JP6865966B2 - 歩行型作業車両用の危険挙動検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、歩行型作業車両用の危険挙動検出装置に関し、特に、車体後方にロータリ耕うん装置を備えた歩行型作業車両に適用して好適なものである。

従来、車体に備えられた動力源から動力を得て自動走行し、車体後方に備えたロータリ耕うん装置で耕うん作業を行うようになされた歩行型作業車両が知られている。この種の歩行型作業車両では、硬質の圃場において作業を行う場合、ロータリ耕うん装置の耕うん爪が接地するとき、もしくは耕うん途中で地面が硬質となったとき等に、掘削抵抗による大きな反力を受けて、車両が前方に跳び出す現象であるダッシングや、車両が上方へ跳ね上がる現象である跳ね上がりを生じ得る。また、耕うん爪が圃場からの反力を受けて車体の姿勢が不安定となり、車両の転倒を引き起こす場合もある。

これに対し、従来、走行車輪の加速度を検出するための加速度センサ、機体の前後方向の傾斜角を検出するための傾斜センサ、エンジン停止を検出するためのエンジン停止検出センサを備え、急激な加速度が加わったとき、機体の前後方向の傾きが設定角以上となったときまたはエンジンの停止時に耕耘クラッチを切って耕耘軸を停止させるようにした移動農機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、車軸回転数センサより作業車両の実際の走行速度を検出し、設定された車速との偏差からダッシングの発生を検知して、制御コントローラによって自動制御された無段変速機構を用いて走行速度を減速したり、著しく大きなダッシングの発生時には目標速度をゼロにして走行を停止させたりするようにした作業車両も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６２−９３５４９号公報 特開２００２−３２０４０２号公報

しかしながら、ダッシングは、走行車輪よりも速く回転している耕うん爪が硬質の土壌からの反力を受けて発生する現象である。ダッシングが発生したときでも、走行車輪はエンジン回転速度に従って回転しようとするため、回転速度に大きな変動は生じない。よって、走行車輪の加速度や車軸の回転数を検出しても、ダッシングの発生を検出することができないことがあり、その場合には耕耘軸を停止させたり車両の走行を停止させたりすることができないという問題を生じる。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、歩行型作業車両のダッシング、跳ね上がり、転倒といった危険挙動をより確実に検出できるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、歩行型作業車両の前後方向の加速度および上下方向の加速度の少なくとも一方を検出する加速度検出センサを設け、所定のフィルタ処理後の加速度が所定の閾値を上回ったか否かを判定するとともに、加速度が所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上か否かを判定し、頻度が所定レベル以上であると判定された場合に、歩行型作業車両に危険挙動が発生していることを検出するようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、車両のダッシングや跳ね上がりといった危険挙動が発生しても大きく値が変動しない走行車輪の回転速度ではなく、危険挙動が発生した場合に値が大きく変動する歩行型作業車両の加速度を検出して危険挙動の発生の有無を判定しているので、危険挙動の発生をより確実に検出することができる。また、本発明によれば、加速度が所定の閾値を上回っている頻度が所定レベル以上である場合にのみ、歩行型作業車両に危険挙動が発生していると判定されるので、瞬間的に歩行型作業車両の挙動が変動する状態は危険挙動として検出されず、実際に危険挙動が発生している場合にのみこれを確実に検出することができる。

第１の実施形態による危険挙動検出装置が適用される歩行型作業車両の外観構成例を示す図である。 第１の実施形態による演算装置の機能構成例を示すブロック図である。 ダッシング発生時における加速度信号を、走行車輪の回転速度と共に示す波形図である。 第１の実施形態による演算装置の動作例を示すフローチャートである。 第２の実施形態による演算装置の機能構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態によるフィルタ処理部の構成例を示す図である。 第２の実施形態による演算装置の動作例を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態による危険挙動検出装置が適用される歩行型作業車両の外観構成例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の危険挙動検出装置が適用される歩行型作業車両１００は、車体１、走行車輪２、ハンドル３およびロータリ耕うん装置４（以下、単にロータリ４と略す）を備え、車体１に備えられたエンジン等の動力源（図示せず）から動力を得て自動走行し、車体１の後方に備えたロータリ４で耕うん作業を行うようになされた農用車両である。動力源は、例えば電動モータ、または内燃機関等により構成される。

走行車輪２は、車体１の両側に１輪ずつ設けられており、エンジンからの動力を得て回転する。ハンドル３は、車体１の後方上部に備えられ、これを作業者が把持して歩行型作業車両１００を操作するようになされている。

ロータリ４は、車体１の後方下部に備えられ、エンジンからの動力を得て耕うん爪４ａが回転する。ロータリ４は、走行車輪２を中心に作業者がハンドル３を上下させることで昇降可能に構成されており、耕うん作業時は下方に降下させて、耕うん爪４ａを土中に貫入させた状態で使用する。このとき、耕うん爪４ａは土壌から掘削抵抗を受ける。このとき、一般に、耕うん爪４ａは、走行車輪２よりも高速に回転する。

