CN108884659A - 作业车辆的控制系统、控制方法以及作业车辆 - Google Patents

Abstract

控制器在现状地形包括上坡和比上坡更靠前方的下坡时，确定包括第一设计面和第二设计面的虚拟设计面，第一设计面比上坡的倾斜度更平缓，第二设计面相对于第一设计面倾斜，且比所述下坡的倾斜度更平缓。控制器生成使工作装置沿着虚拟设计面移动的指令信号。

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，在推土机或平地机等作业车辆中，提出了自动调整工作装置的位置的控制。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，以使施加于刮板的负载与目标负载一致的方式来自动调整刮板的位置。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而移动刮板的板尖的方式来自动调整刮板的位置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5247939号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

根据上述以往的控制，通过在对工作装置的负载过度变大时使工作装置上升，能够抑制履带板滑动的发生。由此，能够效率良好地进行作业。

但是，如图18所示，在以往的控制中，在开始挖掘现状地形300以后，当对工作装置100的负载变大时，通过负载控制使工作装置100上升(参照图18的工作装置100的轨迹200)。而且，在重新开始挖掘以后，当对工作装置100的负载变大时，再次使工作装置100上升。当这样的动作被反复进行时，会形成凹凸较大的地形，因此难以顺畅地进行挖掘作业。另外，被挖掘的地形变得容易破坏，存在完成品质下降的担忧。

另外，在如图18所示对下坡进行挖掘的情况下，通过反复挖掘，设于现状地形300的顶部的平坦的落脚点会变窄。该情况下，存在在作业车辆越过顶部时因作业车辆的姿态的骤变而破坏地形的风险。另外，由于落脚点变窄从而有作业变得难以进行、作业效率下降的担忧。

本发明的技术问题在于提供一种能够进行高效且完成品质良好的挖掘作业的作业车辆的控制系统、控制方法以及作业车辆。

用于解决技术问题的手段

第一方面的控制系统是具有工作装置的作业车辆的控制系统，其具备存储装置和控制器。存储装置存储表示作业对象的现状地形的现状地形信息。控制器与存储装置进行通信。

控制器在现状地形包括上坡和比上坡更靠前方的下坡时，确定包括第一设计面和第二设计面的虚拟设计面，所述第一设计面比上坡的倾斜度更平缓，所述第二设计面相对于第一设计面倾斜，且比下坡的倾斜度更平缓。控制器生成使工作装置沿着虚拟设计面移动的指令信号。

第二方面的作业车辆的控制方法是为了对具有工作装置的作业车辆进行控制而安装于计算机的方法，其具备以下步骤。在第一步骤中，获取表示作业对象的现状地形的现状地形信息。在第二步骤中，在现状地形包括上坡和比上坡更靠前方的下坡时，确定包括比上坡的倾斜度更平缓的第一设计面和相对于第一设计面倾斜的第二设计面的虚拟设计面。在第三步骤中，生成使工作装置沿着虚拟设计面移动的指令信号。

第三方面的作业车辆具备工作装置和控制器。控制器被编程以控制工作装置。控制器获取表示作业对象的现状地形的现状地形信息。控制器在现状地形包括上坡和比上坡更靠前方的下坡时，确定包括比上坡的倾斜度更平缓的第一设计面和相对于第一设计面倾斜的第二设计面的虚拟设计面。控制器生成使工作装置沿着虚拟设计面移动的指令信号。

发明效果

根据本发明，沿着基于现状地形确定的虚拟设计面进行挖掘。因此，能够不生成较大的凹凸地顺畅地进行挖掘。另外，在现状地形包括上坡和下坡的情况下，确定包括倾斜度平缓的第一设计面和相对于第一设计面倾斜的第二设计面的虚拟设计面。通过使工作装置沿着第一设计面移动，能够形成作业车辆的落脚点。另外，通过使工作装置沿着第二设计面移动，能够进行斜坡的挖掘。由此，能够进行高效且完成品质良好的挖掘作业。

