WO2024004574A1 - 作業車両、制御方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

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WO2024004574A1
WO2024004574A1 PCT/JP2023/021409 JP2023021409W WO2024004574A1 WO 2024004574 A1 WO2024004574 A1 WO 2024004574A1 JP 2023021409 W JP2023021409 W JP 2023021409W WO 2024004574 A1 WO2024004574 A1 WO 2024004574A1
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steering angle
work vehicle
maximum steering
maximum
target
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知洋 木下
晃市 黒田
拓也 玉井
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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Definitions

  • the present disclosure relates to a work vehicle, a control method, and a computer program.
  • ICT Information and Communication Technology
  • IoT Internet of Things
  • work vehicles have been put into practical use that use positioning systems such as GNSS (Global Navigation Satellite System) that can perform precise positioning to automatically steer the vehicles.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • Patent Document 1 discloses an example of a work vehicle that automatically travels between rows of crops in a field using LiDAR sensors.
  • a work vehicle is a work vehicle that automatically travels between a plurality of crop rows, and includes a steering wheel, a steering device that changes a steering angle of the steered wheel, and a work vehicle that automatically moves between a plurality of rows of crops.
  • an external sensor that outputs sensor data indicating the distribution of features around the work vehicle, and a control device that controls automatic travel of the work vehicle, the control device configured to detect the work vehicle and the surrounding environment of the work vehicle.
  • the value of the target steering angle is limited to the maximum steering angle or less, and the steering device is controlled so that the steering angle of the steered wheels becomes the target steering angle.
  • Computer-readable storage media may include volatile storage media or non-volatile storage media.
  • the device may be composed of multiple devices. When a device is composed of two or more devices, the two or more devices may be arranged within one device, or may be arranged separately within two or more separate devices. .
  • the maximum steering angle of the steered wheels is set based on the state of at least one of the work vehicle and the surrounding environment of the work vehicle, and the steering angle of the steered wheels is equal to or less than the maximum steering angle. Control as follows. By setting the maximum steering angle based on the state of at least one of the work vehicle and the surrounding environment, it is possible to suppress the work vehicle from coming into contact with the crop rows. By controlling the steering angle of the steered wheels to be equal to or less than the maximum steering angle, it is possible to suppress the work vehicle from coming into contact with the crop rows, and to improve running stability.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing an example of a work vehicle and an implement connected to the work vehicle.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a work vehicle and an implement. It is a schematic diagram when a LiDAR sensor is seen from the side direction of a work vehicle. It is a schematic diagram when a LiDAR sensor is viewed from vertically above.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a LiDAR sensor.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of an environment in which a work vehicle travels.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing an example of the environment around the work vehicle.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a travel route of a work vehicle.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of an obstacle map. It is a figure explaining the process of detecting two tree rows based on an obstacle map. It is a figure explaining the steering angle of the front wheel which is a steered wheel.
  • FIG. 3 is a diagram showing an operation for causing a work vehicle to follow a target route. 7 is a flowchart illustrating an example of a process for controlling a steering angle of a steered wheel.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for setting a maximum steering angle.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating another example of the process of controlling the steering angle of the steered wheels.
  • FIG. 2 is a diagram showing a work vehicle to which an implement is connected.
  • FIG. 3 is a diagram showing a wheelbase of a work vehicle. It is a figure which shows another example of the method of setting maximum steering angle (theta). It is a diagram showing a tree row. It is a diagram showing a tree row. It is a diagram showing a row of trees and a work vehicle.
  • FIG. 2 is a diagram showing a work vehicle and the ground on which the work vehicle travels.
  • work vehicle means a vehicle used to perform work at a work site.
  • a "work site” is any place where work can be performed, such as a field, a forest, or a construction site.
  • a "field” is any place where agricultural operations can be performed, such as an orchard, a field, a rice field, a grain farm, or a pasture.
  • the work vehicle may be an agricultural machine such as a tractor, a rice transplanter, a combine harvester, a riding management machine, or a riding mower, or a vehicle used for purposes other than agriculture, such as a construction work vehicle or a snowplow.
  • the work vehicle may be configured to be able to mount an implement (also referred to as a "work machine” or “work device”) depending on the content of the work on at least one of the front and rear parts of the work vehicle.
  • an implement also referred to as a "work machine” or “work device”
  • work travel The movement of a work vehicle while performing work using an implement is sometimes referred to as "work travel.”
  • Automatic driving means controlling the running of a vehicle by the function of a control device, without manual operation by the driver.
  • automatic driving not only the movement of the vehicle but also the operation of the work (for example, the operation of the implement) may be automatically controlled.
  • the control device can control at least one of steering necessary for running the vehicle, adjustment of running speed, starting and stopping of running.
  • the control device may control operations such as raising and lowering the implement, starting and stopping the operation of the implement, and the like.
  • Driving by automatic driving may include not only driving a vehicle along a predetermined route toward a destination, but also driving the vehicle to follow a tracking target.
  • a vehicle that performs automatic driving may run partially based on instructions from a user. Furthermore, in addition to the automatic driving mode, a vehicle that performs automatic driving may operate in a manual driving mode in which the vehicle travels by manual operation by the driver.
  • ⁇ Automatic steering'' refers to steering a vehicle not manually but by the action of a control device. Part or all of the control device may be external to the vehicle. Communication such as control signals, commands, or data may occur between a control device external to the vehicle and the vehicle.
  • a self-driving vehicle may run autonomously while sensing the surrounding environment without any human involvement in controlling the vehicle's driving. Vehicles that are capable of autonomous driving can run unmanned. Obstacle detection and obstacle avoidance operations may be performed during autonomous driving.
  • the “external world sensor” is a sensor that senses the external state of the work vehicle.
  • external sensors include LiDAR sensors, cameras (or image sensors), laser range finders (also referred to as “range sensors”), ultrasonic sensors, millimeter wave radars, and magnetic sensors.
  • a “crop row” is a row of crops, trees, and other plants that grow in rows in a field such as an orchard or field, or in a forest.
  • "crop row” is a concept that includes “tree row”.
  • the "obstacle map” is local map data that expresses the positions or areas of objects around the work vehicle in a predetermined coordinate system.
  • the coordinate system defining the obstacle map may be, for example, a vehicle coordinate system fixed to the work vehicle or a world coordinate system (eg, a geographic coordinate system) fixed to the earth.
  • the obstacle map may include information other than position (for example, attribute information) regarding objects existing around the work vehicle.
  • Obstacle maps can be represented in various formats, such as grid maps or point cloud maps.
  • the work vehicle is a tractor used for agricultural work in a field such as an orchard.
  • the technology of the present disclosure can be applied not only to tractors but also to other types of agricultural machines, such as rice transplanters, combines, riding management machines, and riding lawn mowers.
  • the technology of the present disclosure can also be applied to work vehicles used for purposes other than agriculture, such as construction work vehicles or snowplows.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing an example of a work vehicle 100 and an implement 300 connected to the work vehicle 100.
  • Work vehicle 100 in this embodiment can operate in both manual driving mode and automatic driving mode. In the automatic driving mode, the work vehicle 100 can run unmanned.
  • the work vehicle 100 automatically travels in an environment where a plurality of rows of crops (for example, rows of trees) are planted, such as an orchard such as a vineyard or a field.
  • the work vehicle 100 includes a vehicle body 101, a prime mover (engine) 102, and a transmission 103.
  • the vehicle body 101 is provided with a traveling device including wheels with tires 104 and a cabin 105.
  • the traveling device includes four wheels 104, axles for rotating the four wheels, and a braking device (brake) for braking each axle.
  • the wheels 104 include a pair of front wheels 104F and a pair of rear wheels 104R.
  • a driver's seat 107, a steering device 106, an operation terminal 200, and a group of switches for operation are provided inside the cabin 105.
  • One or both of the front wheel 104F and the rear wheel 104R may be replaced with a plurality of wheels (crawlers) equipped with tracks instead of wheels with tires.
  • the work vehicle 100 includes a plurality of external sensors that sense the surroundings of the work vehicle 100.
  • the external sensors include multiple LiDAR sensors 140, multiple cameras 120, and multiple obstacle sensors 130.
  • the cameras 120 may be provided, for example, on the front, rear, left and right sides of the work vehicle 100. Camera 120 photographs the environment around work vehicle 100 and generates image data. Images acquired by camera 120 may be transmitted to a terminal device for remote monitoring, for example. The image may be used to monitor work vehicle 100 during unmanned operation.
  • the cameras 120 are provided as necessary, and the number thereof is arbitrary.
  • the LiDAR sensor 140 is an example of an external sensor that outputs sensor data indicating the distribution of features around the work vehicle 100.
  • two LiDAR sensors 140 are located on the cabin 105 at the front and rear.
  • the LiDAR sensor 140 may be provided at another location (eg, at the lower front of the vehicle body 101). While the work vehicle 100 is traveling, each LiDAR sensor 140 collects sensor data indicating the distance and direction to each measurement point of an object in the surrounding environment, or the two-dimensional or three-dimensional coordinate value of each measurement point. is output repeatedly.
  • the number of LiDAR sensors 140 is not limited to two, but may be one or three or more.
  • the LiDAR sensor 140 may be configured to output two-dimensional or three-dimensional point cloud data as sensor data.
  • point cloud data broadly means data indicating the distribution of a plurality of reflection points observed by the LiDAR sensor 140.
  • the point cloud data may include, for example, information indicating the coordinate values of each reflection point in a two-dimensional space or three-dimensional space, or the distance and direction of each reflection point.
  • the point cloud data may include information on the brightness of each reflection point.
  • the LiDAR sensor 140 may be configured to repeatedly output point cloud data, for example, at a preset period.
  • the external sensor may include one or more LiDAR sensors 140 that output point cloud data as sensor data.
  • the sensor data output from the LiDAR sensor 140 is processed by a control device that controls automatic travel of the work vehicle 100.
  • the control device can sequentially generate an obstacle map indicating the distribution of objects existing around the work vehicle 100 based on sensor data output from the LiDAR sensor 140 while the work vehicle 100 is traveling.
  • the control device can also use an algorithm such as SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) to connect obstacle maps during automatic driving to generate an environmental map.
  • the control device can also estimate the position and orientation of work vehicle 100 (ie, self-position estimation) by matching the sensor data and the environmental map.
  • SLAM is used to simultaneously perform position estimation and map creation. By using SLAM, the work vehicle 100 can be automatically driven through an environment where many trees exist.
  • the plurality of obstacle sensors 130 shown in FIG. 1 are provided at the front and rear of the cabin 105. Obstacle sensor 130 may also be placed at other locations. For example, one or more obstacle sensors 130 may be provided at arbitrary positions on the side, front, and rear of the vehicle body 101. Obstacle sensor 130 may include, for example, a laser scanner or an ultrasonic sonar. Obstacle sensor 130 is used to detect surrounding obstacles during automatic driving and to stop work vehicle 100 or take a detour.
  • the work vehicle 100 further includes a GNSS unit 110.
  • GNSS is a general term for satellite positioning systems such as GPS (Global Positioning System), QZSS (Quasi-Zenith Satellite System, such as Michibiki), GLONASS, Galileo, and BeiDou.
  • the GNSS unit 110 receives satellite signals (also referred to as GNSS signals) transmitted from a plurality of GNSS satellites, and performs positioning based on the satellite signals. Although the GNSS unit 110 in this embodiment is provided in the upper part of the cabin 105, it may be provided in another position.
  • GNSS unit 110 includes an antenna for receiving signals from GNSS satellites and processing circuitry.
  • the work vehicle 100 in this embodiment is used in an environment where a plurality of trees grow, such as a vineyard, where it is difficult to use GNSS.
  • positioning is mainly performed using the LiDAR sensor 140.
  • positioning may be performed using the GNSS unit 110.
  • the GNSS unit 110 may include an inertial measurement unit (IMU). Signals from the IMU can be used to supplement the position data.
  • the IMU can measure the tilt and minute movements of the work vehicle 100. By using data acquired by the IMU to supplement position data based on satellite signals, positioning performance can be improved.
  • the prime mover 102 may be, for example, a diesel engine.
  • An electric motor may be used instead of a diesel engine.
  • Transmission device 103 can change the propulsive force and moving speed of work vehicle 100 by shifting. The transmission 103 can also switch the work vehicle 100 between forward movement and reverse movement.
  • the steering device 106 includes a steering wheel, a steering shaft connected to the steering wheel, and a power steering device that assists steering with the steering wheel.
  • the front wheel 104F is a steered wheel, and by changing its steering angle (also referred to as a "turning angle"), the traveling direction of the work vehicle 100 can be changed.
  • the steering angle of the front wheels 104F can be changed by operating the steering wheel.
  • the power steering device includes a hydraulic device or an electric motor that supplies an auxiliary force to change the steering angle of the front wheels 104F. When automatic steering is performed, the steering angle is automatically adjusted by the power of a hydraulic system or an electric motor under control from a control device disposed within work vehicle 100.
  • a coupling device 108 is provided at the rear of the vehicle body 101.
  • the coupling device 108 includes, for example, a three-point support device (also referred to as a "three-point link” or “three-point hitch"), a PTO (Power Take Off) shaft, a universal joint, and a communication cable.
  • the implement 300 can be attached to and detached from the work vehicle 100 by the coupling device 108.
  • the coupling device 108 can change the position or posture of the implement 300 by raising and lowering the three-point link using, for example, a hydraulic device. Further, power can be sent from the work vehicle 100 to the implement 300 via the universal joint.
  • the work vehicle 100 can cause the implement 300 to perform a predetermined work while pulling the implement 300.
  • the coupling device may be provided at the front of the vehicle body 101. In that case, an implement can be connected to the front of the work vehicle 100.
  • the implement 300 shown in FIG. 1 is a sprayer that sprays chemicals on crops, the implement 300 is not limited to a sprayer. Work with any implement, such as a mower, seeder, spreader, rake, baler, harvester, plow, harrow, or rotary. It can be used by connecting to the vehicle 100.
  • the work vehicle 100 shown in FIG. 1 is capable of manned operation, it may also support only unmanned operation. In that case, components necessary only for manned operation, such as the cabin 105, the steering device 106, and the driver's seat 107, may not be provided in the work vehicle 100.
  • the unmanned work vehicle 100 can run autonomously or by remote control by a user.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the work vehicle 100 and the implement 300.
  • Work vehicle 100 and implement 300 can communicate with each other via a communication cable included in coupling device 108 .
  • Work vehicle 100 can also communicate with terminal device 400 for remote monitoring via network 80 .
  • the terminal device 400 is any computer such as a personal computer (PC), a laptop computer, a tablet computer, or a smartphone.
  • Work vehicle 100 may communicate with a server that manages agricultural work via network 80.
  • the work vehicle 100 in the example of FIG. 2 includes a GNSS unit 110, a camera 120, an obstacle sensor 130, a LiDAR sensor 140, and an operation terminal 200, as well as a sensor group 150 that detects the operating state of the work vehicle 100, and a travel control system 160. , a communication device 190, an operation switch group 210, and a drive device 240. These components are communicatively connected to each other via a bus.
  • the GNSS unit 110 includes a GNSS receiver 111, an RTK receiver 112, an inertial measurement unit (IMU) 115, and a processing circuit 116.
  • Sensor group 150 includes a steering wheel sensor 152, a steering angle sensor 154, and an axle sensor 156.
  • Travel control system 160 includes a storage device 170 and a control device 180.
  • the control device 180 includes a plurality of electronic control units (ECUs) 181 to 184.
  • the implement 300 includes a drive device 340, a control device 380, and a communication device 390. Note that FIG. 2 shows components that are relatively highly relevant to the automatic driving operation of the work vehicle 100, and illustration of other components is omitted. Travel control system 160 may be referred to as a control device.
  • the GNSS receiver 111 in the GNSS unit 110 receives satellite signals transmitted from multiple GNSS satellites, and generates GNSS data based on the satellite signals.
  • GNSS data is generated in a predetermined format, such as NMEA-0183 format.
  • GNSS data may include, for example, values indicating the identification number, elevation, azimuth, and reception strength of each satellite from which the satellite signal was received.
  • the GNSS unit 110 may position the work vehicle 100 using RTK (Real Time Kinematic)-GNSS.
  • RTK Real Time Kinematic
  • a correction signal transmitted from a reference station is used in addition to satellite signals transmitted from multiple GNSS satellites.
  • the reference station may be installed near a work site where work vehicle 100 travels for work (for example, within 10 km from work vehicle 100).
  • the reference station generates, for example, a correction signal in RTCM format based on satellite signals received from a plurality of GNSS satellites, and transmits it to the GNSS unit 110.
  • RTK receiver 112 includes an antenna and a modem, and receives the correction signal transmitted from the reference station.
  • the processing circuit 116 of the GNSS unit 110 corrects the positioning result by the GNSS receiver 111 based on the correction signal.
  • RTK-GNSS By using RTK-GNSS, it is possible to perform positioning with an accuracy of a few centimeters, for example.
  • Location information including latitude, longitude, and altitude information is obtained through highly accurate positioning using RTK-GNSS.
  • GNSS unit 110 calculates the position of work vehicle 100 at a frequency of about 1 to 10 times per second, for example.
  • the positioning method is not limited to RTK-GNSS, and any positioning method (interferometric positioning method, relative positioning method, etc.) that can obtain position information with the necessary accuracy can be used.
  • positioning may be performed using VRS (Virtual Reference Station) or DGPS (Differential Global Positioning System).
  • the GNSS unit 110 in this embodiment further includes an IMU 115.
  • IMU 115 may include a 3-axis acceleration sensor and a 3-axis gyroscope.
  • the IMU 115 may include an orientation sensor such as a 3-axis geomagnetic sensor.
  • IMU 115 functions as a motion sensor and can output signals indicating various quantities such as acceleration, speed, displacement, and posture of work vehicle 100.
  • Processing circuit 116 can estimate the position and orientation of work vehicle 100 with higher accuracy based on the signal output from IMU 115 in addition to the satellite signal and correction signal.
  • the signal output from IMU 115 may be used to correct or supplement the position calculated based on the satellite signal and the correction signal.
  • IMU 115 outputs signals more frequently than GNSS receiver 111.
  • the IMU 115 outputs signals at a frequency of about tens to thousands of times per second. Using the high-frequency signal, the processing circuit 116 can measure the position and orientation of the work vehicle 100 at a higher frequency (eg, 10 Hz or more). Instead of the IMU 115, a 3-axis acceleration sensor and a 3-axis gyroscope may be provided separately. IMU 115 may be provided as a separate device from GNSS unit 110.
  • Camera 120 is an imaging device that photographs the environment around work vehicle 100.
  • the camera 120 includes an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
  • Camera 120 may also include an optical system including one or more lenses, and signal processing circuitry.
