CN111971437B - 推土铲控制装置及推土铲控制方法 - Google Patents

Abstract

推土铲控制装置包括：设计面获取部，获取表示以由作业车辆的车身支承的推土铲进行挖掘的挖掘对象的目标形状的设计面，该设计面包括存在于作业车辆的前方的第一面以及配置于第一面下方并在其与第一面的前端部之间形成有高度差的第二面；车身角度获取部，获取表示车身的前后方向上的倾斜角度的观测俯仰角度；特定部位高度计算部，在车身的至少一部分定位于第一面且推土铲定位于第二面的上方的状态下，计算表示作业车辆的特定部位与第二面在高度方向上的距离的特定部位高度；校正俯仰角度计算部，基于特定部位高度校正观测俯仰角度，计算车身的校正俯仰角度；目标缸速度计算部，基于校正俯仰角度，计算用于调整推土铲的高度的液压缸的目标缸速度。

Description

推土铲控制装置及推土铲控制方法

技术领域

本发明涉及推土铲控制装置及推土铲控制方法。

背景技术

具有推土铲的作业车辆被用于对挖掘对象进行挖掘或者地面平整。现提案有使推土铲沿着设计面的作业车辆。设计面是指挖掘对象的目标形状。

专利文献1：WO/2015/083469

发明内容

推土铲由液压系统驱动。液压系统基于从推土铲控制装置输出的控制指令进行驱动。有时候设计面由坡度不同的多个面构成。在推土铲通过坡度不同的面的边界时，若发生控制延迟，推土铲可能会无法完全沿着设计面。其结果，推土铲可能会超过设计面对挖掘对象进行挖掘，而无法将挖掘对象挖掘成所需的形状。

本发明的实施方式的目的在于：将挖掘对象挖掘成所需的形状。

根据本发明的实施方式，提供了一种推土铲控制装置，其包括：设计面获取部，其获取表示以由作业车辆的车身支承的推土铲进行挖掘的挖掘对象的目标形状的设计面，该设计面包括存在于上述作业车辆的前方的第一面、以及配置于上述第一面下方并在其与上述第一面的前端部之间形成有高度差的第二面；车身角度获取部，其获取表示上述车身的前后方向上的倾斜角度的观测俯仰角度；特定部位高度计算部，其在上述车身的至少一部分定位于上述第一面且上述推土铲定位于上述第二面的上方的状态下，计算表示上述作业车辆的特定部位与上述第二面在高度方向上的距离的特定部位高度；校正俯仰角度计算部，其基于上述特定部位高度来校正上述观测俯仰角度，计算上述车身的校正俯仰角度；以及目标缸速度计算部，其基于上述校正俯仰角度，来计算用于调整上述推土铲的高度的液压缸的目标缸速度。

依据本发明的实施方式，能够将挖掘对象挖掘成所需的形状。

附图说明

图1为表示本实施方式涉及的作业车辆的图。

图2为示意性地表示本实施方式涉及的作业车辆的图。

图3为表示本实施方式涉及的推土铲控制装置的功能框图。

图4为用于说明本实施方式涉及的基于目标高度计算部进行的目标高度的计算处理的图。

图5为示意性地表示本实施方式涉及的设计面的图。

图6为用于说明本实施方式涉及的特定部位高度的图。

图7为表示本实施方式涉及的推定用表的图。

图8为表示本实施方式涉及的推定用表的图。

图9为表示本实施方式涉及的推土铲控制方法的流程图。

图10为示意性地表示对比例涉及的作业车辆的动作的图。

图11为示意性地表示本实施方式涉及的作业车辆的动作的图。

图12为表示本实施方式涉及的计算机系统的框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明涉及的实施方式进行说明，但本发明并不限于此。以下说明的实施方式的组成要素能够适当地进行组合。此外，有时也可以省略部分组成要素。

在以下的说明中，规定全局坐标系及局部坐标系，对各部分的位置关系进行说明。全局坐标系是指以固定于地球的原点为基准的坐标系。全局坐标系是由GNSS(GlobalNavigation Satellite System)规定的坐标系。GNSS是指全球导航卫星系统。作为全球导航卫星系统的一例，可举出GPS(Global Positioning System，全球定位系统)。GNSS具有多颗定位卫星。GNSS对由纬度、经度、以及高度的坐标数据规定的位置进行检测。局部坐标系是指以固定在作业车辆1的车身2的原点为基准的坐标系。在局部坐标系中规定上下方向、左右方向、以及前后方向。如后文所述，作业车辆1具有：设置有座椅13及操作装置14的车身2、以及包括驱动轮15及履带17的行驶装置3。上下方向是指与履带17的触地面正交的方向。上下方向与作业车辆1的高度方向同义。左右方向是指与驱动轮15的旋转轴平行的方向。左右方向与作业车辆1的车宽方向同义。前后方向是指与左右方向及上下方向正交的方向。

上方是指上下方向中的一个方向，即远离履带17的触地面的方向。下方是指上下方向中的上方的反方向，即接近履带17的触地面的方向。左方是指左右方向中的一个方向，即以以正对操作装置14的方式落座于座椅13的作业车辆1的驾驶员为基准的左侧的方向。右方是指左右方向中的左方的反方向，即以落座于座椅13的作业车辆1的驾驶员为基准的右侧的方向。前方是指前后方向中的一个方向，即从座椅13朝向操作装置14的方向。后方是指前后方向中的前方的反方向，即从操作装置14朝向座椅13的方向。

