JP2018071255A - 作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削時に作業車両をスリップから迅速に脱出させると共に、スリップの繰り返しを抑える。
【解決手段】作業車両の制御システムは、コントローラを備える。コントローラは、作業対象の現況地形を示す現況地形情報を受信する。コントローラは、現況地形よりも下方に位置する設計面を決定する。コントローラは、設計面に沿って作業機を移動させる指令信号を生成する。コントローラは、作業車両でのスリップの発生を判定する。コントローラは、スリップが発生したと判定したときには、設計面を、スリップの発生時の作業機の刃先位置以上の位置に変更する。
【選択図】図８

Description

本発明は、作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両に関する。

従来、ブルドーザやモータグレーダなどの作業車両において、ブレードの位置を自動的に制御する技術が提案されている。例えば、特許文献１では、掘削中にブレードに掛かる負荷を目標値に保持するように、コントローラがブレードの上下位置を自動的に制御する。

詳細には、特許文献１の作業車両は、ブレードを支持するストレートフレームと、ストレートフレームに接続されたリフトシリンダとを備えている。コントローラは、リフトシリンダのストローク量からストレートフレームの車体に対する相対角度を取得し、この相対角度に基づいてブレードの上下位置を制御する。

また、掘削中に、作業車両にシュースリップが発生したときには、コントローラは、ブレードを上昇させる。これにより、ブレードへの負荷が軽減されることで、シュースリップを回避することができる。

特開平5-106239号

上述した作業車両では、車体に対するストレートフレームの相対角度によってブレードの上下位置を制御する。従って、スリップが発生したときには、ブレードが車体に対して上昇するように制御される。この場合、以下のような問題が生じ得る。

図20は、掘削中に作業車両100にスリップが発生した状態を示す模式図である。図20(A)に示すように、土中に突き刺された作業機200への負荷が過大となることにより、作業車両100にスリップが発生している。この状態では、作業機200の刃先が位置P1から動けなくなっていると共に、作業車両100の前部が地面Gから浮き上がってしまっている。

このような状況で、コントローラは、スリップの発生を検知すると、作業機200を上昇させる。このとき、作業機200は、作業車両100の車体に対して上昇するように制御される。そのため、図20(B)に示すように、作業機200の車体に対する相対角度が変更されるが、作業機200の刃先は位置P1に保持されたままである。そして、作業機200の車体に対する相対角度がさらに変更されることで、図20(C)に示すように、作業車両100の前部が接地する。このため、作業車両100の前部を接地させるまでに多くの時間がかかることで、スリップからの脱出が遅くなるという問題がある。

また、図20(C)に示すように、スリップから脱出しても、作業機200の刃先は、スリップが発生したときと同じ位置P1に位置している。そのため、再びスリップが発生し、スリップの発生が繰り返されるという問題もある。

本発明の課題は、掘削時に作業車両をスリップから迅速に脱出させると共に、スリップの繰り返しを抑えることにある。

第１の態様に係る制御システムは、作業機を有する作業車両の制御システムであって、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、作業対象の現況地形を示す現況地形情報を受信する。コントローラは、現況地形よりも下方に位置する設計面を決定する。コントローラは、設計面に沿って作業機を移動させる指令信号を生成する。コントローラは、作業車両でのスリップの発生を判定する。コントローラは、スリップが発生したと判定したときには、設計面を、スリップの発生時の作業機の刃先位置以上の位置に変更する。

第２の態様に係る制御方法は、作業機を有する作業車両の制御方法であって、以下の処理を備える。第１の処理は、作業対象の現況地形を示す現況地形情報を受信することである。第２の処理は、現況地形よりも下方に位置する設計面を決定することである。第３の処理は、設計面に沿って作業機を移動させる指令信号を生成することである。第４の処理は、作業車両でのスリップの発生を判定することである。第５の処理は、スリップが発生したときには、設計面を、スリップの発生時の作業機の刃先位置以上の位置に変更することである。

第３の態様に係る作業車両は、作業機とコントローラとを備える。コントローラは、作業対象の現況地形よりも下方に位置する設計面に沿って作業機を移動させる。作業車両でスリップが発生したときには、設計面が、スリップの発生時の作業機の刃先位置以上の位置に変更される。

本発明では、作業車両でスリップが発生したときには、設計面が、スリップの発生時の作業機の刃先位置以上の位置に変更される。そして、変更された設計面に沿って作業機が移動するように制御される。従って、現況地形に対して作業機の刃先を移動させることができる。そのため、車両に対する作業機の刃先の相対的な位置が変更される場合と比べて、作業車両の前部を迅速に接地させることができる。これにより、作業車両をスリップから迅速に脱出させることができる。また、作業機の刃先位置が、スリップ発生時の位置から変更されるため、スリップの繰り返しを抑えることができる。

