CN105814617A - 作业机械的控制系统、作业机械、作业机械的管理系统和作业机械的控制方法 - Google Patents

作业机械的控制系统、作业机械、作业机械的管理系统和作业机械的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种作业机械的控制系统，其对驱动上述作业机械的行走装置的驱动装置进行控制，包括：油门变化量运算部，其基于作为上述作业机械的目标的目标行走速度，求取用于控制上述作业机械的行走速度的油门指令值；检测部，其检测在上述作业机械的行进方向前方存在的、上述目标行走速度恒定且低于当前时刻的行走速度的区域；校正值运算部，其在由上述检测部检测到上述区域时，求取用于校正上述油门指令值的校正值；加法处理部，其将上述油门指令值与上述校正值相加，来求取校正油门指令值；以及油门指令值输出部，其将上述校正油门指令值输出至上述驱动装置。

Description

作业机械的控制系统、作业机械、作业机械的管理系统和作业机械的控制方法
技术领域
本发明涉及作业机械的控制系统、作业机械、作业机械的管理系统和作业机械的控制方法。
背景技术
在矿山的挖掘现场，通常液压挖掘机和自卸车等各种矿山机械进行工作。在专利文献1中记载了一种下坡速度控制装置，其进行使下坡时的有人车辆的速度不会大幅超过目标行走速度的控制。
专利文献1：日本特开2004－142690号公报
发明内容
被控制成按照设定的目标行走速度在矿山中行走的无人矿山机械有时会在行走速度被限制成低速的区域中行走。在这种情况下，无人矿山机械在进入行走速度被限制成低速的区域之前，为了将行走速度减速至设定的速度而暂时减小驱动力，但是，之后如果恢复驱动力的时机滞后，则有可能会发生矿山机械的行走速度低于目标行走速度的现象。这是由于，矿山机械这种机械重量较大的作业机械的惯性力也较大，所以如果一旦形成速度下降的趋势，则无法使其立即进行匀速行走。这种现象是如装载有装载物的自卸车一样重量较大的作业机械容易发生的现象。
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于：被控制成按照设定的目标行走速度在矿山中行走的无人作业机械，在行走速度被限制成低速的区域中行走时，抑制行走速度大幅低于目标行走速度。
根据本发明的第一方式，提供一种作业机械的控制系统，其对驱动上述作业机械的行走装置的驱动装置进行控制，包括：油门变化量运算部，其基于作为上述作业机械的目标的目标行走速度，求取用于控制上述作业机械的行走速度的油门指令值；检测部，其检测在上述作业机械的行进方向前方存在的、上述目标行走速度恒定且低于当前时刻的行走速度的区域；校正值运算部，其在由上述检测部检测到上述区域时，求取用于校正上述油门指令值的校正值；加法处理部，其将上述油门指令值与上述校正值相加，来求取校正油门指令值；以及油门指令值输出部，其将上述校正油门指令值输出至上述驱动装置。
根据本发明的第二方式，提供一种作业机械的控制系统，在第一方式涉及的作业机械的控制系统中，规定上述作业机械的目标行走路径的行走条件信息包含上述目标行走速度，上述检测部使用与在上述作业机械的行进方向前方存在的多个点对应的多个上述目标行走速度来检测上述区域。
根据本发明的第三方式，提供一种作业机械的控制系统，在第二方式涉及的作业机械的控制系统中，在存在于上述作业机械的行进方向前方的第一点上的第一上述目标行走速度与相比第一上述行走条件信息存在于上述作业机械的行进方向前方的第二点上的第二上述目标行走速度之差小于阈值的情况下，上述检测部判断为检测出上述区域。
根据本发明的第四方式，提供一种作业机械的控制系统，在第一方式至第三方式中的任一方式涉及的作业机械的控制系统中，在上述作业机械的减速度为阈值以上的情况下，判断为检测出上述区域。
根据本发明的第五方式，提供一种作业机械的控制系统，在第一方式至第四方式中的任一方式涉及的作业机械的控制系统中，上述校正值运算部使用上述作业机械的实际减速度来求取上述校正值。
根据本发明的第六方式，提供一种作业机械的控制系统，在第一方式至第五方式中的任一方式涉及的作业机械的控制系统中，上述区域包括上述作业机械行走的矿山的速度限制区域、交叉点和上述矿山的搬运路径较窄的部分中的至少一个。
根据本发明的第七方式，提供一种作业机械的控制系统，其对驱动上述作业机械的行走装置的驱动装置进行控制，包括：油门变化量运算部，其基于作为上述作业机械的目标的目标行走速度，求取用于控制上述作业机械的行走速度的油门指令值；检测部，其对上述作业机械位于上述目标行走速度减少的减速区域并且在上述作业机械的行进方向前方存在上述目标行走速度呈线性上升的恒定加速度区域的情况进行检测；校正值运算部，其在由上述检测部检测到上述区域时，求取用于校正上述油门指令值的校正值；加法处理部，其将上述油门指令值与上述校正值相加，来求取校正油门指令值；以及油门指令值输出部，其将上述校正油门指令值输出至上述驱动装置。
