JPH04164210A - 移動体の高さ計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動体の高さ計測装置に関し、特に建設機械が
走行する地山の高さ変化を計測する装置に関する。

〔従来の技術〕

ブルドーザ等の土工車両では整地掘削作業後の地形の高
低差の情報を得るべくブルドーザの高さ（鉛直方向位置
）を計測する装置が提案されている。従来は地山の適宜
箇所にレーザ光を基準方向（水平方向）に投光する投光
器を配設するとともに、ブルドーザにレーザ光を受光す
る受光器を搭載し、この受光器で投光レーザ光を受光し
た高さに基づきブルドーザの鉛直方向位置を計測するよ
うにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の装置では、ブルドーザとは別途に作業現場に
投光器を設置する必要がある。しかし、投光器とブルド
ーザとの間に障害物があったりする作業現場や、また投
光器とブルドーザとの間の距離が大きくなる広域作業現
場では投光レーザ光が受光器で受光されなかったり、誤
差が大きくなったりして正確な計測を行えなくなるとい
う不都合が招来する。このため作業現場の環境によって
は計測を諦めざるを得なかったり、広域作業現場をカバ
ーするために計測を一時中断し、投光器の設置をやり直
さなければならないとう煩わしさがある。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、ブ
ルドーザ等の移動体の高さをいかなる環境下にあっても
常に正確に計測することかできる装置を提供することを
その目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

そこでこの発明では、移動体の移動スタート地点におけ
る高さを予め記憶する初期高さ記憶手段と、前記移動体
のピッチング角を検出するピッチング角検出手段と、前
記移動体の移動速度を検出する移動速度検出手段と、前
記ピッチング角検出手段および前記移動速度検出手段の
各出力と前記初期高さ記憶手段の記憶初期高さとに基づ
いて前記移動体の高さを演算する演算手段とを前記移動
体に具えるようにしている。

〔作用〕

かかる構成によれば、移動体の外部に投光器等の外部装
置を配設することなく、移動体に具えた初期位置記憶手
段とピッチング角検出手段と移動速度検出手段と演算手
段とにより移動体の高さが演算される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る移動体の高さ計測装
置の実施例について説明する。なお、実施例では高さ（
鉛直方向位置）を計測する移動体として、第３図に示す
ブルドーザ１を想定し、このブルドーザ］のブレード３
の刃先の軌跡が同図に示すように水平面ＨＬに対して傾
斜角度θ１．をなすＬ１標刃先位置軌跡りを描くように
ブレード３を制御する場合を想定している。第１図はか
かるブレード制御装置の構成を示すブロック図であり、
同ブレード制御装置はブルドーザ１に搭載される。

第３図と第１図を併せ参照して説明するに、ブルドーザ
１は第３図に示すように車体のトラニオン部４とブレー
ド３とがフレーム６によって連結されており、ブレード
３は車体右左に設けられたリフトシリンダ２Ｒ，２Ｌの
縮退、伸張に応じて上昇、下降する。また、ブレード３
はチルトシリンダ５の作動に応じてチルト自在となって
いる。

ブルドーザ１は図示していないエンジンを駆動源として
、走行、作業を行うものであり、エンジンの駆動力はト
ルクコンバータ（図示せず；以下ｌ・ルコンという）を
介して、前進３速Ｆ１〜Ｆ３、後進２速Ｒ１、Ｒ２およ
びニュートラルＮの各速度段Ｆを有する変速機（図示せ
ず）に伝達され、さらにこの変速機の後段の終減速機、
スプロケット等（図示せず）を介して車体の右左の履帯
８Ｒ。