また、歩行型作業車両１００は、加速度検出センサ１０および演算装置２０を備えている。加速度検出センサ１０および演算装置２０は、本実施形態による危険挙動検出装置を構成するものである。加速度検出センサ１０は、歩行型作業車両１００の前後方向の加速度および上下方向の加速度の少なくとも一方を逐次検出する。本実施形態では、前後方向の加速度および上下方向の加速度の両方を検出するものとして説明する。

図１に示すように、加速度検出センサ１０および演算装置２０は、例えば、ロータリ４のフレーム上に設置される。なお、設置場所は、ロータリ４のフレームに限定されない。すなわち、加速度検出センサ１０は、歩行型作業車両１００の前後方向および上下方向の加速度を検出するものなので、走行車輪２や耕うん爪４ａのような回転機構を除けば、車体１またはハンドル３の何れに設置してもよい。

図２は、第１の実施形態による演算装置２０の機能構成例を示すブロック図である。図２に示すように、演算装置２０は、その機能構成として、加速度信号入力部２１、フィルタ処理部２２、閾値判定部２３、頻度判定部２４、危険挙動検出部２５および動力制御部２６を備えて構成されている。加速度検出センサ１０と、演算装置２０の加速度信号入力部２１、フィルタ処理部２２、閾値判定部２３、頻度判定部２４および危険挙動検出部２５とによって、第１の実施形態による危険挙動検出装置が構成される。

なお、上記各機能ブロック２１〜２６は、ハードウェア、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ソフトウェアの何れによっても構成することが可能である。例えばソフトウェアによって構成する場合、上記各機能ブロック２１〜２６は、実際にはコンピュータのＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えて構成され、ＲＡＭやＲＯＭ、ハードディスクまたは半導体メモリ等の記録媒体に記憶されたプログラムが動作することによって実現される。

加速度信号入力部２１は、加速度検出センサ１０により検出される加速度信号を入力する。加速度信号入力部２１が加速度検出センサ１０より入力するのは、歩行型作業車両１００の前後方向の加速度を表す前後加速度信号と、上下方向の加速度を表す上下加速度信号である。これらの加速度信号は何れも、時間の経過とともに値が変動する時系列のアナログ波形信号である。

フィルタ処理部２２は、加速度信号入力部２１により入力された加速度信号に対して所定のフィルタ処理を行うことにより、不要な波形成分を除去する。本実施形態では、フィルタ処理部２２は、第１の周波数以下の低周波波形成分および第２の周波数以上の高周波波形成分を除去するバンドバスフィルタ処理を行う。なお、第１の周波数以上の波形成分を通過させるハイパスフィルタ処理と、第２の周波数以下の波形成分を通過させるローパスフィルタ処理とを縦続的に行うようにしてもよい。

ここで、フィルタ処理部２２は、前後加速度信号および上下加速度信号のそれぞれに対してフィルタ処理を行う。なお、前後加速度信号に対して行うバンドパスフィルタ処理の通過周波数帯域と、上下加速度信号に対して行うバンドパスフィルタ処理の通過周波数帯域とを同じとしてもよいし、異ならせてもよい。ハイパスフィルタ処理とローパスフィルタ処理とを縦続的に行う場合には、前後加速度信号に対して行うハイパスフィルタ処理の通過周波数帯域と、上下加速度信号に対して行うハイパスフィルタ処理の通過周波数帯域とを同じとしてもよいし、異ならせてもよい。同様に、前後加速度信号に対して行うローパスフィルタ処理の通過周波数帯域と、上下加速度信号に対して行うローパスフィルタ処理の通過周波数帯域とを同じとしてもよいし、異ならせてもよい。

耕うん作業時には、エンジンの振動やロータリの回転、土壌の掘削に伴う車体姿勢の変化によって、加速度検出センサ１０により検出される加速度が変動し、危険挙動検出の支障となることがあり得る。そのため、本実施形態では、エンジンの振動やロータリの回転に伴う高周波波形成分を除去するとともに、車体姿勢の変化に伴う低周波形成分を除去するようにしている。

閾値判定部２３は、フィルタ処理部２２によりフィルタ処理された加速度信号により表される加速度が所定の閾値を上回ったか否かを判定する。ここで、閾値判定部２３は、前後加速度信号および上下加速度信号のそれぞれについて、加速度が所定の閾値を上回ったか否かの判定を行う。本実施形態において、閾値判定部２３は、フィルタ処理された加速度信号を所定のサンプリング周波数に従ってサンプリングし、それぞれのサンプリング値（離散的な加速度の値）が所定の閾値を上回ったか否かを逐次判定する。

