JP2023046429A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両を自動走行させる場合に、走行停止状態を適切なタイミングで確実に保持可能にすること。
【解決手段】運転席（１８）が設置されたフロア（１９）の上に支持され、制動装置（２７）を作動させる電動シリンダ（３１）と、走行車体（１１）を走行経路に沿って自動走行させる制御部（ＣＡ）であって、制動装置（２７）が作動する電動シリンダ（３１）の作動位置を予め記憶しておき、自動走行中にエンジン（１６）の回転数が予め定められた値に達しない場合には電動シリンダ（３１）を作動位置に移動させて、制動装置（２７）により走行車体（１１）を制動させる制御部（ＣＡ）とを備えた作業車両（１）。
【選択図】図２

Description

本発明は、トラクタや薬液散布車両、田植え機等の作業車両に関する。

自動走行する車両について、下記の特許文献１に記載の技術が従来公知である。
特許文献１（特開２０１２－１１９６９号公報）には、先行車両の走行停止に伴い自車両を走行停止させる用の制動ブレーキを自動作動させるクルーズシステムにおいて、エンジンを自動停止させるアイドルストップシステムを備えた車両では、エンジンがアイドルストップシステムにより停止した場合は電動モータでパーキングブレーキを作動させる技術が公知である。

特開２０１２－１１９６９号公報

（従来技術の問題点）
特許文献１に示す技術は、舗装された道路を走行する自動車やトラック等の車両に関する技術であるが、農場や田畑等の圃場を走行する農業用のトラクタ等の作業車両では、自動運転中はエンジン動力により作動する油圧ブレーキにより車両が制動されることが一般的である。したがって、トラクタ等の作業車両ではエンジンが停止すると、油圧ブレーキが作動しなくなり、エンジンが緊急停止したり、アイドリングストップ等でエンジンが停止したりするとブレーキが作動しなくなる。そのためエンジン停止に伴って素早くブレーキを作動させないと坂道などで停止できない恐れがあった。また、農業用のトラクタ等の作業車両は悪路を走行するため走行駆動のトルクが大きく、エンジンの作動中にブレーキを作動させてしまうとブレーキを引きずってしまい、ブレーキ機構の摩耗を早めてしまう。

本発明は、車両を自動走行させる場合に、走行停止状態を適切なタイミングで確実に保持可能にすることを技術的課題とする。

前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、走行車体と、操縦者が搭乗可能な運転席と、前記走行車体を制動する制動装置と、前記運転席が設置されたフロアの上に支持され、前記制動装置を作動させる電動シリンダと、前記走行車体を、予め定められた走行経路に沿って自動走行させる制御部であって、前記制動装置が作動する前記電動シリンダの作動位置を予め記憶しておき、自動走行中にエンジンの回転数が予め定められた値に達しない場合には前記電動シリンダを前記作動位置に移動させて、前記制動装置により走行車体を制動させる前記制御部と、を備えたことを特徴とする作業車両である。

請求項２に記載の発明は、前記電動シリンダが前記作動位置に移動した場合、前記電動シリンダを前記作動位置で予め定められた時間停止させるとともに、予め定められた時間が経過した後は、前記電動シリンダを、前記制動装置が作動しない解除位置に移動させる前記制御部、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両である。

請求項３に記載の発明は、前記作業車両の電源投入時に、前記電動シリンダを前記作動位置と前記解除位置との間で移動させるとともに、前記電動シリンダが前記作動位置および前記解除位置の少なくとも一方に到達しない場合には、前記自動走行の開始を規制する前記制御部、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の作業車両である。

請求項１に記載の発明によれば、自動走行中にエンジンの回転数が予め定められた値に達しない場合に伝動シリンダで制動装置を作動させることで、車両を自動走行させる場合に、走行停止状態を適切なタイミングで確実に保持可能にすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、電動シリンダが作動位置に移動後に予め定められた時間が経過した後は、解除位置に移動させることで、作業者が手動で制動装置を解除する作業の妨げになることが抑制される。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加えて、作業車両の電源投入時に電動シリンダが作動位置または解除位置に到達しない場合には、自動走行が開始できなくすることで、自動走行の安全性を向上させることができる。

