CN108779620A - 作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆 - Google Patents

作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆 Download PDF

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Abstract

控制器算出包含从挖掘开始位置向作业车辆的行进方向延伸的第一设计面和从第一设计面进一步向行进方向延伸的第二设计面的假想设计面。控制器生成使工作装置沿着假想设计面移动的指令信号。在第一设计面位于现况地形的更上方时，控制器变更第一设计面的位置，使其沿着现况地形或位于现况地形的更下方。

Description

作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆
技术领域
本发明涉及作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆。
背景技术
以往，在推土机或平地机等作业车辆中，提出一种自动地调整工作装置的位置的控制。例如，专利文献1公开有挖掘控制和平地控制。
在挖掘控制中，自动调整推土铲的位置，以使推土铲的负荷与目标负荷一致。在平地控制中，自动调整推土铲的位置，以使推土铲的铲尖沿着表示挖掘对象的目标形状的设计地形移动。
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
发明所要解决的课题
根据上述的现有控制，通过在工作装置的负荷变得过大时使工作装置上升，能够抑制履带滑动的产生。由此，能够高效地进行作业。
但是，在现有的控制中，如图18所示，在现况地形300的挖掘开始后，如果工作装置100的负荷变大，就通过负荷控制使工作装置100上升(参照图18的工作装置100的轨迹200)。然后，在再次开始挖掘后，如果工作装置100的负荷变大，就再次使工作装置100上升。重复进行这种动作，将会形成凹凸较大的地形，难以顺畅地进行挖掘作业。另外，挖掘的地形容易起伏，有可能使施工质量降低。
本发明的课题在于，提供能够进行高效且施工质量良好的挖掘作业的作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆。
用于解决课题的方案
第一方面提供一种控制系统，该控制系统是具有工作装置的作业车辆的控制系统，具备存储装置和控制器。存储装置存储表示作业对象的现况地形的现况地形信息。控制器与存储装置进行通信。
控制器算出包含从挖掘开始位置向作业车辆的行进方向延伸的第一设计面和从第一设计面进一步向行进方向延伸的第二设计面的假想设计面。控制器生成使工作装置沿着假想设计面移动的指令信号。在第一设计面位于现况地形的更上方时，控制器变更第一设计面的位置，使其沿着现况地形或位于现况地形的更下方。
第二方面提供一种作业车辆的控制方法，该控制方法用于控制具有工作装置的作业车辆而安装于计算机的方法，包括以下的步骤。在第一步骤中，取得表示作业对象的现况地形的现况地形信息。在第二步骤中，算出包含从挖掘开始位置向作业车辆的行进方向延伸的第一设计面和从第一设计面进一步向行进方向延伸的第二设计面的假想设计面。在第三步骤中，生成使工作装置沿着假想设计面移动的指令信号。在第一设计面位于现况地形的更上方时，变更第一设计面的位置，使其沿着现况地形或位于现况地形的更下方。
第三方面提供一种作业车辆，该作业车辆具备工作装置和控制器。控制器被编程，从而控制工作装置。控制器取得表示作业对象的现况地形的现况地形信息。控制器算出包含从挖掘开始位置向作业车辆的行进方向延伸的第一设计面和从第一设计面进一步向行进方向延伸的第二设计面的假想设计面。控制器生成使工作装置沿着假想设计面移动的指令信号。在第一设计面位于现况地形的更上方时，控制器变更第一设计面的位置，使其沿着现况地形或位于现况地形的更下方。
发明效果
