(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレードによる掘削時にそのブレード前面の土砂の満杯率を演算する満杯率演算手段と、この満杯率演算手段により演算される満杯率が所定値に達するときに前記ブレードを後傾させて土砂を抱持するようにそのブレードを制御するブレード制御手段とを備えることを特徴とするブルドーザのドージング装置。
【請求項２】
前記満杯率演算手段は、前記ブレードに加わる水平反力と垂直反力とを検知してその水平反力に対する垂直反力の比を演算し、この比と前記ブレードのピッチ角とにより前記満杯率を得ることを特徴とする請求項１に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項３】
前記満杯率演算手段は、ブルドーザの車体に取り付けられる距離センサにより前記ブレード前面の土砂の高さを計測することにより前記満杯率を得ることを特徴とする請求項１に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項４】
さらに、前記満杯率演算手段により演算される満杯率と前記ブレードのピッチ角とにより前記ブレードを後傾させるための目標のピッチ角を演算する目標ピッチ角演算手段を備え、前記ブレード制御手段は、この目標ピッチ角演算手段により演算される目標のピッチ角に前記ブレードのピッチ角が一致するようにそのブレードを制御することを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれかに記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項５】
さらに、ブルドーザが排土位置に達したことを検知する排土位置検知手段を備え、前記ブレード制御手段は、この排土位置検知手段の出力を受けて前記ブレードを前傾させて抱持されている土砂を排出するようにそのブレードを制御することを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれかに記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項６】
さらに、前記排土位置検知手段により前記ブルドーザが排土位置に達したことが検知されるとき、変速装置の速度段位置を後進位置に切換えるようにその変速装置を制御する変速制御手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項７】
さらに、ブルドーザが掘削開始位置に達したことを検知する掘削開始位置検知手段を備え、前記変速制御手段は、この掘削開始位置検知手段の出力を受けて前記変速装置の速度段位置を前進位置に切換えるようにその変速装置を制御することを特徴とする請求項６に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項８】
前記排土位置検知手段は、地上に設けられる少なくとも一つのレーザ投光器と、ブルドーザに設けられ前記レーザ投光器から入射されるレーザ光を受光する受光センサとを備えることを特徴とする請求項５または６に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項９】
前記排土位置検知手段は、地上に設けられる少なくとも一つのレーザ投受光器と、ブルドーザに設けられ前記レーザ投受光器から入射されるレーザ光を同一方向に反射させる反射器とを備えることを特徴とする請求項５または６に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項１０】
前記排土位置検知手段は、前記ブルドーザに設けられるとともに車体の前方へ向けて超音波を投射することにより地面の有無を検知する超音波ソナーを備えることを特徴とする請求項５または６に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項１１】
前記排土位置検知手段は、前記ブレードに加わる負荷状態の変化からそのブレードの前方にある土砂の量を推定する負荷検知器を備えることを特徴とする請求項５または６に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項１２】
前記排土位置検知手段は、前記ブルドーザの前進時に掘削開始位置からの走行距離を実車速センサの出力の積分により計測して前記排土位置を検知することを特徴とする請求項５または６に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項１３】
前記掘削開始位置検知手段は、地上に設けられる少なくとも一つのレーザ投光器と、ブルドーザに設けられ前記レーザ投光器から入射されるレーザ光を受光する受光センサとを備えることを特徴とする請求項７に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項１４】
前記掘削開始位置検知手段は、地上に設けられる少なくとも一つのレーザ投受光器と、ブルドーザに設けられ前記レーザ投受光器から入射されるレーザ光を同一方向に反射させる反射器とを備えることを特徴とする請求項７に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項１５】
前記掘削開始位置検知手段は、前記ブルドーザの後進時に前記排土位置からの履帯駆動用スプロケットの回転数を計測して前記掘削開始位置を検知することを特徴とする請求項７に記載のブルドーザのドージング装置。
