JP7091189B2 - 作業車両用の自動走行システム - Google Patents

Description

本発明は、衛星測位システムを利用して作業車両を目標経路に従って自動走行させる作業車両用の自動走行システムに関する。

従来、衛星測位システムを利用して作業車両を目標経路に従って自動走行させるものとしては、作業車両（自律走行作業車両）を、作業地（圃場）に応じて生成された目標経路（走行経路）に沿って往復走行させるとともに、作業車両が作業地における外縁側の旋回領域（枕地旋回領域）に入ると、制御装置が変速手段を作動させて作業車両の車速を旋回速度（枕地旋回速度）まで減速させることで、旋回領域においては作業車両を旋回速度で旋回走行させるように構成された作業車両の制御装置がある（例えば特許文献１参照）。

国際公開第２０１５／１４７１０８号公報

通常、トラクタなどの作業車両を自動走行させる場合に使用する目標経路には、作業地内に区分けされた走行領域において並列に配置される複数の並列経路と、走行領域の外縁側に配置されて複数の並列経路を走行順に接続する複数の旋回経路とが含まれている。そして、各並列経路には、走行領域の中央側に設定された作業領域において作業車両を作業走行させる作業経路と、走行領域の外縁側に設定された旋回領域において、作業車両が作業経路から旋回経路に至るまでの間、作業車両を作業停止状態で走行させる非作業経路とが含まれている。

特許文献１に記載の作業車両の制御装置においては、例えば、作業効率の向上を図るために目標経路に含まれた作業経路における作業車両の車速を速くすると、作業車両が旋回領域に入ってから作業車両の車速を旋回速度まで低下させるのに必要な制動距離が長くなる。そのため、作業地における旋回領域が広くなるとともに作業領域が狭くなる。作業領域は、作業車両が自動走行しながら作業を行う領域であることから、作業領域が狭くなると、作業地内においてユーザが作業車両を手動走行させながら作業を行う領域が広くなり、ユーザにかかる負担が大きくなる。

そこで、ユーザにかかる負担を小さくするために作業領域を広くすることが考えられるが、この場合には、旋回領域が狭くなるとともに、作業車両が旋回領域に入ってから作業車両の車速を旋回速度まで低下させるのに必要な制動距離が短くなる。そのため、作業領域における作業車両の車速が遅くなり、作業効率の低下を招くことになる。又、作業領域を広くしつつ作業経路における作業車両の車速を速くすると、作業車両が旋回領域に入ってから旋回走行（枕地旋回）を開始するまでの間において、作業車両の車速を旋回速度まで低下させることができなくなる。その結果、作業車両が旋回走行時に作業地からはみ出して畦などの他物に接触する不都合を招く虞がある。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、作業地内の作業領域を広くしながら、作業領域における作業車両の車速を速くして作業効率の向上を図れるようにする点にある。

本発明の第１特徴構成は、作業車両用の自動走行システムにおいて、
作業車両の車速を制御する車速制御部と、
作業地内に区分けされた走行領域に応じて生成された目標経路を記憶する記憶部と、
衛星測位システムを利用して前記作業車両を前記目標経路に従って自動走行させる自動走行制御部とを有し、
前記目標経路には、前記走行領域において並列に配置される複数の並列経路と、前記走行領域の外縁部に配置されて複数の前記並列経路を走行順に接続する複数の旋回経路とが含まれており、
前記自動走行制御部は、前記作業車両が前記並列経路を自動走行しているときに、前記作業車両の進行方向における前記作業車両から前記作業地の外周縁までの離隔距離を測定する離隔距離測定部を有し、
前記車速制御部は、前記離隔距離に応じて前記作業車両の車速を制限する車速制限部を有している点にある。

本構成によれば、作業車両が並列経路を自動走行しているときは、車速制限部が、作業地内に設定される作業領域や旋回領域に関係なく、離隔距離測定部によって測定される離隔距離に応じて作業車両の車速を制限する。

具体的には、往復経路を走行する作業車両が進行方向に位置する作業地の外縁から大きく離れている間は、離隔距離測定部によって測定される離隔距離が長くなることから、車速制限部は、その離隔距離に応じて往復経路における作業車両の制限速度を速くする。つまり、作業車両の車速を速くすることによる作業効率の向上を図ることができる。

そして、往復経路を走行する作業車両が進行方向に位置する作業地の外周縁に近づいてくると、離隔距離測定部によって測定される離隔距離が短くなることから、車速制限部は、その離隔距離に応じて、作業車両の制動距離が離隔距離よりも短くなるように往復経路における作業車両の制限速度を遅くする。つまり、作業地内に設定される作業領域や旋回領域に関係なく、作業車両が作業地の外周縁に近づいたときは、車速制限部が、そのときの離隔距離に応じて、作業地の外周縁までの間において作業車両を制動停止させることが可能な制限速度を設定して作業車両の車速を低下させる。これにより、自動走行制御部が、並列経路に従って作業車両を作業地の外周縁付近で走行停止させるときや、作業車両を旋回経路に従って旋回走行させるときに、作業車両が作業地からはみ出すことを防止することができ、そのはみ出しに起因して作業車両が畦などの他物に接触する虞を回避することができる。

つまり、作業地内において作業車両が自動走行しながら作業を行う作業領域を広くしつつ、作業領域における作業車両の車速を速くすることができる。その結果、ユーザにかかる負担を軽減することができるとともに、作業効率の向上を図ることができる。

本発明の第２特徴構成は、
前記目標経路には、前記作業車両が前記並列経路を自動走行するときの目標車速が含まれており、
前記車速制限部は、前記離隔距離よりも設定距離だけ短い比較制動距離を演算し、前記目標車速に応じた前記作業車両の制動距離が前記比較制動距離よりも短い間は、前記作業車両の車速が前記目標車速に維持されるように前記作業車両の車速を制限する第１車速制限処理を行い、前記目標車速に応じた前記作業車両の制動距離が前記比較制動距離と同じになったときは、前記作業車両の制動距離が前記比較制動距離に維持されるように、前記離隔距離の減少に応じて前記作業車両の車速を前記目標車速から低下させる第２車速制限処理を行う点にある。

