WO2022230398A1 - 作業機械、及び作業機械を制御するための方法 - Google Patents

作業機械、及び作業機械を制御するための方法 Download PDF

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pitch
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pitch angle
actuator
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Inventor
裕一 中野
忍 加美川
Original Assignee
株式会社小松製作所
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • 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
    • E02F3/80—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
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
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    • E02F3/7622—Scraper equipment with the scraper blade mounted on a frame to be hitched to the tractor by bars, arms, chains or the like, the frame having no ground supporting means of its own, e.g. drag scrapers
    • E02F3/7631—Scraper equipment with the scraper blade mounted on a frame to be hitched to the tractor by bars, arms, chains or the like, the frame having no ground supporting means of its own, e.g. drag scrapers with the scraper blade adjustable relative to the frame about a horizontal axis
    • 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
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • 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
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    • E02F3/844—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems for positioning the blade, e.g. hydraulically
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a working machine and a method for controlling a working machine.
  • Some work machines can adjust the pitch angle of the blade according to the operator's operation.
  • the work machine disclosed in Patent Document 1 is provided with an operation lever for adjusting the pitch angle of the blade.
  • a switch is provided on the operating lever. When the switch is on and the operating lever is pushed to the right, the hydraulic cylinder is controlled so that the blade pitch dumps (tilts forward). When the switch is on and the operating lever is pushed to the left, the hydraulic cylinder is controlled so that the blade pitches back (rearward tilt).
  • the pitch angle of the blade affects workability such as excavation or leveling.
  • the pitch angle of the blade differs depending on the type of work. For example, when the pitch angle is large, that is, when the blade is tilted forward, ground leveling is good, but digging resistance is high and digging is poor.
  • the pitch angle is small, that is, when the blade is tilted backward, the excavation resistance is small and the excavation performance is good.
  • An object of the present disclosure is to enable easy and appropriate adjustment of the pitch angle of blades in a work machine.
  • a work machine includes a vehicle body, a lift frame, a blade, a lift actuator, a pitch actuator, a sensor, and a controller.
  • the lift frame is supported rotatably around the lift shaft with respect to the vehicle body.
  • the blade is rotatably supported about the pitch axis with respect to the lift frame.
  • the lift actuator is connected to the lift frame and the vehicle body, and lifts the lift frame up and down around the lift axis.
  • a pitch actuator is connected to the blade and the lift frame for pitching the blade about the pitch axis.
  • a sensor detects the height of the blade from a reference height determined based on the vehicle body.
  • the controller controls the pitch actuator to change the pitch angle of the blade according to the height of the blade.
  • a method is a method for controlling a working machine.
  • a work machine includes a vehicle body, a lift frame, a blade, a lift actuator, and a pitch actuator.
  • the lift frame is supported rotatably around the lift shaft with respect to the vehicle body.
  • the blade is rotatably supported about the pitch axis with respect to the lift frame.
  • the lift actuator is connected to the lift frame and the vehicle body, and lifts the lift frame up and down around the lift axis.
  • a pitch actuator is connected to the blade and the lift frame for pitching the blade about the pitch axis.
  • the method includes detecting the height of the blade from a reference height determined based on the vehicle body, and controlling a pitch actuator to change the pitch angle of the blade according to the height of the blade. Prepare.
  • the pitch actuator is automatically controlled to change the pitch angle of the blade according to the height of the blade. Therefore, the pitch angle of the blade can be easily and appropriately adjusted in the working machine.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a drive system and a control system of a working machine;
  • FIG. FIG. 10 is a diagram showing the height of the blade from the reference height; It is a figure which shows the pitch angle of a blade. It is a figure which shows an example of pitch angle data.
  • FIG. 10 is a diagram showing the pitch motion of the blade when the height of the blade is equal to or greater than the reference height;
  • FIG. 10 is a diagram showing the pitch motion of the blade when the height of the blade is below the reference height;
  • FIG. 1 is a side view showing a work machine 1 according to the embodiment.
  • a working machine 1 according to this embodiment is a bulldozer.
  • the working machine 1 includes a vehicle body 11 and a working machine 12 .
  • the vehicle body 11 includes a driver's cab 13, an engine room 14, and a traveling device 15.
  • a driver's seat (not shown) is arranged in the driver's cab 13 .
  • the engine room 14 is arranged in front of the operator's room 13 .
  • the travel device 15 is provided under the vehicle body 11 . Traveling device 15 includes a pair of left and right crawler belts 16 . Note that FIG. 1 shows only the left crawler belt 16 . The work machine 1 travels as the crawler belt 16 rotates.
  • the working machine 12 is attached to the vehicle body 11.
  • the work implement 12 has a lift frame 17 , a blade 18 , a lift actuator 19 and a pitch actuator 20 .
  • the lift frame 17 is rotatably supported with respect to the vehicle body 11 about the lift axis X1.
  • the lift axis X1 extends in the lateral direction of the vehicle body 11. As shown in FIG. The lift frame 17 lifts up and down by rotating around the lift axis X1.
  • the blade 18 is arranged in front of the vehicle body 11 .
  • the blade 18 is rotatably supported on the lift frame 17 about the pitch axis X2.
  • the pitch axis X2 extends in the lateral direction of the vehicle body 11. As shown in FIG.
  • the blade 18 pitches back and forth by rotating around the pitch axis X2.
  • the blade 18 moves up and down as the lift frame 17 moves up and down.
  • the lift actuator 19 is connected to the vehicle body 11 and the lift frame 17.
  • Lift actuator 19 is a hydraulic cylinder. As the lift actuator 19 expands and contracts, the lift frame 17 lifts up and down. The retraction of the lift actuator 19 raises the blade 18 . Extending the lift actuator 19 lowers the blade 18 .
