JP2018135649A - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能な作業車両を提供する。
【解決手段】作業車両は、掘削する際に走行する車両本体と、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、バケットの刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定し、移動方向への掘削動作を実行させる制御部とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、作業車両に関する。

ホイールローダ等の作業車両は、上下方向に回動可能なブームの先端に、ダンプ方向に回動可能なバケットを備えている。オペレータは、操作装置を操作することにより、バケットをダンプ方向に回動させて略水平にさせた後、作業車両を走行させてバケットを土砂等の山に貫入させる掘削作業が行なわれる。これによりバケット内に積荷を積み込む。オペレータは、ブームまたは車体を旋回させて、作業車両をダンプトラック等の運搬機械に対面させ、ブームを荷台の上方まで上げる。オペレータが、バケットをダンプ方向に回動させると、バケット内の積荷が荷台に落下し、運搬機械に積荷が移される。このようなサイクルを複数回繰り返すことにより、積込作業が行われる。

従来、効率的な掘削動作を実行する点で作業機の動作を自動制御する技術がある。
たとえば、特開２００７−２２４５１１号公報においては、バケット内の積み荷がこぼれ落ちないようにバケットの姿勢を制御する方式が開示されている。

特開２００７−２２４５１１号公報

一方で、ホイールローダ等の作業車両の掘削動作においては、作業車両を走行させるアクセル操作とともに、ブームとバケットの操作レバーをそれぞれ動かしてバケットの動きを操作する必要があるため効率的な掘削動作を実行することは簡単ではなく熟練が必要であった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能な作業車両および作業車両の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の作業車両は、掘削する際に走行する車両本体と、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、バケットの刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定し、移動方向への掘削動作を実行させる制御部とを備える。

本発明の作業車両の制御方法は、掘削する際に走行する車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、バケットの刃先方向を算出するステップと、算出されたバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、移動方向への掘削動作を実行させるステップとを備える。

本発明の別の作業車両は、掘削する際に走行する車両本体と、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、バケットの刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定し、表示器に決定した移動方向に従うガイダンスを表示する表示制御部とを備える。

本発明の別の作業車両の制御方法は、掘削する際に走行する車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、バケットの刃先方向を算出するステップと、算出されたバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、表示器に決定した移動方向に従うガイダンスを表示するステップとを備える。

本発明の作業車両およびその制御方法は、簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能である。

実施形態に基づくホイールローダ１の外観図である。 実施形態に基づくホイールローダ１の構成を示す模式図である。 実施形態に基づくホイールローダ１を模式的に説明する図である。 実施形態に基づく運転室５の概要を説明する図である。 実施形態に基づくバケット７の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。 実施形態に基づくホイールローダ１の掘削作業の動作処理を説明する図である。 実施形態に基づくリフト量Δｒの算出を説明する図である。 他の実施形態に基づく表示器５０について説明する図である。 他の実施形態に基づくホイールローダ１の表示処理を説明する図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

以下、作業車両の一例としてホイールローダについて、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。

＜全体構成＞
図１は、実施形態に基づくホイールローダ１の外観図である。

図１に示されるように、ホイールローダ１は、車体２、作業機３、車輪４ａ，４ｂ、および運転室５を備えている。ホイールローダ１は、車輪４ａ，４ｂが回転駆動されることにより自走可能であると共に、作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。

車体２は、前車体部２ａと後車体部２ｂとを有している。前車体部２ａと後車体部２ｂとは、互いに左右方向に揺動可能に連結されている。

前車体部２ａと後車体部２ｂとに渡って、一対のステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂが設けられている。ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂは、ステアリングポンプ１２（図２参照）からの作動油によって駆動される油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂが伸縮することによって、前車体部２ａが後車体部２ｂに対して揺動する。これにより、ホイールローダ１の進行方向が変更される。

図１および後述する図２では、ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂの一方のみを図示しており、他方を省略している。

前車体部２ａには、作業機３および一対の前輪４ａが取り付けられている。作業機３は、車体２の前方に配設されている。作業機３は、作業機ポンプ１３（図２参照）からの作動油によって駆動される。作業機３は、ブーム６と、一対のブームシリンダ１４ａ，１４ｂと、バケット７と、ベルクランク９と、バケットシリンダ１５とを有している。

ブーム６は、前車体部２ａに回転可能に支持されている。ブーム６の基端部が、ブームピン１６によって、前車体部２ａに回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ１４ａ，１４ｂの一端は前車体部２ａに取り付けられている。ブームシリンダ１４ａ，１４ｂの他端は、ブーム６に取り付けられている。前車体部２ａとブーム６とは、ブームシリンダ１４ａ，１４ｂにより連結されている。ブームシリンダ１４ａ，１４ｂが作業機ポンプ１３からの作動油によって伸縮することによって、ブーム６がブームピン１６を中心として上下に回動する。

