WO2020203804A1 - 作業車両、作業車両の制御装置、および作業車両の方向特定方法 - Google Patents

作業車両、作業車両の制御装置、および作業車両の方向特定方法 Download PDF

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WO2020203804A1
WO2020203804A1 PCT/JP2020/014108 JP2020014108W WO2020203804A1 WO 2020203804 A1 WO2020203804 A1 WO 2020203804A1 JP 2020014108 W JP2020014108 W JP 2020014108W WO 2020203804 A1 WO2020203804 A1 WO 2020203804A1
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WO
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vehicle body
traveling direction
work
vehicle
work vehicle
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PCT/JP2020/014108
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴臣 幸村
和也 尾尻
Original Assignee
株式会社小松製作所
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Publication date
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76—Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/80—Component parts
    • E02F3/84—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems
    • E02F3/844—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems for positioning the blade, e.g. hydraulically
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F3/80—Component parts
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    • E02F3/845—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems for positioning the blade, e.g. hydraulically using mechanical sensors to determine the blade position, e.g. inclinometers, gyroscopes, pendulums
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2041—Automatic repositioning of implements, i.e. memorising determined positions of the implement
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76—Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/7609—Scraper blade mounted forwardly of the tractor on a pair of pivoting arms which are linked to the sides of the tractor, e.g. bulldozers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller

Definitions

  • the present invention relates to a work vehicle, a control device for the work vehicle, and a method for specifying the direction of the work vehicle.
  • the present application claims priority with respect to Japanese Patent Application No. 2019-068988 filed in Japan on March 29, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a work vehicle in which the cutting edge of the blade follows the design surface. According to the technique disclosed in Patent Document 1, the control device identifies the position of the work vehicle by using GNSS (Global Navigation Satellite System), and determines the target height of the blade based on the specified position.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • Control using GNSS as in the technique disclosed in Patent Document 1 may not be able to receive GNSS radio waves depending on the environment of the construction site, and it may not be possible to specify the position of the work vehicle. Therefore, it is conceivable to specify the position of the work vehicle by autonomous navigation instead of GNSS.
  • the front part of the traveling device may travel in a floating state due to the reaction force from the excavation target.
  • the IMU Inertial Measurement Unit
  • An object of the present invention is to provide a work vehicle, a control device for the work vehicle, and a method for determining the direction of the work vehicle, which can correctly identify the traveling direction of the work vehicle when excavating the ground with a blade. is there.
  • the control device for a work vehicle is a control device for a work vehicle including a work machine that is movable in the vertical direction and is supported by the vehicle body, and is a pitch angle for acquiring the pitch angle of the vehicle body.
  • An acquisition unit a work machine position calculation unit that calculates the position of the work machine with respect to the vehicle body, and a traveling direction specifying unit that specifies the traveling direction of the vehicle body based on the pitch angle and the position of the working machine.
  • control device of the work vehicle can correctly identify the traveling direction of the work vehicle when excavating the ground with the blade.
  • FIG. 1 is a side view of the work vehicle according to the first embodiment.
  • the work vehicle 100 according to the first embodiment is, for example, a bulldozer.
  • the work vehicle 100 includes a vehicle body 110, a traveling device 120, a work machine 130, and a driver's cab 140.
  • the traveling device 120 is provided at the lower part of the vehicle body 110.
  • the traveling device 120 includes a crawler 121, a sprocket 122 and an idler 124.
  • the crawler 121 is rotated by the drive of the sprocket 122, so that the work vehicle 100 travels.
  • a rotation sensor 123 is provided on the rotation axis of the sprocket 122.
  • the rotation sensor 123 measures the rotation speed of the sprocket 122.
  • the rotation speed of the sprocket 122 can be converted into the speed of the traveling device 120.
  • the IMU111 is provided on the vehicle body 110.
  • the IMU 111 measures the inclination angle in the roll direction and the pitch direction of the vehicle body 110 and the angular displacement in the yaw direction.
  • the vehicle body coordinate system is a Cartesian coordinate system represented by an X-axis extending in the front-rear direction of the vehicle body, a Y-axis extending in the left-right direction of the vehicle body, and a Z-axis extending in the vertical direction of the vehicle body with the origin as the center of the idler 124.
  • the rotation direction of the vehicle body around the X axis is the roll direction
  • the rotation direction of the vehicle body around the Y axis is the pitch direction
  • the rotation direction of the vehicle body around the Z axis is the yaw direction.
  • the working machine 130 is used for excavating and transporting an excavation target such as earth and sand.
  • the working machine 130 is provided at the front portion of the vehicle body 110.
  • the working machine 130 includes a lift frame 131, a blade 132, and a lift cylinder 133.
  • the base end portion of the lift frame 131 is attached to the side surface of the vehicle body 110 via a pin extending in the vehicle width direction.
  • the tip of the lift frame 131 is attached to the back surface of the blade 132 via a ball joint.
  • the blade 132 is supported so as to be movable in the vertical direction with respect to the vehicle body 110.
  • a cutting edge 132e is provided at the lower end of the blade 132.
  • the lift cylinder 133 is a hydraulic cylinder.
  • the base end portion of the lift cylinder 133 is attached to the side surface of the vehicle body 110.
  • the tip of the lift cylinder 133 is attached to the lift frame 131. As the lift cylinder 133 expands and contracts with the hydraulic oil, the lift frame 131 and the blade 132 are driven in the raising direction or the lowering direction.
  • the lift cylinder 133 is provided with a stroke sensor 134 that measures the stroke amount of the lift cylinder 133.
  • the stroke amount measured by the stroke sensor 134 can be converted into the position of the cutting edge 132e with respect to the vehicle body 110.
  • the rotation angle of the lift frame 131 is calculated based on the stroke amount of the lift cylinder 133. Since the shapes of the lift frame 131 and the blade 132 are known, the position of the cutting edge 132e of the blade 132 can be specified from the rotation angle of the lift frame 131.
  • the work vehicle 100 may detect the rotation angle with another sensor such as an encoder.
  • the driver's cab 140 is a space for the operator to board and operate the work vehicle 100.