図１は本実施の形態の作業車両の制御システムの説明図である。 図２は実施の形態のトラクタ内部の要部説明図である。 図３は実施の形態の制動用のリンク機構を含む説明図である。 図４は実施の形態のパーキングレバーの要部拡大図である。 図５は本実施の形態の作業車両の制御システムの機能ブロック図である。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例である実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、実施の形態の説明においては、機体の前進方向に向かって左右方向をそれぞれ左、右といい、前進方向を前、後進方向を後として説明する。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

以下、図面に基づき、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態の作業車両の制御システムの説明図である。
図１において、本実施の形態の作業車両の制御システムＳは、作業車両の一例としての農業機械のトラクタ１を有する。トラクタ１は、後部に作業機２を有する。作業機２としては、圃場で行う作業に応じて、耕うん機やプラウ、施肥装置、播種機等、従来公知の作業機を使用可能である。また、作業車両としてトラクタ１を例示したが、これに限定されず、薬剤散布車両や田植え機、コンバイン、苗移植機等、任意の作業車両に適用可能である。

図１において、実施の形態の作業車両の制御システムＳは、情報処理装置の一例としてのサーバ１０１を有する。サーバ１０１は、通信回線の一例としてのインターネットワークＮを介して、トラクタ１と情報の送受信が可能に構成されている。なお、実施の形態のトラクタ１は、無線通信でネットワークＮを介してサーバ１０１と通信可能に構成されている。
さらに、実施の形態の作業車両の制御システムＳは、作業者が使用する端末の一例であって、指示装置の一例としてのタブレット端末ＴＡＢを有する。タブレット端末ＴＡＢは、トラクタ１との間で、無線通信で情報の送受信が可能に構成されている。

（トラクタの説明）
トラクタ１は、走行車体１１に前輪１２，１２と後輪１３，１３とを備えている。走行車体１１の前部のボンネット１４の内部には、エンジン１６が搭載されている。エンジン１６の動力は、ミッションケース１５内の変速伝動部を介して前輪１２や後輪１３に伝達される。また、エンジン１６の動力は、図示しないＰＴＯ（Power Take Off）軸を介して作業機２にも伝達される。

図２は実施の形態のトラクタ内部の要部説明図である。
図３は実施の形態の制動用のリンク機構を含む説明図である。
図４は実施の形態のパーキングレバーの要部拡大図である。
図２～図４において、トラクタ１のキャビン１７の内部には、作業者が搭乗可能な運転席（座席）１８が配置されている。運転席１８の側方には、制動作動部材の一例としてのパーキングレバー２１が配置されている。パーキングレバー２１の前端部には、作業者が握るための把持部の一例としてのグリップ２１ａが設けられている。パーキングレバー２１は後端部の回転軸２１ｂを中心として回転可能に支持されている。

図４において、パーキングレバー２１の近傍には、第１の検出部材の一例としてのパーキングレバーセンサ２０が配置されている。パーキングレバーセンサ２０は、パーキングレバー２１の位置、すなわち、グリップ２１ａが上方に持ち上げられた状態（ブレーキ作動位置）であるのか、下方に降りた状態（ブレーキ解除位置）であるのかを検出する。

パーキングレバー２１の下部２１ｃには、第１のリンク部材２２の一端（上端）２２ａが連結されている。第１のリンク部材２２の他端（下端）２２ｂには、第２のリンク部材２３の一端（前端）２３ａが回転可能な状態で連結されている。また、第２のリンク部材２３の他端（後端）２３ｂは走行車体１１に回転可能に支持されている。第２のリンク部材２３には、後端２３ｂよりも前端２３ａ側の位置に、第３のリンク部材２４の一端（上端）２４ａが回転可能な状態で連結されている。第３のリンク部材２４の他端（下端）２４ｂには、第４のリンク部材２６の一端（後端）２６ａが連結されている。第４のリンク部材２６の他端（前端）２６ｂは、制動装置の一例としての後輪ブレーキ２７の制動軸２７ａに連結されている。

