JP2021054270A - 制御システム、作業車両の制御方法、および、作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータの負担が十分に軽減される運転アシストシステムを実現する制御システム、作業車両の制御方法、および、作業車両、を提供する。【解決手段】作業車両であるモータグレーダは、操向機構６６と、制御部５１とを備える。制御部５１は、モータグレーダの単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、操向機構６６を制御する。【選択図】図４

Description

本開示は、制御システム、作業車両の制御方法、および、作業車両に関する。

たとえば、米国特許出願公報第２００８／０２０８４６１号明細書（特許文献１）には、自動操向システムを備えたモータグレーダが開示されている。自動操向システムは、車両の位置データ、作業現場の地図、または、車両の移動条件を示すパラメータなどに基づいて、車両の移動経路を生成する経路生成装置と、経路成形装置によって生成された経路に沿って車両を案内する経路追跡装置とを有する。

米国特許出願公報第２００８／０２０８４６１号明細書

特許文献１に開示されるモータグレーダでは、自動操向システムによって、ステアリングを操作するオペレータの負担を軽減しようとしている。しかしながら、オペレータは、予め車両の移動経路の生成に必要な各種情報を経路生成装置に入力しなければならないため、オペレータの負担が十分に軽減されているとはいえない。

そこで本開示の目的は、オペレータの負担が十分に軽減される運転アシストシステムを実現する制御システム、作業車両の制御方法、および、作業車両を提供することである。

本開示に従った制御システムは、作業車両の操向機構を制御する制御システムである。制御システムは、制御部を備える。制御部は、作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、作業車両の操向機構を制御する。

本開示に従った作業車両の制御方法は、操向機構を含む作業車両の制御方法である。作業車両の制御方法は、作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を算出するステップと、算出された作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、操向機構を制御するステップとを備える。

本開示に従った作業車両は、操向機構と、制御部とを備える。制御部は、作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、操向機構を制御する。

本開示に従えば、オペレータの負担が十分に軽減される運転アシストシステムを実現する制御システム、作業車両の制御方法、および、作業車両を提供することができる。

モータグレーダを示す斜視図である。 図１中のモータグレーダを示す側面図である。 図１中のモータグレーダの操向に関わる構成を示すシステム図である。 図１中のモータグレーダの運転アシストシステムに関わる構成を示すブロック図である。 旋回時にステアリング自動制御が開始されるモータグレーダを模式的に示す上面図である。 直進時にステアリング自動制御が開始されるモータグレーダを模式的に示す上面図である。 ブレードに負荷を受けた場合のモータグレーダの挙動を示す上面図である。 ハンドル操作と、ステアリング自動制御との相互のタイミングの関係を示すタイミングチャートである。 モータグレーダの制御方法を示すフローチャートである。 図４中の運転アシストシステムに関わる構成の変形例を示すブロック図である。 モータグレーダの操向機構の制御システムの概念を示す図である。 ブルドーザを示す斜視図である。 図１２中のブルドーザの操向に関わる構成を示すシステム図である。 図１２中のブルドーザの運転アシストシステムに関わる構成を示すブロック図である。

本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、モータグレーダを示す斜視図である。図２は、図１中のモータグレーダを示す側面図である。

図１および図２に示されるように、モータグレーダ１００は、走行しながら、整地作業を行なったり、除雪作業を行なったりする作業機械である。モータグレーダ１００は、フロントフレーム１４と、リアフレーム１５と、一対のアーティキュレートシリンダ２８と、運転席が設けられるキャブ１１と、エンジン室１３と、前輪１６および後輪１７と、作業機１２とを有する。

以下の説明において、前後方向とは、キャブ１１内の運転席に着座したオペレータの前後方向である。運転席に着座したオペレータの正面方向が、前方であり、運転席に着座したオペレータの背後方向が、後方である。左右方向とは、運転席に着座したオペレータの左右方向である。運転席に着座したオペレータが正面を向いたときの右側が、右方であり、運転席に着座したオペレータが正面を向いたときの左側が、左方である。上下方向とは、前後方向および左右方向を含む平面に直交する方向である。地面のある側が、下方であり、空のある側が、上方である。

フロントフレーム１４およびリアフレーム１５は、モータグレーダ１００の車体フレーム１８を構成している。フロントフレーム１４は、リアフレーム１５の前方に設けられている。

フロントフレーム１４は、回動中心１２１を中心としてリアフレーム１５に回動可能に連結されている。フロントフレーム１４は、回動中心１２１の軸上に設けられたセンターピン（不図示）により、リアフレーム１５に回動可能に連結されている。回動中心１２１は、上下方向に沿って延びる軸である。回動中心１２１は、左右方向におけるモータグレーダ１００の中央に位置している。

フロントフレーム１４は、回動中心１２１から前方に向けて延びている。フロントフレーム１４は、リアフレーム１５に回動可能に連結される基端部１４ｐと、基端部１４ｐとは反対側に設けられる先端部１４ｑとを有する。リアフレーム１５は、回動中心１２１から後方に向けて延びている。

一対のアーティキュレートシリンダ２８は、フロントフレーム１４を挟んで左右両側に設けられている。アーティキュレートシリンダ２８は、油圧により伸縮駆動する油圧シリンダである。アーティキュレートシリンダ２８は、伸縮方向における一方端において、フロントフレーム１４に回動可能に連結され、伸縮方向における他方端において、リアフレーム１５に回動可能に連結されている。アーティキュレートシリンダ２８の伸縮駆動により、フロントフレーム１４は、リアフレーム１５に対して回動中心１２１を中心に回動する。