  • the driver's cab 140 is provided above the vehicle body 110.
  • FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the driver's cab according to the first embodiment. Inside the driver's cab 140, a seat 141, a console 142, a work equipment operation lever 143, a traveling operation lever 144, a brake pedal 145, and a desel pedal 146 are provided.
  • An operation panel, instruments and switches are attached to the console 142.
  • the operator can visually check the console 142 and confirm the state of the work vehicle 100. Further, the operator sets a design surface indicating the target shape of the excavation target by operating the console 142.
  • the work equipment operation lever 143 is operated to set the movement amount of the raising operation or the lowering operation of the blade 132.
  • the work equipment operation lever 143 receives a lowering operation by being tilted forward, and receives an raising operation by being tilted backward.
  • the traveling operation lever 144 is operated to set the traveling direction of the traveling device 120.
  • the traveling operation lever 144 receives a forward operation when tilted forward, and receives a reverse operation when tilted backward.
  • the traveling operation lever 144 receives a left turning operation by being tilted to the left, and a right turning operation by being tilted to the right.
  • the operator instructs the start and end of the automatic blade control by operating the work machine operation lever 143 or the travel operation lever 144 after setting the design surface on the console 142.
  • the operator can instruct the start and end of the automatic blade control by operating the switch attached to the work machine operation lever 143 after setting the design surface.
  • the operator instructs the start of the automatic blade control by tilting the traveling operation lever 144 forward, and then instructs the end of the automatic blade control by returning the traveling operation lever 144.
  • the brake pedal 145 is operated to brake the traveling device 120.
  • the dessel pedal 146 is operated to reduce the rotation speed of the traveling device 120.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a power system of the work vehicle according to the first embodiment.
  • the work vehicle 100 includes an engine 210, a PTO 220 (Power Take Off), a transmission 230, an axle 240, a hydraulic pump 250, and a proportional control valve 260.
  • the engine 210 is, for example, a diesel engine.
  • the PTO 220 transmits a part of the driving force of the engine 210 to the hydraulic pump 250. That is, the PTO 220 distributes the driving force of the engine 210 to the transmission 230 and the hydraulic pump 250.
  • the transmission 230 shifts the driving force input to the input shaft and outputs it from the output shaft.
  • the input shaft of the transmission 230 is connected to the PTO 220 and the output shaft is connected to the axle 240. That is, the transmission 230 transmits the driving force of the engine 210 distributed by the PTO 220 to the axle 240.
  • the axle 240 transmits the driving force output by the transmission 230 to the sprocket 122. As a result, the traveling device 120 rotates.
  • the hydraulic pump 250 is driven by a driving force from the engine 210.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 250 is supplied to the lift cylinder 133 via the proportional control valve 260.
  • the proportional control valve 260 controls the flow rate of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 250.
  • the hydraulic pump 250 may supply hydraulic oil to other supply destinations such as a steering clutch (not shown) provided between the axle 240 and the sprocket 122.
  • the work vehicle 100 includes a control device 300 for controlling the work vehicle 100.
  • the control device 300 is a fuel injection device for the engine 210 according to the amount of operation of each operation device (console 142, work machine operation lever 143, travel operation lever 144, brake pedal 145, and deceleration pedal 146) in the driver's cab 140.
  • a control signal is output to the transmission 230 and the proportional control valve 260.
  • FIG. 4 is a schematic block diagram showing a configuration of a control device for a work vehicle according to the first embodiment.
  • the control device 300 is a computer including a processor 310, a main memory 330, a storage 350, and an interface 370.
  • the storage 350 is a tangible storage medium that is not temporary. Examples of the storage 350 include magnetic disks, magneto-optical disks, semiconductor memories, and the like.
  • the storage 350 may be internal media directly connected to the bus of the control device 300, or external media connected to the control device 300 via the interface 370 or a communication line.
  • the storage 350 stores a program for controlling the work vehicle 100.
  • the design surface data stored in the storage 350 may be data that defines only the gradient of the design surface.
  • the design surface data is defined in the ad hoc coordinate system described later.
  • control device 300 may include a custom LSI (Large Scale Integrated Circuit) such as a PLD (Programmable Logic Device) in addition to or in place of the above configuration.
  • PLDs include PAL (Programmable Array Logic), GAL (Generic Array Logic), CPLD (Complex Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • PLDs include PAL (Programmable Array Logic), GAL (Generic Array Logic), CPLD (Complex Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • PAL Programmable Array Logic
  • GAL Generic Array Logic
  • CPLD Complex Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the processor 310 executes the operation amount acquisition unit 311, the measurement value acquisition unit 312, the blade position calculation unit 313, the traveling direction identification unit 314, the movement distance identification unit 315, the position identification unit 316, and the target height identification unit.
  • a unit 317 and a blade control unit 318 are provided.
  • the operation amount acquisition unit 311 acquires the start instruction and the end instruction of the automatic blade control from the console 142.
  • the measurement value acquisition unit 312 acquires measurement values from the IMU 111, the rotation sensor 123, and the stroke sensor 134, respectively. That is, the measured value acquisition unit 312 acquires the measured values of the yaw angle of the vehicle body 110, the roll angle of the vehicle body 110, the pitch angle of the vehicle body 110, the rotation speed of the sprocket 122, and the stroke amount of the lift cylinder 133.
  • the measured value acquisition unit 312 is an example of a pitch angle acquisition unit. Further, since the rotation speed of the sprocket 122 can be converted into the speed of the vehicle body 110, the measured value acquisition unit 312 can be said to be an example of the speed acquisition unit.
  • the blade position calculation unit 313 calculates the position of the cutting edge 132e of the blade 132 with respect to the vehicle body 110 based on the measurement value of the stroke amount of the lift cylinder 133 acquired by the measurement value acquisition unit 312. That is, the blade position calculation unit 313 calculates the position of the cutting edge 132e in the vehicle body coordinate system from the dimension information of the vehicle body 110 stored in advance and the measured value of the stroke amount of the lift cylinder 133.
  • the traveling direction specifying unit 314 of the vehicle body 110 is based on the position of the cutting edge 132e calculated by the blade position calculation unit 313 and the measured values of the yaw angle, roll angle and pitch angle of the vehicle body 110 acquired by the measured value acquisition unit 312. Identify the direction of travel.
