JP2024094536A - 作業車両、作業車両の制御システムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業車両が低速で走行している場合でも進行方向をより正確に判断する。
【解決手段】作業車両は、前進および後進の両方で自動操舵運転を行うことが可能である。前記作業車両は、前記作業車両の時系列位置データを出力する測位装置と、自動操舵モードにおいて、前記時系列位置データと、予め設定された目標経路とに基づいて、前記作業車両の操舵制御を行う制御装置と、前記作業車両の前進と後進とを切り換えるための切換スイッチと、を備える。前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記作業車両の移動速度が第１速度よりも低い場合、前記時系列位置データと、前記切換スイッチの状態とに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断する。
【選択図】図１０

Description

本開示は、作業車両、作業車両の制御システムおよび制御方法に関する。

圃場で使用されるトラクタなどの作業車両の自動化に向けた研究開発が進められている。例えば、精密な測位が可能なＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）などの測位システムを利用して自動操舵で走行する作業車両が実用化されている。自動操舵に加えて速度制御を自動で行う作業車両も実用化されている。

特許文献１は、後進時における自動操舵を簡単に行うための技術を開示している。特許文献１に開示された作業車両は、操舵切換スイッチによって自動操舵の開始が行われた際に、走行基準ラインに対応する走行予定ラインに沿って車体が後進するように、後進の自動操舵の指令を行う制御装置を備えている。

特開２０２０－５４３１６号公報

自動操舵で走行する作業車両は、進行方向（前進または後進）を正確に検知することが求められる。進行方向は、例えばトランスミッションに含まれるギアの回転方向を検知するセンサ、またはＧＮＳＳなどの測位システムから取得した時系列の位置データに基づいて判断することができる。

しかし、作業車両が非常に低い速度（例えば、０．２ｋｍ／ｈ未満）で走行している場合、従来の方法では進行方向を正確に検知することができない。

本開示は、作業車両が非常に低い速度で走行している場合であっても、進行方向をより正確に検知するためのシステムおよび方法を提供する。

本開示の例示的な実施形態による作業車両は、前進および後進の両方で自動操舵運転を行うことが可能である。前記作業車両は、前記作業車両の時系列位置データを出力する測位装置と、自動操舵モードにおいて、前記時系列位置データと、予め設定された目標経路とに基づいて、前記作業車両の操舵制御を行う制御装置と、前記作業車両の前進と後進とを切り換えるための切換スイッチと、を備える。前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記作業車両の移動速度が第１速度よりも低い場合、前記時系列位置データと、前記切換スイッチの状態とに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断する。

本開示の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、もしくはコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体、またはこれらの任意の組み合わせによって実現され得る。コンピュータが読み取り可能な記憶媒体は、揮発性の記憶媒体を含んでいてもよいし、不揮発性の記憶媒体を含んでいてもよい。装置は、複数の装置で構成されていてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよいし、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されていてもよい。

本開示の実施形態によれば、作業車両が非常に低い速度で走行している場合であっても、進行方向をより正確に検知することが可能になる。

実施形態１における作業車両の外観の例を示す斜視図である。 作業車両、および作業車両に連結された作業機の例を模式的に示す側面図である。 作業車両および作業機の概略的な構成の例を示すブロック図である。 ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位を行う作業車両の例を示す概念図である。 キャビンの内部に設けられる操作端末および操作スイッチ群の例を示す模式図である。 自動操舵モードにおける作業車両の走行の例を示す図である。 圃場内を自動操舵で走行する作業車両の目標経路の例を模式的に示す図である。 制御装置によって実行される自動操舵時の動作の例を示すフローチャートである。 目標経路に沿って走行する作業車両の例を示す図である。 目標経路から右にシフトした位置にある作業車両の例を示す図である。 目標経路から左にシフトした位置にある作業車両の例を示す図である。 目標経路に対して傾斜した方向を向いている作業車両の例を示す図である。 作業車両の移動速度に応じた進行方向判断の方法の一例を示すフローチャートである。 作業車両が低速で走行しているときに切換スイッチが操作された場合における自動操舵のモード変更の動作の一例を示す図である。 作業車両が低速で走行しているときに切換スイッチが操作された場合における自動操舵のモード変更の動作の他の例を示す他の図である。 作業車両が低速で走行しているときに切換スイッチが操作された場合における自動操舵のモード変更の動作のさらに他の例を示す図である。 前進から後進に切り換える動作が行われる状況の一例を示す図である。 操作端末の表示の一例を示す図である。

以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に関する重複する説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似の機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。

以下の実施形態は例示であり、本開示の技術は、以下の実施形態に限定されない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、ステップ、そのステップの順序、表示画面のレイアウトなどは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、技術的に矛盾が生じない限りにおいて、一の態様と他の態様とを組み合わせることが可能である。

以下、作業車両の一例である農業用のトラクタに本開示の技術を適用した実施形態を説明する。本開示の技術は、トラクタに限らず、自動操舵で走行する任意の作業車両に適用することができる。作業車両は、例えば、田植機、コンバイン、草刈機、ハーベスタ、除雪車、または建設作業車であってもよい。

（実施形態）
本開示の例示的な実施形態における作業車両、および作業車両の制御システムを説明する。

本実施形態における作業車両は、自動操舵運転を実現するための制御を行う制御システムを備える。制御システムは、記憶装置と制御装置とを備えるコンピュータシステムである。記憶装置は、１つ以上の記憶媒体を含み、作業車両の目標経路などの種々のデータを記憶する。制御装置は、１つ以上のコンピュータ、プロセッサ、または制御回路を含み、作業車両の動作を制御する。制御装置は、自動操舵モードおよび手動操舵モードの両方で動作することができる。制御装置は、自動操舵モードと手動操舵モードとを、例えば運転者の操作に応答して切り換える。自動操舵モードにおいて、制御装置は、測位装置によって特定された作業車両の位置、および記憶装置に記憶された目標経路に基づいて、作業車両が目標経路に沿って走行するように作業車両の操舵を制御する。測位装置は、作業車両の内部または外部に配置される。測位装置は、例えばＧＮＳＳ受信機を含み、複数のＧＮＳＳ衛星からの信号に基づき、作業車両の位置を特定し、時系列の位置データを出力する。測位装置は、ＬｉＤＡＲセンサまたはカメラなどの、ＧＮＳＳ受信機以外のデバイスを含んでいてもよい。ＬｉＤＡＲセンサまたはカメラによって取得されたデータと、予め用意された環境地図とのマッチングにより、作業車両の位置を推定することができる。目標経路は、作業車両が走行するエリア内に設定される、走行の目標となる経路である。目標経路は、自動操舵運転を開始する前に設定され、記憶装置に記録される。目標経路は、例えば、圃場内に設定され得る。

本実施形態における作業車両は、前進および後進の両方で自動操舵運転を行うことが可能である。作業車両は、作業車両の前進と後進とを切り換えるための切換スイッチを備える。制御装置は、自動操舵モードにおいて、測位装置から出力された時系列位置データと、予め設定された目標経路とに基づいて、作業車両の操舵制御を行う。制御装置は、自動操舵モードにおいて、作業車両の移動速度が所定の閾値（「第１速度」と呼ぶ。）よりも低い場合、時系列位置データと、切換スイッチの状態とに基づいて、作業車両の進行方向を判断する。ここで「移動速度」は、作業車両が移動する速度の大きさ（絶対値）を意味し、「車速」とも称する。以下の説明において、後進時の移動速度を特に「後進速度」と称することがある。「進行方向の判断」は、厳密な移動方向を判断することを意味するのではなく、作業車両が前進しているか後進しているか（または停止しているか）を判断することを意味する。第１速度は、例えば時速０．２キロメートル（０．２ｋｍ／ｈ）などの、非常に低い速度に設定され得る。以下の説明において、そのような低い速度域を「極低速域」と称することがある。

作業車両が極低速域で移動しているとき、従来の方法では、作業車両の実際の進行方向、すなわち、前進しているか後進しているかを判別することが難しい。作業車両が例えば０．５ｋｍ/h以上の速度で移動している場合は、トランスミッションに含まれるギアの回転を検知するセンサなどを利用して、作業車両の進行方向を正確に検知することができる。また、０．５ｋｍ／ｈ未満の低速域であっても、移動速度が例えば０．２ｋｍ／ｈ以上であれば、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）－ＧＮＳＳなどの高精度の測位装置による時系列位置データに基づいて、進行方向をある程度正確に判断することができる。しかし、移動速度が例えば０．２ｋｍ／ｈを下回るほどの極低速域においては、ＲＴＫ－ＧＮＳＳなどの高精度の測位装置を用いたとしても、位置データの揺らぎの影響により、進行方向を正確に判別することが難しい。例えば、自動操舵モードにおいて、極低速域で運転者が作業車両の前進と後進とを切り換える操作を行った場合、作業車両が前進しているのか後進しているのかを正確に判別することは難しい。このため、極低速域においては、作業車両の進行方向の判別結果に基づく自動操舵などの制御を、信頼性をもって継続することができないという課題があった。

