WO2020204110A1 - 作業機制御装置、作業車両、および作業機制御方法 - Google Patents

作業機制御装置、作業車両、および作業機制御方法 Download PDF

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WO2020204110A1
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work
control
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貴央 大浅
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株式会社小松製作所
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    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278—Hydraulic circuits
    • E02F9/2296—Systems with a variable displacement pump

Definitions

  • the present invention relates to a work machine control device, a work vehicle, and a work machine control method.
  • the present application claims priority with respect to Japanese Patent Application No. 2019-072104 filed in Japan on April 4, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a technique for determining whether or not automatic drive control is possible based on a load state of a work machine specified from a load applied to the work machine.
  • the automatic drive control can be executed for each of the four operations of boom raising, boom lowering, bucket tilt, and bucket dump. However, if the work object is housed in the bucket and the automatic drive control related to the bucket dump is performed due to an erroneous operation or the like, the work object may spill.
  • An object of the present invention is to provide a work machine control device, a work vehicle, and a work machine control method for preventing a work object from falling by automatic drive control.
  • the work machine control device is a work machine control device for a work vehicle including a work machine having a boom and a bucket, and has a state determination unit for determining a work state of the work vehicle and the above-mentioned. It is provided with an automatic dump determination unit that determines an automatic dump enable / disable mode that indicates whether or not automatic dump control for automatically driving the bucket to a predetermined dump angle is executed according to a working state.
  • the work machine control device prevents the work object from falling due to the automatic drive control.
  • 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 a wheel loader.
  • the work vehicle 100 includes a vehicle body 110, a work machine 120, a front wheel portion 130, a rear wheel portion 140, and a driver's cab 150.
  • the vehicle body 110 includes a front vehicle body 111, a rear vehicle body 112, and a steering cylinder 113.
  • the front vehicle body 111 and the rear vehicle body 112 are rotatably attached around a steering axis extending in the vertical direction of the vehicle body 110.
  • the front wheel portion 130 is provided below the front vehicle body 111, and the rear wheel portion 140 is provided below the rear vehicle body 112.
  • the steering cylinder 113 is a hydraulic cylinder.
  • the base end portion of the steering cylinder 113 is attached to the rear vehicle body 112, and the tip end portion is attached to the front vehicle body 111.
  • the steering cylinder 113 expands and contracts with hydraulic oil to define the angle between the front vehicle body 111 and the rear vehicle body 112. That is, the steering angle of the front wheel portion 130 is defined by the expansion and contraction of the steering cylinder 113.
  • the work machine 120 is used for excavating and transporting work objects such as earth and sand.
  • the working machine 120 is provided at the front portion of the vehicle body 110.
  • the work machine 120 includes a boom 121, a bucket 122, a bell crank 123, a lift cylinder 124, and a bucket cylinder 125.
  • the base end portion of the boom 121 is attached to the front portion of the front vehicle body 111 via a pin.
  • a boom angle sensor 1211 for detecting the boom angle ⁇ L is provided at the base end portion of the boom 121.
  • the boom angle ⁇ L is represented by an angle formed by a straight line extending forward from the vehicle body 110 and a straight line extending from the base end portion to the tip end portion of the boom 121. Position of the tip of about boom 121 boom angle theta L is large becomes high, the position of the tip of the more boom 121 boom angle theta L is small becomes lower.
  • a lift cylinder stroke sensor for measuring the stroke amount of the lift cylinder 124 may be provided, and the boom angle ⁇ L may be detected based on the stroke amount of the lift cylinder 124.
  • the bucket 122 includes a blade for excavating the work object and a container for carrying the excavated work object.
  • the base end portion of the bucket 122 is attached to the tip end portion of the boom 121 via a pin.
  • the bell crank 123 transmits the power of the bucket cylinder 125 to the bucket 122.
  • the first end of the bell crank 123 is attached to the bottom of the bucket 122 via a link mechanism.
  • the second end of the bell crank 123 is attached to the tip of the bucket cylinder 125 via a pin.
  • a bucket angle sensor 1231 for detecting the bucket angle ⁇ B is provided at the center of the bell crank 123.
  • the bucket angle ⁇ B is represented by an angle formed by a straight line extending forward from the vehicle body 110 and a straight line extending along the bottom surface of the bucket 122.
  • When the bucket angle ⁇ B is positive, the bucket 122 tilts toward the tilt side, and when the bucket angle ⁇ B is negative, the bucket 122 tilts toward the dump side.
  • the bucket angle ⁇ B is obtained by adding the boom angle ⁇ L to the angle of the bucket 122 with respect to the boom 121 obtained from the measured value of the bucket angle sensor 1231.
  • the lift cylinder 124 is a hydraulic cylinder.
  • the base end portion of the lift cylinder 124 is attached to the front portion of the front vehicle body 111.
  • the tip of the lift cylinder 124 is attached to the boom 121.
  • the boom 121 is driven in the upward or downward direction.
  • the bucket cylinder 125 is a hydraulic cylinder.
  • the base end portion of the bucket cylinder 125 is attached to the front portion of the front vehicle body 111.
  • the tip of the bucket cylinder 125 is attached to the bucket 122 via the bell crank 123.
  • the bucket cylinder 125 expands and contracts due to the hydraulic oil, so that the bucket 122 is driven in the tilt direction or the dump direction.
  • the driver's cab 150 is a space for the operator to board and operate the work vehicle 100.
  • the driver's cab 150 is provided above the rear vehicle body 112.
  • FIG. 2 is a top view showing the internal configuration of the driver's cab according to the first embodiment.
  • a seat 151 Inside the driver's cab 150, a seat 151, an accelerator pedal 152, a brake pedal 153, a steering handle 154, a front / rear changeover switch 155, a shift switch 156, a boom lever 157, a bucket lever 158, and a stop switch 159 are provided.
  • the accelerator pedal 152 is operated to set a driving force (traction force) for traveling generated by the work vehicle 100.
  • the brake pedal 153 is operated to set the traveling braking force generated by the work vehicle 100.
  • the steering handle 154 is operated to set the steering angle of the work vehicle 100.
  • the front / rear changeover switch 155 is operated to set the traveling direction of the work vehicle 100.
  • the shift switch 156 is operated to set the speed range of the power transmission device.
  • the boom lever 157 is operated to set the speed of the raising or lowering operation of the boom 121.
  • the boom lever 157 accepts a lowering operation when tilted forward, and accepts a raising operation when tilted backward.
  • the raising operation and the lowering operation of the boom 121 are also referred to as a lift operation.
  • the boom lever 157 outputs a start command of automatic drive control (automatic lowering control) for automatically driving the boom 121 to a predetermined lowering position by being tilted forward by a certain angle or more to the control device 300.
  • the boom lever 157 outputs a start command for automatic drive control (automatic raising control) that automatically drives the boom 121 to a predetermined rising position by tilting the boom lever 157 backward by a certain angle or more to the control device 300.
  • the lowering position may be, for example, a position when the lift cylinder 124 is fully contracted, or a position corresponding to the ground contact height of the work vehicle 100.
  • the ascending position may be, for example, a position when the lift cylinder 124 is extended to the maximum. Further, the descending position and the ascending position may be arbitrarily set by the operator.
  • the ascending position and the descending position are not limited to the above examples, but in either case, the ascending position is set above the descending position in the vehicle body coordinate system.
  • the boom lever 157 returns to the neutral position after outputting a start command for automatic drive control.
  • the boom lever 157 may be fixed in position until the automatic drive control ends after the automatic drive control start command is output. Even when the boom lever 157 is fixed, the operator can operate the boom lever 157 to release the fixing.
  • the bucket lever 158 is operated to set the speed of the dump operation or tilt operation of the bucket 122.
