JP2022096863A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】自動操舵と手動操作に関する機能を適切に制御して安全に走行できる作業車両を提供する。【解決手段】走行車体の進行方向を操作する操舵装置と、走行車体の自己位置を測定する測位装置と、操舵装置の操作量に応じてブレーキが作動する作業モード制御、操舵装置を操作してもブレーキが作動しない走行モード制御および、予め設定された走行経路に沿って走行するように操舵装置を制御する自動操舵モード制御を有する制御部とを備えた作業車両であって、作業モード制御と走行モード制御とを切り替えるモード切替スイッチと、自動操舵モード制御の入り切りを切り替える自動操舵入り切りスイッチとを備え、制御部はモード切替スイッチが作業モード制御に切り替えられている場合に限り、自動操舵入り切りスイッチの入り操作を有効化する。【選択図】図５

Description

本発明は、トラクターなどの作業車両に関する。

従来、ステアリングホイールによる手動操作により走行させた車体の位置に基づいて走行基準ラインを設定し（Ａ、Ｂ点設置）、その走行基準ラインに基づいて設定した走行予定ラインに沿って自動走行するように、ステアリングホイールを自動操舵する制御部を有し、手動操舵と自動操舵を切替えて走行する作業車両が公知である（特許文献１）。

特許第６７４３２６０号公報

しかしながら、路上走行など手動操舵だけで走行すべき状況において、自動操舵を有効にしてしまうなど、安全な走行に支障をきたす場合があった。

本発明は、自動操舵と手動操作に関する機能を適切に制御して安全に走行できる作業車両を提供することを目的とする。

第１の本発明は、
走行車体の進行方向を操作する操舵装置と、前記走行車体の自己位置を測定する測位装置と、少なくとも前記操舵装置の操作量に応じてブレーキが作動する作業モード制御、前記操舵装置を操作してもブレーキが作動しない走行モード制御および、予め設定された走行経路に沿って走行するように前記操舵装置を制御する自動操舵モード制御を有する制御部とを備えた作業車両であって、
前記作業モード制御と前記走行モード制御とを切り替えるモード切替スイッチと、
前記自動操舵モード制御の入り切りを切り替える自動操舵入り切りスイッチとを備え、
前記制御部は前記モード切替スイッチが前記作業モード制御に切り替えられている場合に限り、前記自動操舵入り切りスイッチの入り操作を有効化することを特徴とする、作業車両である。

第２の本発明は、
前記測位装置の測位点を記憶して前記走行経路を設定する設定操作手段を備え、
前記制御部は、前記モード切替スイッチによって前記走行モード制御に切り替えられているときは、前記設定操作手段による設定操作を無効化する、第１の本発明の作業車両である。

第３の本発明は、
前記制御部は前記作業モード制御において前記走行経路が設定されている状態下で、前記モード切替スイッチで前記走行モード制御に切り替えられた場合は、それまでに設定された前記走行経路を消去する、第２の本発明の作業車両である。

第４の本発明は、
運転席と、
運転者の着座状態を検出する着座検出装置と、
前記測位装置から得られる前記走行車体の自己位置に基づいて、車速を算出する車速演算手段と、
前記着座検出装置の出力に基づいて、非着座状態の経過時間を算出する経過時間算出手段と、
前記非着座状態の経過時間と、前記速度とに基づいて、前記非着座状態における走行距離を算出する走行距離算出手段と、
前記非着座状態での走行距離が所定の距離に達すると走行を停止させる走行停止判断手段とを備える、第１乃至３のいずれかの本発明の作業車両である。

第１の本発明により、路上走行時に自動操舵モード制御が有効になると安全走行の妨げになるため、作業モード制御に設定されている場合に限り自動操舵モード制御を有効化できるようにすることにより安全に走行できる。

第２の本発明により、路上走行時において、作業を前提とする走行経路を設定できないようにすることで、走行経路の設定をしてしまいそれに沿った不適切な自動操舵の設定を防止できるため、安全に走行できる。

第３の本発明により、作業モード制御における自動操舵による作業終了後に圃場を移動する場合などにおいて、それまでに設定された走行経路のデータを消去することにより、前の圃場の情報を次の圃場の自動走行に誤って用いるなどの不適切な自動操舵を防止することができるため、安全に走行できる。

