JP2023150704A - Work machine and control method of work machine - Google Patents

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啓敬 新田目
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    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
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Abstract

To provide a work machine capable of automatically and accurately bucketing a specified amount of soil.SOLUTION: A work machine comprises a travelable vehicle body, a work tool carrying out excavation work with a bucket; and a controller. The controller has first calculation means for acquiring mechanical data on motion of the vehicle body and the working tool to calculate a target attitude of the work tool during the excavation work based on the mechanical data, and second calculation means for calculating an accelerator opening necessary to excavate a target excavation amount of soil. The controller controls motion of the work tool so as to make the attitude of the work tool be the target attitude and travel of the vehicle body based on the accelerator opening.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本開示は、作業機械および作業機械の制御方法に関する。 The present disclosure relates to a work machine and a method of controlling the work machine.

従来、作業機械のオペレータが所望とする土量を作業機で掘削するには、オペレータの経験および技能を要する。このため、近年、学習済みモデルを用いて作業機の姿勢を制御する作業機械が開発されている。 Conventionally, in order for an operator of a working machine to excavate a desired amount of soil with a working machine, the operator's experience and skill are required. For this reason, in recent years, work machines that control the posture of the work machine using learned models have been developed.

たとえば、特開2021-143555号公報(特許文献1)には、このような作業機械として、作業機による作業量の目標値と、作業機による作業開始からの経過時間と、作業機が取り付けられた車体および作業機の動作に関する機械データとを取得し、学習済み姿勢推定モデルを用いて目標値、経過時間および機械データから目標姿勢を推定した推定目標姿勢を出力するコンピュータを搭載したホイールローダが開示されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-143555 (Patent Document 1) describes a target value of the amount of work performed by the work machine, an elapsed time from the start of work by the work machine, and the time when the work machine is installed. The wheel loader is equipped with a computer that acquires machine data regarding the motion of the vehicle body and work equipment, and outputs an estimated target posture by estimating the target posture from the target value, elapsed time, and machine data using a learned posture estimation model. Disclosed.

また、近年、電子制御を活用したHMT(Hydraulic Mechanical Transmission)方式のホイールローダ(非特許文献1)が開発されている。当該電子制御を活用したHMTホイールローダは、トルクコンバータと機械式トランスミッションとを備えた方式のホイールローダの作業効率の高さと、HST(Hydrostatic transmission)方式のホイールローダが有する操作性の高さとの両立を実現している。 Furthermore, in recent years, an HMT (Hydraulic Mechanical Transmission) wheel loader that utilizes electronic control has been developed (Non-Patent Document 1). The HMT wheel loader that utilizes electronic control has both the high work efficiency of a wheel loader equipped with a torque converter and a mechanical transmission, and the high operability of a wheel loader using an HST (Hydrostatic transmission) system. has been realized.

特開2021-143555号公報JP 2021-143555 Publication

村本 卓也 外2名 “電子制御を活用したHMT(Hydraulic Mechanical Transmission)ホイールローダの開発”、[online]、令和2年度 建設施工と建設機械シンポジウム 論文集・梗概集、[令和4年2月7日検索]、<URL:https://jcmanet.or.jp/bunken/symposium/2020/ronbun15.pdf>Takuya Muramoto and two others “Development of HMT (Hydraulic Mechanical Transmission) wheel loader using electronic control”, [online], 2020 Construction and Construction Machinery Symposium Collected Papers and Abstracts, [2020 2 Searched on the 7th of the month], <URL: https://jcmanet.or.jp/bunken/symposium/2020/ronbun15.pdf>

指定された土量を作業機によって自動で従来よりもさらに正確に掬うことが求められている。本開示は、指定された土量を自動で正確に掬うことが可能な作業機械および作業機械の制御方法を提供することにある。 There is a need for working machines to automatically scoop a specified amount of soil more accurately than before. An object of the present disclosure is to provide a working machine and a method of controlling the working machine that can automatically and accurately scoop a designated amount of soil.

本開示のある局面に従うと、作業機械は、走行可能な車体と、バケットを含み、かつバケットにて掘削作業を行う作業機と、コントローラとを備える。コントローラは、車体および作業機の動作に関する機械データを取得し、機械データに基づいて、掘削作業中の作業機の目標姿勢を算出する第1の算出手段と、目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度を算出する第2の算出手段とを有する。コントローラは、作業機の姿勢が目標姿勢となるように作業機の動作を制御するとともにアクセル開度に基づき車体の走行を制御する。 According to an aspect of the present disclosure, a working machine includes a movable vehicle body, a working machine that includes a bucket and performs excavation work with the bucket, and a controller. The controller acquires machine data regarding the operation of the vehicle body and the work equipment, and includes a first calculation means that calculates a target posture of the work equipment during excavation work based on the machine data, and a first calculation means that calculates a target posture of the work equipment during excavation work based on the machine data. and second calculation means for calculating the accelerator opening degree. The controller controls the operation of the work machine so that the attitude of the work machine becomes a target attitude, and also controls the traveling of the vehicle body based on the accelerator opening degree.

本開示の他の局面に従うと、走行可能な車体とバケットを有する作業機とを備えた作業機械の制御方法は、車体および作業機の動作に関する機械データを取得し、機械データに基づいて、掘削作業中の作業機の目標姿勢を算出するステップと、目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度を算出するステップと、作業機の姿勢が目標姿勢となるように作業機の動作を制御するとともにアクセル開度に基づき車体の走行を制御するステップとを備える。 According to another aspect of the present disclosure, a method for controlling a working machine including a travelable vehicle body and a working machine having a bucket acquires machine data regarding the operation of the vehicle body and the working machine, and performs excavation based on the machine data. A step of calculating the target posture of the work equipment during work, a step of calculating the accelerator opening degree required to excavate the target amount of soil to be excavated, and a step of controlling the operation of the work equipment so that the attitude of the work equipment matches the target attitude. and a step of controlling the running of the vehicle body based on the accelerator opening degree.

本開示によれば、指定された土量を自動で正確に掬うことが可能となる。 According to the present disclosure, it becomes possible to automatically and accurately scoop a designated amount of soil.

実施形態に基づく作業機械の一例としてのホイールローダの側面図である。FIG. 1 is a side view of a wheel loader as an example of a working machine based on an embodiment. 実施形態に基づくホイールローダの構成を示す概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of a wheel loader according to an embodiment. 作業機と走行との独立制御の概念を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the concept of independent control of a working machine and traveling. ホイールローダによる掘削作業を説明する図である。It is a figure explaining excavation work by a wheel loader. ホイールローダで実行される処理の流れの概要を説明するためのフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram for explaining an overview of the flow of processing executed by the wheel loader. ホイールローダで実行される処理の流れの変形例を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for explaining the modification of the flow of processing performed by a wheel loader. コントローラで実行される演算を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining calculations executed by a controller. 算出部によって実行される処理を模式化した図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating processing executed by a calculation unit. 算出されたアクセル開度が大きい場合における掘削作業を説明するための図である。It is a figure for explaining the excavation work when the calculated accelerator opening is large. 算出されたアクセル開度が図9のアクセル開度よりも小さい場合における掘削作業を説明するための図である。10 is a diagram for explaining excavation work when the calculated accelerator opening degree is smaller than the accelerator opening degree shown in FIG. 9. FIG. 作業機操作とアクセル操作との自動制御による掘削精度を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining excavation accuracy by automatic control of work machine operation and accelerator operation. ダンプトラックへの積込土量の総量を18tonとした場合において、作業機操作とアクセル操作との自動制御によって掘削したときと、マニュアル操作で掘削したときとにおける、10回分のダンプトラックへの積込土量と積込精度とを示した図である。Assuming that the total amount of soil loaded onto the dump truck is 18 tons, the amount of soil loaded onto the dump truck for 10 times when excavating with automatic control of work equipment operation and accelerator operation, and when excavating with manual operation. It is a diagram showing the amount of soil and loading accuracy. 図12に示したデータの平均値と、サイクルタイムと、燃料消費量とを示した図である。13 is a diagram showing the average value, cycle time, and fuel consumption of the data shown in FIG. 12. FIG. 作業機操作とアクセル操作との自動制御による燃費をさらに説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for further explaining fuel efficiency by automatic control of work equipment operation and accelerator operation. 算出部の機能的構成を説明するための機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the functional configuration of a calculation unit. 補正式の生成の流れを説明するためのフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram for explaining the flow of generating a correction formula. 補正式を生成する際に用いる目標掘削土量とペイロードメータによる計測値との関係を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the target excavated soil volume used when generating a correction formula and the measured value by a payload meter. ダンプトラックに積み込む土砂の総量の入力から、補正部による補正までの一連の処理の流れを説明するためのフロー図である。FIG. 3 is a flowchart for explaining a series of processing steps from inputting the total amount of earth and sand to be loaded onto a dump truck to correction by a correction section.

以下、実施の形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments will be described based on the drawings. In the following description, the same parts are given the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed descriptions thereof will not be repeated.

<A.全体構成>
実施の形態においては、作業機械の一例として、自走式の作業機械の一種であるホイールローダ1について説明する。図1は、実施形態に基づく作業機械の一例としてのホイールローダ1の側面図である。
<A. Overall configuration>
In the embodiment, a wheel loader 1, which is a type of self-propelled working machine, will be described as an example of a working machine. FIG. 1 is a side view of a wheel loader 1 as an example of a working machine based on an embodiment.

図1に示されるように、ホイールローダ1は、車体フレーム2と、作業機3と、走行装置4と、キャブ5とを備えている。車体フレーム2、キャブ5などからホイールローダ1の車体20が構成されている。車体20には、作業機3および走行装置4が取り付けられている。 As shown in FIG. 1, the wheel loader 1 includes a vehicle body frame 2, a working machine 3, a traveling device 4, and a cab 5. A vehicle body 20 of the wheel loader 1 is composed of a vehicle body frame 2, a cab 5, and the like. A working machine 3 and a traveling device 4 are attached to the vehicle body 20.

走行装置4は、車体20を走行させるものであり、走行輪4a、4bを含んでいる。ホイールローダ1は、走行輪4a、4bが回転駆動されることにより自走可能であり、作業機3を用いて所望の作業を行うことができる。 The traveling device 4 causes the vehicle body 20 to travel, and includes running wheels 4a and 4b. The wheel loader 1 is self-propelled by rotationally driving running wheels 4a and 4b, and can perform desired work using the working machine 3.

車体フレーム2は、前フレーム2aと後フレーム2bとを含んでいる。前フレーム2aと後フレーム2bとは、互いに左右方向に揺動可能に取り付けられている。前フレーム2aと後フレーム2bとに亘って、一対のステアリングシリンダ11が取り付けられている。ステアリングシリンダ11は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ11がステアリングポンプ(図示せず)からの作動油によって伸縮することによって、ホイールローダ1の進行方向が左右に変更される。 The vehicle body frame 2 includes a front frame 2a and a rear frame 2b. The front frame 2a and the rear frame 2b are attached to each other so as to be swingable in the left-right direction. A pair of steering cylinders 11 are attached across the front frame 2a and the rear frame 2b. Steering cylinder 11 is a hydraulic cylinder. As the steering cylinder 11 expands and contracts with hydraulic oil from a steering pump (not shown), the traveling direction of the wheel loader 1 is changed to the left or right.

本明細書中において、ホイールローダ1が直進走行する方向を、ホイールローダ1の前後方向という。ホイールローダ1の前後方向において、車体フレーム2に対して作業機3が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ1の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ1の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。 In this specification, the direction in which the wheel loader 1 travels straight is referred to as the front-rear direction of the wheel loader 1. In the front-rear direction of the wheel loader 1, the side on which the working machine 3 is arranged with respect to the vehicle body frame 2 is defined as the front direction, and the side opposite to the front direction is defined as the rear direction. The left-right direction of the wheel loader 1 is a direction perpendicular to the front-rear direction in plan view. Looking forward, the right and left sides in the left and right direction are the right direction and left direction, respectively. The vertical direction of the wheel loader 1 is a direction perpendicular to a plane defined by the front-rear direction and the left-right direction. In the vertical direction, the side with the ground is the bottom, and the side with the sky is the top.

前フレーム2aには、作業機3および一対の走行輪(前輪)4aが取り付けられている。作業機3は、車体20の前方に配設されている。作業機3は、作業機ポンプ13(図2参照)からの作動油によって駆動される。作業機ポンプ13は、エンジン21により駆動され、吐出する作動油によって作業機3を作動させる油圧ポンプである。作業機3は、ブーム14と、作業具であるバケット6とを含んでいる。バケット6は、作業機3の先端に配置されている。バケット6は、ブーム14の先端に着脱可能に装着されたアタッチメントの一例である。作業の種類に応じて、アタッチメントが、グラップル、フォーク、またはプラウなどに付け替えられる。 A working machine 3 and a pair of running wheels (front wheels) 4a are attached to the front frame 2a. The work machine 3 is arranged in front of the vehicle body 20. The work machine 3 is driven by hydraulic oil from a work machine pump 13 (see FIG. 2). The work machine pump 13 is a hydraulic pump that is driven by the engine 21 and operates the work machine 3 with the hydraulic fluid it discharges. The work machine 3 includes a boom 14 and a bucket 6 that is a work tool. The bucket 6 is arranged at the tip of the working machine 3. The bucket 6 is an example of an attachment that is detachably attached to the tip of the boom 14. Depending on the type of work, attachments can be changed to grapples, forks, or plows.

ブーム14の基端部は、ブームピン9によって前フレーム2aに回転自在に取付けられている。バケット6は、ブーム14の先端に位置するバケットピン17によって、回転自在にブーム14に取付けられている。 A base end portion of the boom 14 is rotatably attached to the front frame 2a by a boom pin 9. The bucket 6 is rotatably attached to the boom 14 by a bucket pin 17 located at the tip of the boom 14.

前フレーム2aとブーム14とは、一対のブームシリンダ16により連結されている。ブームシリンダ16は、油圧シリンダである。ブームシリンダ16の基端は、前フレーム2aに取り付けられている。ブームシリンダ16の先端は、ブーム14に取り付けられている。ブームシリンダ16が作業機ポンプ13(図2参照)からの作動油によって伸縮することによって、ブーム14が昇降する。ブームシリンダ16は、ブームピン9を中心としてブーム14を上下に回転駆動する。 The front frame 2a and the boom 14 are connected by a pair of boom cylinders 16. Boom cylinder 16 is a hydraulic cylinder. A base end of the boom cylinder 16 is attached to the front frame 2a. The tip of the boom cylinder 16 is attached to the boom 14. The boom 14 moves up and down as the boom cylinder 16 expands and contracts with the hydraulic oil from the work equipment pump 13 (see FIG. 2). The boom cylinder 16 rotates the boom 14 up and down about the boom pin 9.

作業機3は、ベルクランク18と、バケットシリンダ19と、リンク15とをさらに含んでいる。ベルクランク18は、ブーム14のほぼ中央に位置する支持ピン18aによって、ブーム14に回転自在に支持されている。バケットシリンダ19は、ベルクランク18と前フレーム2aとを連結している。リンク15は、ベルクランク18の先端部に設けられた連結ピン18cに連結されている。リンク15は、ベルクランク18とバケット6とを連結している。 The work machine 3 further includes a bell crank 18, a bucket cylinder 19, and a link 15. The bell crank 18 is rotatably supported by the boom 14 by a support pin 18a located approximately at the center of the boom 14. The bucket cylinder 19 connects the bell crank 18 and the front frame 2a. The link 15 is connected to a connecting pin 18c provided at the tip of the bell crank 18. Link 15 connects bell crank 18 and bucket 6.

バケットシリンダ19は、油圧シリンダであり作業具シリンダである。バケットシリンダ19の基端は、前フレーム2aに取り付けられている。バケットシリンダ19の先端は、ベルクランク18の基端部に設けられた連結ピン18bに取り付けられている。バケットシリンダ19が作業機ポンプ13(図2参照)からの作動油によって伸縮することによって、バケット6が上下に回動する。バケットシリンダ19は、バケットピン17を中心としてバケット6を回転駆動する。 The bucket cylinder 19 is a hydraulic cylinder and a working tool cylinder. The base end of the bucket cylinder 19 is attached to the front frame 2a. The tip of the bucket cylinder 19 is attached to a connecting pin 18b provided at the base end of the bell crank 18. The bucket 6 rotates up and down as the bucket cylinder 19 expands and contracts with the hydraulic oil from the working machine pump 13 (see FIG. 2). The bucket cylinder 19 rotates the bucket 6 around the bucket pin 17 .

後フレーム2bには、キャブ5および一対の走行輪(後輪)4bが取り付けられている。キャブ5は、ブーム14の後方に配置されている。キャブ5は、車体フレーム2上に載置されている。キャブ5内には、ホイールローダ1のオペレータが着座するシート、および後述する操作装置8などが配置されている。 A cab 5 and a pair of running wheels (rear wheels) 4b are attached to the rear frame 2b. The cab 5 is arranged behind the boom 14. The cab 5 is placed on the vehicle body frame 2. Inside the cab 5, a seat on which an operator of the wheel loader 1 sits, an operating device 8, which will be described later, and the like are arranged.