歩行型作業車両１００にダッシングが生じている状況では、歩行型作業車両１００の前後方向の加速度が通常走行時に比べて大きくなる。そのため、前後方向の加速度が所定の閾値を上回っているか否かを判定することにより、歩行型作業車両１００の危険挙動としてダッシングの発生を検出することができる。

また、歩行型作業車両１００に跳ね上がりが生じている状況では、歩行型作業車両１００の上下方向の加速度が通常走行時に比べて大きくなる。そのため、上下方向の加速度が所定の閾値を上回っているか否かを判定することにより、歩行型作業車両１００の危険挙動として跳ね上がりの発生を検出することができる。なお、ダッシングの判定に用いる閾値と、跳ね上がりの判定に用いる閾値は、それぞれ適切な値に適宜設定する。

頻度判定部２４は、閾値判定部２３により加速度が所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上か否かを判定する。ここで、頻度判定部２４は、前後方向の加速度および上下方向の加速度のそれぞれについて、所定の閾値を上回った頻度が所定レベル以上か否かの判定を行う。

例えば、頻度判定部２４は、一定時間内で閾値判定部２３により加速度が所定の閾値を上回ると判定された回数が所定値以上か否かを判定する。あるいは、頻度判定部２４は、閾値判定部２３により加速度が所定の閾値を上回ると判定された状態が所定時間以上連続したか否かを判定するようにしてもよい。

危険挙動検出部２５は、頻度判定部２４により頻度が所定レベル以上であると判定された場合に、歩行型作業車両１００に危険挙動が発生していることを検出する。すなわち、前後方向の加速度が所定の閾値を上回った頻度が所定レベル以上であると頻度判定部２４により判定された場合、危険挙動検出部２５は、歩行型作業車両１００の危険挙動としてダッシングの発生を検出する。また、上下方向の加速度が所定の閾値を上回った頻度が所定レベル以上であると頻度判定部２４により判定された場合、危険挙動検出部２５は、歩行型作業車両１００の危険挙動として跳ね上がりの発生を検出する。

危険挙動が生じていない通常走行時において、例えば圃場にある石などが単発的に耕うん爪４ａと接触することにより、加速度検出センサ１０により検出される加速度が瞬時的に大きくなることがあり得る。そのため、加速度が瞬時的に所定の閾値を上回っただけで危険挙動が発生したと判定すると、誤検出となる恐れがある。そこで、本実施形態では、上述したように、加速度が所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上の場合にのみ危険挙動が発生したと判定することにより、誤検出の発生を抑止できるようにしている。

なお、明らかに危険挙動と判断できるほど大きな加速度が検出された場合は、閾値を１回超えただけで危険挙動が発生したと判定するようにしてもよい。このようにすることにより、危険挙動の検出をより短時間に行うことができ、後述するエンジン停止などの安全措置を迅速に行うことができるというメリットを有する。

この場合、閾値判定部２３は、フィルタ処理部２２によりフィルタ処理された加速度信号により表される加速度が、所定の閾値より大きい第２の閾値を上回ったか否かを更に判定する。そして、危険挙動検出部２５は、閾値判定部２３により加速度が第２の閾値を上回ると判定された場合に、頻度判定部２４による判定結果の如何を問わず、歩行型作業車両１００に危険挙動が発生していることを検出する。

動力制御部２６は、歩行型作業車両１００に危険挙動が発生していることが危険挙動検出部２５により検出された場合、走行車輪２およびロータリ４に対してエンジンから動力が伝達されないように制御する。例えば、動力制御部２６は、エンジンに対する電源の供給を遮断することにより、エンジンを停止させる。あるいは、動力制御部２６は、エンジンと走行車輪２およびロータリ４とを繋ぐクラッチを電動制御により移動させることにより、クラッチを遮断するようにしてもよい。

図３は、ダッシング発生時における加速度信号を、走行車輪２の回転速度と共に示す波形図である。図３では、閾値判定部２３が加速度信号をサンプリングする際のサンプリング周波数を１００Ｈｚ、所定の閾値を２．５ｍ／ｓ^２とし、０．５秒以内に加速度が所定の閾値を上回ると判定された回数が１８回以上である場合に、ダッシングが発生したと判定する例を示している。

図３に示すように、時間Ｔ１において前後方向の加速度が所定の閾値（２．５ｍ／ｓ^２）を上回り、ダッシングが始まっている。このとき、走行車輪２の回転速度に大きな変化はない。その後、時間Ｔ１から０．５秒以内の時間Ｔ２において、加速度が２．５ｍ／ｓ^２を上回ると判定された回数が１８回に達したため、危険挙動検出部２５によりダッシングの発生が検出され、動力制御部２６によりエンジンが停止されている。エンジンの停止後、走行車輪２の回転速度は急速に低下し、停止している。

図４は、以上のように構成した第１の実施形態による演算装置２０の動作例を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、例えば、歩行型作業車両１００のエンジンを始動して演算装置２０に電源が投入されたときに開始する。