根据本发明的第八方式，提供一种作业机械的控制系统，在第七方式涉及的作业机械的控制系统中，上述校正值运算部使用上述作业机械的实际减速度和上述恒定加速度区域中的加速度来求取上述校正值。
根据本发明的第九方式，提供一种作业机械，其包括第一方式至第八方式中的任一方式涉及的作业机械的控制系统。
根据本发明的第十方式，提供一种作业机械的管理系统，其包括：管理装置，其对第九方式涉及的作业机械输出包含上述目标行走速度和上述作业机械的目标行走路径的行走条件信息。
根据本发明的第十一方式，提供一种作业机械的控制方法，其包括：检测在作业机械的行进方向前方存在的、作为上述作业机械的目标的目标行走速度恒定且低于当前时刻的行走速度的区域的步骤；在检测到上述区域时求取用于校正上述油门指令值的校正值的步骤；将上述校正值与基于上述目标行走速度求取的用于控制上述作业机械的行走速度的油门指令值相加来求取校正油门指令值的步骤；以及将上述校正油门指令值输出至驱动上述作业机械的行走装置的驱动装置的步骤。
根据本发明的方式，被控制成按照设定的目标行走速度在矿山中行走的无人作业机械，在行走速度被限制成低速的区域中行走时，能够抑制行走速度大幅低于目标行走速度。
附图说明
图1是表示本实施方式涉及的作业机械的管理系统的一个示例的图。
图2是表示在搬运路径中行走的自卸车的示意图。
图3是示意性地表示本实施方式涉及的自卸车的一个示例的图。
图4是示意性地表示本实施方式涉及的自卸车的一个示例的图。
图5是本实施方式涉及的作业机械的控制系统的控制框图。
图6是表示自卸车在恒定速度区域中行走时的状态的图。
图7是表示自卸车在恒定速度区域中行走时的行走速度及目标行走速度与时间的关系的图。
图8是用于说明用于抑制行走速度下冲的控制示例的图。
图9是表示检测部检测恒定速度区域的方法的一个示例的图。
图10是表示本实施方式涉及的作业机械的控制方法的一个示例的流程图。
图11是表示由本实施方式涉及的作业机械的控制方法控制的自卸车在恒定速度区域中行走时的行走速度及目标行走速度与时间的关系的图。
图12是表示自卸车在恒定速度区域中行走时的油门输出与时间的关系的图。
符号说明
1管理系统
2自卸车
3作业机械
7管制设施
10管理装置
20作业机械的控制系统(控制系统)
21行走装置
22车辆主体
24驱动装置
25控制装置
26车轮
28制动装置
29转向装置
31行走速度检测器
32加速度检测器
34装载量检测器
35位置检测器
36无线通信装置
41处理部
41A检测部
41B油门指令值输出部
42油门变化量运算部
43积分器
44校正值运算部
45加法处理部
46存储部
47油门指令值运算部
ALT恒定速度区域
Cv校正值
De加速度偏差
RP目标行走路径
Sc校正油门指令值
Si油门指令值
Vr目标行走速度
Vs行走速度
具体实施方式
参照附图，详细说明用于实施本发明的方式(实施方式)。
作业机械的管理系统的概要
图1是表示本实施方式涉及的作业机械的管理系统1的一个示例的图。以下，可将作业机械的管理系统1称为管理系统1。管理系统1管理作业机械4。作业机械4的管理包括：作业机械4的运行管理、作业机械4的生产效率的评价、作业机械4的操作员的操作技术的评价、作业机械4的维护、以及作业机械4的异常诊断中的至少一种。以下，作为作业机械，以矿山机械为例进行说明。
作为作业机械的一个示例的矿山机械是指，在矿山中用于各种作业的机械类的总称。作业机械4包括：钻探机械、挖掘机械、装载机械、运载机械、破碎机、以及驾驶员驾驶的车辆中的至少一种。挖掘机械是用于挖掘矿山的作业机械。装载机械是用于将货物装载到运载机械中的作业机械。装载机械包括液压挖掘机、电动挖掘机和轮式装载机中的至少一种。运载机械是用于运载货物的作业机械。破碎机是对从运载机械投入的土石进行破碎的作业机械。作业机械4能够在矿山中移动。
在本实施方式中，作业机械4包括能够在矿山中行走的作为运载机械的自卸车2和与自卸车2不同的其它作业机械3。在本实施方式中，对由管理系统1主要管理自卸车2的示例进行说明。
如图1所示，自卸车2在矿山的作业场PA和通往作业场PA的搬运路径HL的至少一部分中行走。自卸车2按设定于搬运路径HL和作业场PA的目标行走路径行走。
作业场PA包括装载场LPA和卸载场DPA中的至少一方。装载场LPA是进行将货物装载到自卸车2中的装载作业的区域。卸载场DPA是进行从自卸车2卸载货物的卸载作业的区域。在图1所示的示例中，至少一部分的卸载场DPA设置有破碎机CR。
在本实施方式中，以自卸车2是基于来自管理装置10的指令信号而在矿山中自主行走的无人自卸车为前提进行说明。自卸车2的自主行走是指不依赖于驾驶员的操作而基于来自管理装置10的指令信号行走。无人自卸车例如还具有在发生故障这种情况下通过驾驶员的操作而行走的功能。