  • the pitch actuator 20 is connected to the lift frame 17 and the blade 18.
  • Pitch actuator 20 is a hydraulic cylinder.
  • the extension and contraction of the pitch actuator 20 causes the blade 18 to pitch forward and backward.
  • a portion of the blade 18, for example, the upper end, moves back and forth, causing the blade 18 to pitch around the pitch axis X2.
  • Extension of the pitch actuator 20 causes the blade 18 to tilt forward.
  • the retraction of the pitch actuator 20 causes the blade 18 to tilt back.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system 2 and control system 3 of the working machine 1.
  • the drive system 2 includes an engine 22 , a hydraulic pump 23 and a power transmission device 24 .
  • the hydraulic pump 23 is driven by the engine 22 and discharges hydraulic oil. Hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 23 is supplied to the lift actuator 19 and the pitch actuator 20 .
  • one hydraulic pump is illustrated in FIG. 2, a plurality of hydraulic pumps may be provided.
  • the power transmission device 24 transmits the driving force of the engine 22 to the travel device 15 .
  • the power transmission device 24 may be, for example, an HST (Hydro Static Transmission).
  • the power transmission device 24 may be, for example, a torque converter or a transmission with multiple gears.
  • the control system 3 includes a controller 26 and a control valve 27. Controller 26 is programmed to control work machine 1 based on the acquired data. Controller 26 includes storage device 28 and processor 29 . Processor 29 includes, for example, a CPU. Storage device 28 includes, for example, a memory and an auxiliary storage device. The storage device 28 may be, for example, RAM or ROM. The storage device 28 may be a semiconductor memory, hard disk, or the like. Storage device 28 is an example of a non-transitory computer-readable recording medium. Storage device 28 stores computer instructions executable by processor 29 to control work machine 1 .
  • the control valve 27 is a proportional control valve and is controlled by a command signal from the controller 26.
  • Control valve 27 is positioned between hydraulic actuators, such as lift actuator 19 and pitch actuator 20 , and hydraulic pump 23 .
  • the control valve 27 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 23 to the lift actuator 19 .
  • the control valve 27 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 23 to the pitch actuator 20 .
  • the control valve 27 may be a pressure proportional control valve.
  • the control valve 27 may be an electromagnetic proportional control valve.
  • the control system 3 includes an operation device 31 and an input device 32.
  • the operating device 31 includes, for example, a lever. Alternatively, the operating device 31 may include pedals or switches. An operator can use the operation device 31 to manually operate the travel of the work machine 1 and the operation of the work machine 12 .
  • the operation device 31 outputs an operation signal indicating the operation of the operation device 31 .
  • the controller 26 receives operation signals from the operation device 31 .
  • the operating device 31 can operate the lift operation of the blade 18 . Specifically, the operating device 31 can operate the blade 18 to raise and lower it.
  • the controller 26 controls the lift actuator 19 so that the blade 18 is lifted.
  • the controller 26 controls the lift actuator 19 so that the blade 18 is lowered.
  • the operating device 31 can operate the pitch motion of the blade 18 . Specifically, the operating device 31 can operate the blade 18 to tilt forward and backward. When the operator tilts the operation device 31 forward, the controller 26 controls the pitch actuator 20 so that the blade 18 tilts forward. When the operator tilts the operation device 31 backward, the controller 26 controls the pitch actuator 20 so that the blade 18 tilts backward.
  • the operating device 31 may be a hydraulic pilot type device.
  • the operating device 31 may output pilot hydraulic pressure according to the operation of the operating device 31 .
  • the lift actuator 19 or the pitch actuator 20 may be controlled by controlling the control valve 27 with the pilot hydraulic pressure from the operating device 31 .
  • the controller 26 may receive a signal indicating the pilot oil pressure as the operation signal.
  • the input device 32 includes, for example, a touch panel. However, input device 32 may include other devices such as switches.
  • the operator can use the operation device 31 to set the control mode of the pitch angle of the blade 18 by the controller 26 . A control mode for the pitch angle of the blades 18 will be described later in detail.
  • the control system 3 is equipped with a sensor 33 that detects the height of the blade 18.
  • Sensors 33 include vehicle body sensors 34 , frame sensors 35 and blade sensors 36 .
  • the vehicle body sensor 34 is attached to the vehicle body 11 .
  • the vehicle body sensor 34 detects the attitude of the vehicle body 11 .
  • a frame sensor 35 is attached to the lift frame 17 .
  • a frame sensor 35 detects the posture of the lift frame 17 .
  • a blade sensor 36 is attached to the blade 18 .
  • a blade sensor 36 detects the attitude of the blade 18 .
  • the vehicle body sensor 34, the frame sensor 35, and the blade sensor 36 are each an IMU (Inertial Measurement Unit).
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the frame sensor 35 and the blade sensor 36 are not limited to the IMU, and may be other sensors such as an angle sensor or a cylinder stroke sensor.
  • the vehicle body sensor 34 detects the angle (vehicle pitch angle) of the vehicle body 11 in the front-rear direction with respect to the horizontal.
  • a frame sensor 35 detects the rotation angle of the lift frame 17 .
  • a blade sensor 36 detects the pitch angle of the blade 18 .
  • the vehicle body sensor 34, the frame sensor 35, and the blade sensor 36 each output a detection signal indicating the detected angle.
  • the controller 26 receives detection signals from the vehicle body sensor 34, the frame sensor 35, and the blade sensor 36.
  • the controller 26 calculates the height of the blade 18 from the reference height H0 determined based on the vehicle body 11 based on the detection signal.
  • the reference height H0 is the height of the ground contact surface G1 of the crawler belt 16.
  • the height of the blade 18 is the height of the cutting edge P0 of the blade 18 from the ground plane G1.