<B.システム構成>
図2は、実施形態に基づくホイールローダ1の構成を示す概略ブロック図である。図2に示されるように、ホイールローダ1は、駆動源としてのエンジン21、走行装置4、作業機ポンプ13、操作装置8、コントローラ10、ディスプレイ50などを備えている。
<B. System configuration>
FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of the wheel loader 1 based on the embodiment. As shown in FIG. 2, the wheel loader 1 includes an engine 21 as a driving source, a traveling device 4, a working machine pump 13, an operating device 8, a controller 10, a display 50, and the like.

エンジン21は、たとえばディーゼルエンジンである。シリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより、エンジン21の出力が制御される。この調整は、電子ガバナ(図示せず)がコントローラ10によって制御されることで行われる。 Engine 21 is, for example, a diesel engine. The output of the engine 21 is controlled by adjusting the amount of fuel injected into the cylinder. This adjustment is performed by controlling an electronic governor (not shown) by the controller 10.

エンジン回転数は、エンジン回転数センサ91によって検出される。エンジン回転数センサ91の検出信号は、コントローラ10に入力される。 The engine rotation speed is detected by an engine rotation speed sensor 91. A detection signal from the engine rotation speed sensor 91 is input to the controller 10 .

走行装置4は、エンジン21からの駆動力によりホイールローダ1を走行させる装置である。走行装置4は、トランスミッション23、ならびに上述した前輪4aおよび後輪4bなどを有している。 The traveling device 4 is a device that causes the wheel loader 1 to travel using driving force from the engine 21. The traveling device 4 includes a transmission 23, the aforementioned front wheels 4a and rear wheels 4b, and the like.

動力伝達装置であるトランスミッション23は、エンジン21からの駆動力を前輪4aおよび後輪4bに伝達する装置である。ホイールローダ1においては、前フレーム2aに取り付けられた前輪4aと、後フレーム2bに取り付けられた後輪4bとの両方が、駆動力を受けてホイールローダ1を走行させる駆動輪を構成している。トランスミッション23は、入力軸27の回転を変速して出力軸28に出力する。 The transmission 23, which is a power transmission device, is a device that transmits the driving force from the engine 21 to the front wheels 4a and the rear wheels 4b. In the wheel loader 1, both the front wheel 4a attached to the front frame 2a and the rear wheel 4b attached to the rear frame 2b constitute driving wheels that receive driving force and cause the wheel loader 1 to travel. . The transmission 23 changes the speed of the rotation of the input shaft 27 and outputs the same to the output shaft 28 .

出力軸28には、出力回転数センサ92が設けられている。出力回転数センサ92は、出力軸28の回転数を検出する。出力回転数センサ92からの検出信号は、コントローラ10に入力される。コントローラ10は、出力回転数センサ92の検出信号に基づいて車速を算出する。 An output rotation speed sensor 92 is provided on the output shaft 28 . The output rotation speed sensor 92 detects the rotation speed of the output shaft 28 . A detection signal from the output rotation speed sensor 92 is input to the controller 10. The controller 10 calculates the vehicle speed based on the detection signal of the output rotation speed sensor 92.

トランスミッション23から出力された駆動力は、車軸32などを介して車輪4a,4bに伝達される。これにより、ホイールローダ1が走行する。エンジン21からの駆動力の一部が走行装置4に伝達されて、ホイールローダ1が走行する。 The driving force output from the transmission 23 is transmitted to the wheels 4a and 4b via the axle 32 and the like. Thereby, the wheel loader 1 travels. A portion of the driving force from the engine 21 is transmitted to the traveling device 4, and the wheel loader 1 travels.

エンジン21の駆動力の一部は、動力取出部33を介して、作業機ポンプ13に伝達される。 A part of the driving force of the engine 21 is transmitted to the work equipment pump 13 via the power extraction section 33.

作業機ポンプ13およびステアリングポンプは、エンジン21からの駆動力によって駆動される油圧ポンプである。作業機ポンプ13から吐出された作動油は、作業機バルブ34を介してブームシリンダ16およびバケットシリンダ19に供給される。作業機3は、エンジン21からの駆動力の一部によって駆動される。 The work equipment pump 13 and the steering pump are hydraulic pumps driven by the driving force from the engine 21. Hydraulic oil discharged from the work equipment pump 13 is supplied to the boom cylinder 16 and the bucket cylinder 19 via the work equipment valve 34. The work machine 3 is driven by a portion of the driving force from the engine 21.

第1油圧検出器95は、ブームシリンダ16に取り付けられている。第1油圧検出器95は、ブームシリンダ16の油室内の作動油の圧力を検出する。第1油圧検出器95の検出信号は、コントローラ10に入力される。 The first oil pressure detector 95 is attached to the boom cylinder 16. The first oil pressure detector 95 detects the pressure of hydraulic oil in the oil chamber of the boom cylinder 16 . A detection signal from the first oil pressure detector 95 is input to the controller 10.

第2油圧検出器96は、バケットシリンダ19に取り付けられている。第2油圧検出器96は、バケットシリンダ19の油室内の作動油の圧力を検出する。第2油圧検出器96の検出信号は、コントローラ10に入力される。 The second oil pressure detector 96 is attached to the bucket cylinder 19. The second oil pressure detector 96 detects the pressure of the hydraulic oil in the oil chamber of the bucket cylinder 19 . A detection signal from the second oil pressure detector 96 is input to the controller 10.

第1角度検出器29は、たとえば、ブームピン9に取り付けられたポテンショメータである。第1角度検出器29は、車体20に対するブーム14の持ち上がり角度を表すブーム角度を検出する。第1角度検出器29は、ブーム角度を示す検出信号をコントローラ10に出力する。 The first angle detector 29 is, for example, a potentiometer attached to the boom pin 9. The first angle detector 29 detects a boom angle that represents the lifting angle of the boom 14 with respect to the vehicle body 20. The first angle detector 29 outputs a detection signal indicating the boom angle to the controller 10.

具体的には、図1に示すように、ブーム基準線Pは、ブームピン9の中心とバケットピン17の中心とを通る直線である。水平線Hは、ホイールローダ1の前後方向に平行である。水平線Hは、ブームピン9の中心から前方に延びる。ブーム角度θ1は、ブームピン9の中心から前方に延びる水平線Hと、ブーム基準線Pとの成す角度である。ブーム基準線Pが水平である場合をブーム角度θ1=0°と定義する。ブーム基準線Pが水平線Hよりも上方にある場合にブーム角度θ1を正とする。ブーム基準線Pが水平線Hよりも下方にある場合にブーム角度θ1を負とする。 Specifically, as shown in FIG. 1, the boom reference line P is a straight line passing through the center of the boom pin 9 and the center of the bucket pin 17. The horizontal line H is parallel to the front-rear direction of the wheel loader 1. Horizontal line H extends forward from the center of boom pin 9. The boom angle θ1 is the angle between the horizontal line H extending forward from the center of the boom pin 9 and the boom reference line P. When the boom reference line P is horizontal, the boom angle θ1 is defined as 0°. When the boom reference line P is above the horizontal line H, the boom angle θ1 is positive. When the boom reference line P is below the horizontal line H, the boom angle θ1 is set to be negative.

なお第1角度検出器29は、ブームシリンダ16に配置されたストロークセンサであってもよい。 Note that the first angle detector 29 may be a stroke sensor disposed on the boom cylinder 16.

第2角度検出器48は、たとえば、支持ピン18aに取り付けられたポテンショメータである。第2角度検出器48は、ブーム14に対するベルクランク18の角度を表すベルクランク角度を検出する。第2角度検出器48は、ベルクランク角度を示す検出信号をコントローラ10に出力する。 The second angle detector 48 is, for example, a potentiometer attached to the support pin 18a. The second angle detector 48 detects a bellcrank angle that represents the angle of the bellcrank 18 with respect to the boom 14 . The second angle detector 48 outputs a detection signal indicating the bellcrank angle to the controller 10.

具体的には、図1に示すように、ベルクランク基準線Qは、支持ピン18aの中心と連結ピン18bの中心とを通る直線である。ベルクランク角度θ2は、ブーム基準線Pとベルクランク基準線Qとの成す角度である。支持ピン18bの中心(以下、「Ua」とも称する)と、ブーム基準線Pとベルクランク基準線Qとの交点(以下、「Ub」とも称する)と、ブームピン9の中心(以下、「Uc」とも称する)とを頂点とする三角形UaUbUc(図示せず)において、ベルクランク角度θ2は、∠UaUbUcである。 Specifically, as shown in FIG. 1, the bellcrank reference line Q is a straight line passing through the center of the support pin 18a and the center of the connection pin 18b. The bell crank angle θ2 is the angle formed by the boom reference line P and the bell crank reference line Q. The center of the support pin 18b (hereinafter also referred to as "Ua"), the intersection of the boom reference line P and the bell crank reference line Q (hereinafter also referred to as "Ub"), and the center of the boom pin 9 (hereinafter referred to as "Uc") In a triangle UaUbUc (not shown) whose apex is UaUbUc (also referred to as UaUbUc), the bellcrank angle θ2 is ∠UaUbUc.

第2角度検出器48は、ブーム14に対するバケット6の角度(バケット角度θ3)を検出してもよい。バケット角度θ3は、バケットピン17の中心とバケット6の刃先6aとを通る直線Rと、ブーム基準線Pとの成す角度である。バケット6の刃先6aの位置(以下、「Ud」とも称する)と、ブーム基準線Pと直線Rとの交点(「Uf」)と、基準線P上に位置し、かつ上記交点に関してブームピン9の中心(Uc)の反対側に位置する点(以下、「Ue」とも称する)とを頂点とする三角形UdUfUe(図示せず)において、バケット角度θ3は、∠UdUfUeである。 The second angle detector 48 may detect the angle of the bucket 6 with respect to the boom 14 (bucket angle θ3). The bucket angle θ3 is an angle formed by a straight line R passing through the center of the bucket pin 17 and the cutting edge 6a of the bucket 6 and the boom reference line P. The position of the cutting edge 6a of the bucket 6 (hereinafter also referred to as "Ud"), the intersection of the boom reference line P and the straight line R ("Uf"), and the position of the boom pin 9 located on the reference line P and with respect to the above-mentioned intersection. In a triangle UdUfUe (not shown) whose apex is a point located on the opposite side of the center (Uc) (hereinafter also referred to as "Ue"), the bucket angle θ3 is ∠UdUfUe.

第2角度検出器48は、バケットピン17に取り付けられたポテンショメータまたは近接スイッチであってもよい。または第2角度検出器48は、バケットシリンダ19に配置されたストロークセンサであってもよい。 The second angle detector 48 may be a potentiometer or a proximity switch attached to the bucket pin 17. Alternatively, the second angle detector 48 may be a stroke sensor disposed on the bucket cylinder 19.

操作装置8は、オペレータによって操作される。操作装置8は、オペレータがホイールローダ1を動作させるために操作する、複数種類の操作部材を備えている。具体的には操作装置8は、アクセル操作部材81aと、ブーム操作部材83aと、バケット操作部材84aとを備えている。 The operating device 8 is operated by an operator. The operating device 8 includes a plurality of types of operating members that are operated by an operator to operate the wheel loader 1. Specifically, the operating device 8 includes an accelerator operating member 81a, a boom operating member 83a, and a bucket operating member 84a.

アクセル操作部材81aは、たとえばアクセルペダルである。アクセル操作部材81aの操作量(アクセルペダルの場合、踏み込み量)を増大すると、車体20は加速する。アクセル操作部材81aの操作量を減少すると、車体20は減速する。アクセル操作検出部81bは、アクセル操作部材81aの操作量を検出する。アクセル操作部材81aの操作量は、「アクセル開度」または「アクセル操作量」とも称される。アクセル操作検出部81bは、アクセル開度(以下、「アクセル開度V1」とも称する)を検出する。アクセル操作検出部81bは、検出信号をコントローラ10へ出力する。コントローラ10は、アクセル操作検出部81bからの検出信号に基づいてエンジン21の出力と、トランスミッション23の減速比とを制御する。 The accelerator operating member 81a is, for example, an accelerator pedal. When the amount of operation of the accelerator operation member 81a (the amount of depression in the case of an accelerator pedal) is increased, the vehicle body 20 accelerates. When the amount of operation of the accelerator operation member 81a is decreased, the vehicle body 20 is decelerated. The accelerator operation detection unit 81b detects the amount of operation of the accelerator operation member 81a. The operation amount of the accelerator operation member 81a is also referred to as "accelerator opening degree" or "accelerator operation amount." The accelerator operation detection unit 81b detects the accelerator opening degree (hereinafter also referred to as "accelerator opening degree V1"). The accelerator operation detection section 81b outputs a detection signal to the controller 10. The controller 10 controls the output of the engine 21 and the reduction ratio of the transmission 23 based on the detection signal from the accelerator operation detection section 81b.

アクセル操作検出部81bは、たとえば、アクセル操作に基づく電圧値(操作信号)を読み取るセンサである。アクセル操作検出部81bは、ホイールローダ1に予め搭載されている機器であってもよい。あるいは、アクセル操作検出部81bは、車体20に後付けされる機器であってもよい。アクセル操作検出部81bは、「アクセル開度センサ」とも称される。 The accelerator operation detection unit 81b is, for example, a sensor that reads a voltage value (operation signal) based on an accelerator operation. The accelerator operation detection unit 81b may be a device installed in the wheel loader 1 in advance. Alternatively, the accelerator operation detection section 81b may be a device retrofitted to the vehicle body 20. The accelerator operation detection unit 81b is also referred to as an "accelerator opening sensor."

ブーム操作部材83aは、ブーム14を動作させるために操作される。ブーム操作部材83aは、たとえば操作レバーである。ブーム操作検出部83bは、ブーム操作部材83aの位置を検出する。ブーム操作検出部83bは、検出信号をコントローラ10に出力する。コントローラ10は、ブーム操作検出部83bからの検出信号に基づいて、作業機バルブ34を制御する。ブームシリンダ16が伸縮して、ブーム14が動作する。 The boom operating member 83a is operated to operate the boom 14. The boom operation member 83a is, for example, an operation lever. The boom operation detection section 83b detects the position of the boom operation member 83a. The boom operation detection section 83b outputs a detection signal to the controller 10. The controller 10 controls the work equipment valve 34 based on the detection signal from the boom operation detection section 83b. The boom cylinder 16 expands and contracts, and the boom 14 operates.

ブーム操作検出部83bは、たとえば、レバー操作に基づく電圧値(操作信号)を読み取るセンサである。ブーム操作検出部83bは、ホイールローダ1に予め搭載されている機器であってもよい。あるいは、ブーム操作検出部83bは、車体20に後付けされる機器であってもよい。 The boom operation detection unit 83b is, for example, a sensor that reads a voltage value (operation signal) based on a lever operation. The boom operation detection unit 83b may be a device installed in the wheel loader 1 in advance. Alternatively, the boom operation detection section 83b may be a device retrofitted to the vehicle body 20.

バケット操作部材84aは、バケット6を動作させるために操作される。バケット操作部材84aは、たとえば操作レバーである。バケット操作検出部84bは、バケット操作部材84aの位置を検出する。バケット操作検出部84bは、検出信号をコントローラ10に出力する。コントローラ10は、バケット操作検出部84bからの検出信号に基づいて、作業機バルブ34を制御する。バケットシリンダ19が伸縮して、バケット6が動作する。 The bucket operating member 84a is operated to operate the bucket 6. The bucket operating member 84a is, for example, an operating lever. The bucket operation detection section 84b detects the position of the bucket operation member 84a. The bucket operation detection section 84b outputs a detection signal to the controller 10. The controller 10 controls the work machine valve 34 based on the detection signal from the bucket operation detection section 84b. The bucket cylinder 19 expands and contracts, and the bucket 6 operates.

バケット操作検出部84bは、たとえば、レバー操作に基づく電圧値(操作信号)を読み取るセンサである。バケット操作検出部84bは、ホイールローダ1に予め搭載されている機器であってもよい。あるいは、バケット操作検出部84bは、車体20に後付けされる機器であってもよい。 The bucket operation detection unit 84b is, for example, a sensor that reads a voltage value (operation signal) based on a lever operation. The bucket operation detection unit 84b may be a device installed in the wheel loader 1 in advance. Alternatively, the bucket operation detection unit 84b may be a device retrofitted to the vehicle body 20.

ディスプレイ50は、コントローラ10から指令信号の入力を受けて、各種情報を表示する。ディスプレイ50に表示される各種情報は、たとえば、ホイールローダ1により実行される作業に関する情報、燃料残量、冷却水温度および作動油温度などの車体情報、ホイールローダ1の周辺を撮像した周辺画像、ペイロードメータ99(図15)による計測値などであってもよい。 The display 50 receives command signals from the controller 10 and displays various information. The various information displayed on the display 50 includes, for example, information regarding the work performed by the wheel loader 1, vehicle body information such as remaining fuel level, cooling water temperature, and hydraulic oil temperature, peripheral images captured around the wheel loader 1, It may also be a value measured by the payload meter 99 (FIG. 15).