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模块图。

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、现状地形以及虚拟设计面的一个例子的图。

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、现状地形以及虚拟设计面的一个例子的图。

图8是表示最终设计地形、现状地形以及虚拟设计面的一个例子的图。

图9是表示虚拟设计面的倾斜角的一个例子的图。

图10是表示最终设计地形、现状地形以及虚拟设计面的一个例子的图。

图11是表示最终设计地形、现状地形以及虚拟设计面的一个例子的图。

图12是表示最终设计地形、现状地形以及虚拟设计面的一个例子的图。

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、现状地形以及虚拟设计面的一个例子的图。

图15是表示最终设计地形、现状地形以及虚拟设计面的一个例子的图。

图16是表示变形例的控制系统的结构的模块图。

图17是表示其他变形例的控制系统的结构的模块图。

图18是表示利用现有技术进行的挖掘的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式作业车辆进行说明。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具备车体11、行驶装置12和工作装置13。

车体11具有驾驶室14和发动机室15。在驾驶室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。需要说明的是，在图1中，仅图示了左侧的履带16。作业车辆1通过履带16的转动而行驶。

工作装置13安装于车体11。工作装置13具有提升架17、刮板18、提升缸19、角度缸20和倾斜缸21。

提升架17以能够以沿车宽方向延伸的轴线X为中心向上下动作的方式安装于车体11。提升架17对刮板18进行支承。刮板18配置于车体11的前方。刮板18伴随提升架17的上下移动而向上下移动。

提升缸19连结于车体11和提升架17。通过提升缸19的伸缩，提升架17以轴线X为中心向上下转动。

角度缸20连结于提升架17和刮板18。通过角度缸20的伸缩，刮板18以大致沿上下方向延伸的轴线Y为中心转动。

倾斜缸21连结于提升架17和刮板18。通过倾斜缸21的伸缩，刮板18以大致沿车辆前后方向延伸的轴线Z为中心转动。

图2是表示作业车辆1的驱动系统2和控制系统3的结构的模块图。如图2所示，驱动系统2具备发动机22、液压泵23和动力传递装置24。

液压泵23由发动机22驱动而排出工作油。从液压泵23排出的工作油被供给到提升缸19、角度缸20和倾斜缸21。需要说明的是，在图2中图示出一个液压泵23，但也可以设置多个液压泵。

动力传递装置24将发动机22的驱动力传递到行驶装置12。动力传递装置24例如可以是HST(Hydro Static Transmission(静液压变速器))。或者，动力传递装置24例如也可以是变矩器或具有多个变速齿轮的变速器。

控制系统3具备操作装置25、控制器26和控制阀27。操作装置25是用于对工作装置13以及行驶装置12进行操作的装置。操作装置25配置于驾驶室14。操作装置25例如包括操作杆、踏板、开关等。

操作装置25包括行驶装置12用的操作装置251和工作装置13用的操作装置252。行驶装置12用的操作装置251设为能够操作为前进位置、后退位置和中立位置。在行驶装置12用的操作装置251的操作位置为前进位置时，对行驶装置12或动力传递装置24进行控制以使作业车辆1前进。在行驶装置12用的操作装置251的操作位置为后退位置时，对行驶装置12或动力传递装置24进行控制以使作业车辆1后退。

行驶装置13用的操作装置252设为能够对提升缸19、角度缸20和倾斜缸21的动作进行操作。通过操作工作装置13用的操作装置252，能够进行刮板18的提升操作、角度操作以及倾斜操作。

操作装置25包括检测由操作员进行的操作装置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以及行驶装置12的由操作员进行的操作，传感器25a、25b输出与操作对应的操作信号。传感器25a输出与行驶装置12用的操作装置251的操作对应的操作信号。传感器25b输出与工作装置13用的操作装置252的操作对应的操作信号。

控制器26被编程为基于获取的信息对作业车辆1进行控制。控制器26例如包括CPU等处理装置。控制器26从操作装置25的传感器25a、25b获取操作信号。控制器26基于操作信号对控制阀27进行控制。需要说明的是，控制器26不限定于一体，也可以分为多个控制器。