本構成によれば、車速制限部は、離隔距離が長くて目標車速に応じた作業車両の制動距離が比較制動距離よりも短くなる間は、第１車速制限処理を行うことで作業車両の車速を目標車速に制限する。これにより、作業車両の車速が不必要に速くなることに起因して、燃費が悪くなることや、目標経路に従って作業車両を自動走行させるときに目標経路に対する作業車両の追従性が低下する虞を回避することができる。

そして、車速制限部は、離隔距離が短くなって目標車速に応じた作業車両の制動距離が比較制動距離と同じになったときは、第２車速制限処理を行うことで、作業車両の制動距離が、離隔距離の減少に応じて短くなる比較制動距離に維持されるように、作業車両の車速を制限する。これにより、作業車両が作業地の外周縁に接近したときや旋回経路に達したときには、作業車両の車速を十分に低下させておくことができる。その結果、自動走行制御部が、並列経路に従って作業車両を作業地の外周縁付近で走行停止させるときや、作業車両を旋回経路に従って旋回走行させるときに、作業車両が作業地からはみ出して畦などの他物に接触する虞をより確実に回避することができる。

本発明の第３特徴構成は、
前記記憶部には、前記作業車両の旋回半径と、前記作業車両の作業幅と、前記作業地の外周縁と前記走行領域との間に設定されたマージン幅と、前記並列経路と前記旋回経路との各接続地点とが記憶され、
前記離隔距離測定部は、前記衛星測位システムを利用して取得した前記並列経路における前記作業車両の現在位置、及び、前記記憶部に記憶された前記並列経路における終端側の前記接続地点と、前記作業車両の旋回半径と、前記作業車両の作業幅と、前記マージン幅とに基づいて前記離隔距離を測定する点にある。

本構成によれば、例えば、離隔距離測定部は、作業車両が並列経路を自動走行する前の段階において、作業車両の旋回半径と、作業車両の作業幅の半分の長さと、作業地のマージン幅とを足し合わせて、並列経路における終端側の接続地点から作業地の外周縁までの固定離隔距離を演算して記憶部に記憶する。そして、離隔距離測定部は、作業車両が並列経路を自動走行している間は、作業車両の現在位置と並列経路における終端側の接続地点とから、それらの間の未走行距離を演算し、この未走行距離に前述した固定離隔距離を足し合わせることで、前述した離隔距離を測定する。

つまり、離隔距離測定部は、衛星測位システムを利用して取得する並列経路における作業車両の現在位置に応じて変化する未走行距離と、記憶部に記憶された固定値である固定離隔距離とに基づいて離隔距離を測定することになる。これにより、離隔距離の測定に要する演算負荷を軽減することができ、結果、離隔距離を迅速に精度良く測定することができる。

本発明の第４特徴構成は、
前記記憶部には、前記衛星測位システムを利用して取得した前記作業地における複数の形状特定地点と、複数の前記形状特定地点を繋いで前記作業地の形状を特定する形状特定線とが記憶され、
前記離隔距離測定部は、前記衛星測位システムを利用して取得した前記並列経路における前記作業車両の現在位置から、前記作業車両の進行方向における前記並列経路の延長線上に位置する形状特定線までの距離を前記離隔距離として測定する点にある。

本構成によれば、離隔距離測定部は、衛星測位システムを利用して作業地の形状を特定するときに取得した形状特定線を利用しながら、離隔距離を比較的簡単に測定することができる。

本発明の第５特徴構成は、
前記作業車両には、前記作業車両の進行方向に存在する測距対象物までの距離を測定する距離センサが備えられ、
前記離隔距離測定部は、前記距離センサの測定結果に基づいて前記離隔距離を測定する点にある。

本構成によれば、衛星測位システムを利用することなく、距離センサの測定結果に基づいて離隔距離を精度良く測定することができる。

作業車両用の自動走行システムの概略構成を示す図 作業車両用の自動走行システムの概略構成を示すブロック図 目標経路生成部により生成される目標経路の一例を示す図 目標経路生成制御のフローチャート 離隔距離測定部による離隔距離の測定に関する説明図 離隔距離と車速との関係を示すグラフ 離隔距離測定部による離隔距離の測定と車速制限部による比較制動距離の測定に関する説明図 離隔距離と上限速度との関係を示すグラフ 車速制限制御のフローチャート 別実施形態での離隔距離測定部による離隔距離の測定に関する説明図

以下、本発明を実施するための形態の一例として、本発明に係る作業車両用の自動走行システムを、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動走行システムは、トラクタ以外の、例えば乗用草刈機、乗用田植機、コンバイン、ホイールローダ、除雪車、などの乗用作業車両、及び、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３に示すように、この実施形態で例示するトラクタ１は、作業車両用の自動走行システムによって作業地の一例である圃場Ａなどにおいて自動走行可能に構成されている。図１～２に示すように、自動走行システムは、トラクタ１に搭載された自動走行ユニット２、及び、自動走行ユニット２と無線通信可能に通信設定された無線通信機器の一例である携帯通信端末３、などを備えている。携帯通信端末３には、自動走行に関する各種の情報表示や入力操作などを可能にするマルチタッチ式の表示部（例えば液晶パネル）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ている。これにより、このトラクタ１は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、ディスクハロー、カルチベータ、サブソイラ、播種装置、散布装置、草刈装置、などの各種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、駆動可能で操舵可能な左右の前輪１０、駆動可能な左右の後輪１１、搭乗式の運転部１２を形成するキャビン１３、コモンレールシステムを有する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）１４、エンジン１４からの動力を変速する変速ユニット１５、左右の前輪１０を操舵する全油圧式のパワーステアリングユニット１６、左右の後輪１１を制動するブレーキユニット１７、ロータリ耕耘装置６への伝動を断続する電子油圧制御式の作業クラッチユニット１９、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ユニット２０、ロータリ耕耘装置６をロール方向に駆動する電子油圧制御式のローリング駆動ユニット２１、トラクタ１における各種の設定状態や各部の動作状態などを検出する各種のセンサやスイッチなどを含む車両状態検出機器２３、トラクタ１の現在位置ｐ０や現在方位などを測定する測位ユニット２４、及び、各種の制御部を有する車載制御ユニット４０、などが備えられている。
なお、エンジン１４には、電子ガバナを有する電子制御式のガソリンエンジンなどを採用してもよい。パワーステアリングユニット１６は電動モータを備えた電動式であってもよい。