このような課題を解決するために、本実施形態における制御装置は、第１速度よりも低い極低速域においては、測位装置によって取得された時系列位置データに加えて、前進と後進とを切り換える切換スイッチ（例えばシャトルレバーまたはシャトルスイッチ）の状態に基づいて、作業車両の進行方向（前進か後進か）を判断する。例えば、制御装置は、時系列位置データから推定される進行方向と、切換スイッチが示す進行方向とが一致する場合に、その進行方向に作業車両が移動していると判定するように構成され得る。

上記のような判定方法を導入することにより、測位装置から出力された時系列位置データに基づく進行方向の判断結果の信頼性が低い極低速域においても、シャトルレバーなどの切換スイッチの状態を示す情報を考慮することにより、進行方向の判断結果の信頼性を向上させることができる。結果として、極低速域における自動操舵の信頼性を向上させることができる。

以下、本実施形態の作業車両の構成および動作をより詳細に説明する。

＜構成＞
図１は、本実施形態における作業車両１００の外観の例を示す斜視図である。図２は、作業車両１００、および作業車両１００に連結された作業機（インプルメント）３００の例を模式的に示す側面図である。本実施形態における作業車両は、圃場で使用されるトラクタである。本実施形態における技術は、トラクタ以外の作業車両にも適用できる。

本実施形態における作業車両１００は、測位装置１２０と、１つ以上の障害物センサ１３０とを備える。図１には１つの障害物センサ１３０が例示されているが、障害物センサ１３０は作業車両１００の複数の箇所に設けられていてもよい。なお、障害物センサ１３０は必要に応じて設けられる。不要であれば、作業車両１００は障害物センサ１３０を備えていなくてもよい。

図２に示すように、作業車両１００は、車両本体１０１と、原動機（エンジン）１０２と、変速装置（トランスミッション）１０３とを備える。車両本体１０１には、タイヤ付き車輪１０４と、キャビン１０５とが設けられている。車輪１０４は、一対の前輪１０４Ｆと一対の後輪１０４Ｒとを含む。キャビン１０５の内部に運転席１０７、操舵装置１０６、複数のペダル１０９、操作端末２００、および操作のためのスイッチ群が設けられている。前輪１０４Ｆおよび後輪１０４Ｒの一方または両方は、タイヤ付き車輪ではなく無限軌道（track）を装着した複数の車輪（クローラ）に置き換えられてもよい。

本実施形態における測位装置１２０は、ＧＮＳＳ受信機を備える。ＧＮＳＳ受信機は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信するアンテナと、アンテナが受信した信号に基づいて作業車両１００の位置を決定するプロセッサとを備え得る。測位装置１２０は、複数のＧＮＳＳ衛星から送信されるＧＮＳＳ信号を受信し、ＧＮＳＳ信号に基づいて測位を行う。ＧＮＳＳは、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System、例えばみちびき）、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、およびＢｅｉＤｏｕなどの衛星測位装置の総称である。本実施形態における測位装置１２０は、キャビン１０５の上部に設けられているが、他の位置に設けられていてもよい。

測位装置１２０は、慣性計測装置（ＩＭＵ）を含んでいてもよい。ＩＭＵからの信号を利用して位置データを補完することができる。ＩＭＵは、作業車両１００の傾きおよび微小な動きを計測することができる。ＩＭＵによって取得されたデータを用いて、衛星信号に基づく位置データを補完または補正することにより、測位の性能を向上させることができる。

測位装置１２０は、ＧＮＳＳ受信機に代えて、あるいは加えて、ＬｉＤＡＲセンサまたはカメラ（イメージセンサを含む）などの他の種類のデバイスを含んでいてもよい。作業車両１００が走行する環境内に特徴点として機能する地物が存在する場合、ＬｉＤＡＲセンサまたはカメラによって取得されたデータと、予め記憶装置１７０に記録された環境地図とに基づいて、作業車両１００の位置を高い精度で推定することができる。ＬｉＤＡＲセンサ１１０またはカメラをＧＮＳＳ受信機と併用してもよい。ＬｉＤＡＲセンサ１１０またはカメラが取得したデータを用いて、ＧＮＳＳ信号に基づく位置データを補正または補完することで、より高い精度で作業車両１００の位置を特定できる。

図１および図２に示す例では、車両本体１０１の後部に障害物センサ１３０が設けられている。障害物センサ１３０は、車両本体１０１の後部以外の部位にも配置され得る。例えば、車両本体１０１の側部、前部、およびキャビン１０５のいずれかの箇所に、１つまたは複数の障害物センサ１３０が設けられ得る。障害物センサ１３０は、作業車両１００の周囲に存在する物体を検出する。障害物センサ１３０は、例えばレーザスキャナまたは超音波ソナーを備え得る。障害物センサ１３０は、障害物センサ１３０から所定の距離よりも近くに物体が存在する場合に、障害物が存在することを示す信号を出力する。複数の障害物センサ１３０が作業車両１００の車体の異なる位置に設けられていてもよい。例えば、複数のレーザスキャナと、複数の超音波ソナーとが、車体の異なる位置に配置されていてもよい。そのような多くの障害物センサ１３０を備えることにより、作業車両１００の周囲の障害物の監視における死角を減らすことができる。なお、上記のように、作業車両１００は障害物センサ１３０を備えていなくてもよい。

原動機１０２は、例えばディーゼルエンジンであり得る。ディーゼルエンジンに代えて電動モータが使用されてもよい。変速装置１０３は、変速によって作業車両１００の推進力および移動速度を変化させることができる。変速装置１０３は、作業車両１００の前進と後進とを切り換えることもできる。

操舵装置１０６は、ステアリングホイールと、ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、ステアリングホイールによる操舵を補助するパワーステアリング装置とを含む。前輪１０４Ｆは操舵輪であり、その切れ角（「操舵角」とも称する。）を変化させることにより、作業車両１００の走行方向を変化させることができる。前輪１０４Ｆの操舵角は、ステアリングホイールを操作することによって変化させることができる。パワーステアリング装置は、前輪１０４Ｆの操舵角を変化させるための補助力を供給する油圧装置または電動モータを含む。自動操舵が行われるときには、作業車両１００内に配置された制御装置からの制御により、油圧装置または電動モータの力によって操舵角が自動で調整される。

複数のペダル１０９は、アクセルペダル、クラッチペダル、およびブレーキペダルを含む。それぞれのペダルには、踏み込みを検知するセンサが設けられている。

車両本体１０１の後部には、連結装置１０８が設けられている。連結装置１０８は、例えば３点支持装置（「３点リンク」または「３点ヒッチ」とも称する。）、ＰＴＯ（Power Take Off）軸、ユニバーサルジョイント、および通信ケーブルを含む。連結装置１０８によって作業機３００を作業車両１００に着脱することができる。連結装置１０８は、例えば油圧装置によって３点リンクを昇降させ、作業機３００の位置または姿勢を制御することができる。また、ユニバーサルジョイントを介して作業車両１００から作業機３００に動力を送ることができる。作業車両１００は、作業機３００を引きながら、作業機３００に所定の作業を実行させることができる。連結装置は、車両本体１０１の前方に設けられていてもよい。その場合、作業車両１００の前方に作業機を接続することができる。

図２に示す作業機３００は、ロータリ耕耘機であるが、作業機３００はロータリ耕耘機に限定されない。例えば、モーア（草刈機）、シーダ（播種機）、スプレッダ（施肥機）、レーキ作業機、ベーラ（集草機）、ハーベスタ（収穫機）、スプレイヤ、またはハローなどの、任意の作業機を作業車両１００に接続して使用することができる。

図３は、作業車両１００および作業機３００の概略的な構成の例を示すブロック図である。作業車両１００と作業機３００は、連結装置１０８に含まれる通信ケーブルを介して互いに通信することができる。

図３の例における作業車両１００は、測位装置１２０、障害物センサ１３０、操作端末２００に加え、駆動装置１４０、センサ群１５０、制御システム１６０、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１９０、操作スイッチ群２１０、およびブザー２２０を備える。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続される。測位装置１２０は、ＧＮＳＳ受信機１２１と、ＲＴＫ受信機１２２と、慣性計測装置（ＩＭＵ）１２５と、プロセッサ１２６とを備える。センサ群１５０は、例えば、ステアリングホイールセンサ１５２と、切れ角センサ１５４と、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）回転センサ１５６とを含み得る。スイッチ群２１０は、例えば、クラッチペダル２１２、前進と後進とを切り換える切換スイッチ２１４、および自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換えるスイッチ２１６とを含み得る。制御システム１６０は、記憶装置１７０と、制御装置１８０とを備える。制御装置１８０は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８２、１８３、１８４、１８５を備える。作業機３００は、駆動装置３４０と、制御装置３８０と、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）３９０とを備える。なお、図３には、作業車両１００による自動操舵または自動走行の動作との関連性が相対的に高い構成要素が示されており、それ以外の構成要素の図示は省略されている。