控制阀27为比例控制阀，被来自控制器26的指令信号控制。控制阀27配置在提升缸19、角度缸20、倾斜缸21等液压执行机构和液压泵23之间。控制阀27控制从液压泵23供给到提升缸19、角度缸20和倾斜缸21的工作油的流量。控制器26生成对控制阀27的指令信号，以使工作装置13根据上述的操作装置252的操作而动作。由此，根据操作装置252的操作量来控制提升缸19、角度缸20和倾斜缸21。需要说明的是，控制阀27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具备提升缸传感器29。提升缸传感器29对提升缸19的行程长度(以下，称为“提升缸长度L”)进行检测。如图3所示，控制器26基于提升缸长度L来计算刮板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，利用两点划线表示工作装置13的原点位置。工作装置13的原点位置是刮板18的板尖在水平的地面上与地面接触的状态下刮板18的位置。提升角θlift是工作装置13离原点位置的角度。

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对作业车辆1的位置进行检测。位置检测装置31具备GNSS接收机32和IMU33。GNSS接收机32配置于驾驶室14上。GNSS接收机32例如是GPS(Global Positioning System(全球定位系统))用的天线。GNSS接收机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接收机32获取车体位置信息。

IMU33为惯性测量装置(Inertial Measurement Unit)。IMU33获取车体倾斜角信息。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)以及车辆横向相对于水平的角度(侧滚角)。IMU33将车体倾斜角信息发送到控制器26。控制器26从IMU33获取车体倾斜角信息。

控制器26根据提升缸长度L、车体位置信息、车体倾斜角信息运算板尖位置P0。如图3所示，控制器26基于车体位置信息来计算GNSS接收机32的全球坐标。控制器26基于提升缸长度L来计算提升角θlift。控制器26基于提升角θlift和车体尺寸信息来计算板尖位置P0相对于GNSS接收机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接收机32的位置。控制器26基于GNSS接收机32的全球坐标、板尖位置P0的本地坐标和车体倾斜角信息来计算板尖位置P0的全球坐标。控制器26将板尖位置P0的全球坐标作为板尖位置信息而获取。

控制系统3具备存储装置28。存储装置28例如包括存储器和辅助存储装置。存储装置28例如可以是RAM或ROM等。存储装置28可以是半导体存储装置或硬盘等。控制器26与存储装置28通过有线方式或无线方式进行通信，从而获得存储于存储装置28的信息。

存储装置28存储板尖位置信息、现状地形信息和设计地形信息。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获取现状地形信息。现状地形信息表示作业现场的作业对象的现状地形的位置以及形状。控制器26基于现状地形信息、设计地形信息和板尖位置信息，自动地控制工作装置13。

需要说明的是，工作装置13的自动控制可以是与由操作员进行的手动操作配合地进行的半自动控制。或者，工作装置13的自动控制也可以是没有由操作员进行的手动操作而进行的完全自动控制。

以下，对由控制器26执行的、挖掘作业中的工作装置13的自动控制进行说明。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获取当前位置信息。此处，控制器26如上所述，获取工作装置13的当前的板尖位置P0。

在步骤S102中，控制器26获取设计地形信息。如图5所示，设计地形信息包括在作业车辆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作为在多个地点被分割的多个最终设计面60_1、60_2、60_3而被掌握。

需要说明的是，在附图中，仅对一部分最终设计面标注了附图标记，省略了其他的最终设计面的附图标记。在图5中，最终设计地形60为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获取现状地形信息。如图5所示，现状地形信息表示位于作业车辆1的行进方向的现状地形50的截面。

需要说明的是，在图5中，纵轴表示地形的高度和后述的推定保有土量。横轴表示与作业车辆1的行进方向上的基准位置d0的距离。基准位置可以是作业车辆1的当前的板尖位置P0。详细来说，现状地形信息包括作业车辆1的行进方向上的多个地点的现状地形50的高度。多个地点每隔规定间隔例如1m而排列(参照图5的“﹣d5”-“d7”)。

