WO2019187793A1 - 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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WO2019187793A1
WO2019187793A1 PCT/JP2019/006037 JP2019006037W WO2019187793A1 WO 2019187793 A1 WO2019187793 A1 WO 2019187793A1 JP 2019006037 W JP2019006037 W JP 2019006037W WO 2019187793 A1 WO2019187793 A1 WO 2019187793A1
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target
controller
end position
work vehicle
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志尚 ▲高▼岡
一樹 久禮
Original Assignee
株式会社小松製作所
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    • E02F3/80—Component parts
    • E02F3/84—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems
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    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
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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)
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions

Definitions

  • the present invention relates to a work vehicle control system, method, and work vehicle.
  • the controller presets a target profile for the work machine to move on the work site from the topography of the work site.
  • the controller starts excavation from the start position on the current terrain at the work site, and operates the work machine according to the target profile.
  • the work implement may leave the target profile before reaching the target end position. In that case, if the work is continued as it is, irregularities will be created in the terrain, and work efficiency will be reduced.
  • a large load may be applied to the work vehicle due to factors such as topography or soil hardness, and the traveling device of the work vehicle may slip excessively. In this case, the work is re-executed, and the work efficiency is lowered. Alternatively, even when the load applied to the work vehicle is excessive, an unnecessary margin is generated in the capacity of the vehicle, so that work efficiency is lowered.
  • the purpose of the present invention is to solve the above problems.
  • the first aspect is a control system for a work vehicle having a work machine, and includes a controller.
  • the controller is programmed to perform the following processing.
  • the controller determines a target design landform indicating the target locus of the work implement. At least part of the target design terrain is located below the current terrain.
  • the controller acquires an end position and a target distance of work by the work vehicle.
  • the controller determines a target distance and a point away from the end position as the start position.
  • the controller starts work from the start position to the end position, and generates a command signal for operating the work implement according to the target design landform.
  • the controller corrects the target distance based on the result of the work.
  • the second mode is a control system for a work vehicle having a work machine, and includes a controller.
  • the controller is programmed to perform the following processing.
  • the controller determines a target design terrain that is at least partially below the current terrain and that indicates a target trajectory of the work implement.
  • the controller acquires the end position of the work by the work vehicle and the target soil amount.
  • the controller determines a point separated from the end position by the target soil amount as the start position.
  • the controller starts work from the start position to the end position, and generates a command signal for operating the work implement according to the target design landform.
  • the controller corrects the target soil volume based on the result of the work.
  • the third aspect is a work vehicle control system having a traveling device and a work implement, and includes a controller.
  • the controller is programmed to perform the following processing.
  • the controller determines a target design landform indicating the target locus of the work implement. At least a part of the target design terrain is located below the current terrain.
  • the controller acquires an end position and a target distance of work by the work vehicle.
  • the controller determines a target distance and a point away from the end position as the start position.
  • the controller starts work from the start position to the end position, and generates a command signal for operating the work implement according to the target design landform.
  • a controller acquires the load parameter which shows the magnitude
  • the controller corrects the target distance according to the load parameter.
  • the target distance is corrected based on the result of the work.
  • the target soil volume is corrected based on the result of the work. Therefore, it is possible to prevent the work machine from leaving the target design landform before reaching the end position by correcting the work start position. Or it can suppress that the unnecessary margin arises in the capability of a vehicle. Thereby, a reduction in work efficiency can be suppressed.
  • the target distance is corrected according to the load parameter. Therefore, it is possible to suppress an excessive load on the traveling device by correcting the work start position. Or it can prevent that the load concerning a work vehicle becomes too small, and can suppress that the unnecessary margin arises in the capability of a vehicle. Thereby, a reduction in work efficiency can be suppressed.
  • FIG. 6 is a flowchart showing processing of a start position correcting method according to a second embodiment. It is a figure which shows the correction method of a starting position. It is a figure which shows the correction method of a starting position.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration according to a first modification of the control system.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration according to a second modification of the control system. It is a figure which shows the modification of target design topography.
  • FIG. 6 is a view showing a modification of the start position correcting method according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing a modification of the start position correcting method according to the first embodiment. It is a figure which shows the modification of a starting position and the remaining distance. It is a figure which shows the modification of a start position and an end position.
  • 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 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 frame 17 may be attached to the traveling device 12.
  • 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 input device 25, a controller 26, a storage device 28, and a control valve 27.
  • the input device 25 is disposed in the cab 14.
  • the input device 25 is a device for setting automatic control of the work vehicle 1 described later.
  • the input device 25 receives an operation by the operator and outputs an operation signal corresponding to the operation.
  • the operation signal of the input device 25 is output to the controller 26.
  • the input device 25 includes, for example, a touch panel display. However, the input device 25 is not limited to a touch panel, and may include a hardware key.
  • the input device 25 may be arranged at a place (for example, a control center) away from the work vehicle 1. The operator may operate the work vehicle 1 from the input device 25 in the control center via wireless communication.
  • 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 input device 25.
  • the controller 26 is not limited to being integrated, and may be divided into a plurality of controllers.
  • the controller 26 controls the traveling device 12 or the power transmission device 24 to cause the work vehicle 1 to travel.
  • the controller 26 moves the blade 18 up and down by controlling the control valve 27.
  • 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. Thereby, the lift cylinder 19 is controlled.
  • 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 work machine sensor 29.
  • the work machine sensor 29 detects the position of the work machine 13, and outputs a work machine position signal indicating the position of the work machine 13.
  • the work machine sensor 29 may be a displacement sensor that detects the displacement of the work machine 13.
  • the work machine sensor 29 detects the stroke length of the lift cylinder 19 (hereinafter referred to as “lift cylinder length L”).
  • lift cylinder length L the stroke length of the lift cylinder 19
  • the controller 26 calculates the lift angle ⁇ lift of the blade 18 based on the lift cylinder length L.
  • the work machine sensor 29 may be a rotation sensor that directly detects the rotation angle of the work machine 13.
  • the control system 3 includes an output sensor 34 that measures the output of the power transmission device 24.
  • the output sensor 34 may be a pressure sensor that detects the drive hydraulic pressure of the hydraulic motor.
  • the output sensor 34 may be a rotation sensor that detects the output rotation speed of the hydraulic motor.
  • the output sensor 34 may be a rotation sensor that detects the output rotation speed of the power transmission device 24.
  • a detection signal indicating the detection value of the output sensor 34 is output to the controller 26.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the work vehicle 1.
  • the reference position of the work machine 13 is indicated by a two-dot chain line.
  • the reference 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 reference 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).
  • 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 controller 26 obtains the traveling direction and the vehicle speed of the work vehicle 1 from the vehicle body position data.
  • the vehicle body position data may not be the antenna position data.
  • the vehicle body position data may be data indicating the position of an arbitrary place where the positional relationship with the antenna is fixed in the work vehicle 1 or in the vicinity of the work vehicle 1.
  • 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 PB 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 PB with respect to the GNSS receiver 32 based on the lift angle ⁇ lift and the vehicle body dimension 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 PB based on the global coordinates of the GNSS receiver 32, the local coordinates of the cutting edge position PB, and the vehicle body inclination angle data.
  • the controller 26 acquires the global coordinates of the cutting edge position PB as cutting edge position data.
  • 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 design terrain data and work site terrain data.
  • the designed terrain data indicates the final designed terrain.
  • the final design terrain is the final target shape of the worksite surface.
  • the design terrain data is, for example, a civil engineering construction diagram in a three-dimensional data format.
  • the work site topographic data indicates a wide area topography of the work site.
  • the work site topographic data is, for example, a current topographic survey map in a three-dimensional data format.
  • Work site topographic data can be obtained, for example, by aviation laser surveying.
  • Controller 26 obtains current terrain data.
  • Current terrain data indicates the current terrain at the work site.
  • the current topography of the work site is the topography of the area along the traveling direction of the work vehicle 1.
  • the current 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.
  • the current terrain data may be obtained from distance measurement of the current terrain by an on-board lidar (LIDAR: Laser Imaging Detection and Ranging) or the like.
  • LIDAR Laser Imaging Detection and Ranging
  • the controller 26 automatically controls the work machine 13 based on the current terrain data, the design terrain data, and the blade edge position data.
  • the automatic control of the work machine 13 may be semi-automatic control performed in combination with a manual operation by an operator.
  • the automatic control of the work machine 13 may be a fully automatic control performed without a manual operation by an operator.
  • the traveling of the work vehicle 1 may be automatically controlled by the controller 26.
  • the traveling control of the work vehicle 1 may be fully automatic control that is performed without manual operation by an operator.
