WO2024084791A1 - 作業機械、及び、作業機械を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

作業機械は、車体と、作業機と、アクチュエータと、第１操作装置と、コントローラとを備える。作業機は、車体に対して動作可能に支持される。アクチュエータは、作業機を動作させる。第１操作装置は、重力方向における作業機の目標高さと、水平面に対する作業機の傾斜角度を示すクロススロープ角とを設定するために操作される。コントローラは、作業機の目標高さを取得する。コントローラは、車体の姿勢が変化しても、重力方向における作業機の高さを目標高さに維持するように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

　本開示は、作業機械、及び、作業機械を制御するための方法に関する。

　作業機械は、車体と、作業機と、アクチュエータとを備えている。アクチュエータは、例えば油圧シリンダである。アクチュエータは、オペレータの操作に応じて駆動されることで、作業機を動作させる。例えば、モータグレーダは、作業機として、ブレードを備えている。モータグレーダは、車体として、タンデムドライブとフレームとを備えている。ブレードは、フレームに支持されている。フレームは、前輪を回転可能に支持している。タンデムドライブは後輪を支持している。オペレータは、作業機の操作レバーを操作することで、ブレードを上下に動作させる。

　上述したモータグレーダでは、前輪が起伏を乗り越えるときに、フレームの姿勢が変化することで、ブレードの高さが変化してしまう。この問題に対応する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１においては、コントローラは、フレームとタンデムドライブとの相対回転角からブレードの高さの変化を算出する。コントローラは、ブレードの高さの変化に応じて、ブレードを上下に移動させる。それにより、ブレードが所定の高さに保持される。

特開２００１－１９３０９５号公報

　しかしながら、特許文献１のモータグレーダでは、タンデムドライブを含んだ車体全体の姿勢が変化した場合には、車体に対するブレードの高さ方向も変化してしまう。例えば、タンデムドライブが水平面から傾斜したときには、コントローラが算出したブレードの高さは、実際のブレードの高さとは異なる値を取る。そのため、ブレードを地面に対して所定の高さに精度よく保持することは困難である。

　また、モータグレーダでは、ブレードを水平面に対して傾けた状態で作業を行う場合がある。この場合、車体後方から見たブレードの水平面に対する傾斜角度（以下、クロススロープ角と呼ぶ）は、一定に維持される。しかし、上記のように車体全体の姿勢が変化した場合には、クロススロープ角を一定に維持することは困難である。本開示は、作業機械が起伏のある地面を走行するときであっても、作業機を目標高さに精度よく保持すると共に、作業機のクロススロープ角を維持することにある。

　本開示の一態様は、作業機械であって、車体と、作業機と、アクチュエータと、第１操作装置と、コントローラとを備える。作業機は、車体に対して動作可能に支持される。アクチュエータは、作業機に接続される。アクチュエータは、作業機を動作させる。第１操作装置は、重力方向における作業機の目標高さと、水平面に対する作業機の傾斜角度を示すクロススロープ角とを設定するために操作される。コントローラは、作業機の目標高さを取得する。コントローラは、車体の姿勢が変化しても、重力方向における作業機の高さを目標高さに維持するようにアクチュエータを制御する。

　本開示の他の態様に係る方法は、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、作業機と、アクチュエータとを備える。作業機は、車体に対して動作可能に支持される。アクチュエータは、作業機に接続される。アクチュエータは、作業機を動作させる。当該方法は、重力方向における作業機の目標高さと、水平面に対する作業機の傾斜角度を示すクロススロープ角とを設定するために操作される第１操作装置の操作に応じて、作業機の目標高さとクロススロープ角とを設定することと、車体の姿勢が変化しても、重力方向における作業機の高さを目標高さに維持するように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、車体の姿勢が変化しても、重力方向における作業機の高さとクロススロープ角とが維持される。そのため、作業機械が起伏のある地面を走行するときであっても、作業機の高さとクロススロープ角とが精度よく維持される。

実施形態に係る作業機械の側面図である。 作業機械の前部の斜視図である。 作業機械の駆動系及び制御系を示す模式図である。 作業機の姿勢を示す作業機械の模式的な背面図である。 作業機の姿勢を示す作業機械の模式的な平面図である。 作業機の姿勢を示す作業機械の模式的な拡大側面図である。 作業機の姿勢を示す作業機械の模式的な平面図である。 作業機の姿勢を示す作業機械の模式的な平面図である。 作業機械の車体座標系を示す模式的な側面図である。 作業機械の車体座標系を示す模式的な背面図である。 作業機の自動制御の処理を示すフローチャートである。 作業機械の車体座標系を示す模式的な側面図である。 自動制御による作業機の位置を示す作業機械の模式的な背面図である。 自動制御による作業機の位置を示す作業機械の模式的な背面図である。 第１設定モードによる作業機の位置を示す作業機械の模式的な背面図である。 第１設定モードによる作業機の位置を示す作業機械の模式的な背面図である。 第１設定モードによる作業機の位置を示す作業機械の模式的な背面図である。 第１設定モードによる作業機の位置を示す作業機械の模式的な背面図である。 第２設定モードによる作業機の位置を示す作業機械の模式的な背面図である。 第２設定モードによる作業機の位置を示す作業機械の模式的な背面図である。

　以下、図面を参照して、実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る作業機械１の側面図である。図２は、作業機械１の前部の斜視図である。本実施形態における作業機械１は、モータグレーダである。図１に示すように、作業機械１は、車体２と作業機３とを備える。作業機３は、車体２に対して動作可能に支持される。車体２は、車体フレーム４と、タンデムドライブ５と、前輪６と、後輪７Ａ，７Ｂとを含む。

