力ギヤ６０からカウンタ軸６１のギヤ６２とカウンタ軸６１のギヤ６６とカウンタ軸６８のギヤ６９を経由して、リバーサ軸６４の後進用ギヤ７３を経由して、後進側油圧クラッチ９ｂに動力が伝達され、リバーサ軸６４が逆回転する。

この前後進切換装置９の後位には４段変速可能なシンクロメッシュ式の第１主変速装置１０が設けられ、後述するコントローラ１００からの指令を受けてアクチュエータ３１，３１が伸縮するとシフター３２，３２が前後に移動させられて変速を行う。図２において前側のシフター３２が前後に移動すると４速と３速が得られ、後側のシフター３２が前後に動くと２速と１速が得られる。なお、この場合において、主変速が切り換えられるときには、最初に油圧式の前後進切換装置９の油圧クラッチが中立に戻され、変速後に再びこの前後進切換装置９の油圧クラッチが接続されるように構成している。

そして、この第１主変速装置１０の後部には高低２段に切換可能な油圧式の第２主変速装置１１が設けられている。前側の油圧クラッチ１１ａが高速用のクラッチであり、後側の油圧クラッチ１１ｂが低速用の油圧クラッチである。従って、この実施例における主変速装置１０，１１では４×２の併せて８段の変速が可能である。

更に、この第２主変速装置１１の後部には３段の変速が可能で減速比が主変速装置１０，１１よりも比較的大きな副変速装置１２が設けられている。図２に示すように、副変速レバー３４を操作して前側のシフター３５を前後に移動させると高速（Ｈ）と中速（Ｍ）が得られ、後側のシフター３５を後側に移動させると低速（Ｌ）が得られる。

副変速装置１２を操作するときには主クラッチ３０の入切操作を要す。即ち、主クラッチペダル２９を踏み込んで副変速レバー３４を前後方向あるいは左右方向に操作し、変速操作後には主クラッチペダル２９を離してエンジン回転動力を変速装置側に伝える。

なお、主変速装置１０，１１については副変速レバー３４のノブに設けた増速スイッチ３７と減速スイッチ３８を押し込んで変速を行う（図２参照）。増速スイッチ３７を押しても減速スイッチ３８を押しても１段ずつしか変速は行われない。速度が遅い１速から速度が速い８速までの範囲で主変速装置１０，１１の変速がなされる。そして、この副変速装置１２によって減速された動力をドライブピニオン軸４０に伝え、後輪デフ装置４１、最終減速装置４２を順次介して後輪３，３を駆動する。

後輪デフ装置４１の手前で後輪駆動系より分岐した動力は前輪駆動系として利用され、前輪駆動系の中には前輪２，２を後輪３，３と等速で駆動させたり、前輪２，２を後輪３，３よりも増速させて回転させたりする前輪増速装置４４が設けられている。この前輪増速装置４４の前側の油圧クラッチ４４ａが接続されると前輪増速状態となり、後側の油圧クラッチ４４ｂが接続されると等速四輪駆動状態になり、両方の油圧クラッチ４４ａ，４４ｂがＯＦＦになると後輪３，３のみ駆動される二輪駆動の状態になる。前輪駆動軸には前輪デフ装置４６と前輪最終減速装置４７が設けられている。

なお、図２の動力伝達線図において、副変速装置１２が高速（Ｈ）速になっているときに限り、副変速レバー３４をそのまま横に移動させると、路上走行速に適した路上速位置（ＨＨ）に切り換わる。この場合、主変速は１速から８速までのうち、高速側の５速、６速、７速、８速が選択できるが、１速から４速までの低速側４段はいくら増減速スイッチ３７，３８を操作してもプログラム上選択できないようになっている。道路を走行する場合は高速走行を前提としているので高速側のみを優先し、低速側を自動的にカットさせ変速操作が行われても１〜４速には入らないようにして操作性を向上させている。

また、この実施例では選択可能な高速側の変速パターンを５速、６速、７速、８速の４段としたが、６速、７速、８速の３段としたり、あるいは７速、８速の２段だけとしたりして変速段数を減らしても良い。

ＰＴＯ出力軸８３の駆動は次のようにして行われる。

入力ギヤ６０からカウンタ軸６１のギヤ６２を介してＰＴＯクラッチ７０の駆動用ギヤ７５に動力が伝達され、ＰＴＯクラッチ７０に動力伝達される。ＰＴＯクラッチ７０が入り状態になると、２つの油圧シリンダ７６と７７によりスライド制御される４段変速ギヤ機構（３段目のギヤ８１ａと１段目のギヤ８１ｂと４段目のギヤ８１ｃと２段目のギヤ８１ｄからなる）で選択されている変速段でＰＴＯ駆動軸７１が駆動される。

