CN108884661B

CN108884661B - 作业车辆的控制系统、控制方法、以及作业车辆

Info

Publication number: CN108884661B
Application number: CN201780017540.2A
Authority: CN
Inventors: 石桥永至; 原田纯仁; 稻丸昭文; 长野精治; 米泽保人
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: US20190078296A1; WO2018025731A1; JP7122802B2; JP2018021427A; US11041289B2; CN108884661A

Abstract

本发明提供一种作业车辆的控制系统、控制方法、以及作业车辆。控制器获取作业装置的挖掘开始位置。在现状地形包括上坡以及比上坡位于前方的下坡、且挖掘开始位置位于上坡时，控制器确定第一虚拟设计面，该第一虚拟设计面包括位于现状地形下方、且倾斜比上坡平缓的第一设计面。控制器生成使作业装置沿第一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，已经提出一种在推土机、或平地机等作业车辆中自动调整作业装置位置的控制方案。例如，在专利文献1中，公开了挖掘控制与整地控制。

在挖掘控制中，自动调整刮板的位置，使刮板的负荷与目标负荷一致。在整地控制中，自动调整刮板的位置，使刮板的板刃沿着表示挖掘对象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

发明所要解决的技术问题

根据上述现有的控制，在对作业装置的负荷过大时使作业装置升高，由此能够抑制产生履带板滑动。由此，能够有效率地进行作业。

但是，在现有的控制中，如图18所示，在开始挖掘现状地形300后，当对作业装置100的负荷增大时，则通过负荷控制，使作业装置100升高(参照图18的作业装置100的轨迹200)。而且，在再次开始挖掘后，当对作业装置100的负荷增大时，则使作业6装置100再次升高。当反复进行上述动作时，则会形成凹凸较大的地形，所以难以顺利地进行挖掘作业。另外，被挖掘的地形容易荒废，担心完工的质量降低。

另外，如图18所示，在挖掘下坡的情况下，由于反复挖掘，而使设置于现状地形300顶部的平坦的立脚点变窄。在该情况下，当作业车辆越过顶部时，作业车辆的姿势突然变化，由此可能破坏地形。另外，由于立脚点变窄，难以进行作业，从而担心使作业效率下降。

本发明的目的在于，提供一种能够进行有效率且完工质量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技术方案

第一方面的控制系统为具有作业装置的作业车辆的控制系统，具有：存储装置和控制器。存储装置对表示作业对象的现状地形的现状地形信息进行存储。控制器与存储装置进行通信。

控制器获取作业装置的挖掘开始位置。在现状地形包括上坡与位于上坡前方的下坡、且挖掘开始位置位于上坡时，控制器确定第一虚拟设计面，该第一虚拟设计面包括位于现状地形的下方且倾斜比上坡平缓的第一设计面。控制器生成使作业装置沿第一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控制具有作业装置的作业车辆而安装于计算机中的方法，具有以下的步骤。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，获取作业装置的挖掘开始位置。在第三步骤中，在现状地形包括上坡与位于上坡前方的下坡、且挖掘开始位置位于上坡时，确定第一虚拟设计面，该第一虚拟设计面包括位于现状地形的下方且倾斜比上坡平缓的第一设计面。在第四步骤中，生成使作业装置沿第一虚拟设计面移动的指令信号。

第三方面的作业车辆具有：作业装置和控制器。控制器为了控制作业装置而被程序化。控制器获取表示作业对象的现状地形的现状地形信息。控制器获取作业装置的挖掘开始位置。控制器在现状地形包括上坡与位于上坡前方的下坡、且挖掘开始位置位于上坡时，确定第一虚拟设计面，该第一虚拟设计面包括位于现状地形的下方且倾斜比上坡平滑的第一设计面。控制器生成使作业装置沿第一虚拟设计面移动的指令信号。

发明的效果

根据本发明，沿着基于现状地形而确定的第一虚拟设计面进行挖掘。因此，不会生成较大的凹凸，能够顺利地进行挖掘。另外，在现状地形包括上坡与下坡的情况下，确定第一虚拟设计面，该第一虚拟设计面包括倾斜比上坡平缓的第一设计面。由此，能够确保作业车辆的立脚点，能够进行有效率且完工质量良好的挖掘作业。