  • the controller 26 stores machine dimension data indicating the dimensions and positional relationship of the vehicle body 11, the lift frame 17, and the blades 18.
  • the controller 26 calculates the height of the blade 18 from the reference height H0 based on the angles detected by the vehicle body sensor 34, the frame sensor 35, and the blade sensor 36, and the machine dimension data.
  • the blade 18 pitch angle control mode includes an automatic mode and a manual mode.
  • the controller 26 switches between automatic mode and manual mode according to the operation of the input device 32 .
  • the operator can select between the automatic mode and the manual mode by operating the input device 32 .
  • FIGS. 4A-4C are diagrams showing the pitch angles of the blades 18.
  • the pitch angle ⁇ 1- ⁇ 3 of the blade 18 is the angle between the cutting edge P0 of the blade 18 and the ground plane G1 of the crawler belt 16.
  • FIGS. 4B shows the pitch angle ⁇ 2 of the blade 18 in the standard state.
  • FIG. 4A shows the pitch angle ⁇ 1 of the blade 18 tilted forward from the standard state.
  • FIG. 4C shows the pitch angle ⁇ 3 of the blade 18 tilted more backward than the standard state.
  • the pitch angle increases as the blade 18 tilts forward.
  • the pitch angle decreases as the blade 18 tilts backward. That is, ⁇ 1> ⁇ 2> ⁇ 3.
  • the controller 26 stores pitch angle data.
  • the pitch angle data defines the relationship between the height of the blades 18 and the target pitch angle of the blades 18 .
  • the pitch angle data is stored in the controller 26 in the form of a map, for example.
  • the pitch angle data may be stored in the controller 26 in other formats such as formulas, not limited to maps.
  • the controller 26 refers to the pitch angle data and determines the target pitch angle from the height of the blades 18.
  • the controller 26 controls the pitch actuator 20 so that the pitch angle of the blade 18 becomes the target pitch angle.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of pitch angle data.
  • the solid line in FIG. 5 indicates an example of pitch angle data in this embodiment.
  • the chain double-dashed line indicates changes in the pitch angle when the pitch angle control mode is not performed. That is, the chain double-dashed line in FIG. 5 indicates changes in the pitch angle when the pitch motion of the blade 18 is fixed (hereinafter referred to as the uncontrolled pitch angle).
  • the pitch angle changes in proportion to the change in the height of the blade 18 between the maximum value Hmax and the minimum value Hmin, as indicated by the two-dot chain line in FIG.
  • the change in pitch angle during non-control indicates the change in pitch angle due to the rotation of the lift frame 17 about the lift axis X1.
  • the pitch angle decreases at a constant rate as the height of the blades 18 increases.
  • the pitch angle data in the automatic mode in this embodiment defines a target pitch angle larger than that in non-control for a blade 18 height greater than 0. Therefore, as shown in FIG. 6, the controller 26 controls the pitch actuator 20 to tilt the blade 18 forward more than when the blade 18 is not controlled when the blade 18 is positioned above the reference height H0.
  • the two-dot chain line indicates the posture of the blade 18 when not controlled.
  • the absolute value of the slope of the pitch angle data when the height of the blade 18 is in the first range (0-H1) is greater than when not controlled.
  • the first range (0-H1) is the range of blade 18 heights from 0 to H1.
  • H1 is a value between 0 and Hmax.
  • the absolute value of the inclination of the pitch angle data when the height of the blade 18 is in the second range (H1-Hmax) is the same as when not controlled.
  • the second range is the height of the blade 18 from H1 to Hmax.
  • controller 26 changes the pitch angle of the blade 18 in the direction of tilting the blade 18 forward according to the increase in the height of the blade 18. .
  • Controller 26 fixes the pitch motion of blade 18 by pitch actuator 20 when the height of blade 18 is within the second range (H1-Hmax).
  • a target pitch angle smaller than that in the non-controlled state is defined for a height of the blade 18 smaller than 0. Therefore, as shown in FIG. 7, the controller 26 controls the pitch actuator 20 so that the blade 18 is tilted more backward than when not controlled when the blade 18 is positioned below the reference height H0.
  • the two-dot chain line indicates the posture of the blade 18 when not controlled.
  • the third range (0-H2) is the range of blade 18 heights from 0 to H2.
  • H2 is a value between 0 and Hmin.
  • the absolute value of the inclination of the pitch angle data when the height of the blade 18 is in the fourth range (H2-Hmin) is the same as when not controlled.
  • the fourth range (H2-Hmin) is the range from H2 to Hmin for the height of the blade 18 .
  • the controller 26 changes the pitch angle of the blade 18 in the direction of tilting the blade 18 backward according to the decrease in the height of the blade 18. .
  • the controller 26 fixes the pitch motion of the blade 18 by the pitch actuator 20 when the height of the blade 18 is within the fourth range (H2-Hmin).
  • the pitch actuator 20 is controlled to change the pitch angle of the blade 18 according to the operation of the operating device 31. Also, when the operation device 31 is not operated, the pitch actuator 20 is controlled so as to maintain the pitch angle of the blade 18 . For example, when the operation device 31 is not operated, the controller 26 controls the pitch actuator 20 so as to maintain the pitch angle of the blades 18 even if some hydraulic oil leaks from the control valve 27 .
  • the pitch actuator 20 is automatically controlled to change the pitch angle of the blade 18 according to the height of the blade 18 in the automatic mode. Therefore, in the work machine 1, the pitch angle of the blade 18 can be adjusted easily and appropriately.
  • the pitch actuator 20 is controlled to tilt the blade 18 forward more than when not controlled.
  • the blade 18 is positioned above the reference height H0, ground leveling or soil removal work is often performed. Therefore, when the blade 18 is positioned above the reference height H0, the blade 18 tilts forward, thereby improving workability in leveling or discharging work.
