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JP7001350B2 - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents

作業車両および作業車両の制御方法 Download PDF

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JP7001350B2 JP2017029276A JP2017029276A JP7001350B2 JP 7001350 B2 JP7001350 B2 JP 7001350B2 JP 2017029276 A JP2017029276 A JP 2017029276A JP 2017029276 A JP2017029276 A JP 2017029276A JP 7001350 B2 JP7001350 B2 JP 7001350B2
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Description

本発明は、作業車両に関する。
ホイールローダ等の作業車両は、上下方向に回動可能なブームの先端に、ダンプ方向に回動可能なバケットを備えている。オペレータは、操作装置を操作することにより、バケットをダンプ方向に回動させて略水平にさせた後、作業車両を走行させてバケットを土砂等の山に貫入させる掘削作業が行なわれる。これによりバケット内に積荷を積み込む。オペレータは、ブームまたは車体を旋回させて、作業車両をダンプトラック等の運搬機械に対面させ、ブームを荷台の上方まで上げる。オペレータが、バケットをダンプ方向に回動させると、バケット内の積荷が荷台に落下し、運搬機械に積荷が移される。このようなサイクルを複数回繰り返すことにより、積込作業が行われる。
従来、効率的な掘削動作を実行する点で作業機の動作を自動制御する技術がある。
たとえば、特開2007-224511号公報においては、バケット内の積み荷がこぼれ落ちないようにバケットの姿勢を制御する方式が開示されている。
特開2007-224511号公報
一方で、ホイールローダ等の作業車両の掘削動作においては、作業車両を走行させるアクセル操作とともに、ブームとバケットの操作レバーをそれぞれ動かしてバケットの動きを操作する必要があるため効率的な掘削動作を実行することは簡単ではなく熟練が必要であった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能な作業車両および作業車両の制御方法を提供することを目的とする。
本発明の作業車両は、掘削する際に走行する車両本体と、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、バケットの刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定し、移動方向への掘削動作を実行させる制御部とを備える。
本発明の作業車両の制御方法は、掘削する際に走行する車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、バケットの刃先方向を算出するステップと、算出されたバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、移動方向への掘削動作を実行させるステップとを備える。
本発明の別の作業車両は、掘削する際に走行する車両本体と、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、バケットの刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定し、表示器に決定した移動方向に従うガイダンスを表示する表示制御部とを備える。
本発明の別の作業車両の制御方法は、掘削する際に走行する車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、バケットの刃先方向を算出するステップと、算出されたバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、表示器に決定した移動方向に従うガイダンスを表示するステップとを備える。
本発明の作業車両およびその制御方法は、簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能である。
実施形態に基づくホイールローダ1の外観図である。 実施形態に基づくホイールローダ1の構成を示す模式図である。 実施形態に基づくホイールローダ1を模式的に説明する図である。 実施形態に基づく運転室5の概要を説明する図である。 実施形態に基づくバケット7の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。 実施形態に基づくホイールローダ1の掘削作業の動作処理を説明する図である。 実施形態に基づくリフト量Δrの算出を説明する図である。 他の実施形態に基づく表示器50について説明する図である。 他の実施形態に基づくホイールローダ1の表示処理を説明する図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
以下、作業車両の一例としてホイールローダについて、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。
<全体構成>
図1は、実施形態に基づくホイールローダ1の外観図である。
図1に示されるように、ホイールローダ1は、車体2、作業機3、車輪4a,4b、および運転室5を備えている。ホイールローダ1は、車輪4a,4bが回転駆動されることにより自走可能であると共に、作業機3を用いて所望の作業を行うことができる。