【請求項１６】
さらに、オペレータのティーチング操作による掘削開始位置および排土位置と、前記ブレード制御手段によりブレードを後傾させる掘削運土切換位置とを記憶する記憶手段と、この記憶手段の出力信号に基づき、前記ブルドーザが掘削開始位置にあるとき変速装置の速度段位置を前進位置に切換え、前記ブルドーザが排土位置にあるとき前記ブレードを前傾させて抱持されている土砂を排出するようにそのブレードを制御するとともに変速装置の速度段位置を後進位置に切換え、前記ブルドーザが前記掘削運土切換位置にあるときそのブレードを後傾させて土砂を抱持するようにそのブレードを制御する運転制御手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれかに記載のブルドーザのドージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブルドーザのドージング装置に関し、より詳しくはブレードのピッチ動作を自動的に行うことのできるブルドーザのドージング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブルドーザによるドージング作業は、オペレータの手動操作によりブレードを上昇もしくは下降、更にはチルト操作およびピッチ操作を行って、車体の走行滑り（シュースリップ）を回避しながらブレードに加わる掘削運土による負荷量を一定に保って行うことによりなされている。この場合、例えば掘削作業から運土作業への移行は、車体のシュースリップ状態またはブレード上面からの掘削土砂のこぼれの状態をオペレータが感覚で判断し、ブレード前面の土砂の量（土工量）を推定することによりなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述されたようにブレードによる土工量をオペレータの感覚により推定するのでは、特に大きなブレードを有してシュースリップの少ないブルドーザの場合にその土工量を正確に判断するのが困難であり、例えば掘削作業から運土作業への移行が効果的なタイミングで行えないという問題点がある。また、前述のような判断を伴う操作は、未熟なオペレータにおいては多大の疲労を伴うとともにその判断自体が困難であるという問題点がある。
【０００４】
本発明は、前述のような問題点を解消することを目的として、ドージング作業時におけるブレード前面の土砂量を自動的に検知して、掘削作業から運土作業への移行を自動的に行うことのできるブルドーザのドージング装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明によるブルドーザのドージング装置は、
ブレードによる掘削時にそのブレード前面の土砂の満杯率を演算する満杯率演算手段と、この満杯率演算手段により演算される満杯率が所定値に達するときに前記ブレードを後傾させて土砂を抱持するようにそのブレードを制御するブレード制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明においては、ブレードによる掘削時にそのブレード前面の土砂の満杯率が満杯率演算手段により演算され、この演算される満杯率が所定値に達するときにブレード制御手段により前記ブレードが土砂を抱持するように後傾される。こうして、所要の掘削作業が終了すると、ブレードが掘削姿勢から運土姿勢（ピッチバック姿勢）に自動的に制御され、オペレータの感覚に頼ることなく、効果的なタイミングでドージング作業おける掘削作業から運土作業への移行がなされる。したがって、作業効率の向上を図ることができるとともに、ドージング作業の省人化を図ることが可能となる。
【０００７】
本発明において、前記満杯率演算手段は、前記ブレードに加わる水平反力と垂直反力とを検知してその水平反力に対する垂直反力の比を演算し、この比と前記ブレードのピッチ角とにより前記満杯率を得るものとするのが好ましい。また、この満杯率演算手段は、ブルドーザの車体に取り付けられる距離センサにより前記ブレード前面の土砂の高さを計測することにより前記満杯率を得るものとすることもできる。
【０００８】
さらに、前記満杯率演算手段により演算される満杯率と前記ブレードのピッチ角とにより前記ブレードを後傾させるための目標のピッチ角を演算する目標ピッチ角演算手段を備え、前記ブレード制御手段は、この目標ピッチ角演算手段により演算される目標のピッチ角に前記ブレードのピッチ角が一致するようにそのブレードを制御するのが好ましい。こうすることで、ブレードの後傾姿勢をより高精度に制御することができる。
【０００９】
さらに、ブルドーザが排土位置に達したことを検知する排土位置検知手段を備え、前記ブレード制御手段は、この排土位置検知手段の出力を受けて前記ブレードを前傾させて抱持されている土砂を排出するようにそのブレードを制御するのが好ましい。こうすることで、掘削作業から運土作業、更には運土作業から排土作業の一連のブレードの制御を自動化することができる。
【００１０】
さらに、前記排土位置検知手段により前記ブルドーザが排土位置に達したことが検知されるとき、変速装置の速度段位置を後進位置に切換えるようにその変速装置を制御する変速制御手段を備えるのが好ましい。また、ブルドーザが掘削開始位置に達したことを検知する掘削開始位置検知手段を備え、前記変速制御手段は、この掘削開始位置検知手段の出力を受けて前記変速装置の速度段位置を前進位置に切換えるようにその変速装置を制御するのが好ましい。このような変速制御手段を備えるものでは、ブルドーザが例えば崖際のような排土位置に達すると、ブレードの前傾によってそのブレードに抱持されている土砂が排出されるとともに、変速装置の速度段位置が後進位置に切換えられてブルドーザは掘削開始位置へ向けて後進走行され、またブルドーザが掘削開始位置に達すると、変速装置の速度段位置が前進位置に切換えられてブルドーザは排土位置に向けて前進走行される。そして、この前進走行に際しての掘削作業時にブレード前面の土砂の満杯率が所定値に達すると自動的にそのブレードが後傾されて土砂が抱持されて運土姿勢に制御される。こうして、所定のレーンのドージング作業の省人化をより促進することが可能となる。
