WO2016133225A1 - 作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両 - Google Patents

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WO2016133225A1
WO2016133225A1 PCT/JP2016/058573 JP2016058573W WO2016133225A1 WO 2016133225 A1 WO2016133225 A1 WO 2016133225A1 JP 2016058573 W JP2016058573 W JP 2016058573W WO 2016133225 A1 WO2016133225 A1 WO 2016133225A1
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rolling
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佑基 島野
智裕 中川
市原　将志
仁 北嶋
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株式会社小松製作所
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    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

Definitions

  • the present invention relates to a work vehicle control system, a control method, and a work vehicle.
  • a control system for a work vehicle performs control (hereinafter referred to as “speed limit control”) that limits the speed of the work machine toward the design terrain as the distance between the work machine and the design terrain decreases.
  • control hereinafter referred to as “speed limit control”
  • the design terrain is a target shape to be excavated.
  • the work vehicle may perform a rolling work by pressing the ground leveled with a work machine.
  • the ground is pressed by moving the work machine toward the ground and causing it to collide with the ground.
  • the leveled ground is close to the above-mentioned designed landform. Accordingly, when the speed limit control described above is performed during the rolling operation, the work implement is decelerated suddenly before colliding with the ground. Therefore, it is difficult to perform the rolling work well.
  • An object of the present invention is to provide a work vehicle control system, a control method, and a work vehicle that can perform a compaction work satisfactorily.
  • the work vehicle control system includes a storage unit, a distance acquisition unit, a work situation determination unit, and a speed limit determination unit.
  • the storage unit stores construction information.
  • the construction information defines a design landform representing the target shape of the work target.
  • the distance acquisition unit acquires a distance between the work machine and the design landform.
  • the work situation determination unit determines a work situation by the work machine.
  • the speed limit determining unit limits the speed of the work implement when the distance between the work implement and the design landform becomes small.
  • the speed limit determining unit determines that the work speed is a work implement compared to when the work phase is a work other than the compaction.
  • the rolling speed control is executed to increase the speed limit or to cancel the speed limit of the work machine.
  • the first range is at least a partial range within a predetermined first distance.
  • the speed limit determining unit limits the speed of the work implement when the distance between the work implement and the design landform becomes small. Thereby, it can suppress that a working machine excavates exceeding design terrain at the time of excavation.
  • the speed limit determining unit determines that the work speed is a work other than the rolling pressure when the work phase is a rolling work and the distance between the work implement and the design landform is within the first range.
  • the speed limit of the work machine is increased as compared with the case of the above, or the speed limit of the work machine is released. Thereby, at the time of rolling work, a work machine can be made to collide with the ground at a larger speed than at the time of excavation. Thereby, a rolling operation can be performed satisfactorily.
  • the speed limit determining unit Even if becomes smaller, the speed limit may be constant. In this case, the speed limit of the work machine when the distance is within the first range can be relaxed.
  • the speed limit determining unit The speed limit may be reduced as the value becomes smaller.
  • the speed of the work implement can be limited when the work implement approaches the ground.
  • the work machine can be prevented from colliding with the ground at an excessively high speed. Thereby, an excessive impact can be suppressed.
  • the speed limit when the work phase is a rolling work is the same as the speed limit when the work phase is a work other than the rolling work. It may be.
  • the second range is a range from the lower limit of the first range to 0. In this case, even if it is determined that the compaction work is being performed after the compaction is completed, the work implement can be operated in the vicinity of the ground in the same manner as the work other than the compaction. Therefore, for example, an operation for aligning the cutting edge with the design terrain can be easily performed.
  • the first range may be wider than the second range.
  • the speed of the work implement can be sufficiently increased. Thereby, a rolling operation can be performed satisfactorily.
  • the speed limit when the distance between the work implement and the design terrain is 0 and the work phase is a rolling work may be 0. In this case, it is possible to suppress the working machine from digging beyond the designed terrain during the rolling operation.
  • the control system may further include an operation member for the work machine.
  • the work situation determination unit may determine that the work situation is the rolling work.
  • the determination condition for the rolling operation may include that the ratio of the operation amount of the operation member subjected to the low-pass filter processing to the actual operation amount of the operation member is smaller than a predetermined threshold value. In this case, it can be accurately determined that the work phase is a rolling work.
  • the storage unit may store first speed limit information and second speed limit information.
  • the first speed limit information may indicate a relationship between the distance and the speed limit when the work phase is a rolling work.
  • the second speed limit information may indicate a relationship between the distance and the speed limit when the work phase is work other than rolling.
  • the speed limit determining unit may determine the speed limit based on the first speed limit information when the work phase is a rolling work.
  • the speed limit determining unit may determine the speed limit based on the second speed limit information when the work phase is work other than rolling.
  • the speed limit when the distance is within the first range in the first speed limit information may be greater than the speed limit when the distance is within the first range in the second speed limit information.
  • the work situation determination unit may determine whether a leveling determination condition indicating that the work performed by the work implement is a leveling work is satisfied.
  • the speed limit determining unit may determine execution of leveling control for controlling the work implement so that the work implement moves along the design landform when the leveling determination condition is satisfied.
  • the speed limit determining unit may maintain the rolling pressure control when the leveling determination condition is satisfied during the execution of the rolling pressure control.
  • the leveling control is executed. Thereby, leveling work can be performed satisfactorily. Moreover, during the rolling pressure control, the rolling work is maintained even if the leveling determination condition is satisfied. For this reason, it can suppress that leveling control is performed accidentally during rolling operation. Thereby, leveling work and rolling work can be performed satisfactorily.
  • the work vehicle control method includes the following steps.
  • distance information is acquired.
  • the distance information indicates the distance between the design landform representing the target shape of the work target and the work implement.
  • a work phase by the work machine is determined.
  • a command signal is output so as to limit the speed of the work implement according to the decrease in distance.
  • the speed limit of the work implement is increased as compared to when the work phase is a work other than the rolling pressure.
  • a command signal is output so as to cancel the speed limit of the work machine.
  • the speed of the work machine is limited according to the decrease in the distance between the work machine and the designed landform. Thereby, it can suppress that a working machine excavates exceeding design terrain at the time of excavation.
  • the work phase is a compaction operation and the distance between the work implement and the design landform is at least within a predetermined first range
  • the work phase of the work implement is greater than when the work phase is a work other than the compaction.