測位装置１２０におけるＧＮＳＳ受信機１２１は、複数のＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号を受信し、衛星信号に基づいてＧＮＳＳデータを生成する。ＧＮＳＳデータは、例えばＮＭＥＡ－０１８３フォーマットなどの所定のフォーマットで生成される。ＧＮＳＳデータは、例えば、衛星信号が受信されたそれぞれの衛星の識別番号、仰角、方位角、および受信強度を示す値を含み得る。

図３に示す測位装置１２０は、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）－ＧＮＳＳを利用して作業車両１００の測位を行う。図４は、ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位を行う作業車両１００の例を示す概念図である。ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位では、複数のＧＮＳＳ衛星５０から送信される衛星信号に加えて、基準局６０から送信される補正信号が利用される。基準局６０は、作業車両１００が作業走行を行う圃場の付近（例えば、作業車両１００から１０ｋｍ以内の位置）に設置され得る。基準局６０は、複数のＧＮＳＳ衛星５０から受信した衛星信号に基づいて、例えばＲＴＣＭフォーマットの補正信号を生成し、測位装置１２０に送信する。ＲＴＫ受信機１２２は、アンテナおよびモデムを含み、基準局６０から送信される補正信号を受信する。測位装置１２０のプロセッサ１２６は、補正信号に基づき、ＧＮＳＳ受信機１２１による測位結果を補正する。ＲＴＫ－ＧＮＳＳを用いることにより、例えば誤差数ｃｍの精度で測位を行うことが可能である。緯度、経度、および高度の情報を含む位置情報が、ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる高精度の測位によって取得される。測位装置１２０は、例えば１秒間に１回から１０回程度の頻度で、作業車両１００の位置を計算する。測位装置１２０は、計算した位置（座標）の情報を含む時系列位置データを出力する。

なお、測位方法はＲＴＫ－ＧＮＳＳに限らず、必要な精度の位置情報が得られる任意の測位方法（干渉測位法または相対測位法など）を用いることができる。例えば、ＶＲＳ（Virtual Reference Station）またはＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）を利用した測位を行ってもよい。基準局６０から送信される補正信号を用いなくても必要な精度の位置情報が得られる場合は、補正信号を用いずに位置情報を生成してもよい。その場合、測位装置１２０は、ＲＴＫ受信機１２２を備えていなくてもよい。

図３に示す測位装置１２０は、さらにＩＭＵ１２５を備えている。ＩＭＵ１２５は、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロスコープを備える。ＩＭＵ１２５は、３軸地磁気センサなどの方位センサを備えていてもよい。ＩＭＵ１２５は、モーションセンサとして機能し、作業車両１００の加速度、速度、変位、および姿勢などの諸量を示す信号を出力することができる。測位装置１２０のプロセッサ１２６は、ＧＮＳＳ信号および補正信号に加えて、ＩＭＵ１２５から出力された信号に基づいて、作業車両１００の位置および向きをより高い精度で推定することができる。ＩＭＵ１２５から出力された信号は、ＧＮＳＳ信号および補正信号に基づいて計算される位置の補正または補完に用いられ得る。ＩＭＵ１２５は、ＧＮＳＳ信号よりも高い頻度で信号を出力する。その高頻度の信号を利用して、作業車両１００の位置および向きをより高い頻度（例えば、１０Ｈｚ以上）で計測することができる。ＩＭＵ１２５に代えて、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロスコープを別々に設けてもよい。ＩＭＵ１２５は、測位装置１２０とは別の装置として設けられていてもよい。なお、測位装置１２０におけるプロセッサ１２６の少なくとも一部の機能は、制御装置１８０におけるいずれかのＥＣＵによって実行されてもよい。

測位装置１２０は、ＧＮＳＳ受信機１２１、ＲＴＫ受信機１２２、およびＩＭＵ１２５に加えて、またはこれらに代えて、ＬｉＤＡＲセンサまたはイメージセンサなどの他の種類のセンサを備えていてもよい。作業車両１００が走行する環境に、ランドマークとなり得る地物が存在する場合、これらのセンサから出力されるセンサデータと環境地図とのマッチングによって、作業車両１００の位置および向きを推定することができる。そのような構成においては、ＬｉＤＡＲセンサまたはイメージセンサなどの外界センサが測位装置に含まれ得る。

駆動装置１４０は、例えば前述の原動機１０２、変速装置１０３、操舵装置１０６、および連結装置１０８などの、作業車両１００の走行および作業機３００の駆動に必要な各種の装置を含む。原動機１０２は、例えばディーゼル機関などの内燃機関を備え得る。駆動装置１４０は、内燃機関に代えて、あるいは内燃機関とともに、トラクション用の電動モータを備えていてもよい。

ステアリングホイールセンサ１５２は、作業車両１００のステアリングホイールの回転角を計測する。切れ角センサ１５４は、操舵輪である前輪１０４Ｆの切れ角を計測する。

Ｔ／Ｍ回転センサ１５６は、車輪１０４に接続された車軸の回転速度、すなわち単位時間あたりの回転数を計測するためのセンサである。Ｔ／Ｍ回転センサ１５６は、例えば磁気抵抗素子（ＭＲ）、ホール素子、または電磁ピックアップを利用したセンサであり得る。Ｔ／Ｍ回転センサ１５６は、例えば、トランスミッションに含まれるギアの回転速度に比例するパルス信号を出力する。Ｔ／Ｍ回転センサ１５６は、作業車両１００の車速および進行方向を判断するために使用され得る。

ステアリングホイールセンサ１５２、切れ角センサ１５４、およびＴ／Ｍ回転センサ１５６による計測値は、制御装置１８０による操舵制御に利用される。

記憶装置１７０は、フラッシュメモリまたは磁気ディスクなどの１つ以上の記憶媒体を含む。記憶装置１７０は、各センサ、および制御装置１８０が生成する各種のデータを記憶する。記憶装置１７０が記憶するデータには、作業車両１００が走行する環境内の地図データ、および自動操舵の目標経路のデータが含まれ得る。記憶装置１７０は、制御装置１８０における各ＥＣＵに、後述する各種の動作を実行させるコンピュータプログラムも記憶する。そのようなコンピュータプログラムは、記憶媒体（例えば半導体メモリまたは光ディスク等）または電気通信回線（例えばインターネット）を介して作業車両１００に提供され得る。そのようなコンピュータプログラムが、商用ソフトウェアとして販売されてもよい。

制御装置１８０は、複数のＥＣＵを含む。複数のＥＣＵは、走行制御用のＥＣＵ１８２、自動操舵制御用のＥＣＵ１８３、作業機制御用のＥＣＵ１８４、および表示制御用のＥＣＵ１８５を含む。ＥＣＵ１８２は、駆動装置１４０に含まれる原動機１０２、変速装置１０３、アクセル、およびブレーキを制御することによって作業車両１００の速度を制御する。ＥＣＵ１８２はまた、ステアリングホイールセンサ１５２の計測値に基づいて、操舵装置１０６に含まれる油圧装置または電動モータを制御することにより、作業車両１００のステアリングを制御する。ＥＣＵ１８３は、測位装置１２０、ステアリングホイールセンサ１５２、切れ角センサ１５４、Ｔ／Ｍ回転センサ１５６等から出力される信号に基づいて、自動操舵運転を実現するための演算および制御を行う。自動操舵運転中、ＥＣＵ１８３は、ＥＣＵ１８２に操舵角の変更の指令を送る。ＥＣＵ１８２は、当該指令に応答して操舵装置１０６を制御することによって操舵角を変化させる。ＥＣＵ１８４は、作業機３００に所望の動作を実行させるために、連結装置１０８の動作を制御する。ＥＣＵ１８４はまた、作業機３００の動作を制御する信号を生成し、その信号を通信Ｉ／Ｆ１９０から作業機３００に送信する。ＥＣＵ１８５は、操作端末２００の表示を制御する。ＥＣＵ１８５は、例えば、操作端末２００における表示装置に、圃場のマップ、マップ中の作業車両１００の位置および目標経路、ポップアップ通知、設定画面などの様々な表示を実現させる。

これらのＥＣＵの働きにより、制御装置１８０は、手動操舵または自動操舵による運転を実現する。自動操舵運転時において、制御装置１８０は、測位装置１２０によって計測または推定された作業車両１００の位置と、記憶装置１７０に記憶された目標経路とに基づいて、駆動装置１４０を制御する。これにより、制御装置１８０は、作業車両１００を目標経路に沿って走行させることができる。