キャブ１１は、リアフレーム１５に載置されている。キャブ１１は、オペレータが搭乗するための室内空間を形成している。キャブ１１には、運転席に加えて、ステアリング操作のためのステアリングハンドル４１およびステアリングレバー４２（後出の図３を参照）、作業機１２を操作するための複数のレバー、ならびに、各種の表示装置などが設けられている。なお、キャブ１１は、フロントフレーム１４に載置されてもよい。

エンジン室１３は、キャブ１１の後方に設けられている。エンジン室１３は、リアフレーム１５により支持されている。エンジン室１３には、エンジンが収納されている。

前輪１６および後輪１７は、走行輪である。前輪１６は、フロントフレーム１４に回転可能に取り付けられている。前輪１６は、フロントフレーム１４に対して操向可能に取り付けられている。前輪１６は、前後方向に対してなす角度が変化するように左右に動作する。前輪１６は、操向輪である。後輪１７は、リアフレーム１５に回転可能に取り付けられている。後輪１７には、エンジンからの駆動力が伝達される。なお、図１中には、片側１輪ずつの２つの前輪１６と、片側２輪ずつの４つの後輪１７とからなる全６輪の走行輪が示されているが、前輪および後輪の数および配置は、これに限られない。

作業機１２は、前後方向において、前輪１６および後輪１７の間に設けられている。作業機１２は、フロントフレーム１４により支持されている。作業機１２は、ブレード２１と、ドローバ２２と、旋回サークル２３と、一対のリフトシリンダ２５とを有する。

ドローバ２２は、フロントフレーム１４の下方に設けられている。ドローバ２２の前端部は、フロントフレーム１４の先端部１４ｑに揺動可能に連結されている。一対のリフトシリンダ２５は、フロントフレーム１４を挟んだ左右両側に設けられている。ドローバ２２の後端部は、一対のリフトシリンダ２５を介して、フロントフレーム１４により支持されている。

一対のリフトシリンダ２５の伸縮によって、ドローバ２２の後端部がフロントフレーム１４に対して上下に昇降可能である。一対のリフトシリンダ２５がともに短縮駆動することにより、フロントフレーム１４および前輪１６に対するブレード２１の高さは上方に調整される。一対のリフトシリンダ２５がともに伸長駆動することにより、フロントフレーム１４および前輪１６に対するブレード２１の高さは下方に調整される。

ドローバ２２は、一対のリフトシリンダ２５の互いに異なる伸縮によって、前後方向に沿った軸を中心に上下に揺動可能である。

旋回サークル２３は、ドローバ２２の下方に設けられている。旋回サークル２３は、ドローバ２２に旋回可能に連結されている。旋回サークル２３は、上下方向に沿った軸を中心に、時計回りおよび反時計回りに旋回可能である。

ブレード２１は、旋回サークル２３の下方に設けられている。ブレード２１は、地面と対向して設けられている。ブレード２１は、旋回サークル２３により支持されている。ブレード２１は、旋回サークル２３の旋回運動に伴って、上面視において前後方向に対してブレード２１がなす角度（ブレード推進角）が変化するように旋回する。ブレード２１の旋回軸は、上下方向に沿って延びる軸である。

図３は、図１中のモータグレーダの操向に関わる構成を示すシステム図である。図３に示されるように、モータグレーダ１００は、操向機構６６と、制御部５１と、操作部６７とをさらに有する。

操向機構６６は、モータグレーダ１００の進行方向を操作する機構である。制御部５１は、モータグレーダ１００の操向を制御する。制御部５１は、操向機構６６の動作を制御する。操作部６７は、キャブ１１内に設けられている。操作部６７は、操向機構６６を動作させるためにオペレータによって操作される。

操作部６７は、ステアリングハンドル４１と、ステアリングレバー４２とを有する。ステアリングハンドル４１は、キャブ１１内の運転席の前方に設けられている。ステアリングハンドル４１は、たとえば、ホイール形状のハンドルであり、オペレータによって回転操作される。ステアリングレバー４２は、ステアリングハンドル４１から離れた位置に設けられている。ステアリングレバー４２は、たとえば、キャブ１１内の運転席の側方に設けられている。ステアリングレバー４２は、オペレータによって傾倒操作される。

モータグレーダ１００は、電気流体圧制御弁７３をさらに有する。操作部６７は、軌道バルブ７１をさらに有する。操向機構６６は、ステアリングバルブ７２と、ステアリングシリンダ３６とを有する。

電気流体圧制御弁７３は、圧油をステアリングバルブ７２に供給する。制御部５１は、ステアリングレバー４２からの操作信号に基づいて、電気流体圧制御弁７３を制御する。軌道バルブ７１は、ステアリングハンドル４１における回転操作に応じて、圧油をステアリングバルブ７２に供給する。

ステアリングバルブ７２は、ステアリングシリンダ３６に圧油を供給する。ステアリングバルブ７２は、電気流体圧制御弁７３および軌道バルブ７１から供給される圧油により制御される。ステアリングシリンダ３６は、ステアリングバルブ７２からの圧油により、前輪１６の前後方向に対してなす角度を変化させるように前輪１６を左右に動作させる。前輪１６が左側に傾くと、モータグレーダ１００は、左前方に向けて円弧を描きながら旋回する。前輪１６が右側に傾くと、モータグレーダ１００は、右前方に向けて円弧を描きながら旋回する。

