JP2017117256A - 作業車両の燃料管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料不足により停止した作業車両に給油する際、圃場に入ることなく給油できるような作業車両の燃料管理システムを提供する。【解決策】燃料タンク４内の燃料残量を検出する燃料残量センサ５４を備え、走行を制御する制御部５０を備え、圃場内において、制御部５０に予め記憶された予定走行経路Ｒに沿って自律走行しながら作業を行う作業車両において、前記制御部５０は燃料残量が所定の量以下になると、圃場の端１ａまで移動した後、自動で走行を停止する給油待機モードに移行する。【選択図】図６

Description

本発明は、作業車両の燃料管理システムに関する。

車両が燃料切れを起こしてしまうと、エンジン系統内の空気を除去する作業などが必要になる。これを防ぐため、自動走行する作業車両において、燃料残量を検出する燃料検出手段を設け、燃料が設定量以下になると燃料供給を停止する手段を作動させる技術が公知である（特許文献１）。

実開昭６１−９３３６号公報

しかし、自律走行中に圃場内で走行が停止してしまうと、燃料供給や車両移動のために作業者が圃場内の車両近くまで入って行かなければならなかった。圃場内を歩くのは困難であり、また耕耘や代掻きなどの作業中であれば、作業後の地面を荒らしてしまうことにもなるので、圃場内での車両の停止は改善する必要があった。

本発明では作業者が圃場に入ることなく、給油作業を行うことができる作業車両の燃料管理システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、燃料タンク内の燃料残量を検出する燃料残量センサを備え、走行を制御する制御部を備え、圃場内において、制御部に予め記憶された予定走行経路に沿って自律走行しながら作業を行う作業車両において、前記制御部は燃料残量が所定の量以下になると、圃場の端まで移動した後、自動で走行を停止する給油待機モードに移行することを第１の特徴とする。

また、本発明は、第１の特徴を有する発明において、給油用の燃料を搭載し、遠隔操作により飛行する無人航空機を有し、前記無人航空機の機体下部に給油ノズルの開閉を行う給油シャッタを設け、前記制御部は前記無人航空機から送信される給油ノズルの開閉状態を受信して検出し、給油ノズルが開状態であるにもかかわらず、燃料残量が増加しない場合は、前記給油待機モードに移行することを第２の特徴とする。

また、本発明は、第１の特徴または第２の特徴を有する発明において、前記作業車両の制御部は携帯端末と信号を送受信し、前記作業車両に備えられた自己位置を検出する測位装置から信号を受信し、予め記憶された圃場面積と作業幅情報、測位装置により算出される走行軌跡から、単位面積当たりの燃料消費量と残りの作業面積を算出し、燃料残量、単位面積当たりの燃料消費量から、作業可能な面積を算出し、前記作業可能な面積と前記残りの作業面積の大きさを比較した結果を前記携帯端末に送信することを第３の特徴とする。

第１の特徴を有する発明によると、燃料残量が少なくなったことを検出すると、圃場内の作業車両が自動で畦際まで移動して待機するので、給油作業を圃場外から行うことができる。

第２の特徴を有する発明によると、無人航空機による給油を行う場合、給油シャッタが解放されていても燃料残量に変化がない場合は無人航空機の給油タンクに燃料が入っていいないことが予想され、外部からの給油作業が必要となる。このため、自動で畦際まで移動することで、給油作業を圃場外から行うことができる。

第３の特徴を有する発明によると、第１の特徴または第２の特徴を有する発明による効果に加え、残存の燃料で圃場内の作業を完了できるか否かをいち早く遠隔にいる管理者に伝達することができるため、給油の手配等を適切に実行できる。

燃料管理システムの構成概略図 燃料管理システムの制御ブロック図 圃場形状測定時の概略図 圃場形状測定時の概略図 給油時の作業車両と無人航空機の側面図 圃場内作業車両の平面図

この発明の実施例を図面に基づき説明する。

図１は、燃料管理システムの構成概略図である。本発明の発明における作業車両の一例としてのトラクタ１は、エンジンＥで発生した動力を適宜減速し、後輪３又は前輪２を駆動して走行する。

エンジンＥはボンネット５の内部に設けられ、燃料タンク４内に貯蔵された燃料を内部で燃焼することにより動力を発生させる。トラクタ１は後方にロータリ耕耘装置などの作業機（図示せず）が装着される。エンジンＥで発生した動力は、走行駆動に使用されるほか、動力を外部へ取り出すＰＴＯ軸（図示せず）を通して、作業機を駆動するのにも使用される。

キャビン６は前方フレーム６ｆ、中間フレーム６ｍ、後方フレーム６ｒ、キャビンルーフ８などにより構成され、運転部を覆うように設けられる。後方フレーム６ｒと中間フレーム６ｍの間にはサイドウィンドウ６ｗが設けられ、前方フレーム６ｆと中間フレーム６ｍに間には運転者が乗り降りするドア部６ｄが設けられている。

キャビン６内部空間後部には運転者が手動運転する際に着座するシート９が設けられ、シート９前方には前輪２を操向操作するためのステアリングホイール１０が設けられる。このステアリングホイール１０は自動走行の際はステアリングモータ（図示せず）により電気的に自動で回動操作される。