根据本发明，沿着基于现况地形确定的假想设计面进行挖掘。因此，不会生成较大的凹凸，能够顺畅地进行挖掘。另外，在挖掘开始位置，工作装置所保有的土方量是0或非常小的值。因此，即使在挖掘开始位置的刚好前方的现况地形有凹坑也不能填埋。因此，通过以上述方式变更第一设计面，能够防止工作装置的推空。
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框图。
图3是表示作业车辆的结构的示意图。
图4是表示挖掘作业中的工作装置的自动控制处理的流程图。
图5是表示最终设计地形、现况地形及假想设计面的一例的图。
图6是表示工作装置的自动控制处理的流程图。
图7是表示最终设计地形、现况地形及假想设计面的一例的图。
图8是表示最终设计地形、现况地形及假想设计面的一例的图。
图9是表示假想设计面的倾斜角的一例的图。
图10是表示最终设计地形、现况地形及假想设计面的一例的图。
图11是表示最终设计地形、现况地形及假想设计面的一例的图。
图12是表示最终设计地形、现况地形及假想设计面的一例的图。
图13是表示工作装置的自动控制处理的流程图。
图14是表示最终设计地形、现况地形及假想设计面的一例的图。
图15是表示最终设计地形、现况地形及假想设计面的一例的图。
图16是表示变形例的控制系统的结构框图。
图17是表示另一变形例的控制系统的结构框图。
图18是表示以现有技术进行挖掘的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式的作业车辆。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具备车体11、行驶装置12、工作装置13。
车体11具有驾驶室14和发动机室15。驾驶室14中配置有未图示的驾驶席。发动机室15配置于驾驶室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中仅图示有左侧的履带16。通过履带16的旋转，作业车辆1进行行驶。
工作装置13安装于车体11。工作装置13具有：提升框架17、推土铲18、提升液压缸19、转角液压缸20、倾斜液压缸21。
提升框架17以沿车宽方向延伸的轴线X为中心能够上下移动地安装于车体11。提升框架17支撑推土铲18。推土铲18配置于车体11的前方。推土铲18随着提升框架17的上下移动而上下移动。
提升液压缸19与车体11和提升框架17连结。通过提升液压缸19进行伸缩，提升框架17以轴线X为中心上下旋转。
转角液压缸20与提升框架17和推土铲18连结。通过转角液压缸20进行伸缩，推土铲18以沿大致上下方向延伸的轴线Y为中心进行旋转。
倾斜液压缸21与提升框架17和推土铲18连结。通过倾斜液压缸21进行伸缩，推土铲18以沿大致车辆前后方向延伸的轴线Z为中心进行旋转。
图2是表示作业车辆1的驱动系统2和控制系统3的结构框图。如图2所示，驱动系统2具备发动机22、液压泵23、动力传递装置24。
液压泵23由发动机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中图示有一个液压泵23，但也可以设置多个液压泵。
动力传递装置24将发动机22的驱动力向行驶装置12传递。动力传递装置24也可以是例如HST(静液压传动装置，Hydro Static Transmission)。或者，动力传递装置24也可以是例如液力变矩器或具有多个变速齿轮的变速箱。
控制系统3具备操作装置25、控制器26、控制阀27。操作装置25是用于操纵工作装置13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包含例如操作杆、踏板、开关等。
操作装置25包括行驶装置12用操作装置251和工作装置13用操作装置252。行驶装置12用操作装置251以能够操作至前进位置、后退位置、中立位置的方式设置。当行驶装置12用操作装置251的操作位置为前进位置时，控制行驶装置12或动力传递装置24使作业车辆1前进。当行驶装置12用操作装置251的操作位置为后退位置时，控制行驶装置12或动力传递装置24使作业车辆1后退。