第４の本発明により、所定距離に到達するまでは非着座状態での走行を許容することで、短い時間であれば立ち上がって後方の確認などの作業が安全にできる。また、長時間の非着座状態での自動操舵を防止でき走行の安全性も確保できる。また、位置情報ではなく、車速情報と経過時間を用いることにより、位置情報の誤差による影響を軽減できる。

本発明における実施の形態にかかる作業車両の側面図 同作業車両の操舵装置を中心とする部分背面図 圃場における同作業車両の作業についての説明図 同作業車両の制御部を中心とする構成図 同作業車両の動作を示すフローチャートその１ 同作業車両の動作を示すフローチャートその２ 同作業車両の動作を示すフローチャートその３ 同作業車両の動作を示すフローチャートその４

以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる作業車両の一例としてのトラクターである。まず、図１を参照してトラクター１の全体構成について説明する。

作業車両であるトラクター１は、自走しながら圃場などで作業を行う農業用トラクターである。また、トラクター１は、操縦者（作業者ともいう）が搭乗して圃場内を走行しながら所定の作業を実行する他、後述する制御部４０（図４参照）を中心とする制御系による各部の制御により、圃場内を自動走行しながら所定の作業を実行する。

また、以下において、前後方向とは、トラクター１の直進時における進行方向であり、進行方向の前方側を「前」、後方側を「後」と規定する。トラクター１の進行方向とは、直進時において、後述する操縦席８からステアリングホイール（操舵装置）９に向かう方向である（図１参照）。

左右方向とは、前後方向に対して水平に直交する方向である。以下では、「前」側へ向けて左右を規定する。すなわち、トラクター１の操縦者（「作業者」ともいう）が操縦席８に着席して前方を向いた状態で、左手側が「左」、右手側が「右」である。

上下方向とは、鉛直方向である。前後方向、左右方向および上下方向は互いに直交する。なお、各方向は説明の便宜上定義したものであり、これらの方向によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、トラクター１を指して「機体」という場合がある。

図１に示すように、トラクター１は、走行車体２と、その後部に作業機用リンク機構を備える。走行車体２は、車体フレーム３と、前輪４と、後輪５と、ボンネット６と、エンジンＥと、操縦部７と、ミッションケース１０とを備える。車体フレーム３は、走行車体２のメインフレームである。

前輪４は、左右一対であり、主に操舵用の車輪（操舵輪）となる。後輪５は、左右一対であり、主に駆動用の車輪（駆動輪）となる。トラクター１は、後輪５が駆動する二輪駆動（２ＷＤ）と、前輪４および後輪５が共に駆動する四輪駆動（４ＷＤ）とを切り替え可能に構成されてもよい。この場合、駆動輪は、前輪４および後輪５の両方である。なお、走行車体２は、車輪（前輪４および後輪５）に代えてクローラ装置を備えてもよい。この場合、走行クローラが駆動輪である。

ボンネット６は、走行車体２の前部において開閉自在に設けられる。ボンネット６は、後部を回動中心として上下方向に回動（開閉）可能である。ボンネット６は、閉じた状態で、車体フレーム３上に搭載されたエンジンＥを覆う。エンジンＥは、トラクター１の駆動源であり、ディーゼル機関やガソリン機関などの熱機関である。なお、ボンネット６は前部を回動中心としてもよい。

操縦部７は、走行車体２の上部に設けられ、操縦席８やステアリングホイール（操舵装置）９などを備える。操縦席８は、操縦者の座席である。ステアリングホイール９は、前輪４を操舵する場合に操縦者により操作される。なお、操縦部７は、ステアリングホイール９の前方に、各種情報を表示する表示部（メータパネル）９ａを備える。

また、操縦部７は、前後進レバー、アクセルレバー、主変速レバー、副変速レバーなどの各種操作レバーや、アクセルペダル、ブレーキペダル、クラッチペダルなどの各種操作ペダルを備える。