在图1中，管理系统1包括：设置于矿山的管控设施7中配置的管理装置10、以及通信系统9。通信系统9具有多个对数据和指令信号中的至少一方进行中继的中继器6。通信系统9在管理装置10与作业机械4之间对数据或指令信号进行无线通信。此外，通信系统9在多个作业机械4之间对数据或指令信号进行无线通信。
在本实施方式中，利用GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球导航卫星系统)检测自卸车2的位置和其它作业机械3的位置。作为全球导航卫星系统的一个示例，能够列举GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)，不过不局限于此。GNSS具有多个定位卫星5。GNSS检测由纬度、经度和高度的坐标数据规定的位置。由GNSS检测出的位置是全局坐标系中规定的绝对位置。通过GNSS来检测矿山中的自卸车2的位置和其它作业机械3的位置。
在以下的说明中，可将由GNSS检测的位置称为GPS位置。GPS位置是绝对位置，包含纬度、经度和高度的坐标数据。绝对位置包含高精度地推定出的自卸车2的推定位置。
管理装置10
接着，对管理装置10进行说明。管理装置10向作业机械4发送数据和指令信号中的至少一方，从作业机械4接收数据。如图1所示，管理装置10具备计算机11、显示装置16、输入装置17和无线通信装置18。
计算机11具备处理装置12、存储装置13和输入输出部15。显示装置16、输入装置17和无线通信装置18经由输入输出部15与计算机11连接。
处理装置12执行用于管理作业机械4的运算处理。存储装置13与处理装置12连接，存储用于管理作业机械4的数据。输入装置17是用于将用于管理作业机械4的数据输入至处理装置12的装置。处理装置12使用存储在存储装置13中的数据、从输入装置17输入的数据、以及经由通信系统9获取的数据执行运算处理。显示装置16显示处理装置12的运算处理结果等。
无线通信装置18配置于管控设施7，具有天线18A，经由输入输出部15与处理装置12连接。通信系统9包含无线通信装置18。无线通信装置18能够接收从作业机械4发送来的数据，并将接收到的数据输出至处理装置12存储在存储装置13中。无线通信装置18能够向作业机械4发送数据。
图2是表示在搬运路径HL中行走的自卸车2的示意图。管理装置10的处理装置12作为行走条件信息生成部发挥功能，其生成包含矿山中行走的自卸车2的目标行走速度Vr和目标行走路径RP的行走条件信息。目标行走路径RP由路线数据CS规定。路线数据CS是分别规定了绝对位置(坐标)的多个点PI的集合体。经过多个点PI的轨迹是目标行走路径RP。处理装置12针对多个点PI的每一个设定自卸车2的目标行走速度Vr。管理装置10经由通信系统9对自卸车2输出包含具有多个点PI的目标行走路径RP和各点PI的目标行走速度Vr的行走条件信息。自卸车2按照从管理装置10发送来的行走条件信息在矿山中行走。
自卸车2
图3和图4是示意性地表示本实施方式涉及的自卸车2的一个示例的图。
自卸车2包括：使自卸车2行走的行走装置21、搭载有行走装置21的车辆主体22、由车辆主体22支承的箱斗23、驱动行走装置21的驱动装置24、以及控制装置25。
行走装置21包括：车轮26、能够旋转地支承车轮26的车轴27、对车轮26进行制动的制动装置28、以及能够调整行走方向的转向装置29。
行走装置21利用驱动装置24产生的驱动力动作。驱动装置24产生用于使自卸车2加速的驱动力。驱动装置24利用电气驱动方式驱动行走装置21。驱动装置24具有柴油发动机这样的内燃机、利用内燃机的动力工作的发电机、以及利用发电机产生的电力工作的电动机。将由电动机产生的驱动力传递给行走装置21的驱动轮26R。驱动轮26R利用由电动机产生的驱动力而旋转，使自卸车2行走。这样，利用设置于车辆主体22的驱动装置24的驱动力，自卸车2自主行走。通过调整驱动装置24的输出来调整自卸车2的行走速度。驱动装置24不局限于电气驱动方式。驱动装置24例如也可以是下述驱动方式：将由内燃机产生的动力经由动力传递装置传递给行走装置21的驱动轮26R。
行走装置21利用驱动装置24产生的驱动力工作。驱动装置24产生用于使自卸车2加速的驱动力。驱动装置24利用电驱动方式驱动行走装置21。驱动装置24具有柴油发动机这样的内燃机、利用内燃机的动力工作的发电机、以及利用发电机产生的电力工作的电动机。将由电动机产生的驱动力传递给行走装置21的车轮26。车轮26利用由电动机产生的驱动力而旋转，使自卸车2行走。这样，利用设置于车辆主体22的驱动装置24的驱动力，自卸车2自主行走。通过调整驱动装置24的输出来调整自卸车2的行走速度。驱动装置24不局限于电驱动方式。驱动装置24例如也可以是下述驱动方式：将由内燃机产生的动力经由动力传递装置传递给行走装置21的车轮26。
转向装置29调整行走装置21的行走方向。自卸车2的行走方向包含车辆主体22的前部的朝向。转向装置29通过改变车轮26的朝向，来调整自卸车2的行走方向。
