(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して本願の開示する作業車両の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0013】
<作業車両(トラクタ)1の全体構成>
まず、
図1を参照して作業車両1の全体構成について説明する。
図1は、実施形態に係る作業車両1の説明図であり、作業車両1の概略左側面図である。なお、以下では、作業車両1としてトラクタを例に説明する。作業車両であるトラクタ1は、自走しながら圃場などで作業を行う農用トラクタである。
【0014】
また、以下において、前後方向とは、トラクタ1の直進時における進行方向であり、進行方向の前方側を「前」、後方側を「後」と規定する。トラクタ1の進行方向とは、直進時において、後述する操縦席8からステアリングホイール9に向かう方向である(
図1参照)。
【0015】
左右方向とは、前後方向に対して水平に直交する方向である。以下では、「前」側へ向けて左右を規定する。すなわち、トラクタ1の操縦者(「作業者」ともいう)が操縦席8に着席して前方を向いた状態で、左手側が「左」、右手側が「右」である。
【0016】
上下方向とは、鉛直方向である。前後方向、左右方向および上下方向は互いに直交する。なお、各方向は説明の便宜上定義したものであり、これらの方向によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、トラクタ1を指して「機体」という場合がある。
【0017】
図1に示すように、トラクタ1は、走行車体2と、作業機Wとを備える。走行車体2は、車体フレーム3と、前輪4と、後輪5と、ボンネット6と、エンジンEと、操縦部7と、ミッションケース10とを備える。車体フレーム3は、走行車体2のメインフレームである。
【0018】
前輪4は、左右一対であり、主に操舵用の車輪、すなわち、操舵輪となる。後輪5は、左右一対であり、主に駆動用の車輪、すなわち、駆動輪となる。トラクタ1は、後輪5が駆動する二輪駆動(2WD)と、前輪4および後輪5が共に駆動する四輪駆動(4WD)とを切り替え可能に構成されてもよい。この場合、駆動輪は、前輪4および後輪5の両方である。
【0019】
ボンネット6は、走行車体2の前部において開閉自在に設けられる。ボンネット6は、後部を回動中心として、図中、矢線Rで示すように、上下方向に回動(開閉)可能である。また、ボンネット6は、閉じた状態で、車体フレーム3上に搭載されたエンジンEを覆う。エンジンEは、トラクタ1の駆動源であり、ディーゼル機関やガソリン機関などの熱機関である。
【0020】
操縦部7は、走行車体2の上部に設けられ、操縦席8やステアリングホイール9などを備える。なお、操縦部7は、走行車体2の上部に設けられたキャビン7aに覆われることで形成されてもよい。操縦席8は、操縦者の座席である。ステアリングホイール9は、操舵輪である前輪4を操舵する場合に操縦者により操作される。なお、操縦部7は、ステアリングホイール9の前方に、各種情報を表示する表示部(メータパネル)を備える。
【0021】
また、操縦部7は、前後進レバー、アクセルレバー、主変速レバー、副変速レバーなどの各種操作レバーや、アクセルペダル、ブレーキペダル、クラッチペダルなどの各種操作ペダルを備える。
【0022】
ミッションケース10は、トランスミッション(変速機構)を収容している。トランスミッションは、エンジンEから伝達される動力(回転動力)を適宜減速して駆動輪である後輪5や、後述するPTO(Power Take-off)軸11へ伝達する。
【0023】
PTO軸11は、ミッションケース10から後方に突出している。PTO軸11は、トランスミッションによって適宜減速された回転動力を、走行車体2の少なくとも後部に装着された作業機Wへ伝達する。作業機Wは、圃場内で作業を行う機械であり、たとえば、耕耘作業を行うロータリ耕耘機や、施肥作業を行う施肥機である。
【0024】
また、トラクタ1は、ウェイト取付部13を備える。ウェイト取付部13は、走行車体2のフロントバンパー12の前方に設けられる。すなわち、ウェイト取付部13は、走行車体2の前端に設けられる。ウェイト取付部13には、走行車体2の後部に作業機Wが装着されたトラクタ1における前後重量のバランスを調整するためのウェイト14が取り付けられる。なお、ウェイト取付部13の詳細については、
図2〜
図4Bを用いて後述する。
【0025】
また、トラクタ1は、障害物センサ20と、センサ取付ステー30とをさらに備える。障害物センサ20は、トラクタ1の前方に存在する障害物を検知する。センサ取付ステー30には、障害物センサ20が取り付けられる。センサ取付ステー30は、障害物センサ20が取り付けられることで、障害物センサ20を、ウェイト取付部13に取り付けられたウェイト14の後端よりも前方に位置させる。なお、障害物センサ20およびセンサ取付ステー30の詳細については、
