CN108779619A - 作业车辆的控制系统、控制方法以及作业车辆 - Google Patents

Abstract

作业车辆的控制系统具有当前地形取得装置、存储装置、控制器。当前地形取得装置取得表示作业对象的当前地形的当前地形信息。存储装置存储表示作业对象的最终设计地形的设计地形信息。控制器从当前地形取得装置取得当前地形信息。控制器从存储装置取得设计地形信息。控制器从土量取得装置取得土量信号。控制器根据土量，确定比当前地形更靠近上方并且比最终设计地形更靠近下方的中间设计地形。控制器基于中间设计地形，生成使工作装置移动的指令信号。

Description

作业车辆的控制系统、控制方法以及作业车辆

技术领域

本发明涉及作业车辆的控制系统、控制方法以及作业车辆。

背景技术

以往，在推土机或者平地机等作业车辆中，提出了自动调整工作装置的位置的自动控制。例如，在专利文献1中，公开了挖掘控制和整地控制。

在挖掘控制中，自动调整推土铲的位置，以使得推土铲的负荷与目标负荷一致。在整地控制中，以沿着表示挖掘对象的目标形状的设计地形使推土铲的刀尖移动的方式，对推土铲的位置进行自动调整。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)专利第5247939号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

在利用作业车辆进行的作业中，除了挖掘作业以外，还有填土作业。在填土作业中，作业车辆利用工作装置从掘土部掘出土。然后，作业车辆一边将掘出的土堆在规定位置，一边在其上行驶，将堆起的土压实。由此，例如，将凹陷的地形填埋，能够形成平坦形状。

但是，在上述自动控制中，难以进行良好的填土作业。例如，如图20所示，在整地控制中，以沿着设计地形100使推土铲的刀尖200移动的方式，对推土铲的位置进行自动调整。因此，在通过整地控制进行填土作业时，在图20中如虚线所示，一次将大量的土堆在作业车辆300的跟前的位置。在该情况下，由于堆起的土的厚度大，因此难以将堆起的土压实。因此，会有作业的加工品质降低的问题。或者，为了将堆起的土充分压实，需要使作业车辆300在堆起的土的上方行驶多次。在该情况下，会有作业效率降低的问题。

本发明的课题在于，提供一种能够通过自动控制，进行效率良好并且加工品质好的填土作业的作业车辆的控制系统，控制方法，以及作业车辆。

用于解决技术课题的技术方案

第一方面的作业车辆的控制系统具有当前地形取得装置、存储装置、土量取得装置、控制器。当前地形取得装置取得表示作业对象的当前地形的当前地形信息。存储装置存储表示作业对象的最终设计地形的设计地形信息。控制器从当前地形取得装置取得当前地形信息。土量取得装置生成表示工作装置的保有土量的土量信号。控制器从存储装置取得设计地形信息。控制器从存储装置取得设计地形信息。控制器从土量取得装置取得土量信号。控制器根据土量，确定比当前地形更靠近上方并且比最终设计地形更靠近下方的中间设计地形。控制器基于中间设计地形，生成使工作装置移动的指令信号。

第二方面的作业车辆的控制方法具有以下步骤。在第一步骤中，取得当前地形信息。当前地形信息表示作业对象的当前地形。在第二步骤中，取得设计地形信息。设计地形信息表示作业对象的目标地形即最终设计地形。在第三步骤中，取得表示工作装置的保有土量的土量信号。在第四步骤中，根据土量，确定比当前地形更靠近上方并且比最终设计地形更靠近下方的中间设计地形。在第五步骤中，基于中间设计地形，生成使工作装置移动的指令信号。

第三方面的作业车辆具有工作装置、控制器。控制器取得当前地形信息。当前地形信息表示作业对象的当前地形。控制器取得设计地形信息。设计地形信息表示作业对象的最终设计地形。控制器取得表示工作装置的保有土量的土量信号。控制器根据土量，确定比当前地形更靠近上方并且比最终设计地形更靠近下方的中间设计地形的位置。控制器基于中间设计地形控制工作装置。

发明的效果

根据本发明，自动控制工作装置，以使其沿比当前地形更靠近上方的位置移动。此时，通过使工作装置沿比最终设计地形靠近下方的位置移动，与工作装置沿最终设计地形移动的情况相比，能够减薄土而堆在当前地形上。因此，能够利用作业车辆容易地压实堆起的土。由此，能够提高作业的加工品质。另外，能够提高作业的效率。另外，中间设计地形根据工作装置的保有土量确定。因此，能够抑制土多余或不足，能够有效地进行作业。