此外，上部是指在上下方向上部件或者空间的上侧的部分，即远离履带17的触地面的部分。下部是指在上下方向上部件或者空间的下侧的部分，即靠近履带17的触地面的部分。左部是指以落座于座椅13的作业车辆1的驾驶员为基准时部件或者空间的左侧的部分。右部是指以落座于座椅13的作业车辆1的驾驶员为基准时部件或者空间的右侧的部分。前部是指在前后方向上部件或者空间的前侧的部分。后部是指在前后方向上部件或者空间的后侧的部分。

作业车辆

图1为表示本实施方式涉及的作业车辆1的图。图2为示意性地表示本实施方式涉及的作业车辆1的图。在本实施方式中，作业车辆1为推土机。作业车辆1包括：车身2、行驶装置3、作业机4、液压缸5、位置传感器6、倾斜传感器7、速度传感器8、动作量传感器9、以及推土铲控制装置10。

车身2具有驾驶室11与发动机室12。发动机室12配置于驾驶室11的前方。在驾驶室11配置有供驾驶员落座的座椅13、以及供驾驶员操作的操作装置14。操作装置14包括：用于操作作业机4的作业杆、以及用于操作行驶装置3的行驶杆。

行驶装置3支承车身2。行驶装置3具有：称作链轮的驱动轮15、称作惰轮的引导轮16、以及由驱动轮15及引导轮16支承的履带17。引导轮16配置于驱动轮15的前方。驱动轮15通过如液压马达那样的驱动源产生的动力进行驱动。驱动轮15通过对操作装置14的行驶杆的操作而旋转。通过驱动轮15旋转而履带17旋转，由此，作业车辆1行驶。

作业机4被车身2支承为能够移动。作业机4具有升降架18与推土铲19。

升降架18被车身2支承为能够以在车宽方向上延伸的旋转轴AX为中心在上下方向上转动。升降架18通过球状关节部20、俯仰支承连杆21、以及支柱部22，支承推土铲19。

推土铲19配置于车身2的前方。推土铲19具有：与球状关节部20相接的万向接头23、以及与俯仰支承连杆21相接的俯仰接头24。推土铲19通过升降架18，被车身2支承为能够移动。推土铲19与升降架18在上下方向上的转动连动地，在上下方向上移动。

推土铲19具有齿尖19P。齿尖19P配置于推土铲19的下端部。在挖掘作业或者地面平整作业中，齿尖19P对挖掘对象进行挖掘。

液压缸5产生使作业机4移动的动力。液压缸5包括：升降缸25、回转缸26、以及侧倾缸27。

升降缸25为使推土铲19在上下方向(升降方向)上能够移动的液压缸5。升降缸25能够调整表示上下方向上的推土铲19的位置的推土铲19的高度。升降缸25分别与车身2及升降架18连接。通过升降缸25的伸缩，升降架18及推土铲19以旋转轴AX为中心在上下方向上移动。

回转缸26为使推土铲19在旋转方向(回转方向)上能够移动的液压缸5。回转缸26分别与升降架18及推土铲19连接。通过回转缸26的伸缩，推土铲19以旋转轴BX为中心转动。旋转轴BX穿过万向接头23的旋转轴与俯仰接头24的旋转轴。

侧倾缸27为使推土铲19在旋转方向(侧倾方向)上能够移动的液压缸5。侧倾缸27与升降架18的支柱部22及推土铲19的右上端部连接。通过侧倾缸27的伸缩，推土铲19以旋转轴CX为中心转动。旋转轴CX穿过球状关节部20与俯仰支承连杆21的下端部。

位置传感器6检测作业车辆1的车身2的位置。位置传感器6包括GPS接收器，检测在全局坐标系中车身2的位置。位置传感器6的检测数据包括表示车身2的绝对位置的车身位置数据。

倾斜传感器7检测车身2相对于水平面的倾斜角度。倾斜传感器7的检测数据包括表示车身2的倾斜角度的车身角度数据。倾斜传感器7包括惯性测量装置(IMU：InertialMeasurement Unit)。

速度传感器8检测行驶装置3的行驶速度。速度传感器8的检测数据包括表示行驶装置3的行驶速度的行驶速度数据。

动作量传感器9检测液压缸5的动作量。液压缸5的动作量包括液压缸5的行程长度。动作量传感器9的检测数据包括表示液压缸5的动作量的动作量数据。动作量传感器9具有：检测液压缸5的缸杆的位置的旋转辊、以及使缸杆的位置回归原点的磁传感器。另外，动作量传感器9也可以是检测作业机4的倾斜角度的角度传感器。此外，动作量传感器9还可以是检测液压缸5的旋转角度的角度传感器。

动作量传感器9分别设置于升降缸25、回转缸26、以及侧倾缸27。动作量传感器9检测升降缸25的行程长度、回转缸26的行程长度、以及侧倾缸27的行程长度。

如图2所示，基于升降缸25的行程长度L，来计算推土铲19的升降角θ。升降角θ是指从作业机4的初始位置起的推土铲19的下降角度。如图2的双点划线所示，作业机4的初始位置是指，推土铲19的齿尖19P与和履带17的触地面平行的规定面接触时的作业机4的位置。升降角θ与规定面和配置于规定面下方的齿尖19P之间的距离(插入深度)相当。通过作业车辆1以将推土铲19的齿尖19P配置于规定面下方的状态前进，来实施基于推土铲19的挖掘作业或者地面平整作业。

推土铲控制装置

图3为表示本实施方式涉及的推土铲控制装置10的功能框图。推土铲控制装置10包括计算机系统。推土铲控制装置10与目标高度生成装置30连接。目标高度生成装置30包括计算机系统。