図１及び図２では、ブームシリンダ１４ａ，１４ｂのうちの一方のみを図示しており、他方を省略している。

バケット７は、ブーム６の先端に回動可能に支持されている。バケット７は、バケットピン１７によって、ブーム６の先端部に回動可能に指示されている。バケットシリンダ１５の一端は前車体部２ａに取り付けられている。バケットシリンダ１５の他端はベルクランク９に取り付けられている。ベルクランク９とバケット７とは、図示しないリンク装置によって連結されている。前車体部２ａとバケット７とは、バケットシリンダ１５、ベルクランク９およびリンク装置により連結されている。バケットシリンダ１５が、作業機ポンプ１３からの作動油によって伸縮することによって、バケット７がバケットピン１７を中心として上下に回動する。

後車体部２ｂには、運転室５および一対の後輪４ｂが取り付けられている。運転室５は、車体２に搭載されている。運転室５には、オペレータが着座するシート、および後述する操作部８などが内装されている。

前輪４ａは、ホイール部４ａｗと、タイヤ４ａｔとを有している。タイヤ４ａｔは、ホイール部４ａｗの外周に装着されている。後輪４ｂは、ホイール部４ｂｗと、タイヤ４ｂｔとを有している。タイヤ４ｂｔは、ホイール部４ｂｗの外周に装着されている。タイヤ４ａｔ，４ｂｔは、弾性材料製である。タイヤ４ａｔ，４ｂｔは、たとえばゴム製である。

図２は、実施形態に基づくホイールローダ１の構成を示す模式図である。
図２に示すように、ホイールローダ１は、駆動源としてのエンジン２１、走行装置２２、作業機ポンプ１３、ステアリングポンプ１２、操作部８、制御部１０、表示器５０などを備えている。

エンジン２１は、ディーゼルエンジンである。エンジン２１は燃料噴射ポンプ２４を有している。燃料噴射ポンプ２４には、電子ガバナ２５が設けられている。シリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより、エンジン２１の出力が制御される。この調整は、電子ガバナ２５が制御部１０によって制御されることで行われる。

ガバナ２５としては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられる。ガバナ２５は、エンジン回転数が後述するアクセル操作量に応じた目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。ガバナ２５は、目標回転数と実際のエンジン回転数との偏差がなくなるように、燃料噴射量を増減する。

エンジン回転数は、エンジン回転数センサ９１によって検出される。エンジン回転数センサ９１の検出信号は、制御部１０に入力される。

走行装置２２は、エンジン２１からの駆動力によりホイールローダ１を走行させる装置である。走行装置２２は、トルクコンバータ装置２３、トランスミッション２６、ならびに上述した前輪４ａおよび後輪４ｂなどを有している。

トルクコンバータ装置２３は、ロックアップクラッチ２７とトルクコンバータ２８とを有している。ロックアップクラッチ２７は、油圧作動式のクラッチである。ロックアップクラッチ２７への作動油の供給がクラッチ制御弁３１を介して制御部１０によって制御されることにより、ロックアップクラッチ２７は、連結状態と非連結状態とに切換可能である。ロックアップクラッチ２７が非連結状態である場合には、トルクコンバータ２８が、オイルを媒体としてエンジン２１からの駆動力を伝達する。ロックアップクラッチ２７が連結状態である場合には、トルクコンバータ２８の入力側と出力側とが直結される。

トランスミッション２６は、前進走行段に対応する前進クラッチＣＦと、後進走行段に対応する後進クラッチＣＲとを有している。各クラッチＣＦ，ＣＲの連結状態・非連結状態が切り換えられることによって、車両の前進と後進とが切り換えられる。クラッチＣＦ，ＣＲが共に非連結状態のときは、車両は中立状態となる。

トランスミッション２６は、複数の速度段に対応した複数の速度段クラッチＣ１−Ｃ４を有しており、減速比を複数段階に切り換えることができる。各速度段クラッチＣ１−Ｃ４は、油圧作動式の油圧クラッチである。図示しない油圧ポンプからクラッチ制御弁３１を介してクラッチＣ１−Ｃ４へ作動油が供給される。クラッチ制御弁３１が制御部１０によって制御されて、クラッチＣ１−Ｃ４への作動油の供給が制御されることにより、各クラッチＣ１−Ｃ４の連結状態及び非連結状態が切り換えられる。

トランスミッション２６の出力軸には、Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２が設けられている。Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２は、トランスミッション２６の出力軸の回転数を検出する。Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２からの検出信号は、制御部１０に入力される。制御部１０は、Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２の検出信号に基づいて車速を算出する。

トランスミッション２６から出力された駆動力は、シャフト３２などを介して車輪４ａ，４ｂに伝達される。これにより、ホイールローダ１が走行する。エンジン２１からの駆動力の一部が走行装置２２に伝達されて、ホイールローダ１が走行する。

エンジン２１の駆動力の一部は、ＰＴＯ（Power Take Off）軸３３を介して、作業機ポンプ１３およびステアリングポンプ１２に伝達される。作業機ポンプ１３およびステアリングポンプ１２は、エンジン２１からの駆動力によって駆動される油圧ポンプである。作業機ポンプ１３から吐出された作動油は、作業機制御弁３４を介してブームシリンダ１４ａ，１４ｂおよびバケットシリンダ１５に供給される。ステアリングポンプ１２から吐出された作動油は、ステアリング制御弁３５を介してステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂに供給される。作業機３は、エンジン２１からの駆動力の一部によって駆動される。

