CN113302360B - 工作装置控制装置、作业车辆以及工作装置的控制方法 - Google Patents

工作装置控制装置、作业车辆以及工作装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

提升力检测部检测工作装置的提升力。控制量决定部基于检测出的提升力的变化量，来决定工作装置的控制量。指令输出部向使工作装置驱动的致动器输出与决定出的控制量相关的控制指令。

Description

工作装置控制装置、作业车辆以及工作装置的控制方法
技术领域
本发明涉及工作装置控制装置、作业车辆以及工作装置的控制方法。
本申请基于2019年4月4日在日本申请的特愿2019-072103号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
在专利文献1中公开了与具备自动进行挖掘的功能的轮式装载机有关的技术。
根据专利文献1所记载的技术，轮式装载机的控制装置根据动臂的底部压力检测工作装置陷入装载物的情况，并一边检测动臂的提升一边间断地进行铲斗的倾斜。由此，能够实现模拟操作员对轮式装载机进行的挖掘作业的自动挖掘。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5700613号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据专利文献1所记载的技术，轮式装载机的控制装置以一定的提升控制量进行提升控制，并以一定的倾斜控制量执行倾斜控制。然而，在以一定的控制量进行工作装置的控制的情况下，根据挖掘对象物的状态，有可能无法进行适当的挖掘控制。
本发明的目的在于，提供能够进行与挖掘对象物的状态相应的挖掘控制的工作装置控制装置、作业车辆以及工作装置的控制方法。
用于解决课题的方案
根据本发明的一个方案，工作装置控制装置用于控制工作装置，其中，所述工作装置控制装置具备：提升力检测部，其检测所述工作装置的提升力；控制量决定部，其基于检测出的所述提升力的变化量，来决定所述工作装置的控制量；以及指令输出部，其向使所述工作装置驱动的致动器输出与决定出的所述控制量相关的控制指令。
发明效果
根据上述方案，工作装置控制装置能够进行与挖掘对象物的状态相应的挖掘控制。
附图说明
图1是第一实施方式的作业车辆的侧视图。
图2是示出第一实施方式的驾驶室的内部的结构的俯视图。
图3是示出第一实施方式的作业车辆的动力系统的示意图。
图4是示出第一实施方式的作业车辆的控制装置的结构的概要框图。
图5是示出第一实施方式的自动挖掘控制的阶段的转移的状态转移图。
图6是第一实施方式的提升控制量决定函数的一例。
图7是第一实施方式的倾斜控制量决定函数的一例。
图8是示出第一实施方式的指令输出处理的流程图。
图9是示出第一实施方式的确定控制量设定处理的流程图。
具体实施方式
<第一实施方式>
以下，参照附图对实施方式详细地进行说明。
图1是第一实施方式的作业车辆的侧视图。
第一实施方式的作业车辆100是轮式装载机。作业车辆100具备车身110、工作装置120、前轮部130、后轮部140、驾驶室150。
车身110具备前车身111、后车身112、以及转向缸113。前车身111和后车身112安装成能够绕沿车身110的上下方向延伸的转向轴转动。前轮部130设置于前车身111的下部，后轮部140设置于后车身112的下部。
转向缸113是液压缸。转向缸113的基端部安装于后车身112，转向缸113的前端部安装于前车身111。转向缸113通过工作油进行伸缩，从而规定前车身111与后车身112所成的角度。也就是，通过转向缸113的伸缩，从而规定前轮部130的转向角。
工作装置120用于砂土等作业对象物的挖掘及搬运。工作装置120设置于车身110的前部。工作装置120具备动臂121、铲斗122、双臂曲柄123、提升缸124、铲斗缸125。
动臂121的基端部经由销安装于前车身111的前部。
铲斗122具备用于对作业对象物进行挖掘的斗齿、以及用于对挖掘到的作业对象物进行搬运的容器。铲斗122的基端部经由销安装于动臂121的前端部。
双臂曲柄123将铲斗缸125的动力向铲斗122传递。双臂曲柄123的第一端经由连杆机构安装于铲斗122的底部。双臂曲柄123的第二端经由销安装于铲斗缸125的前端部。
提升缸124是液压缸。提升缸124的基端部安装于前车身111的前部。提升缸124的前端部安装于动臂121。提升缸124通过工作油进行伸缩，从而动臂121向抬起方向或落下方向驱动。在提升缸124设置有对提升缸124的行程量进行计测的提升行程传感器1241。提升缸124的行程量用于求出动臂角θL。动臂角θL由从车身110向前方延伸的直线与从动臂121的基端部向前端部延伸的直线所成的角表示。动臂角θL越大则动臂121的前端的位置越高，动臂角θL越小则动臂121的前端的位置越低。需要说明的是，在其他实施方式中，也可以利用在动臂121的基端部设置的角度传感器算出动臂角θL。
铲斗缸125是液压缸。铲斗缸125的基端部安装于前车身111的前部。铲斗缸125的前端部经由双臂曲柄123安装于铲斗122。铲斗缸125通过工作油进行伸缩，从而铲斗122向倾斜方向或卸料方向驱动。在铲斗缸125设置有对铲斗缸125的行程量进行计测的铲斗行程传感器1251。铲斗缸125的行程量用于求出铲斗角θB。铲斗角θB由从车身110向前方延伸的直线与沿着铲斗122的底面延伸的直线所成的角表示。在铲斗角θB为正的情况下，铲斗122向倾斜侧倾斜，在铲斗角θB为负的情况下，铲斗122向卸料侧倾斜。铲斗角θB通过在根据铲斗缸125的行程量和动臂角而求出的以动臂121为基准的铲斗122的角度上加上动臂角θL来求出。需要说明的是，在其他实施方式中，也可以利用在双臂曲柄123的中央部设置的角度传感器算出铲斗角θB。
