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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024094537
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】作業車両、作業車両の制御システムおよび制御方法
(51)【国際特許分類】
A01B 69/00 20060101AFI20240703BHJP
【ＦＩ】
A01B69/00 303Z
A01B69/00 301
A01B69/00 303A
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022211142
(22)【出願日】2022-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】000001052
【氏名又は名称】株式会社クボタ
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100139930
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 亮司
(74)【代理人】
【識別番号】100188813
【弁理士】
【氏名又は名称】川喜田 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(74)【代理人】
【識別番号】100202142
【弁理士】
【氏名又は名称】北 倫子
(72)【発明者】
【氏名】大倉 康平
(72)【発明者】
【氏名】湯浅 純一
【テーマコード（参考）】
2B043
【Ｆターム（参考）】
2B043AA04
2B043AB19
2B043BA02
2B043BB01
2B043BB03
2B043BB06
2B043BB11
2B043BB14
2B043BB20
2B043DA01
2B043DA04
2B043EA02
2B043EA12
2B043EB02
2B043EB05
2B043EB08
2B043EB15
2B043EB16
2B043EB18
2B043EC12
2B043EC13
2B043EC16
2B043EC18
2B043ED03
2B043ED12
2B043EE01
2B043EE02
2B043EE05
(57)【要約】
【課題】デッドレコニング動作中の方位角の推定誤差を低減する。
【解決手段】作業車両は、第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサの各々の計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、制御装置とを備える。前記制御装置は、前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて第２方位角を逐次推定し、前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態において、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う。
【選択図】図１２
【解決手段】作業車両は、第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサの各々の計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、制御装置とを備える。前記制御装置は、前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて第２方位角を逐次推定し、前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態において、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う。
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
自動操舵運転を行う作業車両であって、
前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、
加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、
前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて、前記作業車両の位置および方位角を推定し、推定した前記位置および前記方位角と、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、
を備え、
前記制御装置は、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行い、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う、
作業車両。
前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、
加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、
前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて、前記作業車両の位置および方位角を推定し、推定した前記位置および前記方位角と、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、
を備え、
前記制御装置は、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行い、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う、
作業車両。
【請求項2】
前記制御装置は、前記第１の状態において、拡張カルマンフィルタを用いた処理により、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データから前記作業車両の位置および前記第１方位角を推定する、請求項１に記載の作業車両。
【請求項3】
前記制御装置は、前記第１の状態における前記第１方位角と前記第２方位角との差の時間変化率に基づいて、前記方位誤差変化率を算出する、請求項１または２に記載の作業車両。
【請求項4】
前記制御装置は、前記第１の状態における前記第１方位角と前記第２方位角との差の時間変化率を所定の時間間隔で繰り返し算出し、複数回算出された前記時間変化率の統計値を、前記方位誤差変化率として算出する、請求項３に記載の作業車両。
【請求項5】
前記所定の時間間隔は、１秒以上２０秒以下である、請求項４に記載の作業車両。
【請求項6】
前記複数回は、３回以上１０回以下である、請求項４に記載の作業車両。
【請求項7】
前記制御装置は、前記第１の状態の持続時間が第１の時間よりも長い場合に限り、前記第２の状態において、前記方位誤差変化率に基づく前記第２方位角の補正を実行する、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
【請求項8】
前記制御装置は、前記第１の状態から前記第２の状態に変化したとき、警告を出力する、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
【請求項9】
前記制御装置は、前記第２の状態が第２の時間以上継続する場合、自動操舵を停止して警告を出力する、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
