JP6871831B2 - 作業車両用の自律走行システム - Google Patents

Description

本発明は、トラクタ、乗用田植機、コンバイン、乗用草刈機、ホイールローダ、除雪車、などの乗用作業車両、および、無人草刈機などの無人作業車両に利用可能な作業車両用の自律走行システムに関し、詳しくは、予め生成された目標経路を記憶する記憶部と、自車の現在位置および現在方位を測定する測位ユニットと、前記自車が前記目標経路を自律走行するように操舵輪を自動操舵する自動操舵ユニットとを備えた作業車両用の自律走行システムに関する。

上記のような作業車両用の自律走行システムにおいては、自車の方位を検出する地磁気方位センサ、自車の現在位置を認識するＧＰＳ受信機、および、前輪の操舵角を検出する舵角センサ、などを備え、直線目標経路での作業車両の自律走行中に、車体前側の前輪間中央位置である中心部、および、車体後側のＧＰＳ受信機のアンテナ設置位置であるＧＰＳ位置計測点が、直線目標経路から横方向に第１距離または第２距離だけ離れている状態で、かつ、前輪が任意の操舵角で操舵された状態にあるときには、車体前側の中心部からの直線目標経路に対する垂線と直線目標経路との交点から第３距離だけ前方の直線目標経路上に目標点を設定して、中心部と目標点を結ぶ直線と、中心部を通る直線目標経路と平行な直線との間の前目標方位（前目標方位＝Ａｒｃｔａｎ（第１距離／第３距離））を算出し、直線目標経路に対する車体の方位と操舵角と目標方位とで目標操舵角（目標操舵角＝方位＋操舵角＋目標方位）を算出する。また、ＧＰＳ位置計測点からの直線目標経路に対する垂線と直線目標経路との交点から第４距離だけ前方の直線目標経路上に後目標点を設定し、ＧＰＳ位置計測点と後目標点を結ぶ直線と、ＧＰＳ位置計測点を通る直線目標経路と平行な直線との間の目標方位（目標方位＝Ａｒｃｔａｎ（第２距離／第４距離））を算出する。そして、前輪の目標操舵角に基づく操舵制御値と、ＧＰＳ位置計測点の目標方位に基づくＰＩ制御の比例及び積分値とから、地磁気方位センサの誤差を含まない前輪操舵用の指令値を演算し、この指令値に前輪の操舵角が合致するように指令値と舵角センサの出力とに基づいて前輪の操舵角を制御することにより、自車を目標経路に沿って自律走行させるように構成されたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−３５８１２２号公報

特許文献１に記載の構成では、前輪の目標操舵角に基づく操舵制御値と、ＧＰＳ位置計測点の目標方位に基づくＰＩ制御の比例及び積分値とから、前輪操舵用の指令値を演算することにより、その演算が複雑になって演算に要する負荷が大きくなる。
その上、特許文献１に記載の構成では、前述した目標点設定用の第３距離を、ＧＰＳ位置計測点の直線目標経路からの横方向の第１距離（左右離間距離）の大小変化によって切り換えることから、目標操舵角を設定する上においては方位角偏差に加えて横方向偏差も考慮する必要があり、これにより、演算に要する負荷が更に大きくなる。

また、特許文献１に記載の構成では、前輪の自動操舵を行う上において、舵角センサの個体差などに起因した舵角誤差が考慮されていないことから、図８に示すように、作業車両１が目標経路Ｐの直進作業経路部Ｐ１を自律走行しているときに、操舵輪の目標操舵角が直進用の目標操舵角に設定されていても、舵角誤差によって操舵輪の実操舵角が直進用の目標操舵角からずれてしまい、このときのずれ量に応じて作業車両１が直進作業経路部Ｐ１から徐々に斜め方向にオフセットする。その後、このときのオフセットに基づいて、操舵輪の目標操舵角が、作業車両１を直進経路部Ｐ１に戻すための目標操舵角に変更されても、このときの目標操舵角の変更量が舵角誤差と相殺されてしまい、作業車両１が直進作業経路部Ｐ１に対する一定の走行オフセット量Ｓｏを残した状態で走行することになる。その結果、走行オフセットに起因した作業精度の低下を招くことになる。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、目標操舵角の演算に要する演算負荷を軽減しながら、舵角誤差に起因した走行オフセットによる作業精度の低下を抑制することができる作業車両用の自律走行システムを提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、
予め生成された目標経路を記憶する記憶部と、自車の現在位置および現在方位を測定する測位ユニットと、前記自車が前記目標経路を自律走行するように操舵輪を自動操舵する自動操舵ユニットとを備え、
前記自動操舵ユニットは、前記操舵輪の目標操舵角を設定する操舵角設定部と、前記操舵輪の操舵角を検出する舵角センサとを有し、
前記操舵角設定部は、方位角偏差を演算する方位角偏差演算手段と、自律走行時の舵角誤差を検出する舵角誤差検出手段と、前記方位角偏差と前記舵角誤差とから前記目標操舵角を演算する操舵角演算手段とを有し、
前記方位角偏差演算手段は、自律走行中に前記現在位置から進行方向側に所定距離をあけた前記目標経路上に目標地点を設定する目標地点設定処理と、前記現在位置から前記目標地点にわたる目標方位ラインを生成するライン生成処理と、前記現在方位と前記目標方位ラインとがなす角度を前記方位角偏差として演算する方位角偏差演算処理とを行う点にある。

本構成によれば、方位角偏差演算手段が、前述した目標地点設定処理とライン生成処理と方位角偏差演算処理とを行うことにより、目標方位ラインの方位と自車の現在方位との方位角偏差を簡単に演算することができる。そして、操舵角演算手段が、その方位角偏差に舵角誤差検出手段により検出された舵角誤差を加味することにより、舵角誤差が考慮された好適な目標操舵角を演算することができる。
これにより、この目標操舵角に基づいて操舵輪の自動操舵を行うことにより、舵角誤差に起因した自律走行時における自車の目標経路に対する走行オフセット量を低下させることができる。
その結果、目標操舵角の演算に要する演算負荷を軽減しながら、舵角誤差に起因した走行オフセットによる作業精度の低下を抑制することができる。