まず、加速度信号入力部２１は、加速度検出センサ１０により検出される加速度信号を入力する（ステップＳ１）。ここでは、前後加速度信号および上下加速度信号をそれぞれ入力する。次いで、フィルタ処理部２２は、加速度信号入力部２１により入力された加速度信号に対して所定のフィルタ処理を行うことにより、不要な波形成分を除去する（ステップＳ２）。

続いて、閾値判定部２３は、フィルタ処理された加速度信号を所定のサンプリング周波数に従ってサンプリングし（ステップＳ３）、サンプリング値（離散的な加速度の値）が所定の閾値を上回ったか否かを判定する（ステップＳ４）。このとき、閾値判定部２３は、前後加速度信号および上下加速度信号のそれぞれについて、加速度が所定の閾値を上回ったか否かの判定を行う。

ここで、前後方向の加速度および上下方向の加速度の何れも所定の閾値を上回っていないと判定された場合、処理はステップＳ７に遷移する。一方、前後方向の加速度または上下方向の加速度の何れかが所定の閾値を上回ったと判定された場合、頻度判定部２４は、加速度が所定の閾値を上回ると判定された回数のカウント値を１つカウントアップする（ステップＳ５）。ここでは、前後方向の加速度が所定の閾値を上回った回数と、上下方向の加速度が所定の閾値を上回った回数とを別にカウントする。

そして、頻度判定部２４は、カウント値が所定値になったか否かを判定する（ステップＳ６）。カウント値がまだ所定値になっていない場合、頻度判定部２４は、カウントを開始してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ７）。所定時間がまだ経過していない場合、処理はステップＳ１に戻り、加速度信号の入力を継続する。一方、所定時間が経過した場合、カウント値を０にリセットした後（ステップＳ８）、処理はステップＳ１に戻り、加速度信号の入力を継続する。

上記ステップＳ６において、カウント値が所定値になったと頻度判定部２４により判定された場合、危険挙動検出部２５は、歩行型作業車両１００に危険挙動が発生していることを検出する（ステップＳ９）。すなわち、前後方向の加速度が所定の閾値を上回った回数のカウント値が所定値になったと頻度判定部２４により判定された場合、危険挙動検出部２５は、ダッシングの発生を検出する。また、上下方向の加速度が所定の閾値を上回った回数のカウント値が所定値になったと頻度判定部２４により判定された場合、危険挙動検出部２５は、跳ね上がりの発生を検出する。

このように、歩行型作業車両１００にダッシングまたは跳ね上がりの危険挙動が発生していることが危険挙動検出部２５により検出された場合、動力制御部２６は、エンジンを停止させる（ステップＳ１０）。これにより、図４に示すフローチャートの処理は終了する。

以上詳しく説明したように、第１の実施形態では、歩行型作業車両１００の前後方向の加速度および上下方向の加速度を検出する加速度検出センサ１０を設け、所定のフィルタ処理後の加速度が所定の閾値を上回ったか否かを判定するとともに、加速度が所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上か否かを判定し、頻度が所定レベル以上であると判定された場合に、歩行型作業車両１００にダッシングまたは跳ね上がりの危険挙動が発生していることを検出するようにしている。

このように構成した第１の実施形態によれば、ダッシングや跳ね上がりの危険挙動が発生しても大きく値が変動しない走行車輪２の回転速度ではなく、危険挙動が発生した場合に値が大きく変動する歩行型作業車両１００の加速度を検出して危険挙動の発生の有無を判定しているので、危険挙動の発生をより確実に検出することができる。また、第１の実施形態によれば、加速度が所定の閾値を上回っている頻度が所定レベル以上である場合にのみ、歩行型作業車両１００に危険挙動が発生していると判定しているので、瞬間的に歩行型作業車両１００の挙動が変動する状態は危険挙動として誤検出されず、実際に危険挙動が発生している場合にのみこれを確実に検出することができる。

なお、上記実施形態では、閾値判定部２３がアナログ波形の加速度信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングする例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、加速度検出センサ１０が加速度信号を所定時間間隔毎に逐次出力するタイプの場合は、閾値判定部２３は、加速度検出センサ１０が加速度を検出する周期である所定時間間隔毎に逐次判定を実行する。すなわち、加速度信号入力部２１が所定時間間隔毎に加速度検出センサ１０から加速度信号を入力する毎に、フィルタ処理部２２によりフィルタ処理された加速度信号により表される加速度が所定の閾値を上回ったか否かを逐次判定する。