図2〜
図4Bを用いて後述する。
【0026】
<ウェイト取付部13>
次に、
図2、
図3、
図4Aおよび
図4Bを参照してウェイト取付部13について説明する。
図2は、走行車体2の前部を示す左側面図である。
図3は、走行車体2の前部を示す斜視図である。
図4Aおよび
図4Bは、ウェイト取付部13、障害物センサ20およびセンサ取付ステー30を示す斜視図である。ウェイト取付部13は、ウェイト14が取り付けられることで、ウェイト14を走行車体2の前部に保持する。
【0027】
図2〜
図4Bに示すように、ウェイト取付部13は、板状の部材であり、両端部が屈曲され、平面視においてコ字状である。すなわち、ウェイト取付部13は、正面131と、左右の側面132とを備える。ウェイト取付部13の正面131は、ウェイト14の後述する引掛け部141が引っ掛けられることで、ウェイト14を保持する保持部として機能する。
【0028】
左右の側面132は、センサ取付ステー30の後述するステー部32が取り付けられ、センサ取付ステー30を支持する支持部として機能する。左右の側面132にはそれぞれ、タップ孔132a(
図4Aおよび
図4B参照)が形成される。タップ孔132aには、ボルトなどの締結部材133(
図4Aおよび
図4B参照)が締め付けられる。タップ孔132aに締結部材133が締め付けられることで、センサ取付ステー30を固定することができる。すなわち、センサ取付ステー30は、ウェイト取付部13の左右の側面132にタップ孔132aが形成されることで、タップ孔132aを利用してウェイト取付部13に取り付けられる。これにより、センサ取付ステー30の後付けが可能となる。
【0029】
ウェイト14は、扁平な矩形ブロック状の重量物である。ウェイト14は、引掛け部141と、把手部142とを備える。引掛け部141は、ウェイト14の一辺に鉤状に形成される。引掛け部141は、ウェイト取付部13の正面131に引っ掛けられる。把手部142は、ウェイト14の引掛け部141が形成された辺とは異なる辺に形成される。
【0030】
また、ウェイト14は、たとえば、左右方向に複数並べて取り付けられる。ウェイト14は、作業機W(
図1参照)の重量や作業負荷によって機体前部が浮き上がることを防止するなど、上記したように、トラクタ1における前後重量のバランスをとるために取り付けられる。なお、ウェイト14は、作業機Wの重量や作業負荷に適した重量となるように、数量が変更可能である。
【0031】
<障害物センサ20およびセンサ取付ステー30>
次に、
図2、
図3、
図4Aおよび
図4Bを参照して障害物センサ20およびセンサ取付ステー30について説明する。
図2〜
図4Bに示すように、障害物センサ20は、第1センサ21と、第2センサ22とを備える。第1センサ21および第2センサ22は、種類の異なるセンサである。第1センサ21は、中距離センサであり、第2センサ22は、短距離センサである。本実施形態においては、第1センサ21は、赤外線センサであり、第2センサ22は、超音波センサである。
【0032】
赤外線センサである第1センサ21は、赤外線ビームを放射し、障害物からの反射光を検知する。第1センサ21は、たとえば、赤外線ビームを放射した後、障害物からの反射光を検知するまでの時間を測定することで、障害物までの距離を検知することができる。赤外線センサである第1センサ21は、障害物を2次元的に検知し、たとえば、数メートルから数10メートル程度の検知範囲である。なお、第1センサ21として、赤外線センサ以外の他の中距離センサを用いることも可能である。
【0033】
超音波センサである第2センサ22は、超音波を発信し、障害物からの反射波を受信する。第2センサ22は、障害物からの反射波を受信することで、障害物の有無を検知することができる。超音波センサである第2センサ22は、たとえば、数メートル程度の検知範囲である。なお、第2センサ22として、超音波センサ以外の他の近距離センサを用いることも可能である。
【0034】
また、第2センサ22は、第1センサ21が取り付けられた位置を基準として、左右方向の対称位置に2つ配置される。これにより、障害物センサ20(第1センサ21および第2センサ22)の検知範囲が広がる。
【0035】
なお、障害物としては、たとえば、圃場の畦、圃場の畦際の壁、圃場における作業の補助者、圃場に入ってきた子供などの人物、圃場における農機具などがある。
【0036】
図4Aおよび