　車体フレーム４は、前輪６と作業機３とを支持する。車体フレーム４は、フロントフレーム１１とリアフレーム１２とを含む。リアフレーム１２は、フロントフレーム１１に接続されている。フロントフレーム１１は、リアフレーム１２に対して、左右にアーティキュレート可能である。なお、以下の説明において、前後左右の各方向は、アーティキュレート角が０、すなわち、フロントフレーム１１とリアフレーム１２とが真っすぐな状態での車体２の前後左右の各方向を意味するものとする。

　リアフレーム１２上には、キャブ１３と動力室１４とが配置されている。キャブ１３には、図示しない運転席が配置されている。動力室１４には、後述する駆動系が配置されている。フロントフレーム１１は、リアフレーム１２から前方へ延びている。前輪６は、フロントフレーム１１に取り付けられている。

　タンデムドライブ５は、リアフレーム１２に接続されている。タンデムドライブ５は、後輪７Ａ，７Ｂを支持すると共に、後輪７Ａ，７Ｂを駆動する。タンデムドライブ５は、左右方向に延びる後軸１０を含む。タンデムドライブ５は、車体フレーム４のリアフレーム１２を後軸１０回りに揺動可能に支持する。前輪６が作業機３によって整地されていない路面の起伏によって上下動するとき、車体フレーム４は後軸１０回りに揺動する（図９を参照）。

　後輪７Ａ，７Ｂは、一対の第１後輪７Ａと、一対の第２後輪７Ｂとを含む。なお、図１では、左側の第１後輪７Ａと、左側の第２後輪７Ｂのみが図示されている。第２後輪７Ｂは、第１後輪７Ａの後方に配置されている。後軸１０は、第１後輪７Ａと第２後輪７Ｂとの間に配置されている。後軸１０は、タンデムドライブ５に対する車体フレーム４の揺動中心となる。

　作業機３は、車体２に対して可動的に接続されている。作業機３は、支持部材１５とブレード１６とを含む。支持部材１５は、車体２に可動的に接続されている。支持部材１５は、ブレード１６を支持している。支持部材１５は、ドローバ１７とサークル１８とを含む。ドローバ１７とサークル１８とは、フロントフレーム１１の下方に配置される。

　図２に示すように、ドローバ１７は、フロントフレーム１１の軸支部１９に接続されている。軸支部１９は、フロントフレーム１１の前部に配置されている。ドローバ１７は、フロントフレーム１１の前部から後方へ延びている。ドローバ１７は、フロントフレーム１１に対して、少なくとも車体２の上下方向と左右方向とに揺動可能に支持されている。例えば、軸支部１９は、ボールジョイントを含む。ドローバ１７は、ボールジョイントを介して、フロントフレーム１１に対して回転可能に接続されている。

　サークル１８は、ドローバ１７の後部に接続されている。サークル１８は、ドローバ１７に対して回転可能に支持される。ブレード１６は、サークル１８に接続される。ブレード１６は、サークル１８を介して、ドローバ１７に支持されている。ブレード１６は、チルト軸２１回りに回転可能にサークル１８に支持されている。チルト軸２１は、左右方向に延びている。ブレード１６は、左右方向にスライド可能にサークル１８に支持されている。

　作業機械１は、作業機３の姿勢を変更するための複数のアクチュエータ２２－２７を備えている。複数のアクチュエータ２２－２７は、複数の油圧シリンダ２２－２６を含む。複数の油圧シリンダ２２－２６は、作業機３に接続されている。複数の油圧シリンダ２２－２６は、油圧によって伸縮する。複数の油圧シリンダ２２－２６は、伸縮することで、車体２に対する作業機３の姿勢を変更する。以下の説明では、油圧シリンダの伸縮を「ストローク動作」と呼ぶ。

　詳細には、複数の油圧シリンダ２２－２６は、左リフトシリンダ２２と、右リフトシリンダ２３と、ドローバシフトシリンダ２４と、ブレードチルトシリンダ２５と、ブレードシフトシリンダ２６とを含む。左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とは、左右方向に互いに離れて配置されている。左リフトシリンダ２２は、ドローバ１７の左部分に接続されている。右リフトシリンダ２３は、ドローバ１７の右部分に接続されている。左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とは、ドローバ１７に対して左右に揺動可能に接続されている。

　左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とは、フロントフレーム１１に対して、左右に揺動可能に接続されている。詳細には、左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とは、リフタブラケット２９を介して、フロントフレーム１１に接続されている。リフタブラケット２９は、フロントフレーム１１に接続されている。リフタブラケット２９は、左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とを左右に揺動可能に支持している。左リフトシリンダ２２と右リフトシリンダ２３とのストローク動作により、ドローバ１７は、軸支部１９回りに上下に揺動する。それにより、ブレード１６が上下に移動する。

　ドローバシフトシリンダ２４は、ドローバ１７とフロントフレーム１１とに接続されている。ドローバシフトシリンダ２４は、リフタブラケット２９を介してフロントフレーム１１に接続されている。ドローバシフトシリンダ２４は、フロントフレーム１１に対して、揺動可能に接続されている。ドローバシフトシリンダ２４は、ドローバ１７に対して、揺動可能に接続されている。ドローバシフトシリンダ２４は、フロントフレーム１１からドローバ１７に向かって、斜め下方に延びている。ドローバシフトシリンダ２４は、フロントフレーム１１の左右の一側方から反対の側方へ向かって延びている。ドローバシフトシリンダ２４のストローク動作により、ドローバ１７は、軸支部１９回りに左右に揺動する。

　図１に示すように、ブレードチルトシリンダ２５は、サークル１８とブレード１６とに接続されている。ブレードチルトシリンダ２５のストローク動作により、ブレード１６がチルト軸２１回りに回転する。図２に示すように、ブレードシフトシリンダ２６は、サークル１８とブレード１６とに接続されている。ブレードシフトシリンダ２６のストローク動作により、ブレード１６がサークル１８に対して左右にスライドする。

