JP6062115B1 - 作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両 - Google Patents

Abstract

制御決定部は、整地判定条件が満たされているときには、作業機が設計地形に沿って移動するように作業機を制御する整地制御の実行を決定する。制御決定部は、転圧判定条件が満たされているときには、作業機と設計地形との間の距離に応じて設計地形に向かう作業機の速度を制限する転圧制御の実行を決定する。制御決定部は、転圧制御の実行中に整地判定条件が満たされたときには、転圧制御を維持する。

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、作業車両の制御システムには、作業機を設計地形に沿って移動させる制御（以下、「整地制御」と呼ぶ）を行うものがある。設計地形は、掘削対象の目標形状を示す面である。

例えば、特許文献１の油圧ショベルでは、バケットの刃先が設計地形よりも下がりそうなときには、ブームを自動的に上昇させる。これによれば、バケットの刃先を設計地形に沿って移動させることができ、整地作業を良好に行うことができる。

特許第５５９５６１８号公報

上述した整地制御を自動的に開始させるためには、作業車両が整地作業を行おうとしていることを精度よく検出する必要がある。そのため、例えば、作業機を地面に沿って移動させるような操作が行われているか否かを判定することで、整地制御の実行を判断することができる。

一方、上述した整地作業の他にも、作業車両は、整地した地面を作業機で押し固める転圧作業を行うことがある。転圧作業では、作業機を地面に向けて移動させ、地面に衝突させることで、地面が押し固められる。

ここで、本願の発明者は、作業機による作業が転圧作業であると判定したときには、作業機と設計地形との間の距離に応じて設計地形に向かう作業機の速度を自動的に制限する制御（以下、「転圧制御」と呼ぶ）を行うことを案出した。転圧制御によれば、作業機を地面に衝突させて強固に地面を押し固めることができる。

しかしながら、転圧作業においては、転圧する位置を変更するために、作業機を地面に沿って移動させるような操作が行われることがある。このような操作は、上述した整地制御の実行を判断するための操作と類似している。そのため、転圧作業中であるにも関らず、整地制御が実行される虞がある。その場合、作業機が、転圧制御とは異なる挙動で制御されることになり、オペレータに違和感を感じさせてしまう。

本発明の課題は、整地作業と転圧作業とを良好に行うことができる作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両を提供することにある。

第１態様に係る作業車両の制御システムは、距離取得部と、作業局面判定部と、制御決定部と、を備える。距離取得部は、作業対象の目標形状を表す設計地形と、作業機との間の距離を取得する。作業局面判定部は、作業機による作業が整地作業であることを示す整地判定条件が満たされているか否かを判定する。作業局面判定部は、作業機による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているか否かを判定する。

制御決定部は、整地判定条件が満たされているときには、整地制御の実行を決定する。整地制御は、作業機を設計地形に沿って移動させる制御である。制御決定部は、転圧判定条件が満たされているときには、転圧制御の実行を決定する。転圧制御は、作業機と設計地形との間の距離に応じて設計地形に向かう作業機の速度を制限する制御である。制御決定部は、転圧制御の実行中に整地判定条件が満たされたときには、転圧制御を維持する。

本態様に係る作業車両の制御システムでは、整地判定条件が満たされているときには、整地制御が実行される。これにより、整地作業を良好に行うことができる。転圧判定条件が満たされているときには、転圧制御が実行される。これにより、転圧作業を良好に行うことができる。また、転圧制御の実行中には、整地判定条件が満たされても、転圧作業が維持される。このため、転圧作業中に誤って整地制御が実行されることを抑えることができる。これにより、整地作業と転圧作業とを良好に行うことができる。

制御決定部は、整地制御の実行中に転圧判定条件が満たされたときには、整地制御を解除してもよい。この場合、例えば、オペレータが、地面をならした後に転圧を行おうとした場合に、円滑に整地制御を解除することができる。これにより、転圧作業を良好に行うことができる。

制御決定部は、整地制御の実行中に転圧判定条件が満たされたときには、整地制御を解除して、転圧制御を実行してもよい。この場合、オペレータが、地面をならした後に転圧を行おうとした場合に、整地制御から転圧制御に円滑に切り換えることができる。これにより、転圧作業を良好に行うことができる。

作業局面判定部は、作業機を操作するための操作部材からの操作信号を取得してもよい。作業局面判定部は、操作部材の操作内容に基づいて、整地判定条件が満たされているか否か、及び、転圧判定条件が満たされているか否かを判定してもよい。この場合、操作部材の操作内容によって、整地作業と転圧作業とを容易に判定することができる。また、転圧制御の実行中には、整地判定条件が満たされても、転圧作業が維持されるので、操作部材の操作内容では、整地作業と転圧作業との判別が困難であっても、転圧作業中に誤って整地制御が実行されることを抑えることができる。

作業機は、ブームと、ブームの先端に取り付けられるアームと、アームの先端に取り付けられる作業具とを有してもよい。整地判定条件は、アームの操作を含んでもよい。この場合、アームの操作によって、整地作業を容易に判定することができる。また、転圧制御の実行中には、整地判定条件が満たされても、転圧作業が維持されるので、アームの操作では整地作業と転圧作業との判別が困難であっても、転圧作業中に誤って整地制御が実行されることを抑えることができる。

