WO2018198761A1 - 作業車両の制御システム、方法、及び作業車両 - Google Patents

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WO2018198761A1
WO2018198761A1 PCT/JP2018/015115 JP2018015115W WO2018198761A1 WO 2018198761 A1 WO2018198761 A1 WO 2018198761A1 JP 2018015115 W JP2018015115 W JP 2018015115W WO 2018198761 A1 WO2018198761 A1 WO 2018198761A1
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WO
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work
controller
cutting edge
terrain
compression rate
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Application number
PCT/JP2018/015115
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English (en)
French (fr)
Inventor
山本 茂
永至 石橋
隆宏 下條
Original Assignee
株式会社小松製作所
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社小松製作所 filed Critical 株式会社小松製作所
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Priority to JP2019514361A priority patent/JP6934514B2/ja
Priority to US16/482,029 priority patent/US11408150B2/en
Priority to CA3049754A priority patent/CA3049754A1/en
Priority to CN201880007596.4A priority patent/CN110191990B/zh
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/261Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/7609Scraper blade mounted forwardly of the tractor on a pair of pivoting arms which are linked to the sides of the tractor, e.g. bulldozers
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/80Component parts
    • E02F3/84Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems
    • E02F3/844Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems for positioning the blade, e.g. hydraulically
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/261Surveying the work-site to be treated
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/264Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool

Definitions

  • the present invention relates to a work vehicle control system, method, and work vehicle.
  • Patent Document 1 discloses excavation control and leveling control.
  • the blade position is automatically adjusted so that the load on the blade matches the target load.
  • the position of the blade is automatically adjusted so that the blade edge of the blade moves along the final design surface indicating the target finished shape to be excavated.
  • the work performed by the work vehicle includes a banking work in addition to the excavation work.
  • the work vehicle cuts the soil from the cut portion by the work machine.
  • a work vehicle piles up the cut-out soil in a predetermined position with a work machine.
  • the soil is compacted by the work vehicle traveling on the piled soil or by another roller vehicle.
  • the thickness of the compacted soil layer varies depending on the soil quality. For example, soft, low-density soil is greatly compressed by being compacted. Thus, in a soft, low density soil, the compacted soil layer is thinner than in a hard, high density soil. Therefore, it is not easy to form the soil layer to a desired thickness.
  • An object of the present invention is to provide a work vehicle control system, method, and work vehicle that can perform banking work efficiently and with high quality of finish.
  • the first aspect is a control system for a work vehicle having a work machine, and the control system includes a controller.
  • the controller is programmed to perform the following processing.
  • the controller acquires first terrain data.
  • the first terrain data indicates the target terrain before the embankment work.
  • the controller acquires blade edge position data.
  • the cutting edge position data indicates the cutting edge position of the working machine during the embedding work.
  • the controller acquires second terrain data.
  • the second terrain data shows the terrain compacted after the embankment work.
  • the controller determines the compression rate of the work object from the first terrain data, the blade edge position data, and the second terrain data.
  • the second mode is a method executed by the controller to determine the compression rate of the work object to be filled by the work machine of the work vehicle, and includes the following processing.
  • the first process is to acquire first terrain data.
  • the first terrain data indicates the target terrain before the embankment work.
  • the second process is to acquire cutting edge position data.
  • the cutting edge position data indicates the cutting edge position of the working machine during the embedding work.
  • the third process is to acquire second terrain data.
  • the second terrain data shows the terrain compacted after the embankment work.
  • the fourth process is to determine the compression rate of the work object from the first terrain data, the cutting edge position data, and the second terrain data.
  • the third aspect is a work vehicle, and the work vehicle includes a work machine and a controller.
  • the controller controls the work machine.
  • the controller is programmed to perform the following processing.
  • the controller acquires first terrain data.
  • the first terrain data indicates the target terrain before the embankment work.
  • the controller acquires blade edge position data.
  • the cutting edge position data indicates the cutting edge position of the working machine during the embedding work.
  • the controller acquires second terrain data.
  • the second terrain data shows the terrain compacted after the embankment work.
  • the controller determines the compression rate of the work object from the first terrain data, the blade edge position data, and the second terrain data.
  • the controller controls the work machine based on the compression rate.
  • the present invention it is possible to obtain the compression rate of the work object in the embankment work. Thereby, the quality of the finished work can be improved and the work efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a side view showing a work vehicle 1 according to the embodiment.
  • the work vehicle 1 according to the present embodiment is a bulldozer.
  • the work vehicle 1 includes a vehicle body 11, a traveling device 12, and a work implement 13.
  • the vehicle body 11 has a cab 14 and an engine compartment 15.
  • a driver's seat (not shown) is arranged in the cab 14.
  • the engine compartment 15 is disposed in front of the cab 14.
  • the traveling device 12 is attached to the lower part of the vehicle body 11.
  • the traveling device 12 has a pair of left and right crawler belts 16. In FIG. 1, only the left crawler belt 16 is shown. As the crawler belt 16 rotates, the work vehicle 1 travels.
  • the traveling of the work vehicle 1 may be any form of autonomous traveling, semi-autonomous traveling, and traveling by an operator's operation.
  • the work machine 13 is attached to the vehicle body 11.
  • the work machine 13 includes a lift frame 17, a blade 18, and a lift cylinder 19.
  • the lift frame 17 is attached to the vehicle body 11 so as to be movable up and down around an axis X extending in the vehicle width direction.
  • the lift frame 17 supports the blade 18.
  • the blade 18 is disposed in front of the vehicle body 11.
  • the blade 18 moves up and down as the lift frame 17 moves up and down.
  • the lift cylinder 19 is connected to the vehicle body 11 and the lift frame 17. As the lift cylinder 19 expands and contracts, the lift frame 17 rotates up and down around the axis X.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system 2 and the control system 3 of the work vehicle 1.
  • the drive system 2 includes an engine 22, a hydraulic pump 23, and a power transmission device 24.
  • the hydraulic pump 23 is driven by the engine 22 and discharges hydraulic oil.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 23 is supplied to the lift cylinder 19.
  • one hydraulic pump 23 is shown, but a plurality of hydraulic pumps may be provided.
  • the power transmission device 24 transmits the driving force of the engine 22 to the traveling device 12.
  • the power transmission device 24 may be, for example, HST (Hydro Static Transmission).
  • the power transmission device 24 may be, for example, a torque converter or a transmission having a plurality of transmission gears.
  • the control system 3 includes an operating device 25a, a controller 26, a control valve 27, and a storage device 28.
  • the operating device 25a is a device for operating the work implement 13 and the traveling device 12.
  • the operating device 25a is disposed in the cab 14.
  • the operating device 25a receives an operation by an operator for driving the work machine 13 and the traveling device 12, and outputs an operation signal corresponding to the operation.
  • the operation device 25a includes, for example, an operation lever, a pedal, a switch, and the like.
  • the operating device 25a for the traveling device 12 is provided so as to be operable at a forward position, a reverse position, and a neutral position.
  • An operation signal indicating the position of the operation device 25a is output to the controller 26.
  • the controller 26 controls the traveling device 12 or the power transmission device 24 so that the work vehicle 1 moves forward when the operation position of the operating device 25a is the forward movement position.
  • the controller 26 controls the travel device 12 or the power transmission device 24 so that the work vehicle 1 moves backward.