　複数のアクチュエータ２２－２７は、回転アクチュエータ２７を含む。回転アクチュエータ２７は、ドローバ１７とサークル１８とに接続されている。回転アクチュエータ２７は、ドローバ１７に対してサークル１８を回転させる。それにより、ブレード１６が、上下方向に延びる回転軸回りに回転する。

　図３は、作業機械１の駆動系８及び制御系９を示す模式図である。図３に示すように、作業機械１は、駆動源３１と、油圧ポンプ３２と、動力伝達装置３３と、制御弁３４とを備えている。駆動源３１は、例えば内燃機関である。或いは、駆動源３１は、電動モータ、或いは内燃機関と電動モータとのハイブリッドであってもよい。油圧ポンプ３２は、駆動源３１によって駆動されることで、作動油を吐出する。

　制御弁３４は、油圧回路を介して油圧ポンプ３２と複数の油圧シリンダ２２－２６とに接続されている。制御弁３４は、複数の油圧シリンダ２２－２６にそれぞれ接続される複数の弁を含む。制御弁３４は、油圧ポンプ３２から複数の油圧シリンダ２２－２６に供給される作動油の流量を制御する。

　本実施形態では、回転アクチュエータ２７は、油圧モータである。制御弁３４は、油圧回路を介して油圧ポンプ３２と回転アクチュエータ２７とに接続されている。制御弁３４は、油圧ポンプ３２から回転アクチュエータ２７に供給される作動油の流量を制御する。なお、回転アクチュエータ２７は、電動モータであってもよい。

　動力伝達装置３３は、駆動源３１からの駆動力を後輪７Ａ，７Ｂに伝達する。動力伝達装置３３は、トルクコンバータ、及び／又は、複数の変速ギアを含んでもよい。或いは、動力伝達装置３３は、ＨＳＴ（Hydraulic Static Transmission）、或いは、ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）などのトランスミッションであってもよい。

　図３に示すように、作業機械１は、第１操作装置３５とコントローラ３６とを備えている。第１操作装置３５は、作業機３の姿勢を変更するためにオペレータによって操作可能である。作業機３の姿勢は、車体２に対するブレード１６の位置と向きとを示す。図４は、作業機３の姿勢を示す作業機械１の模式的な背面図である。図４に示すように、第１操作装置３５の操作に応じて、ブレード１６の左端部１６１の高さと、右端部１６２の高さとが変更される。

　第１操作装置３５の操作に応じて、ドローバ１７のヨー角θ１と、ピッチ角θ２と、ロール角θ３とが変更される。図５は、作業機３の姿勢を示す作業機械１の模式的な平面図である。図５に示すように、ドローバ１７のヨー角θ１は、車体２の前後方向に対するドローバ１７の左右方向の傾斜角度である。なお、ドローバ１７のヨー角θ１は、フロントフレーム１１の前後方向に対するドローバ１７の左右方向の傾斜角度であってもよい。ブレード１６の左右方向における位置は、ドローバ１７のヨー角θ１に応じて変化する。

　図６は、作業機３の姿勢を示す作業機械１の模式的な側面図である。図６に示すように、ドローバ１７のピッチ角θ２は、車体２の前後方向に対するドローバ１７の上下方向の傾斜角度である。図４に示すように、ドローバ１７のロール角θ３は、車体２の前後方向に延びるロール軸Ａ１回りのドローバ１７の傾斜角度である。

　また、第１操作装置３５の操作に応じて、サークル１８の回転角θ４と、ブレード１６のチルト角θ５と、ブレード１６のシフト量Ｗ１とが変更される。図７は、作業機３の姿勢を示す作業機械１の模式的な平面図である。図７に示すように、サークル１８の回転角θ４は、車体２の前後方向に対するサークル１８の回転角θ４である。図６に示すように、ブレード１６のチルト角θ５は、左右方向に延びるチルト軸２１回りのブレード１６の傾斜角である。図８は、作業機３の姿勢を示す作業機械１の模式的な平面図である。図８に示すように、ブレード１６のシフト量Ｗ１は、サークル１８に対するブレード１６の左右方向へのスライド量である。

　第１操作装置３５は、複数の操作部材４１－４６を含む。複数の操作部材４１－４６は、左リフトシリンダ２２と、右リフトシリンダ２３と、ドローバシフトシリンダ２４と、ブレードチルトシリンダ２５と、ブレードシフトシリンダ２６と、回転アクチュエータ２７とのそれぞれに対応して設けられている。

　複数の操作部材４１－４６は、左リフトレバー４１と、右リフトレバー４２と、ドローバシフトレバー４３と、回転レバー４４と、ブレードチルトレバー４５と、ブレードシフトレバー４６とを含む。左リフトレバー４１の操作に応じて、左リフトシリンダ２２が伸縮する。右リフトレバー４２の操作に応じて、右リフトシリンダ２３が伸縮する。

　ドローバシフトレバー４３の操作に応じて、ドローバシフトシリンダ２４が伸縮する。回転レバー４４の操作に応じて、回転アクチュエータ２７が回転する。ブレードチルトレバー４５の操作に応じて、ブレードチルトシリンダ２５が伸縮する。ブレードシフトレバー４６の操作に応じて、ブレードシフトシリンダ２６が伸縮する。複数の操作部材４１－４６のそれぞれは、オペレータによる各操作部材４１－４６への操作を示す信号を出力する。

　コントローラ３６は、駆動源３１及び動力伝達装置３３を制御することで、作業機械１を走行させる。また、コントローラ３６は、油圧ポンプ３２と制御弁３４とを制御することで、作業機３を動作させる。コントローラ３６は、プロセッサ３７と記憶装置３８とを含む。プロセッサ３７は、例えばＣＰＵであり、作業機械１を制御するためのプログラムを実行する。記憶装置３８は、ＲＡＭ及びＲＯＭなどのメモリと、ＳＳＤ或いはＨＤＤなどの補助記憶装置を含む。記憶装置３８は、作業機械１を制御するためのプログラムとデータとを記憶している。