  • the bucket lever 158 accepts a dump operation when tilted forward, and accepts a tilt operation when tilted backward. Further, the bucket lever 158 outputs a start command of automatic drive control (automatic dump control) for automatically driving the bucket 122 to a predetermined dump angle by tilting forward by a certain angle or more to the control device 300.
  • the bucket lever 158 outputs a start command for automatic drive control (automatic tilt control) that automatically drives the bucket 122 to a predetermined tilt angle by tilting it backward by a certain angle or more to the control device 300.
  • the dump angle may be, for example, an angle tilted in the dump direction by a predetermined angle with respect to the horizontal.
  • the tilt angle may be, for example, an angle tilted in the tilt direction by a predetermined angle with respect to the horizontal.
  • the dump angle and tilt angle may be arbitrarily set by the operator.
  • the dump angle and tilt angle are not limited to the above examples. Further, the dump angle and the tilt angle may be the same angle (for example, both are horizontal).
  • the bucket lever 158 returns to the neutral position after outputting a start command for automatic drive control.
  • the position of the bucket lever 158 may be fixed after the start command of the automatic drive control is output until the automatic drive control ends. Even when the bucket lever 158 is fixed, the operator can operate the bucket lever 158 to release the fixation.
  • the stop switch 159 is operated to stop various automatic drive controls. When the stop switch 159 is pressed, the stop switch 159 outputs a stop command to the control device 300.
  • the stop switch 159 is provided on, for example, the bucket lever 158.
  • 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, a front axle 240, a rear axle 250, and a variable displacement pump 260.
  • the engine 210 is, for example, a diesel engine.
  • the engine 210 is provided with a fuel injection device 211 and an engine tachometer 212.
  • the fuel injection device 211 controls the driving force of the engine 210 by adjusting the amount of fuel injected into the cylinder of the engine 210.
  • the engine tachometer 212 measures the number of revolutions of the engine 210.
  • the PTO 220 transmits a part of the driving force of the engine 210 to the variable displacement pump 260. That is, the PTO 220 distributes the driving force of the engine 210 to the transmission 230 and the variable displacement pump 260.
  • 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 front axle 240 and the rear axle 250. That is, the transmission 230 transmits the driving force of the engine 210 distributed by the PTO 220 to the front axle 240 and the rear axle 250.
  • the front axle 240 transmits the driving force output by the transmission 230 to the front wheel portion 130. As a result, the front wheel portion 130 rotates.
  • the rear axle 250 transmits the driving force output by the transmission 230 to the rear wheel portion 140. As a result, the rear wheel portion 140 rotates.
  • the variable displacement pump 260 is driven by a driving force from the engine 210.
  • the hydraulic oil discharged from the variable displacement pump 260 is supplied to the lift cylinder 124 and the bucket cylinder 125 via the control valve 261.
  • the variable displacement pump 260 is provided with a pump pressure gauge 262 and a pump capacitance meter 263.
  • the pump pressure gauge 262 measures the discharge pressure of hydraulic oil from the variable displacement pump 260.
  • the pump capacity meter 263 measures the capacity of the variable capacity pump 260 based on the swash plate angle of the variable capacity pump 260 and the like.
  • the control valve 261 controls the flow rate of the hydraulic oil discharged from the variable displacement pump 260, and distributes the hydraulic oil to the lift cylinder 124 and the bucket cylinder 125.
  • the work vehicle 100 includes a control device 300 for controlling the work vehicle 100.
  • the control device 300 is an example of a work machine control device.
  • the control device 300 outputs a control signal to the control valve 261 according to the operation amount of the boom lever 157 and the bucket lever 158, and in response to a command of automatic drive control by the operator.
  • 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 program may be for realizing a part of the functions exerted by the control device 300.
  • the program may exert its function in combination with another program already stored in the storage or in combination with another program mounted on another device.
  • the computer 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 Programmable Logic Device
  • PAL Programmable Array Logic
  • GAL Generic Array Logic
  • CPLD Complex Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the distributed control device 300 may expand the program in the main memory 330 and execute the above processing. Further, the program may be for realizing a part of the above-mentioned functions. Further, the program may be a so-called difference file (difference program) that realizes the above-mentioned function in combination with another program already stored in the storage 350.
  • difference file difference program
  • the processor 310 includes an operation amount acquisition unit 311, a command input unit 312, a measurement value acquisition unit 313, a traction force calculation unit 314, a state determination unit 315, an automatic dump determination unit 316, and a drive control unit 317 by executing a program. .. Further, by executing the program, the storage area of the mode storage unit 331 is secured in the main memory 330.
  • the mode storage unit 331 stores the automatic dump enable / disable mode indicating whether or not the automatic dump control can be executed.
  • the automatic dump enable / disable mode takes a value of either an automatic dump permission mode that permits execution of automatic dump control or an automatic dump prohibition mode that prohibits execution of automatic dump control.
  • the operation amount acquisition unit 311 acquires the operation amount of the boom lever 157 and the bucket lever 158.
  • the command input unit 312 receives input of a start command for automatic drive control from the boom lever 157 and the bucket lever 158. Further, the command input unit 312 receives an input of a stop command for automatic drive control from the stop switch 159.
  • the measured value acquisition unit 313 acquires measured values from the fuel injection device 211, the engine tachometer 212, the pump pressure gauge 262, the pump capacity meter 263, the boom angle sensor 1211, and the bucket angle sensor 1231. That is, the measurement value acquisition unit 313 determines the fuel injection amount of the fuel injection device 211, the rotation speed of the engine 210, the discharge pressure of the variable displacement pump 260, the capacity of the variable displacement pump 260, the boom angle ⁇ L , and the bucket angle ⁇ B. Get the measured value.
  • the traction force calculation unit 314 calculates the traction force of the work vehicle 100 based on the measurement value acquired by the measurement value acquisition unit 313. For example, the traction force calculation unit 314 can calculate the traction force by the following procedure when the transmission 230 is a continuously variable transmission.
  • the traction force calculation unit 314 calculates the output torque of the engine 210 from the measured value of the fuel injection amount and the rotation speed of the engine 210. Further, the traction force calculation unit 314 calculates the load torque of the variable displacement pump 260 from the discharge pressure and the capacitance of the variable displacement pump 260.
  • the traction force calculation unit 314 multiplies the traveling torque obtained by subtracting the load torque from the output torque by the reduction ratio of the transmission 230, the reduction ratio of the axle, and the torque efficiency, and divides this by the effective diameter of the wheel. By doing so, the traction force is calculated. Further, for example, when the transmission 230 is a torque converter, the traction force calculation unit 314 can calculate the traction force by the following procedure.
  • the traction force calculation unit 314 calculates the traveling torque by multiplying the value obtained by dividing the rotation speed of the engine 210 by 1000 rpm and the squared value by the primary torque coefficient and the torque ratio of the transmission 230.
  • the primary torque coefficient and the torque ratio are characteristic values determined by the input / output rotation ratio of the transmission 230.
  • the traction force calculation unit 314 calculates the traction force by multiplying the traveling torque by the reduction ratio of the transmission 230, the reduction ratio of the axle, and the torque efficiency, and dividing this by the effective diameter of the wheel.
  • the state determination unit 315 has the traction force calculated by the traction force calculation unit 314, the measured values of the boom angle ⁇ L and the bucket angle ⁇ B acquired by the measurement value acquisition unit 313, and the boom lever 157 and the bucket acquired by the operation amount acquisition unit 311.
  • the working state of the work vehicle 100 is determined based on the operation amount of the lever 158.
  • the working state includes at least the excavation state and the dump state. Specifically, in the state determination unit 315, the traction force is equal to or greater than the traction force threshold value, the boom angle ⁇ L is equal to or less than the boom angle threshold value, the bucket angle ⁇ B is within the bucket angle range, and the boom lever is raised.
  • the traction force threshold is a threshold value corresponding to the traction force exerted during excavation.
