JPWO2013051378A1 - ブレード制御システム、建設機械及びブレード制御方法 - Google Patents

Abstract

ブレード制御システムは、基準面に対する車体の前傾角度と、基準位置に対するリフトフレームのリフト角度との和を算出するブレード角度算出部と、掘削対象の目標形状を示す設計面の基準面に対する勾配角度を算出する勾配角度取得部と、ブレード角度と勾配角度との差分角を算出する差分角算出部と、差分角に基づいて比例制御弁の第１開口度を設定する第１開口度設定部と、ブレードに掛かるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、ブレード負荷と目標ブレード負荷との差分負荷を算出する差分負荷算出部と、差分負荷に基づいて比例制御弁の第２開口度を設定する第２開口度設定部と、ブレード負荷が所定の負荷範囲外である場合には第２開口度に応じて比例制御弁を制御し、ブレード負荷が所定の負荷範囲内である場合には第１開口度に応じて比例制御弁を制御するリフト制御部と、を備える。

Description

本発明は、ブレード制御システム、建設機械、およびブレード制御方法に関する。

従来、ブルドーザやモータグレーダなどの建設機械において、効率の良い掘削作業を行うことを目的として、ブレードの上下位置を自動調整することによってブレードに掛かる負荷（以下、「ブレード負荷」という）を目標値に保持させる掘削制御が提案されている（特許文献１参照）。

特開平５−１０６２３９号公報

（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、例えば波のようにうねっている掘削対象（地面）を特許文献１の手法で掘削すると、掘削対象の目標形状を示す設計面が平面であったとしても、掘削面にはうねりが残されてしまう。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、効率的な掘削と掘削面のうねりの抑制とを可能とするブレード制御システム、建設機械、およびブレード制御方法を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
第１の態様に係るブレード制御システムは、車体に対して上下揺動可能に取り付けられるリフトフレームと、リフトフレームの先端に取り付けられるブレードと、リフトフレームを上下揺動させるリフトシリンダと、リフトシリンダに作動油を供給する制御弁と、基準面に対する車体の前傾角度と、基準位置に対するリフトフレームのリフト角度との和を算出するブレード角度算出部と、掘削対象の目標形状を示す設計面の基準面に対する勾配角度を算出する勾配角度取得部と、ブレード角度と勾配角度との差分角を算出する差分角算出部と、差分角に基づいて制御弁の第１開口度を設定する第１開口度設定部と、ブレードに掛かるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、ブレード負荷と目標ブレード負荷との差分負荷を算出する差分負荷算出部と、差分負荷に基づいて制御弁の第２開口度を設定する第２開口度設定部と、ブレード負荷が所定の負荷範囲外である場合には第２開口度に応じて制御弁を制御し、ブレード負荷が所定の負荷範囲内である場合には第１開口度に応じて制御弁を制御するリフト制御部と、を備える。

第１の態様に係るブレード制御システムによれば、ブレード負荷が目標値付近に維持されている場合には、ブレードの刃先を設計面に沿って動かすことができるので、掘削面のうねりを抑制することができる。一方で、ブレード負荷が目標値から離れている場合には、ブレード負荷を目標値に迅速に近づけることができるので、効率的に掘削することができる。

第２の態様に係るブレード制御システムは、第１の態様に係り、リフト制御部は、設計面と設計面に連なる他の設計面とに跨って掘削する場合、和が他の設計面の基準面に対する傾斜角度に徐々に近づくように、リフト角度を調整する。和を勾配角度に徐々に近づくように、リフト角度を調整する。

第２の態様に係るブレード制御システムによれば、設計面から他の設計面へ掘削対象の目標形状が変化した場合に、リフト角度が徐々に他の設計面の勾配角度に近づけられる。従って、リフト角度の急変更によって掘削面が荒らされることを抑制することができるので、２つの掘削面の境界付近におけるうねりの抑制を図ることができる。