  • the traveling control may be semi-automatic control performed in combination with a manual operation by an operator.
  • the traveling of the work vehicle 1 may be performed manually by an operator.
  • FIG. 4 is a flowchart showing automatic control processing.
  • step S101 the controller 26 acquires current position data.
  • the controller 26 acquires the current cutting edge position PB of the blade 18 as described above.
  • step S102 the controller 26 acquires design terrain data.
  • the plurality of reference points Pn indicate a plurality of points at predetermined intervals along the traveling direction of the work vehicle 1.
  • the plurality of reference points Pn are on the traveling path of the blade 18.
  • the final design landform 60 has a flat shape parallel to the horizontal direction, but may have a different shape.
  • step S103 the controller 26 acquires the current terrain data.
  • the controller 26 obtains the current terrain data by calculation from the work site terrain data obtained from the storage device 28 and the vehicle body position data and the traveling direction data obtained from the position sensor 31.
  • Current terrain data is information indicating the terrain located in the traveling direction of the work vehicle 1.
  • FIG. 5 shows a cross section of the current terrain 50.
  • 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 terrain data includes the height Zn of the current terrain 50 at a plurality of reference points Pn from the current position to a predetermined terrain recognition distance dA in the traveling direction of the work vehicle 1.
  • the current position is a position determined based on the current cutting edge position PB 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 plurality of reference points are arranged at a predetermined interval, for example, every 1 m.
  • step S104 the controller 26 acquires work range data.
  • the work range data indicates a work range set by the input device 25. As shown in FIG. 5, the work range includes a start end and a termination end.
  • the work range data includes the coordinates of the start end and the coordinates of the end.
  • the work range data may include the start end coordinates and the work range length, and the end coordinates may be calculated from the start end coordinates and the work range length.
  • the work range data may include the end coordinates and the work range length, and the start end coordinates may be calculated from the end coordinates and the work range length.
  • the controller 26 acquires work range data based on an operation signal from the input device 25.
  • the controller 26 may acquire the work range data by other methods.
  • the controller 26 may acquire work range data from an external computer that performs construction management at the work site.
  • step S105 the controller 26 determines target design landform data.
  • the target design landform data indicates the target design landform 70 indicated by a broken line in FIG.
  • the target design landform 70 indicates a desired trajectory of the cutting edge of the blade 18 in the operation, that is, a target trajectory.
  • the target design terrain 70 is a target profile of the terrain that is a work target, and indicates a desired shape as a result of excavation work.
  • the controller 26 determines a target design landform 70 that is at least partially located below the current landform 50. For example, the controller 26 determines a target design terrain 70 that extends in the horizontal direction. The controller 26 generates a target design landform 70 that is displaced downward by a predetermined distance dZ from the current landform 50.
  • the predetermined distance dZ may be set based on an operation signal from the input device 25. The predetermined distance dZ may be acquired from an external computer that performs construction management at the work site. The predetermined distance dZ may be a fixed value.
  • controller 26 determines the target design landform 70 so as not to cross the final design landform 60 downward. Accordingly, the controller 26 determines the target design landform 70 that is located at least the final design landform 60 and below the current landform 50 during excavation work.
  • step S106 the controller 26 acquires target distance data.
  • the controller 26 performs excavation according to the target design landform 70 for each of the plurality of cuts 71-73 arranged in the traveling direction of the work vehicle 1. In FIG. 6, only a part of a plurality of cuts within the work range is shown.
  • the target distance data indicates the target distance L1 between the excavation start position and the end position of each cut 71-73.
  • the target distance L1 may be a constant value set in advance.
  • the target distance L1 may be set by an operator using the input device 25.
  • the target distance L1 may be determined by the controller 26 based on a predetermined parameter.
  • the predetermined parameter may be a target soil amount.
  • the target soil volume may be determined from the mechanical capacity of the work vehicle 1 such as the capacity of the blade 18.
  • step S107 the controller 26 determines the work order.
  • the controller 26 determines the work start position and the work order of each cut 71-73 within the work range in the target design landform 70.
  • the controller acquires the end position of the work performed by the work implement 13, and determines a point away from the end position by the target distance L1 as the start position. Also, the next end position is acquired, and the corrected target distance L1 and a point away from the next end position are determined as the next start position.
  • the controller 26 determines the end position of the work range as the first end position.
  • the controller 26 determines a position separated by the target distance L1 from the first end position to the start end side as the first start position Ps1.
  • the controller 26 determines the first start position Ps1 as the second end position, and determines a position separated by the target distance L1 from the second end position to the start end side as the second start position Ps2.
  • the controller 26 determines the second start position Ps2 as the third end position, and determines the position separated by the target distance L1 from the third end position to the start end side as the third start position Ps3.
  • the controller 26 determines a plurality of start positions within the work range, and determines the work order so that excavation is performed in order from the closest to the end.
  • step S108 the controller 26 controls the blade 18 toward the target design landform 70.
  • the controller 26 starts work by the work machine from the start position determined in step S107 to the end position, and sends the cutting edge position of the blade 18 to the work machine 13 so as to move according to the target design landform 70 created in step S105.
  • Command signal is generated.
  • the generated command signal is input to the control valve 27.
  • the blade tip position PB of the blade 18 moves from the start position toward the target design landform 70.
  • the work includes the work of starting excavating the topsoil with the blade 18 from the start position and taking the blade 18 out of the topsoil at the end position.
  • the controller 26 moves the work vehicle 1 to the second start position Ps2, and when excavation of the cut 72 for excavation of the next cut 72 is completed The controller 26 moves the work vehicle 1 to the third start position Ps3 and excavates the next cut 73. By repeating these operations, excavation of one target design landform 70 is completed within the operation range.
  • the controller 26 determines the start position and the work sequence of each cut for the next target design terrain 70 located further downward, and each cut Start drilling. By repeating such processing, excavation is performed so that the current terrain 50 approaches the final design terrain 60.
  • step S109 the controller 26 updates the work site topographic data.
  • the controller 26 updates the work site topographic data with position data indicating the latest locus of the blade edge position PB.
  • the update of the work site topographic data may be performed at any time.
  • the controller 26 may calculate the position of the bottom surface of the crawler belt 16 from the vehicle body position data and the vehicle body dimension data, and update the work site topographic data with the position data indicating the locus of the bottom surface of the crawler belt 16. In this case, the work site topographic data can be updated immediately.
  • the work site topographic data may be generated from survey data measured by a surveying device outside the work vehicle 1.
  • a surveying device for example, an aviation laser surveying may be used.
  • the current terrain 50 may be captured by a camera, and work site terrain data may be generated from image data obtained by the camera.
  • aerial surveying by UAV Unmanned Aerial Vehicle
  • the work site topographic data may be updated at predetermined intervals or at any time.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a process for correcting the start position according to the first embodiment.
  • a predetermined load is applied to the work machine 13 before the cutting edge of the blade 18 reaches the end position, and the work machine 13 is released to release the load. Due to the load control to be raised, the target design terrain 70 may be separated. Implementing load control in order to release the load during excavation work is an example of the result of the work.
  • the controller 26 can determine whether or not the work machine 13 has left the target design landform 70 based on whether or not load control has been performed. In such a case, the controller 26 executes the process shown in FIG.
  • step S201 the controller 26 calculates the remaining distance Lx of the remaining soil.
  • the remaining distance Lx is the distance from the point Px where the cutting edge of the blade 18 is away from the target design landform 70 to the end position.
  • the presence of the remaining soil may be detected by detection means such as a laser or a stereo camera, or may be detected by comparing the current terrain 50 of the controller 26 with the result of the trajectory on which the work machine 13 is operated.
  • the presence of the remaining soil may be detected based on the result of the traveling track of the crawler belt 16.
  • the existence result of the remaining soil is an example of the result of the work.
  • the controller 26 can determine whether or not the work machine has moved away from the target design landform based on the determination result of the presence of remaining soil.
  • step S202 the controller 26 determines whether the remaining distance Lx is greater than a predetermined distance threshold.
  • the distance threshold may be a constant value set in advance in consideration of work efficiency.
  • the distance threshold may be set by an operator using the input device 25.
  • step S203 the controller 26 corrects the target distance L1 to be shorter. As shown in FIG. 9, the controller 26 corrects the target distance from L1 to L1 '.
  • the target distance decrease dL1 from L1 to L1 ' may be a constant value.
  • the decrease dL1 of the target distance may be determined by the controller 26 according to the length of the remaining distance Lx. That is, the controller 26 may shorten the target distance L1 as the remaining distance Lx increases.