転圧判定条件は、ブームの操作を含んでもよい。この場合、ブームの操作によって、転圧作業を容易に判定することができる。

転圧判定条件は、第１転圧条件と第２転圧条件とを含んでもよい。制御決定部は、第１転圧条件が満たされたときに転圧制御を開始してもよい。制御決定部は、第１転圧条件と第２転圧条件とのうち第１転圧条件のみが満たされているときに整地判定条件が満たされた場合には、整地制御に移行してもよい。制御決定部は、第１転圧条件に続けて第２転圧条件が満たされたときに整地判定条件が満たされた場合には、転圧制御を維持してもよい。

この場合、第１転圧条件が満たされたときに転圧制御を開始することで、転圧制御を迅速に開始することができる。また、第１転圧条件のみが満たされているときに整地判定条件が満たされた場合には、整地制御に移行する。これにより、転圧を行った直後に地面をならす操作が行われたときに、整地制御によって整地作業を良好に行うことができる。さらに、第１転圧条件に続けて第２転圧条件が満たされたときに整地判定条件が満たされた場合には、転圧制御が維持される。これにより、転圧作業が繰り返されるときに、誤って整地制御に移行することを抑えることができる。

第１転圧条件は、ブームの所定方向への操作を含んでもよい。第２転圧条件は、ブームの所定方向と逆方向への操作を含んでもよい。この場合、転圧を行った直後に地面をならす操作が行われるのか、転圧の操作が繰り返されるのかを容易に判定することができる。

第２態様に係る作業車両の制御システムは、距離取得部と、作業局面判定部と、制御決定部と、を備える。距離取得部は、作業対象の目標形状を表す設計地形と、作業機との間の距離を取得する。作業局面判定部は、作業機による作業が整地作業であることを示す整地判定条件が満たされているか否かを判定する。作業局面判定部は、作業機による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているか否かを判定する。

制御決定部は、整地制御と転圧制御との実行を決定する。整地制御は、作業機を設計地形に沿って移動させる制御である。転圧制御は、作業機と設計地形との間の距離に応じて設計地形に向かう作業機の速度を制限する制御である。

転圧判定条件は、第１転圧条件と第２転圧条件とを含む。制御決定部は、第１転圧条件が満たされたときに転圧制御を開始する。制御決定部は、第１転圧条件と第２転圧条件とのうち第１転圧条件のみが満たされているときに整地判定条件が満たされた場合には、整地制御に移行する。制御決定部は、第１転圧条件に続けて第２転圧条件が満たされたときに整地判定条件が満たされた場合には、転圧制御を維持する。

本態様に係る作業車両の制御システムでは、第１転圧条件が満たされたときに転圧制御を開始することで、転圧制御を迅速に開始することができる。また、第１転圧条件のみが満たされているときに整地判定条件が満たされた場合には、整地制御に移行する。これにより、転圧を行った直後に地面をならす操作が行われたときに、整地制御によって整地作業を良好に行うことができる。さらに、第１転圧条件に続けて第２転圧条件が満たされたときに整地判定条件が満たされた場合には、転圧制御が維持される。これにより、転圧作業が繰り返されるときに、誤って整地制御に移行することを抑えることができる。

第３態様に係る作業車両の制御方法は、以下のステップを備える。第１ステップでは、作業対象の目標形状を表す設計地形と、作業機との間の距離を取得する。第２ステップでは、作業機による作業が整地作業であることを示す整地判定条件が満たされているか否かを判定する。第３ステップでは、作業機による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているか否かを判定する。第４ステップでは、整地判定条件が満たされているときに、整地制御を実行する。整地制御は、作業機を設計地形に沿って移動させる制御である。第５ステップでは、転圧判定条件が満たされているときに、転圧制御を実行する。転圧制御は、作業機と設計地形との間の距離に応じて設計地形に向かう作業機の速度を制限する制御である。第６ステップでは、転圧制御の実行中に整地判定条件が満たされたときに、転圧制御を維持する。

本態様に係る作業車両の制御方法では、整地判定条件が満たされているときには、整地制御が実行される。これにより、整地作業を良好に行うことができる。転圧判定条件が満たされているときには、転圧制御が実行される。これにより、転圧作業を良好に行うことができる。また、転圧制御の実行中には、整地判定条件が満たされても、転圧作業が維持される。このため、転圧作業中に誤って整地制御が実行されることを抑えることができる。これにより、整地作業と転圧作業とを良好に行うことができる。

第４態様に係る作業車両は、作業機と、作業機を制御する作業機制御部と、を備える。作業機制御部は、整地判定条件が満たされているときには、整地制御によって作業機を制御する。整地判定条件は、作業機による作業が整地作業であることを示す判定条件である。整地制御は、作業対象の目標形状を表す設計地形に沿って作業機を移動させる制御である。作業機制御部は、転圧判定条件が満たされているときには、転圧制御によって作業機を制御する。転圧判定条件は、作業機による作業が転圧作業であることを示す判定条件である。転圧制御は、作業機と設計地形との間の距離に応じて設計地形に向かう作業機の速度を制限する制御である。作業機制御部は、転圧制御の実行中に整地判定条件が満たされたときには、転圧制御を維持する。