　図３に示すように、作業機械１は、上述した作業機３の姿勢を検出するための作業機センサ４８を含む。作業機センサ４８は、複数のセンサＳ１－Ｓ８を含む。複数のセンサＳ１－Ｓ８は、例えば磁気センサである。ただし、複数のセンサＳ１－Ｓ８は、光学センサなどの他の方式のセンサであってもよい。複数のセンサＳ１－Ｓ５は、上述した複数の油圧シリンダ２２－２６のストローク長を検出する。複数のセンサＳ１－Ｓ５は、左リフトセンサＳ１と、右リフトセンサＳ２と、ドローバシフトセンサＳ３と、ブレードチルトセンサＳ４と、ブレードシフトセンサＳ５とを含む。

　左リフトセンサＳ１は、左リフトシリンダ２２のストローク長を検出する。右リフトセンサＳ２は、右リフトシリンダ２３のストローク長を検出する。ドローバシフトセンサＳ３は、ドローバシフトシリンダ２４のストローク長を検出する。ブレードチルトセンサＳ４は、ブレードチルトシリンダ２５のストローク長を検出する。ブレードシフトセンサＳ５は、ブレードシフトシリンダ２６のストローク長を検出する。

　複数のセンサＳ１－Ｓ８は、回転センサＳ６を含む。回転センサＳ６は、サークル１８の回転角θ４を検出する。複数のセンサＳ１－Ｓ８は、検出したストローク長及び回転角θ４を示す信号を出力する。複数のセンサＳ１－８は、左シリンダ角度センサＳ７と右シリンダ角度センサＳ８とを含む。左シリンダ角度センサＳ７は、リフタブラケット２９に対する左リフトシリンダ２２の左右方向の揺動角度を検出する。右シリンダ角度センサＳ８は、リフタブラケット２９に対する右リフトシリンダ２３の左右方向の揺動角度を検出する。これらセンサＳ１－Ｓ８により、車体２に対するドローバ１７の姿勢が検出されると共に、ドローバ１７に対するブレード１６の姿勢が検出される。すなわち、これらセンサＳ１－Ｓ８により、車体２に対するブレード１６の姿勢が検出される。

　作業機械１は、車体センサ４９を含む。車体センサ４９は、例えばＩＭＵ（慣性計測装置）である。車体センサ４９は、車体２の姿勢を示す車体姿勢データを検出する。車体姿勢データは、車体２のピッチ角とロール角とを含む。なお、車体センサ４９はＩＭＵに限定されるものではない。車体センサ４９は、車体２のピッチ角とロール角を計測する手段であればよく、例えば傾斜計であってもよい。

　車体センサ４９は、車体フレーム４に取り付けられている。従って、図９に示すように、車体２のピッチ角θ６は、水平面に対する車体フレーム４の上下方向の傾斜角度である。図１０に示すように、車体２のロール角θ７は、水平面に対する車体フレーム４の左右方向の傾斜角度である。なお、車体センサ４９は、車体フレーム４に限らず、車体フレーム４に対する相対位置が変化しない車体２の他の場所に取り付けられてもよい。例えば、車体センサ４９は、タンデムドライブ５やドローバ１７等の車体フレーム４に対する相対位置が変化する場所以外の他の場所に配置されてもよい。

　コントローラ３６は、作業機センサ４８からの信号に基づいて、車体２に対する作業機３の姿勢を示す作業機姿勢データを取得する。作業機姿勢データは、上述したブレード１６の左端部１６１の高さと、右端部１６２の高さと、ドローバ１７のヨー角θ１と、ピッチ角θ２と、ロール角θ３と、サークル１８の回転角θ４と、ブレード１６のチルト角θ５と、ブレード１６のシフト量Ｗ１とを含む。コントローラ３６は、車体センサ４９からの信号に基づいて、車体姿勢データを取得する。

　作業機械１は、モード選択スイッチ４７を備えている。モード選択スイッチ４７は、作業機３の制御モードを選択するためにオペレータによって操作可能である。モード選択スイッチ４７は、例えばキャブ１３のピラー上に配置される。モード選択スイッチ４７は、マニュアルモードの操作位置と、自動制御モードの操作位置とに操作可能である。コントローラ３６は、モード選択スイッチ４７の操作位置に応じた制御モードにて、複数のアクチュエータ２２－２７を制御する。

　コントローラ３６は、モード選択スイッチ４７によってマニュアルモードが選択されている場合には、複数の操作部材４１－４６の操作に応じて、複数のアクチュエータ２２－２７を制御することで、作業機３の姿勢を変更する。例えば、左リフトレバー４１と右リフトレバー４２とは、上昇方向と下降方向とにそれぞれ操作可能である。

　左リフトレバー４１が上昇方向に操作されることで、コントローラ３６は、ブレード１６の左端部１６１が上昇するように、複数のアクチュエータ２２－２７を制御する。左リフトレバー４１が下降方向に操作されることで、コントローラ３６は、ブレード１６の左端部１６１が下降するように、複数のアクチュエータ２２－２７を制御する。

　右リフトレバー４２が上昇方向に操作されることで、コントローラ３６は、ブレード１６の右端部１６２が上昇するように、複数のアクチュエータ２２－２７を制御する。右リフトレバー４２が下降方向に操作されることで、コントローラ３６は、ブレード１６の右端部１６２が下降するように、複数のアクチュエータ２２－２７を制御する。

　左リフトレバー４１と右リフトレバー４２とが共に上昇方向に操作されることで、コントローラ３６は、ブレード１６を上方に並行移動させる。左リフトレバー４１と右リフトレバー４２とが共に下降方向に操作されることで、コントローラ３６は、ブレード１６を下方に並行移動させる。