【００１１】
ここで、前記排土位置検知手段としては、次のいずれかを採用することができる。
１．地上に設けられる少なくとも一つのレーザ投光器と、ブルドーザに設けられ前記レーザ投光器から入射されるレーザ光を受光する受光センサとを備えるもの。
２．地上に設けられる少なくとも一つのレーザ投受光器と、ブルドーザに設けられ前記レーザ投受光器から入射されるレーザ光を同一方向に反射させる反射器とを備えるもの。
３．ブルドーザに設けられるとともに車体の前方へ向けて超音波を投射することにより地面の有無を検知する超音波ソナーを備えるもの。
４．ブレードに加わる負荷状態の変化からそのブレードの前方にある土砂の量を推定する負荷検知器を備えるもの。
５．ブルドーザの前進時に掘削開始位置からの走行距離を実車速センサの出力の積分により計測して前記排土位置を検知するもの。
【００１２】
一方、前記掘削開始位置検知手段としては、次のいずれかを採用することができる。
１．地上に設けられる少なくとも一つのレーザ投光器と、ブルドーザに設けられ前記レーザ投光器から入射されるレーザ光を受光する受光センサとを備えるもの。
２．地上に設けられる少なくとも一つのレーザ投受光器と、ブルドーザに設けられ前記レーザ投受光器から入射されるレーザ光を同一方向に反射させる反射器とを備えるもの。
３．前記ブルドーザの後進時に前記排土位置からの履帯駆動用スプロケットの回転数を計測して前記掘削開始位置を検知するもの。
【００１３】
本発明においては、更にオペレータのティーチング操作による掘削開始位置および排土位置と、前記ブレード制御手段によりブレードを後傾させる掘削運土切換位置とを記憶する記憶手段と、この記憶手段の出力信号に基づき、前記ブルドーザが掘削開始位置にあるとき変速装置の速度段位置を前進位置に切換え、前記ブルドーザが排土位置にあるとき前記ブレードを前傾させて抱持されている土砂を排出するようにそのブレードを制御するとともに変速装置の速度段位置を後進位置に切換え、前記ブルドーザが前記掘削運土切換位置にあるときそのブレードを後傾させて土砂を抱持するようにそのブレードを制御する運転制御手段とを備えるものとすることもできる。このような構成によれば、オペレータによるマニュアル運転により掘削開始位置，排土位置および掘削運土切換位置を学習して、ブルドーザの自己位置と運転モード切換えとの関係マップを作成することができるので、ブルドーザの自動運転を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるブルドーザのドージング装置の具体的実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１に本発明の一実施例に係るブルドーザの外観斜視図が、図２に同ブルドーザの側面図がそれぞれ示されている。
【００１６】
本実施例のブルドーザ１において、このブルドーザ１の車体２上には、後述のエンジン２０を収納しているボンネット３、およびブルドーザ１を運転操作するオペレータの運転室４が設けられている。また、車体２の前進方向における左右の各側部には、車体２を前進，後進および旋回させる履帯５（右側部の履帯は図示されていない）が設けられている。これら両履帯５は、エンジン２０から伝達される駆動力によって対応するスプロケット６により各履帯５毎に独立して駆動される。
【００１７】
車体２の前方にはブレード７が配設されている。このブレード７は、左および右のストレートフレーム８，９の先端部に支持されるとともに、これらストレートフレーム８，９の基端部はトラニオン１０（右側部のトラニオンは図示されていない）を介して車体２に枢支され、これによってブレード７は車体２に対して上昇・下降可能なように支持されている。さらに、車体２の両側部前方には、ブレード７を上昇，下降させる左右一対のブレードリフトシリンダ１１，１２が設けられている。これらブレードリフトシリンダ１１，１２は、基端部が車体２に回転自在に装着されるヨーク１３に支持されるとともに、他端部がブレード７の背面に枢支されている。また、ブレード７を後述の掘削姿勢，ピッチダンプ姿勢およびピッチバック姿勢にそれぞれ制御するために、このブレード７と左右の各ストレートフレーム８，９との間にはブレードピッチシリンダ１４，１５が設けられている。
【００１８】
前記車体２には、ヨーク１３の回動角、言い換えればブレードリフトシリンダ１１，１２の回動角を検出するヨーク角センサ１６ａ，１６ｂ（右側部のヨーク角センサは図示されていない）が設けられ、各ブレードリフトシリンダ１１，１２にはそれらブレードリフトシリンダ１１，１２のシリンダストロークを検出するストロークセンサ１９ａ，１９ｂ（図３にのみ図示する）が設けられている。また、図３の油圧回路図に示されているように、ブレードリフトシリンダ１１，１２のヘッド側およびボトム側へそれぞれ油圧を供給する油圧管路の途中には、各ブレードリフトシリンダ１１，１２のヘッド側油圧およびボトム側油圧をそれぞれ検出する油圧センサ１７H ，１７B が設けられている。これらヨーク角センサ１６ａ，１６ｂ，ストロークセンサ１９ａ，１９ｂおよび各油圧センサ１７H ，１７B の出力はマイコンよりなるコントローラ１８に入力され、このコントローラ１８にて後述のブレード７の垂直反力の演算に用いられる。