  • step S204 the controller 26 corrects the start position. As shown in FIG. 9, the controller 26 determines a corrected target distance L1 'and a position away from the end position as the corrected first start position Ps1' from the start position to the start end side. The controller 26 determines a position closer to the end than the initial first start position Ps1 as the corrected first start position Ps1 '.
  • the controller 26 determines the corrected first start position Ps1 ′ as the second end position, and corrects the corrected target distance L1 ′ and the position away from the second end position to the start end side.
  • the second start position Ps2 ′ is determined.
  • the controller 26 determines the corrected second start position Ps2 ′ as the third end position, and corrects the corrected target distance L1 ′ and the position away from the third end position to the start end side.
  • the third start position Ps3 ′ is determined.
  • the controller 26 corrects a plurality of start positions within the work range.
  • the controller 26 starts work by the work machine 13 from the corrected start position toward the end position, and in the same manner as Step S108 described above, the blade tip position of the blade 18 moves according to the target design landform 70. A command signal to the work machine 13 is generated.
  • step S202 when the remaining distance Lx is equal to or smaller than the predetermined distance threshold, the start position in step S203 is not corrected. In that case, the controller 26 performs excavation of each cut according to the initially determined work order.
  • the controller 26 performs the same processing as described above. May be executed.
  • the target distance L1 is shortened.
  • the target distance L1 is corrected.
  • the work start position is corrected, so that the work implement 13 can be prevented from leaving the target design landform 70 before reaching the end position. Thereby, a reduction in work efficiency can be suppressed.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a process for correcting the start position according to the second embodiment.
  • the controller 26 acquires a slip parameter.
  • the slip parameter indicates the magnitude of slip of the crawler belt 16 of the traveling device 12. As the degree of slip increases, the slip parameter increases.
  • the controller 26 calculates the slip parameter Rs (%) from the following equation (1).
  • Rs (1-Va / Vt) ⁇ 100
  • Va is the actual vehicle speed of the work vehicle 1.
  • the controller 26 calculates the actual vehicle speed Va from the position data of the work vehicle 1 obtained from the position sensor 31.
  • Vt is the theoretical vehicle speed of the work vehicle 1.
  • the theoretical vehicle speed Vt is an estimated value of the vehicle speed of the work vehicle 1 in a state where no slip occurs.
  • the controller 26 calculates the theoretical vehicle speed Vt from the detection value from the output sensor 34.
  • the method of acquiring the slip parameter is not limited to the above, and may be changed.
  • the slip parameter only needs to change according to the degree of slip, and is not limited to the above (1).
  • step S302 the controller 26 determines whether the slip parameter is larger than a predetermined first threshold value.
  • the first threshold may be a constant value set in advance in consideration of work efficiency.
  • the first threshold value may be set by an operator using the input device 25.
  • step S303 the controller 26 corrects the target distance L2 to be shorter.
  • the controller 26 corrects the target distance L2 from the initial value L2 to L2 '.
  • the target distance decrease dL2 from L2 to L2 ' may be a constant value.
  • the decrease dL2 of the target distance L1 may be determined by the controller 26 according to the slip parameter. That is, the controller 26 may shorten the target distance L2 as the slip parameter increases.
  • step S304 the controller 26 corrects the start position. As shown in FIG. 11, the controller 26 determines a corrected target distance L2 'and a position away from the end position as the corrected first start position Ps1' from the start position to the start end side. The controller 26 determines a position closer to the end than the initial first start position Ps1 as the corrected first start position Ps1 '. Since the other start position correction and the control of the work machine 13 based on the corrected start position are the same as those in the first embodiment described above, detailed description thereof is omitted.
  • step S302 when the slip parameter is equal to or smaller than the first threshold value, the process proceeds to step S305.
  • step S305 it is determined whether the slip parameter is smaller than the second threshold value.
  • the second threshold is a value smaller than the first threshold.
  • the second threshold may be a constant value set in advance in consideration of work efficiency.
  • the second threshold value may be set by the operator using the input device 25.
  • step S306 the controller 26 corrects the target distance L2 to be longer. As shown in FIG. 12, the controller 26 corrects the target distance from the initial value L2 to L2 ′′.
  • the target distance increment dL3 from L2 to L2 ′′ may be a constant value.
  • the target distance increment dL3 may be determined by the controller 26 depending on the slip parameter. That is, the controller 26 may modify the target distance L2 so as to increase as the slip parameter decreases.
  • the controller 26 corrects the start position in step S304. As shown in FIG. 12, the controller 26 determines a corrected target distance L1 'and a position away from the end position as the corrected first start position Ps1' from the start position to the start end side. When the slip parameter is smaller than the second threshold value, the controller 26 determines a position farther from the end than the initial first start position as the corrected first start position Ps1 '. Since the other start position correction and the control of the work machine 13 based on the corrected start position are the same as those in the first embodiment described above, detailed description thereof is omitted.
  • step S305 when the slip parameter is greater than or equal to the second threshold, the start position in step S304 is not corrected. In that case, the controller 26 performs excavation of each cut according to the initially determined work order.
  • the target distance L2 is corrected according to the slip parameter. Specifically, when the slip parameter is larger than the first threshold, the target distance L2 is corrected to be shorter. Therefore, it is possible to suppress the traveling device 12 from slipping excessively. Thereby, a reduction in work efficiency can be suppressed. Further, when the slip parameter is smaller than the second threshold value, the target distance L2 is corrected to become longer. The state in which the traveling device 12 is slightly slipped due to a corresponding load acting on the work vehicle 1 is the state in which the work efficiency is the best. Therefore, when the slip parameter is smaller than the second threshold, it is possible to prevent the load on the work vehicle 1 from becoming too small by increasing the target distance L2, and to create an unnecessary margin in the capacity of the work vehicle 1. Can be suppressed. Thereby, a reduction in work efficiency can be suppressed.
  • Work vehicle 1 is not limited to a bulldozer, but may be another vehicle such as a wheel loader, a motor grader, or a hydraulic excavator.
  • 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 work vehicle 1 may be a vehicle that does not include the cab 14.
  • Work vehicle 1 may be a vehicle driven by an electric motor.
  • the power source may be arranged outside the work vehicle 1.
  • the work vehicle 1 to which power is supplied from the outside may be a vehicle that does not include an internal combustion engine and an engine room.
  • 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 target design landform 70 and the process of determining the work order 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 input device 25 may be arranged outside the work vehicle 1. In that case, the cab may be omitted from the work vehicle 1. Alternatively, the input device 25 may be omitted from the work vehicle 1.
  • the input device 25 may include an operation element such as an operation lever, a pedal, or a switch for operating the traveling device 12 and / or the work implement 13. Depending on the operation of the input device 25, traveling of the work vehicle 1 such as forward and reverse may be controlled. Depending on the operation of the input device 25, operations such as raising and lowering of the work machine 13 may be controlled.
  • the current landform 50 is not limited to the position sensor 31 described above, and may be acquired by another device.
  • the current landform 50 may be acquired by the interface device 37 that receives data from an external device.
  • the interface device 37 may receive the current terrain data measured by the external measuring device 41 by radio.
  • the interface device 37 may be a recording medium reading device, and may receive the current landform data measured by the external measuring device 41 via the recording medium.
  • the method for determining the target design landform 70 is not limited to that of the above embodiment, and may be changed.
  • the target design landform 70 may be obtained by displacing the current landform 50 by a predetermined distance in the vertical direction.
  • the target design landform 70 may be inclined at a predetermined angle with respect to the horizontal direction.
  • the predetermined angle may be set by an operator.
  • the controller 26 may automatically determine the predetermined angle.
  • the start position correction method is not limited to that of the above embodiment, and may be changed.
  • the process of step S202 may be omitted.
  • the process of step S302 may be omitted.
  • the target distance L1 is corrected to be shorter based on the remaining distance Lx.
  • the controller 26 may correct the target distance L1 to be longer based on the remaining distance Lx.
  • the controller 26 may correct the target distance L1 to be longer when the remaining distance Lx is zero.
  • the target distance L1 is corrected based on the remaining distance Lx.
  • the remaining distance Lx is the distance from the point Px where the cutting edge of the blade 18 is away from the target design landform 70 to the end position.
  • the controller 26 may correct the target distance L1 based on the remaining soil distance indicating the degree of remaining soil up to the end position, and the remaining soil distance is not limited to the remaining distance Lx.
  • the remaining soil distance may be a distance from the position where the blade tip of the blade 18 comes out on the current landform 50 to the end position.
  • the controller 26 may correct the target distance L1 based on the amount of remaining soil indicating the degree of remaining soil up to the end position.
