(57)【要約】【課題】障害物との干渉を避けるため、車体と作業装置とによって規定される作業車の仮想的な最大占有領域を、適切に設定することができる技術が要望されている。【解決手段】走行支援システムは、走行時に作業地に対して占める作業車の仮想的な作業車占有領域を、車体１が占有する車体占有領域ＶＡと、作業装置３０が占める作業装置占有領域ＷＡとに分けて管理する作業車占有領域管理部と、測位データに基づいて作業地における作業車の位置である自車位置を算出する自車位置算出部と、自車位置と作業車占有領域とに基づいて、作業車の走行を支援する走行支援部と、を備え、作業地に存在する障害物ＯＢの対地高さが作業装置３０の対地高さより低い場合、少なくとも当該障害物ＯＢの周辺を走行している間は作業装置占有領域ＷＡが縮小または消滅される。【選択図】図１
2020123398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と前記車体に装備された作業装置とを有する作業車の作業地における走行を支援する走行支援システムであって、
走行時に前記作業地に対して占める前記作業車の仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と、前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理する作業車占有領域管理部と、
測位データに基づいて前記作業地における前記作業車の位置である自車位置を算出する自車位置算出部と、
前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて、前記作業車の走行を支援する走行支援部と、を備え、
前記作業地に存在する障害物の対地高さが前記作業装置の対地高さより低い場合、少なくとも当該障害物の周辺を走行している間は前記作業装置占有領域が縮小または消滅される走行支援システム。
【請求項２】
車体と前記車体に装備された作業装置とを有する作業車の作業地における走行を支援する走行支援システムであって、
走行時に前記作業地に対して占める前記作業車の仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有し、且つ、実際の前記車体を内包する仮想的な形状として構成される車体占有領域と、前記作業装置が占め、且つ、実際の前記作業装置を内包する仮想的な形状として構成される作業装置占有領域とに分けて管理する作業車占有領域管理部と、
測位データに基づいて前記作業地における前記作業車の位置である自車位置を算出する自車位置算出部と、
前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて、前記作業車の走行を支援する走行支援部と、を備え、
前記作業装置の対地高さを変更する昇降機構を介して前記作業装置が前記車体に装備されている場合、前記昇降機構によって変更された対地高さに応じて前記作業装置占有領域が変更される走行支援システム。
【請求項３】
前記作業地の障害物の位置と大きさを含む障害物情報を管理する作業地管理部が備えられている請求項１または２に記載の走行支援システム。
【請求項４】
前記作業車の走行状態に応じて前記作業車占有領域の大きさが変更される請求項１から３のいずれか一項に記載の走行支援システム。
【請求項５】
前記作業車の車速に応じて前記作業車占有領域の大きさを変更する請求項４に記載の走行支援システム。
【請求項６】
前記車体占有領域の大きさと前期作業装置占有領域の大きさとがそれぞれ独立して設定可能である請求項１から５のいずれか一項に記載の走行支援システム。
【請求項７】
前記走行支援部は、前記車体及び前記作業装置と前記作業地に存在する障害物との干渉可能性を判定する機能を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の走行支援システム。
【請求項８】
車体と、
前記車体に装備される作業装置と、
作業地での走行時に前記作業地に対して占める仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理し、前記作業地に存在する障害物の対地高さが前記作業装置の対地高さより低い場合、少なくとも当該障害物の周辺を走行している間は前記作業装置占有領域を縮小または消滅させる作業車占有領域管理部と、
測位モジュールからの測位データに基づいて自車位置を算出する自車位置算出部と
前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて走行を支援する走行支援部と、を備えた作業車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業地を走行する作業車及びこの作業車の走行を支援する走行支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
作業車は、走行機構を有する車体と、この車体に装備された作業装置からなり、車体の走行にともなって、作業装置が作業を行う。例えば、田植機やコンバイン、耕耘装置を取り付けたトラクタなどがそのような作業車に属する。
【０００３】
最近、予めその位置がわかっている、車両走行の障害となる障害物、例えば、作業地の外形を規定する柵や畦、作業地内の存在する池や構造物や岩石との干渉を避けるため、ＧＰＳなどを用いて算出される自車位置に基づいて障害物との位置関係をチェックして、障害物との干渉を回避する機能が作業車に備えられている。
【０００４】
例えば、特許文献１による、トラクタ車体に作業装置（耕耘装置）を装着した自律走行作業車両では、車体の全長と作業装置の幅で占める四角形の面積を、走行作業車両が走行時に占める、仮想的な最大占有領域と定義して制御装置のメモリに保存する。走行時には、自律走行作業車両の最大占有領域が圃場外と重複していないか判断する。設定範囲内に入っていない場合、車体が圃場内の設定範囲内に位置していても作業装置の後端や側端が圃場外に位置している可能性があるので、自律走行は開始せずに、運転者が自律走行作業車両の進行方向を調整する。なお、最大占有領域の形状は四角形に限定せず、この四角形の外接円とすることで旋回時に畦等との干渉を認識し易くすることも提案されている。
【０００５】
しかしながら、作業車の場合、作業装置の幅が車体に比べて大きいものが多く、車体と作業装置によって規定される作業車を外接する四角形や円の面積を作業車の最大占有領域とすれば、作業装置や車体の形状によっては、作業車の周辺の比較的大きな領域も、最大占有領域に含まれてしまう。このことは、作業地内に存在する障害物などとの干渉を回避するためにそのような最大占有領域に障害物が入らないような走行軌跡を選択すると、作業車が障害物に近づけなくなり、作業ができない領域が大きくなってしまうという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１１９２６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した実情に鑑み、作業を伴う直線走行や旋回走行、あるいは作業を伴わない直線走行や旋回走行などの走行時における障害物との干渉を避けるために用いられる、車体と作業装置とによって規定される作業車の仮想的な最大占有領域を、適切に設定することができる技術が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
車体と前記車体に装備された作業装置とを有する作業車の作業地における走行を支援する、本発明による走行支援システムは、走行時に前記作業地に対して占める前記作業車の仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と、前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理する作業車占有領域管理部と、測位データに基づいて前記作業地における前記作業車の位置である自車位置を算出する自車位置算出部と、前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて、前記作業車の走行を支援する走行支援部とを備えている。なお、作業車の走行には、作業を伴う直線走行や旋回走行、あるいは作業を伴わない直線走行や旋回走行などの走行が含まれている。
【０００９】
この構成によれば、車体と作業装置とがそれぞれ作業地に対して占める仮想的な占有領域が、別個に、つまり車体占有領域と作業装置占有領域とに分けられて管理されるので、作業装置の幅が車体に比べて大きな場合でも、全体としての作業車占有領域に、作業車の部材が存在しないデッドな領域が含まれることがない。例えば、車体占有領域及び作業装置占有領域が障害物に接近してもいずれかの占有領域が障害物と干渉しない限り、当該走行を許容するような走行支援が行われても、無駄に非作業領域が残存してしまうという不都合を抑制することが可能となる。