推土铲控制装置10控制推土铲19的齿尖19P的高度。推土铲控制装置10通过控制使推土铲19在上下方向上能够移动的升降缸25，来控制齿尖19P的高度。

作业车辆1具有控制供给至升降缸25的液压油的流量及方向的控制阀28。推土铲控制装置10通过控制控制阀28，来控制齿尖19P的高度。

控制阀28包括比例控制阀。控制阀28配置于排出用于驱动推土铲19的液压油的液压泵(未图示)与升降缸25之间的油路。液压泵通过控制阀28对升降缸25供给液压油。升降缸25基于由控制阀28控制的液压油来进行驱动。

目标高度生成装置30基于表示挖掘对象的目标形状的设计面IS，来生成表示推土铲19的齿尖19P的目标高度的目标高度数据。齿尖19P的目标高度是指：在局部坐标系中能够使其与设计面IS一致的齿尖19P的位置。

目标高度生成装置

目标高度生成装置30包括：设计面数据存储部31、车辆数据存储部32、数据获取部33、以及目标高度计算部34。

设计面数据存储部31存储表示以推土铲19来挖掘的挖掘对象的目标形状即设计面IS的设计面数据。设计面IS包括表示挖掘对象的目标形状的三维形状数据。设计面IS包括基于例如挖掘对象的目标形状生成的CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)数据，预先存储于设计面数据存储部31。

另外，设计面数据也可以从作业车辆1的外部通过通信线路被发送至目标高度生成装置30。

车辆数据存储部32存储表示作业车辆1的尺寸及形状的车辆数据。作业车辆1的尺寸包括升降架18的尺寸及推土铲19的尺寸。作业车辆1的形状包括推土铲19的形状。车辆数据为从作业车辆1的设计数据或者规格数据能够导出的已知数据，预先存储于车辆数据存储部32。

数据获取部33从位置传感器6获取表示车身2的绝对位置的车身位置数据。数据获取部33从倾斜传感器7获取表示车身2的倾斜角度的车身角度数据。数据获取部33从动作量传感器9获取表示升降缸25的行程长度的动作量数据。

数据获取部33从设计面数据存储部31获取表示设计面IS的设计面数据。数据获取部33从车辆数据存储部32获取表示作业车辆1的尺寸及形状的车辆数据。

目标高度计算部34基于车身位置数据、车身角度数据、动作量数据、车辆数据、以及设计面数据，计算齿尖19P的目标高度。

图4为用于说明本实施方式涉及的基于目标高度计算部34进行的目标高度的计算处理的图。设计面IS规定于全局坐标系中。齿尖19P的目标高度规定于局部坐标系中。

如图4所示，局部坐标系的原点规定于穿过引导轮16的旋转轴而在前后方向上延伸的线La上。局部坐标系的原点为穿过车身2的重心并与线La正交的垂线Lb与线La的交点。此外，通过位置传感器6来检测在全局坐标系中表示车身2的高度的车身高度。在本实施方式中，车身高度为表示线Lb与履带17的触地面的交点的重心投影点的高度。规定有穿过重心投影点而在前后方向上延伸的线Lc。

基于由位置传感器6检测出的车身位置数据与车辆数据来计算车身高度。在局部坐标系中规定地平面高度。地平面高度是指：在局部坐标系的上下方向上线La与线Lc之间的距离。

在升降缸25进行驱动时，与升降缸25的驱动连动地，齿尖19P的位置变化。此外，在车身2倾斜时，与车身2的倾斜连动地，齿尖19P的位置变化。在局部坐标系中规定俯仰旋转高度。俯仰旋转高度是指：与车身2的倾斜连动地变化的齿尖19P的高度。在设车身2的前后方向的倾斜角度为俯仰角度PA、设在前后方向上的重心投影点与齿尖19P之间的距离为W的情况下，俯仰旋转高度以[W·sin(PA)]来表示。

目标高度以与线La垂直并穿过齿尖19P而与设计面相交的线段的长度来表示。在本实施方式中，以车身高度、地平面高度与俯仰旋转高度之和近似地表示目标高度。

如此，目标高度计算部34基于车身位置数据、包括俯仰角度PA的车身角度数据、车辆数据、动作量数据、以及设计面数据，来计算齿尖19P的目标高度。

表示车身2的前后方向上的倾斜角度的俯仰角度PA由倾斜传感器7来检测。在以下的说明中，由倾斜传感器7检测出的车身2的前后方向上的倾斜角度适当地称作观测俯仰角度PA。另外，倾斜传感器7也能够检测车身2的车宽方向上的倾斜角度。

推土铲控制装置

推土铲控制装置10具有：设计面获取部101、拐点位置查找部102、特定部位高度计算部103、目标缸速度计算部104、车身位置获取部105、车身角度获取部106、动作量获取部107、车辆数据获取部108、实际高度计算部109、目标高度获取部110、校正俯仰角度计算部111、目标高度校正部112、微分部115、校正缸速度计算部113、加算部116、以及控制指令输出部114。

设计面获取部101从设计面数据存储部31获取表示设计面IS的设计面数据。

拐点位置查找部102在设计面IS中查找表示存在于作业车辆1的前方的第一面F1的前端部的拐点位置CP。

图5为示意性地表示本实施方式涉及的设计面IS的图。设计面IS有时由不同坡度的多个面构成。在图5所示的示例中，设计面IS包括：存在于作业车辆1的前方的第一面F1、以及配置于第一面F1下方且在其与第一面F1的前端部之间形成有高度差的第二面F2。设计面IS的第一面F1存在于作业车辆1前方，第二面F2存在于第一面F1前方。第一面F1的前端部与第二面F2的后端部由第三面F3连接。第三面F3的上端部与第一面F1的前端部连接。第一面F1与第三面F3形成角部。第三面F3的下端部与第二面F2的后端部连接。拐点位置CP包含第一面F1的前端部与第三面的上端部之间的边界。