制御装置１８０に含まれる複数のＥＣＵは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）などのビークルバス規格に従って、相互に通信することができる。図３において、ＥＣＵ１８２、１８３、１８４、１８５のそれぞれは、個別のブロックとして示されているが、これらのそれぞれの機能が、複数のＥＣＵによって実現されていてもよい。また、ＥＣＵ１８２、１８３、１８４、１８５の少なくとも一部の機能を統合した車載コンピュータが設けられていてもよい。制御装置１８０は、ＥＣＵ１８２、１８３、１８４、１８５以外のＥＣＵを備えていてもよい。機能に応じて任意の個数のＥＣＵが設けられ得る。各ＥＣＵは、１つ以上のプロセッサを含む制御回路を備える。

通信Ｉ／Ｆ１９０は、作業機３００の通信Ｉ／Ｆ３９０と通信を行う回路である。通信Ｉ／Ｆ１９０は、例えばＩＳＯＢＵＳ－ＴＩＭ等のＩＳＯＢＵＳ規格に準拠した信号の送受信を、作業機３００の通信Ｉ／Ｆ３９０との間で実行する。これにより、作業機３００に所望の動作を実行させたり、作業機３００から情報を取得したりすることができる。通信Ｉ／Ｆ１９０は、有線または無線のネットワークを介して外部のコンピュータと通信してもよい。外部のコンピュータは、例えば、圃場に関する情報をクラウド上で一元管理し、クラウド上のデータを活用して農業を支援する営農支援システムにおけるサーバコンピュータであってもよい。

操作端末２００は、作業車両１００の走行および作業機３００の動作に関する操作をユーザが実行するための端末であり、バーチャルターミナル（ＶＴ）とも称される。操作端末２００は、タッチスクリーンなどの表示装置、および／または１つ以上のボタンを備え得る。ユーザは、操作端末２００を操作することにより、例えば自動操舵モードのオン／オフの切り換え、作業車両１００の初期位置の設定、目標経路の設定、地図の記録または編集、および作業機３００のオン／オフの切り換えなどの種々の操作を実行することができる。これらの操作の少なくとも一部は、操作スイッチ群２１０を操作することによっても実現できる。図３には、操作スイッチ群２１０の例として、クラッチペダル２１２、前後進切換スイッチ２１４、自動操舵切換スイッチ２１６が示されている。操作端末２００への表示は、ＥＣＵ１８５によって制御される。

ブザー２２０は、ユーザに異常を報知するための警告音を発する音声出力装置である。ブザー２２０は、例えば、自動操舵運転時に、作業車両１００が目標経路から所定距離以上逸脱した場合に警告音を発する。ブザー２２０の代わりに、操作端末２００のスピーカによって同様の機能が実現されてもよい。

作業機３００における駆動装置３４０は、作業機３００が所定の作業を実行するために必要な動作を行う。駆動装置３４０は、例えば油圧装置、電気モータ、またはポンプなどの、作業機３００の用途に応じた装置を含む。制御装置３８０は、駆動装置３４０の動作を制御する。制御装置３８０は、通信Ｉ／Ｆ３９０を介して作業車両１００から送信された信号に応答して、駆動装置３４０に各種の動作を実行させる。また、作業機３００の状態に応じた信号を通信Ｉ／Ｆ３９０から作業車両１００に送信することもできる。

図５は、キャビン１０５の内部に設けられる操作端末２００および操作スイッチ群２１０の例を示す図である。キャビン１０５の内部には、ユーザが操作可能な複数のスイッチを含むスイッチ群２１０が配置される。スイッチ群２１０は、例えば、自動操舵（オートステア）モードおよび手動操舵（マニュアルステア）モードを切り換えるためのスイッチ２１６、前進および後進を切り換えるための切換スイッチ２１４（例えばシャトルレバーまたはシャトルスイッチ）、主変速または副変速の変速段を選択するためのスイッチ、および作業機３００を昇降するためのスイッチを含み得る。図５には示されていない複数のペダル１０９（例えばクラッチペダル２１２）もスイッチ群２１０に含まれる。

＜動作＞
次に、作業車両１００の動作を説明する。本実施形態における制御装置１８０は、作業車両１００のユーザ（例えば運転者）の操作に応答して手動操舵モードと自動操舵モードとを切り換えることができる。手動操舵モードにおいて、制御装置１８０は、ユーザによるステアリングホイールの操作に応答してパワーステアリング装置を駆動することによって操舵を制御する。自動操舵モードにおいて、制御装置１８０は、測位装置１２０によって計測された作業車両１００の位置と、予め記録された目標経路とに基づいてパワーステアリング装置を駆動することによって操舵を制御する。自動操舵モードにおいても、速度はユーザによるアクセル操作およびブレーキ操作によって調整される。

図６は、自動操舵モードにおける作業車両１００の走行の例を示す図である。図６の（ａ）は、直線状の目標経路Ｐに沿って作業車両１００が走行する様子を模式的に示している。図６の（ｂ）は、曲線状の目標経路Ｐに沿って作業車両１００が走行する様子を模式的に示している。図６の（ｃ）は、隣り合う２つの直線状の経路と、それらを接続する曲線状の経路とを含む目標経路Ｐに沿って作業車両１００が走行する様子を模式的に示している。目標経路Ｐは、予め設定され、記憶装置１７０に記録される。作業車両１００が自動操舵モードで走行しているとき、制御装置１８０は、測位装置１２０によって計測された作業車両１００の位置および向きと、目標経路Ｐとの偏差を計算し、偏差を小さくするように操舵装置を制御する動作を繰り返す。これにより、目標経路Ｐに沿って作業車両１００を走行させる。

図７は、圃場内を自動操舵で走行する作業車両１００の目標経路の例を模式的に示す図である。この例において、圃場は、作業車両１００および作業機３００が作業を行う作業領域７０と、圃場の外周縁付近に位置する枕地８０とを含む。圃場の地図上でどの領域が作業領域７０および枕地８０に該当するかは、ユーザが操作端末２００を用いた操作によって事前に設定され得る。目標経路は、並列する複数の主経路Ｐ１と、複数の主経路Ｐ１を接続する複数の旋回経路Ｐ２とを含む。主経路Ｐ１は、作業領域７０内に位置し、旋回経路Ｐ２は、枕地８０に位置する。図７における破線は、作業機３００の作業幅を表している。作業幅は、予め設定され、記憶装置１７０に記録される。作業幅は、ユーザが操作端末２００を操作することによって設定され、記憶装置１７０に記録され得る。あるいは、作業幅は、作業機３００を作業車両１００に接続したときに自動で認識され、記憶装置１７０に記録されてもよい。複数の主経路Ｐ１の間隔は、作業幅に合わせられる。目標経路は、自動操舵運転が開始される前に、ユーザの操作に基づいて決定され得る。

次に、制御装置１８０による自動操舵時の制御の例を説明する。

図８は、制御装置１８０によって実行される自動操舵時の動作の例を示すフローチャートである。制御装置１８０は、作業車両１００の走行中、図８に示すステップＳ１０１からＳ１０５の動作を実行することにより、自動操舵運転を行う。制御装置１８０は、まず、測位装置１２０によって生成された作業車両１００の位置を示すデータを取得する（ステップＳ１０１）。次に、制御装置１８０は、作業車両１００の位置と、目標経路との偏差を算出する（ステップＳ１０２）。偏差は、その時点における作業車両１００の位置と、目標経路との距離を表す。制御装置１８０は、算出した位置の偏差が予め設定された閾値を超えるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。偏差が閾値を超える場合、制御装置１８０は、偏差が小さくなるように、駆動装置１４０に含まれる操舵装置の制御パラメータを変更することにより、操舵角を変更する。ステップＳ１０３において偏差が閾値を超えない場合、ステップＳ１０４の動作は省略される。続くステップＳ１０５において、制御装置１８０は、動作終了の指令を受けたか否かを判断する。動作終了の指令は、例えばユーザが操作端末２００を用いて自動操舵モードの停止を指示したり、作業車両１００が目的地に到達したりした場合に出され得る。動作終了の指令が出されていない場合、ステップＳ１０１に戻り、新たに計測された作業車両１００の位置に基づいて、同様の動作を実行する。制御装置１８０は、動作終了の指令が出されるまで、ステップＳ１０１からＳ１０５の動作を繰り返す。上記の動作は、制御装置１８０におけるＥＣＵ１８３によって実行される。

図８に示す例では、制御装置１８０は、測位装置１２０によって特定された作業車両１００の位置と目標経路との偏差のみに基づいて駆動装置１４０を制御するが、方位の偏差もさらに考慮して制御してもよい。例えば、制御装置１８０は、測位装置１２０によって特定された作業車両１００の向きと、目標経路の方向との角度差である方位偏差が予め設定された閾値を超える場合に、その偏差に応じて駆動装置１４０の操舵装置の制御パラメータ（例えば操舵角）を変更してもよい。