本発明の第２特徴構成は、
前記目標経路は、前記自車の走行形態に応じて複数種類の経路部に区画され、
前記記憶部には、前記経路部の種類に応じて異なる長さに設定された複数の前記所定距離が記憶され、
前記方位角偏差演算手段は、前記自車が自律走行する前記経路部の種類に応じて前記所定距離を自動的に変更する点にある。

本構成によれば、作業車両が自律走行する経路部の種類に応じてユーザが所定距離を手動で変更する手間を無くすことができる。また、ユーザが所定距離を間違えることや所定距離を変更し忘れることに起因した方位角偏差の演算精度の低下を防止することができる。

本発明の第３特徴構成は、
前記目標経路は、前記自車の走行形態に応じて複数種類の経路部に区画され、
前記方位角偏差演算手段は、前記現在位置が現在の経路部から種類の異なる次の経路部に切り替わるまでの間は、前記現在の経路部の延長線上に前記目標地点を設定する点にある。

本構成によれば、例えば、自車が直進経路部を自律走行している間は、直進経路部での自律走行に適した目標地点を設定することができ、この目標地点から直進経路部での自律走行に適した目標操舵角を演算することができる。また、例えば、自車が旋回経路部を自律走行している間は、旋回経路部での自律走行に適した目標地点を設定することができ、この目標地点から旋回経路部での自律走行に適した目標操舵角を演算することができる。その結果、自車が目標経路を自律走行するときの走行精度を高めることができる。

作業車両用の自律走行システムの概略構成を示す図 作業車両用の自律走行システムの概略構成を示すブロック図 圃場にて作業車両が自律走行するために生成された目標経路の一例を示す図 作業車両が直進作業経路部を自律走行している状態での方位角偏差の演算に関する説明図 作業車両が後進直進経路部を自律走行している状態での方位角偏差の演算に関する説明図 作業車両が旋回経路部を自律走行している状態での方位角偏差の演算に関する説明図 作業車両が旋回経路部を自律走行している状態での方位角偏差の演算に関する詳細説明図 作業車両の自律走行時に作業車両が舵角誤差で目標経路に対して走行オフセットした状態を示す説明図 舵角誤差の検出に関する説明図 舵角誤差の検出に関するフローチャート 目標地点の設定に関する説明図

本発明に係る作業車両用の自律走行システムを、作業車両の一例であるトラクタに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、本発明に係る作業車両用の自律走行システムは、トラクタ以外の、乗用田植機、コンバイン、乗用草刈機、ホイールローダ、除雪車、などの乗用作業車両、および、無人草刈機などの無人作業車両に適用することができる。

図１〜２に示すように、本実施形態に例示する作業車両用の自律走行システムは、トラクタ１に搭載された自律走行ユニット２、および、自律走行ユニット２と通信可能に通信設定された携帯通信端末３、などを備えている。携帯通信端末３には、タッチ操作可能な液晶パネル４などを有するタブレット型のパーソナルコンピュータやスマートフォンなどを採用することができる。

図１に示すように、トラクタ１は、その後部に３点リンク機構５を介して、作業装置の一例であるロータリ耕耘装置６が昇降可能かつローリング可能に連結されることにより、ロータリ耕耘仕様に構成されている。
なお、トラクタ１の後部には、ロータリ耕耘装置６に代えて、プラウ、播種装置、散布装置、などの作業装置を連結することができる。

図１〜２に示すように、トラクタ１には、駆動可能な操舵輪として機能する左右の前輪７、駆動可能な左右の後輪８、搭乗式の運転部を形成するキャビン９、コモンレールシステムを備えた電子制御式のディーゼルエンジン（以下、エンジンと称する）１０、エンジン１０からの動力を変速する電子制御式の変速装置１１、左右の前輪７を操舵する全油圧式のパワーステアリング機構１２、左右の後輪８を制動する左右のサイドブレーキ（図示せず）、左右のサイドブレーキの油圧操作を可能にする電子制御式のブレーキ操作機構１３、ロータリ耕耘装置６への伝動を断続する作業クラッチ（図示せず）、作業クラッチの油圧操作を可能にする電子制御式のクラッチ操作機構１４、ロータリ耕耘装置６を昇降駆動する電子油圧制御式の昇降駆動機構１５、自車（トラクタ）１の自律走行などに関する各種の制御プログラムなどを有する車載電子制御ユニット（以下、車載ＥＣＵと称する）１６、自車１の車速を検出する車速センサ１７、前輪７の操舵角を検出する舵角センサ１８、および、自車１の現在位置および現在方位を測定する測位ユニット１９、などが備えられている。
なお、エンジン１０には、電子ガバナを備えた電子制御式のガソリンエンジンを採用してもよい。変速装置１１には、油圧機械式無段変速装置（ＨＭＴ）、静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）、または、ベルト式無段変速装置、などを採用することができる。パワーステアリング機構１２には、電動モータを備えた電動式のパワーステアリング機構１２などを採用してもよい。

図１に示すように、キャビン９の内部には、パワーステアリング機構１２を介した左右の前輪７の手動操舵を可能にするステアリングホイール２０およびユーザ用の座席２１が備えられている。また、図示は省略するが、変速装置１１の手動操作を可能にする変速レバー、左右のサイドブレーキの人為操作を可能にする左右のブレーキペダル、および、ロータリ耕耘装置６の手動昇降操作を可能にする昇降レバー、などが備えられている。

図２に示すように、車載ＥＣＵ１６は、変速装置１１の作動を制御する変速制御部１６Ａ、左右のサイドブレーキの作動を制御する制動制御部１６Ｂ、ロータリ耕耘装置６の作動を制御する作業装置制御部１６Ｃ、予め生成された自律走行用の目標経路Ｐなどを記憶する不揮発性の車載記憶部１６Ｄ、および、自律走行時に左右の前輪７の目標操舵角θｓを設定してパワーステアリング機構１２に出力する操舵角設定部１６Ｅ、などを有している。