  • FIG. 5 is a first diagram showing a method of specifying the traveling direction of the vehicle.
  • FIG. 6 is a second diagram showing a method of specifying the traveling direction of the vehicle.
  • the angle ⁇ formed by the vehicle body front direction D1 and the straight line direction D2 connecting the position P of the crawler 121 (grounding portion) directly below the sprocket 122 and the cutting edge 132e in the vehicle body coordinate system is 0 degrees or more.
  • the fact that the angle ⁇ is 0 degrees or more indicates that the position of the cutting edge 132e is above the bottom surface of the traveling device 120 as shown in FIG.
  • the fact that the angle ⁇ is less than 0 degrees indicates that the position of the cutting edge 132e is below the bottom surface of the traveling device 120, as shown in FIG.
  • the traveling direction specifying unit 314 specifies the direction D1 of the measured value of the pitch angle of the vehicle body 110 as the pitch direction component of the traveling direction of the vehicle body 110.
  • the traveling direction specifying unit 314 specifies the direction obtained by adding the angle ⁇ to the measured value of the pitch angle of the vehicle body 110 as the pitch direction component of the traveling direction of the vehicle body 110.
  • the moving distance specifying unit 315 specifies the moving distance of the vehicle body 110 during a predetermined control time based on the measured value of the rotation speed of the sprocket 122 acquired by the measured value acquiring unit 312. That is, the moving distance specifying unit 315 specifies the moving distance by multiplying the control time by the traveling speed of the vehicle body 110 specified from the rotation speed of the sprocket 122.
  • the position specifying unit 316 specifies the position of the vehicle body 110 based on the previous position of the vehicle body 110, the traveling direction specified by the traveling direction specifying unit 314, and the moving distance specified by the moving distance specifying unit 315.
  • the position of the vehicle body 110 is a coordinate system in which the initial position of the vehicle body 110 is the origin, the initial orientation is the X axis, the vertical direction is the Z axis, and the direction orthogonal to the X axis and the Z axis is the Y axis (hereinafter referred to as an ad hoc coordinate system). It is represented by (called).
  • the position of the ad hoc coordinate system specified by the position specifying unit 316 is stored in the main memory 330.
  • the origin of the ad hoc coordinate system may coincide with the origin of the vehicle body coordinate system at the initial position of the vehicle body 110.
  • the ad hoc coordinate system is set at the start of automatic blade control and may be deleted at the end of automatic blade control.
  • the target height specifying unit 317 includes the position of the vehicle body 110 in the ad hoc coordinate system stored in the main memory 330, the measured value of the speed acquired by the measured value acquisition unit 312, and the traveling direction specified by the traveling direction specifying unit 314. , The target height of the cutting edge 132e is specified based on the design surface data in the ad hoc coordinate system stored in the storage 350.
  • the blade control unit 318 issues a drive command for controlling the blade 132 based on the position of the cutting edge 132e calculated by the blade position calculation unit 313 and the target height specified by the target height identification unit 317. Output to. For example, the blade control unit 318 calculates the moving speed of the cutting edge 132e from the time series of the position of the cutting edge 132e calculated by the blade position calculating unit 313, and after the control time when the cutting edge 132e is moved at the current moving speed. A drive command is output so that the deviation between the height of the cutting edge 132e and the target height becomes small.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an automatic blade control method according to the first embodiment.
  • the operator moves the work vehicle 100 to the start position of the excavation work by the automatic blade control, moves the blade 132 to the excavation start height, operates the console 142, and inputs the start instruction of the automatic blade control.
  • the measurement value acquisition unit 312 acquires the measurement values from the IMU 111 and the stroke sensor 134, respectively (step S1).
  • the position specifying unit 316 defines an ad hoc coordinate system based on the current position and orientation of the vehicle body 110, and stores the position and orientation of the vehicle body 110 in the ad hoc coordinate system in the main memory 330. That is, the position specifying unit 316 sets the position of the vehicle body 110 to the coordinates (0,0,0) and sets the orientation of the vehicle body 110 in the X-axis direction.
  • the blade position calculation unit 313 calculates the initial position of the cutting edge 132e in the vehicle body coordinate system based on the measurement value of the stroke amount of the lift cylinder 133 acquired by the measurement value acquisition unit 312 (step S2).
  • the blade position calculation unit 313 converts the initial position of the cutting edge 132e from the vehicle body coordinate system to the ad hoc coordinate system based on the measured value of the IMU 111 acquired in step S1 (step S3). That is, the blade position calculation unit 313 specifies the vertical direction from the measured value of the IMU 111, and rotates the initial position of the cutting edge 132e by the deviation angle between the vertical direction and the vertical direction of the vehicle body 110, whereby the cutting edge in the ad hoc coordinate system. Find the initial position of 132e.
  • the target height specifying unit 317 defines the design surface in the ad hoc coordinate system so as to pass through the initial position of the cutting edge 132e calculated in step S3 based on the design surface data (step S4).
  • the specified design surface of the target height specifying unit 317 is stored in the main memory 330.
  • the operation amount acquisition unit 311 acquires the operation amount of the traveling operation lever 144 (step S5). Further, the measured value acquisition unit 312 acquires measured values from the IMU 111, the rotation sensor 123, and the stroke sensor 134, respectively (step S6). Next, the moving distance specifying unit 315 specifies the moving distance of the vehicle body 110 in the control time based on the measured value of the rotation sensor 123 acquired in step S6 (step S7).
  • the blade position calculation unit 313 calculates the position of the cutting edge 132e in the vehicle body coordinate system based on the measurement value of the stroke amount of the lift cylinder 133 acquired by the measurement value acquisition unit 312 (step S8).
  • the traveling direction specifying portion 314 has the vehicle body front direction D1 and the linear direction D2 connecting the position P of the crawler 121 directly under the sprocket 122 and the cutting edge 132e.
  • the angle ⁇ formed by the crawler is calculated (step S9).
  • the traveling direction specifying unit 314 determines whether or not the angle ⁇ is 0 degrees or more (step S10).