  • the controller 26 may determine a plurality of start positions after the next start position based on the target distance L1 'when the corrected target distance L1' is determined. Alternatively, the controller 26 may determine only the next start position based on the target distance L1 'when the corrected target distance L1' is determined. That is, only the next target distance L1 'may be determined each time excavation from each start position is performed. In that case, every time excavation from each start position is performed, the next target distance L1 'may be different.
  • the controller 26 may calculate the remaining soil amount V1 and correct the next start position in consideration of the remaining soil amount V1. For example, the controller 26 may correct the next start position so that the remaining soil amount is less than V1 in the next operation. If the controller 26 determines the next start position based on the target soil volume, the controller 26 may correct the next start position based on the soil volume obtained by subtracting the remaining soil volume V1 from the target soil volume. Good. The controller 26 may correct the target soil amount based on the remaining soil distance indicating the degree of remaining soil up to the end position.
  • the controller 26 may calculate the excavated soil volume V2 and correct the next start position so that the next excavation can be performed with the soil volume equivalent to the excavated soil volume V2.
  • the excavated soil volume V2 when the soil remains can be regarded as the maximum excavated soil volume of the work vehicle 1 in the work situation. Therefore, as described above, the work efficiency can be improved by correcting the next start position in accordance with the excavated soil volume V2.
  • the controller 26 may set the excavated soil volume V2 when the remaining soil is generated as a target soil volume after the next time, and correct the next start position based on the corrected target soil volume. Further, the controller 26 may correct the next start position using the remaining soil volume V1 and the excavated soil volume V2 so that no remaining soil is generated and excavation can be performed with the maximum excavated soil volume of the work vehicle 1.
  • the controller 26 may be modified to increase the target distance L1 when the work machine 13 reaches the end position without leaving the target design landform 70.
  • the controller 26 corrects the target distance from L1 to L1 '' larger than L1 when the work machine 13 reaches the end position without leaving the target design landform 70. Good.
  • the controller 26 may determine a corrected target distance L1 ′′ and a position away from the end position as the corrected first start position Ps1 ′′ from the end position to the start end side.
  • the controller 26 may determine a position farther from the end than the initial first start position Ps1 as the corrected first start position Ps1 ′′.
  • the controller 26 determines the corrected first start position Ps1 '' as the second end position, and corrects the corrected target distance L1 '' and the position away from the second end position to the start end side.
  • the determined second start position Ps2 ′′ may be determined.
  • the controller 26 may correct a plurality of start positions in the work range. Further, when the work machine 13 reaches the end position without leaving the target design landform 70, the controller 26 increases the target soil amount by a predetermined amount and determines the next start position based on the corrected target soil amount. It may be corrected.
  • the target distance is corrected according to the slip parameter.
  • the controller 26 may correct the target distance based on the load parameter indicating the magnitude of the load of the traveling device 12, and the load parameter is not limited to the slip parameter.
  • the load parameter may be the traction force of the work vehicle 1.
  • the optimum traction force range may be determined by the vehicle grade of the work vehicle 1 or the like.
  • Correcting the target distance based on whether or not load control has occurred is an example of correcting the target distance according to the load parameter.
  • the controller 26 may detect whether or not shoe slip has occurred, and whether or not shoe slip has occurred is an example of a load parameter or a slip parameter. In that case, detecting that a shoe slip has occurred corresponds to when the slip parameter is equal to or less than the first threshold value in step S302 in the second embodiment.
  • the remaining distance Lx is the target design landform 70 from the point Px where the blade tip of the blade 18 is away from the target design landform 70 to the end. It may be a distance in a direction parallel to.
  • the controller 26 may determine a position away from the end position by the target distance L1 in the direction parallel to the target design landform 70 as the start position.
  • the end position and start position are not limited to points on the current landform 50 as in the above embodiment, but may be other points.
  • the controller 26 may determine the intersection between the target design landform 70 and the cut at the previous work as the end position and the start position.
  • the controller 26 may execute load control in parallel with the control of the work machine 13 according to the target design landform 70 described above.