このような構成により、オペレータがステアリングハンドル４１またはステアリングレバー４２を操作することによって、ステアリングシリンダ３６が伸縮し、前輪１６が左右に動作する。

図４は、図１中のモータグレーダの運転アシストシステムに関わる構成を示すブロック図である。図２から図４に示されるように、制御部５１は、以下に説明するモータグレーダ１００の運転アシストシステムの動作を制御する。

モータグレーダ１００は、ハンドルセンサ３１と、レバーセンサ３２とをさらに有する。ハンドルセンサ３１は、ステアリングハンドル４１の操作を検知する。レバーセンサ３２は、ステアリングレバー４２の操作を検知する。

ハンドルセンサ３１は、オペレータによるステアリングハンドル４１の操作を検知した場合に操作信号を発生し、操作信号を制御部５１に出力する。ハンドルセンサ３１は、たとえば、ステアリングハンドル４１の回転によって発生するステアリングハンドル軸の角度変位を検出する軸変位センサである。レバーセンサ３２は、オペレータによるステアリングレバー４２の操作を検知した場合に操作信号を発生し、操作信号を制御部５１に出力する。レバーセンサ３２は、たとえば、ステアリングレバー４２の角度位置を検出する位置センサである。

なお、ハンドルセンサ３１は、ステアリングハンドル４１の回転操作量が微小である場合には、操作信号を発生しないように不感帯を有してもよい。同様に、レバーセンサ３２は、ステアリングレバー４２の傾倒操作量が微小である場合には、操作信号を発生しないように不感帯を有してもよい。一例として、後述する前輪１６のステアリング角度が±０．５°以内で変化する時のステアリングハンドル４１またはステアリングレバー４２の操作量は、微小であると判断される。

モータグレーダ１００は、検知部６３を有する。検知部６３は、モータグレーダ１００の位置および向きの少なくともいずれか一方に関する情報を検知する。

検知部６３は、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）３８を有する。ＩＭＵ３８は、モータグレーダ１００の加速度および角速度を計測するセンサである。ＩＭＵ３８は、モータグレーダ１００の加速度および角速度の信号を制御部５１に出力する。

図４に示されるように、制御部５１は、操向機構６６の自動制御を開始するためのトリガが入力された場合に、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、操向機構６６を制御する。

制御部５１は、操作部６７の操作が停止された場合に操向機構６６の制御を開始する。制御部５１は、操作部６７の操作が再開された場合に操向機構６６の制御を停止する。

制御部５１は、トリガ出力部５２と、自動制御指令部５８と、ステアリング制御部５４とを有する。

トリガ出力部５２は、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号、および／または、レバーセンサ３２からのステアリングレバー４２の操作信号に基づいて、操向機構６６の制御（後述するステアリング自動制御）を開始または停止するためのトリガを出力する。

トリガ出力部５２は、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号、または、レバーセンサ３２からのステアリングレバー４２の操作信号が入力された場合に、ステアリング自動制御を停止するためのトリガ（後述する停止トリガ）を出力する。

トリガ出力部５２は、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号、および、レバーセンサ３２からのステアリングレバー４２の操作信号が入力されなかった場合に、ステアリング自動制御を開始するためのトリガ（後述する開始トリガ）を出力する。

自動制御指令部５８は、位置および方向算出部５９と、進行方向の変化率算出部５７とを有する。

位置および方向算出部５９には、ＩＭＵ３８により検知されたモータグレーダ１００の加速度および角速度の信号が入力される。位置および方向算出部５９は、ＩＭＵ３８により計測されたモータグレーダ１００の加速度および角速度に基づいて、モータグレーダ１００の位置および向きを算出し、算出したモータグレーダ１００の位置および向きの信号を変化率算出部５７に出力する。

変化率算出部５７には、位置および方向算出部５９により算出されたモータグレーダ１００の位置および向きの信号が入力される。変化率算出部５７は、位置および方向算出部５９により算出されたモータグレーダ１００の位置および向きに基づいて、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を算出する。

ステアリング制御部５４は、変化率算出部５７により算出されたモータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、操向機構６６を制御する。具体的には、ステアリング制御部５４は、変化率算出部５７により算出されたモータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、電気流体圧制御弁７３に制御信号を出力する。電気流体圧制御弁７３は、ステアリング制御部５４からの信号に基づいて、ステアリングバルブ７２に圧油を供給し、ステアリングシリンダ３６を制御する（ステアリング自動制御の開始）。

オペレータによる操作部６７の操作が再開されると、トリガ出力部５２には、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号、または、レバーセンサ３２からのステアリングレバー４２の操作信号が入力される。これにより、トリガ出力部５２は、停止トリガを出力する。この場合に、自動制御指令部５８は、トリガ出力部５２からの停止トリガを受信し、ステアリング自動制御を停止させる。

続いて、制御部５１で実行されるステアリング自動制御についてより具体的に説明する。図５は、旋回時にステアリング自動制御が開始されるモータグレーダを模式的に示す上面図である。

なお、説明を簡単にするために、図５および後出の図６中には、前輪１６を動作させるための操作部６７としてステアリングハンドル４１のみが用いられる場合が示されている。

図４および図５に示されるように、モータグレーダ１００が、モータグレーダ１００Ａ、モータグレーダ１００Ｂ、モータグレーダ１００Ｃおよびモータグレーダ１００Ｄに示される位置（以下、「位置１００Ａ」、「位置１００Ｂ」、「位置１００Ｃ」および「位置１００Ｄ」とそれぞれいう）を順に移動するように走行する。

