JP5865510B2 - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両および作業車両の制御方法に関する。

油圧ショベルのような作業車両は、ブームとアームとバケットとを有する作業機を備える。作業車両の制御において、掘削対象の目標形状である目標設計地形に基づいてバケットを移動させる自動制御が知られている。

特許文献１には、バケットの刃先を基準面に沿って移動させることによりバケットの刃先に当接する土砂を掻き均し、平らな基準面に対応する面を作るならい作業を自動制御する方式が提案されている。

特開平９−３２８７７４号公報

上記ならい作業において、アーム操作レバーを操作した際に、バケットが自重により落下する。バケットの自重落下により、油圧シリンダの速度は、アーム操作レバーによる油圧シリンダの想定された速度以上となっている。アーム操作レバーの操作量に基づいて想定される油圧シリンダの想定速度と実速度との乖離は、アーム操作レバーの操作量が少ない微操作の場合に大きい。このため、ならい作業において、バケットの刃先が安定せずハンチングが生じる可能性がある。

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、ハンチングを抑制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。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本発明のある局面に従う作業車両は、ブームと、アームと、バケットと、アームシリンダと、方向制御弁と、算出部と、速度決定部とを備える。アームシリンダは、アームを駆動する。方向制御弁は、移動可能なスプールを有し、スプールの移動によりアームシリンダに作動油を供給してアームシリンダを動作させる。算出部は、アーム操作レバーの操作量に従う方向制御弁のスプールの移動量とアームシリンダの速度との相関関係に基づいてアームシリンダの推定速度を算出する。速度決定部は、アームシリンダの推定速度に基づいて、ブームの目標速度を決定する。算出部は、アーム操作レバーの操作量が所定量未満の場合には、アーム操作レバーの操作量に従う方向制御弁のスプールの移動量とアームシリンダの速度との相関関係に従うアームシリンダの速度よりも大きい速度をアームシリンダの推定速度として算出する。

本発明の作業車両によれば、アーム操作レバーの操作量が所定量未満の場合には、アーム操作レバーの操作量に従う方向制御弁のスプールの移動量とアームシリンダの速度との相関関係に従うアームシリンダの速度よりも大きい速度をアームシリンダの推定速度として算出することにより、バケットの自重落下が生じた場合でも目標速度の調整に従いアームシリンダの実速度との乖離が抑制される。これにより、速度決定部は、適正なブームの速度に決定することが可能となりバケットの刃先を安定させてハンチングを抑制することが可能となる。

好ましくは、算出部は、方向制御弁のスプールの移動量と、方向制御弁のスプールの移動量に従ってアームシリンダに流入する作動油の供給量に基づき規定されるアームシリンダの速度との相関関係に基づいて、アームシリンダの推定速度を算出する。

上記によれば、いわゆるメータイン制御によりアームシリンダの推定速度を算出して制御することにより圧損の少ない効率的な制御が可能である。

好ましくは、アーム操作レバーの操作量に従う方向制御弁のスプールの移動量とアームシリンダの速度との相関関係は、第１速度テーブルに相当する。算出部は、アーム操作レバーの操作量が所定量以上の場合には、第１速度テーブルに従うアームシリンダの速度を推定速度として算出する。

上記によれば、アーム操作レバーの操作量が所定量以上の場合には、第１速度テーブルに従うアームシリンダの速度を推定速度として算出することにより、精度の高いアームシリンダの推定速度を算出することが可能となり、バケットの刃先を安定させた制御が可能である。

好ましくは、算出部は、アーム操作レバーの操作量が所定量未満の場合には、第２速度テーブルに基づいてアームシリンダの推定速度を算出する。第２速度テーブルは、方向制御弁のスプールの移動量と、方向制御弁のスプールの移動量に従ってアームシリンダから排出量に基づき規定されるアームシリンダの速度との相関関係を示すものである。

上記によれば、アーム操作レバーの操作量が所定量未満の場合には、第２速度テーブルに基づいてアームシリンダの目標速度を算出することにより、バケットの自重落下が生じた場合でも目標速度の調整に従い実測度との乖離を抑制される。これにより、速度決定部は、適正なブームの速度に決定することが可能となりバケットの刃先を安定させてハンチングを抑制することが可能となる。

本発明のある局面に従う作業車両の制御方法は、ブームと、アームと、バケットとを備える、作業車両の制御方法であって、アーム操作レバーの操作量に従う方向制御弁のスプールの移動量とアームシリンダの速度との相関関係に基づいてアームシリンダの推定速度を算出するステップと、アームシリンダの推定速度に基づいて、ブームの目標速度を決定するステップとを備える。算出するステップは、アーム操作レバーの操作量が所定量未満の場合には、アーム操作レバーの操作量に従う方向制御弁のスプールの移動量とアームシリンダの速度との相関関係に従うアームシリンダの速度よりも大きい速度をアームシリンダの推定速度として算出するステップを含む。

本発明の作業車両の制御方法によれば、アーム操作レバーの操作量が所定量未満の場合には、アーム操作レバーの操作量に従う方向制御弁のスプールの移動量とアームシリンダの速度との相関関係に従うアームシリンダの速度よりも大きい速度をアームシリンダの推定速度として算出することにより、バケットの自重落下が生じた場合でも目標速度の調整に従いアームシリンダの実速度との乖離が抑制される。これにより、適正なブームの速度に決定することが可能となりバケットの刃先を安定させてハンチングを抑制することが可能となる。

作業車両および作業車両の制御方法に関して、ハンチングを抑制することが可能である。

実施形態に基づく作業車両１００の外観図である。 実施形態に基づく作業車両１００を模式的に説明する図である。 実施形態に基づく制御システム２００の構成を示す機能ブロック図である。 実施形態に基づく油圧システムの構成を示す図である。 実施形態に基づくならい制御（制限掘削制御）が行われている場合の作業機２の動作を模式的に示す図である。 実施形態に基づくならい制御を実行する制御システム２００の構成を示す機能ブロック図である。 実施形態に基づくバケット８の刃先８ａと目標設計地形Ｕとの間の距離ｄを取得することを説明する図である。 実施形態に基づく推定速度決定部５２の演算処理を説明する機能ブロック図である。 実施形態に基づく垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔの算出方式を説明する図である。 実施形態に基づくならい制御における作業機２全体の制限速度テーブルの一例を説明する図である。 実施形態に基づくブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを算出する方式を説明する図である 実施形態に基づく作業機制御部５７の構成を示す機能ブロック図である。 実施形態に基づく作業車両１００のならい制御（制限掘削制御）を説明するフロー図である。 実施形態に基づくスプール８０の移動量（スプールストローク）と油圧シリンダ６０のシリンダ速度との関係が示されたシリンダ速度テーブル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。なお、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要件は、適宜組み合わせることが可能である。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

＜作業車両の全体構成＞
図１は、実施形態に基づく作業車両１００の外観図である。

図１に示されるように、作業車両１００として、本例においては、おもに油圧ショベルを例に挙げて説明する。

作業車両１００は、車両本体１と、油圧により作動する作業機２とを有する。なお、後述するように、作業車両１００には掘削制御を実行する制御システム２００（図３）が搭載されている。

車両本体１は、旋回体３と、走行装置５とを有する。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有する。作業車両１００は、履帯５Ｃｒの回転により走行可能である。なお、走行装置５が車輪（タイヤ）を有していてもよい。

旋回体３は、走行装置５の上に配置され、かつ走行装置５により支持されている。旋回体３は、旋回軸ＡＸを中心として走行装置５に対して旋回可能である。

旋回体３は、運転室４を有する。この運転室４には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられる。オペレータは、運転室４において作業車両１００を操作可能である。

本例においては、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として各部の位置関係について説明する。前後方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータの前後方向をいう。左右方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータの左右方向をいう。運転席４Ｓに着座したオペレータに正対する方向を前方向とし、前方向に対向する方向を後方向とする。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したときの右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。

旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルーム９と、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトとを有する。旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり１９が設けられる。エンジンルーム９には、図示しないエンジン及び油圧ポンプなどが配置されている。

作業機２は、旋回体３に支持されている。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有する。ブーム６は旋回体３に接続されている。アーム７はブーム６に接続されている。バケット８はアーム７に接続されている。

ブームシリンダ１０は、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２のそれぞれは、作動油によって駆動される油圧シリンダである。

ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して旋回体３に接続される。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に接続される。バケット８は、バケットピン１５を介してアーム７の先端部に接続される。

ブーム６は、ブームピン１３を中心に回転可能である。アーム７は、アームピン１４を中心に回転可能である。バケット８は、バケットピン１５を中心に回転可能である。

アーム７及びバケット８のそれぞれは、ブーム６の先端側で移動可能な可動部材である。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、実施形態に基づく作業車両１００を模式的に説明する図である。図２（Ａ）には、作業車両１００の側面図が示される。図２（Ｂ）には、作業車両１００の背面図が示される。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示されるように、ブーム６の長さＬ１は、ブームピン１３とアームピン１４との距離である。アーム７の長さＬ２は、アームピン１４とバケットピン１５との距離である。バケット８の長さＬ３は、バケットピン１５とバケット８の刃先８ａとの距離である。バケット８は、複数の刃を有し、本例においては、バケット８の先端部を刃先８ａと称する。

なお、バケット８は、刃を有していなくてもよい。バケット８の先端部は、ストレート形状の鋼板で形成されていてもよい。

作業車両１００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８とを有する。ブームシリンダストロークセンサ１６はブームシリンダ１０に配置される。アームシリンダストロークセンサ１７はアームシリンダ１１に配置される。バケットシリンダストロークセンサ１８はバケットシリンダ１２に配置される。なお、ブームシリンダストロークセンサ１６、アームシリンダストロークセンサ１７およびバケットシリンダストロークセンサ１８は総称してシリンダストロークセンサとも称する。

ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ１０のストローク長さが求められる。アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、アームシリンダ１１のストローク長さが求められる。バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、バケットシリンダ１２のストローク長さが求められる。

なお、本例においては、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２のストローク長さをそれぞれブームシリンダ長、アームシリンダ長およびバケットシリンダ長とも称する。また、本例においては、ブームシリンダ長、アームシリンダ長、及びバケットシリンダ長を総称してシリンダ長データＬとも称する。なお、角度センサを用いてストローク長さを検出する方式を採用することも可能である。

作業車両１００は、作業車両１００の位置を検出可能な位置検出装置２０を備えている。

位置検出装置２０は、アンテナ２１と、グローバル座標演算部２３と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２４とを有する。

アンテナ２１は、たとえばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）用のアンテナである。アンテナ２１は、たとえばＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems）用アンテナである。

アンテナ２１は、旋回体３に設けられる。本例においては、アンテナ２１は、旋回体３の手すり１９に設けられる。なお、アンテナ２１は、エンジンルーム９の後方向に設けられてもよい。例えば、旋回体３のカウンタウェイトにアンテナ２１が設けられてもよい。アンテナ２１は、受信した電波（ＧＮＳＳ電波）に応じた信号をグローバル座標演算部２３に出力する。

グローバル座標演算部２３は、グローバル座標系におけるアンテナ２１の設置位置Ｐ１を検出する。グローバル座標系は、作業エリアに設置した基準位置Ｐｒを元にした３次元座標系（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）である。本例においては、基準位置Ｐｒは、作業エリアに設定された基準杭の先端の位置である。また、ローカル座標系とは、作業車両１００を基準とした、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で示される３次元座標系である。ローカル座標系の基準位置は、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。

本例においては、アンテナ２１は、車幅方向に互いに離れるように旋回体３に設けられた第１アンテナ２１Ａ及び第２アンテナ２１Ｂを有する。

グローバル座標演算部２３は、第１アンテナ２１Ａの設置位置Ｐ１ａ及び第２アンテナ２１Ｂの設置位置Ｐ１ｂを検出する。グローバル座標演算部２３は、グローバル座標で表される基準位置データＰを取得する。本例においては、基準位置データＰは、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。なお、基準位置データＰは、設置位置Ｐ１を示すデータでもよい。

本例においては、グローバル座標演算部２３は、２つの設置位置Ｐ１ａ及び設置位置Ｐ１ｂに基づいて旋回体方位データＱを生成する。旋回体方位データＱは、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとで決定される直線がグローバル座標の基準方位（例えば北）に対してなす角に基づいて決定される。旋回体方位データＱは、旋回体３（作業機２）が向いている方位を示す。グローバル座標演算部２３は、後述する表示コントローラ２８に基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを出力する。

ＩＭＵ２４は、旋回体３に設けられる。本例においては、ＩＭＵ２４は、運転室４の下部に配置される。旋回体３において、運転室４の下部に高剛性のフレームが配置される。ＩＭＵ２４は、そのフレーム上に配置される。なお、ＩＭＵ２４は、旋回体３の旋回軸ＡＸ（基準位置Ｐ２）の側方（右側又は左側）に配置されてもよい。ＩＭＵ２４は、車両本体１の左右方向に傾斜する傾斜角θ４と、車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５とを検出する。

＜制御システムの構成＞
次に、実施形態に基づく制御システム２００の概要について説明する。

図３は、実施形態に基づく制御システム２００の構成を示す機能ブロック図である。
図３に示されるように、制御システム２００は、作業機２を用いる掘削処理を制御する。本例においては、掘削処理の制御は、ならい制御を有する。

ならい制御は、バケットの刃先が設計地形に沿って移動することによりバケットの刃先に当接する土砂を掻き均し、平らな設計地形に対応する面を作るならい作業を自動制御することを意味し、制限掘削制御とも称される。

ならい制御は、オペレータによるアーム操作があり、バケットの刃先と設計地形との距離および刃先の速度が基準内である場合に実行される。オペレータは、ならい制御中は通常、ブームを下げる方向に常にブームを操作しつつ、アームを操作する。

制御システム２００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８と、アンテナ２１と、グローバル座標演算部２３と、ＩＭＵ２４と、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、圧力センサ６６及び圧力センサ６７と、制御弁２７と、方向制御弁６４と、表示コントローラ２８と、表示部２９と、センサコントローラ３０と、マンマシンインターフェース部３２とを有する。

操作装置２５は、運転室４に配置される。オペレータにより操作装置２５が操作される。操作装置２５は、作業機２を駆動するオペレータ操作を受け付ける。本例においては、操作装置２５は、パイロット油圧方式の操作装置である。

方向制御弁６４により、油圧シリンダに対する作動油の供給量が調整される。方向制御弁６４は、第１油圧室および第２油圧室に供給される油によって作動する。なお、本例においては、油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）を作動するために、その油圧シリンダに供給される油は作動油とも称される。また、方向制御弁６４を作動するためにその方向制御弁６４に供給される油はパイロット油と称される。また、パイロット油の圧力はパイロット油圧とも称される。

作動油及びパイロット油は、同一の油圧ポンプから送出されてもよい。例えば、油圧ポンプから送出された作動油の一部が減圧弁で減圧され、その減圧された作動油がパイロット油として使用されてもよい。また、作動油を送出する油圧ポンプ（メイン油圧ポンプ）と、パイロット油を送出する油圧ポンプ（パイロット油圧ポンプ）とが別の油圧ポンプでもよい。

操作装置２５は、第１操作レバー２５Ｒと、第２操作レバー２５Ｌとを有する。第１操作レバー２５Ｒは、例えば運転席４Ｓの右側に配置される。第２操作レバー２５Ｌは、例えば運転席４Ｓの左側に配置される。第１操作レバー２５Ｒ及び第２操作レバー２５Ｌでは、前後左右の動作が２軸の動作に対応する。

第１操作レバー２５Ｒにより、ブーム６及びバケット８が操作される。
第１操作レバー２５Ｒ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、パイロット油路４５０にパイロット油が供給された場合に圧力センサ６６に発生する検出圧力をＭＢとする。

第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応し、左右方向の操作に応じてバケット８の掘削動作及び開放動作が実行される。バケット８を操作するためにレバー操作され、パイロット油路４５０にパイロット油が供給された場合に圧力センサ６６に発生する検出圧力をＭＴとする。

第２操作レバー２５Ｌにより、アーム７及び旋回体３が操作される。
第２操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の操作に対応し、前後方向の操作に応じてアーム７の上げ動作及び下げ動作が実行される。アーム７を操作するためにレバー操作され、パイロット油路４５０にパイロット油が供給された場合に圧力センサ６６に発生する検出圧力をＭＡとする。

第２操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、旋回体３の旋回に対応し、左右方向の操作に応じて旋回体３の右旋回動作及び左旋回動作が実行される。

本例においては、ブーム６の上下方向への動作は、それぞれ上げ動作、下降する動作は下げ動作とも称する。また、アーム７の上下方向への動作は、それぞれダンプ動作、掘削動作とも称する。バケット８の上下方向への動作は、それぞれダンプ動作、掘削動作とも称する。

メイン油圧ポンプから送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置２５に供給される。操作装置２５の操作量に基づいてパイロット油圧が調整される。

パイロット油路４５０には、圧力センサ６６及び圧力センサ６７が配置される。圧力センサ６６及び圧力センサ６７は、パイロット油圧を検出する。圧力センサ６６及び圧力センサ６７の検出結果は、作業機コントローラ２６に出力される。

第１操作レバー２５Ｒは、ブーム６の駆動のために前後方向に操作される。前後方向に関する第１操作レバー２５Ｒの操作量（ブーム操作量）に応じて、ブーム６を駆動するためのブームシリンダ１０に供給される作動油の流れ方向および流量が方向制御弁６４によって調整される。

第１操作レバー２５Ｒは、バケット８の駆動のために左右方向に操作される。左右方向に関する第１操作レバー２５Ｒの操作量（バケット操作量）に応じて、バケット８を駆動するためのバケットシリンダ１２に供給される作動油の流れ方向および流量が方向制御弁６４によって調整される。

第２操作レバー２５Ｌは、アーム７の駆動のために前後方向に操作される。前後方向に関する第２操作レバー２５Ｌの操作量（アーム操作量）に応じて、アーム７を駆動するためのアームシリンダ１１に供給される作動油の流れ方向および流量が方向制御弁６４によって調整される。

第２操作レバー２５Ｌは、旋回体３の駆動のために左右方向に操作される。左右方向に関する第２操作レバー２５Ｌの操作量に応じて、旋回体３を駆動するための油圧アクチュエータに供給される作動油の流れ方向および流量が方向制御弁６４によって調整される。

なお、第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作がブーム６の操作に対応し、前後方向の操作がバケット８の操作に対応してもよい。なお、第２操作レバー２５Ｌの左右方向がアーム７の操作に対応し、前後方向の操作が旋回体３の操作に対応してもよい。

制御弁２７は、油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）に対する作動油の供給量を調整する。制御弁２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて作動する。

マンマシンインターフェース部３２は、入力部３２１と表示部（モニタ）３２２とを有する。

本例においては、入力部３２１は、表示部３２２の周囲に配置される操作ボタンを有する。なお、入力部３２１はタッチパネルを有していてもよい。マンマシンインターフェース部３２を、マルチモニタとも称する。

表示部３２２は、基本情報として燃料残量および冷却水温度等を表示する。
入力部３２１は、オペレータによって操作される。入力部３２１の操作により生成された指令信号は、作業機コントローラ２６に出力される。

センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ長を算出する。ブームシリンダストロークセンサ１６は、周回動作に伴うパルスをセンサコントローラ３０に出力する。センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６から出力されたパルスに基づいて、ブームシリンダ長を算出する。