附图说明

图1是表示实施方式的作业车辆的侧视图。

图2是表示作业车辆的驱动系统和控制系统的结构的框图。

图3是表示作业车辆的结构的示意图。

图4是表示填土作业中的当前地形、最终设计地形、中间设计地形的一例的图。

图5是表示填土作业的工作装置的自动控制的处理的流程图。

图6是表示当前地形信息的一例的图。

图7是表示用于确定中间设计地形的处理的流程图。

图8是表示用于确定底高度的处理的图。

图9是表示第一上限高度，第一下限高度，第二上限高度，以及第二下限高度的图。

图10是表示用于确定中间设计地形的倾角的处理的流程图。

图11是表示用于确定第一上限角度的处理的图。

图12是表示用于确定第一下限角度的处理的图。

图13是表示用于确定最短距离角度的处理的图。

图14是表示用于确定最短距离角度的处理的图。

图15是表示用于确定最短距离角度的处理的图。

图16是表示第一变形例的中间设计地形的图。

图17是表示第二变形例的中间设计地形的图。

图18是表示其他实施方式的控制系统的结构的框图。

图19是表示其他实施方式的控制系统的结构的框图。

图20是表示以往技术的填土作业的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的作业车辆进行说明。图1是表示实施方式的作业车辆1的侧视图。本实施方式的作业车辆1为推土机。作业车辆1具有车体11、行驶装置12、工作装置13。

车体11具有驾驶室14、发动机室15。在驾驶室14中配置有未图示的驾驶座。发动机室15配置在驾驶室14的前方。行驶装置12安装于车体11的下部。行驶装置12具有左右一对履带16。此外，在图1中，仅图示了左侧的履带16。通过使履带16旋转，作业车辆1行驶。

工作装置13安装于车体11。工作装置13具有提升架17、推土铲18、提升液压缸19、转角液压缸20、倾斜液压缸21。

提升架17以沿着车宽度方向延伸的轴线X为中心，能够上下动作地安装于车体11。提升架17支承推土铲18。推土铲18配置在车体11的前方。推土铲18伴随着提升架17的上下移动而上下移动。

提升液压缸19与车体11和提升架17连结。通过使提升液压缸19伸缩，提升架17以轴线X为中心上下旋转。

转角液压缸20与提升架17和推土铲18连结。通过使转角液压缸20伸缩，推土铲18以沿着大致上下方向延伸的轴线Y为中心旋转。

倾斜液压缸21与提升架17和推土铲18连结。通过使倾斜液压缸21伸缩，推土铲18以沿着大致车辆前后方向延伸的轴线Z为中心旋转。

图2是表示作业车辆1的驱动系统2、控制系统3的结构的框图。如图2所示，驱动系统2具有发动机22、液压泵23、动力传递装置24。

液压泵23被发动机22驱动，排出工作油。从液压泵23排出的工作油向提升液压缸19、转角液压缸20、倾斜液压缸21供给。此外，在图2中，图示了一个液压泵23，也可以设置多个液压泵。

动力传递装置24将发动机22的驱动力传递到行驶装置12。动力传递装置24例如也可以是HST(Hydro Static Transmission)。或者，动力传递装置24例如也可以是转矩转换器，或者具有多个变速齿轮的传动机构。

控制系统3具有操作装置25、控制器26、控制阀27。操作装置25为用于操作工作装置13以及行驶装置12的装置。操作装置25配置于驾驶室14。操作装置25接收用于驱动工作装置13以及行驶装置12的操作人员的操作，输出与操作对应的操作信号。操作装置25例如包括操作杆、踏板、开关等。

控制器26以基于所取得的信息控制作业车辆1的方式编程。控制器26包括例如CPU等处理装置。控制器26从操作装置25取得操作信号。控制器26基于操作信号控制控制阀27。此外，控制器26不限于一体设置，也可以分为多个控制器。

控制阀27为比例控制阀，通过来自控制器26的指令信号控制。控制阀27配置在提升液压缸19，转角液压缸20，倾斜液压缸21等液压致动器、液压泵23之间。控制阀27控制从液压泵23向提升液压缸19、转角液压缸20、倾斜液压缸21供给的工作油的流量。控制器26以根据上述操作装置25的操作使工作装置13动作的方式，生成向控制阀27输送的指令信号。由此，提升液压缸19、转角液压缸20、倾斜液压缸21根据操作装置25的操作量被控制。此外，控制阀27也可以是压力比例控制阀。或者，控制阀27也可以是电磁比例控制阀。

控制系统3具有提升液压缸传感器29。提升液压缸传感器29检测提升液压缸19的形成长度(以下，称作“提升液压缸长L”)。如图3所示，控制器26基于提升液压缸长L计算推土铲18的提升角θlift。图3是表示作业车辆1的结构的示意图。

在图3中，工作装置13的原点位置用双点划线表示。工作装置13的原点位置是在水平地面上，推土铲18的刀尖与地面接触的状态下的推土铲18的位置。提升角θlift是距离工作装置13的原点位置的角度。

如图2所示，控制系统3具有位置检测装置31。位置检测装置31检测作业车辆1的位置。位置检测装置31具有GNSS接收器32、IMU33。GNSS接收器32配置于驾驶室14上。GNSS接收器32例如是GPS(Global Positioning System)用的天线。GNSS接收器32接收表示作业车辆1的位置的车体位置信息。控制器26从GNSS接收器32取得车体位置信息。

IMU33为惯性计测装置(Inertial Measurement Unit)。IMU33取得车体倾斜角信息。车体倾斜角信息表示相对于车辆前后方向的水平的角度(倾角)，以及相对于车辆横向的水平的角度(侧滚角)。IMU33将车体倾斜角信息向控制器26输送。控制器26从IMU33取得车体倾斜角信息。