８Ｌに伝達されて、ブルドーザ］を走行させる。

上記トルコンの人力軸（エンジンの出力軸）およびトル
コンの出力軸（変速機の入力軸）にはこれら人、出力軸
の回転数Ｎｉ５Ｎｏをそれぞれ検出するトルコン入力軸
回転数センサ１５、トルコン出力軸回転数センサ１２が
付設されていて、センサ１５の検出結果はコントロ〜う
］５のｔｆｆｌ　定Ｉｆん引力演算部２２に、センサ］
２の検出結果は車速演算部］８および推定けん引力演算
部２２にそれそれ加えられる。上記変速機には該変速機
で選択されている速度段Ｆを検出する速度段センサ１３
が配設されていて、このセンサ１３の検出結果はコント
ローラ］０の車速演算部１８および推定けん引力演算部
２２に加えられる。ブルドーザ１の内部所定位置には車
体の前後方向の傾斜角、つまりピッチング角θｐを検出
するピッチング角センサ１４が配設されていて、このピ
ッチング角センサ１４の検出結果は車体ピッチング量演
算部２０に加えられ車体ピッチング量演算部２０の処理
結果は、コントローラ１０のトラニオン上下移動量演算
部１９およびシュースリップけん引力演算部２３に加え
られる。ピッチング角センサ１４としてはたとえばジャ
イロ傾斜計が用いられる。また、ブルドーザ１の内部所
定位置には車体の左右方向の傾斜角、つまりローリング
角ｏｒを検１＋Ｉするローリング角センサ１６が配設さ
れていて、このローリング角センサ１６の検出結果はコ
ントローラ］０の左右リフｌ−ｆｉｔ差演算部２４に加
えられる。

ブルドーザ１の運転席にはブルドーザ１の運転条件を選
択するとともに、オペレータに必要なモニタ情報を与え
るモニタパネルが配設されていて、このモニタパネルは
ブルドーザ１か整地作業を行おうとする仕上げ勾配面り
の傾斜角度θ８および削り深さｈＭ　（第３図参照）を
入力する入力装置１］を有している。この入力装置１１
に人力された情報はコントローラ１０の目標刃先位置設
定部１７に加えられる。

以下、コントローラ１０て行われるブレード制御につい
て第２図のフローチャー１・を参照して説明する。なお
、このフローチャー１・では第１図に破線で示すコント
ローラ１０の推定けん引力演算部２２、シュースリップ
けん引力演算部２３および左右リフト量差演算部２４で
行われる処理については示してしない。

コントローラ１０のＣＰＵが起動されると、ピッチング
角センサ１４よりブルドーザ１の車体のピッチング角θ
ｐがトラニオン上下移動量演算部１９および車体ピッチ
ング量演算部２０に取り込まれる（ステップ１０１）。

そしてトルコン出力軸回転数センサ１２、速度段センサ
１３よりトルコン出力軸回転数Ｎｏ、現在の速度段Ｆが
車速演算部１８に取り込まれる。すると、車速演算部１
８では、回転数ＮＯ１速度段Ｆと、予め設定された変速
機からスプロケットまでの絶減速比に基づいて履帯８Ｒ
，８Ｌの速度Ｖが演算される。この速度はスリップか生
じてないと仮定した場合のブルドーザ１の車速を意味す
る。演算された車速Ｖを積分することによりブルドーザ
１の移動距離Ｓが演算される（ステップ１０２）。

つぎに入力された速度段Ｆの内容を調べる処理が実行さ
れ（ステップ１０３）、速度段Ｆがニュートラル（Ｎ）
または後進Ｒ０、Ｒ２である場合には車体の鉛直方向位
置ｈ１の内容をリセットする処理が実行される（ステッ
プ１０４）。一方、トラニオン上下移動量演算部１９に
おいて車体の鉛直方向位置り、′が、ステップ］０］、
１０２で得られたθｐ、ｖに基づき下式（１）によって
演算される（第４図（ａ）のｈ１参照）。

ｈ、−ｆｋ−θ　ｐ　　Φ　ｖ　　−ｄｔ＋Ｃ−（１）
（ｋは比例定数） ここで車体の位置はトラニオン部４の位置であり、上式
においてＣはブルドーザ１の移動スタート地点における
トラニオン部４の鉛直方向位置である。

なお、ステップ１０３、ステップ１０４において後進Ｒ
３、Ｒ２の場合は整地作業を行う場合ではないので、こ
の場合もｈｌの演算を行わないようにしている（ステッ
プ１０６）。