  • Camera 120 photographs the environment around work vehicle 100 while work vehicle 100 is traveling, and generates image (for example, video) data.
  • the camera 120 can shoot moving images at a frame rate of 3 frames per second (fps) or more, for example.
  • the image generated by camera 120 can be used, for example, when a remote monitor uses terminal device 400 to check the environment around work vehicle 100. Images generated by camera 120 may be used for positioning or obstacle detection. As shown in FIG.
  • a plurality of cameras 120 may be provided at different positions on the work vehicle 100, or a single camera may be provided.
  • a visible camera that generates visible light images and an infrared camera that generates infrared images may be provided separately. Both a visible camera and an infrared camera may be provided as cameras that generate images for surveillance. Infrared cameras can also be used to detect obstacles at night.
  • the obstacle sensor 130 detects objects existing around the work vehicle 100.
  • Obstacle sensor 130 may include, for example, a laser scanner or an ultrasonic sonar. Obstacle sensor 130 outputs a signal indicating that an obstacle exists when an object exists closer than a predetermined distance from obstacle sensor 130 .
  • a plurality of obstacle sensors 130 may be provided at different positions of work vehicle 100. For example, multiple laser scanners and multiple ultrasonic sonars may be placed at different positions on work vehicle 100. By providing such a large number of obstacle sensors 130, blind spots in monitoring obstacles around the work vehicle 100 can be reduced.
  • the steering wheel sensor 152 measures the rotation angle of the steering wheel of the work vehicle 100.
  • the steering angle sensor 154 measures the steering angle of the front wheel 104F, which is a steered wheel. Measured values by the steering wheel sensor 152 and steering angle sensor 154 can be used for steering control by the control device 180.
  • the axle sensor 156 measures the rotational speed of the axle connected to the wheel 104, that is, the number of rotations per unit time.
  • the axle sensor 156 may be a sensor using a magnetoresistive element (MR), a Hall element, or an electromagnetic pickup, for example.
  • the axle sensor 156 outputs, for example, a numerical value indicating the number of revolutions per minute (unit: rpm) of the axle.
  • Axle sensor 156 is used to measure the speed of work vehicle 100. The measured value by the axle sensor 156 can be used for speed control by the control device 180.
  • the drive device 240 includes various devices necessary for running the work vehicle 100 and driving the implement 300, such as the above-mentioned prime mover 102, transmission device 103, steering device 106, and coupling device 108.
  • Prime mover 102 may include, for example, an internal combustion engine such as a diesel engine.
  • the drive device 240 may include an electric motor for traction instead of or in addition to the internal combustion engine.
  • Storage device 170 includes one or more storage media such as flash memory or magnetic disks.
  • the storage device 170 stores various data generated by the GNSS unit 110, camera 120, obstacle sensor 130, LiDAR sensor 140, sensor group 150, and control device 180.
  • the data stored in the storage device 170 may include an environmental map of the environment in which the work vehicle 100 travels, an obstacle map sequentially generated during travel, and route data for automatic driving.
  • the storage device 170 also stores computer programs that cause each ECU in the control device 180 to execute various operations described below.
  • Such a computer program may be provided to work vehicle 100 via a storage medium (eg, semiconductor memory or optical disk, etc.) or a telecommunications line (eg, the Internet).
  • Such computer programs may be sold as commercial software.
  • the control device 180 includes multiple ECUs.
  • the plurality of ECUs include, for example, an ECU 181 for speed control, an ECU 182 for steering control, an ECU 183 for instrument control, and an ECU 184 for automatic driving control.
  • ECU 181 controls the speed of work vehicle 100 by controlling prime mover 102, transmission 103, and brakes included in drive device 240.
  • the ECU 182 controls the steering of the work vehicle 100 by controlling the hydraulic system or electric motor included in the steering device 106 based on the measured value of the steering wheel sensor 152.
  • the ECU 183 controls the operations of the three-point link, PTO axis, etc. included in the coupling device 108 in order to cause the implement 300 to perform a desired operation. ECU 183 also generates a signal to control the operation of implement 300 and transmits the signal from communication device 190 to implement 300.
  • the ECU 184 performs calculations and controls to realize automatic driving based on data output from the GNSS unit 110, camera 120, obstacle sensor 130, LiDAR sensor 140, and sensor group 150. For example, ECU 184 estimates the position of work vehicle 100 based on data output from at least one of GNSS unit 110, camera 120, and LiDAR sensor 140. In a situation where the reception strength of satellite signals from GNSS satellites is sufficiently high, ECU 184 may determine the position of work vehicle 100 based only on the data output from GNSS unit 110. On the other hand, in an environment such as an orchard where there are obstacles such as trees around the work vehicle 100 that prevent reception of satellite signals, the ECU 184 performs work using data output from the LiDAR sensor 140 or the camera 120.
  • the position of vehicle 100 is estimated.
  • the ECU 184 performs calculations necessary for the work vehicle 100 to travel along the target route based on the estimated position of the work vehicle 100.
  • the ECU 184 sends a speed change command to the ECU 181 and a steering angle change command to the ECU 182.
  • ECU 181 changes the speed of work vehicle 100 by controlling prime mover 102, transmission 103, or brake in response to a speed change command.
  • the ECU 182 changes the steering angle by controlling the steering device 106 in response to a command to change the steering angle.
  • control device 180 realizes automatic driving.
  • control device 180 controls drive device 240 based on the measured or estimated position of work vehicle 100 and the sequentially generated target route. Thereby, the control device 180 can cause the work vehicle 100 to travel along the target route.
  • a plurality of ECUs included in the control device 180 can communicate with each other, for example, according to a vehicle bus standard such as CAN (Controller Area Network). Instead of CAN, a faster communication method such as in-vehicle Ethernet (registered trademark) may be used.
  • CAN Controller Area Network
  • FIG. 2 each of the ECUs 181 to 184 is shown as an individual block, but the functions of each of these may be realized by a plurality of ECUs.
  • An on-vehicle computer that integrates at least some of the functions of the ECUs 181 to 184 may be provided.
  • the control device 180 may include ECUs other than the ECUs 181 to 184, and any number of ECUs may be provided depending on the function.
  • Each ECU includes processing circuitry including one or more processors and one or more memories. Such a memory may store a computer program that causes a processor to perform various operations described below.
  • the communication device 190 is a device that includes a circuit that communicates with the implement 300 and the terminal device 400.
  • the communication device 190 includes a circuit that transmits and receives signals compliant with the ISOBUS standard, such as ISOBUS-TIM, to and from the communication device 390 of the implement 300. Thereby, it is possible to cause the implement 300 to perform a desired operation or to obtain information from the implement 300.
  • Communication device 190 may further include an antenna and a communication circuit for transmitting and receiving signals to and from terminal device 400 via network 80.
  • Network 80 may include, for example, a cellular mobile communications network such as 3G, 4G or 5G and the Internet.
  • the communication device 190 may have a function of communicating with a mobile terminal used by a supervisor near the work vehicle 100. Communication with such mobile terminals may be conducted in accordance with any wireless communication standard, such as Wi-Fi (registered trademark), cellular mobile communications such as 3G, 4G or 5G, or Bluetooth (registered trademark). I can.
  • the operation terminal 200 is a terminal for a user to perform operations related to the traveling of the work vehicle 100 and the operation of the implement 300, and is also referred to as a virtual terminal (VT).
  • Operating terminal 200 may include a display device such as a touch screen and/or one or more buttons.
  • the display device may be a display such as a liquid crystal or an organic light emitting diode (OLED), for example.
  • OLED organic light emitting diode
  • the operating terminal 200 may be configured to be detachable from the work vehicle 100. A user located away from work vehicle 100 may operate detached operation terminal 200 to control the operation of work vehicle 100.
  • the drive device 340 in the implement 300 shown in FIG. 2 performs operations necessary for the implement 300 to perform a predetermined work.
  • Drive device 340 includes a device depending on the use of implement 300, such as a hydraulic device, an electric motor, or a pump.
  • Control device 380 controls the operation of drive device 340.
  • Control device 380 causes drive device 340 to perform various operations in response to signals transmitted from work vehicle 100 via communication device 390. Further, a signal depending on the state of the implement 300 can be transmitted from the communication device 390 to the work vehicle 100.
  • FIG. 3A is a schematic diagram of LiDAR sensor 140 viewed from the side of work vehicle 100.
  • FIG. 3B is a schematic diagram of the LiDAR sensor 140 viewed from vertically above.
  • 3A and 3B show three mutually orthogonal axes u, v, and w in a sensor coordinate system fixed to the LiDAR sensor 140.
  • 3A and 3B schematically represent the central axis (or traveling direction) of the laser beam emitted from the LiDAR sensor 140.
  • Each laser beam is collimated into parallel light but has a divergence angle of several milliradians (eg, 0.1-0.2 degrees). Therefore, the cross-sectional size (spot diameter) of each laser beam increases in proportion to the distance from the LiDAR sensor 140. For example, a light spot several centimeters in diameter may be formed 20 meters away from the LiDAR sensor 140. In the figure, for simplicity, the spread of the laser beam is ignored and only the central axis of the laser beam is shown.
  • the LiDAR sensor 140 in the example shown in FIG. 3A can emit laser beams at different elevation angles from a plurality of laser light sources arranged in the vertical direction. Elevation angle is defined by the angle with respect to the uv plane. In this example, the uv plane is approximately parallel to the horizontal plane. Note that if the ground (ground surface) is inclined with respect to the horizontal plane, the uv plane and the horizontal plane intersect.
  • FIG. 3A shows how N laser beams L 1 , . . . , L N are emitted.
  • N is an integer of 1 or more, for example, 10 or more, and may be 64 or 100 or more in a high-performance model.
  • the elevation angle of the k-th laser beam from the bottom among the plurality of laser beams is ⁇ k .
  • FIG. 3A shows, as an example, the elevation angle ⁇ N-1 of the N-1th laser beam.
  • the elevation angle of the laser beam directed above the UV plane is defined as a "positive elevation angle”
  • the elevation angle of the laser beam directed below the UV plane is defined as a "negative elevation angle.”
  • a LiDAR sensor in which N is 1 is sometimes referred to as a "two-dimensional LiDAR," and a LiDAR sensor in which N is two or more is sometimes referred to as a “three-dimensional LiDAR.”
  • N is 2 or more
  • the angle formed by the first laser beam and the Nth laser beam is referred to as a "vertical viewing angle.”
  • the vertical viewing angle may be set within a range of about 20° to 60°, for example.
  • the LiDAR sensor 140 can change the emission direction (for example, azimuth angle) of the laser beam, as shown in FIG. 3B.
  • FIG. 3B shows how the emission directions of the plurality of laser beams shown in FIG. 3A are rotated around a rotation axis parallel to the w-axis.
  • the range of the laser beam emission direction (azimuth angle) may be 360°, or may be an angular range smaller than 360° (for example, 210° or 270°).
  • the range of the azimuth angle of the laser beam emission direction is referred to as the "horizontal viewing angle.”
  • the horizontal viewing angle can be set within a range of about 90° to 360°, for example.
  • the LiDAR sensor 140 sequentially emits pulsed laser light (laser pulses) in different azimuth directions while rotating the laser beam emission direction around a rotation axis parallel to the w axis. In this way, it becomes possible to measure the distance to each reflection point using pulsed laser light emitted at different elevation angles and different azimuth angles. Each reflection point corresponds to an individual point included in the point cloud data.
  • the operation of measuring the distance to the reflection point while the azimuth of the laser beam rotates once around the rotation axis is called one scan.
  • Sensor data obtained by one scan includes data measured for each layer associated with a specific elevation angle shown in FIG. 3A. Therefore, as the number of layers increases, the number of points in the point cloud obtained by one scan of the same environment increases.
  • the LiDAR sensor 140 repeats the scanning operation at a frequency of about 1 to 20 times per second, for example. For example, more than 100,000 pulses of laser light can be emitted in different directions during one scan operation.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the LiDAR sensor 140.
  • the LiDAR sensor 140 shown in FIG. 4 includes a plurality of laser units 141, an electric motor 144, a control circuit 145, a signal processing circuit 146, and a memory 147.
  • Each laser unit 141 includes a laser light source 142 and a photodetector 143.
  • Each laser unit 141 may include an optical system such as a lens and a mirror, but illustration thereof is omitted.
  • the motor 144 changes the direction of the laser beam emitted from each laser light source 142, for example, by rotating a mirror placed on the optical path of the laser beam emitted from each laser light source 142.
  • the laser light source 142 includes a laser diode, and emits a pulsed laser beam of a predetermined wavelength in response to a command from the control circuit 145.
  • the wavelength of the laser beam may be, for example, a wavelength included in the near-infrared wavelength range (approximately 700 nm to 2.5 ⁇ m).
  • the wavelength used depends on the material of the photoelectric conversion element used in the photodetector 143. For example, when silicon (Si) is used as a material for a photoelectric conversion element, a wavelength of around 900 nm can be mainly used.
  • InGaAs indium gallium arsenide
  • a wavelength of, for example, 1000 nm or more and 1650 nm or less may be used.
  • the wavelength of the laser beam is not limited to the near-infrared wavelength range.
  • wavelengths within the visible range approximately 400 nm to 700 nm
  • the photodetector 143 is a device that detects laser pulses emitted from the laser light source 142 and reflected or scattered by an object.
  • the photodetector 143 includes, for example, a photoelectric conversion element such as an avalanche photodiode (APD).
  • APD avalanche photodiode
  • the motor 144 rotates a mirror placed on the optical path of the laser beam emitted from each laser light source 142 in response to a command from the control circuit 145. Thereby, a scanning operation that changes the emission direction of the laser beam is realized.
  • the control circuit 145 controls the emission of laser pulses by the laser light source 142, the detection of reflected pulses by the photodetector 143, and the rotational operation of the motor 144.
  • Control circuit 145 may be realized by a circuit comprising a processor and memory, such as a microcontroller unit (MCU).
  • MCU microcontroller unit
  • the signal processing circuit 146 is a circuit that performs calculations based on the signal output from the photodetector 143.
  • the signal processing circuit 146 calculates the distance to the object that reflected the laser pulse emitted from each laser light source 142, for example, by the ToF (Time of Flight) method.
  • the ToF method includes a direct ToF method and an indirect ToF method. In the direct ToF method, the distance to the reflection point is calculated by directly measuring the time from when a laser pulse is emitted from the laser light source 142 until the reflected light is received by the photodetector 143.
  • the distance to each reflection point is calculated based on the ratio of the amount of light detected in each exposure period.
  • Either the direct ToF method or the indirect ToF method can be used.
  • the signal processing circuit 146 generates and outputs sensor data indicating, for example, the distance to each reflection point and the direction of the reflection point.
  • the signal processing circuit 146 further calculates the coordinates (u, v) or (u, v, w) in the sensor coordinate system based on the distance to each reflection point and the direction of the reflection point, and calculates the sensor data. It may also be included in the output.
  • control circuit 145 and the signal processing circuit 146 are divided into two circuits in the example of FIG. 4, they may be realized by one circuit.
  • the memory 147 is a storage medium that stores data generated by the control circuit 145 and the signal processing circuit 146.
  • the memory 147 stores, for example, the emission timing of the laser pulse emitted from each laser unit 141, the emission direction, the reflected light intensity, the distance to the reflection point, and the coordinates (u, v) or (u) in the sensor coordinate system. , v, w) are stored.
  • Such data is generated and recorded in memory 147 each time a laser pulse is emitted.
  • the control circuit 145 outputs the data at a predetermined period (for example, the time required to emit a predetermined number of pulses, a half scan period, one scan period, etc.).
  • the output data is recorded in the storage device 170 of the work vehicle 100.
  • the LiDAR sensor 140 outputs sensor data at a frequency of, for example, about 1 to 20 times per second.
  • This sensor data may include coordinates of a plurality of points expressed in a sensor coordinate system and time stamp information. Note that the sensor data may include information on the distance and direction to each reflection point, but may not include coordinate information. In that case, the control device 180 converts the distance and direction information into coordinate information.
  • the distance measurement method is not limited to the ToF method, and other methods such as the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method may be used.
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • the FMCW method light whose frequency is linearly changed is emitted, and the distance is calculated based on the frequency of a beat generated by interference between the emitted light and the reflected light.
  • the LiDAR sensor 140 in this embodiment is a scan type sensor that acquires information on the distance distribution of objects in space by scanning with a laser beam.
  • the LiDAR sensor 140 is not limited to a scan type sensor.
  • the LiDAR sensor 140 may be a flash-type sensor that uses light diffused over a wide range to obtain information on the distance distribution of objects in space.
  • a scan-type LiDAR sensor uses higher intensity light than a flash-type LiDAR sensor, so it can obtain distance information from a longer distance.
  • flash-type LiDAR sensors have a simple structure and can be manufactured at low cost, so they are suitable for applications that do not require strong light.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the environment in which the work vehicle 100 travels.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing an example of the environment around work vehicle 100.
  • the work vehicle 100 uses the implement 300 to perform predetermined tasks (for example, spraying chemicals, mowing grass, etc.) while traveling between a plurality of rows of trees 20 (i.e., rows of crops) in an orchard such as a vineyard. pest control, etc.).
  • predetermined tasks for example, spraying chemicals, mowing grass, etc.
  • the sky is obstructed by branches and leaves, making automatic driving using GNSS difficult.
  • GNSS cannot be used, it is conceivable to drive while estimating the self-position by matching sensor data with an environmental map created in advance.
  • control device 180 in this embodiment detects two rows of crops existing on both sides of the work vehicle 100 based on the sensor data output from the LiDAR sensor 140, and detects the route between the two rows of crops.
  • the work vehicle 100 is made to travel along the line.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of the travel route 30 of the work vehicle 100.
  • the work vehicle 100 travels between the rows of trees 20 on a route 30 as shown.
  • the line segments included in the route 30 are depicted as straight lines in FIG. 7, the route that the work vehicle 100 actually travels may include meandering portions.
  • the plurality of tree rows 20 are ordered from the end as a first tree row 20A, a second tree row 20B, a third tree row 20C, a fourth tree row 20D, and so on.
  • the work vehicle 100 first travels between the first tree row 20A and the second tree row 20B, and when the travel is completed, it turns to the right and moves between the first tree row 20A and the second tree row 20B.
  • positioning may be performed based on the GNSS signal. For example, at the timing of changing direction on the route 30 shown in FIG. 7, there are no leaves blocking the GNSS signal, so positioning based on the GNSS signal is possible.
  • the control device 180 of the work vehicle 100 in this embodiment operates in an inter-row driving mode in which the work vehicle 100 travels along a route between two adjacent tree rows, and in an inter-row driving mode in which the work vehicle 100 turns in a headland. Operates in turning driving mode.
  • the headland is the area between the end of each row of trees and the orchard boundary.