在本实施方式中，有高度差是指：在第一面F1与第二面F2通过第三面F3连接的情况下，从第一面F1向第二面F2行驶的作业车辆1的履带17的特定部位与第三面F3不接触的形状。第三面F3在上下方向上的尺寸比履带17的触地面在前后方向上的尺寸短。

第一面F1的坡度与第三面F3的坡度不同。第二面F2的坡度与第三面F3的坡度不同。第一面F1相对于水平面的倾斜角度α小于第三面F3相对于水平面的倾斜角度γ。第二面F2相对于水平面的倾斜角度β小于第三面F3相对于水平面的倾斜角度γ。第一面F1相对于水平面的倾斜角度α可以与第二面F2相对于水平面的倾斜角度β相同，也可以不同。

在图5所示的示例中，第一面F1朝向作业车辆1的前方向下方倾斜。第二面F2朝向作业车辆1的前方向下方倾斜。另外，也可以是第一面F1及第二面F2中的至少一方朝向作业车辆1的前方向上方倾斜。只要第一面F1的前端部配置于第二面F2的后端部上方即可。

拐点位置查找部102基于由设计面获取部101获取到的设计面数据，能够查找表示第一面F1的前端部的拐点位置CP。拐点位置查找部102基于例如从设计面数据导出的倾斜角度α、倾斜角度γ及倾斜角度β之间的关系，能够实施对有无高度差及拐点位置CP的确定。另外，拐点位置查找部102也可以基于第一面F1的前端部与第二面F2的后端部的相对位置，来实施对有无高度差及拐点位置CP的确定。

拐点位置查找部102可以在二维平面中查找拐点位置CP，也可以在三维空间中查找拐点位置CP。在二维平面中查找拐点位置CP时，拐点位置查找部102通过在局部坐标系中穿过齿尖19P而在前后方向上延伸的面与设计面IS的交线上查找第一面F1与第三面F3的交点，能够确定拐点位置CP。在三维空间中查找拐点位置CP时，拐点位置查找部102基于存在于车身2前方的设计面IS相对于车身2的高度数据的变化情况，能够确定拐点位置CP。

在以下的说明中，将相对于水平面的第二面F2的倾斜角度β适当称作设计面俯仰角度β。拐点位置查找部102基于由设计面获取部101获取到的设计面数据，能够确定拐点位置CP的位置及第二面F2的设计面俯仰角度β。

车身位置获取部105从数据获取部33获取表示车身2的位置的车身位置数据。

车身角度获取部106从数据获取部33获取表示车身2的倾斜角度的车身角度数据。如上所述，车身2的倾斜角度包括表示车身2的前后方向上的倾斜角度的观测俯仰角度PA。车身角度获取部106从数据获取部33获取由倾斜传感器7检测出的车身2的观测俯仰角度PA。

动作量获取部107从数据获取部33获取表示使推土铲19能够移动的升降缸25的动作量的动作量数据。

车辆数据获取部108从数据获取部33获取表示作业车辆1的尺寸及形状的车辆数据。

实际高度计算部109基于车身位置数据、车身角度数据、动作量数据、以及车辆数据，来计算表示在局部坐标系中的推土铲19的齿尖19P的实际的高度的实际高度。

实际高度计算部109基于动作量数据，来计算推土铲19的升降角θ。实际高度计算部109基于升降角θ与车辆数据，来计算在局部坐标系中推土铲19的齿尖19P的高度。此外，实际高度计算部109基于局部坐标系的原点与车身位置数据，能够计算在全局坐标系中推土铲19的齿尖19P的高度。

目标高度获取部110从目标高度计算部34获取在目标高度计算部34中基于设计面IS计算出的推土铲19的齿尖19P的目标高度。

特定部位高度计算部103在车身2的至少一部分定位于第一面F1且推土铲19定位于第二面F2的上方的状态下，计算表示作业车辆1的履带17的触地面的特定部位SP与第二面F2在高度方向(上下方向)上的距离的特定部位高度Ha。

图6为用于说明本实施方式涉及的特定部位高度Ha的图。如图6所示，特定部位高度Ha是指：在局部坐标系中规定于履带17的触地面的特定部位SP与第二面F2在上下方向上的距离。

作业车辆1具有前轮即引导轮16、后轮即驱动轮15、以及由引导轮16及驱动轮15支承的履带17。在本实施方式中，特定部位SP规定于履带17的触地面的前部。更加详细地，特定部位SP规定于引导轮16的旋转轴的正下方的履带17的触地面。另外，特定部位SP也可以规定于与引导轮16的旋转轴的正下方的履带17的触地面不同的位置。

特定部位高度计算部103基于拐点位置CP，来计算特定部位高度Ha。例如，当作业车辆1在第一面F1上前进、作业车辆1的重心投影点通过拐点位置CP时，由于重力的作用，车身2的姿态可能会改变为向前方倾倒，直至履带17的触地面的特定部位SP接触到第二面F2。特定部位高度Ha表示：在作业车辆1的重心投影点通过拐点位置CP后，在向前方倾倒时预测的车身2的上下方向上的特定部位SP的位置的变化量。