驾驶室150是用于供操作员搭乘并进行作业车辆100的操作的空间。驾驶室150设置于后车身112的上部。
图2是示出第一实施方式的驾驶室的内部的结构的俯视图。在驾驶室150的内部设置有座椅151、加速踏板152、制动踏板153、转向方向盘154、前后切换开关155、换挡开关156、动臂杆157、铲斗杆158、自动挖掘开关159。
加速踏板152被操作以设定使作业车辆100产生的行驶的驱动力(牵引力)。
制动踏板153被操作以设定使作业车辆100产生的行驶的制动力。制动踏板153的操作量越大，则设定越强的制动力。
转向方向盘154被操作以设定作业车辆100的转向角。
前后切换开关155被操作以设定作业车辆100的行进方向。
换挡开关156被操作以没定动力传递装置的速度范围。通过换挡开关156的操作，例如从1挡、2挡、3挡以及4挡中选择1个速度范围。
动臂杆157被操作以设定动臂121的抬起操作或落下操作的速度。动臂杆157通过向前方倾斜而接受落下操作，动臂杆157通过向后方倾斜而接受抬起操作。以下，也可以将动臂121的抬起操作及落下操作称为提升操作。
铲斗杆158被操作以设定铲斗122的卸料操作或倾斜操作的速度。铲斗杆158通过向前方倾斜而接受卸料操作，铲斗杆158通过向后方倾斜而接受倾斜操作。
自动挖掘开关159被操作以对自动挖掘控制的有效和无效进行切换。通过按下自动挖掘开关159而向控制装置300输出表示自动挖掘控制的有效或无效的信号。需要说明的是，在其他实施方式中，代替自动挖掘开关159的操作，也可以由规定的杆操作来设定自动挖掘控制的有效或无效。
《动力系统》
图3是示出第一实施方式的作业车辆的动力系统的示意图。
作业车辆100具备发动机210、PTO220(Power Take Off)、变速器230、前桥240、后桥250、可变容量泵260、制动泵270。
PTO220将发动机210的驱动力的一部分向可变容量泵260传递。也就是，PTO220将发动机210的驱动力向变速器230以及可变容量泵260分配。
变速器230将输入至输入轴的驱动力变速而从输出轴输出。变速器230的输入轴与PTO220连接，输出轴与前桥240及后桥250连接。也就是，变速器230将由PTO220分配的发动机210的驱动力向前桥240及后桥250传递。在变速器230的输出轴设置有计测转速的旋转计231。输出轴的转速用于求出作业车辆100的车速。
前桥240将由变速器230输出的驱动力向前轮部130传递。由此，前轮部130旋转。
后桥250将由变速器230输出的驱动力向后轮部140传递。由此，后轮部140旋转。
可变容量泵260由来自发动机210的驱动力驱动。从可变容量泵260排出的工作油经由控制阀261向提升缸124及铲斗缸125供给，并经由转向阀262向转向缸113供给。另外，从可变容量泵260排出的工作油经由安全阀266排出。
控制阀261控制从可变容量泵260排出的工作油的流量，并将工作油向提升缸124和铲斗缸125分配。转向阀262控制向转向缸113供给的工作油的流量。安全阀266在工作油的压力超过规定的安全压力时释放压力，并使工作油排出。
在提升缸124设置有缸压力计264。缸压力计264计测提升缸124的底部压力。
制动泵270是由来自发动机210的驱动力驱动的固定容量泵。从制动泵270排出的工作油向制动阀271供给。制动阀271控制向内置于各车轴的未图示的制动缸供给的工作油的压力。通过向制动缸供给工作油，从而与前轮部130及后轮部140的旋转轴一起旋转的制动盘被按压于不旋转的板，从而产生制动力。
《控制装置》
作业车辆100具备用于控制作业车辆100的控制装置300。
控制装置300与自动挖掘控制的阶段相应地向控制阀261输出控制信号。
图4是示出第一实施方式的作业车辆的控制装置的结构的概要框图。控制装置300是具备处理器310、主存储器330、储存器350、接口370的计算机。
储存器350是非暂时的有形的存储介质。作为储存器350的例子，可以举出HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、磁盘、磁光盘、CD-ROM(Compact Disc ReadOnly Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、半导体存储器等。储存器350既可以是与控制装置300的总线直接连接的内部介质，也可以是经由接口370或通信线路与控制装置300连接的外部介质。储存器350存储用于控制作业车辆100的程序。
程序也可以用于实现使控制装置300发挥的功能的一部分。例如，程序也可以通过与已经存储于储存器的其他程序的组合、或者与安装于其他装置的其他程序的组合来发挥功能。需要说明的是，在其他实施方式中，计算机也可以在上述结构的基础上、或者代替上述结构而具备PLD(Programmable Logic Device)等定制LSI(Large Scale IntegratedCircuit)。作为PLD的例子，可以举出PAL(Programmable Array Logic)、GAL(GenericArray Logic)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field ProgrammableGate Array)。在该情况下，由处理器实现的功能的一部分或全部也可以通过该集成电路来实现。