  • the control device 180 detects two rows of trees existing on both sides of the work vehicle 100 based on sensor data sequentially output from the LiDAR sensor 140, and places a target between the two rows of trees. The work vehicle 100 is caused to travel along the target route while setting the route.
  • the control device 180 causes the work vehicle 100 to travel along the turning route while estimating the self-position of the work vehicle 100 based on sensor data sequentially output from the LiDAR sensor 140.
  • the control device 180 may perform positioning using a signal output from the GNSS receiver 111 and/or a signal output from the IMU 115 in addition to sensor data.
  • the work vehicle 100 shifts to the inter-row driving mode again. Thereafter, similar operations are repeated until the last inter-row run is completed. Through the above operations, automatic travel between the plurality of tree rows 20 is realized.
  • the above control is mainly executed by the ECU 184 (FIG. 2) of the control device 180.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a traveling control method for the work vehicle 100 in the inter-row traveling mode.
  • the work vehicle 100 scans the surrounding environment with a laser beam using the LiDAR sensor 140 while traveling between two adjacent tree rows 20R and 20L.
  • data indicating the distance distribution of objects existing in the environment is acquired.
  • the data indicating the distance distribution is converted into, for example, two-dimensional or three-dimensional point group data and output as sensor data.
  • the control device 180 sequentially generates the obstacle map 40 based on the sensor data output from the LiDAR sensor 140.
  • Obstacle map 40 shows the distribution of objects in a vehicle coordinate system fixed to work vehicle 100.
  • the vehicle coordinate system is a coordinate system that moves together with the work vehicle 100, and is also referred to as a sensor coordinate system or a local coordinate system.
  • the obstacle map 40 has a predetermined length Lh and width Lw.
  • Length Lh is a size in the vertical direction corresponding to the traveling direction of work vehicle 100.
  • the width Lw is a size in the lateral direction perpendicular to both the traveling direction and the vertical direction of the work vehicle 100.
  • the control device 180 detects two tree rows 20R and 20L existing on both sides of the work vehicle 100 based on the obstacle map 40. Specifically, the control device 180 performs processing such as Hough transform on the obstacle map 40 to obtain approximate straight lines (line segments) 41R and 41L of the tree rows 20R and 20L. The control device 180 sets the target route 45 between the approximate straight lines 41R and 41L (for example, at the center). Note that when the plurality of trees in the tree rows 20R and 20L are distributed in a curved line, the control device 180 may obtain an approximate curve instead of an approximate straight line and set the target route 45 between these approximate curves. good. The target route 45 may be set within a relatively short range (for example, a range of about 5 to 30 meters) starting from the position of the work vehicle 100.
  • a relatively short range for example, a range of about 5 to 30 meters
  • the target route 45 may be defined by a plurality of waypoints 45p.
  • Each waypoint 45p may include information on the position and direction (or speed) of a point through which work vehicle 100 should pass.
  • the interval between the waypoints 45p may be set to, for example, a value on the order of several tens of centimeters (cm) to several meters (m).
  • the control device 180 causes the work vehicle 100 to travel along the set target route 45.
  • the control device 180 performs steering control of the work vehicle 100 so as to minimize deviations in the position and direction of the work vehicle 100 with respect to the target route 45. Thereby, the work vehicle 100 can be driven along the target route 45.
  • the obstacle map 40 is not limited to the illustrated example, but may be a map (for example, a voxel map) showing a three-dimensional distribution of features existing around the work vehicle 100, for example.
  • the obstacle map 40 may be map data in another format such as a point cloud map.
  • FIG. 9 is a diagram showing an obstacle map 40 that moves together with the work vehicle 100.
  • the work vehicle 100 shown in FIG. 9 is moving further forward than the work vehicle 100 shown in FIG. 8, and the obstacle map 40 is also moving forward.
  • the control device 180 may generate the obstacle map 40 by removing data of points estimated to correspond to unnecessary objects such as the ground and weeds from the sensor data output from the LiDAR sensor 140.
  • the control device 180 selects data whose height from the ground is within a predetermined range (for example, within a range of 0.1 m to 1.5 m) from among the point cloud data. ) may be extracted, and an obstacle map may be generated from the data of the extracted points.
  • a predetermined range for example, within a range of 0.1 m to 1.5 m
  • Such a method makes it possible to generate an obstacle map showing the distribution of trees (mainly trunks).
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of an obstacle map 40 generated based on sensor data.
  • the obstacle map 40 shown in FIG. 10 grids in which objects exist are shown in black, and grids in which objects do not exist are shown in white.
  • a black grid represents the presence of objects such as tree trunks or leaves.
  • the obstacle map 40 may be expressed, for example, by data in which a numerical value "1" is assigned to a grid in which an object exists, and a numerical value "0" is assigned to a grid in which an object does not exist.
  • the control device 180 may be configured to sequentially generate an obstacle map 40 as shown in FIG. 10 based on sensor data acquired by the LiDAR sensor 140 in one cycle of scanning.
  • the obstacle map 40 may be updated every scan period.
  • the obstacle map 40 may include not only two-dimensional position information as illustrated, but also height information from the ground or horizontal plane.
  • the control device 180 may generate the obstacle map 40 showing the distribution of tree rows by extracting only points whose heights are within a predetermined range.
  • the control device 180 may generate one obstacle map 40 by combining sensor data output from the plurality of LiDAR sensors 140.
  • one obstacle map 40 may be generated by combining sensor data output from two LiDAR sensors 140 (FIG. 1) placed before and after the work vehicle 100.
  • one obstacle map may be generated by combining sensor data for multiple cycles.
  • the length Lh and width Lw of the obstacle map 40 are equal, but the length Lh and width Lw may be different.
  • the length Lh of the obstacle map 40 may be longer than the width Lw.
  • the control device 180 Based on the obstacle map 40, the control device 180 detects two tree rows 20R and 20L existing on both sides of the work vehicle 100. For example, as shown in FIG. 12, the control device 180 calculates two approximate straight lines 41R and 41L (or an approximate curve) from a row of a plurality of points distributed along the traveling direction of the work vehicle 100. Two tree rows 20R and 20L can be detected.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the steering angle ⁇ r of the front wheel 104F, which is a steered wheel.
  • the symbol Ct in FIG. 13 represents the tire center line of the steered wheel 104F.
  • the steering angle ⁇ r is, in a plan view of the work vehicle 100, when the direction of the tire center line Ct of the steered wheels 104F is taken as a reference (0 degree) when the work vehicle 100 is traveling straight on a horizontal flat road. , is the angle of the tire center line Ct of the steered wheel 104F.
  • FIG. 13 shows, as an example, the steering angle ⁇ r when the work vehicle 100 turns to the right.
  • FIG. 14 is a diagram showing the operation of causing the work vehicle 100 to follow the target route 45.
  • ECU 184 (FIG. 2) controls work vehicle 100 to follow target route 45.
  • Making work vehicle 100 follow target route 45 includes directing work vehicle 100 to the next waypoint 45p.
  • the ECU 184 can perform control to change the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F in the direction of turning left.
  • the ECU 184 can perform control to change the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F in the direction of turning to the right.
  • the ECU 184 sends a command to change the steering angle to the ECU 182.
  • the ECU 182 changes the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F by controlling the steering device 106 in response to the command to change the steering angle.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a process for controlling the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F.
  • the ECU 184 acquires information regarding at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment of the work vehicle 100 (step S101).
  • ECU 184 sets the maximum steering angle ⁇ max of steered wheels 104F based on information regarding at least one of work vehicle 100 and the surrounding environment of work vehicle 100 (step S102).
  • the maximum steering angle ⁇ max is the maximum value that the steering angle ⁇ r can take in controlling the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F, and can be changed depending on conditions.
  • the ECU 184 obtains the value of the traveling speed of the work vehicle 100, and sets the maximum steering angle ⁇ max based on the value of the traveling speed.
  • ECU 184 can calculate the traveling speed of work vehicle 100 based on the output signal of axle sensor 156 (FIG. 2) and/or IMU 115, for example.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a method for setting the maximum steering angle ⁇ max .
  • the vertical axis shown in FIG. 16 represents the maximum steering angle ⁇ max and the horizontal axis represents the parameters.
  • the parameters are parameters related to work vehicle 100 and/or the surrounding environment of work vehicle 100.
  • the parameter is the traveling speed of work vehicle 100.
  • the ECU 184 changes maximum steering angle ⁇ max according to the traveling speed of work vehicle 100. For example, the ECU 184 makes the maximum steering angle ⁇ max smaller when the travel speed is high than when the travel speed is low. For example, as shown by the solid line in FIG. 16, the maximum steering angle ⁇ max may be made discretely smaller as the traveling speed increases. Further, as shown by the dashed line in FIG. 16, the maximum steering angle ⁇ max may be continuously decreased as the traveling speed increases. In this way, when the running speed is high, the running stability can be improved by reducing the maximum steering angle ⁇ max .
  • the ECU 184 sets the target route 45 for the work vehicle 100 between the two tree rows 20 (step S103).
  • Setting the target route 45 includes setting a waypoint 45p.
  • the ECU 184 detects the two tree rows 20 existing on both the left and right sides of the work vehicle 100 based on the sensor data output by the LiDAR sensor 140 and the like, and places a target between the two detected tree rows 20. Set route 45.
  • the ECU 184 calculates a target steering angle ⁇ n of the steered wheels 104F that aims to make the work vehicle 100 follow the target route 45 (step S104). For example, the ECU 184 calculates the steering angle necessary for the work vehicle 100 to pass over the next waypoint 45p located in front of the work vehicle 100, and sets the steering angle as the target steering angle ⁇ n .
  • the ECU 184 determines which is larger, the target steering angle ⁇ n calculated in step S104, or the maximum steering angle ⁇ max set in step S102 (step S105).
  • the determination as to which of the target steering angle ⁇ n and the maximum steering angle ⁇ max is larger is made by determining which is larger, the absolute value of the target steering angle ⁇ n or the absolute value of the maximum steering angle ⁇ max .
  • the ECU 184 changes the value of the target steering angle ⁇ n used for controlling the steering device 106 from the value of the previously adopted target steering angle ⁇ n-1. , is updated to the value of the target steering angle ⁇ n calculated this time (step S106).
  • the ECU 184 uses the previously adopted value of the target steering angle ⁇ n-1 as the value of the target steering angle ⁇ n used for controlling the steering device 106. It is maintained (step S107).
  • the ECU 184 sends a command value to the ECU 182 so that the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F becomes equal to the target steering angle ⁇ n determined in steps S105 to S107.
  • the ECU 182 changes the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F by controlling the steering device 106 according to the command value. Thereby, the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F can be controlled to become the target steering angle ⁇ n (step S108).
  • the ECU 184 returns to the process of step S101 and repeats the processes of steps S101 to S108.
  • the process shown in FIG. 15 is terminated (step S109).
  • the steering angle of the steered wheels 104F reaches the maximum steering angle.
  • the angle can be controlled to be less than or equal to the angle ⁇ max .
  • the ECU 184 may return to the process of step S103 after the process of step S108.
  • the maximum steering angle ⁇ max may be fixed at that value and not changed, or may be changed while the vehicle is traveling.
  • the ECU 184 may return to the process in step S104 after the process in step S108. After repeating the process from step S104 to step S108 multiple times, the process may return to any one of steps S101 to S103.
  • FIG. 17 is a flowchart showing another example of the process for controlling the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F.
  • the ECU 184 sets the value of the target steering angle ⁇ n used for controlling the steering device 106 to the value of the maximum steering angle ⁇ max.
  • a value is set (step S117).
  • the ECU 184 performs control so that the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F becomes equal to the target steering angle ⁇ n determined in steps S105, S106, and S117 (step S108).
  • Other processing is similar to the processing shown in FIG. 15.
  • the work vehicle 100 is made to follow the target route 45 by adopting the maximum steering angle ⁇ max that is the maximum value that can be adopted. You can make it easier to do so.
  • the maximum steering angle ⁇ max of the steered wheels 104F is set based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment of the work vehicle 100, and the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F is the maximum steering angle. It is controlled so that it is less than or equal to ⁇ max .
  • the maximum steering angle ⁇ max based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment, it is possible to suppress the work vehicle 100 from coming into contact with the tree row 20 .
  • the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F By controlling the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F to be equal to or less than the maximum steering angle ⁇ max , it is possible to suppress the work vehicle 100 from coming into contact with the tree row 20, and to improve running stability.
  • step S107 shown in FIG. 15 if the value of the previous target steering angle n-1 to be maintained is larger than the latest maximum steering angle ⁇ max , the value is set so that it is less than or equal to the latest maximum steering angle ⁇ max .
  • the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F may be controlled.
  • the steered wheels 104F may be steered to the left.
  • the angle ⁇ r may be controlled to be an angle for steering to the right.
  • the ECU 184 performs control so that the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F becomes the target steering angle ⁇ n determined in steps S105, S106, S107, and S117. If the ECU 184 determines that the work vehicle 100 cannot be made to follow the target route 45 by controlling the steering angle ⁇ r in this manner, the ECU 184 may perform control to stop the work vehicle 100. For example, in order to follow the target route 45, if it is determined that the work vehicle 100 will collide with some surrounding object (such as a tree), control may be performed to stop the work vehicle 100.
  • some surrounding object such as a tree
  • the ECU 184 may control the travel speed of the work vehicle 100 to be lower than the current travel speed.
  • the ECU 184 changes the maximum steering angle ⁇ max based on the reduced traveling speed, and determines the target steering angle ⁇ n based on the changed maximum steering angle ⁇ max .
  • the maximum steering angle ⁇ max can be increased.
  • the target steering angle ⁇ n can be increased, making it easier for the work vehicle 100 to follow the target route 45.
  • the maximum steering angle ⁇ max was set based on the traveling speed of the work vehicle 100, but the maximum steering angle ⁇ max may be set based on another parameter.
  • ECU 184 may set the maximum steering angle ⁇ max based on at least one of the following parameters. - Traveling speed of the work vehicle 100 - Size of the implement 300 - Wheelbase of the work vehicle 100 - Curvature of the tree rows 20 - Size of the width between the two tree rows 20 - Width between the two tree rows 20 Difference between the width of the work vehicle 100 and the inclination angle of the ground As a result, the maximum steering angle ⁇ max suitable for the work vehicle 100 and/or the surrounding environment of the work vehicle 100 can be set.
  • FIG. 18 is a diagram showing the work vehicle 100 to which the implement 300 is connected.
  • Information on the size of the implement 300 may be input by the user by operating the operation terminal 200 (FIG. 2), for example, and may be stored in the storage device 170. Further, information on the size of implement 300 may be transmitted from implement 300 to work vehicle 100 via communication devices 190 and 390 and stored in storage device 170.
  • the size of the implement 300 shown on the right side of FIG. 18 is larger than the size of the implement 300 shown on the left side of FIG.
  • the ECU 184 sets the maximum steering angle ⁇ max to a smaller value than when the size of the implement 300 is small. For example, when the length L1 of the implement 300 in the longitudinal direction is large, the maximum steering angle ⁇ max is set to a smaller value than when it is small. Further, for example, when the length L2 of the implement 300 in the left-right direction is large, the maximum steering angle ⁇ max is set to a smaller value than when it is small.
  • the maximum steering angle ⁇ max may be made discretely smaller as the size of the implement 300 becomes larger. Furthermore, as shown by the dashed line in FIG. 16, the maximum steering angle ⁇ max may be continuously decreased as the size of the implement 300 increases. Thereby, the maximum steering angle ⁇ max suitable for the size of the implement 300 can be set. If the size of the implement 300 (length in the front-rear direction and/or length in the left-right direction) is large, the work vehicle 100 and the implement 300 can contact the tree row 20 by reducing the maximum steering angle ⁇ max . can be suppressed.
  • FIG. 19 is a diagram showing the wheelbase WB of the work vehicle 100.
  • the wheelbase WB of the work vehicle 100 shown on the right side of FIG. 19 is larger than the wheelbase WB of the work vehicle 100 shown on the left side of FIG.
  • the ECU 184 sets the maximum steering angle ⁇ max to a larger value than when the wheelbase WB is small.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a method for setting the maximum steering angle ⁇ max .
  • the vertical axis represents the maximum steering angle ⁇ max and the horizontal axis represents the parameters.
  • the parameters are parameters related to work vehicle 100 and/or the surrounding environment of work vehicle 100.
  • the parameter is the wheelbase WB.
  • the ECU 184 makes the maximum steering angle ⁇ max larger when the wheelbase WB is large than when it is small.
  • the maximum steering angle ⁇ max may be discretely increased as the wheel base WB becomes larger.
  • the maximum steering angle ⁇ max may be continuously increased as the wheel base WB becomes larger.
  • the wheelbase WB is large, the turning radius tends to be large.
  • the minimum turning radius can be made small by increasing the maximum steering angle ⁇ max . Thereby, it is possible to suppress the work vehicle 100 from coming into contact with the tree row 20.
  • FIG. 21 is a diagram showing the tree row 20.
  • the ECU 184 changes the maximum steering angle ⁇ max according to the curvatures of the two tree rows 20L and 20R.
  • the curvature of the target route 45 set between the tree rows 20L and 20R changes depending on the curvature of each of the tree rows 20L and 20R.
  • the curvatures of the tree rows 20L and 20R can be calculated, for example, from approximate curves 41R and 41L as described using FIG. 12. Further, the curvature of the target route 45 set between the tree rows 20L and 20R may be adopted as the average value of the curvatures of the tree rows 20L and 20R.
  • the curvature of the tree row 20 shown on the right side of FIG. 21 is larger than the curvature of the tree row 20 shown on the left side of FIG.
  • the ECU 184 sets the maximum steering angle ⁇ max to a larger value than when the curvature is small.
  • the maximum steering angle ⁇ max may be discretely increased as the curvature of the tree row 20 increases. Further, as shown by the dashed line in FIG. 20, the maximum steering angle ⁇ max may be continuously increased as the curvature of the tree row 20 increases. Thereby, the maximum steering angle ⁇ max suitable for the curvature of the tree row 20 can be set. When the curvature of the tree row 20 is large, the work vehicle 100 can be prevented from coming into contact with the tree row 20 by increasing the maximum steering angle ⁇ max .
  • FIG. 22 is a diagram showing the tree row 20.
  • the ECU 184 changes the maximum steering angle ⁇ max depending on the width L3 between the two tree rows 20L and 20R.
  • the sensor data output by the LiDAR sensor 140 includes point cloud data representing the tree row 20.
  • the ECU 184 extracts points located on the work vehicle 100 side from the point cloud data representing the tree row 20. By calculating the distance between a point extracted from the point cloud data representing the tree row 20L and a point extracted from the point cloud data representing the tree row 20R, the distance between the two tree rows 20L and 20R is calculated. The value of the width L3 can be obtained.
  • the width L3 shown on the left side of FIG. 22 is smaller than the width L3 shown on the right side of FIG.