　コントローラ３６は、モード選択スイッチ４７によって自動制御モードが選択されている場合には、上述した車体姿勢データと、作業機姿勢データとに基づいて、作業機３の自動制御を実行する。コントローラ３６は、自動制御において、車体２の姿勢が変化しても、重力方向における作業機３の高さを目標高さに維持するようにアクチュエータを制御する。以下、作業機３の自動制御の処理について説明する。図１１は、作業機３の自動制御の処理を示すフローチャートである。

　図１１に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ３６は、第１操作装置３５の操作があるかを判定する。コントローラ３６は、第１操作装置３５の操作入力が一定時間無かった場合に、第１操作装置３５の操作が行われなくなったと判断してもよい。上述した操作部材４１－４６の少なくとも１つが操作されているときには、コントローラ３６は、作業機３の自動制御を実行しない。従って、コントローラ３６は、複数の操作部材４１－４６の操作に応じて、複数のアクチュエータ２２－２７を制御することで、作業機３の姿勢を変更する。操作部材４１－４６が操作されていないときには、処理はステップＳ１０２に進む。

　ステップＳ１０２では、コントローラ３６は、車体２の現在の姿勢を取得する。ここでは、コントローラ３６は、車体姿勢データにより、車体２の現在の姿勢を取得する。ステップＳ１０３では、コントローラ３６は、作業機３の現在の姿勢を取得する。ここでは、コントローラ３６は、作業機姿勢データにより、作業機３の現在の姿勢を取得する。

　ステップＳ１０４では、コントローラ３６は、作業機３の現在の高さを算出する。コントローラ３６は、車体姿勢データと、作業機姿勢データとに基づいて、作業機３の高さを算出する。例えば、作業機３の高さは、ブレード１６の左端部１６１の高さと右端部１６２の高さである。ここで、作業機３の高さは、図１２に示す車体２の原点Ｏ１を基準点として、原点Ｏ１からの重力方向における高さを意味する。例えば、作業機３の高さは、車体２の原点Ｏ１を含む水平面からの重力方向における作業機３の高さを意味する。

　図１２に示すように、作業機械１が前進して作業を行う場合、車体２の原点Ｏ１は、タンデムドライブ５に配置される。例えば、車体２の原点Ｏ１は、後軸１０の左右方向における中心に配置される。図１２において、Ｚ１軸は、重力方向を示している。Ｘ１軸は、重力方向に垂直な車体２の前後方向を示している。図４において、Ｙ１軸は、重力方向に垂直な車体２の左右方向を示している。車体２の姿勢は、車体２の原点Ｏ１を中心に変化する。例えば、図９に示すように、車体２のピッチ角θ６は、原点Ｏ１を中心に変化する。図１０に示すように、車体２のロール角θ７は、原点Ｏ１を中心に変化する。なお、図１０において、θ８はクロススロープ角である。 

　ステップＳ１０５では、コントローラ３６は、作業機３の目標姿勢を決定する。コントローラ３６は、ブレード１６の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの高さが目標高さとなるような、作業機３の目標姿勢を算出する。例えば、コントローラ３６は、ブレード１６の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの高さが目標高さとなるような、ドローバ１７の目標ピッチ角と目標ロール角を算出する。目標高さの設定方法については、後述する。

　ステップＳ１０６では、コントローラ３６は、ブレード１６の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの高さが目標高さとなるように、アクチュエータ２２－２７の少なくとも１つを制御する。例えば、コントローラ３６は、ドローバ１７のピッチ角θ２が目標ピッチ角となり、且つ、ドローバ１７のロール角θ３が目標ロール角となるように、リフトシリンダ２２，２３とドローバシフトシリンダ２４とを制御する。

　この場合、コントローラ３６は、ブレード１６の左右方向の位置を変化させないように、リフトシリンダ２２，２３とドローバシフトシリンダ２４とを制御する。すなわち、作業機械１においては、リフトシリンダ２２，２３の伸縮により、ブレード１６の高さ方向だけでなく、ブレード１６の左右方向の位置も変化してしまう。そのため、コントローラ３６は、リフトシリンダ２２，２３の伸縮によるブレード１６の左右方向の位置の変化を相殺するように、ドローバシフトシリンダ２４を制御する。それにより、作業機３の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの高さが目標高さに維持されると共に、作業機３の左右方向の位置が維持される。作業機３の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの高さが目標高さに維持される結果として、作業機３のクロススロープ角θ８も変化せずに一定に保たれる。

　コントローラ３６は、上述したステップＳ１０２～Ｓ１０６の処理を繰り返すことで、作業機３の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれを目標高さに保持するように、アクチュエータ２２－２７を制御する。また、コントローラ３６は、自動制御中に第１操作装置３５が操作されたときには、自動制御を終了する（ステップＳ１０１）。

　以上説明した本実施形態に係る作業機械１によれば、自動制御によって、作業機３が、作業機３の目標高さに保持される。目標高さは、車体２の原点Ｏ１からの重力方向における高さであり、車体２の姿勢が変化しても、作業機３が、作業機３の目標高さに保持される。そのため、作業機械１が起伏のある地面を走行するときであっても、作業機３が目標高さに精度よく保持される。

　例えば、図９において、破線で示すブレード１６’は、自動制御が行われない場合のブレード１６の位置を示している。図９に示すように、自動制御が行われない場合、前輪６が起伏に乗り上げたときに、ブレード１６’は、図１２に示すブレード１６の位置よりも上昇してしまう。しかし、本実施形態に係る作業機械１では、図９に示すように、自動制御によって、ブレード１６が、重力方向における作業機３の目標高さに保持される。そのため、前輪６が起伏に乗り上げても、コントローラ３６がアクチュエータ２２－２７を制御することで、ブレード１６が目標高さに精度よく保持される。