工作装置13用操作装置252以能够操控提升液压缸19、转角液压缸20、倾斜液压缸21的动作的方式设置。通过操作工作装置13用操作装置252，能够进行推土铲18的提升操作、转角操作及倾斜操作。
操作装置25包括检测操作者进行的对操作装置25的操作的传感器25a、25b。操作装置25接收用于驱动工作装置13及行驶装置12的操作者的操作，传感器25a、25b输出与操作相对应的操作信号。传感器25a输出与行驶装置12用操作装置251的操作相对应的操作信号。传感器25b输出与工作装置13用操作装置252的操作相对应的操作信号。
控制器26被编程，基于取得的信息控制作业车辆1。控制器26包含例如CPU等处理装置。控制器26从操作装置25的传感器25a、25b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，也可以分成多个控制器。
控制阀27是比例控制阀，根据来自控制器26的指令信号进行控制。控制阀27配置于提升液压缸19、转角液压缸20、倾斜液压缸21等液压致动器与液压泵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生成向控制阀27的指令信号，使工作装置13根据上述的操作装置252的操作进行动作。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252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具备提升液压缸传感器29。提升液压缸传感器29检测提升液压缸19的行程长度(以下，称为“提升液压缸长度L”)。如图3所示，控制器26基于提升液压缸长度L算出推土铲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的原点位置以双点划线表示。工作装置13的原点位置是在水平的地面上推土铲18的铲尖与地面接触的状态下的推土铲18的位置。提升角θlift是工作装置13自原点位置起的角度。
如图2所示，控制系统3具备位置检测装置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具备GNSS接收器32和IMU 33。GNSS接收器32配置于驾驶室14。GNSS接收器32是例如GPS(Global Positioning System)用天线。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。
IMU 33是惯性测量装置(Inertial Measurement Unit)。IMU 33取得车体倾斜角信息。车体倾斜角信息表示车辆前后方向相对于水平的角度(俯仰角)、以及车辆横方向相对于水平的角度(倾侧角)。IMU 33将车体倾斜角信息向控制器26发送。控制器26从IMU 33取得车体倾斜角信息。
控制器26根据提升液压缸长度L、车体位置信息、车体倾斜角信息计算铲尖位置P0。如图3所示，控制器26基于车体位置信息算出GNSS接收器32的全球坐标。控制器26基于提升液压缸长度L算出提升角θlift。控制器26基于提升角θlift和车体尺寸信息算出铲尖位置P0相对于GNSS接收器32的本地坐标。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的全球坐标、铲尖位置P0的本地坐标、车体倾斜角信息，算出铲尖位置P0的全球坐标。控制器26将铲尖位置P0的全球坐标作为铲尖位置信息进行获取。
控制系统3具备存储装置28。存储装置28包括例如存储器和辅助存储装置。存储装置28可以是例如RAM或ROM等。存储装置28也可以是半导体存储装置或硬盘等。控制器26通过有线或无线与存储装置28进行通信，取得存储于存储装置28中的信息。
存储装置28存储铲尖位置信息、现况地形信息、设计地形信息。设计地形信息表示最终设计地形的位置及形状。最终设计地形是作业现场中作业对象的目标地形。控制器26取得现况地形信息。现况地形信息表示作业现场中作业对象的现况地形的位置及形状。控制器26基于现况地形信息、设计地形信息、铲尖位置信息自动控制工作装置13。