モータグレーダ１００が位置１００Ａから位置１００Ｂまで移動する間、オペレータは、ステアリングハンドル４１を操作することによってモータグレーダ１００を走行させている。この間、トリガ出力部５２には、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号が入力される。トリガ出力部５２は、停止トリガを出力する。自動制御指令部５８は、トリガ出力部５２からの停止トリガを受信し、ステアリング自動制御は開始されない。

モータグレーダ１００が位置１００Ｂから位置１００Ｃまで移動する間、オペレータは、ステアリングハンドル４１を操作することによって、モータグレーダ１００を右前方に向けて旋回させる。この間、トリガ出力部５２には、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号が入力される。トリガ出力部５２は、停止トリガを出力する。自動制御指令部５８は、トリガ出力部５２からの停止トリガを受信し、ステアリング自動制御は開始されない。

モータグレーダ１００が位置１００Ｃから位置１００Ｄまで移動する間、オペレータは、ステアリングハンドル４１を操作していない。この間、トリガ出力部５２には、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号が入力されない。トリガ出力部５２は、開始トリガを出力する。自動制御指令部５８は、トリガ出力部５２からの開始トリガを受信し、ステアリング自動制御が開始される。

トリガ出力部５２にハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号が入力されない場合、トリガ出力部５２は開始トリガを出力する。位置および方向算出部５９は、ＩＭＵ３８により計測されたモータグレーダ１００の加速度および角速度に基づいて、モータグレーダ１００の位置および向きを算出し、変化率算出部５７に出力する。変化率算出部５７は、位置および方向算出部５９により算出されたモータグレーダ１００の位置および向きに基づいて、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を算出する。モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率とは、モータグレーダ１００が単位走行距離（たとえば、１ｍ）を走行する毎のモータグレーダ１００の向き（たとえば、モータグレーダ１００の前方に対応する方向）の変化量（角度）である。

位置１００Ｃから位置１００Ｄまでのステアリング自動制御が実行される間、ステアリング制御部５４は、モータグレーダ１００が単位走行距離を走行する毎のモータグレーダ１００の向きの変化量が、一定の角度となるように、ステアリングシリンダ３６を制御する。モータグレーダ１００は、ステアリング制御部５４によるステアリング自動制御によって、一定の曲率半径ｒを維持しながら旋回移動する。

このあと、ステアリング制御部５４は、トリガ出力部５２にハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号が入力された場合には、ステアリング自動制御を停止し、トリガ出力部５２にハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号が入力されない場合には、ステアリング自動制御を再開する。

図６は、直進時にステアリング自動制御が開始されるモータグレーダを模式的に示す上面図である。

図６に示されるように、モータグレーダ１００が、モータグレーダ１００Ｓ、モータグレーダ１００Ｔおよびモータグレーダ１００Ｕに示される位置（以下、「位置１００Ｓ」、「位置１００Ｔ」および「位置１００Ｕ」とそれぞれいう）を順に移動するように走行する。

モータグレーダ１００が位置１００Ｓから位置１００Ｔまで移動する間、オペレータは、ステアリングハンドル４１を操作することによってモータグレーダ１００を走行させている。この間、トリガ出力部５２には、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号が入力される。トリガ出力部５２は、停止トリガを出力する。自動制御指令部５８は、トリガ出力部５２からの停止トリガを受信し、ステアリング自動制御は開始されない。

モータグレーダ１００が位置１００Ｔから位置１００Ｕまで移動する間、オペレータは、ステアリングハンドル４１を操作していない。この間、トリガ出力部５２には、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号が入力されない。トリガ出力部５２は、開始トリガを出力する。自動制御指令部５８は、トリガ出力部５２からの開始トリガを受信し、ステアリング自動制御が開始される。

位置１００Ｔから位置１００Ｕまでのステアリング自動制御が実行される間、ステアリング制御部５４は、モータグレーダ１００が単位走行距離を走行する毎のモータグレーダ１００の向きの変化量がゼロとなるように、ステアリングシリンダ３６を制御する。モータグレーダ１００は、ステアリング制御部５４によるステアリング自動制御によって、一直線に移動する。

図７は、ブレードに負荷を受けた場合のモータグレーダの挙動を示す上面図である。図７に示されるように、土砂または雪などの堆積物１６０をモータグレーダ１００の側方に寄せるため、ブレード２１が左右方向に対して斜めに傾けて使用される。この場合、ブレード２１が堆積物１６０から負荷を受けることによって、モータグレーダ１００の進行方向が側方にずれたり、堆積物１６０からの負荷が変化することによって、モータグレーダ１００の進行方向が左右にぶれたりする。また、モータグレーダ１００に限られず、作業車両は、一般的に凹凸形状を有した地面上を走行するため、作業車両の進行方向がずれやすい。

このため、オペレータは、モータグレーダ１００の進行方向を調整するために、ステアリングハンドル４１またはステアリングレバー４２を操作したり、リーニング操作をしたりしながら、作業機１２の操作レバーも操作しなければならない。このような作業は、高い技術と集中力とを必要とするため、オペレータに過度な負担を強いる。