図１〜３に示すように、測位ユニット１９には、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）の一例であるＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して自車１の現在位置ｐ１と現在方位θ１とを測定する衛星航法装置２２、および、３軸のジャイロスコープおよび３方向の加速度センサなどを有して自車１の姿勢や方位などを測定する慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）２３、などが備えられている。ＧＰＳを利用した測位方法には、ＤＧＰＳ（Differential GPS：相対測位方式）やＲＴＫ−ＧＰＳ（Real Time Kinematic GPS：干渉測位方式）などがあり、本実施形態においては、移動体の測位に適したＲＴＫ−ＧＰＳが採用されている。そのため、圃場周辺の既知位置には、ＲＴＫ−ＧＰＳによる測位を可能にする基準局２４が設置されている。

トラクタ１と基準局２４とのそれぞれには、ＧＰＳ衛星２５から送信された電波を受信するＧＰＳアンテナ２６，２７、および、トラクタ１と基準局２４との間における測位データを含む各種データの無線通信を可能にする通信モジュール２８，２９、などが備えられている。これにより、衛星航法装置２２は、トラクタ側のＧＰＳアンテナ２６がＧＰＳ衛星２５からの電波を受信して得た測位データと、基地局側のＧＰＳアンテナ２７がＧＰＳ衛星２５からの電波を受信して得た測位データとに基づいて、自車１の現在位置ｐ１および現在方位θ１を高い精度で測定することができる。また、測位ユニット１９は、衛星航法装置２２と慣性計測装置２３とを備えることにより、自車１の現在位置ｐ１、現在方位θ１、姿勢角（ヨー角、ロール角、ピッチ角）を高精度に測定することができる。

図２〜３に示すように、携帯通信端末３には、液晶パネル４などの作動を制御する各種の制御プログラムなどを有する端末電子制御ユニット（以下、端末ＥＣＵと称する）３０、および、トラクタ側の通信モジュール２８との間における測位データを含む各種データの無線通信を可能にする通信モジュール３１、などが備えられている。端末ＥＣＵ３０は、自律走行用の目標経路Ｐを生成する目標経路生成部３０Ａ、および、ユーザが入力した各種の入力データや目標経路生成部３０Ａが生成した目標経路Ｐなどを記憶する不揮発性の端末記憶部３０Ｂ、などを有している。

図１〜３に示すように、目標経路生成部３０Ａは、液晶パネル４に表示された目標経路生成用の入力案内に従って、作業車両や作業装置の種類や機種のなどの車体データ、および、作業対象の圃場位置、などがユーザによって入力された場合に、入力された車体データおよび圃場位置などに基づいて、該当する目標経路Ｐが端末記憶部３０Ｂに記憶されているか否かを判別する。該当する目標経路Ｐが記憶されている場合は、その目標経路Ｐを端末記憶部３０Ｂから読み出して液晶パネル４に表示させる。該当する目標経路Ｐが記憶されていない場合は、目標経路Ｐの生成に必要な測位データを得るための測位データ取得走行の実行案内を液晶パネル４に表示させてユーザに測位データ取得走行を行わせる。そして、この測位データ取得走行中にトラクタ１との無線通信によって得られた測位データなどに基づいて、作業対象圃場の区画や形状などの圃場データを取得し、取得した圃場データ、および、車体データに含まれた最小旋回半径や作業幅、などに基づいて、このトラクタ１で作業対象の圃場を作業するのに適した目標経路Ｐを生成する。そして、生成した目標経路Ｐを、液晶パネル４に表示させるとともに、車体データおよび圃場データなどと関連付けた経路データとして端末記憶部３０Ｂに記憶させる。経路データには、目標経路Ｐの方位角θｐ、および、目標経路Ｐでのトラクタ１の走行形態などに応じて設定された目標エンジン回転数や目標車速、などが含まれている。

図３に示すように、本実施形態では、作業対象の圃場として矩形状に区画された圃場が例示されている。また、この矩形状の圃場に適した目標経路Ｐとして、同じ直進距離を有して作業幅に対応する一定距離をあけて平行に配置設定された複数の直進作業経路部Ｐ１と、隣接する直進作業経路部Ｐ１の終端地点Ｐ１ｅと始端地点Ｐ１ｓとにわたる複数の方向転換経路部Ｐ２とを備えて、トラクタ１を目標経路Ｐの始端地点Ｐｓから終端地点Ｐｅにわたって往復走行させる往復走行経路が例示されている。複数の直進作業経路部Ｐ１のうち、奇数列が往路部であり、偶数列が復路部である。複数の方向転換経路部Ｐ２は、直進作業経路部Ｐ１の終端地点Ｐ１ｅから次の直進作業経路部側に向けてトラクタ１を９０度旋回させる第１旋回経路部Ｐ３と、第１旋回経路部Ｐ３の旋回終了地点Ｐ３ｅから前回の直進作業経路部側に向けてトラクタ１を後方に直進させる後方直進経路部Ｐ４と、後方直進経路部Ｐ４の後進終了地点Ｐ４ｅから次の直進作業経路部Ｐ１の始端地点Ｐ１ｓに向けてトラクタ１を９０度旋回させる第２旋回経路部Ｐ５とに区画されている。
つまり、目標経路Ｐは、自車１の走行形態に応じて複数種類の経路部Ｐ１〜Ｐ５に区画されている。
なお、図３に示す目標経路Ｐはあくまでも一例であり、目標経路Ｐは、例えば、複数の方向転換経路部Ｐ２として、直進作業経路部Ｐ１の終端地点Ｐ１ｅから次の直進作業経路部Ｐ１の始端地点Ｐ１ｓに向けてトラクタ１を１８０度旋回させるＵターン経路部を備えるように生成されていてもよい。

図２〜３に示すように、端末ＥＣＵ３０は、液晶パネル４にて目標経路Ｐが確認表示されている状態において、ユーザによる液晶パネル４の操作によって自律走行の実行が指令された場合に、その実行指令とともに表示中の目標経路Ｐを、通信モジュール３１，２８を介して車載ＥＣＵ１６に送信する。
なお、目標経路Ｐの送信に関しては、トラクタ１が自律走行を開始する前の段階において、目標経路Ｐの全体が端末ＥＣＵ３０から車載ＥＣＵ１６に一挙に送信されるようにしてもよい。また、例えば、目標経路Ｐがデータ量の少ない所定距離ごとの複数の経路部分に分割されて、トラクタ１が自律走行を開始する前の段階においては、目標経路Ｐの初期経路部分のみが端末ＥＣＵ３０から車載ＥＣＵ１６に送信され、自律走行の開始後は、トラクタ１がデータ量などに応じて設定された経路取得地点に達するごとに、その地点に対応する以後の経路部分のみが端末ＥＣＵ３０から車載ＥＣＵ１６に送信されるようにしてもよい。

