CN111094657B - 作业车辆的控制系统、方法以及作业车辆 - Google Patents

Abstract

控制器决定表示目标形状的目标设计地形。控制器生成使工作装置按照目标设计地形动作的指令信号。在通过操作装置的操作变更了工作装置的倾角时，控制器根据变更后的倾角修正工作装置的倾角。

Description

作业车辆的控制系统、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、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，提出了自动地调整刮板等工作装置的位置的控制。例如在专利文献1中，在挖掘作业中，通过使刮板的负荷与目标负荷一致的负荷控制，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

根据上述以往的控制，在对刮板的负荷过度变大时，通过使刮板上升，能够抑制履带板滑动的产生。由此，能够高效地进行作业。

但是，在以往的控制中，如图30所示，首先将刮板控制为沿着设计地形100。之后，若对刮板的负荷变大，则通过负荷控制使刮板上升(参照图30的刮板的轨迹200)。因而，在设计地形100相对于现状地形300处于深的位置的情况下，施加于刮板的负荷迅速地变大，由此可能导致刮板迅速地上升。在该情况下，将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，所挖掘的地形容易被破坏，存在完工品质降低的隐患。

本发明的目的在于，通过自动控制使作业车辆进行高效并且完工品质好的作业。

用于解决技术问题的手段

第一方式是一种具有工作装置的作业车辆的控制系统，具备操作装置与控制器。操作装置输出表示操作人员的操作的操作信号。控制器与操作装置进行通信，并控制工作装置。控制器被编程为进行以下的处理。控制器决定表示目标形状的目标设计地形。控制器生成使工作装置按照目标设计地形动作的指令信号。在通过操作装置的操作变更了工作装置的倾角时，控制器根据变更后的倾角修正工作装置的倾角。

第二方式是一种为了控制具有工作装置的作业车辆而由控制器执行的方法，具备以下的处理。第一处理是决定表示目标形状的目标设计地形。第二处理是生成使工作装置按照目标设计地形动作的指令信号。第三处理是从操作装置接收表示操作人员的操作的操作信号。第四处理是在通过操作装置的操作变更了工作装置的倾角时，根据变更后的倾角修正工作装置的倾角。

第三方式是一种作业车辆，具备工作装置、操作装置以及控制器。操作装置输出表示操作人员的操作的操作信号。控制器接收操作信号，并控制工作装置。控制器被编程为执行以下的处理。控制器决定表示目标形状的目标设计地形。控制器生成使工作装置按照目标设计地形动作的指令信号。在通过操作装置的操作变更了工作装置的倾角时，控制器根据变更后的倾角修正工作装置的倾角。

发明效果

根据本发明，能够通过自动控制使作业车辆进行高效并且完工品质好的作业。

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构成的框图。

图3是表示作业车辆的构成的示意性的侧视图。

图4是表示作业车辆的构成的示意性的主视图。

图5是表示作业车辆的自动控制的处理的流程图。

图6是表示最终设计地形、现状地形以及目标设计地形的一个例子的图。

图7是表示用于决定目标设计地形的处理的流程图。

图8是表示用于决定目标设计地形的处理的图。

图9是表示用于决定目标设计地形的处理的图。

图10是表示用于决定目标设计地形的处理的图。

图11是表示用于决定目标设计地形的处理的图。

图12是表示用于决定目标设计地形的处理的图。

图13是表示用于决定目标设计地形的处理的图。

图14是表示手动操作介入时的处理的流程图。

图15是表示用于决定目标倾角的初始值的处理的图。

图16是表示用于决定变更后的目标倾角的处理的图。

图17是表示用于决定目标倾角的初始值的处理的图。

图18是表示用于决定变更后的目标倾角的处理的图。

图19是表示用于修正目标设计地形的处理的图。

图20是表示用于修正目标设计地形的处理的图。

图21是表示用于修正目标设计地形的处理的图。

图22是表示第一变形例的作业车辆的驱动系统与控制系统的构成的框图。

图23是表示第二变形例的作业车辆的驱动系统与控制系统的构成的框图。

图24是表示其他实施方式的决定目标设计地形的处理的图。

图25是表示第一倾角控制的第一例的图。

图26是表示第二倾角控制的第一例的图。

图27是表示第一倾角控制的第二例的图。

图28是表示第二倾角控制的第二例的图。

图29是表示其他实施方式的目标设计地形的修正方法的图。

图30是表示现有技术的挖掘作业的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边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是推土机。作业车辆1具备车身11、行驶装置12以及工作装置13。

车身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座。发动机室15配置于驾驶室14的前方。行驶装置12安装于车身11的下部。行驶装置12具有左右一对履带16。注意，在图1中，仅图示了左侧的履带16。作业车辆1通过履带16旋转而行驶。