此外，工作装置13的自动控制可以是连同操作者的手动操作一起进行的半自动控制。或者，工作装置13的自动控制也可以是无需操作者的手动操作的全自动控制。
以下，说明由控制器26执行的、挖掘作业中的工作装置13的自动控制。图4是表示挖掘作业中的工作装置13的自动控制处理的流程图。
如图4所示，在步骤S101中，控制器26取得当前位置信息。在此，控制器26以上述方式取得工作装置13的当前铲尖位置P0。
在步骤S102中，控制器26取得设计地形信息。如图5所示，设计地形信息包含作业车辆1的行进方向上每隔规定间隔的多个地点(参照图5的“-d5”—“d7”)的最终设计地形60的高度。因此，最终设计地形60以在多个地点被分割的多个最终设计面60_1、60_2、60_3的形式被掌握。
此外，在附图中，仅对一部分最终设计面标注了符号，省略了其它最终设计面的符号。在图5中，最终设计地形60是与水平方向平行的平坦形状，但也可以是与其不同的形状。
在步骤S103中，控制器26取得现况地形信息。如图5所示，现况地形信息表示位于作业车辆1的行进方向的现况地形50的截面。
此外，在图5中，纵轴表示地形高度和后述的推定保有土方量。横轴表示在作业车辆1的行进方向上距基准位置d0的距离。基准位置可以是作业车辆1的当前铲尖位置P0。详细而言，现况地形信息包含在作业车辆1的行进方向上多个地点的现况地形50的高度。多个地点每隔规定间隔(例如1m)排列(参照图5的“-d5”—“d7”)。
因此，现况地形50作为在多个地点被分割的多个现况面50_-1、50_1、50_2、50_3而被掌握。此外，在附图中，仅对一部分现况面标注了符号，省略了其它现况面的符号。
控制器26将表示铲尖位置P0的最新轨迹的位置信息作为现况地形信息取得。因此，位置检测装置31起到取得现况地形信息的现况地形取得装置的作用。通过铲尖位置P0移动，控制器26将现况地形信息更新成最新的现况地形，并保存在存储装置28中。
或者，控制器26可以根据车体位置信息和车体尺寸信息算出履带16的底面位置，将表示履带16的底面轨迹的位置信息作为现况地形信息获取。或者，现况地形信息也可以根据由作业车辆1的外部测量装置计量的测量数据生成。或者，也可以利用摄像头拍摄现况地形50，利用通过摄像头得到的图像数据生成现况地形信息。
在步骤S104中，控制器26取得目标土方量St。目标土方量St例如可以是基于推土铲18的容量确定的固定值。或者，目标土方量St也可以通过操作者的操作被任意设定。
在步骤S105中，控制器26取得挖掘开始位置Ps。在此，控制器26基于来自操作装置25的操作信号取得挖掘开始位置Ps。例如，控制器26可以将从操作装置252接收表示降低推土铲18的操作的信号的时点的铲尖位置P0确定为挖掘开始位置Ps。或者，挖掘开始位置Ps也可以预先保存于存储装置28，并从存储装置28取得。
在步骤S106中，确定假想设计面70。控制器26确定例如图5所示的假想设计面70。假想设计面70与现况地形50一样，作为在多个地点被分割的多个设计面(分割单位面)70_1、70_2、70_3来掌握。此外，在附图中，仅对一部分现况面标注了符号，并省略了其它现况面的符号。对假想设计面70的详细的确定方法将进行后述。
在步骤S107中，沿着假想设计面70控制工作装置13。在此，控制器26向工作装置13生成指令信号，使工作装置13的铲尖位置P0沿着步骤S106中制作的假想设计面70移动。生成的指令信号被输入至控制阀27。由此，通过工作装置13的铲尖位置P0沿着假想设计面70移动，进行现况地形50的挖掘作业。
接着，说明假想设计面70的确定方法。图6是表示用于确定由控制器26执行的假想设计面70的处理流程图。
如图6所示，在步骤S201中，算出工作装置13的推定保有土方量S。如图5所示，推定保有土方量S是在使工作装置13的铲尖位置P0沿着假想设计面70移动时由工作装置13保有的土方量的推定值。控制器26将假想设计面70与现况地形50之间的土方量作为推定保有土方量S算出。此外，图5中的双点划线表示推定保有土方量S的变化。
