CN113015427B - 自动转向***、自动转向方法以及自动转向程序 - Google Patents

Abstract

一种自动转向***，使作业车辆沿着所设定的转弯圆自动行驶，其中，所述自动转向***具备：基准点计算部，所述基准点计算部计算作业车辆中的基准点(VP)的位置；基准直线计算部，所述基准直线计算部计算通过转弯圆的中心(P)和基准点(VP)的直线作为基准直线(BL)；车身方位计算部，所述车身方位计算部计算表示作业车辆的车身的朝向的车身方位；方位偏移量计算部，所述方位偏移量计算部计算通过基准点(VP)并与基准直线(BL)垂直的线和车身方位的交叉角作为方位偏移量(θ)；偏移方向判定部，所述偏移方向判定部判定基准点(VP)与转弯圆的外周之间的位置关系；以及转向控制部，在基准点(VP)位于比转弯圆的外周靠内侧的位置的情况下，所述转向控制部输出使方位偏移量(θ)变小的转向量。

Description

自动转向***、自动转向方法以及自动转向程序

技术领域

本发明涉及使作业车辆沿着所设定的转弯圆自动行驶的自动转向***、自动转向方法以及自动转向程序。

背景技术

专利文献1的农业用作业车辆具备接收来自GPS卫星的电波的GPS信号接收装置，基于算出的本车位置，以追随目标路径的方式自动行驶。在直行行驶中，在车身从直线状的目标路径偏移的情况下，即，在设置在车身中心线上的控制基准点从目标路径偏移的情况下，基于位置偏差(位置偏移)以及方位偏差(方位偏移)，进行转向控制。在转弯行驶中，车身前侧的前轮中心部被设定为控制基准位置，计算控制基准位置相对于的车身的切线矢量的位置偏差和方位偏差，该车身的切线矢量通过将转弯路径的中心和控制基准位置连结的直线与转弯路径的交点。基于算出的位置偏差和方位偏差进行转向控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-358122号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的转向控制中，为了求出位置偏差(位置偏移量)和方位偏差(方位偏移量)，需要计算通过将转弯路径的转弯中心和控制基准位置连结的直线与转弯路径的交点的车身的切线矢量，但切线矢量的计算的运算负荷高，因此，运算费时间。另外，在作业车辆中，由于使用比乘用车等小的转弯半径，因此，在转弯行驶中切线矢量快速变化，需要在短时间内进行运算负荷高的切线矢量的计算。为了进行该处理，要求高成本的运算功能。

另外，在车身位于转弯路径的内侧的情况和位于外侧的情况下，车身和田地伴随着转向控制而受到的影响不同。例如，在车身位于转弯路径的外侧的情况下，转向方向相同，只是使转向量增大。与此相对，在车身位于转弯路径的内侧的情况下，不仅转向量增大，而且在控制前后转向方向反向转向。因此，当使用位置偏移量和方位偏移量双方进行转向控制时，在车身位于转弯路径的内侧的情况下，转向方向反转，转向角的变更量变得过大，存在车身的行驶变得不稳定或者破坏田地的情况。

鉴于这样的实际情形，期待一种自动转向***，在转弯行驶中，能够以简单的算法高速计算位置偏移量以及方位偏移量，能够进行准确且适当的转向控制。

用于解决课题的方案

本发明一实施方式的自动转向***使作业车辆沿着所设定的转弯圆自动行驶，其中，所述自动转向***具备：基准点计算部，所述基准点计算部计算所述作业车辆中的基准点的位置；基准直线计算部，所述基准直线计算部计算通过所述转弯圆的中心和所述基准点的直线作为基准直线；车身方位计算部，所述车身方位计算部计算表示所述作业车辆的车身的朝向的车身方位；方位偏移量计算部，所述方位偏移量计算部计算通过所述基准点并与所述基准直线垂直的线和所述车身方位的交叉角作为方位偏移量；偏移方向判定部，所述偏移方向判定部判定所述基准点与所述转弯圆的外周之间的位置关系；以及转向控制部，在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠内侧的位置的情况下，所述转向控制部输出使所述方位偏移量变小的转向量。

在作业车辆向转弯圆的外侧偏移的情况下，为了使作业车辆返回到作为转弯路径的转弯圆上，以使转向方向与现状的转向方向相同且转向量变多的方式进行转向控制。与此相对，在作业车辆向转弯圆的内侧偏移的情况下，为了使作业车辆返回到作为转弯路径的转弯圆上，以使转向方向成为与现状的转向方向相反的方向的方式进行转向控制。因此，在作业车辆向转弯圆的内侧偏移的情况下，存在作业车辆急剧地转弯而使得作业车辆的行驶稳定性变差，或者因作业车辆的转弯而破坏田地的情况。为了解决上述那样的问题，在作业车辆向转弯圆的内侧偏移的情况下，与作业车辆向转弯圆的外侧偏移的情况不同，仅基于方位偏移量进行转向控制。由此，能够抑制作业车辆急剧地转弯，能够抑制作业车辆的行驶稳定性变差、或者因作业车辆的转弯而破坏田地，能够进行准确且适当的转向控制。

另外，优选的是，所述转向控制部将当前的转向量和所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算并输出所述转向量。

通过这样的结构，随着时间的经过而反馈方位偏移量，能够更迅速且准确地进行适当的转向控制。

另外，优选的是，具备位置偏移量计算部，所述位置偏移量计算部计算从所述基准直线与所述转弯圆的交点到所述基准点的距离作为位置偏移量，在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下，所述转向控制部输出使所述位置偏移量和所述方位偏移量变小的转向量。

通过这样的结构，在作业车辆向转弯圆的外侧偏移的情况下，能够基于位置偏移量和方位偏移量进行迅速且细致的转向控制，并且，在作业车辆向转弯圆的内侧偏移的情况下，能够抑制作业车辆急剧地转弯，能够进行准确且适当的转向控制。

另外，优选的是，所述转向控制部将当前的转向量、所述位置偏移量以及所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算并输出所述转向量。