  • the speed limit is increased or the speed limit of the work machine is released. Thereby, at the time of rolling work, a work machine can be made to collide with the ground at a larger speed than at the time of excavation. Thereby, a rolling operation can be performed satisfactorily.
  • the work vehicle includes a work machine and a work machine control unit.
  • the work machine control unit controls the work machine.
  • the work implement control unit controls the work implement so that the speed of the work implement is reduced when the distance between the design terrain representing the target shape of the work target and the work implement is reduced.
  • the work machine control unit is configured so that when the work phase is a rolling work and the distance is within the first range, the speed of the work machine is higher than when the work phase is a work other than the rolling work.
  • the first range is at least a partial range within a predetermined first distance.
  • the speed of the work machine decreases when the distance between the work machine and the design landform becomes small. Thereby, it can suppress that a working machine excavates exceeding design terrain at the time of excavation.
  • the speed of the work machine is higher than when the work phase is a work other than the rolling work. Become. Thereby, at the time of rolling work, a work machine can be made to collide with the ground at a larger speed than at the time of excavation. Thereby, a rolling operation can be performed satisfactorily.
  • the compaction work can be performed satisfactorily in the work vehicle.
  • FIG. 1 is a perspective view of a work vehicle according to an embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the control system of a work vehicle. It is a side view showing the composition of a work vehicle typically. It is a schematic diagram which shows an example of design topography. It is a block diagram which shows the structure of a controller. It is a schematic diagram which shows the distance between a working machine and design topography. It is a flowchart which shows the process in speed limit control. It is a figure which shows an example of the determination process of a rolling work. It is a figure which shows 1st speed limit information and 2nd speed limit information. It is a figure which shows an example of the determination process of the completion
  • FIG. 1 is a perspective view of a work vehicle 100 according to the first embodiment.
  • the work vehicle 100 is a hydraulic excavator.
  • the work vehicle 100 includes a vehicle main body 1 and a work implement 2.
  • the vehicle main body 1 has a turning body 3 and a traveling device 5.
  • the swivel body 3 houses an engine, a hydraulic pump, and the like which will be described later.
  • a cab 4 is placed on the revolving structure 3.
  • the traveling device 5 has crawler belts 5a and 5b, and the work vehicle 100 travels as the crawler belts 5a and 5b rotate.
  • the work machine 2 is attached to the vehicle body 1.
  • the work machine 2 includes a boom 6, an arm 7, and a bucket 8.
  • the base end portion of the boom 6 is operably attached to the front portion of the vehicle main body 1.
  • the base end of the arm 7 is operably attached to the tip of the boom 6.
  • a bucket 8 is operably attached to the tip of the arm 7.
  • the work machine 2 includes a boom cylinder 10, an arm cylinder 11, and a bucket cylinder 12.
  • the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12 are hydraulic cylinders that are driven by hydraulic oil, respectively.
  • the boom cylinder 10 drives the boom 6.
  • the arm cylinder 11 drives the arm 7.
  • the bucket cylinder 12 drives the bucket 8.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system 200 and the control system 300 of the work vehicle 100.
  • the drive system 200 includes an engine 21 and hydraulic pumps 22 and 23.
  • the hydraulic pumps 22 and 23 are driven by the engine 21 to discharge hydraulic oil.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pumps 22 and 23 is supplied to the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12.
  • the work vehicle 100 includes a turning motor 24.
  • the turning motor 24 is a hydraulic motor, and is driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pumps 22 and 23.
  • the turning motor 24 turns the turning body 3.
  • the turning motor 24 is not limited to a hydraulic motor, and may be an electric motor.
  • the control system 300 includes an operating device 25, a controller 26, and a control valve 27.
  • the operating device 25 is a device for operating the work machine 2.
  • the operation device 25 receives an operation by an operator for driving the work machine 2 and outputs an operation signal corresponding to the operation amount.
  • the operating device 25 includes a first operating member 28 and a second operating member 29.
  • the first operation member 28 is, for example, an operation lever.
  • the first operating member 28 is provided so as to be operable in four directions, front, rear, left and right. Two of the four operating directions of the first operating member 28 are assigned to the raising operation and lowering operation of the boom 6. The remaining two operation directions of the first operation member 28 are assigned to the raising operation and the lowering operation of the bucket 8.
  • the second operation member 29 is, for example, an operation lever.
  • the second operating member 29 is provided so as to be operable in four directions, front, rear, left and right. Two of the four operating directions of the second operating member 29 are assigned to the raising operation and the lowering operation of the arm 7. The remaining two operation directions of the second operation member 29 are assigned to the right turn operation and the left turn operation of the revolving structure 3.
  • the operation content assigned to the first operation member 28 and the second operation member 29 is not limited to the above, and may be changed.
  • the operating device 25 has a boom operation unit 31 and a bucket operation unit 32.
  • the boom operation unit 31 outputs a boom operation signal corresponding to the operation amount of the first operation member 28 for operating the boom 6 (hereinafter referred to as “boom operation amount”).
  • the boom operation signal is input to the controller 26.
  • the bucket operation unit 32 outputs a bucket operation signal corresponding to the operation amount of the first operation member 28 for operating the bucket 8 (hereinafter referred to as “bucket operation amount”).
  • the bucket operation signal is input to the controller 26.
  • the operating device 25 includes an arm operation unit 33 and a turning operation unit 34.
  • the arm operation unit 33 outputs an arm operation signal corresponding to the operation amount of the second operation member 29 for operating the arm 7 (hereinafter referred to as “arm operation amount”).
  • the arm operation signal is input to the controller 26.
  • the turning operation unit 34 outputs a turning operation signal corresponding to the operation amount of the second operation member 29 for operating the turning of the turning body 3.
  • the turning operation signal is input to the controller 26.
  • the controller 26 is programmed to control the work vehicle 100 based on the acquired information.
  • the controller 26 includes a storage unit 38 and a calculation unit 35.
  • the storage unit 38 includes a memory such as a RAM and a ROM and an auxiliary storage device.
  • the computing unit 35 is configured by a processing device such as a CPU, for example.
  • the controller 26 acquires a boom operation signal, an arm operation signal, a bucket operation signal, and a turning operation signal from the operation device 25.
  • the controller 26 controls the control valve 27 based on these operation signals.
  • the control valve 27 is an electromagnetic proportional control valve and is controlled by a command signal from the controller 26.
  • the control valve 27 is disposed between hydraulic actuators such as the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, the bucket cylinder 12, and the turning motor 24, and the hydraulic pumps 22 and 23.
  • the control valve 27 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from the hydraulic pumps 22 and 23 to the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, the bucket cylinder 12, and the swing motor 24.
  • the controller 26 controls a command signal to the control valve 27 so that the work implement 2 operates at a speed corresponding to the operation amount of each operation member described above. Thereby, the outputs of the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, the bucket cylinder 12, the turning motor 24, and the like are controlled according to the operation amount of each operation member.