工作装置13安装于车身11。工作装置13具有提升架17、刮板18、提升缸19以及倾斜缸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身11。提升架17支承刮板18。

刮板18配置于车身11的前方。刮板18伴随着提升架17的上下移动而向上下移动。提升架17也可以安装于行驶装置12。提升缸19连结于车身11与提升架17。通过提升缸19伸缩，提升架17以轴线X为中心向上下旋转。倾斜缸21连结于提升架17与刮板18。通过倾斜缸21伸缩，刮板18以沿车辆前后方向延伸的轴线Z为中心旋转(以下，称作“倾斜动作”)。

图2是表示作业车辆1的驱动系统2与控制系统3的构成的框图。如图2所示，驱动系统2具备发动机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与倾斜缸21。注意，在图2中图示了一个液压泵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25a、输入装置25b、控制器26、存储装置28以及控制阀27。操作装置25a与输入装置25b配置于驾驶室14。操作装置25a是用于操作工作装置13以及行驶装置12的装置。操作装置25a配置于驾驶室14。操作装置25a接受用于驱动工作装置13以及行驶装置12的操作人员的操作，并输出与操作相应的操作信号。操作装置25a例如包含操作杆、踏板、开关等。

输入装置25b是用于对后述的作业车辆1的自动控制进行设定的装置。输入装置25b接受操作人员的操作，并输出与操作相应的操作信号。输入装置25b的操作信号被输出到控制器26。输入装置25b例如包含触摸面板式的显示器。但是，输入装置25b并不局限于触摸面板，也可以包含硬键。

控制器26被编程为基于取得的数据控制作业车辆1。控制器26例如包含CPU等处理装置(处理器)。控制器26从操作装置25a与输入装置25b取得操作信号。注意，控制器26并不局限于一体，也可以分为多个控制器。控制器26通过对行驶装置12或动力传递装置24进行控制而使作业车辆1行驶。控制器26通过对控制阀27进行控制而使刮板18上下移动。控制器26通过对控制阀27进行控制而使刮板18进行倾斜动作。

控制阀27是比例控制阀，由来自控制器26的指令信号控制。控制阀27配置于提升缸19、倾斜缸21等液压促动器和液压泵23之间。控制阀27控制从液压泵23向提升缸19与倾斜缸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，以使刮板18动作。由此，控制提升缸19与倾斜缸21。注意，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具备升程传感器29与倾斜传感器30。升程传感器29检测工作装置13的铅垂方向上的位置，并输出表示工作装置13的铅垂方向上的位置的工作装置位置信号。升程传感器29也可以是检测工作装置13的位移的位移传感器。详细地说，升程传感器29检测提升缸19的行程长度(以下，称作“提升缸长度Llift”)。图3是表示作业车辆1的构成的示意性的侧视图。如图3所示，控制器26基于提升缸长度Llift计算刮板18的提升角θlift。升程传感器29也可以是直接检测工作装置13的旋转角度的旋转传感器。

在图3中，用双点划线示出了工作装置13的基准位置。工作装置13的基准位置是刮板18的板尖在水平的地面上与地面接触的状态下的刮板18的位置。提升角θlift是工作装置13相对于基准位置的角度。

倾斜传感器30检测工作装置13的倾角，并输出表示工作装置13的倾角的工作装置位置信号。倾斜传感器30也可以是检测工作装置13的位移的位移传感器。详细地说，倾斜传感器30检测倾斜缸21的行程长度(以下，称作“倾斜缸长度”)。图4是表示作业车辆1的构成的示意性的主视图。如图4所示，控制器26基于倾斜缸长度计算刮板18的倾角θtilt。倾斜传感器30也可以是直接检测工作装置13的旋转角度的旋转传感器。

如图2所示，控制系统3具备位置传感器31。位置传感器31测定作业车辆1的位置。位置传感器31具备GNSS(Global Navigation Satellite System：全球导航卫星系统)接收机32和IMU 33。GNSS接收机32例如是GPS(Global Positioning System：全球定位系统)用的接收器。例如GNSS接收机32的天线配置于驾驶室14上。GNSS接收机32自卫星接收定位信号，利用定位信号运算天线的位置而生成车身位置数据。控制器26从GNSS接收机32取得车身位置数据。控制器26利用车身位置数据获得作业车辆1的行进方向与车速。

车身位置数据也可以不是天线位置的数据。车身位置数据也可以是表示作业车辆1内或作业车辆1的周边的、与天线的位置关系固定的任意场所的位置的数据。

IMU 33是惯性测量装置(Inertial Measurement Unit)。IMU 33取得车身倾斜角数据。车身倾斜角数据包含车辆前后方向相对于水平方向的角度(俯仰角)以及车辆横向相对于水平方向的角度(侧滚角)。控制器26从IMU 33取得车身倾斜角数据。