【請求項10】
前記所定時間は、１０秒以上３０秒以下である、請求項９に記載の作業車両。
【請求項11】
前記測位システムは、ＧＮＳＳ受信機を含む、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
【請求項12】
前記第１時系列データは、測位の信頼性を示す情報を含み、
前記制御装置は、前記情報に基づいて、前記第１時系列データの信頼度を決定し、前記信頼度に基づいて、前記第１の状態と前記第２の状態とを判別する、
請求項１１に記載の作業車両。
前記制御装置は、前記情報に基づいて、前記第１時系列データの信頼度を決定し、前記信頼度に基づいて、前記第１の状態と前記第２の状態とを判別する、
請求項１１に記載の作業車両。
【請求項13】
自動操舵運転を行う作業車両の制御システムであって、
前記作業車両は、前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、を備え、
前記制御装置は、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて、前記作業車両の位置および方位角を推定し、推定した前記位置および前記方位角と、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、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行い、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う、
制御システム。
前記作業車両は、前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、を備え、
前記制御装置は、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて、前記作業車両の位置および方位角を推定し、推定した前記位置および前記方位角と、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、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行い、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う、
制御システム。
【請求項14】
自動操舵運転を行う作業車両の制御方法であって、
前記作業車両は、前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、を備え、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行うことと、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出することと、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行うことと、
を含む制御方法。
前記作業車両は、前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、を備え、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行うことと、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出することと、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行うことと、
を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
特許文献１は、ＧＮＳＳとＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）とを組み合わせて車両の測位を行うＧＮＳＳ／ＩＮＳナビゲーションシステムを開示している。このシステムは、ＧＮＳＳ信号が得られない状況下で、ＩＭＵからの信号に基づいて測位を行うデッドレコニングモードで動作することができる。デッドレコニング動作中、車両のｚ軸（ヨー軸）周りの回転の測定値のドリフト誤差を補正することが開示されている。
【0004】
特許文献２は、ＧＮＳＳとＩＮＳ（Inertial Navigation System）とを備えた測位システムにおいて、ＧＮＳＳ信号が十分に得られない状況下で、予め訓練されたニューラルネットワーク予測モデルを用いて、ＧＮＳＳの出力誤差を予測し、ＩＮＳの出力を補正することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１８／０２９２２１２号明細書
【特許文献2】米国特許出願公開第２０２１／００９５９６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
自動操舵で走行する作業車両は、自車の位置および方位を推定する自己位置推定を行いながら、目標の経路に沿って操舵制御を行う。自己位置推定は、例えばＧＮＳＳおよびＩＭＵなどの各種のセンサからの出力に基づいて行われる。作業車両が走行する環境には、ＧＮＳＳ信号の受信を妨げる障害物が存在することがある。例えば、防風林などの樹木が走行環境に存在することがあり、ＧＮＳＳ信号に基づく測位の信頼性が低下することがある。その場合、ＩＭＵからの信号を利用して測位結果を補うデッドレコニングが行われ得る。しかし、ＩＭＵからの信号に基づいて推定される方位角は、時間の経過に伴ってドリフト誤差が蓄積するという問題を有する。デッドレコニング動作中に推定される方位角のドリフトによる誤差を低減することが求められる。
【0007】
本開示は、デッドレコニング動作中の方位角の推定誤差を低減するためのシステムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の例示的な実施形態による作業車両は、自動操舵運転を行うことが可能である。前記作業車両は、前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて、前記作業車両の位置および方位角を推定し、推定した前記位置および前記方位角と、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、を備える。前記制御装置は、前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行い、前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う。
【0009】
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。
【発明の効果】
【0010】
本開示の実施形態によれば、デッドレコニング動作中の方位角の推定誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8】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。
【図9A】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。
【図9B】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。
【図9C】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。
【図9D】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。