車載ＥＣＵ１６は、端末ＥＣＵ３０からの自律走行の実行指令および目標経路Ｐを受け取った場合に、受け取った目標経路Ｐを車載記憶部１６Ｄに記憶してデータ量を確認し、その確認後に、自車１を車載記憶部１６Ｄに記憶した目標経路Ｐなどに基づいて自律走行させる自律走行制御を開始する。

自律走行制御には、変速装置１１の作動を自動制御する自動変速制御、ブレーキ操作機構１３の作動を自動制御する自動制動制御、左右の前輪７を自動操舵する自動操舵制御、および、ロータリ耕耘装置６の作動を自動制御する作業用自動制御、などが含まれている。
自動変速制御においては、変速制御部１６Ａが、前述した目標車速を含む目標経路Ｐと測位ユニット１９の出力と車速センサ１７の出力とに基づいて、目標経路Ｐでのトラクタ１の走行形態などに応じて設定された目標車速が自車１の車速として得られるように変速装置１１の作動を自動制御する。
自動制動制御においては、制動制御部１６Ｂが、目標経路Ｐと測位ユニット１９の出力とに基づいて、目標経路Ｐに含まれている制動領域において左右のサイドブレーキが左右の後輪８を適正に制動するようにブレーキ操作機構１３の作動を自動制御する。
自動操舵制御においては、自車１が目標経路Ｐを自律走行するように、操舵角設定部１６Ｅが、目標経路Ｐと測位ユニット１９の出力とに基づいて左右の前輪７の目標操舵角θｓを求めて設定し、設定した目標操舵角θｓをパワーステアリング機構１２に出力する。すると、パワーステアリング機構１２が、目標操舵角θｓと舵角センサ１８の出力とに基づいて、目標操舵角θｓが左右の前輪７の操舵角として得られるように左右の前輪７を自動操舵する。
作業用自動制御においては、作業装置制御部１６Ｃが、目標経路Ｐと測位ユニット１９の出力とに基づいて、自車１が直進作業経路部Ｐ１の始端地点Ｐ１ｓに達するのに伴ってロータリ耕耘装置６による耕耘が開始され、かつ、自車１が直進作業経路部Ｐ１の終端地点Ｐ１ｅに達するのに伴ってロータリ耕耘装置６による耕耘が停止されるように、クラッチ操作機構１４および昇降駆動機構１５の作動を自動制御する。

つまり、このトラクタ１においては、変速装置１１、パワーステアリング機構１２、ブレーキ操作機構１３、クラッチ操作機構１４、昇降駆動機構１５、車載ＥＣＵ１６、車速センサ１７、舵角センサ１８、測位ユニット１９、および、通信モジュール２８、などによって自律走行ユニット２が構成されている。また、パワーステアリング機構１２、車載ＥＣＵ１６、および、舵角センサ１８により、自車１が目標経路Ｐを自律走行するように左右の前輪７を自動操舵する自動操舵ユニット３２が構成されている。

目標操舵角θｓの設定について詳述すると、図２〜７に示すように、操舵角設定部１６Ｅは、方位角偏差θｄを演算する方位角偏差演算手段１６Ｅａと、自律走行時の舵角誤差θｅを検出する舵角誤差検出手段１６Ｅｂと、方位角偏差θｄと舵角誤差θｅとから目標操舵角θｓを演算する操舵角演算手段１６Ｅｃとを有している。

方位角偏差演算手段１６Ｅａは、自律走行中に自車１の現在位置ｐ１から進行方向側に所定距離Ｄ１をあけた目標経路上に目標地点ｐ２を設定する目標地点設定処理と、自車１の現在位置ｐ１から目標地点ｐ２にわたる目標方位ラインＬ１を生成するライン生成処理と、自車１の現在方位θ１と目標方位ラインＬ１とがなす角度を方位角偏差θｄとして演算する方位角偏差演算処理とを行う。

方位角偏差演算処理について詳述すると、方位角偏差演算処理においては、図４〜５に示すように、現在の自車１の走行経路が直進作業経路部Ｐ１または後方直進経路部Ｐ４であれば、自車１の現在位置ｐ１から目標地点ｐ２への向き（目標方位ラインＬ１の方位）を目標方位角θ２とし、目標経路Ｐと目標方位ラインＬ１とがなす角度を走行補正角θｃとすれば、直進作業経路部Ｐ１での目標方位角θ２は、
目標方位角θ２＝直進作業経路部Ｐ１の方位角θｐ１＋走行補正角θｃ
となり、後方直進経路部Ｐ４での目標方位角θ２は、
目標方位角θ２＝後方直進経路部Ｐ４の方位角θｐ４＋走行補正角θｃ
となる。
ここで、直進作業経路部Ｐ１の方位角θｐ１および後方直進経路部Ｐ４の方位角θｐ４は、目標経路Ｐを生成する段階において既知であるが、これらを演算する場合は、直進作業経路部Ｐ１の始端地点Ｐ１ｓから終端地点Ｐ１ｅへのベクトルＶ１のＥ成分（ｘ成分）をＶ１ｅとし、ベクトルＶ１のＮ成分（ｙ成分）をＶ１ｎとすれば、
直進作業経路部Ｐ１の方位角θｐ１＝ａｔａｎ２（Ｖ１ｅ，Ｖ１ｎ）
となる。また、後方直進経路部Ｐ４の始端位置から終端位置へのベクトルＶ４のＥ成分（ｘ成分）をＶ４ｅとし、ベクトルＶ４のＮ成分（ｙ成分）をＶ４ｎとすれば、
後方直進経路部Ｐ４の方位角θｐ４＝ａｔａｎ２（Ｖ４ｅ，Ｖ４ｎ）
となる。そして、走行補正角θｃは、ＮＥＤ座標上での自車１の走行経路からの横方向偏差をＤ２とすれば、目標地点設定用の所定距離がＤ１であることから、
走行補正角θｃ＝ａｓｉｎ（横方向偏差Ｄ２／所定距離Ｄ１）
となり、これらにより、目標方位角θ２を求めることができ、求めた目標方位角θ２と測位ユニット１９が測定した自車１の現在方位θ１との差から方位角偏差θｄを得ることができる。
一方、図６〜７に示すように、現在の自車１の走行経路が第１旋回経路部Ｐ３または第２旋回経路部Ｐ５であれば、それらの各旋回経路部Ｐ３，Ｐ５の旋回中心ｐｔから自車１へのベクトルＶｖとＮ軸とがなす角度をθｖとすれば、方位角偏差θｄは、前述した角度θｖと自車１の現在方位θ１と走行補正角θｃとから、
方位角偏差θｄ＝角度θｖ＋ＳｉｇｎＴｒｎ×９０−現在方位θ１＋ＳｉｇｎＴｒｎ×（９０−走行補正角θｃ）
によって求めることができる。
ここで、この式中の単位には全てに度が用いられており、式中の「９０」は９０度を示している。また、「ＳｉｇｎＴｒｎ」に関しては、旋回方向が時計周りの方向であれば「１」となり、旋回方向が反時計周りの方向であれば「−１」となる。そして、上記の式における走行補正角θｃは、目標地点設定用の所定距離Ｄ１と、旋回経路部Ｐ３，Ｐ５の旋回中心ｐｔから自車１までの距離Ｄ３と、旋回経路部Ｐ３，Ｐ５の旋回半径Ｒとから、
走行補正角θｃ＝ａｃｏｓ（（Ｄ３＾２＋Ｄ１＾２−Ｒ＾２）／（２×Ｄ３×Ｄ１）
によって求めることができ、この式における旋回経路部Ｐ３，Ｐ５の旋回中心ｐｔから自車１までの距離Ｄ３は、旋回経路部Ｐ３，Ｐ５の旋回半径Ｒと、ＮＥＤ座標上での自車１の旋回経路部Ｐ３，Ｐ５からの横方向偏差Ｄ２とから、
距離Ｄ３＝旋回半径Ｒ＋横方向偏差Ｄ２
によって求めることができる。