通过这样的结构，随着时间的经过而将位置偏移量与方位偏移量一起反馈，能够更迅速且准确地进行适当的转向控制。

本发明一实施方式的自动转向方法使作业车辆沿着所设定的转弯圆自动行驶，其中，所述自动转向方法具备：计算所述作业车辆中的基准点的位置的工序；计算通过所述回转圆的中心和所述基准点的直线作为基准直线的工序；计算表示所述作业车辆的车身的朝向的车身方位的工序；计算通过所述基准点并与所述基准直线垂直的线和所述车身方位的交叉角作为方位偏移量的工序；判定所述基准点与所述回转圆的外周之间的位置关系的工序；在所述基准点位于比所述回转圆的外周靠内侧的位置的情况下，输出使所述方位偏移量变小的转向量的工序。

这样，在作业车辆向转弯圆的内侧偏移的情况下，能够使其与作业车辆向转弯圆的外侧偏移的情况不同，仅基于方位偏移量进行转向控制。其结果是，能够抑制作业车辆急剧地转弯，能够抑制作业车辆的行驶稳定性变差、或者因作业车辆的转弯而破坏田地，能够进行准确且适当的转向控制。

另外，优选的是，将当前的转向量和所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算被输出的所述转向量。

通过这样的结构，随着时间的经过而反馈方位偏移量，能够更迅速且准确地进行适当的转向控制。

另外，优选的是，具备计算从所述基准直线与所述转弯圆的交点到所述基准点的距离作为位置偏移量的工序，在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下，被输出的所述转向量是使所述位置偏移量和所述方位偏移量变小的转向量。

通过这样的结构，在作业车辆向转弯圆的外侧偏移的情况下，能够基于位置偏移量和方位偏移量进行迅速且细致的转向控制，并且，在作业车辆向转弯圆的内侧偏移的情况下，能够抑制作业车辆急剧地转弯，能够进行准确且适当的转向控制。

另外，优选的是，将当前的转向量、所述位置偏移量以及所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算被输出的所述转向量。

通过这样的结构，随着时间的经过而将位置偏移量与方位偏移量一起反馈，能够更迅速且准确地进行适当的转向控制。

本发明一实施方式的自动转向程序使作业车辆沿着所设定的转弯圆自动行驶，其中，所述自动转向程序用于使计算机执行如下步骤：计算所述作业车辆中的基准点的位置的步骤；计算通过所述回转圆的中心和所述基准点的直线作为基准直线的步骤；计算表示所述作业车辆的车身的朝向的车身方位的步骤；计算通过所述基准点并与所述基准直线垂直的线和所述车身方位的交叉角作为方位偏移量的步骤；判定所述基准点与所述回转圆的外周之间的位置关系的步骤；以及在所述基准点位于比所述回转圆的外周靠内侧的位置的情况下，输出使所述方位偏移量变小的转向量的步骤。

这样，在作业车辆向转弯圆的内侧偏移的情况下，能够使其与作业车辆向转弯圆的外侧偏移的情况不同，仅基于方位偏移量进行转向控制。其结果是，能够抑制作业车辆急剧地转弯，能够抑制作业车辆的行驶稳定性变差、或者因作业车辆的转弯而破坏田地，能够进行准确且适当的转向控制。

另外，优选的是，将当前的转向量和所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算被输出的所述转向量。

通过这样的结构，随着时间的经过而反馈方位偏移量，能够更迅速且准确地进行适当的转向控制。

另外，优选的是，使计算机执行计算从所述基准直线与所述转弯圆的交点到所述基准点的距离作为位置偏移量的步骤，在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下，被输出的所述转向量是使所述位置偏移量和所述方位偏移量变小的转向量。

通过这样的结构，在作业车辆向转弯圆的外侧偏移的情况下，能够基于位置偏移量和方位偏移量进行迅速且细致的转向控制，并且，在作业车辆向转弯圆的内侧偏移的情况下，能够抑制作业车辆急剧地转弯，能够进行准确且适当的转向控制。

另外，优选的是，将当前的转向量、所述位置偏移量以及所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算被输出的所述转向量。

通过这样的结构，随着时间的经过而将位置偏移量与方位偏移量一起反馈，能够更迅速且准确地进行适当的转向控制。

在上述自动转向***、自动转向方法以及自动转向程序中，在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下的所述PID控制方式以及所述PI控制方式中的控制增益，也可以比所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠内侧的位置的情况下的所述PID控制方式以及所述PI控制方式中的控制增益大。

这样，在作业车辆向转弯圆的内侧偏移的情况下，与向外侧偏移的情况相比，能够减小控制增益，能够减小相对于偏移量的转向控制量。其结果是，能够可靠地抑制作业车辆急剧地转弯，能够进行准确且更适当的转向控制。