図２において、６０はモード切替スイッチであって、後述する作業モード制御と走行モード制御を切り替えるスイッチである。

６１は自動操舵入り切りスイッチであって、後述する自動操舵モード制御を入りにするか切りにするかを選択するスイッチである。

６２は後述する、Ａ、Ｂ点設定手段であって、圃場５０内の走行経路の中の平行直線走行経路を設定するためのＡ、Ｂ点設定手段である。制御部４０の走行経路設定手段４０ｄはそのＡ、Ｂ点設定情報に基づき、平行直線走行経路を自動生成する手段である。このＡ、Ｂ点設定手段６２と走行経路設定手段４０ｄとで本発明の設定操作手段を構成する。

自動操舵入り切りスイッチ６１およびＡ、Ｂ点設定手段６２は自動操舵設定レバー６３の上下操作により入り切り操作される。自動操舵設定レバー６３を最初に下げる操作を行うとＡ点を記憶し、もう一度下げる操作を行うとＢ点を記憶し、Ａ、Ｂ点が記憶された状態で最初に上げる操作を行うと自動操舵モード制御が入りになり、もう一度上げる操作を行うと自動操舵モード制御が切りになる。

また、２０は、本発明の着座検出装置の一例としての着座センサであって、作業者が操縦席８に着座していることを検出するセンサである。４０ｈは測位装置３０からの信号に基づいて、車速を演算する手段である。４０ｉはタイマーである。４０ｋは走行停止判断手段であって、作業者が操縦席８から離れた時間と、車速から、離れている間にトラクター１がどれほど走行したかを演算し、所定の距離を超えたら停止させる手段である。なお、Ｖsは車体フレーム３に取り付けられ、トラクター１の速度を検出するセンサである。

ミッションケース１０は、トランスミッション（変速機構）を収容している。トランスミッション１０は、エンジンＥから伝達される動力（回転動力）を適宜減速して、駆動輪である後輪５や、ＰＴＯ（Power Take-off）軸へ伝達する。

走行車体２の後部には、圃場内で作業を行う作業機が連結され、作業機を駆動する動力を伝達するＰＴＯ軸がミッションケース１０から後方へ突出している。ＰＴＯ軸は、トランスミッションによって適宜減速された回転動力を、走行車体２の少なくとも後部に装着された作業機へ伝達する。作業機は、圃場内で作業を行う機械である。例えば、作業機は、圃場において耕耘作業を行うロータリ耕耘機である。ロータリ耕耘機は、ＰＴＯ軸から伝達された動力によって耕耘爪が回転することで、圃場面（土壌）を耕耘する。

また、トラクター１は、図４に示すような制御部４０を備える。制御部４０は、エンジンＥを制御するとともに（４０ａはエンジンＥＣＵ）、走行車体２の走行速度を制御する（４０ｂは走行系ＥＣＵ）。また、制御部４０は、作業機を制御する。４０ｃは種々のデータを記録する記録部である。

また、トラクター１は、測位装置３０を備える。測位装置３０は、走行車体２の上部に設けられ、走行車体２の位置を測定する。測位装置３０は、たとえば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）であり、上空を周回している航法衛星Ｓからの電波を受信して測位および計時を行うことができる。

１００は遠隔操作装置（リモコン）であって、トラクター１は、作業者による遠隔操作装置１００の操作によって、遠隔操作が可能である。

次に、圃場を上記トラクター１で耕耘する仕方の概要を説明する。

図３は、トラクター１の一般的な走行経路などを示す図である。ここに、５０は圃場、５０ａは圃場５０のほぼ中央の往復走行を行う主要範囲領域、５０ｂは、主要範囲領域５０ａの外側の枕地領域を示す。５１は畔であり、５２は出入り口である。枕地領域５０ｂにおける枕地走行経路は１周を１工程として、複数工程（３本）設定されている。５３は路上である。

トラクター１は、破線に示すように、その主要範囲領域５０ａを往復自動作業走行した後、その外周形状の直ぐ周りの枕地領域５０ｂを１周だけ自動作業走行する。

そのような経路は制御部４０の走行経路設定手段４０ｄにより設定され、記録部４０ｃに予め記録されており、測位装置３０で受信する衛星信号とその予め記録された経路データとを照合しながら、走行系ＥＣＵ４０ｂが操舵装置９や変速装置１０を操作して、トラクター１を自律作業走行させていく。