  • the boom angle threshold value is a threshold value corresponding to the boom angle ⁇ L when the base end portion of the bucket 122 is at a position higher than the ground contact height by a predetermined allowable height. That is, when the boom angle ⁇ L is equal to or less than the boom angle threshold value, the bucket 122 is located within a predetermined height range including the ground contact height. The height range does not have to have a lower limit.
  • the bucket angle range is a range including 0 degrees.
  • the state determination unit 315 determines that the working state is the dump state when the bucket angle ⁇ B is less than the predetermined dump threshold value.
  • the dump threshold is a negative value, which is lower than the lower limit of the bucket angle range. That is, when the bucket angle ⁇ B is less than the dump threshold value, the bottom surface of the bucket 122 is tilted in the dump direction.
  • the work object When the work state of the work vehicle 100 is the excavation state, the work object is housed in the bucket 122.
  • the working state of the work vehicle 100 is the dump state, the work object is dumped from the bucket 122, and the work object is not housed in the bucket 122. That is, there is a high possibility that the work object is housed in the bucket 122 from the excavation state to the dump state.
  • the bucket 122 does not contain the work object between the time when the work state is in the dump state and the time when the work state is in the excavation state.
  • the automatic dump determination unit 316 When the work state is determined to be the excavation state, the automatic dump determination unit 316 rewrites the value of the automatic dump enable / disable mode stored in the mode storage unit 331 to the automatic dump prohibit mode. On the other hand, when the working state is determined to be the dump state, the automatic dump determination unit 316 rewrites the value of the automatic dump enable / disable mode stored in the mode storage unit 331 to the automatic dump permission mode.
  • the drive control unit 317 When the drive control unit 317 receives the start command for the automatic drive control, the drive control unit 317 generates a drive signal related to the automatic drive control and outputs the drive signal to the control valve 261. However, when the start command related to the automatic dump control is received, the drive control unit 317 is related to the automatic dump control only when the value of the automatic dump enable / disable mode stored in the mode storage unit 331 is the automatic dump permission mode. The drive signal is output to the control valve 261. Further, when the automatic drive control is not performed, the drive control unit 317 generates a drive signal according to the operation amount of the boom lever 157 and the bucket lever 158 and outputs the drive signal to the control valve 261.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a method of setting the automatic dump enable / disable mode by the control device according to the first embodiment.
  • the control device 300 executes the following automatic dump enable / disable mode setting process for each predetermined control cycle.
  • the operation amount acquisition unit 311 acquires the operation amount of the boom lever 157 and the bucket lever 158 (step S1).
  • the measured value acquisition unit 313 acquires measured values from the fuel injection device 211, the engine tachometer 212, the pump pressure gauge 262, the pump capacity meter 263, the boom angle sensor 1211, and the bucket angle sensor 1231 (step S2).
  • the traction force calculation unit 314 calculates the traction force of the work vehicle 100 based on the measured value acquired in step S2 (step S3).
  • the state determination unit 315 determines whether or not the traction force calculated in step S3 is equal to or greater than the traction force threshold value (step S4).
  • the state determination unit 315 determines whether or not the boom angle ⁇ L acquired in step S2 is equal to or less than the boom angle threshold value (step S5).
  • step S6 determines whether or not the bucket angle ⁇ B acquired in step S2 is within the bucket angle range.
  • step S6 determines whether or not the bucket angle ⁇ B acquired in step S2 is within the bucket angle range.
  • the traction force is equal to or greater than the traction force threshold value
  • the boom angle ⁇ L is equal to or less than the boom angle threshold value
  • the bucket angle ⁇ B is within the bucket angle range
  • the duration of the boom 121 raising operation or the bucket 122 tilting operation is for a certain period of time.
  • step S4 when the traction force is less than the traction force threshold value (step S4: NO), when the boom angle ⁇ L is larger than the boom angle threshold value (step S5: NO), and when the bucket angle ⁇ B is out of the bucket angle range (step S6). : NO), or when the duration of the boom 121 raising operation and the bucket 122 tilting operation is less than a certain time (step S7: NO), the state determination unit 315 has a bucket angle ⁇ B less than the dump threshold value. Whether or not it is determined (step S10). When the bucket angle ⁇ B is less than the dump threshold value (step S10: YES), the state determination unit 315 determines that the working state is the dump state (step S11).
  • the automatic dump determination unit 316 rewrites the value of the automatic dump enable / disable mode stored in the mode storage unit 331 to the automatic dump permission mode, and ends the process. (Step S12).
  • the control device 300 updates the value of the automatic dump enable / disable mode stored in the mode storage unit 331 by executing the above automatic dump enable / disable mode setting process every predetermined control cycle.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an automatic drive control method by the control device according to the first embodiment.
  • the control device 300 executes the automatic drive control shown below.
  • the drive control unit 317 determines whether or not the input start command is a start command related to automatic dump control (step S31).
  • the start command related to the automatic dump control is input (step S31: YES)
  • the drive control unit 317 determines whether or not the value of the automatic dump enable / disable mode stored in the mode storage unit 331 is the automatic dump permission mode. (Step S32).
  • the value of the automatic dump enable / disable mode is the automatic dump prohibit mode (step S32: NO)
  • the drive control unit 317 ends the process without performing the automatic dump control.
  • step S31 when a start command related to automatic raising control, automatic lowering control, or automatic tilt control is input (step S31: NO), or when the value of the automatic dump enable / disable mode is the automatic dump permission mode (step S32: YES), the drive control unit 317 outputs a drive command related to a predetermined drive speed to the control valve 261 (step S33).
  • the measured value acquisition unit 313 acquires the measured value from the boom angle sensor 1211 and the bucket angle sensor 1231 (step S34).
  • the drive control unit 317 determines whether or not the angle of the controlled object (boom 121 or bucket 122) has reached a predetermined angle (rising angle, descending angle, tilt angle, or dump angle) (step S35).
  • the command input unit 312 determines whether or not the input of the stop instruction has been accepted (step S36).
  • the operation amount acquisition unit 311 determines the operation amount of the operation lever (boom lever 157 or bucket lever 158) related to the automatic drive control immediately after the input of the start command.
  • step S37 After returning to the play range of (step S37), it is determined whether or not the play range has been exceeded again.
  • the process returns to step S33 and the output of the drive command is continued.
  • the operation amount acquisition unit 311 when the operation lever is fixed after the input of the automatic drive start command, the operation amount acquisition unit 311 is within the range in which the operation amount of the operation lever is released from the fixation in step S37. Judge whether or not.
  • step S35 when the angle of the control target reaches a predetermined angle (step S35: YES), when the stop instruction is input (step S36: YES), the operation amount of the operation lever related to the automatic drive control exceeds the play range.
  • step S37: YES the drive control unit 317 stops the output of the drive command to the control valve 261 (step S38), and ends the process.
  • the control device 300 determines the working state of the working vehicle 100 based on the traction force of the working vehicle 100 and the posture of the working machine 120, and whether or not automatic dumping is possible according to the working state. Determine the mode. As a result, the control device 300 can prevent the work object from falling due to the automatic drive control. More specifically, the control device 300 switches the automatic dump enable / disable mode to the automatic dump prohibition mode when it is determined that the working state is the excavation state. When the work vehicle 100 performs the excavation work, the work object is housed in the bucket 122 thereafter. Therefore, the control device 300 can prevent the work object from falling due to the automatic drive control by setting the automatic dump enable / disable mode to the automatic dump prohibition mode after the work state becomes the excavation state.
  • control device 300 switches the automatic dump enable / disable mode to the automatic dump permission mode when it is determined that the working state is the dump state.
  • the control device 300 can accept the automatic drive control in a state where the possibility of the work object falling is low by setting the automatic dump enable / disable mode to the automatic dump permission mode after the work state becomes the dump state. it can.