車体2は、前車体部2aと後車体部2bとを有している。前車体部2aと後車体部2bとは、互いに左右方向に揺動可能に連結されている。
前車体部2aと後車体部2bとに渡って、一対のステアリングシリンダ11a,11bが設けられている。ステアリングシリンダ11a,11bは、ステアリングポンプ12(図2参照)からの作動油によって駆動される油圧シリンダである。ステアリングシリンダ11a,11bが伸縮することによって、前車体部2aが後車体部2bに対して揺動する。これにより、ホイールローダ1の進行方向が変更される。
図1および後述する図2では、ステアリングシリンダ11a,11bの一方のみを図示しており、他方を省略している。
前車体部2aには、作業機3および一対の前輪4aが取り付けられている。作業機3は、車体2の前方に配設されている。作業機3は、作業機ポンプ13(図2参照)からの作動油によって駆動される。作業機3は、ブーム6と、一対のブームシリンダ14a,14bと、バケット7と、ベルクランク9と、バケットシリンダ15とを有している。
ブーム6は、前車体部2aに回転可能に支持されている。ブーム6の基端部が、ブームピン16によって、前車体部2aに回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ14a,14bの一端は前車体部2aに取り付けられている。ブームシリンダ14a,14bの他端は、ブーム6に取り付けられている。前車体部2aとブーム6とは、ブームシリンダ14a,14bにより連結されている。ブームシリンダ14a,14bが作業機ポンプ13からの作動油によって伸縮することによって、ブーム6がブームピン16を中心として上下に回動する。
図1及び図2では、ブームシリンダ14a,14bのうちの一方のみを図示しており、他方を省略している。
バケット7は、ブーム6の先端に回動可能に支持されている。バケット7は、バケットピン17によって、ブーム6の先端部に回動可能に指示されている。バケットシリンダ15の一端は前車体部2aに取り付けられている。バケットシリンダ15の他端はベルクランク9に取り付けられている。ベルクランク9とバケット7とは、図示しないリンク装置によって連結されている。前車体部2aとバケット7とは、バケットシリンダ15、ベルクランク9およびリンク装置により連結されている。バケットシリンダ15が、作業機ポンプ13からの作動油によって伸縮することによって、バケット7がバケットピン17を中心として上下に回動する。
後車体部2bには、運転室5および一対の後輪4bが取り付けられている。運転室5は、車体2に搭載されている。運転室5には、オペレータが着座するシート、および後述する操作部8などが内装されている。
前輪4aは、ホイール部4awと、タイヤ4atとを有している。タイヤ4atは、ホイール部4awの外周に装着されている。後輪4bは、ホイール部4bwと、タイヤ4btとを有している。タイヤ4btは、ホイール部4bwの外周に装着されている。タイヤ4at,4btは、弾性材料製である。タイヤ4at,4btは、たとえばゴム製である。
図2は、実施形態に基づくホイールローダ1の構成を示す模式図である。
図2に示すように、ホイールローダ1は、駆動源としてのエンジン21、走行装置22、作業機ポンプ13、ステアリングポンプ12、操作部8、制御部10、表示器50などを備えている。
エンジン21は、ディーゼルエンジンである。エンジン21は燃料噴射ポンプ24を有している。燃料噴射ポンプ24には、電子ガバナ25が設けられている。シリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより、エンジン21の出力が制御される。この調整は、電子ガバナ25が制御部10によって制御されることで行われる。
ガバナ25としては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられる。ガバナ25は、エンジン回転数が後述するアクセル操作量に応じた目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。ガバナ25は、目標回転数と実際のエンジン回転数との偏差がなくなるように、燃料噴射量を増減する。
エンジン回転数は、エンジン回転数センサ91によって検出される。エンジン回転数センサ91の検出信号は、制御部10に入力される。
走行装置22は、エンジン21からの駆動力によりホイールローダ1を走行させる装置である。走行装置22は、トルクコンバータ装置23、トランスミッション26、ならびに上述した前輪4aおよび後輪4bなどを有している。
トルクコンバータ装置23は、ロックアップクラッチ27とトルクコンバータ28とを有している。ロックアップクラッチ27は、油圧作動式のクラッチである。ロックアップクラッチ27への作動油の供給がクラッチ制御弁31を介して制御部10によって制御されることにより、ロックアップクラッチ27は、連結状態と非連結状態とに切換可能である。ロックアップクラッチ27が非連結状態である場合には、トルクコンバータ28が、オイルを媒体としてエンジン21からの駆動力を伝達する。ロックアップクラッチ27が連結状態である場合には、トルクコンバータ28の入力側と出力側とが直結される。
トランスミッション26は、前進走行段に対応する前進クラッチCFと、後進走行段に対応する後進クラッチCRとを有している。各クラッチCF,CRの連結状態・非連結状態が切り換えられることによって、車両の前進と後進とが切り換えられる。クラッチCF,CRが共に非連結状態のときは、車両は中立状態となる。