したがって、パーキングレバー２１のグリップ２１ａを作業者が掴んで上方に移動させると、各リンク部材２２～２６を介して制動軸２７ａに回転が伝達されて、後輪ブレーキ２７が作動し、後輪１３が制動される（ブレーキがかかる）。
前記各リンク部材２２～２６により、パーキングレバー２１の挙動を後輪ブレーキ２７に伝達する実施の形態のリンク機構２２～２６が構成されている。

パーキングレバー２１の斜め後方には、電動作動部材の一例としての電動シリンダ３１が配置されている。なお、実施の形態では、パーキングレバー２１及び電動シリンダ３１は、キャビン１７のフロア１９よりも上（高い位置）に配置されている。したがって、フロア１９よりもパーキングレバー２１等が下方に配置される場合に比べて、跳ねた泥や小石や砂等がパーキングレバー２１等に接触しにくく、パーキングレバー２１等の動作不良が抑制されている。

電動シリンダ３１は、走行車体１１に支持されるシリンダ本体３１ａを有する。シリンダ本体３１ａには、シリンダ本体３１ａに対して前後方向に伸縮可能なプランジャ３１ｂが設けられている。プランジャ３１ｂの前端部には、伸縮方向に沿って延びる長孔３１ｃが形成されている。長孔３１ｃは、第１のリンク部材２２の一端２２ａが回転可能且つ長孔３１ｃに沿って移動可能に連結されている。実施の形態の電動シリンダ３１は、図示しないバッテリから給電されており、電気信号に応じて作動可能な電動の部材である。
電動シリンダ３１には、プランジャ３１ｂの位置を検出する第２の検出手段の一例としてのシリンダセンサ３２が配置されている。シリンダセンサ３２は、プランジャ３１ｂが伸びた位置（後輪ブレーキ２７の作動位置）に移動しているのか、縮んだ位置（後輪ブレーキ２７の解除位置）に移動しているのかを検出する。

なお、実施の形態では、プランジャ３１ｂが解除位置に移動した状態では、パーキングレバー２１を作業者が手動でブレーキ作動位置に移動させようとすると、長孔３１ｃに沿って第１のリンク部材２２の一端２２ａが前方に移動することが可能であり、電動シリンダ３１に妨げられることなくパーキングレバー２１をブレーキ作動位置に移動させることが可能である。
また、プランジャ３１ｂが作動位置に移動する際には、長孔３１ｃの後側の縁で第１のリンク部材２２の一端２２ａを押してパーキングレバー２１をブレーキ作動位置に移動させる。そして、プランジャ３１ｂが作動位置から解除位置に移動する際には、長孔３１ｃに沿って一端２２ａが移動するだけで、パーキングレバー２１はブレーキ作動位置に移動した状態で保持される。

（機能ブロック図の説明）
図５は本実施の形態の作業車両の制御システムの機能ブロック図である。
図５において、本実施の形態の作業車両の制御システムＳは、トラクタ１の制御部ＣＡと、タブレット端末ＴＡＢの制御部ＣＢ、サーバ１０１の制御部（図示せず）等を有する。各制御部ＣＡ，ＣＢは、外部との信号の入出力等を行う入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）、必要な処理を行うためのプログラムおよび情報等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）、ならびに発振器等を有する小型情報処理装置、いわゆる、マイクロコンピュータ（コンピュータ装置の一例）により構成されており、前記ＲＯＭやＲＡＭ、不揮発性メモリ等の記憶部材に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。