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与控制系统的结构的方框图。

图3是表示作业车辆的结构的示意图。

图4是表示挖掘作业中作业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是表示作业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是表示作业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方框图。

图17是表示其它变形例的控制系统的结构的方框图。

图18是表示基于现有技术进行的挖掘的图。

附图标记说明

1作业车辆；3控制系统；13作业装置；26控制器；28存储装置。

具体实施方式

下面，参照附图，针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、以及作业装置13。

车体11具有驾驶室14与发动机室15。在驾驶室14配置有未图示的驾驶席。发动机室15配置在驾驶室14的前方。行驶装置12安装在车体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中只图示了左侧的履带16。通过履带16的转动，作业车辆1行驶。

作业装置13安装于车体11。作业装置13具有：提升架17、刮板18、提升缸19、角缸20、以及倾斜缸21。

提升架17以在车宽方向延伸的轴线X为中心，可上下进行动作地安装于车体11。提升架17支承刮板18。刮板18配置在车体11的前方。刮板18随着提升架17的上下移动而上下移动。

提升缸19与车体11和提升架17连结。通过提升缸19的伸缩，提升架17以轴线X为中心，上下地转动。

角缸20与提升架17和刮板18连结。通过角缸20的伸缩，刮板18以在大致上下方向上延伸的轴线Y为中心，进行转动。

倾斜缸21与提升架17和刮板18连结。通过倾斜缸21的伸缩，刮板18以在大致车辆前后方向上延伸的轴线Z为中心，进行转动。

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

液压泵23由发动机22进行驱动，排出工作油。从液压泵23排出的工作油向提升缸19、角缸20、以及倾斜缸21供给。需要说明的是，在图2中，虽然图示了一个液压泵23，但也可以设有多个液压泵。

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例如可以是HST(Hydro Static Transmission：静液压传递装置)。或者，动力传递装置24例如也可以是具有变矩器、或多个变速齿轮的传递装置。

控制系统3具有：操作装置25、控制器26、以及控制阀27。操作装置25是用来对作业装置13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、以及开关等。

操作装置25包括：用于行驶装置12的操作装置251、以及用于作业装置13的操作装置252。用于行驶装置12的操作装置251可操作地设置在前进位置、后退位置、以及中立位置。当用于行驶装置12的操作装置251的操作位置处于前进位置时，控制行驶装置12、或动力传递装置24，使作业车辆1前进。当用于行驶装置12的操作装置251的操作位置处于后退位置时，控制行驶装置12、或动力传递装置24，使作业车辆1后退。

用于作业装置13的操作装置252设置为可操作提升缸19、角缸20、以及倾斜缸21的动作。通过对用于作业装置13的操作装置252进行操作，能够进行刮板18的提升操作、转角操作、以及倾斜操作。

操作装置25包括对操作人员进行的操作装置25的操作进行检测的传感器25a、25b。操作装置25接受操作人员所进行的用来驱动作业装置13及行驶装置12的操作，传感器25a、25b输出与操作对应的操作信号。传感器25a输出与用于行驶装置12的操作装置251的操作对应的操作信号。传感器25b输出与用于作业装置13的操作装置252的操作对应的操作信号。

控制器26被程序化以基于获取的信息来控制作业车辆1。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，控制控制阀27。需要说明的是，控制器26不限于一体，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的指令信号进行控制。控制阀27配置在提升缸19、角缸20、倾斜缸21等液压促动器与液压泵23之间。控制阀27控制从液压泵23向提升缸19、角缸20、以及倾斜缸21供给的工作油的流量。控制器26生成对控制阀27的指令信号，以根据上述操作装置252的操作，使作业装置13工作。由此，根据操作装置252的操作量，控制提升缸19、角缸20、以及倾斜缸21。需要说明的是，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具有提升缸传感器29。提升缸传感器29检测提升缸19的行程长度(以下称为“提升缸长L”)。如图3所示，控制器26基于提升缸长L，算出刮板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，以双点划线表示作业装置13的原点位置。作业装置13的原点位置是在水平地面上刮板18的板刃与地面接触的状态下的刮板18的位置。提升角θlift是从作业装置13的原点位置开始的角度。

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、以及IMU 33。GNSS接收器32配置在驾驶室14之上。GNSS接收器32例如是用于GPS(Global Positioning System：全球定位系统)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获取车体位置信息。