トランスミッション26は、複数の速度段に対応した複数の速度段クラッチC1-C4を有しており、減速比を複数段階に切り換えることができる。各速度段クラッチC1-C4は、油圧作動式の油圧クラッチである。図示しない油圧ポンプからクラッチ制御弁31を介してクラッチC1-C4へ作動油が供給される。クラッチ制御弁31が制御部10によって制御されて、クラッチC1-C4への作動油の供給が制御されることにより、各クラッチC1-C4の連結状態及び非連結状態が切り換えられる。
トランスミッション26の出力軸には、T/M出力回転数センサ92が設けられている。T/M出力回転数センサ92は、トランスミッション26の出力軸の回転数を検出する。T/M出力回転数センサ92からの検出信号は、制御部10に入力される。制御部10は、T/M出力回転数センサ92の検出信号に基づいて車速を算出する。
トランスミッション26から出力された駆動力は、シャフト32などを介して車輪4a,4bに伝達される。これにより、ホイールローダ1が走行する。エンジン21からの駆動力の一部が走行装置22に伝達されて、ホイールローダ1が走行する。
エンジン21の駆動力の一部は、PTO(Power Take Off)軸33を介して、作業機ポンプ13およびステアリングポンプ12に伝達される。作業機ポンプ13およびステアリングポンプ12は、エンジン21からの駆動力によって駆動される油圧ポンプである。作業機ポンプ13から吐出された作動油は、作業機制御弁34を介してブームシリンダ14a,14bおよびバケットシリンダ15に供給される。ステアリングポンプ12から吐出された作動油は、ステアリング制御弁35を介してステアリングシリンダ11a,11bに供給される。作業機3は、エンジン21からの駆動力の一部によって駆動される。
ブームシリンダストロークセンサ95は、ブームシリンダ14a(14b)に配置され、ブームシリンダ14a(14b)のストローク長さ(ブームシリンダ長)を検出する。
バケットシリンダストロークセンサ96は、バケットシリンダ15に配置され、バケットシリンダ15のストローク長さ(バケットシリンダ長)を検出する。ブームシリンダ14a(14b)のストローク長さをブームシリンダ長又はリフトストロークとも称する。バケットシリンダ15のストローク長さをバケットシリンダ長又はチルトストロークとも称する。ブームシリンダ長およびバケットシリンダ長を総称してシリンダ長データとも称する。
操作部8は、オペレータによって操作される。操作部8は、アクセル操作部材81a、アクセル操作検出部81b、ステアリング操作部材82a、ステアリング操作検出部82b、ブーム操作部材83a、ブーム操作検出部83b、バケット操作部材84a、バケット操作検出部84b、変速操作部材85a、変速操作検出部85b、FR操作部材86a、および、FR操作検出部86bなどを有している。
アクセル操作部材81aは、エンジン21の目標回転数を設定するために操作される。アクセル操作部材81aは、たとえばアクセルペダルである。アクセル操作部材81aの操作量(アクセルペダルの場合、踏み込み量)を増大すると、車体は加速する。アクセル操作部材81aの操作量を減少すると、車体は減速する。アクセル操作検出部81bは、アクセル操作部材81aの操作量を検出する。アクセル操作部材81aの操作量を、アクセル操作量と称する。アクセル操作検出部81bは、アクセル操作量を検出する。アクセル操作検出部81bは、検出信号を制御部10へ出力する。
ステアリング操作部材82aは、車両の移動方向を操作するために操作される。ステアリング操作部材82aは、たとえばステアリングハンドルである。ステアリング操作検出部82bは、ステアリング操作部材82aの位置を検出し、検出信号を制御部10に出力する。制御部10は、ステアリング操作検出部82bからの検出信号に基づいてステアリング制御弁35を制御する。ステアリングシリンダ11a,11bが伸縮して、車両の進行方向が変更される。
ブーム操作部材83aは、ブーム6を動作させるために操作される。バケット操作部材84aは、バケット7を動作させるために操作される。ブーム操作部材83aおよびバケット操作部材84aは、たとえば操作レバーである。ブーム操作検出部83bは、ブーム操作部材83aの位置を検出する。バケット操作検出部84bは、バケット操作部材84aの位置を検出する。ブーム操作検出部83b及びバケット操作検出部84bは、検出信号を制御部10に出力する。制御部10は、ブーム操作検出部83bおよびバケット操作検出部84bからの検出信号に基づいて、作業機制御弁34を制御する。ブームシリンダ14a,14bおよびバケットシリンダ15が伸縮して、ブーム6およびバケット7が動作する。
変速操作部材85aは、トランスミッション26の速度段を設定するために操作される。変速操作部材85aは、たとえばシフトレバーである。変速操作検出部85bは、変速操作部材85aの位置を検出する。変速操作検出部85bは、検出信号を制御部10に出力する。制御部10は、変速操作検出部85bからの検出信号に基づいて、トランスミッション26の変速を制御する。
FR操作部材86aは、車両の前進と後進とを切り換えるために操作される。FR操作部材86aは、前進、中立および後進の各位置に切り換えられる。FR操作検出部86bは、FR操作部材86aの位置を検出する。FR操作検出部86bは、検出信号を制御部10に出力する。制御部10は、FR操作検出部86bからの検出信号に基づいてクラッチ制御弁31を制御する。前進クラッチCFおよび後進クラッチCRが制御され、車両の前進と後進と中立状態とが切り換えられる。
表示器50は、掘削作業における各種情報を表示することが可能である。
制御部10は、一般的にCPU(Central Processing Unit)により各種のプログラムを読み込むことにより実現される。
制御部10は、メモリ60と接続されている。メモリ60は、ワークメモリとして機能するとともに、ホイールローダの機能を実現するための各種のプログラムを格納する。