在通过通信线路向控制装置300分发程序的情况下，接受了分发的控制装置300也可以将该程序在主存储器330中展开，并执行上述处理。
另外，该程序也可以用于实现前述功能的一部分。而且，该程序也可以是通过与已经存储于储存器350的其他程序的组合来实现前述功能的所谓的差分文件(差分程序)。
处理器310通过执行程序，而具备操作量取得部311、计测值取得部312、阶段确定部313、控制量决定部314、倾斜时间决定部315、指令输出部316。
另外，通过程序的执行，而在主存储器330中确保阶段存储部331、确定控制量存储部332、当前控制量存储部333、倾斜时间存储部334、倾斜次数存储部335、底部压力存储部336、动臂角存储部337的存储区域。
操作量取得部311分别从加速踏板152、前后切换开关155、动臂杆157、铲斗杆158、自动挖掘开关159取得操作量。
计测值取得部312从旋转计231、提升行程传感器1241、铲斗行程传感器1251以及缸压力计264取得计测值。即，计测值取得部312取得变速器230的输出轴的转速、提升缸124的行程量、铲斗缸125的行程量、以及提升缸124的底部压力的计测值。提升缸124的底部压力表现出作为提升缸124从动臂121受到的力的提升力。即，计测值取得部312是提升力检测部的一例。
阶段确定部313基于操作量、计测值、以及主存储器330存储的值，确定由控制装置300进行的自动挖掘控制的阶段。阶段确定部313将确定出的阶段存储于阶段存储部331。
图5是示出第一实施方式的自动挖掘控制的阶段的转移的状态转移图。自动挖掘控制的阶段具有非自动挖掘阶段ST0、提升开始判定阶段ST1、控制量设定阶段ST2、自动提升阶段ST3、倾斜待机阶段ST4、倾斜开始判定阶段ST5、自动倾斜阶段ST6、自动倾斜结束阶段ST7这8个阶段。
控制量决定部314在自动挖掘控制处于控制量设定阶段ST2时，基于计测值取得部312取得的提升缸124的底部压力的计测值，决定自动挖掘控制中的确定提升控制量h及确定倾斜控制量p。确定提升控制量h及确定倾斜控制量p相对于底部压力单调增加。需要说明的是，在本实施方式中，“单调增加”是指在一方的值增加时，另一方的值始终增加或不变化(单调不减少)。控制量决定部314将决定出的确定提升控制量h及确定倾斜控制量p存储于确定控制量存储部332。
确定提升控制量h是在自动挖掘控制中进行提升动作时设定为提升控制量的值。确定倾斜控制量p是在自动挖掘控制中进行倾斜动作时设定为倾斜控制量的值。
具体而言，控制量决定部314通过将底部压力上升量代入至表示底部压力上升量与确定提升控制量的关系的提升控制量决定函数中，来决定确定提升控制量h。图6是第一实施方式的提升控制量决定函数的一例。在提升控制量决定函数中，在底部压力上升量为阈值ΔPl以下的情况下，确定提升控制量h取规定的下限值h0。确定提升控制量h的下限值h0是比0大的值。在提升控制量决定函数中，在底部压力上升量比阈值ΔPl大的情况下，确定提升控制量h相对于底部压力上升量成比例地增加。
具体而言，控制量决定部314通过将底部压力上升量代入至表示底部压力上升量与确定倾斜控制量p的关系的倾斜控制量决定函数中，来决定确定倾斜控制量p。图7是第一实施方式的倾斜控制量决定函数的一例。在倾斜控制量决定函数中，在底部压力上升量为阈值ΔPt以下的情况下，确定倾斜控制量p取规定的下限值p0。确定倾斜控制量的下限值p0是比0大的值。在倾斜控制量决定函数中，在底部压力上升量比阈值ΔPt大的情况下，确定倾斜控制量p相对于底部压力上升量成比例地增加。
需要说明的是，在其他实施方式中，提升控制量决定函数或倾斜控制量决定函数也可以是表示底部压力的绝对值与确定提升控制量h或确定倾斜控制量p的关系的函数。在该情况下，控制量决定部基于底部压力的绝对值来决定确定提升控制量h及确定倾斜控制量p。
另外，控制量决定部314与自动挖掘控制的阶段相应地来改写当前控制量存储部333存储的提升控制量及倾斜控制量。需要说明的是，当前控制量存储部333存储的提升控制量及倾斜控制量的初始值都为0。
倾斜时间决定部315基于倾斜次数存储部335存储的倾斜次数，来决定倾斜开启时间Δt1和倾斜关闭时间Δt2。在第一实施方式的自动挖掘控制中，铲斗122间断地进行倾斜动作。此时的倾斜动作的开启时间及关闭时间由倾斜时间决定部315决定。倾斜开启时间Δt1及倾斜关闭时间Δt2与倾斜次数相应地被预先设定。
指令输出部316根据操作量取得部311取得的操作量、以及当前控制量存储部333存储的控制量，来向控制阀261输出控制指令。具体而言，指令输出部316基于操作量取得部311取得的动臂杆157的操作量、以及当前控制量存储部333存储的提升控制量，来向控制阀261输出提升缸124的控制指令。另外，指令输出部316基于操作量取得部311取得的铲斗杆158的操作量、以及当前控制量存储部333存储的倾斜控制量，来向控制阀261输出铲斗缸125的控制指令。
《自动挖掘控制》
参照图5所示的状态转移图对第一实施方式的自动挖掘控制进行说明。第一实施方式的自动挖掘控制如图5所示，以8个阶段区分自动挖掘控制的阶段。
当通过由操作员按下自动挖掘开关159而使自动挖掘控制有效时，控制装置300的阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是非自动挖掘阶段ST0。阶段确定部313将阶段存储部331存储的状态改写为非自动挖掘阶段ST0。