控制器26根据提升液压缸长L、车体位置信息、车体倾斜角信息，计算刀尖位置P1。如图3所示，控制器26基于车体位置信息计算GNSS接收器32的整体坐标。控制器26基于提升液压缸长L，计算提升角θlift。控制器26基于提升角θlift、车体尺寸信息，计算刀尖位置P1相对于GNSS接收器32的局部坐标。车体尺寸信息存储于存储装置28，表示工作装置13相对于GNSS接收器32的位置。控制器26基于GNSS接收器32的整体坐标、刀尖位置P1的局部坐标、车体倾斜角信息，计算刀尖位置P1的整体坐标。控制器26将刀尖位置P1的整体坐标作为刀尖位置信息取得。

如图2所示，控制系统3具有土量取得装置34。土量取得装置34取得表示工作装置13的保有土量的土量信息。土量取得装置34生成表示土量信息的土量信号，向控制器26输送。在本实施方式中，土量信息为表示作业车辆1的牵引力的信息。控制器26根据作业车辆1的牵引力计算保有土量。例如，在具有HST的作业车辆1中，土量取得装置34为检测向HST的液压马达供给的液压(驱动液压)的传感器。在该情况下，控制器26根据驱动液压计算牵引力，根据计算出的牵引力计算保有土量。

或者，土量取得装置34也可以是检测当前地形的变化的测量装置。在该情况下，控制器26也可以根据当前地形的变化计算保有土量。或者，土量取得装置34也可以是取得由工作装置13搬送的土的图像信息的摄像机。在该情况下，控制器26也可以根据图像信息计算保有土量。

控制系统3具有存储装置28。存储装置28例如包含存储器和辅助存储装置。存储装置28例如可以为RAM或者ROM等。存储装置28可以是半导体存储器或者硬盘等。

存储装置28存储设计地形信息。设计地形信息表示最终设计地形的位置以及形状。最终设计地形是作业现场的作业对象的目标地形。控制器26取得当前地形信息。当前地形信息表示作业现场的作业对象的当前地形的位置以及形状。控制器26基于当前地形信息、设计地形信息、刀尖位置信息，自动控制工作装置13。

以下，对由控制器26执行的、填土作业的工作装置13的自动控制进行说明。图4是表示最终设计地形60、位于最终设计地形60的下方的当前地形50的一例的图。在填土作业中，作业车辆1通过将土堆在位于最终设计地形60的下方的当前地形50上而压实，使作业对象形成为最终设计地形60。

控制器26取得表示当前地形50的当前地形信息。例如，控制器26将表示刀尖位置P1的轨迹的位置信息作为当前地形信息取得。因此，位置检测装置31作为取得当前地形信息的当前地形取得装置发挥作用。

或者，控制器26根据车体位置信息、车体尺寸信息计算履带16的底面的位置，也可以将表示履带16的底面的轨迹的位置信息作为当前地形信息取得。或者，当前地形信息也可以根据由作业车辆1的外部的测量装置计测的测量数据生成。或者，也可以利用摄像机对当前地形50进行拍摄，并根据由摄像机获得的图像数据生成当前地形信息。

如图4所示，在本实施方式中，最终设计地形60水平并且平坦。需要说明的是，最终设计地形60的一部分或者全部也可以倾斜。此外，在图4中，在从-d2到0的范围的最终设计地形的高度与当前地形50的高度相同。

控制器26确定位于当前地形50与最终设计地形60之间的中间设计地形70。此外，在图4中，多个中间设计地形70用虚线表示，仅在其一部分标注附图标记“70”。如图4所示，中间设计地形70位于比当前地形50更靠近上方，并且，比最终设计地形60更靠近下方的位置。控制器26基于当前地形信息、设计地形信息、土量信息，确定中间设计地形70。

中间设计地形70在比当前地形50更靠近上方的位置设于规定距离D1的位置。控制器26在每次更新当前地形50时，在比更新后的当前地形50更靠近上方的规定距离D1的位置确定接下来的中间设计地形70。由此，如图4所示，生成在当前地形50的上方层叠的多个中间设计地形70。对于用于确定中间设计地形70的处理将在后文详细说明。

控制器26基于表示中间设计地形70的中间地形信息、表示刀尖位置P1的刀尖位置信息，控制工作装置13。详细而言，控制器26以沿着中间设计地形70使工作装置13的刀尖位置P1移动的方式，生成向工作装置13输送的指令信号。

图5是表示填土作业的工作装置13的自动控制的处理的流程图。如图5所示，在步骤S101中，控制器26取得当前位置信息。控制器26如图6所示，将上次确定的基准位置P0的前一个中间设计面70_-1的高度Hm_-1、中间设计面70_-1的倾角θm_-1作为当前位置信息取得。

需要说明的是，在填土作业的初始状态下，控制器26代替上次确定的基准位置P0的前一个中间设计地形70_-1的高度Hm_-1，取得基准位置P0的前一个当前面50_-1的高度。在填土作业的初始状态下，控制器26代替基准位置P0的前一个中间设计地形70_-1的倾角θm_-1，取得基准位置P0的前一个当前面50_-1的倾角。填土作业的初始状态例如是作业车辆1从后退切换为前进的时期。