制御部10は、アクセル操作部材81aの操作量に応じた目標回転数が得られるように、エンジン指令信号をガバナ25に送る。
制御部10は、機能ブロックとしてバケット回動量算出部100と、移動量算出部102と、ブーム制御部104と、表示制御部106とを含む。
バケット回動量算出部100は、バケット操作部材84aのバケット操作検出部84bの検出結果に従うバケット7の回動量を算出する。
移動量算出部102は、指令周期T毎の車体2の移動量を算出する。当該移動量は、アクセル操作部材81aのアクセル操作検出部81bの検出結果に従う車速に基づいて算出される。当該車速は、T/M出力回転数センサ92の検出信号に基づいて算出することが可能である。
ブーム制御部104は、ブーム6を自動でリフトするリフト量を算出し、算出結果に基づいてブーム6を自動制御する。当該方式については後述する。
表示制御部106は、表示器50における表示内容を制御する。
図3は、実施形態に基づくホイールローダ1を模式的に説明する図である。
図3に示されるように、ブーム6の長さL1は、前車体部2aに対するブーム6の回転支持中心であるブームピン16とバケット7の回転支持中心であるバケットピン17との距離である。バケット7の長さL2は、バケットピン17とバケット7の刃先の先端部までの距離である。
図3には、ブームピン16を基準点(基準位置)としたX、Y軸の座標系が示されている。X軸は水平方向およびY軸は水平方向と直交する鉛直方向である。他の固定された位置を基準点(基準位置)としたX、Y軸の座標系とすることも可能である。
ブームシリンダストロークセンサ95が検出したリフト長データから、座標系の水平方向に対するブーム6の傾斜角θ1を算出する。
バケットシリンダストロークセンサ96が検出したチルト長データから、ブーム6に対するバケット7の傾斜角θ2を算出する。傾斜角θ2は、ブームピン16とバケットピン17とを結んだ線に対して時計廻りの方向が正、反時計廻りの方向が負となる。傾斜角θ2は、正の方向にバケット7が回動している場合が示されている。
ストロークセンサを用いてストローク長さを検出し、傾斜角θを算出する方式について説明するが、ロータリーエンコーダのような角度検出器で傾斜角を算出するようにしても良い。
ブーム6およびバケット7の長さL1,L2および傾斜角θ1,θ2に基づいて、X、Y軸の座標系におけるバケット7の刃先の位置およびバケット7の刃先の角度(刃先方向)を算出することが可能である。
図3には、バケット7の刃先の刃先データPの位置座標[x0,y0]およびバケット7の刃先の水平方向に対する刃先の角度[α0]が示されている。
バケット7の刃先の角度α0(刃先方向)は、傾斜角θ1+傾斜角θ2+傾斜角γで表わされる。傾斜角γは、バケットピン17とバケット7の刃先の先端とを結ぶ線に対する刃先方向の傾斜角であり、予め設計された固定角度である。
図4は、実施形態に基づく運転室5の概要を説明する図である。
図4に示されるように、オペレータが着座するシートが設けられ、種々の操作部8および表示器50が設けられる。
図4には、アクセル操作部材81a、ステアリング操作部材82a、ブーム操作部材83a、ブーム操作検出部83b、バケット操作部材84a、掘削モード設定ボタン25P等が設けられている場合が示されている。
掘削モード設定ボタン25Pは、掘削モードに設定するための設定ボタンである。制御部10は、オペレータの掘削モード設定ボタン25Pの押下指示に従って、通常モードから掘削モードに移行する。制御部10は、オペレータの再度の掘削モード設定ボタン25Pの押下指示に従って、掘削モードから通常モードに移行する。
操作部8は、通常モードと掘削モードとで操作に対応する機能を変更することが可能である。
通常モードにおいては、ブーム操作部材83aおよびバケット操作部材84aにより、ブーム6およびバケット7が操作される。
ブーム操作部材83aの前後方向の操作は、ブーム6の操作に対応し、前後方向の操作に応じてブーム6の下げ動作及び上げ動作が実行される。ブーム6を操作するためにレバー操作される。
ブーム操作検出部83bは、ブーム操作部材83aの前後方向における操作量(ブーム操作量)を検出する。ブーム操作検出部83bは、検出結果を制御部10に出力する。制御部10は、ブーム操作検出部83bの検出結果に従って、ブーム6を駆動するためのブームシリンダ14a,14bに供給される作動油が流れる作業機制御弁34を駆動する。
バケット操作部材84aの前後方向の操作は、バケット7の操作に対応し、前後方向の操作に応じてバケット7の掘削動作および開放動作が実行される。バケット7を操作するためにレバー操作される。
バケット操作検出部84bは、バケット操作部材84aの前後方向における操作量(バケット操作量)を検出する。バケット操作検出部84bは、検出結果を制御部10に出力する。制御部10は、バケット操作検出部84bの検出結果に従って、バケット7を駆動するためのバケットシリンダ15に供給される作動油が流れる作業機制御弁34を駆動する。
アクセル操作部材81a(アクセルペダル)の踏み込み操作は、エンジン21の目標回転数の設定に対応し、車速の制御が実行される。
アクセル操作検出部81bは、アクセル操作部材81aの操作量(アクセルペダルの場合、踏み込み量)を検出する。アクセル操作検出部81bは、検出結果を制御部10に出力する。制御部10は、アクセル操作検出部81bの検出結果に従って、エンジン21に噴射する燃料噴射量を調整するガバナ25を制御する。
掘削モードにおいては、ブーム操作部材83aの前後方向の操作は、無効とされる。したがって、ブーム6を操作するためのレバー操作は受け付けられない。ブーム6は、ブーム制御部104により自動で制御される。バケット操作部材84aおよびアクセル操作部材81aについては、通常モードと同様である。
[土砂抵抗]