本態様に係る作業車両では、整地判定条件が満たされているときには、整地制御が実行される。これにより、整地作業を良好に行うことができる。転圧判定条件が満たされているときには、転圧制御が実行される。これにより、転圧作業を良好に行うことができる。また、転圧制御の実行中には、整地判定条件が満たされても、転圧作業が維持される。このため、転圧作業中に誤って整地制御が実行されることを抑えることができる。これにより、整地作業と転圧作業とを良好に行うことができる。

本発明よれば、作業車両において、整地作業と転圧作業とを良好に行うことができる。

実施形態に係る作業車両の斜視図である。 作業車両の制御システムの構成を示すブロック図である。 作業車両の構成を模式的に示す側面図である。 設計地形の一例を示す模式図である。 コントローラの構成を示すブロック図である。 作業機と設計地形との間の距離を示す模式図である。 速度制限制御における処理を示すフローチャートである。 転圧作業の判定処理の一例を示す図である。 第１制限速度情報及び第２制限速度情報を示す図である。 転圧作業の終了の判定処理の一例を示す図である。 転圧作業の終了の判定処理の一例を示す図である。 転圧制御と整地制御との判定処理を示すフローチャートである。 整地制御での作業機の速度制御を示す図である。 他の実施形態に係る転圧作業の判定処理の一例を示す図である。 他の実施形態に係る転圧作業の判定処理の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、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１００の斜視図である。本実施形態において、作業車両１００は油圧ショベルである。作業車両１００は、車両本体１と、作業機２とを有する。

車両本体１は、旋回体３と走行装置５とを有する。旋回体３は、後述するエンジン及び油圧ポンプなどを収容している。旋回体３には運転室４が載置されている。走行装置５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより作業車両１００が走行する。

作業機２は、車両本体１に取り付けられている。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、を有する。ブーム６の基端部は、車両本体１の前部に動作可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、ブーム６の先端部に動作可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケット８が動作可能に取り付けられている。

なお、バケット８は、作業具の一例である。バケット８以外の作業具がアーム７の先端部に取り付けられてもよい。

作業機２は、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とは、それぞれ作動油によって駆動される油圧シリンダである。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。

図２は、作業車両１００の駆動系２００と制御システム３００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２００は、エンジン２１と、油圧ポンプ２２，２３とを備える。

油圧ポンプ２２，２３は、エンジン２１によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２２，２３から吐出された作動油は、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とに供給される。また、作業車両１００は、旋回モータ２４を備える。旋回モータ２４は、油圧モータであり、油圧ポンプ２２，２３から吐出された作動油によって駆動される。旋回モータ２４は、旋回体３を旋回させる。

なお、図２では、２つの油圧ポンプ２２，２３が図示されているが、１つの油圧ポンプのみが設けられてもよい。旋回モータ２４は、油圧モータに限らず、電気モータであってもよい。

制御システム３００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２を操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、操作量に応じた操作信号を出力する。操作装置２５は、第１操作部材２８と第２操作部材２９とを有する。

第１操作部材２８は、例えば操作レバーである。第１操作部材２８は、前後左右の４方向に操作可能に設けられている。第１操作部材２８の４つの操作方向のうち２つが、ブーム６の上げ操作と下げ操作とに割り当てられている。第１操作部材２８の残りの２つの操作方向が、バケット８の上げ操作と下げ操作とに割り当てられている。

第２操作部材２９は、例えば操作レバーである。第２操作部材２９は、前後左右の４方向に操作可能に設けられている。第２操作部材２９の４つの操作方向のうち２つが、アーム７の上げ操作と下げ操作とに割り当てられている。第２操作部材２９の残りの２つの操作方向が、旋回体３の右旋回操作と左旋回操作とに割り当てられている。

なお、第１操作部材２８と第２操作部材２９とに割り当てられる操作内容は、上記のものに限らず、変更されてもよい。

操作装置２５は、ブーム操作部３１とバケット操作部３２とを有する。ブーム操作部３１は、ブーム６を操作するための第１操作部材２８の操作量（以下、「ブーム操作量」と呼ぶ）に応じたブーム操作信号を出力する。ブーム操作信号は、コントローラ２６に入力される。バケット操作部３２は、バケット８を操作するための第１操作部材２８の操作量（以下、「バケット操作量」と呼ぶ）に応じたバケット操作信号を出力する。バケット操作信号は、コントローラ２６に入力される。

操作装置２５は、アーム操作部３３と旋回操作部３４とを有する。アーム操作部３３は、アーム７を操作するための第２操作部材２９の操作量（以下、「アーム操作量」と呼ぶ）に応じたアーム操作信号を出力する。アーム操作信号は、コントローラ２６に入力される。旋回操作部３４は、旋回体３の旋回を操作するための第２操作部材２９の操作量に応じた旋回操作信号を出力する。旋回操作信号は、コントローラ２６に入力される。

コントローラ２６は、取得した情報に基づいて作業車両１００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、記憶部３８と演算部３５とを有する。記憶部３８は、例えばＲＡＭ及びＲＯＭなどのメモリーと、補助記憶装置とから構成される。演算部３５は、例えばＣＰＵ等の処理装置によって構成される。コントローラ２６は、操作装置２５からブーム操作信号、アーム操作信号、バケット操作信号、及び、旋回操作信号を取得する。コントローラ２６は、これらの操作信号に基づいて、制御弁２７を制御する。