控制器26根据提升缸长度Llift、车身位置数据以及车身倾斜角数据运算板尖位置Pb。如图3所示，控制器26基于车身位置数据计算GNSS接收机32的全球坐标。控制器26基于提升缸长度Llift计算提升角θlift。控制器26基于提升角θlift与车身尺寸数据，计算板尖位置Pb相对于GNSS接收机32的本地坐标。

车身尺寸数据存储于存储装置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Pb的本地坐标以及车身倾斜角数据，计算板尖位置Pb的全球坐标。控制器26取得板尖位置Pb的全球坐标作为板尖位置数据。

另外，控制器26根据上述本地坐标系中的倾角θtilt、车身位置数据以及车身倾斜角数据，计算全球坐标系中的倾角。注意，全球坐标系可以是世界坐标系，或者也可以是以工地为基准的坐标系。本地坐标系是以作业车辆1为基准的坐标系。

存储装置28例如包含存储器与辅助存储装置。存储装置28例如可以是RAM或ROM等。存储装置28也可以是半导体存储器或硬盘等。存储装置28是非暂时性的(non-transitory)能够由计算机读取的记录介质的一个例子。存储装置28记录有能够由处理器执行并用于控制作业车辆1的计算机指令。

存储装置28存储有设计地形数据与工地地形数据。设计地形数据表示最终设计地形。最终设计地形是工地表面的最终的目标形状。设计地形数据例如是三维数据形式的土木施工图。工地地形数据表示工地的广域的地形。工地地形数据例如是三维数据形式的现状地形测量图。工地地形数据例如能够通过航空激光测量获得。

控制器26取得现状地形数据。现状地形数据表示工地的现状地形。工地的现状地形是沿着作业车辆1的行进方向的区域的地形。通过控制器26的运算，根据工地地形数据、从上述的位置传感器31获得的作业车辆1的位置和行进方向取得现状地形数据。现状地形数据也可以通过由车载的激光雷达

(LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging)等对现状地形进行的测距来取得。

控制器26基于现状地形数据、设计地形数据以及板尖位置数据，自动地控制工作装置13。注意，工作装置13的自动控制可以是与操作人员的手动操作配合进行的半自动控制。或者，工作装置13的自动控制也可以是在没有操作人员的手动操作的情况下进行的全自动控制。作业车辆1的行驶也可以由控制器26自动地控制。例如，作业车辆1的行驶控制可以是在没有操作人员的手动操作的情况下进行的全自动控制。或者，行驶控制也可以是与操作人员的手动操作配合进行的半自动控制。或者，作业车辆1的行驶也可以通过操作人员的手动操作来进行。

以下，对由控制器26执行的、挖掘中的作业车辆1的自动控制进行说明。控制器26在满足规定的开始条件时，开始自动控制。规定的开始条件例如可以是控制器26从操作装置25a接收到了表示工作装置13的下降操作的操作信号。或者，规定的开始条件也可以是控制器26从输入装置25b接收到了表示自动控制的开始指令的操作信号。

图5是表示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取得当前位置数据。这里，控制器26如上述那样，取得刮板18的当前的板尖位置Pb。

在步骤S102中，控制器26取得设计地形数据。如图6所示，设计地形数据包含作业车辆1的行进方向上的多个参照点Pn(n＝0，1，2，3，...，A)处的最终设计地形60的高度Zdesign。多个参照点Pn表示沿着作业车辆1的行进方向各隔开规定间隔的多个地点。多个参照点Pn位于刮板18的行进路径上。注意，在图6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取得现状地形数据。控制器26根据由存储装置28获得的工地地形数据和由位置传感器31获得的车身11的位置数据以及行进方向数据，通过运算取得现状地形数据。

现状地形数据是表示位于作业车辆1的行进方向的地形的信息。图6示出了现状地形50的剖面。注意，在图6中，纵轴表示地形的高度，横轴表示作业车辆1的行进方向上的距当前位置的距离。

详细地说，现状地形数据包含作业车辆1的行进方向上的、从当前位置到规定的地形识别距离dA为止的多个参照点Pn处的现状地形50的高度Zn。在本实施方式中，当前位置是基于作业车辆1的当前的板尖位置Pb确定的位置。但是，当前位置也可以基于作业车辆1的其他部分的当前位置而确定。多个参照点各隔开规定间隔、例如1m排列。

在步骤S104中，控制器26决定目标设计地形数据。目标设计地形数据表示图6中虚线所记载的目标设计地形70。目标设计地形70表示作业中的刮板18的板尖的期望轨迹。目标设计地形70是作为作业对象的地形的目标轮廓，表示作为挖掘作业的结果所期望的形状。如图6所示，控制器26决定至少一部分比现状地形50靠下方的目标设计地形70。