在本实施方式中，特定部位高度计算部103在于第一面F1上前进的作业车辆1的引导轮16通过拐点位置CP时，开始对特定部位高度Ha的计算。特定部位高度计算部103基于由位置传感器6检测出的车身位置数据与车辆数据，能够判定在第一面F1上前进的作业车辆1的引导轮16是否已通过拐点位置CP。

特定部位高度计算部103基于由倾斜传感器7检测出并由车身角度获取部106获取到的车身2的观测俯仰角度PA、由目标高度获取部110获取到的齿尖19P的目标高度、以及由车辆数据获取部108获取到的车辆数据，来计算特定部位高度Ha。

在图6中，特定部位高度计算部103规定：通过特定部位SP、且与第二面F2平行的虚拟面Fa。此外，特定部位高度计算部103规定：通过履带17的触地面、且与履带17的触地面平行的虚拟面Fb。特定部位高度计算部103基于由倾斜传感器7检测出的观测俯仰角度PA，能够规定虚拟面Fa。特定部位高度计算部103基于车辆数据，能够规定虚拟面Fb。

特定部位高度计算部103计算在局部坐标系中、位于通过齿尖19P的位置的虚拟面Fa与虚拟面Fb在上下方向上的距离H2。

特定部位高度计算部103计算在局部坐标系中、通过原点并在前后方向上延伸的线La与虚拟面Fb在上下方向上的距离H3。特定部位高度计算部103能够基于车辆数据，计算距离H3。

另外，距离H3也可以存储于推土铲控制装置10所具有的存储部。

特定部位高度计算部103从目标高度获取部110获取齿尖19P的目标高度Hr。特定部位高度Ha由(Hr-H3+H2)表示。如上所述，特定部位高度计算部103能够基于车身2的观测俯仰角度PA、齿尖19P的目标高度Hr、以及车辆数据，计算特定部位高度Ha。

校正俯仰角度计算部111基于由特定部位高度计算部103计算出的特定部位高度Ha，来校正车身2的观测俯仰角度PA，计算车身2的校正俯仰角度PAc。

如上所述，目标高度获取部110从目标高度计算部34获取齿尖19P的目标高度。目标高度计算部34基于车身位置数据、包括观测俯仰角度PA的车身角度数据、车辆数据、动作量数据、以及设计面数据，来计算齿尖19P的目标高度。由于例如数据发送延迟等的原因，倾斜传感器7检测出观测俯仰角度PA的时刻与车身角度获取部105获取到观测俯仰角度PA的时刻之间可能会产生时滞。若产生时滞，则车身角度获取部105获取到的观测俯仰角度PA、与车身角度获取部105获取到观测俯仰角度PA时的真实俯仰角度PAr之间，可能会产生误差。真实俯仰角度PAr是指车身2的实际的俯仰角度。如此，由于时滞的原因，车身角度获取部105可能会获取到相对于真实俯仰角度PAr延迟了的、示出与真实俯仰角度PAr不同的值的观测俯仰角度PA。

在本实施方式中，校正俯仰角度计算部111基于由特定部位高度计算部103计算出的特定部位高度Ha、与预先存储的推定用表，来推定观测俯仰角度PA相对于真实俯仰角度PAr的延迟时间。观测俯仰角度PA相对于真实俯仰角度PAr的延迟时间是指：倾斜传感器7检测出观测俯仰角度PA的时刻与车身角度获取部105获取到表示观测俯仰角度PA的观测俯仰角度数据的时刻之间的时滞。

图7为表示本实施方式涉及的推定用表的图。推定用表包括表示特定部位高度Ha与观测俯仰角度PA相对于真实俯仰角度PAr的延迟时间之间的关系的关联数据。推定用表由预备实验或者模拟预先决定，并存储于校正俯仰角度计算部111。如图7所示，特定部位高度Ha越大，延迟时间也越大。特定部位高度Ha越小，延迟时间也越小。

校正俯仰角度计算部111基于由特定部位高度计算部103计算出的特定部位高度Ha、以及如图7所示的推定用表，来推定观测俯仰角度PA相对于真实俯仰角度PAr的延迟时间。

校正俯仰角度计算部111基于每单位时间的观测俯仰角度PA的变化量，来计算车身2的观测俯仰角速度PAv。校正俯仰角度计算部111通过对观测俯仰角度PA进行微分处理，来计算车身2的观测俯仰角速度PAv。

校正俯仰角度计算部111基于延迟时间与观测俯仰角速度PAv，来推定真实俯仰角度PAr，并计算真实俯仰角度PAr与观测俯仰角度PA的误差。校正俯仰角度计算部111基于真实俯仰角度PAr与观测俯仰角度PA的误差、以及观测俯仰角度PA，来计算校正俯仰角度PAc。校正俯仰角度PAc与真实俯仰角度PAr相当。

目标高度校正部112基于由校正俯仰角度计算部111计算出的校正俯仰角度PAc，来校正由目标高度获取部110获取到的齿尖19P的目标高度，并生成推土铲19的齿尖19P的校正目标高度。齿尖19P的校正目标高度是指：在局部坐标系中能够使其与设计面IS的第二面F2一致的齿尖19P的位置。