  • the controller 26 is programmed to control the work vehicle 1 based on the acquired data.
  • the controller 26 includes a processing device (processor) such as a CPU.
  • the controller 26 acquires an operation signal from the operation device 25a.
  • the controller 26 controls the control valve 27 based on the operation signal.
  • the control valve 27 is a proportional control valve and is controlled by a command signal from the controller 26.
  • the control valve 27 is disposed between the hydraulic actuator such as the lift cylinder 19 and the hydraulic pump 23.
  • the control valve 27 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 23 to the lift cylinder 19.
  • the controller 26 generates a command signal to the control valve 27 so that the blade 18 operates in accordance with the operation of the operation device 25a described above. Thereby, the lift cylinder 19 is controlled according to the operation amount of the operating device 25a.
  • the control valve 27 may be a pressure proportional control valve.
  • the control valve 27 may be an electromagnetic proportional control valve.
  • the control system 3 includes a lift cylinder sensor 29.
  • the lift cylinder sensor 29 detects the stroke length of the lift cylinder 19 (hereinafter referred to as “lift cylinder length L”).
  • the controller 26 calculates the lift angle ⁇ lift of the blade 18 based on the lift cylinder length L.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the work vehicle 1. As shown in FIG.
  • the origin position of the work machine 13 is indicated by a two-dot chain line.
  • the origin position of the work machine 13 is the position of the blade 18 in a state where the blade tip of the blade 18 is in contact with the ground on the horizontal ground.
  • the lift angle ⁇ lift is an angle from the origin position of the work machine 13.
  • the control system 3 includes a position sensor 31.
  • the position sensor 31 measures the position of the work vehicle 1.
  • the position sensor 31 includes a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver 32 and an IMU 33.
  • the GNSS receiver 32 is, for example, a receiver for GPS (Global Positioning System).
  • the antenna of the GNSS receiver 32 is disposed on the cab 14.
  • the GNSS receiver 32 receives a positioning signal from the satellite, calculates the antenna position based on the positioning signal, and generates vehicle position data.
  • the controller 26 acquires vehicle body position data from the GNSS receiver 32.
  • the IMU 33 is an inertial measurement device (Inertial Measurement Unit).
  • the IMU 33 acquires vehicle body tilt angle data.
  • the vehicle body tilt angle data includes an angle (pitch angle) with respect to the horizontal in the vehicle longitudinal direction and an angle (roll angle) with respect to the horizontal in the vehicle lateral direction.
  • the controller 26 acquires vehicle body tilt angle data from the IMU 33.
  • the controller 26 calculates the cutting edge position P0 from the lift cylinder length L, the vehicle body position data, and the vehicle body inclination angle data. As shown in FIG. 3, the controller 26 calculates the global coordinates of the GNSS receiver 32 based on the vehicle body position data. The controller 26 calculates the lift angle ⁇ lift based on the lift cylinder length L. The controller 26 calculates the local coordinates of the cutting edge position P0 with respect to the GNSS receiver 32 based on the lift angle ⁇ lift and the vehicle body dimension data.
  • the controller 26 calculates the traveling direction and the vehicle speed of the work vehicle 1 from the vehicle body position data.
  • the vehicle body dimension data is stored in the storage device 28, and indicates the position of the work machine 13 with respect to the GNSS receiver 32.
  • the controller 26 calculates the global coordinates of the cutting edge position P0 based on the global coordinates of the GNSS receiver 32, the local coordinates of the cutting edge position P0, and the vehicle body inclination angle data.
  • the controller 26 acquires the global coordinates of the cutting edge position P0 as cutting edge position data. Note that the cutting edge position P0 may be directly calculated by attaching a GNSS receiver to the blade 18.
  • the storage device 28 includes, for example, a memory and an auxiliary storage device.
  • the storage device 28 may be a RAM or a ROM, for example.
  • the storage device 28 may be a semiconductor memory or a hard disk.
  • the storage device 28 is an example of a non-transitory computer-readable recording medium.
  • the storage device 28 can be executed by a processor and records computer commands for controlling the work vehicle 1.
  • the storage device 28 stores work site terrain data.
  • the work site topography data indicates the current topography of the work site.
  • the work site topographic data is, for example, a topographic survey map in a three-dimensional data format.
  • Work site topographic data can be obtained, for example, by aviation laser surveying.
  • the controller 26 acquires terrain data.
  • the terrain data indicates the terrain 50 of the work site.
  • the terrain 50 is a terrain in a region along the traveling direction of the work vehicle 1.
  • the terrain data is obtained by calculation in the controller 26 from the work site terrain data and the position and traveling direction of the work vehicle 1 obtained from the position sensor 31 described above.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a cross section of the terrain 50.
  • the terrain data includes the height of the terrain 50 at a plurality of reference points P0-Pn.
  • the terrain data includes the heights Z0 to Zn of the terrain 50 at a plurality of reference points P0 to Pn in the traveling direction of the work vehicle 1.
  • the plurality of reference points P0-Pn are arranged at predetermined intervals.
  • the predetermined interval is 1 m, for example, but may be another value.
  • the vertical axis indicates the height of the terrain
  • the horizontal axis indicates the distance from the current position in the traveling direction of the work vehicle 1.
  • the current position may be a position determined based on the current cutting edge position P0 of the work vehicle 1.
  • the current position may be determined based on the current position of the other part of the work vehicle 1.
  • the storage device 28 stores design surface data.
  • the design surface data indicates a plurality of design surfaces 60 and 70 that are target trajectories of the work machine 13. As shown in FIG. 4, the design surface data includes the heights of the design surfaces 60 and 70 at a plurality of reference points P0 to Pn, similarly to the terrain data.
  • the plurality of design surfaces 60 and 70 include a final design surface 70 and an intermediate target design surface 60 other than the final design surface 70.
  • the final design surface 70 is the final target shape of the work site surface.
  • the final design surface 70 is, for example, a civil engineering work drawing in a three-dimensional data format, and is stored in the storage device 28 in advance. In FIG. 4, the final design surface 70 has a flat shape parallel to the horizontal direction, but may have a different shape.
  • At least a part of the target design surface 60 is located between the final design surface 70 and the terrain 50.
  • the controller 26 can generate a desired target design surface 60, generate design surface data indicating the target design surface 60, and store the design surface data in the storage device 28.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an automatic control process of the work machine 13.
  • step S101 the controller 26 acquires current position data.
  • the current position data indicates the position of the work vehicle 1 measured by the position sensor 31.
  • the controller 26 acquires the current cutting edge position P0 of the work machine 13 from the current position data.
  • step S102 the controller 26 acquires design surface data.
  • the controller 26 acquires design surface data from the storage device 28.
  • step S103 the controller 26 acquires the first terrain data.
  • the controller 26 acquires first terrain data indicating the current terrain 50 from the work site terrain data and the position and traveling direction of the work vehicle 1. Alternatively, as will be described later, the controller 26 acquires first terrain data indicating the terrain 50 updated as the work vehicle 1 moves on the terrain 50.
  • step S104 the controller 26 determines a target design surface.
  • the controller 26 generates a target design surface 60 located between the final design surface 70 and the terrain 50 from the design surface data indicating the final design surface 70 and the terrain data.