因此，现状地形50作为在多个地点被分割的多个当前面50_﹣1、50_1、50_2、50_3而被掌握。需要说明的是，在附图中，仅对一部分当前面标注了附图标记，省略了其他的当前面的附图标记。

控制器26将表示板尖位置P0的最新轨迹的位置信息作为现状地形信息而获取。因此，位置检测装置31作为获取现状地形信息的现状地形获取装置而起作用。通过板尖位置P0移动，控制器26将现状地形信息更新为最新的现状地形，并保存于存储装置28。

或者，也可以是，控制器28根据车体位置信息和车体尺寸信息而计算履带16的底面的位置，并将表示履带16的底面的轨迹的位置信息作为现状地形信息而获取。或者，也可以从利用作业车辆1的外部的测量装置计测的测量数据生成现状地形信息。或者，也可以利用照相机对现状地形50进行拍摄，从利用照相机获得的图像数据来生成现状地形信息。

在步骤S104中，控制器26获取目标土量St。目标土量St例如可以是基于刮板18的容量而确定的固定值。或者，目标土量St也可以通过操作员的操作而任意地设定。

在步骤S105中，控制器26获取挖掘开始位置Ps。此处，控制器26基于来自操作装置25的操作信号来获取挖掘开始位置Ps。例如，控制器26可以将从操作装置252接收到表示使刮板18下降的操作的信号的时刻下的板尖位置P0确定为挖掘开始位置Ps。或者，也可以将挖掘开始位置Ps事先保存于存储装置28，从存储装置28获取挖掘开始位置Ps。

在步骤S106中，确定虚拟设计面70。控制器26例如确定如图5所示的虚拟设计面70。虚拟设计面70与现状地形50相同，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而被掌握。需要说明的是，在附图中，仅对一部分当前面标注了附图标记，省略了其他的当前面的附图标记。关于虚拟设计面70的详细确定方法，详见后述。

在步骤S107中，沿着虚拟设计面70控制工作装置13。此处，控制器26生成对工作装置13的指令信号，以使工作装置13的板尖位置P0沿着在步骤S106中制作的虚拟设计面70移动。生成的指令信号被输入到控制阀27。由此，通过使工作装置13的板尖位置P0沿着虚拟设计面70移动，来进行现状地形50的挖掘作业。

接下来，对虚拟设计面70的确定方法进行说明。图6是表示由控制器26执行的用于确定虚拟设计面70的处理的流程图。

如图6所示，在步骤S201中，计算工作装置13的推定保有土量S。如图5所示，推定保有土量S是在使工作装置13的板尖位置P0沿着虚拟设计面70移动时，利用工作装置13保有的土量的推定值。控制器26将虚拟设计面70和现状地形50之间的土量作为推定保有土量S而计算出。需要说明的是，在图5中，双点划线表示推定保有土量S的变化。

虚拟设计面70比最终设计地形60更靠上方，至少一部分比现状地形50更靠下方。虚拟设计面70从挖掘开始位置Ps呈直线延伸。

如图5所示，虚拟设计面70和现状地形50之间的土量被计算为与虚拟设计面70和现状地形50之间的截面积(图5的标注了阴影线的部分的面积)相当的土量。此时，在本实施方式中，不考虑现状地形50在作业车辆1的宽度方向上的大小。不过，也可以考虑现状地形50在作业车辆1的宽度方向上的大小来计算土量。

需要说明的是，如图7所示，在现状地形50包括凹陷时，存在虚拟设计面70包括比现状地形50更靠下方的部分(以下，称为“挖掘部分”)70a、70c和比现状地形50更靠上方的部分(以下，称为“填土部分”)70b的情况。该情况下，控制器26通过加上挖掘部分70a、70c和现状地形50之间的土量并减去填土部分70b和现状地形50之间的土量，将虚拟设计面70和现状地形50之间的土量的总和计算为推定保有土量S。