  • the controller 26 determines whether the load on the work machine 13 is equal to or greater than a predetermined load threshold.
  • the controller 26 raises the work implement 13 when the load on the work implement 13 becomes equal to or greater than a predetermined load threshold.
  • the controller 26 obtains the traction force of the work vehicle 1 and performs the determination by regarding the traction force as the load of the work implement 13.
  • the controller 26 may execute the above-described process for correcting the start position when the work implement 13 is raised by executing the load control.
  • the controller 26 calculates the traction force from the detection value of the output sensor 34.
  • the controller 26 can calculate the traction force from the drive hydraulic pressure of the hydraulic motor and the rotation speed of the hydraulic motor.
  • the controller 26 can calculate the traction force from the output rotation speed of the torque converter. Specifically, the controller 26 calculates the traction force from the following equation (2).
  • F k ⁇ T ⁇ R / (L ⁇ Z) (2)
  • T the transmission input torque
  • R the reduction ratio
  • L the crawler belt link pitch
  • Z the number of sprocket teeth.
  • the input torque T is calculated based on the output rotation speed of the torque converter.
  • the traction force detection method is not limited to the above-described method, and may be detected by other methods.

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Abstract

コントローラは、作業車両による作業の終了位置と目標距離とを取得する。コントローラは、終了位置から、目標距離、離れた地点を開始位置として決定する。コントローラは、開始位置から終了位置に向かって作業を開始し、目標設計地形に従って作業機を動作させる指令信号を生成する。コントローラは、作業の結果に基づいて、目標距離を修正する。

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、効率的に作業するため、作業車両を自動的に制御するシステムが提案されている。例えば、特許文献1のシステムでは、コントローラが、作業現場での作業機の動くべき目標プロファイルを作業現場の地形などから予め設定する。コントローラは、作業現場の現況地形上の開始位置から掘削を開始し、目標プロファイルに沿って作業機を動作させる。
米国特許第8639393号
　しかし、地形、土質、或いは土の硬さなどの要因により、作業機が、目標とする終了位置まで到達する前に、目標プロファイルから離れてしまうことがある。その場合、そのまま作業が継続されると、地形に凹凸を作り出すことになり、作業効率が低下してしまう。
　或いは、地形、或いは土の硬さなどの要因により、大きな負荷が作業車両にかかり、作業車両の走行装置が過大にスリップしてしまうことがある。その場合、作業のやり直しが発生することになり、作業効率が低下してしまう。或いは、作業車両にかかる負荷が過小であるときにも、車両の能力に不必要な余裕が生じることで、作業効率が低下してしまう。
　本発明の目的は、上記の問題を解決することにある。
　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、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定する。目標設計地形の少なくとも一部は現況地形よりも下方に位置する。コントローラは、作業車両による作業の終了位置と目標距離とを取得する。コントローラは、終了位置から、目標距離、離れた地点を開始位置として決定する。コントローラは、開始位置から終了位置に向かって作業を開始し、目標設計地形に従って作業機を動作させる指令信号を生成する。コントローラは、作業の結果に基づいて、目標距離を修正する。
　第2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、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、少なくとも一部が現況地形よりも下方に位置し、作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定する。コントローラは、作業車両による作業の終了位置と目標土量とを取得する。コントローラは、終了位置から、目標土量分、離れた地点を開始位置として決定する。コントローラは、開始位置から終了位置に向かって作業を開始し、目標設計地形に従って作業機を動作させる指令信号を生成する。コントローラは、作業の結果に基づいて、目標土量を修正する。
　第3の態様は、走行装置と作業機とを有する作業車両の制御システムであって、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定する。目標設計地形の少なくとも一部は、現況地形よりも下方に位置する。コントローラは、作業車両による作業の終了位置と目標距離とを取得する。コントローラは、終了位置から、目標距離、離れた地点を開始位置として決定する。コントローラは、開始位置から終了位置に向かって作業を開始し、目標設計地形に従って作業機を動作させる指令信号を生成する。コントローラは、走行装置の負荷の大きさを示す負荷パラメータを取得する。コントローラは、負荷パラメータに応じて目標距離を修正する。
　本発明の第1の態様によれば、作業の結果に基づいて目標距離が修正される。それにより、作業の開始位置が修正されることで、作業機が終了位置に到達する前に目標設計地形から離れることを抑えることができる。或いは、車両の能力に不必要な余裕が生じることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。
　本発明の第2の態様によれば、作業の結果に基づいて目標土量が修正される。それにより、作業の開始位置が修正されることで、作業機が終了位置に到達する前に目標設計地形から離れることを抑えることができる。或いは、車両の能力に不必要な余裕が生じることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。
　本発明の第3の態様によれば、目標距離は、負荷パラメータに応じて修正される。それにより、作業の開始位置が修正されることで、走行装置への負荷が過大になることを抑えることができる。或いは、作業車両にかかる負荷が過小となることを防止して、車両の能力に不必要な余裕が生じることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。
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。 作業車両の自動制御の処理を示すフローチャートである。 最終設計地形、現況地形、及び目標設計地形の一例を示す図である。 目標設計地形における作業の開始位置の一例を示す図である。 第1実施形態に係る開始位置の修正方法の処理を示すフローチャートである。 開始位置の修正方法を示す図である。 開始位置の修正方法を示す図である。 第2実施形態に係る開始位置の修正方法の処理を示すフローチャートである。 開始位置の修正方法を示す図である。 開始位置の修正方法を示す図である。 制御システムの第1変形例に係る構成を示すブロック図である。 制御システムの第2変形例に係る構成を示すブロック図である。 目標設計地形の変形例を示す図である。 第1実施形態に係る開始位置の修正方法の変形例を示す図である。 第1実施形態に係る開始位置の修正方法の変形例を示す図である。 開始位置、及び、残りの距離の変形例を示す図である。 開始位置、及び、終了位置の変形例を示す図である。
　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。リフトフレーム17は、走行装置12に取り付けられてもよい。
　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、入力装置25と、コントローラ26と、記憶装置28と、制御弁27とを備える。入力装置25は、運転室14に配置されている。入力装置25は、後述する作業車両1の自動制御の設定を行うための装置である。入力装置25は、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。入力装置25の操作信号は、コントローラ26に出力される。
　入力装置25は、例えば、タッチパネル式のディスプレイを含む。ただし、入力装置25は、タッチパネルに限らず、ハードウェアキーを含んでもよい。入力装置25は、作業車両1から離れた場所（例えば、コントロールセンタ）に配置されてもよい。オペレータは、コントロールセンタにある入力装置25から無線通信を介して作業車両1を操作してもよい。
　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、入力装置25から操作信号を取得する。なお、コントローラ26は、一体に限らず、複数のコントローラに分かれていてもよい。コントローラ26は、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御することで、作業車両1を走行させる。コントローラ26は、制御弁27を制御することで、ブレード18を上下に移動させる。
　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、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、作業機センサ29を備える。作業機センサ29は、作業機13の位置を検出し、作業機13の位置を示す作業機位置信号を出力する。作業機センサ29は、作業機13の変位を検出する変位センサであってもよい。詳細には、作業機センサ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。作業機センサ29は、作業機13の回転角度を直接検出する回転センサであってもよい。
　制御システム3は、動力伝達装置24の出力を計測する出力センサ34を備える。動力伝達装置24が油圧モータを含むHSTの場合には、出力センサ34は、油圧モータの駆動油圧を検出する圧力センサであってもよい。出力センサ34は、油圧モータの出力回転速度を検出する回転センサであってもよい。出力センサ34は、動力伝達装置24の出力回転速度を検出する回転センサであってもよい。出力センサ34の検出値を示す検出信号は、コントローラ26に出力される。
　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の基準位置が二点鎖線で示されている。作業機13の基準位置は、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の基準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。例えば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。コントローラ26は、車体位置データにより、作業車両1の進行方向と車速とを得る。