  • the traveling direction specifying unit 314 specifies the vehicle body front direction D1 as the traveling direction of the vehicle body 110 in the vehicle body coordinate system (step S11).
  • the traveling direction specifying unit 314 sets the direction D2 of the straight line connecting the position P of the crawler 121 directly below the sprocket 122 and the cutting edge 132e in the vehicle body coordinate system. It is specified as the traveling direction of the vehicle body 110 in (step S12).
  • the traveling direction specifying unit 314 converts the traveling direction of the vehicle body 110 identified in step S11 or step S12 from the vehicle body coordinate system to the ad hoc coordinate system based on the measured value of the IMU 111 acquired in step S6 (step). S13).
  • the position specifying unit 316 is stored in the main memory 330 based on the position of the vehicle body 110 in the ad hoc coordinate system stored in the main memory 330, the moving distance specified in step S7, and the traveling direction specified in step S13.
  • the position of the vehicle body 110 is updated (step S14).
  • the target height specifying unit 317 of the vehicle body 110 after the control time is based on the moving distance specified in step S7, the traveling direction specified in step S13, and the position of the vehicle body 110 updated in step S14. Predict the position (step S15).
  • the target height specifying unit 317 specifies the target height of the cutting edge 132e based on the position predicted in step S15 and the design surface stored in the main memory 330 in step S4 (step S16).
  • the blade control unit 318 outputs a drive command for controlling the blade 132 to the proportional control valve 260 based on the position of the cutting edge 132e calculated in step S8 and the target height specified in step S16 (step S17). ..
  • the operation amount acquisition unit 311 determines whether or not an end instruction for automatic blade control has been input to the console 142 (step S18).
  • the control device 300 returns the process to step S5 and continues the automatic blade control process.
  • the control device 300 ends the automatic blade control process.
  • the control device 300 specifies the traveling direction of the vehicle body 110 based on the pitch angle of the vehicle body 110 and the position of the blade with respect to the vehicle body 110. As a result, as shown in FIG. 6, even when the work vehicle 100 travels with the front portion of the traveling device 120 floating due to the reaction force from the excavation target, the control device 300 keeps the traveling direction of the working vehicle 100. Can be identified correctly.
  • control device 300 specifies the position of the vehicle based on the speed of the vehicle body and the specified traveling direction. Thereby, the control device 300 can specify the position of the work vehicle 100 by autonomous navigation. Further, the control device 300 outputs a control signal of the blade 132 based on the target height of the blade 132 and the specified traveling direction. As a result, the control device 300 can realize automatic blade control by self-contained navigation. In other embodiments, the use of the specified position information is not limited to automatic blade control. For example, the control device 300 according to another embodiment may display the specified position information on the console 142.
  • the work vehicle 100 according to the above-described embodiment is a bulldozer, but is not limited to this.