  • the control device 300 includes a condition that the traction force is equal to or higher than a predetermined threshold value as a condition for determining the excavation state. This is because the traction force during the excavation work is higher than when the excavation work is not performed because the work vehicle 100 moves forward with the bucket 122 inserted into the work object. Further, in the control device 300 according to the first embodiment, the bucket angle ⁇ B is within the bucket angle range, and the height of the bucket 122 is within a predetermined height range including the ground contact height of the work vehicle 100. Is included in the conditions for determining the excavation state. This is for the operator to change the posture of the bucket 122 so that the bottom surface is along the ground at the start of excavation.
  • control device 300 includes, in the condition for determining the excavation state, that the operation of the operation device of the work machine 120 is continued for a certain period of time. This is because it is necessary to tilt the bucket 122 while raising the boom 121 during excavation. In another embodiment, it is not necessary to include the fact that the operation device of the working machine 120 is continuously operated for a certain period of time as a condition for determining the excavation state. For example, in another embodiment, instead of this, a condition that the driving amount of the working machine 120 is smaller than a predetermined threshold value with respect to the operating amount of the operating device of the working machine 120 is set as a condition for determining the excavation state. May include.
  • control device 300 stops the automatic drive control by pressing the stop switch 159. As a result, even if the automatic drive control is started due to an erroneous operation of the operator or the like, the operator can easily stop the automatic drive control.
  • the work vehicle 100 outputs a start command for automatic drive control by tilting the boom lever 157 or the bucket lever 158 by a predetermined tilt angle or more, but the present invention is not limited to this.
  • the work vehicle 100 may include a switch for instructing the start of automatic drive control separately from the boom lever 157 and the bucket lever 158.
  • the switch may also be used as a stop switch 159.
  • the work vehicle 100 separately includes the boom lever 157 and the bucket lever 158, but is not limited thereto.
  • one working machine lever that summarizes the functions of the boom lever 157 and the bucket lever 158 may be provided.
  • the work vehicle 100 is a wheel loader, but is not limited to this.
  • the work vehicle 100 may be a bulldozer and other work vehicles.
  • the work vehicle 100 performs automatic drive control for each of the raising and lowering operations of the boom 121 and the tilting operation and dumping operation of the bucket 122, but the present invention is not limited to this.
  • the work vehicle 100 according to another embodiment may realize at least one automatic drive control including automatic dump control.
  • the work vehicle 100 automatically controls the tilt operation and the dump operation of the bucket 122 based on the bucket angle ⁇ B , but is not limited to this.
  • the work vehicle 100 may obtain the stroke amount of the bucket cylinder 125 and automatically drive and control the tilt operation and the dump operation based on the stroke amount of the bucket cylinder 125.
  • the stroke amount of the bucket cylinder 125 may be obtained by providing the bucket cylinder 125 with a stroke sensor, or may be calculated based on the measured value of the angle sensor provided on the bell crank 123 and the boom angle ⁇ L. .. Further, due to the mechanism of the working machine 120, when the boom 121 is driven, the bell crank angle changes even if the bucket cylinder 125 is not driven.
  • the control device 300 of the work vehicle 100 measures the stroke amount (reference stroke amount) of the bucket cylinder 125 in the state where the bucket 122 is in contact with the ground in advance, and determines the difference between the reference stroke amount and the stroke amount of the bucket cylinder 125. Based on this, the automatic drive control of the tilt operation and the dump operation of the bucket 122 is performed. As a result, when the boom 121 is lowered to the vicinity of the ground surface, the bottom surface of the bucket 122 can be made substantially parallel to the ground surface. In this case, the dump angle, the tilt angle, and the bucket angle range used for determining the excavation condition are converted into the value of the stroke amount with respect to the reference stroke amount and compared.