例えば、油圧シリンダ７６によりスライドされる従動軸７９上のギヤ８０ａがＰＴＯ変速軸７２のギヤ８１ａと噛合すると、ＰＴＯ変速軸７２から従動軸７９の出力ギヤ８２を経由してＰＴＯ出力軸８３の出力ギヤ８５に動力伝達されてＰＴＯ駆動軸７１が駆動する（ＰＴＯ２速）。同様に油圧シリンダ７６によりギヤ８０ｂがギヤ８１ｂに噛合するとＰＴＯ４速になる。

油圧シリンダ７７によりギヤ８０ｃがギヤ８１ｃに噛合するとＰＴＯ１速になる。油圧シリンダ７７によりギヤ８０ｄがギヤ８１ｄに噛合するとＰＴＯ３速になる。

また、前記ギヤ８０ａがギヤ８１ａに噛んでいない状態であって、逆転軸８６上の逆転ギヤ８７をスライドさせて前記ギヤ８１ａに噛み合わせるとともにギヤ８０ａにも噛んでいる状態になると、ＰＴＯ駆動軸７１は逆転駆動する。逆転の場合はこの１速のみである。

上記トラクタ１での通信機能を図３で説明する。

トラクタ１はＧＰＳ衛星５０からの電波を受信して機体の地図上位置を認識する地図位置認識装置５１を内蔵した情報通信端末９０を車両に搭載しており、該情報通信端末９０により、基地局９１と無線通信が可能であり、該基地局９１はトラクタ１の製造メーカなどが担当するサーバー管理者５２と通信可能で、サーバー管理者５２がユーザ端末５３や営業所端末５４にトラクタ１の管理情報を送信する。

トラクタ１内には車両の基礎情報として車両管理情報、車両運転情報、作業機基礎運転情報があり、これらは前記情報通信端末９０に情報収集される構成である。ここで情報通信端末９０にはＧＰＳアンテナ又はモジュール、通信アンテナ又はモジュール、Ｇ（加速度）センサ、メモリー、電池などが配置されている。なお、前記車両管理情報の中には、例えば機種、型式、号機などの車両特定番号、車アワーメータ情報である稼働時間、ＧＰＳが提供する位置情報が含まれ、前記車両運転情報の中には、例えばエンジンオイル圧力、エンジン冷却水温、瞬間燃費、燃料残量、３Ｐ位置情報、走行変速位置、車両車速情報、ＰＴＯ回転数、エンジン回転数、スロットル開度などがあり、前記作業機基礎運転情報の中には、例えば作業機がロータリ耕耘装置である場合の耕耘幅情報と耕深情報など、作業機が薬液散布装置である場合の農薬散布量（単位面積当たりの散布量）と農薬タンク残量と散布幅情報などの作業機情報などがある。

そして、前記基地局９１は、上記トラクタ１の情報通信端末９０から情報を収集してデータの分析・加工を行うが、当該情報としては、車両運転情報、稼働時間の収集、燃費の収集、故障情報などの車両情報、作業機毎の稼働情報、作業機消費財（例えば、使用する肥料など）情報、作業運転経路情報、作業機毎の車速情報などの農業機械特有情報がある。

データ処理で、圃場と圃場内各地点でのエンジン制御条件は、過去の制御条件を参照して最適の走行速度やブレーキ作動位置等の制御条件がトラクタ１に送信されて、トラクタ１の操縦者の参考、或いは自動操縦に利用される。

また前記データの分析・加工により、サーバー管理者５２はメンテナンス時期案内、燃費低下情報によるトラクタ買換え推奨案内などの情報をユーザ端末５３や営業所端末５４に提供することができる。前記メンテナンス時期案内は、故障修理の迅速対応、消耗部品時期案内などである。

図４に本実施例のトラクタ１の車内ＬＡＮシステムと、情報管理端末９０及び外部装置としての携帯端末９２のシステムの構成図を示す。

即ち、トラクタ１の制御装置１００にはエンジン管理装置９３としてのエンジンＥＣＵ、作業機昇降系ＥＣＵ９４、走行系ＥＣＵ９５があり、互いにＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）２で接続している。またトラクタ１は携帯端末９２と情報通信端末９０と外部通信ユニット９６を備えており、情報通信端末９０に対して近距離無線通信手段（例えばＢｌｕｅ ｔｏｏｔｈ（登録商標））を介して携帯端末９２に通信可能に構成している。また、情報通信端末９０にはハードディスク９７が接続している。携帯端末９２は、タブレットＰＣ、スマートフォン、パーソナルコンピュータなどが用いられ、後述の走行アシスト制御に関するプログラムを備え、画面による表示と共に当該制御を司る。