【００１９】
次に、動力伝達系統が示されている図４において、エンジン２０からの回転駆動力は、ダンパー２１および作業機油圧ポンプを含む各種油圧ポンプを駆動するＰＴＯ２２を介して、トルクコンバータ２３ａおよびロックアップクラッチ２３ｂを有するトルクコンバータユニット２３に伝達される。次に、このトルクコンバータユニット２３の出力軸から、回転駆動力はその出力軸に入力軸が連結されている例えば遊星歯車湿式多板式クラッチ変速機であるトランスミッション２４に伝達される。このトランスミッション２４は、前進クラッチ２４ａ，後進クラッチ２４ｂおよび１速乃至３速クラッチ２４ｃ，２４ｄ，２４ｅを有してトランスミッション２４の出力軸は前後進３段階の速度で回転されるようになっている。続いて、このトランスミッション２４の出力軸からその回転駆動力は、ピニオン２５ａおよびベベルギア２５ｂ、更には左右一対の操向クラッチ２５ｃおよび操向ブレーキ２５ｄが配されている横軸２５ｅを有する操向ユニット２５を介して左右一対の各終減速機構２６に伝達されて履帯５（図４には図示せず）を走行させる各スプロケット６が駆動されるようになっている。なお、符号２７はエンジン２０の回転数を検出するエンジン回転センサであり、符号２８はトルクコンバータユニット２３の出力軸の回転数を検出するトルクコンバータ出力軸回転センサである。
【００２０】
前記エンジン回転センサ２７からのエンジン２０の回転数データ，トルクコンバータ出力軸回転センサ２８からのトルクコンバータユニット２３の出力軸の回転数データおよびロックアップ切換スイッチ（図示せず）からのトルクコンバータユニット２３のロックアップオン・オフの切換えによるロックアップ（Ｌ／Ｕ）・トルコン（Ｔ／Ｃ）選択指示は前記コントローラ１８（図３参照）に入力され、このコントローラ１８にて後述のブレード７の水平反力（実牽引力）の演算に用いられる。
【００２１】
次に、図３を参照しながら、本実施例におけるブレードピッチシリンダ１４，１５によるブレード７のピッチ操作回路について説明する。なお、この油圧回路においてブレードリフトシリンダ１１，１２の操作によるブレード７のリフト操作回路については省略されている。
【００２２】
この油圧回路図において、左側のブレードピッチシリンダ１４に油圧を供給する固定容量型の油圧ポンプ３０Ａの吐出管路には第１方向制御弁３１Ａが接続され、右側のブレードピッチシリンダ１５に油圧を供給する固定容量型の油圧ポンプ３０Ｂの吐出管路には第２方向制御弁３１Ｂが接続されている。また、アシスト用油圧ポンプ３２Ａの吐出管路はアシスト用電磁弁３３Ａを介して油圧ポンプ３０Ａの吐出管路に接続され、アシスト用油圧ポンプ３２Ｂの吐出管路はアシスト用電磁弁３３Ｂを介して油圧ポンプ３０Ｂの吐出管路に接続されている。
【００２３】
パイロット用ポンプ３４の吐出管路は操作レバー３５のパイロット用制御弁３６に接続されている。このパイロット用制御弁３６は、ピッチバック制御弁３７を介して左チルト制限弁３８に、またピッチダンプ制御弁３９を介して右チルト制限弁４０にそれぞれ接続されるとともに、ピッチ・チルト切換用電磁切換弁４１を介して第２方向制御弁３１Ｂに接続されている。また、このパイロット用制御弁３６は、ピッチバック制御弁３７，左チルト制限弁３８およびピッチダンプ制御弁３９，右チルト制限弁４０を介して第１方向制御弁３１Ａに接続されている。
【００２４】
前記操作レバー３５にはピッチバック切換スイッチ３５Ａとピッチダンプ切換スイッチ３５Ｂとが設けられ、これら各切換スイッチ３５Ａ，３５Ｂはコントローラ１８に接続されている。
【００２５】
前記コントローラ１８の出力信号は、アシスト用電磁弁３３Ａ，３３Ｂ，ピッチバック制御弁３７，ピッチダンプ制御弁３９，左チルト制限弁３８，右チルト制限弁４０およびピッチ・チルト切換用電磁切換弁４１に入力されてそれら各弁を制御する。
【００２６】
次に、前述のように構成されているブレード７のピッチ操作回路において、掘削作業から運土作業への切換え時にブレード７を掘削姿勢から運土姿勢（ピッチバック（後傾）姿勢）に自動的に切換えるための制御手順を、図５に示されるフローチャートおよび図４の油圧回路図を参照しながら説明する。
【００２７】
Ｓ１：ブレード７の現在の姿勢を算出する。このブレード７は、リフト（昇降動），チルト（左右方向の傾動）およびピッチ（前後方向の傾動）の３つの自由度を有し、３つのパラメータが決まるとその姿勢が決定することから、このブレード７の姿勢は、左右のヨーク角センサ１６ａ，１６ｂにより得られる平均ヨーク角θと、ストロークセンサ１９ａ，１９ｂにより得られるピッチ角α（図６参照）とにより決定される。なお、このストロークセンサ１９ａ，１９ｂからの出力に代えて、常用掘削深さの値を用いるようにしても良い。
【００２８】
Ｓ２：ブレード７に加わる垂直反力（ブレードリフトシリンダ１１，１２による押付け力）ＦV を次のようにして算出する。
【００２９】
前記油圧センサ１７H により検出される各ブレードリフトシリンダ１１，１２のヘッド側油圧の平均値をＰH ，このヘッド側の断面積をＡH とし、前記油圧センサ１７B により検出される各ブレードリフトシリンダ１１，１２のボトム側油圧の平均値をＰB ，このボトム側の断面積をＡB とするとき、これら２本のブレードリフトシリンダ１１，１２のシリンダロッドに加わる軸力（シリンダ押付け力）ＦC の合計は次式で表される。
ＦC ＝（ＰB ＡB −ＰH ＡH ）×２