IMU 33是惯性测量装置(Inertial Measurement Unit)。IMU 33获取车体倾斜角信息。车体倾斜角信息表示相对于车辆前后方向的水平面的角度(俯仰角)、以及相对于车辆横向的水平面的角度(侧倾角)。IMU 33将车体倾斜角信息向控制器26发送。控制器26从IMU 33获取车体倾斜角信息。

控制器26根据提升缸长L、车体位置信息、以及车体倾斜角信息，算出板刃位置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基于提升缸长L，算出提升角θlift。控制器26基于提升角θlift与车体尺寸信息，算出板刃位置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，表示作业装置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、板刃位置P0的本地坐标、以及车体倾斜角信息，算出板刃位置P0的全球坐标。控制器26获取板刃位置P0的全球坐标作为板刃位置信息。

控制系统3具有存储装置28。存储装置28例如包括存储器与辅助存储装置。存储装置28例如也可以为RAM或ROM等。存储装置28也可以为半导体存储装置或硬盘等。控制器26与存储装置28通过有线或无线进行通信，由此获取存储于存储装置28中的信息。

存储装置28存储板刃位置信息、现状地形信息(現況地形情報)、以及设计地形信息。设计地形信息表示最终设计地形的位置及形状。最终设计地形为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及形状。控制器26基于现状地形信息、设计地形信息、以及板刃位置信息，自动地控制作业装置13。

需要说明的是，作业装置13的自动控制也可以为与通过操作人员进行的手动操作结合而进行的半自动控制。或者作业装置13的自动控制也可以为没有操作人员进行的手动操作而进行的完全自动控制。

下面，针对由控制器26实施的挖掘作业中的作业装置13的自动控制进行说明。图4是表示挖掘作业中作业装置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。在此，控制器26如上所述，获取作业装置13当前的板刃位置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的行进方向上在每隔规定间隔的多个地点(参照图5的“－d5”－“d7”)上的最终设计地形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，只对一部分的最终设计面使用了标记，省略了其它最终设计面的标记。在图5中，最终设计地形60虽然是与水平方向平行的平坦形状，但也可以为与此不同的形状。

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的行进方向上的现状地形50的剖面。

需要说明的是，在图5中，纵轴表示地形的高度与后面叙述的估测保有土量。横轴表示从作业车辆1的行进方向上的基准位置d0开始的距离。基准位置也可以是作业车辆1当前的板刃位置P0。详细地说，现状地形信息包括在作业车辆1的行进方向的多个地点上的现状地形50的高度。多个地点以规定间隔、例如每隔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现状面50_－1、50_1、50_2、50_3而被掌握。需要说明的是，在附图中，只对一部分的现状面使用了标记，省略了其它的现状面的标记。

控制器26获取表示板刃位置P0的最新轨迹的位置信息，而作为现状地形信息。因此，位置检测装置31起到获取现状地形信息的现状地形获取装置的作用。通过板刃位置P0的移动，控制器26将现状地形信息更新为最新的现状地形，保存在存储装置28中。

或者，控制器26也可以根据车体位置信息与车体尺寸信息，算出履带16的底面的位置，获取表示履带16的底面的轨迹的位置信息，而作为现状地形信息。或者，现状地形信息也可以根据由作业车辆1的外部的测量装置所测量的测量数据来生成。或者，也可以由相机拍摄现状地形50，根据由相机得到的图像数据，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例如也可以是基于刮板18的容量而确定的固定值。或者，目标土量St也可以通过操作人员的操作，任意地设定。

在步骤S105中，控制器26获取挖掘开始位置Ps。在此，控制器26基于来自操作装置25的操作信号，获取挖掘开始位置Ps。例如，控制器26也可以确定板刃位置P0，而作为挖掘开始位置Ps，该板刃位置P0是从操作装置252接收到表示落下刮板18的操作的信号的时刻下的位置。或者，挖掘开始位置Ps也可以提前保存在存储装置28中，并从存储装置28中获取。

在步骤S106中，确定虚拟设计面70。控制器26例如确定图5所示的虚拟设计面70。虚拟设计面70与现状地形50同样地，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，只对一部分的现状面使用了标记，省略了其它的现状面的标记。针对虚拟设计面70的详细的确定方法，将在后面叙述。