これに対して、モータグレーダ１００では、自動制御指令部５８にステアリング自動制御を開始するためのトリガが入力された場合、ステアリング制御部５４がモータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるようにステアリング自動制御を行なう。

このような構成によれば、オペレータは、ステアリング自動制御が実行される間、モータグレーダ１００の進行方向を調整するための操作に行なうことなく、作業機１２の操作に集中することができる。また、ステアリング自動制御は、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率の算出を通じて自動的に実行されるため、オペレータが、事前に作業現場の地図を入力したり、走行経路に関する各種パラメータを入力したりする必要がない。したがって、オペレータの負担が十分に軽減される運転アシストシステムを実現することができる。

また、制御部５１は、ステアリングハンドル４１およびステアリングレバー４２の操作が停止された場合にステアリング自動制御を開始する。このような構成により、オペレータは、ステアリング自動制御を開始するために特別の操作を行なう必要がないため、オペレータの負担をさらに軽減することができる。

さらに、制御部５１は、ステアリングハンドル４１またはステアリングレバー４２の操作が再開された場合にステアリング自動制御を停止する。このような構成により、オペレータは、ステアリングハンドル４１またはステアリングレバー４２の操作を通じて、モータグレーダ１００を意図した方向に走行させることができる。

図８は、ハンドル操作と、ステアリング自動制御との相互のタイミングの関係を示すタイミングチャートである。

図４および図８に示されるように、制御部５１は、ステアリングハンドル４１およびステアリングレバー４２の操作が停止された状態が所定期間継続された後に、ステアリング自動制御を開始してもよい。

図８に示されるタイミングチャートでは、時間ｔ１において、オペレータがステアリングハンドル４１を操作しないことによって、トリガ出力部５２にハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号が入力されない。次に、時間ｔ２において、ステアリング制御部５４が、ステアリング自動制御を開始する。

時間ｔ１から時間ｔ２までの長さは、たとえば、１ｓ以上２ｓ以下の範囲である（１ｓ≦（ｔ２−ｔ１）≦２ｓ）。

このような構成によれば、ステアリングハンドル４１およびステアリングレバー４２の操作が停止された状態が所定期間継続された後に、ステアリング自動制御が開始されるため、制御部５１が、ステアリングハンドル４１およびステアリングレバー４２の操作の停止に過剰に反応してステアリング自動制御を開始することを防止できる。

図９は、モータグレーダの制御方法を示すフローチャートである。図４および図９に示されるように、まず、制御部５１が、運転アシストモードに設定される（Ｓ２０１）。運転アシストモードの設定は、たとえば、オペレータが、キャブ１１内に設けられたモード設定スイッチをオンすることによって行なわれる。

次に、ハンドルセンサ３１が、オペレータによるステアリングハンドル４１の操作の有無を検知し、レバーセンサ３２が、オペレータによるステアリングレバー４２の操作の有無を検知する（Ｓ２０２）。

本ステップにおいて、ハンドルセンサ３１がステアリングハンドル４１の操作を検知した場合、ステアリングハンドル４１の操作信号がトリガ出力部５２に入力され、ハンドルセンサ３１がステアリングハンドル４１の操作を検知しなかった場合、ステアリングハンドル４１の操作信号がトリガ出力部５２に入力されない。レバーセンサ３２がステアリングレバー４２の操作を検知した場合、ステアリングレバー４２の操作信号がトリガ出力部５２に入力され、レバーセンサ３２がステアリングレバー４２の操作を検知しなかった場合、ステアリングレバー４２の操作信号がトリガ出力部５２に入力されない。

次に、自動制御指令部５８が、ステアリング自動制御を開始するか否かを判断する（Ｓ２０３）。

Ｓ２０２のステップにおいて、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号、または、レバーセンサ３２からのステアリングレバー４２の操作信号がトリガ出力部５２に入力された場合、トリガ出力部５２が自動制御指令部５８に停止トリガを出力する。この場合、自動制御指令部５８は、ステアリング自動制御を開始しないと判断する。次に、Ｓ２０２のステップに戻る。

Ｓ２０２のステップにおいて、ハンドルセンサ３１からのステアリングハンドル４１の操作信号、および、レバーセンサ３２からのステアリングレバー４２の操作信号がトリガ出力部５２に入力されない場合、トリガ出力部５２が自動制御指令部５８に開始トリガを出力する。この場合、自動制御指令部５８は、ステアリング自動制御を開始すると判断する（Ｓ２０３）。次に、Ｓ２０４のステップに進む。

位置および方向算出部５９は、ＩＭＵ３８により計測されたモータグレーダの加速度および角速度に基づいて、モータグレーダの位置および向きを算出する。変化率算出部５７は、位置および方向算出部５９により算出されたモータグレーダの位置および向きに基づいて、モータグレーダの単位走行距離当たりの進行方向の変化率を算出する（Ｓ２０４）。ステアリング制御部５４は、変化率算出部５７により算出されたモータグレーダの単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、ステアリングシリンダ３６を制御する（Ｓ２０５）。

Ｓ２０５のステップを開始した後、ハンドルセンサ３１が、オペレータによるステアリングハンドル４１の操作の有無を検知し、レバーセンサ３２が、オペレータによるステアリングレバー４２の操作の有無を検知するＳ２０６のステップと、自動制御指令部５８が、ステアリング自動制御を停止するか否かを判断するＳ２０７のステップとを継続して実行する。Ｓ２０７のステップにおいて、ステアリング自動制御を停止すると判断された場合、ステアリング制御部５４は、ステアリング自動制御を停止する（Ｓ２０８）。そのあと、Ｓ２０２のステップに戻る。