  • the pitch actuator 20 is controlled to tilt the blade 18 more rearward than when not controlled.
  • Excavation work is often performed when the blade 18 is positioned below the reference height H0. Therefore, when the blade 18 is positioned below the reference height H0, the blade 18 tilts backward, thereby improving workability in the excavation work.
  • the automatic mode allows the pitch angle of the blade 18 to be easily and appropriately adjusted according to the work content.
  • the working machine 1 is not limited to a bulldozer, and may be other vehicles such as a wheel loader and a motor grader.
  • the controller 26 may have multiple controllers separate from each other.
  • the processing by the controller 26 is not limited to the above embodiment, and may be modified. A part of the processing in the automatic mode or manual mode described above may be omitted. Alternatively, part of the processing described above may be changed.
  • the lift actuator 19 and the pitch actuator 20 are not limited to hydraulic cylinders.
  • the lift actuator 19 and the pitch actuator 20 may be other actuators such as electric motors, for example.
  • the pitch angle data are not limited to those in the above embodiment, and may be changed.
  • the pitch angle data may have a slope different from that during non-control even in the second range.
  • Even in the fourth range, the pitch angle data may have an inclination different from that during non-control.

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Abstract

リフトフレームは、車体に対してリフト軸回りに回動可能に支持される。ブレードは、リフトフレームに対してピッチ軸回りに回動可能に支持される。リフトアクチュエータは、リフトフレームと車体とに接続され、リフトフレームをリフト軸回りに上下にリフト動作させる。ピッチアクチュエータは、ブレードとリフトフレームとに接続され、ブレードをピッチ軸回りにピッチ動作させる。センサは、車体に基づいて定められる基準高さからのブレードの高さを検出する。コントローラは、ブレードの高さに応じて、ブレードのピッチ角を変更するようにピッチアクチュエータを制御する。

Description

作業機械、及び作業機械を制御するための方法
　本発明は、作業機械、及び作業機械を制御するための方法に関する。
　作業機械には、オペレータの操作に応じてブレードのピッチ角を調整可能なものがある。例えば、特許文献１の作業機械では、ブレードのピッチ角を調整するための操作レバーが設けられている。操作レバーにはスイッチが設けられている。スイッチがオンのときに操作レバーが右に倒されると、ブレードがピッチダンプ（前傾）するように、油圧シリンダが制御される。スイッチがオンのときに操作レバーが左に倒されると、ブレードがピッチバック（後傾）するように、油圧シリンダが制御される。
特開平７―２５２８５９号公報
　ブレードのピッチ角は、掘削、或いは整地などの作業性に影響を与える。しかし、ブレードのピッチ角は、作業内容に応じて、適切な角度が異なる。例えば、ピッチ角が大きい、すなわちブレードが前傾しているときには、整地性は良好である一方、掘削抵抗が大きく、掘削性が低い。ピッチ角が小さい、すなわちブレードが後傾しているときには、掘削抵抗が小さく、掘削性が良好である一方、ブレードの後方への土こぼれが多く、整地性が低い。
　そのため、熟練したオペレータであっても、手動で適切なピッチ角を正確に選定することは容易ではない。本開示の目的は、作業機械において、ブレードのピッチ角を容易、且つ、適切に調整可能とすることにある。
　本開示の第１態様に係る作業機械は、車体と、リフトフレームと、ブレードと、リフトアクチュエータと、ピッチアクチュエータと、センサと、コントローラとを備える。リフトフレームは、車体に対してリフト軸回りに回動可能に支持される。ブレードは、リフトフレームに対してピッチ軸回りに回動可能に支持される。リフトアクチュエータは、リフトフレームと車体とに接続され、リフトフレームをリフト軸回りに上下にリフト動作させる。ピッチアクチュエータは、ブレードとリフトフレームとに接続され、ブレードをピッチ軸回りにピッチ動作させる。センサは、車体に基づいて定められる基準高さからのブレードの高さを検出する。コントローラは、ブレードの高さに応じて、ブレードのピッチ角を変更するようにピッチアクチュエータを制御する。
　本開示の第２態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法である。作業機械は、車体と、リフトフレームと、ブレードと、リフトアクチュエータと、ピッチアクチュエータとを備える。リフトフレームは、車体に対してリフト軸回りに回動可能に支持される。ブレードは、リフトフレームに対してピッチ軸回りに回動可能に支持される。リフトアクチュエータは、リフトフレームと車体とに接続され、リフトフレームをリフト軸回りに上下にリフト動作させる。ピッチアクチュエータは、ブレードとリフトフレームとに接続され、ブレードをピッチ軸回りにピッチ動作させる。当該方法は、車体に基づいて定められる基準高さからのブレードの高さを検出することと、ブレードの高さに応じて、ブレードのピッチ角を変更するようにピッチアクチュエータを制御すること、を備える。
