JP6878138B2 - 作業車両の制御システム、方法、及び作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両の制御システム、方法、及び作業車両に関する。

従来、ブルドーザ、或いはグレーダ等の作業車両において、作業機の位置を自動的に調整する自動制御が提案されている。例えば、特許文献1では、掘削制御が開示されている。掘削制御では、ブレードに係る負荷を目標負荷に一致させるように、ブレードの位置が自動調整される。

特許第5247939号公報

上述した従来の制御によれば、ブレードへの負荷が過剰に大きくなったときにブレードを上昇させることにより、シュースリップの発生を抑えることができる。これにより、効率良く作業を行うことができる。

しかし、従来の制御では、図10に示すように、まず最終設計面100に沿うようにブレードが制御される。その後、ブレードへの負荷が大きくなると、負荷制御によってブレードを上昇させる（図10のブレードの軌跡200参照）。従って、大きな起伏のある地形300を掘削する場合には、ブレードに係る負荷が急速に大きくなることで、ブレードを急速に上昇させてしまうことがあり得る。その場合、凹凸の大きな地形が形成されることになるため、スムーズに掘削作業を行うことは困難である。また、掘削される地形が荒れ易くなり、仕上がりの品質が低下することが懸念される。

また、従来の制御では、コントローラは、ブレードの目標負荷などの所定の目標値に従って、作業機を制御する。しかし、目標値が適切な値ではない場合には、シュースリップが多発することになる。その場合、効率良く、且つ、仕上がりの品質の良い掘削作業を行うことは困難である。

本発明の課題は、自動制御によって、効率良く、且つ、仕上がりの品質の良い作業を行うことができる作業車両の制御システム、方法、及び作業車両を提供することにある。

第1の態様は、走行装置と作業機とを有する作業車両の制御システムであって、制御システムは、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を行うようにプログラムされている。コントローラは、所定の目標値に従って作業機を制御する。コントローラは、作業機の制御中に、走行装置のスリップの発生を判定する。コントローラは、スリップの判定の結果に応じて目標値を変更する。

第2の態様は、作業機の目標軌跡を示す目標設計面を決定するためにコントローラによって実行される方法であって、以下の処理を備える。第1の処理は、所定の目標値に従って、作業機を制御することである。第2の処理は、作業機の制御中に、走行装置のスリップの発生を判定することである。第3の処理は、スリップの判定の結果に応じて目標値を変更することである。

第3の態様は、作業車両であって、作業車両は、走行装置と、作業機と、コントローラとを備える。コントローラは、以下の処理を行うようにプログラムされている。コントローラは、所定の目標値に従って、作業機を制御する。コントローラは、作業機の制御中に、走行装置のスリップの発生を判定する。コントローラは、スリップの判定の結果に応じて目標値を変更する。

本発明によれば、目標設計面に従って作業機を制御することで、作業機への負荷が過剰となることを抑えながら、掘削を行うことができる。それにより、作業の仕上がりの品質を向上させることができる。また、自動制御により、作業の効率を向上させることができる。さらに、スリップの判定の結果に応じて目標値が変更される。従って、スリップの発生を抑えることができる。

実施形態に係る作業車両を示す側面図である。 作業車両の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。 作業車両の構成を示す模式図である。 設計面及び出来形面の一例を示す図である。 作業機の自動制御の処理を示すフローチャートである。 目標土量の更新の処理を示すフローチャートである。 目標土量の更新の一例を示す図である。 他の実施形態に係る作業車両の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。 他の実施形態に係る作業車両の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。 関連技術の一例を示す図である。

以下、実施形態に係る作業車両について、図面を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係る作業車両1を示す側面図である。本実施形態に係る作業車両1は、ブルドーザである。作業車両1は、車体11と、走行装置12と、作業機13と、を備えている。

車体11は、運転室14とエンジン室15とを有する。運転室14には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室15は、運転室14の前方に配置されている。走行装置12は、車体11の下部に取り付けられている。走行装置12は、左右一対の履帯16を有している。なお、図1では、左側の履帯16のみが図示されている。履帯16が回転することによって、作業車両1が走行する。作業車両1の走行は、自律走行、セミ自律走行、オペレータの操作による走行のいずれの形式であってもよい。