《非自动挖掘阶段ST0》
在自动挖掘控制的阶段是非自动挖掘阶段ST0的情况下，阶段确定部313基于操作量取得部311取得的操作量、以及计测值取得部312取得的计测值，来判定作业车辆100是否正在前进且铲斗122是否已接地。例如阶段确定部313在踩下加速踏板152且前后切换开关155设定为F(前)的情况下，判定为作业车辆100正在前进。另外，例如阶段确定部313在基于提升行程传感器1241及铲斗行程传感器1251的检测值确定出动臂角θL及铲斗角θB，并且动臂角θL为规定的阈值以下且铲斗角θB处在包含0度的规定范围内的情况下，判定为铲斗122已接地。作业车辆100是否正在前进的判定也可以基于例如根据旋转计231的计测值求出的车速来进行。
在自动挖掘控制的阶段是非自动挖掘阶段ST0的情况下，当作业车辆100正在前进且铲斗122已接地时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是提升开始判定阶段ST1。阶段确定部313将阶段存储部331存储的状态改写为提升开始判定阶段ST1。
另一方面，在自动挖掘控制的阶段是非自动挖掘阶段ST0的情况下，当作业车辆100未前进或者铲斗122未接地时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是非自动挖掘阶段ST0。在非自动挖掘阶段ST0中，指令输出部316向控制阀261输出与动臂杆157的操作量相应的提升控制指令、以及与铲斗杆158的操作量相应的倾斜控制指令。即，在非自动挖掘阶段ST0中，通过手动操作进行工作装置控制。
《提升开始判定阶段ST1》
在自动挖掘控制的阶段是提升开始判定阶段ST1的情况下，指令输出部316进行指令输出处理。图8是示出第一实施方式的指令输出处理的流程图。
指令输出部316生成表示以下控制量的提升控制指令，该控制量是基于操作量取得部311取得的动臂杆157的操作量而得到的控制量与当前控制量存储部333存储的提升控制量这两者的和(步骤S11)。另外，指令输出部316生成表示以下控制量的倾斜控制指令，该控制量是基于操作量取得部311取得的铲斗杆158的操作量而得到的控制量与当前控制量存储部333存储的倾斜控制量这两者的和(步骤S12)。
指令输出部316向控制阀261输出所生成的提升控制指令及倾斜控制指令(步骤S13)。
需要说明的是，在提升开始判定阶段ST1中，当前控制量存储部333存储的提升控制量及倾斜控制量都为0。
另外，在自动挖掘控制的阶段是提升开始判定阶段ST1的情况下，阶段确定部313基于计测值取得部312取得的计测值，判定提升缸124的底部压力是否持续一定时间为阈值P1以上、且动臂角是否为阈值θ1以下、且车速是否持续一定时间为阈值V1以下。
底部压力的阈值P1设定为在铲斗122进入了挖掘对象物时检测到的程度的值。也就是，通过检测提升缸124的底部压力持续一定时间为阈值P1以上这样的情况，可知铲斗122处于进入了挖掘对象物的状态。
在自动挖掘控制的阶段是提升开始判定阶段ST1情况下，当提升缸124的底部压力持续一定时间为阈值P1以上、且动臂角为阈值θ1以下、且车速持续一定时间为阈值V1以下时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是控制量设定阶段ST2。阶段确定部313将阶段存储部331存储的状态改写为控制量设定阶段ST2。
另一方面，在自动挖掘控制的阶段是提升开始判定阶段ST1的情况下，当提升缸124的底部压力在一定时间以内小于阈值P1时、动臂角比阈值θ1大时、或者车速在一定时间以内比阈值V1大时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是提升开始判定阶段ST1。
《控制量设定阶段ST2》
当自动挖掘控制的阶段从提升开始判定阶段ST1转移到控制量设定阶段ST2时，计测值取得部312将缸压力计264计测到的底部压力作为提升前底部压力存储于底部压力存储部336。另外，计测值取得部312使底部压力存储部336存储0作为底部压力上升量的初始值。
另外，计测值取得部312将根据提升行程传感器1241的计测值而求出的动臂角θL作为提升前动臂角存储于动臂角存储部337。
在自动挖掘控制的阶段是控制量设定阶段ST2的情况下，指令输出部316进行确定控制量设定处理。图9是示出第一实施方式的确定控制量设定处理的流程图。控制量决定部314将计测值取得部312取得的提升缸124的底部压力的计测值与底部压力存储部336存储的提升前底部压力这两者的差确定为底部压力上升量(步骤S21)。控制量决定部314判定确定出的底部压力上升量是否为底部压力存储部336存储的底部压力上升量以上(步骤S22)。在确定出的底部压力上升量为底部压力存储部336存储的底部压力上升量以上的情况下(步骤S22：是)，控制量决定部314将底部压力存储部336存储的底部压力上升量改写为在步骤S21中确定出的底部压力上升量(步骤S23)。
在确定出的底部压力上升量小于底部压力存储部336存储的底部压力上升量的情况下(步骤S22：否)、或者改写了底部压力存储部336存储的底部压力上升量的情况下，控制量决定部314通过将底部压力存储部336存储的底部压力上升量代入至图6所示的提升控制量决定函数中，来决定确定提升控制量h(步骤S24)。另外，控制量决定部314通过将底部压力存储部336存储的底部压力上升量代入至图7所示的倾斜控制量决定函数中，来决定确定倾斜控制量p(步骤S25)。