注意，控制器26以不向下方超越最终设计地形60的方式决定目标设计地形70。因而，控制器26在挖掘作业时决定位于最终设计地形60以上、并且比现状地形50靠下方的目标设计地形70。

在步骤S105中，控制器26按照目标设计地形70控制工作装置13。控制器26生成对工作装置13的指令信号，以使刮板18的板尖位置Pb按照目标设计地形70移动。生成的指令信号被输入到控制阀27。由此，刮板18的板尖位置Pb朝向目标设计地形70移动。

在步骤S106中，控制器26更新工地地形数据。控制器26通过表示板尖位置Pb的最新轨迹的位置数据更新工地地形数据。工地地形数据的更新可以随时进行。或者，控制器26也可以根据车身位置数据与车身尺寸数据计算履带16的底面的位置，并通过表示履带16的底面的轨迹的位置数据更新工地地形数据。在该情况下，工地地形数据的更新可以即时进行。

或者，工地地形数据也可以根据由作业车辆1的外部的测量装置测量出的测量数据来生成。作为外部的测量装置，例如可以使用航空激光测量。或者，也可以利用照相机拍摄现状地形50，并通过由照相机获得的图像数据生成工地地形数据。例如，也可以使用基于UAV(Unmanned Aerial Vehicle：无人机)的航拍测量。在外部的测量装置或者照相机的情况下，工地地形数据的更新也可以每隔规定周期进行或随时进行。

通过重复以上的处理，以使现状地形50接近最终设计地形60的方式进行挖掘。

接下来，详细地说明用于决定目标设计地形70的处理。图7是表示用于决定目标设计地形70的处理的流程图。如图7所示，在步骤S201中，控制器26决定开始点S0。如图8所示，控制器26将开始自动控制时刻的从板尖位置Pb向前方为规定距离L1的位置决定为开始点S0。规定距离L1被保存于存储装置28。规定距离L1也可以能够通过输入装置25b设定。

在步骤S202中，控制器26基于现状地形数据，决定多个划分点An(n＝1，2，...)。如图8所示，控制器26利用划分点An将现状地形50划分为多个分区。划分点An是现状地形50上的各间隔规定间隔L2的地点。规定间隔L2例如是3m。但是，规定间隔L2可以比3m小，也可以比3m大。规定间隔L2被保存于存储装置28。规定间隔L2也可以能够通过输入装置25b设定。控制器26从开始点S0起在作业车辆1的行进方向上将每隔规定间隔L2的多个地点决定为划分点An。

在步骤S203中，控制器26使现状地形数据平滑化。控制器26通过线性插值，使现状地形数据平滑化。详细地说，如图9所示，控制器26通过用连接各划分点An的直线替换现状地形50，从而使现状地形数据平滑化。

在步骤S204中，控制器26决定目标深度L3。控制器26根据由输入装置25b设定的控制模式决定目标深度L3。例如，操作人员能够利用输入装置25b选择第一模式、第二模式、第三模式中的某一个。第一模式是负荷最大的控制模式，第三模式是负荷最小的控制模式。第二模式是负荷在第一模式与第三模式之间的控制模式。

各模式所对应的目标深度L3被保存于存储装置28。控制器26在第一模式中将第一目标深度选择为目标深度L3，在第二模式中将第二目标深度选择为目标深度L3，在第三模式中将第三目标深度选择为目标深度L3。第一目标深度比第二目标深度大。第二目标深度比第三目标深度大。注意，目标深度L3也可以能够由输入装置25b任意地设定。

在步骤S205中，控制器26决定多个基准点。如图10所示，控制器26将使开始点S0的前方第一个划分点A1和前方第二个划分点A2分别向下方位移目标深度L3后的地点分别决定为基准点B1、B2。

在步骤S206中，控制器26决定多个基准地形。如图10所示，控制器26决定第一基准地形C1与第二基准地形C2。第一基准地形C1由将开始点S0和其前方第一个基准点B1连结的直线表示。第二基准地形C2由将开始点S0和其前方第二个基准点B2连结的直线表示。

在步骤S207中，控制器26决定目标设计地形70。控制器26按照由多个划分点An划分的分区的每一个决定目标设计地形70。如图11所示，控制器26以通过第一基准地形C1与第二基准地形C2之间的方式决定第一目标设计地形70_1。第一目标设计地形70_1是开始点S0和其前方第一个划分点A1之间的分区中的目标设计地形70。

详细地说，控制器26计算出第一基准地形C1与第二基准地形C2的平均角度。平均角度是第一基准地形C1相对于水平方向的角度和第二基准地形C2相对于水平方向的角度的平均值。控制器26将相对于水平方向以平均角度倾斜的直线决定为第一目标设计地形70_1。