【図10】ＧＮＳＳ信号の受信強度が低下する状況の一例を示す図である。
【図11】方位角の時間変化の例を示すグラフである。
【図12】位置および方位の推定動作の例を示すフローチャートである。
【図13A】受信障害が生じていない場合における各ＧＮＳＳ信号の受信強度の例を示している。
【図13B】受信障害が生じている場合における各ＧＮＳＳ信号の受信強度の例を示している。
【図14A】補正処理を行った場合と行わなかった場合のそれぞれにおける方位偏差の時間変化の一例を示す図である。
【図14B】補正処理を行った場合と行わなかった場合のそれぞれにおける位置偏差の時間変化の一例を示す図である。
【図15】操作端末の表示の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
（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。
【0016】
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、測位システム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。測位システムは、作業車両の内部または外部に配置される。測位システムは、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。測位システムは、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。
【0017】
本実施形態における作業車両は、測位システムと、慣性計測システムと、制御装置とを備える。測位システムは、作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する。慣性計測システムは、加速度センサおよび角速度センサを含み、加速度センサの計測値および角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する。制御装置は、第１時系列データおよび第２時系列データに基づいて、作業車両の位置および方位角を推定し、推定した位置および方位角と、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、以下の（１）から（３）の動作を実行する。
（１）測位システムによる測位が可能な第１の状態において、第１時系列データおよび第２時系列データに基づいて作業車両の方位角（以下、「第１方位角」とも称する。）を逐次推定し、第２時系列データに基づいて作業車両の方位角（以下「第２方位角」とも称する。）を逐次推定し、第１方位角に基づいて作業車両の操舵制御を行う。
（２）第１の状態において逐次推定した第１方位角と第２方位角との差に基づいて、第２方位角の方位誤差変化率を算出する。
（３）第１の状態から、測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、第１の状態に戻るまで、第２時系列データに基づいて推定される第２方位角を、方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて作業車両の操舵制御を行う。
（１）測位システムによる測位が可能な第１の状態において、第１時系列データおよび第２時系列データに基づいて作業車両の方位角（以下、「第１方位角」とも称する。）を逐次推定し、第２時系列データに基づいて作業車両の方位角（以下「第２方位角」とも称する。）を逐次推定し、第１方位角に基づいて作業車両の操舵制御を行う。
（２）第１の状態において逐次推定した第１方位角と第２方位角との差に基づいて、第２方位角の方位誤差変化率を算出する。
（３）第１の状態から、測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、第１の状態に戻るまで、第２時系列データに基づいて推定される第２方位角を、方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて作業車両の操舵制御を行う。
【0018】
測位システムは、例えばＧＮＳＳ受信機を含む。慣性計測システムは、例えばＩＭＵ、またはそれぞれ個別に用意された加速度センサと角速度センサとの組み合わせであり得る。
【0019】
制御装置は、第１の状態において、例えば拡張カルマンフィルタを用いた処理により、第１時系列データおよび第２時系列データから作業車両の位置および第１方位角を推定することができる。また、制御装置は、第２時系列データに含まれる角速度の計測値を積分するなどの処理により、第２方位角を推定することができる。ここで、方位角は、作業車両の上下方向の軸の周りの回転角であるヨー角を指す。
【0020】
第１の状態は、作業車両の周囲にＧＮＳＳ信号の受信を妨げる障害物が存在せず、ＧＮＳＳ信号に基づく測位を高い信頼性で実行することが可能な状態である。第２の状態は、作業車両の周囲にＧＮＳＳ信号の受信を妨げる障害物が存在する等し、ＧＮＳＳ信号に基づく測位の信頼性が低い、または測位不能な状態である。農業用の作業車両が走行する環境には、ＧＮＳＳ信号の受信を妨げる障害物が存在することがある。例えば、圃場の外周部には防風林が存在することがあり、防風林の付近で作業車両が旋回するとき、ＧＮＳＳ信号の受信が妨げられ、自己位置推定の信頼性が低下することがある。そのような場合、制御装置は、慣性計測システムからの信号を利用して自己位置推定を行うデッドレコニング動作を行う。
【0021】
デッドレコニング動作中、作業車両の方位は、角速度センサによって計測される角速度を積分することによって計算され得る。方位は、ヨー角によって特定される。ヨー角は、加速度センサの測定値から得られる重力方向に対する傾きに基づいて補正することができないため、ヨー方向の角速度の誤差が累積する。この誤差を「ドリフト誤差」と称する。ドリフト誤差は、慣性計測システム内の素子の特性または温度などの環境に依存して生じる。
【0022】
本実施形態では、ドリフト誤差を補償するために、制御装置は、測位システムによる測位が可能な第１の状態において逐次推定された第１方位角と第２方位角との差に基づいて、第２方位角の方位誤差変化率を算出する。制御装置は、第１の状態における第１方位角と第２方位角との差の時間変化率に基づいて、方位誤差変化率を算出する。制御装置は、測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態において、第２時系列データに基づいて推定される第２方位角を、方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて作業車両の操舵制御を行う。このような動作により、方位角（ヨー角）のドリフトによる自己位置推定の信頼性の低下を抑制し、デッドレコニング中の自動操舵を安定化させることができる。
【0023】
以下、本実施形態における作業車両の構成および動作をより詳細に説明する。
【0024】
＜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。
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。
【0025】
本実施形態における作業車両１００は、測位システム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。
【0026】
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。
【0027】