控制量决定部314将确定控制量存储部332存储的确定提升控制量h改写为在步骤S24中决定出的确定提升控制量h。另外，控制量决定部314将确定控制量存储部332存储的确定倾斜控制量p改写为在步骤S25中决定出的确定倾斜控制量p(步骤S26)。
接下来，控制量决定部314基于动臂杆157的操作量，来决定提升控制量。具体而言，控制量决定部314判定操作量取得部311取得的动臂杆157的操作量是否持续规定时间而表示中立。在动臂杆157的操作量持续规定时间而表示中立的情况下，控制量决定部314将当前控制量存储部333存储的提升控制量改写为确定控制量存储部332存储的确定提升控制量h。另一方面，当动臂杆157的操作量在规定时间以内表示非中立的值的情况下，控制量决定部314将当前控制量存储部333存储的提升控制量改写为0。也就是，在由操作员操作了动臂杆157的情况下，为了使操作员的操作优先，使提升控制量为0。
接下来，指令输出部316进行图8所示的指令输出处理。需要说明的是，在控制量设定阶段ST2中，当前控制量存储部333存储的提升控制量在动臂杆157未被操作的情况下成为在确定控制量设定处理中设定出的确定提升控制量h，且在动臂杆157被操作了的情况下成为0。另一方面，当前控制量存储部333存储的倾斜控制量为0。
另外，在自动挖掘控制的阶段是控制量设定阶段ST2的情况下，阶段确定部313判定确定控制量存储部332存储的确定提升控制量h是否达到100％、或者当前的动臂角θL与动臂角存储部337存储的动臂角这两者的差(动臂角上升量)是否达到阈值θ2。
在自动挖掘控制的阶段是控制量设定阶段ST2的情况下，当确定提升控制量h达到100％、或者动臂角上升量达到阈值θ2时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是自动提升阶段ST3。阶段确定部313将阶段存储部331存储的状态改写为自动提升阶段ST3。
需要说明的是，确定提升控制量h及确定倾斜控制量p在控制量设定阶段ST2之后的阶段中不被改写。
另一方面，在自动挖掘控制的阶段是控制量设定阶段ST2的情况下，当确定提升控制量h小于100％且动臂角上升量小于阈值θ2时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是控制量设定阶段ST2。
《自动提升阶段ST3》
在自动挖掘控制的阶段是自动提升阶段ST3的情况下，控制量决定部314与控制量设定阶段ST2同样地，基于动臂杆157的操作量来决定提升控制量。
接下来，指令输出部316进行图8所示的指令输出处理。需要说明的是，在自动提升阶段ST3中，当前控制量存储部333存储的提升控制量在动臂杆157未被操作的情况下成为确定提升控制量h，且在动臂杆157被操作了的情况下成为0。另一方面，当前控制量存储部333存储的倾斜控制量为0。
另外，在自动挖掘控制的阶段是自动提升阶段ST3的情况下，阶段确定部313判定相对于动臂角存储部337存储的提升前动臂角的动臂角上升量是否为阈值θ3以上、或者提升缸124的底部压力是否持续为阈值P2以上。需要说明的是，阈值θ3比阈值θ2大。
在自动挖掘控制的阶段是自动提升阶段ST3的情况下，当动臂角上升量为阈值θ3以上、或者提升缸124的底部压力持续一定时间为阈值P2以上时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是倾斜待机阶段ST4。阶段确定部313将阶段存储部331存储的状态改写为倾斜待机阶段ST4。
另一方面，在自动挖掘控制的阶段是自动提升阶段ST3的情况下，当动臂角上升量小于阈值θ3且提升缸124的底部压力在一定时间以内小于阈值P2时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是自动提升阶段ST3。
在自动挖掘控制的阶段从自动提升阶段ST3向倾斜待机阶段ST4转移的情况下，控制量决定部314通过将加速踏板152的操作量a代入至表示加速踏板152的操作量与提升控制量的关系的提升加速函数f(a)中，来算出提升控制量。提升加速函数f(a)是提升控制量相对于加速踏板的操作量a单调增加的函数。在提升加速函数f(a)中，即使加速踏板152的踏入量a为0，提升控制量也取比0大的值。控制量决定部314将当前控制量存储部333存储的提升控制量改写为基于提升加速函数f(a)而算出的提升控制量、以及确定控制量存储部332存储的确定提升控制量h这两者中的较小的提升控制量。也就是，在倾斜待机阶段ST4以后，提升控制量成为比0大且在确定提升控制量h以下的值。需要说明的是，提升控制量并不根据从自动提升阶段ST3向倾斜待机阶段ST4转移的瞬间的加速踏板152的操作量而被固定，其在向倾斜待机阶段ST4转移后也会根据加速踏板152的操作量而变动。由此，操作员能够与加速踏板152的踏入量相应地控制自动挖掘的速度。
《倾斜待机阶段ST4》
在自动挖掘控制的阶段从自动提升阶段ST3转移到倾斜待机阶段ST4时，倾斜时间决定部315基于倾斜次数存储部335存储的自动倾斜次数，来决定倾斜开启时间Δt1和倾斜关闭时间Δt2。另外，计测值取得部312将根据提升行程传感器1241的计测值而求出的动臂角θL作为待机开始动臂角存储于动臂角存储部337。
在自动挖掘控制的阶段是倾斜待机阶段ST4的情况下，控制量决定部314将倾斜控制量设定为0。