実施形態に係る作業車両を示す側面図である。 作業車両の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。 作業車両の構成を示す模式図である。 掘削作業における作業機の自動制御の処理を示すフローチャートである。 最終設計地形、現況地形、及び仮想設計面の一例を示す図である。 スリップが発生したときの作業機の自動制御の処理を示すフローチャートである。 現況地形、仮想設計面、及びスリップが発生したときの作業機の刃先位置を示す図である。 スリップ発生中の仮想設計面の変更方法を示す図である。 スリップ発生中の仮想設計面の変更方法を示す図である。 スリップから脱出したときの刃先位置を示す図である。 スリップから脱出した後の仮想設計面の設定方法を示す図である。 スリップから脱出した後の仮想設計面の設定方法を示す図である。 現況地形、仮想設計面、及びスリップが発生したときの作業機の刃先位置を示す図である。 スリップが発生したときの作業機の自動制御の処理を示すフローチャートである。 スリップ発生中の仮想設計面の変更方法を示す図である。 スリップから脱出した後の仮想設計面の設定方法を示す図である。 スリップから脱出した後の仮想設計面の設定方法を示す図である。 変形例に係る制御システムの構成を示すブロック図である。 他の変形例に係る制御システムの構成を示すブロック図である。 従来技術による掘削を示す図である。

以下、実施形態に係る作業車両について、図面を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係る作業車両1を示す側面図である。本実施形態に係る作業車両1は、ブルドーザである。作業車両1は、車体11と、走行装置12と、作業機13と、を備えている。

車体11は、運転室14とエンジン室15とを有する。運転室14には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室15は、運転室14の前方に配置されている。走行装置12は、車体11の下部に取り付けられている。走行装置12は、左右一対の履帯16を有している。なお、図1では、左側の履帯16のみが図示されている。履帯16が回転することによって、作業車両1が走行する。

作業機13は、車体11に取り付けられている。作業機13は、リフトフレーム17と、ブレード18と、リフトシリンダ19と、を有する。リフトフレーム17は、車幅方向に延びる軸線Ｘを中心として上下に動作可能に車体11に取り付けられている。リフトフレーム17は、ブレード18を支持している。

ブレード18は、車体11の前方に配置されている。ブレード18は、リフトフレーム17の上下動に伴って上下に移動する。リフトシリンダ19は、車体11とリフトフレーム17とに連結されている。リフトシリンダ19が伸縮することによって、リフトフレーム17は、軸線Ｘを中心として上下に回転する。

図2は、作業車両1の駆動系2と制御システム3との構成を示すブロック図である。図2に示すように、駆動系2は、エンジン22と、油圧ポンプ23と、動力伝達装置24と、を備えている。

油圧ポンプ23は、エンジン22によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ23から吐出された作動油は、リフトシリンダ19に供給される。なお、図2では、1つの油圧ポンプ23が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。

動力伝達装置24は、エンジン22の駆動力を走行装置12に伝達する。動力伝達装置24は、例えば、HST（Hydro Static Transmission）であってもよい。或いは、動力伝達装置24は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。

制御システム3は、操作装置25と、コントローラ26と、制御弁27とを備える。操作装置25は、作業機13及び走行装置12を操作するための装置である。操作装置25は、運転室14に配置されている。操作装置25は、例えば、操作レバー、ペダル、スイッチ等を含む。

操作装置25は、走行装置12用の操作装置251と、作業機13用の操作装置252とを含む。走行装置12用の操作装置251は、前進位置と後進位置と中立位置とに操作可能に設けられる。走行装置12用の操作装置251の操作位置が前進位置であるときには、作業車両1が前進するように、走行装置12、或いは動力伝達装置24が制御される。走行装置12用の操作装置251の操作位置が後進位置であるときには、作業車両1が後進するように、走行装置12、或いは動力伝達装置24が制御される。

作業機13用の操作装置252は、リフトシリンダ19の動作を操作可能に設けられる。作業機13用の操作装置252が操作されることにより、ブレード18のリフト操作を行うことができる。

操作装置25は、オペレータによる操作装置25の操作を検出するセンサ25a,25bを含む。操作装置25は、作業機13及び走行装置12を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、センサ25a,25bは操作に応じた操作信号を出力する。センサ25aは、走行装置12用の操作装置251の操作に応じた操作信号を出力する。センサ25bは、作業機13用の操作装置252の操作に応じた操作信号を出力する。