另外，在所述位置偏移量比规定的值大的情况下，也可以将所述方位偏移量从输入参数中排除。

通过这样的结构，即便在偏移量大的情况下，也能够抑制过大的转向控制，能够抑制急剧的转弯。

另外，在所述方位偏移量比规定的角度小的情况下，也可以将所述方位偏移量从输入参数中排除。

通过这样的结构，能够抑制过敏的转弯，确保行驶稳定性。

另外，作为所述转弯圆，也可以能够选择地准备急转弯用转弯圆和半径比所述急转弯用转弯圆的半径大的缓转弯用转弯圆。

通过这样的结构，能够进行与作业状况相应的适当的转弯。

附图说明

图1是作为采用了自动转向***的作业车辆的一例的联合收割机的侧视图。

图2是表示联合收割机的自动行驶的概要的图。

图3是表示自动行驶中的行驶路径的图。

图4是表示使用了后退的转弯行驶路径的例子的图。

图5是表示使用了后退的转弯行驶路径的例子的图。

图6是表示联合收割机的控制***的结构的功能框图。

图7是说明对位置偏移量以及方位偏移量进行计算时使用的基本原理的说明图。

图8是表示转弯控制中的另一实施方式的示意图。

图9是表示转弯控制中的另一实施方式的示意图。

图10是表示转弯控制中的另一实施方式的示意图。

图11是表示转弯控制中的另一实施方式的示意图。

图12是说明在对车身位于内侧的情况下的位置偏移量以及方位偏移量进行计算时使用的基本原理的说明图。

图13是依次表示转弯控制的工序的图。

具体实施方式

接着，作为采用本发明的自动转向***且能够自动行驶的作业机的一例，列举全喂入联合收割机进行说明。需要说明的是，在本说明书中，只要未特别说明，“前”(图1所示的箭头F的方向)是指车身前后方向(行驶方向)上的前方，“后”(图1所示的箭头B的方向)是指车身前后方向(行驶方向)上的后方。另外，左右方向或横向是指与车身前后方向正交的车身横穿方向(车身宽度方向)。“上”(图1所示的箭头U的方向)以及“下”(图1所示的箭头D的方向)是车身的铅垂方向(垂直方向)上的位置关系，表示地上高度的关系。

如图1所示，该联合收割机具备行驶车身(相当于作业车辆)10、履带式的行驶装置11、驾驶部12、脱粒装置13、谷粒箱14、收获部H、输送装置16、谷粒排出装置18、本车位置检测模块80。

行驶装置11设置在行驶车身10(以下简称为车身10)的下部。联合收割机构成为能够通过行驶装置11自行行驶。该行驶装置11是由左右一对履带机构(行驶单元)构成的转向行驶装置。左履带机构(左行驶单元)的履带速度和右履带机构(右行驶单元)的履带速度能够独立地调整，通过该速度差的调整来变更车身10在行驶方向上的朝向。驾驶部12、脱粒装置13、谷粒箱14设置在行驶装置11的上侧，构成车身10的上部。驾驶部12能够搭乘驾驶联合收割机的驾驶员、监视联合收割机的作业的监视者。通常，驾驶员兼任监视者。需要说明的是，在驾驶员和监视者为不同人的情况下，监视者也可以从联合收割机的机外监视联合收割机的作业。

谷粒排出装置18与谷粒箱14的后下部连结。另外，本车位置检测模块80安装在驾驶部12的前上部。

收获部H设置在联合收割机的前部。而且，输送装置16与收获部H的后侧连接。另外，收获部H具有切断机构15以及拨禾轮17。切断机构15收割田地的直立谷秆。另外，拨禾轮17一边旋转驱动一边扒拢收获对象的直立谷秆。根据该结构，收获部H收获田地的谷物(农作物的一种)。而且，联合收割机能够进行一边通过收获部H收获田地的谷物一边通过行驶装置11行驶的作业行驶。

由切断机构15收割的收割谷秆通过输送装置16向脱粒装置13输送。在脱粒装置13中，对收割谷秆进行脱粒处理。通过脱粒处理而得到的谷粒储存于谷粒箱14。储存于谷粒箱14的谷粒通过谷粒排出装置18向机外排出。

在驾驶部12配置有通信终端2。在本实施方式中，通信终端2固定于驾驶部12。但是，本发明并不限于此，通信终端2也可以构成为能够相对于驾驶部12装卸。另外，通信终端2也可以被带出到联合收割机的机外。

如图2所示，该联合收割机沿着在田地中设定的行驶路径自动行驶。因此，需要本车位置。本车位置检测模块80包括卫星导航模块81和惯性导航模块82。卫星导航模块81接收来自人造卫星GS的GNSS(global navigation satellite system：全球导航卫星***)信号(包括GPS信号)，输出用于计算本车位置的定位数据。惯性导航模块82装配有陀螺仪加速度传感器以及磁方位传感器，输出表示瞬时的行驶方向的位置矢量。惯性导航模块82用于补充由卫星导航模块81进行的本车位置计算。惯性导航模块82也可以配置在与卫星导航模块81不同的场所。

通过该联合收割机进行田地中的收获作业的情况下的步骤如以下说明的那样。

首先，驾驶员兼监视者手动操作联合收割机，如图2所示，在田地内的外周部分，以沿着田地的边界线环绕的方式进行收获行驶。由此，成为已收割地(已作业地)的区域被设定为外周区域SA。而且，在外周区域SA的内侧以未收割地(未作业地)原样保留的区域被设定为作业对象区域CA。图2表示外周区域SA和作业对象区域CA的一例。

另外，此时，为了在一定程度上较宽地确保外周区域SA的宽度，驾驶员使联合收割机行驶2～3周。在该行驶中，每当联合收割机旋转1周时，外周区域SA的宽度与联合收割机的作业宽度量相应地扩大。当最初的2～3周的行驶结束时，外周区域SA的宽度成为联合收割机的作业宽度的2～3倍左右的宽度。该环绕行驶也可以基于预先提供的田地外形状数据通过自动行驶来进行。

当在作业对象区域CA中进行收获行驶时，外周区域SA被用作供联合收割机进行方向转换的空间。另外，外周区域SA也被用作暂时结束收获行驶而向谷粒的排出场所移动时、向燃料的补给场所移动时等的移动用的空间。

需要说明的是，图2所示的搬运车CV可以收集并搬运从联合收割机排出的谷粒。在谷粒排出时，联合收割机向搬运车CV的附近移动后，通过谷粒排出装置18将谷粒向搬运车CV排出。

若设定外周区域SA以及作业对象区域CA，则如图3所示，计算作业对象区域CA中的行驶路径。算出的行驶路径基于作业行驶的模式依次设定，联合收割机沿着所设定的行驶路径自动行驶。需要说明的是，作为用于转弯行驶的转弯模式，该联合收割机具有：沿着图3所示那样的U形的转弯行驶路径进行方向转换的U转弯模式；一边反复进行图4所示那样的前进后退一边进行方向转换的α转弯模式；以及伴随图5所示那样的后退行驶而在比U转弯模式窄的区域进行与U转弯模式同样的方向转换的折返转弯模式。在图4的α转弯模式中，示出90°的回轮转弯行驶路径。在该回轮转弯行驶中，该路径从转移源行驶路径L1经过前进行驶路径ML1、后退行驶路径ML2、前进行驶路径ML3到达转移目的地行驶路径L2。在图5的折返转弯模式中，示出在直线往复行驶中的路径转移中使用的180°的回轮转弯行驶。在该回轮转弯行驶中也同样地，该路径从转移源行驶路径L1经过前进行驶路径ML4、后退行驶路径ML5、前进行驶路径ML6到达转移目的地行驶路径L2。在谷粒箱14装满而从作业对象区域CA的行驶路径脱离的联合收割机相对于搬运车CV对位时等也进行包括这样的后退在内的转弯行驶。