　また、自動制御によって、車体２の姿勢が変化しても、ブレード１６の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの高さが維持されることで、作業機３のクロススロープ角θ８が維持される。図４及び図１０に示すように、クロススロープ角θ８は、車体２の後方から見た水平面ＨＰに対するブレード１６の横方向の傾斜角度である。そのため、作業機械１が起伏のある地面を走行するときであっても、作業機３のクロススロープ角θ８が維持される。例えば、図１３Ａ及び図１３Ｂは、車体２のロール角θ７が変化した場合のブレード１６の姿勢を示している。本実施形態に係る作業機械１では、車体２のロール角θ７が、図１３Ａから図１３Ｂに示すように変化しても、コントローラ３６が自動制御によってアクチュエータ２２－２７を制御することで、作業機３のクロススロープ角θ８が維持される。

　次に、作業機３の目標高さとクロススロープ角θ８の設定方法について説明する。図３に示すように、作業機械１は、第２操作装置３９を備えている。第２操作装置３９は、自動制御の設定モードを、ブレード１６の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの目標高さを個別に設定するための第１設定モードと、クロススロープ角θ８を維持しながらブレード１６の左端部１６１と右端部１６２との目標高さを設定するための第２設定モードとに切り替えるように、操作可能である。

　コントローラ３６は、第１設定モードでは、第１操作装置３５の操作に応じてブレード１６の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの高さを個別に変更し、変更されたブレード１６の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの高さを目標高さとして設定する。コントローラ３６は、第２設定モードでは、第１操作装置３５の操作に応じて作業機３のクロススロープ角θ８を維持しながらブレード１６の左端部１６１と右端部１６２との高さを変更し、変更されたブレード１６の左端部１６１と右端部１６２とのそれぞれの高さを目標高さとして設定する。

　詳細には、第２操作装置３９は、左リフトレバー４１に対応する左設定スイッチ５１と、右リフトレバー４２に対応する右設定スイッチ５２とを含む。左設定スイッチ５１と右設定スイッチ５２とは、オン状態とオフ状態とにそれぞれ操作可能である。左設定スイッチ５１と右設定スイッチ５２とは、例えば押しボタンスイッチである。左設定スイッチ５１は、左リフトレバー４１に取り付けられている。右設定スイッチ５２は、右リフトレバー４２に取り付けられている。

　コントローラ３６は、左設定スイッチ５１と右設定スイッチ５２との両方がオン状態である場合には、自動制御の設定モードを第１設定モードとする。第１設定モードでは、コントローラ３６は、左リフトレバー４１の操作に応じて、ブレード１６の左端部１６１の高さを変更する。コントローラ３６は、右リフトレバー４２の操作に応じて、ブレード１６の右端部１６２の高さを変更する。

　図１４Ａ及び図１４Ｂは、第１設定モードにおいて、左リフトレバー４１が操作された場合のブレード１６の位置を示している。コントローラ３６は、左リフトレバー４１の操作に応じて、ブレード１６の左端部１６１を、図１４Ａに示す位置から図１４Ｂに示す位置に、重力方向において上下に移動させながら右端部１６２の高さを維持する。この場合、左端部１６１の移動に応じて、クロススロープ角θ８は変化する。コントローラ３６は、左リフトレバー４１の操作が行われなくなったと判定したときの左端部１６１の高さを、左端部１６１の目標高さとして設定する。

　図１５Ａ及び図１５Ｂは、第１設定モードにおいて、右リフトレバー４２が操作された場合のブレード１６の位置を示している。コントローラ３６は、右リフトレバー４２が操作された場合には、ブレード１６の右端部１６２を、図１５Ａに示す位置から図１５Ｂに示す位置に、重力方向において上下に移動させながら左端部１６１の高さを維持する。この場合、右端部１６２の移動に応じて、クロススロープ角θ８は変化する。コントローラ３６は、右リフトレバー４２の操作が行われなくなったと判定したときの右端部１６２の高さを、右端部１６２の目標高さとして設定する。

　コントローラ３６は、左設定スイッチ５１と右設定スイッチ５２とのいずれか一方のみがオン状態である場合には、自動制御の設定モードを第２設定モードとする。図１６Ａ及び図１６Ｂは、右設定スイッチ５２のみがオン状態であり、左設定スイッチ５１がオフ状態であり、左リフトレバー４１が操作されたとき場合の作業機３の位置を示している。コントローラ３６は、左リフトレバー４１の操作に応じて、作業機３のクロススロープ角θ８を維持しながらブレード１６の左端部１６１の高さを変更する。すなわち、コントローラ３６は、クロススロープ角θ８を維持するように、左リフトレバー４１の操作に応じて、ブレード１６の左端部１６１と右端部１６２との高さを変更する。

　左設定スイッチ５１のみがオン状態であり、右設定スイッチ５２がオフ状態であり、右リフトレバー４２が操作された場合には、コントローラ３６は、右リフトレバー４２の操作に応じて、作業機３のクロススロープ角θ８を維持しながらブレード１６の右端部１６２の高さを変更する。すなわち、図１６Ａ及び図１６Ｂと同様に、コントローラ３６は、クロススロープ角θ８を維持するように、右リフトレバー４２の操作に応じて、ブレード１６の右端部１６２と左端部１６１との高さを変更する。

　なお、左設定スイッチ５１のみがオン状態であり、左リフトレバー４１が操作された場合には、コントローラ３６は、図１４Ａ及び図１４Ｂと同様に、ブレード１６の右端部１６２の高さを維持しながら、左リフトレバー４１の操作に応じてブレード１６の左端部１６１を鉛直方向において上下に移動させる。それにより、作業機３のクロススロープ角θ８が変更される。右設定スイッチ５２のみがオン状態であり、右リフトレバー４２が操作された場合には、コントローラ３６は、図１５Ａ及び図１５Ｂと同様に、ブレード１６の左端部１６１の高さを維持しながら、右リフトレバー４２の操作に応じてブレード１６の右端部１６２を鉛直方向において上下に移動させる。それにより、作業機３のクロススロープ角θ８が変更される。