第３の態様に係る建設機械は、車体と、第１又は第２の態様に係るブレード制御システムと、を備える。

第４の態様に係る建設機械は、車体に取り付けられる一対の履帯を含む走行装置
を備える。

第５の態様に係るブレード制御方法は、車体に対して上下揺動可能に取り付けられるリフトフレームの先端に取り付けられるブレードに掛かるブレード負荷が所定の負荷範囲外である場合、ブレード負荷が所定の負荷範囲内に収まるように、リフトフレームの基準位置に対するリフト角度を調整し、ブレード負荷が所定の負荷範囲内である場合、基準面に対する車体の傾斜角度とリフト角度との和が、掘削対象の目標形状を示す設計面の基準面に対する勾配角度を含む所定の角度範囲に収まるように、リフト角度を調整する。
（発明の効果）
本発明によれば、効率的な掘削と掘削面のうねりの抑制とを可能とするブレード制御システム、建設機械、およびブレード制御方法を提供することができる。

ブルドーザの全体構成を示す側面図 ブレード制御システムの構成を示すブロック図 ブレードコントローラの機能を示すブロック図 掘削開始前におけるブルドーザの状態を示す模式図 掘削開始後におけるブルドーザの状態を示す模式図 図５の部分拡大図 差分角と第１指令値との関係を示すマップ 差分負荷と第２指令値との関係を示すマップ 差分負荷と第１掛け率との関係を示すマップ 差分負荷と第２掛け率との関係を示すマップ ブレードコントローラの動作を説明するためのフロー図

次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

以下、「建設機械」の一例であるブルドーザについて、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。

《ブルドーザ１００の全体構成》
図１は、実施形態に係るブルドーザ１００の全体構成を示す側面図である。

ブルドーザ１００は、車体１０と、走行装置２０と、リフトフレーム３０と、ブレード４０と、リフトシリンダ５０と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）６０と、一対のスプロケット７０と、駆動トルクセンサ８０と、を備える。また、ブルドーザ１００は、ブレード制御システム２００を搭載している。ブレード制御システム２００の構成および動作については後述する。

車体１０は、運転室１１とエンジン室１２とを有する。運転室１１には、図示しないシートや各種操作装置が内装されている。エンジン室１２は、運転室１１の前方に配置され、図示しないエンジンを収容する。

走行装置２０は、一対の履帯（図１において、左側の履帯のみ図示）によって構成され、車体１０の下部に取り付けられている。走行装置２０は、一対のスプロケット７０によって回転される。

リフトフレーム３０は、車幅方向において走行装置２０の内側に配置される。リフトフレーム３０は、車幅方向に平行な軸心Ｘを中心として、車体１０に対して上下揺動可能に取り付けられている。リフトフレーム３０は、球関節部３１を介してブレード４０を支持している。

ブレード４０は、車体１０の前方に配置される。ブレード４０は、球関節部３１に連結される自在継手４１を介してリフトフレーム３０に支持されている。ブレード４０は、リフトフレーム３０の上下揺動に伴って上下に移動する。ブレード４０の下端部には、掘削時や整地時に地面に挿入される刃先４０Ｐが形成されている。

リフトシリンダ５０は、車体１０とリフトフレーム３０とに連結される。リフトシリンダ５０の伸縮に応じて、リフトフレーム３０が軸心Ｘを中心として上下揺動する。リフトシリンダ５０は、リフトシリンダ５０のストローク長さ（以下、「リフトシリンダ長Ｌ」という。）を検出するリフトシリンダセンサ５１を有する。リフトシリンダセンサ５１は、図示しないが、シリンダロッドの位置を検出するための回転ローラと、シリンダロッドの位置を原点復帰するための磁力センサと、によって構成されている。リフトシリンダセンサ５１は、後述するブレードコントローラ２１０（図２参照）にリフトシリンダ長Ｌを通知する。

ＩＭＵ６０は、前後左右における車体傾斜角を示す車体傾斜角データを取得する。ＩＭＵ６０は、車体傾斜角データをブレードコントローラ２１０に送信する。

一対のスプロケット７０は、エンジン室１２内のエンジンによって駆動される。一対のスプロケット７０の駆動に応じて走行装置２０が回転する。

駆動トルクセンサ８０は、一対のスプロケット７０の駆動トルクを示す駆動トルクデータを取得する。駆動トルクセンサ８０は、駆動トルクデータをブレードコントローラ２１０に送信する。