作業機13は、車体11に取り付けられている。作業機13は、リフトフレーム17と、ブレード18と、リフトシリンダ19とを有する。リフトフレーム17は、車幅方向に延びる軸線Ｘを中心として上下に動作可能に車体11に取り付けられている。リフトフレーム17は、ブレード18を支持している。

ブレード18は、車体11の前方に配置されている。ブレード18は、リフトフレーム17の上下動に伴って上下に移動する。リフトシリンダ19は、車体11とリフトフレーム17とに連結されている。リフトシリンダ19が伸縮することによって、リフトフレーム17は、軸線Ｘを中心として上下に回転する。

図2は、作業車両1の駆動系2と制御システム3との構成を示すブロック図である。図2に示すように、駆動系2は、エンジン22と、油圧ポンプ23と、動力伝達装置24と、を備えている。

油圧ポンプ23は、エンジン22によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ23から吐出された作動油は、リフトシリンダ19に供給される。なお、図2では、1つの油圧ポンプ23が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。

動力伝達装置24は、エンジン22の駆動力を走行装置12に伝達する。動力伝達装置24は、例えば、HST（Hydro Static Transmission）であってもよい。或いは、動力伝達装置24は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。

制御システム3は、動力伝達装置24の出力を検出する出力センサ34を備える。出力センサ34は、例えば回転速度センサ、或いは圧力センサを含む。動力伝達装置24が油圧モータを含むHSTの場合には、出力センサ34は、油圧モータの駆動油圧を検出する圧力センサであってもよい。出力センサ34は、油圧モータの出力回転速度を検出する回転センサであってもよい。動力伝達装置24がトルクコンバーターを有する場合には、出力センサ34は、トルクコンバーターの出力回転速度を検出する回転センサであってもよい。出力センサ34の検出値を示す検出信号は、コントローラ26に出力される。

制御システム3は、第1操作装置25aと、第2操作装置25bと、入力装置25cと、コントローラ26と、制御弁27と、記憶装置28とを備える。第1操作装置25aと第2操作装置25bと入力装置25cとは、運転室14に配置されている。第1操作装置25aは、走行装置12を操作するための装置である。第1操作装置25aは、走行装置12を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。第2操作装置25bは、作業機13を操作するための装置である。第2操作装置25bは、作業機13を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。第1操作装置25aと第2操作装置25bとは、例えば、操作レバー、ペダル、スイッチ等を含む。

例えば、第1操作装置25aは、前進位置と後進位置と中立位置とに操作可能に設けられる。第1操作装置25aの位置を示す操作信号は、コントローラ26に出力される。コントローラ26は、第1操作装置25aの操作位置が前進位置であるときには、作業車両1が前進するように、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御する。第1操作装置25aの操作位置が後進位置であるときには、コントローラ26は、作業車両1が後進するように、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御する。

入力装置25cは、後述する作業機13の自動制御のための設定を入力するための装置である。入力装置25cは、例えばタッチパネル式のディスプレイである。ただし、入力装置25cは、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、スイッチ、或いはキーボードなどの他の装置であってもよい。入力装置25cは、オペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。

コントローラ26は、取得したデータに基づいて作業車両1を制御するようにプログラムされている。コントローラ26は、例えばCPU等の処理装置（プロセッサ）を含む。コントローラ26は、第1操作装置25aと、第2操作装置25bと、入力装置25cとから操作信号を取得する。コントローラ26は、操作信号に基づいて、制御弁27を制御する。

制御弁27は、比例制御弁であり、コントローラ26からの指令信号によって制御される。制御弁27は、リフトシリンダ19などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ23との間に配置される。制御弁27は、油圧ポンプ23からリフトシリンダ19に供給される作動油の流量を制御する。

コントローラ26は、上述した第2操作装置25bの操作に応じてブレード18が動作するように、制御弁27への指令信号を生成する。これにより、リフトシリンダ19が、第2操作装置25bの操作量に応じて、制御される。なお、制御弁27は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁27は、電磁比例制御弁であってもよい。