本実施形態における測位システム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。測位システム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などの衛星測位システムの総称である。本実施形態における測位システム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。
【0028】
測位システム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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
図３の例における作業車両１００は、測位システム１２０、障害物センサ１３０、操作端末２００に加え、慣性計測システム１２５、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。
【0037】
測位システム１２０は、ＧＮＳＳ受信機１２１と、ＲＴＫ受信機１２２と、プロセッサ１２３とを備える。慣性計測システム１２５は、加速度センサ１２６と、角速度センサ１２７と、プロセッサ１２８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とを含む。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。
【0038】
測位システム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（「ＧＮＳＳ信号」とも称する。）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。受信強度は、例えば搬送波雑音電力密度比（Ｃ／Ｎ０）などの値で表現され得る。ＧＮＳＳデータは、受信された複数の衛星信号に基づいて計算された作業車両１００の位置情報、および当該位置情報の信頼性を示す情報も含み得る。位置情報は、例えば緯度、経度、および平均海水面からの高さなどによって表され得る。位置情報の信頼性は、例えば衛星の配置状況を示すＤＯＰ値などによって表され得る。
【0039】
図３に示す測位システム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、測位システム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。測位システム１２０のプロセッサ１２３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。測位システム１２０のプロセッサ１２３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。測位システム１２０は、計算した位置（座標）の情報を含む第１時系列データを出力する。
【0040】
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、測位システム１２０は、ＲＴＫ受信機１２２を備えていなくてもよい。
【0041】
慣性計測システム１２５は、例えばＩＭＵである。あるいは、慣性計測システム１２５は、それぞれ別個に設けられた加速度センサ１２６と角速度センサ１２７との組み合わせであってもよい。加速度センサ１２６は、例えば３軸加速度センサである。角速度センサ１２７は、例えば３軸ジャイロスコープである。プロセッサ１２８は、加速度センサ１２６の計測値および角速度センサ１２７の計測値を時間積分するなどの処理を実行することにより、作業車両１００の位置および方位の情報を含む第２時系列データを出力することができる。プロセッサ１２８は、上記のような処理を行う代わりに、加速度センサ１２６の計測値および角速度センサ１２７の計測値に必要な補正処理を行って、補正後の加速度および角速度と計測時刻の情報を含むデータを第２時系列データとして出力してもよい。なお、慣性計測システム１２５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。慣性計測システム１２５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。慣性計測システム１２５は、例えば１秒間に数十回から数千回程度の頻度で、当該信号を出力することができる。
【0042】
測位システム１２０と慣性計測システム１２５は、１つの装置として統合されていてもよい。プロセッサ１２３、１２８の処理は、１つのプロセッサによって実行されてもよい。プロセッサ１２３、１２８の処理の少なくとも一部は、制御装置１８０に含まれるプロセッサによって実行されてもよい。そのようなプロセッサは、ＧＮＳＳ信号および補正信号に加えて、慣性計測システム１２５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。慣性計測システム１２５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。慣性計測システム１２５は、測位システム１２０よりも高い頻度で信号を出力することができる。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。
【0043】
測位システム１２０は、ＧＮＳＳ受信機１２１、ＲＴＫ受信機１２２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システムに含まれ得る。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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、測位システム１２０、慣性計測システム１２５、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。
【0050】
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、測位システム１２０および慣性計測システム１２５によって計測または推定された作業車両１００の位置および方位と、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。なお、制御装置１８０は、作業車両１００の操舵だけでなく車速を自動で制御してもよい。言い換えれば、制御装置１８０は、予め設定された目標経路に沿って作業車両１００を自動で走行させる自動走行モードで動作するように構成されていてもよい。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。操作端末２００への表示は、ＥＣＵ１８５によって制御される。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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、前進および後進を切り換えるためのスイッチ（例えばシャトルレバーまたはシャトルスイッチ）、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。
【0057】
＜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、測位システム１２０および慣性計測システム１２５から出力されたデータに基づいて推定された作業車両１００の位置および向き（方位）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。