ブームシリンダストロークセンサ９５は、ブームシリンダ１４ａ（１４ｂ）に配置され、ブームシリンダ１４ａ（１４ｂ）のストローク長さ（ブームシリンダ長）を検出する。

バケットシリンダストロークセンサ９６は、バケットシリンダ１５に配置され、バケットシリンダ１５のストローク長さ（バケットシリンダ長）を検出する。ブームシリンダ１４ａ（１４ｂ）のストローク長さをブームシリンダ長又はリフトストロークとも称する。バケットシリンダ１５のストローク長さをバケットシリンダ長又はチルトストロークとも称する。ブームシリンダ長およびバケットシリンダ長を総称してシリンダ長データとも称する。

操作部８は、オペレータによって操作される。操作部８は、アクセル操作部材８１ａ、アクセル操作検出部８１ｂ、ステアリング操作部材８２ａ、ステアリング操作検出部８２ｂ、ブーム操作部材８３ａ、ブーム操作検出部８３ｂ、バケット操作部材８４ａ、バケット操作検出部８４ｂ、変速操作部材８５ａ、変速操作検出部８５ｂ、ＦＲ操作部材８６ａ、および、ＦＲ操作検出部８６ｂなどを有している。

アクセル操作部材８１ａは、エンジン２１の目標回転数を設定するために操作される。アクセル操作部材８１ａは、たとえばアクセルペダルである。アクセル操作部材８１ａの操作量（アクセルペダルの場合、踏み込み量）を増大すると、車体は加速する。アクセル操作部材８１ａの操作量を減少すると、車体は減速する。アクセル操作検出部８１ｂは、アクセル操作部材８１ａの操作量を検出する。アクセル操作部材８１ａの操作量を、アクセル操作量と称する。アクセル操作検出部８１ｂは、アクセル操作量を検出する。アクセル操作検出部８１ｂは、検出信号を制御部１０へ出力する。

ステアリング操作部材８２ａは、車両の移動方向を操作するために操作される。ステアリング操作部材８２ａは、たとえばステアリングハンドルである。ステアリング操作検出部８２ｂは、ステアリング操作部材８２ａの位置を検出し、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ステアリング操作検出部８２ｂからの検出信号に基づいてステアリング制御弁３５を制御する。ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂが伸縮して、車両の進行方向が変更される。

ブーム操作部材８３ａは、ブーム６を動作させるために操作される。バケット操作部材８４ａは、バケット７を動作させるために操作される。ブーム操作部材８３ａおよびバケット操作部材８４ａは、たとえば操作レバーである。ブーム操作検出部８３ｂは、ブーム操作部材８３ａの位置を検出する。バケット操作検出部８４ｂは、バケット操作部材８４ａの位置を検出する。ブーム操作検出部８３ｂ及びバケット操作検出部８４ｂは、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ブーム操作検出部８３ｂおよびバケット操作検出部８４ｂからの検出信号に基づいて、作業機制御弁３４を制御する。ブームシリンダ１４ａ，１４ｂおよびバケットシリンダ１５が伸縮して、ブーム６およびバケット７が動作する。

変速操作部材８５ａは、トランスミッション２６の速度段を設定するために操作される。変速操作部材８５ａは、たとえばシフトレバーである。変速操作検出部８５ｂは、変速操作部材８５ａの位置を検出する。変速操作検出部８５ｂは、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、変速操作検出部８５ｂからの検出信号に基づいて、トランスミッション２６の変速を制御する。

ＦＲ操作部材８６ａは、車両の前進と後進とを切り換えるために操作される。ＦＲ操作部材８６ａは、前進、中立および後進の各位置に切り換えられる。ＦＲ操作検出部８６ｂは、ＦＲ操作部材８６ａの位置を検出する。ＦＲ操作検出部８６ｂは、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ＦＲ操作検出部８６ｂからの検出信号に基づいてクラッチ制御弁３１を制御する。前進クラッチＣＦおよび後進クラッチＣＲが制御され、車両の前進と後進と中立状態とが切り換えられる。

表示器５０は、掘削作業における各種情報を表示することが可能である。
制御部１０は、一般的にＣＰＵ（Central Processing Unit）により各種のプログラムを読み込むことにより実現される。

制御部１０は、メモリ６０と接続されている。メモリ６０は、ワークメモリとして機能するとともに、ホイールローダの機能を実現するための各種のプログラムを格納する。

制御部１０は、アクセル操作部材８１ａの操作量に応じた目標回転数が得られるように、エンジン指令信号をガバナ２５に送る。

制御部１０は、機能ブロックとしてバケット回動量算出部１００と、移動量算出部１０２と、ブーム制御部１０４と、表示制御部１０６とを含む。

バケット回動量算出部１００は、バケット操作部材８４ａのバケット操作検出部８４ｂの検出結果に従うバケット７の回動量を算出する。

移動量算出部１０２は、指令周期Ｔ毎の車体２の移動量を算出する。当該移動量は、アクセル操作部材８１ａのアクセル操作検出部８１ｂの検出結果に従う車速に基づいて算出される。当該車速は、Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２の検出信号に基づいて算出することが可能である。