制御システム3は、リフトシリンダセンサ29を備える。リフトシリンダセンサ29は、リフトシリンダ19のストローク長さ（以下、「リフトシリンダ長Ｌ」という。）を検出する。図3に示すように、コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいてブレード18のリフト角θliftを算出する。図3は、作業車両1の構成を示す模式図である。

図3では、作業機13の原点位置が二点鎖線で示されている。作業機13の原点位置は、水平な地面上でブレード18の刃先が地面に接触した状態でのブレード18の位置である。リフト角θliftは、作業機13の原点位置からの角度である。

図2に示すように、制御システム3は、位置センサ31を備えている。位置センサ31は、作業車両1の位置を測定する。位置センサ31は、GNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバ32と、IMU 33と、を備える。GNSSレシーバ32は、例えばGPS（Global Positioning System）用の受信機である。GNSSレシーバ32のアンテナは、運転室14上に配置される。GNSSレシーバ32は、衛星より測位信号を受信し、測位信号によりアンテナの位置を演算して車***置データを生成する。コントローラ26は、GNSSレシーバ32から車***置データを取得する。

IMU 33は、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）である。IMU 33は、車体傾斜角データを取得する。車体傾斜角データは、車両前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および車両横方向の水平に対する角度（ロール角）を含む。コントローラ26は、IMU 33から車体傾斜角データを取得する。

コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌと、車***置データと、車体傾斜角データとから、刃先位置P0を演算する。図3に示すように、コントローラ26は、車***置データに基づいて、GNSSレシーバ32のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいて、リフト角θliftを算出する。コントローラ26は、リフト角θliftと車体寸法データに基づいて、GNSSレシーバ32に対する刃先位置P0のローカル座標を算出する。

コントローラ26は、車***置データから作業車両1の進行方向と車速とを算出する。車体寸法データは、記憶装置28に記憶されており、GNSSレシーバ32に対する作業機13の位置を示す。コントローラ26は、GNSSレシーバ32のグローバル座標と刃先位置P0のローカル座標と車体傾斜角データとに基づいて、刃先位置P0のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、刃先位置P0のグローバル座標を刃先位置データとして取得する。なお、ブレード18にGNSSレシーバが取り付けられることで、刃先位置P0が直接的に算出されてもよい。

記憶装置28は、例えばメモリと補助記憶装置とを含む。記憶装置28は、例えば、RAM、或いはROMなどであってもよい。記憶装置28は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどであってもよい。記憶装置28は、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置28は、プロセッサによって実行可能であり作業車両1を制御するためのコンピュータ指令を記録している。

記憶装置28は、作業現場地形データを記憶している。作業現場地形データは、作業現場の現況の地形を示す。作業現場地形データは、例えば、三次元データ形式の地形測量図である。作業現場地形データは、例えば、航空レーザ測量で得ることができる。

コントローラ26は、出来形データを取得する。出来形データは、作業現場の出来形面50を示す。出来形面50は、作業車両1の進行方向に沿う領域の地形である。出来形データは、作業現場地形データと上述の位置センサ31から得られる作業車両1の位置と進行方向とからコントローラ26での演算により取得される。

図4は、出来形面50の断面の一例を示す図である。図4に示すように、出来形データは、複数の参照点P0-Pnでの出来形面50の高さを含む。詳細には、出来形データは、作業車両1の進行方向において、複数の参照点P0-Pnでの出来形面50の高さZ0〜Znを含む。複数の参照点P0-Pnは、所定間隔ごとに並んでいる。所定間隔は、例えば1ｍであるが、他の値であってもよい。

なお、図4において、縦軸は、地形の高さを示しており、横軸は、作業車両1の進行方向における現在位置からの距離を示している。現在位置は、作業車両1の現在の刃先位置P0に基づいて定められる位置であってもよい。現在位置は、作業車両1の他の部分の現在位置に基づいて定められてもよい。

記憶装置28は、設計面データを記憶している。設計面データは、作業機13の目標軌跡である複数の設計面60,70を示す。図4に示すように、設計面データは、出来形データと同様に、複数の参照点P0-Pnでの設計面60,70の高さを含む。複数の設計面60,70は、最終設計面70と、最終設計面70以外の中間的な目標設計面60とを含む。