コントローラ26は、取得した情報に基づいて作業車両1を制御するようにプログラムされている。コントローラ26は、例えばCPU等の処理装置を含む。コントローラ26は、操作装置25のセンサ25a,25bから操作信号を取得する。コントローラ26は、操作信号に基づいて、制御弁27を制御する。なお、コントローラ26は、一体に限らず、複数のコントローラに分かれていてもよい。

制御弁27は、比例制御弁であり、コントローラ26からの指令信号によって制御される。制御弁27は、リフトシリンダ19などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ23との間に配置される。制御弁27は、油圧ポンプ23からリフトシリンダ19に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ26は、上述した操作装置252の操作に応じて作業機13が動作するように、制御弁27への指令信号を生成する。これにより、リフトシリンダ19が、操作装置252の操作量に応じて、制御される。なお、制御弁27は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁27は、電磁比例制御弁であってもよい。

制御システム3は、リフトシリンダセンサ29を備える。リフトシリンダセンサ29は、リフトシリンダ19のストローク長さ（以下、「リフトシリンダ長Ｌ」という。）を検出する。図3に示すように、コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいてブレード18のリフト角θliftを算出する。図3は、作業車両1の構成を示す模式図である。

図3では、作業機13の原点位置が二点鎖線で示されている。作業機13の原点位置は、水平な地面上でブレード18の刃先が地面に接触した状態でのブレード18の位置である。リフト角θliftは、作業機13の原点位置からの角度である。

図2に示すように、制御システム3は、位置検出装置31を備えている。位置検出装置31は、作業車両1の位置を検出する。位置検出装置31は、GNSSレシーバ32と、IMU 33と、を備える。GNSSレシーバ32は、運転室14上に配置される。GNSSレシーバ32は、例えばGPS（Global Positioning System）用のアンテナである。GNSSレシーバ32は、作業車両1の位置を示す車体位置情報を受信する。コントローラ26は、GNSSレシーバ32から車体位置情報を取得する。

IMU 33は、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）である。IMU 33は、車体傾斜角情報を取得する。車体傾斜角情報は、車両前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および車両横方向の水平に対する角度（ロール角）を示す。IMU 33は、車体傾斜角情報をコントローラ26に送信する。コントローラ26は、IMU 33から車体傾斜角情報を取得する。

コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌと、車体位置情報と、車体傾斜角情報とから、刃先位置P0を演算する。図3に示すように、コントローラ26は、車体位置情報に基づいて、GNSSレシーバ32のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいて、リフト角θliftを算出する。コントローラ26は、リフト角θliftと車体寸法情報に基づいて、GNSSレシーバ32に対する刃先位置P0のローカル座標を算出する。車体寸法情報は、記憶装置28に記憶されており、GNSSレシーバ32に対する作業機13の位置を示す。コントローラ26は、GNSSレシーバ32のグローバル座標と刃先位置P0のローカル座標と車体傾斜角情報とに基づいて、刃先位置P0のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、刃先位置P0のグローバル座標を刃先位置情報として取得する。

制御システム3は、記憶装置28を備えている。記憶装置28は、例えばメモリーと補助記憶装置とを含む。記憶装置28は、例えば、RAM、或いはROMなどであってもよい。記憶装置28は、半導体記憶装置、或いはハードディスクなどであってもよい。コントローラ26は、記憶装置28と有線、或いは無線により通信を行うことで、記憶装置28に記憶された情報を取得する。

記憶装置28は、刃先位置情報と現況地形情報と設計地形情報とを記憶している。設計地形情報は、最終設計地形の位置および形状を示す。最終設計地形は、作業現場における作業対象の最終的な目標地形である。コントローラ26は、現況地形情報を取得する。現況地形情報は、作業現場における作業対象の現況地形の位置および形状を示す。コントローラ26は、現況地形情報と、設計地形情報と、刃先位置情報とに基づいて、作業機13を自動的に制御する。

なお、作業機13の自動制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。或いは、作業機13の自動制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。

以下、コントローラ26によって実行される、掘削作業における作業機13の自動制御について説明する。図4は、掘削作業における作業機13の自動制御の処理を示すフローチャートである。

図4に示すように、ステップS101では、コントローラ26は、現在位置情報を取得する。ここでは、コントローラ26は、上述したように、作業機13の現在の刃先位置P0を取得する。

ステップS102では、コントローラ26は、設計地形情報を取得する。図5に示すように、設計地形情報は、作業車両1の進行方向において、所定間隔ごとの複数地点（図５の“-d5”−“d10”参照）での最終設計地形60の高さを含む。従って、最終設計地形60は、複数地点において分割された複数の最終設計面60_1, 60_2, 60_3として把握される。