例如，在图7中，在推定保有土量S中加上挖掘部分70a和现状地形50之间的土量S1以及挖掘部分70c和现状地形50之间的土量S3，并从推定保有土量S中减去填土部分70b和现状地形50之间的土量S2。因此，控制器26通过S＝S1+(﹣S2)+S3来计算推定保有土量S。

在步骤S202中，计算虚拟设计面70的倾斜角α。此处，控制器26以使在步骤S201中计算的推定保有土量S达到在步骤S104中获取的目标土量St的方式，确定倾斜角α。

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计算从挖掘开始位置Ps延伸的虚拟设计面70和现状地形50之间的土量的总和(在图5中标注了阴影线的部分)与目标土量St一致的倾斜角α。由此，从挖掘开始位置Ps确定呈直线状延伸至达到目标土量St的地点d3的虚拟设计面70。在达到目标土量St的地点d3以后，沿着现状地形50确定虚拟设计面。

需要说明的是，在本实施方式中，为了易于计算土量，在推定保有土量S的计算中，不考虑达到目标土量St的地点和沿着现状地形50确定虚拟设计面70的地点之间的土量。例如，在图7中，在地点d2处，推定保有土量S与目标土量St一致。控制器26在跟在地点d2后的地点d3处，将虚拟设计面70的高度确定为与现状地形50的高度一致。因此，在推定保有土量S中，不包含达到目标土量St的地点d2和沿着现状地形50确定虚拟设计面70的地点d3之间的土量。不过，也可以考虑这部分土量来计算推定保有土量S。

控制器26以不低于最终设计地形60的方式确定虚拟设计面70。因此，如图8所示，以虚拟设计面70、最终设计地形60和现状地形50之间的推定保有土量S与目标土量St一致的方式确定倾斜角α。因此，如图8所示，控制器26以如下方式确定虚拟设计面70：当在地点d2处开始挖掘时，在地点d4处达到最终设计地形60，地点d4以后沿着最终设计地形60。

在步骤S203中，确定倾斜角α是否为表示下坡的角度。此处，在步骤S202中计算出的倾斜角α在作业车辆的行进方向上为比水平方向朝向下方的角度的情况下，控制器26确定倾斜角α为表示下坡的角度。在现状地形50包括上坡和比上坡更靠前方的下坡时，可能存在如图9的(A)所示倾斜角α为表示上坡的角度的情况和如图9的(B)所示倾斜角α为表示下坡的角度的情况。

在步骤S203中，在确定倾斜角α为表示下坡的角度时，处理进入步骤S204。在步骤S204中，确定挖掘开始位置P后方的当前面是否为上坡。此处，在作业车辆1的行进方向上，在紧靠挖掘开始位置Ps后方的当前面(例如参照图5的当前面50_﹣1)比水平方向朝向上方、且相对于水平方向的角度为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后方的当前面为上坡。为了无视图5的当前面50_﹣1这样小的起伏，角度阈值可以为例如1度至6度的较小值。或者，角度阈值也可以为0。

在步骤S204中，在确定挖掘开始位置Ps后方的当前面不为上坡时，处理进入步骤S205。因此，在挖掘开始位置Ps后方的当前面为下坡或为水平时，处理进入步骤S205。在步骤S205中，将倾斜角α的虚拟设计面70确定为用于控制工作装置13的虚拟设计面70。例如，如图5所示，控制部26从挖掘开始位置Ps确定沿以倾斜角α倾斜的方向延伸的虚拟设计面70。

在步骤S206中，判定在虚拟设计面70中最初的设计面(将虚拟设计面分割为多个的最初的设计面)是否比现状地形50更靠上方。最初的设计面是紧邻挖掘开始位置Ps前方的设计面。例如，如图10所示，在紧邻挖掘开始位置Ps前方的设计面70_﹣2比现状地形50更靠上方的情况下，确定最初的设计面70_﹣2比现状地形50更靠上方，处理进入步骤S207。