  • the work vehicle 100 according to another embodiment may be another work vehicle such as a wheel loader or a grader having a work machine such as a bucket.
  • the traveling device 120 is a wheel. Therefore, the direction D1 is the direction of a straight line connecting the ground contact portion of the front wheel and the ground contact portion of the rear wheel.
  • the direction D2 is the direction of a straight line connecting the ground contact portion of the rear wheel and the cutting edge 132e.
  • the control device 300 determines whether the traveling direction is the direction D1 or the direction D2 based on the angle ⁇ formed by the direction D1 and the direction D2, but the present invention is not limited to this.
  • the control device 300 determines whether the traveling direction is the direction D1 or the direction D2 based on whether or not the position of the cutting edge 132e is above the bottom surface of the traveling device 120. You may. Further, the position of the cutting edge 132e in the vehicle body coordinate system is determined based on the measured value of the stroke sensor 134. Therefore, the control device 300 according to another embodiment may determine whether the traveling direction is the direction D1 or the direction D2 based on whether or not the measured value of the stroke sensor 134 is equal to or greater than the threshold value. ..
  • the control device 300 stores design surface data in the storage 350, but is not limited to this.
  • the control device 300 may receive design surface data from the outside of the vehicle body by a communication device provided on the vehicle body (not shown).
  • control device of the work vehicle can correctly specify the traveling direction of the work vehicle when excavating the ground with a blade.
  • Interface 311 Operation amount acquisition unit 312 ... Measured value acquisition unit 313 ... Blade position calculation unit 314 ... Travel direction identification unit 315 ... Movement distance identification unit 316 ... Position identification unit 317 ... Target height identification unit 318 ... Blade control unit

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Abstract

ピッチ角取得部は、車体のピッチ角を取得する。ブレード位置算出部は、車体を基準としたブレードの位置を算出する。進行方向特定部は、ピッチ角およびブレードの位置に基づいて、車体の進行方向を特定する。

Description

作業車両、作業車両の制御装置、および作業車両の方向特定方法
　本発明は、作業車両、作業車両の制御装置、および作業車両の方向特定方法に関する。
　本願は、２０１９年３月２９日に日本に出願された特願２０１９－０６８９８８号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、ブレードの刃先を設計面に追従させる作業車両が開示されている。特許文献１に開示された技術によれば、制御装置は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を利用して作業車両の位置を特定し、特定した位置に基づいてブレードの目標高さを決定する。
国際公開２０１５／０８３４６９号
　特許文献１に開示された技術のようにＧＮＳＳを利用した制御は、施工現場の環境によってはＧＮＳＳの電波が受信できず、作業車両の位置を特定することができない可能性がある。そのため、ＧＮＳＳに代えて自律航法によって作業車両の位置を特定することが考えられる。
　ところで、ブレードを有する作業車両は、ブレードを掘削対象に押し当てて前進するため、掘削対象からの反力により走行装置の前部が浮いた状態で走行することがある。このとき、制御装置がＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）から読み出すピッチ角に基づいて作業車両の進行方向を斜め上方向と誤認し、ブレードを適切に制御することができなくなる可能性がある。
　本発明の目的は、ブレードによって地面を掘削しているときに、作業車両の進行方向を正しく特定することができる作業車両、作業車両の制御装置、および作業車両の方向特定方法を提供することにある。
　本発明の一態様によれば、作業車両の制御装置は、上下方向に移動可能に車体に支持される作業機を備える作業車両の制御装置であって、前記車体のピッチ角を取得するピッチ角取得部と、前記車体を基準とした前記作業機の位置を算出する作業機位置算出部と、前記ピッチ角および前記作業機の位置に基づいて、前記車体の進行方向を特定する進行方向特定部と、を備える。
　上記態様によれば、作業車両の制御装置は、ブレードによって地面を掘削しているときに、作業車両の進行方向を正しく特定することができる。
第１の実施形態に係る作業車両の側面図である。 第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る作業車両の動力系統を示す模式図である。 第１の実施形態に係る作業車両の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 車両の進行方向の特定方法を示す第１の図である。 車両の進行方向の特定方法を示す第２の図である。 第１の実施形態に係る自動ブレード制御方法を示すフローチャートである。
〈第１の実施形態〉
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