  • the control valve 27 may be a pressure proportional control valve.
  • the pilot pressure corresponding to the operation amount of each operation member is output from the boom operation unit 31, the bucket operation unit 32, the arm operation unit 33, and the turning operation unit 34, and is input to the control valve 27.
  • the control valve 27 controls the flow rate of hydraulic oil supplied to the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, the bucket cylinder 12, and the swing motor 24 according to the input pilot pressure.
  • the control system 300 includes a first stroke sensor 16, a second stroke sensor 17, and a third stroke sensor 18.
  • the first stroke sensor 16 detects the stroke length of the boom cylinder 10 (hereinafter referred to as “boom cylinder length”).
  • the second stroke sensor 17 detects the stroke length of the arm cylinder 11 (hereinafter referred to as “arm cylinder length”).
  • the third stroke sensor 18 detects the stroke length of the bucket cylinder 12 (hereinafter referred to as “bucket cylinder length”).
  • An angle sensor or the like may be used for measuring the stroke.
  • the control system 300 includes an inclination angle sensor 19.
  • the inclination angle sensor 19 is disposed on the revolving structure 3.
  • the tilt angle sensor 19 detects an angle (pitch angle) of the revolving structure 3 with respect to the horizontal in the vehicle longitudinal direction and an angle with respect to the horizontal in the vehicle lateral direction (roll angle).
  • the controller 26 determines the posture of the work implement 2 based on the detection signal from the sensor 16-19.
  • the control system 300 includes a position detection unit 36.
  • the position detection unit 36 detects the current position of the work vehicle 100.
  • the position detection unit 36 includes a GNSS antenna 37 and a three-dimensional position sensor 39.
  • the GNSS antenna 37 is provided on the revolving unit 3.
  • the GNSS antenna 37 is an antenna for RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems, GNSS is a global navigation satellite system).
  • RTK-GNSS Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems
  • GNSS is a global navigation satellite system.
  • a signal corresponding to the GNSS radio wave received by the GNSS antenna 37 is input to the three-dimensional position sensor 39.
  • FIG. 3 is a side view schematically showing the configuration of the work vehicle 100.
  • the three-dimensional position sensor 39 detects the installation position P1 of the GNSS antenna 37 in the global coordinate system.
  • the global coordinate system is a three-dimensional coordinate system based on the reference position P2 installed in the work area. As shown in FIG. 3, the reference position P2 is located at the tip of the reference pile set in the work area, for example.
  • the controller 26 calculates the position of the cutting edge P4 of the work implement 2 when viewed in the global coordinate system based on the detection result by the position detection unit 36 and the posture of the work implement 2.
  • the cutting edge P4 of the work machine 2 may be expressed as the cutting edge P4 of the bucket 8.
  • the controller 26 calculates the tilt angle ⁇ 1 of the boom 6 with respect to the vertical direction of the local coordinate system from the boom cylinder length detected by the first stroke sensor 16.
  • the controller 26 calculates the inclination angle ⁇ 2 of the arm 7 with respect to the boom 6 from the arm cylinder length detected by the second stroke sensor 17.
  • the controller 26 calculates the inclination angle ⁇ 3 of the bucket 8 with respect to the arm 7 from the bucket cylinder length detected by the third stroke sensor 18.
  • the storage unit 38 of the controller 26 stores work implement data.
  • the work machine data includes the length L1 of the boom 6, the length L2 of the arm 7, and the length L3 of the bucket 8.
  • the work implement data includes position information of the boom pin 13 with respect to the reference position P3 of the local coordinate system.
  • the local coordinate system is a three-dimensional coordinate system based on the work vehicle 100.
  • the reference position P3 of the local coordinate system is located at the turning center of the turning body 3, for example.
  • the controller 26 includes an inclination angle ⁇ 1 of the boom 6, an inclination angle ⁇ 2 of the arm 7, an inclination angle ⁇ 3 of the bucket 8, a length L1 of the boom 6, a length L2 of the arm 7, a length L3 of the bucket 8, and the boom pin 13. From the position information, the position of the cutting edge P4 in the local coordinate system is calculated.
  • the work machine data includes position information of the installation position P1 of the GNSS antenna 37 with respect to the reference position P3 of the local coordinate system.
  • the controller 26 converts the position of the cutting edge P4 in the local coordinate system into the position of the cutting edge P4 in the global coordinate system from the detection result by the position detection unit 36 and the position information of the GNSS antenna 37. Thereby, the controller 26 acquires the position information of the blade edge P4 when viewed in the global coordinate system.
  • the storage unit 38 of the controller 26 stores construction information indicating the shape and position of the three-dimensional design landform in the work area.
  • the controller 26 displays the design terrain on the display unit 40 based on the design terrain and detection results from the various sensors described above.
  • the display unit 40 is a monitor, for example, and displays various types of information on the work vehicle 100.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the design topography.
  • the design landform is composed of a plurality of design surfaces 41 each represented by a polygon.
  • Each of the plurality of design surfaces 41 indicates a target shape to be excavated by the work machine 2.
  • reference numeral 41 only one of the plurality of design surfaces 41 is denoted by reference numeral 41, and the other design surfaces 41 are omitted.
  • the controller 26 performs speed limit control for limiting the speed toward the design surface of the work machine 2 in order to prevent the bucket 8 from eroding the design surface 41.
  • speed limit control executed by the controller 26 will be described in detail.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the controller 26.
  • the calculation unit 35 of the controller 26 includes a distance acquisition unit 51, a work situation determination unit 52, a speed limit determination unit 53, and a work implement control unit 54.
  • the distance acquisition unit 51 acquires a distance d1 between the work implement 2 and the design surface 41 as illustrated in FIG. Specifically, the distance acquisition unit 51 determines the distance d1 between the cutting edge P4 of the working machine 2 and the design surface 41 based on the position information of the cutting edge P4 of the working machine 2 and the position information of the design surface 41 described above. Is calculated.
  • the work situation determination unit 52 determines a work situation by the work machine 2.
  • the work situation determination unit 52 determines whether the work situation by the work machine 2 is a rolling work based on the operation signal of the work machine 2 described above.
  • the rolling operation is an operation in which the floor surface (bottom surface) of the bucket 8 is applied to the ground to solidify the ground.
  • the speed limit determining unit 53 limits the speed of the work machine 2 as the distance d1 between the work machine 2 and the design surface 41 becomes smaller in the speed limit control.
  • the work machine control unit 54 controls the work machine 2 by outputting a command signal to the control valve 27 described above.
  • the work machine control unit 54 determines the output value of the command signal to the control valve 27 according to the operation amount of the work machine 2.
  • FIG. 7 is a flowchart showing processing in speed limit control. As shown in FIG. 7, in step S1, the operation amount of the work machine 2 is detected. Here, the boom operation amount, bucket operation amount, and arm operation amount described above are detected.
  • step S2 the command output is calculated.
  • the output value of the command signal to the control valve 27 when the speed limit is not performed is calculated.
  • the work implement control unit 54 calculates an output value of a command signal to the control valve 27 according to the detected boom operation amount, bucket operation amount, and arm operation amount.
  • step S3 it is determined whether or not the speed limit control execution condition is satisfied.