【００１０】
車体占有領域や作業装置占有領域を設定する主な理由は、障害物との干渉を避けるために必要となる自車の領域を、実物より簡単な仮想形状に置き換え、その干渉可能性を、できるだけ簡易に算出することである。したがって、前記走行支援部は、前記車体及び前記作業装置と前記作業地に存在する障害物との干渉可能性を判定する機能を有することが好ましい。なお、作業地に存在して、それ自体は移動しない障害物は、作業地の境界付けている柵や畦などの外囲障害物、作業地に存在する井戸や電柱や岩石などの内在障害物である。もちろん、作業車が障害物検出機能を備えている場合には、人や動物や作業車などの移動障害物も、本発明における障害物として取り扱うことができる。
【００１１】
したがって、作業地を境界付けている畦や柵、あるいは作業地内に存在する電柱や井戸や岩石などの障害物の位置や大きさが予め管理されていると好都合である。さらには、車業車自体が障害物検出機能を備えている場合には、走行中に検出された障害物の位置や大きさがその時点で管理されると好都合である。この目的のため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記作業地の障害物の位置と大きさを含む障害物情報を管理する作業地管理部が備えられている。この場合、走行支援部は、障害物情報も考慮して作業車の走行を支援することも可能である。
【００１２】
作業車には、種々の走行状態が生じる。例えば、走行状態を決定する要因として、作業装置の姿勢変更、低速走行や高速走行、直線走行や旋回走行、高負荷作業や低負荷作業、さらには、凹凸が激しい走行地面や泥濘走行地面などが挙げられる。走行状態によって、作業車の操舵安定性や制動性が変動する。作業車の操舵安定性や制動性が悪くなる走行状態では、作業車占有領域をより大きくすることで、安全性を高めることができる。このことから、前記作業車の走行状態に応じて前記作業車占有領域の大きさが変更される機能が備えられると好都合である。
【００１３】
特に作業車の車速は、作業車の操舵安定性や制動性に大きな影響を与えるだけでなく、自車位置の算出精度にも影響する。このことから、前記作業車の車速に応じて前記作業車占有領域の大きさを変更する構成を採用することは、利点がある。
【００１４】
作業装置の対地高さが高い場合、作業装置は、作業地内の存在する背の低い岩石や井戸などの障害物や、高さの低い畦や柵などの障害物とは接触しない可能性が高い。このような作業装置と障害物との高さに関する干渉関係が予め把握できている場合には、作業装置との干渉を走行時に考慮する必要がない障害物を確定することができる。本発明の好適な実施形態の１つでは、前記作業地に存在する障害物の対地高さが前記作業装置の対地高さより低い場合、少なくとも当該障害物の周辺を走行している間は、前記作業装置占有領域が縮小または消滅される。これにより、無駄に作業装置と障害物との干渉を考慮して、走行の効率を悪化させる問題が低減される。
【００１５】
作業車の車体に昇降機構を介して装備される作業装置がある。このような作業装置では、対地高さの位置によって、障害物に対する干渉可能性が異なってくる。このため、前記作業装置の対地高さを変更する昇降機構を介して前記作業装置が前記車体に装備されている場合での、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記対地高さに応じて前記作業装置占有領域が変更されるように構成されている。これにより、無駄に作業装置と障害物との干渉を考慮して、走行の効率を悪化させるという問題が低減される。
【００１６】
車体占有領域や作業装置占有領域は、主には障害物との干渉を回避する走行を実現するために走行支援部で用いられる。また、障害物との干渉時の損害は、作業装置の種類によっても異なる。干渉時の損害が大きな走行では、作業車占有領域を大きくすることにより、障害物との干渉の危険性を低減することが好ましい。このことから、作業地毎に、あるいは走行毎に、車体占有領域及び作業装置占有領域がもつ重み、言い換えるとその占有領域の大きさがもつ重要性が異なることになる。したがって、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記車体占有領域の大きさと作業装置占有領域の大きさとがそれぞれ独立して設定可能である。これにより、安全性と走行の効率との両者を考慮して適切な走行を選択することができる。
【００１７】
さらに、上述した走行支援システムを組み込んだ作業車も本発明に含まれる。そのような本発明による作業車は、車体と、前記車体に装備される作業装置と、作業地での走行時に前記作業地に対して占める仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理する作業車占有領域管理部と、測位モジュールからの測位データに基づいて自車位置を算出する自車位置算出部と、前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて走行を支援する走行支援部とを備えている。このような作業車も、上述した走行支援システムと同じ作用効果を得ることができ、また上述した種々の好適な実施形態を取り入れることも可能である。
【００１８】
特に、前記走行支援部が、前記車体及び前記作業装置と前記作業地に存在する障害物との干渉可能性を判定する機能を有すると、判定された干渉可能性に基づいて、障害物との干渉を回避する走行が実現可能となる。
【００１９】
したがって、そのような作業車には、作業地を境界付けている畦や柵、あるいは作業地内に存在する電柱や井戸や岩石などの障害物の位置や大きさを含む障害物情報、さらには、走行中に検出された障害物の位置や大きさを含む障害物情報を管理する作業地管理部が備えられることが好ましい。
【００２０】
さらに、作業地を走行する作業車は、手動操舵または自動操舵により案内走行経路に沿って走行することができる。手動操舵を行う作業車では、前記干渉可能性を報知する報知部が備えられると、運転者は報知された干渉可能性により、障害物との干渉を回避する運転を行うことができる。また、自動操舵を行う作業車では、案内走行経路に沿って走行するように自動操舵する自動走行制御部が備えられているので、この自動走行制御部が、前記干渉可能に基づいて、前記障害物を回避するように自動操舵するように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】作業車の仮想的な作業車占有領域が、車体が占有する車体占有領域と、作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理されることを説明する説明図である。
【図２】作業装置と障害物との高さ関係に応じて作業装置占有領域が拡縮することを説明する説明図である。
【図３】作業車の実施形態の１つを示すトラクタの側面図である。
【図４】トラクタの制御系を示す機能ブロック図である。
【図５】車体占有領域及び作業装置占有領域のサイズ調整を行うための操作画面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明による走行支援システム及び作業車の具体的な実施形態を説明する前に、図１を用いて、走行支援システムの基本原理を説明する。ここでは、作業車は、走行機能を有する車体１と、車体１に昇降機構３１を介して装備されている作業装置３０とからなる。さらに、この作業車には、ＧＮＳＳモジュールなどによって構成される衛星測位モジュールが備えられており、車体の座標位置（以下単に自車位置と称する）を示す測位データが出力される。なお、測位データで表される自車位置は、アンテナの位置が基準となるが、自車位置は、アンテナの位置ではなく、車両の最適な位置になるように位置補正処理が行われる。
【００２３】
図１には、作業地の外周境界領域を形成する畦または柵及び作業地内に存在して作業車の走行の障害となる設置物が障害物とみなされ、その障害物の作業地を占有する領域を障害領域ＯＢとして図示されている。作業地に設定された、作業車の走行目標となる走行経路ＬＮは、ここでは、互いに平行に延びている直線経路と各直線経路を接続する１８０°旋回経路とから形成されている。作業車が運転者による手動操舵で走行する場合には、作業車が走行経路ＬＮに沿って走行することを支援するため、走行経路ＬＮと自車位置とのずれを報知する機能が働く。また、作業車が走行経路ＬＮに沿って自動操舵で走行する場合には、走行経路ＬＮと自車位置とのずれを修正するように操舵輪が制御される走行支援機能が働く。
【００２４】