ステアリングホイール１０の下方には車両の前進と後進を切り換える前後進レバー１１が設けられ、さらにその下方のシート９に運転者が着座した際の左足付近にはクラッチペダル１２、右足付近にはアクセルペダル１３等が設けられている。

前述の燃料タンク４はキャビン６の下方左右に設けられており、左側の燃料タンク４から上方に向かって、キャビン６の左側前方フレーム６ｆに沿うように給油路１４が設けられ、キャビンルーフ８の上方に給油口１５が設けられている。

給油口１５の周辺には後述する無人航空機３０の着陸台１６が設けられており、キャビンルーフの前部中央には測位装置としての車載ＧＰＳアンテナ１７が設置されている。なお、給油路１４の反対側には、エンジンの排気を外部に放出するテールパイプ１８がキャビン６の右側前方フレーム６ｆに沿って立設されている。

トラクタ１はタブレット等の携帯端末２０と通信により信号の送受信を行う。携帯端末２０は後述する無人航空機３０とも通信可能に構成されており、無人航空機３０を操作スティック２０Ｌ、２０Ｒ等により遠隔操作するコントローラとしての機能を併せ持つ。

携帯端末２０の中央には画像表示部２１があり、後述する無人航空機３０のカメラ３１が撮影した映像や、無人航空機３０の操縦ボタン等が表示される。

無人航空機３０はプロペラ３２を装着した複数のモータ３３の出力バランスにより姿勢が制御され、飛行による移動やホバリングを自在に行うことができる。機体の姿勢制御は携帯端末２０から送信される操作信号による制御と、内蔵する加速度センサ等による自動の制御が同時に行われる。

無人航空機３０の機体下部には着陸用の脚部３４や下方を撮影するカメラ３１、給油用の燃料を搭載する給油タンク３５が搭載されており、給油タンク３５の下部中央に給油ノズル３６が設けられて、バランスよく飛行できるように構成されている。給油ノズル３６には給油シャッタ３７が設けられ、給油を任意のタイミングで中断することが可能である。また、無人航空機３０の機体上部には飛行ＧＰＳアンテナ３８が搭載されている。

図２は燃料管理システムの制御ブロック図である。トラクタ１には車両の走行を制御する制御部としての車両ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０と車載ＧＰＳアンテナ１７で得た信号を基に位置情報を処理する位置情報処理ＥＣＵ６０が搭載されている。

車両ＥＣＵには走行車速を検出する車速センサ５１からの信号と、前輪２の操向角度を検出するステリングセンサ５２からの信号と、変速位置を検出する変速センサ５３からの信号と、燃料タンク４内の燃料残量を検出する燃料残量センサからの信号とが入力される。車両ＥＣＵからはエンジンＥの出力を制御する信号と、ステアリングホイール１０の操向角度を制御するステアリングモータ５５の操作信号と、変速装置５６の変速操作信号と、車両の走行を停止するブレーキを操作するブレーキシリンダ５７へのブレーキ操作信号とが出力される。

位置情報処理ＥＣＵ６０と車両ＥＣＵ５０とは有線通信により上方を互いに送受信することができ、車両の位置に応じて各種制御を実行することも可能である。車両ＥＣＵ５０は携帯端末２０とは無線通信により情報の送受信を行い、車両の状態や作業状況を携帯端末２０の画像表示部２１に表示することもできる。

携帯端末２０は無人航空機３０に搭載された無人航空機３０制御用の無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）ＥＣＵ７０とも無線通信により情報の送受信ができる。無人航空機ＥＣＵ７０には飛行ＧＰＳアンテナ３８からの位置情報信号やカメラ３１からの映像信号、加速度センサ７１からの姿勢情報信号などが入力され、無人航空機ＥＣＵ７０からは給油シャッタ３７への開閉信号やモータ３３の出力制御信号が出力される。

図３、図４は車両の自走走行用経路設定用に圃場形状を登録するときの概略図である。圃場の位置情報と形状情報を無人航空機３０を用いて測定し、携帯端末２０に登録するときには、図３に示すように無人航空機３０を用いる。カメラ３１で撮影されている映像を画僧表示部２１で確認しながら、測定したい圃場の角部Ａの上方に手動で無人航空機３０を飛ばし、マーカー２２を基準に無人航空機３０の位置を調整して位置設定ボタン２４をタップすると、その時の無人航空機３０の位置が点で記憶される。その時の座標は座標表示部２３に表示される。

同様にして角部Ｂ、角部Ｃを登録していき、図４に示すように角部Ｄ上空で最後の角部を登録した後に設定終了ボタン２５をタップすると圃場形状が確定し、自動走行する際の走行経路が圃場形状情報に基づいて自動生成される。

図５は無人航空機３０を用いた給油時の作業車両の一例としてのトラクタ１と無人航空機３０の側面図である。カメラ３１の映像を確認しながら位置を合わせて無人航空機３０を着陸台１６に着陸させると給油ノズル３６が給油口１５に挿入されるように設計されている。