運転部１２には、アクセルレバーや変速レバーなどの操作レバー類、及び、アクセルペダルやクラッチペダルなどの操作ペダル類、などとともに、図１に示す手動操舵用のステアリングホイール３０と、搭乗者用の座席３１と、各種の情報表示や入力操作などを可能にするマルチタッチ式の液晶モニタ３２とが備えられている。

図２に示すように、変速ユニット１５には、エンジン１４からの動力を変速する電子制御式の無段変速装置３６、及び、無段変速装置３６による変速後の動力を前進用と後進用とに切り換える電子油圧制御式の前後進切換装置３７、などが含まれている。無段変速装置３６には、静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ：Hydro Static Transmission）よりも伝動効率が高い油圧機械式無段変速装置の一例であるＩ－ＨＭＴ（Integrated Hydro-static Mechanical Transmission）が採用されている。前後進切換装置３７には、前進動力断続用の油圧クラッチと、後進動力断続用の油圧クラッチと、それらに対するオイルの流れを制御する電磁バルブとが含まれている。
なお、無段変速装置３６には、Ｉ－ＨＭＴの代わりに、油圧機械式無段変速装置の一例であるＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）、静油圧式無段変速装置、又は、ベルト式無段変速装置、などを採用してもよい。又、変速ユニット１５には、無段変速装置３６の代わりに、複数の変速用の油圧クラッチとそれらに対するオイルの流れを制御する複数の電磁バルブとを有する電子油圧制御式の有段変速装置が含まれていてもよい。

図示は省略するが、ブレーキユニット１７には、左右の後輪１１を個別に制動する左右のブレーキ、運転部１２に備えられた左右のブレーキペダルの踏み込み操作に連動して左右のブレーキを作動させるフットブレーキ系、運転部１２に備えられたパーキングレバーの操作に連動して左右のブレーキを作動させるパーキングブレーキ系、及び、左右の前輪１０の設定角度以上の操舵に連動して旋回内側のブレーキを作動させる旋回ブレーキ系、などが含まれている。

図２に示すように、車載制御ユニット４０には、エンジン１４に関する制御を行うエンジン制御部４１、トラクタ１の車速Ｖや前後進の切り換えに関する制御を行う車速制御部４２、ステアリングに関する制御を行うステアリング制御部４３、ロータリ耕耘装置６などの作業装置に関する制御を行う作業装置制御部４４、液晶モニタ３２などによる表示や報知に関する制御を行う表示制御部４５、自動走行に関する制御を行う自動走行制御部４６、及び、作業地内に区分けされた走行領域に応じて生成された自動走行用の目標経路などを記憶する不揮発性の車載記憶部４７、などが含まれている。各制御部４１～４６は、マイクロコントローラなどが集積された電子制御ユニットや各種の制御プログラムなどによって構築されている。各制御部４１～４６は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して相互通信可能に接続されている。

車両状態検出機器２３は、トラクタ１の各部に備えられた各種のセンサやスイッチなどの総称である。車両状態検出機器２３には、アクセルレバーの操作位置を検出するアクセルセンサ、変速レバーの操作位置を検出する変速用の第１位置センサ、前後進切り換え用のリバーサレバーの操作位置を検出する前後進切り換え用の第２位置センサ、エンジン１４の出力回転数を検出する回転センサ、トラクタ１の車速Ｖを検出する車速センサ、及び、前輪１０の操舵角を検出する舵角センサ、などが含まれている。

エンジン制御部４１は、アクセルセンサからの検出情報と回転センサからの検出情報とに基づいて、エンジン回転数をアクセルレバーの操作位置に応じた回転数に維持するエンジン回転数維持制御、などを実行する。

車速制御部４２は、第１位置センサからの検出情報と車速センサからの検出情報などに基づいて、トラクタ１の車速Ｖが変速レバーの操作位置に応じた速度に変更されるように無段変速装置３６の作動を制御する車速制御、及び、第２位置センサからの検出情報に基づいて前後進切換装置３７の伝動状態を切り換える前後進切り換え制御、などを実行する。車速制御には、変速レバーが零速位置に操作された場合に、無段変速装置３６を零速状態まで減速制御してトラクタ１の走行を停止させる減速停止処理が含まれている。

測位ユニット２４は、衛星測位システム（ＮＳＳ：Navigation Satellite System）の一例であるＧＰＳ（Global Positioning System）を利用してトラクタ１の現在位置ｐ０と現在方位とを測定する衛星航法装置２５、及び、３軸のジャイロスコープ及び３方向の加速度センサなどを有してトラクタ１の姿勢や方位などを測定する慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）２６、などを有している。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）などがある。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、図１に示すように、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７３が設置されている。

図１～２に示すように、トラクタ１と基準局７３とのそれぞれには、ＧＰＳ衛星７４（図１参照）から送信された電波を受信するＧＰＳアンテナ７５，７６、及び、トラクタ１と基準局７３との間における測位情報を含む各情報の無線通信を可能にする通信モジュール７７，７８、などが備えられている。これにより、測位ユニット２４の衛星航法装置２５は、トラクタ側のＧＰＳアンテナ７５がＧＰＳ衛星７４からの電波を受信して得た測位情報と、基地局側のＧＰＳアンテナ７６がＧＰＳ衛星７４からの電波を受信して得た測位情報とに基づいて、トラクタ１の現在位置ｐ０及び現在方位を高い精度で測定することができる。又、測位ユニット２４は、衛星航法装置２５と慣性計測装置２６とを有することにより、トラクタ１の現在位置ｐ０、現在方位、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。

このトラクタ１において、測位ユニット２４の慣性計測装置２６、ＧＰＳアンテナ７５、及び、通信モジュール７７は、図１に示すアンテナユニット７９に含まれている。アンテナユニット７９は、キャビン１３の前面側における上部の左右中央箇所に配置されている。