操作キー51は、入力装置である。操作キー51は、オペレータが各種の情報をコントローラ10に入力するためのデバイスである。操作キーをソフトウェアキーとして構成してもよい。具体的には、ホイールローダ1は、入力装置として、ディスプレイ50にタッチパネルが重畳されたタッチスクリーンを備えていてもよい。この場合、オペレータがディスプレイ50の一部に触れることにより生成される信号が、タッチスクリーンからコントローラ10に出力される。操作キー51は、車内に搭載されていなくてもよい。操作キー51は、外部端末であってもよい。 The operation key 51 is an input device. The operation key 51 is a device for an operator to input various information into the controller 10. The operation keys may be configured as software keys. Specifically, the wheel loader 1 may include a touch screen in which a touch panel is superimposed on the display 50 as an input device. In this case, a signal generated by the operator touching a portion of the display 50 is output from the touch screen to the controller 10. The operation key 51 does not need to be mounted inside the vehicle. The operation key 51 may be an external terminal.

コントローラ10は、算出部150と、算出部280とを含む。算出部150は、車体20および作業機3の動作に関する機械データを取得し、機械データに基づいて、掘削作業中の作業機3の目標姿勢を算出する。機械データは、ブームシリンダ16の圧力と、ホイールローダ1の車速と、エンジン21の回転数と、ホイールローダ1の牽引力とである。算出部150は、取得部170と、学習済みモデル180とを有する。取得部170は、車体20および作業機3の動作に関する機械データを取得する。学習済みモデル180は、取得部170によって取得された機械データを入力として受け付ける。学習済みモデル180の機能と、算出部280の機能とについては、後述する。 The controller 10 includes a calculation section 150 and a calculation section 280. The calculation unit 150 acquires mechanical data regarding the operations of the vehicle body 20 and the working machine 3, and calculates a target posture of the working machine 3 during excavation work based on the mechanical data. The mechanical data includes the pressure of the boom cylinder 16, the vehicle speed of the wheel loader 1, the rotational speed of the engine 21, and the tractive force of the wheel loader 1. The calculation unit 150 includes an acquisition unit 170 and a learned model 180. The acquisition unit 170 acquires mechanical data regarding the operation of the vehicle body 20 and the working machine 3. The trained model 180 receives the machine data acquired by the acquisition unit 170 as input. The functions of the trained model 180 and the calculation unit 280 will be described later.

コントローラ10は、一般的にCPU(Central Processing Unit)により各種のプログラムを読み込むことにより実現される。コントローラ10は、メモリ10Mを有している。メモリ10Mは、ワークメモリとして機能するとともに、ホイールローダの機能を実現するための各種のプログラムを格納する。メモリ10Mには、少なくともホイールローダ1に装着されているバケット6のバケット容量と学習済みモデル180とが記憶されている。 The controller 10 is generally realized by reading various programs using a CPU (Central Processing Unit). The controller 10 has a memory 10M. The memory 10M functions as a work memory and stores various programs for realizing the functions of the wheel loader. The memory 10M stores at least the bucket capacity of the bucket 6 attached to the wheel loader 1 and the learned model 180.

コントローラ10は、アクセル操作部材81a、ブーム操作部材83aおよびバケット操作部材84aなどのオペレータ操作と、作業機3の負荷および車速等の車両状態とを認識し、トランスミッション23内の油圧モータ232,233とエンジン21とを電子制御する。コントローラ10は、エンジン21への燃料供給量に基づいて、エンジン21の単位稼働時間あたりの燃料消費量、ホイールローダ1の単位走行距離あたりの燃料消費量、および、バケット6内の単位積載重量あたりの燃料消費量を、算出可能である。 The controller 10 recognizes operator operations such as the accelerator operating member 81a, the boom operating member 83a, and the bucket operating member 84a, and vehicle conditions such as the load on the work equipment 3 and vehicle speed, and controls the hydraulic motors 232 and 233 in the transmission 23. The engine 21 is electronically controlled. Based on the amount of fuel supplied to the engine 21, the controller 10 calculates the amount of fuel consumed per unit operating time of the engine 21, the amount of fuel consumed per unit traveling distance of the wheel loader 1, and the amount of fuel consumed per unit loaded weight in the bucket 6. It is possible to calculate the fuel consumption of

コントローラ10は、出力回転数センサ92の検出信号に基づいて、ホイールローダ1の車速を算出する。コントローラ10は、ホイールローダ1の車速と牽引力との関係を規定するマップをメモリ10Mから読み出し、当該マップに基づいて、牽引力を算出する。コントローラ10は、エンジン回転数センサ91から、エンジン回転数の検出信号の入力を受ける。コントローラ10は、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を規定するマップをメモリから読み出し、当該マップに基づいて、エンジントルクを算出する。 The controller 10 calculates the vehicle speed of the wheel loader 1 based on the detection signal of the output rotation speed sensor 92. The controller 10 reads a map defining the relationship between the vehicle speed and the traction force of the wheel loader 1 from the memory 10M, and calculates the traction force based on the map. The controller 10 receives an engine rotational speed detection signal from the engine rotational speed sensor 91 . The controller 10 reads a map defining the relationship between engine speed and engine torque from memory, and calculates engine torque based on the map.

牽引力およびエンジントルクは、マップの参照とは異なる形態で算出されてもよい。たとえば、テーブルの参照または関数による演算などによって、牽引力およびエンジントルクを算出してもよい。コントローラ10は、ブーム14およびバケット6の動作を自動制御する。この自動制御の詳細については後述する。 Traction force and engine torque may be calculated in a different manner than with reference to a map. For example, the traction force and engine torque may be calculated by referring to a table or calculating by a function. Controller 10 automatically controls the operations of boom 14 and bucket 6. Details of this automatic control will be described later.

次に、トランスミッション23について、より詳しく説明する。トランスミッション23は、本例では、電子制御を活用したHMT(Hydraulic Mechanical Transmission)である。トランスミッション23は、遊星歯車231と、油圧モータ232,233とを有する。 Next, the transmission 23 will be explained in more detail. In this example, the transmission 23 is an HMT (Hydraulic Mechanical Transmission) that utilizes electronic control. The transmission 23 includes a planetary gear 231 and hydraulic motors 232 and 233.

トランスミッション23は、遊星歯車231と2つの油圧モータ232,233との組み合わせにより無段変速を行う。遊星歯車231は、リングギアと、キャリアと、サンギアと、プラネタリギアとを含む。動力は、リングギアとキャリアとサンギアとから外部に伝達される。トランスミッション23は、キャリアにエンジン21、リングギアに油圧モータ233、サンギアに油圧モータ232と車軸32とが接続される。遊星歯車231と各部21,32,232,233との間は減速されて接続されている。 The transmission 23 performs continuously variable speed by a combination of a planetary gear 231 and two hydraulic motors 232 and 233. Planetary gear 231 includes a ring gear, a carrier, a sun gear, and a planetary gear. Power is transmitted to the outside from the ring gear, carrier, and sun gear. In the transmission 23, the engine 21 is connected to the carrier, the hydraulic motor 233 is connected to the ring gear, and the hydraulic motor 232 and the axle 32 are connected to the sun gear. The planetary gear 231 and each part 21, 32, 232, 233 are connected at reduced speed.

トランスミッション23は、走行に必要な目標エンジン回転数およびオペレータ操作による車速要求を演算し、2つの油圧モータ232,233を電子制御することによりトランスミッションとしての減速比を作り上げる。 The transmission 23 calculates the target engine speed required for driving and the vehicle speed request by operator operation, and creates a reduction ratio for the transmission by electronically controlling the two hydraulic motors 232 and 233.

トランスミッション23は、無段変速機能の特性を生かし、エンジン21の回転数制御とアクセル操作部材81aの操作とを切り離している。これにより、作業機3の速度は作業機レバー(ブーム操作部材83a、バケット操作部材84a)のみ、車速はアクセル操作部材81aのみで操作する制御(作業機と走行との独立制御)を実現している。 The transmission 23 takes advantage of its continuously variable speed feature and separates the rotational speed control of the engine 21 from the operation of the accelerator operation member 81a. As a result, the speed of the work equipment 3 can be controlled only by the work equipment lever (boom operating member 83a, bucket operating member 84a), and the vehicle speed can be controlled only by the accelerator operating member 81a (independent control of the work equipment and traveling). There is.

図3は、作業機と走行との独立制御の概念を説明するための図である。図3に示されているように、コントローラ10は、作業機レバー(ブーム操作部材83a、バケット操作部材84a)と、アクセル操作部材81aの情報を取得する。作業機3と走行との独立制御では、これらの情報を、それぞれ、作業機速度要求、車速要求と認識する(処理(i),(ii))。 FIG. 3 is a diagram for explaining the concept of independent control of the work machine and travel. As shown in FIG. 3, the controller 10 acquires information on the work equipment levers (boom operating member 83a, bucket operating member 84a) and accelerator operating member 81a. In the independent control of the work machine 3 and travel, these pieces of information are recognized as a work machine speed request and a vehicle speed request, respectively (processes (i) and (ii)).

オペレータが作業機3を素早く動かす目的で作業機レバーを操作した際、コントローラ10は、必要な作業機速度を出すためのポンプ流量を演算し、搭載する作業機ポンプ13のサイズに基づき目標とするエンジン回転数を算出する(処理(iii))。エンジン21は、当該目標回転数を元に、アクセルペダル操作とは関係なくコントローラ10によって制御される。すなわち、作業機レバー操作によってエンジン回転数が自動で制御される。 When the operator operates the work equipment lever in order to quickly move the work equipment 3, the controller 10 calculates the pump flow rate to produce the required work equipment speed, and sets the target based on the size of the installed work equipment pump 13. Calculate the engine rotation speed (process (iii)). The engine 21 is controlled by the controller 10 based on the target rotation speed, regardless of the operation of the accelerator pedal. That is, the engine speed is automatically controlled by operating the work equipment lever.

一方で、コントローラ10はアクセル操作部材81aにより認識した車速要求を実現するため、トランスミッション23に必要とされる減速比を演算する。当該減速比は、作業機レバー操作により決まるエンジン回転数とアクセルペダル操作により決まる車速要求の比を演算することで得られる。トランスミッション23は、目標の減速比を実現するため2つの油圧モータ232,233を電子制御することで、オペレータの車速要求での走行を可能とする。 On the other hand, the controller 10 calculates the reduction ratio required for the transmission 23 in order to realize the vehicle speed request recognized by the accelerator operating member 81a. The reduction ratio is obtained by calculating the ratio of the engine speed determined by operating the work implement lever to the vehicle speed request determined by accelerator pedal operation. The transmission 23 electronically controls the two hydraulic motors 232 and 233 to achieve a target reduction ratio, thereby enabling the vehicle to travel at the vehicle speed requested by the operator.

このような、ホイールローダ1では、作業機と走行との独立制御によって、作業機速度と車速とを独立して操作可能となり、シンプルで直感的な操作性が実現できる。なお、電子制御を活用したHMTの構成については既に知られているため、ここでは、さらに詳細には説明しない。 In such a wheel loader 1, the work machine speed and the vehicle speed can be independently controlled by independent control of the work machine and traveling, and simple and intuitive operability can be realized. Note that since the configuration of an HMT that utilizes electronic control is already known, it will not be described in further detail here.

<C.掘削作業>
ホイールローダ1は、土砂などの掘削対象物を掬い取る掘削作業を実行する。図4は、実施形態に基づくホイールローダ1による掘削作業を説明する図である。
<C. Excavation work>
The wheel loader 1 performs excavation work to scoop up excavated objects such as earth and sand. FIG. 4 is a diagram illustrating excavation work by the wheel loader 1 based on the embodiment.

図4に示されるように、ホイールローダ1は、バケット6の刃先6aを掘削対象物100に食い込ませた後に、図4中の曲線矢印のように、バケット軌跡Lに沿ってバケット6を上昇させる。これにより、バケット6に掘削対象物100を掬い取る掘削作業が実行される。 As shown in FIG. 4, the wheel loader 1 causes the cutting edge 6a of the bucket 6 to bite into the excavated object 100, and then raises the bucket 6 along the bucket trajectory L, as indicated by the curved arrow in FIG. . As a result, the excavation work of scooping up the excavated object 100 into the bucket 6 is executed.

ホイールローダ1は、掘削対象物100をバケット6に掬い取る掘削動作と、バケット6内の荷(掘削対象物100)をダンプトラックなどの積込対象(運搬機械)に積み込む積込動作とを実行する。 The wheel loader 1 performs an excavation operation in which an excavated object 100 is scooped into a bucket 6, and a loading operation in which the load (excavated object 100) in the bucket 6 is loaded onto a loading object (transportation machine) such as a dump truck. do.

より具体的には、ホイールローダ1は、次のような複数の作業工程を順次に行うことを繰り返して、掘削対象物100を掘削し、積込対象に掘削対象物100を積み込む。以下では、積込対象としてダンプトラックを例に挙げて説明する。 More specifically, the wheel loader 1 excavates the excavated object 100 and loads the excavated object 100 into a loading object by repeating sequentially performing the following plurality of work steps. In the following description, a dump truck will be used as an example of a loading target.

第一の工程は、掘削対象物100に向かって前進する空荷前進工程である。第二の工程は、バケット6の刃先6aを掘削対象物100に食い込ませ、バケット6の中に所定量の掘削対象物100が入るまでホイールローダ1を前進させる掘削工程(突込み)である。第三の工程は、ブームシリンダ16を操作してバケット6を上昇させるとともにバケットシリンダ19を操作してバケット6をチルトバックさせる掘削工程(掬込み)である。第四の工程は、バケット6に掘削対象物100が掬い込まれた後にホイールローダ1を後進させる積荷後進工程である。 The first step is an empty load advancing step in which the excavation target 100 is moved forward. The second process is an excavation process (plunging) in which the cutting edge 6a of the bucket 6 bites into the excavated object 100 and the wheel loader 1 is advanced until a predetermined amount of the excavated object 100 enters the bucket 6. The third step is an excavation step (scooping) in which the boom cylinder 16 is operated to raise the bucket 6 and the bucket cylinder 19 is operated to tilt the bucket 6 back. The fourth process is a loading backward movement process in which the wheel loader 1 is moved backward after the excavated object 100 is scooped into the bucket 6.

第五の工程は、バケット6を上昇させた状態を維持しながら、またはバケット6を上昇させながら、ホイールローダ1を前進させてダンプトラックに接近させる、積荷前進工程である。第六の工程は、所定位置でバケット6をダンプして掘削対象物100をダンプトラック荷台上に積み込む排土工程である。第七の工程は、ホイールローダ1を後進させながらブーム14を下げ、バケット6を掘削姿勢に戻す、後進・ブーム下げ工程である。以上が、掘削積込作業の1サイクルをなす典型的な作業工程である。 The fifth step is a load advancement step in which the wheel loader 1 is moved forward to approach the dump truck while the bucket 6 is maintained in a raised state or while the bucket 6 is raised. The sixth step is an earth removal step in which the bucket 6 is dumped at a predetermined position and the excavated object 100 is loaded onto the dump truck bed. The seventh step is a backward movement/boom lowering process in which the wheel loader 1 is moved backward while the boom 14 is lowered and the bucket 6 is returned to the digging position. The above is a typical work process that constitutes one cycle of excavation and loading work.

ホイールローダ1の現在の作業工程が掘削工程であり作業機3が掘削作業中であるか、現在の作業工程が掘削工程ではなく作業機が掘削作業中でないかは、たとえば、ホイールローダ1を前後進させるオペレータの操作に基づく操作信号、作業機3に対するオペレータの操作に基づく操作信号、および作業機3のシリンダの現在の油圧についての判定条件の組み合わせを用いることにより、判定することができる。 For example, whether the current work process of the wheel loader 1 is an excavation process and the work machine 3 is in the process of excavation, or whether the current work process is not an excavation process and the work machine is not in the process of excavation, can be determined by, for example, The determination can be made by using a combination of an operation signal based on the operator's operation to advance the work implement 3, an operation signal based on the operator's operation on the work implement 3, and a determination condition regarding the current oil pressure of the cylinder of the work implement 3.

<D.コントローラによる制御>
(d1:制御構造)
図5は、ホイールローダ1で実行される処理の流れの概要を説明するためのフロー図である。図5に示されているように、ステップS1において、オペレータの操作に基づき、コントローラ10はエンジン21を始動する。ステップS2において、コントローラ10は、作業機3のオペレータ操作と、アクセル操作部材81aのオペレータ操作との操作を受け付ける。コントローラ10は、作業機操作と走行とに関し、オペレータの操作に基づくマニュアル制御を実行する。
<D. Control by controller>
(d1: control structure)
FIG. 5 is a flow diagram for explaining an overview of the flow of processing executed by the wheel loader 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 5, in step S1, the controller 10 starts the engine 21 based on an operator's operation. In step S2, the controller 10 receives an operator's operation of the working machine 3 and an operator's operation of the accelerator operating member 81a. The controller 10 performs manual control based on operator operations regarding work machine operation and travel.