つぎに目標刃先位置設定部１７において現在のブレード
３の目標刃先位置Ｈ（Ｓ）が求められる。

目標刃先位置設定部１７では第３図に示すように仕上げ
而りの傾斜角度θ′２、削り深さｈ　ｕを人力してブル
ドーザ１の移動距離Ｓに応じたブレード３の刃先の目標
高さＨ（Ｓ）が設定、記憶されている。そこで、ステッ
プ１０２で演算された現在のブルドーザ１の移動距離Ｓ
に応じた刃先位置Ｈ（Ｓ）が読み出される。そして、車
体ピッチング量演算部２０では、入力されたピッチング
角θｐとフレーム６の長さ等に基づいて、ブルドーザ１
が水平向ＨＬと平将になっている状態■を基準とした状
態■のブレード３のピッチング量ｈ２が演算される（第
４図（ｂ）参照）。ブレードリフト量演算部２１では「
１標刃先位置設定部１７で読み出されたブレード３の刃
先ｌ］標位置Ｈ（Ｓ）、トラニオン上下移動量演算部１
９て演算されたトラニオン上下移動量ｈ１、車体ピッチ
ング量演算部２０で演算されたブレード３のピッチング
量ｈ２に基づいて仕上げ面りの整地作業を行うためのブ
レード３のリフト量ｈ３を演算する。ここで、刃先目標
位置Ｈ（Ｓ）、トラニオン上下移動量ｈ１、ブレード３
のピッチング量ｈ２およびブレード３のリフト量ｈ３の
関係について第４図を参照して説明する。なお各変数Ｈ
（Ｓ）　、ｈ、・・・の極性は鉛直方向上方をプラス側
の極性とする。

いま、ブルドーザ１が水平向ＨＬにいて、フレーム６が
水平向ＨＬと平行になっているときを基準状態Ｉとする
（第４図（ａ））。ブルドーザ１が傾斜面を走行して、
車体のトラニオン部４の鉛直方向位置がｈｌになったも
のとする。このとき車体か水平面ＨＬと平行のままであ
ると仮定すると（第４図（ｂ）の−点鎖線で示す状態■
）、ブレード３の刃先は状態Ｉに対してり、たけ上方に
移動したことになる。ここで実際にはブルドーザ１の車
体はピッチング角θｐを以て傾斜しているからｈｌに加
えて、ピッチング量ｈ２だけさらに上方に位置している
ことになる（第４図（ｂ）の破線で示す状態■）。この
状態■からブレード３をｈ３たけリフト（実際には下降
する）させたとき（第４図（ａ）、状態■）のブレード
３の刃の高さが刃先目標位置Ｈ（Ｓ）と一致するので、
結局、下式（２）の関係を得る。

Ｈ（Ｓ）　−り、＋ｈ２＋ｈ３　・・・（２）よって、
ブレード３のリフｌ”　ｆｉｔ　ｈ　３を、ｈｑ　＝ｈ
＋　＋ｈ２　Ｈ（Ｓ）　　・　（３）のごとく得る（ス
テップ１０７）。ステップ１０７では上記（３）式で得
られたリフト量ｈ３　（「１標値）が得られるようリフ
トシリンダ２Ｒ，２Ｌを作動すべくシリンダ２Ｒ，２Ｌ
の操作弁に対してリフｌ”　ｆｆｉ　ｈ　３に応じた指
令信号を出力する。このときブレード３の刃先の実際の
位置を検出して、これをフィードバック信号とする制御
が行われる。

この結果、ブレード３の刃先の鉛直方向位置は仕上げ面
の目標軌跡りと一致して正確な整地作業を行うことがで
きる（ステップ１０８）。

なお、」二記フローチャー１・では説明しなかったが、
コントローラ１０の推定けん引力演算部２２では入力さ
れた各種信号に基づきブルドーザ１の現在のけん引力を
推定演算するとともに、ンユースリップけん引力演算部
２３でも人力信号に基づきスリップが生じている場合の
けん引力が演算されて、これら各けん引力の偏差が取ら
れる。ブレードリフト量演算部２１では上記偏差に応じ
てリフト量ｈ３の補正演算が行われる。スリップが発生
してないと仮定して演算した場合のリフト量ｈ３には、
実際にはブルドーザ１がスリップすることによって生じ
る誤差が含まれているので、これを補正して、より高精
度にリフト量を求めるようにしている。また、左右リフ
ト量差演算部２４ては人力された検出信号に基づきブレ
ード３の左右のリフト量差が演算され、これに基づきチ
ルトシリンダ５が駆動制御される。