同様に、センサコントローラ３０は、アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、アームシリンダ長を算出する。センサコントローラ３０は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、バケットシリンダ長を算出する。

センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて取得されたブームシリンダ長から、旋回体３の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。

センサコントローラ３０は、アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて取得されたアームシリンダ長から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。

センサコントローラ３０は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて取得されたバケットシリンダ長から、アーム７に対するバケット８の刃先８ａの傾斜角θ３を算出する。

上記算出結果である傾斜角θ１、θ２、θ３と、基準位置データＰ、旋回体方位データＱ、及びシリンダ長データＬに基づいて、作業車両１００のブーム６、アーム７およびバケット８の位置を特定することが可能となり、バケット８の３次元位置を示すバケット位置データを生成することが可能である。

なお、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、及びバケット８の傾斜角θ３は、シリンダストロークセンサで検出されなくてもよい。ロータリーエンコーダのような角度検出器でブーム６の傾斜角θ１が検出されてもよい。角度検出器は、旋回体３に対するブーム６の屈曲角度を検出して、傾斜角θ１を検出する。同様に、アーム７の傾斜角θ２がアーム７に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。バケット８の傾斜角θ３がバケット８に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。

＜油圧回路の構成＞
図４は、実施形態に基づく油圧システムの構成を示す図である。

図４に示されるように、油圧システム３００は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２（複数の油圧シリンダ６０）と、旋回体３を旋回させる旋回モータ６３とを備える。なお、ここで、ブームシリンダ１０を油圧シリンダ１０（６０）とも表記する。他の油圧シリンダについても同様である。

油圧シリンダ６０は、図示しないメイン油圧ポンプから供給された作動油によって作動する。旋回モータ６３は、油圧モータであり、メイン油圧ポンプから供給された作動油によって作動する。

本例においては、各油圧シリンダ６０に対して作動油が流れる方向および流量を制御する方向制御弁６４が設けられる。メイン油圧ポンプから供給された作動油は、方向制御弁６４を介して、各油圧シリンダ６０に供給される。また、旋回モータ６３に対して方向制御弁６４が設けられる。

各油圧シリンダ６０は、キャップ側（ボトム側）油室４０Ａと、ロッド側（ヘッド側）油室４０Ｂとを有する。

方向制御弁６４は、ロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り替えるスプール方式である。スプールが軸方向に移動することにより、キャップ側油室４０Ａに対する作動油の供給と、ロッド側油室４０Ｂに対する作動油の供給とが切り替わる。また、スプールが軸方向に移動することにより、油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量（単位時間当たりの供給量）が調整される。油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量が調整されることにより、シリンダ速度が調整される。シリンダ速度を調整することにより、ブーム６、アーム７およびバケット８の速度が制御される。本例においては、方向制御弁６４が、スプールの移動により作業機２を駆動する油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量を調整可能な調整装置として機能する。

各方向制御弁６４には、スプールの移動距離（スプールストローク）を検出するスプールストロークセンサ６５が設けられる。スプールストロークセンサ６５の検出信号は、作業機コントローラ２６に出力される。

各方向制御弁６４の駆動は、操作装置２５によって調整される。本例においては、操作装置２５は、パイロット油圧方式の操作装置である。

メイン油圧ポンプから送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置２５に供給される。

操作装置２５は、パイロット油圧調整弁を有する。操作装置２５の操作量に基づいて、パイロット油圧が調整される。パイロット油圧によって、方向制御弁６４が駆動される。操作装置２５によりパイロット油圧が調整されることによって、軸方向に関するスプールの移動量及び移動速度が調整される。また、操作装置２５によりキャップ側油室４０Ａに対する作動油の供給と、ロッド側油室４０Ｂに対する作動油の供給とが切り替わる。

操作装置２５と各方向制御弁６４とは、パイロット油路４５０を介して接続される。本例においては、パイロット油路４５０に、制御弁２７、圧力センサ６６、及び圧力センサ６７が配置される。

各制御弁２７の両側に、パイロット油圧を検出する圧力センサ６６及び圧力センサ６７が設けられる。本例においては、圧力センサ６６は、操作装置２５と制御弁２７との間の油路４５１に配置される。圧力センサ６７は、制御弁２７と方向制御弁６４との間の油路４５２に配置される。圧力センサ６６は、制御弁２７によって調整される前のパイロット油圧を検出する。圧力センサ６７は、制御弁２７によって調整されたパイロット油圧を検出する。圧力センサ６６及び圧力センサ６７の検出結果は、作業機コントローラ２６に出力される。

制御弁２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号（ＥＰＣ電流）に基づいて、パイロット油圧を調整する。制御弁２７は、電磁比例制御弁であり、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて制御される。制御弁２７は、制御弁２７Ｂと、制御弁２７Ａとを有する。制御弁２７Ｂは、方向制御弁６４の第２受圧室に供給されるパイロット油のパイロット油圧を調整して、方向制御弁６４を介してキャップ側油室４０Ａに供給される作動油の供給量を調整可能である。制御弁２７Ａは、方向制御弁６４の第１受圧室に供給されるパイロット油のパイロット油圧を調整して、方向制御弁６４を介してロッド側油室４０Ｂに供給される作動油の供給量を調整可能である。

なお、本例においては、パイロット油路４５０のうち、操作装置２５と制御弁２７との間のパイロット油路４５０は油路（上流油路）４５１と称される。また、制御弁２７と方向制御弁６４との間のパイロット油路４５０は油路（下流油路）４５２と称される。

パイロット油は、油路４５２を介して各方向制御弁６４に供給される。
油路４５２は、第１受圧室に接続される油路４５２Ａと、第２受圧室に接続される油路４５２Ｂとを有する。

方向制御弁６４の第２受圧室に対して、パイロット油が油路４５２Ｂを介して供給されると、そのパイロット油圧に応じてスプールが移動する。方向制御弁６４を介してキャップ側油室４０Ａに作動油が供給される。キャップ側油室４０Ａに対する作動油の供給量は、操作装置２５の操作量に応じたスプールの移動量により調整される。

方向制御弁６４の第１受圧室に対して、パイロット油が油路４５２Ａを介して供給されると、そのパイロット油圧に応じてスプールが移動する。方向制御弁６４を介してロッド側油室４０Ｂに作動油が供給される。ロッド側油室４０Ｂに対する作動油の供給量は、操作装置２５の操作量によるスプールの移動量により調整される。

したがって、操作装置２５によりパイロット油圧が調整されたパイロット油が方向制御弁６４に供給されることにより、軸方向に関するスプールの位置が調整される。

油路４５１は、油路４５２Ａと操作装置２５とを接続する油路４５１Ａと、油路４５２Ｂと操作装置２５とを接続する油路４５１Ｂとを有する。

［操作装置２５の操作と油圧システムの動作について］
上述のように、操作装置２５の操作により、ブーム６は、下げ動作及び上げ動作の２種類の動作を実行する。

ブーム６の上げ動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ｂ及び油路４５２Ｂを介して、パイロット油が供給される。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がブームシリンダ１０に供給され、ブーム６の上げ動作が実行される。

ブーム６の下げ動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ａ及び油路４５２Ａを介して、パイロット油が供給される。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がブームシリンダ１０に供給され、ブーム６の下げ動作が実行される。

本例においては、ブームシリンダ１０が伸長することにより、ブーム６が上げ動作し、ブームシリンダ１０が縮退することにより、ブーム６が下げ動作する。ブームシリンダ１０のキャップ側油室４０Ａに作動油が供給されることにより、ブームシリンダ１０が伸長し、ブーム６が上げ動作する。ブームシリンダ１０のロッド側油室４０Ｂに作動油が供給されることにより、ブームシリンダ１０が縮退し、ブーム６が下げ動作する。

また、操作装置２５の操作により、アーム７は、下げ動作及び上げ動作の２種類の動作を実行する。

アーム７の下げ動作が実行されるように操作装置２５を操作することにより、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ｂ及び油路４５２Ｂを介して、パイロット油が供給される。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がアームシリンダ１１に供給され、アーム７の下げ動作が実行される。

アーム７の上げ動作が実行されるように操作装置２５を操作することにより、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ａ及び油路４５２Ａを介して、パイロット油が供給される。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がアームシリンダ１１に供給され、アーム７の上げ動作が実行される。

本例においては、アームシリンダ１１が伸長することにより、アーム７が下げ動作（掘削動作）し、アームシリンダ１１が縮退することにより、アーム７が上げ動作（ダンプ動作）する。アームシリンダ１１のキャップ側油室４０Ａに作動油が供給されることにより、アームシリンダ１１が伸長し、アーム７が下げ動作する。アームシリンダ１１のロッド側油室４０Ｂに作動油が供給されることにより、アームシリンダ１１が縮退し、アーム７が上げ動作する。

また、操作装置２５の操作により、バケット８は、下げ動作及び上げ動作の２種類の動作を実行する。

バケット８の下げ動作が実行されるように操作装置２５を操作することにより、バケットシリンダ１２に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ｂ及び油路４５２Ｂを介して、パイロット油が供給される。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がバケットシリンダ１２に供給され、バケット８の下げ動作が実行される。

バケット８の上げ動作が実行されるように操作装置２５を操作することにより、バケットシリンダ１２に接続された方向制御弁６４に、油路４５１Ａ及び油路４５２Ａを介して、パイロット油が供給される。方向制御弁６４はパイロット油圧に基づいて作動する。