図１の例では、障害物の地図上の座標位置及びその大きさと地上高さが、予め作業車の制御系に登録されており、当該障害物に対応する障害領域ＯＢが設定されている。さらに、作業車を構成する車体１及び作業装置３０と障害物（障害領域ＯＢ）との位置関係、つまり干渉可能性の演算を簡単にするため、車体１及び作業装置３０の複雑な形状を簡単で仮想的な形状である、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡに置き換えている。車体占有領域ＶＡと作業装置占有領域ＷＡとは、平面視における地上での大きさを示しており、車体占有領域ＶＡと作業装置占有領域ＷＡとによって、作業地での走行時に作業地に対して占める作業車の仮想的な作業車占有領域が決定されている。なお、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡと自車位置との位置関係は予めテーブル化されており、作業地における車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡの位置（地図上の座標位置）がリアルタイムに算出可能である。
【００２５】
図１に示されているように、車体占有領域ＶＡは、車体１の平面視での外形を覆う楕円形または円形であり、作業装置占有領域ＷＡは、作業装置３０の平面視での外形を覆う楕円形または円形である。車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡの形状は、四角形などの多角形であってもよいが、実際の車体１や作業装置３０を内包することができる大きさに設定される。
【００２６】
障害物と車体１との干渉は障害領域ＯＢと車体占有領域ＶＡとの重なりとして算出され、障害物と作業装置３０との干渉は障害領域ＯＢと作業装置占有領域ＷＡとの重なりとして算出されるので、そのような重なりが生じないように作業車を導くことで、障害物と作業車との干渉を回避することができる。
【００２７】
車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡのそれぞれの大きさは、任意に設定可能である。障害物との干渉を回避する安全率を大きくしたい場合には、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡの大きさを大きくすればよい。このような観点からは、例えば、作業車の走行が高速の場合は、低速に比べて、制動精度や操舵精度が劣るので、高速走行時には、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡの大きさを、低速走行時に比べて拡大すると好都合である。このような車速に応じた領域拡縮は自動的に行われるようにすることも可能である。さらには、運転者の技量や走行の種類によって、障害領域ＯＢ及び車体占有領域ＶＡの大きさを拡縮することも可能である。
【００２８】
なお、上述したように、この作業車では、作業装置３０が車体１に昇降機構３１を介して装備されているので、作業装置３０の地上高さが変動する。したがって、図２で示すように、障害領域ＯＢの地上高さが作業装置３０の地上高さを下回っている場合、作業装置占有領域ＷＡを消滅（または縮小）させることができる。もちろん、車体占有領域ＶＡはそのままであるので、車体１が障害領域ＯＢとの干渉を回避するよう走行するための走行支援が実行される。また、車体１の前部、例えばボンネット（フレームを含む）が前輪より前方に延びており、その結果、車体占有領域ＶＡが前輪より前方に延びているような場合では、障害領域ＯＢの地上高さがボンネットの地上高さを下回っている限り、この障害領域ＯＢに対する車体占有領域ＶＡを縮小させることができる。これにより、車体１が障害領域ＯＢとの干渉を回避しつつ、非作業領域が残る問題を抑制できる。
【００２９】
上述した例では、障害物（障害領域ＯＢ）は既に作業地の障害物情報に記述されており、その地図上の座標位置も作業車のメモリに記憶されている。自車位置が算出されると、付近の障害物の地図座標とともに車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡが自車位置に応じて導出され、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡとの間隔からその干渉可能性が算出される。障害物情報に記述されていない障害物の場合、特に移動障害物の場合、作業車に監視カメラや超音波やレーザーなどを用いた障害物検出装置が備えられておれば、その検出結果から、リアルタイムに障害領域ＯＢが生成され、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡとの間隔からその干渉可能性が算出される。また、監視カメラや超音波、レーザーなどを圃場に備えておき、その検出結果を障害物情報として作業車に送信する手段も考えられる。
【００３０】
次に、本発明の走行支援システムを組み込んだ作業車の具体的な実施形態の１つを説明する。この実施形態では、作業車は、図３に示されているように、畦によって境界づけられた圃場（作業地）に対して走行作業を行うトラクタである。このトラクタは、前輪１１と後輪１２とによって支持された車体１の中央部に操縦部２０が設けられている。車体１の後部には油圧式の昇降機構３１を介してロータリ耕耘装置である作業装置３０が装備されている。前輪１１は操向輪として機能し、その操舵角を変更することでトラクタの走行方向が変更される。前輪１１の操舵角は操舵機構１３の動作によって変更される。操舵機構１３には自動操舵のための操舵モータ１４が含まれている。手動走行の際には、前輪１１の操舵は操縦部２０に配置されているステアリングホイール２２の操作によって可能である。トラクタのキャビン２１には、ＧＮＳＳモジュールとして構成されている衛星測位モジュール８０が設けられている。衛星測位モジュール８０の構成要素として、ＧＰＳ信号やＧＮＳＳ信号を受信するための衛星用アンテナがキャビン２１の天井領域に取り付けられている。なお、衛星測位モジュール８０には、衛星航法を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法モジュールを含めることができる。
もちろん、慣性航法モジュールは、衛星測位モジュール８０とは別の場所に設けてもよい。
【００３１】
図４には、このトラクタに構築されている制御系が示されている。この制御系は、図１を用いて説明された、障害物情報と自車位置と作業車占有領域（車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡ）とを用いた走行支援システムを実現するように構成されている。この制御系の中核要素である制御ユニット５には、入出力インタフェースとして機能する、出力処理部７、入力処理部８、通信処理部７０が備えられている。出力処理部７は、車両走行機器群７１、作業装置機器群７２、報知デバイス７３などと接続している。車両走行機器群７１には、操舵モータ１４をはじめ、図示されていないが、変速機構やエンジンユニットなど車両走行のために制御される機器が含まれている。作業装置機器群７２には、作業装置３０の駆動機構や、作業装置３０を昇降させる昇降機構３１などが含まれている。通信処理部７０は、制御ユニット５で処理されたデータを遠隔地の管理センタＫＳに構築された管理コンピュータ１００に送信するとともに、管理コンピュータ１００から種々のデータを受信する機能を有する。報知デバイス７３には、ディスプレイやランプやスピーカが含まれている。ランプやスピーカは、走行の障害となる障害物に対する接近情報、自動操舵走行での目標走行経路からのずれを示す偏差情報など、報知したい種々の情報を運転者や操作者に報知するために用いられる。報知デバイス７３と出力処理部７との間の信号伝送は、有線または無線で行われる。
【００３２】
入力処理部８は、衛星測位モジュール８０、走行系検出センサ群８１、作業系検出センサ群８２、自動／手動切替操作具８３などと接続している。走行系検出センサ群８１には、エンジン回転数や変速状態などの走行状態を検出するセンサが含まれている。作業系検出センサ群８２には、作業装置３０の地上高さや傾きを検出するセンサ、作業負荷などを検出するセンサなどが含まれている。自動／手動切替操作具８３は、自動操舵で走行する自動走行モードと手動操舵で走行する手動操舵モードとのいずれかを選択するスイッチである。例えば、自動操舵モードで走行中に自動／手動切替操作具８３を操作することで、手動操舵での走行に切り替えられ、手動操舵での走行中に自動／手動切替操作具８３を操作することで、自動操舵での走行に切り替えられる。
【００３３】
制御ユニット５には、図１を用いて説明された、車体占有領域ＶＡと作業装置占有領域ＷＡとに区分けして作業車占有領域を管理する作業車占有領域管理部６０が構築されている。そのほかに、制御ユニット５には、走行制御部５０、作業制御部５３、自車位置算出部５４、走行支援部５５、作業地管理部５６、経路生成部５７、報知部５８が備えられている。
【００３４】