  • the work situation determination section 52 determines whether or not the speed limit control execution condition is satisfied based on the boom operation amount, the bucket operation amount, and the arm operation amount.
  • the speed limit control includes that the boom operation or the bucket operation is performed, but the arm operation is not performed.
  • the execution conditions of the speed limit control include that the distance between the cutting edge P4 of the work machine 2 and the design surface 41 and the speed of the cutting edge P4 satisfy predetermined conditions.
  • step S4 it is determined whether the work phase is a rolling work.
  • the work situation determination unit 52 determines whether or not the work situation is a rolling work based on the boom operation amount.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a determination process for a rolling operation.
  • the vertical axis indicates a boom operation signal from the first operation member 28.
  • the horizontal axis indicates time.
  • a positive boom operation signal value indicates a boom lowering operation.
  • a negative value of the boom operation signal indicates a boom raising operation.
  • the boom operation signal being 0 indicates that the first operation member 28 is in the neutral position.
  • Sr indicates an actual boom operation signal.
  • Sf1 indicates a boom operation signal subjected to low-pass filter processing.
  • A1 is an actual operation signal in the boom operation.
  • a1 is the value of the boom operation signal that has been low-pass filtered.
  • the work situation determination unit 52 determines that the work situation is a rolling work when the operation direction of the boom 6 is reversed after a1 / A1 ⁇ r1 is satisfied.
  • r1 is a constant smaller than 1.
  • A1 is the peak value of the boom operation signal, but may be a value other than the peak value.
  • step S4 when it is determined that the work phase is a rolling work, the process proceeds to step S5.
  • step S5 the speed limit determining unit 53 determines the speed limit based on the first speed limit information. If it is determined in step S4 that the work phase is not a rolling work, the process proceeds to step S6.
  • step S6 the speed limit determining unit 53 determines the speed limit based on the second speed limit information.
  • the speed limit is an upper limit value of the speed of the cutting edge P4 of the work machine 2 in the direction perpendicular to the design surface 41.
  • the speed limit determining unit 53 determines the first speed limit based on the first speed limit information I1 shown in FIG.
  • the first speed limit information I1 defines the relationship between the distance d1 between the work implement 2 and the design surface 41 and the speed limit when the work phase is a rolling work.
  • the second speed limit information I2 defines the relationship between the distance d1 between the work machine 2 and the design surface 41 and the speed limit when the work phase is a work other than rolling.
  • the first speed limit information I1 and the second speed limit information I2 are stored in the storage unit 38.
  • the first speed limit information I1 and the second speed limit information I2 match.
  • the speed limit decreases as the distance d decreases in both the first speed limit information I1 and the second speed limit information I2.
  • the speed limit determined by the first speed limit information I1 is greater than the speed limit determined by the second speed limit information I2. Therefore, when the distance d is within the first range R1, the speed limit during the rolling operation is larger than the speed limit during the work other than the rolling operation.
  • the speed limit determining unit 53 sets the speed limit even if the distance d decreases. Let it be constant.
  • the speed limit determining unit 53 decreases the speed limit as the distance d decreases.
  • the speed limit determining unit 53 rapidly decreases the speed limit.
  • the second range R2 is a range from the third distance D3 to zero. Specifically, when the distance d is within the second range R2, the speed limit is reduced from VL3 to 0 as the distance d decreases. The speed limit is 0 when the distance d is 0 and the work phase is a rolling work.
  • the first range R1 is a wider range than the second range R2. Note that the second range R2 may be omitted. That is, the first range may be a range from the first distance D1 to 0.
  • the speed limit decreases as the distance d decreases.
  • the fourth distance D4 is smaller than the first distance D1 and larger than the second distance D2.
  • the speed limit is rapidly reduced. Specifically, in the second speed limit information I2, when the distance d is the fourth distance D4, the speed limit is reduced from VL4 to VL5.
  • VL1 mentioned above is larger than VL4.
  • VL2 is smaller than VL4.
  • VL5 is smaller than VL2.
  • VL5 is greater than VL3.
  • the speed limit decreases as the distance d decreases.
  • the reduction rate of the speed limit with respect to the decrease in the distance d when the distance d is smaller than the fourth distance D4 in the second speed limit information I2 is the distance when the distance d is within the second range R2 in the first speed limit information I1. It is the same as the reduction rate of the speed limit with respect to the decrease of d. That is, when the distance d is within the second range R2, the first speed limit information I1 and the second speed limit information I2 are the same. Therefore, when the distance d is within the second range R2, the speed limit during the rolling operation is the same as the speed limit during the work other than the rolling operation.
  • the speed limit determining unit 53 decreases the speed limit of the work vehicle 100 toward the design surface 41 as the distance d between the work implement 2 and the design surface 41 decreases.
  • the speed limit at the time of the rolling work is made larger than the speed limit at the time of work other than the rolling work.
  • step S7 the work machine control unit 54 restricts the command output.
  • the work implement control unit 54 determines the command output to the control valve 27 so that the speed of the work implement 2 does not exceed the speed limit determined in step S5 or step S6.
  • the vertical speed component of the estimated speed of the work implement 2 is calculated based on the boom operation amount and the bucket operation amount.
  • the vertical velocity component is a velocity at which the cutting edge P4 of the work machine 2 is directed perpendicularly to the design surface 41.
  • the ratio of the speed limit to the vertical speed component of the estimated speed is calculated. Then, a value obtained by multiplying the estimated speed of the boom cylinder 10 based on the boom operation amount by the ratio is determined as the target speed of the boom cylinder 10. Similarly, a value obtained by multiplying the estimated speed of the bucket cylinder 12 based on the bucket operation amount by the ratio is determined as the target speed of the bucket cylinder 12. Then, the command output to the control valve 27 is determined so that the boom cylinder 10 and the bucket cylinder 12 operate at the target speed.
  • step S8 a command signal is output.
  • the work machine control unit 54 outputs the command signal determined in step S ⁇ b> 7 to the control valve 27.
  • the work implement control unit 54 controls the work implement 2 so that the speed of the work implement 2 decreases as the distance d between the design surface 41 and the work implement 2 decreases in the speed limit control.
  • the work machine control unit 54 determines that the speed of the work machine 2 is higher than that when the work phase is a work other than the rolling operation.
  • the work machine 2 is controlled to be large.
  • step S3 when the arm operation is performed, it is determined that the execution condition of the speed limit control is not satisfied. If the execution conditions for the speed limit control are not satisfied, the above-described speed limit control is not performed, and a command signal is output in step S8. That is, the command signal determined according to the boom operation amount, the bucket operation amount, and the arm operation amount in step S ⁇ b> 2 is output to the control valve 27. While the work vehicle 100 is in operation, the processing from step S1 to step S8 is repeatedly executed.
  • the work situation determination unit 52 finishes the compaction work and the work situation is changed. Judged to have changed to work other than pressure.
  • Tmax is the maximum value of durations T0, T1, T2, T3,... In a state where the first operating member 28 is operated in the same direction.
  • t2 is a predetermined constant.