　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、モータグレーダに限らず、ブルドーザなどの他の作業機械１であってもよい。ブルドーザなどの他の作業機械１においては、原点Ｏ１の位置は作業機械１の構造上の特性に応じて、適宜設定することができる。作業機３の構成は、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、作業機３は、ブレード１６とリフトアームとを含んでもよい。リフトアームは、ブレード１６を支持し、車体２に接続されてもよい。作業機３の姿勢を示すパラメータは、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。

　複数の操作部材４１－４６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、操作部材は、レバーに限らず、ジョイスティック、スイッチ、或いはタッチパネルなどの他の部材であってもよい。複数の操作部材４１－４６は、アクチュエータ２２－２７のそれぞれを直接的に操作するものであってもよい。

　左設定スイッチ５１と右設定スイッチ５２とは、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、左設定スイッチ５１と右設定スイッチ５２とは、スライド式、或いは回転式のスイッチであってもよい。左設定スイッチ５１と右設定スイッチ５２とは、それぞれ左リフトレバー４１と右リフトレバー４２と異なる場所に配置されてもよい。

　作業機３の姿勢を検出するためのセンサは、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。センサＳ１－Ｓ５は、ストローク長に限らず、角度を直接的に検出してもよい。作業機センサ４８は、ＩＭＵ（慣性計測装置）を含んでもよい。ＩＭＵは、ドローバ１７に装着されてもよい。ＩＭＵによって、ドローバ１７の姿勢が検出されてもよい。左シリンダ角度センサＳ７と右シリンダ角度センサＳ８とのいずれか一方が省略されてもよい。

　第１操作装置３５は、自動制御の開始/終了のための操作部材を含んでもよい。コントローラ３６は、自動制御のための操作部材の操作に応じて、自動制御を開始してもよい。コントローラ３６は、自動制御のための操作部材の操作に応じて、自動制御を終了してもよい。コントローラ３６は、自動制御のための操作部材の操作に応じて、自動制御が開始されたときの作業機３の高さを、目標高さとして記憶してもよい。

　上述した自動制御において、車体２の姿勢（角度)、或いは、姿勢の変化（角速度）が所定値を超えるような場合には、センサＳ１－Ｓ８による検出誤差が大きくなる可能性がある。また、所定量以上の急加速、或いは、急減速が行われた場合にも、センサＳ１－Ｓ８の反応速度が追い付かない可能性がある。このような場合に、コントローラ３６は、自動制御を一時的に解除してもよい。コントローラ３６は、作業機３の目標姿勢と現在の姿勢との差が所定の閾値を超える場合に、自動制御を一時的に解除してもよい。

　上述した実施形態においては、作業機械１が前進して作業を行う場合の自動制御について説明したが、作業機械１が後進して作業を行う場合に対して、本発明が適用されてもよい。その場合、車体２の原点Ｏは、左右の前輪６の間の中心位置であってもよい。

　上述した実施形態においては、コントローラ３６は、第１操作装置３５の操作が一定時間無かったときの作業機３の姿勢を取得し、そのときの作業機３の高さを、作業機３の現在の高さとして取得している。しかし、作業機３の現在の高さを取得するための方法は、これに限らず、変更されてもよい。

　例えば、コントローラ３６は、押しボタンなどの操作装置の操作が行われたときの作業機３の姿勢を取得し、そのときの作業機３の高さを、作業機３の目標高さとして取得してもよい。取得された作業機３の目標高さを所定量だけ増減させるためのスイッチが設けられてもよい。コントローラ３６は、スイッチの操作に応じて、作業機３の目標高さを変更してもよい。それにより、作業機３の目標姿勢を微調整することができる。

　モード選択スイッチ４７の構成は、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、モード選択スイッチ４７は、マニュアルモードの操作位置と、自動制御の第１設定モードの操作位置と、自動制御の第２設定モードの操作位置とに操作可能であってもよい。

　コントローラ３６は、スイッチ或いはタッチパネルなどの入力装置によって、クロススロープ角θ８の目標角度が入力されることで、クロススロープ角θ８の目標角度を取得してもよい。コントローラ３６は、クロススロープ角θ８の目標角度と、ブレード１６の左端部１６１の高さから、右端部１６２の目標高さを算出してもよい。コントローラ３６は、クロススロープ角θ８の目標角度と、ブレード１６の右端部１６２の高さから、左端部１６１の目標高さを算出してもよい。

　或いは、コントローラ３６は、押しボタンなどの操作装置の操作が行われたときの作業機３の姿勢を取得し、そのときの作業機３のクロススロープ角θ８を、作業機３の目標角度として取得してもよい。取得された作業機３の目標角度を所定量だけ増減させるためのスイッチが設けられてもよい。コントローラ３６は、スイッチの操作に応じて、作業機３の目標角度を変更してもよい。それにより、作業機３の目標姿勢を微調整することができる。

　上記の実施形態では、第２設定モードにおいて、オン状態の設定スイッチに対応するブレード１６の左右の端部の一方の高さが維持されると共に、オフ状態の設定スイッチに対応するブレード１６の左右の端部の他方の高さがオペレータによるリフトレバーの操作によって変更可能となる。ただし、上記の実施形態とは逆に、第２設定モードにおいて、オフ状態の設定スイッチに対応するブレード１６の左右の端部の一方の高さが維持されると共に、オン状態の設定スイッチに対応するブレード１６の左右の端部の他方の高さがオペレータによるリフトレバーの操作によって変更可能となってもよい。

　本開示によれば、車体の姿勢が変化しても、重力方向における作業機の高さとクロススロープ角とが維持される。そのため、作業機械が起伏のある地面を走行するときであっても、作業機の高さとクロススロープ角とが精度よく維持される。

　２：車体、　３：作業機、　４：車体フレーム、　２２－２７：アクチュエータ、　３５：第１操作装置、　３６：コントローラ、　３９：第２操作装置、　４１：左リフトレバー、　４２：右リフトレバー、　５１：左設定スイッチ、　５２：右設定スイッチ

Claims (11)