制动装置28产生用于使自卸车2减速或停止的制动力。控制装置25输出用于使驱动装置24工作的油门指令信号、用于使制动装置28工作的制动指令信号、以及用于使转向装置29工作的转向指令信号。驱动装置24基于从控制装置25输出的油门指令信号，产生用于使自卸车2加速的驱动力。制动装置28基于从控制装置25输出的制动指令信号，产生用于使自卸车2减速或停止的制动力。转向装置29基于从控制装置25输出的转向指令信号，产生改变车轮26的朝向的力以使自卸车2直行或旋转。
在以下的说明中，可将从控制装置25输出油门指令信号、驱动装置24产生驱动力后自卸车2加速的状态称为加速状态，可将利用驱动装置24产生的驱动力，自卸车2以恒定速度行走的状态称为匀速状态。此外，在以下的说明中，可将从控制装置25输出制动指令信号、制动装置28产生制动力后自卸车2减速的状态称为减速状态。此外，在以下的说明中，可将在来自控制装置25的油门指令信号和制动指令信号双方的输出停止，驱动装置24不产生驱动力且制动装置28不产生制动力的状态下自卸车2行走的状态称为惯性滑行状态。
自卸车2包括：检测自卸车2的行走速度Vs的行走速度检测器31、检测自卸车2的加速度As的加速度检测器32、以及检测装载在箱斗23中的货物的装载量的装载量检测器34。此外，自卸车2包括：检测自卸车2的位置的位置检测器35；以及例如与图1所示的管理装置10进行通信的无线通信装置36。
行走速度检测器31检测自卸车2的行走速度Vs。行走速度检测器31包括检测车轮26的转速的转速传感器。车轮26的转速与自卸车2的行走速度Vs具有相关关系，因此将转速传感器的检测值即转速值被转换成自卸车2的行走速度值。另外，行走速度检测器31也可以检测车轴27的转速。
加速度检测器32检测自卸车2的加速度As。自卸车2的加速度As包含正的加速度和负的加速度(减速度)。在本实施方式中，基于检测车轮26的转速的转速传感器的检测值即转速值执行运算处理，由此转换成自卸车2的加速度值。详细而言，加速度检测器32基于预先规定时间内的行走速度Vs之差导出自卸车2的加速度As。例如，从0.5[sec]期间的行走速度Vs之差导出加速度As。行走速度检测器31和加速度检测器32可以为各自独立的检测器。
装载量检测器34检测装载在箱斗23中的货物的装载量。箱斗23中未装载货物的空载状态下的自卸车2的重量是已知数据。装载量检测器34检测装载在箱斗23中的货物的装载量，并基于装载量的检测值和作为已知数据的空载状态下的自卸车2的重量，检测自卸车2的总重量M。
位置检测器35包括GPS接收机，用于检测自卸车2的GPS位置(坐标)。位置检测器35具有GPS用天线35A。天线35A接收来自定位卫星5的电波。位置检测器35将基于由天线35A接收的来自定位卫星5的电波的信号转换成电信号，计算天线35A的位置。通过算出的天线35A的GPS位置，而检测出自卸车2的GPS位置。
通信系统9包括设置于自卸车2的无线通信装置36。无线通信装置36具有天线36A。无线通信装置36能够与图1所示的管理装置10进行无线通信。
管理装置10经由通信系统9将包含自卸车2的行走条件信息的指令信号发送至控制装置25。控制装置25基于由管理装置10提供的行走条件信息，对自卸车2的驱动装置24、制动装置28和转向装置29中的至少一个进行控制，以使自卸车2按照行走条件信息(包含具有多个点PI的目标行走路径RP和各点PI的目标行走速度Vr)行走。
控制系统
图5是本实施方式涉及的作业机械的控制系统20的控制框图。以下，可将作业机械的控制系统20称为控制系统20。控制系统20搭载在自卸车2中。
如图5所示，控制系统20包括：无线通信装置36、行走速度检测器31、加速度检测器32、装载量检测器34、位置检测器35、控制装置25、驱动装置24、制动装置28和转向装置29。
控制装置25具有处理部41和存储部46。处理部41包括：检测部41A、油门指令值输出部41B、具有油门变化量运算部42和积分器43的油门指令值运算部47、校正值运算部44、以及加法处理部45。控制装置25具有用于使制动装置28动作的制动指令值运算部和用于使转向装置29动作的转向指令值运算部，不过在本实施方式中省略其说明，以关于用于使驱动装置24动作的油门指令值的内容为中心进行说明。
处理部41获取：从无线通信装置36输出的包含来自管理装置10的行走条件信息的指令数据、从行走速度检测器31输出的表示自卸车2的行走速度Vs的行走速度数据、从加速度检测器32输出的表示自卸车2的加速度As的加速度数据、从装载量检测器34输出的表示自卸车2的装载量M的装载量数据、以及从位置检测器35输出的表示自卸车2的位置的位置数据。此外，处理部41对驱动装置24输出油门指令信号，对制动装置28输出制动指令信号，对转向装置29输出转向指令信号。目标行走速度Vr恒定是指目标行走速度Vr在规定范围内上下波动的情况也属于恒定速度的范围。