　本開示によれば、ブレードの高さに応じて、ブレードのピッチ角を変更するようにピッチアクチュエータが自動的に制御される。それにより、作業機械において、ブレードのピッチ角を、容易、且つ、適切に調整することができる。
実施形態に係る作業機械を示す側面図である。 作業機械の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。 基準高さからのブレードの高さを示す図である。 ブレードのピッチ角を示す図である。 ピッチ角データの一例を示す図である。 ブレードの高さが基準高さ以上であるときのブレードのピッチ動作を示す図である。 ブレードの高さが基準高さ以下であるときのブレードのピッチ動作を示す図である。
　以下、実施形態に係る作業機械について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る作業機械１を示す側面図である。本実施形態に係る作業機械１は、ブルドーザである。作業機械１は、車体１１と作業機１２とを備えている。
　車体１１は、運転室１３と、エンジン室１４と、走行装置１５とを含む。運転室１３には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室１４は、運転室１３の前方に配置されている。走行装置１５は、車体１１の下部に設けられている。走行装置１５は、左右一対の履帯１６を含む。なお、図１では、左側の履帯１６のみが図示されている。履帯１６が回転することによって、作業機械１が走行する。
　作業機１２は、車体１１に取り付けられている。作業機１２は、リフトフレーム１７と、ブレード１８と、リフトアクチュエータ１９と、ピッチアクチュエータ２０とを有する。リフトフレーム１７は、車体１１に対してリフト軸Ｘ１回りに回動可能に支持される。リフト軸Ｘ１は、車体１１の横方向に延びている。リフトフレーム１７は、リフト軸Ｘ１回りに回動することで、上下にリフト動作する。
　ブレード１８は、車体１１の前方に配置されている。ブレード１８は、リフトフレーム１７に対してピッチ軸Ｘ２回りに回動可能に支持される。ピッチ軸Ｘ２は、車体１１の横方向に延びている。ブレード１８は、ピッチ軸Ｘ２回りに回動することで、前後にピッチ動作する。ブレード１８は、リフトフレーム１７の上下動に伴って上下に移動する。
　リフトアクチュエータ１９は、車体１１とリフトフレーム１７とに連結されている。リフトアクチュエータ１９は、油圧シリンダである。リフトアクチュエータ１９が伸縮することによって、リフトフレーム１７は、上下にリフト動作する。リフトアクチュエータ１９が縮むことによって、ブレード１８が上昇する。リフトアクチュエータ１９が延びることによって、ブレード１８が下降する。
　ピッチアクチュエータ２０は、リフトフレーム１７とブレード１８とに連結されている。ピッチアクチュエータ２０は、油圧シリンダである。ピッチアクチュエータ２０が伸縮することによって、ブレード１８は、前後にピッチ動作する。ブレード１８の一部、例えば上端が、前後に動作することで、ブレード１８がピッチ軸Ｘ２回りにピッチ動作する。ピッチアクチュエータ２０が伸びることによって、ブレード１８は前傾する。ピッチアクチュエータ２０が縮むことによって、ブレード１８は後傾する。
　図２は、作業機械１の駆動系２と制御システム３との構成を示すブロック図である。図２に示すように、駆動系２は、エンジン２２と、油圧ポンプ２３と、動力伝達装置２４と、を備えている。油圧ポンプ２３は、エンジン２２によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２３から吐出された作動油は、リフトアクチュエータ１９とピッチアクチュエータ２０とに供給される。なお、図２では、１つの油圧ポンプが図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。
　動力伝達装置２４は、エンジン２２の駆動力を走行装置１５に伝達する。動力伝達装置２４は、例えば、HST（Hydro Static Transmission）であってもよい。或いは、動力伝達装置２４は、例えば、トルクコンバータ、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。
　制御システム３は、コントローラ２６と制御弁２７とを備える。コントローラ２６は、取得したデータに基づいて作業機械１を制御するようにプログラムされている。コントローラ２６は、記憶装置２８とプロセッサ２９とを含む。プロセッサ２９は、例えばCPUを含む。記憶装置２８は、例えばメモリと補助記憶装置とを含む。記憶装置２８は、例えば、RAM、或いはROMなどであってもよい。記憶装置２８は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどであってもよい。記憶装置２８は、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置２８は、プロセッサ２９によって実行可能であり作業機械１を制御するためのコンピュータ指令を記録している。
　制御弁２７は、比例制御弁であり、コントローラ２６からの指令信号によって制御される。制御弁２７は、リフトアクチュエータ１９及びピッチアクチュエータ２０などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ２３との間に配置される。制御弁２７は、油圧ポンプ２３からリフトアクチュエータ１９に供給される作動油の流量を制御する。制御弁２７は、油圧ポンプ２３からピッチアクチュエータ２０に供給される作動油の流量を制御する。なお、制御弁２７は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁２７は、電磁比例制御弁であってもよい。
　制御システム３は、操作装置３１と入力装置３２とを備えている。操作装置３１は、例えばレバーを含む。或いは、操作装置３１は、ペダル、或いはスイッチを含んでもよい。オペレータは、操作装置３１を用いて、作業機械１の走行と、作業機１２の動作とを手動で操作することができる。操作装置３１は、操作装置３１の操作を示す操作信号を出力する。コントローラ２６は、操作装置３１から操作信号を受信する。