在步骤S207中，变更最初的设计面。此处，控制器26将跟在挖掘开始位置Ps后的设计面的位置变更为比现状地形50靠下方规定距离的位置。规定距离例如可以是从0cm到10cm的较小值。由此，如图11所示，最初的设计面70_﹣2被变更为比现状地形50更靠下方。在规定距离为0cm的情况下，最初的设计面70_-2被变更为沿着现状地形50。

另外，在步骤S208中，再次计算虚拟设计面70的倾斜角α。此处，控制器26以使将跟在挖掘开始位置Ps后的地点(例如图11的地点﹣d2)作为假定挖掘开始位置Ps'而计算出的推定保有土量S与目标土量St一致的方式，再次计算倾斜角α。而且，在上述步骤S107中，工作装置13被控制为沿着再次计算的倾斜角α的虚拟设计面70移动。

通常，在挖掘开始位置Ps处，在工作装置13中保有的土量为0或非常少的值。因此，如图10所示，即使在紧靠挖掘开始位置Ps前方的现状地形50中存在凹陷，也无法填埋。因此，通过如上述这样变更最初的设计地形70_﹣2，能够防止工作装置13作无用功。

另一方面，在步骤S206中，当确定在虚拟设计面70中最初的设计面不比现状地形50更靠上方时，不进行最初的设计地形的变更。因此，例如，如图7所示，当在虚拟设计面70的中途处前地形50中存在凹陷的情况下，工作装置13被控制为在该凹陷的上方通过。该情况下，工作装置13保有在从挖掘开始位置Ps到达凹陷之前挖掘的土。因此，工作装置13通过沿着通过凹陷上方的虚拟设计面70移动，能够填埋凹陷。

如上述图9的(A)所示，在现状地形50包括上坡和比上坡更靠前方的下坡时，存在在步骤S202中计算的倾斜角α为表示水平或上坡的角度的情况。该情况下，处理从步骤S203进入步骤S209。

在步骤S209中，确定包括落脚面701的虚拟设计面70。如图12所示，落脚面701位于现状地形50的下方，沿水平方向延伸。控制器26确定包括落脚面701和最初的设计面(参照图12的设计面70_﹣1)的虚拟设计面70，落脚面701从跟在挖掘开始位置Ps后的地点(参照图12的地点﹣d1)沿水平方向延伸，最初的设计面将挖掘开始位置Ps和落脚面701连接。

需要说明的是，落脚面701也可以不完全与水平方向平行。落脚面701也可以沿相对于水平方向呈较小角度的方向延伸。例如，落脚面701也可以以比挖掘开始位置Ps的上坡的倾斜度更平缓的角度倾斜。

在步骤S210中，控制器26确定落脚面701的高度，以使虚拟设计面70和现状地形50之间的推定保有土量S与目标土量St一致。控制器26在虚拟设计面70和现状地形50之间的土量达到目标土量St的地点(图12的地点d1)以后沿着现状地形50确定虚拟设计面70。

这样，在倾斜角α为表示上坡的角度时，控制器26将工作装置13控制为沿着包括落脚面701的虚拟设计面70移动。由此，通过形成成为作业车辆1的落脚点的平坦地形，能够高效地进行之后的作业。

在步骤S203中，在倾斜角α为表示下坡的角度时，进入步骤S204。而且，如图9的(B)所示，在挖掘开始位置Ps后方的当前面为上坡时，进入图13所示的步骤S211。

在步骤S211中，确定包括落脚面701(第一设计面)和相对于落脚面701倾斜的倾斜面702(第二设计面)的虚拟设计面70。如图14所示，落脚面701位于现状地形50的下方，从挖掘开始位置Ps沿水平方向延伸。需要说明的是，落脚面701也可以不完全与水平方向平行。落脚面701也可以沿相对于水平方向呈较小角度的方向延伸。例如，落脚面701也可以以比挖掘开始位置Ps后方或前方的上坡的倾斜度更平缓的角度倾斜。落脚面701的长度比作业车辆1的长度长。倾斜面702与落脚面701的终止端连接。倾斜面702的终止端延伸到下坡。