最終設計面70は、作業現場の表面の最終的な目標形状である。最終設計面70は、例えば、三次元データ形式の土木施工図であり、記憶装置28に予め保存されている。なお、図4では、最終設計面70は、水平方向に平行な平坦な形状であるが、これと異なる形状であってもよい。

目標設計面60の少なくとも一部は、最終設計面70と出来形面50との間に位置する。コントローラ26は、所望の目標設計面60を生成して、当該目標設計面60を示す設計面データを生成し、記憶装置28に保存することができる。

コントローラ26は、出来形データと、設計面データと、刃先位置データとに基づいて、作業機13を自動的に制御する。以下、コントローラ26によって実行される、作業機13の自動制御について説明する。図5は、作業機13の自動制御の処理を示すフローチャートである。

図5に示すように、ステップS101では、コントローラ26は、現在位置データを取得する。現在位置データは、位置センサ31が測定した作業車両1の位置を示す。コントローラ26は、上述したように、現在位置データから、作業機13の現在の刃先位置P0を取得する。ステップS102では、コントローラ26は、設計面データを取得する。コントローラ26は、記憶装置28から設計面データを取得する。

ステップS103では、コントローラ26は、出来形データを取得する。コントローラ26は、作業現場地形データと作業車両1の位置と進行方向とから、現在の出来形面50を示す出来形データを取得する。或いは、後述するように、コントローラ26は、掘削により更新された出来形面50を示す出来形データを取得する。

ステップS104では、コントローラ26は、目標土量を取得する。目標土量の初期値は記憶装置28に記憶されている。コントローラ26は、走行装置12のスリップ（以下、「シュースリップ」と呼ぶ）の有無に応じて、目標土量を更新する。目標土量の更新については後に詳細に説明する。

ステップS105では、コントローラ26は、目標設計面60を決定する。コントローラ26は、最終設計面70を示す設計面データと、出来形データと、目標土量とから、最終設計面70と出来形面50との間に位置する目標設計面60を決定する。目標設計面60は、最終設計面70よりも上方に位置しており、少なくとも一部は、出来形面50よりも下方に位置している。

例えば、コントローラ26は、図4に示すように、作業開始位置Psから傾斜角αで直線状に延びる目標設計面60を決定する。図4において、出来形面50と目標設計面60との間の断面積は、目標設計面60に沿って作業機13の刃先を移動させたときに、作業機13によって保有される推定土量Sを示している。コントローラ26は、推定土量Sが目標土量に一致するように傾斜角αを算出する。

コントローラ26は、目標土量が大きいほど、傾斜角αを大きくする。従って、コントローラ26は、目標土量が大きいほど作業対象の出来形面50から目標設計面60までの距離を増大させる。ただし、コントローラ26は、最終設計面70を下回らないように、目標設計面60を決定する。

なお、本実施形態では、作業車両１の幅方向における出来形面50の大きさは考慮しないものとする。ただし、作業車両１の幅方向における出来形面50の大きさを考慮して、土量が算出されてもよい。

作業開始位置Psは、例えば、作業機13の刃先が所定高さ以下の位置に移動したときの刃先位置P0である。作業機13の刃先の移動は、オペレータが第2操作部材25bを操作することが行われてもよい。或いは、作業機13の刃先の移動は、コントローラ26が作業機13を制御することが行われてもよい。

コントローラ26は、他の方法によって目標設計面60を決定してもよい。例えば、コントローラ26は、出来形面50を、所定距離、鉛直方向に変位させた面を目標設計面60として決定してもよい。その場合、コントローラ26は、推定土量Sが目標土量に一致するように、出来形面50の変位量を算出してもよい。

ステップS106では、コントローラ26は、作業機13を制御する。コントローラ26は、目標設計面60に従って作業機13を自動的に制御する。詳細には、コントローラ26は、目標設計面60に向ってブレード18の刃先位置P0が移動するように、作業機13への指令信号を生成する。生成された指令信号は、制御弁27に入力される。それにより、作業機13の刃先位置P0が目標設計面60に沿って移動する。