在如以上那样决定了第一目标设计地形70_1后，控制器26根据上述步骤S105的处理，如图12所示那样按照第一目标设计地形70_1控制工作装置13。

在步骤S208中，控制器26决定下一个开始点S1。下一个开始点S1是下一个目标设计地形70、即第二目标设计地形70_2的开始点。第二目标设计地形70_2是下一个开始点S1和其前方第一个划分点A2之间的分区中的目标设计地形70。如图13所示，接下来的开始点S1是第一目标设计地形70_1的结束位置，位于划分点A1的铅垂下方。

控制器26在决定了下一个开始点S1后，重复步骤S205至步骤S207的处理，从而决定第二目标设计地形70_2。控制器26在按照第一目标设计地形70_1的作业中，决定第二目标设计地形70_2。

详细地说，如图13所示，控制器26将连结下一个开始点S1和其前方第一个基准点B2的直线决定为下一个第一基准地形C1。另外，控制器26将连结下一个开始点S1和其前方第二个基准点B3的直线决定为下一个第二基准地形C2。并且，根据第一基准地形C1与第二基准地形C2的平均角度决定第二目标设计地形70_2。

若作业车辆1到达了下一个开始点S1，则控制器26根据上述步骤S105的处理，按照第二目标设计地形70_2控制工作装置13。然后，控制器26重复上述处理，从而继续挖掘现状地形50。

注意，在满足规定的结束条件时，控制器26结束上述用于决定目标设计地形70的处理。规定的结束条件例如是工作装置13所保持的材料的量达到了规定的上限值。若满足规定的结束条件，则控制器26以沿着现状地形50的方式控制工作装置13。由此，能够顺畅地运输挖掘出的材料。

接下来，在上述自动控制中，对有操作人员对工作装置13的手动操作介入时的处理进行说明。图14是表示手动操作介入时的处理的流程图。图15是表示作业车辆1、最终设计地形60、现状地形50以及目标设计地形70的主视图。注意，目标设计地形70的车宽方向的大小可以基于工作装置13的车宽方向上的尺寸来决定。或者，目标设计地形70的车宽方向的大小也可以利用输入装置25b进行设定。

在步骤S301中，控制器26决定目标倾角。控制器26根据最终设计地形60决定目标倾角的初始值。详细地说，如图15所示，控制器26以使刮板18与最终设计地形60平行的方式决定目标倾角的初始值。在自动控制开始时，控制器26将上述的初始值决定为目标倾角。例如如图15所示，在最终设计地形60在车宽方向上相对于水平方向以角度θ1倾斜时，控制器26以刮板18相对于水平方向的倾角θtilt成为θ1的方式决定目标倾角。

在步骤S302中，控制器26以在步骤S301中决定的目标倾角决定目标设计地形70。在目标倾角被设定为初始值的情况下，控制器26如图15所示那样，以在车宽方向上与最终设计地形60平行地的方式决定目标设计地形70。即使现状地形50相对于最终设计地形60倾斜，控制器26也与最终设计地形60一致地决定目标设计地形70。如图15所示，在最终设计地形60在车宽方向上相对于水平方向以角度θ1倾斜时，控制器26决定在车宽方向上相对于水平方向以角度θ1倾斜的目标设计地形70。注意，通过上述步骤S201至S208的处理，决定目标设计地形70在作业车辆1的行进方向上的形状。

若如以上那样决定了目标设计地形70，则控制器26根据上述步骤S105的处理，按照目标设计地形70控制刮板18。控制器26如图15所示，一边将刮板18的倾角θtilt维持为目标倾角，一边按照目标设计地形70控制刮板18。例如，控制器26如图15所示，一边将刮板18的倾角θtilt维持为目标倾角，一边按照图12所示的第一目标设计地形70_1控制刮板18。

在步骤S303中，控制器26判定手动操作是否已完成。控制器26在从操作装置25a接收到了表示使刮板18倾斜动作的操作的操作信号时，判定为手动操作已完成。在手动操作已完成时，处理进入步骤S304。

在步骤S304中，控制器26取得通过手动操作变更后的倾角θtilt。控制器26可以通过来自倾斜传感器30的检测信号取得变更后的倾角θtilt。或者，控制器26也可以通过来自操作装置25a的操作信号取得变更后的倾角θtilt。

在步骤S305中，控制器26修正目标倾角。控制器26根据变更后的倾角θtilt修正目标倾角。控制器26也可以与变更后的倾角θtilt一致地修正目标倾角。

在步骤S306中，控制器26以修正后的目标倾角决定目标设计地形70。如图16所示，控制器26在车宽方向上以与刮板18平行的方式决定目标设计地形70。

注意，在图15以及图16所示的例子中，在车宽方向上，最终设计地形60相对于水平方向以角度θ1倾斜。但是，如图17所示，当最终设计地形60在车宽方向上为水平时，控制器26在步骤S301中以使刮板18为水平的方式决定目标倾角，在步骤S302中以在车宽方向上成为水平的方式决定目标设计地形70。并且，如图18所示，若通过手动操作变更了倾角θtilt，则控制器26在步骤S305中与变更后的倾角θtilt一致地修正目标倾角，在步骤S306中以在车宽方向上与刮板18平行的方式决定目标设计地形70。