制御弁２７は、電磁比例制御弁であり、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、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及び旋回モータ２４などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ２２，２３との間に配置される。制御弁２７は、油圧ポンプ２２，２３からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及び、旋回モータ２４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、上述した各操作部材の操作量に応じた速度で作業機２が動作するように、制御弁２７への指令信号を制御する。これにより、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及び旋回モータ２４などの出力が、各操作部材の操作量に応じて、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。その場合、ブーム操作部３１とバケット操作部３２とアーム操作部３３と旋回操作部３４からは、各操作部材の操作量に応じたパイロット圧が出力され、制御弁２７に入力される。制御弁２７は、入力されたパイロット圧に応じて、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及び、旋回モータ２４に供給される作動油の流量を制御する。

制御システム３００は、第１ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ１８とを有する。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さ（以下、「ブームシリンダ長」という。）を検出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さ（以下、「アームシリンダ長」という。）を検出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さ（以下、「バケットシリンダ長」という。）を検出する。ストロークの計測には角度センサ等を用いてもよい。

制御システム３００は、傾斜角度センサ１９を備える。傾斜角度センサ１９は、旋回体３に配置される。傾斜角度センサ１９は、旋回体３の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）を検出する。

これらのセンサ１６−１９は、検出信号をコントローラ２６に送る。なお、旋回角度は後述するＧＮＳＳアンテナ３７の位置情報より取得してもよい。コントローラ２６は、センサ１６−１９からの検出信号に基づいて、作業機２の姿勢を判定する。

制御システム３００は、位置検出部３６を備えている。位置検出部３６は、作業車両１００の現在位置を検出する。位置検出部３６は、ＧＮＳＳアンテナ３７と３次元位置センサ３９とを有する。ＧＮＳＳアンテナ３７は、旋回体３に設けられている。ＧＮＳＳアンテナ３７は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）用のアンテナである。ＧＮＳＳアンテナ３７で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号が、３次元位置センサ３９に入力される。

図３は、作業車両１００の構成を模式的に示す側面図である。３次元位置センサ３９は、グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ３７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Ｐ２を元にした３次元座標系である。図３に示すように、基準位置Ｐ２は、例えば、作業エリアに設定された基準杭の先端に位置する。コントローラ２６は、位置検出部３６による検出結果と作業機２の姿勢とに基づいて、グローバル座標系で見たときの作業機２の刃先Ｐ４の位置を演算する。なお、作業機２の刃先Ｐ４は、バケット８の刃先Ｐ４と表現してもよい。

コントローラ２６は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長から、ローカル座標系の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。コントローラ２６は、第２ストロークセンサ１７が検出し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。コントローラ２６は、第３ストロークセンサ１８が検出し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の傾斜角θ３を算出する。

コントローラ２６の記憶部３８は、作業機データを記憶している。作業機データは、ブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３を含む。また、作業機データは、ローカル座標系の基準位置Ｐ３に対するブームピン１３の位置情報を含む。ここでローカル座標系とは作業車両１００を基準とする３次元座標系である。ローカル座標系の基準位置Ｐ３は、例えば、旋回体３の旋回中心に位置する。

コントローラ２６は、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、バケット８の傾斜角θ３、ブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３、及び、ブームピン１３の位置情報から、ローカル座標系における刃先Ｐ４の位置を算出する。

また、作業機データは、ローカル座標系の基準位置Ｐ３に対するＧＮＳＳアンテナ３７の設置位置Ｐ１の位置情報を含む。コントローラ２６は、位置検出部３６による検出結果とＧＮＳＳアンテナ３７の位置情報とから、ローカル座標系における刃先Ｐ４の位置を、グローバル座標系における刃先Ｐ４の位置に変換する。これにより、コントローラ２６は、グローバル座標系で見たときの刃先Ｐ４の位置情報を取得する。

コントローラ２６の記憶部３８は、作業エリア内の３次元の設計地形の形状および位置を示す施工情報を記憶している。コントローラ２６は、設計地形や上述した各種のセンサからの検出結果などに基づいて、設計地形を表示部４０に表示させる。表示部４０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。

図４は、設計地形の一例を示す模式図である。図４に示すように、設計地形は、ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４１によって構成されている。複数の設計面４１それぞれは、作業機２による掘削対象の目標形状を示している。なお、図４では複数の設計面４１のうちの１つのみに符号４１が付されており、他の設計面４１の符号は省略されている。

コントローラ２６は、バケット８が設計面４１を浸食すること防止するために、作業機２の設計面に向かう速度を制限する速度制限制御を行う。以下、コントローラ２６によって実行される速度制限制御について詳細に説明する。

図５は、コントローラ２６の構成を示すブロック図である。コントローラ２６の演算部３５は、距離取得部５１と、作業局面判定部５２と、制御決定部５３と、作業機制御部５４とを有する。距離取得部５１は、図６に示すように、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１を取得する。詳細には、距離取得部５１は、上述した作業機２の刃先Ｐ４の位置情報と、設計面４１の位置情報とに基づいて、作業機２の刃先Ｐ４と設計面４１との間の距離ｄ１を算出する。

作業局面判定部５２は、作業機２による作業局面を判定する。作業局面判定部５２は、上述した作業機２の操作信号に基づいて、作業機２による作業局面が、転圧作業であるか否かを判定する。転圧作業は、バケット８の床面（底面）を地面に当てて地面を固める作業である。制御決定部５３は、速度制限制御において、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１が小さくなるほど作業機２の速度を制限する。

