JP2019113960A - 自動操舵システム - Google Patents

Abstract

【課題】旋回走行において、簡単な算法で高速に位置ずれ量及び方位ずれ量を算出して、正確な操舵制御が可能な自動操舵システムの提供。【解決手段】自動操舵システムは、作業車１０における基準点ＶＰの位置を算出する基準点算出部と、旋回円Ｃの中心Ｐと基準点ＶＰとを通る直線を基準直線ＢＬとして算出し、基準直線ＢＬと旋回円との交点から前記基準点までの距離を位置ずれ量δとして算出する位置ずれ量算出部と、車体方位を算出し、基準点ＶＰを通り基準直線ＢＬに垂直な線ＰＬと車体方位との交差角θを方位ずれ量として算出する方位ずれ量算出部と、位置ずれ量δと方位ずれ量θとが小さくなる操舵量を出力する操舵制御部とを備える。【選択図】図７

Description

本発明は、設定された旋回円に沿って作業車を自動走行させる自動操舵システムに関する。

特許文献１による農業用作業車は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信装置を備え、算出された自車位置に基づいて、目標経路に追従するように自動走行する。直進走行では、直線状の目標経路から車体がずれた場合には、つまり、車体中心線上に設置されている制御基準点が目標経路からずれた場合には、位置偏差（位置ずれ）及び方位偏差（方位ずれ）に基づいて、操舵制御が行われる。旋回走行では、車体前側の前輪中心部が制御基準位置に設定され、旋回経路の中心と制御基準位置とを結ぶ直線と、旋回経路と、の交点を通る車体の接線ベクトルに対する、制御基準位置の位置偏差と方位偏差が算出される。算出した位置偏差と方位偏差に基づいて操舵制御が行われる。

特開２００２−３５８１２２号公報

特許文献１による操舵制御では、位置偏差（位置ずれ量）と方位偏差（方位ずれ量）とを求めるために、旋回経路の旋回中心と制御基準位置とを結ぶ直線と、旋回経路と、の交点を通る車体の接線ベクトルを算出する必要があるが、接線ベクトルの算出は演算負荷が高いので、演算時間がかかる。また、作業車では、乗用車などに比べて小さい旋回半径が用いられるので、旋回走行において接線ベクトルは急速に変化していくことになり、演算負荷の高い接線ベクトルの算出を短時間で行う必要がある。これを行うためには、高いコストの演算機能が要求される。
このような実情に鑑み、旋回走行において、簡単な算法で高速に位置ずれ量及び方位ずれ量を算出して、正確な操舵制御が可能な自動操舵システムが要望されている。

設定された旋回円に沿って作業車を自動走行させる本発明による自動操舵システムは、前記作業車における基準点の位置を算出する基準点算出部と、前記旋回円の中心と前記基準点とを通る直線を基準直線として算出する基準直線算出部と、前記基準直線と前記旋回円との交点から前記基準点までの距離を位置ずれ量として算出する位置ずれ量算出部と、前記作業車の車体の向きを示す車体方位を算出する車体方位算出部と、前記基準点を通り前記基準直線に垂直な線と前記車体方位との交差角を方位ずれ量として算出する方位ずれ量算出部と、前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とが小さくなる操舵量を出力する操舵制御部とを備える。このような操舵は、前進及び後進で実行可能である。
なお、ここでの、旋回円は、厳密な円に限定されるのではなく、近似的な円も含み、さらには、微小時間で半径が変化する旋回円の中心が変化するものも含むとする。

この構成では、設定されている走行目標となる旋回円の中心と作業車の基準点とを結ぶ基準直線の直線式が算出され、この基準直線を用いることで、接線の直線式を求めることなしに、簡単な演算で位置ずれ量と方位ずれ量が算出できる。つまり、位置ずれ量は、基準直線と旋回円との交点と、基準点と、の間の距離（長さ）である。方位ずれ量は、基準点を通って基準直線に垂直な直線と、車体方位算出部によって算出された車体方位を示す直線と、がなす角度である。得られた位置ずれ量と方位ずれ量とは、操舵制御部で操舵量を求めるための入力量となる。

このように、本願発明であれば、位置ずれ量と方位ずれ量とを簡単な計算で求めることができるため、旋回走行において、簡単な算法で高速に位置ずれ量及び方位ずれ量を算出して、正確な操舵制御が可能な自動操舵システムを提供できる。