ブーム制御部１０４は、ブーム６を自動でリフトするリフト量を算出し、算出結果に基づいてブーム６を自動制御する。当該方式については後述する。

表示制御部１０６は、表示器５０における表示内容を制御する。
図３は、実施形態に基づくホイールローダ１を模式的に説明する図である。

図３に示されるように、ブーム６の長さＬ１は、前車体部２ａに対するブーム６の回転支持中心であるブームピン１６とバケット７の回転支持中心であるバケットピン１７との距離である。バケット７の長さＬ２は、バケットピン１７とバケット７の刃先の先端部までの距離である。

図３には、ブームピン１６を基準点（基準位置）としたＸ、Ｙ軸の座標系が示されている。Ｘ軸は水平方向およびＹ軸は水平方向と直交する鉛直方向である。他の固定された位置を基準点（基準位置）としたＸ、Ｙ軸の座標系とすることも可能である。

ブームシリンダストロークセンサ９５が検出したリフト長データから、座標系の水平方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。

バケットシリンダストロークセンサ９６が検出したチルト長データから、ブーム６に対するバケット７の傾斜角θ２を算出する。傾斜角θ２は、ブームピン１６とバケットピン１７とを結んだ線に対して時計廻りの方向が正、反時計廻りの方向が負となる。傾斜角θ２は、正の方向にバケット７が回動している場合が示されている。

ストロークセンサを用いてストローク長さを検出し、傾斜角θを算出する方式について説明するが、ロータリーエンコーダのような角度検出器で傾斜角を算出するようにしても良い。

ブーム６およびバケット７の長さＬ１，Ｌ２および傾斜角θ１，θ２に基づいて、Ｘ、Ｙ軸の座標系におけるバケット７の刃先の位置およびバケット７の刃先の角度（刃先方向）を算出することが可能である。

図３には、バケット７の刃先の刃先データＰの位置座標［ｘ０，ｙ０］およびバケット７の刃先の水平方向に対する刃先の角度［α０］が示されている。

バケット７の刃先の角度α０（刃先方向）は、傾斜角θ１＋傾斜角θ２＋傾斜角γで表わされる。傾斜角γは、バケットピン１７とバケット７の刃先の先端とを結ぶ線に対する刃先方向の傾斜角であり、予め設計された固定角度である。

図４は、実施形態に基づく運転室５の概要を説明する図である。
図４に示されるように、オペレータが着座するシートが設けられ、種々の操作部８および表示器５０が設けられる。

図４には、アクセル操作部材８１ａ、ステアリング操作部材８２ａ、ブーム操作部材８３ａ、ブーム操作検出部８３ｂ、バケット操作部材８４ａ、掘削モード設定ボタン２５Ｐ等が設けられている場合が示されている。

掘削モード設定ボタン２５Ｐは、掘削モードに設定するための設定ボタンである。制御部１０は、オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従って、通常モードから掘削モードに移行する。制御部１０は、オペレータの再度の掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従って、掘削モードから通常モードに移行する。

操作部８は、通常モードと掘削モードとで操作に対応する機能を変更することが可能である。

通常モードにおいては、ブーム操作部材８３ａおよびバケット操作部材８４ａにより、ブーム６およびバケット７が操作される。

ブーム操作部材８３ａの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応し、前後方向の操作に応じてブーム６の下げ動作及び上げ動作が実行される。ブーム６を操作するためにレバー操作される。

ブーム操作検出部８３ｂは、ブーム操作部材８３ａの前後方向における操作量（ブーム操作量）を検出する。ブーム操作検出部８３ｂは、検出結果を制御部１０に出力する。制御部１０は、ブーム操作検出部８３ｂの検出結果に従って、ブーム６を駆動するためのブームシリンダ１４ａ，１４ｂに供給される作動油が流れる作業機制御弁３４を駆動する。

バケット操作部材８４ａの前後方向の操作は、バケット７の操作に対応し、前後方向の操作に応じてバケット７の掘削動作および開放動作が実行される。バケット７を操作するためにレバー操作される。

バケット操作検出部８４ｂは、バケット操作部材８４ａの前後方向における操作量（バケット操作量）を検出する。バケット操作検出部８４ｂは、検出結果を制御部１０に出力する。制御部１０は、バケット操作検出部８４ｂの検出結果に従って、バケット７を駆動するためのバケットシリンダ１５に供給される作動油が流れる作業機制御弁３４を駆動する。

アクセル操作部材８１ａ（アクセルペダル）の踏み込み操作は、エンジン２１の目標回転数の設定に対応し、車速の制御が実行される。

アクセル操作検出部８１ｂは、アクセル操作部材８１ａの操作量（アクセルペダルの場合、踏み込み量）を検出する。アクセル操作検出部８１ｂは、検出結果を制御部１０に出力する。制御部１０は、アクセル操作検出部８１ｂの検出結果に従って、エンジン２１に噴射する燃料噴射量を調整するガバナ２５を制御する。