以下、図９Ａから図９Ｄを参照しながら、制御装置１８０による操舵制御の例をより具体的に説明する。

図９Ａは、目標経路Ｐに沿って走行する作業車両１００の例を示す図である。図９Ｂは、目標経路Ｐから右にシフトした位置にある作業車両１００の例を示す図である。図９Ｃは、目標経路Ｐから左にシフトした位置にある作業車両１００の例を示す図である。図９Ｄは、目標経路Ｐに対して傾斜した方向を向いている作業車両１００の例を示す図である。これらの図において、測位装置１２０によって計測された作業車両１００の位置および向きを示すポーズがｒ（ｘ，ｙ，θ）と表現されている。（ｘ，ｙ）は、地球に固定された２次元座標系であるＸＹ座標系における作業車両１００の基準点の位置を表す座標である。図９Ａから図９Ｄに示す例において、作業車両１００の基準点はキャビン上のＧＮＳＳアンテナが設置された位置にあるが、基準点の位置は任意である。θは、作業車両１００の計測された向きを表す角度である。図示されている例においては、目標経路ＰがＹ軸に平行であるが、一般的には目標経路ＰはＹ軸に平行であるとは限らない。

図９Ａに示すように、作業車両１００の位置および向きが目標経路Ｐから外れていない場合には、制御装置１８０は、作業車両１００の操舵角および速度を変更せずに維持する。

図９Ｂに示すように、作業車両１００の位置が目標経路Ｐから右側にシフトしている場合には、制御装置１８０は、作業車両１００の走行方向が左寄りに傾き、経路Ｐに近付くように、駆動装置１４０に含まれるステアリングホイールの回転角を変更して操舵角を変更する。このとき、操舵角に加えて速度も併せて変更してもよい。操舵角の大きさは、例えば位置偏差Δｘの大きさに応じて調整され得る。

図９Ｃに示すように、作業車両１００の位置が目標経路Ｐから左側にシフトしている場合には、制御装置１８０は、作業車両１００の走行方向が右寄りに傾き、経路Ｐに近付くように、ステアリングホイールの回転角を変更して操舵角を変更する。この場合も、操舵角に加えて速度も併せて変更してもよい。操舵角の変化量は、例えば位置偏差Δｘの大きさに応じて調整され得る。

図９Ｄに示すように、作業車両１００の位置は目標経路Ｐから大きく外れていないが、向きが目標経路Ｐの方向とは異なる場合は、制御装置１８０は、方位偏差Δθが小さくなるように操舵角を変更する。この場合も、操舵角に加えて速度も併せて変更してもよい。操舵角の大きさは、例えば位置偏差Δｘおよび方位偏差Δθのそれぞれの大きさに応じて調整され得る。例えば、位置偏差Δｘの絶対値が小さいほど方位偏差Δθに応じた操舵角の変化量を大きくしてもよい。位置偏差Δｘの絶対値が大きい場合には、経路Ｐに戻るために操舵角を大きく変化させることになるため、必然的に方位偏差Δθの絶対値が大きくなる。逆に、位置偏差Δｘの絶対値が小さい場合には、方位偏差Δθをゼロに近づけることが必要である。このため、操舵角を決定するための方位偏差Δθの重み（すなわち制御ゲイン）を相対的に大きくすることが妥当である。

作業車両１００の操舵制御および速度制御には、ＰＩＤ制御またはＭＰＣ制御（モデル予測制御）などの制御技術が適用され得る。これらの制御技術を適用することにより、作業車両１００を目標経路Ｐに近付ける制御を滑らかにすることができる。

なお、走行中に１つ以上の障害物センサ１３０によって障害物が検出された場合には、制御装置１８０は、作業車両１００を停止させるか、自動操舵モードから手動操舵モードに切り換えてもよい。制御装置１８０は、障害物が検出された場合に障害物を回避するように駆動装置１４０を制御してもよい。

＜低速時の進行方向判断＞
次に、自動操舵モードにおいて、作業車両１００が低速で移動しているときに進行方向を判断する方法の例を説明する。

作業車両１００が自動操舵モードで走行するとき、制御装置１８０は、Ｔ／Ｍ回転センサ１５６から出力された信号に基づいて、作業車両１００の進行方向、すなわち前進しているか後進しているかを判断することができる。しかし、作業車両１００の移動速度が例えば０．５ｋｍ／ｈを下回るほど低い場合、車軸の回転速度が低すぎるために、Ｔ／Ｍ回転センサ１５６からの信号に基づいて進行方向を判断することができなくなる。このため、そのような低速域においては、制御装置１８０は、例えばＲＴＫ－ＧＮＳＳを利用する測位装置１２０から出力される時系列位置データに基づいて進行方向を判断することができる。しかしながら、そのような高精度の測位が可能な測位装置１２０を用いた場合であっても、車速が例えば０．２ｋｍ／ｈを下回るほどの極低速域では、測位装置１２０から出力された時系列位置データに基づく進行方向の判断の信頼性が低くなる。これは、時系列位置データにおける座標値のばらつきに対して作業車両１００の実際の変位が小さすぎるために、前進、後進の判断が困難になるからである。そこで、本実施形態では、車速が例えば０．２ｋｍ／ｈを下回るような極低速域においては、測位装置１２０からの時系列位置データに加えて、前進と後進とを切り換える切換スイッチ２１４の状態も考慮して、進行方向が判断される。これにより、極低速域における進行方向判断の信頼性を向上させることができる。

図１０は、作業車両１００の移動速度（車速）に応じた進行方向判断の方法の一例を示すフローチャートである。図１０に示す動作は、制御装置１８０におけるＥＣＵ１８３によって実行される。以下、各ステップの動作を説明する。

ステップＳ１２１において、制御装置１８０は、車速が第１閾値以上であるか否かを判定する。第１閾値は、例えば０．５ｋｍ／ｈなどの比較的低い値に設定され得る。第１閾値は、システムの構成または要求される性能に応じて適宜変更され得る。第１閾値は、例えば、０．３ｋｍ／ｈ以上１．０ｋｍ／ｈ以下、あるいは０．４ｋｍ／ｈ以上０．７ｋｍ／ｈ以下の値に設定され得る。車速が第１閾値以上である場合は、ステップＳ１２３に進む。車速が第１閾値未満である場合は、ステップＳ１２２に進む。

ステップＳ１２２において、制御装置１８０は、車速が第１閾値よりも小さい第２閾値以上であるか否かを判定する。第２閾値は、前述の「第１速度」に相当し、例えば０．２ｋｍ／ｈなどの低い値に設定され得る。第２閾値は、システムの構成または要求される性能に応じて適宜変更され得る。第２閾値（第１速度）は、例えば、０．１ｋｍ／ｈ以上０．３ｋｍ／ｈ以下、あるいは０．１５ｋｍ／ｈ以上０．２５ｋｍ／ｈ以下の値に設定され得る。車速が第２閾値以上である場合は、ステップＳ１２４に進む。車速が第２閾値未満の場合は、ステップＳ１２５に進む。

ステップＳ１２１、Ｓ１２２において、制御装置１８０は、Ｔ／Ｍ回転センサ１５６から出力される信号、または測位装置１２０から出力される時系列位置データに基づいて車速を推定することができる。例えば、車速が第１閾値以上である場合は、Ｔ／Ｍ回転センサ１５６から出力される信号に基づいて車速が推定され得る。一方、車速が第１閾値未満である場合は、測位装置１２０から出力される時系列位置データに基づいて車速が推定され得る。車速の推定には、ＩＭＵ１２５から出力された信号が利用されてもよい。

ステップＳ１２３において、制御装置１８０は、Ｔ／Ｍ回転センサ１５６から出力される信号に基づいて作業車両１００の進行方向（すなわち前進または後進）を判断する。車速が第１閾値以上の場合には、Ｔ／Ｍ回転センサ１５６から出力される信号に基づいて進行方向を正確に判断することができる。

ステップＳ１２４において、制御装置１８０は、測位装置１２０から出力される時系列位置データに基づいて作業車両１００の進行方向を判断する。車速が第１閾値未満である場合には、Ｔ／Ｍ回転センサ１５６から出力される信号に基づいて進行方向を正確に判断することができなくなる。このため、制御装置１８０は、測位装置１２０から出力される時系列位置データすなわち座標値の時間変化に基づいて進行方向を判断する。