図２に示すように、携帯通信端末３には、マイクロコントローラなどが集積された電子制御ユニットや各種の制御プログラムなどを有する端末制御ユニット８０、及び、トラクタ側の通信モジュール７７との間における測位情報を含む各情報の無線通信を可能にする通信モジュール９０、などが備えられている。端末制御ユニット８０には、表示部４の作動を制御する表示制御部８１、自動走行用の目標経路Ｐを生成する目標経路生成部８２、及び、目標経路生成部８２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８３、などが含まれている。端末記憶部８３には、目標経路Ｐの生成に使用する各種の情報として、トラクタ１の旋回半径Ｒや作業幅Ｗ１などの車体情報、及び、圃場Ａの形状や大きさなどの圃場情報、などが記憶されている。圃場情報には、圃場Ａの形状や大きさなどを特定するために、トラクタ１を圃場Ａの外周縁に沿って走行させたときに衛星測位システムを利用して取得した圃場Ａにおける複数の形状特定地点（形状特定座標）となる４つの角部地点Ａｐ１～Ａｐ４（図１０参照）、及び、それらの角部地点Ａｐ１～Ａｐ４を繋いで圃場Ａの形状や大きさなどを特定する形状特定線ＡＬ（図１０参照）、などが含まれている。

図３～４に示すように、目標経路生成部８２は、車体情報に含まれたトラクタ１の旋回半径Ｒや作業幅Ｗ１、及び、圃場情報に含まれた圃場Ａの形状や大きさ、などに基づいて目標経路Ｐを生成する目標経路生成制御を実行する。
具体的には、図３に示すように、例えば矩形状の圃場Ａにおいて、自動走行の開始地点ｐ１と終了地点ｐ２とが設定され、トラクタ１の作業走行方向が圃場Ａの短辺に沿う方向に設定されている場合は、図３～４に示すように、目標経路生成部８２は、先ず、圃場Ａを、圃場Ａの外周縁に隣接するマージン領域Ａ１と、マージン領域Ａ１の内側に位置する走行領域Ａ２とに区分けする第１区分け処理（図４のステップ＃１）を行う。
次に、目標経路生成部８２は、トラクタ１の旋回半径Ｒや作業幅Ｗ１などに基づいて、第１区分け処理で区分けした走行領域Ａ２に、圃場Ａの長辺に沿う方向に作業幅Ｗ１に応じた一定間隔をあけて並列に配置される複数の並列経路Ｐ１を生成する並列経路生成処理（図４のステップ＃２）と、走行領域Ａ２における各長辺側の外縁部に配置されて複数の並列経路Ｐ１を走行順に接続する複数の旋回経路Ｐ２を生成する旋回経路生成処理（図４のステップ＃３）とを行う。
そして、第１区分け処理で区分けした走行領域Ａ２を、走行領域Ａ２における各長辺側の外縁部に設定される一対の非作業領域Ａ２ａと、一対の非作業領域Ａ２ａの間に設定される作業領域Ａ２ｂとに区分けする第２区分け処理（図４のステップ＃４）を行うとともに、並列経路生成処理で生成した各並列経路Ｐ１を、一対の非作業領域Ａ２ａに含まれる非作業経路Ｐ１ａと、作業領域Ａ２ｂに含まれる作業経路Ｐ１ｂとに区分けする経路区分け処理（図４のステップ＃５）を行う。
これにより、目標経路生成部８２は、図３に示す圃場Ａにおいてトラクタ１を自動走行させるのに適した目標経路Ｐを生成することができる。

図３、図５、図７に示す目標経路Ｐにおいて、各非作業経路Ｐ１ａと各旋回経路Ｐ２は、トラクタ１が耕耘作業を行わずに自動走行する経路であり、前述した各作業経路Ｐ１ｂは、トラクタ１が耕耘作業を行いながら自動走行する経路である。そして、各作業経路Ｐ１ｂの始端地点ｐ３は、トラクタ１が耕耘作業を開始する作業開始地点であり、各作業経路Ｐ１ｂの終端地点ｐ４は、トラクタ１が耕耘作業を停止する作業停止地点である。又、各非作業経路Ｐ１ａは、トラクタ１が旋回経路Ｐ２にて旋回走行する前の作業停止地点ｐ４と、トラクタ１が旋回経路Ｐ２にて旋回走行した後の作業開始地点ｐ３とを、トラクタ１の作業走行方向で揃えるための位置合せ経路である。そして、各非作業経路Ｐ１ａの長さＬ１は、トラクタ１におけるロータリ耕耘装置６の位置関係を含むトラクタ１の車体情報に基づいて決定される。
又、目標経路Ｐにおける各並列経路Ｐ１と各旋回経路Ｐ２との各接続地点ｐ５，ｐ６のうち、各並列経路Ｐ１における終端側の接続地点ｐ５はトラクタ１の旋回開始地点であり、各並列経路Ｐ１における始端側の接続地点ｐ６はトラクタ１の旋回終了地点である。
そして、前述した各作業経路Ｐ１ｂの始端地点ｐ３と終端地点ｐ４、目標経路Ｐにおける各並列経路Ｐ１と各旋回経路Ｐ２との各接続地点ｐ５，ｐ６、及び、各非作業経路Ｐ１ａの長さＬ１、などは端末記憶部８３に記憶される目標経路Ｐに含まれている。

図３、図５、図７に示す圃場Ａにおいて、前述したマージン領域Ａ１は、トラクタ１が走行領域Ａ２の外周部を自動走行するときに、ロータリ耕耘装置６などが圃場Ａに隣接する畦などの他物に接触することを防止するために、圃場Ａの外周縁と走行領域Ａ２との間に確保された領域である。そして、マージン領域Ａ１における圃場Ａの外周縁と走行領域Ａ２との間の距離は、圃場情報の一つであるマージン幅Ｗ２として端末記憶部８３に記憶されている。
又、前述した各非作業領域Ａ２ａは、トラクタ１が圃場Ａの畦際において現在の作業経路Ｐ１ｂから次の作業経路Ｐ１ｂに旋回移動するための畦際旋回領域である。そして、前述した非作業経路（位置合せ経路）Ｐ１ａの長さＬ１と、トラクタ１の旋回半径Ｒと、トラクタ１における作業幅Ｗ１の半分の長さＷ１／２とを足し合わせた距離が、非作業領域（畦際旋回領域）Ａ２ａにおけるマージン領域Ａ１と作業領域Ａ２ｂとの間の畦際旋回幅Ｗ３であり、この畦際旋回幅Ｗ３は、圃場情報の一つとして端末記憶部８３に記憶されている。