  • the controller 26 determines a surface obtained by displacing the terrain 50 in the vertical direction by a predetermined distance as the target design surface 60.
  • the controller 26 may correct a part of the target design surface 60 so that the inclination angle becomes gentle.
  • step S105 the controller 26 corrects the target design surface 60 based on the soil compression rate.
  • the correction of the target design surface 60 based on the soil compression rate will be described in detail later.
  • step S106 the controller 26 controls the work machine 13.
  • the controller 26 automatically controls the work machine 13 according to the target design surface 60. Specifically, the controller 26 generates a command signal to the work machine 13 so that the cutting edge position P0 of the blade 18 moves toward the target design surface 60.
  • the generated command signal is input to the control valve 27. Thereby, the cutting edge position P0 of the working machine 13 moves along the target design surface 60.
  • the working machine 13 fills the soil on the terrain 50.
  • the terrain 50 is excavated by the work machine 13.
  • the controller 26 may start control of the work implement 13 when a signal for operating the work implement 13 is output from the operation device 25a.
  • the movement of the work vehicle 1 may be performed manually by an operator operating the operation device 25a. Alternatively, the work vehicle 1 may be automatically moved by a command signal from the controller 26.
  • the above processing is executed when the work vehicle 1 is moving forward. For example, when the operating device 25a for the traveling device 12 is at the forward movement position, the above processing is executed and the work implement 13 is automatically controlled.
  • the controller 26 stops the control of the work machine 13. For example, the controller 26 stops the control of the work implement 13 when the operating device 25a for the traveling device 12 is in the reverse drive position. Thereafter, when the work vehicle 1 starts to move forward again, the controller 26 performs the above-described processing from steps S101 to S106 again.
  • the work vehicle 1 starts moving forward, and the cutting edge position of the work machine 13 is controlled to move along the target design surface 60, so that the soil is layered on the terrain 50. It is served. Then, the work vehicle 1 travels on the soil piled up in layers, so that the soil is compacted by the crawler belt 16 and a compacted soil layer is formed. When the work vehicle 1 starts moving backward, the control of the work machine 13 is stopped.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a process for determining the compression rate.
  • the process shown in FIG. 6 is a process executed during one work pass.
  • step S201 the controller 26 acquires blade edge position data.
  • the controller 26 records the height of the cutting edge position at a plurality of reference points P1-Pn during the embedding work, and acquires cutting edge position data indicating the locus 80 of the cutting edge position.
  • step S202 the controller 26 acquires second terrain data.
  • the second terrain data indicates the terrain 50a compacted after the embankment work in the current work path (hereinafter referred to as “second terrain 50a”).
  • the first terrain data described above indicates the terrain 50b (hereinafter referred to as “first terrain 50b”) before the embankment work in the current work path.
  • the controller 26 calculates the position of the bottom surface of the crawler belt 16 from the vehicle body position data and the vehicle body dimension data. As shown in FIG. 7, the controller 26 acquires position data indicating the trajectory of the bottom surface of the crawler belt 16 as second terrain data.
  • a locus of a portion of the bottom surface of the crawler belt 16 that is located immediately below the center of gravity of the work vehicle 1 in the vehicle side view is acquired as the second terrain data.
  • the trajectory of the other part of the work vehicle 1 may be acquired as the second terrain data.
  • step S203 the controller 26 calculates the cutting edge height.
  • the blade edge height Bk indicates the height from the first topography 50b to the locus 80 of the blade edge position. That is, the blade edge height Bk indicates the height from the topography 50b before the embankment work in the current work path to the locus 80 of the blade edge position, and means the thickness of the soil accumulated by the current work path.
  • the controller 26 calculates the edge height at a plurality of reference points P1-Pn from the first terrain data and the edge position data. As shown in FIG. 8, the controller 26 determines the height H_AS1 (k) of the first terrain 50b at the reference point Pk from the first terrain data. Further, the controller 26 determines the height H_BL (k) of the cutting edge position at the reference point Pk from the cutting edge position data. Then, the controller 26 determines the cutting edge height Bk at the reference point Pk by subtracting the height H_AS1 (k) of the first topography 50b from the cutting edge position height H_BL (k).
  • step S204 the controller 26 calculates the stacking thickness.
  • the stacking thickness Ak indicates the height from the first topography 50b to the second topography 50a. That is, the stacking thickness Ak indicates the height from the topography 50b before the embankment work in this work pass to the topography 50a compacted after the embankment work, and the thickness of the embankment layer compacted after passing the blade edge Means.
  • step S205 the controller 26 performs a mask process.
  • the controller 26 determines whether the cutting edge height Bk and the stacking thickness Ak at each reference point Pk are included in a predetermined effective range.
  • the controller 26 determines data indicating the cutting edge height Bk and the stacking thickness Ak included in the effective range as effective data used for determining the compression ratio.
  • FIG. 9 is a diagram showing the effective range of mask processing.
  • the horizontal axis indicates the cutting edge height Bk
  • the vertical axis indicates the stacking thickness Ak.
  • the cutting edge height Bk and the stacking thickness Ak included in the hatched effective range are treated as effective data.
  • the effective range is a range in which the stacking thickness Ak> the lower limit value Amin of the stacking thickness, the cutting edge height Bk> the lower limit value Bmin of the cutting edge height, and the cutting edge height Bk> the stacking thickness Ak.
  • step S206 the controller 26 calculates the compression rate at each reference point Pk.
  • the controller 26 calculates the compression rate using the data of the cutting edge height Bk and the stacking thickness Ak determined to be effective in step S205.
  • the controller 26 calculates the compression rate Rk [%] at each reference point Pk by the following equation (1).
  • Rk (Bk-Ak) / Bk * 100 (1)
  • step S207 the controller 26 calculates the compression rate in the current work path.
  • the controller 26 determines the compression rate for the entire current work path.
  • the controller 26 determines the compression rate in the current work path using the compression rate at each reference point Pk calculated from the valid data.
  • the controller 26 determines the average value of the compression rate at each reference point Pk calculated in step S206 as the compression rate in the current work path.
  • a value other than the average value of the compression rate at each reference point Pk may be determined as the compression rate in the current work path.
  • step S208 the controller 26 calculates the updated compression rate.
  • the controller 26 calculates the updated compression ratio based on the compression ratio in the previous work path and the compression ratio in the current work path. That is, the controller 26 calculates a value of the compression rate for each of a plurality of passes of the embankment work, and updates the compression rate based on the previous value and the current value of the compression rate. For example, the controller 26 determines the average value of the previous value and the current value of the compression rate as the updated compression rate.
  • the work path is executed a plurality of times, so that the compression rate can be gradually updated, and a sudden change in the compression rate can be suppressed.
  • step S105 the controller 26 corrects the target design surface 60 with the updated compression rate.
  • “60” indicates the initial target design surface 60 determined by the controller 26 in step S104.
  • the controller 26 generates the corrected target design surface by raising the initial target design surface 60 based on the compression rate.
  • “60a” indicates a corrected target design surface when the compression ratio is a predetermined value r1.
  • “60b” indicates a corrected target design surface when the compression ratio is a predetermined value r2 (> r1).
  • the controller 26 increases the position of the target design surface corrected with respect to the initial target design surface 60 as the compression ratio increases.