落脚面701延伸到紧靠现状恢复地点Q后方的地点。现状恢复地点Q是落脚面701的延长线与现状地形50重合的地点。倾斜面702从紧靠现状恢复地点Q后方的地点开始延伸。在图14中，倾斜面702从紧靠现状恢复地点Q后方的地点d1开始延伸。

在步骤S212中，计算倾斜面702的倾斜角α。此处，控制器26计算倾斜面702的倾斜角α，以使包括落脚面701和倾斜面702的虚拟设计面70和现状地形50之间的土量与目标土量St一致。

这样，在挖掘开始位置Ps位于上坡且在步骤S202中计算出的倾斜角α为表示下坡的角度时，控制器26确定包括从挖掘开始位置Ps延伸的落脚面701和相对于落脚面701倾斜的倾斜面702的虚拟设计面70。而且，控制器26将工作装置13控制为沿着包括落脚面701和倾斜面702的虚拟设计面70移动。由此，通过形成成为作业车辆1的落脚点的平坦地形，能够高效地进行之后的作业。

另外，该情况下，如果只是形成落脚面701，则工作装置13的保有土量有富余。因此，通过使工作装置13沿着倾斜面702移动，能够不浪费富余的保有土量地在下坡侧沿着倾斜面702进行挖掘。由此，能够使作业效率提高。

需要说明的是，即使在现状地形50包括向上倾斜和向下倾斜的情况下，如图15所示，在挖掘开始位置Ps位于下坡且在步骤S202中计算出的倾斜角α为表示下坡的角度时，控制器26也将工作装置13控制为沿着以倾斜角α倾斜的虚拟设计面70移动。

以上对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离发明主旨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他车辆。

作业车辆1也可以是能够远程操纵的车辆。该情况下，控制系统3的一部分也可以配置于作业车辆1的外部。例如，控制器26也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。

控制器也可以具有相互分体的多个控制器。例如，如图16所示，控制器也可以包括配置于作业车辆1的外部的遥控控制器261和搭载于作业车辆1的车载控制器262。遥控控制器261和车载控制器262也可以经由通信装置38、39通过无线方式进行通信。而且，也可以是，上述控制器26的功能的一部分由遥控控制器261执行，其他的功能由车载控制器262执行。例如，也可以是，确定虚拟设计面70的处理由遥控控制器261执行，输出对工作装置13的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。该情况下，也可以从作业车辆1中省略驾驶室。或者，也可以从作业车辆1中省略操作装置25。也可以是，没有由操作装置25进行的操作地，仅通过由控制器26进行的自动控制来操作作业车辆1。

现状地形获取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17所示，现状地形获取装置也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也可以通过无线方式接收外部的计测装置41计测的现状地形信息。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的计测装置41计测的现状地形信息。

工业实用性

根据本发明，能够提供可进行高效且完成品质良好的挖掘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

Claims (22)

1.一种作业车辆的控制系统，该作业车辆的控制系统为具有工作装置的作业车辆的控制系统，其特征在于，具备：

存储装置，其存储表示作业对象的现状地形的现状地形信息；

控制器，其与所述存储装置进行通信；

所述控制器在所述现状地形包括上坡和比所述上坡更靠前方的下坡时，确定包括第一设计面和第二设计面的虚拟设计面，所述第一设计面比所述上坡的倾斜度更平缓，所述第二设计面相对于所述第一设计面倾斜，且比所述下坡的倾斜度更平缓，

所述控制器生成使所述工作装置沿着所述虚拟设计面移动的指令信号。

2.如权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述控制器获取所述工作装置的挖掘开始位置，

在所述挖掘开始位置位于所述上坡时，所述控制器确定包括所述第一设计面和所述第二设计面的所述虚拟设计面。

3.如权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述第一设计面从所述挖掘开始位置开始延伸，

所述控制器以所述虚拟设计面和所述现状地形之间的土量成为规定的目标土量的方式，确定所述第二设计面的倾斜角。

4.如权利要求1至3中任一项所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述第一设计面沿水平方向延伸。