なお、図３、図５、図７に示す目標経路Ｐはあくまでも一例であり、目標経路生成部８２は、トラクタ１の機種や作業の種類などに応じて異なる車体情報、及び、圃場Ａに応じて異なる圃場Ａの形状や大きさなどの圃場情報、などに基づいて、それらに適した種々の目標経路Ｐを生成することができる。

目標経路Ｐは、車体情報や圃場情報などに関連付けされた状態で端末記憶部８３に記憶されており、携帯通信端末３の表示部４にて表示することができる。目標経路Ｐには、各並列経路Ｐ３におけるトラクタ１の目標車速として設定された第１車速Ｖ１（図６参照）、各旋回経路Ｐ２ｂにおけるトラクタ１の目標車速として設定された第２車速Ｖ２（図６参照）、各並列経路Ｐ１における前輪操舵角、及び、各旋回経路Ｐ２ｂにおける前輪操舵角、などが含まれている。

端末制御ユニット８０は、車載制御ユニット４０からの送信要求指令に応じて、端末記憶部８３に記憶されている車体情報と圃場情報と目標経路Ｐなどを車載制御ユニット４０に送信する。車載制御ユニット４０は、受信した車体情報と圃場情報と目標経路Ｐなどを車載記憶部４７に記憶する。目標経路Ｐの送信に関しては、例えば、端末制御ユニット８０が、トラクタ１が自動走行を開始する前の段階において、目標経路Ｐの全てを端末記憶部８３から車載制御ユニット４０に一挙に送信するようにしてもよい。又、例えば、端末制御ユニット８０が、目標経路Ｐを所定距離ごとの複数の分割経路情報に分割して、トラクタ１が自動走行を開始する前の段階からトラクタ１の走行距離が所定距離に達するごとに、トラクタ１の走行順位に応じた所定数の分割経路情報を端末記憶部８３から車載制御ユニット４０に逐次送信するようにしてもよい。

車載制御ユニット４０において、自動走行制御部４６には、車両状態検出機器２３に含まれた各種のセンサやスイッチなどからの検出情報が、車速制御部４２やステアリング制御部４３などを介して入力されている。これにより、自動走行制御部４６は、トラクタ１における各種の設定状態や各部の動作状態などを監視することができる。

自動走行制御部４６は、トラクタ１の走行モードが自動走行モードに切り換えられた状態において、搭乗者や車外の管理者などのユーザによって携帯通信端末３の表示部４が操作されて自動走行の開始が指令された場合に、測位ユニット２４にてトラクタ１の現在位置ｐ０や現在方位などを取得しながら目標経路Ｐに従ってトラクタ１を自動走行させる自動走行制御を開始する。

自動走行制御部４６による自動走行制御には、エンジン１４に関する自動走行用の制御指令をエンジン制御部４１に送信するエンジン用自動制御処理、トラクタ１の車速Ｖや前後進の切り換えに関する自動走行用の制御指令を車速制御部４２に送信する車速用自動制御処理、ステアリングに関する自動走行用の制御指令をステアリング制御部４３に送信するステアリング用自動制御処理、及び、ロータリ耕耘装置６などの作業装置に関する自動走行用の制御指令を作業装置制御部４４に送信する作業用自動制御処理、などが含まれている。

自動走行制御部４６は、エンジン用自動制御処理においては、目標経路Ｐに含まれた設定回転数などに基づいてエンジン回転数の変更を指示するエンジン回転数変更指令、などをエンジン制御部４１に送信する。エンジン制御部４１は、自動走行制御部４６から送信されたエンジン１４に関する各種の制御指令に応じてエンジン回転数を自動で変更するエンジン回転数変更制御、などを実行する。

自動走行制御部４６は、車速用自動制御処理においては、目標経路Ｐに含まれた目標車速に基づいて無段変速装置３６の変速操作を指示する変速操作指令、及び、目標経路Ｐに含まれたトラクタ１の進行方向などに基づいて前後進切換装置３７の前後進切り換え操作を指示する前後進切り換え指令、などを車速制御部４２に送信する。車速制御部４２は、自動走行制御部４６から送信された無段変速装置３６や前後進切換装置３７などに関する各種の制御指令に応じて、無段変速装置３６の作動を自動で制御する自動車速制御、及び、前後進切換装置３７の作動を自動で制御する自動前後進切り換え制御、などを実行する。自動車速制御には、例えば、目標経路Ｐに含まれた目標車速が零速である場合に、無段変速装置３６を零速状態まで減速制御してトラクタ１の走行を停止させる自動減速停止処理などが含まれている。

自動走行制御部４６は、ステアリング用自動制御処理においては、目標経路Ｐに含まれた前輪操舵角などに基づいて左右の前輪１０の操舵を指示する操舵指令、などをステアリング制御部４３に送信する。ステアリング制御部４３は、自動走行制御部４６から送信された操舵指令に応じて、パワーステアリングユニット１６の作動を制御して左右の前輪１０を操舵する自動操舵制御、及び、左右の前輪１０が設定角度以上に操舵された場合に、ブレーキユニット１７を作動させて旋回内側のブレーキを作動させる自動ブレーキ旋回制御、などを実行する。