図5は、実施形態に基づくバケット7の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。
掘削角度とは、バケット7の刃先の方向と、掘削動作による刃先の移動方向(変位方向)との間の角度を表わすものとする。バケット7の刃先の方向を基準にバケット7が移動する際の刃先の移動方向がバケット7の開口面側に進む場合に正の値とし、逆方向に進む場合には負の値とする。
図5に示されるように、バケット7の掘削角度が0°付近が限界角度として示されている。
バケット7の掘削角度が限界角度より小さい場合には、バケット7の外装あるいはバケット7の背面により土砂を押し付ける形態となり、バケット7にかかる土砂抵抗の値が急激に上昇する。
バケット7の掘削角度が所定角度Qにおいては、バケット7にかかる土砂抵抗の値は最小となる場合が示されている。
限界角度、所定角度Qは、一例でありバケット7の形態に従って異なる値に設定することが可能である。
実施形態に従うホイールローダ1は、土砂抵抗の値が低い掘削角度で掘削処理を実行することにより簡易な方式で効率的な掘削動作を実行する。具体的には、ホイールローダ1は、掘削角度が所定角度Qを維持しながら掘削処理を実行する。所定角度Qとなるようにとは、所定角度Qに完全に一致することを意味するものではなく、所定角度Qの近似値も含む。
[動作処理]
図6は、実施形態に基づくホイールローダ1の掘削作業の動作処理を説明する図である。
図6に示されるように、制御部10は、掘削モードであるか否かを判断する(ステップS2)。具体的には、制御部10は、オペレータの操作指令に従う掘削モードに設定する掘削モード設定ボタンの設定指示を受け付けているかどうかを判断する。
ステップS2において、制御部10は、掘削モードであると判断した場合には、刃先データを算出する(ステップS4)。
具体的には、ブーム制御部104は、ブームシリンダストロークセンサ95およびバケットシリンダストロークセンサ96の検出結果に基づいて、ブームシリンダ長およびバケットシリンダ長を算出する。ブームシリンダ長から、水平方向に対するブーム6の傾斜角θ1を算出する。バケットシリンダ長から、ブーム6に対するバケット7の刃先の傾斜角θ2を算出する。これにより、X、Y軸の座標系におけるバケット7の刃先の位置およびバケット7の刃先の方向(刃先方向)を示す刃先データを算出する。バケット7の刃先の位置座標は、P0[x0,y0]として示される。バケット7の刃先の角度(刃先方向)は、刃先角度α0として示される。
刃先データP0[x0,y0]は次式により表わされる。
Figure 0007001350000001
次に、制御部10は、移動方向ベクトルVを算出する(ステップS6)。
具体的には、ブーム制御部104は、バケット7の刃先の方向に対してバケット7の刃先の移動方向との間の成す掘削角度が所定角度Qとなるように移動方向ベクトルVを算出する。これにより掘削動作によるバケット7の刃先の移動方向が決定される。
本例の座標系における移動方向ベクトルVを示すX軸方向およびY軸方向の単位ベクトルdx,dyは次式で表わされる。
dx=cos(α0+Q)
dy=sin(α0+Q)
次に、制御部10は、操作レバーおよびアクセル操作の入力を受け付ける(ステップS8)。
制御部10は、バケット操作部材84aおよびアクセル操作部材81aの操作入力を受け付ける。
掘削モードにおいては、バケット操作部材84aによりバケット7の回動動作が実行される。アクセル操作部材81aのアクセル操作量により走行装置22による車体2の移動動作が実行される。一方、ブーム操作部材83aの入力は受け付けない。
次に、制御部10は、受け付けた操作レバーおよびアクセル操作の操作入力に従ってバケット回動量および移動量を算出する(ステップS10)。
具体的には、バケット回動量算出部100は、バケット操作検出部84bで検出されたバケット操作量に基づいてバケット回動量を算出する。移動量算出部102は、アクセル操作量に従う走行装置22の車速から算出された車体2の指令周期T毎の移動量を算出する。
バケット回動量算出部100によりバケット回動量Δtを算出し、移動量算出部102により移動量Δeを算出した場合について説明する。
次に、制御部10は、リフト量Δrを算出する(ステップS12)。
具体的には、ブーム制御部104は、算出した移動方向ベクトルV、バケット回動量Δtおよび移動量Δeに基づいてリフト量Δrを算出する。
図7は、実施形態に基づくリフト量Δrの算出を説明する図である。
図7に示されるように、現在の刃先データP0[x0,y0]から目標移動方向に対して移動する移動刃先データP1[x1,y1]が示される。
本例の座標系における移動方向ベクトルVのX軸成分VxおよびY軸成分Vyは次式で表わされる。
Vx=x1-x0
Vy=y1-y0
X軸成分Vx、Y軸成分Vyは、次式で表わされる。
Figure 0007001350000002
移動方向ベクトルVの掘削角φは次式により算出される。
φ=tan(Vy/Vx)-1―α0
当該掘削角φが所定角度Qとなるようにリフト量Δrを算出する。
上式(1)、(2)に基づけばリフト量Δrは次式により算出される。
Figure 0007001350000003
次に、制御部10は、算出結果に基づいて作業機を動作させる(ステップS14)。
具体的には、ブーム制御部104は、算出されたリフト量Δrに従って、算出されたブームシリンダ長となるように作動油を調整するように作業機制御弁34を駆動する。
これにより、掘削角が所定角度Qとなるようにブーム6のリフト量が調整され、ブーム6が自動制御される。
次に、制御部10は、作業を終了したか否かを判断する(ステップS16)。制御部10は、作業を終了したと判断する場合とは、例えばエンジンを停止した場合である。