作業機制御部５４は、上述した制御弁２７への指令信号を出力することで、作業機２を制御する。作業機制御部５４は、作業機２の操作量に応じて、制御弁２７への指令信号の出力値を決定する。

図７は、速度制限制御における処理を示すフローチャートである。図７に示すように、ステップＳ１では、作業機２の操作量が検出される。ここでは、上述したブーム操作量とバケット操作量とアーム操作量とが検出される。

ステップＳ２では、指令出力が算出される。ここでは、速度制限が行われない場合の制御弁２７への指令信号の出力値が算出される。作業機制御部５４が、検出されたブーム操作量とバケット操作量とアーム操作量とに応じて、制御弁２７への指令信号の出力値を算出する。

ステップＳ３では、速度制限制御の実行条件が満たされているか否かが判定される。ここでは、作業局面判定部５２が、ブーム操作量とバケット操作量とアーム操作量とに基づいて、速度制限制御の実行条件が満たされているか否かを判定する。例えば、作業局面判定部５２は、ブーム操作、又は、バケット操作が行われているが、アーム操作が行われていない場合に、速度制限制御の実行条件が満たされていると判定される。

ステップＳ４では、作業局面が転圧作業であるか否かが判定される。ここでは、作業局面判定部５２が、作業機２による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているか否かを判定する。転圧判定条件は、ブーム６の操作を含む。

図８は、転圧作業の判定処理の一例を示す図である。図８において、縦軸は、第１操作部材２８によるブーム操作信号を示している。横軸は、時間を示している。ブーム操作信号の値が正であることは、ブーム６の下げ操作を示している。ブーム操作信号の値が負であることは、ブーム６の上げ操作を示している。ブーム操作信号が０であることは、第１操作部材２８が中立位置にあることを示している。

図８においてＳｒは、実際のブーム操作信号を示している。Ｓｆ１は、ローパスフィルタ処理されたブーム操作信号を示している。Ａ１は、ブーム操作における実際の操作信号である。ａ１は、ローパスフィルタ処理されたブーム操作信号の値である。

図８に示すように、作業局面判定部５２は、ａ１／Ａ１＜ｒ１（転圧判定条件）が満たされたときに、作業局面が転圧作業であると判定する。ｒ１は、１より小さい定数である。なお、図８においては、ブーム６の下げ操作の場合が示されているが、逆にブーム６の上げ操作の場合にも、上記と同様に判定される。また、図８では、Ａ１は、ブーム操作信号のピーク値であるが、ピーク値以外の値であってもよい。

ステップＳ４において、作業局面が転圧作業であると判定されたときには、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、制御決定部５３が転圧制御を実行する。転圧制御では、制御決定部５３は、図９に示す第１制限速度情報Ｉ１に基づいて制限速度を決定する。ステップＳ４において、転圧判定条件が満たされていないと判定されたときには、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、制御決定部５３が通常速度制限制御を実行する。通常速度制限制御では、制御決定部５３は、図９に示第２制限速度情報Ｉ２に基づいて制限速度を決定する。制限速度は、設計面４１に垂直に向かう方向への作業機２の刃先Ｐ４の速度の上限値である。

図９に示すように、第１制限速度情報Ｉ１は、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１と、作業局面が転圧作業であるときの制限速度との関係を規定する。第２制限速度情報Ｉ２は、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１と、作業局面が転圧以外の作業であるときの制限速度との関係を規定する。第１制限速度情報Ｉ１と第２制限速度情報Ｉ２とは、記憶部３８に記憶されている。

図９に示すように、距離ｄ１が第１範囲Ｒ１より大きいときには、第１制限速度情報Ｉ１と第２制限速度情報Ｉ２とは一致している。距離ｄ１が第１範囲Ｒ１内であるときには、第１制限速度情報Ｉ１による制限速度は、第２制限速度情報Ｉ２による制限速度よりも大きい。従って、距離ｄ１が第１範囲Ｒ１内では、転圧制御での制限速度は、通常速度制限制御での制限速度よりも大きい。距離ｄ１が第２範囲Ｒ２内であるときには、第１制限速度情報Ｉ１と第２制限速度情報Ｉ２とは一致している。従って、距離ｄ１が第２範囲Ｒ２内であるときには、転圧制御の制限速度は、通常速度制限制御での制限速度と同じである。

以上のように、通常速度制限制御では、制御決定部５３は、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１が小さくなるほど、設計面４１に向かう作業車両１００の制限速度を小さくする。これにより、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１が小さくなるほど、作業機２の速度が制限される。これにより、例えば掘削時に、作業機２が設計面４１を超えて掘削してしまうことを抑えることができる。

転圧制御においても同様に、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１が小さくなるほど、作業機２の速度が制限される。これにより、転圧作業時に、作業機２が設計面４１を超えて掘削してしまうことを抑えることができる。

また、距離ｄ１が第１範囲Ｒ１内では、転圧制御での制限速度は、通常速度制限制御での制限速度よりも大きい。従って、作業局面が転圧作業であり、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１が少なくとも第１範囲Ｒ１内であるときには、作業局面が転圧以外の作業であるときと比べて作業機２の制限速度が大きくなる。これにより、転圧作業時には掘削時よりも大きな速度で作業機２を地面に衝突させることができる。これにより、転圧作業を良好に行うことができる。