自動走行制御部４６は、作業用自動制御処理においては、目標経路Ｐに含まれた作業開始地点ｐ３に基づいてロータリ耕耘装置６の作業状態への切り換えを指示する作業開始指令、及び、目標経路Ｐに含まれた作業停止地点ｐ４に基づいてロータリ耕耘装置６の非作業状態への切り換えを指示する作業停止指令、などを作業装置制御部４４に送信する。作業装置制御部４４は、自動走行制御部４６から送信されたロータリ耕耘装置６に関する各種の制御指令に応じて、昇降駆動ユニット２０と作業クラッチユニット１９の作動を制御して、ロータリ耕耘装置６を作業高さまで下降させて作動させる自動作業開始制御、及び、ロータリ耕耘装置６を停止させて非作業高さまで上昇させる自動作業停止制御、などを実行する。又、作業装置制御部４４は、ロータリ耕耘装置６を作業高さまで下降させて作動させた作業状態においては、ロータリ耕耘装置６による耕耘深さを検出する耕深センサの検出に基づいて、昇降駆動ユニット２０の作動を制御してロータリ耕耘装置６による耕耘深さを設定深さに維持する自動耕深維持制御、及び、トラクタ１のロール角を検出する傾斜センサと慣性計測装置２６の加速度センサの検出とに基づいて、ローリング駆動ユニット２１の作動を制御してロータリ耕耘装置６のロール方向での傾斜姿勢を設定姿勢（例えば水平姿勢）に維持する自動ロール角維持制御を実行する。

つまり、前述した自動走行ユニット２には、パワーステアリングユニット１６、ブレーキユニット１７、作業クラッチユニット１９、昇降駆動ユニット２０、ローリング駆動ユニット２１、車両状態検出機器２３、測位ユニット２４、車載制御ユニット４０、及び、通信モジュール７７、などが含まれている。そして、これらが適正に作動することにより、トラクタ１を目標経路Ｐに従って精度よく自動走行させることができるとともに、ロータリ耕耘装置６による耕耘を適正に行うことができる。

図２、図５、図７に示すように、自動走行制御部４６は、自動走行制御によってトラクタ１が並列経路Ｐ１を自動走行しているときに、トラクタ１の進行方向におけるトラクタ１の前端から圃場Ａの外周縁までの離隔距離Ｄ１を測定する離隔距離測定部４６Ａを有している。車速制御部４２は、離隔距離測定部４６Ａが測定した離隔距離Ｄ１に応じてトラクタ１の車速Ｖを制限する車速制限部４２Ａを有している。車載記憶部４７に記憶された車体情報には、トラクタ１の平面視におけるトラクタ１の前端からＧＰＳアンテナ７５の取り付け位置までの前後長さＬ２と、トラクタ１の車速Ｖと制動距離との関係を示すマップとが含まれている。

図５、図７に示すように、離隔距離測定部４６Ａは、衛星測位システムを利用して取得した並列経路Ｐ１におけるトラクタ１の現在位置ｐ０、及び、車載記憶部４７に記憶された並列経路Ｐ１における終端側の接続地点ｐ５と、トラクタ１の旋回半径Ｒと、トラクタ１の作業幅Ｗ１と、圃場Ａのマージン幅Ｗ２と、トラクタ１の前端からＧＰＳアンテナ７５の取り付け位置までの前後長さＬ２とに基づいて離隔距離Ｄ１を測定する。

具体的には、離隔距離測定部４６Ａは、自動走行制御によってトラクタ１が並列経路Ｐ１を自動走行する前の段階において、トラクタ１の旋回半径Ｒと、トラクタ１における作業幅Ｗ１の半分の長さＷ１／２と、圃場Ａのマージン幅Ｗ２とを足し合わせて、並列経路Ｐ１における終端側の接続地点ｐ５から圃場Ａの外周縁までの固定離隔距離Ｄ３を演算して車載記憶部４７に記憶する。そして、離隔距離測定部４６Ａは、自動走行制御によってトラクタ１が並列経路Ｐ１を自動走行している間は、前述したトラクタ１の現在位置ｐ０と並列経路Ｐ１における終端側の接続地点ｐ５とから、それらの間の未走行距離Ｄ４を演算し、この未走行距離Ｄ４に固定離隔距離Ｄ３を足し合わせたものから前述した前後長さＬ２を差し引くことで、前述した離隔距離Ｄ１を測定する。

つまり、離隔距離測定部４６Ａは、衛星測位システムを利用して取得する並列経路Ｐ１におけるトラクタ１の現在位置ｐ０に応じて変化する未走行距離Ｄ４と、車載記憶部４７に記憶された固定値である前述した固定離隔距離Ｄ３と前後長さＬ２とに基づいて離隔距離Ｄ１を測定することになる。これにより、離隔距離Ｄ１の測定に要する演算負荷を軽減することができ、結果、離隔距離Ｄ１を迅速に精度良く測定することができる。

なお、離隔距離測定部４６Ａは、衛星測位システムを利用して並列経路Ｐ１におけるトラクタ１の現在位置ｐ０を取得した段階において、トラクタ１の前端からＧＰＳアンテナ７５の取り付け位置までの前後長さＬ２に基づいて、トラクタ１の現在位置ｐ０とトラクタ１の前端位置とのズレを補正するように構成されていてもよい。
又、離隔距離測定部４６Ａは、自動走行制御によってトラクタ１が並列経路Ｐ１を自動走行する前の段階において、トラクタ１の旋回半径Ｒと、トラクタ１における作業幅Ｗ１の半分の長さＷ１／２と、圃場Ａのマージン幅Ｗ２とを足し合わせて得た固定離隔距離Ｄ３から、前述した前後長さＬ２を差し引いたものを、離隔距離測定用の固定値として演算して車載記憶部４７に記憶させるように構成されていてもよい。この場合、離隔距離Ｄ１の測定に要する演算負荷の軽減を更に図ることができる。

車速制限部４２Ａは、自動走行制御によってトラクタ１が並列経路Ｐ１を自動走行している間は、離隔距離測定部４６Ａが測定した離隔距離Ｄ１に応じてトラクタ１の車速Ｖを制限する車速制限制御を実行する。