これにより、メイン油圧ポンプからの作動油がバケットシリンダ１２に供給され、バケット８の上げ動作が実行される。

本例においては、バケットシリンダ１２が伸長することにより、バケット８が下げ動作（掘削動作）し、バケットシリンダ１２が縮退することにより、バケット８が上げ動作（ダンプ動作）する。バケットシリンダ１２のキャップ側油室４０Ａに作動油が供給されることにより、バケットシリンダ１２が伸長し、バケット８が下げ動作する。バケットシリンダ１２のロッド側油室４０Ｂに作動油が供給されることにより、バケットシリンダ１２が縮退し、バケット８が上げ動作する。

また、操作装置２５の操作により、旋回体３は、右旋回動作及び左旋回動作の２種類の動作を実行する。

旋回体３の右旋回動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、作動油が旋回モータ６３に供給される。旋回体３の左旋回動作が実行されるように操作装置２５が操作されることにより、作動油が旋回モータ６３に供給される。

［通常制御およびならい制御（制限掘削制御）と油圧システムの動作について］
ならい制御（制限掘削制御）を実行しない、通常制御について説明する。

通常制御の場合、作業機２は、操作装置２５の操作量に従って動作する。
具体的には、作業機コントローラ２６は、制御弁２７を開放する。制御弁２７を開放することにより、油路４５１のパイロット油圧と油路４５２のパイロット油圧とは等しくなる。制御弁２７が開放された状態で、パイロット油圧（ＰＰＣ圧）は、操作装置２５の操作量に基づいて調整される。これにより、方向制御弁６４が調整されて、上記で説明したブーム６、アーム７、バケット８の上げ動作および下げ動作を実行することが可能である。

一方、ならい制御（制限掘削制御）について説明する。
ならい制御（制限掘削制御）の場合、作業機２は、操作装置２５の操作に基づいて作業機コントローラ２６によって制御される。

具体的には、作業機コントローラ２６は、制御弁２７に制御信号を出力する。油路４５１は、例えばパイロット油圧調整弁の作用により所定の圧力を有する。

制御弁２７は、作業機コントローラ２６の制御信号に基づいて作動する。油路４５１の作動油は、制御弁２７を介して、油路４５２に供給される。したがって、油路４５２の作動油の圧力は、制御弁２７により調整（減圧）することが可能である。

油路４５２の作動油の圧力が、方向制御弁６４に作用する。これにより、方向制御弁６４は、制御弁２７で制御されたパイロット油圧に基づいて作動する。

たとえば、作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ａ及び制御弁２７Ｂの少なくとも一方に制御信号を出力して、アームシリンダ１１に接続された方向制御弁６４に対するパイロット油圧を調整することができる。制御弁２７Ａにより圧力が調整された作動油が方向制御弁６４に供給されることにより、スプールは軸方向に関して一方側に移動する。制御弁２７Ｂにより圧力が調整された作動油が方向制御弁６４に供給されることにより、スプールは軸方向に関して他方側に移動する。これにより、軸方向に関するスプールの位置が調整される。

また、同様に作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ａ及び制御弁２７Ｂの少なくとも一方に制御信号を出力して、バケットシリンダ１２に接続された方向制御弁６４に対するパイロット油圧を調整することができる。

また、同様に作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ａ及び制御弁２７Ｂの少なくとも一方に制御信号を出力して、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に対するパイロット油圧を調整することができる。

さらに、作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ｃに制御信号を出力して、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に対するパイロット油圧を調整する。

これにより、作業機コントローラ２６は、バケット８の刃先８ａが目標設計地形Ｕに侵入しないように、ブーム６の動きを制御（介入制御）する。

本例において、目標設計地形Ｕに対する刃先８ａの侵入が抑制されるように、ブームシリンダ１０に接続された制御弁２７に制御信号を出力して、ブーム６の位置を制御することを介入制御と称する。

具体的には、作業機コントローラ２６は、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標設計地形Ｕとバケット８の刃先８ａの位置を示すバケット位置データＳとに基づいて、目標設計地形Ｕとバケット８との距離ｄに応じてバケット８が目標設計地形Ｕに近づく速度が小さくなるように、ブーム６の速度を制御する。

油圧システム３００は、ブーム６の上げ動作に対して介入制御する機構として、油路５０１，５０２と、制御弁２７Ｃと、シャトル弁５１と、圧力センサ６８とを有している。

油路５０１は、制御弁２７Ｃに接続され、ブームシリンダ１０に接続された方向制御弁６４に供給されるパイロット油を供給する。

油路５０１は、制御弁２７Ｃを通過する前のパイロット油が流れる油路５０１と、制御弁２７Ｃを通過した後のパイロット油が流れる油路５０２とを有する。油路５０２は、制御弁２７Ｃとシャトル弁５１とに接続され、方向制御弁６４と接続された油路４５２Ｂにシャトル弁５１を介して接続される。

圧力センサ６８は、油路５０１のパイロット油のパイロット油圧を検出する。
制御弁２７Ｃは、介入制御を実行するために作業機コントローラ２６から出力された制御信号に基づいて制御される。

シャトル弁５１は、２つの入口ポートと、１つの出口ポートとを有する。一方の入口ポートは、油路５０２と接続される。他方の入口ポートは、油路４５２Ｂを介して制御弁２７Ｂと接続される。出口ポートは、油路４５２Ｂを介して方向制御弁６４と接続される。シャトル弁５１は、油路５０２及び制御弁２７Ｂと接続された油路４５２Ｂのうち、パイロット油圧が高い方の油路と、油路４５２Ｂとを接続する。

シャトル弁５１は、高圧優先形のシャトル弁である。シャトル弁５１は、入口ポートの一方に接続された油路５０２のパイロット油圧と、入口ポートの他方に接続された制御弁２７Ｂ側の油路４５２Ｂのパイロット油圧とを比較し、高圧側の圧力を選択する。シャトル弁５１は、油路５０２のパイロット油圧と、制御弁２７Ｂ側の油路４５２Ｂのパイロット油圧とのうち、高圧側の流路を出口ポートに連通し、当該高圧側の流路を流れるパイロット油を方向制御弁６４に供給する。

本例においては、作業機コントローラ２６は、介入制御を実行しない場合には、操作装置２５の操作によって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように、制御弁２７Ｂを全開にするとともに、制御弁２７Ｃに対して油路５０１を閉じるように制御信号を出力する。

また、作業機コントローラ２６は、介入制御を実行する場合には、制御弁２７Ｃによって調整されたパイロット油圧に基づいて方向制御弁６４が駆動されるように、各制御弁２７に対して制御信号を出力する。

例えば、ブーム６の移動を制限する介入制御を実行する場合、作業機コントローラ２６は、制御弁２７Ｃによって調整されたパイロット油圧が、操作装置２５によって調整されるパイロット油圧よりも高くなるように、制御弁２７Ｃを制御する。これにより、制御弁２７Ｃからのパイロット油がシャトル弁５１を介して方向制御弁６４に供給される。

＜ならい制御＞
図５は、実施形態に基づくならい制御（制限掘削制御）が行われている場合の作業機２の動作を模式的に示す図である。

図５に示されるように、ならい制御（制限掘削制御）において、バケット８が設計地形に侵入しないように、ブーム６の上げ動作を含む介入制御が実行される。具体的には、本例においては、操作装置２５によるアーム７の掘削操作による掘削において、油圧システム３００は、アーム７が下がり、ブーム６が上がるように制御する場合が示されている。

図６は、実施形態に基づくならい制御を実行する制御システム２００の構成を示す機能ブロック図である。

図６に示されるように、制御システム２００が有する作業機コントローラ２６および表示コントローラ２８の機能ブロックが示される。

ここでは、主にならい制御（制限掘削制御）によるブーム６の介入制御について主に説明する。上記で説明したように、介入制御は、バケット８の刃先８ａが目標設計地形Ｕに侵入しないように、ブーム６の動きを制御するものである。

具体的には、作業機コントローラ２６は、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標設計地形Ｕとバケット８の刃先８ａの位置を示すバケット位置データＳとに基づいて、目標設計地形Ｕとバケット８との距離ｄを算出する。そして、距離ｄに応じてバケット８が目標設計地形Ｕに近づく速度が小さくなるように、ブーム６の介入制御による制御弁２７への制御指令ＣＢＩを出力する。

まず、作業機コントローラ２６は、操作装置２５の操作による操作指令に基づくアーム７、バケット８の動作によるバケットの刃先８ａの推定速度を算出する。そして、算出結果に基づいてバケット８の刃先８ａが目標設計地形Ｕに侵入しないように、ブーム６の速度を制御するブーム目標速度を算出する。そして、ブーム目標速度でブーム６が動作するように制御弁２７への制御指令ＣＢＩを出力する。

以下、機能ブロックについて図６を用いて具体的に説明する。
図６に示されるように、表示コントローラ２８は、目標施工情報格納部２８Ａと、バケット位置データ生成部２８Ｂと、目標設計地形データ生成部２８Ｃとを有する。

表示コントローラ２８は、センサコントローラ３０からの入力を受ける。
センサコントローラ３０は、各シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果から各シリンダ長データＬおよび傾斜角θ１、θ２、θ３を取得する。また、センサコントローラ３０は、ＩＭＵ２４から出力される傾斜角θ４のデータ及び傾斜角θ５のデータを取得する。センサコントローラ３０は、シリンダ長データＬ、傾斜角θ１、θ２、θ３のデータと、傾斜角θ４のデータ、及び傾斜角θ５のデータを、表示コントローラ２８に出力する。

上述のように、本例においては、シリンダストロークセンサ１６、１７、１８の検出結果、及びＩＭＵ２４の検出結果がセンサコントローラ３０に出力され、センサコントローラ３０が所定の演算処理を行う。