ステップS3において、コントローラ10は、ダンプトラックに積み込む土砂の総量の入力を受け付けたか否かを判断する。当該入力は、入力装置である操作キー51を介して行われる。土砂の総量の入力を受け付けたと判断された場合(ステップS3においてYES)、コントローラ10は、ステップS4において、目標掘削土量を算出する。コントローラ10は、目標掘削土量として、1回の掘削当たりの土量を算出する。 In step S3, the controller 10 determines whether an input of the total amount of earth and sand to be loaded onto the dump truck has been received. The input is performed via the operation keys 51, which are input devices. If it is determined that the input of the total amount of earth and sand has been received (YES in step S3), the controller 10 calculates the target excavated earth amount in step S4. The controller 10 calculates the amount of soil per excavation as the target amount of excavated soil.

たとえば、入力された土砂の総量が30tonであり、かつバケット6のバケット容量(最大容量)が7tonである場合、コントローラ10は、一例として、目標掘削土量を6tonとする。この場合、ホイールローダ1は、5回の掘削作業を行ない、合計30ton(=6ton×5回)の土砂をダンプトラックに積み込む。 For example, when the total amount of earth and sand input is 30 tons and the bucket capacity (maximum capacity) of the bucket 6 is 7 tons, the controller 10 sets the target excavated soil amount to 6 tons, as an example. In this case, the wheel loader 1 performs the excavation work five times and loads a total of 30 tons (=6 tons x 5 times) of earth and sand onto the dump truck.

なお、この例では、目標掘削土量を5回とも同じ値(均等)としているが、必ずしも、これに限定されない。たとえば、コントローラ10は、最初の4回の目標掘削土量をバケット容量である7tonとし、最後の5回目の目標掘削土量を残量の2tonとしてもよい。 In addition, in this example, the target excavated soil volume is set to the same value (equal) all five times, but it is not necessarily limited to this. For example, the controller 10 may set the target soil volume for the first four excavations to be 7 tons, which is the bucket capacity, and may set the target soil volume for the final excavation to be the remaining amount of 2 tons.

ダンプトラックに積み込む土砂の総量がバケット容量以下である場合、コントローラ10は、目標掘削土量を土砂の総量と同じにしてもよい。あるいは、コントローラ10は、目標掘削土量を土砂の総量を分割した量としてもよい。 If the total amount of earth and sand to be loaded into the dump truck is less than or equal to the bucket capacity, the controller 10 may set the target excavated earth volume to be the same as the total amount of earth and sand. Alternatively, the controller 10 may set the target amount of excavated soil to be an amount obtained by dividing the total amount of earth and sand.

土砂の総量の入力を受け付けていないと判断された場合(ステップS3においてNO)、コントローラ10は、処理をステップS11に進める。コントローラ10は、ステップS11において、エンジン停止操作を受け付けたか否かを判断する。コントローラ10は、エンジン停止操作を受け付けたと判断した場合(ステップS11においてYES)、エンジン21を停止させ、一連の処理を終了する。コントローラ10は、エンジン停止操作を受け付けていないと判断した場合(ステップS11においてNO)、処理をステップS2に進める。 If it is determined that the input of the total amount of earth and sand has not been received (NO in step S3), the controller 10 advances the process to step S11. In step S11, the controller 10 determines whether an engine stop operation has been received. If the controller 10 determines that the engine stop operation has been received (YES in step S11), the controller 10 stops the engine 21 and ends the series of processes. If the controller 10 determines that the engine stop operation has not been received (NO in step S11), the process proceeds to step S2.

ステップS4の後、コントローラ10は、ステップS5において、アクセル操作部材81aの操作が行われたか否かを判断する。当該判断は、コントローラ10は、アクセル操作検出部81bによって検出されたアクセル開度V1に基づき行う。 After step S4, the controller 10 determines in step S5 whether or not the accelerator operating member 81a has been operated. The controller 10 makes this determination based on the accelerator opening degree V1 detected by the accelerator operation detection section 81b.

アクセル操作部材81aの操作が行われたと判断された場合(ステップS5においてYES)、コントローラ10は、ステップS6において、掘削作業が開始されたか否かを判断する。コントローラ10は、ブーム角度と、バケット6の刃先角度と、ブームボトム圧と、車速と、ブーム14の操作レバーのストロークとに基づき、掘削作業が開始されたか否かを判断する。アクセル操作部材81aの操作が行われていないと判断された場合(ステップS5においてNO)、コントローラ10は、処理をステップS2に進める。 If it is determined that the accelerator operation member 81a has been operated (YES in step S5), the controller 10 determines in step S6 whether excavation work has been started. The controller 10 determines whether excavation work has started based on the boom angle, the angle of the cutting edge of the bucket 6, the boom bottom pressure, the vehicle speed, and the stroke of the operating lever of the boom 14. If it is determined that the accelerator operation member 81a is not operated (NO in step S5), the controller 10 advances the process to step S2.

掘削作業が開始されたと判断された場合(ステップS6においてYES)、ステップS7において、コントローラ10は、作業機操作と、アクセル操作とを自動制御する。当該自動制御においては、コントローラ10が、作業機3の姿勢を自動制御するとともに、アクセル操作部材81aの操作量(すなわち、検出されたアクセル開度V1)にかかわらず、ホイールローダ1の走行(車速)を自動で制御する。なお、ステップS7から後述するステップS10の自動制御の間は、オペレータによるアクセル操作部材81aの操作(アクセル操作)が行われている。アクセル操作が行われている間、コントローラ10は、作業機操作と、アクセル操作とを自動制御する。ステップS7の処理の詳細については、後述する。 If it is determined that the excavation work has started (YES in step S6), the controller 10 automatically controls the work machine operation and the accelerator operation in step S7. In the automatic control, the controller 10 automatically controls the attitude of the work equipment 3, and also controls the running of the wheel loader 1 (vehicle speed ) is automatically controlled. Note that during the automatic control from step S7 to step S10, which will be described later, the operator operates the accelerator operating member 81a (accelerator operation). While the accelerator operation is being performed, the controller 10 automatically controls the work machine operation and the accelerator operation. Details of the process in step S7 will be described later.

ステップS8において、コントローラ10は、アクセル操作部材81aの操作が行われているかを判断する。コントローラ10は、アクセル操作部材81aが踏み続けられているかを判断する。コントローラ10は、アクセル操作検出部81bによって検出されたアクセル開度V1から、アクセル操作が行われているか否かを判断する。アクセル操作部材81aの操作が行われていると判断された場合(ステップS8においてYES)、コントローラ10は、ステップS9において、ベルクランク角度θ2が最大となったか否かを判断する。ベルクランク角度θ2が最大となった状態は、バケット6に目標掘削土量分の土砂が掬い込まれ、掘削工程が終了したことを示す。 In step S8, the controller 10 determines whether the accelerator operating member 81a is being operated. The controller 10 determines whether the accelerator operating member 81a is being continuously depressed. The controller 10 determines whether an accelerator operation is being performed based on the accelerator opening degree V1 detected by the accelerator operation detection section 81b. If it is determined that the accelerator operation member 81a is being operated (YES in step S8), the controller 10 determines in step S9 whether the bell crank angle θ2 has reached the maximum. The state in which the bell crank angle θ2 is at its maximum indicates that the target amount of excavated soil has been scooped into the bucket 6 and the excavation process has been completed.

オペレータによるアクセル操作部材81aの操作が行われていないと判断された場合(ステップS8においてNO)、コントローラ10は、ステップS10において、作業機操作と、アクセル操作との自動制御を終了する。オペレータがアクセル操作部材81aの操作を終了すると、コントローラ10は、自動制御を終了し、エンジン21を停止する操作を受け付けていないことを条件に、マニュアル制御(ステップS2)に移行する。 If it is determined that the operator has not operated the accelerator operating member 81a (NO in step S8), the controller 10 ends the automatic control of the work machine operation and the accelerator operation in step S10. When the operator finishes operating the accelerator operating member 81a, the controller 10 ends automatic control and shifts to manual control (step S2) on the condition that no operation to stop the engine 21 is received.

ベルクランク角度θ2が最大となったと判断された場合(ステップS9においてYES)、コントローラ10は、処理をステップS10に進める。ベルクランク角度θ2が最大となっていないと判断された場合(ステップS9においてNO)、コントローラ10は、処理をステップS7に進める。 If it is determined that the bell crank angle θ2 has reached the maximum (YES in step S9), the controller 10 advances the process to step S10. If it is determined that the bell crank angle θ2 is not the maximum (NO in step S9), the controller 10 advances the process to step S7.

このように、コントローラ10は、アクセル操作検出部81bによって検出されたアクセル開度V1からアクセル操作が行われていないと判断される場合、または、ブーム14に対するベルクランク18の角度が最大となった場合、学習済みモデル180を用いた作業機3の動作の制御と、算出されたアクセル開度に基づく車体20の動作の制御とを終了する。アクセル操作が行われていないと判断される場合とは、アクセル開度V1が所定値以下となった場合を意味する。 In this way, the controller 10 determines whether the accelerator operation is not being performed based on the accelerator opening degree V1 detected by the accelerator operation detection unit 81b, or when the angle of the bell crank 18 with respect to the boom 14 has reached the maximum. In this case, the control of the operation of the working machine 3 using the learned model 180 and the control of the operation of the vehicle body 20 based on the calculated accelerator opening are ended. The case where it is determined that the accelerator operation is not performed means the case where the accelerator opening degree V1 becomes less than or equal to a predetermined value.

ホイールローダ1で実行される処理の流れは、図5に示したものに限定されない。図6は、ホイールローダ1で実行される処理の流れの変形例を説明するためのフロー図である。図6に示されるように、コントローラ10は、ステップS7の後に、ステップS8Aとして、図5のステップS9と同じ処理を実行する。コントローラ10は、ステップS8Aの後に、ステップS9Aとして、図5のステップS8と同じ処理を実行する。 The flow of processing executed by the wheel loader 1 is not limited to that shown in FIG. 5. FIG. 6 is a flow diagram for explaining a modified example of the flow of processing executed by the wheel loader 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 6, after step S7, the controller 10 executes the same process as step S9 in FIG. 5 as step S8A. After step S8A, the controller 10 executes the same process as step S8 in FIG. 5 as step S9A.

具体的には、コントローラ10は、ステップS8Aにて肯定的な判断がなされた場合(ステップS8AでYESの場合)、処理をステップS10に進める。コントローラ10は、ステップS8Aにて否定的な判断がなされた場合(ステップS8AでNOの場合)、処理をステップS9Aに進める。コントローラ10は、ステップS9Aにて肯定的な判断がなされた場合(ステップS9AでYESの場合)、処理をステップS7に進める。コントローラ10は、ステップS9Aにて否定的な判断がなされた場合(ステップS9AでNOの場合)、処理をステップS10に進める。 Specifically, if a positive determination is made in step S8A (YES in step S8A), the controller 10 advances the process to step S10. If a negative determination is made in step S8A (NO in step S8A), the controller 10 advances the process to step S9A. If a positive determination is made in step S9A (YES in step S9A), the controller 10 advances the process to step S7. If a negative determination is made in step S9A (NO in step S9A), the controller 10 advances the process to step S10.

このように、本変形例では、コントローラ10は、図5のステップS8とステップS9との順番を逆に実行する。図6に示した処理によっても、図5に示した処理と同様の効果を得られる。 In this manner, in this modification, the controller 10 performs steps S8 and S9 in FIG. 5 in reverse order. The processing shown in FIG. 6 also provides the same effect as the processing shown in FIG. 5.

(d2:自動制御)
以下では、上述した、コントローラ10による作業機操作とアクセル操作との自動制御(図5のステップS7)について、詳しく説明する。
(d2: automatic control)
Below, the above-mentioned automatic control of work machine operation and accelerator operation by the controller 10 (step S7 in FIG. 5) will be explained in detail.

図7は、コントローラ10で実行される演算を説明するための図である。図7に示されているように、コントローラ10は、学習済みモデル180と、所定のプログラムを実行する算出部280とを有する。学習済みモデル180と、当該プログラムとは、メモリ10Mに予め格納されている。 FIG. 7 is a diagram for explaining calculations executed by the controller 10. As shown in FIG. 7, the controller 10 includes a learned model 180 and a calculation unit 280 that executes a predetermined program. The learned model 180 and the program are stored in advance in the memory 10M.

学習済みモデル180は、ニューラルネットワークを含んでいる。ニューラルネットワークは、入力層181と、中間層(隠れ層)182と、出力層183とを含んでいる。中間層182は多層化されている。 Trained model 180 includes a neural network. The neural network includes an input layer 181, an intermediate layer (hidden layer) 182, and an output layer 183. The intermediate layer 182 is multilayered.

学習済みモデル180は、掘削作業中の作業機3の目標姿勢を求めるための人工知能である。学習済みモデル180は、取得部170によって取得された、車体20および作業機3の動作に関する機械データから目標姿勢を算出する。学習済みモデル180は、目標姿勢として、バケット6にてバケット容量分(すなわち、バケット6の最大容量)の掘削対象物100を掬える姿勢を出力するように学習(構成)されている。 The trained model 180 is an artificial intelligence for determining the target posture of the working machine 3 during excavation work. The learned model 180 calculates a target posture from the mechanical data regarding the operation of the vehicle body 20 and the working machine 3 acquired by the acquisition unit 170. The learned model 180 is learned (configured) to output, as a target attitude, a posture that allows the bucket 6 to scoop up the excavated object 100 by the bucket capacity (that is, the maximum capacity of the bucket 6).

具体的には、学習済みモデル180は、ブームシリンダ圧と、車速と、エンジン回転数と、牽引力とに基づき、ブーム角度θ1の単位時間当たりの変化量Δθ1と、ベルクランク角度θ2の単位時間当たりの変化量Δθ2とを算出する。詳しくは、所定の制御周期T毎に、ブームシリンダ圧と、車速と、エンジン回転数と、牽引力とが学習済みモデル180に入力され、かつ、推定結果として、ブーム角度θ1の単位時間当たりの変化量Δθ1と、ベルクランク角度θ2の単位時間当たりの変化量Δθ2とが学習済みモデル180から出力される。 Specifically, the learned model 180 calculates the amount of change Δθ1 of boom angle θ1 per unit time and the amount of change Δθ1 of bell crank angle θ2 per unit time based on boom cylinder pressure, vehicle speed, engine speed, and tractive force. The amount of change Δθ2 is calculated. Specifically, boom cylinder pressure, vehicle speed, engine speed, and tractive force are input to the learned model 180 at every predetermined control period T, and as an estimation result, the change in boom angle θ1 per unit time is calculated. The learned model 180 outputs the amount Δθ1 and the amount of change Δθ2 per unit time in the bell crank angle θ2.

コントローラ10は、算出された変化量Δθ1,Δθ2に基づき、作業機3の姿勢を制御する。具体的には、コントローラ10は、変化量Δθ1に基づき、ブーム14の姿勢を制御する。コントローラ10は、変化量Δθ2に基づき、バケット6の姿勢を制御する。 The controller 10 controls the attitude of the working machine 3 based on the calculated changes Δθ1 and Δθ2. Specifically, the controller 10 controls the attitude of the boom 14 based on the amount of change Δθ1. The controller 10 controls the attitude of the bucket 6 based on the amount of change Δθ2.

学習済みモデル180は、学習用データセットを利用して生成される。学習用データセットは、複数の学習用データを含む。各学習用データは、入力データとして、ブームシリンダ圧と、車速と、エンジン回転数と、牽引力とを含み、正解データ(教師データ)として、ブーム角度θ1の単位時間当たりの変化量Δθ1と、ベルクランク角度θ2の単位時間当たりの変化量Δθ2とを含む。 The trained model 180 is generated using a training data set. The learning data set includes a plurality of learning data. Each learning data includes boom cylinder pressure, vehicle speed, engine rotation speed, and traction force as input data, and as correct data (teacher data), change amount Δθ1 of boom angle θ1 per unit time, and bell This includes the amount of change Δθ2 of the crank angle θ2 per unit time.

入力データを学習用のモデルに入力したときに得られる出力と、正解データとの誤差に基づき、学習用のモデルのパラメータが逐次更新される。なお、当該パラメータの更新は、学習用プログラムを用いて行われる。このような更新作業(学習)を繰り返すことにより、学習済みモデル180が生成される。詳しくは、学習済みモデル180は、同車格および同質の土砂に対するデータから作成されている。なお、学習済みモデルの生成は、ホイールローダのコントローラによって行われてもよいし、あるいは、外部のコンピュータで行われてもよい。 The parameters of the learning model are sequentially updated based on the error between the output obtained when input data is input to the learning model and the correct data. Note that the parameters are updated using a learning program. By repeating such update work (learning), a trained model 180 is generated. Specifically, the learned model 180 is created from data for the same vehicle class and the same quality of earth and sand. Note that generation of the learned model may be performed by the controller of the wheel loader, or may be performed by an external computer.