図９に示すフローチャートに基づいて、車速制限制御における車速制限部４２Ａの制御作動について説明すると、車速制限部４２Ａは、先ず、図７に示すように、離隔距離測定部４６Ａが測定した離隔距離Ｄ１に応じて、離隔距離Ｄ１よりも設定距離Ｄ５だけ短い比較制動距離Ｄ２を演算する制動距離演算処理（図９のステップ＃１０）を行う。ここで演算される比較制動距離Ｄ２は、図７に示すように、トラクタ１の現在位置ｐ０が、トラクタ１の進行方向に位置する圃場Ａの外周縁と並列経路Ｐ１との交点である走行限界位置ｐ１０に近づくに連れて短くなり、トラクタ１の前端位置が、走行限界位置ｐ１０から設定距離Ｄ５だけ圃場Ａに入り込んだ走行制限位置ｐ１１に達したときに零になる。
次に、車速制限部４２Ａは、制動距離演算処理で得た比較制動距離Ｄ２と前述したマップとから、比較制動距離Ｄ２に応じたトラクタ１の車速Ｖを上限速度Ｖｍａｘとして設定する上限速度設定処理（図９のステップ＃１１）を行う。ここで設定される上限速度Ｖｍａｘは、図６、図８に示すように、トラクタ１の並列経路Ｐ１での自動走行に伴って離隔距離Ｄ１が短くなるほど遅くなり、トラクタ１の前端位置が走行制限位置ｐ１１に達したとき（図７参照）に零速になる。
又、車速制限部４２Ａは、上限速度設定処理にて設定した上限速度Ｖｍａｘと、並列経路Ｐ１におけるトラクタ１の目標車速である第１車速Ｖ１とを比較する比較処理（図９のステップ＃１２）を行う。
そして、図６に示すように、比較処理において上限速度Ｖｍａｘが第１車速Ｖ１に低下するまでの間は、第１車速Ｖ１に応じたトラクタ１の制動距離が比較制動距離Ｄ２よりも短くなることから、車速制限部４２Ａは、トラクタ１の車速Ｖが第１車速Ｖ１に維持されるようにトラクタ１の車速Ｖを制限する第１車速制限処理（図９のステップ＃１３）を行う。
又、図６に示すように、比較処理において上限速度Ｖｍａｘが第１車速Ｖ１まで低下したときは、第１車速Ｖ１に応じたトラクタ１の制動距離が比較制動距離Ｄ２と同じになることから、車速制限部４２Ａは、トラクタ１の制動距離が比較制動距離Ｄ２に維持されるように、離隔距離Ｄ１の減少に応じてトラクタ１の車速Ｖを第１車速Ｖ１から低下させる第２車速制限処理（図９のステップ＃１４）を行う。
その後、車速制限部４２Ａは、トラクタ１が並列経路Ｐ１における終端側の接続地点（旋回開始地点）ｐ５に達したか否かを判定する判定処理（図９のステップ＃１５）を行う。
そして、車速制限部４２Ａは、判定処理においてトラクタ１の現在位置ｐ０が接続地点（旋回開始地点）ｐ５に達したと判定されるまでの間は第２車速制限処理を継続する。
又、車速制限部４２Ａは、判定処理においてトラクタ１の現在位置ｐ０が接続地点（旋回開始地点）ｐ５に達したと判定されたときに車速制限制御を終了する。これにより、第２車速制限処理によって離隔距離Ｄ１の減少に応じて低下していたトラクタ１の車速Ｖは、図６に示すように、トラクタ１の現在位置ｐ０が接続地点（旋回開始地点）ｐ５に達したときに、このときに得られる離隔距離Ｄ１に応じた車速で下げ止まる。
そして、車速制限部４２Ａが車速制限制御を終了すると、車速制御部４２が自動車速制御を実行して、トラクタ１が旋回経路Ｐ２ｂを自動走行している間は、トラクタ１の車速Ｖを、旋回経路Ｐ２ｂにおけるトラクタ１の目標車速である第２車速Ｖ２（図６参照）に維持する。その後、トラクタ１が旋回経路Ｐ２ｂから並列経路Ｐ１に移動するのに伴って、トラクタ１の車速Ｖを第２車速Ｖ２から第１車速Ｖ１に変更するとともに、自動車速制御を終了して車速制限部４２Ａによる車速制限制御を実行させる。

つまり、トラクタ１が並列経路Ｐ１での自動走行を開始すると、離隔距離Ｄ１が長くて第１車速Ｖ１に応じたトラクタ１の制動距離が比較制動距離Ｄ２よりも短くなる間は、車速制限部４２Ａが第１車速制限処理を行ってトラクタ１の車速Ｖを第１車速Ｖ１に制限する。これにより、トラクタ１の車速Ｖが不必要に速くなることに起因して、燃費が悪くなることや、目標経路Ｐに従ってトラクタ１を自動走行させるときに目標経路Ｐに対するトラクタ１の追従性が低下する虞を回避することができる。

その後、離隔距離Ｄ１が短くなって第１車速Ｖ１に応じたトラクタ１の制動距離が比較制動距離Ｄ２と同じになると、車速制限部４２Ａが第２車速制限処理を行って、トラクタ１の制動距離が、離隔距離Ｄ１の減少に応じて短くなる比較制動距離Ｄ２に維持されるようにトラクタ１の車速Ｖを制限する。これにより、トラクタ１が圃場Ａの外周縁に接近したときや旋回経路Ｐ２に達したときには、トラクタ１の車速Ｖを十分に低下させておくことができる。その結果、自動走行制御部４６が、例えば、並列経路Ｐ１に従ってトラクタ１を圃場Ａの外周縁付近で走行停止させるときや、トラクタ１を旋回経路Ｐ２に従って旋回走行させるときに、トラクタ１が圃場Ａからはみ出して畦などの他物に接触する虞を回避することができる。

図１に示すように、トラクタ１には、レーザを用いて測定対象物までの距離を３次元で測定して３次元画像を生成する前後２台のライダーセンサ（LiDAR Sensor：Light Detection and Ranging Sensor）１００，１０１と、超音波を用いて測定対象物までの距離を測定する左右のソナーユニット１０２とを備えている。

前後のライダーセンサ１００，１０１のうち、前ライダーセンサ１００は、前述したアンテナユニット７９が配置されているキャビン１３の前面側における上部の左右中央箇所に、トラクタ１の前方側を斜め上方側から見下ろす前下がり姿勢で配置されている。これにより、前ライダーセンサ１００は、トラクタ１の前方側が測定範囲となるように設定されている。後ライダーセンサ１０１は、キャビン１３の後端側における上部の左右中央箇所に、トラクタ１の後方側を斜め上方側から見下ろす後下がり姿勢で配置されている。これにより、後ライダーセンサ１０１は、トラクタ１の後方側が測定範囲となるように設定されている。