　図１は、第１の実施形態に係る作業車両の側面図である。
　第１の実施形態に係る作業車両１００は、例えばブルドーザである。作業車両１００は、車体１１０、走行装置１２０、作業機１３０、運転室１４０を備える。
　走行装置１２０は、車体１１０の下部に設けられる。走行装置１２０は、クローラ１２１、スプロケット１２２およびアイドラ１２４を備える。スプロケット１２２の駆動によってクローラ１２１が回転することで、作業車両１００が走行する。スプロケット１２２の回転軸には、回転センサ１２３が設けられる。回転センサ１２３は、スプロケット１２２の回転数を計測する。スプロケット１２２の回転数は、走行装置１２０の速度に換算可能である。
　車体１１０には、ＩＭＵ１１１が設けられる。ＩＭＵ１１１は、車体１１０のロール方向およびピッチ方向の傾斜角と、ヨー方向の角度変位を計測する。車体座標系は、原点をアイドラ１２４の中心とし、車体前後方向に伸びるＸ軸、車体左右方向に伸びるＹ軸、車体上下方向に伸びるＺ軸によって表される直交座標系である。Ｘ軸を中心とした車体の回転方向をロール方向、Ｙ軸を中心とした車体の回転方向をピッチ方向、Ｚ軸を中心とした車体の回転方向をヨー方向とする。
　作業機１３０は、土砂等の掘削対象の掘削および運搬に用いられる。作業機１３０は、車体１１０の前部に設けられる。作業機１３０は、リフトフレーム１３１、ブレード１３２、およびリフトシリンダ１３３を備える。
　リフトフレーム１３１の基端部は、車幅方向に伸びるピンを介して、車体１１０の側面に取り付けられる。リフトフレーム１３１の先端部は、ブレード１３２の裏面に球体関節を介して取り付けられる。これにより、ブレード１３２は、車体１１０に対して上下方向に移動可能に支持される。ブレード１３２の下端部には、刃先１３２ｅが設けられる。リフトシリンダ１３３は、油圧シリンダである。リフトシリンダ１３３の基端部は車体１１０の側面に取り付けられる。リフトシリンダ１３３の先端部はリフトフレーム１３１に取り付けられる。リフトシリンダ１３３が作動油によって伸縮することによって、リフトフレーム１３１およびブレード１３２が上げ方向または下げ方向に駆動する。
　リフトシリンダ１３３には、リフトシリンダ１３３のストローク量を計測するストロークセンサ１３４が設けられる。ストロークセンサ１３４が計測するストローク量は、車体１１０を基準とした刃先１３２ｅの位置に換算可能である。具体的には、リフトシリンダ１３３のストローク量に基づいて、リフトフレーム１３１の回転角を算出する。リフトフレーム１３１およびブレード１３２の形状は既知であるため、リフトフレーム１３１の回転角から、ブレード１３２の刃先１３２ｅの位置を特定することができる。なお、他の実施形態に係る作業車両１００は、エンコーダ等の他のセンサで回転角を検出してもよい。
　運転室１４０は、オペレータが搭乗し、作業車両１００の操作を行うためのスペースである。運転室１４０は、車体１１０の上部に設けられる。
　図２は、第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。運転室１４０の内部には、シート１４１、コンソール１４２、作業機操作レバー１４３、走行操作レバー１４４、ブレーキペダル１４５、およびデセルペダル１４６が設けられる。
　コンソール１４２には、操作パネル、計器類およびスイッチ類が取り付けられる。オペレータは、コンソール１４２を視認して作業車両１００の状態を確認することができる。また、オペレータは、コンソール１４２の操作により、掘削対象の目標形状を示す設計面を設定する。
　作業機操作レバー１４３は、ブレード１３２の上げ操作または下げ操作の移動量を設定するために操作される。作業機操作レバー１４３は、前方へ傾けられることにより下げ操作を受け付け、後方へ傾けられることにより上げ操作を受け付ける。
　走行操作レバー１４４は、走行装置１２０の進行方向を設定するために操作される。走行操作レバー１４４は、前方へ傾けられることにより前進操作を受け付け、後方へ傾けられることにより後進操作を受け付ける。また走行操作レバー１４４は、左方へ傾けられることにより左旋回操作を受け付け、右方へ傾けられることにより右旋回操作を受け付ける。オペレータは、コンソール１４２にて設計面を設定した後に作業機操作レバー１４３または走行操作レバー１４４を操作することで、自動ブレード制御の開始および終了を指示する。例えば、オペレータは、設計面を設定した後に、作業機操作レバー１４３に付随するスイッチを操作することで、自動ブレード制御の開始および終了を指示することができる。またオペレータは、設計面を設定した後に、走行操作レバー１４４を前方へ傾けることで自動ブレード制御の開始を指示し、その後走行操作レバー１４４を戻すことで自動ブレード制御の終了を指示する。
　ブレーキペダル１４５は、走行装置１２０を制動させるために操作される。
　デセルペダル１４６は、走行装置１２０の回転数を低減させるために操作される。
《動力系統》
　図３は、第１の実施形態に係る作業車両の動力系統を示す模式図である。
　作業車両１００は、エンジン２１０、ＰＴＯ２２０（Power Take Off）、変速機２３０、アクスル２４０、油圧ポンプ２５０、比例制御弁２６０を備える。
　エンジン２１０は、例えばディーゼルエンジンである。
　ＰＴＯ２２０は、エンジン２１０の駆動力の一部を、油圧ポンプ２５０に伝達する。つまり、ＰＴＯ２２０は、エンジン２１０の駆動力を、変速機２３０および油圧ポンプ２５０に分配する。
　変速機２３０は、入力軸に入力される駆動力を変速して出力軸から出力する。変速機２３０の入力軸はＰＴＯ２２０に接続され、出力軸はアクスル２４０に接続される。つまり、変速機２３０は、ＰＴＯ２２０によって分配されたエンジン２１０の駆動力をアクスル２４０に伝達する。
　アクスル２４０は、変速機２３０が出力する駆動力をスプロケット１２２に伝達する。これにより、走行装置１２０が回転する。
　油圧ポンプ２５０は、エンジン２１０からの駆動力によって駆動される。油圧ポンプ２５０から吐出された作動油は、比例制御弁２６０を介してリフトシリンダ１３３に供給される。
　比例制御弁２６０は、油圧ポンプ２５０から吐出された作動油の流量を制御する。油圧ポンプ２５０は、比例制御弁２６０に加えて、アクスル２４０とスプロケット１２２との間に設けられた図示しないステアリングクラッチなどの他の供給先に作動油を供給してもよい。
《制御装置》
　作業車両１００は、作業車両１００を制御するための制御装置３００を備える。
　制御装置３００は、運転室１４０内の各操作装置（コンソール１４２、作業機操作レバー１４３、走行操作レバー１４４、ブレーキペダル１４５、およびデセルペダル１４６）の操作量に応じて、エンジン２１０の燃料噴射装置、変速機２３０、および比例制御弁２６０に制御信号を出力する。
　図４は、第１の実施形態に係る作業車両の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。制御装置３００は、プロセッサ３１０、メインメモリ３３０、ストレージ３５０、インタフェース３７０を備えるコンピュータである。
　ストレージ３５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。ストレージ３５０の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ３５０は、制御装置３００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース３７０または通信回線を介して制御装置３００に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ３５０は、作業車両１００を制御するためのプログラムを記憶する。ストレージ３５０に記憶される設計面データは、設計面の勾配のみを規定するデータであってよい。なお設計面データは、後述するアドホック座標系で定義されている。
　なお、他の実施形態においては、制御装置３００は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ３１０によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。