掘削モードにおいては、ブーム操作部材８３ａの前後方向の操作は、無効とされる。したがって、ブーム６を操作するためのレバー操作は受け付けられない。ブーム６は、ブーム制御部１０４により自動で制御される。バケット操作部材８４ａおよびアクセル操作部材８１ａについては、通常モードと同様である。

［土砂抵抗］
図５は、実施形態に基づくバケット７の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。

掘削角度とは、バケット７の刃先の方向と、掘削動作による刃先の移動方向（変位方向）との間の角度を表わすものとする。バケット７の刃先の方向を基準にバケット７が移動する際の刃先の移動方向がバケット７の開口面側に進む場合に正の値とし、逆方向に進む場合には負の値とする。

図５に示されるように、バケット７の掘削角度が０°付近が限界角度として示されている。

バケット７の掘削角度が限界角度より小さい場合には、バケット７の外装あるいはバケット７の背面により土砂を押し付ける形態となり、バケット７にかかる土砂抵抗の値が急激に上昇する。

バケット７の掘削角度が所定角度Ｑにおいては、バケット７にかかる土砂抵抗の値は最小となる場合が示されている。

限界角度、所定角度Ｑは、一例でありバケット７の形態に従って異なる値に設定することが可能である。

実施形態に従うホイールローダ１は、土砂抵抗の値が低い掘削角度で掘削処理を実行することにより簡易な方式で効率的な掘削動作を実行する。具体的には、ホイールローダ１は、掘削角度が所定角度Ｑを維持しながら掘削処理を実行する。所定角度Ｑとなるようにとは、所定角度Ｑに完全に一致することを意味するものではなく、所定角度Ｑの近似値も含む。

［動作処理］
図６は、実施形態に基づくホイールローダ１の掘削作業の動作処理を説明する図である。

図６に示されるように、制御部１０は、掘削モードであるか否かを判断する（ステップＳ２）。具体的には、制御部１０は、オペレータの操作指令に従う掘削モードに設定する掘削モード設定ボタンの設定指示を受け付けているかどうかを判断する。

ステップＳ２において、制御部１０は、掘削モードであると判断した場合には、刃先データを算出する（ステップＳ４）。

具体的には、ブーム制御部１０４は、ブームシリンダストロークセンサ９５およびバケットシリンダストロークセンサ９６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ長およびバケットシリンダ長を算出する。ブームシリンダ長から、水平方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。バケットシリンダ長から、ブーム６に対するバケット７の刃先の傾斜角θ２を算出する。これにより、Ｘ、Ｙ軸の座標系におけるバケット７の刃先の位置およびバケット７の刃先の方向（刃先方向）を示す刃先データを算出する。バケット７の刃先の位置座標は、Ｐ０［ｘ０，ｙ０］として示される。バケット７の刃先の角度（刃先方向）は、刃先角度α０として示される。

刃先データＰ０［ｘ０，ｙ０］は次式により表わされる。

次に、制御部１０は、移動方向ベクトルＶを算出する（ステップＳ６）。
具体的には、ブーム制御部１０４は、バケット７の刃先の方向に対してバケット７の刃先の移動方向との間の成す掘削角度が所定角度Ｑとなるように移動方向ベクトルＶを算出する。これにより掘削動作によるバケット７の刃先の移動方向が決定される。

本例の座標系における移動方向ベクトルＶを示すＸ軸方向およびＹ軸方向の単位ベクトルｄｘ，ｄｙは次式で表わされる。

ｄｘ＝ｃｏｓ（α０＋Ｑ）
ｄｙ＝ｓｉｎ（α０＋Ｑ）
次に、制御部１０は、操作レバーおよびアクセル操作の入力を受け付ける（ステップＳ８）。

制御部１０は、バケット操作部材８４ａおよびアクセル操作部材８１ａの操作入力を受け付ける。

掘削モードにおいては、バケット操作部材８４ａによりバケット７の回動動作が実行される。アクセル操作部材８１ａのアクセル操作量により走行装置２２による車体２の移動動作が実行される。一方、ブーム操作部材８３ａの入力は受け付けない。

次に、制御部１０は、受け付けた操作レバーおよびアクセル操作の操作入力に従ってバケット回動量および移動量を算出する（ステップＳ１０）。

具体的には、バケット回動量算出部１００は、バケット操作検出部８４ｂで検出されたバケット操作量に基づいてバケット回動量を算出する。移動量算出部１０２は、アクセル操作量に従う走行装置２２の車速から算出された車体２の指令周期Ｔ毎の移動量を算出する。

バケット回動量算出部１００によりバケット回動量Δｔを算出し、移動量算出部１０２により移動量Δｅを算出した場合について説明する。

次に、制御部１０は、リフト量Δｒを算出する（ステップＳ１２）。
具体的には、ブーム制御部１０４は、算出した移動方向ベクトルＶ、バケット回動量Δｔおよび移動量Δｅに基づいてリフト量Δｒを算出する。

図７は、実施形態に基づくリフト量Δｒの算出を説明する図である。
図７に示されるように、現在の刃先データＰ０［ｘ０，ｙ０］から目標移動方向に対して移動する移動刃先データＰ１［ｘ１，ｙ１］が示される。