本例においては、センサコントローラ３０の機能が、作業機コントローラ２６で代用されてもよい。例えば、シリンダストロークセンサ（１６、１７、１８）の検出結果が作業機コントローラ２６に出力され、作業機コントローラ２６が、シリンダストロークセンサ（１６、１７、１８）の検出結果に基づいて、シリンダ長（ブームシリンダ長、アームシリンダ長、及びバケットシリンダ長）を算出してもよい。ＩＭＵ２４の検出結果が、作業機コントローラ２６に出力されてもよい。

グローバル座標演算部２３は、基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを取得し、表示コントローラ２８に出力する。

目標施工情報格納部２８Ａは、作業エリアの目標形状である立体設計地形を示す目標施工情報（立体設計地形データ）Ｔを格納している。目標施工情報Ｔは、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標設計地形（設計地形データ）Ｕを生成するために必要とされる座標データ及び角度データを有する。目標施工情報Ｔは、例えば無線通信装置を介して表示コントローラ２８に供給されてもよい。

バケット位置データ生成部２８Ｂは、傾斜角θ１、θ２、θ３、θ４、θ５と、基準位置データＰ、旋回体方位データＱ、及びシリンダ長データＬに基づいて、バケット８の３次元位置を示すバケット位置データＳを生成する。なお、刃先８ａの位置情報は、メモリ等の接続式記録装置から転送されてもよい。

本例においては、バケット位置データＳは、刃先８ａの３次元位置を示すデータである。

目標設計地形データ生成部２８Ｃは、バケット位置データ生成部２８Ｂより取得するバケット位置データＳと目標施工情報格納部２８Ａに格納する後述する目標施工情報Ｔを用いて、掘削対象の目標形状を示す目標設計地形Ｕを生成する。

また、目標設計地形データ生成部２８Ｃは、生成した目標設計地形Ｕに関するデータを表示部２９に出力する。これにより、表示部２９は、目標設計地形を表示する。

表示部２９は、例えばモニタであり、作業車両１００の各種の情報を表示する。本例においては、表示部２９は、情報化施工用のガイダンスモニタとしてのＨＭＩ（Human Machine Interface）モニタを有する。

目標設計地形データ生成部２８Ｃは、作業機コントローラ２６に対して目標設計地形Ｕに関するデータを出力する。また、バケット位置データ生成部２８Ｂは、生成したバケット位置データＳを作業機コントローラ２６に出力する。

作業機コントローラ２６は、推定速度決定部５２と、距離取得部５３と、目標速度決定部５４と、作業機制御部５７と、記憶部５８とを有する。

作業機コントローラ２６は、操作装置２５の操作指令（圧力ＭＡ、ＭＴ）および表示コントローラ２８からバケット位置データＳおよび目標設計地形Ｕを取得し、制御弁２７への制御指令ＣＢＩを出力する。また、作業機コントローラ２６は、必要に応じてセンサコントローラ３０およびグローバル座標演算部２３から演算処理に必要な各種パラメータを取得する。

推定速度決定部５２は、アーム７、バケット８の駆動のための操作装置２５のレバー操作に対応したアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍ、バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを算出する。

ここで、アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍは、アームシリンダ１１のみが駆動される場合のバケット８の刃先８ａの速度である。バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２のみが駆動される場合のバケット８の刃先８ａの速度である。

推定速度決定部５２は、アーム操作指令（圧力ＭＡ）に対応するアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍを算出する。また、同様に推定速度決定部５２は、バケット操作指令（圧力ＭＴ）に対応するバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを算出する。これによりアーム７およびバケット７の各操作指令に対応するバケット８の刃先８ａの推定速度を算出することが可能である。

記憶部５８は、推定速度決定部５２、目標速度決定部５４および作業機制御部５７が演算処理するための各種テーブル等のデータを格納する。

距離取得部５３は、目標設計地形データ生成部２８Ｃから目標設計地形Ｕのデータを取得する。距離取得部５３は、バケット位置データ生成部２８Ｂより取得されるバケット８の刃先８ａの位置を示すバケット位置データＳ及び目標設計地形Ｕに基づいて、目標設計地形Ｕに垂直な方向におけるバケット８の刃先８ａと目標設計地形Ｕとの距離ｄを算出する。

目標速度決定部５４は、制限速度テーブルに従ってバケット８が目標設計地形Ｕに近づく速度が小さくなるように、ブーム６の目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを決定する。

具体的には、目標速度決定部５４は、目標設計地形Ｕとバケット８との距離ｄと刃先の制限速度との関係を示す制限速度テーブルを用いて、現在の距離ｄに基づき刃先の制限速度を算出する。そして、刃先の制限速度と、アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍおよびバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔとの差分を演算することにより、ブーム６の目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを決定する。

なお、制限速度テーブルは、記憶部５８に予め記憶（格納）されている。
作業機制御部５７は、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに従ってブームシリンダ１０への制御指令ＣＢＩを生成して、ブームシリンダ１０に接続された制御弁２７に出力する。

これにより、ブームシリンダ１０に接続された制御弁２７が制御され、ならい制御（制限掘削制御）によるブーム６の介入制御が実行される。

［バケット８の刃先８ａと目標設計地形Ｕとの間の距離ｄの算出］
図７は、実施形態に基づくバケット８の刃先８ａと目標設計地形Ｕとの間の距離ｄを取得することを説明する図である。

図７に示されるように、距離取得部５３は、刃先８ａの位置情報（バケット位置データＳ）に基づいてバケット８の刃先８ａと目標設計地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄを算出する。

本例においては、バケット８の刃先８ａと目標設計地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄに基づいて、ならい制御（制限掘削制御）が実行される。

［目標速度の算出方式］
図８は、実施形態に基づく推定速度決定部５２の演算処理を説明する機能ブロック図である。

図８において、推定速度決定部５２は、アーム操作指令（圧力ＭＡ）に対応するアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍおよびバケット操作指令（圧力ＭＴ）に対応するバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを算出する。上記したように、アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍは、アームシリンダ１１のみが駆動される場合のバケット８の刃先８ａの速度である。バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２のみが駆動される場合のバケット８の刃先８ａの速度である。

推定速度決定部５２は、スプールストローク演算部５２Ａと、シリンダ速度演算部５２Ｂと、推定速度決定部５２Ｃとを有する。

スプールストローク演算部５２Ａは、記憶部５８に格納されている操作指令（圧力）に従うスプールストロークテーブルに基づいて油圧シリンダ６０のスプール８０のスプールストローク量を算出する。なお、スプール８０を移動するためのパイロット油の圧力はＰＰＣ圧力とも称される。

スプール８０の移動量は、操作装置２５又は制御弁２７によって制御される油路４５２の圧力（パイロット油圧）によって調整される。油路４５２のパイロット油圧は、スプールを移動するための油路４５２のパイロット油の圧力であり、操作装置２５又は制御弁２７によって調整される。したがって、スプールの移動量とＰＰＣ圧とは相関する。

シリンダ速度演算部５２Ｂは、算出されたスプールストローク量に従うシリンダ速度テーブルに基づいて油圧シリンダ６０のシリンダ速度を算出する。

油圧シリンダ６０のシリンダ速度は、メイン油圧ポンプから方向制御弁６４を介して供給される単位時間当たりの作動油の供給量に基づいて調整される。方向制御弁６４は、移動可能なスプール８０を有する。スプール８０の移動量に基づいて、油圧シリンダ６０に対する単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。したがって、シリンダ速度とスプールの移動量（スプールストローク）とは相関する。

推定速度決定部５２Ｃは、算出された油圧シリンダ６０のシリンダ速度に従う推定速度テーブルに基づいて推定速度を算出する。

油圧シリンダ６０のシリンダ速度に従って作業機２（ブーム６、アーム７、バケット８）が動作するためシリンダ速度と推定速度とは相関する。

上記処理により、推定速度決定部５２は、アーム操作指令（圧力ＭＡ）に対応するアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍおよびバケット操作指令（圧力ＭＴ）に対応するバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを算出する。なお、スプールストロークテーブル、シリンダ速度テーブル、推定速度テーブルは、ブーム６、アーム７、バケット８に対してそれぞれ設けられており、実験又はシミュレーションに基づいて求められ、記憶部５８に予め記憶されている。

これにより各操作指令に対応するバケット８の刃先８ａの推定速度を算出することが可能である。

［ブーム目標速度の算出方式］
ブーム目標速度を算出するにあたり、アーム７及びバケット８の各々の推定速度Ｖｃ＿ａｍ、Ｖｃ＿ｂｋｔの目標設計地形Ｕの表面に垂直な方向の速度成分（垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ａｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔを算出する必要がある。このため、まずは上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔを算出する方式について説明する。

図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、実施形態に基づく上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔの算出方式を説明する図である。

図９（Ａ）に示すように、目標速度決定部５４は、アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍを、目標設計地形Ｕの表面に垂直な方向の速度成分（垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ａｍと、目標設計地形Ｕの表面に平行な方向の速度成分（水平速度成分と）Ｖｃｘ＿ａｍとに変換する。

この点で、目標速度決定部５４は、センサコントローラ３０から取得した傾斜角及び目標設計地形Ｕなどから、グローバル座標系の垂直軸に対するローカル座標系の垂直軸（旋回体３の旋回軸ＡＸ）の傾きと、グローバル座標系の垂直軸に対する目標設計地形Ｕの表面の垂直方向における傾きとを求める。目標速度決定部５４は、これらの傾きからローカル座標系の垂直軸と目標設計地形Ｕの表面の垂直方向との傾きを表す角度β１を求める。

バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔについても同様である。
そして、図９（Ｂ）に示すように、目標速度決定部５４は、ローカル座標系の垂直軸とアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍの方向とのなす角度β２とから、三角関数により、アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍを、ローカル座標系の垂直軸方向の速度成分ＶＬ１＿ａｍと、水平軸方向の速度成分ＶＬ２＿ａｍとに変換する。