給油ノズル３６の挿入が確認されると、給油シャッタ３７を開放し、給油を開始する。給油中は燃料タンク４中の燃料残量センサ５４の検出値が所定の範囲、つまり満タン近くまで燃料が入れられていることを検出した場合、車両ＥＣＵ５０から信号が携帯端末２０を経由して無人航空機ＥＣＵ７０に送信され、信号を受信した無人航空機ＥＣＵ７０は給油シャッタ３７を閉じて給油作業を中止する。

また、無人航空機ＥＣＵ７０は給油停止操作の信号を携帯端末２０から受信した場合、または燃料残量センサ５４の検出値が所定時間変化しなくなった場合の信号を受信した場合、もしくは燃料残量センサ５４の検出値が異常値を示している場合の信号を受信した場合にも給油シャッタ３７を閉じて給油作業を停止する。

以上の構成により、燃料の不足によって圃場内等で作業車両が停止した場合にも、作業者が圃場内に入ることなく給油作業を行うことができる。

図６は圃場内作業車両の平面図である。圃場内に設定された予定走行経路Ｒ上を自律走行中に中途位置１ｂで燃料残量センサ５４が所定量以下の値を検知すると、トラクタ１は給油待機モードに移行し、作業を中断して畦際１ａの位置まで自動で走行して停止する。この状態で停止するので作業者は圃場内に入ることなく、畦の上から燃料タンク４へ直接給油作業を行うことができる。位置情報処理ＥＣＵ６０は作業中断時に中途位置１ｂを記憶しており、給油作業完了後に作業再開操作が行われると、中途位置１ｂに自動的に戻って作業が再開される。

無人航空機３０による給油作業中において、給油シャッタ３７が開放されているにもかかわらず、燃料残量センサ５４が燃料の増加を検知しない場合は、無人航空機３０の給油タンク３５が空になっていることが予想される。このため、トラクタ１は着陸台１６上の無人航空機３０を固定しつつ給油待機モードに移行して畦際１ａまで自動で移動する。この時、無人航空機側のＧＰＳアンテナ３８の方が高精度であれば、こちらの測位情報を利用してもよい。この時、着陸台１６の位置と車両の前端、後端、左右両側面との位置関係を予め記憶しておき、無人航空機側のＧＰＳアンテナ３８の測位情報に加えることで精度よく畦際にトラクタ１を寄せることが可能となる。

また、車両ＥＣＵ５０は作業幅Ｗを予め記憶しており、この作業幅Ｗと走行軌跡とにより作業面積を算出する。この作業面積と、作業中に消費した燃料量から単位作業面積当たりの燃料消費量を算出できる。圃場の面積は角部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標から求めることができる。この圃場面積と作業面積との差から残りの作業面積を求め、これに単位面積当たりの燃料消費量を掛けて必要燃料量を算出する。この必要燃料量と燃料残量とを比較することで残りの燃料で圃場内の作業を完了することが可能か否かを判定する。

燃料残量が足りない場合は携帯端末２０にその旨が送信され、管理者に報知される。これにより予め燃料の供給が必要か否かを管理者が判断することができ、必要な場合は適切なタイミングで給油作業の手配を行うことが容易となる。

また、本実施例ではトラクタ１について説明したが、コンバインや田植機、その他作業車両にも応用することが可能である。

Ｅ エンジン
Ｒ 予定走行経路
Ｗ 作業幅（作業幅情報）
１ トラクタ（作業車両）
４ 燃料タンク
１７ 測位装置（ＧＰＳアンテナ）
２０ 携帯端末
３０ 無人航空機
３７ 給油シャッタ
５０ 車両ＥＣＵ（制御部）
５４ 燃料残量センサ

Claims (3)

1. 燃料タンク内の燃料残量を検出する燃料残量センサを備え、
   走行を制御する制御部を備え、
   圃場内において、制御部に予め記憶された予定走行経路に沿って自律走行しながら作業を行う作業車両において、
   前記制御部は燃料残量が所定の量以下になると、圃場の端まで移動した後、自動で走行を停止する給油待機モードに移行する、
   作業車両の燃料管理システム。
2. 給油用の燃料を搭載し、遠隔操作により飛行する無人航空機を有し、
   前記無人航空機の機体下部に給油ノズルの開閉を行う給油シャッタを設け、
   前記制御部は前記無人航空機から送信される給油ノズルの開閉状態を受信して検出し、
   給油ノズルが開状態であるにもかかわらず、燃料残量が増加しない場合は、前記給油待機モードに移行する、
   請求項１に記載の作業車両の燃料管理システム。
3. 前記作業車両の制御部は携帯端末と信号を送受信し、
   前記作業車両に備えられた自己位置を検出する測位装置から信号を受信し、
   予め記憶された圃場面積と作業幅情報、測位装置により算出される走行軌跡から、単位面積当たりの燃料消費量と残りの作業面積を算出し、
   燃料残量、単位面積当たりの燃料消費量から、作業可能な面積を算出し、
   前記作業可能な面積と前記残りの作業面積の大きさを比較した結果を前記携帯端末に送信する、
   請求項１または２に記載の作業車両の燃料供給システム。

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