  • the ECU 184 sets the maximum steering angle ⁇ max to a smaller value than when it is large.
  • the maximum steering angle ⁇ max may be made discretely smaller as the width L3 becomes smaller. Further, as shown by the dashed line in FIG. 20, the maximum steering angle ⁇ max may be continuously decreased as the width L3 decreases. Thereby, it is possible to set the maximum steering angle ⁇ max suitable for the width L3 between the tree rows 20L and 20R. When the width L3 is small, the work vehicle 100 can be prevented from coming into contact with the tree row 20 by reducing the maximum steering angle ⁇ max .
  • FIG. 23 is a diagram showing the tree row 20 and the work vehicle 100.
  • the ECU 184 changes the maximum steering angle ⁇ max according to the value of the difference D between the width L3 and the width L4.
  • Information about the width L4 of the work vehicle 100 may be stored in the storage device 170 in advance.
  • the information on the width L4 of the work vehicle 100 may be input by the user by operating the operation terminal 200 (FIG. 2), for example, and may be stored in the storage device 170.
  • the value of the width of the implement 300 may be adopted as the width L4 of the work vehicle 100.
  • Information on the size of the implement 300 may be input by the user by operating the operation terminal 200 (FIG. 2), for example, and may be stored in the storage device 170. Further, information on the size of implement 300 may be transmitted from implement 300 to work vehicle 100 via communication devices 190 and 390 and stored in storage device 170.
  • the difference value D in the example shown on the left side of FIG. 23 is smaller than the difference value D in the example shown on the right side of FIG.
  • the ECU 184 sets the maximum steering angle ⁇ max to a smaller value than when it is large.
  • the maximum steering angle ⁇ max may be made discretely smaller as the difference value D becomes smaller. Further, as shown by the dashed line in FIG. 20, the maximum steering angle ⁇ max may be continuously decreased as the difference value D decreases. Thereby, the maximum steering angle ⁇ max suitable for the magnitude of the difference value D can be set. When the difference value D is small, the maximum steering angle ⁇ max is made small to prevent the work vehicle 100 from coming into contact with the tree row 20 .
  • FIG. 24 is a diagram showing the work vehicle 100 and the ground 25 on which the work vehicle 100 travels.
  • ECU 184 changes maximum steering angle ⁇ max according to the inclination angle of the ground at the current location of work vehicle 100 .
  • the ECU 184 can calculate the tilt angle based on the output signal of the IMU 115 (FIG. 2), for example.
  • ECU 184 sets the maximum steering angle ⁇ max to a smaller value when the inclination angle of the ground at the current location of work vehicle 100 is large than when it is small.
  • the maximum steering angle ⁇ max may be made discretely smaller as the inclination angle becomes larger. Further, as shown by the dashed line in FIG. 16, the maximum steering angle ⁇ max may be continuously decreased as the inclination angle increases. Thereby, the maximum steering angle ⁇ max suitable for the inclination angle of the current location of the work vehicle 100 can be set. When the tilt angle is large, driving stability can be improved by reducing the maximum steering angle ⁇ max .
  • the one or more external sensors provided in the work vehicle are LiDAR sensors that output two-dimensional or three-dimensional point cloud data as sensor data by scanning with a laser beam.
  • external sensors are not limited to such LiDAR sensors.
  • other types of sensors such as flash-type LiDAR sensors or image sensors may be utilized.
  • Such other types of sensors may also be utilized in combination with scanning LiDAR sensors.
  • the work vehicle automatically travels between a plurality of rows of trees in an orchard, but the work vehicle may also be used to automatically travel between rows of crops other than rows of trees.
  • the technology of the present disclosure may be applied to a work vehicle such as a tractor that automatically moves between multiple rows of crops in a field.
  • the device that executes the processes necessary for automatic travel of the work vehicle in the above embodiments can also be later attached to a work vehicle that does not have these functions.
  • a control unit that controls the operation of a work vehicle that travels between a plurality of crop rows can be used by being attached to the work vehicle.
  • the present disclosure includes the work vehicle, control method, and computer program described in the following items.
  • a work vehicle 100 that automatically travels between a plurality of crop rows 20, Steering wheel 104F, a steering device 106 that changes the steering angle of the steering wheel 104F; an external sensor 140 that outputs sensor data indicating the distribution of features around the work vehicle 100;
  • a control device 160 that controls automatic travel of the work vehicle 100; Equipped with The control device 160 is Setting the maximum steering angle ⁇ max of the steered wheels 104F based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment of the work vehicle 100, Detecting two crop rows 20 existing on both sides of the work vehicle 100 based on sensor data, Setting the target route 45 of the work vehicle 100 between the two crop rows 20, Calculate the target steering angle ⁇ n of the steered wheels 104F with the goal of making the work vehicle 100 follow the target route 45, If the calculated target steering angle ⁇ n is larger than the maximum steering angle ⁇ max , the value of the target steering angle ⁇ n is limited to below the maximum steering angle ⁇ max , Work vehicle 100 controls
  • the maximum steering angle ⁇ max of the steered wheels 104F is set based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment of the work vehicle 100, and the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F is set to the maximum steering angle. It is controlled so that it is less than or equal to ⁇ max .
  • the maximum steering angle ⁇ max based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment, it is possible to suppress the work vehicle 100 from coming into contact with the crop rows 20 .
  • the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F By controlling the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F to be equal to or less than the maximum steering angle ⁇ max , it is possible to suppress the work vehicle 100 from coming into contact with the crop rows 20 and improve running stability.
  • the control device 160 is If the calculated target steering angle ⁇ n is less than or equal to the maximum steering angle ⁇ max , the value of the target steering angle ⁇ n used for controlling the steering device 106 is set to the calculated target from the value of the previous target steering angle ⁇ n-1. Update to the value of steering angle ⁇ n , If the calculated target steering angle ⁇ n is larger than the maximum steering angle ⁇ max , the previous value of the target steering angle ⁇ n-1 is maintained as the value of the target steering angle ⁇ n used for controlling the steering device 106. Work vehicle 100 according to 1.
  • the steering angle of the steered wheels 104F becomes less than or equal to the maximum steering angle ⁇ max . It can be controlled so that
  • the control device 160 is If the calculated target steering angle ⁇ n is less than or equal to the maximum steering angle ⁇ max , the value of the target steering angle ⁇ n used for controlling the steering device 106 is set to the calculated target from the value of the previous target steering angle ⁇ n-1. Update to the value of steering angle ⁇ n , If the calculated target steering angle ⁇ n is larger than the maximum steering angle ⁇ max , the value of the maximum steering angle ⁇ max is adopted as the value of the target steering angle ⁇ n used for controlling the steering device 106, as described in item 1. Work vehicle 100.
  • the maximum steering angle ⁇ max that is the maximum value that can be adopted is adopted to make it easier for the work vehicle 100 to follow the target route 45. Can be done.
  • the control device 160 controls the running speed of the work vehicle 100, the wheelbase WB of the work vehicle 100, the size of the implement 300 connected to the work vehicle 100, the curvature of the two crop rows 20, the inclination angle of the current location of the work vehicle 100,
  • the maximum steering angle ⁇ max is set based on at least one of the size of the width between the two crop rows 20 and the difference between the width between the two crop rows 20 and the width of the work vehicle 100. , the work vehicle 100 according to any one of items 1 to 3.
  • a maximum steering angle ⁇ max suitable for work vehicle 100 and/or the surrounding environment of work vehicle 100 can be set.
  • the control device 160 is Changing the maximum steering angle ⁇ max according to the traveling speed of the work vehicle 100, Work vehicle 100 according to any one of items 1 to 4, wherein the maximum steering angle ⁇ max is made smaller when the traveling speed is high than when it is low.
  • the control device 160 is Changing the maximum steering angle ⁇ max according to the size of the implement 300 connected to the work vehicle 100, The work vehicle 100 according to any one of items 1 to 4, wherein the maximum steering angle ⁇ max is made smaller when the size of the implement 300 is large than when it is small.
  • a maximum steering angle ⁇ max suitable for the size of the implement 300 can be set. If the size of the implement 300 (length in the longitudinal direction and/or length in the width direction) is large, the maximum steering angle ⁇ max can be reduced to prevent the work vehicle 100 and the implement 300 from coming into contact with the crop row 20. can be suppressed.
  • the control device 160 is Changing the maximum steering angle ⁇ max according to the curvature of the two crop rows 20, Work vehicle 100 according to any one of items 1 to 4, wherein the maximum steering angle ⁇ max is made larger when the curvature is large than when it is small.
  • a maximum steering angle ⁇ max suitable for the curvature of the crop row 20 can be set.
  • the work vehicle 100 can be prevented from coming into contact with the crop row 20 by increasing the maximum steering angle ⁇ max .
  • the control device 160 is Changing the maximum steering angle ⁇ max according to the inclination angle of the current location of the work vehicle 100, Work vehicle 100 according to any one of items 1 to 4, wherein the maximum steering angle ⁇ max is made smaller when the inclination angle is large than when it is small.
  • a maximum steering angle ⁇ max suitable for the inclination angle of the current location of work vehicle 100 can be set.
  • driving stability can be improved by reducing the maximum steering angle ⁇ max .
  • the control device 160 is Changing the maximum steering angle ⁇ max according to the width between the two crop rows 20, Work vehicle 100 according to any one of items 1 to 4, wherein the maximum steering angle ⁇ max is made smaller when the width between the two crop rows 20 is small than when it is wide.
  • a maximum steering angle ⁇ max suitable for the width between two crop rows 20 can be set. When the width between the two crop rows 20 is small, contacting of the work vehicle 100 with the crop rows 20 can be suppressed by reducing the maximum steering angle ⁇ max .
  • the control device 160 is Changing the maximum steering angle ⁇ max according to the difference between the width between the two crop rows 20 and the width of the work vehicle 100, The work vehicle 100 according to any one of items 1 to 4, wherein the maximum steering angle ⁇ max is made smaller when the difference is small than when the difference is large.
  • the maximum steering angle ⁇ max can be set to suit the magnitude of the difference between the width between the crop rows 20 and the width of the work vehicle 100 . If the difference is small, by reducing the maximum steering angle ⁇ max , it is possible to suppress the work vehicle 100 from coming into contact with the crop row 20 .
  • a maximum steering angle ⁇ max suitable for the wheelbase WB of the work vehicle 100 can be set. For example, in the case of the work vehicle 100 having a large wheelbase WB, contacting of the work vehicle 100 with the crop row 20 can be suppressed by increasing the maximum steering angle ⁇ max .
  • the work vehicle 100 can be prevented from coming into contact with the crop row 20 by stopping the work vehicle 100.
  • the control device 160 is If it is determined that the work vehicle 100 cannot follow the target route 45, control is performed to make the travel speed of the work vehicle 100 smaller than the current travel speed, Change the maximum steering angle ⁇ max based on the reduced traveling speed, Work vehicle 100 according to item 5, wherein the target steering angle ⁇ n is determined based on the changed maximum steering angle ⁇ max .
  • the maximum steering angle ⁇ max can be increased by reducing the traveling speed.
  • the target steering angle ⁇ n can be increased, making it easier for the work vehicle 100 to follow the target route 45.
  • the maximum steering angle ⁇ max of the steered wheels 104F is set based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment of the work vehicle 100, and the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F is set to the maximum steering angle. It is controlled so that it is less than or equal to ⁇ max .
  • the maximum steering angle ⁇ max based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment, it is possible to suppress the work vehicle 100 from coming into contact with the crop rows 20 .
  • the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F By controlling the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F to be equal to or less than the maximum steering angle ⁇ max , it is possible to suppress the work vehicle 100 from coming into contact with the crop rows 20 and improve running stability.
  • a computer program that causes a computer to control the steering angle of a work vehicle 100 that automatically travels between a plurality of crop rows 20,
  • the computer program includes: setting a maximum steering angle ⁇ max of the steered wheels 104F of the work vehicle 100 based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment of the work vehicle 100; Detecting two crop rows 20 existing on both sides of the work vehicle 100 based on sensor data indicating the distribution of features around the work vehicle 100 output by the external sensor 140; setting a target route 45 for the work vehicle 100 between the two crop rows 20; calculating a target steering angle ⁇ n of the steered wheels 104F with the goal of causing the work vehicle 100 to follow the target route 45;
  • the calculated target steering angle ⁇ n is larger than the maximum steering angle ⁇ max , limiting the value of the target steering angle ⁇ n to be equal to or less than the maximum steering angle ⁇ max ; controlling the steering device of the work vehicle 100 so that the steering angle ⁇ r of the a
  • the maximum steering angle ⁇ max of the steered wheels 104F is set based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment of the work vehicle 100, and the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F is the maximum steering angle. It is controlled so that it is less than or equal to ⁇ max .
  • the maximum steering angle ⁇ max based on the state of at least one of the work vehicle 100 and the surrounding environment, the work vehicle 100 can be prevented from coming into contact with the crop rows 20 .
  • the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F By controlling the steering angle ⁇ r of the steered wheels 104F to be equal to or less than the maximum steering angle ⁇ max , it is possible to suppress the work vehicle 100 from coming into contact with the crop rows 20, and to improve running stability.
  • the technology of the present disclosure can be applied to a work vehicle such as a tractor that moves in an environment where multiple rows of crops (for example, rows of trees) exist, such as an orchard, a field, or a mountain forest.
  • a work vehicle such as a tractor that moves in an environment where multiple rows of crops (for example, rows of trees) exist, such as an orchard, a field, or a mountain forest.