ステップＳ１２５において、制御装置１８０は、測位装置１２０から出力される時系列位置データと、前進と後進とを切り換えるための切換スイッチ２１４の状態とに基づいて作業車両１００の進行方向を判断する。車速が第２閾値（第１速度）よりも低い場合、測位装置１２０がＲＴＫ－ＧＮＳＳを利用した高精度の位置データを出力する場合であっても、当該位置データに基づく進行方向判断に誤りが生じる可能性がある。そこで、車速が第２閾値（第１速度）よりも低い場合には、測位装置１２０から出力される時系列位置データに加えて、切換スイッチ２１４の状態に基づいて進行方向が判断される。例えば、制御装置１８０は、時系列位置データから推定される進行方向と、切換スイッチ２１４が示す進行方向とが一致する場合に、その進行方向に作業車両１００が移動していると判断する。これにより、進行方向判断の信頼性を向上させることができる。

制御装置１８０は、作業車両１００の動作中、ステップＳ１２１からＳ１２５の動作を繰り返す。図１０に示す進行方向判断は、自動操舵運転中か否かに関わらず実行される。

以上の動作により、車速が第１速度を下回るような極低速域においても、作業車両１００の進行方向をより正確に判断することが可能になる。これにより、極低速域における自動操舵の信頼性を向上させることができる。

本実施形態において、制御装置１８０は、自動操舵モードにおいて、作業車両１００の移動速度が第１速度よりも低い状態で、切換スイッチ２１４による前進と後進との切換操作が行われたとき、自動操舵を一時的に解除する待機モードに移行してもよい。さらに、待機モードに移行した時点から所定時間（以下、「第１時間」と称することがある。）以内に、所定の復帰条件を満たす場合、待機モードから自動操舵モードに復帰してもよい。復帰条件は、例えば、「時系列位置データから推定される進行方向と、切換スイッチ２１４が示す進行方向とが一致する」という条件（第１条件）を含み得る。第１時間は、例えば５秒または１０秒などの時間であり、予め設定され得る。第１時間は、例えば、１秒以上３０秒以下の長さに設定され得る。

復帰条件は、さらに、「作業車両の移動速度が第２速度以上である」という条件（第２条件）を含んでいてもよい。ここで、第２速度は、第１速度以下の値に設定され得る。例えば、第１速度が０．２ｋｍ／ｈである場合、第２速度は、０．１ｋｍ／ｈまたは０．１５ｋｍ／ｈなどの、第１速度よりも低い値に設定され得る。第２速度は、第１速度と同一の値に設定されてもよいし、第１速度よりも高い値に設定されてもよい。

本実施形態における作業車両１００は、原動機１０２と、変速装置１０３と、原動機１０２から変速装置１０３への動力伝達の有無を切り換えるクラッチとを備えている。クラッチは、クラッチペダル２１２によって操作される。この場合、復帰条件は、さらに、「クラッチが繋がっている」という条件（第３条件）を含み得る。制御装置１８０は、例えば、クラッチペダル２１２が踏まれていない場合、すなわちユーザによるクラッチ切断の操作の入力がない場合に、クラッチが繋がっていると判定することができる。制御装置１８０は、クラッチペダル２１２に設けられたセンサからの信号に基づいて、クラッチが繋がっているか否かを判定することができる。クラッチが繋がっていない（すなわちクラッチが切断されている）場合、原動機１０２からの動力が変速装置１０３に伝達されず、車軸の回転方向の変化をもたらさないことから、復帰条件には第３条件が含まれ得る。

制御装置１８０は、待機モードに移行した後、所定時間以内に、作業車両１００の移動速度が第１速度を超えた場合、第１条件などの他の条件を満たしているか否かに関わらず、自動操舵モードに復帰してもよい。移動速度が第１速度を超えた場合、切換スイッチ２１４の状態によらず、測位装置１２０からの時系列位置データに基づいて進行方向を比較的正確に判断することが可能であるからである。

制御装置１８０は、待機モードに移行した時点から所定時間以内に復帰条件を満たさない場合、待機モードから手動操舵モードに移行してもよい。手動操舵モードにおいて、制御装置１８０は、ユーザによって自動運転モードへの切り換えの操作が行われるまで、手動操舵モードを維持する。

以下、図１１から図１３を参照しながら、低速走行時に切換スイッチ２１４を用いた前後進の切換操作が行われたときの動作の具体例を説明する。

図１１から図１３は、作業車両１００が低速で走行しているときに切換スイッチ２１４（この例ではシャトルレバー）が操作された場合における自動操舵のモード変更の動作の一例を示している。図１１から図１３に示されているグラフは、作業車両１００の実際の車速（絶対値）の時間変化の例を示している。グラフの下には、作業車両１００の実際の進行方向、測位装置１２０から出力される時系列位置データに基づく進行方向、シャトルレバーが示す進行方向、および自動操舵の状態が示されている。前進は「Ｆ」、後進は「Ｒ」、自動操舵モードの状態は「Ａｃｔｉｖｅ」、待機モードの状態は「Ｐｅｎｄｉｎｇ」、手動操舵モードの状態は「Ｄｉｓｅｎｇａｇｅｄ」と表現されている。時系列位置データに基づく進行方向は、ＧＮＳＳデータに基づく進行方向であり、例えば測位装置１２０のプロセッサ１２６によって推定され得る。

図１１の例では、自動操舵モードにおいて作業車両１００が０．１５ｋｍ／ｈで前進している状態で、時刻ｔに、ユーザ（運転者）が切換スイッチ２１４（シャトルレバー）を操作して、前進から後進への切換操作を行っている。このような操作は、例えば図１４に例示するように、圃場の作業領域７０の外側の枕地８０で作業車両１００を旋回させた後、目標の経路Ｐに近づけるために、作業車両１００を一旦後進させる場合などに行われ得る。シャトルレバーの切換操作に応答して、制御装置１８０は、自動操舵を一時的に解除し、待機モード（Ｐｅｎｄｉｎｇ）に移行する。ユーザがシャトルレバーを切り換えた後も、しばらくは前進の状態が続き、ある時点で作業車両１００の実際の進行方向が後進の方向に切り換わる。その後、作業車両１００の後進速度は徐々に増加し、ある時点で時系列位置データに基づいて推定される進行方向が前進方向（Ｆ）から後進方向（Ｒ）に変化する。これにより、時系列位置データに基づいて推定される進行方向と、シャトルレバーが示す進行方向とが一致する。図１１の例では、時刻ｔから所定時間ｘ（例えば５秒または１０秒）が経過する前に両者の進行方向が一致している。制御装置１８０は、前後進の切換操作を検知してから所定時間ｘが経過する前に、時系列位置データに基づく進行方向と、シャトルレバーが示す進行方向とが一致したことを検知すると、自動操舵の状態を「Ｐｅｎｄｉｎｇ」から「Ａｃｔｉｖｅ」に変更する。すなわち、待機モードから自動操舵モードに復帰する。以後、制御装置１８０は、自動操舵モードで作業車両１００を後進させる。

一方、図１２に示す例では、測位装置１２０から出力される時系列位置データに基づいて推定される進行方向が、シャトルレバーの切換操作から所定時間ｘが経過しても、前進方向（Ｆ）のままである。このような場合、制御装置１８０は、切換操作が行われた時刻ｔから所定時間ｘが経過した時点で、自動操舵の状態を「Ｐｅｎｄｉｎｇ」から「Ｄｉｓｅｎｇａｇｅｄ」に変更する。すなわち、待機状態から手動操舵モードに移行する。以後、時系列位置データに基づく進行方向が後進方向（Ｒ）に反転したとしても、手動操舵モードが継続される。その後、ユーザから自動操舵モードの開始の操作が行われるまで、手動操舵モードが維持される。

制御装置１８０は、待機モードから手動操舵モードに移行した場合、操作端末２００などの表示装置（ディスプレイ）に警告を表示させたり、ブザー２２０に警告音を発出させたりしてもよい。また、制御装置１８０は、作業車両１００の走行中、現在のモードが自動操舵モード、待機モード、手動操舵モードのいずれであるのかを表示装置に表示させてもよい。制御装置１８０は、作業車両１００の進行方向の判断の結果を操作端末２００の表示装置に表示させてもよい。

図１５は、操作端末２００の表示の一例を示す図である。この例では、制御装置１８０は、作業車両１００および目標経路Ｐを含む圃場の地図を操作端末２００のディスプレイに表示させる。制御装置１８０は、作業車両１００の進行方向（前進または後進）の判断の結果を、図１５に示すように矢印でディスプレイに表示させてもよい。図１５の例では、自動操舵モードのオン、オフを示すアイコン８６と、警告メッセージ９２とが表示されている。制御装置１８０は、現在のモードが自動操舵モード（Ａｃｔｉｖｅ）、待機モード（Ｐｅｎｄｉｎｇ）、手動操舵モード（Ｄｉｓｅｎｇａｇｅｄ）のいずれであるのかを、例えばアイコン８６の色で表現してもよい。例えば、「Ａｃｔｉｖｅ」は緑色、「Ｐｅｎｄｉｎｇ」は黄色、「Ｄｉｓｅｎｇａｇｅｄ」は灰色といった具合に、アイコン８６の色を変化させてもよい。制御装置１８０はまた、「Ｐｅｎｄｉｎｇ」から「Ｄｉｓｅｎｇａｇｅｄ」に切り換えたとき、操作端末２００に、例えば「自動操舵が解除されました。０．２ｋｍ／ｈ以上に増速してください。」のような、ユーザに増速を促す警告メッセージ９２を表示させてもよい。制御装置１８０は、このような警告表示に加えて、ブザー２２０に警告音を発出させてもよい。このような警告を出力することにより、自動操舵が解除されたことをユーザに効果的に知らせることができる。