图6示出利用本发明的自动转向***的联合收割机的控制***。联合收割机的控制***由控制单元5和在与该控制单元5之间通过车载LAN等配线网进行信号通信(数据通信)的各种输入输出设备构成，控制单元5由被称为ECU的多个电子控制单元构成。

告知设备62是用于向驾驶员等告知作业行驶状态、各种警告的设备，是蜂鸣器、灯、扬声器、显示器等。通信部66用于在该联合收割机的控制***与通信终端2之间、或者与设置于远程地的管理计算机之间进行数据交换。通信终端2也包括站在田地的监视者、或乘坐于联合收割机的驾驶员兼监视者操作的平板电脑、设置于自家、管理事务所的计算机等。控制单元5是该控制***的核心要素，表示为多个ECU的集合体。来自本车位置检测模块80的信号通过车载LAN被输入到控制单元5。

控制单元5具备输出处理部503和输入处理部502作为输入输出接口。输出处理部503经由设备驱动器65与各种动作设备70连接。作为动作设备70，存在作为行驶关系的设备的行驶设备组71和作为作业关系的设备的作业设备组72。行驶设备组71例如包括转向设备710、发动机设备、变速设备、制动设备等。作业设备组72包括收获部H(参照图1)、脱粒装置13(参照图1)、输送装置16(参照图1)、谷粒排出装置18(参照图1)中的动力控制设备等。

在输入处理部502连接有行驶状态传感器组63、作业状态传感器组64、行驶操作单元90等。行驶状态传感器组63包括发动机转速传感器、过热检测传感器、制动踏板位置检测传感器、变速位置检测传感器、转向位置检测传感器等。作业状态传感器组64包括检测收获作业装置(收获部H、脱粒装置13、输送装置16、谷粒排出装置18)的驱动状态的传感器、检测谷秆、谷粒的状态的传感器等。

行驶操作单元90是由驾驶员手动操作并将该操作信号输入到控制单元5的操作件的总称。行驶操作单元90包括主变速操作件91、转向操作件92、模式操作件93、自动开始操作件94等。在手动行驶模式中，通过将转向操作件92从中立位置向左右摆动操作，从而调整左履带机构的履带速度和右履带机构的履带速度，车身10(以下，均参照图1)的朝向被变更。在本发明中，将变更车身10行进的方向的操作统称为转向，不仅将改变车轮等的朝向这种情况称为转向，还将调整左右的履带的速度这种情况也称为转向。模式操作件93具有向控制单元5提供用于切换进行自动驾驶的自动行驶模式和进行手动驾驶的手动行驶模式的指令的功能。自动开始操作件94具有向控制单元5提供用于开始自动行驶的最终的自动开始指令的功能。需要说明的是，也存在如下情况：与基于模式操作件93的操作无关地，通过软件自动进行从自动行驶模式向手动行驶模式的转移。例如，当发生不能自动驾驶的状况时，控制单元5强制性地执行从自动行驶模式向手动行驶模式的转移。

控制单元5具备告知部501、行驶控制部51、作业控制部52、行驶模式管理部53、行驶路径设定部54、本车位置计算部55、车身方位计算部56、位置偏移量计算部57、方位偏移量计算部58、基准直线计算部59。告知部501基于来自控制单元5的各功能部的指令等，生成告知数据，并向告知设备62提供。本车位置计算部55基于从本车位置检测模块80依次发送来的定位数据，计算预先设定的车身10的基准点的地图坐标(或田地坐标)即本车位置。即，本车位置计算部55作为计算车身10的基准点的位置的基准点计算部发挥功能。该基准点包括后面说明的车身基准点、转弯基准点等。车身方位计算部56根据由本车位置计算部55依次算出的本车位置，求出微小时间内的行驶轨迹，决定表示车身10的行驶方向上的朝向的车身方位。另外，车身方位计算部56也可以基于来自惯性导航模块82的输出数据所包含的方位数据来决定车身方位。

行驶控制部51具有发动机控制功能、转向控制功能、车速控制功能等，向行驶设备组71提供控制信号。作业控制部52为了控制收获作业装置(收获部H(参照图1)、脱粒装置13(参照图1)、输送装置16(参照图1)、谷粒排出装置18(参照图1)等)的动作，向作业设备组72提供控制信号。

行驶控制部51所包含的偏移方向判定部509基于由后述的位置偏移量计算部57算出的位置偏移量，判定车身10是向转弯路径的内侧偏移还是向外侧偏移。行驶控制部51所包含的转向控制部510基于由位置偏移量计算部57算出的位置偏移量和由方位偏移量计算部58算出的方位偏移量中的至少一方来计算转向量，并输出到转向设备710。即，转向控制部510以使由行驶路径设定部54设定的成为目标的行驶路径与由本车位置计算部55算出的本车位置之间的位置偏移量和方位偏移量中的至少一方变小的方式进行转向控制(转弯控制)。在本实施方式中，转向控制部510采用PID控制方式或PI控制方式。当然，也可以采用其他控制方式。该联合收割机能够在通过自动行驶进行收获作业的自动驾驶和通过手动行驶进行收获作业的手动驾驶这两方行驶。因此，行驶控制部51还包括手动行驶控制部511和自动行驶控制部512。需要说明的是，在进行自动驾驶时，设定自动行驶模式，为了进行手动驾驶而设定手动行驶模式。如上所述，行驶模式的切换由行驶模式管理部53管理。