作業地管理部５６は、作業が行われる圃場に関する情報である圃場情報（作業地情報）を管理する。圃場情報には、圃場の地図位置、形状、大きさ、作付け品種などのデータに加え、圃場に存在する、走行の邪魔となる障害物に関する情報である障害物情報が含まれている。この障害物情報には、障害物の位置と形状、対地高さなどが含まれている。障害物には、圃場内の井戸や電柱などの施設や岩石だけでなく、圃場を境界付けている周囲の畦や柵も含まれている。圃場情報は、遠隔地の管理センタＫＳや農家の自宅に設置されている管理コンピュータ１００、あるいは運転者が持参する携帯形通信コンピュータからダウンロードされる。
【００３５】
経路生成部５７は、圃場情報から、圃場の外形データを読み出し、この圃場における適正な走行経路ＬＮを生成する。この走行経路ＬＮの生成は、作業者によって入力される基本的な初期パラメータに基づいて自動的に行われてもよいし、作業者によって入力される走行経路ＬＮを実質的に規定する入力パラメータに基づいて行われてもよい。また、走行経路ＬＮ自体も管理コンピュータ１００からダウンロードされる構成を採用してもよい。
いずれにしても、経路生成部５７で取得された走行経路ＬＮは、メモリに展開され、自動操舵走行または手動操舵走行にかかわらず、作業車が走行経路ＬＮに沿って走行するために利用される。
【００３６】
作業車占有領域管理部６０には、車体１が占有する車体占有領域ＶＡの設定を行う車体占有領域設定部６１と、作業装置３０が占める作業装置占有領域ＷＡの設定を行う作業装置占有領域設定部６２とが含まれている。車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡは、この実施形態では、作業車の車速に応じて、それぞれの占有領域の大きさが変更され、高速走行時には、低速走行時に比べて占有領域が小さくなる。さらに、作業装置占有領域ＷＡは、作業装置の対地高さが障害物の対地高さより高くなった場合、縮小または消滅される。したがって、作業車占有領域管理部６０には、走行系検出センサ群８１に含まれている車速検出センサに基づく車速データ及び作業系検出センサ群８２に含まれている作業装置高さ検出センサに基づく作業装置高さデータが入力される。
【００３７】
この実施形態では、車体占有領域ＶＡの大きさと作業装置占有領域ＷＡの大きさとがそれぞれ独立して調整設定可能である。この領域調整設定は、タッチパネル付きディスプレイに表示される領域調整設定画面４を通じて行われる。図５に示すように、領域調整設定画面４には、車体占有領域ＶＡを設定する車体占有領域設定区画４Ａと、作業装置占有領域ＷＡを設定する作業装置占有領域設定区画４Ｂとが配置されている。車体占有領域設定区画４Ａには、車体占有領域ＶＡの縦方向のサイズを調整する縦サイズ調整部４１と、車体占有領域ＶＡの横方向のサイズを調整する横サイズ調整部４２と、縦横方向のサイズを同時に調整する縦横サイズ調整部４３とが配置されている。車体占有領域ＶＡのサイズ調整のために、拡大ボタンと縮小ボタンが配置されている。さらに、車体占有領域ＶＡの調整レベルを確認する調整レベル表示部４４ａ及び車体占有領域ＶＡの形状を選択する領域形状選択部４４ｂも配置されている。この実施形態では、選択可能な車体占有領域ＶＡの形状は四角形と楕円形（円形を含む）である。同様に、作業装置占有領域設定区画４Ｂには、作業装置占有領域ＷＡの縦方向のサイズを調整する縦サイズ調整部４５と、作業装置占有領域ＷＡの横方向のサイズを調整する横サイズ調整部４６と、縦横方向のサイズを同時に調整する縦横サイズ調整部４７とが配置されている。作業装置占有領域ＷＡのサイズ調整のために、拡大ボタンと縮小ボタンが配置されている。さらに、作業装置占有領域ＷＡの調整レベルを確認する調整レベル表示部４８ａ及び作業装置占有領域ＷＡの形状を選択する領域形状選択部４８ｂも配置されている。選択可能な作業装置占有領域ＷＡの形状も四角形と楕円形（円形を含む）である。
【００３８】
自車位置算出部５４は、衛星測位モジュール８０から送られてくる測位データに基づいて、自車位置を算出する。報知部５８は、ディスプレイやスピーカなどの報知デバイス７３を通じて運転者や監視者に必要な情報を報知するための報知信号（表示データや音声データ）を生成する。
【００３９】
車両走行機器群７１を制御する走行制御部５０は、このトラクタが自動走行（自動操舵）と手動走行（手動操舵）の両方で走行可能に構成されているため、手動走行制御部５１と自動走行制御部５２とが含まれている。手動走行制御部５１は、運転者による操作に基づいて車両走行機器群７１を制御する。自動走行制御部５２は、走行支援部５５からの操舵変更データに基づいて自動操舵指令を生成し、出力処理部７を介して操舵モータ１４に出力する。作業制御部５３は、作業装置３０の動きを制御するために、作業装置機器群７２に制御信号を与える。
【００４０】
走行支援部５５は、自動走行時と手動走行時とにおいて、異なる制御処理を実行する。
自動走行時には、自車位置算出部５４によって算出された自車位置と経路生成部５７によって生成された走行経路ＬＮとを比較評価し、自車位置と走行経路ＬＮとに位置ずれが生じておれば、車体１が当該走行経路ＬＮに沿うように、操舵変更データを生成して、自動走行制御部５２に与える機能を実現する。さらに、そのまま走行を続けることで、作業車の輪郭、実際は、作業車の仮想的な作業車占有領域である車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡと、障害領域ＯＢが重なると判定された場合（干渉可能性）、作業車が障害物と干渉することを避けるための障害物回避操舵データを与える。あるいは、作業車を停止し、障害物の回避操舵を運転者に委ねてもよい。
【００４１】
走行支援部５５は、手動走行時には、自車位置算出部５４によって算出された自車位置と経路生成部５７によって生成された走行経路ＬＮとを比較評価し、自車位置と走行経路ＬＮとに位置ずれが生じておれば、位置ずれデータを報知部５８に与える機能を実現する。これにより、位置ずれが報知デバイス７３を通じて運転者に報知される。また、そのまま走行を続けることで、作業車が障害物と干渉する可能性が発生すると判定された場合には、その干渉可能性データを報知部５８に与え、障害物の回避操舵を運転者に促す。もちろん、必要に応じて、作業車を緊急停車させることも可能である。
【００４２】
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態のトラクタに、障害物検出装置が搭載されている場合には、障害物検出装置によって検出された障害物の検出データから算出される障害領域ＯＢが走行支援部５５に与えられる。これにより、作業地管理部５６で管理されていない障害物、特に移動障害物に対しても、障害物との干渉回避のための走行支援が可能となる。または、障害物検出装置によって検出された障害物の検出データから算出される障害領域ＯＢを作業地管理部５６に与えてもよい。
【００４３】
（２）上述した実施形態では、作業車として、ロータリ耕耘機を作業装置３０として装備したトラクタを取り上げたが、そのようなトラクタ以外にも、例えば、田植機、コンバインなどの農作業車、あるいは作業装置３０としてドーザやローラ等を備える建設作業車等の種々の作業車も、実施形態として採用することができる。
【００４４】
（３）図４で示された機能ブロック図における各機能部は、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または複数の機能部に分けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、走行しながら対地作業を行う作業車及びそのような作業車の走行を支援する走行支援システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１      ：車体
３０    ：作業装置
３１    ：昇降機構
４      ：領域調整設定画面
４Ａ    ：車体占有領域設定区画
４Ｂ    ：作業装置占有領域設定区画
５      ：制御ユニット
５０    ：走行制御部
５１    ：手動走行制御部
５２    ：自動走行制御部
５３    ：作業制御部
５４    ：自車位置算出部
５５    ：走行支援部
５６    ：作業地管理部
５７    ：経路生成部
５８    ：報知部
６０    ：作業車占有領域管理部
６１    ：車体占有領域設定部
６２    ：作業装置占有領域設定部
７３    ：報知デバイス
８０    ：衛星測位モジュール
ＬＮ    ：走行経路
ＯＢ    ：障害領域
ＶＡ    ：車体占有領域
ＷＡ    ：作業装置占有領域
【図１】
2020123398.tif 000003
【図２】
2020123398.tif 000004
【図３】
2020123398.tif 000005
【図４】
2020123398.tif 000006
【図５】