したがって、前記ヨーク角センサ１６により得られる左右のヨーク角の平均値をθとすると、垂直反力ＦV は次式により得られる。
ＦV ＝ＦC ｃｏｓθ
【００３０】
Ｓ３：ブレード７に加わる水平反力（履帯５による実牽引力）ＦH を次のようにして算出する。
【００３１】
トランスミッション２４の速度段が前進１速（Ｆ１）または前進２速（Ｆ２）にある場合には、トルクコンバータユニット２３がロックアップ（Ｌ／Ｕ）にあるかトルコン（Ｔ／Ｃ）にあるかにより、次のようにまず実牽引力ＦR を計算する。
１．ロックアップ時
エンジン２０の回転数ＮE から図７に示されているようなエンジン特性曲線マップからエンジントルクＴｅを得る。次に、このエンジントルクＴｅにトランスミッション２４，操向ユニット２５および終減速機構２６、言い換えればトルクコンバータユニット２３の出力軸からスプロケット６までの減速比ｋse、更にはスプロケット６の径ｒを乗算して牽引力Ｆｅ（＝Ｔｅ・ｋse・ｒ）を得る。さらに、この牽引力Ｆｅからブレード７のリフト操作量によって図８に示されているようなポンプ補正特性マップから得られるＰＴＯ２２におけるブレードリフトシリンダ１１，１２に対する作業機油圧ポンプ等のポンプ消費量に対応する牽引力補正分Ｆｃを差引いて実牽引力ＦR （＝Ｆｅ−Ｆｃ）を得る。
２．トルコン時
エンジン２０の回転数ＮE とトルクコンバータユニット２３の出力軸の回転数Ｎｔとの比である速度比ｅ（＝Ｎｔ／ＮE ）により図９に示されているようなトルクコンバータ特性曲線マップからトルク係数ｔp およびトルク比ｔを得てトルクコンバータ出力トルクＴｃ〔＝ｔp ・（ＮE ／100)2 ・ｔ〕を得る。次に、このトルクコンバータ出力トルクＴｃに前項と同様にトルクコンバータユニット２３の出力軸からスプロケット６までの減速比ｋSe、更にはスプロケット６の径ｒを乗算することにより実牽引力ＦR （＝Ｔｃ・ｋSe・ｒ）を得る。
【００３２】
次に、このようにして得られた実牽引力ＦR から、図１０に示されているような傾斜角度−負荷補正分特性マップから得られる車体２の傾斜角度に対応する負荷補正分を差引いて補正後実牽引力すなわち水平反力ＦH を得る。
【００３３】
Ｓ４：垂直反力ＦV および水平反力ＦH が求められると、コントローラ１８にて比ＦV ／ＦH を演算する。なお、この比ＦV ／ＦH の値は、図１１に示されるように掘削時には大きな値となり、運土時には小さな値となるので、掘削作業から運土作業への切換えのための指標となる。
【００３４】
Ｓ５〜Ｓ６：図１２に示されるように、比ＦV ／ＦH と満杯率Ｑとはピッチ角αをパラメータとして相関関係にあることから、この比ＦV ／ＦH とピッチ角αとから満杯率Ｑを算出する。次いで、こうして算出される満杯率Ｑとピッチ角αとから図１３に示されるマップにしたがって目標ピッチ角α0 を算出する。
【００３５】
Ｓ７〜Ｓ９：目標ピッチ角α0 が最小ピッチ角αmin ではなく、現在のピッチ角αが目標ピッチ角α0 に達していない（α＞α0 ）ときには、コントローラ１８からブレードピッチバック指令を出力してステップＳ８へ戻る。一方、目標ピッチ角α0 が最小ピッチ角αmin に等しい場合にはステップＳ１へ戻り、またα≠αmin であって、現在のピッチ角αが目標ピッチ角α0 に達した（α≦α0 ）ときにはやはりステップＳ１へ戻る。
【００３６】
前述のコントローラ１８によりブレードピッチバック指令が出力されると、ピッチバック制御弁３７はＡ位置に切換わり、ピッチ・チルト切換用電磁切換弁４１もＡ位置に切換わるとともに、このコントローラ１８からの指令信号がアシスト用電磁弁３３Ａ，３３Ｂに入力されてそれらアシスト用電磁弁３３Ａ，３３ＢがＡ位置に切換わる。このためアシスト用油圧ポンプ３２Ａ，３２Ｂからの吐出流量が油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂの吐出管路に合流する。このときパイロット用ポンプ３４からのパイロット圧はピッチバック制御弁３７および左チルト制限弁３８を介して第１方向制御弁３１Ａの操作部と、ピッチバック制御弁３７，左チルト制限弁３８およびピッチ・チルト切換用電磁切換弁４１を介して第２方向制御弁３１Ｂの操作部とに加わる。これにより、第１方向制御弁３１Ａおよび第２方向制御弁３１ＢがＢ位置に切換えられ、油圧ポンプ３０Ａから吐出される圧油は第１方向制御弁３１Ａを通ってブレードピッチシリンダ１４のヘッド室に流入するとともに、油圧ポンプ３０Ｂから吐出される圧油は第２方向制御弁３１Ｂを通ってブレードピッチシリンダ１５のヘッド室に流入する。こうして、ブレードピッチシリンダ１４，１５は同時に短縮してブレード７はピッチバック（後傾）を迅速に行って、図１４に示されるようにそのブレード７は掘削姿勢Ｃから運土姿勢（ピッチバック姿勢）Ｄへ移行する。
【００３７】
本実施例において、図１５に示されるように、掘削された土砂を排出する排土位置の地上にブルドーザ１の進行方向に沿う水平軸回りに回転可能なレーザ照射部を有するレーザ投光器５０を設けるとともに、ブルドーザ１のボンネット３上の左右位置にそのレーザ投光器５０からのレーザビームを受光する一対のレーザ受光センサ５１，５１を設け、これらレーザ投光器５０とレーザ受光センサ５１，５１とよりなる排土位置検知手段によって排土位置を検知するようにするのが好ましい。このような排土位置検知手段を設けると、ピッチバック姿勢Ｄにてブルドーザ１を排土位置まで前進させてその排土位置においてコントローラ１８からブレードピッチダンプ指令を出力し、ブレード７をピッチダンプ（前傾）姿勢Ｅに自動的に移行させて排土を行うことができる。なお、本実施例においては、レーザ投光器５０に対向する地上位置にもレーザ受光センサ５１を設けてそのレーザ受光センサ５１によってレーザ投光器５０からの投光を確認するようにされている。