检测部41A检测在自卸车2的行进方向前方存在的、目标行走速度Vr恒定且低于当前行走速度的区域。以下，将该区域称为恒定速度区域。
油门变化量运算部42计算用于使自卸车2加速和减速的油门变化量So。在本实施方式中，油门变化量运算部42至少基于自卸车2的行走速度数据和加速度数据，计算相对于当前时刻的油门指令值应变化的油门量即油门变化量So，以使自卸车2按照目标行走速度Vr行走。
例如在计算油门变化量So时，也可以预先准备下述两种变量的映射数据、即当前时刻的自卸车2的实际行走速度Vs与目标行走速度Vr的速度偏差、以及当前时刻的自卸车2的加速度，并基于该映射数据来决定油门变化量So。油门变化量运算部42按规定的周期T计算油门变化量So。
积分器43对由油门变化量运算部42计算出的油门变化量So进行积分处理，将积分处理后的结果作为油门指令值Si输出。由积分器43进行的积分处理与一般的积分器相同。由于使油门变化量So经过积分器43，油门指令值的变动变得平缓。在本实施方式中，积分器43通过对在比当前时刻提前周期T的时刻由积分器43进行了积分处理的油门指令值Si附加在当前时刻从油门变化量运算部42获取的油门变化量So，由此输出积分处理后的油门指令值Si。即，油门指令值运算部47使用由油门变化量运算部42计算出的油门变化量So和积分器43来输出油门指令值Si。
如后述那样，校正值运算部44在由检测部41A检测出恒定速度区域的情况下，求取要与油门指令值Si相加的校正值Cv。更详细而言，通过将当前时刻的自卸车2的实际减速度(加速度偏差De)与自卸车2的总重量M相乘，来求取自卸车2的行走所需要的驱动力(扭矩)Tq。在该计算中，假设将用于抵消当前时刻的自卸车2的实际减速度的量的校正值Cv与油门指令值相加，因此当前时刻的自卸车2的减速度越大，校正值Cv也越大。自卸车2的实际减速度可以是由图5所示的加速度检测器32检测出的加速度As，也可以通过将由行走速度检测器31检测出的自卸车2的实际行走速度Vs对时间进行微分来求取。也可以不使用自卸车2的实际减速度，而基于目标行走速度Vr的下降幅度(负的加速度)来求取减速度。
校正值运算部44也可以在求取校正值Cv时考虑自卸车2在空载状态下的重量、以及自卸车2的车辆规格等。这是由于，自卸车的重量和车辆规格越大，自卸车2的惯性力也越大。
加法处理部45将由油门指令值运算部47求出的油门指令值Si与由校正值运算部44求出的校正值Cv相加，来求取校正油门指令值Sc。
油门指令值输出部41B将由加法处理部45求出的校正油门指令值Sc输出至驱动装置24。驱动装置24按照从油门指令值输出部41B输出的校正油门指令值Sc产生驱动力。
行走时的控制
对自卸车2在图1所示的矿山的搬运路径HL中行走时的控制示例进行说明。从管理装置10向自卸车2发送包含目标行走速度Vr的行走条件信息。自卸车2的控制装置25对自卸车2的驱动装置24进行控制，以使自卸车2按照目标行走速度Vr行走。
控制装置25例如基于包含作为行走速度检测器31的检测结果的实际行走速度Vs与目标行走速度Vr之差即速度偏差、以及加速度检测器32的检测结果即当前时刻的自卸车2的加速度As的映射数据来决定油门变化量So，最终能够通过输出油门指令值来形成加速状态。加速状态是指定义用于对驱动装置24进行驱动的油门指令值为正值(大于“0”的值)的状态，例如油门指令值变化成比当前时刻小的值的状态即放松油门进行减速的状态也包含在加速状态中。
控制装置25基于使用上述速度偏差和加速度的上述映射数据来计算油门指令值，结果也可以使油门指令值为“0”、即成为惯性滑行状态。详细而言，如上所述，由于油门指令值运算部47使用积分器43，所以油门指令值不会突然变成“0”，油门指令值会逐渐減少而最终变成“0”。因此，被设定成即使实际行走速度Vs稍稍超过目标行走速度Vr也不会立即切换成惯性滑行状态。控制装置25通过控制驱动装置24使自卸车2基本上在加速状态下行走，偶尔切换成惯性滑行状态，从而不会大幅偏离目标行走速度Vr地行走。控制装置25在要使自卸车2减速或停止的情况下，停止油门指令信号的输出并且使制动装置28动作。
自卸车2进入恒定速度区域ALT并在恒定速度区域ALT中行走时的控制
图6是表示自卸车2在恒定速度区域ALT中行走时的状态的图。图7是表示自卸车2在恒定速度区域ALT中行走时的行走速度Vs及目标行走速度Vr与时间t的关系的图。图7的纵轴是速度V，横轴是时间t。图6和图7示出了在自卸车2的行进方向上的搬运路径HL中设置有目标行走速度Vr恒定且低于实际行走速度Vs的区域的示例。将这样的区域称为恒定速度区域ALT。在恒定速度区域ALT内，目标行走速度Vr恒定。恒定速度区域ALT例如也可以设置在因雨水等缘故而容易打滑的地方等。自卸车2需要在恒定速度区域ALT跟前使行走速度Vs下降，因此在恒定速度区域ALT跟前设定有使目标行走速度Vr逐渐下降的减速区域ADS。在图7所示的示例中，时间t1至时间t2之间相当于减速区域(以下的示例也同样如此)。