《ブレード制御システム２００の構成》
図２は、実施形態に係るブレード制御システム２００の構成を示すブロック図である。

ブレード制御システム２００は、図２に示すように、ブレードコントローラ２１０、設計面データ格納部２２０、比例制御弁２３０および油圧ポンプ２４０を備える。

設計面データ格納部２２０は、後述する設計面Ｔ（図４，５参照）の位置および形状を示す設計面データを予め格納している。

ブレードコントローラ２１０は、リフトシリンダセンサ５１から受信するリフトシリンダ長Ｌと、ＩＭＵ９０から受信する車体傾斜角データと、駆動トルクセンサ８０から受信する駆動トルクデータと、設計面データ格納部２２０に格納されている設計面データと、に基づいて、比例制御弁２３０に指令値を出力する。ブレードコントローラ２１０の機能及び動作については後述する。

比例制御弁２３０は、リフトシリンダ５０と油圧ポンプ２４０との間に配置される。比例制御弁２３０の開口度は、ブレードコントローラ２１０から出力される指令値によって制御される。

油圧ポンプ２４０は、エンジンと連動しており、比例制御弁２３０を介してリフトシリンダ５０に作動油を供給する。油圧ポンプ２４０からリフトシリンダ５０への作動油の供給量は、比例制御弁２３０の開口度に応じて決められる。

《ブレードコントローラ２１０の機能》
図３は、ブレードコントローラ２１０の機能を示すブロック図である。図４および図５は、掘削中のブルドーザ１００を時系列で示す模式図である。図４および図５において、ブルドーザ１００は、設計面Ｔを目標としてブレード４０で基準面Ｓを掘削している。設計面Ｔは、作業エリア内における掘削対象の目標形状を示す設計地形のことである。

図３に示すように、ブレードコントローラ２１０は、前傾角度取得部３００と、リフト角度取得部３０１と、ブレード角度算出部３０２と、勾配角度取得部３０３と、差分角算出部３０４と、記憶部３０５と、第１指令値取得部３０６と、ブレード負荷取得部３０７と、差分負荷算出部３０８と、第２指令値取得部３０９と、第１掛け率取得部３１０と、第２掛け率取得部３１１と、指令値算出部３１２と、リフト制御部３１３と、を備える。

前傾角度取得部３００は、ＩＭＵ６０から受信する車体傾斜角データに基づいて、基準面Ｓに対する車体１０の前傾角度θａを算出する。基準面Ｓは、例えば水平面であればよいが、掘削開始時にブルドーザ１００が位置する地面であってもよい。図５に示すように、掘削が開始されると、ブルドーザ１００は、基準面Ｓから掘削斜面に乗り入れる際、ブルドーザ１００の重心が掘削開始地点を乗り越えた時点で前傾する。前傾角度取得部３００は、このときの車体１０の前傾角度θａを取得する。

リフト角度取得部３０１は、リフトシリンダセンサ５１から受信するリフトシリンダ長Ｌに基づいて、図５に示すブレード４０のリフト角度θｂを算出する。図５に示すように、リフト角度θｂは、リフトフレーム３０の基準位置からの下降角度、すなわち、刃先４０Ｐの地中への貫入深さに対応する。なお、図５では、リフトフレーム３０の“基準位置”が一点鎖線で示され、リフトフレーム３０の“現在位置”が実線で示されている。リフトフレーム３０の基準位置とは、刃先４０Ｐが基準面Ｓに接地する状態でのリフトフレーム３０の位置である。

ここで、図６は、図５の部分拡大図であり、リフト角度θｂの算出方法を説明するための模式図である。図６に示すように、リフトシリンダ５０は、前側回動軸１０１においてリフトフレーム３０に回動可能に取り付けられており、後側回動軸１０２において車体１０に回動可能に取り付けられている。図６において、鉛直線１０３は、上下方向に沿った直線であり、原点指示線１０４は、ブレード４０の原点位置を示す直線である。また、第１長さＬａは、前側回動軸１０１とリフトフレーム３０の軸Ｘとを結ぶ直線の長さであり、第２長さＬｂは、後側回動軸１０２とリフトフレーム３０の軸Ｘとを結ぶ直線の長さである。さらに、第１角度θ_１は、軸Ｘを頂点として前側回動軸１０１と後側回動軸１０２とが成す角度であり、第２角度θ_２は、軸Ｘを頂点として前側回動軸１０１とリフトフレーム３０の上辺とが成す角度であり、第３角度θ_３は、軸Ｘを頂点として後側回動軸１０２と鉛直線１０３が成す角度である。第１長さＬａ、第２長さＬｂ、第２角度θ_２および第３角度θ_３は固定値であり、リフト角度取得部３０１はこれらの固定値を記憶している。なお、第２角度θ_２および第３角度θ_３の単位はラジアンである。