図4Bに示すように、センサ取付ステー30は、ブラケット部31と、左右のステー部32とを備える。ブラケット部31は、第1センサ21および第2センサ22を保持する。ブラケット部31は、たとえば、樹脂製であり、胴部311と、左右の腕部312とを備える。なお、胴部311の下面には、第1センサ21が取り付けられる。左右の腕部312はそれぞれ、胴部311から左右方向に延伸して設けられる。左右の腕部312のそれぞれの前面には、第2センサ22が取り付けられる。
【0037】
ブラケット部31は、胴部311において第1センサ21を、左右方向を回動軸とするピッチング方向に回動可能に保持する。これにより、第1センサ21の角度調整が可能となり、第1センサ21の取り付け誤差を吸収(修正)することができる。
【0038】
左右のステー部32は、センサ取付ステー30の取り付け状態においてウェイト取付部13から上方へ延伸し、ブラケット部31をボンネット6の前方、かつ、ウェイト14の上方に位置させる。左右のステー部32は、たとえば、金属製であり、延伸部321と、屈曲部322と、基端部323とを備える。延伸部321は、たとえば、パイプ状に形成される。延伸部321は、上方へ延伸している。延伸部321の先端には、ブラケット部31が取り付けられる。
【0039】
屈曲部322は、たとえば、延伸部321から連続するパイプ状に形成される。屈曲部322は、延伸部321から左右方向の外側に向けて屈曲して形成される。基端部323は、たとえば、板状に形成される。基端部323は、屈曲部322の基端に設けられる。基端部323は、ウェイト取付部13のタップ孔132aに締め付けられる締結部材133が挿通される、図示しない孔を有する。左右の基端部323はそれぞれ、締結部材133によってウェイト取付部13の左右の側面132に取り付けられる。
【0040】
センサ取付ステー30は、赤外線センサである第1センサ21を、機体正面視において走行車体2の中央、かつ、フロントライト15の照明範囲よりも上方に配置する。これにより、フロントライト15の照明範囲を確保しつつ第1センサ21を配置することができる。
【0041】
また、センサ取付ステー30のステー部32は、機体正面視において左右のフロントライト15(
図2および
図3参照)の間を通過している。これにより、フロントライト15の照明範囲を確保しつつ第1センサ21を配置することができる。
【0042】
また、第1センサ21は、ウェイト取付部13に取り付けられたウェイト14に赤外線放射面が干渉しない位置に配置される。これにより、第1センサ21を取り付けた状態でもウェイト14を使用することができ、ウェイト14を使用する必要があるような作業機Wを用いることができ、適用可能な作業機Wの範囲が広がる。
【0043】
また、第1センサ21およびセンサ取付ステー30とウェイト取付部13との鉛直方向の距離は、ウェイト取付部13からウェイト14を上方へ持ち上げて取り外すことができる最小距離の2倍以上の距離であることが好ましい。これにより、第1センサ21を取り付けた状態でもウェイト14の着脱が可能となり、適用可能な作業機Wの範囲が広がる。
【0044】
また、第1センサ21およびセンサ取付ステー30は、ボンネット6を回動(開閉)させる場合にボンネット6と干渉しない位置に配置される。これにより、第1センサ21を取り付けた状態でボンネット6の開閉が可能となる。また、第1センサ21がボンネット6から離れているため、フロントグリル16からの吸気量を確保しつつ第1センサ21を取り付けることができ、ホーン17の音量が必要以上に下がることも抑えることができる。
【0045】
また、第1センサ21は、可能な限り低い位置に配置されることが好ましい。これにより、第1センサ21は、低い位置から赤外線ビームを放射することができ、第1センサ21による前方の検知距離を長くとることができる。
【0046】
また、第1センサ21は、赤外線放射面と地面とのなす角が小さくなるように取り付けられることが好ましい。これにより、第1センサ21から放射される赤外線ビームがより水平に近づき、第1センサ21よりも後方に存在する障害物が検知可能となる。
【0047】
また、センサ取付ステー30は、超音波センサである第2センサ22を、機体正面視においてフロントライト15、およびボンネット6の上部に設けられたLED作業灯18の間に配置する。これにより、フロントライト15およびLED作業灯の照明範囲を確保しつつ第2センサ22を配置することができる。
【0048】
また、第2センサ22およびセンサ取付ステー30は、ボンネット6を回動(開閉)させる場合にボンネット6と干渉しない位置に配置される。これにより、第2センサ22を取り付けた状態でボンネット6の開閉が可能となる。また、第2センサ22がボンネット6から離れているため、フロントグリル16からの吸気量を確保しつつ第2センサ22を取り付けることができ、ホーン17の音量が必要以上に下がることも抑えることができる。
【0049】