（タブレット端末の制御部）
図５において、タブレット端末ＴＡＢの制御部ＣＢは、入力部の一例としてのタッチパネルＴＡＢ１や、電源ボタンや音量変更ボタン等の入力ボタンＴＡＢ２、通信部の一例としての通信モジュールＴＡＢ３等の信号出力要素からの出力信号が入力される。したがって、タブレット端末ＴＡＢの制御部ＣＢには、通信モジュールＴＡＢ３を介してトラクタ１の制御部ＣＡやサーバ１０１から情報や信号の入力が可能である。

タブレット端末ＴＡＢの制御部ＣＢは、表示器の一例としてのタッチパネルＴＡＢ１や、スピーカ（図示せず）、通信モジュールＴＡＢ３、その他の図示しない制御要素に接続されており、各制御要素へ、制御信号を出力している。よって、通信モジュールＴＡＢ３を介してトラクタ１の制御部ＣＡやサーバ１０１に情報や信号を出力可能である。

タブレット端末ＴＡＢの制御部ＣＢは、前記タッチパネルＴＡＢ１からの入力信号に応じた処理を実行して、前記各制御要素に制御信号を出力する機能を有している。本実施の形態のタブレット端末ＴＡＢの制御部ＣＢは、基本ソフトウェアの一例としてのオペレーティングシステムＯＳや、アプリケーションソフトウェアの一例であって、処理手段の一例としての処理ソフトウェアＡＰ１、その他の、図示しないアプリケーションソフトウェア（インターネットブラウザや文書作成ソフトウェア等）を有する。処理ソフトウェアＡＰ１は、下記の制御手段を有する。

情報表示手段ＣＢ１は、自動走行の経路である作業経路の設定を行うための画像や、設定された作業経路やトラクタ１の稼働状況等の情報をタッチパネルＴＡＢ１に表示する。
作業経路の生成手段ＣＢ２は、利用者の作業領域の設定に応じて、作業経路を生成する。
作業開始の指示手段（自律走行開始の指示手段）ＣＢ３は、タッチパネルＴＡＢ１への作業者の入力に応じて、トラクタ１に作業の開始、すなわち、自律走行の開始の指示情報を送信する。

（トラクタ１の制御部）
図５において、トラクタ１の制御部ＣＡは、通信部の一例としての通信モジュール１１１や、測位装置の一例としてのＧＰＳ装置１１２、方位取得装置の一例としてのジャイロセンサ１１３、その他、図示しない各種センサ等の信号出力要素からの出力信号が入力される。したがって、トラクタ１の制御部ＣＡには、通信モジュール１１１を介してタブレット端末ＴＡＢの制御部ＣＢやサーバ１０１から情報や信号の入力が可能である。

トラクタ１の制御部ＣＡは、エンジンやクラッチ等の走行系やハンドル等の操舵系、通信モジュール１１１、その他の図示しない制御要素に接続されており、各制御要素へ、制御信号を出力している。

トラクタ１の制御部ＣＡは、各信号出力要素からの入力信号に応じた処理を実行して、前記各制御要素に制御信号を出力する機能を有している。本実施の形態のトラクタ１の制御部ＣＡは、下記の制御手段を有する。
測位手段ＣＡ１は、ＧＰＳ装置１１２からの信号に基づいてトラクタ１の現在位置の位置情報を取得する。

方向取得手段ＣＡ２は、ジャイロセンサ１１３からの信号に基づいて、トラクタ１の進行方向（前方向の向き）を取得する。なお、方向を測定する方法はジャイロセンサに限定されず、方位磁石等、方向が測定可能な任意の方法を採用可能である。
作業経路情報の取得手段ＣＡ３は、作業経路の情報を取得する。実施の形態の作業経路情報の取得手段ＣＡ３は、タブレット端末ＴＡＢとの通信を介して、圃場の位置情報や、作業領域の情報、作業経路や作業開始位置の情報、旋回位置の情報を含む情報を取得し、記憶する。