　操作装置３１は、ブレード１８のリフト動作を操作可能である。詳細には、操作装置３１は、ブレード１８の上げ操作と下げ操作との操作が可能である。オペレータが操作装置３１に対して上げ操作を行うと、コントローラ２６は、ブレード１８が上昇するように、リフトアクチュエータ１９を制御する。オペレータが操作装置３１に対して下げ操作を行うと、コントローラ２６は、ブレード１８が下降するように、リフトアクチュエータ１９を制御する。
　操作装置３１は、ブレード１８のピッチ動作を操作可能である。詳細には、操作装置３１は、ブレード１８の前傾操作と後傾操作との操作が可能である。オペレータが操作装置３１に対して前傾操作を行うと、コントローラ２６は、ブレード１８が前傾するように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。オペレータが操作装置３１に対して後傾操作を行うと、コントローラ２６は、ブレード１８が後傾するように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。
　なお、操作装置３１は、油圧パイロット式の装置であってもよい。例えば、操作装置３１は、操作装置３１の操作に応じたパイロット油圧を出力してもよい。操作装置３１からのパイロット油圧によって制御弁２７が制御されることで、リフトアクチュエータ１９、或いはピッチアクチュエータ２０が制御されてもよい。コントローラ２６は、パイロット油圧を示す信号を、操作信号として受信してもよい。
　入力装置３２は、例えばタッチパネルを含む。ただし、入力装置３２は、スイッチなどの他の装置を含んでもよい。オペレータは、操作装置３１を用いて、コントローラ２６によるブレード１８のピッチ角の制御モードの設定を行うことができる。ブレード１８のピッチ角の制御モードについては、後に詳細に説明する。
　制御システム３は、ブレード１８の高さを検出するセンサ３３を備えている。センサ３３は、車体センサ３４と、フレームセンサ３５と、ブレードセンサ３６とを含む。車体センサ３４は、車体１１に取り付けられている。車体センサ３４は、車体１１の姿勢を検出する。フレームセンサ３５は、リフトフレーム１７に取り付けられている。フレームセンサ３５は、リフトフレーム１７の姿勢を検出する。ブレードセンサ３６は、ブレード１８に取り付けられている。ブレードセンサ３６は、ブレード１８の姿勢を検出する。
　車体センサ３４と、フレームセンサ３５と、ブレードセンサ３６とは、それぞれIMU（慣性計測装置、Inertial Measurement Unit）である。ただし、フレームセンサ３５とブレードセンサ３６とは、IMUに限らず、角度センサ、或いはシリンダのストロークセンサなどの他のセンサであってもよい。
　車体センサ３４は、水平に対する車体１１の前後方向の角度（車体ピッチ角）を検出する。フレームセンサ３５は、リフトフレーム１７の回転角度を検出する。ブレードセンサ３６は、ブレード１８のピッチ角を検出する。車体センサ３４と、フレームセンサ３５と、ブレードセンサ３６とは、それぞれ検出した角度を示す検出信号を出力する。
　コントローラ２６は、車体センサ３４と、フレームセンサ３５と、ブレードセンサ３６とから検出信号を受信する。コントローラ２６は、検出信号に基づいて、車体１１に基づいて定められる基準高さＨ０からのブレード１８の高さを算出する。図３に示すように、基準高さＨ０は、履帯１６の接地面Ｇ１の高さである。ブレード１８の高さは、接地面Ｇ１からのブレード１８の刃先Ｐ０の高さである。
　コントローラ２６は、車体１１と、リフトフレーム１７と、ブレード１８との寸法及び位置関係を示す機械寸法データを記憶している。コントローラ２６は、車体センサ３４とフレームセンサ３５とブレードセンサ３６とによって検出された角度と、機械寸法データとに基づいて、基準高さＨ０からのブレード１８の高さを算出する。
　図３に示すように、ブレード１８の刃先Ｐ０が履帯１６の接地面Ｇ１上に置かれた状態では、ブレード１８の高さは０である。ブレード１８の刃先Ｐ０が履帯１６の接地面Ｇ１より上方に位置しているときには、ブレード１８の高さは正の値となる。ブレード１８の刃先Ｐ０が履帯１６の接地面Ｇ１より下方に位置しているときには、ブレード１８の高さは負の値となる。なお、図３において、Ｐ１は、ブレード１８の刃先Ｐ０の最高位置を示している。Ｐ２は、ブレード１８の刃先Ｐ０の最低位置を示している。作業機械１は、最高位置Ｐ１と最低位置Ｐ２との間で、ブレード１８をリフト動作させることができる。
　次に、ブレード１８のピッチ角の制御モードについて説明する。ブレード１８のピッチ角の制御モードは、自動モードと手動モードとを含む。コントローラ２６は、入力装置３２の操作に応じて、自動モードと手動モードとを切り替える。オペレータは、入力装置３２を操作することで、自動モードと手動モードとを選択することができる。
　自動モードでは、コントローラ２６は、基準高さＨ０からのブレード１８の高さに応じて、ブレード１８のピッチ角を変更するようにピッチアクチュエータ２０を制御する。図４Ａ～図４Ｃは、ブレード１８のピッチ角を示す図である。図４Ａ～図４Ｃに示すように、ブレード１８のピッチ角θ１－θ３は、ブレード１８の刃先Ｐ０と履帯１６の接地面Ｇ１との間のなす角である。図４Ｂは、標準状態のブレード１８のピッチ角θ２を示している。図４Ａは、標準状態よりも前傾したブレード１８のピッチ角θ１を示している。図４Ｃは、標準状態よりも後傾したブレード１８のピッチ角θ３を示している。ブレード１８が前傾するほどピッチ角は大きくなる。ブレード１８が後傾するほどピッチ角は小さくなる。すなわち、θ１＞θ２＞θ３である。
　コントローラ２６は、ピッチ角データを記憶している。ピッチ角データは、ブレード１８の高さとブレード１８の目標ピッチ角との関係を規定する。ピッチ角データは、例えばマップの形式でコントローラ２６に保存されている。ただし、ピッチ角データは、マップに限らず、数式など他の形式でコントローラ２６に保存されてもよい。
　コントローラ２６は、ピッチ角データを参照して、ブレード１８の高さから目標ピッチ角を決定する。コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角が目標ピッチ角となるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。図５は、ピッチ角データの一例を示す図である。図５において実線は、本実施形態におけるピッチ角データの一例を示している。