如上所述，目标高度计算部34基于观测俯仰角度数据等，来计算齿尖19P的目标高度。例如由于运算延迟或者数据发送延迟等原因，在目标高度计算部34基于观测俯仰角度数据而计算出俯仰旋转高度的时刻、基于俯仰旋转高度计算出齿尖19P的目标高度的时刻、以及目标高度获取部110获取到目标高度的时刻之间，可能会发生时滞。若发生时滞，则目标高度获取部110所获取到的齿尖19P的目标高度、与在目标高度获取部110获取到目标高度的时刻真正应该参照的目标高度之间，可能会产生误差。如此，由于时滞的原因，目标高度获取部110可能会获取到相对于真正应该参照的目标高度延迟了的、示出与真正应该参照的目标高度不同的值的目标高度。

在本实施方式中，目标高度校正部112基于考虑到延迟时间而校正过的校正俯仰角度PAc，对由目标高度获取部110获取到的齿尖19P的目标高度进行校正，来生成真正应该参照的校正目标高度。校正目标高度表示为高于目标高度的值。

目标缸速度计算部104基于校正俯仰角度PAc，来计算用于调整推土铲19的齿尖19P的高度的升降缸25的目标缸速度。目标缸速度计算部104根据基于校正俯仰角度PAc而计算出的校正目标高度，来计算升降缸25的目标缸速度。

目标缸速度计算部104计算目标缸速度，以使由实际高度计算部109计算出的推土铲19的齿尖19P的高度、与由目标高度校正部112生成的校正目标高度之间的偏差变小。

微分部115基于由目标高度校正部112生成的齿尖19P的校正目标高度，来计算校正目标高度变化量。

校正缸速度计算部113基于特定部位高度Ha、与由微分部115计算出的校正目标高度变化量，来计算目标缸速度校正值。

在本实施方式中，校正缸速度计算部113基于由特定部位高度计算部103计算出的特定部位高度Ha、与预先存储的校正用表，来计算目标缸速度校正值。

图8为表示本实施方式涉及的校正用表的图。校正用表包括表示特定部位高度Ha与应该对校正目标高度变化量赋予的校正增益之间的关系的关联数据。校正用表考虑到因液压而引起的缸速度的延迟而通过预备实验或者模拟预先决定，并存储于校正缸速度计算部113。如图8所示，特定部位高度Ha越大，校正增益也越大。特定部位高度Ha越小，校正增益也越小。

校正缸速度计算部113基于由特定部位高度计算部103计算出的特定部位高度Ha、以及如图8所示的校正用表，对校正目标高度变化量赋予与特定部位高度Ha对应的校正增益，来计算目标缸速度校正值。校正缸速度表示高于目标缸速度的值。

加算部116将由目标缸速度计算部104计算出的目标缸速度、与由校正缸速度计算部113计算出的目标缸速度校正值相加，来计算校正缸速度。校正缸速度表示高于目标缸速度的值。

升降缸25由液压驱动。因此，相对于目标缸速度，实际的升降缸25的缸速度可能会延迟。加算部116校正目标缸速度，计算校正缸速度，以消除因液压而引起的缸速度的延迟。

控制指令输出部114基于由加算部116计算出的校正缸速度，来向控制阀28输出用于控制推土铲19的齿尖19P的高度的控制指令。从控制指令输出部114输出的控制指令，是用于使升降缸25以校正缸速度进行驱动的控制指令。控制指令输出部114对控制阀28输出控制指令，以使升降缸25以校正缸速度进行驱动。从控制指令输出部114输出的控制指令包括用于对控制阀28进行控制的电流。

推土铲控制方法

接着，对本实施方式涉及的推土铲控制方法进行说明。图9为表示本实施方式涉及的推土铲控制方法的流程图。图9所示的处理以规定的周期来实施。

设计面获取部101从设计面数据存储部31获取设计面IS(步骤S10)。在本实施方式中，在作业车辆1处于前进中的状态下，从目标高度生成装置30向推土铲控制装置10发送在作业车辆1前方的规定范围(例如10米)内的设计面IS。设计面获取部101从设计面数据存储部31获取在作业车辆1前方的规定范围内的设计面IS。设计面获取部101以规定的周期获取随着作业车辆1的前进而变化的作业车辆1前方的规定范围内的设计面IS。

拐点位置查找部102在由设计面获取部101获取到的设计面IS中确定表示第一面F1的前端部的拐点位置CP。此外，拐点位置查找部102确定第二面F2的高度方向的位置及观测俯仰角度β(步骤S20)。

目标高度获取部110获取齿尖19P的目标高度(步骤S22)。

车辆数据获取部108获取车辆数据(步骤S24)。

车身角度获取部106获取包括观测俯仰角度PA的车身角度数据(步骤S30)。

特定部位高度计算部103在车身2的至少一部分定位于第一面F1且推土铲19定位于第二面F2的上方的状态下，基于车身2的观测俯仰角度PA、齿尖19P的目标高度、以及车辆数据，来计算表示作业车辆1的触地面的特定部位SP与第二面F2在高度方向上的距离的特定部位高度Ha(步骤S40)。

校正俯仰角度计算部111基于由特定部位高度计算部103计算出的特定部位高度Ha、以及预先存储的推定用表，来推定观测俯仰角度PA相对于真实俯仰角度PAr的延迟时间(步骤S50)。

校正俯仰角度计算部111对观测俯仰角度PA进行微分处理，来计算观测俯仰角速度PAv(步骤S60)。

校正俯仰角度计算部111基于在步骤S60中计算出的观测俯仰角速度PAv、以及在步骤S50中推定出的延迟时间，来计算真实俯仰角度PAr与观测俯仰角度PA的误差(步骤S70)。校正俯仰角度计算部111通过将观测俯仰角速度PAv与延迟时间相乘，来计算真实俯仰角度PAr，并计算真实俯仰角度PAr与观测俯仰角度PA的误差。