【００３８】
コントローラ１８によりブレードピッチダンプ指令が出力されると、ピッチダンプ制御弁３９はＡ位置に切換わり、ピッチ・チルト切換用電磁切換弁４１もＡ位置に切換わるとともに、このコントローラ１８からの指令信号がアシスト用電磁弁３３Ａ，３３Ｂに入力されてそれらアシスト用電磁弁３３Ａ，３３ＢがＡ位置に切換わる。このためアシスト用油圧ポンプ３２Ａ，３２Ｂからの吐出流量が油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂの吐出管路に合流する。このときパイロット用ポンプ３４からのパイロット圧はピッチダンプ制御弁３９および右チルト制限弁４０を介して第１方向制御弁３１Ａの操作部と、ピッチバック制御弁３７，左チルト制限弁３８およびピッチ・チルト切換用電磁切換弁４１を介して第２方向制御弁３１Ｂの操作部とに加わる。これにより、第１方向制御弁３１Ａおよび第２方向制御弁３１ＢがＡ位置に切換えられ、油圧ポンプ３０Ａから吐出される圧油は第１方向制御弁３１Ａを通ってブレードピッチシリンダ１４のボトム室へ流入するとともに、油圧ポンプ３０Ｂから吐出される圧油は第２方向制御弁３１Ｂを通ってブレードピッチシリンダ１５のボトム室に流入する。こうして、ブレードピッチシリンダ１４，１５は同時に伸長してブレード７はピッチダンプ（前傾）を迅速に行って、図１４に示されるようにそのブレード７はピッチバック姿勢Ｄからピッチダンプ姿勢Ｅへ移行する。
【００３９】
なお、前述の説明では、ブレード７のピッチバック制御およびピッチダンプ制御を自動的に行う場合について説明したが、これらピッチバックまたはピッチダンプは操作レバー３５のピッチバック切換スイッチ３５Ａまたはピッチダンプ切換スイッチ３５ＢをそれぞれＯＮにすることにより達成することができる。この他に、ピッチバック切換スイッチ３５Ａおよびピッチダンプ切換スイッチ３５ＢをＯＦＦにして操作レバー３５を右に倒すとブレード７は右チルトし、左に倒すと左チルトし、後方に倒すと上昇し、前方に倒すと下降する。また、ピッチバック切換スイッチ３５ＡをＯＮにして操作レバー３５を前方に倒すと、ブレード７はピッチバックしながら下降し、ピッチダンプ切換スイッチ３５ＢをＯＮにして操作レバー３５を後方に倒すとブレード７はピッチダンプしながら上昇する。このような操作レバー３５による手動操作は前述の自動操作に優先する。
【００４０】
本実施例においては、図１５に示されているように、掘削開始位置においても前記排土位置におけると同様のレーザ投光器５０を設け、このレーザ投光器５０とブルドーザ１上のレーザ受光センサ５１，５１とによってそのブルドーザ１が掘削開始位置にあることを検知するようにでき、またブルドーザ１に、車体２の目標進行方向に対するヨー方向角を検知するヨーレートジャイロを搭載するようにできる。このように構成すれば、掘削開始位置のレーザ投光器５０より照射されるレーザビームがブルドーザ１上のレーザ受光センサ５１にて受光されるときブルドーザ１が掘削開始位置にあることが検知され、また排土位置のレーザ投光器５０より照射されるレーザビームがブルドーザ１上のレーザ受光センサ５１にて受光されるときブルドーザ１が排土位置にあることが検知される。また、ブルドーザ１の進行方向の目標進行方向に対するずれが、前記ヨーレートジャイロからのデータを積分することにより算出される。こうして、ブルドーザ１を自動運転制御することが可能となる。なお、ブルドーザ１上にレーザ受光センサ５１を左右に各１個ずつ配置しているのは、レーザビームによる垂直平面と車体２との相対角を検出してブルドーザ１の進行方向を判定するためである。すなわち、これら左右のレーザ受光センサ５１，５１によって例えばブルドーザ１の１サイクル（１往復動）毎に垂直平面と車体２との相対角が検出され、こうして検出される相対角によって、ブルドーザ１の進行方向の目標進行方向に対するずれ量を得るためのヨーレートジャイロの基準値の設定および修正が行われる。
【００４１】
所定のレーン内を複数回往復する際のブルドーザ１の自動運転制御は次のようにして行われる。
【００４２】
まず、オペレータの手動操作によりブルドーザ１を掘削開始位置まで誘導して掘削方向を決めるとともに、負荷レベル，トランスミッション２４の速度段および往復回数を設定し、掘削開始指令を行う。そうすると、トランスミッション２４の前進クラッチ２４ａが係合されるとともに、設定された速度段クラッチが係合されることにより、ブルドーザ１は前方の排土位置へ向けて直進走行する。このとき、ブルドーザ１の進行方向はヨーレートジャイロにより検知され、ドージング開始前に目標進行方向からのずれが存在する場合には、操向クラッチ２５ｃおよび操向ブレーキ２５ｄが駆動制御されて進行方向の修正がなされる。また、ドージング開始後においては、ブレード７に加わる負荷を設定される負荷に一致させるようにそのブレード７が上昇もしくは下降されるとともに、ヨーレートジャイロにより検知されるブルドーザ１の進行方向に目標進行方向からのずれが存在する場合には、ブレード７がチルト操作されて進行方向の修正がなされる。
【００４３】