また、第2センサ22は、第1センサ21の赤外線放射面よりも鉛直方向の上方に配置される。これにより、第2センサ22を、第1センサ21から放射される赤外線ビームを遮らない位置に配置することができ、第1センサ21の検知範囲を第1センサ21よりも後方まで広げることができる。
【0050】
また、第2センサ22は、検知範囲、すなわち、超音波の範囲がウェイト取付部13に取り付けられたウェイト14に干渉しない位置に配置される。これにより、第2センサ22を取り付けた状態でもウェイト14を使用することができ、ウェイト14を使用する必要があるような作業機Wを用いることができ、適用可能な作業機Wの範囲が広がる。
【0051】
また、第2センサ22は、第1センサ21よりも前後方向の後方に配置されることが好ましい。これにより、赤外線放射面よりも下方に存在する第1センサ21で検知されないような障害物を第2センサ22によって検知することができる。
【0052】
また、第2センサ22は、第1センサ21よりも左右方向にオフセットした位置に配置される。たとえば、第2センサ22が第1センサ21の直上に配置されると、第2センサ22の検知範囲(超音波の範囲)に第1センサ21の検知範囲(赤外線の範囲)が入るため、2つのセンサ21,22の間を離す必要があるが、左右方向にオフセットさせることで、第1センサ21と第2センサ22との間の距離を短くすることができる。
【0053】
<障害物検知制御>
次に、
図5を参照して障害物検知を含む制御系について説明する。
図5は、障害物検知を含む制御系の一例を示すブロック図である。
図5に示すように、トラクタ1は、障害物センサ20(第1センサ21および第2センサ22)と、制御部40とを備える。
【0054】
上記したように、第1センサ21は、赤外線センサであり、第2センサ22よりも検知範囲が広いセンサ(中距離センサ)である。第1センサ21は、検知信号を制御部40へ出力する。また、上記したように、第2センサ22は、超音波センサであり、第1センサ21よりも検知範囲が狭いセンサ(近距離センサ)である。第2センサ22は、検知信号を制御部40へ出力する。
【0055】
制御部40は、トラクタ1全体を制御する。制御部40は、取得部41と、判定部42と、算出部43と、指示部44とを備える。なお、制御部40は、演算処理および各種装置の動作を制御する処理装置(CPU)のようなプロセッサ、プログラムおよびデータを記憶する記憶装置(メモリ)、および入出力インターフェースを含むコンピュータである。
【0056】
取得部41は、制御部40に接続された各種装置からの情報を取得する。取得部41は、第1センサ21および第2センサ22のそれぞれの検知範囲情報を取得する。取得部41は、第1センサ21および第2センサ22からの検知信号を取得する。
【0057】
判定部42は、判定処理を実行する。判定部42は、判定処理を実行するために使用されるデータを記憶する記憶装置を含む。判定部42は、第1センサ21からの検知信号の有無に基づいて障害物の有無を判定するとともに、第2センサ22からの検知信号の有無に基づいて障害物の有無を判定する。
【0058】
算出部43は、たとえば、走行車体2(
図1参照)から障害物までの距離を算出する。算出部43は、たとえば、赤外線センサである第1センサ21からの検知信号および車速センサ25に検知された車速に基づいて、走行車体2から障害物までの距離を算出する。
【0059】
指示部44は、判定部42による障害物の有無について判定された判定結果および算出部43によって算出された距離に基づいて、たとえば、危険回避を行うよう走行車体2に指示する。
【0060】
なお、指示部44は、第1センサ21によって障害物までの距離が検知された場合に、障害物までの距離に応じて異なる危険回避を行うよう走行車体2に指示してもよい。この場合、トラクタ1は、たとえば、警報装置51と、車速変更装置52と、停止装置53とを備え、指示部44は、障害物が走行車体2(または、トラクタ1)から最も遠い場合は警報装置51に警報を発生するよう指示し、障害物が走行車体2から次に遠い場合は車速変更装置52に減速するよう指示し、障害物が走行車体2に最も近い場合は停止装置53に停車するよう指示する。
【0061】
<第1センサ21の検知範囲>
次に、
図6を参照して第1センサ21の検知範囲について説明する。
図6は、第1センサ21の検知範囲の説明図(模式図)であり、第1センサ21の検知範囲を示す平面図である。
図6に示すように、赤外線センサである第1センサ21は、機体前方に向けて赤外線ビームを放射する。
【0062】
第1センサ21の検知範囲A1は、たとえば、前後方向について複数(たとえば、3つ)に分割されてもよい。この場合、第1センサ21の検知範囲は、トラクタ1から最も遠い検知範囲A11、トラクタ1から次に遠い検知範囲A12、トラクタ1に最も近い検知範囲A13に分割される。