  • controller 26 updates the second topography 50aa as the first topography 50bb.
  • controller 26 executes the above-described processing of steps S101 to S106 based on the updated first terrain data indicating the first terrain 50bb.
  • the work implement 13 is controlled along the target design surface 60.
  • the soil can be thinly deposited on the terrain 50.
  • the work machine 13 is controlled along the target design surface 60, so that excavation is performed while suppressing an excessive load on the work machine 13. It can be carried out. Thereby, the quality of the finished work can be improved. Moreover, the efficiency of work can be improved by automatic control.
  • the controller 26 determines the soil compression ratio from the first terrain data, the cutting edge position data, and the second terrain data, and corrects the target design surface 60 based on the compression ratio. Therefore, the target design surface 60 can be corrected in accordance with the actual soil compression ratio. Thereby, the soil layer can be easily formed to a desired thickness.
  • the controller 26 updates the compression rate based on the compression rate in the current work pass and the compression rate in the previous work pass. Therefore, a highly accurate compression rate can be obtained by repeating the work path a plurality of times.
  • Work vehicle 1 is not limited to a bulldozer, but may be another vehicle such as a wheel loader or a motor grader.
  • the work vehicle 1 may be a vehicle that can be remotely controlled. In that case, a part of the control system 3 may be arranged outside the work vehicle 1.
  • the controller 26 may be disposed outside the work vehicle 1.
  • the controller 26 may be located in a control center remote from the work site.
  • the method for determining the compression rate is not limited to the method described above, and may be changed.
  • the compression rate may be updated only by the compression rate of the current work path, regardless of the compression rate of the previous work path.
  • the mask process may be changed.
  • the effective range may be defined by the upper limit value Bmax of the cutting edge height Bk.
  • the effective range may be defined by the upper limit value Amax of the stack thickness Ak.
  • the mask process may be omitted.
  • the controller 26 may display a guidance screen indicating the target design surface 60 on the display instead of controlling the work machine 13 according to the target design surface 60. In that case, an appropriate target design surface 60 can be provided to the operator by displaying the target design surface 60 corrected by the compression rate on the guidance screen.
  • the controller 26 may include a plurality of controllers 26 that are separate from each other.
  • the controller 26 may include a remote controller 261 disposed outside the work vehicle 1 and an in-vehicle controller 262 mounted on the work vehicle 1.
  • the remote controller 261 and the vehicle-mounted controller 262 may be able to communicate wirelessly via the communication devices 38 and 39.
  • a part of the functions of the controller 26 described above may be executed by the remote controller 261, and the remaining functions may be executed by the in-vehicle controller 262.
  • the process of determining the target design surface 60 may be executed by the remote controller 261, and the process of outputting a command signal to the work machine 13 may be executed by the in-vehicle controller 262.
  • the operating device 25a may be disposed outside the work vehicle 1. In that case, the cab may be omitted from the work vehicle 1. Alternatively, the operating device 25a may be omitted from the work vehicle 1. The work vehicle 1 may be operated only by automatic control by the controller 26 without operation by the operation device 25a.
  • the topography 50 is not limited to the position sensor 31 described above, and may be acquired by another device.
  • the terrain 50 may be acquired by an interface device 37 that receives data from an external device.
  • the interface device 37 may receive the terrain data measured by the external measuring device 40 wirelessly.
  • aviation laser surveying may be used as an external measuring device.
  • the terrain 50 may be captured by the camera, and the terrain data may be generated from the image data obtained by the camera.