こうして、図１６に示されているように、掘削開始位置Ｇから土質状態に合わせた所定のピッチ角で掘削が行われ（Ｈ）、所定の満杯率に達するとブレード７が上昇されるとともにピッチバックされて運土モードに入り（Ｉ）、ブルドーザ１が排土位置に達したことがレーザ受光センサ５１，５１により検知されると、ブレード７が上昇されるとともにピッチダンプされてブレード７内の土砂が排土される（Ｊ）。次いで、トランスミッション２４が後進位置に切換えられるとともに、ブレード７が所定の高さ位置まで上昇されることにより、ブルドーザ１はレーンに沿って掘削開始位置まで後進走行する。そして、このような前後進による自動ドージングが設定回数だけ繰り返されるとブルドーザ１は自動停止し、マニュアル介入によってレーンの変更がなされる。
【００４４】
本実施例の自動運転制御においては、レーザ投光器５０とレーザ受光センサ５１とによりブルドーザ１の位置検出を行うものについて説明したが、地上に少なくとも一つのレーザ投受光器を設けるとともに、このレーザ投受光器から入射されるレーザビームを同一方向に反射する反射器（コーナキューブリニアアレー）をブルドーザ１の運転室４上に設けることにより、ブルドーザ１の位置検出を行うようにしても良い。
【００４５】
また、排土位置が崖際である場合には、車体２の所定箇所に所要数の超音波ソナーを取り付け、これら超音波ソナーにより反射体としての地面までの距離を検知してその超音波ソナーの反応がなくなったときに落とし込み位置と判定するようにすることもできる。好ましい実施態様として、これら超音波ソナーは、例えば車体２の前部両側に各１個ずつ取り付けるとともに、車体２の斜め前方へ向けて超音波を投射するようにし、いずれか一方の超音波ソナーの反応がなくなったときにブルドーザ１が崖際にあると判定するのがよい。この場合、これら超音波ソナーの取付角度（投射角度）は、崖からの土の落ち方に応じて調整可能とするのがよい。
【００４６】
また、崖際での土の落とし込み位置は、前述の手段以外に、ブレード７に加わる実牽引力の変化パターンによって判定することもできる。すなわち、この判定方法は、土が崖から落下するとブレードに加わる負荷が急激に小さくなることに着目し、この負荷の変化によってブルドーザ１が崖際にあることを判定するものである。なお、崖際での土の落とし込み位置検知手段としての前述の超音波ソナーによる方法および負荷変化の検知による方法は、レーザ投光器とレーザ受光センサとよりなる検知手段の補助手段として用いるのが望ましい。このように複数の検知手段を併用することにより崖際の検知をより確実に行うことができる。
【００４７】
また、排土位置は、ブルドーザ１の前進時に掘削開始位置からの走行距離を実車速センサの出力の積分により計測して検知することもできる。
【００４８】
一方、ブルドーザ１が掘削開始位置まで戻ったことを検知する際には、ブルドーザ１の後進時に排土位置からの履帯駆動用スプロケット６の回転数を計測し、この回転数から後進距離を算出するようにしても良い。
【００４９】
本実施例においては、レーザによる位置計測手段を用いるものとしたが、他に、ＧＰＳリアルタイムキネマティク法による位置計測手段を用いることもできる。
【００５０】
本実施例においては、ブルドーザ１を１速乃至３速の予め設定される速度段にて自動運転させるものについて説明したが、予め手動操作により最高速度段を設定するとともに、自動ドージング時には検出される実牽引力に応じて設定速度段まで自動変速させ、自動後進時には地面の傾斜角度に応じてやはり設定速度段まで自動変速させるようにする実施例も可能である。
【００５１】
また、本実施例では、ブルドーザ１の所定のレーンへの誘導等をオペレータの手動操作により行うものについて説明したが、オペレータがブルドーザ１から離れた位置でラジコンを操作することにより、所定のレーンへの誘導、掘削開始位置および方向の決定、目標牽引力，最高速度段，掘削回数の設定，レーンの変更，リッパ操作等を行うようにすることも可能である。このようにラジコンを用いてブルドーザ１の監視を行うようにすると、１台のブルドーザ当たりの操作時間が短いために、１人のオペレータにより複数台のブルドーザ１の監視を行うことができてドージング作業の効率化を図ることができる。
【００５２】
本実施例においては、水平反力ＦH を検知するに際して計算によって求めるものとしたが、スプロケット６の駆動トルクを検出する駆動トルクセンサを設けて、この駆動トルクセンサにより検出される駆動トルク量にもとづき水平反力ＦH を得るようにしても良い。また、トラニオン１０におけるブレード７を支持するストレートフレーム８による曲げ応力量を検出する曲げ応力センサを設けて、この曲げ応力センサにより検出される曲げ応力量にもとづき水平反力ＦH を得るようにしても良い。
【００５３】
本実施例においては、動力伝達系統にロックアップ付トルクコンバータユニット２３が配設される場合を説明したが、ロックアップ機構を有さないトルクコンバータの場合でも、またトルクコンバータを有さないダイレクトミッションの場合でも本発明を適用できるのは言うまでもない。なお、このダイレクトミッションの場合における水平反力ＦH の算出は前述のロックアップ時の場合と同様である。
【００５４】
また、本実施例においては、垂直反力ＦV を検知するに際してブレードリフトシリンダ１１，１２の押付け力を得るのにそれらブレードリフトシリンダ１１，１２のヘッド側油圧およびボトム側油圧を検出するものとしたが、この押付け力は、これらブレードリフトシリンダ１１，１２のシリンダロッドに歪ゲージを貼付け、この歪ゲージにより検出されるそれらブレードリフトシリンダ１１，１２の軸力から得るようにしても良い。
【００５５】
さらに、本実施例では、垂直反力ＦV を、前述の押付け力にヨーク角センサにより検出されるヨークの鉛直軸からの傾斜角の余弦（ｃｏｓθ）を乗算することにより算出するものとしたが、ドージング作業時において前記傾斜角θはほぼ決まった値となるので、この傾斜角θを定数として前記垂直反力ＦV を算出するようにしても良い。