　図５において二点鎖線は、ピッチ角の制御モードが行われない場合のピッチ角の変化を示している。すなわち、図５において二点鎖線は、ブレード１８のピッチ動作が固定されているときのピッチ角（以下、非制御時のピッチ角と呼ぶ）の変化を示している。ピッチ動作が固定されているときには、図５の二点鎖線で示すように、最大値Ｈｍａｘと最小値Ｈｍｉｎとの間でのブレード１８の高さの変化に比例して、ピッチ角が変化する。この非制御時のピッチ角の変化は、リフト軸Ｘ１回りにリフトフレーム１７が回動することによるピッチ角の変化を示している。非制御時には、ブレード１８の高さの増大に対して、一定の比率で、ピッチ角が減少する。
　一方、本実施形態における自動モードでのピッチ角データは、０より大きいブレード１８の高さに対して、非制御時よりも大きな目標ピッチ角を規定している。従って、図６に示すように、コントローラ２６は、ブレード１８が基準高さＨ０よりも上方に位置するときには、非制御時よりも、ブレード１８を前傾させるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。なお、図６において二点鎖線は、非制御時のブレード１８の姿勢を示している。
　また、図５に示すように、ブレード１８の高さが第１範囲（０－Ｈ１）でのピッチ角データの傾きの絶対値は、非制御時よりも大きい。第１範囲（０－Ｈ１）は、ブレード１８の高さが０からＨ１までの範囲である。Ｈ１は、０とＨｍａｘとの間の値である。ブレード１８の高さが第２範囲（Ｈ１－Ｈｍａｘ）でのピッチ角データの傾きの絶対値は、非制御時と同じである。第２範囲は、ブレード１８の高さがＨ１からＨｍａｘまでの範囲である。
　コントローラ２６は、ブレード１８の高さが第１範囲（０－Ｈ１）内であるときには、ブレード１８の高さの増大に応じて、ブレード１８を前傾させる方向にブレード１８のピッチ角を変更する。コントローラ２６は、ブレード１８の高さが第２範囲（Ｈ１－Ｈｍａｘ）内であるときには、ピッチアクチュエータ２０によるブレード１８のピッチ動作を固定する。
　本実施形態における自動モードでのピッチ角データでは、０より小さいブレード１８の高さに対して、非制御時よりも小さな目標ピッチ角を規定している。従って、図７に示すように、コントローラ２６は、ブレード１８が基準高さＨ０よりも下方に位置するときには、非制御時よりも、ブレード１８を後傾させるように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。なお、図７において二点鎖線は、非制御時のブレード１８の姿勢を示している。
　また、図５に示すように、ブレード１８の高さが第３範囲（０－Ｈ２）内では、ピッチ角は、ブレード１８の高さの減少に応じて減少する。第３範囲（０－Ｈ２）は、ブレード１８の高さが０からＨ２までの範囲である。Ｈ２は、０とＨｍｉｎとの間の値である。ブレード１８の高さが第４範囲（Ｈ２－Ｈｍｉｎ）でのピッチ角データの傾きの絶対値は、非制御時と同じである。第４範囲（Ｈ２－Ｈｍｉｎ）は、ブレード１８の高さがＨ２からＨｍｉｎまでの範囲である。
　コントローラ２６は、ブレード１８の高さが第３範囲（０－Ｈ２）内であるときには、ブレード１８の高さの減少に応じて、ブレード１８を後傾させる方向にブレード１８のピッチ角を変更する。コントローラ２６は、ブレード１８の高さが第４範囲（Ｈ２－Ｈｍｉｎ）内であるときには、ピッチアクチュエータ２０によるブレード１８のピッチ動作を固定する。
　手動モードでは、操作装置３１の操作に応じてブレード１８のピッチ角を変更するように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。また、操作装置３１の操作が無いときには、ブレード１８のピッチ角を維持するように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。例えば、操作装置３１の操作が無いときに、制御弁２７において作動油の一部が漏れていても、コントローラ２６は、ブレード１８のピッチ角を維持するように、ピッチアクチュエータ２０を制御する。
　以上説明した本実施形態に係る作業機械１では、自動モードにおいて、ブレード１８の高さに応じて、ブレード１８のピッチ角を変更するようにピッチアクチュエータ２０が自動的に制御される。それにより、作業機械１において、ブレード１８のピッチ角を、容易、且つ、適切に調整することができる。
　例えば、ブレード１８が基準高さＨ０よりも上方に位置するときには、非制御時よりも、ブレード１８を前傾させるように、ピッチアクチュエータ２０が制御される。ブレード１８が基準高さＨ０よりも上方に位置するときには、整地、或いは排土作業が行われることが多い。従って、ブレード１８が基準高さＨ０よりも上方に位置するときにブレード１８が前傾することで、整地或いは排土作業における作業性が向上する。
　また、ブレード１８が基準高さＨ０よりも下方に位置するときには、非制御時よりも、ブレード１８を後傾させるように、ピッチアクチュエータ２０が制御される。ブレード１８が基準高さＨ０よりも下方に位置するときには、掘削作業が行われることが多い。従って、ブレード１８が基準高さＨ０よりも下方に位置するときにブレード１８が後傾することで、掘削作業における作業性が向上する。
　以上のように、以上説明した本実施形態に係る作業機械１では、自動モードによって、ブレード１８のピッチ角を、作業内容に応じて、容易、且つ、適切に調整することができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　作業機械１は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ、モータグレーダ等の他の車両であってもよい。コントローラ２６は、互いに別体の複数のコントローラを有してもよい。コントローラ２６による処理は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。上述した自動モード或いは手動モードでの処理の一部が省略されてもよい。或いは、上述した処理の一部が変更されてもよい。
　リフトアクチュエータ１９と、ピッチアクチュエータ２０とは、油圧シリンダに限らない。リフトアクチュエータ１９と、ピッチアクチュエータ２０とは、例えば電動モータなどの他のアクチュエータであってもよい。ピッチ角データは、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、ピッチ角データは、第２範囲においても、非制御時と異なる傾きを有してもよい。ピッチ角データは、第４範囲においても、非制御時と異なる傾きを有してもよい。
　本開示によれば、作業機械において、ブレードのピッチ角を、容易、且つ、適切に調整することができる。
１１　　車体
１６　　履帯
１７　　リフトフレーム
１８　　ブレード
１９　　リフトアクチュエータ
２０　　ピッチアクチュエータ
２６　　コントローラ
３１　　操作装置
３３　　センサ
 

Claims (16)

  1. 　車体と、
    　前記車体に対してリフト軸回りに回動可能に支持されるリフトフレームと、