  • the work machine control device prevents the work object from falling due to automatic drive control.
  • Engine rotation meter 220 ... PTO 230 ... Transmission 240 ... Front axle 250 ... Rear axle 260 ... Variable capacity pump 261 ... Control valve 262 ... Pump pressure gauge 263 ... Pump capacity meter 300 ... Control device 310 ... Processor 311 ... Operation amount acquisition unit 312 ... Command input unit 313 ... Measurement value acquisition unit 314 ... Traction force calculation unit 315 ... Status determination unit 316 ... Automatic dump determination unit 317 ... Drive control unit 330 ... Main memory 331 ... Mode storage unit 350 ... Storage 370 ... Interface

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Abstract

状態判定部は、作業車両の牽引力と作業機の姿勢とに基づいて、作業車両の作業状態を判定する。自動ダンプ判定部は、作業状態に応じて、バケットを所定のダンプ角度まで自動的に駆動させる自動ダンプ制御の実行の可否を示す自動ダンプ可否モードを決定する。

Description

作業機制御装置、作業車両、および作業機制御方法
　本発明は、作業機制御装置、作業車両、および作業機制御方法に関する。
　本願は、２０１９年４月４日に日本に出願された特願２０１９－０７２１０４号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ホイールローダなどの作業車両において、作業機を所定位置まで繰り返し操作することを容易かつ正確に行うことを目的として、作業機を所定位置まで自動的に駆動させる自動駆動制御（デテント制御、キックアウト制御）が行われる。
　特許文献１には、作業機に掛かる荷重から特定される作業機の負荷状態に基づいて、自動駆動制御の可否を決定する技術が開示されている。
米国特許第９７９０６６０号明細書
　自動駆動制御は、ブーム上げ、ブーム下げ、バケットチルト、バケットダンプの４操作それぞれについて実行することができる。しかしながら、バケットに作業対象物が収容されているときに、誤操作等によってバケットダンプに係る自動駆動制御がなされると、作業対象物がこぼれてしまう可能性がある。
　本発明の目的は、自動駆動制御による作業対象物の落下を防止する作業機制御装置、作業車両、および作業機制御方法を提供することにある。
　本発明の一態様によれば、作業機制御装置は、ブームおよびバケットを有する作業機を備える作業車両の作業機制御装置であって、前記作業車両の作業状態を判定する状態判定部と、前記作業状態に応じて、前記バケットを所定のダンプ角度まで自動的に駆動させる自動ダンプ制御の実行の可否を示す自動ダンプ可否モードを決定する自動ダンプ判定部とを備える。
　上記態様によれば、作業機制御装置は、自動駆動制御による作業対象物の落下を防止する。
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上面図である。 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。 第１の実施形態に係る制御装置による自動ダンプ可否モードの設定方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る制御装置による自動駆動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、ホイールローダである。作業車両１００は、車体１１０、作業機１２０、前輪部１３０、後輪部１４０、運転室１５０を備える。
　車体１１０は、前車体１１１、後車体１１２、およびステアリングシリンダ１１３を備える。前車体１１１と後車体１１２とは車体１１０の上下方向に伸びるステアリング軸回りに回動可能に取り付けられている。前輪部１３０は、前車体１１１の下部に設けられ、後輪部１４０は、後車体１１２の下部に設けられる。
　ステアリングシリンダ１１３は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１３の基端部は後車体１１２に取り付けられ、先端部は前車体１１１に取り付けられる。ステアリングシリンダ１１３は、作動油によって伸縮することで、前車体１１１と後車体１１２とのなす角度を規定する。つまり、ステアリングシリンダ１１３の伸縮により、前輪部１３０の舵角が規定される。
　作業機１２０は、土砂等の作業対象物の掘削および運搬に用いられる。作業機１２０は、車体１１０の前部に設けられる。作業機１２０は、ブーム１２１、バケット１２２、ベルクランク１２３、リフトシリンダ１２４、バケットシリンダ１２５を備える。
　ブーム１２１の基端部は、前車体１１１の前部にピンを介して取り付けられる。ブーム１２１の基端部には、ブーム角θＬを検出するためのブーム角センサ１２１１が設けられる。ブーム角θＬは、車体１１０から前方に伸びる直線と、ブーム１２１の基端部から先端部に伸びる直線とのなす角によって表される。ブーム角θＬが大きいほどブーム１２１の先端の位置が高くなり、ブーム角θＬが小さいほどブーム１２１の先端の位置が低くなる。なお、他の実施形態においては、リフトシリンダ１２４のストローク量を計測するリフトシリンダストロークセンサを設け、リフトシリンダ１２４のストローク量に基づいてブーム角θＬが検出されてもよい。
　バケット１２２は、作業対象物を掘削するための刃と、掘削した作業対象物を運搬するための容器とを備える。バケット１２２の基端部は、ブーム１２１の先端部にピンを介して取り付けられる。
　ベルクランク１２３は、バケットシリンダ１２５の動力をバケット１２２に伝達する。ベルクランク１２３の第１端は、バケット１２２の底部にリンク機構を介して取り付けられる。ベルクランク１２３の第２端は、バケットシリンダ１２５の先端部にピンを介して取り付けられる。ベルクランク１２３の中央部には、バケット角θＢを検出するためのバケット角センサ１２３１が設けられる。バケット角θＢは、車体１１０から前方に伸びる直線と、バケット１２２の底面に沿って伸びる直線とのなす角によって表される。バケット角θＢが正である場合、バケット１２２はチルト側に傾き、バケット角θＢが負である場合、バケット１２２はダンプ側に傾く。バケット角θＢは、バケット角センサ１２３１の計測値から求められるブーム１２１を基準としたバケット１２２の角度に、ブーム角θＬを加算することで求められる。
　リフトシリンダ１２４は、油圧シリンダである。リフトシリンダ１２４の基端部は前車体１１１の前部に取り付けられる。リフトシリンダ１２４の先端部はブーム１２１に取り付けられる。リフトシリンダ１２４が作動油によって伸縮することによって、ブーム１２１が上げ方向または下げ方向に駆動する。
　バケットシリンダ１２５は、油圧シリンダである。バケットシリンダ１２５の基端部は、前車体１１１の前部に取り付けられる。バケットシリンダ１２５の先端部は、ベルクランク１２３を介してバケット１２２に取り付けられている。バケットシリンダ１２５が、作動油によって伸縮することによって、バケット１２２がチルト方向またはダンプ方向に駆動する。
　運転室１５０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１５０は、後車体１１２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上面図である。運転室１５０の内部には、シート１５１、アクセルペダル１５２、ブレーキペダル１５３、ステアリングハンドル１５４、前後切替スイッチ１５５、シフトスイッチ１５６、ブームレバー１５７、バケットレバー１５８、停止スイッチ１５９が設けられる。
　アクセルペダル１５２は、作業車両１００に生じさせる走行の駆動力（牽引力）を設定するために操作される。
　ブレーキペダル１５３は、作業車両１００に生じさせる走行の制動力を設定するために操作される。
　ステアリングハンドル１５４は、作業車両１００の舵角を設定するために操作される。
　前後切替スイッチ１５５は、作業車両１００の進行方向を設定するために操作される。
　シフトスイッチ１５６は、動力伝達装置の速度範囲を設定するために操作される。
　ブームレバー１５７は、ブーム１２１の上げ操作または下げ操作の速度を設定するために操作される。ブームレバー１５７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。以下、ブーム１２１の上げ操作および下げ操作を、リフト操作ともいう。また、ブームレバー１５７は、前方へ一定角度以上傾けられることで、ブーム１２１を所定の下降位置まで自動的に駆動させる自動駆動制御（自動下げ制御）の開始指令を制御装置３００に出力する。ブームレバー１５７は、後方へ一定角度以上傾けられることで、ブーム１２１を所定の上昇位置まで自動的に駆動させる自動駆動制御（自動上げ制御）の開始指令を制御装置３００に出力する。下降位置は、例えばリフトシリンダ１２４を最大限に縮めたときの位置であってもよい、作業車両１００の接地高さ相当の位置であってよい。上昇位置は、例えばリフトシリンダ１２４を最大限に伸ばしたときの位置であってよい。また、下降位置および上昇位置は、オペレータによって任意に設定されてもよい。なお、上昇位置および下降位置は上記の例に限られないが、いずれの場合においても、上昇位置は下降位置より車体座標系において上方に設定される。