  • aerial surveying by UAV Unmanned Aerial Vehicle
  • the interface device 37 may be a recording medium reading device, and may accept terrain data measured by the external measuring device 40 via the recording medium.
  • the second terrain data may be data indicating the terrain 50 compacted by a vehicle other than the work vehicle 1, such as a roller vehicle.
  • the second terrain data may be acquired by a position sensor mounted on the roller vehicle.
  • the second terrain data may be acquired by an external measurement device.

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Abstract

制御システムは、コントローラを備える。コントローラは、第1地形データを取得する。第1地形データは、盛土作業前の作業対象の地形を示す。コントローラは、刃先位置データを取得する。刃先位置データは、盛土作業中の作業機の刃先位置を示す。コントローラは、第2地形データを取得する。第2地形データは、盛土作業後に締め固められた地形を示す。コントローラは、第1地形データと刃先位置データと第2地形データとから作業対象の圧縮率を決定する。

Description

作業車両の制御システム、方法、及び作業車両
 本発明は、作業車両の制御システム、方法、及び作業車両に関する。
 従来、ブルドーザ、或いはグレーダ等の作業車両において、作業機の位置を自動的に調整する自動制御が提案されている。例えば、特許文献1では、掘削制御と整地制御とが開示されている。
 掘削制御では、ブレードに係る負荷を目標負荷に一致させるように、ブレードの位置が自動調整される。整地制御では、掘削対象の目標仕上がり形状を示す最終設計面に沿ってブレードの刃先が移動するように、ブレードの位置が自動調整される。
特許第5247939号公報
 しかし、作業車両によって行われる作業には、掘削作業の他にも、盛土作業がある。盛土作業では、作業車両は、作業機によって切土部から土を切り出す。そして、作業車両は、切り出した土を作業機によって所定位置に盛る。盛られた土の上を作業車両が走行することにより、或いは、他のローラー車によって、土が締め固められる。このような作業が繰り返され、層状の土が積層されることにより、例えば、窪んだ地形を埋めて、平坦な形状に形成することができる。
 盛土作業を行う場合、効率良く、且つ、仕上がりの品質の良い作業を行うためには、土の層を所望の厚さに形成することが重要である。しかし、土が所定の厚さに層状に盛られても、締め固められた土の層の厚さは、土質によって異なる。例えば、柔らかく密度の低い土は、締め固められることで大きく圧縮される。従って、柔らかく密度の低い土では、硬く密度の高い土と比べて、締め固められた土の層は薄くなる。そのため、土の層を所望の厚さに形成することは容易ではない。
 本発明の課題は、効率良く、且つ、仕上がりの品質の良い盛土作業を行うことができる作業車両の制御システム、方法、及び作業車両を提供することにある。
 第1の態様は、作業機を有する作業車両の制御システムであって、制御システムは、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を行うようにプログラムされている。コントローラは、第1地形データを取得する。第1地形データは、盛土作業前の作業対象の地形を示す。コントローラは、刃先位置データを取得する。刃先位置データは、盛土作業中の作業機の刃先位置を示す。コントローラは、第2地形データを取得する。第2地形データは、盛土作業後に締め固められた地形を示す。コントローラは、第1地形データと刃先位置データと第2地形データとから作業対象の圧縮率を決定する。
 第2の態様は、作業車両の作業機によって盛土作業が施される作業対象の圧縮率を決定するためにコントローラによって実行される方法であって、以下の処理を備える。第1の処理は、第1地形データを取得することである。第1地形データは、盛土作業前の作業対象の地形を示す。第2の処理は、刃先位置データを取得することである。刃先位置データは、盛土作業中の作業機の刃先位置を示す。第3の処理は、第2地形データを取得することである。第2地形データは、盛土作業後に締め固められた地形を示す。第4の処理は、第1地形データと刃先位置データと第2地形データとから作業対象の圧縮率を決定することである。
 第3の態様は、作業車両であって、作業車両は、作業機とコントローラとを備える。コントローラは、作業機を制御する。コントローラは、以下の処理を行うようにプログラムされている。コントローラは、第1地形データを取得する。第1地形データは、盛土作業前の作業対象の地形を示す。コントローラは、刃先位置データを取得する。刃先位置データは、盛土作業中の作業機の刃先位置を示す。コントローラは、第2地形データを取得する。第2地形データは、盛土作業後に締め固められた地形を示す。コントローラは、第1地形データと刃先位置データと第2地形データとから作業対象の圧縮率を決定する。コントローラは、圧縮率に基づいて作業機を制御する。
 本発明によれば、盛土作業における作業対象の圧縮率を得ることができる。それにより、作業の仕上がりの品質を向上させることができると共に、作業の効率を向上させることができる。
実施形態に係る作業車両を示す側面図である。 作業車両の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。 作業車両の構成を示す模式図である。 設計面及び地形の一例を示す図である。 作業機の自動制御の処理を示すフローチャートである。 圧縮率を決定するための処理を示すフローチャートである。 第1地形と第2地形と刃先位置の軌跡の一例を示す図である。 刃先高さと積層厚さとの決定方法を示す図である。 マスク処理におけるデータの有効範囲の一例を示す図である。 圧縮率によって補正された目標設計面の一例を示す図である。 マスク処理におけるデータの有効範囲の他の例を示す図である。 他の実施形態に係る作業車両の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。 他の実施形態に係る作業車両の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。
 以下、実施形態に係る作業車両について、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1を示す側面図である。本実施形態に係る作業車両1は、ブルドーザである。作業車両1は、車体11と、走行装置12と、作業機13と、を備えている。
 車体11は、運転室14とエンジン室15とを有する。運転室14には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室15は、運転室14の前方に配置されている。走行装置12は、車体11の下部に取り付けられている。走行装置12は、左右一対の履帯16を有している。なお、図1では、左側の履帯16のみが図示されている。履帯16が回転することによって、作業車両1が走行する。作業車両1の走行は、自律走行、セミ自律走行、オペレータの操作による走行のいずれの形式であってもよい。
 作業機13は、車体11に取り付けられている。作業機13は、リフトフレーム17と、ブレード18と、リフトシリンダ19とを有する。リフトフレーム17は、車幅方向に延びる軸線Xを中心として上下に動作可能に車体11に取り付けられている。リフトフレーム17は、ブレード18を支持している。
 ブレード18は、車体11の前方に配置されている。ブレード18は、リフトフレーム17の上下動に伴って上下に移動する。リフトシリンダ19は、車体11とリフトフレーム17とに連結されている。リフトシリンダ19が伸縮することによって、リフトフレーム17は、軸線Xを中心として上下に回転する。
 図2は、作業車両1の駆動系2と制御システム3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2は、エンジン22と、油圧ポンプ23と、動力伝達装置24と、を備えている。
 油圧ポンプ23は、エンジン22によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ23から吐出された作動油は、リフトシリンダ19に供給される。なお、図2では、1つの油圧ポンプ23が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。
 動力伝達装置24は、エンジン22の駆動力を走行装置12に伝達する。動力伝達装置24は、例えば、HST(Hydro Static Transmission)であってもよい。或いは、動力伝達装置24は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。
 制御システム3は、操作装置25aと、コントローラ26と、制御弁27と、記憶装置28とを備える。操作装置25aは、作業機13及び走行装置12を操作するための装置である。操作装置25aは、運転室14に配置されている。操作装置25aは、作業機13及び走行装置12を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。操作装置25aは、例えば、操作レバー、ペダル、スイッチ等を含む。