また、上記実施形態では、歩行型作業車両１００の前後方向の加速度および上下方向の加速度の両方を加速度検出センサ１０により検出する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、前後方向の加速度または上下方向の加速度の何れか一方を検出するようにしてもよい。この場合、危険挙動検出装置は、ダッシングまたは跳ね上がりの何れか一方を検出するものとして動作する。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では、加速度信号から車体１の姿勢を演算し、この姿勢の変化に基づいて、歩行型作業車両１００の危険挙動として転倒の発生を更に検出することができるようにしたものである。そのための構成として、第２の実施形態では、図１に示した加速度検出センサ１０および演算装置２０に代えて、加速度検出センサ１０’および演算装置２０’を備えている。

加速度検出センサ１０’は、歩行型作業車両１００の前後方向の加速度、上下方向の加速度および左右方向の加速度を検出する。演算装置２０’は、歩行型作業車両１００の前後方向の加速度および上下方向の加速度に基づいて、危険挙動として歩行型作業車両１００のダッシングおよび跳ね上がりを検出する。これは第１の実施形態と同様である。演算装置２０’はさらに、歩行型作業車両１００の前後方向の加速度、上下方向の加速度および左右方向の加速度に基づいて、危険挙動として歩行型作業車両１００の転倒を検出する。

図５は、第２の実施形態による演算装置２０’の機能構成例を示すブロック図である。なお、この図５において、図２に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。図５に示すように、第２の実施形態による演算装置２０’は、その機能構成として、加速度信号入力部２１’、フィルタ処理部２２’、閾値判定部２３、頻度判定部２４、危険挙動検出部２５’、動力制御部２６、ピッチ角算出部２７、ロール角算出部２８、第２の閾値判定部２９および第２の頻度判定部３０を備えて構成されている。

加速度信号入力部２１’は、加速度検出センサ１０’により検出される前後方向の加速度を表す前後加速度信号、上下方向の加速度を表す上下加速度信号および左右方向の加速度を表す左右加速度信号をそれぞれ入力する。フィルタ処理部２２’は、加速度信号入力部２１’により入力された前後加速度信号、上下加速度信号および左右加速度信号のそれぞれに対して所定のフィルタ処理を行うことにより、不要な波形成分を除去する。

図６は、第２の実施形態によるフィルタ処理部２２’の構成例を示す図である。図６に示すように、第２の実施形態によるフィルタ処理部２２’は、ローパスフィルタ２２ａおよびハイパスフィルタ２２ｂを従属接続して構成されている。ローパスフィルタ２２ａは、加速度信号入力部２１’により入力された前後加速度信号、上下加速度信号および左右加速度信号に対してそれぞれローパスフィルタ処理を行う。

ハイパスフィルタ２２ｂは、ローパスフィルタ２２ａによりローパスフィルタ処理された前後加速度信号および上下加速度信号に対してそれぞれハイパスフィルタ処理を行う。このローパスフィルタ２２ａおよびハイパスフィルタ２２ｂの従属接続により、前後加速度信号および上下加速度信号に対して、第１の周波数以下の低周波波形成分および第２の周波数以上の高周波波形成分を除去するバンドバスフィルタ処理が実行される。バンドパスフィルタ処理された前後加速度信号および上下加速度信号は、閾値判定部２３に出力される。これは、第１の実施形態で説明したフィルタ処理部２２の処理と同様である。

ローパスフィルタ２２ａによりローパスフィルタ処理された前後加速度信号および上下加速度信号は、ピッチ角算出部２７にも出力される。ピッチ角算出部２７は、ローパスフィルタ２２ａによりローパスフィルタ処理された加速度信号により表される前後方向の加速度および上下方向の加速度に基づいて、歩行型作業車両１００のピッチ方向の姿勢角（以下、ピッチ角という）を算出する。

また、ローパスフィルタ２２ａによりローパスフィルタ処理された上下加速度信号および左右加速度信号は、ロール角算出部２８にも出力される。ロール角算出部２８は、ローパスフィルタ２２ａによりローパスフィルタ処理された加速度信号により表される上下方向の加速度および左右方向の加速度に基づいて、歩行型作業車両１００のロール方向の姿勢角（以下、ロール角という）を算出する。

歩行型作業車両１００の姿勢角を算出する際に、加速度検出センサ１０’で検出された加速度信号に対してハイパスフィルタ処理を行うと、姿勢変化によって生じる波形成分が除去されてしまい、姿勢角を算出することができなくなってしまう。そこで、図６に示すように、ピッチ角算出部２７およびロール角算出部２８は、ローパスフィルタ２２ａによりローパスフィルタ処理のみが行われた加速度信号に基づいて、歩行型作業車両１００のピッチ角およびロール角を算出する。

ここで、ピッチ角算出部２７およびロール角算出部２８は、フィルタ処理された加速度信号を所定のサンプリング周波数に従ってサンプリングし、それぞれのサンプリング値（離散的な加速度の値）に基づいて、ピッチ角およびロール角を逐次算出する。なお、加速度からピッチ角およびロール角を算出する方法としては、公知の技術を適用することが可能である。