ステップS16において、制御部10は、作業を終了したと判断した場合(ステップS16においてYES)には、処理を終了する(エンド)。
一方、ステップS16において、制御部10は、作業を終了していないと判断した場合(ステップS16においてNO)には、ステップS2に戻り上記処理を繰り返す。
一方、ステップS2において、制御部10は、掘削モードでないと判断した場合には操作レバーおよびアクセル操作の入力を受け付ける(ステップS18)。
制御部10は、ブーム操作部材83a、バケット操作部材84aおよびアクセル操作部材81a等の操作入力を受け付ける。
通常モードにおいては、ブーム操作部材83aおよびバケット操作部材84aにより、ブーム6およびバケット7が操作される。アクセル操作部材81a等により車体2の車速が制御される。
そして、制御部10は、作業機を動作させる(ステップS20)。
制御部10は、ブーム操作検出部83bの検出結果に従って、ブーム6を駆動するためのブームシリンダ14a,14bに供給される作動油が流れる作業機制御弁34を駆動する。制御部10は、バケット操作検出部84bの検出結果に従って、バケット7を駆動するためのバケットシリンダ15に供給される作動油が流れる作業機制御弁34を駆動する。制御部10は、アクセル操作検出部81bの検出結果に従って、エンジン21に噴射する燃料噴射量を調整するガバナ25を制御する。
そして、ステップS16に進む。
以降の処理は、上記で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
これにより、バケット7の刃先の刃先方向を算出し、バケット7の刃先の方向に対してバケット7の刃先の移動方向との間の成す掘削角度が所定角度Qとなるように移動方向ベクトル(掘削動作による刃先の移動方向)が算出される。移動方向ベクトルに従ってバケット7の刃先が移動するように自動制御されるためバケット7にかかる土砂抵抗は低くなる。バケット7にかかる土砂抵抗(負荷)を低くすることにより簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能となる。
オペレータの掘削モード設定ボタン25Pの押下指示に従う掘削モードに設定している期間の間、所定の移動方向ベクトルに従ってバケット7の刃先が移動する負荷の低い効率的な掘削動作となるため燃費の向上を図ることが可能である。
オペレータの掘削モード設定ボタン25Pの押下指示に従い掘削モードに設定することが可能であるためオペレータの意図を反映した効率的な掘削動作を実行することが可能である。
掘削モードにおいて、バケット操作部材84aによりバケット7の回動動作が実行される。アクセル操作部材81aにより車体2の移動動作が実行される。ブーム6については自動制御される。したがって、2つの操作指令により掘削処理が実行される。
従来のホイールローダの掘削動作においては、ブームとバケットとアクセルの3つの操作指令を実行してバケットの動きを操作する必要があり、簡単ではなく熟練が必要であったが、2つの操作指令によりバケットの動きを操作することが可能となるため簡易な操作により、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。
(他の実施形態)
他の実施形態として、オペレータに掘削動作に関するガイダンスを表示することも可能である。
図8は、他の実施形態に基づく表示器50について説明する図である。
図8に示されるように、表示器50には、ホイールローダ1を側方視した場合の外形モデルを示す外形オブジェクト200と、ホイールローダ1のバケット7を側方視した場合の外形モデルを示すバケットオブジェクト202とが設けられている。
表示制御部106は、図3で説明したようにブームシリンダストロークセンサ95が検出したリフト長データおよびバケットシリンダストロークセンサ96が検出したチルト長データに基づくバケット7の姿勢状態を算出する。表示制御部106は、算出された姿勢状態のバケットオブジェクト202を表示器50に表示する。
表示制御部106は、掘削動作に関するガイダンスとして、刃先方向203と、掘削角205と、移動方向204とを表示する。これらの少なくとも1つを表示するようにしてもよい。
オペレータは、運転室5に設けられた表示器50を介して、バケット7の刃先7aの方向を容易に把握することが可能である。オペレータは、バケット7に正対した状態でシートに着座しており、バケット7の刃先7aの状態を目視し難い可能性があるが、側方視されたバケットオブジェクト202により容易にバケット7の刃先7aの向きを把握することが可能である。
刃先方向203が表示されることにより、刃先7aがどの方向を向いているかを簡易に確認することが可能である。
刃先方向203に対して掘削角205が表示されることにより土砂抵抗の値が低い掘削角度を容易に把握することが可能である。
ガイダンスとして、線を点滅させたり、色を付す等、種々の方式で強調表示することも可能である。
運転室5に設けられた表示器50にガイダンスを表示する場合について説明するが、当該表示器50は運転室5に限られず、外部の遠隔地に配置するようにしてもよい。たとえば、遠隔地の基地局等に配置するようにしてもよい。表示制御部106からの情報を基地局に送信し、表示器50に表示させるようにしてもよい。ホイールローダ1を遠隔操作する場合にも当該ガイダンスを表示器50に表示することにより、オペレータは、土砂抵抗の値が低い移動方向がどの方向であるかを簡易に確認することが可能である。オペレータは、当該ガイダンス表示により作業機を簡易に操作することが可能となり、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。
図9は、他の実施形態に基づくホイールローダ1の表示処理を説明する図である。