  • the speed of work machine 2 is limited as the distance d between work machine 2 and design surface 41 decreases. Thereby, it can suppress that the working machine 2 excavates exceeding the design surface 41 at the time of excavation.
  • the work phase is a rolling work and the distance d between the work implement 2 and the design surface 41 is at least within the first range R1
  • the work phase is a work compared to when the work phase is a work other than the rolling work.
  • the speed limit of the machine 2 increases. Thereby, the working machine 2 can be made to collide with the ground at the speed larger than the time of excavation at the time of a rolling operation. Thereby, a rolling operation can be performed satisfactorily.
  • the speed of the work machine 2 is controlled so as to be a speed limit according to the distance d, the strength of the rolling pressure by the work machine 2 is substantially constant. Thereby, the variation in rolling pressure can be reduced.
  • the speed limit is constant. Therefore, when the distance d is within the range from the first distance D1 to the second distance D2, the speed of the work implement 2 can be substantially not limited.
  • the speed limit determining unit 53 determines that the distance d is The smaller the speed, the smaller the speed limit. For this reason, when the work machine 2 is closer to the ground than the second distance D2, the speed of the work machine 2 can be limited. Thereby, it is suppressed that the working machine 2 collides with the ground at an excessively high speed, and an excessive impact can be suppressed.
  • the speed limit during the rolling work is the same as the speed limit during the work other than the rolling work. For this reason, even if it is determined that the rolling operation is being performed after the completion of the rolling operation, the work implement 2 can be operated in the vicinity of the ground in the same manner as during operations other than the rolling operation. Therefore, for example, an operation of aligning the cutting edge P4 with the design surface 41 can be easily performed.
  • the distance d between the work machine 2 and the design surface 41 is 0, and the speed limit is 0 when the work phase is a rolling work. For this reason, it can suppress that the working machine 2 moves to the position which greatly exceeded the design surface 41 at the time of a rolling operation.
  • the work situation determination unit 52 determines whether or not the leveling determination condition is satisfied.
  • the leveling determination condition is a condition indicating that the work by the work machine 2 is a leveling work.
  • the leveling determination condition includes, for example, that there is an arm operation. Further, the leveling determination condition includes that the distance between the cutting edge P4 and the design surface 41 and the speed of the cutting edge P4 are within the reference.
  • the speed limit determining unit 53 determines the execution of the leveling control when the leveling determination condition is satisfied. In leveling control, the speed limit determining unit 53 controls the work machine 2 so that the work machine 2 moves along the design surface 41.
  • the speed limit determining unit 53 is perpendicular to the design surface 41 from the speed V ⁇ b> 1 of the cutting edge P ⁇ b> 4. V1a is calculated. Then, the speed limit determining unit 53 determines the speed at which the boom 6 is raised so that the vertical speed component V1a is offset.
  • the speed limit determining unit 53 executes the normal speed limit control when it is determined that the speed limit control execution condition described above is satisfied but the work phase is not a rolling work.
  • the normal speed limit control is a control that limits the speed of the cutting edge P4 based on the second speed limit information I2 described in the first embodiment.
  • the speed limit determining unit 53 performs the rolling pressure control when it is determined that the work phase is the rolling pressure work.
  • the rolling pressure control is a control that limits the speed of the cutting edge P4 based on the first speed limit information I1 described in the first embodiment.
  • the speed limit determining unit 53 executes the rolling pressure control when it is determined that the work phase is the rolling work even if the execution condition of the speed limiting control described above is not satisfied. For example, even if the arm operation is performed, the speed limit determination unit 53 executes the rolling pressure control when it is determined that the work phase is the rolling work.
  • the speed limit determining unit 53 maintains the rolling pressure control when the leveling determination condition is satisfied during the execution of the rolling pressure control.
  • the leveling control is executed when the leveling determination condition is satisfied and it is determined that the work phase is not the rolling work. Further, when the work phase is determined to be a rolling work, the rolling pressure control is executed. Thereby, leveling work and rolling work can be performed satisfactorily.
  • the rolling pressure control is executed. That is, the rolling pressure control is prioritized over the leveling control. Therefore, even when the leveling determination condition is satisfied during the execution of the rolling pressure control, the rolling pressure control is maintained. For this reason, even if an operation that is confused with the operation during the leveling work is performed during the rolling operation, it is possible to prevent the leveling control from being erroneously performed. Further, when it is determined that the work phase is a rolling work during the leveling control, the leveling control is canceled and the rolling pressure control is executed. Thereby, the rolling operation can be performed quickly after the leveling operation.
  • the work vehicle 100 is not limited to a hydraulic excavator, and may be a work vehicle having a bucket such as a backhoe loader.
  • the hydraulic excavator includes a crawler hydraulic excavator and a wheel hydraulic excavator.
  • Work vehicle 100 may be remotely operable. That is, the controller 26 may be divided into a remote controller disposed outside the work vehicle 100 and an in-vehicle controller disposed inside the work vehicle 100, and may be configured to be able to communicate with each other.
  • the speed limit determining unit 53 limits the speed of the work machine 2 when the work phase is a rolling work and the distance d between the work machine 2 and the design surface 41 is at least within a predetermined first range R1. May be released. For example, as shown in FIG. 13, when the above-mentioned distance d is within the range from the first distance D1 to the second distance D2, the restriction on the speed of the work machine 2 may be released.
  • the characteristics of the first speed limit information I1 are not limited to those of the above embodiment, and may be changed.
  • the characteristic of the 2nd speed limit information I2 is not restricted to the thing of said embodiment, You may change.
  • the speed limit when the distance d between the work machine 2 and the design surface 41 is 0 and the work phase is the rolling work is not limited to 0 and may be greater than 0.
  • the method for determining whether or not the work phase is a rolling work is not limited to the above embodiment, and may be changed.
  • the work situation determination unit 52 may determine that the work situation is a rolling work when a1 / A1 ⁇ r1 is satisfied.
  • the method for determining the position of the cutting edge P4 of the work machine 2 is not limited to that of the above embodiment, and may be changed.
  • the position detection unit 36 may be disposed on the cutting edge P4 of the work machine 2.
  • the method of detecting the distance d between the work machine 2 and the design surface 41 is not limited to that of the above embodiment, and may be changed.
  • the distance d between the work machine 2 and the design surface 41 may be detected by an optical, ultrasonic, or laser beam type distance measuring device.
  • the distance acquisition unit 51 calculates the distance d1 between the cutting edge P4 of the work machine 2 and the design surface 41, but the present invention is not limited to this.
  • the distance acquisition unit 51 may acquire the distance d1 between the work implement and the design landform based on the position information of the contour point of the bucket including the cutting edge P4 and the position information of the design surface 41. In this case, among the contour points of the bucket, the distance between the contour point that minimizes the distance from the design surface and the design surface is adopted as the distance between the work implement and the design landform.
  • the compaction work can be performed satisfactorily in the work vehicle.