第２の閾値判定部２９は、ピッチ角算出部２７により算出されたピッチ角およびロール角算出部２８により算出されたロール角がそれぞれ所定の閾値を上回ったか否かを判定する。ここで用いる閾値は、閾値判定部２３において判定に用いる閾値とは異なるものであり、耕うん作業時に起こり得る通常の姿勢変化に対応する姿勢角よりも大きい値が閾値として設定される。

第２の頻度判定部３０は、第２の閾値判定部２９によりピッチ角およびロール角の少なくとも一方が所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上か否かを判定する。例えば、第２の頻度判定部３０は、一定時間内で第２の閾値判定部２９によりピッチ角およびロール角の少なくとも一方が所定の閾値を上回ると判定された回数が所定値以上か否かを判定する。あるいは、第２の頻度判定部３０は、第２の閾値判定部２９によりピッチ角およびロール角の少なくとも一方が所定の閾値を上回ると判定された状態が所定時間以上連続したか否かを判定するようにしてもよい。

危険挙動検出部２５’は、前後方向の加速度が所定の閾値を上回った頻度が所定レベル以上であると頻度判定部２４により判定された場合に、歩行型作業車両１００の危険挙動としてダッシングの発生を検出する。また、危険挙動検出部２５’は、上下方向の加速度が所定の閾値を上回った頻度が所定レベル以上であると頻度判定部２４により判定された場合に、歩行型作業車両１００の危険挙動として跳ね上がりの発生を検出する。さらに、危険挙動検出部２５’は、ピッチ角およびロール角の少なくとも一方が所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上であると第２の頻度判定部３０により判定された場合に、歩行型作業車両１００の危険挙動として転倒が発生していることを検出する。

転倒が生じていない通常走行時においても、歩行型作業車両１００は、耕うん作業に伴い姿勢が様々な方向に少しずつ変動しており、時には圃場の石などが耕うん爪４ａと接触することにより、加速度検出センサ１０’により検出される加速度が瞬時的に大きくなることがあり得る。そのため、瞬時的に大きくなった加速度に基づき算出されたピッチ角またはロール角が瞬時的に所定の閾値を上回っただけで転倒が発生したと判定すると、誤検出となる恐れがある。そこで、本実施形態では、上述したように、ピッチ角またはロール角が所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上の場合にのみ転倒が発生したと判定することにより、誤検出の発生を抑止できるようにしている。

なお、明らかに転倒と判断できるほど大きなピッチ角またはロール角が算出された場合は、閾値を１回超えただけで転倒が発生したと判定するようにしてもよい。このようにすることにより、転倒の検出をより短時間に行うことができ、エンジン停止などの安全措置を迅速に行うことができるというメリットを有する。

この場合、第２の閾値判定部２９は、ピッチ角算出部２７により算出されたピッチ角およびロール角算出部２８により算出されたロール角が、それぞれ所定の閾値より大きい第２の閾値を上回ったか否かを更に判定する。そして、危険挙動検出部２５’は、第２の閾値判定部２９によりピッチ角およびロール角の少なくとも一方が第２の閾値を上回ると判定された場合に、第２の頻度判定部３０による判定結果の如何を問わず、歩行型作業車両１００に転倒が発生していることを検出する。

図７は、以上のように構成した第２の実施形態による演算装置２０’の動作例を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、例えば、歩行型作業車両１００のエンジンを始動して演算装置２０’に電源が投入されたときに開始する。なお、図７において、図４に示したステップ番号と同一の番号を付したものは同一の処理を実行するものである。

まず、加速度信号入力部２１’は、加速度検出センサ１０’により検出される加速度信号を入力する（ステップＳ１１）。ここでは、前後加速度信号、上下加速度信号および左右加速度信号をそれぞれ入力する。次いで、フィルタ処理部２２’は、加速度信号入力部２１’により入力された加速度信号に対して所定のフィルタ処理を行うことにより、不要な波形成分を除去する（ステップＳ１２）。

続いて、ピッチ角算出部２７およびロール角算出部２８は、ローパスフィルタ２２ａによりローパスフィルタ処理された加速度信号により表される前後方向の加速度および上下方向の加速度に基づいて、歩行型作業車両１００のピッチ角を算出するとともに、上下方向の加速度および左右方向の加速度に基づいて、歩行型作業車両１００のロール角を算出し、これらを初期姿勢角とする（ステップＳ１３）。

次に、加速度信号入力部２１’は、加速度検出センサ１０’により検出される加速度信号を入力する（ステップＳ１）。ここでも、前後加速度信号、上下加速度信号および左右加速度信号をそれぞれ入力する。次いで、フィルタ処理部２２’は、加速度信号入力部２１’により入力された加速度信号に対して所定のフィルタ処理を行うことにより、不要な波形成分を除去する（ステップＳ２）。続いて、ピッチ角算出部２７およびロール角算出部２８は、歩行型作業車両１００のピッチ角およびロール角を再度算出する（ステップＳ１４）。