2020123398.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月28日(2020.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と前記車体に装備された作業装置とを有する作業車の作業地における走行を支援する走行支援システムであって、
走行時に前記作業地に対して占める前記作業車の仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と、前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理する作業車占有領域管理部と、
測位データに基づいて前記作業地における前記作業車の位置である自車位置を算出する自車位置算出部と、
前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて、前記作業車の走行を支援する走行支援部と、を備え、
前記作業地に存在する障害物の対地高さが前記作業装置の対地高さより低い場合、少なくとも当該障害物の周辺を走行している間は前記作業装置占有領域が縮小または消滅される走行支援システム。
【請求項２】
車体と前記車体に装備された作業装置とを有する作業車の作業地における走行を支援する走行支援システムであって、
走行時に前記作業地に対して占める前記作業車の仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と、前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理する作業車占有領域管理部と、
測位データに基づいて前記作業地における前記作業車の位置である自車位置を算出する自車位置算出部と、
前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて、前記作業車の走行を支援する走行支援部と、を備え、
前記作業装置の対地高さを変更する昇降機構を介して前記作業装置が前記車体に装備されている場合、前記昇降機構によって変更された対地高さに応じて前記作業装置占有領域が変更される走行支援システム。
【請求項３】
前記作業地の障害物の位置と大きさを含む障害物情報を管理する作業地管理部が備えられている請求項１または２に記載の走行支援システム。
【請求項４】
前記作業車の走行状態に応じて前記作業車占有領域の大きさが変更される請求項１から３のいずれか一項に記載の走行支援システム。
【請求項５】
前記作業車の車速に応じて前記作業車占有領域の大きさを変更する請求項４に記載の走行支援システム。
【請求項６】
前記車体占有領域の大きさと前記作業装置占有領域の大きさとがそれぞれ独立して設定可能である請求項１から５のいずれか一項に記載の走行支援システム。
【請求項７】
前記走行支援部は、前記車体及び前記作業装置と前記作業地に存在する障害物との干渉可能性を判定する機能を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の走行支援システム。
【請求項８】
車体と、
前記車体に装備される作業装置と、
作業地での走行時に前記作業地に対して占める仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理し、前記作業地に存在する障害物の対地高さが前記作業装置の対地高さより低い場合、少なくとも当該障害物の周辺を走行している間は前記作業装置占有領域を縮小または消滅させる作業車占有領域管理部と、
測位モジュールからの測位データに基づいて自車位置を算出する自車位置算出部と
前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて走行を支援する走行支援部と、を備えた作業車。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業地を走行する作業車及びこの作業車の走行を支援する走行支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
作業車は、走行機構を有する車体と、この車体に装備された作業装置からなり、車体の走行にともなって、作業装置が作業を行う。例えば、田植機やコンバイン、耕耘装置を取り付けたトラクタなどがそのような作業車に属する。
【０００３】
最近、予めその位置がわかっている、車両走行の障害となる障害物、例えば、作業地の外形を規定する柵や畦、作業地内の存在する池や構造物や岩石との干渉を避けるため、ＧＰＳなどを用いて算出される自車位置に基づいて障害物との位置関係をチェックして、障害物との干渉を回避する機能が作業車に備えられている。
【０００４】
例えば、特許文献１による、トラクタ車体に作業装置（耕耘装置）を装着した自律走行作業車両では、車体の全長と作業装置の幅で占める四角形の面積を、走行作業車両が走行時に占める、仮想的な最大占有領域と定義して制御装置のメモリに保存する。走行時には、自律走行作業車両の最大占有領域が圃場外と重複していないか判断する。設定範囲内に入っていない場合、車体が圃場内の設定範囲内に位置していても作業装置の後端や側端が圃場外に位置している可能性があるので、自律走行は開始せずに、運転者が自律走行作業車両の進行方向を調整する。なお、最大占有領域の形状は四角形に限定せず、この四角形の外接円とすることで旋回時に畦等との干渉を認識し易くすることも提案されている。
【０００５】
しかしながら、作業車の場合、作業装置の幅が車体に比べて大きいものが多く、車体と作業装置によって規定される作業車を外接する四角形や円の面積を作業車の最大占有領域とすれば、作業装置や車体の形状によっては、作業車の周辺の比較的大きな領域も、最大占有領域に含まれてしまう。このことは、作業地内に存在する障害物などとの干渉を回避するためにそのような最大占有領域に障害物が入らないような走行軌跡を選択すると、作業車が障害物に近づけなくなり、作業ができない領域が大きくなってしまうという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１１９２６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した実情に鑑み、作業を伴う直線走行や旋回走行、あるいは作業を伴わない直線走行や旋回走行などの走行時における障害物との干渉を避けるために用いられる、車体と作業装置とによって規定される作業車の仮想的な最大占有領域を、適切に設定することができる技術が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
車体と前記車体に装備された作業装置とを有する作業車の作業地における走行を支援する、本発明による走行支援システムは、走行時に前記作業地に対して占める前記作業車の仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と、前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理する作業車占有領域管理部と、測位データに基づいて前記作業地における前記作業車の位置である自車位置を算出する自車位置算出部と、前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて、前記作業車の走行を支援する走行支援部とを備え、前記作業地に存在する障害物の対地高さが前記作業装置の対地高さより低い場合、少なくとも当該障害物の周辺を走行している間は前記作業装置占有領域が縮小または消滅される。
なお、作業車の走行には、作業を伴う直線走行や旋回走行、あるいは作業を伴わない直線走行や旋回走行などの走行が含まれている。
【０００９】
この構成によれば、車体と作業装置とがそれぞれ作業地に対して占める仮想的な占有領域が、別個に、つまり車体占有領域と作業装置占有領域とに分けられて管理されるので、作業装置の幅が車体に比べて大きな場合でも、全体としての作業車占有領域に、作業車の部材が存在しないデッドな領域が含まれることがない。例えば、車体占有領域及び作業装置占有領域が障害物に接近してもいずれかの占有領域が障害物と干渉しない限り、当該走行を許容するような走行支援が行われても、無駄に非作業領域が残存してしまうという不都合を抑制することが可能となる。
また、作業装置の対地高さが高い場合、作業装置は、作業地内の存在する背の低い岩石や井戸などの障害物や、高さの低い畦や柵などの障害物とは接触しない可能性が高い。このような作業装置と障害物との高さに関する干渉関係が予め把握できている場合には、作業装置との干渉を走行時に考慮する必要がない障害物を確定することができる。この構成によれば、無駄に作業装置と障害物との干渉を考慮して、走行の効率を悪化させる問題が低減される。
【００１０】