    　前記リフトフレームに対してピッチ軸回りに回動可能に支持されるブレードと、
    　前記リフトフレームと前記車体とに接続され、前記リフトフレームを前記リフト軸回りに上下にリフト動作させるリフトアクチュエータと、
    　前記ブレードと前記リフトフレームとに接続され、前記ブレードを前記ピッチ軸回りにピッチ動作させるピッチアクチュエータと、
    　前記車体に基づいて定められる基準高さからの前記ブレードの高さを検出するセンサと、
    　前記ブレードの高さに応じて、前記ブレードのピッチ角を変更するように前記ピッチアクチュエータを制御するコントローラと、
    を備える作業機械。
  2. 　前記コントローラは、前記ブレードが前記基準高さよりも上方に位置するときには、前記ブレードの前記ピッチ動作が固定されているときよりも、前記ブレードを前傾させるように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
    請求項１に記載の作業機械。
  3. 　前記コントローラは、前記ブレードが前記基準高さよりも上方に位置するときには、前記ブレードの高さの増大に応じて、前記ブレードを前傾させる方向に前記ブレードのピッチ角を変更するように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
    請求項２に記載の作業機械。
  4. 　前記コントローラは、前記ブレードが前記基準高さよりも下方に位置するときには、前記ブレードの前記ピッチ動作が固定されているときよりも、前記ブレードを後傾させるように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
    請求項１から３のいずれかに記載の作業機械。
  5. 　前記コントローラは、前記ブレードが前記基準高さよりも下方に位置するときには、前記ブレードの高さの減少に応じて、前記ブレードを後傾させる方向に前記ブレードのピッチ角を変更するように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
    請求項４に記載の作業機械。
  6. 　前記車体は、履帯を含み、
    　前記基準高さは、前記履帯の接地面の高さである、
    請求項１から５のいずれかに記載の作業機械。
  7. 　前記コントローラは、
    　　前記ブレードの高さと前記ブレードの目標ピッチ角との関係を規定するピッチ角データを記憶しており、
    　　前記ピッチ角データを参照して、前記ブレードの高さから前記目標ピッチ角を決定し、
    　　前記ブレードのピッチ角が前記目標ピッチ角となるように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
    請求項１から６のいずれかに記載の作業機械。
  8. 　前記ブレードのピッチ角を手動で操作するための操作装置をさらに備え、
    　前記コントローラは、
    　　前記操作装置の操作を示す操作信号を取得し、
    　　前記操作装置の操作に応じて前記ブレードのピッチ角を変更するように、前記ピッチアクチュエータを制御し、
    　　前記操作装置の操作が無いときには、前記ブレードのピッチ角を維持するように、前記ピッチアクチュエータを制御する、
    請求項１から７のいずれかに記載の作業機械。
  9. 　車体と、前記車体に対してリフト軸回りに回動可能に支持されるリフトフレームと、前記リフトフレームに対してピッチ軸回りに回動可能に支持されるブレードと、前記リフトフレームと前記車体とに接続され、前記リフトフレームを前記リフト軸回りに上下にリフト動作させるリフトアクチュエータと、前記ブレードと前記リフトフレームとに接続され、前記ブレードを前記ピッチ軸回りにピッチ動作させるピッチアクチュエータと、を備える作業機械を制御するための方法であって、
    　前記車体に基づいて定められる基準高さからの前記ブレードの高さを検出することと、　前記ブレードの高さに応じて、前記ブレードのピッチ角を変更するように前記ピッチアクチュエータを制御すること、
    を備える方法。
  10. 　前記ブレードが前記基準高さよりも上方に位置するときには、前記ブレードの前記ピッチ動作が固定されているときよりも、前記ブレードを前傾させるように、前記ピッチアクチュエータを制御することをさらに備える、
    請求項９に記載の方法。
  11. 　前記ブレードが前記基準高さよりも上方に位置するときには、前記ブレードの高さの増大に応じて、前記ブレードを前傾させる方向に前記ブレードのピッチ角を変更するように、前記ピッチアクチュエータを制御することをさらに備える、
    請求項１０に記載の方法。
  12. 　前記ブレードが前記基準高さよりも下方に位置するときには、前記ブレードの前記ピッチ動作が固定されているときよりも、前記ブレードを後傾させるように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
    をさらに備える請求項９から１１のいずれかに記載の方法。
  13. 　前記ブレードが前記基準高さよりも下方に位置するときには、前記ブレードの高さの減少に応じて、前記ブレードを後傾させる方向に前記ブレードのピッチ角を変更するように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
    をさらに備える請求項１２に記載の方法。
  14. 　前記車体は、履帯を含み、
    　前記基準高さは、前記履帯の接地面の高さである、
    請求項９から１３のいずれかに記載の方法。
  15. 　前記ブレードの高さと前記ブレードの目標ピッチ角との関係を規定するピッチ角データを参照して、前記ブレードの高さから前記目標ピッチ角を決定することと、
    　前記ブレードのピッチ角が前記目標ピッチ角となるように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
    をさらに備える請求項９から１４のいずれかに記載の方法。
  16. 　前記ブレードのピッチ角を手動で操作するための操作装置の操作を示す操作信号を取得することと、
    　前記操作装置の操作に応じて前記ブレードのピッチ角を変更するように、前記ピッチアクチュエータを制御することと、
    　前記操作装置の操作が無いときには、前記ブレードのピッチ角を維持するように、前記ピッチアクチュエータを制御すること、
    をさらに備える請求項９から１５のいずれかに記載の方法。
     
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