在作为恒定速度区域ALT跟前的区域的减速区域ADS中，控制装置25使油门指令值逐渐下降，以使自卸车2的行走速度Vs跟随逐渐下降的目标行走速度Vr的方式使自卸车2的行走速度Vs下降。然后，在自卸车2进入恒定速度区域ALT之后，为了使自卸车2在恒定速度区域ALT中按照设定的目标行走速度Vr行走，控制装置25输出规定的油门指令值，使自卸车2匀速行走。
然而，在自卸车2刚刚进入恒定速度区域ALT的时间t2之后，虽然为了使自卸车2的行走速度Vs在恒定速度区域ALT中为设定的目标行走速度Vr，控制装置25控制油门指令值，但是如图7的US所示那样自卸车2的行走速度Vs会产生大幅的下冲。行走速度Vs的下冲是指，自卸车2的行走速度Vs低于目标行走速度Vr的现象。这是由于，作为自卸车2这种重量较大的机械，其惯性力也较大，因此如果行走速度Vs一旦形成下降趋势，则为了使该趋势变得平坦就需要很大的驱动力。
在本实施方式中，为了抑制刚刚进入恒定速度区域ALT之后产生行走速度Vs的下冲，控制装置25在基于从图1所示的管理装置10向自卸车2发送的行走条件信息中包含的目标行走速度Vr的信息检测出恒定速度区域ALT的情况下，将油门指令值与油门校正值相加。接着，对用于抑制行走速度Vs下冲的更详细的控制内容进行说明。
用于抑制行走速度Vs下冲的控制
图8是用于说明用于抑制行走速度Vs下冲的控制示例的图。图8的纵轴是速度V，横轴是时间t。图8的实线是目标行走速度Vr，虚线是自卸车2的实际行走速度Vs。在本实施方式中，控制系统20的控制装置25在自卸车2到达恒定速度区域ALT之前的减速区域ADS中的、在某个时刻、即图8所示的示例中为时间tn的位置PP，利用检测器41A检测在自卸车2的行进方向前方是否存在恒定速度区域ALT。控制装置25在检测出恒定速度区域ALT的情况下，求取校正值Cv，并执行将所得到的校正值Cv与油门指令值Si相加的校正。接着，对控制装置25的检测部41A检测恒定速度領区域ALT的方法的一个示例进行说明。
图9是表示检测部41A检测恒定速度区域ALT的方法的一个示例的图。在本实施方式中，检测部41A使用在自卸车2的行进方向前方存在的、多个行走条件信息中包含的多个目标行走速度Vr来检测恒定速度区域ALT。如图2所示，行走条件信息包含目标行走路径RP即分别规定了绝对位置的多个点PI的集合体、以及与各点PI对应的目标行走速度Vr。即，在本实施方式中，检测部41A使用与在自卸车2的行进方向前方存在的多个点PI对应的多个目标行走速度Vr来检测恒定速度区域ALT。
在图9所示的示例中，自卸车2以行走速度Vs向箭头所示的方向行走即行进。在自卸车2的行进方向前方存在多个点PI。在本实施方式中，如图9所示，多个点PI每隔规定的间隔ΔL设定。在本实施方式中，检测部41A使用存在于自卸车2的行进方向前方的第一点PI1上的第一目标行走速度Vr1(相当于第一行走条件信息)、以及与第一点PI1相比存在于自卸车2的行进方向前方的第二点PI2上的第二目标行走速度Vr2(相当于第二行走条件信息)，来检测恒定速度区域ALT。在第一目标行走速度Vr1与第二目标行走速度Vr2之差ΔVr小于规定阈值的情况下，检测部41A判断为检测出恒定速度区域ALT。对于指定与当前的自卸车2的当前位置相距何种程度的距离的点PI来作为第一点PI1和第二点PI2，是可以适当设定的。
检测部41A检测恒定速度区域ALT的方法不局限于上述的方法。检测部41A例如也可以基于在某个时刻ta与自卸车2相距规定距离的第一点PI1上的第一目标行走速度Vr1、以及在与时刻ta相比经过规定时间之后的时刻tb的第一点PI1上的第二目标行走速度Vr2之差ΔVr，来检测恒定速度区域ALT。
检测部41A还可以使用与第二行走条件信息相比存在于自卸车2的行进方向前方的第三点上的第三目标行走速度Vr3(相当于第三行走条件信息)，来检测恒定速度区域ALT。即，使用至少两个行走条件信息所包含的各目标行走速度Vr来检测恒定速度区域ALT。在使用三个以上的行走条件信息所包含的各目标行走速度Vr来检测恒定速度区域ALT的情况下，检测部41A例如在各目标行走速度Vr之间的偏差小于规定阈值的情况下，判断为检测出恒定速度区域ALT。
由于进入恒定速度区域ALT时产生速度的下冲的条件在于，进入恒定速度区域ALT之前设置有减速区域，因此在本实施方式中，检测部41A除了第一目标行走速度Vr1与第二目标行走速度Vr2之差小于阈值之外，还可以以满足自卸车2的减速度为阈值以上(以阈值以上的速度减速的状态)为条件，判断为检测出恒定速度区域ALT。此外，在本实施方式中，检测部41A也可以在满足条件的状态持续了规定期间的情况下，判断为检测出恒定速度区域ALT。
如果检测标志Fg为ON、即检测出恒定速度区域ALT，则图5所示的校正值运算部44如上述那样求取关于油门指令值Si的校正值Cv。加法处理部45将油门指令值Si与校正值Cv相加来求取校正油门指令值Sc。油门指令值输出部41B将由加法处理部45求出的校正油门指令值Sc输出至驱动装置24。驱动装置24按照从油门指令值输出部41B输出的校正油门指令值Sc产生驱动力。