假想设计面70位于最终设计地形60的上方，至少一部分位于现况地形50的下方。假想设计面70从挖掘开始位置Ps直线延伸。
如图5所示，假想设计面70与现况地形50之间的土方量作为和假想设计面70与现况地形50之间的截面面积(图5中带阴影部分的面积)相当的量算出。此时，在本实施方式中，不考虑作业车辆1在宽度方向上的现况地形50的大小量。但是，也可以考虑作业车辆1在宽度方向上的现况地形50的大小来算出土方量。
此外，如图7所示，当现况地形50包含凹坑时，存在假想设计面70包含位于现况地形50的下方的部分(以下，称为“挖掘部分”)70a、70c和位于现况地形50的上方的部分(以下，称为“堆土部分”)70b的情况。在该情况下，控制器26通过加上挖掘部分70a、70c和现况地形50之间的土方量并减去堆土部分70b与现况地形50之间的土方量，将假想设计面70与现况地形50之间的土方量的总和作为推定保有土方量S算出。
例如，在图7中，挖掘部分70a与现况地形50之间的土方量S1、挖掘部分70c与现况地形50之间的土方量S3被加到推定保有土方量S，从推定保有土方量S减去堆土部分70b与现况地形50之间的土方量S2。因此，控制器26通过S＝S1+(-S2)+S3算出推定保有土方量S。
在步骤S202中，算出假想设计面70的倾斜角α。在此，控制器26确定倾斜角α，使在步骤S201中算出的推定保有土方量S成为步骤S104中取得的目标土方量St。
例如，如图5所示，在距离为d0的地点(以下，表示为“地点d0”)为挖掘开始位置Ps的情况下，控制器26算出从挖掘开始位置Ps延伸的假想设计面70与现况地形50之间的土方量的总和(图5中带阴影的部分)与目标土方量St一致的倾斜角α。由此，确定从挖掘开始位置Ps到达到目标土方量St为止的地点d3直线延伸的假想设计面70。在达到目标土方量St的地点d3以后，以沿着现况地形50的方式确定假想设计面70。
此外，在本实施方式中，为了使土方量的算出变得容易，达到目标土方量St的地点与以沿着现况地形50的方式确定假想设计面70的地点之间的土方量不在推定保有土方量S的计算中考虑。例如，在图7中，在地点d2，推定保有土方量S与目标土方量St一致。控制器26在地点d2的下一地点d3与现况地形50的高度一致地确定假想设计面70的高度。因此，达到目标土方量St的地点d2与以沿着现况地形50的方式确定假想设计面70的地点d3之间的土方量不被包含在推定保有土方量S中。但是，也可以考虑该部分的土方量，算出推定保有土方量S。
控制器26以不低于最终设计地形60的方式确定假想设计面70。因此，如图8所示，以假想设计面70和最终设计地形60与现况地形50之间的推定保有土方量S与目标土方量St一致的方式确定倾斜角α。因此，如图8所示，在地点d2开始挖掘时，在地点d4到达最终设计地形60，控制器26在地点d4以后以沿着最终设计地形60的方式确定假想设计面70。
在步骤S203中，确定倾斜角α是否是表示下降坡度的角度。在此，当在步骤S202中算出的倾斜角α是在作业车辆的行进方向上朝向水平方向的更下方的角度的情况下，控制器26确定倾斜角α为表示下降坡度的角度。当现况地形50包含上升坡度和位于上升坡度更前方的下降坡度时，可能会出现如图9(A)所示倾斜角α成为表示上升坡度的角度的情况和如图9(B)所示倾斜角α成为表示下降坡度的角度的情况。
在步骤S203中，当确定倾斜角α是表示下降坡度的角度时，处理进入步骤S204。在步骤S204中，确定挖掘开始位置Ps的后方现况面是否是上升坡度。在此，在作业车辆1的行进方向上，位于挖掘开始位置Ps的刚好后方的现况面(例如参照图5的现况面50_-1)朝向水平方向的更上方且相对于水平方向的角度在规定的角度阈值以上的情况下，控制器26确定挖掘开始位置Ps后方的现况面为上升坡度。为了忽视如图5的现况面50_-1这样较小的起伏，角度阈值可以是例如1度～6度的较小值。或者，角度阈值也可以是0。