 例えば、走行装置12用の操作装置25aは、前進位置と後進位置と中立位置とに操作可能に設けられる。操作装置25aの位置を示す操作信号は、コントローラ26に出力される。コントローラ26は、操作装置25aの操作位置が前進位置であるときには、作業車両1が前進するように、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御する。操作装置25aの操作位置が後進位置であるときには、コントローラ26は、作業車両1が後進するように、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御する。
 コントローラ26は、取得したデータに基づいて作業車両1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、例えばCPU等の処理装置(プロセッサ)を含む。コントローラ26は、操作装置25aから操作信号を取得する。コントローラ26は、操作信号に基づいて、制御弁27を制御する。
 制御弁27は、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、リフトシリンダ19などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ23との間に配置される。制御弁27は、油圧ポンプ23からリフトシリンダ19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、上述した操作装置25aの操作に応じてブレード18が動作するように、制御弁27への指令信号を生成する。これにより、リフトシリンダ19が、操作装置25a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。或いは、制御弁27は、電磁比例制御弁であってもよい。
 制御システム3は、リフトシリンダセンサ29を備える。リフトシリンダセンサ29は、リフトシリンダ19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。図3に示すように、コントローラ26は、リフトシリンダ長Lに基づいてブレード18のリフト角θliftを算出する。図3は、作業車両1の構成を示す模式図である。
 図3では、作業機13の原点位置が二点鎖線で示されている。作業機13の原点位置は、水平な地面上でブレード18の刃先が地面に接触した状態でのブレード18の位置である。リフト角θliftは、作業機13の原点位置からの角度である。
 図2に示すように、制御システム3は、位置センサ31を備えている。位置センサ31は、作業車両1の位置を測定する。位置センサ31は、GNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバ32と、IMU 33と、を備える。GNSSレシーバ32は、例えばGPS(Global Positioning System)用の受信機である。GNSSレシーバ32のアンテナは、運転室14上に配置される。GNSSレシーバ32は、衛星より測位信号を受信し、測位信号によりアンテナの位置を演算して車体位置データを生成する。コントローラ26は、GNSSレシーバ32から車体位置データを取得する。
 IMU 33は、慣性計測装置(Inertial Measurement Unit)である。IMU 33は、車体傾斜角データを取得する。車体傾斜角データは、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)を含む。コントローラ26は、IMU 33から車体傾斜角データを取得する。
 コントローラ26は、リフトシリンダ長Lと、車体位置データと、車体傾斜角データとから、刃先位置P0を演算する。図3に示すように、コントローラ26は、車体位置データに基づいて、GNSSレシーバ32のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、リフトシリンダ長Lに基づいて、リフト角θliftを算出する。コントローラ26は、リフト角θliftと車体寸法データに基づいて、GNSSレシーバ32に対する刃先位置P0のローカル座標を算出する。
 コントローラ26は、車体位置データから作業車両1の進行方向と車速とを算出する。車体寸法データは、記憶装置28に記憶されており、GNSSレシーバ32に対する作業機13の位置を示す。コントローラ26は、GNSSレシーバ32のグローバル座標と刃先位置P0のローカル座標と車体傾斜角データとに基づいて、刃先位置P0のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、刃先位置P0のグローバル座標を刃先位置データとして取得する。なお、ブレード18にGNSSレシーバが取り付けられることで、刃先位置P0が直接的に算出されてもよい。
 記憶装置28は、例えばメモリと補助記憶装置とを含む。記憶装置28は、例えば、RAM、或いはROMなどであってもよい。記憶装置28は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどであってもよい。記憶装置28は、非一時的な(non-transitory)コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置28は、プロセッサによって実行可能であり作業車両1を制御するためのコンピュータ指令を記録している。
 記憶装置28は、作業現場地形データを記憶している。作業現場地形データは、作業現場の現況の地形を示す。作業現場地形データは、例えば、三次元データ形式の地形測量図である。作業現場地形データは、例えば、航空レーザ測量で得ることができる。
 コントローラ26は、地形データを取得する。地形データは、作業現場の地形50を示す。地形50は、作業車両1の進行方向に沿う領域の地形である。地形データは、作業現場地形データと上述の位置センサ31から得られる作業車両1の位置と進行方向とからコントローラ26での演算により取得される。
 図4は、地形50の断面の一例を示す図である。図4に示すように、地形データは、複数の参照点P0-Pnでの地形50の高さを含む。詳細には、地形データは、作業車両1の進行方向において、複数の参照点P0-Pnでの地形50の高さZ0~Znを含む。複数の参照点P0-Pnは、所定間隔ごとに並んでいる。所定間隔は、例えば1mであるが、他の値であってもよい。
 なお、図4において、縦軸は、地形の高さを示しており、横軸は、作業車両1の進行方向における現在位置からの距離を示している。現在位置は、作業車両1の現在の刃先位置P0に基づいて定められる位置であってもよい。現在位置は、作業車両1の他の部分の現在位置に基づいて定められてもよい。
 記憶装置28は、設計面データを記憶している。設計面データは、作業機13の目標軌跡である複数の設計面60,70を示す。図4に示すように、設計面データは、地形データと同様に、複数の参照点P0-Pnでの設計面60,70の高さを含む。複数の設計面60,70は、最終設計面70と、最終設計面70以外の中間的な目標設計面60とを含む。
 最終設計面70は、作業現場の表面の最終的な目標形状である。最終設計面70は、例えば、三次元データ形式の土木施工図であり、記憶装置28に予め保存されている。なお、図4では、最終設計面70は、水平方向に平行な平坦な形状であるが、これと異なる形状であってもよい。
 目標設計面60の少なくとも一部は、最終設計面70と地形50との間に位置する。コントローラ26は、所望の目標設計面60を生成して、当該目標設計面60を示す設計面データを生成し、記憶装置28に保存することができる。
 コントローラ26は、地形データと、設計面データと、刃先位置データとに基づいて、作業機13を自動的に制御する。以下、コントローラ26によって実行される、作業機13の自動制御について説明する。図5は、作業機13の自動制御の処理を示すフローチャートである。
 図5に示すように、ステップS101では、コントローラ26は、現在位置データを取得する。現在位置データは、位置センサ31が測定した作業車両1の位置を示す。コントローラ26は、上述したように、現在位置データから、作業機13の現在の刃先位置P0を取得する。ステップS102では、コントローラ26は、設計面データを取得する。コントローラ26は、記憶装置28から設計面データを取得する。
 ステップS103では、コントローラ26は、第1地形データを取得する。コントローラ26は、作業現場地形データと作業車両1の位置と進行方向とから、現在の地形50を示す第1地形データを取得する。或いは、後述するように、コントローラ26は、作業車両1が地形50上を移動することで更新された地形50を示す第1地形データを取得する。
 ステップS104では、コントローラ26は、目標設計面を決定する。コントローラ26は、最終設計面70を示す設計面データと、地形データとから、最終設計面70と地形50との間に位置する目標設計面60を生成する。
 例えば、コントローラ26は、図4に示すように、地形50を、所定距離、鉛直方向に変位させた面を目標設計面60として決定する。コントローラ26は、目標設計面60の傾斜角が急である場合には、傾斜角が緩やかになるように、目標設計面60の一部を修正してもよい。
 ステップS105では、コントローラ26は、土の圧縮率に基づいて目標設計面60を補正する。土の圧縮率に基づく目標設計面60の補正については後に詳細に説明する。
 ステップS106では、コントローラ26は、作業機13を制御する。コントローラ26は、目標設計面60に従って作業機13を自動的に制御する。詳細には、コントローラ26は、目標設計面60に向ってブレード18の刃先位置P0が移動するように、作業機13への指令信号を生成する。生成された指令信号は、制御弁27に入力される。それにより、作業機13の刃先位置P0が目標設計面60に沿って移動する。
 例えば、目標設計面60が地形50よりも上方に位置するときには、作業機13によって地形50上に土が盛られる。また、目標設計面60が地形50よりも下方に位置するときには、作業機13によって地形50が掘削される。