また、タッチパネル操作部を有する携帯端末９２と前記情報通信端末９０と外部通信ユニット９６は互いにＣＡＮ１で接続している。またＣＡＮ１は作業機昇降系ＥＣＵ９４を介してトラクタ１の各制御系に接続され、更に外部接続カプラを介して作業機ＥＣＵ９８と接続しており、作業機ＥＣＵ９８Ａは作業機がロータリ耕耘装置１８の例を示し、ブーム伸縮位置、ブーム角度、薬液の液圧、液流量、液残量などの入力により液圧調整、ノズル切換え、ブーム伸縮、ブーム開閉などを行う電磁ソレノイドを作動できる構成になっている。なお、作業機を薬剤散布装置（図示せず）に交換すると、作業機ＥＣＵ９８Ａが図（ｂ）の作業機ＥＣＵ９８Ｂとなる。

情報通信端末９０が蓄積するデータは、地図位置認識装置５１の位置情報に対して作業機基礎運転情報を重ねることで、圃場毎の燃費や作業時間が分かり、このデータを基地局９１に送信して蓄積するので、別のトラクタ１が同じ圃場で作業した場合と比較することが可能になって、トラクタ１毎の作業経費を比較して作業効率の悪いトラクタ１の更新時期として基地局９１からユーザ端末５３に送ってユーザに提案することが出来る。

また、圃場毎の作業記録データは、その作業記録データを使って無人操縦のトラクタ１に同一圃場で同一の作業を効率的に行うように制御することが出来る。

また、圃場毎の負荷率データは、ＤＰＦ再生処理が必要なトラクタ１を高負荷圃場へ向かわせてＤＰＦ再生処理を行う指示を基地局９１から行える。ＧＰＳが提供する位置情報でトラクタ１のいる圃場の標高を知ってＤＰＦ再生処理の実施頻度を変更することも出来る。

また、ＧＰＳで圃場の面積を把握し、作業速度で圃場の作業が終了する時間がＤＰＦ再生処理に必要な時間より長ければ、作業途中にＤＰＦ再生処理を行うことでエンジンを良好な状態に維持出来る。その際に、ＤＰＦ再生処理を実施する煤堆積量の限界値を夕方には低くすることで、自動再生或いは手動再生でＤＰＦ再生処理を早めに実施完了して、翌日のトラクタ１使用開始時にＤＰＦ再生処理開始による待ち時間を無くするようにすると良い。

また、ＧＰＳが提供する位置情報でトラクタ１のいる圃場の標高或いはトラクタ１に備えた気圧計の気圧を加味して、エンジンの出力低下率を表示して操縦者に知らせる。

また、ユーザは、携帯端末９２を用いて基地局９１にアクセスして、作業機基礎運転情報や車両管理情報を入手できる。

さらには、基地局９１は、蓄積した作業機基礎運転情報と車両管理情報に基づいて走行系ＥＣＵ９５に制御信号を送って変速することでエンジン回転数を最適にして低燃費での作業を行えるように出来る。

また、図５の如く、車両管理情報で作業を中断しているにもかかわらずエンジンが回転していれば、携帯端末９２を持つユーザにその旨を伝えて無駄な燃料消費を抑えることが出来る。

農用作業車両が自動施肥機であれば、ＧＰＳが提供する位置情報に農用作業車両に設ける養分センサで計測した養分分布を重ねた養分分布データに基づいて基地局９１で自動施肥機の施肥量を適切な養分となるように自動施肥機を変更調整制御出来る。肥料の使用量を管理し、残量が少なくなると基地局９１や携帯端末９２に報知するようにすると良い。

なお、自動施肥機が養分を計測して自動で不足肥料を施肥できるようにすることも可能である。

肥料の使用量を基地局９１で管理してサーバー管理者５２が営業所端末５４に表示して在庫減少をユーザに知らせるようにしても良い。

農用作業車両の制御は、基地局９１が蓄積した作業データに基づいて適宜に修正して自動制御するようにすると良い。

１ 農用作業車両(トラクタ)
５ エンジン
５０ ＧＰＳ衛星
５１ 地図位置認識装置
９０ 通信手段（情報通信端末）
９１ 基地局
９３ エンジン管理装置（エンジンＥＣＵ）

Claims (3)

1. 基地局（９１）との通信手段（９０）とＧＰＳ衛星（５０）から位置情報を入手する位置認識装置（５１）を備えた農用作業車両（１）において、エンジン（５）を監視するエンジン管理装置（９３）のエンジン管理データ等と位置認識装置（５１）の地図上作業位置データを通信手段（９０）で基地局（９１）に送信して、基地局（９１）で各データを管理することを特徴とする農用作業車両。
2. 基地局（９１）側に入力したエンジン管理データを統計処理して、通信手段（９０）で基地局（９１）からからの指示を農用作業車両（１）が受信可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の農用作業車両。
3. 基地局（９１）に保存する圃場別の過去のエンジン管理データに基づいて最適エンジン管理条件を算出し、該最適エンジン管理条件を農用作業車両（１）で受信して自動或いは手動で制御することを特徴とする請求項２に記載の農用作業車両。

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