本例の座標系における移動方向ベクトルＶのＸ軸成分ＶｘおよびＹ軸成分Ｖｙは次式で表わされる。

Ｖｘ＝ｘ１−ｘ０
Ｖｙ＝ｙ１−ｙ０
Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙは、次式で表わされる。

移動方向ベクトルＶの掘削角φは次式により算出される。
φ＝ｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ）^-1―α０
当該掘削角φが所定角度Ｑとなるようにリフト量Δｒを算出する。

上式（１）、（２）に基づけばリフト量Δｒは次式により算出される。

次に、制御部１０は、算出結果に基づいて作業機を動作させる（ステップＳ１４）。
具体的には、ブーム制御部１０４は、算出されたリフト量Δｒに従って、算出されたブームシリンダ長となるように作動油を調整するように作業機制御弁３４を駆動する。

これにより、掘削角が所定角度Ｑとなるようにブーム６のリフト量が調整され、ブーム６が自動制御される。

次に、制御部１０は、作業を終了したか否かを判断する（ステップＳ１６）。制御部１０は、作業を終了したと判断する場合とは、例えばエンジンを停止した場合である。

ステップＳ１６において、制御部１０は、作業を終了したと判断した場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）には、処理を終了する（エンド）。

一方、ステップＳ１６において、制御部１０は、作業を終了していないと判断した場合（ステップＳ１６においてＮＯ）には、ステップＳ２に戻り上記処理を繰り返す。

一方、ステップＳ２において、制御部１０は、掘削モードでないと判断した場合には操作レバーおよびアクセル操作の入力を受け付ける（ステップＳ１８）。

制御部１０は、ブーム操作部材８３ａ、バケット操作部材８４ａおよびアクセル操作部材８１ａ等の操作入力を受け付ける。

通常モードにおいては、ブーム操作部材８３ａおよびバケット操作部材８４ａにより、ブーム６およびバケット７が操作される。アクセル操作部材８１ａ等により車体２の車速が制御される。

そして、制御部１０は、作業機を動作させる（ステップＳ２０）。
制御部１０は、ブーム操作検出部８３ｂの検出結果に従って、ブーム６を駆動するためのブームシリンダ１４ａ，１４ｂに供給される作動油が流れる作業機制御弁３４を駆動する。制御部１０は、バケット操作検出部８４ｂの検出結果に従って、バケット７を駆動するためのバケットシリンダ１５に供給される作動油が流れる作業機制御弁３４を駆動する。制御部１０は、アクセル操作検出部８１ｂの検出結果に従って、エンジン２１に噴射する燃料噴射量を調整するガバナ２５を制御する。

そして、ステップＳ１６に進む。
以降の処理は、上記で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。

これにより、バケット７の刃先の刃先方向を算出し、バケット７の刃先の方向に対してバケット７の刃先の移動方向との間の成す掘削角度が所定角度Ｑとなるように移動方向ベクトル（掘削動作による刃先の移動方向）が算出される。移動方向ベクトルに従ってバケット７の刃先が移動するように自動制御されるためバケット７にかかる土砂抵抗は低くなる。バケット７にかかる土砂抵抗（負荷）を低くすることにより簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能となる。

オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従う掘削モードに設定している期間の間、所定の移動方向ベクトルに従ってバケット７の刃先が移動する負荷の低い効率的な掘削動作となるため燃費の向上を図ることが可能である。

オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従い掘削モードに設定することが可能であるためオペレータの意図を反映した効率的な掘削動作を実行することが可能である。

掘削モードにおいて、バケット操作部材８４ａによりバケット７の回動動作が実行される。アクセル操作部材８１ａにより車体２の移動動作が実行される。ブーム６については自動制御される。したがって、２つの操作指令により掘削処理が実行される。

従来のホイールローダの掘削動作においては、ブームとバケットとアクセルの３つの操作指令を実行してバケットの動きを操作する必要があり、簡単ではなく熟練が必要であったが、２つの操作指令によりバケットの動きを操作することが可能となるため簡易な操作により、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。

（他の実施形態）
他の実施形態として、オペレータに掘削動作に関するガイダンスを表示することも可能である。

図８は、他の実施形態に基づく表示器５０について説明する図である。
図８に示されるように、表示器５０には、ホイールローダ１を側方視した場合の外形モデルを示す外形オブジェクト２００と、ホイールローダ１のバケット７を側方視した場合の外形モデルを示すバケットオブジェクト２０２とが設けられている。

表示制御部１０６は、図３で説明したようにブームシリンダストロークセンサ９５が検出したリフト長データおよびバケットシリンダストロークセンサ９６が検出したチルト長データに基づくバケット７の姿勢状態を算出する。表示制御部１０６は、算出された姿勢状態のバケットオブジェクト２０２を表示器５０に表示する。

表示制御部１０６は、掘削動作に関するガイダンスとして、刃先方向２０３と、掘削角２０５と、移動方向２０４とを表示する。これらの少なくとも１つを表示するようにしてもよい。