需要说明的是，行驶控制部51的转向控制部510也可以根据车身10是向转弯路径的内侧偏移还是向外侧偏移，使转向控制的结构不同。例如，在车身10向转弯路径的外侧偏移的情况下，基于位置偏移量和方位偏移量计算转向量，并输出到转向设备710。另外，在车身10向转弯路径的内侧偏移的情况下，不考虑位置偏移量，仅基于方位偏移量计算转向量，并输出到转向设备710。通过这样进行控制，能够抑制转向方向反转而使得转向角的变更量变得过大，抑制车身的10行驶变得不稳定或破坏田地。其结果是，在转弯行驶中，能够以简单的算法高速计算位置偏移量以及方位偏移量，能够进行准确且适当的转向控制。

在设定了自动行驶模式的情况下，自动行驶控制部512一边与转向控制部510协作，一边生成包括自动转向和停止在内的车速变更的控制信号，对行驶设备组71进行控制。此时，基于预先设定的车速值来生成与车速变更相关的控制信号。

行驶路径设定部54依次选择所管理的包括转弯路径在内的行驶路径，并设定为行驶目标路径。转弯路径实质上是转弯圆的圆弧。根据该转弯圆的中心和转弯圆的半径来规定圆弧形的转弯路径。在假定车身10准确地在转弯路径上行驶的情况下，该转弯圆的中心成为车身10的转弯中心。由行驶路径设定部54管理的行驶路径也可以由行驶路径设定部54通过路径计算算法自行生成，但也可以使用下载了由通用终端2或远程地的管理计算机等生成的行驶路径而得到的行驶路径。

在选择了手动行驶模式的情况下，基于驾驶员的操作，手动行驶控制部511生成控制信号，对行驶设备组71进行控制，从而实现手动驾驶。需要说明的是，即便是手动驾驶，由行驶路径设定部54算出的行驶路径也能够以用于使联合收割机沿着该行驶路径行驶的引导目的来利用。

位置偏移量计算部57计算由行驶路径设定部54设定的行驶路径与由本车位置计算部55算出的本车位置之间的距离即位置偏移。方位偏移量计算部58计算由行驶路径设定部54设定的行驶路径的延伸方向与由车身方位计算部56算出的车身方位之间的角度差作为方位偏移。在本实施方式中，由本车位置计算部55算出的本车位置在没有偏移的理想的转弯行驶中，作为到达由转弯圆规定的转弯路径上的点即转弯基准点。当然，在直线行驶道路径上的没有偏移的理想的行驶中，该转弯基准点也到达直线行驶路径，因此，转弯基准点可以用作直线行驶道路径上的车身基准点。在该情况下，转弯基准点与车身基准点相同。

基准直线计算部59计算基准直线。基准直线用于转弯行驶中的、由位置偏移量计算部57进行的位置偏移量的计算、以及由方位偏移量计算部58进行的方位偏移量的计算。接着，使用图7，说明基准直线与位置偏移量和方位偏移量的关系。

图7、图12表示在从转弯前的行驶路径即转弯前行驶路径向转弯目的地的行驶路径即转弯后行驶路径转弯行驶时设定的、转弯圆C与车身10的关系。在图7所示的例子中，转弯前行驶路径与转弯后行驶路径为正交关系，转弯路径是转弯圆C的90°圆弧。另外，车身10向转弯圆C的外侧偏移。在图12所示的例子中，转弯前行驶路径与转弯后行驶路径为平行关系，转弯路径是转弯圆C的180°圆弧。另外，车身10向转弯圆C的内侧偏移。需要说明的是，转弯前行驶路径与转弯后行驶路径的关系是例示，在任一情况下都设想车身10向转弯圆C的内侧或外侧偏移。在图7、图12的说明中使用的附图标记如下定义。C表示转弯圆。P是转弯圆C的中心。转弯圆的中心P的坐标值是(X，Y)，由行驶路径设定部54管理。R是转弯圆C的半径。VP是车身10的转弯基准点(车身基准点)，用坐标值(x，y)表示。转弯基准点VP的坐标值(x，y)由本车位置计算部55计算。CL是沿车身10的前后方向延伸的中心线即车身中心线。d是转弯圆的中心P与转弯基准点VP的2点间距离。BL是将转弯圆的中心P与转弯基准点VP这2点连结的直线，该直线是“基准直线”。PL是通过转弯基准点VP并与基准直线BL垂直的直线，以下，称为“方位基准线”。

图7表示转弯行驶中途的状态，车身10向转弯圆C的外侧发生位置偏移，并且，车身方位(车身中心线CL)相对于方位基准线PL向右侧偏移。另外，图12表示转弯行驶中途的状态，车身10向转弯圆C的内侧发生位置偏移，并且，车身方位(车身中心线CL)相对于方位基准线PL向左侧偏移。基准直线计算部59求出将转弯圆的中心P与转弯基准点VP这2点连结的直线式，计算基准直线BL。位置偏移量计算部57计算转弯圆的中心P与转弯基准点VP的2点间距离d，通过从该2点间距离d减去R来计算位置偏移量δ。在该减法运算中，考虑正负符号，如果减法值为负，则车身10向转弯圆C的内侧发生位置偏移，如果减法值为正，则车身10向转弯圆C的外侧发生位置偏移。偏移方向判定部509判定位置偏移量δ的正负符号，判定车身10是向转弯圆C的内侧偏移还是向外侧偏移。方位偏移量计算部58计算车身中心线CL与方位基准线PL所成的角度(交叉角)作为方位偏移量θ。如果方位偏移量θ为正的值，则车身10在行驶方向上向右方向偏移，如果方位偏移量θ为负的值，则车身10在行驶方向上向左方向偏移。这样，以微小行驶单位计算位置偏移量δ和方位偏移量θ，并向转向控制部510提供，从而输出基于PID或PI控制的转向量。