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Abstract

　距離取得部は、作業機と設計地形との間の距離を取得する。作業局面判定部は、作業機による作業局面を判定する。制限速度決定部は、作業機と設計地形との間の距離が小さくなったときに作業機の速度を制限する。作業局面が転圧作業であり、作業機と設計地形との間の距離が、所定の第１距離以内の少なくとも一部の第１範囲内であるときには、制限速度決定部は、作業局面が転圧以外の作業であるときと比べて作業機の制限速度を大きくする、又は、作業機の速度の制限を解除する。

Description

作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両
　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、作業機と設計地形との間の距離が小さくなるほど、設計地形に向かう作業機の速度を制限する制御（以下、「速度制限制御」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である。
　例えば、特許文献１の作業車両の制御システムでは、作業機と設計地形との間の距離が小さくなるほど、設計地形に向かう作業機の速度の上限が低減される。そして、作業機と設計地形との間の距離が０になると、作業機の速度が０となるように制御される。これにより、作業機が設計地形を超えて掘削してしまうことが抑えられる。
特許第５７９１８２７号公報
　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、整地した地面は、上述した設計地形に近い。従って、転圧作業時に上述した速度制限制御が働くと、作業機が地面に衝突する前に急減速されてしまう。そのため、転圧作業をうまく行うことが困難である。
　本発明の課題は、転圧作業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の態様に係る作業車両の制御システムは、記憶部と、距離取得部と、作業局面判定部と、制限速度決定部と、を備える。記憶部は、施工情報を記憶している。施工情報は、作業対象の目標形状を表す設計地形を規定する。距離取得部は、作業機と設計地形との間の距離を取得する。作業局面判定部は、作業機による作業局面を判定する。制限速度決定部は、作業機と設計地形との間の距離が小さくなったときに作業機の速度を制限する。作業局面が転圧作業であり、作業機と設計地形との間の距離が第１範囲内であるときには、制限速度決定部は、作業局面が転圧以外の作業であるときと比べて作業機の制限速度を大きくする、又は、作業機の速度の制限を解除する転圧制御を実行する。第１範囲は、所定の第１距離以内の少なくとも一部の範囲である。
　本態様に係る作業車両の制御システムでは、制限速度決定部は、作業機と設計地形との間の距離が小さくなったときに作業機の速度を制限する。これにより、掘削時には作業機が設計地形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、制限速度決定部は、作業局面が転圧作業であり、作業機と設計地形との間の距離が第１範囲内であるときには、制限速度決定部は、作業局面が転圧以外の作業であるときと比べて作業機の制限速度を大きくする、又は、作業機の速度の制限を解除する。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。
　作業局面が転圧作業であり、作業機と設計地形との間の距離が、第１距離から、第１距離より小さい第２距離までの範囲内であるときには、制限速度決定部は、前記距離が小さくなっても、制限速度を一定としてもよい。この場合、前記距離が第１範囲内であるときの作業機の速度の制限を緩めることができる。
　作業局面が転圧作業であり、作業機と設計地形との間の距離が、第２距離から、第２距離より小さい第３距離までの範囲内であるときには、制限速度決定部は、前記距離が小さくなるほど制限速度を小さくしてもよい。この場合、作業機が地面に近づいたときに、作業機の速度を制限することができる。これにより、作業機が過剰に大きな速度で地面に衝突することが抑えられる。これにより、過剰な衝撃を抑えることができる。
　作業機と設計地形との間の距離が、第２範囲内であるときには、作業局面が転圧作業であるときの制限速度は、作業局面が転圧以外の作業であるときの制限速度と同じであってもよい。第２範囲は、第１範囲の下限から０までの範囲である。この場合、転圧が完了した後に転圧作業中であると判断されている場合であっても、地面近傍においては、転圧以外の作業時と同様に作業機を操作することができる。そのため、例えば、刃先を設計地形に合わせる操作などを容易に行うことができる。
　第１範囲は、第２範囲よりも広くてもよい。この場合、作業機と設計地形との間の距離が第１範囲内であるときに、作業機の速度を十分に大きくすることができる。これにより、転圧作業を良好に行うことができる。
　作業機と設計地形との間の距離が０であり、作業局面が転圧作業であるときの制限速度は、０であってもよい。この場合、転圧作業時に作業機が設計地形を超えて掘り込んでしまうことが抑えられる。
　制御システムは、作業機の操作部材をさらに備えてもよい。転圧作業の判定条件が満たされたときに、作業局面判定部は、作業局面が転圧作業であると判定してもよい。転圧作業の判定条件は、操作部材の実際の操作量に対するローパスフィルタ処理された操作部材の操作量の比が所定の閾値より小さいことを含んでもよい。この場合、作業局面が転圧作業であることを精度良く判定することができる。
　記憶部は、第１制限速度情報と第２制限速度情報とを記憶していてもよい。第１制限速度情報は、作業局面が転圧作業であるときの距離と制限速度との関係を示してもよい。第２制限速度情報は、作業局面が転圧以外の作業であるときの距離と制限速度との関係を示してもよい。制限速度決定部は、作業局面が転圧作業であるときには、第１制限速度情報に基づいて、制限速度を決定してもよい。制限速度決定部は、作業局面が転圧以外の作業であるときには、第２制限速度情報に基づいて、制限速度を決定してもよい。第１制限速度情報において距離が第１範囲内であるときの制限速度は、第２制限速度情報において距離が第１範囲内であるときの制限速度よりも大きくてもよい。
　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してもよい。制限速度決定部は、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してもよい。制限速度決定部は、転圧制御の実行中に整地判定条件が満たされたきには、転圧制御を維持してもよい。
　この場合、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。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２の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、距離情報を取得する。距離情報は、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示す。第２ステップでは、作業機による作業局面を判定する。第３ステップでは、作業局面が転圧以外の作業であるときには、距離の減少に応じて作業機の速度を制限するように指令信号を出力する。第４ステップでは、作業局面が転圧作業であり、距離が少なくとも所定の第１範囲内であるときには、作業局面が転圧以外の作業であるときと比べて作業機の制限速度を大きくする、又は、作業機の速度の制限を解除するように指令信号を出力する。
　本態様に係る作業車両の制御方法では、作業機と設計地形との間の距離の減少時応じて作業機の速度が制限される。これにより、掘削時には作業機が設計地形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、作業局面が転圧作業であり、作業機と設計地形との間の距離が少なくとも所定の第１範囲内であるときには、作業局面が転圧以外の作業であるときと比べて作業機の制限速度が大きくなる、又は、作業機の速度の制限が解除される。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。
　第３の態様に係る作業車両は、作業機と作業機制御部とを備える。作業機制御部は、作業機を制御する。作業機制御部は、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が小さくなったときに、作業機の速度が小さくなるように、作業機を制御する。作業機制御部は、作業局面が転圧作業であり、距離が第１範囲内であるときには、作業局面が転圧以外の作業であるときと比べて作業機の速度が大きくなるように作業機を制御する。第１範囲は、所定の第１距離以内の少なくとも一部の範囲である。
　本態様に係る作業車両では、作業機と設計地形との間の距離が小さくなったときに作業機の速度が小さくなる。これにより、掘削時には作業機が設計地形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、作業局面が転圧作業であり、作業機と設計地形との間の距離が第１範囲内であるときには、作業局面が転圧以外の作業であるときと比べて作業機の速度が大きくなる。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。
　本発明によれば、作業車両において、転圧作業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。 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。
　以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１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。
　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、制限速度決定部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。制限速度決定部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、速度制限制御は、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ことを含む。また、速度制限制御の実行条件は、作業機２の刃先Ｐ４と設計面４１との距離および刃先Ｐ４の速度が所定条件を満たすことを含む。
　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、ブーム操作量に基づいて作業局面が転圧作業であるか否かを判定する。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。
　作業局面判定部５２は、ａ１／Ａ１＜ｒ１が満たされた後に、ブーム６の操作方向が反転されたときに、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、制限速度決定部５３が第１制限速度情報に基づいて制限速度を決定する。ステップＳ４において、作業局面が転圧作業では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、制限速度決定部５３が第２制限速度情報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。
　制限速度決定部５３は、図９に示す第１制限速度情報Ｉ１に基づいて第１制限速度を決定する。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ｄが所定の第１距離Ｄ１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ｄが第１距離Ｄ１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とのいずれにおいても、距離ｄが小さくなるほど制限速度が小さくなる。