例えば、目標設計面60が出来形面50よりも上方に位置するときには、作業機13によって出来形面50上に土が盛られる。また、目標設計面60が出来形面50よりも下方に位置するときには、作業機13によって出来形面50が掘削される。

ステップS107では、コントローラ26は、出来形面50を更新する。例えば、コントローラ26は、作業中の作業機13の刃先位置を記録し、記憶装置28に保存する。コントローラ26は、作業機13の刃先位置の軌跡を示すデータを新たな出来形面50を示す出来形データとして更新する。

上記の処理は、作業車両1が前進しているときに実行される。コントローラ26は、第2操作装置25bから作業機13を操作する信号が出力されたときに、作業機13の制御を開始してもよい。作業車両1の移動は、オペレータが第1操作装置25aを操作することによって手動で行われてもよい。或いは、作業車両1の移動は、コントローラ26からの指令信号によって自動的に行われてもよい。

例えば、第1操作装置25aが前進位置であるときに、上記の処理が実行されて作業機13が自動的に制御される。作業車両1が後進すると、コントローラ26は、作業機13の制御を停止する。例えば、第1操作装置25aが後進位置であるときに、コントローラ26は、作業機13の制御を停止する。その後、作業車両1が再び前進を開始すると、コントローラ26は、上述したステップS101からS107までの処理を再び行う。

このように、作業車両1が前進を開始してから後進に切り換わるまでを1回の作業パスと呼ぶものとする。作業車両1が後進して作業開始位置Psまで戻り、再び作業車両1が前進を開始することで、次の作業パスが実行される。作業開始位置Psは、前の作業パスでの作業開始位置と同じであってもよい。或いは、作業開始位置Psは、前の作業パスでの作業開始位置と異なる新たな作業開始位置であってもよい。このような作業パスが繰り返されることで、出来形面50を掘削して最終設計面70に近づけることができる。

次に、目標土量の更新について説明する。コントローラ26は、シュースリップの発生を判定し、シュースリップの判定の結果に応じて目標土量を変更する。以下の説明では、目標土量は、ブレード18の最大容量に対する割合（％）で示される。ただし、目標土量は、体積など他のパラメータで示されてもよい。

図6は、目標土量を更新するための処理を示すフローチャートである。図6に示す処理は、1回の作業パスごとに実行される。

まず、ステップS201において作業車両1が前進を開始すると、ステップS202では、コントローラ26は、シュースリップの発生を判定する。例えば、コントローラ26は、以下の（１）式により、シュースリップ率Rsを算出する
Rs = 1 - Vw / Vc
Vwは、作業車両1の車速である。コントローラ26は、位置センサ31が検出した車***置データから車速Vwを算出する。Vcは、履帯16の移動速度である。コントローラ26は、出力センサ34が検出した動力伝達装置24の出力から履帯16の移動速度Vcを算出する。

コントローラ26は、以下の(2)式により、シュースリップの有無を判定する。
Rs > Rth (2)
Rthは、所定のスリップ判定閾値である。コントローラ26は、シュースリップ率Rsがスリップ判定閾値Rthより大きいときにシュースリップ有りと判定する。コントローラ26は、シュースリップ率Rsがスリップ判定閾値Rth以下であるときには、シュースリップ無しと判定する。

ステップS202において、シュースリップ無しと判定されたときには、処理はステップS203に進む。ステップS203では、コントローラ26は、シュースリップ無しの判定の連続回数Nsをカウントする。

ステップS204において作業車両1が後進を開始すると、ステップS205において、コントローラ26は、連続回数Nsが所定の回数閾値Nth以上であるかを判定する。連続回数Nsが所定の回数閾値Nth以上であるときには、処理はステップS206に進む。

ステップS206では、コントローラ26は、目標土量を増大させる。例えば、コントローラ26は、目標土量に所定の加算値を加える。加算値は例えば5%である。ただし、加算値は5%より小さくてもよい。或いは、加算値は5%より大きくてもよい。

ステップS205において連続回数Nsが所定の回数閾値Nthより小さいときには、処理はステップS201に戻り、コントローラ26は、次の作業パスにおいて再びシュースリップの有無を判定する。