1. 　車体と、
   　前記車体に対して動作可能に支持される作業機と、
   　前記作業機に接続され、前記作業機を動作させるアクチュエータと、
   　重力方向における前記作業機の目標高さと、水平面に対する前記作業機の傾斜角度を示すクロススロープ角とを設定するために操作される第１操作装置と、
   　コントローラと、
   を備え、
   　前記コントローラは、
   　　前記作業機の目標高さを取得し、
   　　前記車体の姿勢が変化しても、重力方向における前記作業機の高さを前記目標高さに維持するように前記アクチュエータを制御する、
   作業機械。
2. 　前記作業機の目標高さを設定するための第１設定モードと第２設定モードとを切り替えるために操作される第２操作装置をさらに備え、
   　前記コントローラは、
   　　前記第１設定モードにおいて、前記第１操作装置の操作に応じて、前記作業機の左端部と右端部とのそれぞれの前記目標高さを個別に設定し、
   　　前記第２設定モードでは、前記クロススロープ角を維持しながら前記作業機の目標高さを設定する、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 　前記第１操作装置は、上昇方向と下降方向とにそれぞれ操作可能な左リフトレバーと右リフトレバーとを含み、
   　前記第２操作装置は、
   　　前記左リフトレバーに対応する左設定スイッチと
   　　前記右リフトレバーに対応する右設定スイッチと、
   　を含み、
   　前記左設定スイッチと前記右設定スイッチとは、オン状態とオフ状態とにそれぞれ操作可能であり、
   　前記コントローラは、
   　　前記左設定スイッチがオン状態である場合には、前記左リフトレバーの操作に応じて、前記作業機の右端部の高さを維持しながら前記作業機の左端部の高さを変更することで、前記作業機のクロススロープ角を変更し、
   　　前記右設定スイッチがオン状態である場合には、前記右リフトレバーの操作に応じて、前記作業機の左端部の高さを維持しながら前記作業機の右端部の高さを変更することで、前記作業機のクロススロープ角を変更する、
   請求項２に記載の作業機械。
4. 　前記コントローラは、
   　　前記左設定スイッチがオフ状態である場合には、前記左リフトレバーの操作に応じて、前記作業機のクロススロープ角を維持しながら前記作業機の高さを変更し、
   　　変更された前記作業機の高さを前記目標高さとして設定する、
   請求項３に記載の作業機械。
5. 　前記コントローラは、
   　　前記右設定スイッチがオフ状態である場合には、前記右リフトレバーの操作に応じて、前記作業機のクロススロープ角を維持しながら前記作業機の高さを変更し、
   　　変更された前記作業機の高さを前記目標高さとして設定する、
   請求項３に記載の作業機械。
6. 　車体と、前記車体に対して動作可能に支持される作業機と、前記作業機に接続され、前記作業機を動作させるアクチュエータとを含む作業機械を制御するための方法であって、
   　重力方向における前記作業機の目標高さと、水平面に対する前記作業機の傾斜角度を示すクロススロープ角とを設定するために操作される第１操作装置の操作に応じて、前記作業機の目標高さとクロススロープ角とを設定することと、
   　前記車体の姿勢が変化しても、重力方向における前記作業機の高さを前記目標高さに維持するように前記アクチュエータを制御すること、
   を備える方法。
7. 　第２操作装置の操作に応じて、前記作業機の目標高さを設定するための第１設定モードと第２設定モードとを切り替えることと、
   　前記第１設定モードにおいて、前記第１操作装置の操作に応じて、前記作業機の左端部と右端部とのそれぞれの前記目標高さを個別に設定することと、
   　前記第２設定モードでは、前記クロススロープ角を維持しながら前記作業機の目標高さを設定すること、
   を備える請求項６に記載の方法。
8. 　前記第１操作装置は、上昇方向と下降方向とにそれぞれ操作可能な左リフトレバーと右リフトレバーとを含み、
   　前記第２操作装置は、
   　　前記左リフトレバーに対応する左設定スイッチと
   　　前記右リフトレバーに対応する右設定スイッチと、
   　を含み、
   　前記左設定スイッチと前記右設定スイッチとは、オン状態とオフ状態とにそれぞれ操作可能であり、
   　前記左設定スイッチがオン状態である場合には、前記左リフトレバーの操作に応じて、前記作業機の右端部の高さを維持しながら前記作業機の左端部の高さを変更することで、前記作業機のクロススロープ角を変更することと、
   　前記右設定スイッチがオン状態である場合には、前記右リフトレバーの操作に応じて、前記作業機の左端部の高さを維持しながら前記作業機の右端部の高さを変更することで、前記作業機のクロススロープ角を変更すること、
   を備える請求項７に記載の方法。
9. 　前記左設定スイッチがオフ状態である場合には、前記左リフトレバーの操作に応じて、前記作業機のクロススロープ角を維持しながら前記作業機の高さを変更することと、
   　変更された前記作業機の高さを前記目標高さとして設定すること、
   を備える請求項８に記載の方法。
10. 　前記右設定スイッチがオフ状態である場合には、前記右リフトレバーの操作に応じて、前記作業機のクロススロープ角を維持しながら前記作業機の高さを変更することと、
    　変更された前記作業機の高さを前記目標高さとして設定すること、
    を備える請求項８に記載の方法。
11. 　車体と、前記車体に対して動作可能に支持される作業機と、前記作業機に接続され、前記作業機を動作させるアクチュエータとを含む作業機械を制御するための方法であって、
    　重力方向における前記作業機の目標高さを設定するために操作される第１操作装置の操作に応じて、前記作業機の左端部と右端部とのそれぞれの目標高さを設定することと、
    　前記車体の姿勢が変化しても、重力方向における前記作業機の左端部と右端部とのそれぞれの高さを前記目標高さに維持するように、前記アクチュエータを制御することによって、前記クロススロープ角を維持する、
    を備える方法。

Images