在步骤S102中，控制器26取得当前地形信息。如图6所示，当前地形50在作业车辆1的行进方向上，包含从规定的基准位置P0开始，每隔规定间隔d1分割的多个当前面50_1～50_10。基准位置P0是例如在作业车辆1的行进方向上，当前地形50开始比最终设计地形60靠近下方的位置。换言之，基准位置P0是在作业车辆1的行进方向上，当前地形50的高度开始比最终设计地形60的高度低的位置。或者，基准位置P0是作业车辆1的规定距离，前方的位置。或者，基准位置P0是作业车辆1的刀尖P1的当前位置。或者，基准位置P0也可以是当前地形50的坡顶的位置。此外，在图6中，纵轴表示地形的高度，横轴表示距离基准位置P0的距离。

当前地形信息在作业车辆1的行进方向上，包含从基准位置P0，每隔规定间隔d1的当前面50_1～50_10的位置信息。即，当前地形信息包含从基准位置P0向前方，在规定距离d10前的当前面50_1～50_10的位置信息。

如图6所示，控制器26将当前面50_1～50_10的高度Ha_1～Ha_10作为当前地形信息取得。此外，在本实施方式中，作为当前地形信息取得的当前面为前十个当前面为止，也可以是比十个少，或者比十个多。

在步骤S103中，控制器26取得设计地形信息。如图6所示，最终设计地形60包含多个最终设计面60_1～60_10。因此，设计地形信息在作业车辆1的行进方向上，包含每隔规定间隔d1的最终设计面60_1～60_10的位置信息。即，设计地形信息包含从基准位置P0向前方规定距离d10前的最终设计面60_1～60_10的位置信息。

如图6所示，控制器26将最终设计面60_1～60_10的高度Hf_1～Hf_10作为设计地形信息取得。此外，在本实施方式中，作为设计地形信息取得的最终设计面的数量为十个，也可以比十个少，或者比十个多。

在步骤S104中，控制器26取得土量信息。在此，控制器26取得当前的保有土量Vs_0。保有土量Vs_0例如利用相对于推土铲18的容量的比表示。

在步骤S105中，控制器26确定中间设计地形70。控制器26根据当前地形信息、设计地形信息、土量信息、当前位置信息，确定中间设计地形70。以下，对用于确定中间设计地形70的处理进行说明。

图7是表示用于确定中间设计地形70的处理的流程图。在步骤S201中，控制器26确定底高度Hbottom。在此，控制器26以使底下土量与保有土量一致的方式，确定底高度Hbottom。

如图8所示，底下土量表示在底高度Hbottom的下方，并且，当前面50的上方堆起的土量。例如，控制器26根据底下长度Lb_4～Lb_10的合计与规定距离d1的乘积以及保有土量，算出底高度Hbottom。底下长度Lb_4～Lb_10为从当前地形50向上方到底高度Hbottom的距离。

在步骤S202中，控制器26确定第一上限高度Hup1。第一上限高度Hup1规定中间设计地形70的高度的上限。需要说明的是，也可以根据其他条件确定比第一上限高度Hup1位于上方的中间设计地形70。第一上限高度Hup1由以下的式1规定。

[式1]

Hup1＝MIN(最终设计地形，当前地形+D1)

因此，如图9所示，第一上限高度Hup1位于最终设计地形60的下方，并且，距离当前地形50上方规定距离D1的位置。规定距离D1优选为，通过使作业车辆1在堆起的土上行驶一次，能够可靠地将堆起的土适当压实程度的堆起土的厚度。

在步骤S203中，控制器26确定第一下限高度Hlow1。第一下限高度Hlow1规定中间设计地形70的高度的下限。需要说明的是，也可以根据其他条件确定比第一下限高度Hlow1位于下方的中间设计地形70。第一下限高度Hlow1由以下的式2规定。

[式2]

Hlow1＝MIN(最终设计地形，MAX(当前地形，底))

因此，如图9所示，在当前地形50位于比最终设计地形60靠近下方，并且，比上述底高度Hbottom靠近上方的位置时，第一下限高度Hlow1与当前地形50一致。另外，在底高度Hbottom位于比最终设计地形60靠近下方，并且比当前地形50靠近上方时，第一下限高度Hlow1与底高度Hbottom一致。

在步骤204中，控制器26确定第二上限高度Hup2。第二上限高度Hup2规定中间设计地形70的高度的上限。第二上限高度Hup2由以下的式3规定。

[式3]

Hup2＝MIN(最终设计地形，MAX(当前地形+D2，底))

因此，如图9所示，第二上限高度Hup2位于比最终设计地形60靠近下方，并且，距离当前地形50上方规定距离D2的位置。规定距离D2比规定距离D1大。

在步骤S205中，控制器26确定第二下限高度Hlow2。第二下限高度Hlow2规定中间设计地形70的高度的下限。第二下限高度Hlow2由以下的式4确定。

[式4]

Hlow2＝MIN(最终设计地形-D3，MAX(当前地形-D3，底))