また、出入り口５２から出た外の路上５３においては、手動で操舵装置９を操作してトラクター１を路上走行させる。

以下に、制御部４０の各種のモードに応じた制御について説明する。

制御部４０は図４に示すように、走行モード制御４０ｅと、作業モード制御４０ｆと、自動操舵モード制御４０ｇを実行できる。

ここに、走行モード制御４０ｅとは、操舵装置９を操作してもブレーキが作動しない制御モードであって、路上５３の走行時に適切であり用いられるモードである。また、作業モード制御４０ｆは少なくとも、操舵装置９の操作量に応じてブレーキが作動する制御モードであり、圃場５０内における各種作業時に適切であり用いられるモードである。また、自動操舵モード制御４０ｇは予め設定されている走行経路に沿って操舵装置９を自動的に自動操舵する制御モードであり、圃場５０内の直線経路の作業走行時に適切であり用いられるモードである。

次に、本発明の実施の形態における各制御モードの関係を説明する。

図５は自動操舵入り切りスイッチ６１が入りになったときの、有効、無効について説明するブロック図である。

すなわち、自動操舵入り切りスイッチ６１が入りになったとき（Ｓ１）、モード切替スイッチ６０が作業モード制御側に切り替えられているかどうかを判断し（Ｓ２）、作業モード制御のときは上記自動操舵入り切りスイッチ６１の入り操作を有効とする（Ｓ３）。作業モード制御であるので、自動操舵モード制御を有効にしても安全である。逆に、ステップＳ２で走行モード制御のときは、自動操舵入り切りスイッチ６１は無効とする（Ｓ３）。走行モード制御においての自動操舵は危険であるので無効とする。

図６はＡ、Ｂ点設定手段６２の操作があったとき（Ｓ１）、モード切替スイッチ６０が走行モード制御側に切り替えられているかどうかを判断し（Ｓ２）、走行モード制御のときはＡ、Ｂ点設定操作を無効化する（Ｓ３）。Ａ、Ｂ点設定とそれに続く走行経路設定は圃場内における自動操舵作業の前提であるので、走行モード制御には不適切であり、無効化することで安全化が図れる。逆に走行モード制御でないときは、Ａ、Ｂ点の設定を有効化し、走行経路の設定をしていく（Ｓ４）。作業モード制御であるから、走行経路の設定を進めても安全である。

図７は、作業モード制御下において走行経路が設定され、それに従って自動操舵作業が行われたような場合（Ｓ１）、その後、モード切替スイッチ６０が走行モード制御側に切り替えられたとき（Ｓ２）、それまで設定されていた走行経路のデータは消去される。走行モード制御側に切り替えられないうちはそのまま消去されない。これによって、作業モード制御における自動操舵による作業終了後に他の圃場へ移動する場合などにおいて、それまでに設定された走行経路のデータを消去することにより、前の圃場の情報を次の圃場の自動走行に誤って用いるなどの不適切な自動操舵を防止することができるため、安全に走行できる。

図８は、例えば作業者がトラクター１の後方の確認をしたいときなど、作業者が操縦席８を一時的に離れたい場合がある。そのような場合、危険な状態にならないようにするための構成である。すなわち、着座検出センサ２０によって、作業者が操縦席８に着座しているか否かを検出し（Ｓ１）、タイマー４０ｉを利用して、経過時間算出手段４０ｍが、非着座状態の継続時間を計測する（Ｓ２）。他方、車速演算手段４０ｈが測位装置３０とタイマー４０ｉによって、トラクター１の車速を演算する（Ｓ３）。この着座検出センサは操縦席８の下に設けてもよいし、光学的に操縦者の有無を検知するものであってもよい。

そして、走行距離算出手段４０ｎが上記非着座状態の継続時間と、前記車速とに基づいて非着座状態における走行距離を算出する（Ｓ４）。

そこで、走行停止判断手段４０ｋは、非着座状態の間にトラクター１が移動したその走行距離が、あらかじめ決めておいた所定の距離を超えたかどうか判断し、超えた場合は、トラクター１を停止させる（Ｓ５、Ｓ６）。

なお、車速は車速センサＶsの方から得ても構わないが、精度の点で上述した測位装置３０を利用することが望ましい。

なお、上述されたように、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現されてもよいし、ハードウェア的に実現されてもよい。