5.如权利要求1至4中任一项所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述第一设计面的长度比所述作业车辆的长度长。

6.如权利要求1至5中任一项所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述第二设计面与所述第一设计面的终止端连接。

7.如权利要求1至6中任一项所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述第二设计面的终止端延伸到所述下坡。

8.如权利要求1至7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，其配置于所述作业车辆的外部；

第二控制器，其配置于所述作业车辆的内部，并与所述第一控制器进行通信；

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对所述工作装置的所述指令信号。

9.一种作业车辆的控制方法，该作业车辆的控制方法是为了对具有工作装置的作业车辆进行控制而安装于计算机的方法，其特征在于，具备：

获取表示作业对象的现状地形的现状地形信息的步骤；

在所述现状地形包括上坡和比所述上坡更靠前方的下坡时，确定包括比所述上坡的倾斜度更平缓的第一设计面和相对于所述第一设计面倾斜并比所述下坡的倾斜度更平缓的第二设计面的虚拟设计面的步骤；

生成使所述工作装置沿着所述虚拟设计面移动的指令信号的步骤。

10.如权利要求9所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

还具备获取所述工作装置的挖掘开始位置的步骤，

在所述挖掘开始位置位于所述上坡时，确定包括所述第一设计面和所述第二设计面的所述虚拟设计面。

11.如权利要求10所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

所述第一设计面从所述挖掘开始位置开始延伸，

以所述虚拟设计面和所述现状地形之间的土量成为规定的目标土量的方式，确定所述第二设计面的倾斜角。

12.如权利要求9至11中任一项所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

所述第一设计面沿水平方向延伸。

13.如权利要求9至12中任一项所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

所述第一设计面的长度比所述作业车辆的长度长。

14.如权利要求9至13中任一项所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

所述第二设计面与所述第一设计面的终止端连接。

15.如权利要求9至14中任一项所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

所述第二设计面的终止端延伸到所述下坡。

16.一种作业车辆，其特征在于，具备：

工作装置；

控制器，其被编程以控制所述工作装置；

所述控制器获取表示作业对象的现状地形的现状地形信息，

所述控制器在所述现状地形包括上坡和比所述上坡更靠前方的下坡时，确定包括第一设计面和第二设计面的虚拟设计面，所述第一设计面比所述上坡的倾斜度更平缓，所述第二设计面相对于所述第一设计面倾斜，且比所述下坡的倾斜度更平缓，

所述控制器生成使所述工作装置沿着所述虚拟设计面移动的指令信号。

17.如权利要求16所述的作业车辆，其特征在于，

还具备输出表示所述工作装置的挖掘开始位置的信号的传感器，

所述控制器从所述传感器接收表示所述工作装置的挖掘开始位置的信号，

所述控制器获取所述工作装置的挖掘开始位置，

所述控制器在所述挖掘开始位置位于所述上坡时，确定包括所述第一设计面和所述第二设计面的所述虚拟设计面。

18.如权利要求17所述的作业车辆，其特征在于，

所述第一设计面从所述挖掘开始位置开始延伸，

所述控制器以所述虚拟设计面和所述现状地形之间的土量成为规定的目标土量的方式，确定所述第二设计面的倾斜角。

19.如权利要求16至18中任一项所述的作业车辆，其特征在于，

所述第一设计面沿水平方向延伸。

20.如权利要求16至19中任一项所述的作业车辆，其特征在于，

所述第一设计面的长度比所述作业车辆的长度长。

21.如权利要求16至20中任一项所述的作业车辆，其特征在于，

所述第二设计面与所述第一设计面的终止端连接。

22.如权利要求16至21中任一项所述的作业车辆，其特征在于，

所述第二设计面的终止端延伸到所述下坡。