　プロセッサ３１０は、プログラムを実行することで、操作量取得部３１１、計測値取得部３１２、ブレード位置算出部３１３、進行方向特定部３１４、移動距離特定部３１５、位置特定部３１６、目標高さ特定部３１７、ブレード制御部３１８を備える。
　操作量取得部３１１は、コンソール１４２から自動ブレード制御の開始指示および終了指示を取得する。
　計測値取得部３１２は、ＩＭＵ１１１、回転センサ１２３およびストロークセンサ１３４からそれぞれ計測値を取得する。すなわち、計測値取得部３１２は、車体１１０のヨー角、車体１１０のロール角、車体１１０のピッチ角、スプロケット１２２の回転数、およびリフトシリンダ１３３のストローク量の計測値を取得する。計測値取得部３１２は、ピッチ角取得部の一例である。また、スプロケット１２２の回転数は、車体１１０の速度に換算可能であるため、計測値取得部３１２は、速度取得部の一例であるといえる。
　ブレード位置算出部３１３は、計測値取得部３１２が取得したリフトシリンダ１３３のストローク量の計測値に基づいて、車体１１０を基準としたブレード１３２の刃先１３２ｅの位置を算出する。つまり、ブレード位置算出部３１３は、予め記憶している車体１１０の寸法情報とリフトシリンダ１３３のストローク量の計測値から車体座標系における刃先１３２ｅの位置を算出する。
　進行方向特定部３１４は、ブレード位置算出部３１３が算出した刃先１３２ｅの位置と計測値取得部３１２が取得した車体１１０のヨー角、ロール角およびピッチ角の計測値とに基づいて、車体１１０の進行方向を特定する。
　図５は、車両の進行方向の特定方法を示す第１の図である。図６は、車両の進行方向の特定方法を示す第２の図である。具体的には、車体正面方向Ｄ１と、車体座標系においてスプロケット１２２の直下のクローラ１２１（接地部）の位置Ｐと刃先１３２ｅとを結ぶ直線の方向Ｄ２とがなす角θが０度以上であるか否かを判定する。角θが０度以上であるということは、刃先１３２ｅの位置が、図５に示すように、走行装置１２０の底面より上方にあることを示す。他方、角θが０度未満であるということは、刃先１３２ｅの位置が、図６に示すように、走行装置１２０の底面より下方にあることを示す。
　角θが０度以上である場合、進行方向特定部３１４は、車体１１０のピッチ角の計測値の方向Ｄ１を、車体１１０の進行方向のピッチ方向成分と特定する。他方、角θが０度未満である場合、進行方向特定部３１４は、車体１１０のピッチ角の計測値に角θを加算した方向を、車体１１０の進行方向のピッチ方向成分と特定する。
　移動距離特定部３１５は、計測値取得部３１２が取得したスプロケット１２２の回転数の計測値に基づいて、所定の制御時間の間における車体１１０の移動距離を特定する。つまり、移動距離特定部３１５は、制御時間にスプロケット１２２の回転数から特定される車体１１０の走行速度を乗算することで、移動距離を特定する。
　位置特定部３１６は、前回の車体１１０の位置と、進行方向特定部３１４が特定した進行方向と、移動距離特定部３１５が特定した移動距離とに基づいて、車体１１０の位置を特定する。車体１１０の位置は、車体１１０の初期位置を原点とし、初期方位をＸ軸、鉛直方向をＺ軸、Ｘ軸とＺ軸に直交する方向をＹ軸とする座標系（以下、アドホック座標系とよぶ）で表される。位置特定部３１６が特定したアドホック座標系の位置は、メインメモリ３３０に記憶される。アドホック座標系の原点は、車体１１０の初期位置における、車体座標系の原点と一致させてもよい。アドホック座標系は、自動ブレード制御開始時に設定され、自動ブレード制御終了時に削除されてもよい。
　目標高さ特定部３１７は、メインメモリ３３０に記憶されたアドホック座標系における車体１１０の位置と、計測値取得部３１２が取得した速度の計測値と、進行方向特定部３１４が特定した進行方向と、ストレージ３５０に記憶されたアドホック座標系における設計面データとに基づいて、刃先１３２ｅの目標高さを特定する。
　ブレード制御部３１８は、ブレード位置算出部３１３が算出した刃先１３２ｅの位置と目標高さ特定部３１７が特定した目標高さとに基づいて、ブレード１３２を制御するための駆動指令を、比例制御弁２６０に出力する。例えば、ブレード制御部３１８は、ブレード位置算出部３１３が算出する刃先１３２ｅの位置の時系列から刃先１３２ｅの移動速度を算出し、現在の移動速度で刃先１３２ｅを移動させた場合の制御時間後の刃先１３２ｅの高さと目標高さとの偏差が小さくなるように、駆動指令を出力する。
《自動ブレード制御方法》
　次に、第１の実施形態に係る自動ブレード制御方法について説明する。図７は、第１の実施形態に係る自動ブレード制御方法を示すフローチャートである。
　オペレータは、自動ブレード制御による掘削作業の開始位置まで作業車両１００を移動させ、ブレード１３２を掘削開始高さまで移動させると、コンソール１４２を操作し、自動ブレード制御の開始指示を入力する。
　制御装置３００の操作量取得部３１１が自動ブレード制御の開始指示を受け付けると、計測値取得部３１２は、ＩＭＵ１１１、ストロークセンサ１３４からそれぞれ計測値を取得する（ステップＳ１）。次に、位置特定部３１６は、現在の車体１１０の位置および方位に基づいてアドホック座標系を規定し、メインメモリ３３０にアドホック座標系における車体１１０の位置および姿勢を記憶させる。すなわち位置特定部３１６は、車体１１０の位置を座標（０，０，０）に設定し、車体１１０の方位をＸ軸方向に設定する。
　次に、ブレード位置算出部３１３は、計測値取得部３１２が取得したリフトシリンダ１３３のストローク量の計測値に基づいて、車体座標系における刃先１３２ｅの初期位置を算出する（ステップＳ２）。ブレード位置算出部３１３は、ステップＳ１で取得したＩＭＵ１１１の計測値に基づいて、刃先１３２ｅの初期位置を、車体座標系からアドホック座標系に変換する（ステップＳ３）。すなわち、ブレード位置算出部３１３は、ＩＭＵ１１１の計測値から鉛直方向を特定し、車体１１０の上下方向と鉛直方向とのずれ角だけ、刃先１３２ｅの初期位置を回転させることで、アドホック座標系における刃先１３２ｅの初期位置を求める。
　次に、目標高さ特定部３１７は、設計面データに基づいて、ステップＳ３で算出した刃先１３２ｅの初期位置を通るように、アドホック座標系に設計面を規定する（ステップＳ４）。目標高さ特定部３１７は、規定した設計面は、メインメモリ３３０に記憶される。
　次に、操作量取得部３１１は、走行操作レバー１４４の操作量を取得する（ステップＳ５）。また、計測値取得部３１２は、ＩＭＵ１１１、回転センサ１２３およびストロークセンサ１３４からそれぞれ計測値を取得する（ステップＳ６）。次に、移動距離特定部３１５は、ステップＳ６で取得した回転センサ１２３の計測値に基づいて、制御時間における車体１１０の移動距離を特定する（ステップＳ７）。
　次に、ブレード位置算出部３１３は、計測値取得部３１２が取得したリフトシリンダ１３３のストローク量の計測値に基づいて、車体座標系における刃先１３２ｅの位置を算出する（ステップＳ８）。次に、ステップＳ８で算出した刃先１３２ｅの位置に基づいて、進行方向特定部３１４は、車体正面方向Ｄ１と、スプロケット１２２の直下のクローラ１２１の位置Ｐと刃先１３２ｅとを結ぶ直線の方向Ｄ２とがなす角θを算出する（ステップＳ９）。進行方向特定部３１４は、角θが０度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
　角θが０度以上である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、進行方向特定部３１４は、車体正面方向Ｄ１を、車体座標系における車体１１０の進行方向と特定する（ステップＳ１１）。他方、角θが０度未満である場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、進行方向特定部３１４は、スプロケット１２２の直下のクローラ１２１の位置Ｐと刃先１３２ｅとを結ぶ直線の方向Ｄ２を、車体座標系における車体１１０の進行方向と特定する（ステップＳ１２）。
　次に、進行方向特定部３１４は、ステップＳ６で取得したＩＭＵ１１１の計測値に基づいて、ステップＳ１１またはステップＳ１２で特定した車体１１０の進行方向を、車体座標系からアドホック座標系に変換する（ステップＳ１３）。