　車体位置データは、アンテナ位置のデータでなくてもよい。車体位置データは、作業車両1内、或いは、作業車両1の周辺において、アンテナとの位置関係が固定されている任意の場所の位置を示すデータであってもよい。
　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PB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PBのローカル座標を算出する。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PB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PB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PBのグローバル座標を刃先位置データとして取得する。
　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、設計地形データと作業現場地形データとを記憶している。設計地形データは、最終設計地形を示す。最終設計地形は、作業現場の表面の最終的な目標形状である。設計地形データは、例えば、三次元データ形式の土木施工図である。作業現場地形データは、作業現場の広域の地形を示す。作業現場地形データは、例えば、三次元データ形式の現況地形測量図である。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、現況地形データを取得する。現況地形データは、作業現場の現況地形を示す。作業現場の現況地形は、作業車両1の進行方向に沿う領域の地形である。現況地形データは、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。現況地形データは、車載されたライダ（LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging）などによる現況地形の測距から取得されてもよい。
　コントローラ26は、現況地形データと、設計地形データと、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。なお、作業機13の自動制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。或いは、作業機13の自動制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。作業車両1の走行は、コントローラ26によって自動的に制御されてもよい。例えば、作業車両1の走行制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。或いは、走行制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。或いは、作業車両1の走行は、オペレータによる手動操作によって行われてもよい。
　以下、コントローラ26によって実行される、掘削における作業車両1の自動制御について説明する。以下の説明では、作業車両１は、例えばスロットドージングにおける各スロットを前後に行き来して、各スロットの掘削を行うものとする。図4は、自動制御の処理を示すフローチャートである。
　図4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。ここでは、コントローラ26は、上述したように、ブレード18の現在の刃先位置PBを取得する。
　ステップS102では、コントローラ26は、設計地形データを取得する。図5に示すように、設計地形データは、作業車両1の進行方向において、複数の参照点Pn（n=0,1,2,3,...,A）での最終設計地形60の高さZdesignを含む。複数の参照点Pnは、作業車両１の進行方向に沿う所定間隔ごとの複数地点を示す。複数の参照点Pnは、ブレード18の進行パス上にある。なお、図5では、最終設計地形60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。
　ステップS103では、コントローラ26は、現況地形データを取得する。コントローラ26は、記憶装置28より得られる作業現場地形データと、位置センサ31より得られる車体の位置データ及び進行方向データから演算により、現況地形データを取得する。
　現況地形データは、作業車両1の進行方向に位置する地形を示す情報である。図5は、現況地形50の断面を示す。なお、図5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。
　詳細には、現況地形データは、作業車両1の進行方向において、現在位置から所定の地形認識距離dAまでの複数の参照点Pnでの現況地形50の高さZnを含む。本実施形態において、現在位置は、作業車両1の現在の刃先位置PBに基づいて定められる位置である。ただし、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。複数の参照点は、所定間隔、例えば１ｍごとに並んでいる。
　ステップS104では、コントローラ26は、作業範囲データを取得する。作業範囲データは、入力装置25によって設定された作業範囲を示す。図5に示すように、作業範囲は始端と終端とを含む。作業範囲データは、始端の座標と終端の座標とを含む。或いは、作業範囲データは、始端の座標と、作業範囲の長さとを含み、始端の座標と作業範囲の長さとから、終端の座標が算出されてもよい。或いは、作業範囲データは、終端の座標と、作業範囲の長さとを含み、終端の座標と作業範囲の長さとから、始端の座標が算出されてもよい。
　コントローラ26は、入力装置25からの操作信号に基づいて作業範囲データを取得する。ただし、コントローラ26は、他の方法によって、作業範囲データを取得してもよい。例えば、コントローラ26は、作業現場の施工管理を行う外部のコンピュータから、作業範囲データを取得してもよい。
　ステップS105では、コントローラ26は、目標設計地形データを決定する。目標設計地形データは、図5に破線で記載された目標設計地形70を示す。目標設計地形70は、作業におけるブレード18の刃先の望まれる軌跡、すなわち目標軌跡を示す。目標設計地形70は、作業対象である地形の目標プロファイルであり、掘削作業の結果として望まれる形状を示す。
　図5に示すように、コントローラ26は、少なくとも一部が、現況地形50よりも下方に位置する目標設計地形70を決定する。例えば、コントローラ26は、水平方向に延びる目標設計地形70を決定する。コントローラ26は、現況地形50から、下方に所定距離dZ変位した目標設計地形70を生成する。所定距離dZは、入力装置25からの操作信号に基づいて設定されてもよい。所定距離dZは、作業現場の施工管理を行う外部のコンピュータから取得されてもよい。所定距離dZは、固定値であってもよい。
　なお、コントローラ26は、最終設計地形60を下方に越えないように、目標設計地形70を決定する。従って、コントローラ26は、掘削作業時には、最終設計地形60以上、且つ、現況地形50より下方に位置する目標設計地形70を決定する。
　ステップS106では、コントローラ26は、目標距離データを取得する。図6に示すように、コントローラ26は、作業車両1の進行方向に並ぶ複数のカット71-73ごとに、目標設計地形70に従った掘削を行う。なお、図6においては、作業範囲内の複数のカットの一部のみが図示されている。目標距離データは、各カット71-73の掘削の開始位置と終了位置との間の目標距離L1を示す。
　目標距離L1は、予め設定された一定値であってもよい。目標距離L1は、入力装置25を用いてオペレータによって設定されてもよい。目標距離L1は、所定のパラメータに基づいて、コントローラ26によって決定されてもよい。所定のパラメータは、目標土量であってもよい。目標土量は、ブレード18の容量などの作業車両1の機械能力から決定されてもよい。
　ステップS107では、コントローラ26は、作業順序を決定する。コントローラ26は、目標設計地形70において、作業範囲内での各カット71-73の作業の開始位置とその作業順序を決定する。コントローラは、作業機13による作業の終了位置を取得し、終了位置から、目標距離L1、離れた地点を開始位置として決定する。また、次の終了位置を取得し、次の終了位置から、修正された目標距離L1、離れた地点を次の開始位置として決定する。
　詳細には、コントローラ26は、作業範囲の終端の位置を第1の終了位置として決定する。コントローラ26は、第1の終了位置から始端側に、目標距離L1、離れた位置を、第1の開始位置Ps1として決定する。コントローラ26は、第1の開始位置Ps1を第2の終了位置として決定し、第2の終了位置から始端側に、目標距離L1、離れた位置を、第2の開始位置Ps2として決定する。コントローラ26は、第2の開始位置Ps2を第3の終了位置として決定し、第3の終了位置から始端側に、目標距離L1、離れた位置を、第3の開始位置Ps3として決定する。他のカットについても同様にして、コントローラ26は、作業範囲内において複数の開始位置を決定し、終端に近いものから順に掘削を行うように、作業順序を決定する。
　ステップS108では、コントローラ26は、目標設計地形70に向ってブレード18を制御する。コントローラ26は、ステップS107で決定した開始位置から終了位置に向かって作業機による作業を開始し、ステップS105で作成した目標設計地形70に従ってブレード18の刃先位置が移動するように、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、ブレード18の刃先位置PBが開始位置から目標設計地形70に向かって移動する。作業は、開始位置からブレード18によって表土を掘削し始め、終了位置にてブレード18を表土から出す作業を含む。
　第1の開始位置Ps1から1つのカット71の掘削が完了すると、コントローラ26は、作業車両1を第2の開始位置Ps2に移動させ、次のカット72の掘削を行うカット72の掘削が完了すると、コントローラ26は、作業車両1を第3の開始位置Ps3に移動させ、次のカット73の掘削を行う。これらの作業が繰り返されることにより、作業範囲内で１つの目標設計地形70の掘削が完了する。
　作業範囲内で１つの目標設計地形70の掘削が完了すると、コントローラ26は、さらに下方に位置する次の目標設計地形70について、各カットの作業の開始位置とその作業順序を決定し、各カットの掘削を開始する。このような処理が繰り返されることにより、現況地形50が最終設計地形60に近づくように、掘削が行われる。
　ステップS109では、コントローラ26は、作業現場地形データを更新する。コントローラ26は、刃先位置PBの最新の軌跡を示す位置データによって作業現場地形データを更新する。作業現場地形データの更新は、随時、行われてもよい。或いは、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し、履帯16の底面の軌跡を示す位置データによって作業現場地形データを更新してもよい。この場合、作業現場地形データの更新は即時に行うことができる。
　或いは、作業現場地形データは、作業車両1の外部の測量装置によって計測された測量データから生成されてもよい。外部の測量装置として、例えば、航空レーザ測量を用いてよい。或いは、カメラによって現況地形50を撮影し、カメラによって得られた画像データから作業現場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。外部の測量装置又はカメラの場合、作業現場地形データの更新は、所定周期ごと、あるいは随時に行われてもよい。
　次に、コントローラ26によって実行される開始位置の修正の処理について説明する。図7は、第1実施形態に係る開始位置を修正するための処理を示すフローチャートである。各カットの掘削中に、地形、或いは土の硬さなどの要因により、ブレード18の刃先が終了位置に到達する前に作業機13に所定の負荷が作用し、負荷を逃がすため作業機13を上昇させる負荷制御により、目標設計地形70から離れることがある。掘削作業中に負荷を逃がすために負荷制御が実施されることは、作業の結果の一例である。コントローラ26は、負荷制御が実施されたか否かに基づき、作業機13が目標設計地形70から離れたか否かを判定できる。そのような場合、コントローラ26は、図7に示す処理を実行する。