オペレータは、運転室５に設けられた表示器５０を介して、バケット７の刃先７ａの方向を容易に把握することが可能である。オペレータは、バケット７に正対した状態でシートに着座しており、バケット７の刃先７ａの状態を目視し難い可能性があるが、側方視されたバケットオブジェクト２０２により容易にバケット７の刃先７ａの向きを把握することが可能である。

刃先方向２０３が表示されることにより、刃先７ａがどの方向を向いているかを簡易に確認することが可能である。

刃先方向２０３に対して掘削角２０５が表示されることにより土砂抵抗の値が低い掘削角度を容易に把握することが可能である。

ガイダンスとして、線を点滅させたり、色を付す等、種々の方式で強調表示することも可能である。

運転室５に設けられた表示器５０にガイダンスを表示する場合について説明するが、当該表示器５０は運転室５に限られず、外部の遠隔地に配置するようにしてもよい。たとえば、遠隔地の基地局等に配置するようにしてもよい。表示制御部１０６からの情報を基地局に送信し、表示器５０に表示させるようにしてもよい。ホイールローダ１を遠隔操作する場合にも当該ガイダンスを表示器５０に表示することにより、オペレータは、土砂抵抗の値が低い移動方向がどの方向であるかを簡易に確認することが可能である。オペレータは、当該ガイダンス表示により作業機を簡易に操作することが可能となり、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。

図９は、他の実施形態に基づくホイールローダ１の表示処理を説明する図である。
図９に示されるように、制御部１０は、バケット７の刃先方向を算出する（ステップＳ２４）。具体的には、表示制御部１０６は、ブームシリンダストロークセンサ９５およびバケットシリンダストロークセンサ９６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ長およびバケットシリンダ長を算出する。ブームシリンダ長から、水平方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。バケットシリンダ長から、ブーム６に対するバケット７の刃先の傾斜角θ２を算出する。これにより、バケット７の刃先の角度（刃先方向）として、刃先角度α０を算出する。

次に、制御部１０は、移動方向ベクトルＶを算出する（ステップＳ２６）。具体的には、表示制御部１０６は、バケット７の刃先の方向に対してバケット７の刃先の移動方向との間の成す掘削角度が所定角度Ｑとなるように移動方向ベクトルＶを算出する。これにより掘削動作によるバケット７の刃先の移動方向が決定される。

次に、制御部１０は、掘削動作に関するガイダンスを表示する（ステップＳ２８）。具体的には、表示制御部１０６は、図８で説明したように、バケット７の決定した移動方向に従うガイダンス表示を表示器５０に表示する。

そして、処理を終了する（エンド）。
表示器５０に移動方向が表示されることにより、オペレータは、土砂抵抗の値が低い移動方向がどの方向であるかを簡易に確認することが可能である。オペレータは、当該ガイダンス表示により作業機を簡易に操作することが可能となり、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。

＜作用効果＞
次に、実施形態の作用効果について説明する。

実施形態のホイールローダ１には、図１に示すように掘削する際に走行する車体２と、作業機３とが設けられる。作業機３は、車体２に対して回動可能なブーム６と、ブーム６に対して回動可能なバケット７とを有する。ホイールローダ１には、図２に示すように制御部１０が設けられる。制御部１０は、バケット７の刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定し、移動方向への掘削動作を実行させる。

制御部１０は、バケット７の刃先方向と移動方向との間の掘削角度が所定角度Ｑを維持するように移動方向を決定し、掘削動作を実行させるため図５に示されるように土砂抵抗の値が最小値である所定角度Ｑの掘削角度で作業機３の掘削処理を実行することが可能となり、簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能である。

ホイールローダ１のブーム制御部１０４は、決定された掘削動作による刃先の移動方向と、ブーム６に対するバケット７の回動量および車体２の移動量とに基づいて、ブーム６をリフトするリフト量を算出し、算出されたリフト量に基づいてブーム６を制御する。

ブーム６をリフトするリフト量を算出し、算出されたリフト量に基づいてブーム６を自動制御するため簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能である。

ホイールローダ１には、バケット回動量算出部１００と、移動量算出部１０２とがさらに設けられる。バケット回動量算出部１００は、バケット操作部材８４ａの操作指令に従い回動するバケット７の回動量を算出する。移動量算出部１０２は、アクセル操作部材８１ａの操作指令に従い走行する車体２の移動量を算出する。

２つの操作指令によりバケットの動きを操作することが可能となるため簡易な操作により、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。

制御部１０は、オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの操作指示に従って掘削モードを実行させるか否かを判断する。

オペレータの掘削モード設定ボタン２５Ｐの押下指示に従い掘削モードに設定することが可能であるためオペレータの意図を反映した効率的な掘削動作を実行することが可能である。

実施形態のホイールローダ１には、図１に示すように掘削する際に走行する車体２と、作業機３とが設けられる。作業機３は、車体２に対して回動可能なブーム６と、ブーム６に対して回動可能なバケット７とを有する。当該ホイールローダ１の制御方法では、バケット７の刃先方向を算出するステップと、算出されたバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、移動方向への掘削動作を実行させるステップとが実行される。