ステップS202において、コントローラ26がシュースリップ有りと判定したときには、処理はステップS207に進む。ステップS207では、コントローラ26は、目標土量を低減する。例えば、コントローラ26は、目標土量から所定の減算値を減じる。減算値は例えば5%である。ただし、減算値は5%より小さくてもよい。或いは、減算値は5%より大きくてもよい。減算値は加算値と異なってもよい。

ステップS208において、コントローラ26は、連続回数Nsをリセットする。例えば、コントローラ26が連続する2回の作業パスにおいてスリップ無しと判定したときには、連続回数Nsは2である。そして、次の作業パスにおいて、コントローラ26がスリップ有りと判定したときには、コントローラ26は、連続回数Nsをリセットして0にする。

図7は、目標土量の更新の一例を示す図である。図7において、Slimitは、シュースリップの発生限界となる土量を示している。従って、目標土量がスリップ発生限界Slimit以下であるときにはシュースリップは発生せず、目標土量がスリップ発生限界Slimitより大きくなるとシュースリップが発生するものとする。

図7においてSt0は目標土量の初期値である。初期値St0は、例えばブレード18の容量に基づいて決定された固定値であってもよい。或いは、目標土量Stは、オペレータによる入力装置25cの操作によって任意に設定されてもよい。なお、図7に示す例では、回数閾値Nthは3である。しかし、回数閾値Nthは3に限らず他の値であってもよい。

図7に示すように、コントローラ26は、1番目と2番目の作業パスにおいてシュースリップ無しと判定する。1番目と2番目の作業パスでは、連続回数Nsは回数閾値Nthより小さいため、コントローラ26は、目標土量を初期値St0に維持する。

次に、コントローラ26は、3番目の作業パスにおいてもシュースリップ無しと判定する。この場合、連続回数Nsが回数閾値Nth以上となるため、コントローラ26は、次の4番目の作業パスにおいて目標土量を初期値St0からSt1に増大させる。

そして、コントローラ26は、4番目の作業パスにおいてもシュースリップ無しと判定すると、次の5番目の作業パスにおいて目標土量をさらにSt1からSt2に増大させる。すなわち、コントローラ26は、連続回数Nsが回数閾値Nth以上である間は、シュースリップ無しと判定するたびに目標土量を増大させる。従って、図7に示すように、4番目の作業パス以降、8番目の作業パスまで、コントローラ26は、目標土量を順次、増大させる。

8番目の作業パスでは、目標土量がスリップ発生限界Slimitより大きいSt5となる。従って、8番目の作業パスではスリップが発生する。コントローラ26は、8番目の作業パスにおいてスリップ有りと判定すると、次の9番目の作業パスにおいて、目標土量をSt5からSt4に低減する。また、コントローラ26は、連続回数Nsをリセットして0とする。

次の10,11番目の作業パスでは、コントローラ26はスリップ無しと判定するが、連続回数Nsは回数閾値Nthより小さいため、コントローラ26は、目標土量をSt4に維持する。コントローラ26が、11番目の作業パスにおいてスリップ無しと判定すると、連続回数Nsが回数閾値Nth以上となる。そのため、コントローラ26は、次の12番目の作業パスにおいて目標土量をSt4からSt5に増大する。以降、12から18番目の作業パスにおいて、目標土量の増大と低減とが繰り返される。

コントローラ26は、更新した目標土量を随時、記憶装置28に保存する。そして、１つの作業パスが終了し、次の作業パスが開始されるときには、コントローラ26は、更新された目標土量を初期値として目標設計面60を決定する。コントローラ26は、次の作業パスにおいても、スリップの有無を判定し、その判定の結果に基づいて目標土量を更新する。

以上説明した、本実施形態に係る作業車両1の制御システム3によれば、目標設計面60が出来形面50よりも下方に位置するときには、目標設計面60に沿って作業機13を制御することで、作業機13への負荷が過剰となることを抑えながら、掘削を行うことができる。それにより、作業の仕上がりの品質を向上させることができる。また、自動制御により、作業の効率を向上させることができる。