まず、リフト角度取得部３０１は、余弦定理に基づく式（１）及び式（２）を用いて第１角度θ_１を算出する。

Ｌ^２＝Ｌａ^２+Ｌｂ^２−２ＬａＬｂ×cos（θ1） ・・・（１）
θ_１＝cos−１（(Ｌａ^２+Ｌｂ^２−Ｌ^２)/２ＬａＬｂ） ・・・（２）
次に、リフト角度取得部３０１は、式（３）を用いてリフト角度θｂを算出する。

θｂ＝θ_１+θ_２−θ_３−π/２ ・・・（３）
ブレード角度算出部３０２は、車体１０の前傾角度θａとリフトフレーム３０のリフト角度θｂとの和（以下、「ブレード角度θｃ」という。）を算出する。すなわち、θｃ＝θａ+θｂが成立しており、ブレード角度θｃは、基準面Ｓに対するブレード４０のリフト角度である。

勾配角度取得部３０３は、基準面Ｓに対する設計面Ｔの勾配角度θｘを算出する。

差分角算出部３０４は、ブレード角度θｃと勾配角度θｘとの差分角Δθを算出する。

記憶部３０５は、ブレードコントローラ２１０の制御に用いられる各種マップを記憶している。具体的に、記憶部３０５は、図７に示すゲイン曲線Ｙ１を記憶している。ゲイン曲線Ｙ１は、差分角Δθと第１指令値Ａ（上昇指令値又は下降指令値）との関係を規定している。また、記憶部３０５は、図８に示すゲイン曲線Ｙ２を記憶している。ゲイン曲線Ｙ２は、差分負荷ΔＦと第２指令値Ｂ（上昇指令値又は下降指令値）との関係を規定している。また、記憶部３０５は、図９に示す掛け率曲線Ｇ１を記憶している。掛け率曲線Ｇ１は、差分負荷ΔＦと第１掛け率αとの関係を規定している。また、記憶部３０５は、図１０に示す掛け率曲線Ｇ２を記憶している。掛け率曲線Ｇ２は、差分負荷ΔＦと第２掛け率βとの関係を規定している。

第１指令値取得部３０６（第１開口度設定部の一例）は、図７に示すゲイン曲線Ｙ１を参照して、差分角Δθに基づいて第１指令値Ａ（上昇指令値又は下降指令値）を取得する。第１指令値Ａは、比例制御弁２３０の開口度に対応している。ここで、図７のゲイン曲線Ｙ１から分かる通り、第１指令値取得部３０６は、差分角Δθが２°以上の場合に上昇指令値を設定し、差分角Δθが−２°以下の場合に下降指令値を設定する。これは、ブレード角度θｃが±２°の範囲内に収まるようにリフト制御が実行されることを意味している。なお、第１指令値Ａが“０”に設定される範囲は±２°に限らず、適宜設定することができる。

ブレード負荷取得部３０７は、駆動トルクセンサ８０から取得する駆動トルクデータに基づいて、ブレード４０に掛かる負荷（以下、「ブレード負荷Ｍ」という。）を算出する。ブレード負荷は、“掘削抵抗”或いは“牽引力”と言い換えることができる。