車体と前記車体に装備された作業装置とを有する作業車の作業地における走行を支援する、本発明による走行支援システムは、走行時に前記作業地に対して占める前記作業車の仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と、前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理する作業車占有領域管理部と、測位データに基づいて前記作業地における前記作業車の位置である自車位置を算出する自車位置算出部と、前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて、前記作業車の走行を支援する走行支援部と、を備え、前記作業装置の対地高さを変更する昇降機構を介して前記作業装置が前記車体に装備されている場合、前記昇降機構によって変更された対地高さに応じて前記作業装置占有領域が変更される。
この構成によれば、車体と作業装置とがそれぞれ作業地に対して占める仮想的な占有領域が、別個に、つまり車体占有領域と作業装置占有領域とに分けられて管理されるので、作業装置の幅が車体に比べて大きな場合でも、全体としての作業車占有領域に、作業車の部材が存在しないデッドな領域が含まれることがない。例えば、車体占有領域及び作業装置占有領域が障害物に接近してもいずれかの占有領域が障害物と干渉しない限り、当該走行を許容するような走行支援が行われても、無駄に非作業領域が残存してしまうという不都合を抑制することが可能となる。
また、作業車の車体に昇降機構を介して装備される作業装置がある。このような作業装置では、対地高さの位置によって、障害物に対する干渉可能性が異なってくる。この構成によれば、無駄に作業装置と障害物との干渉を考慮して、走行の効率を悪化させるという問題が低減される。
車体占有領域や作業装置占有領域を設定する主な理由は、障害物との干渉を避けるために必要となる自車の領域を、実物より簡単な仮想形状に置き換え、その干渉可能性を、できるだけ簡易に算出することである。したがって、前記走行支援部は、前記車体及び前記作業装置と前記作業地に存在する障害物との干渉可能性を判定する機能を有することが好ましい。なお、作業地に存在して、それ自体は移動しない障害物は、作業地の境界付けている柵や畦などの外囲障害物、作業地に存在する井戸や電柱や岩石などの内在障害物である。もちろん、作業車が障害物検出機能を備えている場合には、人や動物や作業車などの移動障害物も、本発明における障害物として取り扱うことができる。
【００１１】
したがって、作業地を境界付けている畦や柵、あるいは作業地内に存在する電柱や井戸や岩石などの障害物の位置や大きさが予め管理されていると好都合である。さらには、車業車自体が障害物検出機能を備えている場合には、走行中に検出された障害物の位置や大きさがその時点で管理されると好都合である。この目的のため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記作業地の障害物の位置と大きさを含む障害物情報を管理する作業地管理部が備えられている。この場合、走行支援部は、障害物情報も考慮して作業車の走行を支援することも可能である。
【００１２】
作業車には、種々の走行状態が生じる。例えば、走行状態を決定する要因として、作業装置の姿勢変更、低速走行や高速走行、直線走行や旋回走行、高負荷作業や低負荷作業、さらには、凹凸が激しい走行地面や泥濘走行地面などが挙げられる。走行状態によって、作業車の操舵安定性や制動性が変動する。作業車の操舵安定性や制動性が悪くなる走行状態では、作業車占有領域をより大きくすることで、安全性を高めることができる。このことから、前記作業車の走行状態に応じて前記作業車占有領域の大きさが変更される機能が備えられると好都合である。
【００１３】
特に作業車の車速は、作業車の操舵安定性や制動性に大きな影響を与えるだけでなく、自車位置の算出精度にも影響する。このことから、前記作業車の車速に応じて前記作業車占有領域の大きさを変更する構成を採用することは、利点がある。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
車体占有領域や作業装置占有領域は、主には障害物との干渉を回避する走行を実現するために走行支援部で用いられる。また、障害物との干渉時の損害は、作業装置の種類によっても異なる。干渉時の損害が大きな走行では、作業車占有領域を大きくすることにより、障害物との干渉の危険性を低減することが好ましい。このことから、作業地毎に、あるいは走行毎に、車体占有領域及び作業装置占有領域がもつ重み、言い換えるとその占有領域の大きさがもつ重要性が異なることになる。したがって、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記車体占有領域の大きさと作業装置占有領域の大きさとがそれぞれ独立して設定可能である。これにより、安全性と走行の効率との両者を考慮して適切な走行を選択することができる。
【００１７】
さらに、上述した走行支援システムを組み込んだ作業車も本発明に含まれる。そのような本発明による作業車は、車体と、前記車体に装備される作業装置と、作業地での走行時に前記作業地に対して占める仮想的な作業車占有領域を、前記車体が占有する車体占有領域と前記作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理し、前記作業地に存在する障害物の対地高さが前記作業装置の対地高さより低い場合、少なくとも当該障害物の周辺を走行している間は前記作業装置占有領域を縮小または消滅させる作業車占有領域管理部と、測位モジュールからの測位データに基づいて自車位置を算出する自車位置算出部と、前記自車位置と前記作業車占有領域とに基づいて走行を支援する走行支援部とを備えている。このような作業車も、上述した走行支援システムと同じ作用効果を得ることができ、また上述した種々の好適な実施形態を取り入れることも可能である。
【００１８】
特に、前記走行支援部が、前記車体及び前記作業装置と前記作業地に存在する障害物との干渉可能性を判定する機能を有すると、判定された干渉可能性に基づいて、障害物との干渉を回避する走行が実現可能となる。
【００１９】
したがって、そのような作業車には、作業地を境界付けている畦や柵、あるいは作業地内に存在する電柱や井戸や岩石などの障害物の位置や大きさを含む障害物情報、さらには、走行中に検出された障害物の位置や大きさを含む障害物情報を管理する作業地管理部が備えられることが好ましい。
【００２０】
さらに、作業地を走行する作業車は、手動操舵または自動操舵により案内走行経路に沿って走行することができる。手動操舵を行う作業車では、前記干渉可能性を報知する報知部が備えられると、運転者は報知された干渉可能性により、障害物との干渉を回避する運転を行うことができる。また、自動操舵を行う作業車では、案内走行経路に沿って走行するように自動操舵する自動走行制御部が備えられているので、この自動走行制御部が、前記干渉可能に基づいて、前記障害物を回避するように自動操舵するように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】作業車の仮想的な作業車占有領域が、車体が占有する車体占有領域と、作業装置が占める作業装置占有領域とに分けて管理されることを説明する説明図である。
【図２】作業装置と障害物との高さ関係に応じて作業装置占有領域が拡縮することを説明する説明図である。
【図３】作業車の実施形態の１つを示すトラクタの側面図である。
【図４】トラクタの制御系を示す機能ブロック図である。
【図５】車体占有領域及び作業装置占有領域のサイズ調整を行うための操作画面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明による走行支援システム及び作業車の具体的な実施形態を説明する前に、図１を用いて、走行支援システムの基本原理を説明する。ここでは、作業車は、走行機能を有する車体１と、車体１に昇降機構３１を介して装備されている作業装置３０とからなる。さらに、この作業車には、ＧＮＳＳモジュールなどによって構成される衛星測位モジュールが備えられており、車体の座標位置（以下単に自車位置と称する）を示す測位データが出力される。なお、測位データで表される自車位置は、アンテナの位置が基準となるが、自車位置は、アンテナの位置ではなく、車両の最適な位置になるように位置補正処理が行われる。
【００２３】
図１には、作業地の外周境界領域を形成する畦または柵及び作業地内に存在して作業車の走行の障害となる設置物が障害物とみなされ、その障害物の作業地を占有する領域を障害領域ＯＢとして図示されている。作業地に設定された、作業車の走行目標となる走行経路ＬＮは、ここでは、互いに平行に延びている直線経路と各直線経路を接続する１８０°旋回経路とから形成されている。作業車が運転者による手動操舵で走行する場合には、作業車が走行経路ＬＮに沿って走行することを支援するため、走行経路ＬＮと自車位置とのずれを報知する機能が働く。また、作業車が走行経路ＬＮに沿って自動操舵で走行する場合には、走行経路ＬＮと自車位置とのずれを修正するように操舵輪が制御される走行支援機能が働く。