図9に示されるように、制御部10は、バケット7の刃先方向を算出する(ステップS24)。具体的には、表示制御部106は、ブームシリンダストロークセンサ95およびバケットシリンダストロークセンサ96の検出結果に基づいて、ブームシリンダ長およびバケットシリンダ長を算出する。ブームシリンダ長から、水平方向に対するブーム6の傾斜角θ1を算出する。バケットシリンダ長から、ブーム6に対するバケット7の刃先の傾斜角θ2を算出する。これにより、バケット7の刃先の角度(刃先方向)として、刃先角度α0を算出する。
次に、制御部10は、移動方向ベクトルVを算出する(ステップS26)。具体的には、表示制御部106は、バケット7の刃先の方向に対してバケット7の刃先の移動方向との間の成す掘削角度が所定角度Qとなるように移動方向ベクトルVを算出する。これにより掘削動作によるバケット7の刃先の移動方向が決定される。
次に、制御部10は、掘削動作に関するガイダンスを表示する(ステップS28)。具体的には、表示制御部106は、図8で説明したように、バケット7の決定した移動方向に従うガイダンス表示を表示器50に表示する。
そして、処理を終了する(エンド)。
表示器50に移動方向が表示されることにより、オペレータは、土砂抵抗の値が低い移動方向がどの方向であるかを簡易に確認することが可能である。オペレータは、当該ガイダンス表示により作業機を簡易に操作することが可能となり、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。
<作用効果>
次に、実施形態の作用効果について説明する。
実施形態のホイールローダ1には、図1に示すように掘削する際に走行する車体2と、作業機3とが設けられる。作業機3は、車体2に対して回動可能なブーム6と、ブーム6に対して回動可能なバケット7とを有する。ホイールローダ1には、図2に示すように制御部10が設けられる。制御部10は、バケット7の刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定し、移動方向への掘削動作を実行させる。
制御部10は、バケット7の刃先方向と移動方向との間の掘削角度が所定角度Qを維持するように移動方向を決定し、掘削動作を実行させるため図5に示されるように土砂抵抗の値が最小値である所定角度Qの掘削角度で作業機3の掘削処理を実行することが可能となり、簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能である。
ホイールローダ1のブーム制御部104は、決定された掘削動作による刃先の移動方向と、ブーム6に対するバケット7の回動量および車体2の移動量とに基づいて、ブーム6をリフトするリフト量を算出し、算出されたリフト量に基づいてブーム6を制御する。
ブーム6をリフトするリフト量を算出し、算出されたリフト量に基づいてブーム6を自動制御するため簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能である。
ホイールローダ1には、バケット回動量算出部100と、移動量算出部102とがさらに設けられる。バケット回動量算出部100は、バケット操作部材84aの操作指令に従い回動するバケット7の回動量を算出する。移動量算出部102は、アクセル操作部材81aの操作指令に従い走行する車体2の移動量を算出する。
2つの操作指令によりバケットの動きを操作することが可能となるため簡易な操作により、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。
制御部10は、オペレータの掘削モード設定ボタン25Pの操作指示に従って掘削モードを実行させるか否かを判断する。
オペレータの掘削モード設定ボタン25Pの押下指示に従い掘削モードに設定することが可能であるためオペレータの意図を反映した効率的な掘削動作を実行することが可能である。
実施形態のホイールローダ1には、図1に示すように掘削する際に走行する車体2と、作業機3とが設けられる。作業機3は、車体2に対して回動可能なブーム6と、ブーム6に対して回動可能なバケット7とを有する。当該ホイールローダ1の制御方法では、バケット7の刃先方向を算出するステップと、算出されたバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、移動方向への掘削動作を実行させるステップとが実行される。
図5に示すように、土砂抵抗の値が最小値である所定角度Qの掘削角度で作業機3の掘削処理を実行することが可能となり、簡易な方式で効率的な掘削動作を実行することが可能である。
実施形態のホイールローダ1には、図1に示すように掘削する際に走行する車体2と、作業機3と、表示器50とが設けられる。作業機3は、車体2に対して回動可能なブーム6と、ブーム6に対して回動可能なバケット7とを有する。ホイールローダ1には、図2に示すように表示制御部106が設けられる。表示制御部106は、バケット7の刃先方向を算出し、算出したバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定し、表示器50に決定した移動方向に従うガイダンスを表示する。
表示制御部106は、バケット7の刃先方向と移動方向との間の掘削角度が所定角度Qを維持するように移動方向を決定し、図8に示すようなガイダンスを表示するため土砂抵抗の値が最小となる移動方向を簡易に確認することが可能である。オペレータは、当該ガイダンス表示により作業機を簡易に操作することが可能となり、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。