　ブームレバー１５７は、自動駆動制御の開始指令を出力した後に、中立位置に戻る。なお、他の実施形態においては、ブームレバー１５７は、自動駆動制御の開始指令を出力した後、自動駆動制御が終了するまで位置が固定されてもよい。なお、ブームレバー１５７が固定された場合も、オペレータがブームレバー１５７を操作することで、固定を解除することができる。
　バケットレバー１５８は、バケット１２２のダンプ操作またはチルト操作の速度を設定するために操作される。バケットレバー１５８は、前方へ傾けられることによりダンプ操作を受け付け、後方へ傾けられることによりチルト操作を受け付ける。また、バケットレバー１５８は、前方へ一定角度以上傾けられることで、バケット１２２を所定のダンプ角度まで自動的に駆動させる自動駆動制御（自動ダンプ制御）の開始指令を制御装置３００に出力する。バケットレバー１５８は、後方へ一定角度以上傾けられることで、バケット１２２を所定のチルト角度まで自動的に駆動させる自動駆動制御（自動チルト制御）の開始指令を制御装置３００に出力する。ダンプ角度は、例えば水平に対して所定角度だけダンプ方向に傾けた角度であってよい。チルト角度は、例えば水平に対して所定角度だけチルト方向に傾けた角度であってよい。ダンプ角度およびチルト角度は、オペレータによって任意に設定されてもよい。なお、ダンプ角度およびチルト角度は上記の例に限られない。また、ダンプ角度およびチルト角度は同じ角度（例えば、いずれも水平）であってもよい。
　バケットレバー１５８は、自動駆動制御の開始指令を出力した後に、中立位置に戻る。なお、他の実施形態においては、バケットレバー１５８は、自動駆動制御の開始指令を出力した後、自動駆動制御が終了するまで位置が固定されてもよい。なお、バケットレバー１５８が固定された場合も、オペレータがバケットレバー１５８を操作することで、固定を解除することができる。
　停止スイッチ１５９は、各種自動駆動制御を停止するために操作される。停止スイッチ１５９は、押下されることにより停止指令を制御装置３００に出力する。停止スイッチ１５９は、例えばバケットレバー１５８に設けられる。
《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、フロントアクスル２４０、リアアクスル２５０、可変容量ポンプ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。エンジン２１０には、燃料噴射装置２１１およびエンジン回転計２１２が設けられる。燃料噴射装置２１１は、エンジン２１０のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することで、エンジン２１０の駆動力を制御する。エンジン回転計２１２は、エンジン２１０の回転数を計測する。
　ＰＴＯ２２０は、エンジン２１０の駆動力の一部を、可変容量ポンプ２６０に伝達する。つまり、ＰＴＯ２２０は、エンジン２１０の駆動力を、変速機２３０、および可変容量ポンプ２６０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、出力軸はフロントアクスル２４０およびリアアクスル２５０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の駆動力をフロントアクスル２４０およびリアアクスル２５０に伝達する。
　フロントアクスル２４０は、変速機２３０が出力する駆動力を前輪部１３０に伝達する。これにより、前輪部１３０が回転する。
　リアアクスル２５０は、変速機２３０が出力する駆動力を後輪部１４０に伝達する。これにより、後輪部１４０が回転する。
　可変容量ポンプ２６０は、エンジン２１０からの駆動力によって駆動される。可変容量ポンプ２６０から吐出された作動油は、コントロールバルブ２６１を介してリフトシリンダ１２４、およびバケットシリンダ１２５に供給される。可変容量ポンプ２６０には、ポンプ圧計２６２およびポンプ容量計２６３が設けられる。ポンプ圧計２６２は、可変容量ポンプ２６０からの作動油の吐出圧を計測する。ポンプ容量計２６３は、可変容量ポンプ２６０の斜板角等に基づいて可変容量ポンプ２６０の容量を計測する。
　コントロールバルブ２６１は、可変容量ポンプ２６０から吐出された作動油の流量を制御し、作動油をリフトシリンダ１２４とバケットシリンダ１２５とに分配する。
《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、作業機制御装置の一例である。
　制御装置３００は、ブームレバー１５７およびバケットレバー１５８の操作量に応じて、またオペレータによる自動駆動制御の指令に応じて、コントロールバルブ２６１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。
　プログラムは、制御装置３００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、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。
　プログラムが通信回線によって制御装置３００に配信される場合、配信を受けた制御装置３００が当該プログラムをメインメモリ３３０に展開し、上記処理を実行してもよい。
　また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ３５０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　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、指令入力部３１２、計測値取得部３１３、牽引力算出部３１４、状態判定部３１５、自動ダンプ判定部３１６、駆動制御部３１７を備える。
　また、プログラムの実行により、メインメモリ３３０には、モード記憶部３３１の記憶領域が確保される。モード記憶部３３１は、自動ダンプ制御の実行可否を示す自動ダンプ可否モードを記憶する。自動ダンプ可否モードは、自動ダンプ制御の実行を許可する自動ダンプ許可モード、または自動ダンプ制御の実行を禁止する自動ダンプ禁止モードのいずれかの値をとる。
　操作量取得部３１１は、ブームレバー１５７およびバケットレバー１５８の操作量を取得する。
　指令入力部３１２は、ブームレバー１５７およびバケットレバー１５８から自動駆動制御の開始指令の入力を受け付ける。また指令入力部３１２は、停止スイッチ１５９から自動駆動制御の停止指令の入力を受け付ける。
　計測値取得部３１３は、燃料噴射装置２１１、エンジン回転計２１２、ポンプ圧計２６２、ポンプ容量計２６３、ブーム角センサ１２１１、およびバケット角センサ１２３１から計測値を取得する。すなわち、計測値取得部３１３は、燃料噴射装置２１１の燃料噴射量、エンジン２１０の回転数、可変容量ポンプ２６０の吐出圧、可変容量ポンプ２６０の容量、ブーム角θＬ、およびバケット角θＢの計測値を取得する。
　牽引力算出部３１４は、計測値取得部３１３が取得した計測値に基づいて、作業車両１００の牽引力を算出する。
　例えば、牽引力算出部３１４は、変速機２３０が無段変速機である場合、以下の手順で牽引力を算出することができる。牽引力算出部３１４は、燃料噴射量の計測値とエンジン２１０の回転数からエンジン２１０の出力トルクを算出する。また牽引力算出部３１４は、可変容量ポンプ２６０の吐出圧および容量から可変容量ポンプ２６０の負荷トルクを算出する。牽引力算出部３１４は、出力トルクから負荷トルクを減算することで得られる走行トルクに、変速機２３０の減速比、アクスルの減速比、およびトルク効率を乗算し、これを車輪の有効径で除算することで、牽引力を算出する。
　また例えば、牽引力算出部３１４は、変速機２３０がトルクコンバータである場合、以下の手順で牽引力を算出することができる。牽引力算出部３１４は、エンジン２１０の回転数を１０００ｒｐｍで除算したものを二乗した値に変速機２３０のプライマリトルク係数およびトルク比を乗算することで走行トルクを算出する。プライマリトルク係数およびトルク比は、変速機２３０の入出力回転比によって定まる特性値である。牽引力算出部３１４は、走行トルクに、変速機２３０の減速比、アクスルの減速比、およびトルク効率を乗算し、これを車輪の有効径で除算することで、牽引力を算出する。
　状態判定部３１５は、牽引力算出部３１４が算出した牽引力、計測値取得部３１３が取得したブーム角θＬおよびバケット角θＢの計測値、ならびに操作量取得部３１１が取得したブームレバー１５７およびバケットレバー１５８の操作量に基づいて、作業車両１００の作業状態を判定する。作業状態は、少なくとも掘削状態とダンプ状態とを含む。
　具体的には、状態判定部３１５は、牽引力が牽引力閾値以上であり、かつブーム角θＬがブーム角閾値以下であり、かつバケット角θＢがバケット角範囲内であり、かつブームレバーの上げ操作またはバケットレバーのチルト操作が一定時間継続している場合に、作業状態が掘削状態であると判定する。牽引力閾値は、掘削中に発揮される牽引力に相当する閾値である。ブーム角閾値は、バケット１２２の基端部が接地高さより所定の許容高さだけ高い位置にあるときのブーム角θＬに相当する閾値である。つまり、ブーム角θＬがブーム角閾値以下のとき、バケット１２２は接地高さを含む所定の高さ範囲内に位置する。高さ範囲は下限を有しなくてよい。バケット角範囲は、０度を含む範囲である。すなわち、バケット角θＢがバケット角範囲内にある場合、バケット１２２の底面は車体１１０の前方と略平行となる。
　また、状態判定部３１５は、バケット角θＢが所定のダンプ閾値未満である場合に、作業状態がダンプ状態であると判定する。ダンプ閾値は、負の値であって、バケット角範囲の下限値より低い値である。すなわち、バケット角θＢがダンプ閾値未満である場合、バケット１２２の底面はダンプ方向に傾いている。