【００２４】
図１の例では、障害物の地図上の座標位置及びその大きさと地上高さが、予め作業車の制御系に登録されており、当該障害物に対応する障害領域ＯＢが設定されている。さらに、作業車を構成する車体１及び作業装置３０と障害物（障害領域ＯＢ）との位置関係、つまり干渉可能性の演算を簡単にするため、車体１及び作業装置３０の複雑な形状を簡単で仮想的な形状である、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡに置き換えている。車体占有領域ＶＡと作業装置占有領域ＷＡとは、平面視における地上での大きさを示しており、車体占有領域ＶＡと作業装置占有領域ＷＡとによって、作業地での走行時に作業地に対して占める作業車の仮想的な作業車占有領域が決定されている。なお、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡと自車位置との位置関係は予めテーブル化されており、作業地における車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡの位置（地図上の座標位置）がリアルタイムに算出可能である。
【００２５】
図１に示されているように、車体占有領域ＶＡは、車体１の平面視での外形を覆う楕円形または円形であり、作業装置占有領域ＷＡは、作業装置３０の平面視での外形を覆う楕円形または円形である。車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡの形状は、四角形などの多角形であってもよいが、実際の車体１や作業装置３０を内包することができる大きさに設定される。
【００２６】
障害物と車体１との干渉は障害領域ＯＢと車体占有領域ＶＡとの重なりとして算出され、障害物と作業装置３０との干渉は障害領域ＯＢと作業装置占有領域ＷＡとの重なりとして算出されるので、そのような重なりが生じないように作業車を導くことで、障害物と作業車との干渉を回避することができる。
【００２７】
車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡのそれぞれの大きさは、任意に設定可能である。障害物との干渉を回避する安全率を大きくしたい場合には、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡの大きさを大きくすればよい。このような観点からは、例えば、作業車の走行が高速の場合は、低速に比べて、制動精度や操舵精度が劣るので、高速走行時には、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡの大きさを、低速走行時に比べて拡大すると好都合である。このような車速に応じた領域拡縮は自動的に行われるようにすることも可能である。さらには、運転者の技量や走行の種類によって、障害領域ＯＢ及び車体占有領域ＶＡの大きさを拡縮することも可能である。
【００２８】
なお、上述したように、この作業車では、作業装置３０が車体１に昇降機構３１を介して装備されているので、作業装置３０の地上高さが変動する。したがって、図２で示すように、障害領域ＯＢの地上高さが作業装置３０の地上高さを下回っている場合、作業装置占有領域ＷＡを消滅（または縮小）させることができる。もちろん、車体占有領域ＶＡはそのままであるので、車体１が障害領域ＯＢとの干渉を回避するよう走行するための走行支援が実行される。また、車体１の前部、例えばボンネット（フレームを含む）が前輪より前方に延びており、その結果、車体占有領域ＶＡが前輪より前方に延びているような場合では、障害領域ＯＢの地上高さがボンネットの地上高さを下回っている限り、この障害領域ＯＢに対する車体占有領域ＶＡを縮小させることができる。これにより、車体１が障害領域ＯＢとの干渉を回避しつつ、非作業領域が残る問題を抑制できる。
【００２９】
上述した例では、障害物（障害領域ＯＢ）は既に作業地の障害物情報に記述されており、その地図上の座標位置も作業車のメモリに記憶されている。自車位置が算出されると、付近の障害物の地図座標とともに車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡが自車位置に応じて導出され、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡとの間隔からその干渉可能性が算出される。障害物情報に記述されていない障害物の場合、特に移動障害物の場合、作業車に監視カメラや超音波やレーザーなどを用いた障害物検出装置が備えられておれば、その検出結果から、リアルタイムに障害領域ＯＢが生成され、車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡとの間隔からその干渉可能性が算出される。また、監視カメラや超音波、レーザーなどを圃場に備えておき、その検出結果を障害物情報として作業車に送信する手段も考えられる。
【００３０】
次に、本発明の走行支援システムを組み込んだ作業車の具体的な実施形態の１つを説明する。この実施形態では、作業車は、図３に示されているように、畦によって境界づけられた圃場（作業地）に対して走行作業を行うトラクタである。このトラクタは、前輪１１と後輪１２とによって支持された車体１の中央部に操縦部２０が設けられている。車体１の後部には油圧式の昇降機構３１を介してロータリ耕耘装置である作業装置３０が装備されている。前輪１１は操向輪として機能し、その操舵角を変更することでトラクタの走行方向が変更される。前輪１１の操舵角は操舵機構１３の動作によって変更される。操舵機構１３には自動操舵のための操舵モータ１４が含まれている。手動走行の際には、前輪１１の操舵は操縦部２０に配置されているステアリングホイール２２の操作によって可能である。トラクタのキャビン２１には、ＧＮＳＳモジュールとして構成されている衛星測位モジュール８０が設けられている。衛星測位モジュール８０の構成要素として、ＧＰＳ信号やＧＮＳＳ信号を受信するための衛星用アンテナがキャビン２１の天井領域に取り付けられている。なお、衛星測位モジュール８０には、衛星航法を補完するために、ジャイロ加速度センサや磁気方位センサを組み込んだ慣性航法モジュールを含めることができる。
もちろん、慣性航法モジュールは、衛星測位モジュール８０とは別の場所に設けてもよい。
【００３１】
図４には、このトラクタに構築されている制御系が示されている。この制御系は、図１を用いて説明された、障害物情報と自車位置と作業車占有領域（車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡ）とを用いた走行支援システムを実現するように構成されている。この制御系の中核要素である制御ユニット５には、入出力インタフェースとして機能する、出力処理部７、入力処理部８、通信処理部７０が備えられている。出力処理部７は、車両走行機器群７１、作業装置機器群７２、報知デバイス７３などと接続している。車両走行機器群７１には、操舵モータ１４をはじめ、図示されていないが、変速機構やエンジンユニットなど車両走行のために制御される機器が含まれている。作業装置機器群７２には、作業装置３０の駆動機構や、作業装置３０を昇降させる昇降機構３１などが含まれている。通信処理部７０は、制御ユニット５で処理されたデータを遠隔地の管理センタＫＳに構築された管理コンピュータ１００に送信するとともに、管理コンピュータ１００から種々のデータを受信する機能を有する。報知デバイス７３には、ディスプレイやランプやスピーカが含まれている。ランプやスピーカは、走行の障害となる障害物に対する接近情報、自動操舵走行での目標走行経路からのずれを示す偏差情報など、報知したい種々の情報を運転者や操作者に報知するために用いられる。報知デバイス７３と出力処理部７との間の信号伝送は、有線または無線で行われる。
【００３２】
入力処理部８は、衛星測位モジュール８０、走行系検出センサ群８１、作業系検出センサ群８２、自動／手動切替操作具８３などと接続している。走行系検出センサ群８１には、エンジン回転数や変速状態などの走行状態を検出するセンサが含まれている。作業系検出センサ群８２には、作業装置３０の地上高さや傾きを検出するセンサ、作業負荷などを検出するセンサなどが含まれている。自動／手動切替操作具８３は、自動操舵で走行する自動走行モードと手動操舵で走行する手動操舵モードとのいずれかを選択するスイッチである。例えば、自動操舵モードで走行中に自動／手動切替操作具８３を操作することで、手動操舵での走行に切り替えられ、手動操舵での走行中に自動／手動切替操作具８３を操作することで、自動操舵での走行に切り替えられる。
【００３３】