ステップＳ７では、作業機制御部５４は、指令出力を制限する。ここでは、作業機制御部５４は、作業機２の速度が、ステップＳ５又はステップＳ６で決定された制限速度を越えないように、制御弁２７への指令出力を決定する。

詳細には、ブーム操作量及びバケット操作量に基づいて、作業機２の推定速度の垂直速度成分が算出される。垂直速度成分は、作業機２の刃先Ｐ４が設計面４１に垂直に向かう速度である。推定速度の垂直速度成分が制限速度よりも大きいときには、推定速度の垂直速度成分に対する制限速度の比が算出される。そして、ブーム操作量に基づくブームシリンダ１０の推定速度に当該比を乗じた値が、ブームシリンダ１０の目標速度として決定される。同様に、バケット操作量に基づくバケットシリンダ１２の推定速度に当該比を乗じた値が、バケットシリンダ１２の目標速度として決定される。そして、ブームシリンダ１０とバケットシリンダ１２とが目標速度で動作するように、制御弁２７への指令出力が決定される。

なお、ブーム６のみが操作されているときには、ブーム６の目標速度のみが決定される。バケット８のみが操作されているときには、バケット８の目標速度のみが決定される。

ステップＳ８では、指令信号が出力される。ここでは、作業機制御部５４は、ステップＳ７で決定された指令信号を制御弁２７に出力する。これにより、作業機制御部５４は、速度制限制御において、設計面４１と作業機２との間の距離ｄ１が小さくなるほど、作業機２の速度が小さくなるように、作業機２を制御する。また、作業局面が転圧作業であり、距離ｄ１が第１範囲Ｒ１内であるときには、作業機制御部５４は、作業局面が転圧以外の作業であるときと比べて作業機２の速度が大きくなるように作業機２を制御する。

なお、図１０に示すように、第１操作部材２８が中立位置にある状態が所定の第１判定時間ｔ１継続すると、作業局面判定部５２は、転圧作業が終了して、作業局面が転圧以外の作業に変更されたと判断する。

また、図１１に示すように、第１操作部材２８が同方向に操作されている状態が所定の第２判定時間Ｔｍａｘ＋ｔ２継続すると、作業局面判定部５２は、転圧作業が終了して、作業局面が転圧以外の作業に変更されたと判断する。Ｔｍａｘは、第１操作部材２８が同方向に操作されている状態の継続時間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・の最大値である。ｔ２は所定の定数である。

ステップＳ３において、速度制限制御の実行条件が満たされていない場合には、図１２に示すステップＳ９に進む。ステップＳ９では、作業局面判定部５２は、作業局面が整地作業であるか否かを判定する。作業局面判定部５２は、整地判定条件が満たされているときに、作業局面が整地作業であると判定する。整地判定条件は、作業機２による作業が整地作業であることを示す判定条件である。詳細には、整地判定条件は、アーム７の操作が行われていることである。ブーム６及び／又はバケット８の操作の有無に関らず、アーム７の操作が行われている場合には、整地判定条件が満たされていると判定される。作業局面が整地作業であるとき、すなわち、整地判定条件が満たされているときには、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、作業局面判定部５２は、転圧判定条件を満たすか否かを判定する。上述した転圧判定条件が満たされているときには、ステップＳ１１において、制御決定部５３は、転圧制御を実行する。ここでは、制御決定部５３は、上述した第１制限速度情報Ｉ１に基づいて、作業機２の制限速度を決定する。

次に、ステップＳ１２において、作業機制御部５４は、指令出力を制限する。ここでは、ステップＳ７と同様に、作業機制御部５４は、作業機２の速度が、ステップＳ１１で決定された制限速度を越えないように、制御弁２７への指令出力を決定する。

そして、ステップＳ１３において、指令信号が出力される。ここでは、ステップＳ８と同様に、作業機制御部５４が、ステップＳ１２で決定された指令信号を制御弁２７に出力する。

ステップＳ１０において、転圧判定条件を満たさないときには、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、制御決定部５３は、整地制御を実行する。整地制御は、作業機２が設計面４１に沿って移動するように作業機２を制御する制御である。

例えば、アーム７が駆動される場合、作業機２の刃先Ｐ４は円弧状の軌跡を描く。そのため、図１３に示すように、刃先Ｐ４が速度Ｖ１で移動すると、刃先Ｐ４が設計面４１を超えて掘り込んでしまう。

整地制御では、制御決定部５３は、刃先Ｐ４が設計面４１に沿って移動するように作業機２を制御する。詳細には、図１３に示すように、制御決定部５３は、刃先Ｐ４が設計面４１に近づく方向に移動する場合に、刃先Ｐ４の速度Ｖ１から設計面４１に対して垂直な垂直速度成分Ｖ１ａを算出する。そして、制御決定部５３は、垂直速度成分Ｖ１ａが相殺されるように、ブーム６を上昇させる速度を決定する。

そして、ステップＳ１３において、作業機制御部５４が、ステップＳ１４で決定された速度に応じた指令信号を制御弁２７に出力する。作業車両１００の稼働中には、上述した図７及び図１２の処理が繰り返し実行される。