在步骤S107中，沿虚拟设计面70控制作业装置13。在此，控制器26生成对作业装置13的指令信号，以使作业装置13的板刃位置P0沿在步骤S106中作成的虚拟设计面70移动。生成的指令信号向控制阀27输入。由此，通过使作业装置13的板刃位置P0沿虚拟设计面70移动，而进行现状地形50的挖掘作业。

接着，针对虚拟设计面70的确定方法进行说明。图6是表示由控制器26实施的用来确定虚拟设计面70的处理的流程图。

如图6所示，在步骤S201中，算出作业装置13的估测保有土量S。如图5所示，估测保有土量S是在使作业装置13的板刃位置P0沿虚拟设计面70移动时由作业装置13保有的土量的估测值。控制器26算出虚拟设计面70与现状地形50之间的土量，作为估测保有土量S。需要说明的是，在图5中，双点划线表示估测保有土量S的变化。

虚拟设计面70位于最终设计地形60上方，至少一部分位于现状地形50下方。虚拟设计面70从挖掘开始位置Ps开始直线性地延伸。

如图5所示，算出虚拟设计面70与现状地形50之间的土量，相当于虚拟设计面70与现状地形50之间的截面面积(图5中阴影部分的面积)。此时，在本实施方式中，未考虑作业车辆1的宽度方向的现状地形50的大小。但是，也可以考虑作业车辆1的宽度方向的现状地形50的大小，来算出土量。

需要说明的是，如图7所示，在现状地形50包括凹陷时，虚拟设计面70有时包括位于现状地形50下方的部分(以下称为“挖掘部分”)70a、70c、以及位于现状地形50上方的部分(以下称为“填埋部分”)70b。在该情况下，控制器26增加挖掘部分70a、70c与现状地形50之间的土量，减去填埋部分70b与现状地形50之间的土量，由此来算出虚拟设计面70与现状地形50之间的土量的总和，作为估测保有土量S。

例如，在图7中，将挖掘部分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加到估测保有土量S中，将填埋部分70b和现状地形50之间的土量S2从估测保有土量S中减去。因此，控制器26利用S＝S1+(－S2)+S3，算出估测保有土量S。

在步骤S202中，算出虚拟设计面70的倾斜角α。在此，控制器26确定倾斜角α，以使在步骤S201中算出的估测保有土量S为在步骤S104中获取的目标土量St。

例如，如图5所示，在距离为d0的地点(以下表示为“地点d0”)是挖掘开始位置Ps的情况下，控制器26算出使从挖掘开始位置Ps延伸的虚拟设计面70和现状地形50之间的土量总和(图5中阴影部分)与目标土量St一致的倾斜角α。由此，确定从挖掘开始位置Ps开始、直线状地延伸至达到目标土量St的地点d3的虚拟设计面70。对于达到目标土量St的地点d3之后的虚拟设计面70，则沿着现状地形50来确定虚拟设计面70。

需要说明的是，在本实施方式中，为了容易地算出土量，达到目标土量St的地点与沿着现状地形50而确定虚拟设计面70的地点之间的土量在估测保有土量S的算出中未考虑。例如，在图7中，在地点d2，估测保有土量S与目标土量St一致。控制器26在地点d2的下一个地点d3，确定虚拟设计面70的高度，使之与现状地形50的高度一致。因此，达到目标土量St的地点d2与沿着现状地形50而确定虚拟设计面70的地点d3之间的土量不包含在估测保有土量S中。但是，也可以考虑这部分的土量，算出估测保有土量S。

控制器26确定虚拟设计面70，使之不低于最终设计地形60。因此，如图8所示，确定倾斜角α，以使虚拟设计面70、最终设计地形60、以及现状地形50之间的估测保有土量S与目标土量St一致。因此，如图8所示，当在地点d2开始挖掘时，控制器26确定虚拟设计面70，以使在地点d4达到最终设计地形60，在地点d4之后的虚拟设计面70则沿着最终设计地形60。

在步骤S203中，确定倾斜角α是否为表示下坡的角度。在此，在由步骤S202中算出的倾斜角α在作业车辆的行进方向上为朝向水平方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、以及位于上坡前方的下坡时，具有如图9(A)所示倾斜角α为表示上坡的角度的情况、以及如图9(B)所示倾斜角α为表示下坡的角度的情况。