  • Signal processing circuit 147... Memory, 150... Sensor group, 152... Steering wheel sensor, 154... Steering angle sensor, 156... Axle sensor, 160... Control system (control device), 170... Storage device, 180... Control device, 181 to 184... ECU, 190... Communication device, 200... Operation terminal, 210... Operation switch group , 240... Drive device, 300... Implement, 340... Drive device, 380... Control device, 390... Communication device, 400... Terminal device

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Abstract

ある実施形態に係る作業車両は、複数の作物列の間で自動走行を行う。作業車両は、操舵輪と、操舵輪の操舵角を変更する操舵装置と、作業車両の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサと、作業車両の自動走行を制御する制御装置とを備える。制御装置は、作業車両および作業車両の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて、操舵輪の最大操舵角を設定し、センサデータに基づいて作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出し、作業車両の目標経路を２つの作物列の間に設定する。制御装置は、作業車両を目標経路に追従させることを目標とする操舵輪の目標操舵角を演算し、演算した目標操舵角が最大操舵角よりも大きい場合、目標操舵角の値を最大操舵角以下に制限し、操舵輪の操舵角が目標操舵角となるように操舵装置を制御する。

Description

作業車両、制御方法およびコンピュータプログラム
　本開示は、作業車両、制御方法およびコンピュータプログラムに関する。
　次世代農業として、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）およびＩｏＴ（Internet of Things）を活用したスマート農業の研究開発が進められている。圃場で使用されるトラクタなどの作業車両の自動化および無人化に向けた研究開発も進められている。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きた。
　一方、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）センサなどの距離センサを利用して自律的に移動する移動体の開発も進められている。例えば特許文献１は、ＬｉＤＡＲセンサを利用して圃場における作物列の間を自動走行する作業車両の例を開示している。
特開２０１９－１５４３７９号公報
　圃場の作物列の間を自動走行するとき、作業車両が作物列に不必要に接触することを抑制することが求められる。
　本開示の例示的な実施形態による作業車両は、複数の作物列の間で自動走行を行う作業車両であって、操舵輪と、前記操舵輪の操舵角を変更する操舵装置と、前記作業車両の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサと、前記作業車両の自動走行を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記作業車両および前記作業車両の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて、前記操舵輪の最大操舵角を設定し、前記センサデータに基づいて前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出し、前記作業車両の目標経路を前記２つの作物列の間に設定し、前記作業車両を前記目標経路に追従させることを目標とする前記操舵輪の目標操舵角を演算し、演算した前記目標操舵角が前記最大操舵角よりも大きい場合、前記目標操舵角の値を前記最大操舵角以下に制限し、前記操舵輪の操舵角が前記目標操舵角となるように前記操舵装置を制御する。
　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。
　本開示の例示的な実施形態によれば、作業車両および作業車両の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて操舵輪の最大操舵角を設定し、操舵輪の操舵角が最大操舵角以下となるように制御する。作業車両および周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて最大操舵角を設定することで、作業車両が作物列に接触することを抑制できる。操舵輪の操舵角が最大操舵角以下となるように制御することで、作業車両が作物列に接触することを抑制できるとともに、走行安定性を向上させることができる。
作業車両、および作業車両に連結されたインプルメントの例を模式的に示す側面図である。 作業車両およびインプルメントの構成例を示すブロック図である。 ＬｉＤＡＲセンサを作業車両の側面方向から見た場合の模式図である。 ＬｉＤＡＲセンサを鉛直上方から見た場合の模式図である。 ＬｉＤＡＲセンサの構成例を示すブロック図である。 作業車両が走行する環境の一例を模式的に示す図である。 作業車両の周囲の環境の例を模式的に示す斜視図である。 作業車両の走行経路の一例を模式的に示す図である。 列間走行モードにおける作業車両の走行制御方法を説明する図である。 列間走行モードにおける作業車両の走行制御方法を説明する図である。 障害物マップの一例を示す図である。 障害物マップの他の例を示す図である。 障害物マップに基づいて２つの樹木列を検出する処理を説明する図である。 操舵輪である前輪の操舵角を説明する図である。 作業車両を目標経路に追従させる動作を示す図である。 操舵輪の操舵角を制御する処理の例を示すフローチャートである。 最大操舵角を設定する方法の例を示す図である。 操舵輪の操舵角を制御する処理の別の例を示すフローチャートである。 インプルメントが接続された作業車両を示す図である。 作業車両のホイールベースを示す図である。 最大操舵角θを設定する方法の別の例を示す図である。 樹木列を示す図である。 樹木列を示す図である。 樹木列および作業車両を示す図である。 作業車両および作業車両が走行する地面を示す図である。
　（用語の定義）
　本開示において「作業車両」は、作業地で作業を行うために使用される車両を意味する。「作業地」は、例えば圃場、山林、または建設現場等の、作業が行われ得る任意の場所である。「圃場」は、例えば果樹園、畑、水田、穀物農場、または牧草地等の、農作業が行われ得る任意の場所である。作業車両は、例えばトラクタ、田植機、コンバイン、乗用管理機、もしくは乗用草刈機などの農業機械、または、建設作業車もしくは除雪車などの、農業以外の用途で使用される車両であり得る。作業車両は、その前部および後部の少なくとも一方に、作業内容に応じたインプルメント（「作業機」または「作業装置」とも呼ばれる。）を装着できるように構成され得る。作業車両がインプルメントを用いて作業を行いながら走行することを「作業走行」と称することがある。
　「自動運転」は、運転者による手動操作によらず、制御装置の働きによって車両の走行を制御することを意味する。自動運転中、車両の走行だけでなく、作業の動作（例えばインプルメントの動作）も自動で制御されてもよい。自動運転によって車両が走行することを「自動走行」と称する。制御装置は、車両の走行に必要な操舵、走行速度の調整、走行の開始および停止の少なくとも一つを制御し得る。インプルメントが装着された作業車両を制御する場合、制御装置は、インプルメントの昇降、インプルメントの動作の開始および停止などの動作を制御してもよい。自動運転による走行には、車両が所定の経路に沿って目的地に向かう走行のみならず、追尾目標に追従する走行も含まれ得る。自動運転を行う車両は、部分的にユーザの指示に基づいて走行してもよい。また、自動運転を行う車両は、自動運転モードに加えて、運転者の手動操作によって走行する手動運転モードで動作してもよい。手動によらず、制御装置の働きによって車両の操舵を行うことを「自動操舵」と称する。制御装置の一部または全部が車両の外部にあってもよい。車両の外部にある制御装置と車両との間では、制御信号、コマンド、またはデータなどの通信が行われ得る。自動運転を行う車両は、人がその車両の走行の制御に関与することなく、周囲の環境をセンシングしながら自律的に走行してもよい。自律的な走行が可能な車両は、無人で走行することができる。自律走行中に、障害物の検出および障害物の回避動作が行われ得る。
　「外界センサ」は、作業車両の外部の状態をセンシングするセンサである。外界センサの例は、ＬｉＤＡＲセンサ、カメラ（またはイメージセンサ）、レーザレンジファインダ（「測域センサ」ともいう）、超音波センサ、ミリ波レーダ、および磁気センサを含む。
　「作物列」は、果樹園または畑などの圃場、または森林等において列を成して生えている農作物、樹木、その他の植物の列である。本開示における「作物列」は「樹木列」を含む概念である。
　「障害物マップ」は、作業車両の周辺に存在する物の位置または領域を所定の座標系で表現した局所的な地図のデータである。障害物マップを規定する座標系は、例えば作業車両に固定された車両座標系、または地球に対して固定されたワールド座標系（例えば地理座標系）であり得る。障害物マップは、作業車両の周辺に存在する物について、位置以外の情報（例えば属性情報）を含んでいてもよい。障害物マップは、例えば格子地図または点群地図などの様々な形式で表現され得る。
　（実施形態）
　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ことがある。例えば、既によく知られた事項の詳細な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ことがある。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、同一の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、材料、ステップ、ステップの順序などは、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、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、一例として、作業車両が果樹園等の圃場における農作業に用いられるトラクタである場合の実施形態を説明する。本開示の技術は、トラクタに限らず、例えば、田植機、コンバイン、乗用管理機、乗用芝刈り機などの他の種類の農業機械にも適用することができる。本開示の技術は、さらに、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。
　［１．構成］
　図１は、作業車両１００、および作業車両１００に連結されたインプルメント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１００は、手動運転モードと自動運転モードの両方で動作することができる。自動運転モードにおいて、作業車両１００は無人で走行することができる。作業車両１００は、例えばぶどう園（vineyard）などの果樹園、または畑のように、複数の作物列（例えば樹木列）が植えられている環境で自動走行を行う。
　図１に示すように、作業車両１００は、車体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。車体１０１には、タイヤ付き車輪１０４を含む走行装置と、キャビン１０５とが設けられている。走行装置は、４つの車輪１０４と、４つの車輪を回転させる車軸、および各車軸の制動を行う制動装置（ブレーキ）を含む。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、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。
　作業車両１００は、作業車両１００の周囲をセンシングする複数の外界センサを備える。図１の例では、外界センサは、複数のＬｉＤＡＲセンサ１４０と、複数のカメラ１２０と、複数の障害物センサ１３０とを含む。
　カメラ１２０は、例えば作業車両１００の前後左右に設けられ得る。カメラ１２０は、作業車両１００の周囲の環境を撮影し、画像データを生成する。カメラ１２０が取得した画像は、例えば遠隔監視を行うための端末装置に送信され得る。当該画像は、無人運転時に作業車両１００を監視するために用いられ得る。カメラ１２０は必要に応じて設けられ、その個数は任意である。
　ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、作業車両１００の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサの一例である。図１の例では、２つのＬｉＤＡＲセンサ１４０が、キャビン１０５上の前部および後部に配置されている。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、他の位置（例えば、車体１０１の前面下部など）に設けられていてもよい。各ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、作業車両１００が走行している間、周囲の環境に存在する物体の各計測点までの距離および方向、または各計測点の２次元もしくは３次元の座標値を示すセンサデータを繰り返し出力する。ＬｉＤＡＲセンサ１４０の個数は２個に限らず、１個または３個以上でもよい。
　ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、２次元または３次元の点群データをセンサデータとして出力するように構成され得る。本明細書において「点群データ」は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０によって観測される複数の反射点の分布を示すデータを広く意味する。点群データは、例えば、２次元空間または３次元空間における各反射点の座標値、または各反射点の距離および方向を示す情報を含み得る。点群データは、各反射点の輝度の情報を含んでいてもよい。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、例えば予め設定された周期で点群データを繰り返し出力するように構成され得る。このように、外界センサは、点群データをセンサデータとして出力する１つ以上のＬｉＤＡＲセンサ１４０を含み得る。
　ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータは、作業車両１００の自動走行を制御する制御装置によって処理される。制御装置は、作業車両１００の走行中、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されるセンサデータに基づいて、作業車両１００の周辺に存在する物体の分布を示す障害物マップを逐次生成することができる。制御装置は、例えばＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）などのアルゴリズムを利用して、自動走行中に障害物マップを繋ぎ合わせて環境地図を生成することもできる。制御装置は、センサデータと環境地図とのマッチングにより、作業車両１００の位置および向きの推定（すなわち自己位置推定）を行うこともできる。
　ぶどう園などの果樹園、または森林などの、樹木または作物が高い密度で分布する環境では、樹木の上部で生い茂る葉が樹冠を形成し、衛星からの電波にとって障害物または多重反射体として働く。このような環境では、ＧＮＳＳによる正確な測位が困難である場合がある。ＧＮＳＳを利用できない環境においては、位置推定と地図作成とを同時に実行するＳＬＡＭを利用する。ＳＬＡＭを利用することで、作業車両１００を多数の樹木が存在する環境内を自動で走行させることができる。
　図１に示す複数の障害物センサ１３０は、キャビン１０５の前部および後部に設けられている。障害物センサ１３０は、他の部位にも配置され得る。例えば、車体１０１の側部、前部、および後部の任意の位置に、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、例えばレーザスキャナまたは超音波ソナーを含み得る。障害物センサ１３０は、自動走行時に周囲の障害物を検出して作業車両１００を停止したり迂回したりするために用いられる。
　作業車両１００は、さらに、ＧＮＳＳユニット１１０を備える。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。ＧＮＳＳユニット１１０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測位を行う。本実施形態におけるＧＮＳＳユニット１１０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。ＧＮＳＳユニット１１０は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信するアンテナと、処理回路とを備える。本実施形態における作業車両１００は、例えばぶどう園のように、複数の樹木が生い茂り、ＧＮＳＳを利用しにくい環境で使用される。そのような環境では、主にＬｉＤＡＲセンサ１４０を利用して測位が行われる。しかし、ＧＮＳＳ信号を受信可能な環境ではＧＮＳＳユニット１１０を利用して測位を行ってもよい。ＬｉＤＡＲセンサ１４０による測位とＧＮＳＳユニット１１０による測位とを組み合わせることにより、測位の安定性または精度を向上させることができる。
　ＧＮＳＳユニット１１０は、慣性計測装置（ＩＭＵ）を含み得る。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することにより、測位の性能を向上させることができる。
　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、その操舵角（「切れ角」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。
　車体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」とも呼ばれる。）、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によってインプルメント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、インプルメント３００の位置または姿勢を変化させることができる。また、ユニバーサルジョイントを介して作業車両１００からインプルメント３００に動力を送ることができる。作業車両１００は、インプルメント３００を引きながら、インプルメント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の前方にインプルメントを接続することができる。
　図１に示すインプルメント３００は、作物に薬剤を噴霧するスプレイヤであるが、インプルメント３００はスプレイヤに限定されない。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、ベーラ（集草機）、ハーベスタ（収穫機）、プラウ、ハロー、またはロータリなどの、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１に示す作業車両１００は、有人運転が可能であるが、無人運転のみに対応していてもよい。その場合には、キャビン１０５、操舵装置１０６、および運転席１０７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１００は、自律走行、またはユーザによる遠隔操作によって走行することができる。
　図２は、作業車両１００およびインプルメント３００の構成例を示すブロック図である。作業車両１００とインプルメント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。作業車両１００は、ネットワーク８０を介して、遠隔監視のための端末装置４００と通信することもできる。端末装置４００は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、またはスマートフォン等の任意のコンピュータである。作業車両１００は、ネットワーク８０を介して、農作業を管理するサーバと通信してもよい。
　図２の例における作業車両１００は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、および操作端末２００に加え、作業車両１００の動作状態を検出するセンサ群１５０、走行制御システム１６０、通信装置１９０、操作スイッチ群２１０、および駆動装置２４０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。
　ＧＮＳＳユニット１１０は、ＧＮＳＳ受信機１１１と、ＲＴＫ受信機１１２と、慣性計測装置（ＩＭＵ）１１５と、処理回路１１６とを備える。センサ群１５０は、ステアリングホイールセンサ１５２と、操舵角センサ１５４、車軸センサ１５６とを含む。走行制御システム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）１８１から１８４を備える。インプルメント３００は、駆動装置３４０と、制御装置３８０と、通信装置３９０とを備える。なお、図２には、作業車両１００による自動運転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。走行制御システム１６０を制御装置と称する場合がある。
　ＧＮＳＳユニット１１０におけるＧＮＳＳ受信機１１１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。
　ＧＮＳＳユニット１１０は、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）－ＧＮＳＳを利用して作業車両１００の測位を行ってもよい。ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位では、複数のＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号に加えて、基準局から送信される補正信号が利用される。基準局は、作業車両１００が作業走行を行う作業地の付近（例えば、作業車両１００から１０ｋｍ以内の位置）に設置され得る。基準局は、複数のＧＮＳＳ衛星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、ＧＮＳＳユニット１１０に送信する。ＲＴＫ受信機１１２は、アンテナおよびモデムを含み、基準局から送信される補正信号を受信する。ＧＮＳＳユニット１１０の処理回路１１６は、補正信号に基づき、ＧＮＳＳ受信機１１１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。ＧＮＳＳユニット１１０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。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）を利用した測位が行われてもよい。
　本実施形態におけるＧＮＳＳユニット１１０は、さらにＩＭＵ１１５を備える。ＩＭＵ１１５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得る。ＩＭＵ１１５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。ＩＭＵ１１５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。処理回路１１６は、衛星信号および補正信号に加えて、ＩＭＵ１１５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。ＩＭＵ１１５から出力された信号は、衛星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。ＩＭＵ１１５は、ＧＮＳＳ受信機１１１よりも高い頻度で信号を出力する。例えば、ＩＭＵ１１５は、毎秒数十回から数千回程度の頻度で信号を出力する。その高頻度の信号を利用して、処理回路１１６は、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。ＩＭＵ１１５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。ＩＭＵ１１５は、ＧＮＳＳユニット１１０とは別の装置として設けられていてもよい。