图10是表示本实施方式涉及的作业机械的控制方法的一个示例的流程图。本实施方式涉及的作业机械的控制方法是用于抑制行走速度Vs下冲的控制，由控制系统20实现。
在步骤S101中，图5所示的控制系统20具有的控制装置25的油门指令值运算部47求取油门指令值Si。在步骤S102中，在检测部41A检测出恒定速度区域ALT的情况下(步骤S102，“是”)，在步骤S103中图5所示的控制系统20的控制装置25、更详细而言是校正值运算部44求取油门的校正值Cv。在步骤S104中，图5所示的控制系统20的控制装置25、更详细而言是油门指令值输出部41B将油门指令值Si与校正值Cv相加而得到的校正油门指令值Sc输出至驱动装置24。
在步骤S102中，在检测部41A没有检测出恒定速度区域ALT的情况下(步骤S102，“否”)，在步骤S105中图5所示的控制系统20的控制装置25、更详细而言是油门指令值输出部41B将在步骤S101中求出的油门指令值Si输出至驱动装置24。
图11是表示利用本实施方式涉及的作业机械的控制方法来控制的自卸车2在恒定速度区域ALT中行走时的行走速度Vs及目标行走速度Vr与时间t的关系的图。图11的纵轴是速度V，横轴是时间t。图12是表示自卸车2在恒定速度区域ALT中行走时的油门输出OA与时间t的关系的图。图12的纵轴是油门输出OA，横轴是时间t。油门输出OA是油门指令值输出部41B的输出，是油门指令值Si或校正油门指令值Sc。图12的用实线表示的油门输出OAp是由本实施方式涉及的作业机械的控制方法产生的，用虚线表示的油门输出OAn不是由本实施方式涉及的作业机械的控制方法产生的(是没有在油门指令值Si上加上校正值Cv的)。
从图11能够了解到，利用本实施方式涉及的作业机械的控制方法来控制的自卸车2与图7所示的没有利用本实施方式涉及的作业机械的控制方法来控制的自卸车2相比，行走速度Vs的下冲得到抑制。此外，从图12能够了解到，利用本实施方式涉及的作业机械的控制方法来控制的自卸车2与图7所示的没有利用本实施方式涉及的作业机械的控制方法来控制的自卸车2相比，进入恒定速度区域ALT之前的油门输出OAp的下降幅度较小，并且油门输出OAp增加的时机也较早。
如以上所说明的那样，控制装置25在自卸车2的行进方向前方检测出恒定速度区域ALT的情况下对油门指令值Si进行校正，所以在到达恒定速度区域ALT之前的较早的阶段，能够利用校正值Cv使油门指令值Si增加，能够减小油门指令值Si的下降幅度。其结果，控制装置25能够抑制自卸车2在恒定速度区域ALT中行走时的行走速度Vs的下冲。通过抑制行走速度Vs的下冲，能够使自卸车2的行走速度Vs的变化减小。即，抑制了油门指令值Si的变动，因此能够抑制自卸车2的燃料消耗率的下降。此外，由于能够抑制行走速度下降，所以还实现了生产率的提高。
这样，根据本实施方式，被控制成按照设定的目标行走速度在矿山中行走的无人作业机械，在行走速度受到限制的区域中行走时，能够抑制行走速度低于目标行走速度。
恒定速度区域ALT不局限于本实施方式。恒定速度区域ALT例如只要包含作业机械行走的矿山的速度限制区域、图1所示的搬运路径HL较窄的部分、以及搬运路径HL彼此的交叉点中的至少一个即可。此外，恒定速度区域ALT也可以是自卸车2在巡逻车辆的附近行走的区域，还可以是要进入装载场LPA和卸载场DPA的区域。
变形示例
在上述的实施方式中，在计算对油门指令值Si的校正值Cv时，仅考虑了抵消自卸车2在减速时的实际减速度所对应的量。这是由于行走速度Vs的下冲是在某个速度的变化趋势(加速度)在短时间内急剧变化时产生的，为了抑制下冲，需要考虑加速度的变动量。在上述的实施方式中，如图8的减速区域ADS和恒定速度区域ALT所示，由于恒定速度区域ALT中的加速度大致为“0”，所以只要考虑减速时的减速度(负的加速度)即可。
例如，在图8的减速区域ADS后的区域(恒定速度区域ALT)是其目标行走速度Vr并非恒定速度而是线性上升的区域(恒定加速度区域)的情况下，如果如上述的实施方式那样仅考虑减速区域ADS中的自卸车2的减速度(负的加速度)，是不能充分地抑制下冲的。在这种情况下，除了自卸车2的减速度以外，还需要考虑目标行走速度Vr线性上升的区域(恒定加速度区域)中的加速度。
具体而言，在检测部41A检测出自卸车2在当前时刻位于减速区域ADS中并且减速区域ADS之后的区域为恒定加速度区域的情况下，校正值运算部44可以考虑恒定加速度区域中的加速度来求取校正值Cv。详细而言，校正值运算部44求取将自卸车2在减速区域ADS中的减速度(绝对值)与恒定加速度区域中的加速度相加而得到的值作为加速度偏差De。然后，校正值运算部44可以将所得到的加速度偏差De与自卸车2的总重量M相乘，计算自卸车2的行走所需要的驱动力(扭矩)Tq来求取校正值Cv。另外，所谓的恒定加速度区域内的目标行走速度Vr线性上升是包括：目标行走速度Vr以成为时间的一次函数的方式上升的情况、以及目标行走速度Vr以时间的一次函数为基准在规定范围内上下波动地上升的情况。