位置ずれ量となる、基準直線と旋回円との交点と、基準点と、の間の長さは、旋回円の中心と基準点との長さと、旋回円半径と、の差である。したがって、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記位置ずれ量算出部は、前記基準直線における前記旋回円の中心と前記基準点との間の長さから前記旋回円の半径を減算することで前記距離を算出する。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記操舵制御部は、現在の操舵量と前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とを入力パラメータとして、ＰＩＤ制御方式またはＰＩ制御方式で前記操舵量を演算して出力する。この構成により、制御ハンチングが抑制され、作業車の旋回走行は円滑なものとなる。これより、旋回によって圃場を荒らすことが抑制される。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記旋回円は、延び方向が異なる旋回前走行経路と旋回後走行経路とを円弧でつなぐように設定され、前記旋回円として、急旋回用旋回円と緩旋回用旋回円が選択可能に用意されている。この構成では、圃場状態や走行状態に応じて、より適切な旋回円を用いた旋回走行を選択することができる。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前回の旋回走行での旋回走行誤差に基づいて、次の旋回走行で設定される旋回円の半径が調整される。この構成では、例えば、作業車の旋回性を悪化させるような圃場状態により、作業車が目標経路となる旋回円円弧から大きく外側に膨らんだ走行となれば、次回からの旋回にはより半径の大きな旋回円を選択することで、旋回円円弧に沿った円滑な走行が可能となる。

自動操舵システムを採用した作業車の一例としてのコンバインの側面図である。 コンバインの自動走行の概要を示す図である。 自動走行における走行経路を示す図である。 後進を用いた旋回走行経路の例を示す図である。 後進を用いた旋回走行経路の例を示す図である。 コンバインの制御系の構成を示す機能ブロック図である。 位置ずれ量及び方位ずれ量を算出する際に用いられる基本原理を説明する説明図である。 旋回制御における別な実施形態を示す模式図である。 旋回制御における別な実施形態を示す模式図である。 旋回制御における別な実施形態を示す模式図である。 旋回制御における別な実施形態を示す模式図である。

次に、本発明の自動操舵システムを採用し、自動走行可能である作業機の一例として、普通型のコンバインを取り上げて説明する。なお、本明細書では、特に断りがない限り、「前」(図１に示す矢印Ｆの方向)は車体前後方向（走行方向）における前方を意味し、「後」(図１に示す矢印Ｂの方向)は車体前後方向（走行方向）における後方を意味する。また、左右方向または横方向は、車体前後方向に直交する車体横断方向（車体幅方向）を意味する。「上」(図１に示す矢印Ｕの方向)及び「下」(図１に示す矢印Ｄの方向)は、車体の鉛直方向（垂直方向）での位置関係であり、地上高さにおける関係を示す。

図１に示すように、このコンバインは、走行車体１０、クローラ式の走行装置１１、運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４、収穫部Ｈ、搬送装置１６、穀粒排出装置１８、自車位置検出モジュール８０を備えている。

走行装置１１は、走行車体１０（以下単に車体１０と称する）の下部に備えられている。コンバインは、走行装置１１によって自走可能に構成されている。この走行装置１１は、左右一対のクローラ機構（走行ユニット）から構成された操舵走行装置である。左のクローラ機構（左走行ユニット）のクローラ速度と右のクローラ機構（右走行ユニット）のクローラ速度とは独立して調整可能であり、この速度差の調整により車体１０の走行方向での向きが変更される。運転部１２、脱穀装置１３、穀粒タンク１４は、走行装置１１の上側に備えられ、車体１０の上部を構成している。運転部１２は、コンバインを運転する運転者やコンバインの作業を監視する監視者が搭乗可能である。通常、運転者と監視者とは兼務される。なお、運転者と監視者とが別人の場合、監視者は、コンバインの機外からコンバインの作業を監視していても良い。

穀粒排出装置１８は、穀粒タンク１４の後下部に連結されている。また、自車位置検出モジュール８０は、運転部１２の前上部に取り付けられている。

収穫部Ｈは、コンバインにおける前部に備えられている。そして、搬送装置１６は、収穫部Ｈの後側に接続されている。また、収穫部Ｈは、切断機構１５及びリール１７を有している。切断機構１５は、圃場の植立穀稈を刈り取る。また、リール１７は、回転駆動しながら収穫対象の植立穀稈を掻き込む。この構成により、収穫部Ｈは、圃場の穀物（農作物の一種）を収穫する。そして、コンバインは、収穫部Ｈによって圃場の穀物を収穫しながら走行装置１１によって走行する作業走行が可能である。