そして、図９（Ｃ）に示すように、目標速度決定部５４は、ローカル座標系の垂直軸と目標設計地形Ｕの表面の垂直方向との傾きβ１から、三角関数により、ローカル座標系の垂直軸方向における速度成分ＶＬ１＿ａｍと、水平軸方向における速度成分ＶＬ２＿ａｍとを、目標設計地形Ｕに対する垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍ及び水平速度成分Ｖｃｘ＿ａｍに変換する。同様にして、目標速度決定部５４は、バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを、ローカル座標系の垂直軸方向における垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔ及び水平速度成分Ｖｃｘ＿ｂｋｔに変換する。

このようにして、上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔが算出される。
さらにブーム目標速度を算出するにあたり、作業機２全体の制限速度が必要となるため、次に作業機２全体の制限速度テーブルについて説明する。

図１０は、実施形態に基づくならい制御における作業機２全体の制限速度テーブルの一例を説明する図である。

図１０に示されるように、ここでは、縦軸が制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを表し、横軸が刃先と設計地形との間の距離ｄを表している。

本例においては、バケット８の刃先８ａが目標設計地形Ｕの表面の外方（作業車両１００の作業機２側）に位置している場合の距離ｄは正の値であり、刃先８ａが目標設計地形Ｕの表面の内方（目標設計地形Ｕよりも掘削対象の内部側）に位置している場合の距離ｄは負の値である。刃先８ａが目標設計地形Ｕの表面の上方に位置している場合の距離ｄは正、刃先８ａが目標設計地形Ｕの表面の下方に位置している場合の距離ｄは負の値である。

また、刃先８ａが目標設計地形Ｕに対して侵食しない位置にある場合の距離ｄは正、刃先８ａが目標設計地形Ｕに対して侵食する位置にある場合の距離ｄは負の値である。

また、刃先８ａが目標設計地形Ｕ上に位置している場合（刃先８ａが目標設計地形Ｕと接している場合）の距離ｄは０である。

本例においては、刃先８ａが目標設計地形Ｕの内方から外方に向かう場合の速度を正の値とし、刃先８ａが目標設計地形Ｕの外方から内方に向かう場合の速度を負の値とする。刃先８ａが目標設計地形Ｕの上方に向かう場合の速度を正の値とし、刃先８ａが目標設計地形Ｕの下方に向かう場合の速度を負の値とする。

制限速度情報において、距離ｄがｄ１とｄ２との間である場合の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔの傾きは、距離ｄがｄ１以上又はｄ２以下の場合の傾きより小さい。ｄ１は０より大きい。ｄ２は０より小さい。

目標設計地形Ｕの表面付近の操作においては制限速度をより詳細に設定するために、距離ｄがｄ１とｄ２との間である場合の傾きを、距離ｄがｄ１以上又はｄ２以下である場合の傾きよりも小さくする。

距離ｄがｄ１以上の場合、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは負の値であり、距離ｄが大きくなるほど制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔの絶対値は大きくなる。

距離ｄがｄ１以上の場合、目標設計地形Ｕより上方において刃先８ａが目標設計地形Ｕの表面から遠いほど、目標設計地形Ｕの下方へ向かう速度が大きくなり、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔの絶対値は大きくなる。

距離ｄが０以下の場合、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは正の値であり、距離ｄが小さくなるほど制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔの絶対値は大きくなる。

バケット８の刃先８ａが目標設計地形Ｕより遠ざかる距離ｄが０以下の場合、目標設計地形Ｕより下方において刃先８ａが目標設計地形Ｕから遠いほど、目標設計地形Ｕの上方へ向かう速度が大きくなり、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔの絶対値は大きくなる。

距離ｄが所定値ｄｔｈ１では、制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは、Ｖｍｉｎとなる。所定値ｄｔｈ１は正の値であり、ｄ１より大きい。

距離ｄが所定値ｄｔｈ１以上では、作業機２の動作の介入制御は行わない。したがって、刃先８ａが目標設計地形Ｕの上方において目標設計地形Ｕから大きく離れている場合には、作業機２の動作の介入制御は行わない。

距離ｄが所定値ｄｔｈ１より小さい場合に、作業機２の動作の介入制御が行われる。具体的には、距離ｄが所定値ｄｔｈ１より小さい場合に、ブーム６の動作の介入制御が行われる。

次に、上記のようにして求めた上記垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ、Ｖｃｙ＿ａｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔと、作業機２全体の制限速度テーブルとを用いて、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを算出する方式について説明する。

図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は、実施形態に基づくブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを算出する方式を説明する図である。

図１１（Ａ）に示されるように、目標速度決定部５４は、上記制限速度テーブルに従って作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを算出する。作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔは、バケット８の刃先８ａが目標設計地形Ｕに接近する方向において許容できる刃先８ａの移動速度である。

図１１（Ｂ）には、アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍの垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍとバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔの垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔとが示されている。

目標速度決定部５４は、図９で説明したように、アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍ、バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔとに基づいてアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍの垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍとバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔの垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔとを算出することが可能である。

図１１（Ｃ）には、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを算出する場合が示されている。具体的には、作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔからアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍの垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍとバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔの垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔとを減算することにより、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔが算出される。

図１１（Ｄ）には、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔに基づいてブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを算出する場合が示されている。

作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔが、アーム推定速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍとバケット推定速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔとの和よりも小さい場合には、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔは、ブームが上昇する正の値となる。

ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔが正の値となるため、操作装置２５がブーム６を下降させる方向に操作されていても、作業機コントローラ２６は介入制御し、ブーム６を上昇させる。このため、目標設計地形Ｕの侵食の拡大を迅速に抑えることができる。

作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔが、アーム推定速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍとバケット推定速度の垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｋｔとの和よりも大きい場合には、ブーム６の制限垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔは、ブームが下降する負の値となる。

ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔが負の値となるため、ブーム６が下降する。

［制御指令ＣＢＩの生成］
図１２は、実施形態に基づく作業機制御部５７の構成を示す機能ブロック図である。

図１２に示されるように、作業機制御部５７は、シリンダ速度算出部２６２Ａと、ＥＰＣ演算部２６２Ｂと、ＥＰＣ指令部２６２Ｃとを有する。

作業機制御部５７は、介入制御する場合にブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔでブーム６が駆動するように制御弁２７に対して制御指令ＣＢＩを出力する。

シリンダ速度算出部２６２Ａは、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに従う油圧シリンダ６０のシリンダ速度を算出する。具体的には、記憶部５８に予め格納されているブーム６の動作のみによるバケット８の刃先８ａの速度と油圧シリンダ６０の速度との関係を示す推定速度テーブルに基づいて、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに従う油圧シリンダ６０のシリンダ速度を算出する。

ＥＰＣ演算部２６２Ｂは、算出されたシリンダ速度に基づいて、ＥＰＣ電流値を演算処理する。具体的には、記憶部５８に予め格納されている相関データに基づいて演算処理する。

ＥＰＣ指令部２６２Ｃは、ＥＰＣ演算部２６２Ｂで算出されたＥＰＣ電流値を制御弁２７に出力する。

記憶部５８は、油圧シリンダ６０のシリンダ速度とスプール８０の移動量との関係を示す相関データと、スプール８０の移動量と制御弁２７によって制御されるＰＰＣ圧力との関係を示す相関データと、ＰＰＣ圧力とＥＰＣ演算部２６２Ｂから出力される制御信号（ＥＰＣ電流）との関係を示す相関データとを記憶する。なお、シリンダ速度テーブル、相関データは、実験又はシミュレーションに基づいて求められ、記憶部５８に予め記憶されている。

上述したように、油圧シリンダ６０のシリンダ速度は、メイン油圧ポンプから方向制御弁６４を介して供給される単位時間当たりの作動油の供給量に基づいて調整される。方向制御弁６４は、移動可能なスプール８０を有する。スプール８０の移動量に基づいて、油圧シリンダ６０に対する単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。したがって、シリンダ速度とスプールの移動量（スプールストローク）は相関する。

スプール８０の移動量は、操作装置２５又は制御弁２７によって制御される油路４５２の圧力（パイロット油圧）によって調整される。油路４５２のパイロット油圧は、スプールを移動するための油路４５２のパイロット油の圧力であり、操作装置２５又は制御弁２７によって調整される。なお、スプール８０を移動するためのパイロット油の圧力をＰＰＣ圧力とも称する。したがって、スプールの移動量とＰＰＣ圧とは相関する。

制御弁２７は、作業機コントローラ２６のＥＰＣ演算部２６２Ｂから出力された制御信号（ＥＰＣ電流）に基づいて作動する。したがって、ＰＰＣ圧力とＥＰＣ電流とは相関する。

作業機制御部５７は、目標速度決定部５４で算出されたブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに対応するＥＰＣ電流値を算出し、ＥＰＣ指令部２６２ＣからＥＰＣ電流を制御指令ＣＢＩとして制御弁２７に出力する。

これにより、作業機コントローラ２６は、介入制御によりバケット８の刃先８ａが目標設計地形Ｕに侵入しないように、ブーム６を制御することが可能である。

また、必要に応じて、作業機コントローラ２６は、アーム７及びバケット８を制御する。作業機コントローラ２６は、アーム制御指令を制御弁２７に送信することによって、アームシリンダ１１を制御する。アーム制御指令は、アーム指令速度に応じた電流値を有する。作業機コントローラ２６は、バケット制御指令を制御弁２７に送信することによって、バケットシリンダ１２を制御する。バケット制御指令は、バケット指令速度に応じた電流値を有する。

この場合の演算についても、上述したように、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔからＥＰＣ電流を算出したのと同様の方式に従って、制御弁２７を制御する電流値を有するアーム制御指令およびバケット制御指令を制御弁２７に出力することが可能である。