ところで、方位角偏差演算手段１６Ｅａが演算する方位角偏差θｄは、上記のように目標方位角θ２と自車１の現在方位θ１との差であることから、目標操舵角θｓとして使用することも考えられるが、この場合、トラクタ１などの作業車両においては、舵角センサ１８の個体差などに起因した舵角誤差θｅがステアリング系に含まれていることから、自律走行時には、その舵角誤差θｅに起因して、図８に示すように、作業車両が目標経路Ｐに対する一定の走行オフセット量Ｓｏを残した状態で走行することになる。その結果、走行オフセットに起因した作業精度の低下を招くことになる。

そこで、その走行オフセットに起因した作業精度の低下を抑制するために、操舵角設定部１６Ｅは、前述したように舵角誤差検出手段１６Ｅｂと操舵角演算手段１６Ｅｃとを有している。
図９〜１０に示すように、舵角誤差検出手段１６Ｅｂは、目標経路Ｐの直進作業経路部Ｐ１での自車１の自律走行による直進走行時に、自車１の現在位置ｐ１から進行方向側（前方側）に一定距離Ｄ４をあけた目標経路上に注視点ｐ３を設定する注視点設定処理（ステップ＃３）と、自車１の現在位置から注視点ｐ３にわたる線分Ｌ２を生成する線分生成処理（ステップ＃４）と、目標経路Ｐと線分Ｌ２とがなす角度を舵角誤差θｅとして演算する舵角誤差演算処理（ステップ＃５）とを行う。そして、舵角誤差演算処理においては、ＮＥＤ座標上での自車１の直進作業経路部Ｐ１からの横方向偏差をＤ５とすれば、注視点設定用の一定距離がＤ４であることから、舵角誤差θｅを、
舵角誤差θｅ＝ａｓｉｎ（横方向偏差Ｄ５／一定距離Ｄ４）
によって求めることができる。
操舵角演算手段１６Ｅｃは、上記の舵角誤差演算処理で得た舵角誤差θｅを前述した方位角偏差演算処理で得た方位角偏差θｄに足し合わて目標操舵角θｓを演算する操舵角演算処理を行う。
これにより、目標操舵角θｓを舵角誤差θｅが考慮された好適な値に演算することができ、この目標操舵角θｓをパワーステアリング機構１２に出力することにより、自律走行時における自車１の目標経路Ｐに対する走行オフセット量Ｓｏを低下させることができる。その結果、走行オフセットによる作業精度の低下を抑制することができる。
つまり、目標操舵角θｓを演算する上において操舵角設定部１６Ｅにかかる演算負荷を軽減しながら、目標操舵角θｓを舵角誤差θｅが考慮された好適な値に演算することができる。

図４〜７に示すように、車載記憶部１６Ｄには、目標経路Ｐにおける各経路部Ｐ１〜Ｐ５の種類に応じて異なる長さに設定された目標地点設定用の複数の所定距離Ｄ１ａ〜Ｄ１ｃが記憶されている。方位角偏差演算手段１６Ｅａは、目標経路Ｐにおいて自車１が自律走行する各経路部Ｐ１〜Ｐ５の種類に応じて目標地点設定処理における目標地点設定用の所定距離Ｄ１を自動的に変更する。
これにより、トラクタ１が自律走行する経路部Ｐ１〜Ｐ５の種類に応じてユーザが所定距離Ｄ１を手動で変更する手間を無くすことができる。また、ユーザが所定距離Ｄ１を間違えることや所定距離Ｄ１を変更し忘れることに起因した方位角偏差θｄの演算精度の低下を防止することができる。