図１０は、図４中の運転アシストシステムに関わる構成の変形例を示すブロック図である。図１０に示されるように、本変形例では、モータグレーダ１００は、切り替えスイッチ３７を有する。切り替えスイッチ３７は、ステアリング自動制御の開始（オン）と、ステアリング自動制御の停止（オフ）とを切り替えるためのスイッチである。

切り替えスイッチ３７は、キャブ１１内に設けられている。切り替えスイッチ３７の形態は、特に限定されず、たとえば、押しボタンであってもよいし、レバーであってもよい。切り替えスイッチ３７は、モニタにおけるタッチパネル内に設けられてもよい。

本変形例においては、オペレータによって切り替えスイッチ３７がオン操作されると、自動制御指令部５８にステアリング自動制御を開始するためのトリガ（開始トリガ）が入力される。続いて、モータグレーダの単位走行距離当たりの進行方向の変化率の算出と、ステアリング自動制御とが実行される。オペレータによって切り替えスイッチ３７がオフ操作されると、自動制御指令部５８に停止トリガが入力され、ステアリング自動制御が停止される。

このような構成によれば、オペレータは、より自らが意図したタイミングでステアリング自動制御を開始させることができる。

以上に説明した、本実施の形態におけるモータグレーダ１００およびその制御方法の構成および効果についてまとめて説明する。

作業車両としてのモータグレーダ１００は、操向機構６６と、制御部５１とを備える。制御部５１は、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、操向機構６６を制御する。

このような構成によれば、制御部５１は、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように操向機構６６を制御するため、オペレータに煩雑な作業が求められない。このため、オペレータの負担が十分に軽減される運転アシストシステムを実現することができる。

また、制御部５１は、操向機構６６の制御を開始するためのトリガが入力された場合に、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、操向機構６６を制御する。

このような構成によれば、制御部５１は、予め定められたトリガに基づいて、操向機構６６の制御を開始するか否かを判断することができる。

また、モータグレーダ１００は、操作部６７をさらに備える。操作部６７は、操向機構６６を動作させるために操作される。制御部５１は、操作部６７の操作が停止された場合に操向機構６６の制御を開始する。

このような構成によれば、操向機構６６の制御を開始するためのオペレータの操作が不要であるため、オペレータの負担をさらに軽減することができる。

また、制御部５１は、操作部６７の操作が停止された状態が所定期間継続された後に、操向機構６６の制御を開始してもよい。

このような構成によれば、制御部５１が操作部６７の操作の停止に過剰に反応して操向機構６６の制御を開始することを防止できる。

また、制御部５１は、操作部６７の操作が再開された場合に操向機構６６の制御を停止する。

このような構成によれば、操作部６７の操作が再開された場合にはその操作によって操向機構６６を動作させることにより、オペレータは、モータグレーダ１００を自らの意図した方向に走行させることができる。

また、モータグレーダ１００は、制御部５１による操向機構６６の制御の開始および停止を切り替えるためのスイッチとしての切り替えスイッチ３７を備えてもよい。

このような構成によれば、オペレータは、より自らが意図したタイミングで、制御部５１による操向機構６６の制御を開始させることができる。

また、モータグレーダ１００は、検知部６３をさらに備える。検知部６３は、モータグレーダ１００の位置および向きの少なくともいずれか一方に関する情報を検知する。制御部５１は、検知部６３により検知されたモータグレーダ１００の位置および向きの少なくともいずれか一方に関する情報に基づいて、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を特定する。

このような構成によれば、制御部５１は、検知部６３において検知されたモータグレーダ１００の位置および向きの少なくともいずれか一方に関する情報を用いて、モータグレーダ１００の進行方向の変化率を特定することができる。

モータグレーダ１００の制御方法は、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を算出するステップ（Ｓ２０４）と、算出されたモータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、操向機構６６を制御するステップ（Ｓ２０５）とを備える。

算出するステップ（Ｓ２０４）は、操向機構６６の制御を開始するためのトリガが入力された場合に、モータグレーダ１００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を算出するステップを含む。

このような構成によれば、オペレータの負担が十分に軽減される運転アシストシステムを実現することができる。

なお、本開示における検知部としては、上記のＩＭＵに限られず、ジャイロセンサ、地磁気センサまたはカメラなどを用いることも可能である。本開示における検知部としてカメラを用いた場合、カメラにより撮影されるモータグレーダの周囲の画像を解析することによって、モータグレーダの位置および向きを検知することができる。

モータグレーダ１００は、モータグレーダ１００の進行方向を操作する操向機構６６として、前輪１６を左右に傾倒させるリーニング機構と、フロントフレーム１４とリアフレーム１５とを屈曲させるアーティキュレート機構とをさらに有する。制御部５１によって実行される操向機構６６の制御は、ステアリング自動制御に限られず、リーニング機構の自動制御であってもよいし、アーティキュレート機構の自動制御であってもよいし、ステアリング機構、リーニング機構およびアーティキュレート機構のうちの複数の機構の自動制御であってもよい。

本開示における作業車両およびその制御方法は、モータグレーダに限られず、たとえば、ホイールローダ、ダンプトラックまたはブルドーザなどの各種の作業車両に適用されてもよい。ホイールローダへの適用の場合、制御部による制御の対象は、回動可能に接続されたフロントフレームとリアフレームとのアーティキュレート角度であってもよい。