接下来，指令输出部316进行图8所示的指令输出处理。需要说明的是，在倾斜待机阶段ST4中，当前控制量存储部333存储的提升控制量与加速踏板152的踏入量相应地成为比0大且在确定提升控制量h以下的值。另一方面，当前控制量存储部333存储的倾斜控制量为0。
另外，在自动挖掘控制的阶段是倾斜待机阶段ST4的情况下，阶段确定部313判定从自动挖掘控制的阶段从自动提升阶段ST3转移到倾斜待机阶段ST4的时刻起经过的时间是否达到倾斜关闭时间Δt2。
在自动挖掘控制的阶段是倾斜待机阶段ST4的情况下，当从自动挖掘控制的阶段从自动提升阶段ST3转移到倾斜待机阶段ST4的时刻起经过的时间达到倾斜关闭时间Δt2时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是倾斜开始判定阶段ST5。阶段确定部313将阶段存储部331存储的状态改写为倾斜开始判定阶段ST5。
另一方面，在自动挖掘控制的阶段是倾斜待机阶段ST4的情况下，当从转移到倾斜待机阶段ST4的时刻起经过的时间小于倾斜关闭时间Δt2时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是倾斜待机阶段ST4。
《倾斜开始判定阶段ST5》
在自动挖掘控制的阶段是倾斜开始判定阶段ST5的情况下，指令输出部316进行图8所示的指令输出处理。需要说明的是，在倾斜开始判定阶段ST5中，当前控制量存储部333存储的提升控制量与加速踏板152的踏入量相应地成为比0大且在确定提升控制量h以下的值。另一方面，当前控制量存储部333存储的倾斜控制量为0。
另外，在自动挖掘控制的阶段是倾斜开始判定阶段ST5的情况下，阶段确定部313判定提升缸124的底部压力是否持续一定时间为阈值P3以上，且车速是否持续一定时间为阈值V2以下。另外，阶段确定部313判定相对于动臂角存储部337存储的待机开始动臂角的动臂角上升量是否为阈值θ4以上。
在自动挖掘控制的阶段是倾斜开始判定阶段ST5的情况下，当提升缸124的底部压力持续一定时间为阈值P3以上且车速持续一定时间为阈值V2以下时、或者动臂角上升量为阈值θ4以上时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是自动倾斜阶段ST6。阶段确定部313将阶段存储部331存储的状态改写为自动倾斜阶段ST6。
另一方面，在自动挖掘控制的阶段是倾斜开始判定阶段ST5的情况下，当动臂角上升量小于阈值θ4且提升缸124的底部压力在一定时间以内小于阈值P3时、或者动臂角上升量小于阈值θ4且车速在一定时间以内比阈值V2大时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是倾斜开始判定阶段ST5。
《自动倾斜阶段ST6》
在自动挖掘控制的阶段从倾斜开始判定阶段ST5转移到自动倾斜阶段ST6时，计测值取得部312将缸压力计264计测到的底部压力作为倾斜前底部压力存储于底部压力存储部336。
在自动挖掘控制的阶段是自动倾斜阶段ST6的情况下，控制量决定部314通过将加速踏板152的操作量代入至表示加速踏板152的操作量a与倾斜控制量的关系的倾斜加速函数g(a)中，来算出倾斜控制量。倾斜加速函数g(a)是倾斜控制量相对于加速踏板的操作量a单调增加的函数。在倾斜加速函数g(a)中，即使加速踏板152的踏入量a为0，倾斜控制量也取比0大的值。控制量决定部314将当前控制量存储部333存储的倾斜控制量改写为基于倾斜加速函数g(a)而算出的倾斜控制量、以及确定控制量存储部332存储的确定倾斜控制量p这两者中的较小的倾斜控制量。也就是，在自动倾斜阶段中，倾斜控制量成为比0大且在确定倾斜控制量p以下的值。
接下来，指令输出部316进行图8所示的指令输出处理。需要说明的是，在自动倾斜阶段ST6中，当前控制量存储部333存储的提升控制量与加速踏板152的踏入量相应地成为比0大且在确定提升控制量h以下的值。另外，当前控制量存储部333存储的倾斜控制量与加速踏板152的踏入量相应地成为比0大且在确定倾斜控制量p以下的值。
另外，在自动挖掘控制的阶段是自动倾斜阶段ST6的情况下，阶段确定部313判定从自动挖掘控制的阶段从倾斜开始判定阶段ST5转移到自动倾斜阶段ST6的时刻起经过的时间是否达到倾斜开启时间Δt1。
在自动挖掘控制的阶段是自动倾斜阶段ST6的情况下，当从自动挖掘控制的阶段从倾斜开始判定阶段ST5转移到自动倾斜阶段ST6的时刻起经过的时间达到倾斜开启时间Δt1时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是自动倾斜结束阶段ST7。阶段确定部313将阶段存储部331存储的状态改写为自动倾斜结束阶段ST7。
另一方面，在自动挖掘控制的阶段是自动倾斜阶段ST6的情况下，当从自动挖掘控制的阶段从倾斜开始判定阶段ST5转移到自动倾斜阶段ST6的时刻起经过的时间小于倾斜开启时间Δt1时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是自动倾斜阶段ST6。
《自动倾斜结束阶段ST7》
在自动挖掘控制的阶段是自动倾斜结束阶段ST7的情况下，阶段确定部313判定相对于底部压力存储部336存储的倾斜前底部压力的底部压力上升量是否为阈值ΔP1以上。另外，阶段确定部313判定车速是够持续一定时间为阈值V3以上。
在自动挖掘控制的阶段是自动倾斜结束阶段ST7的情况下，当车速持续一定时间为阈值V3以上时，阶段确定部313确定为自动挖掘控制的阶段是倾斜待机阶段ST4。