因此，如图9所示，第二下限高度Hlow2位于距离当前地形50下方规定距离D3的位置。第二下限高度Hlow2位于距离第一下限高度Hlow1下方规定距离D3的位置。

在步骤S206中，控制器26确定中间设计地形的倾角。如图4所示，中间设计地形包含每隔规定距离d1分割的多个中间设计面70_1～70_10。控制器26针对多个中间设计面70_1～70_10的每一个确定倾角。在图4所示的中间设计地形70中，中间设计面70_1～70_4分别具有不同的倾角。在该情况下，如图4所示，中间设计地形70成为在多个位置弯曲的形状。

图10是表示用于确定中间设计地形70的倾角的处理的流程图。控制器26通过图10所示的处理，确定基准位置P0的前一个中间设计面70_1的倾角。

如图10所示，在步骤S301中，控制器26确定第一上限角度θup1。第一上限角度θup1规定中间设计地形70的倾角的上限。需要说明的是，根据其他条件，也可以使中间设计地形70的倾角比第一上限角度θup1大。

如图11所示，第一上限角度θup1是使中间设计地形70的倾角每隔间隔d1，成为(上一次-A1)度时，在距离d10之前，为了不超过第一上限高度Hup1的中间设计面70_1的倾角。第一上限角度θup1通过以下的方式确定。

在使中间设计地形70的倾角每隔间隔d1，成为(上一次-A1)度时，为了使前n个中间设计面70_n成为第一上限高度Hup1以下的中间设计面70_1的倾角θn由以下的式5确定。

[式5]

θn＝(Hup1_n-Hm_-1+A1(n(n-1)/2))/n

Hup1_n是相对于前n个中间设计面70_n的第一上限高度Hup1。Hm_-1是基准位置P0的前一个中间设计面70_-1的高度。A1是规定的系数。利用式5确定n＝1～10的θn，这些θn中的最小值选择为第一上限角度θup1。此外，在图11中，n＝1～10中的θn中的最小值成为距离基准位置P0为距离d2，不超过第一上限高度Hup1的倾角θ2。在该情况下，θ2选择为第一上限角度θup1。

需要说明的是，在所选择的第一上限角度θup1比规定的变化上限值θlimit1大时，变化上限值θlimit1选择为第一上限角度θup1。变化上限值θlimit1是将从上次开始的倾角的变化限制为+A1以下的阈值。

此外，在本实施方式中，基于从基准位置P0前十个的中间设计面70_1～70_10确定倾角，用于倾角的计算的中间设计面的数量不限于十个，也可以比十个少，或者比十个多。

在步骤S302中，控制器26确定第一下限角度θlow1。第一下限角度θlow1规定中间设计地形70的倾角的下限。需要说明的是，根据其他条件，也可以使中间设计地形70的倾角比第一下限角度θlow1小。如图12所示，第一下限角度θlow1是在使中间设计地形70的倾角每隔间隔d1，成为(上一次+A1)度时，用于在距离d10前，不低于第一下限高度Hlow1的中间设计面70_1的倾角。第一下限角度θlow1如下所述地确定。

在使中间设计地形70的倾角每隔间隔d1，成为(上一次+A1)度时，用于使下n个中间设计地形70成为第一下限高度Hlow1以上的下一个倾角θn由以下的式6确定。

[式6]

θn＝(Hlow1_n-Hm_-1-A1(n(n-1)/2))/n

Hlow1_n是相对于下n个中间设计面70_n的第一下限高度Hlow1。根据式6确定n＝1～10的θn，这些θn中的最大值选择为第一下限角度θlow1。此外，在图12中，n＝1～10的θn中的最大值为在距离基准位置P0为距离d3，不超过第一上限高度Hup1的倾角θ3。在该情况下，θ3选择为第一下限角度θlow1。

需要说明的是，在所选择的第一下限角度θlow1比规定的变化下限值θlimit2小时，变化下限值θlimit2选择为第一下限角度θlow1。变化下限值θlimit2为用于将从上一次的倾角的变化限制为-A1以上的阈值。

在步骤S303中，控制器26确定第二上限角度θup2。第二上限角度θup2规定中间设计地形70的倾角的上限。第二上限角度θup2是在中间设计地形70的倾角每隔间隔d1，成为(上一次-A1)度时，为了在距离d10前不超过第二上限高度Hup2的中间设计面70_1的倾角。第二上限角度θup2与第一上限角度θup1同样地，利用以下式7确定。

[式7]

θn＝(Hup2_n-Hm_-1+A1(n(n-1)/2))/n

Hup2_n是相对于下n个中间设计面70_n的第二上限高度Hup2。利用式7确定n＝1～10的θn，这些θn中的最小值选择为第二上限角度θup2。

在步骤S304中，控制器26确定第二下限角度θlow2。第二下限角度θlow2规定中间设计地形70的倾角的下限。第二下限角度θlow2为在使中间设计地形70的倾角每隔间隔d1，成为(上一次+A2)度时，为了在距离d10前不低于第二下限高度Hlow2的从基准位置P0开始下一个的中间设计地形70的倾角。角度A2比上述角度A1大。第二下限角度θlow2与第一下限角度θlow1同样，利用以下式8确定。

[式8]