算出部280は、目標掘削土量に基づき、アクセル開度(以下、「アクセル開度V2」とも称する)を算出する。算出部280は、目標掘削土量が入力されると、アクセル開度V2を出力する。詳しくは、算出部280は、目標掘削土量が指定されると、目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度V2を算出する。 The calculation unit 280 calculates the accelerator opening degree (hereinafter also referred to as "accelerator opening degree V2") based on the target excavated soil volume. When the target excavated soil volume is input, the calculation unit 280 outputs the accelerator opening degree V2. Specifically, when the target excavated soil volume is specified, the calculation unit 280 calculates the accelerator opening degree V2 necessary for excavating the target excavated soil volume.

算出部280は、アクセル操作検出部81bによって検出されたアクセル開度V1とは別に、所定のアルゴリズムに基づき、目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度V2を算出する。算出部280は、アクセル操作検出部81bからのアクセル開度V1を逐次受信するとともに、目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度V2を別途算出する。なお、「目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度V2」とは、目標掘削土量の掘削を行う際に、コントローラ10がアクセル操作検出部81bから本来受け取るべきアクセル開度(オペレータが本来操作すべきアクセル操作量)を意味する。 The calculation unit 280 calculates the accelerator opening degree V2 necessary for excavating the target excavated soil volume, based on a predetermined algorithm, in addition to the accelerator opening degree V1 detected by the accelerator operation detection unit 81b. The calculation unit 280 sequentially receives the accelerator opening degree V1 from the accelerator operation detection unit 81b, and separately calculates the accelerator opening degree V2 necessary for excavating the target excavated soil volume. The "accelerator opening degree V2 required for excavating the target excavated soil volume" refers to the accelerator opening degree that the controller 10 should originally receive from the accelerator operation detection unit 81b (the accelerator opening degree V2 required for excavating the target excavated soil volume) means the amount of accelerator operation to be performed).

1つの目標掘削土量に対して、1つのアクセル開度V2(一定値)が算出される。たとえば、目標掘削土量6tonに対して数値u1(0<u1≦1)がアクセル開度V2として算出され、目標掘削土量2tonに対して数値u2(0<u2<u1)がアクセル開度V2として算出される。 One accelerator opening degree V2 (constant value) is calculated for one target excavated earth volume. For example, the value u1 (0<u1≦1) is calculated as the accelerator opening V2 for a target excavated soil volume of 6 tons, and the numerical value u2 (0<u2<u1) is calculated as the accelerator opening V2 for a target excavated soil volume of 2 tons. It is calculated as

図8は、算出部280によって実行される処理を模式化した図である。図8に示されるように、算出部280は、平均ブームボトム圧算出部281と、平均牽引力算出部282と、アクセル開度算出部283とを有する。算出部280は、学習済みモデル180と同様、同車格および同質の土砂に対するデータから作成されている。 FIG. 8 is a diagram schematically showing the processing executed by the calculation unit 280. As shown in FIG. 8, the calculation unit 280 includes an average boom bottom pressure calculation unit 281, an average tractive force calculation unit 282, and an accelerator opening calculation unit 283. Similar to the learned model 180, the calculation unit 280 is created from data for the same vehicle class and the same quality of earth and sand.

平均ブームボトム圧算出部281は、目標掘削土量(ton)が指定(入力)されると、平均ブームボトム圧(Mpa)を算出する。具体的には、平均ブームボトム圧算出部281は、目標掘削土量(x)と平均ブームボトム圧(y)との関係を示した関数(y=ax+bx+c … (f1))を用いて、目標掘削土量から平均ブームボトム圧(以下では、「目標ブームシリンダ圧」とも称する)を算出する。平均ブームボトム圧算出部281は、算出された平均ブームボトム圧を、平均牽引力算出部282と、アクセル開度算出部283とに送る。 The average boom bottom pressure calculation unit 281 calculates the average boom bottom pressure (Mpa) when the target excavated earth volume (ton) is specified (input). Specifically, the average boom bottom pressure calculation unit 281 uses a function (y = ax 2 + bx + c ... (f1)) that indicates the relationship between the target excavated earth volume (x) and the average boom bottom pressure (y). , the average boom bottom pressure (hereinafter also referred to as "target boom cylinder pressure") is calculated from the target excavated soil volume. The average boom bottom pressure calculation unit 281 sends the calculated average boom bottom pressure to the average traction force calculation unit 282 and the accelerator opening calculation unit 283.

なお、上記の関数f1は、ホイールローダ1と同車格の車両によって、同質の土砂を対象として得られた数万個のデータ(掘削土量(詳しくは、ペイロードメータによる計測値)、および当該掘削土量の際のブームボトム圧の平均値)をもとに、最小二乗法を用いて生成された関数である。なお、グラフの黒丸は、各データを表している。 The above function f1 is based on tens of thousands of pieces of data (the amount of excavated soil (more specifically, the measured value by a payload meter)) obtained by a vehicle of the same size as the wheel loader 1 for the same quality of soil, and the corresponding This is a function generated using the least squares method based on the average value of boom bottom pressure during excavation volume. Note that the black circles in the graph represent each data.

平均牽引力算出部282は、平均ブームボトム圧(ton)が入力されると、平均牽引力(N)を算出する。具体的には、平均牽引力算出部282は、平均ブームボトム圧(x)と平均牽引力(y)との関係を示した関数(y=a’x+b’x+c’ … (f2))を用いて、平均ブームボトム圧から平均牽引力(以下では、「目標牽引力」とも称する)を算出する。平均牽引力算出部282は、算出された平均牽引力をアクセル開度算出部283に送る。 The average traction force calculation unit 282 calculates the average traction force (N) when the average boom bottom pressure (ton) is input. Specifically, the average traction force calculation unit 282 uses a function (y=a'x 2 +b'x+c'...(f2)) indicating the relationship between the average boom bottom pressure (x) and the average traction force (y). Then, the average traction force (hereinafter also referred to as "target traction force") is calculated from the average boom bottom pressure. The average traction force calculation unit 282 sends the calculated average traction force to the accelerator opening calculation unit 283.

なお、上記の関数f2は、ホイールローダ1と同車格の車両によって、同質の土砂を対象として得られた数万個のデータ(掘削作業時のブームボトム圧の平均値と、当該掘削作業時の平均牽引力)をもとに、最小二乗法を用いて生成された関数である。なお、グラフの黒丸は、各データを表している。 The above function f2 is based on tens of thousands of pieces of data (the average value of the boom bottom pressure during excavation work, the average value of the boom bottom pressure during excavation work, This is a function generated using the least squares method based on the average traction force of Note that the black circles in the graph represent each data.

アクセル開度算出部283は、平均ブームボトム圧と平均牽引力とが入力されると、アクセル開度V2を算出する。具体的には、アクセル開度算出部283は、平均ブームボトム圧(x)と平均牽引力(y)とアクセル開度(z)の関係を示した関数(Z=Ax+By … (f3))を用いて、平均ブームボトム圧と平均牽引力とからアクセル開度V2を算出する。なお、本例では、平均ブームボトム圧と平均牽引力とを正規化している。本例では、係数A,Bは、各々、0以上かつ1以下である。 The accelerator opening calculation unit 283 calculates the accelerator opening V2 when the average boom bottom pressure and the average tractive force are input. Specifically, the accelerator opening calculation unit 283 uses a function (Z=Ax+By...(f3)) that indicates the relationship between the average boom bottom pressure (x), the average tractive force (y), and the accelerator opening (z). Then, the accelerator opening degree V2 is calculated from the average boom bottom pressure and the average traction force. Note that in this example, the average boom bottom pressure and the average tractive force are normalized. In this example, coefficients A and B are each greater than or equal to 0 and less than or equal to 1.

上記の関数f3における係数A,Bは、重回帰分析に基づき決定されている。このように、アクセル開度算出部283は、1つの目的変数であるアクセル開度を、複数の説明変数である平均ブームボトム圧と平均牽引力とによって予測する。関数f1、関数f2、関数f3はメモリ10Mに記憶されている。 Coefficients A and B in the above function f3 are determined based on multiple regression analysis. In this way, the accelerator opening calculation unit 283 predicts the accelerator opening, which is one target variable, using the average boom bottom pressure and the average tractive force, which are a plurality of explanatory variables. Function f1, function f2, and function f3 are stored in memory 10M.

アクセル開度算出部283は、算出されたアクセル開度V2を出力する。この場合、コントローラ10は、算出されたアクセル開度V2に基づき、車体20の走行を制御する。これにより、コントローラ10は、算出されたアクセル開度V2に応じた速度で走行(前進)する。 The accelerator opening calculation unit 283 outputs the calculated accelerator opening V2. In this case, the controller 10 controls the traveling of the vehicle body 20 based on the calculated accelerator opening degree V2. Thereby, the controller 10 travels (forwards) at a speed corresponding to the calculated accelerator opening degree V2.

コントローラ10が、上記のように、目標掘削土量に基づきアクセル開度V2を算出する理由は以下のとおりである。上述したように、学習済みモデル180にて、掘削作業時の作業機3の姿勢が決定される。コントローラ10は、決定された姿勢となるように作業機3を動作させる。 The reason why the controller 10 calculates the accelerator opening degree V2 based on the target excavated soil volume as described above is as follows. As described above, the learned model 180 determines the attitude of the working machine 3 during excavation work. The controller 10 operates the work machine 3 so as to assume the determined posture.

ところで、学習済みモデル180は、作業機3がバケット6にてバケット容量分の掘削対象物100を掬える姿勢となるように構成されている。それゆえ、コントローラ10は、算出されたアクセル開度V2に基づき車体20の走行(車速)を制御することにより、バケット6で掬う土量を調整する。 By the way, the learned model 180 is configured such that the working machine 3 is in a posture that allows the bucket 6 to scoop up the excavated object 100 by the bucket capacity. Therefore, the controller 10 adjusts the amount of soil scooped by the bucket 6 by controlling the traveling (vehicle speed) of the vehicle body 20 based on the calculated accelerator opening degree V2.

具体的には、コントローラ10は、算出されたアクセル開度V2に基づく車速を実現するために、トランスミッション23で必要とされる減速比を演算する。当該減速比は、作業機3の自動制御により決まるエンジン回転数と、算出されたアクセル開度V2により決まる車速要求との比を演算することで得られる。トランスミッション23が当該減速比で動作することにより、バケット6で掬う土量が調整される。ホイールローダ1では、算出されたアクセル開度V2が小さいほど、掘削対象物100を掬う量が少なくなる。 Specifically, the controller 10 calculates the reduction ratio required by the transmission 23 in order to achieve the vehicle speed based on the calculated accelerator opening V2. The reduction ratio is obtained by calculating the ratio between the engine rotation speed determined by automatic control of the working machine 3 and the vehicle speed request determined by the calculated accelerator opening V2. By operating the transmission 23 at the reduction ratio, the amount of soil scooped by the bucket 6 is adjusted. In the wheel loader 1, the smaller the calculated accelerator opening degree V2, the smaller the amount of the excavated object 100 to be scooped.

詳しくは、アクセル開度が小さい場合、地山への貫入量も小さい。それゆえ、掘削の土工量(掘削土量)は、低土工量となる(図10参照)。アクセル開度が大きい場合、地山への貫入量も大きい。それゆえ、掘削の土工量は、高土工量となる(図9参照)。このように、アクセル開度によって掘削土量が調整可能となる。そこで、ホイールローダ1では、アクセル開度の大小にかかわらず目標姿勢を共通としつつ、アクセル開度の制御によって自在に掘削土量を調整可能としている。 Specifically, when the accelerator opening is small, the amount of penetration into the ground is also small. Therefore, the amount of earthwork for excavation (the amount of excavated earth) is low (see Figure 10). When the accelerator opening is large, the amount of penetration into the ground is also large. Therefore, the amount of earthwork required for excavation will be high (see Figure 9). In this way, the amount of excavated soil can be adjusted by adjusting the opening degree of the accelerator. Therefore, in the wheel loader 1, the target posture is the same regardless of the magnitude of the accelerator opening, and the amount of excavated soil can be freely adjusted by controlling the accelerator opening.

なお、上記においては、学習済みモデル180によって決定される目標姿勢は「バケット容量分の掘削対象物100を掬える姿勢」とした。しかしながら、当該目標姿勢は、一例であって、これに限定されない。たとえば、学習済みモデル180によって決定される目標姿勢を、「バケット容量の90%の掘削対象物100を掬える姿勢」、「バケット容量の50%の掘削対象物100を掬える姿勢」としてもよい。 In the above description, the target posture determined by the learned model 180 is "a posture capable of scooping up the excavated object 100 equivalent to the bucket capacity." However, the target posture is only an example and is not limited thereto. For example, the target posture determined by the trained model 180 may be "a posture that can scoop up the excavated object 100 that is 90% of the bucket capacity" or "a posture that can scoop up the excavated object 100 that is 50% of the bucket capacity". .

なお、上記においては、算出部280は、重回帰分析で得られた関数f3を用いて、目標掘削土量からスロットル開度を算出した。しかしながら、これに限定されず、算出部280を、学習済みのプログラム(たとえば、ニューラルネット)で構成してもよい。 Note that in the above, the calculation unit 280 calculated the throttle opening degree from the target excavated soil volume using the function f3 obtained by multiple regression analysis. However, the calculation unit 280 is not limited to this, and may be configured by a trained program (for example, a neural network).

(d3:掘削状態)
図9は、算出されたアクセル開度V2が大きい場合(たとえば、“1”)における掘削作業を説明するための図である。図9に示されるように、ホイールローダ1は、バケット6の刃先6aを掘削対象物100に食い込ませた後に、図9中の曲線矢印のように、バケット軌跡Laに沿ってバケット6を上昇させる。これにより、バケット6に掘削対象物100を掬い取る掘削作業が実行される。本例の場合には、ホイールローダ1は、バケット容量分の土砂を掬うことが可能となる。
(d3: excavation state)
FIG. 9 is a diagram for explaining excavation work when the calculated accelerator opening degree V2 is large (for example, "1"). As shown in FIG. 9, the wheel loader 1 causes the cutting edge 6a of the bucket 6 to bite into the excavated object 100, and then raises the bucket 6 along the bucket locus La, as indicated by the curved arrow in FIG. . As a result, the excavation work of scooping up the excavated object 100 into the bucket 6 is executed. In the case of this example, the wheel loader 1 is able to scoop up soil equivalent to the bucket capacity.

たとえば、バケット容量が7tonであり、指定(算出)された目標掘削土量が7tonである場合には、ホイールローダ1は、略7ton分の土砂を掬うことが可能となる。 For example, if the bucket capacity is 7 tons and the specified (calculated) target excavated soil volume is 7 tons, the wheel loader 1 can scoop approximately 7 tons of earth and sand.

図10は、算出されたアクセル開度V2が図9のアクセル開度V2よりも小さい場合における掘削作業を説明するための図である。図10に示されるように、ホイールローダ1は、バケット6の刃先6aを掘削対象物100に食い込ませた後に、図10中の曲線矢印のように、バケット軌跡Lbに沿ってバケット6を上昇させる。これにより、バケット6に掘削対象物100を掬い取る掘削作業が実行される。本例の場合には、ホイールローダ1は、バケット容量以下の所定量(たとえば、2ton)の土砂を掬うことが可能となる。 FIG. 10 is a diagram for explaining the excavation work when the calculated accelerator opening degree V2 is smaller than the accelerator opening degree V2 of FIG. 9. As shown in FIG. 10, the wheel loader 1 causes the cutting edge 6a of the bucket 6 to bite into the excavated object 100, and then raises the bucket 6 along the bucket trajectory Lb, as indicated by the curved arrow in FIG. . As a result, the excavation work of scooping up the excavated object 100 into the bucket 6 is executed. In the case of this example, the wheel loader 1 can scoop up a predetermined amount (for example, 2 tons) of earth and sand that is less than the bucket capacity.

このように、ホイールローダ1は、学習済みモデル180を用いて作業機3の姿勢が目標姿勢となるように作業機3の動作を制御するととともに、目標掘削土量に基づいて算出されたアクセル開度V2に基づき車体20の走行を制御することにより、目標掘削土量分の土量を掘削可能となる。 In this way, the wheel loader 1 uses the learned model 180 to control the operation of the work equipment 3 so that the attitude of the work equipment 3 becomes the target attitude, and also controls the accelerator opening calculated based on the target excavated soil volume. By controlling the travel of the vehicle body 20 based on the degree V2, it becomes possible to excavate the amount of soil corresponding to the target amount of excavated soil.