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、測位システム１２０および慣性計測システム１２５から出力されたデータに基づいて推定された作業車両１００の位置および向き（方位）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。
【0058】
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、測位システム１２０および慣性計測システム１２５から出力されたデータに基づいて推定された作業車両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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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、測位システム１２０および慣性計測システム１２５から出力されたデータに基づいて、作業車両１００の位置および方位を推定する（ステップＳ１０１）。位置および方位の推定方法の詳細については後述する。次に、制御装置１８０は、作業車両１００の位置および方位のそれぞれと、目標経路との偏差を算出する（ステップＳ１０２）。位置の偏差は、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。方位の偏差は、その時点における作業車両１００の方位と、目標経路の方向との角度の大きさを表す。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、および算出した方位の偏差が予め設定された他の閾値を超えるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。位置の偏差および方位の偏差の少なくとも一方がそれぞれの閾値を超える場合、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において位置および方位のいずれの偏差もそれぞれの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。
【0062】
【0063】
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、測位システム１２０および慣性計測システム１２５から出力された信号に基づいて推定された作業車両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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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る。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。
【0070】
＜デッドレコニング時の方位ドリフト推定＞
次に、自動操舵モードにおいて、ＧＮＳＳ信号の受信強度が低下したときに行われるデッドレコニング動作を説明する。
次に、自動操舵モードにおいて、ＧＮＳＳ信号の受信強度が低下したときに行われるデッドレコニング動作を説明する。
【0071】
作業車両１００が走行する環境中には、ＧＮＳＳ信号の受信を妨げる障害物が存在することがある。例えば、図１０に示すように、圃場の枕地８０に防風林などの樹木９０が植えられていることがある。このような樹木９０に作業車両１００が接近すると、ＧＮＳＳ信号の受信強度が低下し、測位の信頼性が低下する。また、作業車両１００が果樹園または森林のような多くの樹木が生い茂っている環境中を走行する場合、ＧＮＳＳ信号に基づく測位の信頼性が頻繁に低下することになり、自動操舵運転の安定性が低下する。
【0072】
そこで、本実施形態における制御装置１８０は、ＧＮＳＳ信号の受信強度が低下した状態では、慣性計測システム１２５から出力される信号のみに基づいて作業車両１００の位置および方位を推定するデッドレコニング動作を実行する。
【0073】
デッドレコニング時においては、前述のように、方位角（ヨー角）の推定誤差が時間の経過とともに蓄積するため、自己位置推定の信頼性が低下する。図１１は、方位角の時間変化の例を示すグラフである。図１１には、ＧＮＳＳ信号が正常に受信できる状態における、ＧＮＳＳ信号およびＩＭＵからの信号に基づく拡張カルマンフィルタ（ＥＦＫ）を用いた処理によって推定された第１方位角と、ＩＭＵからの信号に基づいて推定された第２方位角のそれぞれの時間変化の例が示されている。図１１に示すように、第１方位角と比較して、第２方位角については、時間の経過とともに真値からのずれ（ドリフト）が増大する。したがって、デッドレコニング時には、この方位ドリフトを抑えるために、第２方位角を補正することが求められる。
【0074】
この課題を解決するために、本実施形態における制御装置１８０は、ＧＮＳＳ信号が正常に受信できる状態（第１の状態）において、測位システム１２０から出力される第１時系列データと、慣性計測システム１２５から出力される第２時系列データとに基づいて作業車両１００の位置および第１方位角を逐次推定する動作に加えて、第２時系列データに基づいて第２方位角を逐次推定する動作を実行する。制御装置１８０は、逐次推定した第１方位角および第２方位角に基づいて、方位誤差変化率を算出する。方位誤差変化率は、第２方位角の時間変化率を表す値であり、図１１に示す方位ドリフトの傾きに相当する。制御装置１８０は、ＧＮＳＳ信号の受信強度が低下した第２の状態において、第２時系列データに基づいて推定される第２方位角を、上記の方位誤差変化率に基づいて補正する。そして、補正した第２方位角に基づいて作業車両１００の操舵制御を行う。これにより、第２の状態における方位ドリフトを抑制し、自動操舵の性能を向上させることができる。
【0075】
図１２は、制御装置１８０によって実行される位置および方位の推定動作の例を示すフローチャートである。図１２に示す動作は、図８に示すステップＳ１０１において実行され得る。図１２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。
【0076】
ステップＳ１２０において、制御装置１８０は、ＧＮＳＳ信号の受信障害が生じているか否かを判定する。「ＧＮＳＳ信号の受信障害」とは、ＧＮＳＳ信号（衛星信号）の受信状況の悪化によって正常時と比較して衛星測位の信頼性が低下している状態を意味する。受信障害は、例えば、検出された衛星の数が少ない場合（例えば３以下など）、各衛星信号の受信強度が低い場合、またはマルチパスが生じている場合などに生じ得る。制御装置１８０は、受信障害が生じているか否かを、測位システム１２０におけるＧＮＳＳ受信機１２１から出力されるＧＮＳＳデータに含まれる衛星に関する情報に基づいて判断できる。例えば、ＧＮＳＳデータに含まれる衛星ごとの受信強度の値、または衛星の配置状況を示すＤＯＰ（Dilution of Precision）の値などに基づいて、受信障害の有無を判断することができる。