θn＝(Hlow2_n-Hm_-1-A2(n(n-1)/2))/n

Hlow2_n是相对于下n个中间设计面70_n的第二下限高度Hlow2。A2是规定的系数。通过式8确定n＝1～10的θn，这些θn中的最大值选择为第二下限角度θlow2。

需要说明的是，在所选择的第二下限角度θlow2比规定的变化下限值θlimit3小时，变化下限值θlimit3选择为第一下限角度θlow1。变化下限值θlimit3为用于将从上一次的倾角的变化限制为-A2以上的阈值。

在步骤S305中，控制器26确定最短距离角度θs。如图13所示，最短距离角度θs为在第一上限高度Hup1与第一下限高度Hlow1之间，使中间设计地形70的长度最短的中间设计地形70的倾角。例如，最短距离角度θs由图的式9确定。

[式9]

θs＝MAX(θlow1_1，MIN(θup1_1，MAX(θlow1_2，MIN(θup1_2，…MAX(θlow1_n，MIN(θup1_n，…MAX(θlow1_10，MIN(θup1_10，θm_-1)))…)))

如图14所示，θlow1_n是将基准位置P0与下n个(在图14中为下四个)的第一下限高度Hlow1连结起来的直线的倾角。θup1_n是将基准位置P0与下n个第一上限高度Hup1连结起来的直线的倾角。θm_-1是基准位置P0的前一个中间设计面70_-1的倾角。此外，式9能够以图15的方式表示。

在步骤S306中，控制器26判定是否满足规定的倾角变更条件。倾角变更条件是表示形成角度-A1以上的倾斜的中间设计地形70的条件。即，倾角变更条件表示生成缓慢倾斜的中间设计地形70。

详细而言，倾角变更条件包含以下第一～第三变更条件。第一变更条件是最短距离角度θs为角度-A1以上。第二变更条件是最短距离角度θs比θlow1_1大。第三变更条件是θlow1_1为角度-A1以上。在全部满足第一～第三变更条件时，控制器26判定为满足倾角变更条件。

在未满足倾角变更条件时，进入步骤S307。在步骤S307中，控制器26将在步骤S306中求得的最短距离角度θs确定为目标倾角θt。

在满足倾角变更条件时，进入步骤S308。在步骤S308中，控制器26将θlow1_1确定为目标倾角θt。θlow1_1为沿着第一下限高度Hlow1的倾角。

在步骤S309中，控制器26确定指令倾角。控制器26利用以下的式10确定指令倾角θc。

[式10]

θc＝MAX(θlow2，MIN(θup2，MAX(θlow1，MIN(θup1，θt))))

以上所述确定的指令倾角确定为图7的步骤S206中的中间设计面70_1的倾角。由此，图5的步骤S105中的中间设计地形70被确定。即，相对于基准位置P0的中间设计地形70形成上述指令倾角的中间设计面70_1被确定。

如图5所示，在步骤S106中，控制器26生成向工作装置13输送的指令信号。在此，控制器26以沿着所确定的中间设计地形70使工作装置13的刀尖位置P1移动的方式，生成向工作装置13输送的指令信号。另外，控制器26以工作装置13的刀尖位置P1不向上方超过最终设计地形60的方式，生成向工作装置13输送的指令信号。所生成的指令信号向控制阀27输入。由此，以工作装置13的刀尖位置P1沿着中间设计地形70移动的方式控制工作装置13。

图5、图7以及图10所示的处理被反复执行，控制器26取得新的当前地形信息以及土量信号而更新。例如，控制器26也可以实时地取得当前地形信息以及土量信号而更新。或者，控制器26也可以在进行了规定动作时，取得当前地形信息以及土量信号而更新。

控制器26基于被更新的当前地形信息以及土量信号，确定接下来的中间设计地形70。然后，作业车辆1再次一边前进一边使工作装置13沿着中间设计地形70移动，在到达规定位置时，后退并返回。作业车辆1通过重复这些动作，在当前地形50上反复层叠土。由此，当前地形50被逐渐堆起，其结果是，形成最终设计地形60。

通过以上处理，确定图4所示的中间设计地形70。详细而言，根据以下条件确定中间设计地形70。

(1)第一条件使中间设计地形70比第一上限高度Hup1低。根据第一条件，如图4所示，能够确定以规定距离D1以内的厚度在当前地形50上层叠的中间设计地形70。由此，只要没有其他条件的制约，能够将堆起土的层叠厚度抑制在D1以内。由此，不需要为了将堆起的土压实，而使车辆多次行驶。其结果是，能够提高作业效率。

(2)第二条件是使中间设计地形70比第一下限高度Hlow1高。根据第二条件，只要没有其他条件的制约，能够抑制挖到当前地形50。

(3)第三条件是一边将每隔间隔d1的中间设计地形70的倾角限制在(上一次-A1)度以内，一边使中间设计地形70接近第一下限高度Hlow1。根据第三条件，如图4所示，能够使向下方的倾角的变化dθ抑制在A1度以内。因此，能够防止车体姿势的突变，能够高速地进行作业。由此，能够提高作业的效率。另外，特别是使坡顶附近的中间设计地形70的倾斜角度变缓，能够减小在坡顶的作业车辆1的姿势的变化。