また、スリップの判定の結果に応じて目標土量が変更され、変更された目標土量に従って、目標設計面60が決定される。従って、スリップの発生を抑えることができる。

なお、スリップを抑えるためには、目標土量は、スリップ発生限界Slimit以下であることが好ましい。一方、作業の効率をより向上させるためには、目標土量は、できるだけ大きいことが好ましい。従って、目標土量は、スリップ発生限界Slimit以下のスリップ発生限界Slimit近傍の値であることが好ましい。しかし、スリップ発生限界Slimitは、作業現場の土質によって異なる。また、土質が同じであっても、スリップ発生限界Slimitは作業現場の地形、或いは環境によっても異なる。従って、事前にスリップ発生限界Slimitを精度良く把握することは困難である。

しかし、本実施形態に係る作業車両1の制御システム3では、目標土量は、実際のスリップの発生回数に基づいて更新される。そのため、作業を行いながら目標土量を更新することで、目標土量をスリップ発生限界Slimit近傍の値に設定することができる。それにより、作業の効率を向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

作業車両1は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ、モータグレーダ等の他の車両であってもよい。作業車両1は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム3の一部は、作業車両1の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されてもよい。コントローラ26は、作業現場から離れたコントロールセンタ内に配置されてもよい。

走行装置12は、履帯16に限らず、他の駆動部品を有してもよい。例えば、走行装置12は、ホイール及びタイヤを有してもよい。

コントローラ26は、目標設計面60に従って作業機13を制御するのではなく、目標設計面60を示すガイダンス画面をディスプレイに表示させてもよい。その場合、コントローラ26は、スリップの判定の結果によって変更した目標土量に基づいて、目標設計面60を更新する。そして、コントローラ26は、更新した目標設計面60をガイダンス画面に表示することで、適切な目標設計面60をオペレータに提供することができる。

コントローラ26は、スリップの判定の結果に応じて、目標土量以外の目標値を変更してもよい。目標値は、作業機への負荷を示すパラメータの目標値であることが好ましい。例えば、コントローラ26は、スリップの判定の結果に応じて、目標牽引力を変更してもよい。コントローラ26は、作業車両の牽引力が目標牽引力となるように、目標設計面60を決定してもよい。

その場合、コントローラ26は、出力センサ34での検出値から牽引力を算出してもよい。例えば、作業車両1の動力伝達装置24がHSTの場合、コントローラ26は、油圧モータの駆動油圧と油圧モータの回転速度とから牽引力を算出することができる。或いは、動力伝達装置24がトルクコンバーターとトランスミッションとを有する場合、コントローラ26は、トランスミッションへの入力トルクと、トランスミッションの減速比とから牽引力を算出することができる。トランスミッションへの入力トルクは、トルクコンバーターの出力回転速度から算出することができる。ただし、牽引力の検出方法は上述したものに限らず、他の方法により検出されてもよい。

コントローラ26は、互いに別体の複数のコントローラ26を有してもよい。例えば、図8に示すように、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されるリモートコントローラ261と、作業車両1に搭載される車載コントローラ262とを含んでもよい。リモートコントローラ261と車載コントローラ262とは通信装置38,39を介して無線により通信可能であってもよい。そして、上述したコントローラ26の機能の一部がリモートコントローラ261によって実行され、残りの機能が車載コントローラ262によって実行されてもよい。例えば、目標設計面60を決定する処理がリモートコントローラ261によって実行され、作業機13への指令信号を出力する処理が車載コントローラ262によって実行されてもよい。

操作装置25a,25b及び入力装置25cは、作業車両1の外部に配置されてもよい。その場合、運転室は、作業車両1から省略されてもよい。或いは、操作装置25a,25b及び入力装置25cが作業車両1から省略されてもよい。操作装置25a,25b及び入力装置25cによる操作無しで、コントローラ26による自動制御のみによって作業車両1が操作されてもよい。

出来形面50は、上述した位置センサ31に限らず、他の装置によって取得されてもよい。例えば、図9に示すように、外部の装置からのデータを受け付けるインターフェ−ス装置37によって出来形面50が取得されてもよい。インターフェ−ス装置37は、外部の計測装置40が計測した出来形データを無線によって受信してもよい。