以上説明した本実施形態に係る作業車両１００の制御システム３００では、整地判定条件が満たされており、且つ、転圧判定条件が満たされていないときには、整地制御が実行される。また、転圧判定条件が満たされているときには、転圧制御が実行される。これにより、整地作業と転圧作業とを良好に行うことができる。

また、整地判定条件が満たされても、転圧判定条件が満たされているときには、転圧制御を実行する。すなわち、整地制御よりも転圧制御を優先して行う。従って、転圧制御の実行中に整地判定条件が満たされても、転圧制御が維持される。このため、転圧作業中に整地作業時の操作と紛らわしい操作が行われても、誤って整地制御が実行されることを抑えることができる。また、整地制御の実行中に転圧判定条件が満たされたときには、整地制御が解除されて、転圧制御が実行される。これにより、整地作業後に迅速に転圧作業を行うことができる。

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１００は、油圧ショベルに限らず、バックホウローダ等のバケットを有する作業車両であればよい。また、油圧ショベルには、クローラ式の油圧ショベルおよびホイール式の油圧ショベルが含まれる。

作業車両１００は、遠隔操作可能であってもよい。すなわち、コントローラ２６が、作業車両１００の外部に配置されるリモートコントローラと、作業車両１００の内部に配置される車載コントローラとに分けられて、互いに通信可能に構成されてもよい。

第１制限速度情報Ｉ１の特性は、上記の実施形態のものに限られず、変更されてもよい。第２制限速度情報Ｉ２の特性は、上記の実施形態のものに限られず、変更されてもよい。或いは、通常速度制限制御は省略されてもよい。

作業機２の刃先Ｐ４位置の決定方法は、上記の実施形態のものに限られず、変更されてもよい。例えば、作業機２の刃先Ｐ４に位置検出部３６が配置されてもよい。

作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１の検出方法は、上記の実施形態のものに限られず、変更されてもよい。例えば、光学式、超音波式、或いはレーザー光線式の距離測定装置により、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ１が検出されてもよい。

上記の実施形態では、整地制御の実行中に転圧判定条件が満たされたときには、制御決定部５３は、整地制御を解除して転圧制御を実行している。しかし、整地制御の実行中に転圧判定条件が満たされたときに、制御決定部５３は、単に整地制御を解除するだけでもよい。すなわち、制御決定部５３は、整地制御の実行中に転圧判定条件が満たされたときに、整地制御を解除して、マニュアルモードに変更してもよい。マニュアルモードでは、上述した整地制御、或いは転圧制御などの自動制御によるアシスト無しで作業機２を手動で操作する制御モードである。

転圧判定条件は、上記の実施形態のものに限られず、変更されてもよい。例えば、図１４に示すように、作業局面判定部５２は、ａ１／Ａ１＜ｒ１（第１転圧条件）が満たされた後に、ブーム６の操作方向が反転された（第２転圧条件）ときに、作業局面が転圧作業であると判定してもよい。

或いは、図１５に示すように、作業局面判定部５２は、ａ１／Ａ１＜ｒ１（第１転圧条件）が満たされたときに、作業局面が第１転圧状態であると判定してもよい。また、作業局面判定部５２は、第１転圧条件が満たされた後に、ブーム６の操作方向が反転された（第２転圧条件）ときに、作業局面が第２転圧状態であると判定してもよい。すなわち、作業局面判定部５２は、第１転圧条件に続けて第２転圧条件が満たされたときに、作業局面が第２転圧状態であると判定してもよい。

制御決定部５３は、作業局面が第１転圧状態であるときに、上述した転圧制御を開始してもよい。作業局面が第１転圧状態であるときに整地判定条件が満たされた場合には、転圧制御から整地制御に変更してもよい。これにより、転圧後に地面をならす作業を容易に行うことができる。また、作業局面が第２転圧状態であるときに整地判定条件が満たされた場合には、制御決定部５３は、転圧制御を維持してもよい。これにより、転圧作業中に整地作業時の操作と紛らわしい操作が行われたときでも、誤って整地制御が実行されることを抑えることができる。

上記の実施形態では、距離取得部５１は、作業機２の刃先Ｐ４と設計面４１との間の距離ｄ１を算出しているが、これに限定されない。距離取得部５１は、刃先Ｐ４を含むバケットの輪郭点の位置情報と、設計面４１の位置情報とに基づいて、作業機と設計地形との距離ｄ１を取得してもよい。この場合、バケットの各輪郭点のうち、設計面との距離が最小となる輪郭点と設計面との距離が、作業機と設計地形との間の距離として採用される。

本発明よれば、作業車両において、整地作業と転圧作業とを良好に行うことができる。

２ 作業機
６ ブーム
７ アーム
８ バケット（作業具）
５１ 距離取得部
５２ 作業局面判定部
５３ 制御決定部
５４ 作業機制御部
１００ 作業車両
３００ 制御システム

Claims (12)