図１１は、モータグレーダの操向機構の制御システムの概念を示す図である。上記の実施の形態では、作業車両であるモータグレーダ１００が制御部５１を備える場合を説明したが、図３および図１１に示されるように、モータグレーダの操向機構６６が、モータグレーダから離れた位置に設けられた制御部および操作部によって制御される構成であってもよい。

モータグレーダの操向機構６６を制御する制御システムは、モータグレーダの単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、モータグレーダの操向機構６６を制御する制御部２５１を備える。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１において説明した運転アシストシステムがブルドーザに適用された場合の構成を説明する。以下、実施の形態１における構成と重複する構成については、その説明を繰り返さない。

図１２は、ブルドーザを示す斜視図である。図１３は、図１２中のブルドーザの操向に関わる構成を示すシステム図である。

図１２に示されるように、ブルドーザ３００は、車体３１１と、作業機３１３と、左右一対の牽引装置３１６（３１６Ｒ，３１６Ｌ）とを有する。車体３１１は、左右一対の牽引装置３１６（３１６Ｒ，３１６Ｌ）上に設けられている。車体３１１は、キャブ３４１と、エンジン室３４２とを有する。作業機３１３は、車体３１１の前方に設けられている。作業機３１３は、土砂の掘削および整地などの作業を行なうためのブレード３１８を有する。

左右一対の牽引装置３１６（３１６Ｒ，３１６Ｌ）は、ブルドーザ３００を走行させるための装置である。左右一対の牽引装置３１６（３１６Ｒ，３１６Ｌ）は、たとえば、履帯と、終減速装置とを有する。左右一対の牽引装置３１６（３１６Ｒ，３１６Ｌ）が回転駆動されることによって、ブルドーザ３００が走行する。

図１２および図１３に示されるように、ブルドーザ３００は、操向機構６６と、制御部５１と、操作部６７と、電気流体圧制御弁７３とを有する。

操向機構６６は、駆動装置３３１を有する。駆動装置３３１は、油圧により作動する油圧モータである。駆動装置３３１は、右側の牽引装置（第１牽引装置）３１６Ｒと、左側の牽引装置（第２牽引装置）３１６Ｌとを互いに独立して駆動させることが可能である。

操作部６７は、ステアリングレバー４２を有する。電気流体圧制御弁７３は、圧油を駆動装置３３１に供給する。制御部５１は、ステアリングレバー４２からの操作信号に基づいて、電気流体圧制御弁７３を制御する。駆動装置３３１は、電気流体圧制御弁７３からの圧油により、右側の牽引装置３１６Ｒと、左側の牽引装置３１６Ｌとを回転させる。右側の牽引装置３１６Ｒの回転速度と、左側の牽引装置３１６Ｌの回転速度とが同じである場合、ブルドーザ３００が直進する。右側の牽引装置３１６Ｒの回転速度が、左側の牽引装置３１６Ｌの回転速度よりも大きい場合、ブルドーザ３００が左前方に向けて旋回する。左側の牽引装置３１６Ｌの回転速度が、右側の牽引装置３１６Ｒの回転速度よりも大きい場合、ブルドーザ３００が右前方に向けて旋回する。

図１４は、図１２中のブルドーザの運転アシストシステムに関わる構成を示すブロック図である。図１３および図１４に示されるように、ブルドーザ３００は、レバーセンサ３２を有する。レバーセンサ３２は、ステアリングレバー４２の操作を検知する。

ブルドーザ３００は、検知部６３をさらに有する。検知部６３は、ブルドーザ３００の位置および向きの少なくともいずれか一方に関する情報を検知する。検知部６３は、ＩＭＵ３８を有する。ＩＭＵ３８は、ブルドーザ３００の加速度および角速度を計測するセンサである。ＩＭＵ３８は、ブルドーザ３００の加速度および角速度の信号を制御部５１に出力する。

図１４に示されるように、制御部５１は、トリガ出力部５２と、自動制御指令部５８と、ステアリング制御部５４とを有する。

トリガ出力部５２は、レバーセンサ３２からのステアリングレバー４２の操作信号に基づいて、操向機構６６の制御を開始または停止するためのトリガを出力する。

自動制御指令部５８は、位置および方向算出部５９と、進行方向の変化率算出部５７とを有する。

位置および方向算出部５９には、ＩＭＵ３８により検知されたブルドーザ３００の加速度および角速度の信号が入力される。位置および方向算出部５９は、ＩＭＵ３８により計測されたブルドーザ３００の加速度および角速度に基づいて、ブルドーザ３００の位置および向きを算出し、算出したブルドーザ３００の位置および向きの信号を変化率算出部５７に出力する。

変化率算出部５７には、位置および方向算出部５９により算出されたブルドーザ３００の位置および向きの信号が入力される。変化率算出部５７は、位置および方向算出部５９により算出されたブルドーザ３００の位置および向きに基づいて、ブルドーザ３００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を算出する。

ステアリング制御部５４は、変化率算出部５７により算出されたブルドーザ３００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、操向機構６６を制御する。具体的には、ステアリング制御部５４は、変化率算出部５７により算出されたブルドーザ３００の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、電気流体圧制御弁７３に制御信号を出力する。電気流体圧制御弁７３は、ステアリング制御部５４から信号に基づいて、駆動装置３３１に圧油を供給し、右側の牽引装置３１６Ｒの回転速度と、左側の牽引装置３１６Ｌの回転速度とを制御する。