　作業車両１００の作業状態が掘削状態である場合、バケット１２２には作業対象物が収容されている。他方、作業車両１００の作業状態がダンプ状態である場合、バケット１２２から作業対象物がダンプされ、バケット１２２に作業対象物が収容されていない。つまり、作業状態が掘削状態になってからダンプ状態になるまでの間、バケット１２２には作業対象物が収容されている可能性が高い。他方、作業状態がダンプ状態になってから掘削状態になるまでの間、バケット１２２には作業対象物が収容されていない可能性が高い。
　自動ダンプ判定部３１６は、作業状態が掘削状態であると判定された場合に、モード記憶部３３１が記憶する自動ダンプ可否モードの値を、自動ダンプ禁止モードに書き換える。他方、自動ダンプ判定部３１６は、作業状態がダンプ状態であると判定された場合に、モード記憶部３３１が記憶する自動ダンプ可否モードの値を、自動ダンプ許可モードに書き換える。
　駆動制御部３１７は、自動駆動制御の開始指令を受け付けた場合に、自動駆動制御に係る駆動信号を生成し、コントロールバルブ２６１に出力する。ただし、自動ダンプ制御に係る開始指令を受け付けた場合、駆動制御部３１７は、モード記憶部３３１が記憶する自動ダンプ可否モードの値が、自動ダンプ許可モードである場合にのみ、自動ダンプ制御に係る駆動信号をコントロールバルブ２６１に出力する。
　また駆動制御部３１７は、自動駆動制御を行っていない場合、ブームレバー１５７およびバケットレバー１５８の操作量に応じた駆動信号を生成し、コントロールバルブ２６１に出力する。
《自動ダンプ可否モードの設定》
　図５は、第１の実施形態に係る制御装置による自動ダンプ可否モードの設定方法を示すフローチャートである。
　制御装置３００は、所定の制御周期ごとに、以下に示す自動ダンプ可否モードの設定処理を実行する。
　まず、操作量取得部３１１は、ブームレバー１５７およびバケットレバー１５８の操作量を取得する（ステップＳ１）。また、計測値取得部３１３は、燃料噴射装置２１１、エンジン回転計２１２、ポンプ圧計２６２、ポンプ容量計２６３、ブーム角センサ１２１１、およびバケット角センサ１２３１から計測値を取得する（ステップＳ２）。
　次に、牽引力算出部３１４は、ステップＳ２で取得した計測値に基づいて、作業車両１００の牽引力を算出する（ステップＳ３）。状態判定部３１５は、ステップＳ３で算出した牽引力が牽引力閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。牽引力が牽引力閾値以上である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、状態判定部３１５は、ステップＳ２で取得したブーム角θＬがブーム角閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ブーム角θＬがブーム角閾値以下である場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、状態判定部３１５は、ステップＳ２で取得したバケット角θＢがバケット角範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ６）。バケット角θＢがバケット角範囲内である場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ステップＳ１で取得したブームレバー１５７またはバケットレバー１５８の操作量に基づいて、ブーム１２１の上げ操作またはバケット１２２のチルト操作の継続時間が一定時間以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。
　牽引力が牽引力閾値以上であり、ブーム角θＬがブーム角閾値以下であり、バケット角θＢがバケット角範囲内であり、かつブーム１２１の上げ操作またはバケット１２２のチルト操作の継続時間が一定時間以上である場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、状態判定部３１５は、作業状態が掘削状態であると判定する（ステップＳ８）。状態判定部３１５によって作業状態が掘削状態であると判定されると、自動ダンプ判定部３１６は、モード記憶部３３１が記憶する自動ダンプ可否モードの値を自動ダンプ禁止モードに書き換え、処理を終了する（ステップＳ９）。
　他方、牽引力が牽引力閾値未満である場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ブーム角θＬがブーム角閾値より大きい場合（ステップＳ５：ＮＯ）、バケット角θＢがバケット角範囲外である場合（ステップＳ６：ＮＯ）、または、ブーム１２１の上げ操作およびバケット１２２のチルト操作の継続時間が一定時間未満である場合（ステップＳ７：ＮＯ）、状態判定部３１５は、バケット角θＢがダンプ閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。バケット角θＢがダンプ閾値未満である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、状態判定部３１５は、作業状態がダンプ状態であると判定する（ステップＳ１１）。状態判定部３１５によって作業状態がダンプ状態であると判定されると、自動ダンプ判定部３１６は、モード記憶部３３１が記憶する自動ダンプ可否モードの値を自動ダンプ許可モードに書き換え、処理を終了する（ステップＳ１２）。
　制御装置３００は、所定の制御周期ごとに、上記の自動ダンプ可否モードの設定処理を実行することで、モード記憶部３３１が記憶する自動ダンプ可否モードの値を更新する。
《自動駆動制御》
　図６は、第１の実施形態に係る制御装置による自動駆動制御方法を示すフローチャートである。
　指令入力部３１２が自動駆動制御の開始指令の入力を受け付けると、制御装置３００は、以下に示す自動駆動制御を実行する。まず、駆動制御部３１７は、入力された開始指令が、自動ダンプ制御に係る開始指令であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。
自動ダンプ制御に係る開始指令が入力された場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、駆動制御部３１７は、モード記憶部３３１が記憶する自動ダンプ可否モードの値が自動ダンプ許可モードであるか否かを判定する（ステップＳ３２）。駆動制御部３１７は、自動ダンプ可否モードの値が自動ダンプ禁止モードである場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、自動ダンプ制御を行わずに処理を終了する。
　他方、自動上げ制御、自動下げ制御、もしくは自動チルト制御に係る開始指令が入力された場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、または、自動ダンプ可否モードの値が自動ダンプ許可モードである場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、駆動制御部３１７は、所定の駆動速度に係る駆動指令をコントロールバルブ２６１に出力する（ステップＳ３３）。
　計測値取得部３１３は、ブーム角センサ１２１１およびバケット角センサ１２３１から計測値を取得する（ステップＳ３４）。駆動制御部３１７は、制御対象（ブーム１２１またはバケット１２２）の角度が所定角度（上昇角度、下降角度、チルト角度、またはダンプ角度）に達したか否かを判定する（ステップＳ３５）。制御対象の角度が所定角度に達していない場合（ステップＳ３５：ＮＯ）、指令入力部３１２は、停止指示の入力を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ３６）。停止指示が入力されていない場合（ステップＳ３６：ＮＯ）、操作量取得部３１１は、自動駆動制御に係る操作レバー（ブームレバー１５７またはバケットレバー１５８）の操作量が、開始指令の入力直後に所定の遊び範囲に戻った後に、再度遊び範囲を超えたか否かを判定する（ステップＳ３７）。操作レバーの操作量が遊び範囲を超えない場合（ステップＳ３７：ＮＯ）、ステップＳ３３に戻り、駆動指令の出力を継続する。なお、他の実施形態において、自動駆動の開始指令の入力後に操作レバーが固定される場合、操作量取得部３１１は、ステップＳ３７において、操作レバーの操作量が固定を解除される範囲内であるか否かを判定する。
　他方、制御対象の角度が所定角度に達した場合（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、停止指示が入力された場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、自動駆動制御に係る操作レバーの操作量が遊び範囲を超えた場合（ステップＳ３７：ＹＥＳ）、駆動制御部３１７は、コントロールバルブ２６１への駆動指令の出力を停止し（ステップＳ３８）、処理を終了する。
《作用・効果》
　このように、第１の実施形態に係る制御装置３００は、作業車両１００の牽引力と作業機１２０の姿勢とに基づいて、作業車両１００の作業状態を判定し、作業状態に応じて自動ダンプ可否モードを決定する。これにより、制御装置３００は、自動駆動制御による作業対象物の落下を防止することができる。
　より具体的には、制御装置３００は、作業状態が掘削状態であると判定された場合に、自動ダンプ可否モードを、自動ダンプ禁止モードに切り替える。作業車両１００が掘削作業を行うと、それ以降バケット１２２には作業対象物が収容される。そのため、制御装置３００は、作業状態が掘削状態となった以降に自動ダンプ可否モードを自動ダンプ禁止モードとすることで、自動駆動制御による作業対象物の落下を防止することができる。
　また、第１の実施形態に係る制御装置３００は、作業状態がダンプ状態であると判定された場合に、自動ダンプ可否モードを、自動ダンプ許可モードに切り替える。作業車両１００がダンプ操作を行うと、バケット１２２から作業対象物が降ろされ、それ以降バケット１２２内に作業対象物がなくなる。そのため、制御装置３００は、作業状態がダンプ状態となった以降に自動ダンプ可否モードを自動ダンプ許可モードとすることで、作業対象物の落下の可能性が低い状態で自動駆動制御を受け付けることができる。