　図7に示すように、ステップS201では、コントローラ26は、残土の残りの距離Lxを算出する。図8に示すように、残りの距離Lxは、ブレード18の刃先が目標設計地形70から離れた地点Pxから終了位置までの距離である。
　残土の存在は、レーザ、ステレオカメラといった検出手段により検知してもよいし、或いは、コントローラ26が有する現況地形50と作業機13が動作した軌跡の結果とを比較して検知してもよい。残土の存在は、履帯16の走行軌跡の結果に基づいて検知されてもよい。残土の存否結果は、作業の結果の一例である。コントローラ26は、残土の存否の判断結果に基づき、作業機が目標設計地形から離れたか否かを判定できる。
　ステップS202では、コントローラ26は、残りの距離Lxが、所定の距離閾値より大きいかを判定する。距離閾値は、作業効率を考慮して予め設定された一定値であってもよい。距離閾値は、入力装置25を用いてオペレータによって設定されてもよい。残りの距離Lxが距離閾値より大きいときには、処理は、ステップS203に進む。
　ステップS203では、コントローラ26は、目標距離L1を短くするように修正する。図9に示すように、コントローラ26は、目標距離をL1からL1’に修正する。L1からL1’への目標距離の減少分dL1は、一定値であってもよい。或いは、目標距離の減少分dL1は、残りの距離Lxの長さに応じて、コントローラ26によって決定されてもよい。すなわち、コントローラ26は、残りの距離Lxの増大に応じて、目標距離L1を短くしてもよい。
　ステップS204では、コントローラ26は、開始位置を修正する。図9に示すように、コントローラ26は、終端の位置から始端側に、修正された目標距離L1’、離れた位置を、修正された第1の開始位置Ps1’として決定する。コントローラ26は、当初の第1の開始位置Ps1よりも終端に近い位置を、修正された第1の開始位置Ps1’として決定する。
　コントローラ26は、修正された第1の開始位置Ps1’を第2の終了位置として決定し、第2の終了位置から始端側に、修正された目標距離L1’、離れた位置を、修正された第2の開始位置Ps2’として決定する。コントローラ26は、修正された第2の開始位置Ps2’を第3の終了位置として決定し、第3の終了位置から始端側に、修正された目標距離L1’、離れた位置を、修正された第3の開始位置Ps3’として決定する。以下、同様にして、コントローラ26は、作業範囲内の複数の開始位置を修正する。
　そして、コントローラ26は、修正された開始位置から終了位置に向かって作業機13による作業を開始し、上述したステップS108と同様に、目標設計地形70に従ってブレード18の刃先位置が移動するように、作業機13への指令信号を生成する。
　なお、ステップS202において、残りの距離Lxが、所定の距離閾値以下であるときには、ステップS203の開始位置の修正は行われない。その場合、コントローラ26は、当初決定された作業順序に従って、各カットの掘削を行う。
　上記の例では、終端に最も近い1番目のカット71の掘削中に、ブレード18の刃先が目標設計地形70から離れた場合について説明している。しかし、他のカット（例えば2番目のカット72、或いは3番目のカット73）の掘削中にブレード18の刃先が目標設計地形70から離れたときにも、コントローラ26は、上記と同様の処理を実行してもよい。
　以上説明した、第1実施形態では、作業機13が終了位置に到達する前に目標設計地形70から離れた場合、残りの距離Lxが距離閾値より大きいときには、目標距離L1を短くするように、目標距離L1が修正される。それにより、作業の開始位置が修正されることで、作業機13が終了位置に到達する前に目標設計地形70から離れることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。
　次に、第2実施形態に係る開始位置の修正方法について説明する。図10は、第2実施形態に係る開始位置を修正するための処理を示すフローチャートである。図10に示すように、ステップS301では、コントローラ26は、スリップパラメータを取得する。スリップパラメータは、走行装置12の履帯16のスリップの大きさを示す。スリップの度合いが増大するほど、スリップパラメータは増大する。例えば、コントローラ26は、以下の(1)式から、スリップパラメータRs (%)を算出する。
Rs = (1 - Va / Vt) × 100    (1)
　Vaは、作業車両1の実車速である。例えば、コントローラ26は、位置センサ31から得られた作業車両1の位置データから、実車速Vaを算出する。Vtは、作業車両1の理論車速である。理論車速Vtは、スリップが生じていない状態での作業車両1の車速の推測値である。例えば、コントローラ26は、出力センサ34からの検出値から、理論車速Vtを算出する。
　ただし、スリップパラメータを取得する方法は上記のものに限らず、変更されてもよい。また、スリップパラメータは、スリップの度合いに応じて変化するものであればよく、上記の(1)のものに限らない。
　ステップS302では、コントローラ26は、スリップパラメータが、所定の第1閾値より大きいかを判定する。第1閾値は、作業効率を考慮して予め設定された一定値であってもよい。第1閾値は、入力装置25を用いてオペレータによって設定されてもよい。スリップパラメータが第1閾値より大きいときには、処理は、ステップS303に進む。
　ステップS303では、コントローラ26は、目標距離L2を短くするように修正する。図11に示すように、コントローラ26は、目標距離L2を初期値L2からL2’に修正する。L2からL2’への目標距離の減少分dL2は、一定値であってもよい。或いは、目標距離L1の減少分dL2は、スリップパラメータに応じて、コントローラ26によって決定されてもよい。すなわち、コントローラ26は、スリップパラメータの増大に応じて、目標距離L2を短くしてもよい。
　ステップS304では、コントローラ26は、開始位置を修正する。図11に示すように、コントローラ26は、終端の位置から始端側に、修正された目標距離L2’、離れた位置を、修正された第1の開始位置Ps1’として決定する。コントローラ26は、当初の第1の開始位置Ps1よりも終端に近い位置を、修正された第1の開始位置Ps1’として決定する。他の開始位置の修正、及び、修正された開始位置に基づく作業機13の制御については、上述した第1実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
　ステップS302において、スリップパラメータが第1閾値以下であるときには、処理は、ステップS305に進む。ステップS305では、スリップパラメータが、第2閾値より小さいかを判定する。第2閾値は、第1閾値よりも小さな値である。第2閾値は、作業効率を考慮して予め設定された一定値であってもよい。第2閾値は、入力装置25を用いてオペレータによって設定されてもよい。スリップパラメータが第2閾値より小さいときには、処理は、ステップS306に進む。
　ステップS306では、コントローラ26は、目標距離L2を長くするように修正する。図12に示すように、コントローラ26は、目標距離を初期値L2からL2”に修正する。L2からL2”への目標距離の増分dL3は、一定値であってもよい。或いは、目標距離の増分dL3は、スリップパラメータに応じて、コントローラ26によって決定されてもよい。すなわち、コントローラ26は、スリップパラメータの減少に応じて、目標距離L2を長くするように修正してもよい。
　そして、コントローラ26は、ステップS304において、開始位置を修正する。図12に示すように、コントローラ26は、終端の位置から始端側に、修正された目標距離L1’、離れた位置を、修正された第1の開始位置Ps1’として決定する。スリップパラメータが第2閾値より小さいときには、コントローラ26は、当初の第1の開始位置よりも終端から遠い位置を、修正された第1の開始位置Ps1’として決定する。他の開始位置の修正、及び、修正された開始位置に基づく作業機13の制御については、上述した第1実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
　なお、ステップS305において、スリップパラメータが、第2閾値以上であるときには、ステップS304の開始位置の修正は行われない。その場合、コントローラ26は、当初決定された作業順序に従って、各カットの掘削を行う。
　以上説明した、第2実施形態では、目標距離L2が、スリップパラメータに応じて修正される。詳細には、スリップパラメータが第1閾値より大きいときには、目標距離L2が短くなるように修正される。そのため、走行装置12が過大にスリップすることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。また、スリップパラメータが第2閾値より小さいときには、目標距離L2が長くなるように修正される。作業車両1に相応な負荷が作用することにより走行装置１２が若干スリップしている状態が最も作業効率が良い状態である。そのため、スリップパラメータが第2閾値より小さいときには、目標距離L2を長くすることで、作業車両1にかかる負荷が過小となることが防止され、作業車両1の能力に不必要な余裕が生じることを抑えることができる。それにより、作業効率の低下を抑えることができる。
　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、油圧ショベル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。その場合、作業車両1は、運転室14を備えない車両であってもよい。
　作業車両1は、電動モータで駆動される車両であってもよい。その場合、電源は作業車両1の外部に配置されてもよい。電源が外部から供給される作業車両1は、内燃エンジン及びエンジン室を備えない車両であってよい。
　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13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、目標設計地形70と作業順序を決定する処理と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。
　入力装置25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、入力装置25が作業車両1から省略されてもよい。入力装置25は、走行装置12及び／又は作業機13を操作するための操作レバー、ペダル、或いはスイッチ等の操作子を含んでもよい。入力装置25の操作に応じて、作業車両1の前進及び後進などの走行が制御されてもよい。入力装置25の操作に応じて、作業機13の上昇及び下降などの動作が制御されてもよい。
　現況地形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14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によって現況地形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41が計測した現況地形データを無線によって受信してもよい。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41が計測した現況地形データを記録媒体を介して受け付けてもよい。
　目標設計地形70の決定方法は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、目標設計地形70は、現況地形50を鉛直方向に所定距離、変位させたものであってもよい。或いは、図15に示すように、目標設計地形70は、水平方向に対して所定角度で傾斜したものであってもよい。所定角度は、オペレータによって設定されてもよい。或いは、コントローラ26が、所定角度を自動的に決定してもよい。
　開始位置の修正方法は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、第1実施形態において、ステップS202の処理が省略されてもよい。第2実施形態において、ステップS302の処理が省略されてもよい。
　第1実施形態では、残りの距離Lxに基づいて、目標距離L1が短くなるように修正されている。しかし、コントローラ26は、残りの距離Lxに基づいて、目標距離L1を長くなるように修正してもよい。例えば、コントローラ26は、残りの距離Lxが0であるときには、目標距離L1を長くなるように修正してもよい。