在变形示例中，除了检测部41A的检测方法、校正值Cv的计算方法以外，能够使用与上述实施方式相同的方法。
在上述实施方式中，以在矿山中使用的矿山机械作为作业机械的一个示例进行了说明，不过作业机械不局限于矿山机械，也可以是在作业现场使用的作业机械和工程现场使用的工程机械等。作业机械包括矿山机械。此外，作为“作业机械的控制系统”，在上述实施方式中以地面上矿山中的自卸车的控制系统为例进行了说明，不过不局限于此，也可以包括地面上矿山中的其它矿山机械或在作业现场使用的作业机械(轮式装载机等)的控制系统。
以上，说明了本实施方式，不过本实施方式不局限于上述内容。上述结构要素中包括本领域技术人员能够容易想到的、实质上相同的、所谓等同范围的结构要素。上述结构要素能够适当组合。在不脱离本实施方式的要旨的范围内，能够进行结构要素的各种省略、置换和变更中的至少一种。

Claims (11)

1.一种作业机械的控制系统，其对驱动所述作业机械的行走装置的驱动装置进行控制，所述作业机械的控制系统的特征在于，包括：
油门变化量运算部，其基于作为所述作业机械的目标的目标行走速度，求取用于控制所述作业机械的行走速度的油门指令值；
检测部，其检测在所述作业机械的行进方向前方存在的、所述目标行走速度恒定且低于当前时刻的行走速度的区域；
校正值运算部，其在由所述检测部检测到所述区域时，求取用于校正所述油门指令值的校正值；
加法处理部，其将所述油门指令值与所述校正值相加，来求取校正油门指令值；以及
油门指令值输出部，其将所述校正油门指令值输出至所述驱动装置。
2.根据权利要求1所述的作业机械的控制系统，其特征在于：
规定所述作业机械的目标行走路径的行走条件信息包含所述目标行走速度，
所述检测部使用与在所述作业机械的行进方向前方存在的多个点对应的多个所述目标行走速度来检测所述区域。
3.根据权利要求2所述的作业机械的控制系统，其特征在于：
在存在于所述作业机械的行进方向前方的第一点上的第一所述目标行走速度、与相比第一所述行走条件信息存在于所述作业机械的行进方向前方的第二点上的第二所述目标行走速度之差小于阈值的情况下，所述检测部判断为检测出所述区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的作业机械的控制系统，其特征在于：
在所述作业机械的减速度为阈值以上的情况下，所述检测部判断为检测出所述区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机械的控制系统，其特征在于：
所述校正值运算部使用所述作业机械的实际减速度来求取所述校正值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的作业机械的控制系统，其特征在于：
所述区域包括所述作业机械行走的矿山的速度限制区域、交叉点和所述矿山的搬运路径较窄的部分中的至少一个。
7.一种作业机械的控制系统，其对驱动所述作业机械的行走装置的驱动装置进行控制，所述作业机械的控制系统的特征在于，包括：
油门变化量运算部，其基于作为所述作业机械的目标的目标行走速度，求取用于控制所述作业机械的行走速度的油门指令值；
检测部，其对所述作业机械位于所述目标行走速度减少的减速区域并且在所述作业机械的行进方向前方存在所述目标行走速度呈线性上升的恒定加速度区域的情况进行检测；
校正值运算部，其在由所述检测部检测到所述区域时，求取用于校正所述油门指令值的校正值；
加法处理部，其将所述油门指令值与所述校正值相加，来求取校正油门指令值；以及
油门指令值输出部，其将所述校正油门指令值输出至所述驱动装置。
8.根据权利要求7所述的作业机械的控制系统，其特征在于：
所述校正值运算部使用所述作业机械的实际减速度和所述恒定加速度区域中的加速度来求取所述校正值。
9.一种作业机械，其特征在于：
包括权利要求1至8中任一项所述的作业机械的控制系统。
10.一种作业机械的管理系统，其特征在于，包括：
管理装置，其对权利要求9所述的作业机械输出包含所述目标行走速度和所述作业机械的目标行走路径的行走条件信息。
11.一种作业机械的控制方法，其特征在于，包括：
检测在作业机械的行进方向前方存在的、作为所述作业机械的目标的目标行走速度恒定且低于当前时刻的行走速度的区域的步骤；
在检测到所述区域时求取用于校正所述油门指令值的校正值的步骤；
将所述校正值与基于所述目标行走速度求取的用于控制所述作业机械的行走速度的油门指令值相加来求取校正油门指令值的步骤；以及
将所述校正油门指令值输出至驱动所述作业机械的行走装置的驱动装置的步骤。
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