切断機構１５により刈り取られた刈取穀稈は、搬送装置１６によって脱穀装置１３へ搬送される。脱穀装置１３において、刈取穀稈は脱穀処理される。脱穀処理により得られた穀粒は、穀粒タンク１４に貯留される。穀粒タンク１４に貯留された穀粒は、穀粒排出装置１８によって機外に排出される。

運転部１２には、通信端末２が配置されている。本実施形態において、通信端末２は、運転部１２に固定されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、通信端末２は、運転部１２に対して着脱可能に構成されていても良い。また、コンバインの機外に持ち出されても良い。

図２に示すように、このコンバインは、圃場において設定された走行経路に沿って自動走行する。このためには、自車位置が必要である。自車位置検出モジュール８０には、衛星航法モジュール８１と慣性航法モジュール８２とが含まれている。衛星航法モジュール８１は、人工衛星ＧＳからのＧＮＳＳ（global navigation satellite system）信号（ＧＰＳ信号を含む）を受信して、自車位置を算出するための測位データを出力する。慣性航法モジュール８２は、ジャイロ加速度センサ及び磁気方位センサを組み込んでおり、瞬時の走行方向を示す位置ベクトルを出力する。慣性航法モジュール８２は、衛星航法モジュール８１による自車位置算出を補完するために用いられる。慣性航法モジュール８２は、衛星航法モジュール８１とは別の場所に配置してもよい。

このコンバインによって圃場での収穫作業を行う場合の手順は、以下に説明する通りである。

まず、運転者兼監視者は、コンバインを手動で操作し、図２に示すように、圃場内の外周部分において、圃場の境界線に沿って周回するように収穫走行を行う。これにより既刈地（既作業地）となった領域は、外周領域ＳＡとして設定される。そして、外周領域ＳＡの内側に未刈地（未作業地）のまま残された領域は、作業対象領域ＣＡとして設定される。図２は、外周領域ＳＡと作業対象領域ＣＡの一例を示している。

また、このとき、外周領域ＳＡの幅をある程度広く確保するために、運転者は、コンバインを３〜４周走行させる。この走行においては、コンバインが１周する毎に、コンバインの作業幅分だけ外周領域ＳＡの幅が拡大する。最初の、３〜４周の走行が終わると、外周領域ＳＡの幅は、コンバインの作業幅の３〜４倍程度の幅となる。この周回走行は、予め与えられた圃場外形状データに基づいて自動走行によって行われても良い。

外周領域ＳＡは、作業対象領域ＣＡにおいて収穫走行を行うときに、コンバインが方向転換するためのスペースとして利用される。また、外周領域ＳＡは、収穫走行を一旦終えて、穀粒の排出場所へ移動する際や、燃料の補給場所へ移動する際等の移動用のスペースとしても利用される。

なお、図２に示す運搬車ＣＶは、コンバインから排出された穀粒を収集し、運搬することができる。穀粒排出の際、コンバインは運搬車ＣＶの近傍へ移動した後、穀粒排出装置１８によって穀粒を運搬車ＣＶへ排出する。

外周領域ＳＡ及び作業対象領域ＣＡが設定されると、図３に示すように、作業対象領域ＣＡにおける走行経路が算定される。算定された走行経路は、作業走行のパターンに基づいて順次設定され、設定された走行経路に沿って、コンバインが自動走行する。なお、このコンバインは、旋回走行のための旋回パターンとして、図３に示すようなＵ字状の旋回走行経路に沿って方向転換するＵ旋回パターンと、図４に示すような前後進を繰り返しながら方向転換するα旋回パターンと、図５に示すような後進走行をともなってＵ旋回パターンよりも狭い領域でＵ旋回パターンと同様の方向転換をするスイッチバック旋回パターンとを有する。図４のα旋回パターンでは、９０°の切り返し旋回走行経路が示されている。この切り返し旋回走行では、その経路は、移行元走行経路Ｌ１から、前進走行経路ＭＬ１、後進走行経路ＭＬ２、前進走行経路ＭＬ３を経て、移行先走行経路Ｌ２に至る。図５のスイッチバック旋回パターンでは直線往復走行での経路移行で用いられる１８０°の切り返し旋回走行が示されている。この切り返し旋回走行でも同様に、その経路は、移行元走行経路Ｌ１から、前進走行経路ＭＬ４、後進走行経路ＭＬ５、前進走行経路ＭＬ６を経て、移行先走行経路Ｌ２に至る。このような後進を含む旋回走行は、穀粒タンク１４が満杯になって、作業対象領域ＣＡの走行経路から離脱したコンバインが、運搬車ＣＶに対して位置合わせする時などにも行われる。