在步骤S204中，当确定挖掘开始位置Ps后方的现况面不是上升坡度时，处理进入步骤S205。于是，当挖掘开始位置Ps后方的现况面为下降坡度或水平时，处理进入步骤S205。在步骤S205中，倾斜角α的假想设计面70被确定为是用于控制工作装置13的假想设计面70。例如，如图5所示，控制器26确定从挖掘开始位置Ps向以倾斜角α倾斜的方向延伸的假想设计面70。
在步骤S206中，判定假想设计面70中最初的设计面(将假想设计面70分割成多个最初的设计面)是否位于现况地形50的上方。最初的设计面是挖掘开始位置Ps的刚好前方的设计面(第一设计面)。例如，如图10所示，在挖掘开始位置Ps的刚好前方的设计面70_-2位于现况地形50的上方的情况下，确定为最初的设计面70_-2位于现况地形50的上方，处理进入步骤S207。
在步骤S207中，变更最初的设计面。在此，控制器26将挖掘开始位置Ps的下一设计面的位置变更为现况地形50下方的规定距离的位置。规定距离可以是例如0cm～10cm的较小值。由此，如图11所示，以最初的设计面70_-2位于现况地形50的下方的方式变更。在规定距离为0cm的情况下，以最初的设计面70_-2沿着现况地形50的方式变更。
另外，在步骤S208中，再次算出假想设计面70的倾斜角α。在此，如图11所示，再次算出位于比最初的设计面70_-2进一步靠前方的假想设计面70(第二设计面)的倾斜角α。控制器26以将挖掘开始位置Ps的下一地点(例如图11的地点-d2)作为假定挖掘开始位置Ps’来算出的推定保有土方量S与目标土方量St一致的方式再次算出倾斜角α。然后，在上述的步骤S107中，以沿着再次算出的倾斜角α的假想设计面70移动的方式控制工作装置13。
通常，在挖掘开始位置Ps，工作装置13所保有的土方量是0或非常小的值。因此，如图10所示，即使在挖掘开始位置Ps的刚好前方的现况地形50具有凹坑也不能填埋。因此，通过以上述方式变更最初的设计地形70_-2，能够防止工作装置13的推空。
另一方面，在步骤S206中，确定假想设计面70中最初的设计面不位于现况地形50的上方时，不变更最初的设计地形。因此，例如，如图7所示，在假想设计面70的中途现况地形50存在凹坑的情况下，以通过该凹坑的上方的方式控制工作装置13。在该情况下，工作装置13保有从挖掘开始位置Ps到达凹坑为止挖掘的土。因此，通过工作装置13沿着经过凹坑上方的假想设计面70移动，能够填埋凹坑。
如上述图9(A)中所示，当现况地形50包含上升坡度和位于上升坡度更前方的下降坡度时，有时步骤S202中算出的倾斜角α会成为表示水平或上升坡度的角度。在该情况下，处理从步骤S203进入步骤S209。
在步骤S209中，确定包含落足面(足場面)701的假想设计面70。如图12所示，落足面701位于现况地形50的下方，且沿水平方向延伸。控制器26确定包含从挖掘开始位置Ps的下一地点(参照图12的地点-d1)沿水平方向延伸的落足面701、连接挖掘开始位置Ps和落足面701的最初的设计面(参照图12的设计面70_-1)的假想设计面70。
此外，落足面701可以不与水平方向完全平行。落足面701也可以沿相对于水平方向构成较小角度的方向延伸。例如，与挖掘开始位置Ps的上升坡度相比，落足面701可以以倾斜缓和的角度倾斜。
在步骤S210中，控制器26以假想设计面70与现况地形50之间的推定保有土方量S成为目标土方量St的方式确定落足面701的高度。控制器26以假想设计面70与现况地形50之间的土方量达到目标土方量St的地点(图12的地点d1)以后沿着现况地形50的方式确定假想设计面70。
这样，在倾斜角α为表示上升坡度的角度时，控制器26以沿着包含落足面701的假想设计面70移动的方式控制工作装置13。由此，通过形成作业车辆1落足的平坦的地形，能够高效地进行之后的作业。
在步骤S203中，当倾斜角α为表示下降坡度的角度时，进入步骤S204。然后，如图9(B)所示，当挖掘开始位置Ps后方的现况面为上升坡度时，进入图13所示的步骤S211。
在步骤S211中，确定包含落足面701和相对于落足面701倾斜的倾斜面702的假想设计面70。如图14所示，落足面701位于现况地形50的下方，且从挖掘开始位置Ps沿水平方向延伸。此外，落足面701可以不与水平方向完全平行。落足面701可以沿相对于水平方向构成较小角度的方向延伸。例如，与挖掘开始位置Ps的后方或前方的上升坡度相比，落足面701可以以倾斜缓和的角度倾斜。