差分負荷算出部３０８は、ブレード負荷Ｍと目標ブレード負荷Ｎとの差分負荷ΔＦを算出する。目標ブレード負荷Ｎとは、実測値であるブレード負荷Ｍの最適値であり、走行装置２０の過度のシュースリップの抑制と土工量の向上とを両立できる値である。目標ブレード負荷Ｎは、例えば０．６Ｗ（Ｗは、ブルドーザ１００の車重）に設定される。ブレード負荷Ｍが目標ブレード負荷Ｎに近いほど、走行装置２０の過度のシュースリップ抑制と土工量向上が実現される。なお、シュースリップは通常運転時にも発生しているが、過度のシュースリップが発生すればスリップ量が大きくなり過ぎて、走行装置２０の駆動力が地面に対して適切に伝達されない状態が発生してしまう。

第２指令値取得部３０９（第２開口度設定部の一例）は、図８に示すゲイン曲線Ｙ２を参照して、差分負荷ΔＦに基づいて第２指令値Ｂ（上昇指令値又は下降指令値）を取得する。第２指令値Ｂは、比例制御弁２３０の開口度に対応している。ここで、図８のゲイン曲線Ｙ２から分かる通り、第２指令値取得部３０９は、差分負荷ΔＦが０．１Ｗ以上の場合に上昇指令値を設定し、差分負荷ΔＦが−０．１Ｗ以下の場合に下降指令値を設定する。これは、ブレード負荷Ｍが±０．１Ｗの範囲内に収まるようにリフト制御が実行されることを意味している。なお、第２指令値Ｂが“０”に設定される範囲は±０．１Ｗに限らず、適宜設定することができる。

第１掛け率取得部３１０は、図９に示す掛け率曲線Ｇ１を参照して、差分負荷ΔＦに基づいて第１掛け率αを取得する。第１掛け率αは、掛け率曲線Ｇ１から分かる通り、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲外（−０．０５Ｗより小さい、又は０．１Ｗより大きい）である場合には“０”であり、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲内（−０．０５Ｗ以上０．１Ｗ以下）である場合には“１”である。

第２掛け率取得部３１１は、図１０に示す掛け率曲線Ｇ２を参照して、差分負荷ΔＦに基づいて第２掛け率βを取得する。第２掛け率βは、掛け率曲線Ｇ２から分かる通り、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲外（−０．０５Ｗより小さい、又は０．１Ｗより大きい）である場合には“１”であり、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲内（−０．０５Ｗ以上０．１Ｗ以下）である場合には“０”である。

指令値算出部３１２は、第１指令値Ａに第１掛け率αを乗算することによって指令値αＡを取得する。指令値αＡは、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲外であれば“０”であり、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲内であれば“Ａ”である。

また、指令値算出部３１２は、第２指令値Ｂに第２掛け率βを乗算することによって指令値βＢを取得する。指令値βＢは、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲外であれば“Ｂ”であり、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲内であれば“０”である。

また、指令値算出部３１２は、指令値αＡとステップＳ１２において取得した指令値βＢとの和を算出する。指令値αＡと指令値βＢとの和は、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲内であれば“第１指令値Ａ”であり、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲外であれば“第２指令値Ｂ”である。

リフト制御部３１３は、第１指令値Ａ又は第２指令値Ｂを比例制御弁２３０に出力する。これによって、比例制御弁２３０からリフトシリンダ５０への作動油が供給され、ブレード負荷Ｍが所定の負荷範囲外（Ｍ＜Ｎ−０．０５Ｗ、或いは、Ｎ+０．１Ｗ＜Ｍ）である場合には、ブレード負荷Ｍが所定の負荷範囲内（Ｎ−０．０５Ｗ≦Ｍ≦Ｎ+０．１Ｗ）に収まるようにリフト角度θｂが調整される。一方で、ブレード負荷Ｍが所定の負荷範囲内（Ｎ+０．１Ｗ≦Ｍ≦Ｎ−０．０５Ｗ）である場合には、前傾角度θａとリフト角度θｂとの和（ブレード角度θｃ）が、所定の角度範囲内（θｘ−２°≦θｃ≦θｘ+２°）に収まるようにリフト角度θｂが調整される。

《ブレードコントローラ２１０の動作》
図１１は、ブレードコントローラ２１０の動作を説明するためのフロー図である。

まず、ステップＳ１において、ブレードコントローラ２１０は、ＩＭＵ６０から取得する車体傾斜角データに基づいて、基準面Ｓに対する車体１０の前傾角度θａを算出する。

次に、ステップＳ２において、ブレードコントローラ２１０は、リフトシリンダセンサ５１から取得するリフトシリンダ長Ｌに基づいて、ブレード４０のリフト角度θｂを算出する。