在步骤S307中，控制器26判定目标设计地形70是否超越了最终设计地形60。控制器26在目标设计地形70的至少一部分超越最终设计地形60时，使处理进入步骤S308。

在步骤S308中，控制器26以使目标设计地形70不超越最终设计地形60的方式修正目标设计地形70。例如如图19所示，在目标设计地形70的侧端70a向下方超越了最终设计地形60时，控制器26如图20所示那样以使目标设计地形70的侧端70a处于最终设计地形60的高度以上的方式修正目标倾角。或者，如图21所示，控制器26也可以以使目标设计地形70与最终设计地形60平行的方式修正目标倾角。

如以上那样，控制器26在操作人员通过手动操作变更了刮板18的倾角θtilt时，与变更后的倾角θtilt一致地决定目标设计地形70。但是，在目标设计地形70的至少一部分超越最终设计地形60时，以使目标设计地形70不超越最终设计地形60的方式修正目标倾角。即，控制器26在目标设计地形70的至少一部分超越最终设计地形60时，相比于与操作装置25a的操作相应的目标倾角的修正，优先地以使目标设计地形70不超越最终设计地形60的方式修正目标倾角。

在以上说明的本实施方式的作业车辆1的控制系统3中，控制器26按照目标设计地形70使工作装置13动作。因此，在最终设计地形60还处于较深的位置的情况下，按照比最终设计地形60靠上方的目标设计地形70进行工作装置13的挖掘。因此，可抑制对工作装置13的负荷过度变大。另外，可抑制急速地使工作装置13上下的情况。由此，能够使作业车辆1进行高效并且完工品质好的作业。

若操作人员对工作装置13的手动操作介入到自动控制中，则控制器26根据变更后的倾角θtilt修正目标倾角，按照修正后的目标倾角决定目标设计地形70。因此，能够在自动控制中反映操作人员的意思。

以上说明了本发明的一实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

作业车辆1并不局限于推土机，也可以是轮式装载机、机动平地机、液压挖掘机等其他车辆。

作业车辆1也可以是能够远程操纵的车辆。在该情况下，也可以将控制系统3的一部分配置于作业车辆1的外部。例如，可以将控制器26配置于作业车辆1的外部。控制器26也可以配置于远离工地的控制中心内。在该情况下，作业车辆1也可以是不具备驾驶室14的车辆。

作业车辆1也可以是由电动马达驱动的车辆。在该情况下，电源可以配置于作业车辆1的外部。从外部被供给电源的作业车辆1也可以是不具备内燃发动机以及发动机室的车辆。

控制器26也可以具有相互独立的多个控制器26。例如如图22所示，控制器26也可以包含配置于作业车辆1的外部的遥控器261和搭载于作业车辆1的车载控制器262。遥控器261与车载控制器262也可以能够经由通信装置38、39以无线方式进行通信。并且，也可以是上述控制器26的功能的一部分由遥控器261执行，其余的功能由车载控制器262执行。例如也可以是，决定目标设计地形70与作业顺序的处理由遥控器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25a以及输入装置25b也可以配置于作业车辆1的外部。在该情况下，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25a以及输入装置25b。

现状地形50并不局限于上述位置传感器31，也可以由其他装置取得。例如如图23所示，也可以由接收来自外部装置的数据的接口装置37取得现状地形50。接口装置37也可以通过无线方式接收外部的测量装置41测量到的现状地形50数据。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测量装置41测量到的现状地形50数据。

目标设计地形70的决定方法并不局限于上述的实施方式，也可以变更。例如在上述的实施方式中，基于从开始点起的前两个基准点决定了目标设计地形70。但是，也可以基于从开始点起的前三个或三个以上的基准点来决定目标设计地形70。

在上述的实施方式中，控制器26基于第一基准地形C1与第二基准地形C2的平均角度决定了目标设计地形70。但是，控制器26并不局限于平均角度，也可以通过对第一基准地形C1的角度与第二基准地形C2的角度实施加权等处理来决定目标设计地形70。

在上述的实施方式中，控制器26在按照第一目标设计地形70_1的作业中在到达下一个开始点S1前决定了第二目标设计地形70_2。但是，控制器26也可以在到达了下一个开始点S1时决定第二目标设计地形70_2。