なお、図面においては、一部の最終設計面のみに符号が付されており、他の最終設計面の符号は省略されている。図5では、最終設計地形60は、水平方向に平行な平坦な形状であるが、これと異なる形状であってもよい。

ステップS103では、コントローラ26は、現況地形情報を取得する。図5に示すように、現況地形情報は、作業車両1の進行方向に位置する現況地形50の断面を示す。

なお、図5において、縦軸は、地形の高さを示している。横軸は、作業車両1の進行方向における基準位置d0からの距離を示している。基準位置は、作業車両１の現在の刃先位置P0であってもよい。詳細には、現況地形情報は、作業車両1の進行方向における複数地点での現況地形50の高さを含む。複数地点は、所定間隔、例えば１ｍごとに並んでいる（図５の“-d5”−“d10”参照）。

従って、現況地形50は、複数地点において分割された複数の現況面50_-1, 50_1, 50_2, 50_3として把握される。なお、図面においては、一部の現況面のみに符号が付されており、他の現況面の符号は省略されている。

コントローラ26は、刃先位置P0の最新の軌跡を示す位置情報を、現況地形情報として取得する。従って、位置検出装置31は、現況地形情報を取得する現況地形取得装置として機能する。刃先位置P0が移動することにより、コントローラ26は、現況地形情報を最新の現況地形に更新して、記憶装置28に保存する。

或いは、コントローラ26は、車体位置情報と車体寸法情報とから履帯16の底面の位置を算出し、履帯16の底面の軌跡を示す位置情報を現況地形情報として取得してもよい。或いは、現況地形情報は、作業車両1の外部の測量装置によって計測された測量データから生成されてもよい。或いは、カメラによって現況地形50を撮影し、カメラによって得られた画像データから現況地形情報が生成されてもよい。

ステップS104では、コントローラ26は、目標土量Stを取得する。目標土量Stは、例えばブレード18の容量に基づいて決定された固定値であってもよい。或いは、目標土量Stは、オペレータの操作によって任意に設定されてもよい。

ステップS105では、コントローラ26は、掘削開始位置Psを取得する。ここでは、コントローラ26は、操作装置25からの操作信号に基づいて、掘削開始位置Psを取得する。例えば、コントローラ26は、ブレード18を下げる操作を示す信号を操作装置252から受信した時点での刃先位置P0を掘削開始位置Psとして決定してもよい。或いは、掘削開始位置Psは、予め記憶装置28に保存されていて、記憶装置28から取得されてもよい。

ステップS106では、仮想設計面70を決定する。コントローラ26は、例えば図5に示すような仮想設計面70を決定する。仮想設計面70は、現況地形50と同様に、複数地点において分割された複数の設計面（分割単位面）70_1, 70_2, 70_3として把握される。なお、図面においては、一部の現況面のみに符号が付されており、他の現況面の符号は省略されている。

現況地形50が最終設計地形60よりも上方に位置している場合には、コントローラ26は、現況地形50よりも下方に位置する仮想設計面70を決定する。ただし、仮想設計面70の一部が、現況地形50よりも上方に位置してもよい。

例えば、仮想設計面70は、掘削開始位置Psから直線的に延びている。コントローラ26は、作業機13の推定保有土量Sと目標土量Stとに基づいて仮想設計面70を決定する。推定保有土量Sは、図5に示すように、仮想設計面70に沿って作業機13の刃先位置P0を移動させたときに、作業機13によって保有される土量の推定値である。コントローラ26は、仮想設計面70と現況地形50との間の土量を推定保有土量Sとして算出する。

仮想設計面70と現況地形50との間の土量は、図5に示すように、仮想設計面70と現況地形50との間の断面積（図5のハッチングを付した部分の面積）に相当するものとして算出される。その際、本実施形態では、作業車両１の幅方向における現況地形50の大きさは考慮しないものとする。ただし、作業車両１の幅方向における現況地形50の大きさを考慮して、土量が算出されてもよい。

コントローラ26は、推定保有土量Sが目標土量Stと一致するように、仮想設計面70の傾斜角を決定する。ただし、コントローラ26は、最終設計地形60を下回らないように、仮想設計面70を決定する。

現況地形50が最終設計地形60よりも下方に位置している場合には、コントローラ26は、現況地形50よりも上方に位置する仮想設計面70を決定する。ただし、仮想設計面70の一部が、現況地形50よりも下方に位置してもよい。例えば、コントローラ26は、作業機13の刃先位置P0が、作業車両1よりも前方の所定位置に到達したときに、推定保有土量Sが所定の土量閾値以下となるように、仮想設計面70を決定する。