校正俯仰角度计算部111基于在步骤S70中计算出的误差与观测俯仰角度PA，来计算校正俯仰角度PAc(步骤S80)。校正俯仰角度计算部111通过将在步骤S70中计算出的误差与观测俯仰角度PA相加，来计算校正俯仰角度PAc。校正俯仰角度PAc与真实俯仰角度PAr相当。

目标高度校正部112基于在步骤S80中计算出的校正俯仰角度PAc，来校正由目标高度获取部110获取到的齿尖19P的目标高度，生成校正目标高度(步骤S90)。即，目标高度校正部112在车身12以校正俯仰角度PAc倾斜时，校正目标高度，生成校正目标高度，以使齿尖19P与第二面F2吻合。

目标缸速度计算部104基于校正目标高度，来计算用于控制推土铲19的高度的目标缸速度(步骤S100)。目标缸速度计算部104基于校正目标高度来计算目标缸速度，以使齿尖19P与第二面F2吻合。

微分部115基于校正目标高度，来计算校正目标高度变化量(步骤S110)。

校正缸速度计算部113基于校正用表与特定部位高度Ha，来决定关于目标缸速度的校正增益(步骤S120)。

校正缸速度计算部113基于在步骤S120中决定的校正增益来计算目标缸速度校正值(步骤S130)。校正缸速度计算部113将在步骤S120中决定的校正增益与在步骤S110中计算出的校正目标高度变化量相乘，来计算目标缸速度校正值。

加算部116将目标缸速度与目标缸速度校正值相加，来计算校正缸速度(步骤S140)。

控制指令输出部114基于在步骤S140中计算出的校正缸速度生成控制指令，并向控制阀28输出(步骤S150)。

作用

图10为示意性地表示对比例涉及的作业车辆1的动作的图。当作业车辆1沿着第一面F1前进、作业车辆1的重心投影点通过拐点位置CP时，由于重力的作用，车身2的姿态可能会改变为向前方倾倒，直至履带17的触地面的特定部位SP接触到第二面F2。在车身2向前方倒下时，若发生推土铲19的控制延迟，推土铲19可能无法完全沿着设计面IS。由于推土铲19的位置及移动速度由液压控制，因此可能会发生控制延迟。此外，由于例如从目标高度生成装置30对推土铲控制装置10发送各种数据的延迟、在目标高度生成装置30中的各种运算的延迟、以及在推土铲控制装置10中的各种运算的延迟等的原因，可能会发生控制延迟。如图10所示，若发生推土铲19的控制延迟，推土铲19可能会以齿尖19P超出设计面IS的第二面F2至其下方的状态对挖掘对象进行挖掘，而无法将挖掘对象挖掘成所需的形状。

图11为示意性地表示本实施方式涉及的作业车辆1的动作的图。在本实施方式中，计算特定部位高度Ha，基于特定部位高度Ha来校正观测俯仰角度PA，并计算校正俯仰角度PAc。即使发生从目标高度生成装置30对推土铲控制装置10的观测俯仰角度数据的发送延迟，基于推定用表与特定部位高度Ha，也可以推定观测俯仰角度数据的发送的延迟时间。通过推定延迟时间，校正俯仰角度计算部111能够计算出与真实俯仰角度PAr相当的校正俯仰角度PAc。

此外，即使发生基于目标高度计算部34的齿尖19P的目标高度的运算延迟、或者发生从目标高度生成装置30对推土铲控制装置10的表示目标高度的目标高度数据的发送延迟，基于校正俯仰角度PAc，目标高度校正部112也能够校正齿尖19P的目标高度，并生成校正目标高度，以消除运算延迟或者发送延迟。

目标缸速度计算部104基于以消除控制延迟的方式而计算出的校正目标高度，来计算目标缸速度。由于校正目标高度被设定于高于目标高度的位置，因此即使发生推土铲19的控制延迟，也可以使齿尖19P沿着第二面F2的方式控制推土铲19，可抑制齿尖19P移动至第二面F2下方。因此，可抑制挖掘对象被过深挖掘。

此外，由于推土铲19由液压驱动，因此存在发生因液压的响应性而引起的控制延迟的可能性。在本实施方式中，基于特定部位高度Ha来校正目标缸速度，并计算校正缸速度。即使发生了因液压的响应性而引起的控制延迟，也可以基于校正用表与特定部位高度Ha来计算校正缸速度，以消除因液压而引起的控制延迟。由于校正缸速度被设定为高于目标缸速度的值，因此即使发生推土铲19的控制延迟，也可以使齿尖19P沿着第二面F2的方式控制推土铲19，可抑制齿尖19P移动至第二面F2下方。因此，可抑制挖掘对象被过深挖掘。

计算机系统

图12为表示本实施方式涉及的计算机系统1000的框图。上述推土铲控制装置10及目标高度生成装置30分别包括计算机系统1000。计算机系统1000具有：如CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)这样的处理器1001、包括如ROM(Read Only Memory，只读存储器)这样的非易失性存储器及RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)这样的易失性存储器的主存储器(Main Memory)1002、存储装置(Storage)1003、以及包含输入输出电路的接口1004。上述推土铲控制装置10的功能及目标高度生成装置30的功能以程序的形式存储于存储装置1003。处理器1001从存储装置1003读取并在主存储器1002中加载程序，并按照程序实施上述处理。另外，程序也可以通过网络传输到计算机系统1000。