目標地点設定用の所定距離Ｄ１に関して、方位角偏差演算手段１６Ｅａは、図４に示すように自車１の現在位置ｐ１が直進作業経路部Ｐ１である場合は、所定距離Ｄ１を、自車１が直進作業経路部Ｐ１で自律走行するのに適した第１所定距離Ｄ１ａに変更する。
方位角偏差演算手段１６Ｅａは、図５に示すように自車１の現在位置ｐ１が後方直進経路部Ｐ４である場合は、所定距離Ｄ１を、自車１が後方直進経路部Ｐ４で自律走行するのに適した第２所定距離Ｄ１ｂに変更する。第２所定距離Ｄ１ｂは、自車１が後方直進経路部Ｐ４での自律走行において進行方向を修正する場合は、進行方向後ろ側の左右の前輪７を操舵する後方ステアリングになって車体横方向の振れ量が大きくなることを考慮して、第１所定距離Ｄ１ａよりも長い距離に設定されている。
方位角偏差演算手段１６Ｅａは、図６〜７に示すように自車１の現在位置ｐ１が第１旋回経路部Ｐ３または第２旋回経路部Ｐ５である場合は、所定距離Ｄ１を、自車１が第１旋回経路部Ｐ３または第２旋回経路部Ｐ５で自律走行するのに適した第３所定距離Ｄ１ｃに変更する。第３所定距離Ｄ１ｃは、第１旋回経路部Ｐ３または第２旋回経路部Ｐ５での自律走行では、それらの旋回経路部Ｐ３，Ｐ５から自車１が離れ易くなることを考慮して、第１所定距離Ｄ１ａおよび第２所定距離Ｄ１ｂよりも短い距離に設定されている。

図１１に示すように、方位角偏差演算手段１６Ｅａは、自車１の現在位置ｐ１が現在の経路部（例えば直進作業経路部Ｐ１）から種類の異なる次の経路部（例えば第１旋回経路部Ｐ３）に切り替わるまでの間は、現在の経路部の延長線上に目標地点ｐ２を設定する。
これにより、例えば、自車１が直進作業経路部Ｐ１を自律走行している間は、直進作業経路部Ｐ１での自律走行に適した目標地点ｐ２を設定することができ、この目標地点ｐ２から直進作業経路部Ｐ１での自律走行に適した目標操舵角θｓを演算することができる。また、例えば、自車１が第１旋回経路部Ｐ３を自律走行している間は、第１旋回経路部Ｐ３での自律走行に適した目標地点ｐ２を設定することができ、この目標地点ｐ２から第１旋回経路部Ｐ３での自律走行に適した目標操舵角θｓを演算することができる。その結果、自車１が目標経路Ｐを自律走行するときの走行精度を高めることができる。

図３、図９〜１０に示すように、舵角誤差検出手段１６Ｅｂは、舵角誤差θｅの検出を許容する所定条件が成立しているか否かを判別する検出条件判別処理（ステップ＃１）と、その所定条件が成立するまでの間は舵角誤差θｅの検出を禁止する検出禁止処理（ステップ＃２）とを行う。
本実施形態においては、所定条件として、自車１が直進作業経路部Ｐ１での自律走行を開始してから自律走行が整定するまでに要する一定距離Ｌａを走破したか否かが設定されている。そして、舵角誤差検出手段１６Ｅｂは、検出条件判別処理においては、自車１が直進作業経路部Ｐ１での自律走行を開始してから一定距離Ｌａを走破した場合に、所定条件が成立したと判断するように構成されており、これにより、自車１が直進作業経路部Ｐ１での自律走行を開始してから一定距離Ｌａを走破するまでの間は、検出禁止処理によって舵角誤差θｅの検出が禁止される。
その結果、自車１が直進作業経路部Ｐ１での自律走行を開始してから自律走行が整定するまでの間においても、舵角誤差θｅの検出と、検出した舵角誤差θｅに基づく目標操舵角θｓの演算が行われることにより、舵角誤差θｅの検出確度が低下し、この検出確度の低い舵角誤差θｅに基づいて目標操舵角θｓが演算されてパワーステアリング機構１２に出力されることに起因して、自律走行時における自車１の目標経路Ｐに対する走行オフセット量Ｓｏが低下し難くなる不都合の発生を回避することができる。

図３、図１０に示すように、舵角誤差検出手段１６Ｅｂは、自車１が一定距離Ｌａの走破後に舵角誤差検出用の第１設定距離Ｌｂを走破したか否かを判別する第１走破判別処理（ステップ＃６）を行い、自車１が舵角誤差検出用の第１設定距離Ｌｂを走破するまでの間は舵角誤差θｅの検出を設定時間ごとに行い、自車１が第１設定距離Ｌｂを走破するのに伴って、設定時間ごとに検出した複数回分の舵角誤差θｅの平均値を求めて、この平均値を操舵角演算処理用の舵角誤差θｅとする平均化処理（ステップ＃７）を行う。
これにより、舵角誤差検出手段１６Ｅｂによる舵角誤差θｅの検出確度を高めることができる。そして、操舵角演算手段１６Ｅｃが、確度の高い舵角誤差θｅに基づいて演算した目標操舵角θｓをパワーステアリング機構１２に出力することにより、自律走行時における自車１の目標経路Ｐに対する走行オフセット量Ｓｏをより確実に低下させることができる。その結果、走行オフセットによる作業精度の低下をより効果的に抑制することができる。

舵角誤差検出手段１６Ｅｂは、自車１が第１設定距離Ｌｂよりも長い舵角誤差再検出用の第２設定距離Ｌｃを走破したか否かを判別する第２走破判別処理（ステップ＃９）を行い、自車１が第２設定距離Ｌｃを走破するごとに、前述した処理手順に基づいて舵角誤差θｅの平均値を再検出して舵角誤差θｅを更新する。
これにより、舵角誤差検出手段１６Ｅｂは、更新処理によって舵角誤差θｅを更新するごとに舵角誤差θｅの検出確度を高めることができ、操舵角演算手段１６Ｅｃは、更新ごとに確度が高められた舵角誤差θｅに基づいて演算した目標操舵角θｓをパワーステアリング機構１２に出力することができる。その結果、自車１の直進作業経路部Ｐ１での自律走行距離が長くなるほど、自律走行時における自車１の目標経路Ｐに対する走行オフセット量Ｓｏを低下させることができ、走行オフセットによる作業精度の低下をより効果的に抑制することができる。
なお、舵角誤差検出用の第１設定距離Ｌｂと舵角誤差再検出用の第２設定距離Ｌｃとの差は、第１設定距離Ｌｂの走行で得た舵角誤差θｅに基づいて目標操舵角θｓが補正された後の自動操舵による自律走行において、自律走行が整定するまでの走行距離を考慮して設定されている。