<E.実験結果>
以下、実験結果に基づき、ホイールローダ1の利点を具体的に説明する。
<E. Experiment results>
Hereinafter, the advantages of the wheel loader 1 will be specifically explained based on experimental results.

図11は、作業機操作とアクセル操作との自動制御による掘削精度を説明するための図である。図11に示されるように、目標掘削土量が7tonに設定されたときに、ホイールローダ1によって掘削された土量の6回の平均値(ペイロードメータによって検出された土砂の重量の平均値)は、7.1トンであった。この場合の、誤差は、1.4%(=(7.1-7.0)/7.0×100)であった。なお、ペイロードメータは、ホイールローダ1に予め搭載されていてもよい。あるいは、ペイロードメータは、ホイールローダ1に後付けされてもよい。また、ペイロードメータの代わりに、トラックスケールを使用して、掘削対象物100の重量を測定してもよい。 FIG. 11 is a diagram for explaining excavation accuracy by automatic control of work machine operation and accelerator operation. As shown in FIG. 11, when the target excavated soil volume is set to 7 tons, the average value of the soil volume excavated by the wheel loader 1 six times (the average value of the weight of soil detected by the payload meter) was 7.1 tons. The error in this case was 1.4% (=(7.1-7.0)/7.0×100). Note that the payload meter may be mounted on the wheel loader 1 in advance. Alternatively, the payload meter may be retrofitted to the wheel loader 1. Further, instead of the payload meter, a truck scale may be used to measure the weight of the excavated object 100.

同様に、目標掘削土量が、6.3ton、5.6ton、4.9ton、4.2ton、3.5トンの場合の誤差は、それぞれ、0.0%、1.8%、0.0%、2.4%、8.6%となった。このように、いずれの場合においても、誤差が10.0%以下に収まることが確認できた。 Similarly, when the target excavated soil volume is 6.3 tons, 5.6 tons, 4.9 tons, 4.2 tons, and 3.5 tons, the errors are 0.0%, 1.8%, and 0.0, respectively. %, 2.4%, and 8.6%. In this way, it was confirmed that the error was within 10.0% in all cases.

図12は、ダンプトラックに積み込む土砂の総量を18tonとした場合において、作業機操作とアクセル操作との自動制御によって掘削(自動掘削)したときと、マニュアル操作で掘削(マニュアル掘削)したときとにおける、10回分のダンプトラックへの積込土量と積込精度とを示した図である。図13は、図12に示したデータの平均値と、サイクルタイムと、燃料消費量とを示した図である。なお、サイクルタイムについては、ダンプトラックへの3回の積込動作の合計値である。 Figure 12 shows the difference between when the total amount of earth and sand to be loaded into a dump truck is 18 tons, when excavation is performed by automatic control of work equipment operation and accelerator operation (automatic excavation), and when excavation is performed by manual operation (manual excavation). , is a diagram showing the amount of soil loaded into a dump truck and the loading accuracy for 10 times. FIG. 13 is a diagram showing the average value, cycle time, and fuel consumption of the data shown in FIG. 12. Note that the cycle time is the total value of three loading operations into the dump truck.

図12および図13に示されるように、上述した自動掘削によれば、マニュアル掘削と同程度の積込土量(掘削土量に対応)および積込精度を確保できている。図13に示されるように、自動掘削によれば、積み直しおよびチップオフ作業を削減することで、サイクルタイムをマニュアル掘削のときよりも低減することができる。さらに、自動掘削によれば、マニュアル掘削のときに比べ、燃料消費量も削減できている。 As shown in FIGS. 12 and 13, the automatic excavation described above can ensure the same amount of soil loading (corresponding to the amount of excavated soil) and loading accuracy as manual excavation. As shown in FIG. 13, automatic excavation can reduce cycle time compared to manual excavation by reducing reloading and tip-off operations. Additionally, automatic excavation reduces fuel consumption compared to manual excavation.

図14は、作業機操作とアクセル操作との自動制御による燃費をさらに説明するための図である。図14に示されるように、目標掘削土量が7tonに設定されたときのホイールローダ1の燃費は、66.5mlであった。同様に、目標掘削土量が、6.3ton、5.6ton、4.9ton、4.2ton、3.5トンの場合の燃費は、それぞれ、46.6ml、27.6ml、24,5ml、23.9ml、20.4mlとなった。 FIG. 14 is a diagram for further explaining fuel efficiency due to automatic control of work equipment operation and accelerator operation. As shown in FIG. 14, the fuel consumption of the wheel loader 1 was 66.5 ml when the target excavated soil volume was set to 7 tons. Similarly, when the target excavated soil volume is 6.3 tons, 5.6 tons, 4.9 tons, 4.2 tons, and 3.5 tons, the fuel consumption is 46.6 ml, 27.6 ml, 24.5 ml, and 23 tons, respectively. .9ml, 20.4ml.

この結果、たとえば、ダンプトラックに積み込む土砂の総量が11.2tonである場合、5.6tonずつ土砂を掘削してダンプトラックに積み込むときには、燃費の合計は、55.2ml(=27.6×2)となる。一方、7.0tonだけ土砂を掘削し、その後、4.2tonだけ土砂を掘削してダンプトラックに積み込むときには、燃費の合計は、90.4ml(=66.5+23.9)となる。 As a result, for example, if the total amount of earth and sand to be loaded onto a dump truck is 11.2 tons, when digging 5.6 tons of earth and sand and loading it onto the dump truck, the total fuel consumption will be 55.2 ml (= 27.6 x 2 ). On the other hand, when 7.0 tons of earth and sand are excavated, and then 4.2 tons of earth and sand are excavated and loaded onto a dump truck, the total fuel consumption is 90.4 ml (=66.5+23.9).

このように、ダンプトラックに積み込む土砂の総量から目標掘削土量を算出するときには、燃費の観点から、各回の掘削土量を平均化することが好ましいことが分かった。 As described above, it has been found that when calculating the target amount of excavated soil from the total amount of earth and sand to be loaded onto a dump truck, it is preferable to average the amount of excavated soil each time from the viewpoint of fuel efficiency.

<F.小括>
(1)ホイールローダ1は、走行可能な車体20と、バケット6を含み、かつバケット6にて掘削作業を行う作業機3と、コントローラ10とを備える。コントローラ10は、車体20および作業機3の動作に関する機械データを取得し、機械データに基づいて、掘削作業中の作業機3の目標姿勢を算出する算出部150と、目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度V2を算出する算出部280とを有する。本例では、算出部150は、機械データを取得する取得部170と、機械データに基づいて、掘削作業中の作業機の目標姿勢を算出する学習済みモデル180とを有する。コントローラ10は、作業機3の姿勢が目標姿勢となるように作業機3の動作を制御するとともにアクセル開度V2に基づき車体20の走行を制御する。
<F. Summary>
(1) The wheel loader 1 includes a vehicle body 20 that can travel, a work machine 3 that includes a bucket 6 and performs excavation work using the bucket 6, and a controller 10. The controller 10 includes a calculation unit 150 that acquires mechanical data regarding the operation of the vehicle body 20 and the work equipment 3, and calculates a target posture of the work equipment 3 during excavation work based on the machine data, and a calculation unit 150 that calculates a target posture of the work equipment 3 during excavation work, and a calculation unit 150 that acquires machine data regarding the operation of the vehicle body 20 and the work equipment 3. The calculation unit 280 calculates the necessary accelerator opening degree V2. In this example, the calculation unit 150 includes an acquisition unit 170 that acquires machine data, and a learned model 180 that calculates a target posture of a working machine during excavation work based on the machine data. The controller 10 controls the operation of the work machine 3 so that the attitude of the work machine 3 becomes a target attitude, and also controls the traveling of the vehicle body 20 based on the accelerator opening degree V2.

このような構成によれば、目標掘削土量が指定されると、目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度V2が、算出部280によって算出される。したがって、ホイールローダ1は、学習済みモデル180によって得られた目標姿勢となるように作業機3の動作を制御し、かつ、算出部280によって算出されたアクセル開度V2に基づき走行することによって、指定された目標掘削土量を自動で正確に掬うことを可能となる。 According to such a configuration, when the target excavated soil volume is specified, the accelerator opening degree V2 required for excavating the target excavated soil volume is calculated by the calculation unit 280. Therefore, the wheel loader 1 controls the operation of the work implement 3 so as to achieve the target posture obtained by the learned model 180, and travels based on the accelerator opening degree V2 calculated by the calculation unit 280. It becomes possible to automatically and accurately scoop out the specified target excavated soil volume.

詳しくは、学習済みモデル180によって得られた目標姿勢は、アクセル開度V2の大小にかかわらず同じである。目標姿勢が同じでも、バケット6の地山への貫入量、つまりアクセル開度を制御することで、掘削土量を制御できる。典型的には、掘削土量は、地山への貫入量、つまりアクセル開度(車速)と、作業機速度とによって変わる。しかしながら、本実施の形態の構成では、学習済みモデル180によって制御される目標姿勢に、作業機速度の制御も含まれる。つまり、目標姿勢が同じであれば、作業機速度の変化も共通である。そのため、アクセル開度(車速)の制御のみで掘削土量を制御できる。厳密には、学習済みモデル180によって決定される作業機速度は、車速によっても変わる。具体的には、車速が小さいほど、作業機速度が大きくなるように決定されている。しかしながら、作業機速度は車速以外の変数(ブームシリンダ圧、エンジン回転数、牽引力)にも影響されるため、車速の変化に対する作業機速度の変化は小さい。つまり、車速の変化に対する作業機速度の変化よりも、車速の変化に対する地山への掘削量の変化の方が大きい。したがって、アクセル開度(車速)で掘削土量を制御できる。また車速の変化に対する作業機速度の変化を考慮した補正をすることにより、さらに精度を向上することができる。具体的には、後述する、土質が変わった場合の変形例と同様の方法で補正が可能である。以上より、作業機3の目標姿勢が同じでも、アクセル開度で掘削土量を自在に制御できる。このように、アクセル開度V2を制御することにより、掘削土量を調整できる。 Specifically, the target posture obtained by the learned model 180 is the same regardless of the magnitude of the accelerator opening V2. Even if the target posture is the same, the amount of soil excavated can be controlled by controlling the amount of penetration of the bucket 6 into the ground, that is, the opening degree of the accelerator. Typically, the amount of excavated soil changes depending on the amount of penetration into the ground, that is, the accelerator opening (vehicle speed) and the speed of the work machine. However, in the configuration of this embodiment, the target posture controlled by the learned model 180 also includes control of the work machine speed. In other words, if the target posture is the same, the change in work machine speed is also the same. Therefore, the amount of excavated soil can be controlled only by controlling the accelerator opening (vehicle speed). Strictly speaking, the working machine speed determined by the learned model 180 also changes depending on the vehicle speed. Specifically, it is determined that the lower the vehicle speed, the higher the work machine speed. However, since the work machine speed is also affected by variables other than vehicle speed (boom cylinder pressure, engine speed, traction force), the change in work machine speed with respect to changes in vehicle speed is small. In other words, the change in the amount of excavation into the ground with respect to a change in vehicle speed is greater than the change in the working machine speed with respect to a change in vehicle speed. Therefore, the amount of excavated soil can be controlled by the accelerator opening (vehicle speed). Further, accuracy can be further improved by making corrections that take into account changes in work machine speed with respect to changes in vehicle speed. Specifically, the correction can be made in the same manner as in the modification example in which the soil quality is changed, which will be described later. As described above, even if the target posture of the working machine 3 is the same, the amount of excavated soil can be freely controlled by the accelerator opening degree. In this way, by controlling the accelerator opening degree V2, the amount of excavated soil can be adjusted.

(2)作業機3は、ブーム14と、ブーム14を動作させるブームシリンダ16とを含む。図8に基づいて説明したように、算出部280は、目標掘削土量に基づき、ブームシリンダ16に加える目標ブームシリンダ圧と、ホイールローダ1の目標牽引力とを算出する。算出部280は、目標ブームシリンダ圧と、目標牽引力とに基づき、アクセル開度V2を算出する。このような構成によれば、コントローラ10は、目標掘削土量からアクセル開度V2を算出することができる。 (2) The work machine 3 includes a boom 14 and a boom cylinder 16 that operates the boom 14. As explained based on FIG. 8, the calculation unit 280 calculates the target boom cylinder pressure to be applied to the boom cylinder 16 and the target traction force of the wheel loader 1 based on the target excavated soil volume. The calculation unit 280 calculates the accelerator opening degree V2 based on the target boom cylinder pressure and the target traction force. According to such a configuration, the controller 10 can calculate the accelerator opening degree V2 from the target excavated soil volume.

(3)車体20は、エンジン21をさらに含む。機械データは、ブームシリンダ16の圧力と、ホイールローダ1の車速と、エンジン21の回転数と、ホイールローダ1の牽引力とである。このような構成によれば、学習済みモデル180は、4つの入力パラメータのみで、作業機3の目標姿勢を出力できる。 (3) The vehicle body 20 further includes an engine 21. The mechanical data includes the pressure of the boom cylinder 16, the vehicle speed of the wheel loader 1, the rotational speed of the engine 21, and the tractive force of the wheel loader 1. According to such a configuration, the learned model 180 can output the target posture of the working machine 3 using only four input parameters.

(4)作業機3は、ブーム14を回動自在に支持するベルクランク18をさらに有する。コントローラ10は、アクセル操作検出部81bによって検出されたアクセル開度V1から、アクセル操作が行われていないと判断される場合、または、ブーム14に対するベルクランク18の角度が最大となった場合、学習済みモデル180を用いた作業機3の動作の制御と、算出されたアクセル開度V2に基づく車体20の動作の制御とを終了する。 (4) The work machine 3 further includes a bell crank 18 that rotatably supports the boom 14. The controller 10 performs learning when it is determined that the accelerator is not operated based on the accelerator opening degree V1 detected by the accelerator operation detection unit 81b, or when the angle of the bell crank 18 with respect to the boom 14 reaches the maximum. The control of the operation of the working machine 3 using the completed model 180 and the control of the operation of the vehicle body 20 based on the calculated accelerator opening degree V2 are ended.

このような構成によれば、1回の掘削作業の終了が判定できる。また、1回の掘削作業の終了判定に基づき、学習済みモデル180を用いた作業機3の動作の制御と、算出されたアクセル開度V2に基づく車体20の動作の制御とを終了させることができる。 According to such a configuration, it is possible to determine the end of one excavation operation. Furthermore, it is possible to terminate the control of the operation of the work implement 3 using the learned model 180 and the control of the operation of the vehicle body 20 based on the calculated accelerator opening degree V2 based on the determination of completion of one excavation operation. can.

(5)コントローラ10は、操作キー51等の入力装置を介して、ダンプトラックに積み込む土砂(掘削対象物)の総重量の入力を受け付ける。コントローラ10は、総重量がバケット容量よりも多い場合、総重量をバケット容量以下の複数の重量に分割する。コントローラ10(詳しくは、算出部280)は、分割によって得られた重量を目標掘削土量として、アクセル開度V2を算出する。このような構成によれば、ダンプトラックに積み込む土砂の総重量を入力すると、目標掘削土量が算出される。それゆえ、オペレータは、総重量のみを入力すればすむ。 (5) The controller 10 receives an input of the total weight of earth and sand (excavated object) to be loaded into a dump truck via an input device such as the operation key 51. When the total weight is greater than the bucket capacity, the controller 10 divides the total weight into multiple weights that are less than or equal to the bucket capacity. The controller 10 (specifically, the calculation unit 280) calculates the accelerator opening degree V2 using the weight obtained by the division as the target excavated soil volume. According to such a configuration, when the total weight of earth and sand to be loaded into a dump truck is input, the target excavated earth volume is calculated. Therefore, the operator need only input the total weight.

(6)好ましくは、コントローラ10は、総重量を均等に分割する。このような構成によれば、総重量を均等に分割しない場合に比べて、ホイールローダ1の燃費を低減できる。 (6) Preferably, the controller 10 divides the total weight evenly. According to such a configuration, the fuel consumption of the wheel loader 1 can be reduced compared to the case where the total weight is not divided equally.

<G.変形例>
(1)掘削する土砂の質が変化した場合には、算出部280の精度が低下することが想定される。たとえば、目標掘削土量を3tonに指定した場合に、4tonの土砂が掘削されることが起こりえる。そこで、土砂の質に応じたアクセル開度V2を出力可能な調整機能(チューニング機能)を有する算出部280の構成について説明する。以下では、このような調整機能を有する算出部280を、説明の便宜上、算出部280Aと称する。
<G. Modified example>
(1) If the quality of the earth and sand to be excavated changes, it is assumed that the accuracy of the calculation unit 280 will decrease. For example, when the target excavated soil volume is specified as 3 tons, it is possible that 4 tons of earth and sand will be excavated. Therefore, the configuration of the calculation unit 280 having an adjustment function (tuning function) capable of outputting the accelerator opening degree V2 according to the quality of the earth and sand will be explained. Hereinafter, the calculation unit 280 having such an adjustment function will be referred to as a calculation unit 280A for convenience of explanation.