效果

如以上所说明的，依据本实施方式，基于特定部位高度Ha，来计算校正俯仰角度PAc，并基于校正俯仰角度PAc来计算用于调整推土铲19的高度的升降缸25的目标缸速度。由此，即使在可能发生数据发送延迟或者运算延迟的情况下，也可以使齿尖19P沿着设计面IS的方式控制推土铲19。因此，可抑制挖掘对象被过深挖掘，可将挖掘对象挖掘成所需的形状。

此外，在本实施方式中，基于特定部位高度Ha，来校正目标缸速度，计算校正缸速度，并输出控制指令以使升降缸25以校正缸速度来进行驱动。由此，即使在可能发生因液压而引起的控制延迟的情况下，也可以使齿尖19P沿着设计面IS的方式控制推土铲19。因此，可抑制挖掘对象被过深挖掘，可将挖掘对象挖掘成所需的形状。

其他实施方式

另外，在上述的实施方式中，对作业车辆1是推土机的示例进行了说明。作业车辆1也可以是具有推土铲的自行式平地机。

符号说明

1…作业车辆、2…车身、3…行驶装置、4…作业机、5…液压缸、6…位置传感器、7…倾斜传感器、8…速度传感器、9…动作量传感器、10…推土铲控制装置、11…驾驶室、12…发动机室、13…座椅、14…操作装置、15…驱动轮、16…引导轮、17…履带、18…升降架、19…推土铲、19P…齿尖、20…球状关节部、21…俯仰支承连杆、22…支柱部、23…万向接头、24…俯仰接头、25…升降缸、26…回转缸、27…侧倾缸、28…控制阀、30…目标高度生成装置、31…设计面数据存储部、32…车辆数据存储部、33…数据获取部、34…目标高度计算部、101…设计面获取部、102…拐点位置查找部、103…特定部位高度计算部、104…目标缸速度计算部、105…车身位置获取部、106…车身角度获取部、107…动作量获取部、108…车辆数据获取部、109…实际高度计算部、110…目标高度获取部、111…校正俯仰角度计算部、112…目标高度校正部、113…校正缸速度计算部、114…控制指令输出部、AX…旋转轴、BX…旋转轴、CX…旋转轴、F1…第一面、F2…第二面、IS…设计面、L…行程长度、PA…观测俯仰角度、α…倾斜角度、β…倾斜角度(设计面俯仰角度)、θ…升降角。

Claims (6)

1.一种推土铲控制装置，其特征在于，包括：

设计面获取部，其获取表示以由作业车辆的车身支承的推土铲进行挖掘的挖掘对象的目标形状的设计面，该设计面包括存在于所述作业车辆的前方的第一面、以及配置于所述第一面下方并在其与所述第一面的前端部之间形成有高度差的第二面；

车身角度获取部，其获取表示所述车身的前后方向上的倾斜角度的观测俯仰角度；

特定部位高度计算部，其在所述车身的至少一部分定位于所述第一面且所述推土铲定位于所述第二面的上方的状态下，计算表示所述作业车辆的特定部位与所述第二面在高度方向上的距离的特定部位高度；

校正俯仰角度计算部，其基于所述特定部位高度来校正所述观测俯仰角度，计算所述车身的校正俯仰角度；以及

目标缸速度计算部，其基于所述校正俯仰角度，来计算用于调整所述推土铲的高度的液压缸的目标缸速度。

2.根据权利要求1所述的推土铲控制装置，其特征在于，包括：

拐点位置查找部，其在所述设计面内查找表示所述第一面的前端部的拐点位置，

所述特定部位高度计算部基于所述拐点位置来计算所述特定部位高度。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的推土铲控制装置，其特征在于，包括：

车身位置获取部，其获取所述车身的位置；

动作量获取部，其获取所述液压缸的动作量；

实际高度计算部，其基于所述车身的位置、所述车身的倾斜角度、以及所述液压缸的动作量，来计算所述推土铲的高度；

目标高度获取部，其获取基于所述设计面计算出的所述推土铲的目标高度；以及

目标高度校正部，其基于所述校正俯仰角度来校正所述目标高度，生成校正目标高度，其中

所述目标缸速度计算部计算所述目标缸速度，以使所述推土铲的齿尖的高度与所述校正目标高度之间的偏差变小。

4.根据权利要求3所述的推土铲控制装置，其特征在于：

所述目标缸速度计算部基于所述校正目标高度来计算所述目标缸速度，所述推土铲控制装置包括：

微分部，其基于所述校正目标高度，来计算校正目标高度变化量；

校正缸速度计算部，其基于所述特定部位高度及所述校正目标高度变化量来计算目标缸速度校正值；

加算部，其将所述目标缸速度及所述目标缸速度校正值相加，来计算校正缸速度；以及

控制指令输出部，其基于所述校正缸速度，来输出用于控制所述推土铲的高度的控制指令。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的推土铲控制装置，其特征在于：

所述作业车辆具有前轮、后轮、以及由所述前轮及所述后轮支承的履带，

所述特定部位包括所述履带的触地面的前部。

6.一种推土铲控制方法，其特征在于，包括：

获取表示以由作业车辆的车身支承的推土铲进行挖掘的挖掘对象的目标形状的设计面，该设计面包括存在于所述作业车辆的前方的第一面、以及配置于所述第一面下方并在其与所述第一面的前端部之间形成有高度差的第二面；

获取表示所述车身的前后方向上的倾斜角度的观测俯仰角度；以及

在所述车身的至少一部分定位于所述第一面且所述推土铲定位于所述第二面的上方的状态下，计算表示所述作业车辆的特定部位与所述第二面在高度方向上的距离的特定部位高度。

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