【００５６】
本実施例においては、ブレード７の満杯率を求めるのに、ブレードに加わる垂直反力と水平反力との比から演算により求めるものとしたが、この満杯率は、図１７に示されるように、車体２の前部（本実施例ではブレードリフトシリンダ１１，１２の上部）に一対の距離センサ（超音波もしくはレーザ）５２，５２を取り付け、これら距離センサ５２，５２によりブレード７前面の土砂の高さを計測することにより求めても良い。
【００５７】
本発明の他の実施例として、オペレータのティーチング操作により掘削開始位置および排土位置をコントローラ１８に記憶させるとともに、前述の満杯率により制御されるブレードの掘削から運土への切換え位置と、実車速センサの出力を積分することによる掘削開始位置からの走行距離の計測データとをコントローラ１８に記憶させ、これら記憶データに基づいてブルドーザ１に自動運転を行わせることもできる。この場合、自動運転は次の手順によって行われる。
▲１▼記憶している掘削開始位置で掘削を開始する。
▲２▼実車速センサの出力を積分することにより掘削開始位置からの走行距離を計測する。
▲３▼記憶している掘削から運土への切換え位置を現在のＦV ／ＦH の値によって補正し、自動運転モードを掘削から運土に切換える。
▲４▼記憶している排土位置に近づいたら排土を開始し、排土地点でトランスミッション２４を後進位置に切換えて後進を開始する。
▲５▼スプロケット回転数（もしくはトルクコンバータ出力回転数，トランスミッション出力回転数）を計測し、掘削開始地点に戻ったらトランスミッション２４を前進位置に切換えて掘削を開始する。
なお、ブレード姿勢（ピッチ角）は掘削，運土，排土で自動的に切換えるようにする。
【００５８】
本実施例において、掘削から運土への切換えに際してブレード７に加わる負荷変動の情報を加えることでより精度の高い制御を実現することができる。
【００５９】
本実施例においてはオペレータによりティーチングを行うようにしたものを説明したが、コンピュータの画面上で掘削開始位置および排土位置を指定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るブルドーザの外観斜視図である。
【図２】図２は、本実施例のブルドーザの側面図である。
【図３】図３は、ブレードのピッチ操作回路を示す油圧回路図である。
【図４】図４は、動力伝達系統のスケルトン図である。
【図５】図５は、ブレードのピッチバック制御のフローチャートである。
【図６】図６は、ヨーク角およびピッチ角を説明する図である。
【図７】図７は、エンジン特性曲線マップのグラフである。
【図８】図８は、ポンプ補正特性マップのグラフである。
【図９】図９は、トルクコンバータ特性曲線マップのグラフである。
【図１０】図１０は、傾斜角度−負荷補正分特性マップのグラフである。
【図１１】図１１は、水平反力に対する垂直反力の比の変化を示すグラフである。
【図１２】図１２は、比ＦV ／ＦH に対する満杯率Ｑの関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、満杯率Ｑに対する目標ピッチ角α0 の関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、ブレードの姿勢を説明する図である。
【図１５】図１５は、自動運転制御を説明する斜視図である。
【図１６】図１６は、ブルドーザの作業行程説明図である。
【図１７】図１７は、満杯率演算手段の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１  ブルドーザ
２  車体
５  履帯
６  スプロケット
７  ブレード
１０  トラニオン
１１，１２  ブレードリフトシリンダ
１３  ヨーク
１４，１５  ブレードピッチシリンダ
１６ａ，１６ｂ  ヨーク角センサ
１７H ，１７B   油圧センサ
１８  コントローラ
１９ａ，１９ｂ  スロトークセンサ
２０  エンジン
２３  トルクコンバータユニット
２４  トランスミッション
２５  操向ユニット
２７  エンジン回転センサ
２８  トルクコンバータ出力軸回転センサ
３０Ａ，３０Ｂ  油圧ポンプ
３１Ａ  第１方向制御弁
３１Ｂ  第２方向制御弁
３７  ピッチバック制御弁
４１  ピッチ・チルト切換用電磁切換弁
５０  レーザ投光器
５１  レーザ受光センサ
５２  距離センサ
【図１】
0003657050.tif 000002
【図２】
0003657050.tif 000003
【図３】
0003657050.tif 000004
【図４】
0003657050.tif 000005
【図５】
0003657050.tif 000006
【図６】
0003657050.tif 000007
【図７】
0003657050.tif 000008
【図８】
0003657050.tif 000009
【図９】
0003657050.tif 000010
【図１０】
0003657050.tif 000011
【図１１】
0003657050.tif 000012
【図１２】
0003657050.tif 000013
【図１３】
0003657050.tif 000014
【図１４】
0003657050.tif 000015
【図１５】
0003657050.tif 000016
【図１６】
0003657050.tif 000017
【図１７】
0003657050.tif 000018