在步骤S203中，当确定倾斜角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Ps后方的现状面是否为上坡。在此，控制器26在作业车辆1的行进方向上，在位于挖掘开始位置Ps的紧后方的现状面(例如参照图5的现状面50_－1)朝向水平方向上方、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，确定挖掘开始位置Ps后方的现状面为上坡。为了忽略图5的现状面50_－1那样的小起伏，角度阈值例如可以为1度至6度的较小的值。或者角度阈值也可以为0。

在步骤S204中，当确定挖掘开始位置Ps后方的现状面不是上坡时，处理进入步骤S205。因此，当挖掘开始位置Ps后方的现状面为下坡、或者水平时，处理进入步骤S205。在步骤S205中，确定倾斜角α的虚拟设计面70(第二虚拟设计面)，作为用来控制作业装置13的虚拟设计面70。例如，如图5所示，控制器26确定从挖掘开始位置Ps开始在以倾斜角α倾斜的方向上延伸的虚拟设计面70。

在步骤S206中，判定在虚拟设计面70上最初的设计面(将虚拟设计面70分割为多个的最初的设计面)是否位于现状地形50的上方。最初的设计面是挖掘开始位置Ps紧前方的设计面。例如，如图10所示，在挖掘开始位置Ps的紧前方的设计面70_－2位于现状地形50上方的情况下，确定最初的设计面70_－2位于现状地形50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的下一个设计面的位置变更为距离现状地形50规定距离的下方的位置。规定距离例如可以为0cm至10cm的较小的值。由此，如图11所示，最初的设计面70_－2被变更，而位于现状地形50的下方。在规定距离为0cm的情况下，最初的设计面70_－2被变更为沿现状地形50。

另外，在步骤S208中，再次算出虚拟设计面70的倾斜角α。在此，控制器26再次算出倾斜角α，以使将挖掘开始位置Ps的下一个地点(例如图11的地点－d2)作为虚拟挖掘开始位置Ps’而算出的估测保有土量S与目标土量St一致。然后，在上述步骤S107中，控制作业装置13，以沿再次算出的倾斜角α的虚拟设计面70移动。

一般情况下，在挖掘开始位置Ps，作业装置13所保有的土量为0、或是非常小的值。因此，如图10所示，在挖掘开始位置Ps的紧前方的现状地形50即使存在凹陷也不能填埋。因此，如上所述，通过变更最初的设计地形70_－2，能够防止作业装置13空转。

另一方面，在步骤S206中，当确定在虚拟设计面70中最初的设计面不位于现状地形50的上方时，不变更最初的设计地形。因此，例如，如图7所示，在虚拟设计面70的中途，在现状地形50存在凹陷的情况下，控制作业装置13，以通过该凹陷的上方。在该情况下，作业装置13从挖掘开始位置Ps保有挖掘的土直至到达凹陷。因此，作业装置13沿通过凹陷上方的虚拟设计面70移动，由此能够填埋凹陷。

如上述的图9(A)所示，在现状地形50包括上坡、以及位于上坡前方的下坡时，存在在步骤S202中算出的倾斜角α为表示水平或者上坡的角度的情况。在该情况下，处理从步骤S203进入步骤S209。

在步骤S209中，确定包括立脚点面701(第一设计面)的虚拟设计面70(第一虚拟设计面)。如图12所示，立脚点面701位于现状地形50的下方，在水平方向上延伸。立脚点面701延伸至下坡。立脚点面701比作业车辆1的长度长。控制器26确定虚拟设计面70，该虚拟设计面70包括从挖掘开始位置Ps的下一个地点(参照图12的地点－d1)在水平方向上延伸的立脚点面701、以及将挖掘开始位置Ps与立脚点面701连接的最初的设计面(参照图12的设计面70_－1)。

需要说明的是，立脚点面701也可以不完全与水平方向平行。立脚点面701可以在相对于水平方向形成较小角度的方向上延伸。例如，立脚点面701也可以以倾斜比挖掘开始位置Ps的上坡平缓的角度倾斜。

在步骤S210中，控制器26确定立脚点面701的高度，以使虚拟设计面70与现状地形50之间的估测保有土量S为目标土量St。控制器26确定虚拟设计面70，使虚拟设计面70与现状地形50之间的土量达到目标土量St的地点(图12的地点d1)以后的地点沿着现状地形50。