制御ユニット５には、図１を用いて説明された、車体占有領域ＶＡと作業装置占有領域ＷＡとに区分けして作業車占有領域を管理する作業車占有領域管理部６０が構築されている。そのほかに、制御ユニット５には、走行制御部５０、作業制御部５３、自車位置算出部５４、走行支援部５５、作業地管理部５６、経路生成部５７、報知部５８が備えられている。
【００３４】
作業地管理部５６は、作業が行われる圃場に関する情報である圃場情報（作業地情報）を管理する。圃場情報には、圃場の地図位置、形状、大きさ、作付け品種などのデータに加え、圃場に存在する、走行の邪魔となる障害物に関する情報である障害物情報が含まれている。この障害物情報には、障害物の位置と形状、対地高さなどが含まれている。障害物には、圃場内の井戸や電柱などの施設や岩石だけでなく、圃場を境界付けている周囲の畦や柵も含まれている。圃場情報は、遠隔地の管理センタＫＳや農家の自宅に設置されている管理コンピュータ１００、あるいは運転者が持参する携帯形通信コンピュータからダウンロードされる。
【００３５】
経路生成部５７は、圃場情報から、圃場の外形データを読み出し、この圃場における適正な走行経路ＬＮを生成する。この走行経路ＬＮの生成は、作業者によって入力される基本的な初期パラメータに基づいて自動的に行われてもよいし、作業者によって入力される走行経路ＬＮを実質的に規定する入力パラメータに基づいて行われてもよい。また、走行経路ＬＮ自体も管理コンピュータ１００からダウンロードされる構成を採用してもよい。
いずれにしても、経路生成部５７で取得された走行経路ＬＮは、メモリに展開され、自動操舵走行または手動操舵走行にかかわらず、作業車が走行経路ＬＮに沿って走行するために利用される。
【００３６】
作業車占有領域管理部６０には、車体１が占有する車体占有領域ＶＡの設定を行う車体占有領域設定部６１と、作業装置３０が占める作業装置占有領域ＷＡの設定を行う作業装置占有領域設定部６２とが含まれている。車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡは、この実施形態では、作業車の車速に応じて、それぞれの占有領域の大きさが変更され、高速走行時には、低速走行時に比べて占有領域が小さくなる。さらに、作業装置占有領域ＷＡは、作業装置の対地高さが障害物の対地高さより高くなった場合、縮小または消滅される。したがって、作業車占有領域管理部６０には、走行系検出センサ群８１に含まれている車速検出センサに基づく車速データ及び作業系検出センサ群８２に含まれている作業装置高さ検出センサに基づく作業装置高さデータが入力される。
【００３７】
この実施形態では、車体占有領域ＶＡの大きさと作業装置占有領域ＷＡの大きさとがそれぞれ独立して調整設定可能である。この領域調整設定は、タッチパネル付きディスプレイに表示される領域調整設定画面４を通じて行われる。図５に示すように、領域調整設定画面４には、車体占有領域ＶＡを設定する車体占有領域設定区画４Ａと、作業装置占有領域ＷＡを設定する作業装置占有領域設定区画４Ｂとが配置されている。車体占有領域設定区画４Ａには、車体占有領域ＶＡの縦方向のサイズを調整する縦サイズ調整部４１と、車体占有領域ＶＡの横方向のサイズを調整する横サイズ調整部４２と、縦横方向のサイズを同時に調整する縦横サイズ調整部４３とが配置されている。車体占有領域ＶＡのサイズ調整のために、拡大ボタンと縮小ボタンが配置されている。さらに、車体占有領域ＶＡの調整レベルを確認する調整レベル表示部４４ａ及び車体占有領域ＶＡの形状を選択する領域形状選択部４４ｂも配置されている。この実施形態では、選択可能な車体占有領域ＶＡの形状は四角形と楕円形（円形を含む）である。同様に、作業装置占有領域設定区画４Ｂには、作業装置占有領域ＷＡの縦方向のサイズを調整する縦サイズ調整部４５と、作業装置占有領域ＷＡの横方向のサイズを調整する横サイズ調整部４６と、縦横方向のサイズを同時に調整する縦横サイズ調整部４７とが配置されている。作業装置占有領域ＷＡのサイズ調整のために、拡大ボタンと縮小ボタンが配置されている。さらに、作業装置占有領域ＷＡの調整レベルを確認する調整レベル表示部４８ａ及び作業装置占有領域ＷＡの形状を選択する領域形状選択部４８ｂも配置されている。選択可能な作業装置占有領域ＷＡの形状も四角形と楕円形（円形を含む）である。
【００３８】
自車位置算出部５４は、衛星測位モジュール８０から送られてくる測位データに基づいて、自車位置を算出する。報知部５８は、ディスプレイやスピーカなどの報知デバイス７３を通じて運転者や監視者に必要な情報を報知するための報知信号（表示データや音声データ）を生成する。
【００３９】
車両走行機器群７１を制御する走行制御部５０は、このトラクタが自動走行（自動操舵）と手動走行（手動操舵）の両方で走行可能に構成されているため、手動走行制御部５１と自動走行制御部５２とが含まれている。手動走行制御部５１は、運転者による操作に基づいて車両走行機器群７１を制御する。自動走行制御部５２は、走行支援部５５からの操舵変更データに基づいて自動操舵指令を生成し、出力処理部７を介して操舵モータ１４に出力する。作業制御部５３は、作業装置３０の動きを制御するために、作業装置機器群７２に制御信号を与える。
【００４０】
走行支援部５５は、自動走行時と手動走行時とにおいて、異なる制御処理を実行する。
自動走行時には、自車位置算出部５４によって算出された自車位置と経路生成部５７によって生成された走行経路ＬＮとを比較評価し、自車位置と走行経路ＬＮとに位置ずれが生じておれば、車体１が当該走行経路ＬＮに沿うように、操舵変更データを生成して、自動走行制御部５２に与える機能を実現する。さらに、そのまま走行を続けることで、作業車の輪郭、実際は、作業車の仮想的な作業車占有領域である車体占有領域ＶＡ及び作業装置占有領域ＷＡと、障害領域ＯＢが重なると判定された場合（干渉可能性）、作業車が障害物と干渉することを避けるための障害物回避操舵データを与える。あるいは、作業車を停止し、障害物の回避操舵を運転者に委ねてもよい。
【００４１】
走行支援部５５は、手動走行時には、自車位置算出部５４によって算出された自車位置と経路生成部５７によって生成された走行経路ＬＮとを比較評価し、自車位置と走行経路ＬＮとに位置ずれが生じておれば、位置ずれデータを報知部５８に与える機能を実現する。これにより、位置ずれが報知デバイス７３を通じて運転者に報知される。また、そのまま走行を続けることで、作業車が障害物と干渉する可能性が発生すると判定された場合には、その干渉可能性データを報知部５８に与え、障害物の回避操舵を運転者に促す。もちろん、必要に応じて、作業車を緊急停車させることも可能である。
【００４２】
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態のトラクタに、障害物検出装置が搭載されている場合には、障害物検出装置によって検出された障害物の検出データから算出される障害領域ＯＢが走行支援部５５に与えられる。これにより、作業地管理部５６で管理されていない障害物、特に移動障害物に対しても、障害物との干渉回避のための走行支援が可能となる。または、障害物検出装置によって検出された障害物の検出データから算出される障害領域ＯＢを作業地管理部５６に与えてもよい。
【００４３】
（２）上述した実施形態では、作業車として、ロータリ耕耘機を作業装置３０として装備したトラクタを取り上げたが、そのようなトラクタ以外にも、例えば、田植機、コンバインなどの農作業車、あるいは作業装置３０としてドーザやローラ等を備える建設作業車等の種々の作業車も、実施形態として採用することができる。
【００４４】
（３）図４で示された機能ブロック図における各機能部は、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または複数の機能部に分けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、走行しながら対地作業を行う作業車及びそのような作業車の走行を支援する走行支援システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１      ：車体
３０    ：作業装置
３１    ：昇降機構
４      ：領域調整設定画面
４Ａ    ：車体占有領域設定区画
４Ｂ    ：作業装置占有領域設定区画
５      ：制御ユニット
５０    ：走行制御部
５１    ：手動走行制御部
５２    ：自動走行制御部
５３    ：作業制御部
５４    ：自車位置算出部
５５    ：走行支援部
５６    ：作業地管理部
５７    ：経路生成部
５８    ：報知部
６０    ：作業車占有領域管理部
６１    ：車体占有領域設定部
６２    ：作業装置占有領域設定部
７３    ：報知デバイス
８０    ：衛星測位モジュール
ＬＮ    ：走行経路
ＯＢ    ：障害領域
ＶＡ    ：車体占有領域
ＷＡ    ：作業装置占有領域