或いは、コントローラ26は、現況地形50が最終設計地形60よりも下方に位置している場合には、現況地形50から所定距離上方に位置する仮想設計面70を決定してもよい。或いは、コントローラ26は、現況地形50が最終設計地形60よりも下方に位置している場合には、現況地形50に沿う仮想設計面70を決定してもよい。

ステップS107では、仮想設計面70に沿って作業機13を制御する。ここでは、コントローラ26は、ステップS106で作成した仮想設計面70に沿って作業機13の刃先位置P0が移動するように、作業機13への指令信号を生成する。生成された指令信号は、制御弁27に入力される。それにより、作業機13の刃先位置P0が仮想設計面70に沿って移動することで、現況地形50の掘削作業が行われる。

次に、作業車両1において走行装置12のスリップが発生したときの制御について説明する。本実施形態に係る作業車両1の制御システム3では、コントローラ26は、スリップの発生を検出すると、上述した仮想設計面70を変更することで、作業車両1をスリップから脱出させる。図6は、スリップが発生したときの制御において、コントローラ26によって実行される処理を示すフローチャートである。

ステップS201では、コントローラ26は、走行装置12にスリップが発生しているかを判定する。コントローラ26は、例えば、作業車両1の実車速と理論車速とに基づいて、スリップの発生を判定する。コントローラ26は、GNSSレシーバ32から取得した車体位置情報から実車速を算出してもよい。理論車速は、作業車両1の車速の推測値である。コントローラ26は、動力伝達装置24の出力軸の回転速度から理論車速を算出してもよい。コントローラ26は、実車速の理論車速に対する比率（実車速／理論車速）が所定の比率閾値以下であるときに、スリップが発生していると判定する。

或いは、ブレード18の負荷を検出する負荷センサが設けられ、コントローラ26は、負荷センサからの検出信号に基づいてブレード18の負荷を取得してもよい。コントローラ26は、ブレード18の負荷が所定の負荷閾値よりも大きいときに、スリップが発生していると判定してもよい。

或いは、コントローラ26は、上記の比率とブレード18の負荷との両方によって、スリップの発生を判定してもよい。或いは、コントローラ26は、他の手段によってスリップの発生を判定してもよい。

スリップが発生していると判定されたときには、処理はステップS202に進む。図７は、現況地形50、仮想設計面70、及びスリップが発生したときの作業機13の刃先位置P0を示す図である。ステップS202では、コントローラ26は、スリップが発生したときの刃先位置P0が初期目標面80より上にあるかを判定する。初期目標面80は、スリップの発生前に設定された仮想設計面70である。なお、図7において、80＿-1は、初期目標面80のうち、基準位置d0に対応する部分である。70＿-1は、仮想設計面70のうち、基準位置d0に対応する部分である。ステップS202では、コントローラ26は、この初期目標面80_-1よりも上方に刃先位置P0が位置しているかを判定する。

コントローラ26は、スリップが発生する前は、初期目標面80_-1に沿って作業機13の刃先を移動させる。しかし、作業機13の刃先が初期目標面80_-1に到達するまでにはタイムラグがある。そのため、図７に示すように、作業機13の刃先が初期目標面80_-1に到達する前に、スリップが発生する場合があり得る。スリップ発生時に、刃先位置P0が初期目標面80_-1よりも上方に位置しているときには、処理は、ステップS203に進む。

ステップS203では、コントローラ26は、仮想設計面70_-1を、スリップの発生時の刃先位置P0に変更する。図８に示すように、コントローラ26は、仮想設計面70_-1を、スリップの発生時の刃先位置P0と一致する高さに変更する。ここでは、コントローラ26は、瞬間的に、仮想設計面70_-1を刃先位置P0と一致する高さに変更する。

なお、コントローラ26は、仮想設計面70_-1を、スリップの発生時の刃先位置P0より高い位置に変更してもよい。例えば、コントローラ26は、スリップの発生時の刃先位置P0の高さに所定距離を加えた高さの位置に、仮想設計面70_-1を設定してもよい。

次に、ステップS204において、コントローラ26は、作業車両１がスリップから脱出したかを判定する。コントローラ26は、上述した実車速の理論車速に対する比率、及び／又は、ブレード18の負荷を所定の閾値と比較することで、作業車両１がスリップから脱出したかを判定してもよい。或いは、コントローラ26は、他の手段によって、作業車両1がスリップから脱出したかを判定してもよい。