図６に、本発明による自動操舵システムを利用するコンバインの制御系が示されている。コンバインの制御系は、多数のＥＣＵと呼ばれる電子制御ユニットからなる制御ユニット５、及び、この制御ユニット５との間で車載ＬＡＮなどの配線網を通じて信号通信（データ通信）を行う各種入出力機器から構成されている。

報知デバイス６２は、運転者等に作業走行状態や種々の警告を報知するためのデバイスであり、ブザー、ランプ、スピーカ、ディスプレイなどである。通信部６６は、このコンバインの制御系が、通信端末２との間で、あるいは、遠隔地に設置されている管理コンピュータとの間でデータ交換するために用いられる。通信端末２には、圃場に立っている監視者、またはコンバイン乗り込んでいる運転者兼監視者が操作するタブレットコンピュータ、自宅や管理事務所に設置されているコンピュータなども含まれる。制御ユニット５は、この制御系の中核要素であり、複数のＥＣＵの集合体として示されている。自車位置検出モジュール８０からの信号は、車載ＬＡＮを通じて制御ユニット５に入力される。

制御ユニット５は、入出力インタフェースとして、出力処理部５０３と入力処理部５０２とを備えている。出力処理部５０３は、機器ドライバ６５を介して種々の動作機器７０と接続している。動作機器７０として、走行関係の機器である走行機器群７１と作業関係の機器である作業機器群７２とがある。走行機器群７１には、例えば、操舵機器７１０、エンジン機器、変速機器、制動機器などが含まれている。作業機器群７２には、収穫部Ｈ、脱穀装置１３、搬送装置１６、穀粒排出装置１８における動力制御機器などが含まれている。

入力処理部５０２には、走行状態センサ群６３、作業状態センサ群６４、走行操作ユニット９０、などが接続されている。走行状態センサ群６３には、エンジン回転数センサ、オーバーヒート検出センサ、ブレーキペダル位置検出センサ、変速位置検出センサ、操舵位置検出センサなどが含まれている。作業状態センサ群６４には、収穫作業装置（収穫部Ｈ、脱穀装置１３、搬送装置１６、穀粒排出装置１８）の駆動状態を検出するセンサ、穀稈や穀粒の状態を検出するセンサなどが含まれている。

走行操作ユニット９０は、運転者によって手動操作され、その操作信号が制御ユニット５に入力される操作具の総称である。走行操作ユニット９０には、主変速操作具９１、操舵操作具９２、モード操作具９３、自動開始操作具９４、などが含まれている。手動走行モードでは、操舵操作具９２を中立位置から左右に揺動操作することにより、左のクローラ機構のクローラ速度と右のクローラ機構のクローラ速度とが調整され、車体１０の向きが変更される。モード操作具９３は、自動運転が行われる自動走行モードと手動運転が行われる手動走行モードとを切り替えるための指令を制御ユニット５に与える機能を有する。自動開始操作具９４は、自動走行を開始するための最終的な自動開始指令を制御ユニット５に与える機能を有する。なお、モード操作具９３による操作とは無関係に、自動走行モードから手動走行モードへの移行が、ソフトウエアによって自動的に行われる場合もある。例えば、自動運転が不可能な状況が発生すると、制御ユニット５は、強制的に自動走行モードから手動走行モードへの移行を実行する。

制御ユニット５には、報知部５０１、走行制御部５１、作業制御部５２、走行モード管理部５３、走行経路設定部５４、自車位置算出部５５、車体方位算出部５６、位置ずれ量算出部５７、方位ずれ量算出部５８、基準直線算出部５９が備えられている。報知部５０１は、制御ユニット５の各機能部からの指令等に基づいて報知データを生成し、報知デバイス６２に与える。自車位置算出部５５は自車位置検出モジュール８０から逐次送られてくる測位データに基づいて、予め設定されている車体１０の基準点の地図座標（または圃場座標）である自車位置を算出する。つまり、車体１０の基準点の位置を算出する基準点算出部として機能する。この基準点には、後で説明される車体基準点や旋回基準点などが含まれる。車体方位算出部５６は、自車位置算出部５５で逐次算出される自車位置から、微小時間での走行軌跡を求めて車体１０の走行方向での向きを示す車体方位を決定する。また、車体方位算出部５６は、慣性航法モジュール８２からの出力データに含まれている方位データに基づいて車体方位を決定することも可能である。