図１０に示すように、舵角誤差検出手段１６Ｅｂは、前述した平均化処理の実行中に自車１が直進作業経路部Ｐ１から方向転換経路部Ｐ２に移行したか否かを判別する経路部移行判別処理（ステップ＃８）を行い、移行した場合は、このときの平均化処理を終了して舵角誤差θｅの平均値を求めない平均化中止処理（ステップ＃１０）を行う。
これにより、舵角誤差θｅの平均化処理において、直進走行時の舵角誤差θｅとは異なる成分を有する方向転換時の舵角誤差θｅが直進走行時の舵角誤差θｅと混在することによる舵角誤差θｅの検出確度の低下を防止することができる。

図示は省略するが、舵角誤差検出手段１６Ｅｂは、自車１が各直進作業経路部Ｐ１での自律走行を開始するごとに今回の直進作業経路部Ｐ１が奇数列か偶数列かを判別する数列判別処理を行い、今回の直進作業経路部Ｐ１が奇数列（往路部）であれば、今回の直進作業経路部Ｐ１での自律走行中に検出する舵角誤差θｅを往路用の舵角誤差θｅとし、前述した更新処理においては、往路用の舵角誤差θｅを検出するごとに往路用の舵角誤差θｅを更新する。また、今回の直進作業経路部Ｐ１が偶数列（復路部）であれば、今回の直進作業経路部Ｐ１での自律走行中に検出する舵角誤差θｅを復路用の舵角誤差θｅとし、前述した更新処理においては、復路用の舵角誤差θｅを検出するごとに復路用の舵角誤差θｅを更新する。
操舵角演算手段１６Ｅｃは、前述した数列判別処理で得た判別結果に基づいて、今回の直進作業経路部Ｐ１が奇数列であれば、往路用の舵角誤差θｅを前述した方位角偏差演算処理で得た方位角偏差θｄに足し合わせる往路用の操舵角演算処理を行う。また、今回の直進作業経路部Ｐ１が偶数列であれば、復路用の舵角誤差θｅを前述した方位角偏差演算処理で得た方位角偏差θｄに足し合わせる復路用の操舵角演算処理を行う。
これにより、測位ユニット１９が測定する自車１のヨー角に誤差がのることなどに起因して、自車１が奇数列の直進作業経路部（往路部）Ｐ１を自律走行する場合と偶数列の直進作業経路部（復路部）Ｐ１を自律走行する場合とで舵角誤差θｅに差異が生じている場合に、往路用の舵角誤差θｅが復路用の舵角誤差θｅによって更新される、または、復路用の舵角誤差θｅが往路用の舵角誤差θｅによって更新されることによる舵角誤差θｅの検出確度の低下を防止することができる。
具体的には、例えば、奇数列の直進作業経路部（往路部）Ｐ１の方位が真北になり、偶数列の直進作業経路部（復路部）Ｐ１の方位が真南になる圃場において、自車１が奇数列の直進作業経路部（往路部）Ｐ１を自律走行している場合には、測位ユニット１９が測定する自車１の方位が０度になり、かつ、自車１が偶数列の直進作業経路部（復路部）Ｐ１を自律走行している場合には、測位ユニット１９が測定する自車１の方位が１８０度になることが理想的であるが、実際には、測位ユニット１９が測定する自車１のヨー角に誤差がのることなどに起因して、自車１が奇数列の直進作業経路部（往路部）Ｐ１を自律走行しているにもかかわらず、測位ユニット１９が測定する自車１の方位が０度から少しずれることがあり、また、自車１が偶数列の直進作業経路部（復路部）Ｐ１を自律走行しているにもかかわらず、測位ユニット１９が測定する自車１の方位が１８０度から少しずれることがある。
これにより、本来は、自車１が奇数列の直進作業経路部（往路部）Ｐ１を自律走行しているときの自車１の方位と、自車１が偶数列の直進作業経路部（復路部）Ｐ１を自律走行しているときの自車１の方位との角度差が１８０度になるはずが、測位誤差のために１８０度にならない不都合が生じることがある。
しかしながら、自車１が同じ奇数列または同じ偶数列の直進作業経路部Ｐ１を自律走行しているときは、測位誤差による方位のずれ方向が一定なる傾向があることから、この点を考慮して、奇数列用（往路用）の舵角誤差θｅと偶数列用（復路用）の舵角誤差θｅとを個別に検出して個別に更新するようにしている。
その結果、検出確度の高い往路用の舵角誤差θｅと復路用の舵角誤差θｅとを得ることができる。
そして、自車１が自律走行する直進作業経路部Ｐ１が往路部であれば、このときの目標操舵角θｓを往路用の舵角誤差θｅが考慮された好適な値に演算することができ、この目標操舵角θｓをパワーステアリング機構１２に出力することにより、往路用の直進作業経路部Ｐ１での自律走行時における自車１の直進作業経路部Ｐ１に対する走行オフセット量Ｓｏをより好適に低下させることができる。また、自車１が自律走行する直進作業経路部Ｐ１が復路部であれば、このときの目標操舵角θｓを復路用の舵角誤差θｅが考慮された好適な値に演算することができ、この目標操舵角θｓをパワーステアリング機構１２に出力することにより、復路用の直進作業経路部Ｐ１での自律走行時における自車１の直進作業経路部Ｐ１に対する走行オフセット量Ｓｏをより好適に低下させることができる。

舵角誤差検出手段１６Ｅｂは、舵角誤差θｅを検出または更新するごとに最新の舵角誤差θｅを車載記憶部１６Ｄに記憶する記憶処理を行い、操舵角演算手段１６Ｅｃは、前述した検出禁止処理によって舵角誤差θｅの検出が禁止されている間は、車載記憶部１６Ｄに記憶された舵角誤差θｅを方位角偏差演算処理で得た方位角偏差θｄに足し合わせて目標操舵角θｓを演算する。
これにより、検出禁止処理によって舵角誤差θｅの検出が禁止された自律走行時においても、目標操舵角θｓを舵角誤差θｅが考慮された好適な値に演算することができ、この目標操舵角θｓをパワーステアリング機構１２に出力することにより、自車１の目標経路Ｐに対する走行オフセット量Ｓｏを低下させることができる。
また、前述したように車載記憶部１６Ｄは不揮発性であることから、自車１のキーオフ操作によって電源が落された後に、キーオン操作が行われて自律走行が開始された場合であっても、車載記憶部１６Ｄに記憶された舵角誤差θｅを方位角偏差演算処理で得た方位角偏差θｄに足し合わせることにより、舵角誤差θｅが考慮された目標操舵角θｓを演算することができ、自車１の目標経路Ｐに対する走行オフセット量Ｓｏを低下させることができる。

〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。
尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）作業車両の構成は種々の変更が可能である。
例えば、作業車両は、エンジン１０と走行用の電動モータとを備えるハイブリット仕様に構成されていてもよく、また、エンジン１０に代えて走行用の電動モータを備える電動仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両は、左右の後輪８に代えて左右のクローラを備えるセミクローラ仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両は、左右の後輪８が操舵輪として機能する後輪ステアリング仕様に構成されていてもよい。

（２）舵角センサ１８は、自動操舵ユニット３２がステアリングホイール２０と左右の前輪（操舵輪）７とを機械連係によって連動させる構成であれば、ステアリングホイール２０の回転操作方向および回転操作量に基づいて前輪（操舵輪）７の操舵角を検出するように構成されていてもよい。

（３）方位角偏差演算手段１６Ｅａは、各経路部Ｐ１〜Ｐ５の種類などに応じて異なる長さに設定された目標地点設定処理における目標地点設定用の所定距離Ｄ１ａ〜Ｄ１ｃを、ユーザの手動操作に基づいて変更するように構成されていてもよい。

（４）方位角偏差演算手段１６Ｅａは、測位ユニット１９により測定される自車１の姿勢角（ロール角およびピッチ角）に基づいて圃場の荒れ具合を判定し、判定した圃場の荒れ具合に応じて、目標地点設定処理における目標地点設定用の所定距離Ｄ１を自動的に変更するように構成されていてもよい。

（５）方位角偏差演算手段１６Ｅａは、自車１の自律走行において、目標地点設定処理によって目標経路上に設定される目標地点ｐ２が、自車１が現在走行中の経路部Ｐ１〜Ｐ５の終端地点に達したときに、目標地点ｐ２を、自車１が現在走行中の経路部上から次の経路部上に設定変更するように構成されていてもよい。

（６）方位角偏差演算手段１６Ｅａは、自車１が自律走行する各経路部Ｐ１〜Ｐ５の種類に応じて目標地点設定処理における目標地点設定用の所定距離Ｄ１ａ〜Ｄ１ｃを自動的に変更するように構成された場合においては、自車１の現在位置ｐ１が現在の経路部Ｐ１〜Ｐ５から次の経路部Ｐ１〜Ｐ５に移行するのに伴って、現在の経路部Ｐ１〜Ｐ５に対応する目標地点設定用の所定距離Ｄ１ａ〜Ｄ１ｃから次の経路部Ｐ１〜Ｐ５に対応する目標地点設定用の所定距離Ｄ１ａ〜Ｄ１ｃに変更するように構成されていてもよい。

（７）舵角誤差検出手段は、作業走行前における自車１の目標経路上でのティーチング走行によって舵角誤差を検出するように構成されていてもよい。

１ 自車
７ 操舵輪
１６Ｄ 記憶部
１６Ｅ 操舵角設定部
１６Ｅａ 方位角偏差演算手段
１６Ｅｂ 舵角誤差検出手段
１６Ｅｃ 操舵角演算手段
１８ 舵角センサ
１９ 測位ユニット
３２ 自動操舵ユニット
Ｌ１ 目標方位ライン
Ｄ１ 所定距離
Ｄ１ａ 所定距離（第１所定距離）
Ｄ１ｂ 所定距離（第２所定距離）
Ｄ１ｃ 所定距離（第３所定距離）
Ｐ 目標経路
Ｐ１ 経路部（直進作業経路部）
Ｐ２ 経路部（方向転換経路部）
Ｐ３ 経路部（第１旋回経路部）
Ｐ４ 経路部（後方直進経路部）
Ｐ５ 経路部（第２旋回経路部）
ｐ１ 現在位置
ｐ２ 目標地点
θ１ 現在方位
θｄ 方位角偏差
θｅ 舵角誤差
θｓ 目標操舵角

Claims (3)

1. 予め生成された目標経路を記憶する記憶部と、自車の現在位置および現在方位を測定する測位ユニットと、前記自車が前記目標経路を自律走行するように操舵輪を自動操舵する自動操舵ユニットとを備え、
   前記自動操舵ユニットは、前記操舵輪の目標操舵角を設定する操舵角設定部と、前記操舵輪の操舵角を検出する舵角センサとを有し、
   前記操舵角設定部は、方位角偏差を演算する方位角偏差演算手段と、自律走行時の舵角誤差を検出する舵角誤差検出手段と、前記方位角偏差と前記舵角誤差とから前記目標操舵角を演算する操舵角演算手段とを有し、
   前記方位角偏差演算手段は、自律走行中に前記現在位置から進行方向側に、前記目標経路から前記現在位置までの前記目標経路と直交する方向における偏差に依存しない所定距離をあけた、前記目標経路上に目標地点を設定する目標地点設定処理と、前記現在位置から前記目標地点にわたる目標方位ラインを生成するライン生成処理と、前記現在方位と前記目標方位ラインとがなす角度を前記方位角偏差として演算する方位角偏差演算処理とを行うことを特徴とする作業車両用の自律走行システム。
   
2. 前記目標経路は、前記自車の走行形態に応じて複数種類の経路部に区画され、
   前記記憶部には、前記経路部の種類に応じて異なる長さに設定された複数の前記所定距離が記憶され、
   前記方位角偏差演算手段は、前記自車が自律走行する前記経路部の種類に応じて前記所定距離を自動的に変更する請求項１に記載の作業車両用の自律走行システム。
3. 前記目標経路は、前記自車の走行形態に応じて複数種類の経路部に区画され、
   前記方位角偏差演算手段は、前記現在位置が現在の経路部から種類の異なる次の経路部に切り替わるまでの間は、前記現在の経路部の延長線上に前記目標地点を設定する請求項１又は２に記載の作業車両用の自律走行システム。

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