図15は、算出部280Aの機能的構成を説明するための機能ブロック図である。算出部280Aは、平均ブームボトム圧算出部281と、平均牽引力算出部282と、アクセル開度算出部283と、補正部284とを備える。算出部280Aは、補正部284を備える点において、算出部280(図8参照)とは異なる。 FIG. 15 is a functional block diagram for explaining the functional configuration of the calculation unit 280A. The calculation unit 280A includes an average boom bottom pressure calculation unit 281, an average tractive force calculation unit 282, an accelerator opening calculation unit 283, and a correction unit 284. The calculation unit 280A differs from the calculation unit 280 (see FIG. 8) in that it includes a correction unit 284.

先ず、補正部284による補正式の生成について説明する。その後、補正部284による、補正式を用いた目標掘削土量の補正について説明する。 First, generation of a correction formula by the correction unit 284 will be explained. After that, the correction of the target excavated earth volume using the correction formula by the correction unit 284 will be explained.

補正部284には、目標掘削土量と、ホイールローダ1に搭載されたペイロードメータ99によって検出された土砂の重量(計測値)とが入力される。補正部284は、目標掘削土量と、実際の掘削土量(計測値)とを用いて、補正式を生成する。具体的には、補正部284は、後述する3つのデータ(詳しくは、3つの座標値(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3))を用いて、補正式を生成する。なお、ペイロードメータ99は、バケット6に積み込んだ掘削対象物100の重量を検出する検出部の例である。ペイロードメータ99は、ホイールローダ1に予め搭載されていてもよい。あるいは、ペイロードメータ99は、ホイールローダ1に後付けされてもよい。 The target excavated earth volume and the weight (measured value) of earth and sand detected by the payload meter 99 mounted on the wheel loader 1 are input to the correction unit 284 . The correction unit 284 generates a correction formula using the target excavated soil volume and the actual excavated soil volume (measured value). Specifically, the correction unit 284 generates a correction formula using three data (specifically, three coordinate values (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)), which will be described later. . Note that the payload meter 99 is an example of a detection unit that detects the weight of the excavation object 100 loaded into the bucket 6. Payload meter 99 may be mounted on wheel loader 1 in advance. Alternatively, the payload meter 99 may be retrofitted to the wheel loader 1.

図16は、補正式の生成の流れを説明するためのフロー図である。図17は、補正式を生成する際に用いる目標掘削土量とペイロードメータ99による計測値との関係を説明するための図である。 FIG. 16 is a flow diagram for explaining the flow of generating a correction formula. FIG. 17 is a diagram for explaining the relationship between the target excavated soil volume used when generating the correction formula and the measured value by the payload meter 99.

図17に示されるように、補正式を生成する前提として、コントローラ10は、目標掘削土量をX座標の値とし、ペイロードメータ99による計測値をY座標の値とした座標系を用いる。 As shown in FIG. 17, as a premise for generating the correction formula, the controller 10 uses a coordinate system in which the target excavated soil volume is the X-coordinate value and the measured value by the payload meter 99 is the Y-coordinate value.

図16に示されるように、ステップS31において、コントローラ10は、目標掘削土量を第1の土量(x1)(図17参照)として、上述した自動制御による掘削作業を行う(「アクセル開度:小」)。ステップS32において、コントローラ10は、目標掘削土量を第1の土量(x1)としたときのペイロードメータ99による計測値(y1)(図17参照)を取得する。 As shown in FIG. 16, in step S31, the controller 10 sets the target excavated soil volume to the first soil volume (x1) (see FIG. 17) and performs the excavation work by the automatic control described above ("accelerator opening :small"). In step S32, the controller 10 acquires the measured value (y1) by the payload meter 99 (see FIG. 17) when the target excavated soil volume is the first soil volume (x1).

ステップS33において、コントローラ10は、目標掘削土量を第2の土量(x2)(>x1)として、上述した自動制御による掘削作業を行う。この場合、目標掘削土量を第1の土量(x1)としたときよりも、アクセル開度は大きくなる(「アクセル開度:中」)。ステップS34において、コントローラ10は、目標掘削土量を第2の土量(x2)としたときのペイロードメータ99による計測値(y2)を取得する。 In step S33, the controller 10 sets the target excavated soil volume to the second soil volume (x2) (>x1) and performs the excavation work under automatic control described above. In this case, the accelerator opening is larger (“accelerator opening: medium”) than when the target excavated soil volume is the first soil volume (x1). In step S34, the controller 10 acquires the measured value (y2) by the payload meter 99 when the target excavated soil volume is the second soil volume (x2).

ステップS35において、コントローラ10は、目標掘削土量を第3の土量(x3)(>x2)として、上述した自動制御による掘削作業を行う。この場合、目標掘削土量を第2の土量(x2)としたときよりも、アクセル開度は大きくなる(「アクセル開度:大」)。ステップS36において、コントローラ10は、目標掘削土量を第3の土量(x3)としたときのペイロードメータ99による計測値(y3)を取得する。 In step S35, the controller 10 sets the target excavated soil volume to the third soil volume (x3) (>x2) and performs the excavation work under the automatic control described above. In this case, the accelerator opening is larger (“accelerator opening: large”) than when the target excavated soil volume is the second soil volume (x2). In step S36, the controller 10 obtains the measured value (y3) by the payload meter 99 when the target excavated soil volume is the third soil volume (x3).

ステップS37において、コントローラ10は、3つの座標値(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)に基づき最小二乗法を用いて関数(x=αy+βy+γ … (f4))を生成する。 In step S37, the controller 10 calculates the function (x=αy 2 +βy+γ ... (f4)) using the least squares method based on the three coordinate values (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3). generate.

第1の土量(x1)と、第2の土量(x2)と、第3の土量(x3)とは、コントローラ10が適宜決定してもよい。また、2つ以下の土量(たとえば、x1,x2)または4つ以上の土量(x1,x2,x3,x4,…)を用いて関数f4を生成してもよい。 The first volume of soil (x1), the second volume of soil (x2), and the third volume of soil (x3) may be determined by the controller 10 as appropriate. Further, the function f4 may be generated using two or less volumes (for example, x1, x2) or four or more volumes (x1, x2, x3, x4, . . . ).

補正部284は、上述した関数f4を生成すると、関数f4を記憶する。この後、関数f4を用いた実運用がなされる。詳細については後述するが、補正部284は、関数f4を用いて、入力される目標掘削土量を補正する。補正部284は、補正後の目標掘削土量を平均ブームボトム圧算出部281に送る。なお、実運用時には、算出部280Aは、アクセル開度V2の算出にあたり、ペイロードメータ99による計測値を利用しない。 After generating the function f4 described above, the correction unit 284 stores the function f4. After this, actual operation using the function f4 is performed. Although details will be described later, the correction unit 284 uses the function f4 to correct the input target excavated soil volume. The correction unit 284 sends the corrected target excavated soil volume to the average boom bottom pressure calculation unit 281. Note that during actual operation, the calculation unit 280A does not use the measured value by the payload meter 99 when calculating the accelerator opening degree V2.

平均ブームボトム圧算出部281は、補正後の目標掘削土量に基づき、上述した関数f1を用いて平均ブームボトム圧を算出する。平均ブームボトム圧算出部281は、平均ブームボトム圧を平均牽引力算出部282とアクセル開度算出部283とに送る。平均牽引力算出部282における処理と、アクセル開度算出部283における処理とは、既に説明したため、ここでは繰り返し説明しない。以上により、算出部280Aからアクセル開度V2の情報が出力される。 The average boom bottom pressure calculation unit 281 calculates the average boom bottom pressure using the above-mentioned function f1 based on the corrected target excavated soil volume. The average boom bottom pressure calculation unit 281 sends the average boom bottom pressure to the average traction force calculation unit 282 and the accelerator opening calculation unit 283. The processing in the average traction force calculation section 282 and the processing in the accelerator opening calculation section 283 have already been explained, so they will not be described repeatedly here. As described above, information on the accelerator opening degree V2 is output from the calculation unit 280A.

補正部284の補正処理を具体的に説明すると、以下のとおりである。図18は、ダンプトラックに積み込む土砂の総量の入力から、補正部284による補正までの一連の処理の流れを説明するためのフロー図である。図18に示されているように、ステップS31において、コントローラ10は、オペレータの入力操作に基づき、ダンプトラックに積み込む土砂の総量の入力を受け付ける。ステップS32において、コントローラ10は、目標掘削土量(1回の掘削当たりの土量)を算出する。 A specific explanation of the correction processing by the correction unit 284 is as follows. FIG. 18 is a flowchart for explaining a series of processing steps from inputting the total amount of earth and sand to be loaded onto a dump truck to correction by the correction unit 284. As shown in FIG. 18, in step S31, the controller 10 receives an input of the total amount of earth and sand to be loaded onto the dump truck based on an input operation by an operator. In step S32, the controller 10 calculates a target amount of excavated soil (amount of soil per one excavation).

ステップS33において、コントローラ10(詳しくは、補正部284)は、関数f4(x=αy+βy+γ)のyに、ステップS32において算出された目標掘削土量の値を入力することにより、xの値を算出する。ステップS34において、コントローラ10(詳しくは、補正部284)は、xの値を目標掘削土量(補正後の目標掘削土量)に設定する。 In step S33, the controller 10 (specifically, the correction unit 284) inputs the value of the target excavated earth volume calculated in step S32 into y of the function f4 (x=αy 2 +βy+γ), thereby determining the value of x. Calculate. In step S34, the controller 10 (specifically, the correction unit 284) sets the value of x to the target excavated soil volume (corrected target excavated soil volume).

関数f4を生成するときには、xを目標掘削土量の値としたが、補正を行う場合には、上記のようにyを目標掘削土量の値とする。逆関数的に関数f4のyに目標掘削土量を入力する。これにより、xの値として、補正後の目標掘削土量が得られる。 When generating the function f4, x is set to the value of the target amount of excavated earth, but when performing correction, y is set to the value of the target amount of excavated earth as described above. The target excavated soil volume is input into y of the function f4 as an inverse function. Thereby, the corrected target excavated soil volume is obtained as the value of x.

単純化した具体例を挙げて説明すると、以下のとおりである。たとえば、3つの座標値(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)が、それぞれ、(4,5),(6,7.5),(8,10)であったとする。このように、目標掘削土量に対して、1.25倍だけ多く土砂を掘削しているとする。換言すれば、目標掘削土量が、実際に掘削された土量の0.8倍であったとする。 A simplified specific example will be explained as follows. For example, suppose the three coordinate values (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) are (4, 5), (6, 7.5), (8, 10), respectively. . In this way, it is assumed that 1.25 times more earth and sand is being excavated than the target excavated earth volume. In other words, assume that the target excavated soil volume is 0.8 times the actual excavated soil volume.

この場合には、関数f4として、x=0.8yが得られる。実運用で目標掘削土量が7.5tonの場合、yに7.5を代入し、補正後の目標掘削土量(x)として、6tonが得られる。このように、目標掘削土量を7.5tonから6tonに補正(調整)することにより、結果として、7.5tonの土砂を掬うことができる。算出部280Aに入力された目標掘削土量を調整することにより、算出部280Aに入力された目標掘削土量分の土砂を掘削することが可能となる。 In this case, x=0.8y is obtained as the function f4. When the target excavated soil volume is 7.5 tons in actual operation, 7.5 is substituted for y, and 6 tons is obtained as the corrected target excavated soil volume (x). In this way, by correcting (adjusting) the target excavated earth volume from 7.5 tons to 6 tons, it is possible to scoop up 7.5 tons of earth and sand as a result. By adjusting the target excavated soil volume input to the calculation unit 280A, it becomes possible to excavate earth and sand corresponding to the target excavated soil volume input to the calculation unit 280A.

本補正は、土砂の質の変化による、算出部280の精度低下に限定されない。本補正は、車体20の制御方法が変わることによる、算出部280の精度低下にも適用できる。典型的には、掘削土量は、地山への貫入量と、作業機速度とによって決まる。たとえば、車速に応じて作業機速度が変化する制御が行われる場合、アクセル開度(車速)の制御のみでは掘削土量を精度良く制御できない場合が考えられる。このような場合でも、本補正によってアクセル開度と掘削土量との関係性を適正化し、掘削土量の精度を上げることができる。つまり、本補正によれば、車体20の制御方法が変わることによる、算出部280の精度低下を改善できる。 This correction is not limited to a decrease in accuracy of the calculation unit 280 due to a change in the quality of the earth and sand. This correction can also be applied to a decrease in accuracy of the calculation unit 280 due to a change in the control method of the vehicle body 20. Typically, the amount of soil excavated is determined by the amount of penetration into the ground and the speed of the work equipment. For example, when control is performed to change the speed of the working machine depending on the vehicle speed, it is possible that the amount of excavated soil cannot be accurately controlled only by controlling the accelerator opening (vehicle speed). Even in such a case, this correction can optimize the relationship between the accelerator opening degree and the amount of excavated soil, and improve the accuracy of the amount of excavated soil. In other words, according to this correction, it is possible to improve the decrease in accuracy of the calculation unit 280 due to a change in the control method of the vehicle body 20.

以上のように、ホイールローダ1は、バケット6に積み込んだ掘削対象物100の重量を検出するペイロードメータ99を備える。コントローラ10は、目標掘削土量と、ペイロードメータ99によって検出された重量との差に基づき、目標掘削土量を補正する補正部284を有する。算出部280Aは、補正後の目標掘削土量に基づきアクセルの開度を算出する。これにより、掘削対象物100の土質に応じた制御が可能となる。 As described above, the wheel loader 1 includes the payload meter 99 that detects the weight of the excavated object 100 loaded into the bucket 6. The controller 10 includes a correction unit 284 that corrects the target excavated soil volume based on the difference between the target excavated soil volume and the weight detected by the payload meter 99. The calculation unit 280A calculates the opening degree of the accelerator based on the corrected target excavated soil volume. This enables control according to the soil quality of the excavated object 100.

(2)上記においては、ホイールローダ1として、電子制御を活用したHMT(Hydraulic Mechanical Transmission)方式のホイールローダを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。トルクコンバータ方式のホイールローダであっても、掘削土量はアクセル開度(車速)で制御できるため、トルクコンバータ方式のホイールローダに対しても、上述した自動制御を適用可能である。この点について、詳しく説明すると、以下のとおりである。 (2) In the above description, an HMT (Hydraulic Mechanical Transmission) type wheel loader utilizing electronic control has been exemplified as the wheel loader 1, but the present invention is not limited to this. Even with a torque converter type wheel loader, the amount of soil excavated can be controlled by the accelerator opening (vehicle speed), so the above-mentioned automatic control can also be applied to a torque converter type wheel loader. This point will be explained in detail as follows.

トルクコンバータ方式のホイールローダでは、目標掘削土量が小さい場合、地山への貫入量を下げるために、アクセル開度(車速)を下げる。少ない掘削土量を実現するには、作業機速度が大きい方が好ましいものの、トルクコンバータ方式のホイールローダでは、このような制御ができない。しかしながら、車速(アクセル開度)を下げることによる作業機速度が小さくなる効果より、地山への貫入量が小さくなる効果が大きいため、トルクコンバータ方式のホイールローダでも掘削土量を調整できる。 In a torque converter type wheel loader, when the target excavation volume is small, the accelerator opening (vehicle speed) is lowered to reduce the amount of penetration into the ground. In order to reduce the amount of excavated soil, it is preferable to have a high working machine speed, but this type of control is not possible with a torque converter type wheel loader. However, since the effect of reducing the amount of penetration into the ground is greater than the effect of reducing the speed of the work equipment by lowering the vehicle speed (accelerator opening), the amount of excavated soil can be adjusted even with a torque converter type wheel loader.

さらには、車速(アクセル開度)が下がることによる作業機速度が小さくなる効果を考慮した補正をすることにより、掘削土量の精度をより向上させることができる。本補正は、車体20の制御方法が変わることによる、算出部280の精度低下の改善と同様の方法で可能である。 Furthermore, the accuracy of excavated soil volume can be further improved by making a correction that takes into account the effect of a decrease in the work machine speed due to a decrease in vehicle speed (accelerator opening degree). This correction can be made in the same way as the method used to improve the accuracy of the calculation unit 280 due to a change in the control method of the vehicle body 20.

このように、アクセル開度を制御することにより、掘削土量を制御できる。さらに、作業機3の動作が変わらなくても、アクセル開度を変えたときの地山への貫入量を調整できれば(アクセル開度と掘削可能な土量との関係を補正できれば)、掘削土量の精度をより向上させることができる。 In this way, by controlling the accelerator opening degree, the amount of excavated soil can be controlled. Furthermore, even if the operation of the work equipment 3 does not change, if the amount of penetration into the ground when changing the accelerator opening can be adjusted (if the relationship between the accelerator opening and the amount of soil that can be excavated can be corrected), the excavated soil The accuracy of quantity can be further improved.