図５に示すように、土砂抵抗の値が最小値である所定角度Ｑの掘削角度で作業機３の掘削処理を実行することが可能となり、簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能である。

実施形態のホイールローダ１には、図１に示すように掘削する際に走行する車体２と、作業機３と、表示器５０とが設けられる。作業機３は、車体２に対して回動可能なブーム６と、ブーム６に対して回動可能なバケット７とを有する。ホイールローダ１には、図２に示すように表示制御部１０６が設けられる。表示制御部１０６は、バケット７の刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定し、表示器５０に決定した移動方向に従うガイダンスを表示する。

表示制御部１０６は、バケット７の刃先方向と移動方向との間の掘削角度が所定角度Ｑを維持するように移動方向を決定し、図８に示すようなガイダンスを表示するため土砂抵抗の値が最小となる移動方向を簡易に確認することが可能である。オペレータは、当該ガイダンス表示により作業機を簡易に操作することが可能となり、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。

実施形態のホイールローダ１には、図１に示すように掘削する際に走行する車体２と、作業機３と、表示器５０とが設けられる。作業機３は、車体２に対して回動可能なブーム６と、ブーム６に対して回動可能なバケット７とを有する。当該ホイールローダ１の制御方法では、バケット７の刃先方向を算出するステップと、算出されたバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、表示器５０に決定した移動方向に従うガイダンスを表示するステップとが実行される。

バケット７の刃先方向と移動方向との間の掘削角度が所定角度Ｑを維持するように移動方向を決定し、図８に示すようなガイダンスを表示するため土砂抵抗の値が最小となる移動方向を簡易に確認することが可能である。オペレータは、当該ガイダンス表示により作業機を簡易に操作することが可能となり、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。

作業車両として、ホイールローダを例に挙げて説明したが、ブルドーザ等の作業車両にも適用可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ホイールローダ、２ 車体、２ａ 前車体部、２ｂ 後車体部、３ 作業機、４ａ，４ｂ 車輪、５ 運転室、６ ブーム、７ バケット、８ 操作部、９ ベルクランク、１０ 制御部、１１ａ，１１ｂ ステアリングシリンダ、１２ ステアリングポンプ、１３ 作業機ポンプ、１４ａ，１４ｂ ブームシリンダ、１５ バケットシリンダ、１６ ブームピン、１７ バケットピン、２１ エンジン、２２ 走行装置、２３ トルクコンバータ装置、２４ 燃料噴射ポンプ、２５Ｐ 掘削モード設定ボタン、２６ トランスミッション、２７ ロックアップクラッチ、２８ トルクコンバータ、３１ クラッチ制御弁、３２ シャフト、３３ ＰＴＯ軸、３４ 作業機制御弁、３５ ステアリング制御弁、６０ メモリ、８１ａ アクセル操作部材、８１ｂ アクセル操作検出部、８２ａ ステアリング操作部材、８２ｂ ステアリング操作検出部、８３ａ ブーム操作部材、８３ｂ ブーム操作検出部、８４ａ バケット操作部材、８４ｂ バケット操作検出部、８５ａ 変速操作部材、８５ｂ 変速操作検出部、８６ａ 操作部材、８６ｂ 操作検出部、９１ エンジン回転数センサ、９２ 出力回転数センサ、９５ ブームシリンダストロークセンサ、９６ バケットシリンダストロークセンサ、１００ バケット回動量算出部、１０２ 移動量算出部、１０４ ブーム制御部。

Claims (7)

1. 掘削する際に走行する車両本体と、
   前記車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、
   前記バケットの刃先方向を算出し、算出した前記バケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように前記掘削動作による刃先の移動方向を決定し、前記移動方向への掘削動作を実行させる制御部とを備える、作業車両。
2. 前記制御部は、
   決定された前記掘削動作による刃先の移動方向と、前記ブームに対する前記バケットの回動量および前記車両本体の移動量とに基づいて、前記ブームをリフトするリフト量を算出し、
   算出されたリフト量に基づいて前記ブームを制御する、請求項１記載の作業車両。
3. 第１の操作指令に従い回動する前記バケットの回動量を算出するバケット回動量算出部と、
   第２の操作指令に従い走行する前記車両本体の移動量を算出する移動量算出部とをさらに備える、請求項２記載の作業車両。
4. 前記制御部は、オペレータの操作指示に従って前記掘削動作を実行させるか否かを判断する、請求項１記載の作業車両。
5. 掘削する際に走行する車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、
   前記バケットの刃先方向を算出するステップと、
   算出された前記バケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように前記掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、
   前記移動方向への掘削動作を実行させるステップとを備える、作業車両の制御方法。
6. 掘削する際に走行する車両本体と、
   前記車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、
   前記バケットの刃先方向を算出し、算出した前記バケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように前記掘削動作による刃先の移動方向を決定し、表示器に決定した移動方向に従うガイダンスを表示する表示制御部とを備える、作業車両。
7. 掘削する際に走行する車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、
   前記バケットの刃先方向を算出するステップと、
   算出された前記バケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように前記掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、
   表示器に決定した移動方向に従うガイダンスを表示するステップとを備える、作業車両の制御方法。

Images