这样，控制器26在倾斜角α为表示上坡的角度时，控制作业装置13，使之沿着包括立脚点面701的虚拟设计面70移动。由此，通过形成作为作业车辆1立脚点的平坦地形，能够有效率地进行之后的作业。

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

在步骤S211中，确定包括立脚点面701、以及相对于立脚点面701倾斜的倾斜面702的虚拟设计面70。如图14所示，立脚点面701位于现状地形50的下方，从挖掘开始位置Ps开始在水平方向上延伸。需要说明的是，立脚点面701也可以不完全与水平方向平行。立脚点面701也可以在相对于水平方向形成较小角度的方向上延伸。例如，立脚点面701可以以倾斜比挖掘开始位置Ps的后方、或前方的上坡平缓的角度倾斜。

立脚点面701延伸至现状回归地点Q的紧后方的地点。现状回归地点Q是立脚点面701的延长线与现状地形50重合的地点。倾斜面702从现状回归地点Q的紧后方的地点延伸。在图14中，倾斜面702从现状回归地点Q的紧后方的地点d1延伸。

在步骤S212中，算出倾斜面702的倾斜角α。在此，控制器26算出倾斜面702的倾斜角α，使包括立脚点面701及倾斜面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开始延伸的立脚点面701、以及相对于立脚点面701倾斜的倾斜面702在内的虚拟设计面70。然后，控制器26控制作业装置13，使之沿着包括立脚点面701与倾斜面702的虚拟设计面70移动。由此，通过形成作为作业车辆1立脚点的平坦地形，能够有效率地进行之后的作业。

另外，在该情况下，如果只形成立脚点面701，则作业装置13的保有土量存在富裕。因此，通过使作业装置13沿倾斜面702移动，不会浪费富裕的保有土量，而能够在下坡侧进行沿倾斜面702的挖掘。由此，能够提高作业效率。

需要说明的是，即使在现状地形50包括上坡与下坡的情况下，也如图15所示，在挖掘开始位置Ps位于下坡、且在步骤S202中算出的倾斜角α为表示下坡的角度时，控制器26控制作业装置13，使之沿着以倾斜角α倾斜的虚拟设计面70移动。

上面，虽然针对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，可以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它车辆。

作业车辆1也可以是可进行远程操控的车辆。在该情况下，控制系统3的一部分可以配置在作业车辆1的外部。例如，控制器26可以配置在作业车辆1的外部。控制器26也可以配置在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，控制器可以包括：在作业车辆1的外部配置的遥控控制器261、以及搭载于作业车辆1的车载控制器262。遥控控制器261与车载控制器262可以经由通信装置38、39通过无线进行通信。而且，上述控制器26的一部分功能可以由遥控控制器261实施，剩余的功能由车载控制器262实施。例如，确定虚拟设计面70的处理由遥控控制器261实施，输出对作业装置13的指令信号的处理由车载控制器262实施。

操作装置25也可以配置在作业车辆1的外部。在该情况下，驾驶室也可以从作业车辆1中省略。或者，操作装置25也可以从作业车辆1中省略。也可以没有操作装置25进行的操作，而只通过控制器26的自动控制来对作业车辆1进行操作。

现状地形获取装置不限于上述位置检测装置31，也可以为其它的装置。例如，如图17所示，现状地形获取装置也可以为接收来自外部装置的信息的接口装置37。接口装置37也可以通过无线来接收外部的测量装置41所测量的现状地形信息。或者，接口装置37可以为存储媒体的读取装置，可以经由存储媒体接收外部的测量装置41所测量的现状地形信息。

工业实用性

根据本发明，能够提供一种可进行有效率且完工质量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。

Claims

1.一种作业车辆的控制系统，是具有作业装置的作业车辆的控制系统，其特征在于，具有：

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；

所述控制器获取所述作业装置的挖掘开始位置，

在所述现状地形包括上坡和位于所述上坡前方的下坡、且所述挖掘开始位置位于所述上坡时，所述控制器确定第一虚拟设计面，该第一虚拟设计面包括位于所述现状地形的下方且倾斜比所述上坡平缓的第一设计面，