1. 作業機を有する作業車両の制御システムであって、
   作業対象の目標形状を表す設計地形と、前記作業機との間の距離を取得する距離取得部と、
   前記作業機による作業が整地作業であることを示す整地判定条件が満たされているか否か、及び、前記作業機による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているか否かを判定する作業局面判定部と、
   前記整地判定条件が満たされているときには、前記作業機が前記設計地形に沿って移動するように前記作業機を制御する整地制御の実行を決定し、前記転圧判定条件が満たされているときには、前記作業機と前記設計地形との間の距離に応じて前記設計地形に向かう前記作業機の速度を制限する転圧制御の実行を決定する制御決定部と、
   を備え、
   前記制御決定部は、前記転圧制御の実行中に前記整地判定条件が満たされたときには、前記転圧制御を維持する、
   作業車両の制御システム。
2. 前記制御決定部は、前記整地制御の実行中に前記転圧判定条件が満たされたときには、前記整地制御を解除する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
3. 前記制御決定部は、前記整地制御の実行中に前記転圧判定条件が満たされたときには、前記整地制御を解除して、前記転圧制御を実行する、
   請求項１又は２に記載の作業車両の制御システム。
4. 前記作業局面判定部は、前記作業機を操作するための操作部材からの操作信号を取得し、前記操作部材の操作内容に基づいて、前記整地判定条件が満たされているか否か、及び、前記転圧判定条件が満たされているか否かを判定する、
   請求項１から３のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
5. 前記作業機は、ブームと、前記ブームの先端に取り付けられるアームと、前記アームの先端に取り付けられる作業具とを有し、
   前記整地判定条件は、前記アームの操作を含む、
   請求項１から４のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
6. 前記転圧判定条件は、前記ブームの操作を含む、
   請求項５に記載の作業車両の制御システム。
7. 前記転圧判定条件は、第１転圧条件と第２転圧条件とを含み、
   前記制御決定部は、前記第１転圧条件が満たされたときに前記転圧制御を開始し、
   前記制御決定部は、前記第１転圧条件と前記第２転圧条件とのうち前記第１転圧条件のみが満たされているときに前記整地判定条件が満たされた場合には、前記整地制御に移行し、
   前記制御決定部は、前記第１転圧条件に続けて前記第２転圧条件が満たされたときに前記整地判定条件が満たされた場合には、前記転圧制御を維持する、
   請求項１から６のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
8. 前記転圧判定条件は、第１転圧条件と第２転圧条件とを含み、
   前記制御決定部は、前記第１転圧条件が満たされたときに前記転圧制御を開始し、
   前記制御決定部は、前記第１転圧条件と前記第２転圧条件とのうち前記第１転圧条件のみが満たされているときに前記整地判定条件が満たされた場合には、前記整地制御に移行し、
   前記制御決定部は、前記第１転圧条件に続けて前記第２転圧条件が満たされたときに前記整地判定条件が満たされた場合には、前記転圧制御を維持する、
   請求項５又は６に記載の作業車両の制御システム。
9. 前記第１転圧条件は、前記ブームの所定方向への操作を含み、
   前記第２転圧条件は、前記ブームの前記所定方向と逆方向への操作を含む、
   請求項８に記載の作業車両の制御システム。
10. 作業機を有する作業車両の制御システムであって、
    作業対象の目標形状を表す設計地形と、前記作業機との間の距離を取得する距離取得部と、
    前記作業機による作業が整地作業であることを示す整地判定条件が満たされているか否か、及び、前記作業機による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているか否かを判定する作業局面判定部と、
    前記作業機が前記設計地形に沿って移動するように前記作業機を制御する整地制御と、前記作業機と前記設計地形との間の距離に応じて前記設計地形に向かう前記作業機の速度を制限する転圧制御との実行を決定する制御決定部と、
    を備え、
    前記転圧判定条件は、第１転圧条件と第２転圧条件とを含み、
    前記制御決定部は、前記第１転圧条件が満たされたときに前記転圧制御を開始し、
    前記制御決定部は、前記第１転圧条件と前記第２転圧条件とのうち前記第１転圧条件のみが満たされているときに前記整地判定条件が満たされた場合には、前記整地制御に移行し、
    前記制御決定部は、前記第１転圧条件に続けて前記第２転圧条件が満たされたときに前記整地判定条件が満たされた場合には、前記転圧制御を維持する、
    作業車両の制御システム。
11. 作業機を有する作業車両の制御方法であって、
    作業対象の目標形状を表す設計地形と、前記作業機との間の距離を取得するステップと、
    前記作業機による作業が整地作業であることを示す整地判定条件が満たされているか否かを判定するステップと、
    前記作業機による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているか否かを判定するステップと、
    前記整地判定条件が満たされているときに、前記作業機が前記設計地形に沿って移動するように前記作業機を制御する整地制御を実行するステップと、
    前記転圧判定条件が満たされているときに、前記作業機と前記設計地形との間の距離に応じて前記設計地形に向かう前記作業機の速度を制限する転圧制御を実行するステップと、
    前記転圧制御の実行中に前記整地判定条件が満たされたときに、前記転圧制御を維持するステップと、
    を備える作業車両の制御方法。
12. 作業機と、
    前記作業機を制御する作業機制御部と、
    を備え、
    前記作業機制御部は、
    前記作業機による作業が整地作業であることを示す整地判定条件が満たされているときには、作業対象の目標形状を表す設計地形に沿って前記作業機が移動するように前記作業機を制御する整地制御によって前記作業機を制御し、
    前記作業機による作業が転圧作業であることを示す転圧判定条件が満たされているときには、前記作業機と前記設計地形との間の距離に応じて前記設計地形に向かう前記作業機の速度を制限する転圧制御によって前記作業機を制御し、
    前記転圧制御の実行中に前記整地判定条件が満たされたときには、前記転圧制御を維持する、
    作業車両。

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