落足面701延伸至现况返回地点Q的刚好后方的地点。现况返回地点Q是落足面701的延长线与现况地形50重合的地点。倾斜面702从现况返回地点Q的刚好后方的地点开始延伸。在图14中，倾斜面702从现况返回地点Q的刚好后方的地点d1开始延伸。
在步骤S212中，算出倾斜面702的倾斜角α。在此，控制器26以包含落足面701和倾斜面702的假想设计面70与现况地形50之间的土方量与目标土方量St一致的方式算出倾斜面702的倾斜角α。
这样，在挖掘开始位置Ps位于上升坡度且步骤S202中算出的倾斜角α是表示下降坡度的角度时，控制器26确定包含从挖掘开始位置Ps延伸的落足面701和相对于落足面701倾斜的倾斜面702的假想设计面70。然后，控制器26以沿着包含落足面701和倾斜面702的假想设计面70进行移动的方式控制工作装置13。由此，通过形成作业车辆1落足的平坦的地形，能够高效地进行之后的作业。
另外，在该情况下，如果仅是形成落足面701，工作装置13的保有土方量会有富余。因此，通过使工作装置13沿着倾斜面702移动，能够不浪费保有土方量的富余，在下降坡度侧沿着倾斜面702进行挖掘。由此，能够提高作业效率。
此外，即使在现况地形50包含上升倾斜和下降倾斜的情况下，如图15所示，当挖掘开始位置Ps位于下降坡度且步骤S202中算出的倾斜角α是表示下降坡度的角度时，控制器26以沿着以倾斜角α倾斜的假想设计面70移动的方式控制工作装置13。
以上，说明了本发明的一个实施方式，但本发明不限于上述实施方式，可在不脱离发明构思的范围内进行各种变更。
作业车辆不限于推土机，也可以是轮式装载机等其它车辆。
作业车辆1也可以是可远程操纵的车辆。在该情况下，控制系统3的一部分可以配置于作业车辆1的外部。例如，控制器26可以配置于作业车辆1的外部。控制器26也可以配置于远离作业现场的控制中心内。
控制器可以具有相互分开的多个控制器。例如，如图16所示，控制器可以包含配置于作业车辆1外部的远程控制器261和搭载于作业车辆1的车载控制器262。远程控制器261和车载控制器262可以经由通信装置38、39进行无线通信。而且，上述控制器26的一部分功能可以由远程控制器261执行，剩余的功能由车载控制器262执行。例如，确定假想设计面70的处理可以由远程控制器261执行，向工作装置13输出指令信号的处理由车载控制器262执行。
操作装置25也可以配置于作业车辆1的外部。在该情况下，可以从作业车辆1省略驾驶室。或者，也可以从作业车辆1省略操作装置25。可以无需操作装置25的操作，仅通过控制器26的自动控制操作作业车辆1。
现况地形取得装置不限于上述的位置检测装置31，也可以是其它装置。例如，如图17所示，现况地形取得装置可以是接收来自外部装置的信息的接口装置37。接口装置37可以通过无线接收外部计量装置41所计量的现况地形信息。或者，接口装置37也可以是记录介质的读取装置，经由记录介质接收外部计量装置41所计量的现况地形信息。
在上述实施方式中，假想设计面从挖掘开始位置延伸，但也可以从其它位置伸展。例如，假想设计面可以从工作装置的当前位置延伸。即，假想设计面可以从当前的铲尖位置P0延伸。
产业上的可利用性
根据本发明，可提供能够进行高效且施工质量良好的挖掘作业的作业车辆的控制系统、控制方法及作业车辆。
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

Claims (10)

1.一种作业车辆的控制系统，该作业车辆具有工作装置，其特征在于，
所述控制系统具备：
存储装置，存储表示作业对象的现况地形的现况地形信息；
控制器，与所述存储装置进行通信，
所述控制器算出包含从挖掘开始位置向作业车辆的行进方向延伸的第一设计面和从所述第一设计面进一步向行进方向延伸的第二设计面的假想设计面，
所述控制器生成使所述工作装置沿着所述假想设计面移动的指令信号，