参照图6、图7、图12并使用图13，以下示出转弯行驶中的转向量的计算步骤的一例。

(1)从本车位置计算部55取得车身10的本车位置即转弯基准点VP的坐标值(x，y)(图13的步骤#1)。

(2)求出基准直线BL的直线式(图13的步骤#2)。

(3)求出转弯圆C的中心P与转弯基准点VP之间的长度即2点间距离d(图13的步骤#3)。

(4)从2点间距离d减去转弯圆C的半径R，其值被设为位置偏移量δ(图13的步骤#4)。

(5)基于来自车身方位计算部56的车身方位，求出车身中心线CL的直线式(图13的步骤#5)。

(6)基于基准直线BL的直线式，计算与基准直线BL垂直的方位基准线PL，计算车身中心线CL与方位基准线PL所成的角度(交叉角)作为方位偏移量θ(图13的步骤#6)。

(7)根据位置偏移量δ的正负符号，判定车身10是向转弯圆C的内侧偏移还是向外侧偏移(图13的步骤#7)。

(8)在向外侧偏移的情况下，根据位置偏移量δ和方位偏移量θ来计算转向量(图13的步骤#8)。

(9)在向内侧偏移的情况下，根据方位偏移量θ来计算转向量(图13的步骤#9)。

这样，根据车身10相对于转弯圆C是向内侧偏移还是向外侧偏移，使转向控制不同，从而能够进行适于状况的转向控制。在车身10相对于转弯圆C向内侧偏移的情况下，成为使向内转弯的车身10向外转弯的倾向，转弯方向的位移量变多，进行急剧的转弯。当进行这样的转弯时，车身10的行驶稳定性降低或破坏田地。因此，通过根据车身10相对于转弯圆C的位置关系使转向控制不同，能够抑制转弯方向的位移量，避免急剧的转弯。例如，在车身10相对于转弯圆C向外侧偏移的情况下，使用位置偏移量δ和方位偏移量θ进行转向控制，在车身10相对于转弯圆C向内侧偏移的情况下，不考虑位置偏移量δ而仅使用方位偏移量θ进行转向控制。由此，能够削减决定转弯方向的位移量等的参数，能够抑制急剧的转弯。其结果是，能够抑制车身10的行驶稳定性或破坏田地，能够进行适当的转向控制。

需要说明的是，代替(3)、(4)，在简单地求出基准直线BL与转弯圆C的交点的情况下，通过对求出的交点与转弯基准点VP的2点间距离进行运算，能够得到位置偏移量δ。另外，在简单地求出通过基准点并与基准直线垂直的直线的直线式的情况下，也可以代替(6)直接求出车身中心线CL与基准直线BL所成的角度(交叉角)，将从该角度减去90°后的值作为方位偏移量θ。

接着，列举在使用转弯圆的自动转向中产生了转弯行驶误差的情况下的应对方案。

(A)图8表示在所设定的转弯圆C(转弯圆C的半径为R)的转弯行驶中，在转弯结束时产生位置偏移量δ的状况。作为产生了这样的转弯偏移的原因，可考虑“在转弯开始时车身10的方位发生了偏移”、或者“因田地的打滑等而导致实际的转弯半径变大”这样的多个原因，因此，难以采取决定性的对策。为了解决该问题，根据转弯开始时以及转弯结束时的实际的车身10的位置和方位，计算能够适当地转弯行驶的适当化转弯圆Co。如图8所示，求出通过转弯开始时的车身10的转弯基准点VP并与车身中心线CL垂直的直线K1和通过转弯结束时的车身10的转弯基准点VP并与车身中心线CL垂直的直线K2的交点，以该交点为中心，通过转弯开始时的车身10的转弯基准点VP和转弯结束时的车身10的转弯基准点VP的圆是适当化转弯圆，具有半径Rc。在以后的转弯行驶中，通过设定该适当化转弯圆Co，能够期待转弯偏移少的转弯行驶。

(B)图9表示在所设定的转弯圆C的转弯行驶中产生了转弯行驶误差时，在接下来的转弯行驶中考虑该转弯行驶误差，欲实现转弯偏移更少的转弯行驶的对策。在此，在在最初的转弯行驶中产生的位置偏移量δ作为输入参数，使用导出为了消除该位置偏移量δ而需要的转弯开始点的偏移量ΔL的函数：F(δ)。这样的函数F(δ)能够通过模拟或实验来制作。通过利用由函数F(δ)导出的偏移量ΔL，将接下来的转弯行驶的转弯开始预定点Ps向修正转弯开始点Pc偏移，能够期待减少接下来的转弯行驶中的转弯偏移。

(C)在图10中，示出与图9所示的转弯偏移改善对策类似的转弯偏移改善对策。在此，将在最初的转弯行驶中产生的位置偏移量δ作为输入参数，使用导出为了消除该位置偏移量δ而需要的转弯圆的半径的调整量ΔR的函数：G(δ)。这样的函数G(δ)也能够通过模拟或实验来制作。在接下来的转弯行驶中，代替转弯圆C而使用具有由通过函数G(δ)导出的调整量ΔR调整后的半径Rc的适当化转弯圆Co。此时，转弯圆的中心P也向新的中心P'移动。通过使用该适当化转弯圆Co，能够期待减少转弯偏移。

(D)图11说明如下对策：在所设定的转弯圆C的转弯行驶中产生了转弯行驶误差时，使用转弯开始时的车身10的方位偏移量θs和转弯结束时的车身10的方位偏移量θe，调整在接下来的转弯行驶中设定的转弯圆，欲实现转弯偏移更少的转弯行驶。因此，在此，将转弯开始时的方位偏移量θs以及转弯开始时的方位偏移量θe作为输入参数，使用导出为了消除该转弯偏移而需要的转弯圆C的半径的调整量ΔR的函数：J(θs，θe)。这样的函数J(θs，θe)也能够通过模拟或实验来制作。在接下来的转弯行驶中，代替转弯圆C而使用具有由通过函数J(θs，θe)导出的调整量ΔR调整后的半径Rc的适当化转弯圆Co，从而能够期待减少转弯偏移。