外部の計測装置として、例えば、航空レーザ測量を用いてよい。或いは、カメラによって出来形面50を撮影し、カメラによって得られた画像データから出来形データが生成されてもよい。例えば、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)による空撮測量を用いてよい。或いは、インターフェ−ス装置37は、記録媒体の読み取り装置であって、外部の計測装置40が計測した出来形データを記録媒体を介して受け付けてもよい。

本発明によれば、自動制御によって、効率良く、且つ、仕上がりの品質の良い作業を行うことができる作業車両の制御システム、方法、及び作業車両を提供することができる。

13 作業機
1 作業車両
3 制御システム
26 コントローラ

Claims (17)

1. 走行装置と作業機とを有する作業車両の制御システムであって、
   コントローラを備え、
   前記コントローラは、
   所定の目標負荷に従って前記作業機を制御し、
   前記作業機の制御中に、前記走行装置のスリップの発生を判定し、
   前記スリップが無いと判定したときには、前記目標負荷を増大させる、
   作業車両の制御システム。
2. 前記コントローラは、所定回数連続して前記スリップが無いと判定したときに、前記目標負荷を増大させる、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
3. 前記コントローラは、前記スリップが有ると判定したときには、前記目標負荷を減少させる、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
4. 前記コントローラは、
   前記目標負荷に従って、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計面を決定し、
   前記目標負荷が大きいほど作業対象の出来形面から前記目標設計面までの距離を増大させる、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
5. 前記目標負荷は、目標土量であり、
   前記コントローラは、前記作業機によって掘削される土量が前記目標土量となるように、前記作業機を制御する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
6. 前記目標負荷は、目標牽引力であり、
   前記コントローラは、前記作業車両の牽引力が前記目標牽引力となるように、前記作業機を制御する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
7. 前記コントローラは、
   第１の作業パスの実行中に前記スリップの発生を判定し、
   前記スリップの判定の結果に応じて第2の作業パスのための前記目標負荷を決定する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
8. 走行装置と作業機とを有する作業車両を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、
   所定の目標負荷に従って、前記作業機を制御することと、
   前記作業機の制御中に、前記走行装置のスリップの発生を判定することと、
   前記スリップが無いと判定したときには、前記目標負荷を増大させること、
   を備える方法。
9. 前記目標負荷を変更することは、所定回数連続して前記スリップが無いと判定したときに、前記目標負荷を増大させることを含む、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記目標負荷を変更することは、前記スリップが有ると判定したときに、前記目標負荷を減少させることを含む、
    請求項８に記載の方法。
11. 前記目標負荷に従って、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計面を決定することと、
    前記目標負荷が大きいほど作業対象の出来形面から前記目標設計面までの距離を増大させること、
    をさらに備える請求項８に記載の方法。
12. 前記目標負荷は、目標土量であり、
    前記作業機を制御することは、前記作業機によって掘削される土量が前記目標土量となるように、前記作業機を制御することを含む、
    請求項８に記載の方法。
13. 前記目標負荷は、目標牽引力であり、
    前記作業機を制御することは、前記作業車両の牽引力が前記目標牽引力となるように、前記作業機を制御することを含む、
    請求項８に記載の方法。
14. 第1の作業パスの実行中に前記スリップの発生を判定することと、
    前記スリップの判定の結果に応じて第2の作業パスのための前記目標負荷を決定すること、
    をさらに備える、
    請求項８に記載の方法。
15. 走行装置と、
    作業機と、
    コントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、
    所定の目標負荷に従って、前記作業機を制御し、
    前記作業機の制御中に、前記走行装置のスリップの発生を判定し、
    前記スリップが無いと判定したときには、前記目標負荷を増大させる、
    作業車両。
16. 前記コントローラは、所定回数連続して前記スリップが無いと判定したときに、前記目標負荷を増大させる、
    請求項１５に記載の作業車両。
17. 前記コントローラは、前記スリップが有ると判定したときには、前記目標負荷を減少させる、
    請求項１５に記載の作業車両。

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