【0077】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、ＧＮＳＳ信号の受信強度の値に基づいて受信障害の有無を判断する方法の一例を説明するための図である。図１３Ａは、受信障害が生じていない場合における各ＧＮＳＳ信号の受信強度の例を示している。図１３Ｂは、受信障害が生じている場合における各ＧＮＳＳ信号の受信強度の例を示している。この例では、１２個の衛星からのＧＮＳＳ信号が受信され、受信強度がＣ／Ｎ０の値で表されている。なお、これは一例であり、ＧＮＳＳ信号が受信され得る衛星の数および受信強度の表現はシステムに依存する。制御装置１８０は、例えば、受信強度が予め設定された基準値を超える衛星の数が閾値（例えば４）以上であるか否かによって受信障害の有無を判断できる。図１３Ａおよび図１３Ｂにおいて、受信強度の基準値の例が破線で示されている。閾値が４である場合、図１３Ａの例では、受信強度が基準値を超える衛星の数が５個であり、閾値以上である。よって、このような場合、制御装置１８０は、受信障害が生じていないと判断できる。一方、図１３Ｂの例では、受信強度が基準値を超える衛星の数が１個であり、閾値よりも少ない。よって、このような場合、制御装置１８０は、受信障害が生じていると判断できる。なお、このような判断方法は一例に過ぎない。制御装置１８０は、他の方法によって受信障害の有無を判断してもよい。例えば、測位システム１２０から、測位の信頼度を示す値が出力される場合、制御装置１８０は、その信頼度の値に基づいて受信障害が生じているか否かを判断してもよい。
【0078】
このように、測位システム１２０から出力される第１時系列データは、測位の信頼性を示す情報を含み得る。制御装置１８０は、当該情報に基づいて、第１時系列データの信頼度を決定し、当該信頼度に基づいて、第１の状態と前記第２の状態とを判別するように構成され得る。
【0079】
制御装置１８０は、どの程度の信頼度の低下で受信障害が生じていると判定するかを、ユーザの設定に応じて変更してもよい。例えば、ユーザが設定する必要な作業精度に応じて、信頼度の判定の基準を変化させてもよい。作業精度は、例えば、ＲＴＫ（高）、ＤＧＰＳ（中）、単独測位（低）のように、利用される測位方式によって指定されてもよい。
【0080】
ステップＳ１２０において、制御装置１８０は、ＧＮＳＳ信号の受信障害が生じていない（Ｎｏ）と判定した場合、ステップＳ１２１に進む。この状態は、前述の「第１の状態」に該当する。制御装置１８０は、ＧＮＳＳ信号の受信障害が生じている（Ｙｅｓ）と判定した場合、ステップＳ１２６に進む。この状態は、前述の「第２の状態」に該当する。
【0081】
ステップＳ１２１において、制御装置１８０は、測位システム１２０から出力された第１時系列データ、および慣性計測システム１２５から出力された第２時系列データに基づいて、作業車両１００の位置および方位角（第１方位角）を推定する。この推定には、例えば拡張カルマンフィルタを利用した推定アルゴリズムが用いられ得る。位置および方位角の推定は、拡張カルマンフィルタに限らず、任意の推定アルゴリズムを用いて実行することができる。
【0082】
ステップＳ１２２において、制御装置１８０は、第２時系列データに基づいて、作業車両１００の方位角（第２方位角）を推定する。第２方位角の推定は、例えば、第２時系列データに含まれる角速度の計測値を時間積分するなどの処理によって行われ得る。なお、ステップＳ１２２の処理は、ステップＳ１２１の前に行われてもよいし、同時に行われてもよい。
【0083】
ステップＳ１２３において、制御装置１８０は、第１方位角と第２方位角との差の時間変化率に基づいて、方位誤差変化率を算出する。方位誤差変化率の算出方法の詳細については後述する。制御装置１８０は、算出した方位誤差変化率を、記憶装置１７０に記憶させる。
【0084】
ステップＳ１２４において、制御装置１８０は、ステップＳ１２１で推定した位置および第１方位角を、作業車両１００の位置および方位角として決定する。制御装置１８０は、決定した作業車両１００の位置および方位角に基づいて、図８におけるステップＳ１０２以降の操舵制御を実行する。
【0085】
ステップＳ１２１からＳ１２４の処理は、ＧＮＳＳ信号の受信障害が生じていない第１の状態において、繰り返し実行される。ＧＮＳＳ信号の受信障害が発生すると、ステップＳ１２６からＳ１２８の処理が実行される。
【0086】
ステップＳ１２６において、制御装置１８０は、慣性計測システム１２５から出力された第２時系列データに基づいて、作業車両１００の位置および方位角（第２方位角）を推定する。制御装置１８０は、ＧＮＳＳ信号の受信障害が生じる直前の位置および方位角の推定値を基準として、その後に加速度センサ１２６および角速度センサ１２７から得られた計測値を積分するなどの処理により、作業車両１００の位置および第２方位角の推定値を求める。
【0087】
ステップＳ１２７において、制御装置１８０は、ステップＳ１２３で算出した方位誤差変化率に基づいて、第２方位角を補正する。具体的には、制御装置１８０は、方位誤差変化率に、前回の方位推定処理が行われた時点からの経過時間（すなわち図１２の処理の周期）を乗じた値を、第２方位角から減算することにより、第２方位角の補正値を求めることができる。制御装置１８０は、例えば直前に算出された方位誤差変化率を用いてもよいし、ＧＮＳＳ信号が最も安定的に取得された期間に取得されたデータに基づく方位誤差変化率を用いてもよい。
【0088】
ステップＳ１２８において、制御装置１８０は、ステップＳ１２６で推定した位置およびステップＳ１２８で補正した第２方位角を、作業車両１００の位置および方位として決定する。制御装置１８０は、決定した作業車両１００の位置および方位角に基づいて、図８におけるステップＳ１０２以降の操舵制御を実行する。
【0089】
ここで、ステップＳ１２３における方位誤差変化率の算出方法の一例を説明する。ここでは、測位システム１２０および慣性計測システム１２５（例えばＩＭＵ）から出力されたデータに基づく拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）処理が行われるものとする。ＥＫＦ処理によって算出された高い精度の第１方位角をθ１とし、慣性計測システム１２５からのデータのみに基づいて算出された第２方位角をθ２とする。制御装置１８０は、ＧＮＳＳ信号の受信強度が十分に高い第１の状態において、第１方位角θ１と第２方位角θ２との差を、単位時間Δｔで割ることにより、方位角のドリフトの傾きを表す方位誤差変化率Δθｄｒｉｆｔを算出することができる。すなわち、制御装置１８０は、以下の式１の演算を実行することにより、方位誤差変化率Δθｄｒｉｆｔを算出することができる。
Δθｄｒｉｆｔ＝（θ１－θ２）／Δｔ （式１）
ここで、単位時間Δｔは、例えば０．１秒から数秒程度の値に設定され得る。
Δθｄｒｉｆｔ＝（θ１－θ２）／Δｔ （式１）
ここで、単位時間Δｔは、例えば０．１秒から数秒程度の値に設定され得る。
【0090】
実際には、図１１に示すように、第１方位角θ１と第２方位角θ２との差は、時間の経過とともに細かく変動する。このため、制御装置１８０は、式１に基づいて算出したΔθｄｒｉｆｔの所定時間にわたる統計値（例えば平均値）を方位誤差変化率としてもよい。すなわち、制御装置１８０は、第１方位角θ１と第２方位角θ２との差の時間変化率を、所定の時間間隔で繰り返し算出し、複数回（例えば３回以上１０回以下など）算出された時間変化率の統計値（例えば平均値）を、方位誤差変化率として算出してもよい。所定の時間間隔は、例えば１秒以上２０秒以下などの任意の値に設定され得る。
【0091】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、本実施形態の効果を示す図である。図１４Ａは、上記の補正を行った場合と行わなかった場合のそれぞれにおける方位偏差の時間変化の一例を示している。図１４Ｂは、上記の補正を行った場合と行わなかった場合のそれぞれにおける位置偏差の時間変化の一例を示している。方位偏差は、方位角の真値との差を表し、位置偏差は、位置座標の真値との差を表す。これらの図に示すように、本実施形態における補正処理を適用することにより、方位および位置のそれぞれの偏差が大きく低減できることが確認された。