　位置特定部３１６は、メインメモリ３３０に記憶されたアドホック座標系における車体１１０の位置と、ステップＳ７で特定した移動距離と、ステップＳ１３で特定した進行方向とに基づいて、メインメモリ３３０に記憶された車体１１０の位置を更新する（ステップＳ１４）。
　次に、目標高さ特定部３１７は、ステップＳ７で特定した移動距離と、ステップＳ１３で特定した進行方向と、ステップＳ１４で更新した車体１１０の位置とに基づいて、制御時間後の車体１１０の位置を予測する（ステップＳ１５）。次に、目標高さ特定部３１７は、ステップＳ１５で予測した位置と、ステップＳ４でメインメモリ３３０に記憶された設計面とに基づいて、刃先１３２ｅの目標高さを特定する（ステップＳ１６）。
　ブレード制御部３１８は、ステップＳ８で算出した刃先１３２ｅの位置とステップＳ１６で特定した目標高さとに基づいて、ブレード１３２を制御するための駆動指令を、比例制御弁２６０に出力する（ステップＳ１７）。
　次に、操作量取得部３１１は、コンソール１４２に自動ブレード制御の終了指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１８）。コンソール１４２に自動ブレード制御の終了指示が入力されていない場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、制御装置３００は、ステップＳ５に処理を戻し、自動ブレード制御処理を継続する。
　他方、自動ブレード制御の終了指示が入力された場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、制御装置３００は、自動ブレード制御処理を終了する。
《作用・効果》
　このように、第１の実施形態によれば、制御装置３００は、車体１１０のピッチ角および車体１１０を基準としたブレードの位置に基づいて、車体１１０の進行方向を特定する。これにより、図６に示すように、掘削対象からの反力により走行装置１２０の前部が浮いた状態で作業車両１００が走行する場合にも、制御装置３００は、作業車両１００の進行方向を正しく特定することができる。
　また、制御装置３００は、車体の速度と、特定した進行方向に基づいて車両の位置を特定する。これにより、制御装置３００は、自律航法によって作業車両１００の位置を特定することができる。
　また、制御装置３００は、ブレード１３２の目標高さと特定した進行方向とに基づいて、ブレード１３２の制御信号を出力する。これにより、制御装置３００は、自立航法によって自動ブレード制御を実現することができる。なお、他の実施形態において、特定した位置情報の用途は、自動ブレード制御に限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置３００は、特定した位置情報をコンソール１４２に表示させてもよい。
《他の実施形態》
　以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。例えば、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
　上述した実施形態に係る作業車両１００は、ブルドーザであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業車両１００は、バケット等の作業機を有するホイールローダーやグレーダなどの他の作業車両であってもよい。なお、作業車両１００がホイールローダーである場合、走行装置１２０は車輪である。そのため、方向Ｄ１は、前輪の接地部と後輪の接地部とを結ぶ直線の方向である。方向Ｄ２は、後輪の接地部と刃先１３２ｅとを結ぶ直線の方向である。
　上述した実施形態に係る制御装置３００は、方向Ｄ１と方向Ｄ２とがなす角θに基づいて、進行方向を方向Ｄ１とするか方向Ｄ２とするかを決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置３００は、刃先１３２ｅの位置が走行装置１２０の底面より上にあるか否かに基づいて、進行方向を方向Ｄ１とするか方向Ｄ２とするかを決定してもよい。また、車体座標系における刃先１３２ｅの位置はストロークセンサ１３４の計測値に基づいて定められる。そのため、他の実施形態に係る制御装置３００は、ストロークセンサ１３４の計測値が閾値以上であるか否かに基づいて、進行方向を方向Ｄ１とするか方向Ｄ２とするかを決定してもよい。
　上述した実施形態に係る制御装置３００は、ストレージ３５０に設計面データを記憶するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置３００は、図示しない車体に設けられた通信装置により、車体外部から設計面データを受信してもよい。
　本発明の上記開示によれば、作業車両の制御装置は、ブレードによって地面を掘削しているときに、作業車両の進行方向を正しく特定することができる。
１００…作業車両　１１０…車体　１１１…ＩＭＵ　１２０…走行装置　１２１…クローラ　１２２…スプロケット　１２３…回転センサ　１３０…作業機　１３１…リフトフレーム　１３２…ブレード　１３２ｅ…刃先　１３３…リフトシリンダ　１３４…ストロークセンサ　１４０…運転室　１４１…シート　１４２…コンソール　１４３…作業機操作レバー　１４４…走行操作レバー　１４５…ブレーキペダル　１４６…デセルペダル　２１０…エンジン　２２０…ＰＴＯ　２３０…変速機　２４０…アクスル　２５０…油圧ポンプ　２６０…比例制御弁　３００…制御装置　３１０…プロセッサ　３３０…メインメモリ　３５０…ストレージ　３７０…インタフェース　３１１…操作量取得部　３１２…計測値取得部　３１３…ブレード位置算出部　３１４…進行方向特定部　３１５…移動距離特定部　３１６…位置特定部　３１７…目標高さ特定部　３１８…ブレード制御部

Claims (4)

  1. 　上下方向に移動可能に車体に支持される作業機を備える作業車両の制御装置であって、
    　前記車体のピッチ角を取得するピッチ角取得部と、
    　前記車体を基準とした前記作業機の位置を算出する作業機位置算出部と、
    　前記ピッチ角および前記作業機の位置に基づいて、前記車体の進行方向を特定する進行方向特定部と、
    　前記車体の速度を取得する速度取得部と、
    　前記速度および前記車体の進行方向に基づいて、前記車体の位置を特定する位置特定部と、
    　掘削対象の目標形状を示す設計面データに基づいて、特定した前記車体の位置における前記掘削対象の目標高さを特定する目標高さ特定部と、
    　前記目標高さと前記進行方向とに基づいて、作業機の制御信号を出力する作業機制御部と
    　を備える作業車両の制御装置。
  2. 　前記進行方向特定部は、
    　前記作業機の位置が前記車体の走行装置の接地部より下方である場合に、前記車体の進行方向を、前記接地部から作業機位置へ伸びる方向に特定し、
    　前記作業機の位置が前記接地部より上方である場合に、前記車体の進行方向を前記ピッチ角に従った方向に特定する
    　請求項１に記載の作業車両の制御装置。
  3. 　車体と、
    　上下方向に移動可能に前記車体に支持される作業機と、
    　請求項１または請求項２に記載の制御装置と
    　を備える作業車両。
  4. 　上下方向に移動可能に車体に支持される作業機を備える作業車両の方向特定方法であって、
    　前記車体のピッチ角を計測するステップと、
    　前記車体を基準とした前記作業機の位置を算出するステップと、
    　前記ピッチ角および前記作業機の位置に基づいて、前記車体の進行方向を決定するステップと、
    　前記車体の速度を取得するステップと、
    　前記速度および前記車体の進行方向に基づいて、前記車体の位置を特定するステップと、
    　掘削対象の目標形状を示す設計面データに基づいて、特定した前記車体の位置における前記掘削対象の目標高さを特定するステップと、
    　前記目標高さと前記進行方向とに基づいて、作業機の制御信号を出力するステップと
    　を備える作業車両の方向特定方法。
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