なお、実施例ではブルドーザ１の車速を演算するとき、
トルコンの出力軸回転数ＮＯと、選択されている速度段
Ｆに基づき履帯８Ｒ，８Ｌの速度を演算し、これをブル
ドーザ１の車速とするようにしているが、ブルドーザ］
の車速、つまり対地速度そのものを検出する実施も可能
である。この場合はたとえば、ブルドーザ１に加速度計
を搭載し、この加速度計の検出値を積分演算して車速を
求めることや、ドツプラー式車速計や、光学式空間波フ
ィルタによる車速計より車速を求めることが考えられ、
シュースリップを直接に検出することが考えられる。

また、実施例ではトルコンの出力軸回転数Ｎ。

を検出するようにしていが、変速機の出力軸の回転数を
検出する実施もまた可能である。この場合は速度段Ｆを
検出することなく履帯８Ｒ１８Ｌの速度を演算すること
ができるようになるが、変速機の出力軸にセンサを配設
することはトルコンの出力軸にセンサを配設する場合に
比較して配設がやりにくいという面がある。このため前
述した実施例ではトルコンの出力軸に配設する実施を採
っている。

また、実施例では上記（１）式に示すように車速Ｖと車
体の傾斜角度θｐの乗算値の積分演算により車体の鉛直
方向位置ｈ１を演算するようにしているが、ブルドーザ
１の移動距離Ｓを逐次検出するセンサを設け、このセン
サで逐次検出される移動距離Ｓｆｉ　（ｎ＝１．２、−
；　ｎはコントローラ］０のサイクルタイムの回数とす
る）に基づき車体の逐次の鉛直方向位置ｈｌ（１１を以
下のようにして演算する実施もまた可能である。

ｈ、　＋１１　”’Σにθ＋　　（Ｓｔ　　Ｓｔ−＋　
）　＋ｃ　−（ｋは比例定数） ・・・（４） たたし、Ｓｏは移動スタート地点位置、Ｃ′は移動スタ
ート地点におけるブルドーザ１の鉛直方向位置の初期値
である。

なおまた、実施例では車体の鉛直方向位置ｈ１を演算し
、これに基づきブレード３の刃先を制御する場合につい
て説明したが、第５図に示すように、車体の鉛直方向位
置り、を演算し、演算結果の履歴を取ることにより、た
とえば上記モニタパネルの表示画面上に横軸をブルドー
ザ１の水平方向移動距離、縦軸を車体の鉛直方向位置ｈ
１、つまり掘削整正した地山の地形高さとして、地形仕
上げ面Ｌ′を表示する実施′も可能である。こうし゛た
表示を行うことにより作業現場の地形形状が把握され、
土木工事の施行計画、土工量の計算、土工作業の最適化
、出来高の評価、管理等を行い得る。

また、実施例では高さ（鉛直方向位置）を検出する対象
をブルドーザとしたが、これに限定されることなく、土
工車両を含むあらゆる移動体の位置検出に適用可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ブルドーザ等の移
動体の高さをいかなる環境下であっても移動体内部に配
設された装置によって常に正確に計測することができる
ようになる。このため、作業の中断や計測が不可能にな
るという事態が回避され、作業効率および装置の信頼性
が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される移動体たるブルドーザに搭
載されるとする装置の構成を示すブロック図、第２図は
第１図に示すコントローラで行われる処理手順を示すフ
ローチャート、第３図はブルドーザのブレード刃先の１
１標軌跡であり、作業を行うとする傾斜面を示す図、第
４図（ａ）、（ｂ）は第３図に示す傾斜面上をブルドー
ザが走行する場合の車体の変化の様子を示す図、第５図
は他の実施例を示す図で、モニタパネルの表示画面上に
表示されるブルドーザの走行軌跡を示す図である。 １・・・ブルドーザ、１２・・・トルコン出力軸回転数
センサ、１３・・・速度段センサ、１４・・ピッチング
角センサ、１８・・・車速演算部、１９・・・トラニオ
ン上下移動量演算部。 四を・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 移動体の移動スタート地点における高さを予め記憶する
   初期高さ記憶手段と、 前記移動体のピッチング角を検出するピッチング角検出
   手段と、 前記移動体の移動速度を検出する移動速度検出手段と、 前記ピッチング角検出手段と前記移動速度検出手段の各
   出力および前記初期高さ記憶手段の記憶初期高さとに基
   づいて前記移動体の高さを演算する演算手段と を前記移動体に具えたことを特徴とする移動体の高さ計
   測装置。