【0092】
以上のように、制御装置１８０は、作業車両１００の走行中、測位システム１２０から出力される第１時系列データの信頼性が高い期間（第１の状態）において、方位誤差変化率を算出し、記憶装置１７０に記録する動作を繰り返す。ＧＮＳＳ信号が途絶するなどして第１時系列データの信頼性が低い第２の状態になると、制御装置１８０は、慣性計測システム１２５から出力される第２時系列データに基づいて位置および第２方位を推定するデッドレコニング動作を実行する。デッドレコニング動作において、制御装置１８０は、第１の状態において算出した方位誤差変化率に基づいて、第２方位角を補正し、補正後の第２方位角に基づいて操舵制御を行う。このような動作により、方位ドリフトの影響を低減し、デッドレコニング中の自己位置推定の信頼性を向上させることができる。
【0093】
なお、図１２の例では、制御装置１８０は、ＧＮＳＳ信号の受信障害が生じていない第１の状態において方位誤差変化率を算出するが、方位誤差変化率の算出を、ＧＮＳＳ信号の受信障害が生じている第２の状態で行ってもよい。その場合、制御装置１８０は、ステップＳ１２３において、方位誤差変化率を算出する代わりに、第１方位角と第２方位角との差の時間変化率を算出し、当該時間変化率を、時刻と関連付けて記憶装置１７０に記録してもよい。あるいは、制御装置１８０は、第１方位角および第２方位角を時刻と関連付けて記憶装置１７０に記録してもよい。そのような記録を行うことにより、制御装置１８０は、第２の状態において、方位誤差変化率の算出を、記憶された情報に基づいて実行することができる。
【0094】
また、制御装置１８０は、第１の状態の持続時間が第１の時間よりも長い場合に限り、第２の状態において、方位誤差変化率に基づく第２方位角の補正を実行してもよい。第１の時間は、例えば２０秒以上の値に設定され得る。そのような比較的長い期間にわたって取得された方位誤差変化率を利用することにより、第２の状態における第２方位角を良好な値に補正することができる。また、ＧＮＳＳの測位精度が良好な状況で十分な走行時間が得られない場合に、信頼性の低い方位誤差変化率を用いて方位角を誤った値に補正してしまうことを回避できる。
【0095】
図１２に示す処理は、作業車両１００が自動操舵で直進しているときに限らず、曲線的な経路に沿ってに走行しているとき、または、枕地で旋回しているときにも同様に実行され得る。直進時も旋回時も、方位ドリフトの傾向は変わらないため、直進時に取得されたデータに基づく方位誤差変化率と、旋回時に取得されたデータに基づく方位誤差変化率とを区別せずに使用することができる。例えば、旋回時に取得されたデータに基づく方位誤差変化率を、直進時または旋回時のＧＮＳＳ信号の途絶時に利用して方位角を補正することができる。
【0096】
制御装置１８０は、第１の状態から第２の状態に変化したとき、警告を出力してもよい。例えば、制御装置１８０は、第１の状態から第２の状態への変化を検出したとき、操作端末２００の表示装置に警告を表示させてもよいし、ブザー２２０に警告音を発出させてもよい。また、制御装置１８０は、第２の状態が第２の時間以上継続する場合、自動操舵を停止して操作端末２００またはブザー２２０に警告を出力してもよい。第２の時間は、例えば１０秒以上３０秒以下などの任意の値に設定され得る。
【0097】
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。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、例えば、ＧＮＳＳ信号（例えばＧＰＳ信号）の受信強度が基準レベルを下回った状態が所定時間以上継続したとき、自動操舵を解除し、アイコン８６の色を、例えば緑色から灰色に変化させてもよい。また、図１５に示すように、「ＧＰＳ信号が失われました。自動操舵が解除されました。」のような警告メッセージ９２を操作端末２００に表示させてもよい。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。
【0098】
以上の実施形態では、測位システム１２０は、ＧＮＳＳ受信機１２１を含むが、代わりに、ＬｉＤＡＲセンサまたはイメージセンサなどの外界センサを含んでいてもよい。そのような外界センサに基づく自己位置推定の信頼性が低下した場合に、上記の補正処理を含むデッドレコニングが行われてもよい。その場合でも、デッドレコニングにおける自己位置推定の信頼性を向上させることができる。
【0099】
本実施形態における補正処理は、自動操舵運転時だけでなく、操舵と走行速度の両方を自動で制御する自動運転時にも同様に適用できる。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
［項目１］
自動操舵運転を行う作業車両であって、
前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、
加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、
前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて、前記作業車両の位置および方位角を推定し、推定した前記位置および前記方位角と、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、
を備え、
前記制御装置は、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行い、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う、
作業車両。
自動操舵運転を行う作業車両であって、
前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、
加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、
前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて、前記作業車両の位置および方位角を推定し、推定した前記位置および前記方位角と、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、
を備え、
前記制御装置は、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行い、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う、
作業車両。
【0104】
［項目２］
前記制御装置は、前記第１の状態において、拡張カルマンフィルタを用いた処理により、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データから前記作業車両の位置および前記第１方位角を推定する、項目１に記載の作業車両。
前記制御装置は、前記第１の状態において、拡張カルマンフィルタを用いた処理により、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データから前記作業車両の位置および前記第１方位角を推定する、項目１に記載の作業車両。
【0105】
［項目３］
前記制御装置は、前記第１の状態における前記第１方位角と前記第２方位角との差の時間変化率に基づいて、前記方位誤差変化率を算出する、項目１または２に記載の作業車両。
前記制御装置は、前記第１の状態における前記第１方位角と前記第２方位角との差の時間変化率に基づいて、前記方位誤差変化率を算出する、項目１または２に記載の作業車両。