走行制御部５１は、エンジン制御機能、操舵制御機能、車速制御機能などを有し、走行機器群７１に制御信号を与える。作業制御部５２は、収穫作業装置（収穫部Ｈ、脱穀装置１３、搬送装置１６、穀粒排出装置１８など）の動きを制御するために、作業機器群７２に制御信号を与える。

走行制御部５１に含まれている操舵制御部５１０は、位置ずれ量算出部５７によって算出される位置ずれ量と、方位ずれ量算出部５８によって算出される方位ずれ量とに基づいて操舵量を算出して、操舵機器７１０に出力する。つまり、操舵制御部５１０は、走行経路設定部５４によって設定された目標となる走行経路と、自車位置算出部５５によって算出された自車位置との間の位置ずれ量と方位ずれ量とが小さくなるように操舵制御を行う。この実施形態では、操舵制御部５１０には、ＰＩＤ制御方式またはＰＩ制御方式が採用される。もちろん、他の制御方式が採用されてもよい。このコンバインは自動走行で収穫作業を行う自動運転と手動走行で収穫作業を行う手動運転との両方で走行可能である。このため、走行制御部５１には、さらに、手動走行制御部５１１と自動走行制御部５１２とが含まれている。なお、自動運転を行う際には、自動走行モードが設定され、手動運転を行うためには手動走行モードが設定される。上述したように、走行モードの切り替えは、走行モード管理部５３によって管理される。

自動走行モードが設定されている場合、自動走行制御部５１２は、操舵制御部５１０と協働しながら、自動操舵及び停止を含む車速変更の制御信号を生成して、走行機器群７１を制御する。その際、車速変更に関する制御信号は、前もって設定された車速値に基づいて生成される。

走行経路設定部５４は、管理している旋回経路を含む走行経路を順次選択して、走行目標経路として設定する。旋回経路は、実質的には旋回円の円弧である。この旋回円の中心と旋回円の半径とによって、円弧状の旋回経路が規定される。車体１０が正確に旋回経路を走行すると仮定した場合、この旋回円の中心が車体１０の旋回中心となる。走行経路設定部５４で管理される走行経路は、走行経路設定部５４が経路算出アルゴリズムによって自ら生成することもできるが、通信端末２や遠隔地の管理コンピュータ等で生成されたものをダウンロードしたものを用いることも可能である。

手動走行モードが選択されている場合、運転者による操作に基づいて、手動走行制御部５１１が制御信号を生成し、走行機器群７１を制御することで、手動運転が実現する。なお、走行経路設定部５４によって算出された走行経路は、手動運転であっても、コンバインが当該走行経路に沿って走行するためのガイダンス目的で利用することができる。

位置ずれ量算出部５７は、走行経路設定部５４によって設定された走行経路と、自車位置算出部５５によって算出された自車位置と、の間の距離である位置ずれを算出する。方位ずれ量算出部５８は、走行経路設定部５４によって設定された走行経路の延び方向と、車体方位算出部５６によって算出された車体方位と、の間の角度差を方位ずれとして算出する。この実施形態では、自車位置算出部５５によって算出された自車位置は、ずれのない理想的な旋回走行において、旋回円によって規定される旋回経路の上に乗る点である旋回基準点としている。もちろん、直線走行経路におけるずれのない理想的な走行においても、この旋回基準点は直線走行経路に乗ることになるので、旋回基準点は直線走行経路における車体基準点として用いることができる。その場合、旋回基準点と車体基準点は同一となる。

基準直線算出部５９は、基準直線を算出する。基準直線は、旋回走行における、位置ずれ量算出部５７による位置ずれ量の算出、及び、方位ずれ量算出部５８による方位ずれ算出の算出に用いられる。次に、図７を用いて、基準直線と位置ずれ量と方位ずれ量との関係を説明する。

図７は、旋回前の走行経路である旋回前走行経路から旋回先の走行経路である旋回後走行経路へ旋回走行する際に設定された、旋回円と車体１０との関係を示している。この例では、旋回前走行経路と旋回後走行経路とが直交関係であるので、旋回経路は、旋回円の９０°円弧である。図７の説明で用いられる符号は、以下のように定義される。Ｃは旋回円を示す。Ｐは旋回円Ｃの中心である。旋回円の中心Ｐの座標値は（Ｘ，Ｙ）であり、走行経路設定部５４によって管理されている。Ｒは旋回円Ｃの半径である。ＶＰは、車体１０の旋回基準点（車体基準点）であり、座標値（ｘ、ｙ）で表される。旋回基準点ＶＰの座標値（ｘ、ｙ）は、自車位置算出部５５によって算出される。ＣＬは、車体１０の前後方向に延びた中心線である車体中心線である。ｄは、旋回円の中心Ｐと旋回基準点ＶＰとの２点間距離である。ＢＬは、旋回円の中心Ｐと旋回基準点ＶＰとの２点を結ぶ直線であり、この直線が、「基準直線」である。ＰＬは、旋回基準点ＶＰを通って基準直線ＢＬに垂直な直線であり、以下、「方位基準線」と称する。