このように構成されたブルドーザ３００によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

今回開示された実施の形態はすべ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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１１，３４１ キャブ、１２，３１３ 作業機、１３，３４２ エンジン室、１４ フロントフレーム、１４ｐ 基端部、１４ｑ 先端部、１５ リアフレーム、１６ 前輪、１７ 後輪、１８ 車体フレーム、２１，３１８ ブレード、２２ ドローバ、２３ 旋回サークル、２５ リフトシリンダ、２８ アーティキュレートシリンダ、３１ ハンドルセンサ、３２ レバーセンサ、３６ ステアリングシリンダ、３７ 切り替えスイッチ、４１ ステアリングハンドル、４２ ステアリングレバー、５１，２５１ 制御部、５２ トリガ出力部、５４ ステアリング制御部、５７ 変化率算出部、５８ 自動制御指令部、５９ 方向算出部、６３ 検知部、６６ 操向機構、６７ 操作部、７１ 軌道バルブ、７２ ステアリングバルブ、７３ 電気流体圧制御弁、１００ モータグレーダ、１２１ 回動中心、１６０ 堆積物、３００ ブルドーザ、３１１ 車体、３１６，３１６Ｌ，３１６Ｒ 牽引装置、３３１ 駆動装置。

Claims (19)

1. 作業車両の操向機構を制御する制御システムであって、
   前記作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、前記作業車両の操向機構を制御する制御部を備える、制御システム。
2. 前記制御部は、前記作業車両の操向機構の制御を開始するためのトリガが入力された場合に、前記作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、前記作業車両の操向機構を制御する、請求項１に記載の制御システム。
3. 前記作業車両の操向機構を動作させるために操作される操作部をさらに備え、
   前記制御部は、前記操作部の操作が停止された場合に前記作業車両の操向機構の制御を開始する、請求項２に記載の制御システム。
4. 前記制御部は、前記操作部の操作が停止された状態が所定期間継続された後に、前記作業車両の操向機構の制御を開始する、請求項３に記載の制御システム。
5. 前記制御部は、前記操作部の操作が再開された場合に前記作業車両の操向機構の制御を停止する、請求項３または４に記載の制御システム。
6. 前記制御部による前記作業車両の操向機構の制御の開始および停止を切り替えるためのスイッチをさらに備える、請求項２に記載の制御システム。
7. 操向機構を含む作業車両の制御方法であって、
   前記作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を算出するステップと、
   算出された前記作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、前記操向機構を制御するステップとを備える、作業車両の制御方法。
8. 前記算出するステップは、前記操向機構の制御を開始するためのトリガが入力された場合に、前記作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を算出するステップを含む、請求項７に記載の作業車両の制御方法。
9. 前記操向機構は、ステアリングシリンダと、前記ステアリングシリンダを制御するステアリングバルブとを含み、
   前記ステアリングシリンダは、前記ステアリングバルブからの圧油により、前後方向に対して操向輪がなす角度が変化するように前記操向輪を動作させる、請求項７または８に記載の作業車両の制御方法。
10. 前記操向機構は、左右一対の第１牽引装置および第２牽引装置を回転駆動させる駆動装置を含み、
    前記駆動装置は、前記第１牽引装置の回転速度と、前記第２牽引装置の回転速度とを互いに独立して制御する、請求項７または８に記載の作業車両の制御方法。
11. 作業車両であって、
    操向機構と、
    前記作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、前記操向機構を制御する制御部とを備える、作業車両。
12. 前記制御部は、前記操向機構の制御を開始するためのトリガが入力された場合に、前記作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率が一定に保たれるように、前記操向機構を制御する、請求項１１に記載の作業車両。
13. 前記操向機構を動作させるために操作される操作部をさらに備え、
    前記制御部は、前記操作部の操作が停止された場合に前記操向機構の制御を開始する、請求項１２に記載の作業車両。
14. 前記制御部は、前記操作部の操作が停止された状態が所定期間継続された後に、前記操向機構の制御を開始する、請求項１３に記載の作業車両。
15. 前記制御部は、前記操作部の操作が再開された場合に前記操向機構の制御を停止する、請求項１３または１４に記載の作業車両。
16. 前記制御部による前記操向機構の制御の開始および停止を切り替えるためのスイッチをさらに備える、請求項１２に記載の作業車両。
17. 前記作業車両の位置および向きの少なくともいずれか一方に関する情報を検知する検知部をさらに備え、
    前記制御部は、前記検知部により検知された前記作業車両の位置および向きの少なくともいずれか一方に関する情報に基づいて、前記作業車両の単位走行距離当たりの進行方向の変化率を特定する、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の作業車両。
18. 前記操向機構は、ステアリングシリンダと、前記ステアリングシリンダを制御するステアリングバルブとを含み、
    前記ステアリングシリンダは、前記ステアリングバルブからの圧油により、前後方向に対して操向輪がなす角度が変化するように前記操向輪を動作させる、請求項１１から１７のいずれか１項に記載の作業車両。
19. 前記操向機構は、左右一対の第１牽引装置および第２牽引装置を回転駆動させる駆動装置を含み、
    前記駆動装置は、前記第１牽引装置の回転速度と、前記第２牽引装置の回転速度とを互いに独立して制御する、請求項１１から１７のいずれか１項に記載の作業車両。

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