阶段确定部313将阶段存储部331存储的状态改写为倾斜待机阶段ST4。
另一方面，在自动挖掘控制的阶段是自动倾斜结束阶段ST7的情况下，当车速在一定时间以内小于阈值V3时，确定为自动挖掘控制的阶段是自动倾斜结束阶段ST7。
在自动挖掘控制的阶段没有从自动倾斜结束阶段ST7向倾斜待机阶段ST4转移的情况下，指令输出部316进行图8所示的指令输出处理。需要说明的是，在自动倾斜结束阶段ST7中，当前控制量存储部333存储的提升控制量与加速踏板152的踏入量相应地成为比0大且在确定提升控制量h以下的值。另一方面，当前控制量存储部333存储的倾斜控制量与加速踏板152的踏入量相应地成为比0大且在确定倾斜控制量p以下的值。
在自动挖掘控制的阶段从自动倾斜结束阶段ST7向倾斜待机阶段ST4转移的情况下，阶段确定部313使倾斜次数存储部335存储的自动倾斜次数增加。
《自动挖掘控制的结束条件》
第一实施方式的自动挖掘控制在以下所示的(1)至(8)中的任一个结束条件成立的情况下结束。
(1)通过自动挖掘开关159的操作使自动挖掘无效。
(2)行驶方向不是前进方向。
(3)铲斗122达到倾斜结束后经过规定时间。
(4)动臂角为规定角度以上。
(5)工作装置120被锁定。
(6)传感器或工作装置120的操作装置产生了不良状况。
(7)产生基于动臂杆157的动臂121的落下操作，且操作量比规定量大。
(8)产生基于铲斗杆158的铲斗122的卸料操作，且操作量比规定量大。
控制装置300在自动挖掘控制的阶段处于任一阶段的情况下，在上述任一结束条件成立时，都结束自动挖掘控制。
《作用/效果》
这样，根据第一实施方式，控制装置300基于工作装置120的提升力的变化量，来决定工作装置120的提升控制量。
在由工作装置120进行的挖掘控制中，在工作装置120进入了挖掘对象物之后，通过使工作装置120提升，从而对前轮部130施加载荷。由此，能够一边防止轮胎打滑一边进行挖掘。在此，在由于挖掘对象物硬而使得工作装置120不能充分进入挖掘对象物的情况下、或者挖掘对象物轻的情况下，若提升控制量过大，则有可能产生铲斗122的空摆而无法实现挖掘对象物的充分装载。另一方面，若提升控制量过少，则有可能由于轮胎打滑的产生或者牵引力的不足而无法将工作装置120充分地压入挖掘对象物。与此相对，第一实施方式的控制装置300通过基于工作装置120的提升力的变化量来决定工作装置120的提升控制量，能够与挖掘对象物的状态相应地、一边防止铲斗122的空摆及轮胎打滑的产生一边进行挖掘控制。
另外，根据第一实施方式，控制装置300基于工作装置120的提升力的变化量，来决定工作装置120的倾斜控制量。
在由工作装置120进行的挖掘控制中，通过在由工作装置120进行的挖掘中使铲斗122倾斜，从而抱住挖掘对象物。在此，在挖掘对象物的休止角平缓的情况下，若倾斜控制量过大，则有可能产生铲斗122的空摆，而无法实现挖掘对象物的充分装载。另一方面，若倾斜控制量过少，则有可能无法充分地抱住挖掘对象物。
需要说明的是，假定挖掘对象物的休止角越平缓，则进入铲斗122的挖掘对象物的量越少。因此，假定休止角越平缓，则提升力越小。
因此，第一实施方式的控制装置300通过基于工作装置120的提升力的变化量来决定工作装置120的倾斜控制量，能够与挖掘对象物的状态相应地、一边防止铲斗122的空摆及轮胎打滑的产生一边进行挖掘控制。
<其他实施方式>
以上，参照附图对一实施方式详细地进行了说明，但具体的结构不限于上述结构，可以进行各种设计变更等。
例如，第一实施方式的控制装置300基于工作装置120的提升力的变化量来决定提升控制量及倾斜控制量，但不限于此。例如，其他实施方式的控制装置300也可以基于提升力来决定提升控制量和倾斜控制量中的一方。
另外，第一实施方式的控制装置300在控制量设定阶段ST2中，在工作装置的提升量达到规定的阈值之前，即在动臂角上升量达到阈值θ2之前，通过与提升控制量决定函数相关的一定的调制来变更提升控制量，由此决定确定提升控制量h及确定倾斜控制量p，但不限于此。例如，在其他实施方式中，也可以是，控制装置300在控制量设定阶段ST2中，以一定的提升控制量进行提升控制，并以相对于经过一定时间时的动臂角单调增加的方式来决定确定提升控制量h及确定倾斜控制量p。
另外，作为工作装置120的倾斜控制量，第一实施方式的控制装置300决定向控制阀261输出的倾斜控制指令中的控制量的大小，但在其他实施方式中不限于此。例如，其他实施方式的控制装置300也可以决定作为从自动倾斜阶段ST6向自动倾斜结束阶段ST7转移的转移条件的铲斗角上升量阈值。具体而言，其他实施方式的控制装置300也可以按照以下的次序进行自动挖掘控制。
在控制量设定阶段ST2中，控制量决定部314以相对于提升力单调增加的方式决定铲斗角上升量阈值。在自动倾斜阶段ST6中，指令输出部316以一定的倾斜控制量输出倾斜控制指令。在自动倾斜阶段ST6中，阶段确定部313在相对于从倾斜开始判定阶段ST5转移到自动倾斜阶段ST6的时刻的铲斗角的铲斗角上升量达到在控制量设定阶段ST2中决定出的铲斗角上升量阈值的情况下，确定为自动挖掘控制的阶段是自动倾斜结束阶段ST7。