(E)经验上已知基于实际的联合收割机的转弯轨迹的转弯半径根据谷粒箱14中储存的谷粒的量而变动。这样，通过设定由积存谷粒量V来调整半径的转弯圆，能够改善根据积存谷粒量V而产生的转弯行驶误差。因此，将积存谷粒量V作为输入参数，使用导出转弯圆的半径的调整量ΔR的函数：H(V)。此时，优选的是，V＝0时的调整量ΔR为0，到满箱为止的调整量阶段性地增加。

需要说明的是，在上述(A)至(E)的应对方案中，假定产生了转弯偏移的转弯圆和接着转弯行驶的转弯圆具有相同的半径，但在对半径不同的转弯圆应用上述对策的情况下，通过使用对预先制作的半径之差进行修正的修正系数表，能够消除由上述那样的转弯圆的半径之差引起的问题。

〔其他实施方式〕(1)在控制转向量时，在位置偏移量δ小于预先确定的规定的值(阈值)δT₁的情况下，转向控制部510也可以不使用位置偏移量δ而仅基于方位偏移量θ来计算转向量。由此，能够抑制过敏的转弯，确保行驶稳定性。

(2)在位置偏移量δ大于预先确定的规定的值(阈值)δT₂的情况下，转向控制部510也可以不使用方位偏移量θ而仅基于位置偏移量δ来计算转向量。由此，即便在位置偏移量大的情况下，也能够抑制过大的转向控制，能够抑制急剧的转弯。

(3)在方位偏移量θ小于预先确定的规定的角度(阈值)θT₃的情况下，转向控制部510也可以不使用方位偏移量θ而仅使用位置偏移量δ来计算转向量。由此，能够抑制过敏的转弯，确保行驶稳定性。

(4)也可以是，在由偏移方向判定部509判定为车身10向转弯圆C的内侧偏移的情况下，转向控制部510使转向控制所使用的控制增益比车身10向转弯圆C的外侧偏移的情况下的转向控制所使用的控制增益小，在判定为车身10向转弯圆C的内侧偏移的情况下，平缓地进行转向控制。例如，车身10向转弯圆C的外侧偏移的情况下的控制增益为0.8，车身10向转弯圆C的内侧偏移的情况下的控制增益为0.6。由此，能够抑制车身10向转弯圆C的内侧偏移的过大的转向控制，能够抑制急剧的转弯。

(5)实际的联合收割机的转弯受到谷粒箱7中储存的谷粒的量的影响，因此，转向控制部510在计算转向量时，也可以考虑谷粒箱7中储存的谷粒的量(稻谷重量)。

(6)在上述实施方式中，转弯路径所使用的转弯圆包含在通过行驶路径制作算法对田地生成、或人为地生成的行驶路径中，在行驶时，通过行驶路径设定部54依次设定为目标行驶路径。此时，也对基于转弯偏移的产生等自动变更转弯圆的半径的例子进行了说明。除此之外，也可以采用人为地变更转弯圆的半径的结构。例如，也可以设置能够选择设定半径大的转弯圆(缓转弯用转弯圆)的“平缓模式”和选择半径小的转弯圆(急转弯用转弯圆)的“高速模式”这样的多个转弯模式的人为操作件。当选择“平缓模式”时，实现尽量不破坏田地的转弯，当选择“高速模式”时，转弯行驶的时间变短，作业时间缩短。需要说明的是，实际的车身10的转弯半径由左右履带机构的履带速度之差、或左右的驱动车轮的速度差决定，但也可以调整将行驶动力向履带机构、驱动车轮传递的液压传动机构中的液压，来调整转弯半径。

(7)在上述实施方式中，作为本车位置检测模块80，使用了卫星导航模块81和惯性导航模块82的组合，但也可以仅是卫星导航模块81。另外，也可以采用基于照相机的拍摄图像来计算本车位置、车身方位的方法。

(8)图6所示的各功能部主要出于说明目的而划分。实际上，各功能部也可以与其他功能部合并，或者也可以分为多个功能部。并且，也可以采用如下结构：在构建于控制单元5的功能部中，行驶模式管理部53、行驶路径设定部54、位置偏移量计算部57、方位偏移量计算部58、基准直线计算部59中的全部或一部分构建于能够与控制单元5连接的便携式通信终端2(平板电脑等)或设置于管理事务所等的计算机等，经由无线、车载LAN等与控制单元5进行数据交换。

另外，这些功能部可以由硬件构成，也可以由软件构成。在由软件构成的情况下，在设置于控制单元5等的存储装置(未图示)中存储有实现这些功能的程序，程序由控制单元5等具备的ECU、CPU等处理器执行。

需要说明的是，在上述实施方式(包括其他实施方式在内，以下相同)中公开的结构只要不产生矛盾，就能够与在其他实施方式中公开的结构组合而应用，另外，在本说明书中公开的实施方式是例示，本发明的实施方式并不限于此，可以在不脱离本发明的目的的范围内适当改变。

工业实用性

本发明不仅能够应用于全喂入联合收割机，还能够应用于半喂入联合收割机。

另外，本发明也能够应用于玉米收割机、马铃薯收割机、胡萝卜收割机、甘蔗收割机等各种收割机、插秧机、拖拉机等田地作业车辆。并且，本发明也能够应用于割草机、建筑机械等。

附图标记说明

10 行驶车身(作业车辆)

55 本车位置计算部(基准点计算部)

56 车身方位计算部

57 位置偏移量计算部

58 方位偏移量计算部

59 基准直线计算部

509 偏移判定部

510 转向控制部

BL 基准直线

C 转弯圆

CL 车身中心线(车身方位)

P 中心

PL 方位基准线

VP 转弯基准点(基准点)

δ 位置偏移量

θ 方位偏移量。

Claims (24)