　第1実施形態では、残りの距離Lxに基づいて、目標距離L1が修正されている。残りの距離Lxは、ブレード18の刃先が目標設計地形70から離れた地点Pxから終了位置までの距離である。しかし、コントローラ26は、終了位置までの残土の程度を示す残土距離に基づいて、目標距離L1を修正すればよく、残土距離は、残りの距離Lxに限らない。例えば、残土距離は、ブレード18の刃先が現況地形50上に出てきた位置から終了位置までの距離であってもよい。また、コントローラ26は、終了位置までの残土の程度を示す残土量に基づいて、目標距離L1を修正してもよい。
　コントローラ26は、修正された目標距離L1’を決定したときに、目標距離L1’に基づいて次の開始位置以降の複数の開始位置を決定してもよい。或いは、コントローラ26は、修正された目標距離L1’を決定したときに、目標距離L1’に基づいて次の開始位置のみを決定してもよい。すなわち、各開始位置からの掘削を行う度に次の目標距離L1’のみを決定してもよい。その場合、各開始位置からの掘削を行う度に、次の目標距離L1’が異なってもよい。
　図16に示すように、コントローラ26は、残土量V1を計算し、残土量V1分を考慮して次の開始位置を修正してもよい。例えば、コントローラ26は、次の作業において、残土量がV1よりも減るように、次の開始位置を修正してもよい。また、コントローラ26は、目標土量に基づいて次の開始位置を決定している場合には、目標土量から残土量V1分を減じた土量に基づいて次の開始位置を修正してもよい。コントローラ26は、終了位置までの残土の程度を示す残土距離に基づいて、目標土量を修正してもよい。
　図16に示すように、コントローラ26は、掘削土量V2を計算し、掘削土量V2と同等の土量で次回の掘削ができるよう、次の開始位置を修正してもよい。土が残ったときの掘削土量V2は、その作業状況における作業車両1の最大掘削土量と見なすことができる。従って、上記のように、掘削土量V2に応じて次の開始位置を修正することで、作業効率を向上させることができる。
　例えば、コントローラ26は、残土が発生した場合の掘削土量V2を次回以降の目標土量に設定し、修正された目標土量に基づいて次回の開始位置を修正してもよい。また、コントローラ26は、残土量V1および掘削土量V2を用いて、残土が発生せず、かつ作業車両1の最大掘削土量にて掘削できるよう次の開始位置を修正してもよい。
　図17に示すように、コントローラ26は、作業機13が目標設計地形70から離れることなく終了位置に到達したときには、目標距離L1を長くするように修正してもよい。例えば、図17に示すように、コントローラ26は、作業機13が目標設計地形70から離れることなく終了位置に到達したときには、目標距離をL1から、L1よりも大きいL1’’に修正してもよい。
　コントローラ26は、終端の位置から始端側に、修正された目標距離L1’’、離れた位置を、修正された第1の開始位置Ps1’’として決定してもよい。コントローラ26は、当初の第1の開始位置Ps1よりも終端から離れた位置を、修正された第1の開始位置Ps1’’として決定してもよい。コントローラ26は、修正された第1の開始位置Ps1’’を第2の終了位置として決定し、第2の終了位置から始端側に、修正された目標距離L1’’、離れた位置を、修正された第2の開始位置Ps2’’として決定してもよい。
　以下、同様にして、コントローラ26は、作業範囲内の複数の開始位置を修正してもよい。また、コントローラ26は、作業機13が目標設計地形70から離れることなく終了位置に到達したときには、目標土量を所定土量増加させ、その修正された目標土量に基づいて次回の開始位置を修正してもよい。
　第2実施形態では、スリップパラメータに応じて目標距離が修正されている。しかし、コントローラ26は、走行装置12の負荷の大きさを示す負荷パラメータに基づいて目標距離を修正すればよく、負荷パラメータはスリップパラメータに限らない。例えば、負荷パラメータは、作業車両1の牽引力であってもよい。最適な牽引力の範囲は、作業車両1の車格などによって定められてもよい。
　負荷制御が発生したか否かの結果に基づいて目標距離を修正することは、負荷パラメータに応じて目標距離を修正することの一例である。また、コントローラ２６は、シュースリップが発生したか否かを検知してもよく、シュースリップの発生有無は、負荷パラメータ、またはスリップパラメータの一例である。その場合、シュースリップが発生したと検知することは、第2実施形態におけるステップS302においてスリップパラメータが第1閾値以下であるときに該当する。
　上記のように目標設計地形70が傾斜している場合、図18に示すように、残りの距離Lxは、ブレード18の刃先が目標設計地形70から離れた地点Pxから終端までの目標設計地形70と平行な方向における距離であってもよい。目標設計地形70が傾斜している場合、コントローラ26は、終了位置から、目標設計地形70と平行な方向に目標距離L1、離れた位置を、開始位置として決定してもよい。
　終了位置及び開始位置は、上記の実施形態のように現況地形50上の地点に限らず、他の地点であってもよい。例えば、図19に示すように、コントローラ26は、目標設計地形70と前回の作業時のカットとの交点を終了位置及び開始位置として決定してもよい。
　コントローラ26は、上述した目標設計地形70に従った作業機13の制御と並行して、負荷制御を実行してもよい。負荷制御では、コントローラ26は、作業機13の負荷が所定の負荷閾値以上であるかを判定する。コントローラ26は、作業機13の負荷が所定の負荷閾値以上となったときに、作業機13を上昇させる。詳細には、コントローラ26は、作業車両1の牽引力を取得し、牽引力を作業機13の負荷と見なして、判定を行う。コントローラ26は、負荷制御の実行により作業機13を上昇させたときに、上述した開始位置を修正するための処理を実行してもよい。
　コントローラ26は、出力センサ34の検出値から牽引力を算出する。作業車両1の動力伝達装置24がHSTの場合、コントローラ26は、油圧モータの駆動油圧と油圧モータの回転速度とから牽引力を算出することができる。
　動力伝達装置24がトルクコンバーターとトランスミッションとを有する場合には、コントローラ26は、トルクコンバーターの出力回転速度から牽引力を算出することができる。詳細には、コントローラ26は、以下の(2)式から牽引力を算出する。
F = k × T × R / (L × Z)    (2)
　ここで、Fは牽引力、kは定数、Tはトランスミッション入力トルク、Rは減速比、Lは履帯リンクピッチ、Zはスプロケット歯数を示す。入力トルクTは、トルクコンバーターの出力回転速度を基に演算される。ただし、牽引力の検出方法は上述したものに限らず、他の方法により検出されてもよい。
　本発明によれば、作業車両の自動制御において作業効率の低下を抑えることができる。
3   制御システム
13  作業機
26  コントローラ
50  現況地形

Claims (14)

  1. 　作業機を有する作業車両の制御システムであって、
    　コントローラを備え、
    　前記コントローラは、
    　　少なくとも一部が現況地形よりも下方に位置し、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定し、
    　　前記作業車両による作業の終了位置と目標距離とを取得し、
    　　前記終了位置から、前記目標距離、離れた地点を開始位置として決定し、
    　　前記開始位置から前記終了位置に向かって前記作業を開始し、前記目標設計地形に従って前記作業機を動作させる指令信号を生成し、
    　　前記作業の結果に基づいて、前記目標距離を修正する、
    作業車両の制御システム。
  2. 　前記コントローラは、
    　　前記作業機が前記終了位置に到達する前に前記目標設計地形から離れたときには、前記終了位置までの残土の程度を示す残土距離の長さに応じて、前記目標距離を短くするように修正する、
    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、前記作業機が前記目標設計地形から離れることなく前記終了位置に到達したときには、前記目標距離を長くするように修正する、
    請求項１記載の作業車両の制御システム。
  4. 　前記コントローラは、
    　　前記作業機が前記終了位置に到達する前に前記目標設計地形から離れたときには、前記終了位置までの残土の程度を示す残土量に応じて、前記目標距離を短くするように修正する、
    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、
    　　前記作業機にかかる負荷を逃がすため前記作業機を上昇させる負荷制御が実施されたときには、前記終了位置までの残土の程度を示す残土距離の長さに応じて、前記目標距離を短くするように修正する、
    請求項１に記載の作業車両の制御システム。
  6. 　作業機を有する作業車両の制御システムであって、
    　コントローラを備え、
    　前記コントローラは、
    　　少なくとも一部が現況地形よりも下方に位置し、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定し、
    　　前記作業車両による作業の終了位置と目標土量とを取得し、
    　　前記終了位置から、前記目標土量分、離れた地点を開始位置として決定し、
    　　前記開始位置から前記終了位置に向かって前記作業を開始し、前記目標設計地形に従って前記作業機を動作させる指令信号を生成し、
    　　前記作業の結果に基づいて、前記目標土量を修正する、
    作業車両の制御システム。
  7. 　前記目標土量を修正することは、前記作業機が前記終了位置に到達する前に前記目標設計地形から離れたときに、前記終了位置までの残土の程度を示す残土量に応じて前記目標土量を小さくするように修正することを含む、
    請求項６に記載の作業車両の制御システム。
  8. 　前記目標土量を修正することは、前記作業機が前記目標設計地形から離れることなく前記終了位置に到達したときに、前記目標土量を大きくするように修正することを含む、
    請求項６に記載の作業車両の制御システム。
  9. 　前記目標土量を修正することは、前記作業機が前記終了位置に到達する前に前記目標設計地形から離れたときに、前記終了位置までの残土の程度を示す残土距離に応じて前記目標土量を小さくするように修正することを含む、
    請求項６に記載の作業車両の制御システム。
  10. 　前記目標土量を修正することは、前記作業機が前記終了位置に到達する前に前記目標設計地形から離れたときに、前記作業機の掘削土量に応じて前記目標土量を小さくするように修正することを含む、
    請求項６に記載の作業車両の制御システム。
  11. 　前記目標土量を修正することは、前記作業機にかかる負荷を逃がすため前記作業機を上昇させる負荷制御が実施されたときに、前記終了位置までの残土の程度を示す残土量に応じて前記目標土量を小さくするように修正することを含む、
    請求項６に記載の作業車両の制御システム。
  12. 　走行装置と作業機とを有する作業車両の制御システムであって、
    　コントローラを備え、
    　前記コントローラは、
    　　少なくとも一部が現況地形よりも下方に位置し、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定し、
    　　前記作業車両による作業の終了位置と目標距離とを取得し、
    　　前記終了位置から、前記目標距離、離れた地点を開始位置として決定し、
    　　前記開始位置から前記終了位置に向かって前記作業を開始し、前記目標設計地形に従って前記作業機を動作させる指令信号を生成し、
    　　前記走行装置の負荷の大きさを示す負荷パラメータを取得し、
    　　前記負荷パラメータに応じて前記目標距離を修正する、
    作業車両の制御システム。
  13. 　前記コントローラは、
    　　前記負荷パラメータが、所定の第１閾値より大きいかを判定し、
    　　前記負荷パラメータが、前記第１閾値より大きいときには、前記目標距離を短くする、
    請求項１２に記載の作業車両の制御システム。
  14. 　前記コントローラは、
    　　前記負荷パラメータが、所定の第２閾値より小さいかを判定し、
    　　前記負荷パラメータが、前記第２閾値より小さいときには、前記目標距離を長くする、
    請求項１２に記載の作業車両の制御システム。
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