その後、閾値判定部２３は、フィルタ処理された加速度信号を所定のサンプリング周波数に従ってサンプリングし（ステップＳ３）、サンプリング値（離散的な加速度の値）が所定の閾値を上回ったか否かを判定する（ステップＳ４）。このとき、閾値判定部２３は、前後加速度信号および上下加速度信号のそれぞれについて、加速度が所定の閾値を上回ったか否かの判定を行う。

ここで、前後方向の加速度および上下方向の加速度の何れも所定の閾値を上回っていないと判定された場合、処理はステップＳ１５に遷移する。一方、前後方向の加速度または上下方向の加速度の何れかが所定の閾値を上回ったと判定された場合、頻度判定部２４は、加速度が所定の閾値を上回ると判定された回数のカウント値を１つカウントアップする（ステップＳ５）。ここでは、前後方向の加速度が所定の閾値を上回った回数と、上下方向の加速度が所定の閾値を上回った回数とを別にカウントする。

そして、頻度判定部２４は、カウント値が所定値になったか否かを判定する（ステップＳ６）。カウント値がまだ所定値になっていない場合、頻度判定部２４は、カウントを開始してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ７）。所定時間がまだ経過していない場合、処理はステップＳ１に戻り、加速度信号の入力を継続する。一方、所定時間が経過した場合、カウント値を０にリセットした後（ステップＳ８）、処理はステップＳ１に戻り、加速度信号の入力を継続する。

上記ステップＳ６において、カウント値が所定値になったと頻度判定部２４により判定された場合、危険挙動検出部２５’は、歩行型作業車両１００に危険挙動が発生していることを検出する（ステップＳ９）。すなわち、前後方向の加速度が所定の閾値を上回った回数のカウント値が所定値になったと頻度判定部２４により判定された場合、危険挙動検出部２５’は、ダッシングの発生を検出する。また、上下方向の加速度が所定の閾値を上回った回数のカウント値が所定値になったと頻度判定部２４により判定された場合、危険挙動検出部２５’は、跳ね上がりの発生を検出する。

このように、歩行型作業車両１００にダッシングまたは跳ね上がりの危険挙動が発生していることが危険挙動検出部２５’により検出された場合、動力制御部２６は、エンジンを停止させる（ステップＳ１０）。これにより、図７に示すフローチャートの処理は終了する。

また、ステップＳ１５において、第２の閾値判定部２９は、ステップＳ１４で算出されたピッチ角およびロール角がそれぞれ所定の閾値を上回ったか否かを判定する。ここで、ピッチ角およびロール角の何れも所定の閾値を上回っていないと判定された場合、処理はステップＳ７に遷移する。一方、ピッチ角またはロール角の何れかが所定の閾値を上回ったと判定された場合、第２の頻度判定部３０は、ピッチ角またはロール角が所定の閾値を上回ると判定された回数のカウント値を１つカウントアップする（ステップＳ１６）。ここでは、ピッチ角が所定の閾値を上回った回数と、ロール角が所定の閾値を上回った回数とを別にカウントする。

そして、第２の頻度判定部３０は、カウント値が所定値になったか否かを判定する（ステップＳ１７）。カウント値がまだ所定値になっていない場合、第２の頻度判定部３０は、カウントを開始してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ７）。所定時間がまだ経過していない場合、処理はステップＳ１に戻り、加速度信号の入力を継続する。一方、所定時間が経過した場合、カウント値を０にリセットした後（ステップＳ８）、処理はステップＳ１に戻り、加速度信号の入力を継続する。

上記ステップＳ１７において、カウント値が所定値になったと第２の頻度判定部３０により判定された場合、危険挙動検出部２５’は、歩行型作業車両１００に転倒が発生していることを検出する（ステップＳ９）。このように、歩行型作業車両１００に転倒が発生していることが危険挙動検出部２５’により検出された場合、動力制御部２６は、エンジンを停止させる（ステップＳ１０）。これにより、図７に示すフローチャートの処理は終了する。

以上詳しく説明したように、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に歩行型作業車両１００にダッシングまたは跳ね上がりが発生していることを検出することに加え、前後方向、上下方向および左右方向の加速度から歩行型作業車両１００の姿勢角（ピッチ角およびロール角）を算出し、姿勢角が所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上であると判定された場合に、歩行型作業車両１００に転倒の危険挙動が発生していることを検出するようにしている。

このように構成した第２の実施形態によれば、加速度検出センサ１０の他に傾斜センサを歩行型作業車両１００に設けることなく、歩行型作業車両１００の危険挙動として転倒の発生も確実に検出することができる。