ステップS204において、作業車両１がスリップから脱出していないと判定されたときには、処理はステップS205に進む。すなわち、ステップS203において仮想設計面70_-1を変更してもスリップが継続していると判定されたときには、処理はステップS205に進む。

ステップS205では、コントローラ26は、図９に示すように、仮想設計面70_-1を所定速度でさらに上昇させる。ここでは、コントローラ26は、ステップS203のように瞬間的に仮想設計面70_-1を変更するのではなく、一定速度で徐々に上昇させる。例えば、コントローラ26は、1~10cm/s程度の速度で仮想設計面70_-1を上昇させてもよい。或いは、コントローラ26は、10~20cm/s程度の速度で仮想設計面70_-1を上昇させてもよい。或いは、コントローラ26は、さらに早い速度で仮想設計面70_-1を上昇させてもよい。或いは、仮想設計面70_-1の上昇速度は、一定ではなく、状況に応じて変更されてもよい。

図10は、ステップS205において仮想設計面70_-1が変更されることにより、作業車両1がスリップから脱出したときの刃先位置P0を示している。この状態では、刃先位置P0は、変更された仮想設計面70_-1にまだ到達しておらず、変更された仮想設計面70_-1よりも下方に位置している。作業車両1がスリップから脱出したと判定されたときには、処理はステップS206に進む。

ステップS206では、作業車両1がスリップから脱出したときの刃先位置P0に、仮想設計面70_-1を設定する。図11に示すように、コントローラ26は、仮想設計面70_-1を、スリップから脱出したときの刃先位置P0と一致する高さに変更する。

ステップS207では、コントローラ26は、オフセット量を記憶する。図12に示すように、オフセット量H_offsetは、初期目標面80_-1の高さH1と、スリップから脱出した時点での刃先位置P0の高さH2との差である。

そして、ステップS208において、コントローラ26は、仮想設計面70を再設定する。図12に示すように、コントローラ26は、刃先位置P0より前方に位置する仮想設計面70をオフセット量H_offsetに基づいて変更する。詳細には、コントローラ26は、初期目標面80をオフセット量H_offset、上方に移動させた補正目標面90を、スリップから脱出した後の仮想設計面70として設定する。

ただし、コントローラ26は、現況地形50を上方に越えないように、補正目標面90を生成する。そのため、図12に示すように、初期目標面80をオフセット量H_offset、上方に移動させた当初の補正目標面90’が現況地形50を上方に越えているときには、コントローラ26は、現況地形50を上方に越えないように修正した補正目標面90を仮想設計面70として設定する。

詳細には、図12では、距離d1における当初の補正目標面90’が現況地形50よりも上方に位置している。そのため、距離d1における高さが現況地形50の高さと一致するように修正された補正目標面90が仮想設計面70として設定される。

なお、ステップS203において仮想設計面70が変更されることにより、作業車両1がスリップから脱出したときにも、S206において、コントローラ26は、作業車両1がスリップから脱出したときの刃先位置P0に、仮想設計面70を設定する。また、ステップS207において、コントローラ26は、初期目標面80_-1の高さH1と、スリップから脱出した時点での刃先位置P0の高さH2との差をオフセット量H_offsetとして記憶する。そして、ステップS208において、コントローラ26は、オフセット量H_offsetに基づいて仮想設計面70を再設定する。

図13に示すように、スリップ発生時の刃先位置P0が初期目標面80_-1と同じ又は初期目標面80_-1よりも下方に位置しているときには、処理は、ステップS202から図14に示すステップS301に進む。例えば、刃先位置P0が初期目標面80_-1に到達した後、初期目標面80_-1よりも下方まで行き過ぎてしまったことで、スリップが発生する場合がある。そのような場合には、図14に示す処理によって、仮想設計面70が変更される。

ステップS301では、コントローラ26は、図15に示すように、仮想設計面70_-1を所定速度で上昇させる。ここでの処理は、ステップS205と同様である。ステップS302では、ステップS204と同様に、コントローラ26は、作業車両１がスリップから脱出したかを判定する。作業車両１がスリップから脱出したと判定されたときには、処理はステップS303に進む。

ステップS303では、コントローラ26は、スリップから脱出した時点での刃先位置P0が初期目標面80_-1よりも上方に位置しているかを判定する。図16に示すように、スリップから脱出した時点での刃先位置P0が初期目標面80_-1よりも上方に位置しているときには、処理はステップS304に進む。