図７は、旋回走行途中の状態を示しており、車体１０は、旋回円Ｃの外側に位置ずれしているとともに、方位基準線ＰＬに対して右側に車体方位（車体中心線ＣＬ）がずれている。基準直線算出部５９は、旋回円の中心Ｐと旋回基準点ＶＰとの２点を結ぶ直線式を求め、基準直線ＢＬを算出する。位置ずれ量算出部５７は、旋回円の中心Ｐと旋回基準点ＶＰとの２点間距離ｄを算出し、この２点間距離ｄからＲを減算することで位置ずれ量δを算出する。この減算では、正負符号が考慮され、減算値が負であれば、車体１０は、旋回円Ｃの内側に位置ずれしていることになり、減算値が正であれば、車体１０は、旋回円Ｃの外側に位置ずれしていることになる。方位ずれ量算出部５８は、車体中心線ＣＬと方位基準線ＰＬとがなす角度(交差角)を方位ずれ量θとして算出する。方位ずれ量θが正の値であれば、車体１０は走行方向で右方向にずれていることになり、方位ずれ量θが負の値であれば、車体１０は走行方向で左方向にずれていることになる。このようにして、微小走行単位で、位置ずれ量δと方位ずれ量θを算出して、操舵制御部５１０に与えることで、ＰＩＤまたはＰＩ制御に基づいた操舵量が出力される。

旋回走行における操舵量の算出手順の一例を以下に示す。
（１）自車位置算出部５５から車体１０の自車位置である旋回基準点ＶＰの座標値（ｘ、ｙ）を取得する。
（２）基準直線ＢＬの直線式を求める。
（３）旋回円Ｃの中心Ｐと旋回基準点ＶＰとの間の長さである２点間距離ｄを求める。
（４）２点間距離ｄから旋回円半径Ｒを減算して、その値を位置ずれ量δとする。
（５）車体方位算出部５６からの車体方位に基づいて車体中心線ＣＬの直線式を求める。
（６）基準直線ＢＬの直線式に基づいて、基準直線ＢＬに垂直な方位基準線ＰＬを算出し、車体中心線ＣＬと方位基準線ＰＬとがなす角度(交差角)を方位ずれ量θとして算出する。
（７）角度αから９０°を減算して、その値を方位ずれ量θとする。
（８）位置ずれ量δと方位ずれ量θとから操舵量を算出する。

なお、（３）、（４）に代えて、基準直線ＢＬと旋回円Ｃとの交点が簡単に求められる場合には、求められた交点と基準点ＶＰとの２点間距離を演算することで位置ずれ量δが得られる。また、基準点を通り基準直線に垂直な直線の直線式が簡単に求められる場合には、（６）に変えて、直接、車体中心線ＣＬと基準直線ＢＬとのなす角度（交差角）を求めて、当該角度から９０°減算した値を方位ずれ量θとしてもよい。

次に、旋回円を用いた自動操舵で旋回走行誤差が生じた場合の対処策を列挙する。
（Ａ）図８は、設定された旋回円Ｃ（旋回円Ｃの半径がＲとする）での旋回走行において、旋回終了時に位置ずれ量δが生じている状況を示している。このような旋回ずれが生じた原因として、「旋回開始時において車体１０の方位がずれていた」、あるいは、「圃場の滑りなどにより実際の旋回半径が大きくなった」といった複数の原因が考えられるので、決定的な対策を講じることが困難である。この問題を解決するために、旋回開始時及び旋回終了時の実際の車体１０の位置と方位とから、適正に旋回走行できる適正化旋回円Ｃｏを算出する。図８に示すように、旋回開始時の車体１０の旋回基準点ＶＰを通って車体中心線ＣＬに垂直な直線Ｋ１と、旋回終了時の車体１０の旋回基準点ＶＰを通って車体中心線ＣＬに垂直な直線Ｋ２との交点を求め、その交点を中心として、旋回開始時の車体１０の旋回基準点ＶＰと旋回終了時の車体１０の旋回基準点ＶＰとを通る円が適正化旋回円であり、半径Ｒｃを有する。以降の旋回走行では、この適正化旋回円Ｃｏを設定することにより、旋回ずれの少ない旋回走行が期待できる。