【0106】
［項目４］
前記制御装置は、前記第１の状態における前記第１方位角と前記第２方位角との差の時間変化率を所定の時間間隔で繰り返し算出し、複数回算出された前記時間変化率の統計値を、前記方位誤差変化率として算出する、項目３に記載の作業車両。
前記制御装置は、前記第１の状態における前記第１方位角と前記第２方位角との差の時間変化率を所定の時間間隔で繰り返し算出し、複数回算出された前記時間変化率の統計値を、前記方位誤差変化率として算出する、項目３に記載の作業車両。
【0107】
［項目５］
前記所定の時間間隔は、１秒以上２０秒以下である、項目４に記載の作業車両。
前記所定の時間間隔は、１秒以上２０秒以下である、項目４に記載の作業車両。
【0108】
［項目６］
前記複数回は、３回以上１０回以下である、項目４に記載の作業車両。
前記複数回は、３回以上１０回以下である、項目４に記載の作業車両。
【0109】
［項目７］
前記制御装置は、前記第１の状態の持続時間が第１の時間よりも長い場合に限り、前記第２の状態において、前記方位誤差変化率に基づく前記第２方位角の補正を実行する、項目１から３のいずれかに記載の作業車両。
前記制御装置は、前記第１の状態の持続時間が第１の時間よりも長い場合に限り、前記第２の状態において、前記方位誤差変化率に基づく前記第２方位角の補正を実行する、項目１から３のいずれかに記載の作業車両。
【0110】
［項目８］
前記制御装置は、前記第１の状態から前記第２の状態に変化したとき、警告を出力する、項目１から３のいずれかに記載の作業車両。
前記制御装置は、前記第１の状態から前記第２の状態に変化したとき、警告を出力する、項目１から３のいずれかに記載の作業車両。
【0111】
［項目９］
前記制御装置は、前記第２の状態が第２の時間以上継続する場合、自動操舵を停止して警告を出力する、項目１から３のいずれかに記載の作業車両。
前記制御装置は、前記第２の状態が第２の時間以上継続する場合、自動操舵を停止して警告を出力する、項目１から３のいずれかに記載の作業車両。
【0112】
［項目１０］
前記所定時間は、１０秒以上３０秒以下である、項目９に記載の作業車両。
前記所定時間は、１０秒以上３０秒以下である、項目９に記載の作業車両。
【0113】
［項目１１］
前記測位システムは、ＧＮＳＳ受信機を含む、項目１から３のいずれかに記載の作業車両。
前記測位システムは、ＧＮＳＳ受信機を含む、項目１から３のいずれかに記載の作業車両。
【0114】
［項目１２］
前記第１時系列データは、測位の信頼性を示す情報を含み、
前記制御装置は、前記情報に基づいて、前記第１時系列データの信頼度を決定し、前記信頼度に基づいて、前記第１の状態と前記第２の状態とを判別する、
項目１１に記載の作業車両。
前記第１時系列データは、測位の信頼性を示す情報を含み、
前記制御装置は、前記情報に基づいて、前記第１時系列データの信頼度を決定し、前記信頼度に基づいて、前記第１の状態と前記第２の状態とを判別する、
項目１１に記載の作業車両。
【0115】
［項目１３］
自動操舵運転を行う作業車両の制御システムであって、
前記作業車両は、前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、を備え、
前記制御装置は、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて、前記作業車両の位置および方位角を推定し、推定した前記位置および前記方位角と、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、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行い、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う、
制御システム。
自動操舵運転を行う作業車両の制御システムであって、
前記作業車両は、前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、を備え、
前記制御装置は、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて、前記作業車両の位置および方位角を推定し、推定した前記位置および前記方位角と、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、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行い、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出し、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行う、
制御システム。
【0116】
［項目１４］
自動操舵運転を行う作業車両の制御方法であって、
前記作業車両は、前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、を備え、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行うことと、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出することと、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行うことと、
を含む制御方法。
自動操舵運転を行う作業車両の制御方法であって、
前記作業車両は、前記作業車両の位置情報を含む第１時系列データを出力する測位システムと、加速度センサおよび角速度センサを含み、前記加速度センサの計測値および前記角速度センサの計測値に基づく第２時系列データを出力する慣性計測システムと、を備え、
前記測位システムによる測位が可能な第１の状態において、前記第１時系列データおよび前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第１方位角を逐次推定し、前記第２時系列データに基づいて前記作業車両の第２方位角を逐次推定し、前記第１方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行うことと、
前記第１の状態において逐次推定した前記第１方位角と前記第２方位角との差に基づいて、前記第２方位角の方位誤差変化率を算出することと、
前記第１の状態から、前記測位システムによる測位の信頼性が低下した第２の状態に変化した場合、前記第１の状態に戻るまで、前記第２時系列データに基づいて推定される前記第２方位角を、前記方位誤差変化率に基づいて補正した方位角に基づいて前記作業車両の操舵制御を行うことと、
を含む制御方法。
【産業上の利用可能性】
【0117】
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。
【符号の説明】
【0118】
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・・・測位システム、１２１・・・ＧＮＳＳ受信機、１２２・・・ＲＴＫ受信機、１２３・・・プロセッサ、１２５・・・慣性計測システム、１２６・・・加速度センサ、１２７・・・角速度センサ、１２８・・・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、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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15】