(4)第四条件是使中间设计地形70的倾角比第一下限角度θlow1大。根据第四条件，能够将向上方的倾角的变化dθ限制在A1度以内。因此，能够防止车体11的姿势的突变，能够高速进行作业。由此，能够提高作业的效率。另外，特别是能够使坡脚附近的中间设计地形70的倾斜角度变缓。另外，通过倾角的变更使中间设计地形70低于第一下限高度Hlow1而能够抑制挖到当前地形50。

(5)第五条件是在最短距离角度θs比第一下限角度θlow1大时，将最短距离角度θs选择为中间设计地形70的倾角。通过第五条件，如图4所示，在每次反复层叠时，中间设计地形70的弯折点少，并且，能够使中间设计地形70的最大倾斜角度变缓。由此，在每次反复层叠时，能够生成逐渐平滑的中间设计地形。

(6)第六条件在满足倾角变更条件时，将沿着第一下限高度Hlow1的θlow1_1选择为中间设计地形70的倾角。根据第五条件，如图4所示，在当前地形50’中，在倾斜角度A1的平缓的倾斜面形成在作业车辆1的跟前之后，根据第六条件，能够优先进行倾斜面的内侧的当前地形50’的填土。

(7)第七条件为以使底下土量与保有土量一致的方式，确定底高度Hbottom。根据第七条件，控制器26根据保有土量，使从当前地形50到中间设计地形70的规定距离D1变化。因此，能够根据保有土量，变更填土的层叠厚度。由此，能够不用于填土地减少残留在推土铲18的土。

(8)第八条件为使中间设计地形70的倾角比第二上限角度θup2小。根据第八条件，如图4所示，能够将最大层叠厚度抑制在D2以下。

此外，通过使中间设计地形70的倾角比第二上限角度θup2小，在当前地形变陡的情况下，如图4所示，以挖坡顶的方式确定中间设计面70。

(9)第九条件使中间设计地形70的倾角比第二下限角度θlow2大。即便根据第八条件使倾角下降，根据第九条件，抑制当前地形50被过度挖掘。

根据以上说明的本实施方式的作业车辆1的控制系统3，自动控制工作装置13，以使得沿着比当前地形50更靠近上方的位置移动。此时，通过使工作装置13沿比最终设计地形60更靠近下方的位置移动，与使工作装置13沿着最终设计地形60移动的情况相比，能够减薄土而堆在当前地形50上。因此，能够利用作业车辆1容易地压实堆起的土。由此，能够提高作业的加工品质。另外，能够提高作业的效率。

另外，中间设计地形70根据工作装置13的保有土量确定。因此，能够抑制在作业中，土不足或者土剩余，从而有效地进行作业。

作业车辆不限于推土机，也可以是轮式装载机等其他车辆。

用于确定中间设计地形的处理不限于上述方式，也可以变更。例如，也可以将上述第一～第九条件的一部分进行变更或者省略。或者，也可以增加与第一～第九条件不同的条件。例如，图16是表示第一变形例的中间设计地形70的图。如图16所示，也可以生成沿着当前地形50的层状的中间设计地形70。

在上述实施方式中，当前地形50从基准位置P0朝向前方，向下倾斜。但是，当前地形50也可以从基准位置P0朝向前方，向上倾斜。例如，图17是表示第二变形例的中间设计地形70的图。如图17所示，当前地形50从基准位置P0朝向前方向上倾斜。这种情况下，如图17所示，控制器也可以确定位于当前地形50的上方，并且最终设计地形60的下方的中间设计地形70。由此，以工作装置13的刀尖位于当前地形50与最终设计地形60之间，并且向从当前地形50向上方距离规定距离D1的位置移动的方式，自动控制工作装置13。

控制器也可以具有彼此分体的多个控制器。例如，如图18所示，控制器也可以包含配置于作业车辆1的外部的第一控制器(遥控器)261、搭载于作业车辆1的第二控制器(车载控制器)262。第一控制器261、第二控制器262也可以经由通信装置38、39，通过无线通信。并且，也可以使上述控制器26的功能的一部分由第一控制器261执行，剩余的功能由第二控制器262执行。例如，确定假想设计面70的处理也可以通过遥控器器261执行。即，图5所示的从步骤S101到S105的处理也可以由第一控制器261执行。另外，输出向工作装置13输送的指令信号的处理(步骤S106)也可以由第二控制器262执行。

作业车辆也可以是能够远距离操纵的车辆。在该情况下，控制系统的一部也可以配置在作业车辆的外部。例如，控制器也可以配置在作业车辆的外部。控制器也可以配置在远离作业现场的控制中心内。操作装置也可以配置在作业车辆的外部。在该情况下，驾驶室也可以从作业车辆省略。或者，也可以省略操作装置。也可以没有操作装置的操作，而仅通过控制器的自动控制来操作作业车辆。

当前地形取得装置不限于上述位置检测装置31，也可以是其他装置。例如，如图19所示，当前地形取得装置也可以是接收来自外部的装置的信息的联系装置37。联系装置37也可以利用无线接收外部的计测装置41所计测的当前地形信息。或者，联系装置37也可以是记录介质的读取装置，经由记录介质接收外部的计测装置41所计测的当前地形信息。