図１１および図１２の例では、作業車両１００が低速で前進している状態でユーザが切換スイッチ２１４を操作して前進から後進に切り換えているが、ユーザは後進から前進に切り換える場合もある。制御装置１８０は、作業車両１００が低速で後進している状態でユーザが切換スイッチ２１４を操作して後進から前進に切り換えた場合も、上記と同様の制御を行ってもよい。

図１１の例では、ユーザによる前進と後進との切換操作から所定時間ｘ（第１時間）以内に、時系列位置データに基づく進行方向と切換スイッチ２１４が示す進行方向とが一致した時点で「Ｐｅｎｄｉｎｇ」から「Ａｃｔｉｖｅ」に復帰する。すなわち、前述の第１条件を満たした場合に、待機状態から自動操舵モードに復帰する。第１条件だけでなく、さらに、車速が第２速度を超えたという第２条件を課してもよい。すなわち、制御装置１８０は、上記の第１条件と第２条件とを含む復帰条件を満たした場合に、待機モードから自動操舵モードに復帰してもよい。第２速度は、例えば０．１ｋｍ／ｈなどの、第１速度よりも低い値に設定され得る。

図１３は、待機モードにおいて、第１条件と第２条件の両方を満たす場合に自動操舵モードに復帰する例を示す図である。図１３の例では、時系列位置データに基づいて推定される進行方向が前進方向（Ｆ）から後進方向（Ｒ）に切り替わるタイミングが、図１１の例よりも早い。そのタイミングでは、車速が第２速度（図１３の例では０．１ｋｍ／ｈ）未満であるため、自動操舵はまだ「Ａｃｔｉｖｅ」にならず、「Ｐｅｎｄｉｎｇ」（待機モード）のままである。その後、車両１００の後進速度が増加し、第２速度を超えると、「Ｐｅｎｄｉｎｇ」から「Ａｃｔｉｖｅ」に切り替わる。この例のように、制御装置１８０は、第１条件および第２条件の両方を含む復帰条件を満たす場合に、待機モードから自動操舵モードに復帰してもよい。

図１１から図１３に示す制御は、ユーザがクラッチペダル２１２を踏み込んで切換スイッチ２１４（シャトルレバー）の操作を行った後、クラッチペダル２１２が踏み込まれていない状態（すなわち、クラッチが繋がっている状態）に戻したことを前提としている。すなわち、制御装置１８０は、前述の第１条件および第３条件を含む復帰条件、または第１条件、第２条件、および第３条件の全てを含む復帰条件を満たした場合に、待機モードから自動操舵モードに復帰する。しかしながら、ユーザは、切換スイッチ２１４の操作を行った後、クラッチペダル２１２を離さず、踏み続けることがあり得る。その場合、クラッチが切断された状態であるため、作業車両１００の実際の進行方向は変化しない。また、ユーザは、作業車両１００を停止させるために切換スイッチ２１４を中立（ニュートラル）に切り換えることもある。その場合も、変速装置内で動力が遮断されるため、作業車両１００の実際の進行方向は変化しない。このような場合に対処するため、制御装置１８０は、自動操舵モードにおいて、切換スイッチ２１４が中立の状態、またはクラッチが切断された状態（例えばクラッチペダル２１２が踏まれた状態）が、所定時間（以下、「第２時間」と称することがある。）以上継続した場合、自動操舵モードから手動操舵モードに切り換えてもよい。第２時間は、前述の第１時間と同一であってもよいし、異なっていてもよい。第２時間は、例えば、１秒以上３０秒以下の長さに設定され得る。制御装置１８０は、自動操舵モードにおいて、切換スイッチ２１４が中立の状態、またはクラッチが切断された状態になってから第２時間が経過するまでは、移動速度が第１速度（例えば０．２ｋｍ／ｈ）以上であれば、自動操舵モードを継続し、移動速度が第１速度未満であれば、自動操舵モードから待機モードに移行してもよい。そのような制御により、ユーザがクラッチペダル２１２を踏み続けた場合や、シャトルレバーをニュートラルに切り換えた場合に、モードを適切に切り換えることができる。

上記のように、本実施形態では、図１０に示すように、制御装置１８０は、自動操舵モードにおいて、車速が第１閾値（第３速度）以上の場合、Ｔ／Ｍ回転センサ１５６から出力される信号に基づいて進行方向を判断する。また、制御装置１８０は、車速が第２閾値（第１速度）以上第１閾値（第３速度）未満の場合、切換スイッチ２１４の状態によらず、時系列位置データに基づいて、作業車両１００の進行方向を判断する。しかし、このような制御は一例に過ぎない。第３速度を設定することなく、車速が第１速度以上の場合は、切換スイッチ２１４の状態によらず時系列位置データに基づいて進行方向を判断してもよい。あるいは、第１速度が例えば０．５ｋｍ／ｈに近い値に設定される場合、車速が第１速度以上の場合は切換スイッチ２１４の状態によらずＴ／Ｍ回転センサ１５６から出力される信号に基づいて進行方向を判断してもよい。

以上の実施形態において、作業車両１００は、無人で自動運転を行う作業車両であってもよい。その場合には、キャビン、運転席、ステアリングホイール、操作端末などの、有人運転にのみ必要な構成要素は、作業車両１００に設けられていなくてもよい。無人の作業車両は、自律走行、またはユーザによる遠隔操作によって、前述の実施形態における動作と同様の動作を実行してもよい。

以上の実施形態における各種の機能を提供する制御システムを、それらの機能を有しない作業車両に後から取り付けることもできる。そのような制御システムは、作業車両とは独立して製造および販売され得る。そのような制御システムで使用されるコンピュータプログラムも、作業車両とは独立して製造および販売され得る。コンピュータプログラムは、例えばコンピュータが読み取り可能な非一時的な記憶媒体に格納されて提供され得る。コンピュータプログラムは、電気通信回線（例えばインターネット）を介したダウンロードによっても提供され得る。

以上のように、本開示は、以下の項目に記載の作業車両、制御システム、および制御方法を含む。

［項目１］
前進および後進の両方で自動操舵運転を行うことが可能な作業車両であって、
前記作業車両の時系列位置データを出力する測位装置と、
自動操舵モードにおいて、前記時系列位置データと、予め設定された目標経路とに基づいて、前記作業車両の操舵制御を行う制御装置と、
前記作業車両の前進と後進とを切り換えるための切換スイッチと、
を備え、
前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記作業車両の移動速度が第１速度よりも低い場合、前記時系列位置データと、前記切換スイッチの状態とに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断する、
作業車両。

［項目２］
前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記移動速度が前記第１速度よりも低い状態で、前記切換スイッチによる前進と後進との切換操作が行われたとき、前記自動操舵を一時的に解除する待機モードに移行する、項目１に記載の作業車両。

［項目３］
前記待機モードに移行した時点から所定の第１時間以内に、
第１条件：前記時系列位置データから推定される進行方向と、前記切換スイッチが示す進行方向とが一致する、
を含む復帰条件を満たす場合、前記待機モードから前記自動操舵モードに復帰する、
項目２に記載の作業車両。

［項目４］
前記復帰条件は、
第２条件：前記作業車両の移動速度が第２速度以上である、
を含む、項目３に記載の作業車両。

［項目５］
前記第２速度は、前記第１速度以下である、項目４に記載の作業車両。

［項目６］
前記制御装置は、
前記待機モードに移行した時点から前記第１時間以内に前記復帰条件を満たさない場合、前記待機モードから手動操舵モードに移行し、
前記手動操舵モードにおいて、ユーザによって前記自動操舵モードへの切り換えの操作が行われるまで、前記手動操舵モードを維持する、
項目３から５のいずれかに記載の作業車両。

［項目７］
前記制御装置は、前記待機モードから前記手動操舵モードに移行したとき、運転者に増速を促す警告を表示装置に表示させる、項目６に記載の作業車両。

［項目８］
原動機と、
変速装置と、
前記原動機から前記変速装置への動力伝達の有無を切り換えるクラッチと、
をさらに備え、
前記復帰条件は、さらに、
第３条件：前記クラッチが繋がっている、
を含む、項目３から５のいずれかに記載の作業車両。