走行制御手段ＣＡ４は、エンジン１６の回転数や後輪ブレーキ２７、ハンドル（図示せず）等を制御して、トラクタ１の自動走行（前進、後進、停止、操舵、旋回）を制御する。
パーキングレバーの位置検出手段ＣＡ５は、パーキングレバーセンサ２０の検出結果に基づいて、パーキングレバー２１の位置を検出する。すなわち、パーキングレバー２１がブレーキ作動位置にあるのかブレーキ解除位置にあるのか、それともその途中にあるのかを検出する。実施の形態のパーキングレバーの位置検出手段ＣＡ５は、ブレーキ作動位置とブレーキ解除位置でのパーキングレバーセンサ２０の検出値を、初期値として、工場出荷時に予め設定、記憶しておき、初期値との比較でパーキングレバー２１の位置を検出する。

電動シリンダの位置検出手段ＣＡ６は、シリンダセンサ３２の検出結果に基づいて、電動シリンダ３１のプランジャ３１ｂの位置を検出する。したがって、電動シリンダ３１が作動位置にあるのか解除位置にあるのか、それともその途中にあるのかを検出する。電動シリンダの位置検出手段ＣＡ６も、パーキングレバーの位置検出手段ＣＡ５と同様に、予め記憶された初期値との比較で電動シリンダ３１の位置を検出する。

電動シリンダの不良判別手段ＣＡ７は、電動シリンダ３１の不良を判別する。実施の形態の電動シリンダの不良判別手段ＣＡ７は、トラクタ１の起動時（電源投入時）に、電動シリンダ３１を作動位置と解除位置の間で移動させ、作動位置および解除位置の少なくとも一方へ到達しないかどうかを判別する。一例として、電動シリンダ３１を作動位置（または解除位置）に向けて５秒以上動かし続けても作動位置（または解除位置）に到達しない場合には、作動位置（または解除位置）へ到達しなかったと判別する。すなわち、電動シリンダ３１の作動位置への移動を検出しなかった場合（後輪ブレーキ２７がいつまでもかからない場合）、または、解除位置への移動を検出しなかった場合（後輪ブレーキ２７がいつまでも解除されない場合）には、電動シリンダ３１の故障やプランジャ３１ｂに何かが引っ掛かっている等で、電動シリンダ３１が不良であると判別する。なお、シリンダセンサ３２の検出値が明らかな異常値（上限値または下限値を超える値）である場合も不良と判別する。実施の形態の電動シリンダの不良判別手段ＣＡ７は、電動シリンダ３１が不良であると判別された場合、走行制御手段ＣＡ４に制御信号を送信して、トラクタ１の自動走行を規制する（自動走行できないようにする、自動走行モードを開始できないようにする）。

エンジン回転数の判別手段ＣＡ８は、エンジン１６の回転数が予め定められた回転数に達しない状態であるか否かを判別する。実施の形態では、一例として、エンジン回転数が、５００［回転／分］以上の状態から、５００［回転／分］未満になったか否かを判別する。
設定時間の経過判別手段ＣＡ９は、電動シリンダ３１が作動してから作動を停止するまでの時間が経過したか否かを判別する。実施の形態では、一例として、設定時間として２秒が予め設定されており、電動シリンダ３１が作動してから２秒が経過すると電動シリンダ３１が解除される。

電動シリンダの制御手段ＣＡ１０は、電動シリンダ３１を制御して、後輪ブレーキ２７により走行車体１１を制動させる。実施の形態の電動シリンダの制御手段ＣＡ１０は、自動走行中に、エンジンの回転数が５００［回転／分］未満になった場合には、電動シリンダ３１を作動位置に移動させる。また、電動シリンダ３１が作動位置に移動した後、前記設定時間（２秒）が経過した後は、電動シリンダ３１を解除位置に移動させる。なお、実施の形態では、電動シリンダ３１を解除位置に移動させる際に、解除位置で設定時間（２秒）保持したあと、電動シリンダ３１を停止させる。