（Ｂ）図９は、設定された旋回円Ｃでの旋回走行で旋回走行誤差が生じた際に、この旋回走行誤差を次の旋回走行で考慮して、より旋回ずれの少ない旋回走行を実現しょうとする方策を示している。ここでは、最初の旋回走行で生じた位置ずれ量δを入力パラメータとして、その位置ずれ量δを解消するために必要な旋回開始点のずらし量ΔＬを導出する関数：Ｆ（δ）が用いられる。このような関数Ｆ（δ）はシミュレーションや実験を通じて作成することができる。関数Ｆ（δ）によって導出されたずらし量ΔＬで、次の旋回経路の旋回開始予定点Ｐｓを修正旋回開始点Ｐｃにずらすことで、次の旋回走行における旋回ずれを少なくすることが期待される。

（Ｃ）図１０では、図９で示された旋回ずれ改善策に類似する旋回ずれ改善策が示されている。ここでは、最初の旋回走行で生じた位置ずれ量δを入力パラメータとして、その位置ずれ量δを解消するために必要な旋回円の半径の調整量ΔＲを導出する関数：Ｇ（δ）が用いられる。このような関数Ｇ（δ）もシミュレーションや実験を通じて作成することができる。次の旋回走行では、関数Ｇ（δ）によって導出された調整量ΔＲで調整された半径Ｒｃを有する適正化旋回円Ｃｏを旋回円Ｃに代えて用いる。その際、旋回円の中心Ｐも新たな中心Ｐ‘に移動する。この適正化旋回円Ｃｏを用いることで、旋回ずれを少なくすることが期待される。

（Ｄ）図１１は、設定された旋回円Ｃでの旋回走行で旋回走行誤差が生じた際に、旋回開始時の車体１０の方位ずれ量θｓと、旋回終了時の車体１０の方位ずれ量θｅと、を用いて、次の旋回走行で設定される旋回円を調整して、より旋回ずれの少ない旋回走行を実現しょうとする方策を説明するものである。このため、ここでは、旋回開始時の方位ずれ量θｓ及び旋回開始時の方位ずれ量θｅを入力パラメータとして、その旋回ずれを解消するために必要な旋回円Ｃの半径の調整量ΔＲを導出する関数：Ｊ（θｓ，θｅ）が用いられる。このような関数Ｊ（θｓ，θｅ）もシミュレーションや実験を通じて作成することができる。次の旋回走行では、関数Ｊ（θｓ，θｅ）によって導出された調整量ΔＲで調整された半径Ｒｃを有する適正化旋回円Ｃｏを旋回円Ｃに代えて用いることで、旋回ずれを少なくすることが期待される。

（Ｅ）実際のコンバインの旋回軌跡に基づく旋回半径は、穀粒タンク１４に貯留されている穀粒の量で変動することが経験的に知られている。このように、貯留穀粒量Ｖによって生じる旋回走行誤差は、貯留穀粒量Ｖによって半径を調整される旋回円を設定することで、改善することができる。このためには、貯留穀粒量Ｖを入力パラメータとして、旋回円の半径の調整量ΔＲを導出する関数：Ｈ（Ｖ）が用いられる。その際、Ｖ＝０の時の調整量ΔＲを０とし、満量までの調整量を段階的に増加させると好適である。

なお、上述した（Ａ）から（Ｅ）の対処策において、旋回ずれが生じた旋回円と次に旋回走行する旋回円が同じ半径を有すると仮定していたが、もし半径が異なる旋回円に対して上述した方策を適用する場合には、予め作成しておいた半径の差を補正する補正係数テーブルを用いることで、そのような旋回円の半径の差による問題を解消することができる。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、旋回経路に用いられる旋回円は、圃場に対して走行経路作成アルゴリズムによって生成されるか、あるいは人為的に生成された走行経路に含まれており、走行時において、走行経路設定部５４により、順次、目標走行経路として設定される。その際、旋回ずれの発生等に基づいて、旋回円の半径が自動的に変更される例も説明した。これに加えて、人為的に旋回円の半径を変更する構成を採用してもよい。例えば、半径の大きな旋回円（緩旋回用旋回円）が設定される「緩やかモード」と、半径が小さな旋回円（急旋回用旋回円）が選択される「高速モード」といった複数の旋回モードを選択できる人為操作具、を設けてもよい。「穏やかモード」が選択されると、極力圃場を荒らさない旋回が実現し、「高速モード」が選択されると、旋回走行の時間が短くなり、作業時間が短縮される。なお、実際の車体１０の旋回半径は、左右のクローラ機構のクローラ速度の差、あるいは左右の駆動車輪の速度差によって決まってくるが、走行動力をクローラ機構や駆動車輪に伝達する油圧伝動機構における油圧を調整して、旋回半径を調整することも可能である。