【0063】
そして、トラクタ1は、上記したように、障害物が最も遠い検知範囲A11にある場合は、たとえば、警報を発生し、障害物が次に遠い検知範囲A12にある場合は、たとえば、車速を減速し、障害物が最も近い検知範囲A13にある場合は、たとえば、停車するなど、障害物までの距離に応じて異なる回避行動を行う。
【0064】
また、トラクタ1は、機体後方を検知する、第3センサ23を備えてもよい。第3センサ23は、たとえば、キャビン7a(
図1参照)の上部に配置される。また、第3センサ23は、第1センサ21と同様の赤外線センサであり、第1センサ21と同様、前後方向について複数(たとえば、3つ)に分割されてもよい。この場合においても、第3センサ23の検知範囲は、トラクタ1から最も遠い検知範囲A21、トラクタ1から次に遠い検知範囲A22、トラクタ1に最も近い検知範囲A23に分割される。
【0065】
<第2センサ22の検知範囲>
次に、
図7A、
図7Bおよび
図7Cを参照して第2センサ22の検知範囲について説明する。
図7A〜
図7Cは、第2センサ22の検知範囲の説明図(模式図)であり、
図7Aは、第2センサ22の検知範囲を示す平面図、
図7Bは、第2センサ22の検知範囲を示す左側面図、
図7Cは、第2センサ22の検知範囲を示す背面図である。
【0066】
図7Aおよび
図7Bに示すように、超音波センサである、左右方向に並んだ2つの第2センサ22はそれぞれ、機体前方に向けて超音波を発信する。第2センサ22の検知範囲B1は、機体平面視において前方に向けて扇状に広がる態様である。また、第2センサ22の検知範囲B1は、機体側面視において前方に向けて円錐状に広がる態様である。また、第2センサ22の検知範囲B1は、機体背面視において左右方向に楕円状に広がる態様である。
【0067】
また、
図7A〜
図7Cに示すように、トラクタ1は、第4センサ24を備えてもよい。第4センサ24は、第2センサ22と同様の超音波センサであり、たとえば、トラクタ1における走行車体2(
図1参照)の左右側面の複数箇所に取り付けられる。図示の例では、第4センサ24は、機体平面視において、左右側面のそれぞれに前方から後方にかけて3つ(センサ24a、センサ24b、センサ24c)ずつ並んでいる。このうち、最も後方のセンサ24cは、キャビン7a(
図1参照)の上部に配置される。
【0068】
第4センサ24のうち、センサ24aおよびセンサ24bの検知範囲B2,B3は共に、機体平面視において左右いずれか側方に向けて扇状に広がる態様であり、機体側面視において前後方向に楕円状に広がる態様であり、機体背面視において左右いずれか側方に向けて円錐状に広がる態様である。
【0069】
また、第4センサ24のうち、最も後方に配置されたセンサ24bの検知範囲B4は、機体平面視において左右いずれか側方に向けて円錐状に広がる態様であり、機体側面視において上方から下方に向けて楕円状に広がる態様であり、機体背面視において左右いずれか側方に向けて扇状に広がる態様である。なお、最も後方のセンサ24cの検知範囲B4が、機体側面視において上下に楕円状に広がる態様であることで、走行車体2の後方に配置される作業機W(
図1参照)を障害物として検知するのを防止することができる。すなわち、誤検知を防止することができる。
【0070】
以上説明した実施形態によれば、障害物センサ20(第1センサ21および第2センサ22)は、走行車体2の前端に配置されたウェイト14を避けて障害物を検知することができ、ウェイト14に妨げられないため、走行車体2前方の上下に広い範囲で障害物を検知可能となる。これにより、障害物の検知精度を高めることができる。
【0071】
また、障害物センサ20(第1センサ21および第2センサ22)は、ウェイト取付部13に取り付けられたセンサ取付ステー30に取り付けられ、ボンネット6に直接取り付けられないため、ボンネット6の振動の影響を受けにくい。これにより、障害物の検知精度を高めることができる。
【0072】
また、障害物センサ20は、赤外線センサである第1センサ21によって障害物までの距離を検知することができ、超音波センサである第2センサ22によって近い位置に存在する障害物の有無を検知することができる。これにより、障害物の検知精度を高めることができる。
【0073】
なお、上記した実施形態では、第1センサ21や第3センサ23には赤外線センサを用いているが、第1センサ21や第3センサ23として、たとえば、電波を放射して障害物を検知するレーダセンサを用いてもよい。レーダセンサの場合、障害物を3次元的に検知し、たとえば、数メートルから数100メートル程度の検知範囲である。
【0074】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。