（実施の形態の作用）
前記構成を備えた実施の形態の作業車両の制御システムＳでは、自動走行時に、エンジン１６が停止する等で、エンジン１６の回転数が所定値に達しない状態になると、電動シリンダ３１が作動して、後輪ブレーキ２７が作動する。したがって、自動走行の途中で、エンジン１６が停止した場合では、後輪ブレーキ２７が自動的にかかり、トラクタ１が停止した状態で確実に保持される。
特に、実施の形態では、電動シリンダ３１が使用されており、油圧のシリンダが使用されていない。したがって、エンジン１６が停止した状態でも、電動シリンダ３１が作動可能である。よって、油圧のシリンダを使用する場合に比べて、エンジン１６が停止しても確実に後輪ブレーキ２７を作動させることが可能であり、安全性が向上している。なお、実施の形態では、エンジンの回転数を直接使用する場合を例示したがこれに限定されない。例えば、エンジンの回転数に連動して変動する油圧（油圧系の圧力）が所定の閾値に達するか否かを使用することも可能である。

また、実施の形態のトラクタ１では、電動シリンダ３１が作動位置に移動した後、所定時間（２秒）が経過すると電動シリンダ３１が解除位置に移動する。電動シリンダ３１が解除されない構成では、トラクタ１の自動走行を再開させる際に、作業者がパーキングレバー２１をブレーキ解除位置に移動させようとしても電動シリンダ３１が作動位置に移動したままとなり、手動で後輪ブレーキ２７を解除できない。
これに対して、実施の形態では、所定時間が経過すると、電動シリンダ３１は解除位置に移動する。なお、このとき、前述のようにパーキングレバー２１はブレーキ作動位置で保持される。したがって、電動シリンダ３１が解除位置に移動した状態では、トラクタ１の自動走行の再開時に作業者がパーキングレバー２１を操作してブレーキ解除位置に移動させることができ、電動シリンダ３１が作業者の操作の妨げになることが防止される。

さらに、実施の形態のトラクタ１では、トラクタ１の起動時に電動シリンダ３１の不良が判別され、不良の場合は自動走行が実行不能となる。したがって、電動シリンダ３１が不要の状態でも自動走行が可能な構成に比べて、自動走行中にエンジンが停止してもトラクタ１が停止せずに事故が発生することが抑制され、安全性が向上する。

１…作業車両、
１１…走行車体、
１８…運転席、
１９…フロア、
２７…制動装置、
３１…電動シリンダ、
ＣＡ…制御部。

Claims (3)

1. 走行車体と、
   操縦者が搭乗可能な運転席と、
   前記走行車体を制動する制動装置と、
   前記運転席が設置されたフロアの上に支持され、前記制動装置を作動させる電動シリンダと、
   前記走行車体を、予め定められた走行経路に沿って自動走行させる制御部であって、前記制動装置が作動する前記電動シリンダの作動位置を予め記憶しておき、自動走行中にエンジンの回転数が予め定められた値に達しない場合には前記電動シリンダを前記作動位置に移動させて、前記制動装置により走行車体を制動させる前記制御部と、
   を備えたことを特徴とする作業車両。
2. 前記電動シリンダが前記作動位置に移動した場合、前記電動シリンダを前記作動位置で予め定められた時間停止させるとともに、予め定められた時間が経過した後は、前記電動シリンダを、前記制動装置が作動しない解除位置に移動させる前記制御部、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
3. 前記作業車両の電源投入時に、前記電動シリンダを前記作動位置と前記解除位置との間で移動させるとともに、前記電動シリンダが前記作動位置および前記解除位置の少なくとも一方に到達しない場合には、前記自動走行の開始を規制する前記制御部、
   を備えたことを特徴とする請求項２に記載の作業車両。

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