　距離ｄ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ｄが第１範囲Ｒ１内では、転圧作業時の制限速度は、転圧以外の作業時の制限速度よりも大きい。
　詳細には、第１制限速度情報Ｉ１では、距離ｄが、第１範囲Ｒ１内において第１距離Ｄ１から第２距離Ｄ２までの範囲内であるときには、距離ｄが小さくなっても、制限速度は所定値ＶＬ１で一定である。第２距離Ｄ２は、第１距離Ｄ１よりも小さい。すなわち、第１制限速度情報Ｉ１では、距離ｄが、第１距離Ｄ１から第２距離Ｄ２までの範囲内であるときには、距離ｄが小さくなっても、制限速度は低減されない。従って、作業局面が転圧作業であり、距離ｄが、第１距離Ｄ１から第２距離Ｄ２までの範囲内であるときには、制限速度決定部５３は、距離ｄが小さくなっても、制限速度を一定とする。
　第１制限速度情報Ｉ１では、距離ｄが、第１範囲Ｒ１内において、第２距離Ｄ２から第３距離Ｄ３までの範囲内であるときには、距離ｄが小さくなるほど、制限速度が小さくなる。第３距離Ｄ３は、第２距離Ｄ２よりも小さい。詳細には、距離ｄが、第２距離Ｄ２から第３距離Ｄ３までの範囲内であるときには、距離ｄが小さくなるほど、制限速度がＶＬ１からＶＬ２まで低減される。従って、作業局面が転圧作業であり、距離ｄが、第２距離Ｄ２から第３距離Ｄ３までの範囲内であるときには、制限速度決定部５３は、距離ｄが小さくなるほど制限速度を小さくする。
　第１制限速度情報Ｉ１では、距離ｄが第３速度Ｄ３であるときには、制限速度が急激に小さくなる。詳細には、距離ｄが第３速度Ｄ３になると、制限速度がＶＬ２からＶＬ３まで急激に低減される。従って、作業局面が転圧作業であり、距離ｄが第３距離Ｄ３まで小さくなると、制限速度決定部５３は、制限速度を急激に小さくする。
　第１制限速度情報Ｉ１では、距離ｄが第２範囲Ｒ２内であるときには、距離ｄが小さくなるほど、制限速度が小さくなる。第２範囲Ｒ２は、第３距離D３から０までの範囲である。詳細には、距離ｄが第２範囲Ｒ２内であるときには、距離ｄが小さくなるほど、制限速度がＶＬ３から０まで低減される。距離ｄが０であり、作業局面が転圧作業であるときの制限速度は、０である。
　第１範囲Ｒ１は、第２範囲Ｒ２より広い範囲である。なお、第２範囲Ｒ２が省略されてもよい。すなわち、第１範囲は、第１距離Ｄ１から０までの範囲であってもよい。
　第２制限速度情報Ｉ２では、距離ｄが第４距離Ｄ４より大きいときには、距離ｄが小さくなるほど、制限速度が小さくなる。第４距離Ｄ４は、第１距離Ｄ１より小さく、且つ、第２距離Ｄ２より大きい。
　第２制限速度情報Ｉ２では、距離ｄが第４距離Ｄ４であるときには、制限速度が急激に低減される。詳細には、第２制限速度情報Ｉ２では、距離ｄが第４距離Ｄ４であるときには、制限速度がＶＬ４からＶＬ５まで低減される。上述したＶＬ１は、ＶＬ４より大きい。ＶＬ２は、ＶＬ４より小さい。ＶＬ５は、ＶＬ２より小さい。ＶＬ５は、ＶＬ３より大きい。
　第２制限速度情報Ｉ２では、距離ｄが第４距離Ｄ４より小さいときには、距離ｄが小さくなるほど、制限速度が小さくなる。第２制限速度情報Ｉ２において距離ｄが第４距離Ｄ４より小さいときの距離ｄの減少に対する制限速度の低減率は、第１制限速度情報Ｉ１において距離ｄが第２範囲Ｒ２内であるときの距離ｄの減少に対する制限速度の低減率と同じである。すなわち、距離ｄ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ｄが第２範囲Ｒ２内であるときには、転圧作業時の制限速度は、転圧以外の作業時の制限速度と同じである。
　以上のように、速度制限制御では、制限速度決定部５３は、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ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。ただし、距離ｄが第１範囲Ｒ１内では、転圧作業時の制限速度を転圧以外の作業時の制限速度よりも大きくする。
　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ｄ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ｄ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。
　ステップＳ３において、アーム操作が行われている場合には、速度制限制御の実行条件が満たされてないと判定される。速度制限制御の実行条件が満たされてない場合には、上述した速度制限制御が行われずに、ステップＳ８において、指令信号が出力される。すなわち、ステップＳ２において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決定された指令信号が制御弁２７に出力される。作業車両１００の稼働中には、ステップＳ１からステップＳ８の処理が繰り返し実行される。
　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。
　以上説明した本実施形態に係る作業車両１００の制御システムでは、作業機２と設計面４１との間の距離ｄ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、掘削時には作業機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、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ｄ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。また、作業機２の速度が、距離ｄに応じた制限速度となるように制御されるので、作業機２による転圧の強さが概ね一定となる。それにより、転圧のばらつきを低減することができる。
　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ｄが第１距離Ｄ１から第２距離Ｄ２までの範囲内であるときには、制限速度が一定である。そのため、距離ｄが第１距離Ｄ１から第２距離Ｄ２までの範囲内であるときに、作業機２の速度が実質的には制限されないようにすることができる。
　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ｄが第２距離Ｄ２から第３距離Ｄ３までの範囲内であるときには、制限速度決定部５３は、距離ｄが小さくなるほど制限速度を小さくする。このため、作業機２が第２距離Ｄ２よりも地面に近づいたときに、作業機２の速度を制限することができる。これにより、作業機２が過剰に大きな速度で地面に衝突することが抑えられ、過剰な衝撃を抑えることができる。
　作業機２と設計面４１との間の距離ｄが第２範囲Ｒ２内であるときには、転圧作業時の制限速度は、転圧以外の作業時の制限速度と同じである。このため、転圧が完了した後に転圧作業中であると判断されている場合であっても、地面近傍においては、転圧以外の作業時と同様に作業機２を操作することができる。そのため、例えば、刃先Ｐ４を設計面４１に合わせる操作などを容易に行うことができる。
　作業機２と設計面４１との間の距離ｄが０であり、作業局面が転圧作業であるときの制限速度は、０である。このため、転圧作業時に作業機２が設計面４１を大きく超えた位置に移動することを抑えることができる。
　次に、第２実施形態に係る作業車両１００の制御システム３００について説明する。第２実施形態に係る作業車両１００の制御システム３００では、作業局面判定部５２は、整地判定条件が満たされているか否かを判定する。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条件である。整地判定条件は、例えば、アーム操作があることを含む。また、整地判定条件は、刃先Ｐ４と設計面４１との距離および刃先Ｐ４の速度が基準内であることを含む。
　制限速度決定部５３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。整地制御では、制限速度決定部５３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。
　詳細には、図１２に示すように、制限速度決定部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、制限速度決定部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。
　制限速度決定部５３は、上述した速度制限制御の実行条件が満たされているが、作業局面が転圧作業ではないと判定したときには、通常速度制限制御を実行する。通常速度制限制御は、第１実施形態において説明した第２制限速度情報Ｉ２に基づいて刃先Ｐ４の速度を制限する制御である。
　制限速度決定部５３は、作業局面が転圧作業であると判定されたときには、転圧制御を実行する。転圧制御は、第１実施形態において説明した第１制限速度情報Ｉ１に基づいて刃先Ｐ４の速度を制限する制御である。制限速度決定部５３は、上述した速度制限制御の実行条件が満たされていなくても、作業局面が転圧作業であると判定されたときには、転圧制御を実行する。例えば、アーム操作が行われていても、制限速度決定部５３は、作業局面が転圧作業であると判定したときには、転圧制御を実行する。また、制限速度決定部５３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。
　第２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、作業局面が転圧作業ではないと判定されたときには、整地制御が実行される。また、作業局面が転圧作業と判定されたときには、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、作業局面が転圧作業であるときには、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、作業局面が転圧作業と判定されたときには、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。
　制限速度決定部５３は、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ｄが少なくとも所定の第１範囲Ｒ１内であるときに、作業機２の速度の制限を解除してもよい。例えば、図１３に示すように、上述した距離ｄが第１距離Ｄ１から第２距離Ｄ２までの範囲内であるときに、作業機２の速度の制限が解除されてもよい。
　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。
　作業機２と設計面４１との間の距離ｄが０であり、作業局面が前記転圧作業であるときの制限速度は、０に限らず、０より大きくてもよい。
　作業局面が転圧作業であるか否かの判定方法は、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、作業局面判定部５２は、ａ１／Ａ１＜ｒ１が満たされたときに、作業局面が転圧作業であると判定してもよい。
　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ｄ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ｄが検出されてもよい。
　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。
　本発明によれば、作業車両において、転圧作業を良好に行うことができる。
２　　　作業機
３４　　記憶部
５１　　距離取得部
５２　　作業局面判定部
５３　　制限速度決定部
５４　　作業機制御部
１００　作業車両
３００　作業車両の制御システム 