次に、ステップＳ３において、ブレードコントローラ２１０は、前傾角度θａとリフト角度θｂとの和（ブレード角度θｃ）を算出する。

次に、ステップＳ４において、ブレードコントローラ２１０は、基準面Ｓに対する設計面Ｔの勾配角度θｘを算出する。

次に、ステップＳ５において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード角度θｃと勾配角度θｘとの差分角Δθを算出する。

次に、ステップＳ６において、ブレードコントローラ２１０は、図７に示すゲイン曲線Ｙ１を参照しながら、差分角Δθに基づいて第１指令値Ａ（上昇指令値又は下降指令値）を取得する。

次に、ステップＳ７において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード負荷Ｍと目標ブレード負荷Ｎとの差分負荷ΔＦを算出する。

次に、ステップＳ８において、ブレードコントローラ２１０は、図８に示すゲイン曲線Ｙ２を参照しながら、差分負荷ΔＦに基づいて第２指令値Ｂ（上昇指令値又は下降指令値）を取得する。

次に、ステップＳ９において、ブレードコントローラ２１０は、図９に示す掛け率曲線Ｇ１を参照しながら、差分負荷ΔＦに基づいて第１掛け率αを取得する。

次に、ステップＳ１０において、ブレードコントローラ２１０は、図１０に示す掛け率曲線Ｇ２を参照しながら、差分負荷ΔＦに基づいて第２掛け率βを取得する。

次に、ステップＳ１１において、ブレードコントローラ２１０は、第１指令値Ａに第１掛け率αを乗算することによって指令値αＡを取得し、第２指令値Ｂに第２掛け率βを乗算することによって指令値βＢを取得する。指令値αＡは、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲外であれば“０”であり、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲内であれば“Ａ”である。指令値βＢは、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲外であれば“Ｂ”であり、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲内であれば“０”である。そして、ブレードコントローラ２１０は、指令値αＡと指令値βＢとの和を算出する。指令値αＡと指令値βＢとの和は、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲内であれば“第１指令値Ａ”であり、差分負荷ΔＦが所定の負荷範囲外であれば“第２指令値Ｂ”である。

次に、ステップＳ１２において、ブレードコントローラ２１０は、ステップＳ１１において取得される第１指令値Ａ又は第２指令値Ｂを比例制御弁２３０に出力する。

《作用および効果》
本実施形態に係るブレードコントローラ２１０は、ブレード負荷Ｍが所定の負荷範囲外（Ｍ＜Ｎ−０．０５Ｗ、或いは、Ｎ+０．１Ｗ＜Ｍ）である場合には、ブレード負荷Ｍが所定の負荷範囲内（Ｎ−０．０５Ｗ≦Ｍ≦Ｎ+０．１Ｗ）に収まるようにリフト角度θｂを調整する。一方で、ブレードコントローラ２１０は、ブレード負荷Ｍが所定の負荷範囲内である場合には、ブレード角度θｃが勾配角度θｘを含む所定の角度範囲内（θｘ−２°≦θｃ≦θｘ+２°）に収まるようにリフト角度θｂを調整する。

従って、ブレード負荷Ｍが目標ブレード負荷Ｎ付近に維持されている場合には、ブレード４０の刃先４０Ｐを設計面Ｔに沿って動かすことができるので、掘削面のうねりを抑制することができる。一方で、ブレード負荷Ｍが目標ブレード負荷Ｎから離れている場合には、ブレード負荷Ｍを目標ブレード負荷Ｎに迅速に近づけることができるので、効率的に掘削することができる。

《その他の実施形態》
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。

（Ａ）上記実施形態において明示した各種数値、例えば、所定の負荷範囲や所定の角度範囲などは、上述した値に限られるものではなく、適宜設定することができる。

（Ｂ）上記実施形態では、図７〜図１０において各種曲線の一例を挙げてブレード制御システム２００の動作について説明したが、これに限られるものではない。各種曲線の形状は適宜設定することができる。