実施形態のホイールローダ1には、図1に示すように掘削する際に走行する車体2と、作業機3と、表示器50とが設けられる。作業機3は、車体2に対して回動可能なブーム6と、ブーム6に対して回動可能なバケット7とを有する。当該ホイールローダ1の制御方法では、バケット7の刃先方向を算出するステップと、算出されたバケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、表示器50に決定した移動方向に従うガイダンスを表示するステップとが実行される。
バケット7の刃先方向と移動方向との間の掘削角度が所定角度Qを維持するように移動方向を決定し、図8に示すようなガイダンスを表示するため土砂抵抗の値が最小となる移動方向を簡易に確認することが可能である。オペレータは、当該ガイダンス表示により作業機を簡易に操作することが可能となり、効率的な掘削処理を実行することが可能となる。
作業車両として、ホイールローダを例に挙げて説明したが、ブルドーザ等の作業車両にも適用可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1 ホイールローダ、2 車体、2a 前車体部、2b 後車体部、3 作業機、4a,4b 車輪、5 運転室、6 ブーム、7 バケット、8 操作部、9 ベルクランク、10 制御部、11a,11b ステアリングシリンダ、12 ステアリングポンプ、13 作業機ポンプ、14a,14b ブームシリンダ、15 バケットシリンダ、16 ブームピン、17 バケットピン、21 エンジン、22 走行装置、23 トルクコンバータ装置、24 燃料噴射ポンプ、25P 掘削モード設定ボタン、26 トランスミッション、27 ロックアップクラッチ、28 トルクコンバータ、31 クラッチ制御弁、32 シャフト、33 PTO軸、34 作業機制御弁、35 ステアリング制御弁、60 メモリ、81a アクセル操作部材、81b アクセル操作検出部、82a ステアリング操作部材、82b ステアリング操作検出部、83a ブーム操作部材、83b ブーム操作検出部、84a バケット操作部材、84b バケット操作検出部、85a 変速操作部材、85b 変速操作検出部、86a 操作部材、86b 操作検出部、91 エンジン回転数センサ、92 出力回転数センサ、95 ブームシリンダストロークセンサ、96 バケットシリンダストロークセンサ、100 バケット回動量算出部、102 移動量算出部、104 ブーム制御部。

Claims (7)

  1. 掘削する際に走行する車両本体と、
    前記車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、
    前記バケットの刃先方向を算出し、算出した前記バケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように前記掘削動作による刃先の移動方向を決定し、前記移動方向への掘削動作を実行させる制御部とを備える、作業車両。
  2. 掘削する際に走行する車両本体と、
    前記車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、
    前記バケットの刃先方向を算出し、算出した前記バケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように前記掘削動作による刃先の移動方向を決定し、前記移動方向への掘削動作を実行させる制御部とを備え、
    前記制御部は、
    決定された前記掘削動作による刃先の移動方向と、前記ブームに対する前記バケットの回動量および前記車両本体の移動量とに基づいて、前記ブームをリフトするリフト量を算出し、
    算出されたリフト量に基づいて前記ブームを制御する作業車両。
  3. 第1の操作指令に従い回動する前記バケットの回動量を算出するバケット回動量算出部と、
    第2の操作指令に従い走行する前記車両本体の移動量を算出する移動量算出部とをさらに備える、請求項2記載の作業車両。
  4. 前記制御部は、オペレータの操作指示に従って前記掘削動作を実行させるか否かを判断する、請求項記載の作業車両。
  5. 掘削する際に走行する車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、
    前記バケットの刃先方向を算出するステップと、
    算出された前記バケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように前記掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、
    前記移動方向への掘削動作を実行させるステップとを備える、作業車両の制御方法。
  6. 掘削する際に走行する車両本体と、
    前記車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、
    前記バケットの刃先方向を算出し、算出した前記バケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように前記掘削動作による刃先の移動方向を決定し、表示器に決定した移動方向に従うガイダンスを表示する表示制御部とを備える、作業車両。
  7. 掘削する際に走行する車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、
    前記バケットの刃先方向を算出するステップと、
    算出された前記バケットの刃先方向と、掘削動作による刃先の移動方向との間の掘削角度が所定角を維持するように前記掘削動作による刃先の移動方向を決定するステップと、
    表示器に決定した移動方向に従うガイダンスを表示するステップとを備える、作業車両の制御方法。
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