1.一种自动转向***，使作业车辆沿着所设定的转弯圆自动行驶，其中，

所述自动转向***具备：

基准点计算部，所述基准点计算部计算所述作业车辆中的基准点的位置；

基准直线计算部，所述基准直线计算部计算通过所述转弯圆的中心和所述基准点的直线作为基准直线；

车身方位计算部，所述车身方位计算部计算表示所述作业车辆的车身的朝向的车身方位；

方位偏移量计算部，所述方位偏移量计算部计算通过所述基准点并与所述基准直线垂直的线和所述车身方位的交叉角作为方位偏移量；

偏移方向判定部，所述偏移方向判定部判定所述基准点与所述转弯圆的外周之间的位置关系；以及

转向控制部，在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠内侧的位置的情况下，所述转向控制部输出使所述方位偏移量变小的转向量。

2.如权利要求1所述的自动转向***，其中，

所述转向控制部将当前的转向量和所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算并输出所述转向量。

3.如权利要求1或2所述的自动转向***，其中，

所述自动转向***具备位置偏移量计算部，所述位置偏移量计算部计算从所述基准直线与所述转弯圆的交点到所述基准点的距离作为位置偏移量，

在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下，所述转向控制部输出使所述位置偏移量和所述方位偏移量变小的转向量。

4.如权利要求3所述的自动转向***，其中，

所述转向控制部将当前的转向量、所述位置偏移量以及所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算并输出所述转向量。

5.如权利要求4所述的自动转向***，其中，

在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下的所述PID控制方式以及所述PI控制方式中的控制增益，比所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠内侧的位置的情况下的所述PID控制方式以及所述PI控制方式中的控制增益大。

6.如权利要求4或5所述的自动转向***，其中，

在所述位置偏移量比规定的值大的情况下，将所述方位偏移量从输入参数中排除。

7.如权利要求4或5所述的自动转向***，其中，

在所述方位偏移量比规定的角度小的情况下，将所述方位偏移量从输入参数中排除。

8.如权利要求1所述的自动转向***，其中，

作为所述转弯圆，能够选择地准备急转弯用转弯圆、半径比所述急转弯用转弯圆的半径大的缓转弯用转弯圆。

9.一种自动转向方法，使作业车辆沿着所设定的转弯圆自动行驶，其中，所述自动转向方法具备：

计算所述作业车辆中的基准点的位置的工序；

计算通过所述转弯圆的中心和所述基准点的直线作为基准直线的工序；

计算表示所述作业车辆的车身的朝向的车身方位的工序；

计算通过所述基准点并与所述基准直线垂直的线和所述车身方位的交叉角作为方位偏移量的工序；

判定所述基准点与所述转弯圆的外周之间的位置关系的工序；

在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠内侧的位置的情况下，输出使所述方位偏移量变小的转向量的工序。

10.如权利要求9所述的自动转向方法，其中，

将当前的转向量和所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算被输出的所述转向量。

11.如权利要求9所述的自动转向方法，其中，

所述自动转向方法具备计算从所述基准直线与所述转弯圆的交点到所述基准点的距离作为位置偏移量的工序，

在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下，被输出的所述转向量是使所述位置偏移量和所述方位偏移量变小的转向量。

12.如权利要求11所述的自动转向方法，其中，

将当前的转向量、所述位置偏移量以及所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算被输出的所述转向量。

13.如权利要求12所述的自动转向方法，其中，

在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下的所述PID控制方式以及所述PI控制方式中的控制增益，比所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠内侧的位置的情况下的所述PID控制方式以及所述PI控制方式中的控制增益大。

14.如权利要求12或13所述的自动转向方法，其中，

在所述位置偏移量比规定的值大的情况下，从输入参数中排除所述方位偏移量。

15.如权利要求12或13所述的自动转向方法，其中，

在所述方位偏移量比规定的角度小的情况下，从输入参数中排除所述方位偏移量。

16.如权利要求9所述的自动转向方法，其中，

作为所述转弯圆，能够选择地准备急转弯用转弯圆和半径比所述急转弯用转弯圆的半径大的缓转弯用转弯圆。

17.一种存储有程序的存储介质，该程序用于使作业车辆沿着所设定的转弯圆自动行驶的自动转向，并能够通过计算机读取，其中，所述程序用于使计算机执行如下步骤：

计算所述作业车辆中的基准点的位置的步骤；

计算通过所述转弯圆的中心和所述基准点的直线作为基准直线的步骤；

计算表示所述作业车辆的车身的朝向的车身方位的步骤；

计算通过所述基准点并与所述基准直线垂直的线和所述车身方位的交叉角作为方位偏移量的步骤；

判定所述基准点与所述转弯圆的外周之间的位置关系的步骤；以及

在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠内侧的位置的情况下，输出使所述方位偏移量变小的转向量的步骤。

18.如权利要求17所述的存储有程序的存储介质，其中，

将当前的转向量和所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算被输出的所述转向量。

19.如权利要求17所述的存储有程序的存储介质，其中，

所述自动转向程序使计算机执行计算从所述基准直线与所述转弯圆的交点到所述基准点的距离作为位置偏移量的步骤，

在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下，被输出的所述转向量是使所述位置偏移量和所述方位偏移量变小的转向量。

20.如权利要求19所述的存储有程序的存储介质，其中，

将当前的转向量、所述位置偏移量以及所述方位偏移量作为输入参数，以PID控制方式或PI控制方式运算被输出的所述转向量。

21.如权利要求20所述的存储有程序的存储介质，其中，

在所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠外侧的位置的情况下的所述PID控制方式以及所述PI控制方式中的控制增益，比所述基准点位于比所述转弯圆的外周靠内侧的位置的情况下的所述PID控制方式以及所述PI控制方式中的控制增益大。

22.如权利要求20或21所述的存储有程序的存储介质，其中，

在所述位置偏移量比规定的值大的情况下，从输入参数中排除所述方位偏移量。

23.如权利要求20或21所述的存储有程序的存储介质，其中，

在所述方位偏移量比规定的角度小的情况下，从输入参数中排除所述方位偏移量。

24.如权利要求17所述的存储有程序的存储介质，其中，

作为所述转弯圆，能够选择地准备急转弯用转弯圆和半径比所述急转弯用转弯圆的半径大的缓转弯用转弯圆。

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