工业实用性

根据本发明，能够提供一种通过自动控制，能够进行效率良好，并且加工品质好的填土作业的作业车辆的控制系统，控制方法，以及作业车辆。

附图标记说明

1 作业车辆

3 控制系统

13 工作装置

26 控制器

28 存储装置

31 位置检测装置(当前地形取得装置)

34 土量取得装置

Claims (19)

1.一种作业车辆的控制系统，该作业车辆具有工作装置，所述作业车辆的控制系统的特征在于，具有：

取得表示作业对象的当前地形的当前地形信息的当前地形取得装置；

存储表示所述作业对象的目标地形即最终设计地形的设计地形信息的存储装置；

生成表示所述工作装置的保有土量的土量信号的土量取得装置；

控制器；

所述控制器设置为，

从所述当前地形取得装置取得所述当前地形信息，

从所述存储装置取得所述设计地形信息，

从所述土量取得装置取得所述土量信号，

根据所述土量，确定比所述当前地形更靠近上方并且比所述最终设计地形更靠近下方的中间设计地形，

基于所述中间设计地形生成使所述工作装置移动的指令信号。

2.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述控制器根据所述土量，变更所述当前地形与所述中间设计地形之间的距离。

3.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述土量取得装置检测所述作业车辆的牵引力，

所述控制器根据所述作业车辆的牵引力计算所述土量。

4.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述土量取得装置检测所述当前地形的变化，

所述控制器根据所述当前地形的变化计算所述土量。

5.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述土量取得装置取得所述工作装置保有的土的图像数据，

所述控制器根据所述图像数据计算所述土量。

6.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述控制器设置为，

根据来自所述当前地形取得装置的所述当前地形信息更新所述当前地形，

根据来自所述土量取得装置的所述土量信号，更新所述工作装置的保有土量，

基于更新的所述当前地形以及所述工作装置的保有土量确定下一个所述中间设计地形。

7.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述控制器具有：

配置于所述作业车辆的外部的第一控制器；

与所述第一控制器通信，配置于所述作业车辆的内部的第二控制器；

所述第一控制器设置为，

从所述当前地形取得装置取得所述当前地形信息，

从所述存储装置取得所述设计地形信息，

所述第二控制器生成使所述工作装置移动的所述指令信号。

8.一种作业车辆的控制方法，该作业车辆具有工作装置，所述作业车辆的控制方法的特征在于，具有：

取得表示作业对象的当前地形的当前地形信息的步骤；

取得表示所述作业对象的目标地形即最终设计地形的设计地形信息的步骤；

取得表示所述工作装置的保有土量的土量信号的步骤；

根据所述土量，确定比所述当前地形更靠近上方并且比所述最终设计地形更靠近下方的中间设计地形的步骤；

基于所述中间设计地形，生成使所述工作装置移动的指令信号的步骤。

9.如权利要求8所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

根据所述土量，变更所述当前地形与所述中间设计地形之间的距离。

10.如权利要求8所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

检测所述作业车辆的牵引力，

根据所述作业车辆的牵引力计算所述土量。

11.如权利要求8所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

检测所述当前地形的变化，

根据所述当前地形的变化计算所述土量。

12.如权利要求8所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

取得所述工作装置保有的土的图像数据，

根据所述图像数据计算所述土量。

13.如权利要求8所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

根据来自所述当前地形取得装置的所述当前地形信息更新所述当前地形，

根据来自所述土量取得装置的所述土量信号，更新所述工作装置的保有土量，

基于更新的所述当前地形以及所述工作装置的保有土量确定下一个所述中间设计地形。

14.一种作业车辆，其特征在于，具有：

工作装置；

控制器；

所述控制器设置为，

取得表示作业对象的当前地形的当前地形信息，

取得表示所述作业对象的目标地形即最终设计地形的设计地形信息，

取得表示所述工作装置的保有土量的土量信号，

根据所述土量，确定比所述当前地形更靠近上方并且比所述最终设计地形更靠近下方的中间设计地形的位置，基于所述中间设计地形控制所述工作装置。

15.如权利要求14所述的作业车辆，其特征在于，

所述控制器根据所述土量，变更所述当前地形与所述中间设计地形之间的距离。

16.如权利要求14所述的作业车辆，其特征在于，

所述控制器取得所述作业车辆的牵引力，

所述控制器根据所述作业车辆的牵引力计算所述土量。

17.如权利要求14所述的作业车辆，其特征在于，

所述控制器取得所述当前地形的变化，

所述控制器根据所述当前地形的变化计算所述土量。

18.如权利要求14所述的作业车辆，其特征在于，

所述控制器取得所述工作装置保有的土的图像数据，

所述控制器根据所述图像数据计算所述土量。

19.如权利要求14所述的作业车辆，其特征在于，

所述控制器设置为，

根据所述当前地形信息更新所述当前地形，

根据所述土量信号，更新所述工作装置的保有土量，

基于更新的所述当前地形以及所述工作装置的保有土量确定下一个所述中间设计地形。