（２）上述した実施形態では、自車位置検出モジュール８０として、衛星航法モジュール８１と慣性航法モジュール８２との組み合わせたものが用いられていたが、衛星航法モジュール８１だけもよい。また、自車位置や車体方位を、カメラによる撮影画像に基づいて算出する方法を採用してもよい。

（３）図６で示された各機能部は、主に説明目的で区分けされている。実際には、各機能部は他の機能部と統合してもよいし、または複数の機能部に分けてもよい。さらに、制御ユニット５に構築されている機能部のうち、走行モード管理部５３、走行経路設定部５４、位置ずれ量算出部５７、方位ずれ量算出部５８、基準直線算出部５９のうちの全て、または一部が、制御ユニット５に接続可能な携帯型の通信端末２（タブレットコンピュータなど）に構築され、無線や車載ＬＡＮを経由して制御ユニット５とデータ交換するような構成を採用してもよい。

なお、上述の実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、普通型のコンバインだけでなく、自脱型のコンバインにも適用可能である。また、トウモロコシ収穫機、ジャガイモ収穫機、ニンジン収穫機、サトウキビ収穫機等の種々の収穫機、田植機、トラクタなどの圃場作業車にも適用できる。さらには、芝刈機や建機などにも適用可能である。

５ ：制御ユニット
１０ ：車体（走行車体）
１１ ：走行装置
５１ ：走行制御部
５１０ ：操舵制御部
５１１ ：手動走行制御部
５１２ ：自動走行制御部
５２ ：作業制御部
５３ ：走行モード管理部
５４ ：走行経路設定部
５５ ：自車位置算出部
５６ ：車体方位算出部
５７ ：位置ずれ量算出部
５８ ：方位ずれ量算出部
５９ ：基準直線算出部
８０ ：自車位置検出モジュール
８１ ：衛星航法モジュール
８２ ：慣性航法モジュール
ＢＬ ：基準直線
Ｃ ：旋回円
ＣＬ ：車体中心線
ＰＬ ：方位基準線
Ｒ ：旋回円の半径
ＶＰ ：旋回基準点（基準点）
δ ：位置ずれ量
θ ：方位ずれ量

Claims (5)

1. 設定された旋回円に沿って作業車を自動走行させる自動操舵システムであって、
   前記作業車における基準点の位置を算出する基準点算出部と、
   前記旋回円の中心と前記基準点とを通る直線を基準直線として算出する基準直線算出部と、
   前記基準直線と前記旋回円との交点から前記基準点までの距離を位置ずれ量として算出する位置ずれ量算出部と、
   前記作業車の車体の向きを示す車体方位を算出する車体方位算出部と、
   前記基準点を通り前記基準直線に垂直な線と前記車体方位との交差角を方位ずれ量として算出する方位ずれ量算出部と、
   前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とが小さくなる操舵量を出力する操舵制御部と、を備えた自動操舵システム。
2. 前記位置ずれ量算出部は、前記基準直線における前記旋回円の中心と前記基準点との間の長さから前記旋回円の半径を減算することで前記距離を算出する請求項１に記載の自動操舵システム。
3. 前記操舵制御部は、現在の操舵量と前記位置ずれ量と前記方位ずれ量とを入力パラメータとして、ＰＩＤ制御方式またはＰＩ制御方式で前記操舵量を演算して出力する請求項１または２に記載の自動操舵システム。
4. 前記旋回円は、延び方向が異なる旋回前走行経路と旋回後走行経路とを円弧でつなぐように設定され、前記旋回円として、急旋回用旋回円と緩旋回用旋回円が選択可能に用意されている請求項１から３のいずれか一項に記載の自動操舵システム。
5. 前回の旋回走行での旋回走行誤差に基づいて、次の旋回走行で設定される旋回円の半径が調整される請求項１から４のいずれか一項に記載の自動操舵システム。
   

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