 コントローラ26は、操作装置25aから作業機13を操作する信号が出力されたときに、作業機13の制御を開始してもよい。作業車両1の移動は、オペレータが操作装置25aを操作することによって手動で行われてもよい。或いは、作業車両1の移動は、コントローラ26からの指令信号によって自動的に行われてもよい。
 上記の処理は、作業車両1が前進しているときに実行される。例えば、走行装置12用の操作装置25aが前進位置であるときに、上記の処理が実行されて作業機13が自動的に制御される。作業車両1が後進すると、コントローラ26は、作業機13の制御を停止する。例えば、走行装置12用の操作装置25aが後進位置であるときに、コントローラ26は、作業機13の制御を停止する。その後、作業車両1が再び前進を開始すると、コントローラ26は、上述したステップS101からS106までの処理を再び行う。
 以上の処理により、盛土作業では、作業車両1が前進を開始し、作業機13の刃先位置が目標設計面60に沿って移動するように制御されることで、地形50上に土が層状に盛られる。そして、層状に盛られた土の上を作業車両1が走行することで、土が履帯16によって締め固められ、締め固められた土の層が形成される。作業車両1が後進を開始すると作業機13の制御が停止される。
 このように、作業車両1が前進を開始してから後進に切り換わるまでを1回の作業パスと呼ぶものとする。作業車両1が後進して作業開始位置まで戻り、再び作業車両1が前進を開始することで、次の作業パスが実行される。このような作業パスが繰り返されることで、例えば、窪んだ地形を埋めて、平坦な形状に形成することができる。
 次に、圧縮率による目標設計面60の補正について説明する。図6は、圧縮率を決定するための処理を示すフローチャートである。図6に示す処理は、1回の作業パス中に実行される処理である。
 図6に示すように、ステップS201では、コントローラ26は、刃先位置データを取得する。ここでは、図7に示すように、コントローラ26は、盛土作業中の複数の参照点P1-Pnでの刃先位置の高さを記録し、刃先位置の軌跡80を示す刃先位置データを取得する。
 ステップS202では、コントローラ26は、第2地形データを取得する。図7に示すように、第2地形データは、今回の作業パスでの盛土作業後に締め固められた地形50a(以下、「第2地形50a」と呼ぶ)を示す。なお、上述した第1地形データは、今回の作業パスでの盛土作業前の地形50b(以下、「第1地形50b」と呼ぶ)を示す。
 コントローラ26は、車体位置データと車体寸法データとから履帯16の底面の位置を算出する。コントローラ26は、図7に示すように、履帯16の底面の軌跡を示す位置データを第2地形データとして取得する。
 なお、履帯16の底面のうち、車両側面視で作業車両1の重心の直下に位置する部分の軌跡が第2地形データとして取得されることが好ましい。ただし、作業車両1の他の部分の軌跡が第2地形データとして取得されてもよい。
 ステップS203では、コントローラ26は、刃先高さを算出する。図8に示すように、コントローラ26は、各参照点Pkにおける刃先高さBk(k=1,2,...,n)を算出する。刃先高さBkは、第1地形50bから刃先位置の軌跡80までの高さを示す。すなわち、刃先高さBkは、今回の作業パスでの盛土作業前の地形50bから刃先位置の軌跡80までの高さを示し、今回の作業パスによって盛られた土の厚さを意味する。
 コントローラ26は、第1地形データと刃先位置データとから、複数の参照点P1-Pnにおける刃先高さを算出する。図8に示すように、コントローラ26は、第1地形データから参照点Pkにおける第1地形50bの高さH_AS1(k)を決定する。また、コントローラ26は、刃先位置データから参照点Pkにおける刃先位置の高さH_BL(k)を決定する。そして、コントローラ26は、刃先位置の高さH_BL(k)から第1地形50bの高さH_AS1(k)を減じることで、参照点Pkにおける刃先高さBkを決定する。
 ステップS204では、コントローラ26は、積層厚さを算出する。図8に示すように、コントローラ26は、各参照点Pkにおける積層厚さAk(k=1,2,...,n)を算出する。積層厚さAkは、第1地形50bから第2地形50aまでの高さを示す。すなわち、積層厚さAkは、今回の作業パスでの盛土作業前の地形50bから盛土作業後に締め固められた地形50aまでの高さを示し、刃先の通過後に締め固められた盛土の層の厚さを意味する。
 コントローラ26は、第1地形データと第2地形データとから、複数の参照点P1-Pnにおける積層厚さを算出する。図8に示すように、コントローラ26は、第2地形データから参照点Pkにおける第2地形50aの高さH_AS2(k) (k=1,2,...,n)を決定する。コントローラ26は、第2地形50aの高さH_AS2(k)から第1地形50bの高さH_AS1(k)を減じることで、参照点Pkにおける積層厚さAkを決定する。
 ステップS205では、コントローラ26は、マスク処理を行う。ここでは、コントローラ26は、各参照点Pkでの刃先高さBkと積層厚さAkとが、所定の有効範囲内に含まれるかを判定する。コントローラ26は、有効範囲内に含まれる刃先高さBkと積層厚さAkとを示すデータを圧縮率の決定のために用いる有効なデータとして決定する。
 図9はマスク処理の有効範囲を示す図である。図9において横軸は刃先高さBkを示し、縦軸は積層厚さAkを示している。図9においてハッチングを付した有効範囲に含まれる刃先高さBkと積層厚さAkとが有効なデータとして扱われる。有効範囲は、積層厚さAk >積層厚さの下限値Amin、且つ、刃先高さBk >刃先高さの下限値Bmin、且つ、刃先高さBk >積層厚さAkとなる範囲である。
 ステップS206では、コントローラ26は、各参照点Pkでの圧縮率を算出する。ここでは、コントローラ26は、ステップS205において有効と判定された刃先高さBk及び積層厚さAkのデータを用いて、圧縮率を算出する。コントローラ26は、以下の(1)式により、各参照点Pkでの圧縮率Rk [%]を算出する。
Rk = (Bk - Ak) / Bk * 100   (1)
 ステップS207では、コントローラ26は、今回の作業パスでの圧縮率を算出する。ここでは、コントローラ26は、今回の作業パス全体での圧縮率を決定する。コントローラ26は、有効なデータから算出した各参照点Pkでの圧縮率を用いて、今回の作業パスでの圧縮率を決定する。例えば、コントローラ26は、ステップS206において算出した各参照点Pkでの圧縮率の平均値を、今回の作業パスでの圧縮率として決定する。ただし、各参照点Pkでの圧縮率の平均値以外の値が今回の作業パスでの圧縮率として決定されてもよい。
 ステップS208では、コントローラ26は、更新された圧縮率を算出する。ここでは、コントローラ26は、前回の作業パスでの圧縮率と、今回の作業パスでの圧縮率とに基づいて、更新された圧縮率を算出する。すなわち、コントローラ26は、盛土作業の複数のパスごとに圧縮率の値を算出し、圧縮率の前回の値と今回の値とに基づいて圧縮率を更新する。例えば、コントローラ26は、圧縮率の前回の値と今回の値との平均値を、更新された圧縮率として決定する。それにより、作業パスが、複数回、実行されることで、圧縮率を徐々に更新することができ、圧縮率の急変が抑えられる。
 上述したステップS105では、コントローラ26は、更新された圧縮率によって、目標設計面60を補正する。例えば、図10において、“60”は、ステップS104においてコントローラ26が決定した初期の目標設計面60を示している。コントローラ26は、圧縮率に基づいて初期の目標設計面60を上昇させることで、補正された目標設計面を生成する。
 図10において、“60a”は、圧縮率が所定の値r1であるときの、補正された目標設計面を示す。“60b”は、圧縮率が所定の値r2(>r1)であるときの、補正された目標設計面を示す。図10に示すように、コントローラ26は、圧縮率が大きいほど、初期の目標設計面60に対して補正された目標設計面の位置を高くする。
 なお、1回の作業パスが終了すると、コントローラ26は、第2地形50aaを第1地形50bbとして更新する。そして、次の作業パスでは、コントローラ26は、更新された第1地形50bbを示す第1地形データによって、上述したステップS101からS106の処理を実行する。
 以上説明した、本実施形態に係る作業車両1の制御システム3によれば、目標設計面60が地形50よりも上方に位置するときには、目標設計面60に沿って作業機13を制御することで、土を薄く地形50上に盛ることができる。また、目標設計面60が地形50よりも下方に位置するときには、目標設計面60に沿って作業機13を制御することで、作業機13への負荷が過剰となることを抑えながら、掘削を行うことができる。それにより、作業の仕上がりの品質を向上させることができる。また、自動制御により、作業の効率を向上させることができる。
 コントローラ26は、第1地形データと刃先位置データと第2地形データとから土の圧縮率を決定し、圧縮率に基づいて目標設計面60を補正する。そのため、実際の土の圧縮率に合わせて目標設計面60を補正することができる。それにより、土の層を所望の厚さに容易に形成することができる。
 コントローラ26は、今回の作業パスでの圧縮率と前回の作業パスでの圧縮率とに基づいて、圧縮率を更新する。従って、作業パスを複数回繰り返すことで、精度の高い圧縮率を得ることができる。
 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1は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ、モータグレーダ等の他の車両であってもよい。作業車両1は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム3の一部は、作業車両1の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されてもよい。コントローラ26は、作業現場から離れたコントロールセンタ内に配置されてもよい。