図１３は、実施形態に基づく作業車両１００のならい制御（制限掘削制御）を説明するフロー図である。

図１３に示されるように、まず、設計地形を設定する（ステップＳＡ１）。具体的には、表示コントローラ２８の目標設計地形データ生成部２８Ｃにより目標設計地形Ｕを設定する。

次に、刃先と設計地形との距離ｄを取得する（ステップＳＡ２）。具体的には、距離取得部５３は、バケット位置データ生成部２８Ｂからのバケット位置データＳに従う刃先８ａの位置情報と目標設計地形Ｕとに基づいてバケット８の刃先８ａと目標設計地形Ｕの表面との間の最短となる距離ｄを算出する。

次に、推定速度を決定する（ステップＳＡ３）。具体的には、作業機コントローラ２６の推定速度決定部５２は、アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍ、及びバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを決定する。アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍは、アームシリンダ１１のみが駆動される場合の刃先８ａの速度である。バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、バケットシリンダ１２のみが駆動される場合の刃先８ａの速度である。

アーム推定速度Ｖｃ＿ａｍ、バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔは、記憶部５８に格納されている各種テーブルに従って操作装置２５の操作指令（圧力ＭＡ、ＭＴ）に基づいて算出される。

次に、目標速度を垂直速度成分に変換する（ステップＳＡ４）。具体的には、目標速度決定部５４は、図９で説明したようにアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍ、バケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔを目標設計地形Ｕに対する垂直速度成分Ｖｃｙ＿ａｍ、Ｖｃｙ＿ｂｋｔに変換する。

次に、作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを算出する（ステップＳＡ５）。具体的には、目標速度決定部５４は、距離ｄに基づいて、制限速度テーブルに従って制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔを算出する。

次に、ブームの目標速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを決定する（ステップＳＡ６）。具体的には、目標速度決定部５４は、図１１で説明したように作業機２全体の制限速度Ｖｃｙ＿ｌｍｔとアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍとバケット推定速度Ｖｃ＿ｂｋｔとからブーム６の目標速度の垂直速度成分（目標垂直速度成分）Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを算出する。

次に、ブームの目標垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに変換する（ステップＳＡ７）。具体的には、目標速度決定部５４は、図１１で説明したようにブーム６の目標垂直速度成分Ｖｃｙ＿ｂｍ＿ｌｍｔを、ブーム６の目標速度（ブーム目標速度）Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに変換する。

次に、作業機制御部５７は、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに対応するＥＰＣ電流値を算出し、ＥＰＣ指令部２６２ＣからＥＰＣ電流を制御指令ＣＢＩとして制御弁２７に出力する（ステップＳＡ１０）。これにより、作業機コントローラ２６は、バケット８の刃先８ａが目標設計地形Ｕに侵入しないように、ブーム６を制御することが可能である。

そして、処理を終了する（エンド）。
このように、本例においては、作業機コントローラ２６は、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標設計地形Ｕとバケット８の刃先８ａの位置を示すバケット位置データＳとに基づいて、目標設計地形Ｕとバケット８の刃先８ａとの距離ｄに応じてバケット８が目標設計地形Ｕに近づく相対速度が小さくなるように、ブーム６の速度を制御する。

作業機コントローラ２６は、掘削対象の目標形状である設計地形を示す目標設計地形Ｕとバケット８の刃先８ａの位置を示すバケット位置データＳとに基づいて、目標設計地形Ｕとバケット８の刃先８ａとの距離ｄに応じて制限速度を決定し、作業機２が目標設計地形Ｕに接近する方向の速度が制限速度以下になるように、作業機２を制御する。これによりならい制御（掘削制限制御）が実行され、ブームシリンダの速度調整が行われる。当該方式により、目標設計地形Ｕに対する刃先８ａの位置が制御されて目標設計地形Ｕに対する刃先８ａの侵入を抑制して、設計地形に応じた面を作るならい作業を実行することが可能となる。

［油圧シリンダ６０の速度調整］
操作装置２５の第２操作レバー２５Ｌを操作してアーム７を操作することにより、バケット８の刃先８ａに当接する土砂を掻き均し、平らな設計地形に対応する面を作るならい作業を実行することが可能である。

一方で、第２操作レバー２５Ｌを操作した際には、バケット８の刃先８ａが自重により落下する可能性がある。

油圧シリンダ６０は、バケット８の自重落下が生じた場合には、第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）に従う油圧シリンダ６０の想定された速度以上となって動作する可能性がある。

この第２操作レバー２５Ｌのアーム操作による油圧シリンダ６０の想定された速度と実速度との乖離は第２操作レバー２５Ｌが微操作の場合に大きくなる。

その結果、介入制御において第２操作レバー２５Ｌの操作量に従うアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍに基づく、作業機コントローラ２６の目標速度決定部５４で決定されたブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔが適正な値とならずに、バケット８の刃先８ａが安定せずにハンチングが生じる可能性が考えられる。

実施形態においては、第２操作レバー２５Ｌのアーム操作が微操作の場合には、実速度との乖離を抑制するためにアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍを調整する方式について説明する。

図１４は、実施形態に基づくスプール８０の移動量（スプールストローク）と油圧シリンダ６０のシリンダ速度との関係が示されたシリンダ速度テーブルを説明する図である。

当該シリンダ速度テーブルは、記憶部５８に格納されているものであり、推定速度決定部５２において利用される。

図１４では、シリンダ速度テーブルにおいて、横軸はスプールストローク量を示し、縦軸はシリンダ速度が示されている。スプールストロークが零（原点）である状態は、スプールが初期位置に存在する状態である。上述したように、スプール８０の移動量に応じた供給量で作動油が油圧シリンダ６０に供給される。油圧シリンダ６０に対する作動油の供給量が調整されることにより、シリンダ速度が調整される。

本例においては、シリンダ速度テーブルは、オペレータの作業によって求めたものを用いることが可能である。たとえば、スプール８０が所定量移動するように、操作装置２５の第２操作レバー２５Ｌが操作される。スプール８０の移動量（スプールストローク量）は、スプールストロークセンサ６５で検出可能である。また、そのスプール８０のスプールストローク量に応じたシリンダ速度は、シリンダストロークセンサ１７で検出する。シリンダストロークセンサ１７は、シリンダロッド１０Ｙの速度（シリンダ速度）を高精度に検出可能である。

スプールストロークセンサ６５の検出結果およびシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、シリンダ速度テーブルを取得することができる。

スプールストローク量がプラスになるようにスプールが移動することにより、アーム７は、下げ動作（掘削動作）する。一方、スプールストローク量がマイナスになるようにスプールが移動することにより、作業機２は上げ動作（ダンプ動作）する。

本例においては、下げ動作におけるシリンダ速度とスプールストロークとの関係が示されている。

油圧シリンダ６０のシリンダ速度を制御する手法としては、スプールストローク量に従って作動油が油圧シリンダ６０に流入する作動油の流入量で制御するメータイン制御と、油圧シリンダ６０から流出する作動油の流出量で制御するメータアウト制御とがある。

ラインＬＡは、メータイン制御におけるスプールストローク量とシリンダ速度との関係を示す第１シリンダ速度テーブル（第１速度テーブル）である。

ラインＬＢは、メータアウト制御におけるスプールストローク量とシリンダ速度との関係を示す第２シリンダ速度テーブル（第２速度テーブル）である。

第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）が所定量未満の場合において、ラインＬＡのメータイン制御による第１シリンダ速度テーブルに基づいてシリンダ速度を算出する方式を採用した場合、バケット８の自重落下が生じた場合における油圧シリンダ６０の速度は、第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）に従う想定速度よりも大きくなる可能性がある。これは、作動油の流入量に従ってシリンダロッド１０Ｙが動く速度（油圧シリンダ６０の速度）よりも、バケット８の自重によりシリンダロッド１０Ｙを牽引する負荷がかけられた結果によりシリンダロッド１０Ｙが動く速度が大きいことに起因する。

一方で、実施形態において、ラインＬＢのメータアウト制御による第２シリンダ速度テーブルに基づいてシリンダ速度を算出する方式を採用した場合、バケット８の自重落下が生じた場合における油圧シリンダ６０の速度は、第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）に従う想定速度にほぼ等しいと考えられる。これは、バケット８の自重によりシリンダロッド１０Ｙに対して牽引する負荷がかけられた場合であってもシリンダロッド１０Ｙが動く速度（油圧シリンダ６０の速度）は、作動油の流出量で制御されるためその速度は適正に制御されるからである。

したがって、実施形態においては、作業機コントローラ２６の推定速度決定部５２は、第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）が所定量未満の場合には、ラインＬＡのメータイン制御による第１シリンダ速度テーブルに基づくシリンダ速度の値よりも大きい値を油圧シリンダ６０の推定速度に設定する。

具体的には、推定速度決定部５２のシリンダ速度演算部５２Ｂは、第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）が所定量未満の場合には、ラインＬＡのメータイン制御による第１シリンダ速度テーブルに基づくシリンダ速度の値よりも大きい値を油圧シリンダ６０の推定速度に設定する。

これにより、バケット８の自重落下が生じた場合でも油圧シリンダ６０の推定速度の調整に従い実測度との乖離を抑制することが可能となる。

その結果、上記で説明した介入制御において第２操作レバー２５Ｌの操作量に従う調整されたアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍに基づいて作業機コントローラ２６の目標速度決定部５４は、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを決定する。これにより、バケット８の刃先８ａを安定させてハンチングを抑制することが可能となる。

本例においては、スプールストローク量が所定値Ｘとなる場合の第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）を上記所定量に設定する。

また、推定速度決定部５２のシリンダ速度演算部５２Ｂは、第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）が所定量未満の場合には、ラインＬＡのメータイン制御による第１シリンダ速度テーブルに基づくシリンダ速度の値よりも大きく、シリンダ速度Ｙよりも小さい値を油圧シリンダ６０の推定速度に設定する。