Claims (11)

  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を規定する施工情報を記憶している記憶部と、
    　前記作業機と前記設計地形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局面を判定する作業局面判定部と、
    　前記距離が小さくなったときに、前記作業機の速度を制限する制限速度決定部と、
    を備え、
    　前記作業局面が転圧作業であり、前記距離が、所定の第１距離以内の少なくとも一部の第１範囲内であるときには、前記制限速度決定部は、前記作業局面が前記転圧以外の作業であるときと比べて前記作業機の制限速度を大きくする、又は、前記作業機の速度の制限を解除する転圧制御を実行する、
    作業車両の制御システム。
  2. 　前記作業局面が前記転圧作業であり、前記距離が、前記第１距離から、前記第１距離より小さい第２距離までの範囲内であるときには、前記制限速度決定部は、前記距離が小さくなっても、前記制限速度を一定とする、
    請求項１に記載の作業車両の制御システム。
  3. 　前記作業局面が前記転圧作業であり、前記距離が、前記第２距離から、前記第２距離より小さい第３距離までの範囲内であるときには、前記制限速度決定部は、前記距離が小さくなるほど前記制限速度を小さくする、
    請求項２に記載の作業車両の制御システム。
  4. 　前記距離が、前記第１範囲の下限から０までの第２範囲内であるときには、前記作業局面が前記転圧作業であるときの前記制限速度は、前記作業局面が転圧以外の作業であるときの前記制限速度と同じである、
    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. 　前記第１範囲は、前記第２範囲よりも広い、
    請求項４に記載の作業車両の制御システム。
  6. 　前記距離が０であり、前記作業局面が前記転圧作業であるときの前記制限速度は、０である、
    請求項１から５のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
  7. 　前記作業機の操作部材をさらに備え、
    　前記操作部材の実際の操作量に対するローパスフィルタ処理された前記操作部材の操作量の比が所定の閾値より小さいことを含む転圧作業の判定条件が満たされたときに、前記作業局面判定部は、前記作業局面が転圧作業であると判定する、
    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. 　　前記記憶部は、
    　　前記作業局面が前記転圧作業であるときの前記距離と前記制限速度との関係を示す第１制限速度情報と、
    　　前記作業局面が前記転圧以外の作業であるときの前記距離と前記制限速度との関係を示す第２制限速度情報と、
    　を記憶しており、
    　前記制限速度決定部は、前記作業局面が前記転圧作業であるときには、前記第１制限速度情報に基づいて、前記制限速度を決定し、
    　前記制限速度決定部は、前記作業局面が前記転圧以外の作業であるときには、前記第２制限速度情報に基づいて、前記制限速度を決定し、
    　前記第１制限速度情報において前記距離が前記第１範囲内であるときの前記制限速度は、前記第２制限速度情報において前記距離が前記第１範囲内であるときの前記制限速度よりも大きい、
    請求項１から７のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
  9. 　前記作業局面判定部は、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か否かを判定し、
    　前記制限速度決定部は、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、
    　前記制限速度決定部は、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、
    請求項１から８のいずれか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示す距離情報を取得するステップと、
    　前記作業機による作業局面を判定するステップと、
    　前記作業局面が前記転圧以外の作業であるときには、前記距離の減少に応じて前記作業機の速度を制限するように指令信号を出力するステップと、
    　前記作業局面が前記転圧作業であり、前記距離が少なくとも所定の第１範囲内であるときには、前記作業局面が前記転圧以外の作業であるときと比べて前記作業機の制限速度を大きくする、又は、前記作業機の速度の制限を解除するように指令信号を出力するステップと、
    を備える作業車両の制御方法。
  11. 　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、
    　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が小さなったときに、前記作業機の速度が小さくなるように前記作業機を制御し、
    　前記作業局面が前記転圧作業であり、前記距離が、所定の第１距離以内の少なくとも一部の第１範囲内であるときには、前記作業局面が前記転圧以外の作業であるときと比べて前記作業機の速度が大きくなるように前記作業機を制御する、
    作業車両。
     
     
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020033781A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 日立建機株式会社 作業機械
WO2022208972A1 (ja) * 2021-03-30 2022-10-06 日立建機株式会社 作業機械

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6861485B2 (ja) 2016-07-26 2021-04-21 株式会社小松製作所 作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両
JP6581136B2 (ja) * 2017-03-21 2019-09-25 日立建機株式会社 作業機械
JP6752186B2 (ja) * 2017-09-26 2020-09-09 日立建機株式会社 作業機械
JP6957081B2 (ja) * 2017-10-30 2021-11-02 日立建機株式会社 作業機械
JP6956688B2 (ja) * 2018-06-28 2021-11-02 日立建機株式会社 作業機械
US10685564B1 (en) * 2019-02-06 2020-06-16 Caterpillar Paving Products Inc. Reducing paver mat variation during supply machine interface
JP7227046B2 (ja) * 2019-03-22 2023-02-21 日立建機株式会社 作業機械
JP7318414B2 (ja) * 2019-08-21 2023-08-01 コベルコ建機株式会社 作業機械
US20220145580A1 (en) * 2019-09-30 2022-05-12 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Work machine
EP4097552A4 (en) * 2020-01-28 2023-11-22 Topcon Positioning Systems, Inc. SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING A WORK DEVICE ON A WORK MACHINE USING MACHINE VISION

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007085093A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Hitachi Constr Mach Co Ltd 建設機械のフロント制御装置
JP2010209523A (ja) * 2009-03-06 2010-09-24 Komatsu Ltd 建設機械、建設機械の制御方法、及びこの方法をコンピュータに実行させるプログラム
JP5791827B2 (ja) * 2014-09-10 2015-10-07 株式会社小松製作所 作業車両

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0794737B2 (ja) 1989-08-02 1995-10-11 株式会社小松製作所 油圧掘削機における直線掘削制御装置
KR100231757B1 (ko) 1996-02-21 1999-11-15 사쿠마 하지메 건설기계의 작업기 제어방법 및 그 장치
WO2010101233A1 (ja) 2009-03-06 2010-09-10 株式会社小松製作所 建設機械、建設機械の制御方法、及びこの方法をコンピュータに実行させるプログラム
US9020709B2 (en) 2011-03-24 2015-04-28 Komatsu Ltd. Excavation control system
KR101729050B1 (ko) 2013-04-12 2017-05-02 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 건설 기계의 제어 시스템 및 제어 방법
US9371626B2 (en) 2014-09-10 2016-06-21 Komatsu Ltd. Work vehicle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007085093A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Hitachi Constr Mach Co Ltd 建設機械のフロント制御装置
JP2010209523A (ja) * 2009-03-06 2010-09-24 Komatsu Ltd 建設機械、建設機械の制御方法、及びこの方法をコンピュータに実行させるプログラム
JP5791827B2 (ja) * 2014-09-10 2015-10-07 株式会社小松製作所 作業車両

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020033781A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 日立建機株式会社 作業機械
WO2020044711A1 (ja) 2018-08-30 2020-03-05 日立建機株式会社 作業機械
KR20200110426A (ko) 2018-08-30 2020-09-23 히다찌 겐끼 가부시키가이샤 작업 기계
JP7171317B2 (ja) 2018-08-30 2022-11-15 日立建機株式会社 作業機械
US11591769B2 (en) 2018-08-30 2023-02-28 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Work machine
WO2022208972A1 (ja) * 2021-03-30 2022-10-06 日立建機株式会社 作業機械
JP7340123B2 (ja) 2021-03-30 2023-09-06 日立建機株式会社 作業機械

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