　第１の実施形態に係る制御装置３００は、牽引力が所定の閾値以上であることを、掘削状態と判定するための条件に含む。これは、掘削作業中の牽引力が、作業対象物にバケット１２２を差し込んだ状態で作業車両１００が前進するために掘削作業をしていないときと比較して高くなるためである。また第１の実施形態に係る制御装置３００は、バケット角θＢがバケット角度範囲内にあり、かつバケット１２２の高さが作業車両１００の接地高さを含む所定の高さ範囲内にあることを、掘削状態と判定するための条件に含む。これは、掘削の開始の際に、オペレータがバケット１２２の姿勢を、底面を地面に沿わせた姿勢にするためである。また第１の実施形態に係る制御装置３００は、作業機１２０の操作装置の操作が一定時間継続していることを、掘削状態と判定するための条件に含む。これは、掘削時にブーム１２１を上昇させながらバケット１２２をチルトさせる必要があるためである。
　なお、他の実施形態においては、作業機１２０の操作装置の操作が一定時間継続していることを、掘削状態の判定の条件に含まなくてよい。例えば、他の実施形態においては、これに代えて、作業機１２０の操作装置の操作量に対して作業機１２０の駆動量が所定の閾値より小さいことを、掘削状態と判定するための条件に含んでよい。
　また、第１の実施形態に係る制御装置３００は、停止スイッチ１５９の押下によって自動駆動制御を停止させる。これにより、オペレータの誤操作等によって自動駆動制御が開始してしまった場合にも、オペレータは当該自動駆動制御を容易に停止させることができる。
〈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。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、ブームレバー１５７またはバケットレバー１５８を所定の傾き角以上傾けることで、自動駆動制御の開始指令を出力するが、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、ブームレバー１５７およびバケットレバー１５８と別個に、自動駆動制御の開始を指示するためのスイッチを備えてもよい。当該スイッチは、停止スイッチ１５９と兼用されてよい。
　また上述した実施形態に係る作業車両１００は、ブームレバー１５７およびバケットレバー１５８を別個に備えるが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、ブームレバー１５７およびバケットレバー１５８の機能をまとめた作業機レバーを１つ備えるものであってもよい。
　また上述した実施形態に係る作業車両１００は、ホイールローダであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、作業車両１００は、ブルドーザおよびその他の作業車両であってよい。
　また、上述した実施形態に係る作業車両１００は、自動駆動制御をブーム１２１の上げ操作および下げ操作、ならびにバケット１２２のチルト操作およびダンプ操作のそれぞれについて行うが、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、自動ダンプ制御を含む、少なくとも１つの自動駆動制御を実現するものであってよい。
　また、上述した実施形態に係る作業車両１００は、バケット角θＢに基づいて、バケット１２２のチルト操作およびダンプ操作の自動駆動制御を行うが、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、バケットシリンダ１２５のストローク量を求め、バケットシリンダ１２５のストローク量に基づいてチルト操作およびダンプ操作の自動駆動制御を行ってもよい。バケットシリンダ１２５のストローク量は、バケットシリンダ１２５にストロークセンサを設けることによって求めてもよいし、ベルクランク１２３に設けられた角度センサの計測値とブーム角θＬとに基づいて算出してもよい。また、作業機１２０の機構上、ブーム１２１が駆動すると、バケットシリンダ１２５を駆動させていなくても、ベルクランク角が変化する。そのため、作業車両１００の制御装置３００は、バケット１２２が接地した状態におけるバケットシリンダ１２５のストローク量（基準ストローク量）を予め計測しておき、基準ストローク量とバケットシリンダ１２５のストローク量との差に基づいて、バケット１２２のチルト操作およびダンプ操作の自動駆動制御を行う。これにより、ブーム１２１を地表付近まで下げたときにバケット１２２の底面を地表に対して略平行にすることができる。この場合、ダンプ角度、チルト角度、および掘削条件の判定に用いるバケット角範囲は、基準ストローク量に対するストローク量の値に換算して比較される。
　本発明の上記開示によれば、作業機制御装置は、自動駆動制御による作業対象物の落下を防止する。
１００…作業車両　１１０…車体　１１１…前車体　１１２…後車体　１１３…ステアリングシリンダ　１２０…作業機　１２１…ブーム　１２１１…ブーム角センサ　１２２…バケット　１２３…ベルクランク　１２３１…バケット角センサ　１２４…リフトシリンダ　１２５…バケットシリンダ　１３０…前輪部　１４０…後輪部　１５０…運転室　１５１…シート　１５２…アクセルペダル　１５３…ブレーキペダル　１５４…ステアリングハンドル　１５５…前後切替スイッチ　１５６…シフトスイッチ　１５７…ブームレバー　１５８…バケットレバー　１５９…停止スイッチ　２１０…エンジン　２１１…燃料噴射装置　２１２…エンジン回転計　２２０…ＰＴＯ　２３０…変速機　２４０…フロントアクスル　２５０…リアアクスル　２６０…可変容量ポンプ　２６１…コントロールバルブ　２６２…ポンプ圧計　２６３…ポンプ容量計　３００…制御装置　３１０…プロセッサ　３１１…操作量取得部　３１２…指令入力部　３１３…計測値取得部　３１４…牽引力算出部　３１５…状態判定部　３１６…自動ダンプ判定部　３１７…駆動制御部　３３０…メインメモリ　３３１…モード記憶部　３５０…ストレージ　３７０…インタフェース

Claims (11)

  1. 　ブームおよびバケットを有する作業機を備える作業車両の作業機制御装置であって、
    　前記作業車両の作業状態を判定する状態判定部と、
    　前記作業状態に応じて、前記バケットを所定のダンプ角度まで自動的に駆動させる自動ダンプ制御の実行の可否を示す自動ダンプ可否モードを決定する自動ダンプ判定部と
    　を備える作業機制御装置。
  2. 　前記自動ダンプ判定部は、前記作業状態が掘削状態であると判定された場合に、前記自動ダンプ可否モードを、前記自動ダンプ制御の実行を禁止するモードに切り替える
    　請求項１に記載の作業機制御装置。
  3. 　前記状態判定部は、前記作業車両の牽引力が所定の閾値以上であり、かつ前記バケットの角度が、前記バケットの底面が前記作業車両に対して平行となる角度を含む所定の角度範囲内にあり、かつ前記バケットの高さが、前記作業車両の接地高さを含む所定の高さ範囲内にある場合に、前記作業状態が掘削状態であると判定する
    　請求項２に記載の作業機制御装置。
  4. 　前記状態判定部は、前記牽引力が所定の閾値以上であり、かつ前記バケットの角度が、前記バケットの底面が前記作業車両に対して平行となる角度を含む所定の角度範囲内にあり、かつ前記バケットの高さが、前記作業車両の接地高さを含む所定の高さ範囲内にあり、かつ前記作業機の操作装置の操作が一定時間継続している場合に、前記作業状態が掘削状態であると判定する
    　請求項３に記載の作業機制御装置。
  5. 　前記自動ダンプ判定部は、前記作業状態がダンプ状態であると判定された場合に、前記自動ダンプ可否モードを、前記自動ダンプ制御の実行を許可するモードに切り替える
    　請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業機制御装置。
  6. 　前記状態判定部は、前記バケットの角度が、前記作業車両に対して平行となる角度よりダンプ方向に所定角度以上傾いた場合に、前記作業状態がダンプ状態であると判定する
    　請求項５に記載の作業機制御装置。
  7. 　前記自動ダンプ制御の開始指令を受け付ける指令入力部と、
    　前記自動ダンプ制御の開始指令を受け付け、かつ前記自動ダンプ可否モードが前記自動ダンプ制御の実行を許可するモードである場合に、前記自動ダンプ制御に係る駆動指令を出力する駆動制御部と
    　を備える請求項１から請求項６の何れか１項に記載の作業機制御装置。
  8. 　前記指令入力部は、前記自動ダンプ制御、前記バケットを所定のチルト角度まで自動的に駆動させる自動チルト制御、前記ブームを所定の上昇位置まで自動的に駆動させる自動上昇制御、および前記ブームを所定の下降位置まで自動的に駆動させる自動下降制御の開始指令を受け付け、
    　前記駆動制御部は、前記自動チルト制御、前記自動上昇制御、または前記自動下降制御の開始指令を受け付けた場合、前記自動ダンプ可否モードに関わらず、前記自動チルト制御、前記自動上昇制御、または前記自動下降制御に係る駆動指令を出力する
    　請求項７に記載の作業機制御装置。
  9. 　前記指令入力部は、前記作業車両に設けられた停止スイッチの押下による停止指令を受け付け、
    　前記駆動制御部は、前記停止指令を受け付けた場合に、前記駆動指令の出力を停止する
    　請求項７または請求項８に記載の作業機制御装置。
  10. 　ブームおよびバケットを有する作業機と、
    　請求項１から請求項９の何れか１項に記載の作業機制御装置と
    　を備える作業車両。
  11. 　ブームおよびバケットを有する作業機を備える作業車両の作業機制御方法であって、
    　前記作業車両の作業状態を判定するステップと、
    　前記作業状態に応じて、前記バケットを所定のダンプ角度まで自動的に駆動させる自動ダンプ制御の実行の可否を示す自動ダンプ可否モードを決定するステップと
    　を備える作業機制御方法。
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