なお、以上説明した第１および第２の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ 車体
２ 走行車輪
３ ハンドル
４ ロータリ耕うん装置
４ａ 耕うん爪
１０，１０’ 加速度検出センサ
２０，２０’ 演算装置
２１，２１’ 加速度信号入力部
２２，２２’ フィルタ処理部
２３ 閾値判定部
２４ 頻度判定部
２５，２５’ 危険挙動検出部
２６ 動力制御部
２７ ピッチ角算出部
２８ ロール角算出部
２９ 第２の閾値判定部
３０ 第２の頻度判定部

Claims (8)

1. 車体後方にロータリ耕うん装置を備えた歩行型作業車両に適用される危険挙動検出装置であって、
   上記歩行型作業車両の前後方向の加速度および上下方向の加速度の少なくとも一方を検出する加速度検出センサと、
   上記加速度検出センサにより検出された加速度信号に対して所定のフィルタ処理を行うことにより、不要な波形成分を除去するフィルタ処理部と、
   上記フィルタ処理部によりフィルタ処理された加速度信号により表される加速度が所定の閾値を上回ったか否かを判定する閾値判定部と、
   上記閾値判定部により上記加速度が上記所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上か否かを判定する頻度判定部と、
   上記頻度判定部により上記頻度が上記所定レベル以上であると判定された場合に、上記歩行型作業車両に危険挙動が発生していることを検出する危険挙動検出部とを備えたことを特徴とする歩行型作業車両用の危険挙動検出装置。
2. 上記閾値判定部は、上記フィルタ処理部によりフィルタ処理された加速度信号により表される加速度が、上記所定の閾値より大きい第２の閾値を上回ったか否かを更に判定し、
   上記危険挙動検出部は、上記閾値判定部により上記加速度が上記第２の閾値を上回ると判定された場合に、上記頻度判定部による判定結果の如何を問わず、上記歩行型作業車両に危険挙動が発生していることを検出することを特徴とする請求項１に記載の歩行型作業車両用の危険挙動検出装置。
3. 上記頻度判定部は、一定時間内で上記閾値判定部により上記加速度が上記所定の閾値を上回ると判定された回数が所定値以上か否かを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の歩行型作業車両用の危険挙動検出装置。
4. 上記頻度判定部は、上記閾値判定部により上記加速度が上記所定の閾値を上回ると判定された状態が所定時間以上連続したか否かを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の歩行型作業車両用の危険挙動検出装置。
5. 上記加速度検出センサは、上記歩行型作業車両の前後方向の加速度を検出し、
   上記危険挙動検出部は、上記歩行型作業車両の危険挙動として車両のダッシングの発生を検出することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の歩行型作業車両用の危険挙動検出装置。
6. 上記加速度検出センサは、上記歩行型作業車両の上下方向の加速度を検出し、
   上記危険挙動検出部は、上記歩行型作業車両の危険挙動として車両の跳ね上がりの発生を検出することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の歩行型作業車両用の危険挙動検出装置。
7. 上記加速度検出センサは、上記歩行型作業車両の前後方向の加速度、上下方向の加速度および左右方向の加速度を検出し、
   上記フィルタ処理部によりフィルタ処理された加速度信号により表される上記前後方向の加速度および上記上下方向の加速度に基づいて、上記歩行型作業車両のピッチ方向の姿勢角を算出するピッチ角算出部と、
   上記フィルタ処理部によりフィルタ処理された加速度信号により表される上記上下方向の加速度および上記左右方向の加速度に基づいて、上記歩行型作業車両のロール方向の姿勢角を算出するロール角算出部と、
   上記ピッチ角算出部により算出された上記ピッチ方向の姿勢角および上記ロール角算出部により算出された上記ロール方向の姿勢角がそれぞれ所定の閾値を上回ったか否かを判定する第２の閾値判定部と、
   上記第２の閾値判定部により上記ピッチ方向の姿勢角および上記ロール方向の姿勢角の少なくとも一方が上記所定の閾値を上回ると判定された頻度が所定レベル以上か否かを判定する第２の頻度判定部とを更に備え、
   上記危険挙動判定部は、上記第２の頻度判定部により上記頻度が上記所定レベル以上であると判定された場合に、上記歩行型作業車両に転倒が発生していることを更に検出することを特徴とする請求項１に記載の歩行型作業車両用の危険挙動検出装置。
8. 上記第２の閾値判定部は、上記ピッチ角算出部により算出された上記ピッチ方向の姿勢角および上記ロール角算出部により算出された上記ロール方向の姿勢角が、それぞれ上記所定の閾値より大きい第２の閾値を上回ったか否かを更に判定し、
   上記危険挙動検出部は、上記第２の閾値判定部により上記ピッチ方向の姿勢角および上記ロール方向の姿勢角の少なくとも一方が上記第２の閾値を上回ると判定された場合に、上記第２の頻度判定部による判定結果の如何を問わず、上記歩行型作業車両に転倒が発生していることを検出することを特徴とする請求項７に記載の歩行型作業車両用の危険挙動検出装置。

Images