或者，控制器26也可以通过其他方法决定目标设计地形70。控制器26也可以通过使现状地形50沿铅垂方向位移来决定目标设计地形70。例如如图24所示，控制器26也可以通过使现状地形50沿铅垂方向位移目标位移dz的大小来决定目标设计地形70。目标位移dz可以根据作业车辆1的机械能力或作业车辆1所承受的负荷等参数决定。目标位移dz也可以由输入装置25b设定。

在上述的实施方式中，控制器26与最终设计地形60一致地决定目标倾角的初始值。但是，控制器26也可以不基于最终设计地形60地决定目标倾角的初始值。例如，控制器26也可以将预先设定的值设为目标倾角的初始值。或者，也可以是，目标倾角的初始值能够由输入装置25b任意地设定。

控制器26也可以以在全球坐标系中将刮板18的倾角θtilt维持为目标倾角的方式控制工作装置13。即，如图25的(A)所示，控制器26也可以以将刮板18相对于水平方向X_global的倾角θtilt维持为目标倾角的方式控制工作装置13。在该情况下，如图25的(B)所示，即使现状地形50倾斜，使得作业车辆1在车宽方向上为倾斜姿态，也可在全球坐标系中将刮板18的姿态维持为一定。

但是，控制器26也可以以在作业车辆1的本地坐标系中将刮板18的倾角θtilt维持为目标倾角的方式控制工作装置13。即，如图26的(A)所示，控制器26也可以以将刮板18相对于以作业车辆1为基准的车宽方向X_vehicle的倾角θtilt维持为目标倾角的方式控制工作装置13。在该情况下，如图26的(B)所示，即使现状地形50倾斜，使得作业车辆1在车宽方向上为倾斜姿态，也可将刮板18相对于作业车辆1的姿态维持为一定。

控制器26也可以能够切换在全球坐标系中将刮板18的倾角θtilt维持为目标倾角的第一倾角控制与在作业车辆1的本地坐标系中将刮板18的倾角θtilt维持为目标倾角的第二倾角控制。例如，控制器26也可以根据输入装置25b的操作切换第一倾角控制与第二倾角控制。

也可以是，若作业车辆1的行进方向反转，则控制器26以一边维持目标倾角相对于车身11的绝对值一边使目标倾角左右反转的方式控制工作装置13。例如，在作业车辆1从图27的(A)的纸面中的跟前朝向里侧(去路)行驶之后，使行进方向反转，从图27的(B)的纸面中的里侧朝向跟前(回路)行驶。

在该情况下，如图27的(A)所示，控制器26在去路中以将倾角θtilt相对于车身11维持为左低右高的目标倾角的方式控制工作装置13。并且，如图27的(B)所示，控制器26在回路中以一边维持目标倾角的绝对值一边将倾角θtilt相对于车身11维持为右低左高的目标倾角的方式控制工作装置13。由此，全球坐标系中的刮板18的姿态得以维持。

也可以是，控制器26以即使作业车辆1的行进方向反转也维持相对于车身11的目标倾角的方式控制工作装置13。例如，在作业车辆1从图28的(A)的纸面中的跟前朝向里侧(去路)行驶之后，使行进方向反转，从图28的(B)的纸面中的里侧朝向跟前(回路)行驶。

在该情况下，如图28的(A)所示，控制器26在去路中以将倾角θtilt相对于车身11维持为左低右高的目标倾角的方式控制工作装置13。并且，如图28的(B)所示，控制器26在回路中也以将倾角θtilt相对于车身11维持为左低右高的目标倾角的方式控制工作装置13。

也可以是，控制器26能够切换在作业车辆1的行进方向反转时一边维持相对于车身11的目标倾角的绝对值一边使目标倾角左右反转的第一倾角控制与即使作业车辆1的行进方向反转也维持相对于车身11的目标倾角的第二倾角控制。例如，控制器26也可以根据输入装置25b的操作来切换第一倾角控制与第二倾角控制。

在上述的实施方式中，控制器26在目标设计地形70的至少一部分超越最终设计地形60时以使目标设计地形70不超越最终设计地形60的方式修正了目标倾角。但是，控制器26也可以通过其他方法将目标设计地形70修正为不超越最终设计地形60。例如如图29所示，控制器26也可以向上方修正目标设计地形70的位置，以使目标设计地形70不超越最终设计地形60。

工业实用性

根据本发明，能够通过自动控制使作业车辆进行高效并且完工品质好的作业。

附图标记说明

3 控制系统

13 工作装置

25a 操作装置

26 控制器

50 现状地形

60 最终设计地形

70 目标设计地形

Claims (20)