また、本発明に関連した発明のプログラムは、上述された本発明に関連した発明の制御方法の全部または一部のステップ（または工程、動作および作用など）の動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。

また、本発明に関連した発明の記録媒体は、上述された本発明に関連した発明の制御方法の全部または一部のステップ（または工程、動作および作用など）の全部または一部の動作をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した記録媒体であり、読取られたプログラムがコンピュータと協働して利用されるコンピュータ読取り可能な記録媒体である。

なお、上述された「一部のステップ（または工程、動作および作用など）」は、それらの複数のステップの内の一つまたはいくつかのステップを意味する。

また、上述された「ステップ（または工程、動作および作用など）の動作」は、上述されたステップの全部または一部の動作を意味する。

また、本発明に関連した発明のプログラムの一利用形態は、インターネット、光、電波または音波などのような伝送媒体の中を伝送され、コンピュータにより読取られ、コンピュータと協働して動作するという形態であってもよい。

また、記録媒体としては、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などが含まれる。

また、コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのような純然たるハードウェアに限らず、ファームウェア、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、そしてさらに周辺機器を含んでもよい。

本発明は、自動操舵と手動操作に関する機能を適切に制御して安全に走行できる作業車両であり、トラクターなど農業用作業機に最適である。

１ トラクター
２ 走行車体
３ 車体フレーム
４，５ 前輪、後輪
７ 操縦部
８ 操縦席
９ ステアリングホイール（操舵装置）
１０ ミッションケース
３０ 測位装置
２０ 着座検出センサ
４０ 制御部
４０ａ エンジンＥＣＵ
４０ｂ 走行系ＥＣＵ
４０ｃ 記録部
４０ｄ 走行経路設定手段
４０ｅ 走行モード制御
４０ｆ 作業モード制御
４０ｇ 自動操舵モード制御
４０ｈ 車速演算手段
４０ｉ タイマー
４０ｋ 走行停止判断手段
４０ｍ 経過時間算出手段
４０ｎ 走行距離算出手段
５０ 圃場
５０ａ 主要範囲領域
５０ｂ 枕地領域
５１ 畔
５２ 出入り口
５３ 路上
６０ モード切替スイッチ
６１ 自動操舵入り切りスイッチ
６２ Ａ、Ｂ点設定手段
Ｅ エンジン
Ｓ ＧＮＳＳ
Ｖs 速度センサ

Claims (4)

1. 走行車体の進行方向を操作する操舵装置と、前記走行車体の自己位置を測定する測位装置と、少なくとも前記操舵装置の操作量に応じてブレーキが作動する作業モード制御、前記操舵装置を操作してもブレーキが作動しない走行モード制御および、予め設定された走行経路に沿って走行するように前記操舵装置を制御する自動操舵モード制御を有する制御部とを備えた作業車両であって、
   前記作業モード制御と前記走行モード制御とを切り替えるモード切替スイッチと、
   前記自動操舵モード制御の入り切りを切り替える自動操舵入り切りスイッチとを備え、
   前記制御部は前記モード切替スイッチが前記作業モード制御に切り替えられている場合に限り、前記自動操舵入り切りスイッチの入り操作を有効化することを特徴とする、作業車両。
2. 前記測位装置の測位点を記憶して前記走行経路を設定する設定操作手段を備え、
   前記制御部は、前記モード切替スイッチによって前記走行モード制御に切り替えられているときは、前記設定操作手段による設定操作を無効化する、請求項１記載の作業車両。
3. 前記制御部は前記作業モード制御において前記走行経路が設定されている状態下で、前記モード切替スイッチで前記走行モード制御に切り替えられた場合は、それまでに設定された前記走行経路を消去する、請求項２記載の作業車両。
4. 運転席と、
   運転者の着座状態を検出する着座検出装置と、
   前記測位装置から得られる前記走行車体の自己位置に基づいて、車速を算出する車速演算手段と、
   前記着座検出装置の出力に基づいて、非着座状態の経過時間を算出する経過時間算出手段と、
   前記非着座状態の経過時間と、前記車速とに基づいて、前記非着座状態における走行距離を算出する走行距離算出手段と、
   前記非着座状態での走行距離が所定の距離に達すると走行を停止させる走行停止判断手段とを備える、請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載の作業車両。

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