所述控制器生成使所述作业装置沿所述第一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，

所述控制器确定所述第一设计面的高度，以使所述第一虚拟设计面与所述现状地形之间的土量成为规定的目标土量。

3.如权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

所述控制器算出第二虚拟设计面的倾斜角，以使从所述挖掘开始位置开始延伸的倾斜的所述第二虚拟设计面与所述现状地形之间的土量成为所述目标土量，

在所述倾斜角为表示上坡的角度时，所述控制器生成使所述作业装置沿着包括所述第一设计面在内的第一虚拟设计面移动的指令信号。

4.如权利要求3所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

在所述挖掘开始位置位于所述下坡且所述倾斜角为表示下坡的角度时，所述控制器生成使所述作业装置沿所述第二虚拟设计面移动的指令信号。

5.如权利要求3或4所述的作业车辆的控制系统，其特征在于，

在所述挖掘开始位置位于所述上坡且所述倾斜角为表示下坡的角度时，所述控制器生成使所述作业装置沿所述第一虚拟设计面移动的指令信号。

6.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，

所述第一设计面在水平方向上延伸。

7.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，

所述第一设计面的终端延伸至所述下坡。

8.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。

9.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，

所述控制器具有：

第一控制器，其配置在所述作业车辆的外部；

第二控制器，其与所述第一控制器进行通信，并配置在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作业装置移动的所述指令信号。

10.一种作业车辆的控制方法，是用于控制具有作业装置的作业车辆而安装于计算机的方法，其特征在于，包括：

获取现状地形信息的步骤，获取表示作业对象的现状地形的现状地形信息；

获取挖掘开始位置的步骤，获取所述作业装置的挖掘开始位置；

确定第一虚拟设计面的步骤，在所述现状地形包括上坡和位于所述上坡前方的下坡、且所述挖掘开始位置位于所述上坡时，确定第一虚拟设计面，该第一虚拟设计面包括位于所述现状地形的下方且倾斜比所述上坡平缓的第一设计面；

生成指令信号的步骤，生成使所述作业装置沿所述第一虚拟设计面移动的指令信号。

11.如权利要求10所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

确定所述第一设计面的高度，以使所述第一虚拟设计面与所述现状地形之间的土量成为规定的目标土量。

12.如权利要求11所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

还具有算出第二虚拟设计面的倾斜角的步骤，以使从所述挖掘开始位置开始延伸的倾斜的所述第二虚拟设计面与所述现状地形之间的土量成为所述目标土量，

在所述倾斜角为表示上坡的角度时，生成使所述作业装置沿所述第一虚拟设计面移动的指令信号。

13.如权利要求12所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

在所述挖掘开始位置位于所述下坡且所述倾斜角为表示下坡的角度时，生成使所述作业装置沿所述第二虚拟设计面移动的指令信号。

14.如权利要求12或13所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

在所述挖掘开始位置位于所述上坡且所述倾斜角为表示下坡的角度时，生成使所述作业装置沿所述第一虚拟设计面移动的指令信号。

15.如权利要求10至13中任一项所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

所述第一设计面在水平方向上延伸。

16.如权利要求10至13中任一项所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

所述第一设计面的终端延伸至所述下坡。

17.如权利要求10至13中任一项所述的作业车辆的控制方法，其特征在于，

所述第一设计面的长度比所述作业车辆的长度长。

18.一种作业车辆，其特征在于，具有：

作业装置；

控制器，其为了控制所述作业装置而被程序化；

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，

所述控制器获取所述作业装置的挖掘开始位置，

在所述现状地形包括上坡与位于所述上坡前方的下坡、且所述挖掘开始位置位于所述上坡时，所述控制器确定第一虚拟设计面，该第一虚拟设计面包括位于所述现状地形的下方且倾斜比所述上坡平缓的第一设计面，

19.如权利要求18所述的作业车辆，其特征在于，

20.如权利要求19所述的作业车辆，其特征在于，

在所述倾斜角为表示上坡的角度时，所述控制器生成使所述作业装置沿所述第一虚拟设计面移动的指令信号。

21.如权利要求20所述的作业车辆，其特征在于，

22.如权利要求20或21所述的作业车辆，其特征在于，

23.如权利要求18至21中任一项所述的作业车辆，其特征在于，

所述第一设计面在水平方向上延伸。

24.如权利要求18至21中任一项所述的作业车辆，其特征在于，

所述第一设计面的终端延伸至所述下坡。

25.如权利要求18至21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。