左右のソナーユニット１０２は、キャビン１３における左右両側部の下部側に配置された左右の乗降ステップに、小さい俯角を有する左右外向き姿勢で取り付けられている。これにより、左右のソナーユニット１０２は、トラクタ１の左右外方が測定範囲となるように設定された状態で前輪１０と後輪１１との間の比較的高い位置に配置されている。

前後のライダーセンサ１００，１０１及び左右のソナーユニット１０２は、車載制御ユニット４０の自動走行制御部４６にＣＡＮを介して相互通信可能に接続されている。これにより、自動走行制御部４６は、前後のライダーセンサ１００，１０１及び左右のソナーユニット１０２からの情報に基づいて、トラクタ１の周囲を監視することができる。これにより、例えば、トラクタ１が圃場Ａに隣接する畦などの他物に接近した場合や、トラクタ１に他の作業車などの他物が接近してきた場合には、自動走行制御部４６は、そのときの状況を的確に把握することができ、そのときの状況に適した自動車速制御や自動操舵制御などを実行することができる。その結果、トラクタ１が他物に接触する虞を回避することができる。

〔別実施形態〕
本発明の別実施形態について説明する。
なお、以下に説明する各別実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の別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１の構成に関する代表的な別実施形態は以下の通りである。
例えば、作業車両１は、左右の後輪１１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１は、左右の前輪１０及び左右の後輪１１に代えて左右のクローラを備えるフルクローラ仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両１は、エンジン１４の代わりに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１は、エンジン１４と電動モータとを備えるハイブリッド仕様に構成されていてもよい。

（２）離隔距離測定部４６Ａは、図１０に示すように、衛星測位システムを利用して取得した並列経路Ｐ１におけるトラクタ１の現在位置ｐ０と、車載記憶部４７に記憶された作業地形状特定用の形状特定線ＡＬとに基づいて、トラクタ１の現在位置ｐ０から、トラクタ１の進行方向における並列経路Ｐ１の延長線上に位置する形状特定線ＡＬまでの距離を離隔距離Ｄ１として測定するように構成されていてもよい。

（３）離隔距離測定部４６Ａは、距離センサの一例である前ライダーセンサ１００の測定結果に基づいて離隔距離Ｄ１を測定するように構成されていてもよい。
なお、距離センサとしてステレオカメラなどを採用してもよい。

１ 作業車両
４２ 車速制御部
４６ 自動走行制御部
４６Ａ 離隔距離測定部
４２Ａ 車速制限部
４７ 記憶部
１００ 距離センサ
Ａ 作業地
Ａ２ 走行領域
Ａｐ１ 形状特定地点
Ａｐ４ 形状特定地点
ＡＬ 形状特定線
Ｄ１ 離隔距離
Ｄ２ 比較制動距離
Ｄ５ 設定距離
Ｐ 目標経路
Ｐ１ 並列経路
Ｐ２ 旋回経路
Ｒ 旋回半径
Ｖ１ 目標車速
Ｗ 作業幅
Ｗ２ マージン幅
ｐ０ 現在位置
ｐ５ 接続地点
ｐ６ 接続地点

Claims (4)

1. 作業車両の車速を制御する車速制御部と、
   作業地内に区分けされた走行領域に生成された目標経路に従って前記作業車両を自動走行させる自動走行制御部とを有し、
   前記目標経路には、前記走行領域において並列に配置される複数の並列経路と、前記走行領域の外縁部に配置されて複数の前記並列経路を走行順に接続する複数の旋回経路とが含まれており、
   前記自動走行制御部は、前記作業車両が前記並列経路を自動走行しているときに、前記作業車両の進行方向における前記作業車両から前記作業地の外周縁までの離隔距離を測定する離隔距離測定部を有し、
   前記車速制御部は、前記離隔距離に応じて前記作業車両の車速を制限する車速制限部を有し、
   前記車速制限部は、前記離隔距離よりも設定距離だけ短い距離を比較制動距離とする場合、前記作業車両が前記並列経路を自動走行するときの予め設定された目標車速に応じた前記作業車両の制動距離が前記比較制動距離よりも短い間は、前記作業車両の車速が前記目標車速に維持されるように前記作業車両の車速を制限する第１車速制限処理を行い、前記目標車速に応じた前記作業車両の制動距離が前記比較制動距離と同じになったときは、前記作業車両の制動距離が前記比較制動距離に維持されるように、前記離隔距離の減少に応じて前記作業車両の車速を前記目標車速から低下させる第２車速制限処理を行う作業車両用の自動走行システム。
2. 記憶部には、前記作業車両の旋回半径と、前記作業車両の作業幅と、前記作業地の外周縁と前記走行領域との間に設定されたマージン幅と、前記並列経路と前記旋回経路との各接続地点とが記憶され、
   前記離隔距離測定部は、前記並列経路における前記作業車両の現在位置、及び、前記記憶部に記憶された前記並列経路における終端側の前記接続地点と、前記作業車両の旋回半径と、前記作業車両の作業幅と、前記マージン幅とに基づいて前記離隔距離を測定する請求項１に記載の作業車両用の自動走行システム。
3. 記憶部には、前記作業地における複数の形状特定地点と、複数の前記形状特定地点を繋いで前記作業地の形状を特定する形状特定線とが記憶され、
   前記離隔距離測定部は、前記並列経路における前記作業車両の現在位置から、前記作業車両の進行方向における前記並列経路の延長線上に位置する形状特定線までの距離を前記離隔距離として測定する請求項１に記載の作業車両用の自動走行システム。
4. 前記作業車両には、前記作業車両の進行方向に存在する測距対象物までの距離を測定する距離センサが備えられ、
   前記離隔距離測定部は、前記距離センサの測定結果に基づいて前記離隔距離を測定する請求項１に記載の作業車両用の自動走行システム。

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