第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量が所定量以上の場合のスプールストローク量が所定値Ｘ以上となる領域においては、推定速度決定部５２のシリンダ速度演算部５２Ｂは、ラインＬＡのメータイン制御による第１シリンダ速度テーブルに基づくシリンダ速度の値を油圧シリンダ６０の推定速度に設定する。そして、油圧シリンダ６０の推定速度に従うアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍに基づいて作業機コントローラ２６の目標速度決定部５４は、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを決定する。

この場合には、作動油の流入量に従ってシリンダロッド１０Ｙが動く速度（油圧シリンダ６０の速度）の方が、バケット８の自重によりシリンダロッド１０Ｙを牽引する負荷がかけられた結果によりシリンダロッド１０Ｙが動く速度よりも大きいため、第１シリンダ速度テーブルに基づくシリンダ速度を推定速度に設定することにより、精度の高いシリンダ速度に従うアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍが算出される。これにより、作業機コントローラ２６の目標速度決定部５４は、精度の高いブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔに設定してより安定したならい制御を実行することが可能である。

図１４におけるスプールストローク量が所定値Ｘ未満の領域を微操作領域と称する。所定値Ｘ未満となるスプールストローク量は、第２操作レバー２５Ｌを微操作した操作量に対応するものである。

スプールストローク量が微操作領域よりも大きい領域を通常操作領域とも称する。
所定値Ｘ以上となるスプールストローク量は、第２操作レバー２５Ｌを通常操作した操作量に対応するものである。

図１４に示すように、微操作領域におけるラインＬＢのスプールストローク量に対応するシリンダ速度の値は、ラインＬＡのスプールストローク量に対応するシリンダ速度の値よりも大きい。

作業機コントローラ２６の推定速度決定部５２は、第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）が所定量未満の場合には、ラインＬＢのメータアウト制御による第２シリンダ速度テーブルに基づくシリンダ速度の値を油圧シリンダ６０の推定速度に設定するようにしてもよい。

具体的には、推定速度決定部５２のシリンダ速度演算部５２Ｂは、第２操作レバー２５Ｌを操作した操作量（アーム操作量）が所定量未満の場合には、ラインＬＢのメータアウト制御による第２シリンダ速度テーブルに基づくシリンダ速度の値を油圧シリンダ６０の推定速度に設定する。

これにより、バケット８の自重落下が生じた場合でも油圧シリンダ６０の速度を実測度に近い推定速度に設定することにより、実測度との乖離を抑制することが可能となる。

その結果、上記で説明した介入制御において第２操作レバー２５Ｌの操作量に従うアーム推定速度Ｖｃ＿ａｍに基づいて作業機コントローラ２６の目標速度決定部５４は、ブーム目標速度Ｖｃ＿ｂｍ＿ｌｍｔを決定する。これにより、バケット８の刃先８ａを安定させてハンチングを抑制することが可能となる。

なお、本例においては、シリンダ速度とスプールストロークとの関係を示すシリンダ速度テーブルを用いてシリンダ速度を算出する方式について説明したが、記憶部５８に、シリンダ速度とＰＰＣ圧力（パイロット圧力）との関係を示すシリンダ速度テーブルが記憶され、その相関データを使ってシリンダ速度を算出することも可能である。

なお、本例においては、制御弁２７を全開にして、圧力センサ６６及び圧力センサ６７で圧力を検出し、その検出値に基づいて、圧力センサ６６及び圧力センサ６７のキャリブレーションを行ってもよい。制御弁２７を全開にした場合、圧力センサ６６と圧力センサ６７とは同じ検出値を出力する。制御弁２７を全開にした場合において、圧力センサ６６と圧力センサ６７とが異なる検出値を出力した場合、圧力センサ６６の検出値と、圧力センサ６７の検出値との関係を示す相関データを求めてもよい。

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。

例えば、上述の本例においては、操作装置２５は、パイロット油圧方式であることとした。操作装置２５は、電気レバー方式でもよい。例えば、操作装置２５の操作レバーの操作量を検出し、その操作量に応じた電圧値を作業機コントローラ２６に出力するポテンショメータ等の操作レバー検出部が設けられてもよい。作業機コントローラ２６は、その操作レバー検出部の検出結果に基づいて、制御弁２７に制御信号を出力して、パイロット油圧を調整してもよい。本制御は作業機コントローラで行われたが、センサコントローラ３０等他のコントローラで行われてもよい。

上記の実施形態では、作業車両の一例として油圧ショベルを挙げているが油圧ショベルに限らず、他の種類の作業車両に本発明が適用されてもよい。

グローバル座標系における油圧ショベルの位置の取得は、ＧＮＳＳに限らず、他の測位手段によって行われてもよい。従って、刃先８ａと設計地形との距離ｄの取得は、ＧＮＳＳに限らず、他の測位手段によって行われてもよい。

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 車両本体、２ 作業機、３ 旋回体、４ 運転室、４Ｓ 運転席、５ 走行装置、５Ｃｒ 履帯、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、８ａ 刃先、９ エンジンルーム、１０ ブームシリンダ、１０Ｖ ピストン、１０Ｗ シリンダヘッド、１０Ｘ シリンダチューブ、１０Ｙ シリンダロッド、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、１３ ブームピン、１４ アームピン、１５ バケットピン、１６ ブームシリンダストロークセンサ、１７ アームシリンダストロークセンサ、１８ バケットシリンダストロークセンサ、１９ 手すり、２０ 位置検出装置、２１ アンテナ、２１Ａ 第１アンテナ、２１Ｂ 第２アンテナ、２３ グローバル座標演算部、２５ 操作装置、２５Ｌ 第２操作レバー、２５Ｒ 第１操作レバー、２６ 作業機コントローラ、２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ 制御弁、２８ 表示コントローラ、２８Ａ 目標施工情報格納部、２８Ｂ バケット位置データ生成部、２８Ｃ 目標設計地形データ生成部、２９，３２２ 表示部、３０ センサコントローラ、３２ マンマシンインターフェース部、４０Ａ キャップ側油室、４０Ｂ ロッド側油室、５１ シャトル弁、５２ 推定速度決定部、５２Ａ スプールストローク演算部、５２Ｂ シリンダ速度演算部、５２Ｃ 目標速度演算部、５３ 距離取得部、５４ 目標速度決定部、５７ 作業機制御部、５８ 記憶部、６０ 油圧シリンダ、６３ 旋回モータ、６４ 方向制御弁、６５ スプールストロークセンサ、６６，６７，６８ 圧力センサ、８０ スプール、１００ 作業車両、１６１ 回転ローラ、１６２ 回転中心軸、１６３ 回転センサ部、１６３ａ 磁石、１６４ ケース、２００ 制御システム、２６２ 制御弁制御部、２６２Ａ シリンダ速度算出部、２６２Ｂ ＥＰＣ演算部、２６２Ｃ ＥＰＣ指令部、３００ 油圧システム、３２１ 入力部、４５０ パイロット油路。

Claims (5)

1. ブームと、アームと、バケットと、
   前記アームを駆動するアームシリンダと、
   移動可能なスプールを有し、前記スプールの移動により前記アームシリンダに作動油を供給して前記アームシリンダを動作させる方向制御弁と、
   アーム操作レバーの操作量に従う前記方向制御弁のスプールの移動量と前記アームシリンダの速度との相関関係に基づいて前記アームシリンダの推定速度を算出する算出部と、
   前記アームシリンダの推定速度に基づいて、前記ブームの目標速度を決定する速度決定部とを備え、
   前記算出部は、前記アーム操作レバーの操作量が所定量未満の場合には、前記アーム操作レバーの操作量に従う前記方向制御弁のスプールの移動量と前記アームシリンダの速度との相関関係に従う前記アームシリンダの速度よりも大きい速度を、前記バケットの自重落下を加味した前記アームシリンダの推定速度として算出する、作業車両。
2. 前記算出部は、前記方向制御弁のスプールの移動量と、前記方向制御弁のスプールの移動量に従って前記アームシリンダに流入する前記作動油の供給量に基づき規定される前記アームシリンダの速度との相関関係に基づいて、前記アームシリンダの推定速度を算出する、請求項１記載の作業車両。
3. 前記アーム操作レバーの操作量に従う前記方向制御弁のスプールの移動量と前記アームシリンダの速度との相関関係は、第１速度テーブルに相当し、
   前記算出部は、前記アーム操作レバーの操作量が所定量以上の場合には、前記第１速度テーブルに従う前記アームシリンダの速度を推定速度として算出する、請求項１記載の作業車両。
4. 前記算出部は、前記アーム操作レバーの操作量が所定量未満の場合には、第２速度テーブルに基づいて前記アームシリンダの推定速度を算出し、
   前記第２速度テーブルは、前記方向制御弁のスプールの移動量と、前記方向制御弁のスプールの移動量に従って前記アームシリンダから排出される作動油の排出量に基づき規定される前記アームシリンダの速度との相関関係を示すものである、請求項１記載の作業車両。
5. ブームと、アームと、バケットとを備える、作業車両の制御方法であって、
   アーム操作レバーの操作量に従う方向制御弁のスプールの移動量とアームシリンダの速度との相関関係に基づいて前記アームシリンダの推定速度を算出するステップと、
   前記アームシリンダの推定速度に基づいて、前記ブームの目標速度を決定するステップとを備え、
   前記算出するステップは、前記アーム操作レバーの操作量が所定量未満の場合には、前記アーム操作レバーの操作量に従う前記方向制御弁のスプールの移動量と前記アームシリンダの速度との相関関係に従う前記アームシリンダの速度よりも大きい速度を、前記バケットの自重落下を加味した前記アームシリンダの推定速度として算出するステップを含む、作業車両の制御方法。

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