(3)上記においては、アクセル操作部材81aが操作されている間だけ作業機操作とアクセル操作とを自動制御する構成を説明した。具体的には、たとえば図5のステップS5~S7に示すように、アクセル操作部材81aが操作されている状態で掘削作業の開始が検知されたことに基づき、コントローラ10が作業機操作とアクセル操作との自動制御を開始する構成を説明した。また、たとえば図5のステップS8,S10に示すように、アクセル操作部材81aの操作(アクセル操作)が行われていないと判断されたことに基づき、コントローラ10が作業機操作とアクセル操作との自動制御を終了する構成を説明した。しかしながら、自動制御の開始および終了の各タイミングは、このような条件に限定されない。コントローラ10は、事前に決められたロジック(タイミング)または所定のレバー操作を条件として、自動制御を開始または終了してもよい。 (3) In the above description, a configuration has been described in which the working machine operation and the accelerator operation are automatically controlled only while the accelerator operating member 81a is being operated. Specifically, as shown in steps S5 to S7 in FIG. 5, for example, based on the fact that the start of excavation work is detected while the accelerator operating member 81a is being operated, the controller 10 controls the work equipment operation and the accelerator operation. The configuration for starting automatic control with Further, as shown in steps S8 and S10 in FIG. 5, for example, based on the determination that the accelerator operation member 81a is not operated (accelerator operation), the controller 10 automatically controls the work equipment operation and the accelerator operation. The configuration for terminating control has been explained. However, the timings for starting and ending automatic control are not limited to such conditions. The controller 10 may start or end automatic control based on predetermined logic (timing) or predetermined lever operation.

(4)積込対象は、ダンプトラックに限定されない。積込対象は、自走式の車両に限定さない。たとえば、積込対象は、牽引される車両であってもよい。排土工程は、所定の場所に掘削対象物100を排出させるだけでもよい。 (4) The loading target is not limited to dump trucks. Loading targets are not limited to self-propelled vehicles. For example, the object to be loaded may be a vehicle to be towed. In the earth removal process, the excavated object 100 may be simply discharged to a predetermined location.

(5)上記においては、人工知能である学習済みモデル180を用いて目標姿勢を算出する構成を説明した。しかしながら、ある決まった作業機制御(位置制御、負荷制御等)に対して、アクセル制御により地山への貫入量を調整できれば、目標姿勢の算出に人工知能を用いる必要は必ずしもない。 (5) In the above, a configuration has been described in which the target posture is calculated using the learned model 180 that is artificial intelligence. However, if the amount of penetration into the ground can be adjusted by accelerator control for a certain work machine control (position control, load control, etc.), it is not necessarily necessary to use artificial intelligence to calculate the target posture.

コントローラ10は、予め作成された算出ロジック(計算ロジック)を用いて、目標姿勢を算出してもよい。たとえば、コントローラ10は、作業機3が受ける負荷から目標姿勢を決めてもよい。コントローラ10は、地山からの反力で変化するブームシリンダ圧の変化に対して、事前に決められた目標姿勢にしたがって作業機3を制御してもよい。具体的には、ブームシリンダ圧に対する、ブーム角度θ1の単位時間当たりの変化量Δθ1と、ベルクランク角度θ2の単位時間当たりの変化量Δθ2ブーム操作量とがメモリ10Mに記憶されていて、コントローラ10は、当該変化量θ1,θ2に基づき、作業機3の制御を行ってもよい。 The controller 10 may calculate the target posture using calculation logic (calculation logic) created in advance. For example, the controller 10 may determine the target posture based on the load that the work machine 3 receives. The controller 10 may control the work implement 3 according to a predetermined target posture with respect to a change in boom cylinder pressure that changes due to a reaction force from the earth. Specifically, the amount of change Δθ1 of the boom angle θ1 per unit time and the amount of change Δθ2 of the bell crank angle θ2 per unit time with respect to the boom cylinder pressure are stored in the memory 10M, and the controller 10 The working machine 3 may be controlled based on the amounts of change θ1 and θ2.

なお、作業機3が受ける負荷を検知する方法は、ブームシリンダ圧の検知に限定されない。たとえば、作業機3に歪みセンサまたはトルクセンサを設置し、当該センサによって作業機3が地山から受ける負荷を検知し、かつ、コントローラ10が、検知結果に基づいて作業機3を制御してもよい。 Note that the method for detecting the load applied to the working machine 3 is not limited to detecting boom cylinder pressure. For example, if a strain sensor or a torque sensor is installed in the work machine 3, the sensor detects the load that the work machine 3 receives from the ground, and the controller 10 controls the work machine 3 based on the detection result. good.

(6)上述したように学習済みモデル180を用いて目標姿勢を算出する場合には、コントローラ10は、掘削作業の開始前から目標姿勢の算出を開始しており、かつ掘削作業の開始を作業機3の目標姿勢への制御のトリガにしているに過ぎない。それゆえ、掘削作業の開始の検知と目標姿勢の算出開始との時間的な先後は問わない。すなわち、コントローラ10は、先に目標姿勢を算出し、その後掘削作業の開始を検知してから、目標姿勢となるように車体20を制御してもよい。逆に、コントローラ10は、掘削作業の開始を検知した後に目標姿勢を算出し、目標姿勢となるように車体20を制御してもよい。学習済みモデル180の代わりに上述した算出ロジックを用いる場合も、掘削作業の開始の検知と目標姿勢の算出開始との時間的な先後は問わない。 (6) When calculating the target posture using the trained model 180 as described above, the controller 10 starts calculating the target posture before the start of the excavation work, and It merely serves as a trigger to control aircraft 3 to its target attitude. Therefore, the timing between the detection of the start of excavation work and the start of calculation of the target attitude does not matter. That is, the controller 10 may first calculate the target attitude, then detect the start of the excavation work, and then control the vehicle body 20 so as to attain the target attitude. Conversely, the controller 10 may calculate the target posture after detecting the start of the excavation work, and may control the vehicle body 20 so as to adopt the target posture. Even when the above-mentioned calculation logic is used instead of the learned model 180, it does not matter whether the detection of the start of excavation work or the start of calculation of the target posture occurs in time.

(7)上記においては、全ての制御をコントローラ10が実行する構成となっているが、一部または全ての制御を外部コントローラが実行してもよい。たとえば、自動掘削中は、エッジ端末などの外部コントローラから操作電圧(操作信号)を送り、当該操作信号をコントローラ10で受け取ることにより、ホイールローダ1が操作されてもよい。自動掘削以外の作業時は、レバー操作の電圧値を読み取るセンサが検出した値を外部コントローラ(図示せず)で常時読み取り、当該値を示す信号をコントローラ10に流すことにより、ホイールローダ1が操作されてもよい。 (7) In the above configuration, all the controls are executed by the controller 10, but some or all of the controls may be executed by an external controller. For example, during automatic excavation, the wheel loader 1 may be operated by sending an operating voltage (operating signal) from an external controller such as an edge terminal, and receiving the operating signal at the controller 10. During work other than automatic excavation, the value detected by the sensor that reads the voltage value of lever operation is constantly read by an external controller (not shown), and the wheel loader 1 is operated by sending a signal indicating the value to the controller 10. may be done.

たとえば、車体20に内蔵されているコントローラ10に自動掘削のロジックを織込むことにより、外部コントローラから信号を与えなくてもホイールローダ1を制御してもよい。また、コントローラ10を介さず、バルブを直接開閉させる信号を外部コントローラから送ることでも本技術を適用してもよい。 For example, by incorporating automatic excavation logic into the controller 10 built into the vehicle body 20, the wheel loader 1 may be controlled without applying a signal from an external controller. Further, the present technology may also be applied by sending a signal from an external controller to directly open and close the valve without going through the controller 10.

今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is an example, and is not limited to the above content only. The scope of the present invention is indicated by the claims, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.

1 ホイールローダ、2 車体フレーム、2a 前フレーム、2b 後フレーム、2b フレーム、2ton,6ton 目標掘削土量、3 作業機、4 走行装置、4a 前輪、4a 車輪、5 キャブ、6 バケット、6a 刃先、6b 背面、8 操作装置、9 ブームピン、10 コントローラ、10M メモリ、11 ステアリングシリンダ、13 作業機ポンプ、14 ブーム、15 リンク、16 ブームシリンダ、17 バケットピン、18 ベルクランク、18a 支持ピン、18b,18c 連結ピン、19 バケットシリンダ、20 車体、21 エンジン、23 トランスミッション、27 入力軸、28 出力軸、29 第1角度検出器、32 車軸、33 動力取出部、34 作業機バルブ、48 第2角度検出器、50 ディスプレイ、51 操作キー、81a アクセル操作部材、81b アクセル操作検出部、83a ブーム操作部材、83b ブーム操作検出部、84a バケット操作部材、84b バケット操作検出部、85b 変速操作検出部、91 エンジン回転数センサ、92 出力回転数センサ、95 第1油圧検出器、96 第2油圧検出器、99 ペイロードメータ、100 掘削対象物、150,280,280A 算出部、170 取得部、180 学習済みモデル、181 入力層、182 中間層、183 出力層、231 遊星歯車、232,233 油圧モータ、281 平均ブームボトム圧算出部、282 平均牽引力算出部、283 アクセル開度算出部、284 補正部、H 水平線、L,La,Lb バケット軌跡、P ブーム基準線、Q ベルクランク基準線。 1 wheel loader, 2 body frame, 2a front frame, 2b rear frame, 2b frame, 2ton, 6ton target excavated soil volume, 3 work equipment, 4 traveling device, 4a front wheel, 4a wheel, 5 cab, 6 bucket, 6a cutting edge, 6b back side, 8 operating device, 9 boom pin, 10 controller, 10M memory, 11 steering cylinder, 13 work equipment pump, 14 boom, 15 link, 16 boom cylinder, 17 bucket pin, 18 bell crank, 18a support pin, 18b, 18c Connection pin, 19 Bucket cylinder, 20 Vehicle body, 21 Engine, 23 Transmission, 27 Input shaft, 28 Output shaft, 29 First angle detector, 32 Axle, 33 Power take-off part, 34 Work equipment valve, 48 Second angle detector , 50 display, 51 operation key, 81a accelerator operation member, 81b accelerator operation detection section, 83a boom operation member, 83b boom operation detection section, 84a bucket operation member, 84b bucket operation detection section, 85b shift operation detection section, 91 engine rotation Number sensor, 92 Output rotation speed sensor, 95 First oil pressure detector, 96 Second oil pressure detector, 99 Payload meter, 100 Excavation target, 150, 280, 280A Calculation unit, 170 Acquisition unit, 180 Learned model, 181 Input layer, 182 Intermediate layer, 183 Output layer, 231 Planetary gear, 232, 233 Hydraulic motor, 281 Average boom bottom pressure calculation section, 282 Average tractive force calculation section, 283 Accelerator opening calculation section, 284 Correction section, H Horizontal line, L , La, Lb bucket locus, P boom reference line, Q bell crank reference line.

Claims (9)

走行可能な車体と、バケットを含み、かつ前記バケットにて掘削作業を行う作業機と、コントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記車体および前記作業機の動作に関する機械データを取得し、前記機械データに基づいて、掘削作業中の前記作業機の目標姿勢を算出する第1の算出手段と、
目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度を算出する第2の算出手段とを有し、
前記作業機の姿勢が前記目標姿勢となるように前記作業機の動作を制御するとともに前記アクセル開度に基づき前記車体の走行を制御する、作業機械。
A vehicle body that can run, a work machine that includes a bucket and performs excavation work using the bucket, and a controller,
The controller includes:
a first calculation unit that acquires mechanical data regarding the operation of the vehicle body and the working machine, and calculates a target posture of the working machine during excavation work based on the machine data;
and a second calculation means for calculating the accelerator opening degree necessary for excavating the target excavated soil volume,
A working machine that controls the operation of the working machine so that the attitude of the working machine becomes the target attitude, and also controls the running of the vehicle body based on the accelerator opening degree.
前記作業機は、ブームと、前記ブームを動作させるブームシリンダとを含み、
前記第2の算出手段は、
前記目標掘削土量に基づき、前記ブームシリンダに加える目標ブームシリンダ圧と、前記作業機械の目標牽引力とを算出し、
前記目標ブームシリンダ圧と、前記目標牽引力とに基づき、前記アクセル開度を算出する、請求項1に記載の作業機械。
The work machine includes a boom and a boom cylinder that operates the boom,
The second calculation means is
Based on the target excavated earth volume, calculate a target boom cylinder pressure to be applied to the boom cylinder and a target traction force of the working machine,
The working machine according to claim 1, wherein the accelerator opening degree is calculated based on the target boom cylinder pressure and the target tractive force.
前記バケットは、前記ブームに接続され、
前記作業機械は、前記バケットに積み込んだ掘削対象物の重量を検出する検出手段をさらに備え、
前記コントローラは、前記目標掘削土量と、検出された前記重量との差に基づき、前記目標掘削土量を補正する補正手段をさらに有し、
前記第2の算出手段は、補正後の前記目標掘削土量に基づき前記アクセル開度を算出する、請求項2に記載の作業機械。
the bucket is connected to the boom;
The working machine further includes a detection means for detecting the weight of the excavated object loaded into the bucket,
The controller further includes a correction means for correcting the target excavated soil volume based on the difference between the target excavated soil volume and the detected weight,
The working machine according to claim 2, wherein the second calculation means calculates the accelerator opening degree based on the corrected target excavated soil volume.
前記車体は、エンジンをさらに含み、
前記機械データは、前記ブームシリンダの圧力と、前記作業機械の車速と、前記エンジンの回転数と、前記作業機械の牽引力とである、請求項2または3に記載の作業機械。
The vehicle body further includes an engine,
The working machine according to claim 2 or 3, wherein the machine data is the pressure of the boom cylinder, the vehicle speed of the working machine, the rotation speed of the engine, and the tractive force of the working machine.
前記作業機は、前記ブームを回動自在に支持するベルクランクをさらに有し、
前記コントローラは、アクセル操作が行われていない場合、または、前記ブームに対する前記ベルクランクの角度が最大となった場合、前記作業機の動作の制御と、前記アクセル開度に基づく前記車体の動作の制御とを終了する、請求項2から4のいずれか1項に記載の作業機械。
The work machine further includes a bell crank that rotatably supports the boom,
The controller controls the operation of the work equipment when the accelerator is not operated or when the angle of the bell crank with respect to the boom reaches a maximum, and controls the operation of the vehicle body based on the accelerator opening degree. The work machine according to any one of claims 2 to 4, wherein the control is terminated.
積込対象に積み込む掘削対象物の総重量の入力を受け付ける入力装置をさらに備え、
前記コントローラは、前記総重量がバケット容量よりも多い場合、前記総重量を前記バケット容量以下の複数の重量に分割し、
前記第2の算出手段は、分割によって得られた前記重量を前記目標掘削土量として、前記アクセル開度を算出する、請求項1から5のいずれか1項に記載の作業機械。
further comprising an input device that accepts an input of the total weight of the excavated object to be loaded onto the loading object,
If the total weight is greater than the bucket capacity, the controller divides the total weight into multiple weights that are less than or equal to the bucket capacity;
The working machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the second calculation means calculates the accelerator opening degree using the weight obtained by division as the target excavated soil volume.
前記コントローラは、前記総重量を均等に分割する、請求項6に記載の作業機械。 7. The work machine of claim 6, wherein the controller divides the total weight equally. 前記第1の算出手段は、前記機械データを入力として受け付け、かつ前記目標姿勢を出力する学習済みモデルを含み、
前記学習済みモデルは、前記目標姿勢として、前記バケットにてバケット容量分の掘削対象物を掬える姿勢を出力するように学習されている、請求項1から7のいずれか1項に記載の作業機械。
The first calculation means includes a learned model that receives the machine data as input and outputs the target posture,
The operation according to any one of claims 1 to 7, wherein the learned model is trained to output, as the target attitude, a posture that allows the bucket to scoop up an excavated object equivalent to the bucket capacity. machine.
走行可能な車体とバケットを有する作業機とを備えた作業機械の制御方法であって、
前記車体および前記作業機の動作に関する機械データを取得し、前記機械データに基づいて、掘削作業中の前記作業機の目標姿勢を算出するステップと、
目標掘削土量の掘削に必要なアクセル開度を算出するステップと、
前記作業機の姿勢が前記目標姿勢となるように前記作業機の動作を制御するとともに前記アクセル開度に基づき前記車体の走行を制御するステップとを備える、作業機械の制御方法。
A method for controlling a working machine including a movable vehicle body and a working machine having a bucket, the method comprising:
acquiring mechanical data regarding the operation of the vehicle body and the working machine, and calculating a target posture of the working machine during excavation work based on the machine data;
a step of calculating the accelerator opening degree necessary for excavating the target excavated soil volume;
A method for controlling a working machine, comprising: controlling the operation of the working machine so that the attitude of the working machine becomes the target attitude, and controlling the running of the vehicle body based on the accelerator opening degree.
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