1.一种作业车辆的控制系统，该作业车辆的控制系统是具有工作装置的作业车辆的控制系统，其中，具备：

操作装置，其输出表示操作人员的操作的操作信号；以及

控制器，其与所述操作装置进行通信，并控制所述工作装置；

所述控制器决定表示目标形状的目标设计地形，生成使所述工作装置按照所述目标设计地形动作的指令信号，并在通过所述操作装置的操作变更了所述工作装置的倾角时，根据变更后的所述倾角修正所述工作装置的倾角，

根据初始的目标倾角决定所述目标设计地形，在通过手动操作变更了所述倾角时，取得通过手动操作变更的所述倾角，与变更的所述倾角一致地修正所述目标倾角，基于修正的所述目标倾角决定所述目标设计地形。

2.根据权利要求1所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制器生成使所述工作装置以所述目标倾角按照所述目标设计地形动作的指令信号，并在通过所述操作装置的操作变更了所述工作装置的倾角时，根据变更后的所述倾角修正所述目标倾角。

3.根据权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制器取得表示最终的目标形状的最终设计地形，并根据所述最终设计地形决定所述目标倾角的初始值。

4.根据权利要求3所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制器以使所述工作装置与所述最终设计地形平行的方式决定所述目标倾角的初始值。

5.根据权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制器以在全球坐标系中将所述工作装置的倾角维持为所述目标倾角的方式控制所述工作装置。

6.根据权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制器以在所述作业车辆的本地坐标系中将所述工作装置的倾角维持为所述目标倾角的方式控制所述工作装置。

7.根据权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其中，

所述控制器即使所述作业车辆的行进方向反转也维持所述目标倾角。

8.根据权利要求2所述的作业车辆的控制系统，其中，

若所述作业车辆的行进方向反转，则所述控制器一边维持所述目标倾角的绝对值，一边在左右使所述目标倾角反转。

9.一种为了控制具有工作装置的作业车辆而由控制器执行的方法，其中，具备：

决定表示目标形状的目标设计地形；

生成使所述工作装置按照所述目标设计地形动作的指令信号；

从操作装置接收表示操作人员的操作的操作信号；以及

在通过所述操作装置的操作变更了所述工作装置的倾角时，根据变更后的所述倾角修正所述工作装置的倾角，

根据初始的目标倾角决定所述目标设计地形，在通过手动操作变更了所述倾角时，取得通过手动操作变更的所述倾角，与变更的所述倾角一致地修正所述目标倾角，基于修正的所述目标倾角决定所述目标设计地形。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，

生成使所述工作装置动作的指令信号包含：生成使所述工作装置以所述目标倾角按照所述目标设计地形动作的指令信号，

修正所述工作装置的倾角包含：在通过所述操作装置的操作变更了所述工作装置的倾角时，根据变更后的所述倾角修正所述目标倾角。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，还具备：

取得表示最终的目标形状的最终设计地形；以及

根据所述最终设计地形决定所述目标倾角的初始值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，

决定所述目标倾角的初始值包含：以使所述工作装置与所述最终设计地形平行的方式决定所述目标倾角的初始值。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，

控制所述工作装置包含：以在全球坐标系中将所述工作装置的倾角维持为所述目标倾角的方式控制所述工作装置。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，

控制所述工作装置包含：以在所述作业车辆的本地坐标系中将所述工作装置的倾角维持为所述目标倾角的方式控制所述工作装置。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，

控制所述工作装置包含：即使所述作业车辆的行进方向反转，也维持所述目标倾角。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，

控制所述工作装置包含：若所述作业车辆的行进方向反转，则一边维持所述目标倾角的绝对值，一边在左右使所述目标倾角反转。

17.一种作业车辆，其中，具备：

工作装置；

操作装置，其输出表示操作人员的操作的操作信号；以及

控制器，其与所述操作装置进行通信，并控制所述工作装置；

所述控制器决定表示目标形状的目标设计地形，生成使所述工作装置按照所述目标设计地形动作的指令信号，在通过所述操作装置的操作变更了所述工作装置的倾角时，根据变更后的所述倾角修正所述工作装置的倾角，

根据初始的目标倾角决定所述目标设计地形，在通过手动操作变更了所述倾角时，取得通过手动操作变更的所述倾角，与变更的所述倾角一致地修正所述目标倾角，基于修正的所述目标倾角决定所述目标设计地形。

18.根据权利要求17所述的作业车辆，其中，

所述控制器生成使所述工作装置以所述目标倾角按照所述目标设计地形动作的指令信号，在通过所述操作装置的操作变更了所述工作装置的倾角时，根据变更后的所述倾角修正所述目标倾角。

19.根据权利要求18所述的作业车辆，其中，

所述控制器取得表示最终的目标形状的最终设计地形，根据所述最终设计地形决定所述目标倾角的初始值。

20.根据权利要求19所述的作业车辆，其中，

所述控制器以使所述工作装置与所述最终设计地形平行的方式决定所述目标倾角的初始值。

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