 圧縮率の決定方法は、上述した方法に限らず、変更されてもよい。例えば、前回の作業パスでの圧縮率によらず、今回の作業パスの圧縮率のみによって圧縮率が更新されてもよい。マスク処理が変更されてもよい。例えば、図11に示すように、刃先高さBkの上限値Bmaxによって、有効範囲が規定されてもよい。積層厚さAkの上限値Amaxによって、有効範囲が規定されてもよい。或いは、マスク処理が省略されてもよい。
 コントローラ26は、目標設計面60に従って作業機13を制御するのではなく、目標設計面60を示すガイダンス画面をディスプレイに表示させてもよい。その場合、圧縮率によって補正された目標設計面60をガイダンス画面に表示することで、適切な目標設計面60をオペレータに提供することができる。
 コントローラ26は、互いに別体の複数のコントローラ26を有してもよい。例えば、図12に示すように、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されるリモートコントローラ261と、作業車両1に搭載される車載コントローラ262とを含んでもよい。リモートコントローラ261と車載コントローラ262とは通信装置38,39を介して無線により通信可能であってもよい。そして、上述したコントローラ26の機能の一部がリモートコントローラ261によって実行され、残りの機能が車載コントローラ262によって実行されてもよい。例えば、目標設計面60を決定する処理がリモートコントローラ261によって実行され、作業機13への指令信号を出力する処理が車載コントローラ262によって実行されてもよい。
 操作装置25aは、作業車両1の外部に配置されてもよい。その場合、運転室は、作業車両1から省略されてもよい。或いは、操作装置25aが作業車両1から省略されてもよい。操作装置25aによる操作無しで、コントローラ26による自動制御のみによって作業車両1が操作されてもよい。
 地形50は、上述した位置センサ31に限らず、他の装置によって取得されてもよい。例えば、図13に示すように、外部の装置からのデータを受け付けるインターフェ-ス装置37によって地形50が取得されてもよい。インターフェ-ス装置37は、外部の計測装置40が計測した地形データを無線によって受信してもよい。
 外部の計測装置として、例えば、航空レーザ測量を用いてよい。或いは、カメラによって地形50を撮影し、カメラによって得られた画像データから地形データが生成されてもよい。例えば、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)による空撮測量を用いてよい。或いは、インターフェ-ス装置37は、記録媒体の読み取り装置であって、外部の計測装置40が計測した地形データを記録媒体を介して受け付けてもよい。
 第2地形データは、作業車両1以外の車両、例えばローラー車などによって締め固められた地形50を示すデータであってもよい。その場合、第2地形データは、ローラー車に搭載された位置センサによって取得されてもよい。或いは、第2地形データは、外部の計測装置によって取得されてもよい。
 本発明によれば、効率良く、且つ、仕上がりの品質の良い盛土作業を行うことができる作業車両の制御システム、方法、及び作業車両を提供することができる。
1     作業車両
3     制御システム
13    作業機
26    コントローラ

Claims (18)

  1.  作業機を有する作業車両の制御システムであって、
     コントローラと、
    を備え、
     前記コントローラは、
      盛土作業前の作業対象の地形を示す第1地形データを取得し、
      前記盛土作業中の前記作業機の刃先位置を示す刃先位置データを取得し、
      前記盛土作業後に締め固められた地形を示す第2地形データを取得し、
      前記第1地形データと前記刃先位置データと前記第2地形データとから前記作業対象の圧縮率を決定する、
    作業車両の制御システム。
  2.  前記コントローラは、
      前記作業車両の進路上の複数の参照点において、前記第1地形データと前記刃先位置データとから、前記盛土作業前の地形から前記刃先位置までの高さを示す刃先高さを決定し、
      複数の前記参照点において、前記第1地形データと前記第2地形データとから盛土の積層厚さを決定し、
      複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率を決定する、
    請求項1に記載の作業車両の制御システム。
  3.  前記コントローラは、
      複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとが、所定の有効範囲内に含まれるかを判定し、
      前記有効範囲内に含まれる前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率を決定する、
    請求項2に記載の作業車両の制御システム。
  4.  前記コントローラは、
      前記盛土作業の複数の作業パスごとに前記圧縮率の値を算出し、
      前記圧縮率の前回の値と今回の値とに基づいて前記圧縮率を更新する、
    請求項1に記載の作業車両の制御システム。
  5.  前記コントローラは、
      目標設計面を決定し、
      前記圧縮率によって前記目標設計面を補正する、
    請求項1に記載の作業車両の制御システム。
  6.  前記コントローラは、前記圧縮率が大きいほど前記目標設計面を上昇させることで前記目標設計面を補正する、
    請求項5に記載の作業車両の制御システム。
  7.  作業車両の作業機によって盛土作業が施される作業対象の圧縮率を決定するためにコントローラによって実行される方法であって、
     前記盛土作業前の前記作業対象の地形を示す第1地形データを取得することと、
     前記盛土作業中の前記作業機の刃先位置を示す刃先位置データを取得することと、
     前記盛土作業後に締め固められた地形を示す第2地形データを取得することと、
     前記第1地形データと前記刃先位置データと前記第2地形データとから前記作業対象の圧縮率を決定すること、
    を備える方法。
  8.  前記作業車両の進路上の複数の参照点において、前記第1地形データと前記刃先位置データとから、前記盛土作業前の地形から前記刃先位置までの高さを示す刃先高さを決定することと、
     複数の前記参照点において、前記第1地形データと前記第2地形データとから盛土の積層厚さを決定することと、
    をさらに備え、
     前記圧縮率は、複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから決定される、
    請求項7に記載の方法。
  9.  複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとが、所定の有効範囲内に含まれるかを判定することをさらに備え、
     前記有効範囲内に含まれる前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率が決定される、
    請求項8に記載の方法。
  10.  前記盛土作業の複数の作業パスごとに前記圧縮率の値が算出され、
     前記圧縮率の前回の値と今回の値とに基づいて前記圧縮率を更新することをさらに備える、
    請求項7に記載の方法。
  11.  目標設計面を決定することと、
     前記圧縮率によって前記目標設計面を補正することをさらに備える、
    請求項7に記載の方法。
  12.  前記圧縮率が大きいほど前記目標設計面を上昇させることで前記目標設計面が補正される、
    請求項11に記載の方法。
  13.  作業機と、
     前記作業機を制御するコントローラと、
    を備え、
     前記コントローラは、
      盛土作業前の作業対象の地形を示す第1地形データを取得し、
      前記盛土作業中の前記作業機の刃先位置を示す刃先位置データを取得し、
      前記盛土作業後に締め固められた地形を示す第2地形データを取得し、
      前記第1地形データと前記刃先位置データと前記第2地形データとから前記作業対象の圧縮率を決定し、
     前記圧縮率に基づいて前記作業機を制御する、
    作業車両。
  14.  前記コントローラは、
      前記作業車両の進路上の複数の参照点において、前記第1地形データと前記刃先位置データとから、前記盛土作業前の地形から前記刃先位置までの高さを示す刃先高さを決定し、
      複数の前記参照点において、前記第1地形データと前記第2地形データとから盛土の積層厚さを決定し、
      複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率を決定する、
    請求項13に記載の作業車両。
  15.  前記コントローラは、
      複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとが、所定の有効範囲内に含まれるかを判定し、
      前記有効範囲内に含まれる前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率を決定する、
    請求項14に記載の作業車両。
  16.  前記コントローラは、
      前記盛土作業の複数の作業パスごとに前記圧縮率の値を算出し、
      前記圧縮率の前回の値と今回の値とに基づいて前記圧縮率を更新する、
    請求項13に記載の作業車両。
  17.  前記コントローラは、
      目標設計面を決定し、
      前記圧縮率によって前記目標設計面を補正する、
    請求項13に記載の作業車両。
  18.  前記コントローラは、前記圧縮率が大きいほど前記目標設計面を上昇させることで前記目標設計面を補正する、
    請求項17に記載の作業車両。
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