在所述第一设计面位于所述现况地形的更上方时，所述控制器变更所述第一设计面的位置，使其沿着所述现况地形或位于所述现况地形的更下方。
2.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
所述控制器确定所述第二设计面的倾斜角，使得所述假想设计面与所述现况地形之间的土方量成为规定的目标土方量。
3.如权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
在所述假想设计面包括位于所述现况地形的更下方的挖掘部分和位于所述现况地形的更上方的堆土部分的情况下，所述控制器加上所述挖掘部分与所述现况地形之间的土方量并减去所述堆土部分与所述现况地形之间的土方量，从而算出所述假想设计面与所述现况地形之间的土方量，
所述控制器确定所述第二设计面的倾斜角，使得所述假想设计面与所述现况地形之间的土方量成为规定的目标土方量。
4.如权利要求1～3中任一项所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，
所述控制器具有：
第一控制器，配置于所述作业车辆的外部；
第二控制器，与所述第一控制器进行通信，配置于所述作业车辆的内部，
所述第一控制器与所述存储装置进行通信，
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。
5.一种作业车辆的控制方法，用于控制具有工作装置的作业车辆而安装于计算机，其特征在于，包括：
取得表示作业对象的现况地形的现况地形信息的步骤；
算出包含从挖掘开始位置向所述作业车辆的行进方向延伸的第一设计面和从所述第一设计面进一步向行进方向延伸的第二设计面的假想设计面的步骤；
生成使所述工作装置沿着所述假想设计面移动的指令信号的步骤，
在所述第一设计面位于所述现况地形的更上方时，变更所述第一设计面的位置，使其沿着所述现况地形或位于所述现况地形的更下方。
6.如权利要求5所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，
确定所述第二设计面的倾斜角，使得所述假想设计面与所述现况地形之间的土方量成为规定的目标土方量。
7.如权利要求6所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，
还包括如下步骤：在所述假想设计面包括位于所述现况地形的更下方的挖掘部分和位于所述现况地形的更上方的堆土部分的情况下，加上所述挖掘部分与所述现况地形之间的土方量并减去所述堆土部分与所述现况地形之间的土方量，从而算出所述假想设计面与所述现况地形之间的土方量，
确定所述第二设计面的倾斜角，使得所述假想设计面与所述现况地形之间的土方量成为规定的目标土方量。
8.一种作业车辆，其特征在于，具备：
工作装置；
控制器，被编程而控制所述工作装置，
所述控制器取得表示作业对象的现况地形的现况地形信息，
所述控制器算出包含从挖掘开始位置向作业车辆的行进方向延伸的第一设计面和从所述第一设计面进一步向行进方向延伸的第二设计面的假想设计面，
所述控制器生成使所述工作装置沿着所述假想设计面移动的指令信号，
在所述第一设计面位于所述现况地形的更上方时，所述控制器变更所述第一设计面的位置，使其沿着所述现况地形或位于所述现况地形的更下方。
9.如权利要求8所述的作业车辆，其特征在于，
所述控制器确定所述第二设计面的倾斜角，使得所述假想设计面与所述现况地形之间的土方量成为规定的目标土方量。
10.如权利要求9所述的作业车辆，其特征在于，
在所述假想设计面包括位于所述现况地形的更下方的挖掘部分和位于所述现况地形的更上方的堆土部分的情况下，所述控制器加上所述挖掘部分与所述现况地形之间的土方量并减去所述堆土部分与所述现况地形之间的土方量，从而算出所述假想设计面与所述现况地形之间的土方量，
所述控制器确定所述第二设计面的倾斜角，使得所述假想设计面与所述现况地形之间的土方量成为规定的目标土方量。
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