需要说明的是，上述的实施方式的作业车辆100基于铲斗角θB，来进行铲斗122的倾斜操作及卸料操作的自动驱动控制，但不限于此。例如，其他实施方式的作业车辆100也可以求出铲斗缸125的行程量，并基于铲斗缸125的行程量来进行倾斜操作及卸料操作的自动驱动控制。铲斗缸125的行程既可以由铲斗行程传感器1251求出，也可以基于在双臂曲柄123设置的角度传感器的计测值和动臂角θL来算出。另外，在工作装置120的机构上，当动臂121上升时，即使不驱动铲斗缸125，双臂曲柄角也变化。因此，作业车辆100的控制装置300预先计测铲斗122接地的状态下的铲斗缸125的行程量(基准行程量)，并基于基准行程量与铲斗缸125的行程量这两者的差来进行自动挖掘控制。由此，在使动臂121落下到地表附近时，能够使铲斗122的底面相对于地表大致平行。在该情况下，铲斗角上升量阈值换算为相对于基准行程量的行程量的值来进行比较。
另外，上述的实施方式的控制装置300基于提升缸124的底部压力来确定工作装置120的提升力，但不限于此。例如，其他实施方式的控制装置300也可以使用可变容量泵260的压力、由转矩传感器检测的转矩等其他量来确定提升力。
另外，上述的实施方式的控制装置300基于动臂角来确定工作装置120的提升量，但不限于此。例如，其他实施方式的控制装置300也可以使用提升缸124的行程量、铲斗122的高度等其他量来确定工作装置120的提升量。
另外，上述的实施方式的控制装置300在自动倾斜阶段ST6结束后，经过自动倾斜结束阶段ST7而向倾斜待机阶段ST4转移，但不限于此。例如，其他实施方式的控制装置300也可以在自动倾斜阶段ST6结束后，不经过自动倾斜结束阶段ST7而向倾斜待机阶段ST4转移。在该情况下，控制装置300在从自动倾斜阶段ST6向倾斜待机阶段ST4转移时，使倾斜次数存储部335存储的自动倾斜次数增加。
另外，上述的实施方式的控制装置300在自动提升阶段ST3结束后向倾斜待机阶段ST4转移，但不限于此。例如，其他实施方式的控制装置300也可以在自动提升阶段ST3结束后向自动倾斜阶段ST6转移。
工业上的可利用性
根据本发明的上述公开，工作装置控制装置能够进行与挖掘对象物的状态相应的挖掘控制。
附图标记说明：
100…作业车辆，110…车身，120…工作装置，130…前轮部，140…后轮部，150…驾驶室，111…前车身，112…后车身，113…转向缸，121…动臂，122…铲斗，123…双臂曲柄，124…提升缸，1241…提升行程传感器，125…铲斗缸，1251…铲斗行程传感器，151…座椅，152…加速踏板，153…制动踏板，154…转向方向盘，155…前后切换开关，156…换挡开关，157…动臂杆，158…铲斗杆，159…自动挖掘开关，210…发动机，220…PTO，230…变速器，231…旋转计，240…前桥，250…后桥，260…可变容量泵，261…控制阀，262…转向阀，264…缸压力计，266…安全阀，270…制动泵，271…制动阀，300…控制装置，310…处理器，330…主存储器，350…储存器，370…接口，311…操作量取得部，312…计测值取得部，313…阶段确定部，314…控制量决定部，315…倾斜时间决定部，316…指令输出部，331…阶段存储部，332…确定控制量存储部，334…倾斜时间存储部，333…当前控制量存储部，335…倾斜次数存储部，336…底部压力存储部，337…动臂角存储部，ST0…非自动挖掘阶段，ST1…提升开始判定阶段，ST2…控制量设定阶段，ST3…自动提升阶段，ST4…倾斜待机阶段，ST5…倾斜开始判定阶段，ST6…自动倾斜阶段，ST7…自动倾斜结束阶段。

Claims (7)

1.一种工作装置控制装置，其用于控制工作装置，其中，
所述工作装置控制装置具备：
提升力检测部，其用于检测所述工作装置的提升力；
控制量决定部，其基于检测出的所述提升力的变化量，来决定所述工作装置的控制量；以及
指令输出部，其向使所述工作装置驱动的致动器输出与决定出的所述控制量相关的控制指令，
所述控制量决定部在所述工作装置的提升量达到规定的阈值的时刻之前，以所述控制量相对于所述提升力单调增加的方式决定所述控制量，
在所述提升力的所述变化量为变化量的规定的阈值以下的情况下，所述控制量为规定的下限值，
在所述提升力的所述变化量比变化量的规定的所述阈值大的情况下，所述控制量与所述提升力的所述变化量相应地增加。
2.根据权利要求1所述的工作装置控制装置，其中，
所述控制量决定部在所述工作装置的提升量达到规定的阈值的时刻以后，将所述控制量决定为所述工作装置的提升量达到规定的阈值的时刻的所述控制量。
3.根据权利要求1或2所述的工作装置控制装置，其中，
所述控制量决定部将基于所述提升力而得到的控制量和基于加速操作量而得到的控制量中的较小的控制量决定为所述工作装置的控制量。
4.根据权利要求1或2所述的工作装置控制装置，其中，
所述控制量包含用于使所述工作装置提升的提升控制量。
5.根据权利要求1或2所述的工作装置控制装置，其中，
所述控制量包含用于使所述工作装置倾斜的倾斜控制量。
6.一种作业车辆，其中，
所述作业车辆具备：
车身；
支承于所述车身的工作装置；
使所述工作装置驱动的致动器；以及
权利要求1至5中任一项所述的工作装置控制装置。
7.一种工作装置的控制方法，其中，
所述工作装置的控制方法包括以下步骤：
检测工作装置的提升力；
基于检测出的所述提升力的变化量，来决定所述工作装置的控制量；以及
向使所述工作装置驱动的致动器输出与决定出的所述控制量相关的控制指令，
在所述提升力的所述变化量为变化量的规定的阈值以下的情况下，所述控制量被决定为规定的下限值，
在所述提升力的所述变化量比变化量的规定的所述阈值大的情况下，所述控制量被决定为与所述提升力的所述变化量相应地增加。
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