（Ｃ）上記実施形態では特に触れていないが、基準面Ｓに対して勾配角度θｙ（≠勾配角度θｘ）を有する設計面Ｕが設計面Ｔに連なっていてもよい。この場合には、図１１のステップＳ４において用いた勾配角度θｘに代えて、以下の式（１）によって算出される時変角度θｚを用いることが好ましい。

θｚ＝勾配角度θｘ+（勾配角度θｙ−勾配角度θｘ）×経過時間÷所定時間…（１）
これによって、設計面Ｔから設計面Ｕへ掘削対象の目標形状が変化した場合に、リフト角度θｂが経過時間に伴って徐々に勾配角度θｙに近づけられる。従って、リフト角度θｂの急変更によって掘削面が荒らされることを抑制することができるので、２つの掘削面の境界付近におけるうねりの抑制を図ることができる。

（Ｄ）上記実施形態において、ブレード負荷は、駆動トルクデータに基づいて算出されることとしたが、これに限られるものではない。ブレード負荷は、例えば、トランスミッション、ステアリング機構及び終減速機構までの減速比とスプロケットの径とを、エンジントルクに乗算することによっても得ることができる。

（Ｅ）上記実施形態では、「建設機械」としてブルドーザを例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、モータグレーダなどであってもよい。

本発明のブレード制御システムは、効率的な掘削と掘削面のうねりの抑制とを可能なため、建設機械分野に広く適用可能である。

３０…リフトフレーム
４０…ブレード
６０…リフトシリンダ
２４０…制御弁
３０２…ブレード角度算出部
３０３…勾配角度取得部
３０４…差分角算出部
３０６…第１開口度設定部
３０７…ブレード負荷取得部
３０８…差分負荷算出部
３０９…第２指令値取得部
３１２…リフト制御部

Claims (5)

1. 車体に対して上下揺動可能に取り付けられるリフトフレームと、
   前記リフトフレームの先端に取り付けられるブレードと、
   前記リフトフレームを上下揺動させるリフトシリンダと、
   前記リフトシリンダに作動油を供給する制御弁と、
   基準面に対する前記車体の前傾角度と、基準位置に対する前記リフトフレームのリフト角度との和を算出するブレード角度算出部と、
   掘削対象の目標形状を示す設計面の前記基準面に対する勾配角度を算出する勾配角度取得部と、
   前記ブレード角度と前記勾配角度との差分角を算出する差分角算出部と、
   前記差分角に基づいて前記制御弁の第１開口度を設定する第１開口度設定部と、
   前記ブレードに掛かるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、
   前記ブレード負荷と目標ブレード負荷との差分負荷を算出する差分負荷算出部と、
   前記差分負荷に基づいて前記制御弁の第２開口度を設定する第２開口度設定部と、
   前記ブレード負荷が所定の負荷範囲外である場合には前記第２開口度に応じて前記制御弁を制御し、前記ブレード負荷が前記所定の負荷範囲内である場合には前記第１開口度に応じて前記制御弁を制御するリフト制御部と、
   を備えるブレード制御システム。
2. 前記リフト制御部は、前記設計面と前記設計面に連なる他の設計面とに跨って掘削する場合、前記和が前記他の設計面の基準面に対する傾斜角度に徐々に近づくように、前記リフト角度を調整する、
   請求項１に記載のブレード制御システム。
3. 車体と、
   請求項１又は２に記載のブレード制御システムと、
   を備える建設機械。
4. 前記車体に取り付けられる一対の履帯を含む走行装置
   を備える請求項３に記載の建設機械。
5. 車体に対して上下揺動可能に取り付けられるリフトフレームの先端に取り付けられるブレードに掛かるブレード負荷が所定の負荷範囲外である場合、前記ブレード負荷が前記所定の負荷範囲内に収まるように、前記リフトフレームの基準位置に対するリフト角度を調整し、
   前記ブレード負荷が前記所定の負荷範囲内である場合、基準面に対する前記車体の傾斜角度と前記リフト角度との和が、掘削対象の目標形状を示す設計面の前記基準面に対する勾配角度を含む所定の角度範囲に収まるように、前記リフト角度を調整する、ブレード制御方法。

Images