　カメラ１２０は、作業車両１００の周囲の環境を撮影する撮像装置である。カメラ１２０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などのイメージセンサを備える。カメラ１２０は、他にも、１つ以上のレンズを含む光学系、および信号処理回路を備え得る。カメラ１２０は、作業車両１００の走行中、作業車両１００の周囲の環境を撮影し、画像（例えば動画）のデータを生成する。カメラ１２０は、例えば、３フレーム／秒（ｆｐｓ: frames per second）以
上のフレームレートで動画を撮影することができる。カメラ１２０によって生成された画像は、例えば遠隔の監視者が端末装置４００を用いて作業車両１００の周囲の環境を確認するときに利用され得る。カメラ１２０によって生成された画像は、測位または障害物の検出に利用されてもよい。図１に示すように、複数のカメラ１２０が作業車両１００の異なる位置に設けられていてもよいし、単数のカメラが設けられていてもよい。可視光画像を生成する可視カメラと、赤外線画像を生成する赤外カメラとが別々に設けられていてもよい。可視カメラと赤外カメラの両方が監視用の画像を生成するカメラとして設けられていてもよい。赤外カメラは、夜間において障害物の検出にも用いられ得る。
　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含み得る。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、作業車両１００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。
　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。操舵角センサ１５４は、操舵輪である前輪１０４Ｆの操舵角を計測する。ステアリングホイールセンサ１５２および操舵角センサ１５４による計測値は、制御装置１８０による操舵制御に利用され得る。
　車軸センサ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。車軸センサ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。車軸センサ１５６は、例えば、車軸の１分あたりの回転数（単位：ｒｐｍ）を示す数値を出力する。車軸センサ１５６は、作業車両１００の速度を計測するために使用される。車軸センサ１５６による計測値は、制御装置１８０による速度制御に利用され得る。
　駆動装置２４０は、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の走行およびインプルメント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２４０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。
　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、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、センサ群１５０、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環境地図、走行中に逐次生成される障害物マップ、および自動運転のための経路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、例えば、速度制御用のＥＣＵ１８１、ステアリング制御用のＥＣＵ１８２、インプルメント制御用のＥＣＵ１８３、自動運転制御用のＥＣＵ１８４を含む。
　ＥＣＵ１８１は、駆動装置２４０に含まれる原動機１０２、変速装置１０３、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、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って作業車両１００のステアリングを制御する。
　ＥＣＵ１８３は、インプルメント３００に所望の動作を実行させるために、連結装置１０８に含まれる３点リンクおよびＰＴＯ軸などの動作を制御する。ＥＣＵ１８３はまた、インプルメント３００の動作を制御する信号を生成し、その信号を通信装置１９０からインプルメント３００に送信する。
　ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、およびセンサ群１５０から出力されたデータに基づいて、自動運転を実現するための演算および制御を行う。例えば、ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、およびＬｉＤＡＲセンサ１４０の少なくとも１つから出力されたデータに基づいて、作業車両１００の位置を推定する。ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号の受信強度が十分に高い状況では、ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０から出力されたデータのみに基づいて作業車両１００の位置を決定してもよい。一方、果樹園のように、作業車両１００の周囲に衛星信号の受信を妨げる樹木などの遮蔽物が存在する環境では、ＥＣＵ１８４は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０から出力されるデータを利用して作業車両１００の位置を推定する。自動運転中、ＥＣＵ１８４は、推定された作業車両１００の位置に基づいて、目標経路に沿って作業車両１００が走行するために必要な演算を行う。ＥＣＵ１８４は、ＥＣＵ１８１に速度変更の指令を送り、ＥＣＵ１８２に操舵角変更の指令を送る。ＥＣＵ１８１は、速度変更の指令に応答して原動機１０２、変速装置１０３、またはブレーキを制御することによって作業車両１００の速度を変化させる。ＥＣＵ１８２は、操舵角変更の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。
　これらのＥＣＵの働きにより、制御装置１８０は、自動走行を実現する。自動走行時において、制御装置１８０は、計測または推定された作業車両１００の位置と、逐次生成した目標経路とに基づいて、駆動装置２４０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。ＣＡＮに代えて、車載イーサネット（登録商標）などの、より高速の通信方式が用いられてもよい。図２において、ＥＣＵ１８１から１８４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。ＥＣＵ１８１から１８４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、ＥＣＵ１８１から１８４以外のＥＣＵを備えていてもよく、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および１つ以上のメモリを含む処理回路を備える。そのようなメモリには、後述する各種の動作をプロセッサに実行させるコンピュータプログラムが記憶されていてもよい。
　通信装置１９０は、インプルメント３００および端末装置４００と通信を行う回路を含む装置である。通信装置１９０は、例えばＩＳＯＢＵＳ－ＴＩＭ等のＩＳＯＢＵＳ規格に準拠した信号の送受信を、インプルメント３００の通信装置３９０との間で実行する回路を含む。これにより、インプルメント３００に所望の動作を実行させたり、インプルメント３００から情報を取得したりすることができる。通信装置１９０は、さらに、ネットワーク８０を介した信号の送受信を、端末装置４００との間で実行するためのアンテナおよび通信回路を含み得る。ネットワーク８０は、例えば、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信網およびインターネットを含み得る。通信装置１９０は、作業車両１００の近くにいる監視者が使用する携帯端末と通信する機能を備えていてもよい。そのような携帯端末との間では、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの、任意の無線通信規格に準拠した通信が行われ得る。
　操作端末２００は、作業車両１００の走行およびインプルメント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。表示装置は、例えば液晶または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などのディスプレイであり得る。ユーザは、操作端末２００を操作することにより、例えば自動運転モードのオン／オフの切り替え、およびインプルメント３００のオン／オフの切り替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され得る。操作端末２００は、作業車両１００から取り外せるように構成されていてもよい。作業車両１００から離れた場所にいるユーザが、取り外された操作端末２００を操作して作業車両１００の動作を制御してもよい。
　図２に示すインプルメント３００における駆動装置３４０は、インプルメント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、電動モータ、またはポンプなどの、インプルメント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、通信装置３９０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、インプルメント３００の状態に応じた信号を通信装置３９０から作業車両１００に送信することもできる。
　次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、ＬｉＤＡＲセンサ１４０の構成例を説明する。本実施形態におけるＬｉＤＡＲセンサ１４０は、レーザビームのスキャンによって空間中の物体の距離分布の情報を取得可能なスキャン型のセンサである。図３Ａは、ＬｉＤＡＲセンサ１４０を作業車両１００の側面方向から見た場合の模式図である。図３Ｂは、ＬｉＤＡＲセンサ１４０を鉛直上方から見た場合の模式図である。図３Ａおよび図３Ｂには、ＬｉＤＡＲセンサ１４０に固定されたセンサ座標系における互いに直交する３つの軸ｕ、ｖ、ｗが示されている。図３Ａおよび図３Ｂにおいて放射状に延びる複数の直線は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出射されるレーザビームの中心軸（あるいは進行方向）を模式的に表している。各レーザビームは、平行光にコリメートされているが、数ミリラジアン（例えば０．１～０．２度）の拡がり角度を有している。このため、各レーザビームの断面サイズ（スポット径）は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０からの距離に比例して拡大する。例えば、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から２０メートル先で直径が数センチメートルの光スポットが形成され得る。図では、簡単のため、レーザビームの広がりは無視し、レーザビームの中心軸のみが記載されている。
　図３Ａに示す例におけるＬｉＤＡＲセンサ１４０は、縦方向に配列された複数のレーザ光源から、それぞれ、異なる仰角でレーザビームを出射することができる。仰角は、ｕｖ面に対する角度によって定義される。この例において、ｕｖ面は水平面にほぼ平行である。なお、地面（地表）が水平面に対して傾斜している場合は、ｕｖ面と水平面とが交差する。図３Ａには、Ｎ本のレーザビームＬ１、・・・、ＬＮが出射されている様子が示されている。ここで「Ｎ」は、１以上の整数であり、例えば１０以上、高性能な機種では６４、あるいは１００以上であり得る。複数のレーザビームのうち、下からｋ番目のレーザビームの仰角をθｋとする。図３Ａには、一例として、Ｎ－１番目のレーザビームの仰角θＮ－１が示されている。ｕｖ面よりも上方に向かうレーザビームの仰角を「正の仰角」とし、ｕｖ面よりも下方に向かうレーザビームの仰角を「負の仰角」とする。
　Ｎが１であるＬｉＤＡＲセンサを「２次元ＬｉＤＡＲ」と称し、Ｎが２以上であるＬｉＤＡＲセンサを「３次元ＬｉＤＡＲ」と称する場合がある。Ｎが２以上の場合、１番目のレーザビームとＮ番目のレーザビームとのなす角度を、「垂直視野角」と称する。垂直視野角は、例えば２０°から６０°程度の範囲内に設定され得る。
　ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、図３Ｂに示すように、レーザビームの出射方向（例えば方位角）を変化させることができる。図３Ｂには、図３Ａに示す複数のレーザビームの出射方向が、ｗ軸に平行な回転軸の周りに回転している様子が示されている。レーザビームの出射方向（方位角）の範囲は３６０°であってもよいし、３６０°よりも小さい角度の範囲（例えば２１０°または２７０°等）であってもよい。レーザビームの出射方向の方位角の範囲を「水平視野角」と称する。水平視野角は、例えば９０°から３６０°程度の範囲内に設定され得る。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、レーザビームの出射方向をｗ軸に平行な回転軸の周りに回転させながら、異なる方位角の方向にパルス状のレーザ光（レーザパルス）を順次出射する。こうして、異なる仰角および異なる方位角に出射されるパルス状のレーザ光により、各反射点までの距離を計測することが可能になる。各反射点は、点群データに含まれる個々の点に相当する。レーザビームの方位角が回転軸の周りに一回転する間に反射点までの距離を測定する動作を１スキャンと称する。１スキャンによって得られるセンサデータは、図３Ａに示す特定の仰角に対応付けられたレイヤごとに測定されるデータを含む。従って、レイヤの数が増加するほど、同一環境に対する１スキャンによって得られる点群中の点の個数は増加する。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、例えば１秒あたり１回から２０回程度の頻度でスキャン動作を繰り返す。１スキャンの動作中に例えば１０万パルス以上のレーザ光が異なる方向に出射され得る。
　図４は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０の構成例を示すブロック図である。図４に示すＬｉＤＡＲセンサ１４０は、複数のレーザユニット１４１と、電動モータ１４４と、制御回路１４５と、信号処理回路１４６と、メモリ１４７とを備える。各レーザユニット１４１は、レーザ光源１４２と、光検出器１４３とを備える。各レーザユニット１４１は、レンズおよびミラーなどの光学系を含み得るが、それらの図示は省略されている。モータ１４４は、例えば、各レーザ光源１４２から出射されるレーザビームの光路上に配置されたミラーを回転させることにより、各レーザ光源１４２から出射されるレーザビームの方向を変化させる。
　レーザ光源１４２は、レーザダイオードを含み、制御回路１４５からの指令に応答して所定の波長のパルス状のレーザビームを出射する。レーザビームの波長は、例えば近赤外線の波長域（およそ７００ｎｍから２．５μｍ）に含まれる波長であり得る。使用される波長は、光検出器１４３に使用される光電変換素子の材料に依存する。例えばシリコン（Ｓｉ）を光電変換素子の材料として用いる場合、９００ｎｍ前後の波長が主に使用され得る。インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）を光電変換素子の材料として用いる場合、例えば１０００ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長が使用され得る。なお、レーザビームの波長は、近赤外線の波長域に限定されない。環境光の影響が問題にならない用途（例えば夜間用等）においては、可視域（およそ４００ｎｍから７００ｎｍ）に含まれる波長を使用してもよい。用途によっては紫外線の波長域を使用することも可能である。本明細書において、紫外線、可視光、および赤外線の波長域に含まれる放射全般を「光」と称する。
　光検出器１４３は、レーザ光源１４２から出射され、物体で反射または散乱されたレーザパルスを検出する装置である。光検出器１４３は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの光電変換素子を備える。光検出器１４３は、受光量に応じた電気信号を出力する。
　モータ１４４は、制御回路１４５からの指令に応答して各レーザ光源１４２から出射されるレーザビームの光路上に配置されたミラーを回転させる。これにより、レーザビームの出射方向を変化させるスキャン動作が実現される。
　制御回路１４５は、レーザ光源１４２によるレーザパルスの出射、光検出器１４３による反射パルスの検出、およびモータ１４４による回転動作を制御する。制御回路１４５は、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）などの、プロセッサおよびメモリを備える回路によって実現され得る。
　信号処理回路１４６は、光検出器１４３から出力された信号に基づく演算を行う回路である。信号処理回路１４６は、例えばＴｏＦ（Time of Flight）法によって各レーザ光源１４２から出射されたレーザパルスを反射した物体までの距離を計算する。ＴｏＦ法には、直接ＴｏＦ法と間接ＴｏＦ法とがある。直接ＴｏＦ法においては、レーザ光源１４２からレーザパルスが出射されてから光検出器１４３によって反射光が受光されるまでの時間を直接計測することにより、反射点までの距離を計算する。間接ＴｏＦ法においては、光検出器１４３に複数の露光期間が設定され、各露光期間で検出された光量の比に基づいて各反射点までの距離が計算される。直接ＴｏＦ法および間接ＴｏＦ法のいずれの方法も用いられ得る。信号処理回路１４６は、例えば、各反射点までの距離と、その反射点の方向とを示すセンサデータを生成して出力する。信号処理回路１４６は、さらに、各反射点までの距離と、その反射点の方向とに基づいて、センサ座標系における座標（ｕ，ｖ）または（ｕ，ｖ，ｗ）を計算し、センサデータに含めて出力してもよい。
　制御回路１４５および信号処理回路１４６は、図４の例では２つの回路に分かれているが、１つの回路によって実現されていてもよい。
　メモリ１４７は、制御回路１４５および信号処理回路１４６によって生成されるデータを記憶する記憶媒体である。メモリ１４７は、例えば、各レーザユニット１４１から出射されるレーザパルスの出射タイミングと、出射方向と、反射光強度と、反射点までの距離と、センサ座標系における座標（ｕ，ｖ）または（ｕ，ｖ，ｗ）とを関連付けたデータを記憶する。そのようなデータが、レーザパルスが出射される度に生成され、メモリ１４７に記録される。制御回路１４５は、所定の周期（例えば、所定回数のパルス出射に要する時間、半スキャン周期、または１スキャン周期等）で当該データを出力する。出力されたデータは、作業車両１００の記憶装置１７０に記録される。
　ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、例えば毎秒１回から２０回程度の頻度で、センサデータを出力する。このセンサデータは、センサ座標系で表現された複数の点の座標と、タイムスタンプの情報とを含み得る。なお、センサデータが各反射点までの距離および方向の情報を含み、座標情報を含まない場合もある。その場合は、制御装置１８０が距離および方向の情報から座標情報への変換を行う。
　距離計測の方法はＴｏＦ法に限らず、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）法などの他の方法を用いてもよい。ＦＭＣＷ法においては、周波数を線形的に変化させた光が出射され、出射光と反射光との干渉で生じるビートの周波数に基づいて距離が計算される。
　上記のように、本実施形態におけるＬｉＤＡＲセンサ１４０は、レーザビームのスキャンによって空間中の物体の距離分布の情報を取得するスキャン型のセンサである。しかし、ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、スキャン型のセンサに限定されない。例えば、ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、広範囲に拡散する光を利用して空間中の物体の距離分布の情報を取得するフラッシュ型のセンサであってもよい。スキャン型のＬｉＤＡＲセンサは、フラッシュ型のＬｉＤＡＲセンサよりも高い強度の光を使用するため、より遠方の距離情報を取得することができる。一方、フラッシュ型のＬｉＤＡＲセンサは、構造が簡単であり、低いコストで製造できるため、強い光を必要としない用途に適している。
　［２．動作］
　次に、作業車両１００の動作を説明する。
　図５は、作業車両１００が走行する環境の一例を模式的に示す図である。図６は、作業車両１００の周囲の環境の例を模式的に示す斜視図である。この例では、作業車両１００は、ぶどう園などの果樹園における複数の樹木列２０（すなわち作物列）の間を走行しながら、インプルメント３００を用いて所定の作業（例えば、薬剤散布、草刈り、防除、その他）を行う。果樹園では、上空が枝および葉で遮られ、ＧＮＳＳを用いた自動走行が難しい場合がある。ＧＮＳＳを利用できない環境においては、事前に作成された環境地図とセンサデータとのマッチングによって自己位置推定を行いながら走行することが考えられる。しかし、果樹園等の圃場では、樹木その他の作物の葉または垣根等の外形が季節によって大きく変化し得るため、事前に作成された環境地図を継続的に使用することが難しい。また、従来の自動運転農機においては、作物列の位置、圃場の形状、枕地エリアの位置といった情報が事前に設定され、それらの情報に基づいて自動走行のための経路が生成される。しかし、広大な圃場では、事前に作物列の位置を設定することは重労働である。
　そこで、本実施形態における制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータに基づいて作業車両１００の両側に存在する２つの作物列を検出し、それらの２つの作物列の間の経路に沿って作業車両１００を走行させる。
　図７は、作業車両１００の走行経路３０の一例を模式的に示す図である。作業車両１００は、図示されるような経路３０で、樹木列２０の間を走行する。図７では、経路３０に含まれる線分が直線状に記載されているが、作業車両１００が実際に走行する経路は、蛇行部分を含んでいてもよい。ここで、複数の樹木列２０を、端から順に第１の樹木列２０Ａ、第２の樹木列２０Ｂ、第３の樹木列２０Ｃ、第４の樹木列２０Ｄ、・・・と順序付けする。図７の例では、作業車両１００は、第１の樹木列２０Ａと第２の樹木列２０Ｂとの間をまず走行し、その走行が完了すると、右に旋回して第２の樹木列２０Ｂと第３の樹木列２０Ｃとの間を逆向きに走行する。第２の樹木列２０Ｂと第３の樹木列２０Ｃとの間の走行が完了すると、さらに左に旋回して第３の樹木列２０Ｃと第４の樹木列２０Ｄとの間を走行する。以後、同様の動作を繰り返すことにより、最後の２つの樹木列の間の経路３０の終端まで走行する。
　ＧＮＳＳユニット１１０がＧＮＳＳ信号を受信できるタイミングにおいては、ＧＮＳＳ信号に基づいて測位を行ってもよい。例えば、図７に示す経路３０において方向転換するタイミングでは、ＧＮＳＳ信号を遮る葉が存在しないことから、ＧＮＳＳ信号に基づく測位が可能である。
　本実施形態における作業車両１００の制御装置１８０は、隣り合う２つの樹木列の間の経路に沿って作業車両１００を走行させる列間走行モードと、枕地（headland）で作業車両１００を旋回させる旋回走行モードとで動作する。枕地は、各樹木列の端と、果樹園の境界との間の領域である。列間走行モードにおいて、制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から逐次出力されるセンサデータに基づいて、作業車両１００の両側に存在する２つの樹木列を検出し、当該２つの樹木列の間に目標経路を設定しながら作業車両１００を当該目標経路に沿って走行させる。旋回時には、制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から逐次出力されるセンサデータに基づいて、作業車両１００の自己位置推定を行いながら、旋回経路に沿って作業車両１００を走行させる。旋回走行モードにおいて、制御装置１８０は、センサデータに加えて、ＧＮＳＳ受信機１１１から出力される信号、および／またはＩＭＵ１１５から出力される信号を利用して測位を行ってもよい。作業車両１００は、旋回を終了すると再び列間走行モードに移行する。以後、同様の動作が、最後の列間走行が終了するまで繰り返される。以上の動作により、複数の樹木列２０間の自動走行が実現される。以上の制御は、主に制御装置１８０のＥＣＵ１８４（図２）によって実行される。
　図８は、列間走行モードにおける作業車両１００の走行制御方法を説明する図である。作業車両１００は、隣り合う２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌの間を走行しながら、ＬｉＤＡＲセンサ１４０を用いて周囲の環境をレーザビームでスキャンする。これにより、環境内に存在する物体の距離分布を示すデータが取得される。距離分布を示すデータは、例えば２次元または３次元の点群データに変換されてセンサデータとして出力される。作業車両１００の走行中、制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されるセンサデータに基づいて障害物マップ４０を逐次生成する。障害物マップ４０は、作業車両１００に固定された車両座標系における物体の分布を示す。車両座標系は、作業車両１００とともに移動する座標系であり、センサ座標系またはローカル座標系とも称される。