ステップS304では、コントローラ26は、ステップS206と同様に、作業車両1がスリップから脱出したときの刃先位置P0に、仮想設計面70_-1を設定する。コントローラ26は、図16に示すように、仮想設計面70_-1を、スリップから脱出したときの刃先位置P0と一致する高さに変更する。また、ステップS305において、コントローラ26は、ステップS207と同様に、初期目標面80_-1の高さH1と、スリップから脱出した時点での刃先位置P0の高さH2との差をオフセット量H_offsetとして記憶する。そして、ステップS306において、コントローラ26は、ステップS208と同様に、初期目標面80をオフセット量H_offset、上方に移動させた補正目標面90を、スリップから脱出した後の仮想設計面70として再設定する。その後、処理は、ステップS201に戻る。

図17に示すように、スリップから脱出した時点での刃先位置P0が初期目標面80_-1よりも下方に位置するときには、処理はステップS303からステップS307に進む。ステップS307では、初期目標面80が、スリップから脱出した後の仮想設計面70として設定される。その後、処理は、ステップS201に戻る。

以上説明した本実施形態に係る作業車両1の制御システム3では、作業車両1でスリップが発生したときには、仮想設計面70が、スリップの発生時の作業機13の刃先位置P0に変更される。そして、変更された仮想設計面70に沿って作業機13が移動するように制御される。従って、現況地形50に対して作業機13の刃先を上昇させることができる。そのため、作業車両1に対して刃先が相対的に上昇させられる場合と比べて、走行装置12の前部を迅速に接地させることができる。これにより、作業車両1をスリップから迅速に脱出させることができる。

また、現況地形50に対して作業機13の刃先が上昇するため、作業機13の刃先位置P0が、スリップ発生時の位置から変更される。これにより、スリップの繰り返しを抑えることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

作業車両は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ等の他の車両であってもよい。

作業車両1は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム3の一部は、作業車両1の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されてもよい。コントローラ26は、作業現場から離れたコントロールセンタ内に配置されてもよい。

コントローラ26は、互いに別体の複数のコントローラ26を有してもよい。例えば、図18に示すように、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されるリモートコントローラ261と、作業車両1に搭載される車載コントローラ262とを含んでもよい。リモートコントローラ261と車載コントローラ262とは通信装置38,39を介して無線により通信可能であってもよい。そして、上述したコントローラ26の機能の一部がリモートコントローラ261によって実行され、残りの機能が車載コントローラ262によって実行されてもよい。例えば、仮想設計面70を決定する処理がリモートコントローラ261によって実行され、作業機13への指令信号を出力する処理が車載コントローラ262によって実行されてもよい。

操作装置25は、作業車両1の外部に配置されてもよい。その場合、運転室は、作業車両1から省略されてもよい。或いは、操作装置25が作業車両1から省略されてもよい。操作装置25による操作無しで、コントローラ26による自動制御のみによって作業車両1が操作されてもよい。

現況地形取得装置は、上述した位置検出装置31に限らず、他の装置であってもよい。例えば、図19に示すように、現況地形取得装置は、外部の装置からの情報を受け付けるインターフェ−ス装置37であってもよい。インターフェ−ス装置37は、外部の計測装置41が計測した現況地形情報を無線によって受信してもよい。或いは、インターフェ−ス装置37は、記録媒体の読み取り装置であって、外部の計測装置41が計測した現況地形情報を記録媒体を介して受け付けてもよい。

仮想設計面70の設定方法は、上記の実施形態のものに限らず変更されてもよい。コントローラ26は、現況地形50から所定距離下方に位置する仮想設計面70を決定してもよい。コントローラは、推定保有土量に基づいて所定距離を決定してもよい。或いは、コントローラ26は、推定保有土量に関らずに、仮想設計面70を決定してもよい。

スリップ発生時の刃先位置P0が初期目標面80_-1と同じ又は初期目標面80_-1よりも下方に位置しているときにも、スリップ発生時の刃先位置P0が初期目標面80_-1よりも上方に位置しているときと同様の制御が行われてもよい。すなわち、ステップS202及びステップS301〜ステップS307の処理が省略されてもよい。

その場合、スリップ発生時の刃先位置P0が初期目標面80_-1と同じ又は初期目標面80_-1よりも下方に位置しているときに、コントローラ26は、ステップS203と同様に、仮想設計面70を刃先位置P0に変更してもよい。或いは、スリップ発生時の刃先位置P0が初期目標面80_-1と同じ又は初期目標面80_-1よりも下方に位置しているときにも、コントローラ26は、仮想設計面70を刃先位置P0よりも上方の位置に変更してもよい。

本発明によれば、掘削時に作業車両をスリップから迅速に脱出させると共に、スリップの繰り返しを抑えることができる。

1 作業車両
3 制御システム
13 作業機
26 コントローラ

Claims (18)