［項目９］
前記切換スイッチは、前進、中立、後進を切り換えるための操作具であり、
前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、
前記切換スイッチが中立の状態、または前記クラッチが切断された状態が、所定の第２時間以上継続した場合、前記自動操舵モードから手動操舵モードに移行する、
項目８に記載の作業車両。

［項目１０］
前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、
前記切換スイッチが中立の状態、または前記クラッチが切断された状態になってから前記第２時間が経過していないとき、
前記移動速度が前記第１速度以上であれば、前記自動操舵モードを継続し、
前記移動速度が前記第１速度未満であれば、前記自動操舵モードから前記待機モードに移行する、
項目９に記載の作業車両。

［項目１１］
前記第１速度は、０．１５ｋｍ／ｈ以上０．２５ｋｍ／ｈ以下である、項目１から５のいずれかに記載の作業車両。

［項目１２］
前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記移動速度が前記第１速度以上第３速度未満の場合、前記切換スイッチの状態によらず、前記時系列位置データに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断する、項目１から５のいずれかに記載の作業車両。

［項目１３］
前記測位装置は、ＧＮＳＳ受信機を含む、項目１から５のいずれかに記載の作業車両。

［項目１４］
前記制御装置は、前記作業車両の前記進行方向の判断の結果を表示装置に表示させる、項目１から５のいずれかに記載の作業車両。

［項目１５］
前進および後進の両方で自動操舵運転を行うことが可能な作業車両の制御システムであって、
前記作業車両は、前記作業車両の時系列位置データを出力する測位装置と、前記作業車両の前進と後進とを切り換えるための切換スイッチと、を備え、
前記制御システムは、自動操舵モードにおいて、前記時系列位置データと、予め設定された目標経路とに基づいて、前記作業車両の操舵制御を行う制御装置を備え、
前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記作業車両の移動速度が第１速度よりも低い場合、前記時系列位置データと、前記切換スイッチの状態とに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断する、
制御システム。

［項目１６］
前進および後進の両方で自動操舵運転を行うことが可能な作業車両の制御方法であって、
前記作業車両は、前記作業車両の時系列位置データを出力する測位装置と、前記作業車両の前進と後進とを切り換えるための切換スイッチと、を備え、
自動操舵モードにおいて、前記時系列位置データと、予め設定された目標経路とに基づいて、前記作業車両の操舵制御を行うことと、
前記自動操舵モードにおいて、前記作業車両の移動速度が第１速度よりも低い場合、前記時系列位置データと、前記切換スイッチの状態とに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断することと、
を含む制御方法。

本開示の技術は、例えばトラクタ、移植機、または収穫機などの、農業用途で使用される作業車両に適用することができる。本開示の技術は、例えば建設作業車または除雪車などの、農業以外の用途で使用される作業車両にも適用することができる。

５０・・・ＧＮＳＳ衛星、６０・・・基準局、７０・・・作業領域、８０・・・枕地、１００・・・作業車両、１０１・・・車両本体、１０２・・・原動機、１０３・・・変速装置、１０４・・・車輪、１０５・・・キャビン、１０６・・・操舵装置、１０７・・・運転席、１０８・・・連結装置、１０９・・・ペダル、１２０・・・測位装置、１２１・・・ＧＮＳＳ受信機、１２２・・・ＲＴＫ受信機、１２５・・・慣性計測装置（ＩＭＵ）、１２６・・・プロセッサ、１３０・・・障害物センサ、１４０・・・駆動装置、１５０・・・センサ群、１５２・・・ステアリングホイールセンサ、１５４・・・切れ角センサ、１５６・・・Ｔ／Ｍ回転センサ、１６０・・・制御システム、１７０・・・記憶装置、１８０・・・制御装置、１８２、１８３、１８４、１８５・・・ＥＣＵ、１９０・・・通信インタフェース、２００・・・操作端末、２１０・・・操作スイッチ群、２１２・・・クラッチペダル、２１４・・・前後進切換スイッチ、２１６・・・自動操舵切換スイッチ、２２０・・・ブザー、３００・・・作業機、３４０・・・駆動装置、３６０・・・制御装置、３９０・・・通信インタフェース

Claims (16)

1. 前進および後進の両方で自動操舵運転を行うことが可能な作業車両であって、
   前記作業車両の時系列位置データを出力する測位装置と、
   自動操舵モードにおいて、前記時系列位置データと、予め設定された目標経路とに基づいて、前記作業車両の操舵制御を行う制御装置と、
   前記作業車両の前進と後進とを切り換えるための切換スイッチと、
   を備え、
   前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記作業車両の移動速度が第１速度よりも低い場合、前記時系列位置データと、前記切換スイッチの状態とに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断する、
   作業車両。
2. 前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記移動速度が前記第１速度よりも低い状態で、前記切換スイッチによる前進と後進との切換操作が行われたとき、前記自動操舵を一時的に解除する待機モードに移行する、請求項１に記載の作業車両。
3. 前記待機モードに移行した時点から所定の第１時間以内に、
   第１条件：前記時系列位置データから推定される進行方向と、前記切換スイッチが示す進行方向とが一致する、
   を含む復帰条件を満たす場合、前記待機モードから前記自動操舵モードに復帰する、
   請求項２に記載の作業車両。
4. 前記復帰条件は、
   第２条件：前記作業車両の移動速度が第２速度以上である、
   を含む、請求項３に記載の作業車両。
5. 前記第２速度は、前記第１速度以下である、請求項４に記載の作業車両。
6. 前記制御装置は、
   前記待機モードに移行した時点から前記第１時間以内に前記復帰条件を満たさない場合、前記待機モードから手動操舵モードに移行し、
   前記手動操舵モードにおいて、ユーザによって前記自動操舵モードへの切り換えの操作が行われるまで、前記手動操舵モードを維持する、
   請求項３から５のいずれかに記載の作業車両。
7. 前記制御装置は、前記待機モードから前記手動操舵モードに移行したとき、運転者に増速を促す警告を表示装置に表示させる、請求項６に記載の作業車両。
8. 原動機と、
   変速装置と、
   前記原動機から前記変速装置への動力伝達の有無を切り換えるクラッチと、
   をさらに備え、
   前記復帰条件は、さらに、
   第３条件：前記クラッチが繋がっている、
   を含む、請求項３から５のいずれかに記載の作業車両。
9. 前記切換スイッチは、前進、中立、後進を切り換えるための操作具であり、
   前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、
   前記切換スイッチが中立の状態、または前記クラッチが切断された状態が、所定の第２時間以上継続した場合、前記自動操舵モードから手動操舵モードに移行する、
   請求項８に記載の作業車両。
10. 前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、
    前記切換スイッチが中立の状態、または前記クラッチが切断された状態になってから前記第２時間が経過していないとき、
    前記移動速度が前記第１速度以上であれば、前記自動操舵モードを継続し、
    前記移動速度が前記第１速度未満であれば、前記自動操舵モードから前記待機モードに移行する、
    請求項９に記載の作業車両。
11. 前記第１速度は、０．１５ｋｍ／ｈ以上０．２５ｋｍ／ｈ以下である、請求項１から５のいずれかに記載の作業車両。
12. 前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記移動速度が前記第１速度以上第３速度未満の場合、前記切換スイッチの状態によらず、前記時系列位置データに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断する、請求項１から５のいずれかに記載の作業車両。
13. 前記測位装置は、ＧＮＳＳ受信機を含む、請求項１から５のいずれかに記載の作業車両。
14. 前記制御装置は、前記作業車両の前記進行方向の判断の結果を表示装置に表示させる、請求項１から５のいずれかに記載の作業車両。
15. 前進および後進の両方で自動操舵運転を行うことが可能な作業車両の制御システムであって、
    前記作業車両は、前記作業車両の時系列位置データを出力する測位装置と、前記作業車両の前進と後進とを切り換えるための切換スイッチと、を備え、
    前記制御システムは、自動操舵モードにおいて、前記時系列位置データと、予め設定された目標経路とに基づいて、前記作業車両の操舵制御を行う制御装置を備え、
    前記制御装置は、前記自動操舵モードにおいて、前記作業車両の移動速度が第１速度よりも低い場合、前記時系列位置データと、前記切換スイッチの状態とに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断する、
    制御システム。
16. 前進および後進の両方で自動操舵運転を行うことが可能な作業車両の制御方法であって、
    前記作業車両は、前記作業車両の時系列位置データを出力する測位装置と、前記作業車両の前進と後進とを切り換えるための切換スイッチと、を備え、
    自動操舵モードにおいて、前記時系列位置データと、予め設定された目標経路とに基づいて、前記作業車両の操舵制御を行うことと、
    前記自動操舵モードにおいて、前記作業車両の移動速度が第１速度よりも低い場合、前記時系列位置データと、前記切換スイッチの状態とに基づいて、前記作業車両の進行方向を判断することと、
    を含む制御方法。

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