　障害物マップ４０は、所定の長さＬｈおよび幅Ｌｗを有する。長さＬｈは、作業車両１００の進行方向に対応する縦方向のサイズである。幅Ｌｗは、作業車両１００の進行方向および鉛直方向の両方に垂直な横方向のサイズである。
　図８に示す例において、制御装置１８０は、障害物マップ４０に基づいて、作業車両１００の両側に存在する２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌを検出する。具体的には、制御装置１８０は、障害物マップ４０にハフ変換などの処理を行い、樹木列２０Ｒ、２０Ｌの近似直線（線分）４１Ｒ、４１Ｌを求める。制御装置１８０は、それらの近似直線４１Ｒ、４１Ｌの間（例えば中央）に目標経路４５を設定する。なお、樹木列２０Ｒ、２０Ｌにおける複数の樹木が曲線状に分布している場合、制御装置１８０は、近似直線ではなく近似曲線を求め、それらの近似曲線の間に目標経路４５を設定してもよい。目標経路４５は、作業車両１００の位置を起点とする比較的短い範囲（例えば５－３０メートル程度の範囲）内に設定され得る。
　目標経路４５は、複数のウェイポイント４５ｐによって規定され得る。各ウェイポイント４５ｐは、作業車両１００が通過すべき地点の位置および向き（または速度）の情報を含み得る。ウェイポイント４５ｐの間隔は、例えば、数十センチメートル（ｃｍ）から数メートル（ｍ）程度の値に設定され得る。
　制御装置１８０は、設定した目標経路４５に沿って作業車両１００を走行させる。例えば、制御装置１８０は、目標経路４５に対する作業車両１００の位置および向きのずれを最小化するように作業車両１００の操舵制御を行う。これにより、作業車両１００を目標経路４５に沿って走行させることができる。
　図８に示す障害物マップ４０は、２次元的に配列された複数のグリッドを有する占有格子地図である。図８には１６×１６＝２５６個のグリッドが例示されているが、グリッド数は任意である。障害物マップ４０は、図示される例に限らず、例えば、作業車両１００の周辺に存在する地物の３次元分布を示す地図（例えばボクセルマップ）であってもよい。あるいは、障害物マップ４０は、点群地図等の他の形式の地図データであってもよい。
　障害物マップ４０は、作業車両１００とともに移動する。図９は、作業車両１００とともに移動する障害物マップ４０を示す図である。図９に示す作業車両１００は、図８に示す作業車両１００よりも前方に移動しており、障害物マップ４０も前方に移動している。
　制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータから、地面および雑草等の不要な物体に該当すると推定される点のデータを除去することによって障害物マップ４０を生成してもよい。３次元点群データがセンサデータとして出力される場合、制御装置１８０は、当該点群データの中から、地面からの高さが所定の範囲内（例えば０．１ｍから１．５ｍの範囲内等）にある点のデータのみを抽出し、抽出した点のデータから障害物マップを生成してもよい。そのような方法により、樹木（主に幹部）の分布を示す障害物マップを生成することができる。
　図１０は、センサデータに基づいて生成される障害物マップ４０の一例を示す図である。図１０に示す障害物マップ４０では、物体が存在するグリッドが黒く、物体が存在しないグリッドが白く表現されている。黒いグリッドは、樹木の幹または葉などの物体が存在することを表している。障害物マップ４０は、例えば、物体が存在するグリッドに数値「１」が、物体が存在しないグリッドに数値「０」が付与されたデータによって表現され得る。制御装置１８０は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０が１周期分のスキャンで取得したセンサデータに基づいて、図１０に示すような障害物マップ４０を逐次生成するように構成され得る。１周期のスキャンごとに、障害物マップ４０が更新され得る。障害物マップ４０は、図示されるような２次元的な位置情報だけでなく、地面または水平面からの高さの情報を含んでいてもよい。制御装置１８０は、高さが所定の範囲内にある点のみを抽出することによって樹木列の分布を示す障害物マップ４０を生成してもよい。制御装置１８０は、複数のＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータを合成して１つの障害物マップ４０を生成してもよい。例えば、作業車両１００の前後に配置された２つのＬｉＤＡＲセンサ１４０（図１）から出力されたセンサデータを合成して１つの障害物マップ４０を生成してもよい。あるいは、複数周期分のセンサデータを合成して１つの障害物マップを生成してもよい。図１０の例では、障害物マップ４０の長さＬｈと幅Ｌｗとが等しいが、長さＬｈと幅Ｌｗとが異なっていてもよい。例えば図１１に示す例のように、障害物マップ４０の長さＬｈが幅Ｌｗよりも長くてもよい。
　制御装置１８０は、障害物マップ４０に基づいて、作業車両１００の両側に存在する２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌを検出する。例えば、図１２に示すように、制御装置１８０は、作業車両１００の進行方向に沿って分布する複数の点の列から、２本の近似直線４１Ｒ、４１Ｌ（または近似曲線）を求めることによって２つの樹木列２０Ｒ、２０Ｌを検出することができる。
　次に、操舵輪１０４Ｆの操舵角の制御について説明する。
　図１３は、操舵輪である前輪１０４Ｆの操舵角θrを説明する図である。図１３中の符号Ｃｔは、操舵輪１０４Ｆのタイヤ中心線を表している。操舵角θrは、作業車両１００の平面視において、作業車両１００が水平な平坦路を直進する状態にあるときの操舵輪１０４Ｆのタイヤ中心線Ｃｔの方向を基準（０度）としたときの、操舵輪１０４Ｆのタイヤ中心線Ｃｔの角度である。図１３では、例として作業車両１００が右に旋回するときの操舵角θrを示している。
　図１４は、作業車両１００を目標経路４５に追従させる動作を示す図である。作業車両１００の自動運転中、ＥＣＵ１８４（図２）は、作業車両１００を目標経路４５に追従させる制御を行う。作業車両１００を目標経路４５に追従させることは、作業車両１００を次のウェイポイント４５ｐに向かわせることを含む。目標経路４５に対して作業車両１００が右方にずれている場合、ＥＣＵ１８４は、左に旋回する方向に操舵輪１０４Ｆの操舵角θrを変化させる制御を行い得る。目標経路４５に対して作業車両１００が左方にずれている場合、ＥＣＵ１８４は、右に旋回する方向に操舵輪１０４Ｆの操舵角θrを変化させる制御を行い得る。ＥＣＵ１８４は、ＥＣＵ１８２に操舵角変更の指令を送る。ＥＣＵ１８２は、操舵角変更の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輪１０４Ｆの操舵角θrを変化させる。
　作業車両１００が作物列２０の間を自動走行するとき、作業車両１００が作物列２０に不必要に接触することが抑制できるように操舵角θrを制御することが望ましい。
　図１５は、操舵輪１０４Ｆの操舵角θrを制御する処理の例を示すフローチャートである。
　まず、ＥＣＵ１８４は、作業車両１００および作業車両１００の周辺環境の少なくとも一方に関する情報を取得する（ステップＳ１０１）。ＥＣＵ１８４は、作業車両１００および作業車両１００の周辺環境の少なくとも一方に関する情報に基づいて、操舵輪１０４Ｆの最大操舵角θmaxを設定する（ステップＳ１０２）。最大操舵角θmaxは、操舵輪１０４Ｆの操舵角θrの制御において、操舵角θrがとることができる最大値であり、条件に応じて変更可能である。
　例えば、ＥＣＵ１８４は、作業車両１００の走行速度の値を取得し、走行速度の値に基づいて最大操舵角θmaxを設定する。ＥＣＵ１８４は、例えば車軸センサ１５６（図２）および／またはＩＭＵ１１５の出力信号に基づいて作業車両１００の走行速度を演算することができる。
　図１６は、最大操舵角θmaxを設定する方法の例を示す図である。図１６に示す縦軸は最大操舵角θmax、横軸はパラメータを示している。パラメータは、作業車両１００および／または作業車両１００の周辺環境に関するパラメータである。ここではパラメータは、作業車両１００の走行速度である。
　ＥＣＵ１８４は、作業車両１００の走行速度に応じて最大操舵角θmaxを変更する。例えば、ＥＣＵ１８４は、走行速度が大きい場合は小さい場合よりも最大操舵角θmaxを小さくする。例えば、図１６に実線で示すように、走行速度が大きくなるにつれて離散的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。また、図１６に一点鎖線で示すように、走行速度が大きくなるにつれて連続的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。このように、走行速度が大きい場合は最大操舵角θmaxを小さくすることで、走行安定性を向上させることができる。
　ＥＣＵ１８４は、作業車両１００の目標経路４５を２つの樹木列２０の間に設定する（ステップＳ１０３）。目標経路４５の設定は、ウェイポイント４５ｐの設定を含む。上述したように、ＥＣＵ１８４は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０等が出力したセンサデータに基づいて、作業車両１００の左右両側に存在する２つの樹木列２０を検出し、検出した２つの樹木列２０の間に目標経路４５を設定する。
　ＥＣＵ１８４は、作業車両１００を目標経路４５に追従させることを目標とする操舵輪１０４Ｆの目標操舵角θnを演算する（ステップＳ１０４）。ＥＣＵ１８４は、例えば、作業車両１００の前方に位置する次のウェイポイント４５ｐ上を作業車両１００が通過するために必要な操舵角を演算し、その操舵角を目標操舵角θnとする。
　ＥＣＵ１８４は、ステップＳ１０４で演算した目標操舵角θnと、ステップＳ１０２で設定した最大操舵角θmaxとのどちらが大きいか判断する（ステップＳ１０５）。目標操舵角θnと最大操舵角θmaxのどちらが大きいかの判断は、目標操舵角θnの絶対値と最大操舵角θmaxの絶対値のどちらが大きいか判断することで行われる。
　ＥＣＵ１８４は、演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmax以下である場合、操舵装置１０６の制御に用いる目標操舵角θnの値を、前回採用した目標操舵角θn-1の値から、今回演算した目標操舵角θnの値に更新する（ステップＳ１０６）。
　ＥＣＵ１８４は、演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmaxよりも大きい場合、操舵装置１０６の制御に用いる目標操舵角θnの値として、前回採用した目標操舵角θn-1の値を維持する（ステップＳ１０７）。
　ＥＣＵ１８４は、ステップＳ１０５からＳ１０７の処理で決定した目標操舵角θnに操舵輪１０４Ｆの操舵角θrがなるように、ＥＣＵ１８２に指令値を送る。ＥＣＵ１８２は、指令値に応じて操舵装置１０６を制御することによって操舵輪１０４Ｆの操舵角θrを変化させる。これにより、操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが目標操舵角θnとなるように制御することができる（ステップＳ１０８）。
　ＥＣＵ１８４は、ステップＳ１０１の処理に戻り、ステップＳ１０１からＳ１０８の処理を繰り返す。樹木列２０間での作業の終了時など、上記の操舵角θrの制御を終了させる場合は図１５に示した処理を終了させる（ステップＳ１０９）。
　上述したように、演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmaxよりも大きい場合は、前回の目標操舵角θn-1の値を維持することで、操舵輪１０４Ｆの操舵角が最大操舵角θmax以下となるように制御することができる。
　なお、最大操舵角θmaxを一度設定した後は最大操舵角θmaxを変更しない形態では、ＥＣＵ１８４は、ステップＳ１０８の処理の後にステップＳ１０３の処理に戻ってもよい。走行開始時に最大操舵角θmaxを決定した後は、最大操舵角θmaxはその値に固定して変更しなくてもよいし、走行中に変更してもよい。
　また、操舵角θrの変更頻度と比較して目標経路４５の更新頻度が低い場合は、ＥＣＵ１８４は、ステップＳ１０８の処理の後にステップＳ１０４の処理に戻ってもよい。ステップＳ１０４からステップＳ１０８の処理を複数回繰り返した後に、ステップＳ１０１からＳ１０３のいずれかの処理に戻ってもよい。
　図１７は、操舵輪１０４Ｆの操舵角θrを制御する処理の別の例を示すフローチャートである。図１７に示す処理では、ＥＣＵ１８４は、演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmaxよりも大きい場合、操舵装置１０６の制御に用いる目標操舵角θnの値として、最大操舵角θmaxの値を設定する（ステップＳ１１７）。ＥＣＵ１８４は、ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１７の処理で決定した目標操舵角θnに操舵輪１０４Ｆの操舵角θrがなるように制御を行う（ステップＳ１０８）。それ以外の処理は、図１５に示す処理と同様である。このように、演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmaxよりも大きい場合は、採用可能な最大値である最大操舵角θmaxを採用することで、作業車両１００を目標経路４５に追従させやすくすることができる。
　本実施形態によれば、作業車両１００および作業車両１００の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて操舵輪１０４Ｆの最大操舵角θmaxを設定し、操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが最大操舵角θmax以下となるように制御する。作業車両１００および周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて最大操舵角θmaxを設定することで、作業車両１００が樹木列２０に接触することを抑制できる。操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが最大操舵角θmax以下となるように制御することで、作業車両１００が樹木列２０に接触することを抑制できるとともに、走行安定性を向上させることができる。
　なお、図１５に示すステップＳ１０７において、維持する前回の目標操舵角n-1の値が、最新の最大操舵角θmaxよりも大きい場合は、その最新の最大操舵角θmax以下となるように操舵輪１０４Ｆの操舵角θrを制御してもよい。
　また、例えば、目標経路４５に追従するために操舵輪１０４Ｆを右に操舵すべきところ、ステップＳ１０７において維持する前回の目標操舵角が左に操舵する角度であった場合は、操舵輪１０４Ｆの操舵角θrを右に操舵する角度になるよう制御してもよい。
　ＥＣＵ１８４は、ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１１７の処理で決定した目標操舵角θnに操舵輪１０４Ｆの操舵角θrがなるように制御を行う。ＥＣＵ１８４は、このような操舵角θrの制御によって作業車両１００を目標経路４５に追従させることができないと判断した場合は、作業車両１００を停止させる制御を行ってもよい。例えば、目標経路４５に追従させるためには、周囲の何らかの物体（樹木等）に衝突すると判断した場合は、作業車両１００を停止させる制御を行ってもよい。
　また、ＥＣＵ１８４は、作業車両１００を目標経路４５に追従させることができないと判断した場合は、作業車両１００の走行速度を現在の走行速度よりも小さくする制御を行ってもよい。ＥＣＵ１８４は、小さくした走行速度に基づいて最大操舵角θmaxを変更し、変更した最大操舵角θmaxに基づいて目標操舵角θnを決定する。走行速度を小さくすることで、最大操舵角θmaxを大きくすることができる。最大操舵角θmaxを大きくすることで、目標操舵角θnを大きくすることができ、作業車両１００を目標経路４５に追従させやすくすることができる。
　上記の説明では、作業車両１００の走行速度に基づいて最大操舵角θmaxを設定していたが、別のパラメータに基づいて最大操舵角θmaxを設定してもよい。例えば、ＥＣＵ１８４は、下記のパラメータの少なくとも一つに基づいて、最大操舵角θmaxを設定し得る。
・作業車両１００の走行速度
・インプルメント３００のサイズ
・作業車両１００のホイールベース
・樹木列２０の曲率
・２つの樹木列２０の間の幅の大きさ
・２つの樹木列２０の間の幅と作業車両１００の幅との差
・地面の傾斜角
これにより、作業車両１００および／または作業車両１００の周辺環境に適した最大操舵角θmaxを設定することができる。
　次に、作業車両１００に接続されたインプルメント３００のサイズに応じて最大操舵角θmaxを設定する例を説明する。図１８は、インプルメント３００が接続された作業車両１００を示す図である。インプルメント３００のサイズの情報は、例えば、ユーザが操作端末２００（図２）を操作して入力し、記憶装置１７０に記憶されてもよい。また、インプルメント３００のサイズの情報は、通信装置１９０および３９０を介して、インプルメント３００から作業車両１００に送信され、記憶装置１７０に記憶されてもよい。
　図１８の右側に示すインプルメント３００のサイズは、図１８の左側に示すインプルメント３００よりも大きい。ＥＣＵ１８４は、インプルメント３００のサイズが大きい場合は、小さい場合よりも最大操舵角θmaxを小さい値に設定する。例えば、インプルメント３００の前後方向の長さＬ１が大きい場合は、小さい場合よりも最大操舵角θmaxを小さい値に設定する。また、例えば、インプルメント３００の左右方向の長さＬ２が大きい場合は、小さい場合よりも最大操舵角θmaxを小さい値に設定する。
　例えば、図１６に実線で示すように、インプルメント３００のサイズが大きくなるにつれて離散的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。また、図１６に一点鎖線で示すように、インプルメント３００のサイズが大きくなるにつれて連続的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。これにより、インプルメント３００のサイズに適した最大操舵角θmaxを設定することができる。インプルメント３００のサイズ（前後方向の長さおよび／または左右方向の長さ）が大きい場合は、最大操舵角θmaxを小さくすることで、作業車両１００およびインプルメント３００が樹木列２０に接触することを抑制できる。
　次に、作業車両１００のホイールベースに応じて最大操舵角θmaxを設定する例を説明する。図１９は、作業車両１００のホイールベースＷＢを示す図である。
　図１９の右側に示す作業車両１００のホイールベースＷＢは、図１９の左側に示す作業車両１００のホイールベースＷＢよりも大きい。ＥＣＵ１８４は、作業車両１００のホイールベースＷＢが大きい場合は、小さい場合よりも最大操舵角θmaxを大きい値に設定する。
　図２０は、最大操舵角θmaxを設定する方法の例を示す図である。図２０に示す縦軸は最大操舵角θmax、横軸はパラメータを示している。パラメータは、作業車両１００および／または作業車両１００の周辺環境に関するパラメータである。ここではパラメータは、ホイールベースＷＢである。
　ＥＣＵ１８４は、例えば、ホイールベースＷＢが大きい場合は小さい場合よりも最大操舵角θmaxを大きくする。例えば、図２０に実線で示すように、ホイールベースＷＢが大きくなるにつれて離散的に最大操舵角θmaxを大きくしてもよい。また、図２０に一点鎖線で示すように、ホイールベースＷＢが大きくなるにつれて連続的に最大操舵角θmaxを大きくしてもよい。ホイールベースＷＢが大きい場合は、旋回半径が大きくなりやすい。ホイールベースＷＢが大きい場合は最大操舵角θmaxを大きくすることで、最小回転半径を小さくすることができる。これにより、作業車両１００が樹木列２０に接触することを抑制することができる。
　次に、樹木列２０の曲率に応じて最大操舵角θmaxを設定する例を説明する。図２１は、樹木列２０を示す図である。ＥＣＵ１８４は、２つの樹木列２０Ｌおよび２０Ｒの曲率に応じて最大操舵角θmaxを変更する。樹木列２０Ｌおよび２０Ｒの間に設定される目標経路４５の曲率は、樹木列２０Ｌおよび２０Ｒそれぞれの曲率に応じて変化する。樹木列２０Ｌおよび２０Ｒそれぞれの曲率は、例えば図１２を用いて説明したような近似曲線４１Ｒ、４１Ｌから演算することができる。また、樹木列２０Ｌおよび２０Ｒの間に設定される目標経路４５の曲率は、樹木列２０Ｌおよび２０Ｒの曲率の平均値として採用してもよい。
　図２１の右側に示す樹木列２０の曲率は、図２１の左側に示す樹木列２０の曲率よりも大きい。ＥＣＵ１８４は、樹木列２０の曲率が大きい場合は、小さい場合よりも最大操舵角θmaxを大きい値に設定する。
　例えば、図２０に実線で示すように、樹木列２０の曲率が大きくなるにつれて離散的に最大操舵角θmaxを大きくしてもよい。また、図２０に一点鎖線で示すように、樹木列２０の曲率が大きくなるにつれて連続的に最大操舵角θmaxを大きくしてもよい。これにより、樹木列２０の曲率に適した最大操舵角θmaxを設定することができる。樹木列２０の曲率が大きい場合は最大操舵角θmaxを大きくすることで、作業車両１００が樹木列２０に接触することを抑制できる。
　次に、２つの樹木列２０の間の幅の大きさに応じて最大操舵角θmaxを設定する例を説明する。図２２は、樹木列２０を示す図である。ＥＣＵ１８４は、２つの樹木列２０Ｌおよび２０Ｒの間の幅Ｌ３の大きさに応じて最大操舵角θmaxを変更する。
　ＬｉＤＡＲセンサ１４０が出力したセンサデータには、樹木列２０を表す点群データが含まれる。ＥＣＵ１８４は、樹木列２０を表す点群データの中から作業車両１００側に位置する点を抽出する。樹木列２０Ｌを表す点群データの中から抽出した点と、樹木列２０Ｒを表す点群データの中から抽出した点との間の距離を演算することで、２つの樹木列２０Ｌおよび２０Ｒの間の幅Ｌ３の値を取得することができる。
　図２２の左側に示す幅Ｌ３は、図２２の右側に示す幅Ｌ３よりも小さい。ＥＣＵ１８４は、幅Ｌ３が小さい場合は、大きい場合よりも最大操舵角θmaxを小さい値に設定する。
　例えば、図２０に実線で示すように、幅Ｌ３が小さくなるにつれて離散的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。また、図２０に一点鎖線で示すように、幅Ｌ３が小さくなるにつれて連続的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。これにより、樹木列２０Ｌおよび２０Ｒの間の幅Ｌ３に適した最大操舵角θmaxを設定することができる。幅Ｌ３が小さい場合は最大操舵角θmaxを小さくすることで、作業車両１００が樹木列２０に接触することを抑制できる。
　次に、樹木列２０Ｌおよび２０Ｒの間の幅Ｌ３と作業車両１００の幅Ｌ４との差の値Ｄに応じて最大操舵角θmaxを設定する例を説明する。図２３は、樹木列２０および作業車両１００を示す図である。ＥＣＵ１８４は、幅Ｌ３と幅Ｌ４との差Ｄの値に応じて最大操舵角θmaxを変更する。
　作業車両１００の幅Ｌ４の情報は、予め記憶装置１７０に記憶されていてもよい。作業車両１００の幅Ｌ４の情報は、例えばユーザが操作端末２００（図２）を操作して入力し、記憶装置１７０に記憶されてもよい。
　作業車両１００よりも幅が大きいインプルメント３００が作業車両１００に接続されている場合は、作業車両１００の幅Ｌ４として、インプルメント３００の幅の値を採用してもよい。インプルメント３００のサイズの情報は、例えば、ユーザが操作端末２００（図２）を操作して入力し、記憶装置１７０に記憶されてもよい。また、インプルメント３００のサイズの情報は、通信装置１９０および３９０を介して、インプルメント３００から作業車両１００に送信され、記憶装置１７０に記憶されてもよい。
　図２３の左側に示す例における差の値Ｄは、図２３の右側に示す例における差の値Ｄよりも小さい。ＥＣＵ１８４は、差の値Ｄが小さい場合は、大きい場合よりも最大操舵角θmaxを小さい値に設定する。
　例えば、図２０に実線で示すように、差の値Ｄが小さくなるにつれて離散的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。また、図２０に一点鎖線で示すように、差の値Ｄが小さくなるにつれて連続的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。これにより、差の値Ｄの大きさに適した最大操舵角θmaxを設定することができる。差の値Ｄが小さい場合は最大操舵角θmaxを小さくすることで、作業車両１００が樹木列２０に接触することを抑制できる。