1. 作業機を有する作業車両の制御システムであって、
   コントローラを備え、
   前記コントローラは、
   作業対象の現況地形を示す現況地形情報を受信し、
   前記現況地形よりも下方に位置する設計面を決定し、
   前記設計面に沿って前記作業機を移動させる指令信号を生成し、
   前記作業車両でのスリップの発生を判定し、
   前記スリップが発生したと判定したときには、前記設計面を、前記スリップの発生時の前記作業機の刃先位置以上の位置に変更するようにプログラムされている、
   作業車両の制御システム。
2. 前記コントローラは、前記設計面を変更しても前記スリップが継続していると判定したときには、前記設計面を所定速度でさらに上昇させるようにプログラムされている、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
3. 前記コントローラは、前記スリップから脱出したと判定したときには、前記スリップから脱出した時点での前記作業機の刃先位置に前記設計面を設定するようにプログラムされている、
   請求項１又は２に記載の作業車両の制御システム。
4. 前記コントローラは、前記現況地形を上方に越えないように、前記設計面を設定するようにプログラムされている、
   請求項３に記載の作業車両の制御システム。
5. 前記コントローラは、
   前記スリップの発生前の前記設計面である初期目標面の高さと、前記スリップから脱出した時点での前記作業機の刃先位置の高さとの差をオフセット量として記憶し、
   前記初期目標面を前記オフセット量、上方に移動させた補正目標面を、前記スリップから脱出した後の前記設計面として設定するようにプログラムされている、
   請求項３又は４に記載の作業車両の制御システム。
6. 前記コントローラは、前記現況地形を上方に越えないように、前記補正目標面を生成するようにプログラムされている、
   請求項５に記載の作業車両の制御システム。
7. 作業機を有する作業車両の制御方法であって、
   作業対象の現況地形を示す現況地形情報を受信し、
   前記現況地形よりも下方に位置する設計面を決定し、
   前記設計面に沿って前記作業機を移動させる指令信号を生成し、
   前記作業車両でのスリップの発生を判定し、
   前記スリップが発生したときには、前記設計面を、前記スリップの発生時の前記作業機の刃先位置以上の位置に変更することを備える、
   作業車両の制御方法。
8. 前記設計面を変更しても前記スリップが継続しているときに、前記設計面を所定速度でさらに上昇させることをさらに備える、
   請求項７に記載の作業車両の制御方法。
9. 前記スリップから脱出したときには、前記スリップから脱出した時点での前記作業機の刃先位置に前記設計面を設定することをさらに備える、
   請求項７又は８に記載の作業車両の制御方法。
10. 前記スリップから脱出した時点での前記作業機の刃先位置に前記設計面が設定されるときには、前記現況地形を上方に越えないように前記設計面が設定される、
    請求項９に記載の作業車両の制御方法。
11. 前記スリップの発生前の前記設計面である初期目標面の高さと、前記スリップから脱出した時点での前記作業機の刃先位置の高さとの差をオフセット量として記憶し、
    前記初期目標面を前記オフセット量、上方に移動させた補正目標面を、前記スリップから脱出した後の前記設計面として設定すること、
    をさらに備える請求項９又は１０に記載の作業車両の制御方法。
12. 前記補正目標面は、前記現況地形を上方に越えないように生成される、
    請求項１１に記載の作業車両の制御方法。
13. 作業機と、
    作業対象の現況地形よりも下方に位置する設計面に沿って前記作業機を移動させるコントローラと、
    を備え、
    前記作業車両でスリップが発生したときには、前記設計面が、前記スリップの発生時の前記作業機の刃先位置以上の位置に変更される、
    作業車両。
14. 前記設計面を変更しても前記スリップが継続しているときには、前記設計面を所定速度でさらに上昇させる、
    請求項１３に記載の作業車両。
15. 前記スリップから脱出したときには、前記設計面は、前記スリップから脱出した時点での前記作業機の刃先位置に設定される、
    請求項１３又は１４に記載の作業車両。
16. 前記設計面は、前記現況地形を上方に越えないように設定される、
    請求項１５に記載の作業車両。
17. 前記スリップの発生前の前記設計面である初期目標面の高さと、前記スリップから脱出した時点での前記作業機の刃先位置の高さとの差を示すオフセット量が記憶され、
    前記コントローラは、前記初期目標面を前記オフセット量、上方に移動させた補正目標面を、前記スリップから脱出した後の前記設計面として、前記作業機を移動させる、
    請求項１５又は１６に記載の作業車両。
18. 前記補正目標面は、前記現況地形を上方に越えないように生成される、
    請求項１７に記載の作業車両。

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