　次に、作業車両１００の現在地の地面の傾斜角に応じて最大操舵角θmaxを設定する例を説明する。図２４は、作業車両１００および作業車両１００が走行する地面２５を示す図である。ＥＣＵ１８４は、作業車両１００の現在地の地面の傾斜角に応じて最大操舵角θmaxを変更する。ＥＣＵ１８４は、例えばＩＭＵ１１５（図２）の出力信号に基づいて傾斜角を演算することができる。ＥＣＵ１８４は、作業車両１００の現在地の地面の傾斜角が大きい場合は小さい場合よりも最大操舵角θmaxを小さい値に設定する。
　例えば、図１６に実線で示すように、傾斜角が大きくなるにつれて離散的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。また、図１６に一点鎖線で示すように、傾斜角が大きくなるにつれて連続的に最大操舵角θmaxを小さくしてもよい。これにより、作業車両１００の現在地の傾斜角に適した最大操舵角θmaxを設定することができる。傾斜角が大きい場合は最大操舵角θmaxを小さくすることで、走行安定性を向上させることができる。
　［３．他の実施形態］
　以上の実施形態において、作業車両が備える１つ以上の外界センサは、レーザビームのスキャンによって２次元または３次元の点群データをセンサデータとして出力するＬｉＤＡＲセンサである。しかし、外界センサはそのようなＬｉＤＡＲセンサに限定されない。例えば、フラッシュ型の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利用してもよい。そのような他の種類のセンサを、スキャン型のＬｉＤＡＲセンサと組み合せて利用してもよい。
　以上の実施形態では、作業車両は、果樹園における複数の樹木列の間で自動走行を行うが、作業車両は、樹木列以外の作物列の間を自動走行する用途で使用されてもよい。例えば、畑における複数の作物列の間を自動走行するトラクタ等の作業車両に本開示の技術を適用してもよい。
　以上の実施形態における作業車両の自動走行に必要な処理を実行する装置を、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。例えば、複数の作物列の間を走行する作業車両の動作を制御する制御ユニットを、当該作業車両に取り付けて使用することができる。
　以上のように、本開示は、以下の項目に記載の作業車両、制御方法およびコンピュータプログラムを含む。
　［項目１］
　複数の作物列２０の間で自動走行を行う作業車両１００であって、
　操舵輪１０４Ｆと、
　操舵輪１０４Ｆの操舵角を変更する操舵装置１０６と、
　作業車両１００の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサ１４０と、
　作業車両１００の自動走行を制御する制御装置１６０と、
　を備え、
　制御装置１６０は、
　　作業車両１００および作業車両１００の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて、操舵輪１０４Ｆの最大操舵角θmaxを設定し、
　　センサデータに基づいて作業車両１００の両側に存在する２つの作物列２０を検出し、
　　作業車両１００の目標経路４５を２つの作物列２０の間に設定し、
　　作業車両１００を目標経路４５に追従させることを目標とする操舵輪１０４Ｆの目標操舵角θnを演算し、
　　演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmaxよりも大きい場合、目標操舵角θnの値を最大操舵角θmax以下に制限し、
　　操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが目標操舵角θnとなるように操舵装置１０６を制御する、作業車両１００。
　ある実施形態によれば、作業車両１００および作業車両１００の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて操舵輪１０４Ｆの最大操舵角θmaxを設定し、操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが最大操舵角θmax以下となるように制御する。作業車両１００および周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて最大操舵角θmaxを設定することで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できる。操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが最大操舵角θmax以下となるように制御することで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できるとともに、走行安定性を向上させることができる。
　［項目２］
　制御装置１６０は、
　　演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmax以下である場合、操舵装置１０６の制御に用いる目標操舵角θnの値を、前回の目標操舵角θn-1の値から、演算した目標操舵角θnの値に更新し、
　　演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmaxよりも大きい場合、操舵装置１０６の制御に用いる目標操舵角θnの値として、前回の目標操舵角θn-1の値を維持する、項目１に記載の作業車両１００。
　演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmaxよりも大きい場合は、前回の目標操舵角θn-1の値を維持することで、操舵輪１０４Ｆの操舵角が最大操舵角θmax以下となるように制御することができる。
　［項目３］
　制御装置１６０は、
　　演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmax以下である場合、操舵装置１０６の制御に用いる目標操舵角θnの値を、前回の目標操舵角θn-1の値から、演算した目標操舵角θnの値に更新し、
　　演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmaxよりも大きい場合、操舵装置１０６の制御に用いる目標操舵角θnの値として、最大操舵角θmaxの値を採用する、項目１に記載の作業車両１００。
　演算した目標操舵角θnが最大操舵角θmaxよりも大きい場合は、採用可能な最大値である最大操舵角θmaxを採用することで、作業車両１００を目標経路４５に追従させやすくすることができる。
　［項目４］
　制御装置１６０は、作業車両１００の走行速度、作業車両１００のホイールベースＷＢ、作業車両１００に接続されたインプルメント３００のサイズ、２つの作物列２０の曲率、作業車両１００の現在地の傾斜角、２つの作物列２０の間の幅の大きさ、および２つの作物列２０の間の幅と作業車両１００の幅との差のうちの少なくとも一つに基づいて、最大操舵角θmaxを設定する、項目１から３のいずれかに記載の作業車両１００。
　作業車両１００および／または作業車両１００の周辺環境に適した最大操舵角θmaxを設定することができる。
　［項目５］
　制御装置１６０は、
　　作業車両１００の走行速度に応じて最大操舵角θmaxを変更し、
　　走行速度が大きい場合は小さい場合よりも最大操舵角θmaxを小さくする、項目１から４のいずれかに記載の作業車両１００。
　走行速度の大きさに適した最大操舵角θmaxを設定することができる。走行速度が大きい場合は最大操舵角θmaxを小さくすることで、走行安定性を向上させることができる。
　［項目６］
　制御装置１６０は、
　　作業車両１００に接続されたインプルメント３００のサイズに応じて最大操舵角θmaxを変更し、
　　インプルメント３００のサイズが大きい場合は小さい場合よりも最大操舵角θmaxを小さくする、項目１から４のいずれかに記載の作業車両１００。
　インプルメント３００のサイズに適した最大操舵角θmaxを設定することができる。インプルメント３００のサイズ（前後方向の長さおよび／または幅方向の長さ）が大きい場合は最大操舵角θmaxを小さくすることで、作業車両１００およびインプルメント３００が作物列２０に接触することを抑制できる。
　［項目７］
　制御装置１６０は、
　　２つの作物列２０の曲率に応じて最大操舵角θmaxを変更し、
　　曲率が大きい場合は小さい場合よりも最大操舵角θmaxを大きくする、項目１から４のいずれかに記載の作業車両１００。
　作物列２０の曲率に適した最大操舵角θmaxを設定することができる。作物列２０の曲率が大きい場合は最大操舵角θmaxを大きくすることで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できる。
　［項目８］
　制御装置１６０は、
　　作業車両１００の現在地の傾斜角に応じて最大操舵角θmaxを変更し、
　　傾斜角が大きい場合は小さい場合よりも最大操舵角θmaxを小さくする、項目１から４のいずれかに記載の作業車両１００。
　作業車両１００の現在地の傾斜角に適した最大操舵角θmaxを設定することができる。傾斜角が大きい場合は最大操舵角θmaxを小さくすることで、走行安定性を向上させることができる。
　［項目９］
　制御装置１６０は、
　　２つの作物列２０の間の幅の大きさに応じて最大操舵角θmaxを変更し、
　　２つの作物列２０の間の幅が小さい場合は大きい場合よりも最大操舵角θmaxを小さくする、項目１から４のいずれかに記載の作業車両１００。
　２つの作物列２０の間の幅に適した最大操舵角θmaxを設定することができる。２つの作物列２０の間の幅が小さい場合は最大操舵角θmaxを小さくすることで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できる。
　［項目１０］
　制御装置１６０は、
　　２つの作物列２０の間の幅と作業車両１００の幅との差に応じて最大操舵角θmaxを変更し、
　　差が小さい場合は大きい場合よりも最大操舵角θmaxを小さくする、項目１から４のいずれかに記載の作業車両１００。
　作物列２０の間の幅と作業車両１００の幅との差の大きさに適した最大操舵角θmaxを設定することができる。差が小さい場合は最大操舵角θmaxを小さくすることで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できる。
　［項目１１］
　制御装置１６０は、作業車両１００のホイールベースＷＢに応じて最大操舵角θmaxを設定する、項目１から４のいずれかに記載の作業車両１００。
　作業車両１００のホイールベースＷＢに適した最大操舵角θmaxを設定することができる。例えば、ホイールベースＷＢが大きい作業車両１００では最大操舵角θmaxを大きくすることで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できる。
　［項目１２］
　制御装置１６０は、作業車両１００を目標経路４５に追従させることができないと判断した場合は、作業車両１００を停止させる制御を行う、項目１から１１のいずれかに記載の作業車両１００。
　作業車両１００を目標経路４５に追従させることができないと判断した場合は、作業車両１００を停止させることで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できる。
　［項目１３］
　制御装置１６０は、
　　作業車両１００を目標経路４５に追従させることができないと判断した場合は、作業車両１００の走行速度を現在の走行速度よりも小さくする制御を行い、
　　小さくした走行速度に基づいて最大操舵角θmaxを変更し、
　　変更した最大操舵角θmaxに基づいて目標操舵角θnを決定する、項目５に記載の作業車両１００。
　作業車両１００を目標経路４５に追従させることができないと判断した場合は、走行速度を小さくすることで、最大操舵角θmaxを大きくすることができる。最大操舵角θmaxを大きくすることで、目標操舵角θnを大きくすることができ、作業車両１００を目標経路４５に追従させやすくすることができる。
　［項目１４］
　複数の作物列２０の間で自動走行を行う作業車両１００の操舵角を制御する制御方法であって、
　作業車両１００および前記作業車両１００の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて、前記作業車両１００の操舵輪１０４Ｆの最大操舵角θmaxを設定すること、
　外界センサ１４０が出力した前記作業車両１００の周辺の地物の分布を示すセンサデータに基づいて、前記作業車両１００の両側に存在する２つの作物列２０を検出すること、
　前記作業車両１００の目標経路４５を前記２つの作物列２０の間に設定すること、
　前記作業車両１００を前記目標経路４５に追従させることを目標とする前記操舵輪１０４Ｆの目標操舵角θnを演算すること、
　演算した前記目標操舵角θnが前記最大操舵角θmaxよりも大きい場合、前記目標操舵角θｎの値を前記最大操舵角θmax以下に制限すること、
　前記操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが前記目標操舵角θnとなるように前記作業車両１００の操舵装置を制御すること、
　を実行する、制御方法。
　ある実施形態によれば、作業車両１００および作業車両１００の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて操舵輪１０４Ｆの最大操舵角θmaxを設定し、操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが最大操舵角θmax以下となるように制御する。作業車両１００および周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて最大操舵角θmaxを設定することで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できる。操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが最大操舵角θmax以下となるように制御することで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できるとともに、走行安定性を向上させることができる。
　［項目１５］
　複数の作物列２０の間で自動走行を行う作業車両１００の操舵角の制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
　前記コンピュータプログラムは、
　作業車両１００および前記作業車両１００の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて、前記作業車両１００の操舵輪１０４Ｆの最大操舵角θmaxを設定すること、
　外界センサ１４０が出力した前記作業車両１００の周辺の地物の分布を示すセンサデータに基づいて、前記作業車両１００の両側に存在する２つの作物列２０を検出すること、
　前記作業車両１００の目標経路４５を前記２つの作物列２０の間に設定すること、
　前記作業車両１００を前記目標経路４５に追従させることを目標とする前記操舵輪１０４Ｆの目標操舵角θnを演算すること、
　演算した前記目標操舵角θnが前記最大操舵角θmaxよりも大きい場合、前記目標操舵角θｎの値を前記最大操舵角θmax以下に制限すること、
　前記操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが前記目標操舵角θnとなるように前記作業車両１００の操舵装置を制御すること、
　を前記コンピュータに実行させる、コンピュータプログラム。
　ある実施形態によれば、作業車両１００および作業車両１００の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて操舵輪１０４Ｆの最大操舵角θmaxを設定し、操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが最大操舵角θmax以下となるように制御する。作業車両１００および周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて最大操舵角θmaxを設定することで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できる。操舵輪１０４Ｆの操舵角θrが最大操舵角θmax以下となるように制御することで、作業車両１００が作物列２０に接触することを抑制できるとともに、走行安定性を向上させることができる。
　本開示の技術は、例えば果樹園、畑、または山林のように、複数の作物列（例えば樹木列）が存在する環境を移動するトラクタなどの作業車両に適用することができる。
　２０・・・樹木列、３０・・・目標経路、４０・・・障害物マップ、４１Ｒ、４１Ｌ・・・樹木列、４５・・・目標経路、４６・・・旋回経路、４８・・・境界、５０・・・枕地、８０・・・ネットワーク、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、１１０・・・ＧＮＳＳユニット、１１５・・・慣性計測装置、１１６・・・処理回路、１２０・・・カメラ、１３０・・・障害物センサ、１４０・・・ＬｉＤＡＲセンサ、１４１・・・レーザユニット、１４２・・・レーザ光源、１４３・・・光検出器、１４４・・・モータ、１４５・・・制御回路、１４６・・・信号処理回路、１４７・・・メモリ、１５０・・・センサ群、１５２・・・ステアリングホイールセンサ、１５４・・・操舵角センサ、１５６・・・車軸センサ、１６０・・・制御システム（制御装置）、１７０・・・記憶装置、１８０・・・制御装置、１８１～１８４・・・ＥＣＵ、１９０・・・通信装置、２００・・・操作端末、２１０・・・操作スイッチ群、２４０・・・駆動装置、３００・・・インプルメント、３４０・・・駆動装置、３８０・・・制御装置、３９０・・・通信装置、４００・・・端末装置

Claims (15)

  1. 　複数の作物列の間で自動走行を行う作業車両であって、
    　操舵輪と、
    　前記操舵輪の操舵角を変更する操舵装置と、
    　前記作業車両の周辺の地物の分布を示すセンサデータを出力する外界センサと、
    　前記作業車両の自動走行を制御する制御装置と、
    　を備え、
    　前記制御装置は、
    　　前記作業車両および前記作業車両の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて、前記操舵輪の最大操舵角を設定し、
    　　前記センサデータに基づいて前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出し、
    　　前記作業車両の目標経路を前記２つの作物列の間に設定し、
    　　前記作業車両を前記目標経路に追従させることを目標とする前記操舵輪の目標操舵角を演算し、
    　　演算した前記目標操舵角が前記最大操舵角よりも大きい場合、前記目標操舵角の値を前記最大操舵角以下に制限し、
    　　前記操舵輪の操舵角が前記目標操舵角となるように前記操舵装置を制御する、作業車両。
  2. 　前記制御装置は、
    　　演算した前記目標操舵角が前記最大操舵角以下である場合、前記操舵装置の制御に用いる前記目標操舵角の値を、前回の目標操舵角の値から、演算した前記目標操舵角の値に更新し、
    　　演算した前記目標操舵角が前記最大操舵角よりも大きい場合、前記操舵装置の制御に用いる前記目標操舵角の値として、前回の目標操舵角の値を維持する、請求項１に記載の作業車両。
  3. 　前記制御装置は、
    　　演算した前記目標操舵角が前記最大操舵角以下である場合、前記操舵装置の制御に用いる前記目標操舵角の値を、前回の目標操舵角の値から、演算した前記目標操舵角の値に更新し、
    　　演算した前記目標操舵角が前記最大操舵角よりも大きい場合、前記操舵装置の制御に用いる前記目標操舵角の値として、前記最大操舵角の値を採用する、請求項１に記載の作業車両。
  4. 　前記制御装置は、前記作業車両の走行速度、前記作業車両のホイールベース、前記作業車両に接続されたインプルメントのサイズ、前記２つの作物列の曲率、前記作業車両の現在地の傾斜角、前記２つの作物列の間の幅の大きさ、および前記２つの作物列の間の幅と前記作業車両の幅との差のうちの少なくとも一つに基づいて、前記最大操舵角を設定する、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  5. 　前記制御装置は、
    　　前記作業車両の走行速度に応じて前記最大操舵角を変更し、
    　　前記走行速度が大きい場合は小さい場合よりも前記最大操舵角を小さくする、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  6. 　前記制御装置は、
    　　前記作業車両に接続されたインプルメントのサイズに応じて前記最大操舵角を変更し、
    　　前記インプルメントのサイズが大きい場合は小さい場合よりも前記最大操舵角を小さくする、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  7. 　前記制御装置は、
    　　前記２つの作物列の曲率に応じて前記最大操舵角を変更し、
    　　前記曲率が大きい場合は小さい場合よりも前記最大操舵角を大きくする、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  8. 　前記制御装置は、
    　　前記作業車両の現在地の傾斜角に応じて前記最大操舵角を変更し、
    　　前記傾斜角が大きい場合は小さい場合よりも前記最大操舵角を小さくする、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  9. 　前記制御装置は、
    　　前記２つの作物列の間の幅の大きさに応じて前記最大操舵角を変更し、
    　　前記２つの作物列の間の幅が小さい場合は大きい場合よりも前記最大操舵角を小さくする、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  10. 　前記制御装置は、
    　　前記２つの作物列の間の幅と前記作業車両の幅との差に応じて前記最大操舵角を変更し、
    　　前記差が小さい場合は大きい場合よりも前記最大操舵角を小さくする、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  11. 　前記制御装置は、前記作業車両のホイールベースに応じて前記最大操舵角を設定する、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  12. 　前記制御装置は、前記作業車両を前記目標経路に追従させることができないと判断した場合は、前記作業車両を停止させる制御を行う、請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
  13. 　前記制御装置は、
    　　前記作業車両を前記目標経路に追従させることができないと判断した場合は、前記作業車両の走行速度を現在の走行速度よりも小さくする制御を行い、
    　　小さくした前記走行速度に基づいて前記最大操舵角を変更し、
    　　変更した前記最大操舵角に基づいて前記目標操舵角を決定する、請求項５に記載の作業車両。
  14. 　複数の作物列の間で自動走行を行う作業車両の操舵角を制御する制御方法であって、
    　作業車両および前記作業車両の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて、前記作業車両の操舵輪の最大操舵角を設定すること、
    　外界センサが出力した前記作業車両の周辺の地物の分布を示すセンサデータに基づいて、前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出すること、
    　前記作業車両の目標経路を前記２つの作物列の間に設定すること、
    　前記作業車両を前記目標経路に追従させることを目標とする前記操舵輪の目標操舵角を演算すること、
    　演算した前記目標操舵角が前記最大操舵角よりも大きい場合、前記目標操舵角の値を前記最大操舵角以下に制限すること、
    　前記操舵輪の操舵角が前記目標操舵角となるように前記作業車両の操舵装置を制御すること、
    　を実行する、制御方法。
  15. 　複数の作物列の間で自動走行を行う作業車両の操舵角の制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
    　前記コンピュータプログラムは、
    　作業車両および前記作業車両の周辺環境の少なくとも一方の状態に基づいて、前記作業車両の操舵輪の最大操舵角を設定すること、
    　外界センサが出力した前記作業車両の周辺の地物の分布を示すセンサデータに基づいて、前記作業車両の両側に存在する２つの作物列を検出すること、
    　前記作業車両の目標経路を前記２つの作物列の間に設定すること、
    　前記作業車両を前記目標経路に追従させることを目標とする前記操舵輪の目標操舵角を演算すること、
    　演算した前記目標操舵角が前記最大操舵角よりも大きい場合、前記目標操舵角の値を前記最大操舵角以下に制限すること、
    　前記操舵輪の操舵角が前記目標操舵角となるように前記作業車両の操舵装置を制御すること、
    　を前記コンピュータに実行させる、コンピュータプログラム。
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