(57)【要約】  制御システムは、コントローラを備える。コントローラは、第1地形データを取得する。第1地形データは、盛土作業前の作業対象の地形を示す。コントローラは、刃先位置データを取得する。刃先位置データは、盛土作業中の作業機の刃先位置を示す。コントローラは、第2地形データを取得する。第2地形データは、盛土作業後に締め固められた地形を示す。コントローラは、第1地形データと刃先位置データと第２地形データとから作業対象の圧縮率を決定する。
2018198761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機を有する作業車両の制御システムであって、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
盛土作業前の作業対象の地形を示す第１地形データを取得し、
前記盛土作業中の前記作業機の刃先位置を示す刃先位置データを取得し、
前記盛土作業後に締め固められた地形を示す第２地形データを取得し、
前記第１地形データと前記刃先位置データと前記第２地形データとから前記作業対象の圧縮率を決定する、
作業車両の制御システム。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記作業車両の進路上の複数の参照点において、前記第１地形データと前記刃先位置データとから、前記盛土作業前の地形から前記刃先位置までの高さを示す刃先高さを決定し、
複数の前記参照点において、前記第１地形データと前記第２地形データとから盛土の積層厚さを決定し、
複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率を決定する、
請求項１に記載の作業車両の制御システム。
【請求項３】
前記コントローラは、
複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとが、所定の有効範囲内に含まれるかを判定し、
前記有効範囲内に含まれる前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率を決定する、
請求項２に記載の作業車両の制御システム。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記盛土作業の複数の作業パスごとに前記圧縮率の値を算出し、
前記圧縮率の前回の値と今回の値とに基づいて前記圧縮率を更新する、
請求項１に記載の作業車両の制御システム。
【請求項５】
前記コントローラは、
目標設計面を決定し、
前記圧縮率によって前記目標設計面を補正する、
請求項１に記載の作業車両の制御システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記圧縮率が大きいほど前記目標設計面を上昇させることで前記目標設計面を補正する、
請求項５に記載の作業車両の制御システム。
【請求項７】
作業車両の作業機によって盛土作業が施される作業対象の圧縮率を決定するためにコントローラによって実行される方法であって、
前記盛土作業前の前記作業対象の地形を示す第１地形データを取得することと、
前記盛土作業中の前記作業機の刃先位置を示す刃先位置データを取得することと、
前記盛土作業後に締め固められた地形を示す第２地形データを取得することと、
前記第１地形データと前記刃先位置データと前記第２地形データとから前記作業対象の圧縮率を決定すること、
を備える方法。
【請求項８】
前記作業車両の進路上の複数の参照点において、前記第１地形データと前記刃先位置データとから、前記盛土作業前の地形から前記刃先位置までの高さを示す刃先高さを決定することと、
複数の前記参照点において、前記第１地形データと前記第２地形データとから盛土の積層厚さを決定することと、
をさらに備え、
前記圧縮率は、複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから決定される、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとが、所定の有効範囲内に含まれるかを判定することをさらに備え、
前記有効範囲内に含まれる前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率が決定される、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記盛土作業の複数の作業パスごとに前記圧縮率の値が算出され、
前記圧縮率の前回の値と今回の値とに基づいて前記圧縮率を更新することをさらに備える、
請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
目標設計面を決定することと、
前記圧縮率によって前記目標設計面を補正することをさらに備える、
請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧縮率が大きいほど前記目標設計面を上昇させることで前記目標設計面が補正される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
作業機と、
前記作業機を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
盛土作業前の作業対象の地形を示す第１地形データを取得し、
前記盛土作業中の前記作業機の刃先位置を示す刃先位置データを取得し、
前記盛土作業後に締め固められた地形を示す第２地形データを取得し、
前記第１地形データと前記刃先位置データと前記第２地形データとから前記作業対象の圧縮率を決定し、
前記圧縮率に基づいて前記作業機を制御する、
作業車両。
【請求項１４】
前記コントローラは、
前記作業車両の進路上の複数の参照点において、前記第１地形データと前記刃先位置データとから、前記盛土作業前の地形から前記刃先位置までの高さを示す刃先高さを決定し、
複数の前記参照点において、前記第１地形データと前記第２地形データとから盛土の積層厚さを決定し、
複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率を決定する、
請求項１３に記載の作業車両。
【請求項１５】
前記コントローラは、
複数の前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとが、所定の有効範囲内に含まれるかを判定し、
前記有効範囲内に含まれる前記参照点での前記刃先高さと前記積層厚さとから、前記圧縮率を決定する、
請求項１４に記載の作業車両。
【請求項１６】
前記コントローラは、
前記盛土作業の複数の作業パスごとに前記圧縮率の値を算出し、
前記圧縮率の前回の値と今回の値とに基づいて前記圧縮率を更新する、
請求項１３に記載の作業車両。
【請求項１７】
前記コントローラは、
目標設計面を決定し、
前記圧縮率によって前記目標設計面を補正する、
請求項１３に記載の作業車両。
【請求項１８】
前記コントローラは、前記圧縮率が大きいほど前記目標設計面を上昇させることで前記目標設計面を補正する、
請求項１７に記載の作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業車両の制御システム、方法、及び作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブルドーザ、或いはグレーダ等の作業車両において、作業機の位置を自動的に調整する自動制御が提案されている。例えば、特許文献1では、掘削制御と整地制御とが開示されている。【０００３】
掘削制御では、ブレードに係る負荷を目標負荷に一致させるように、ブレードの位置が自動調整される。整地制御では、掘削対象の目標仕上がり形状を示す最終設計面に沿ってブレードの刃先が移動するように、ブレードの位置が自動調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第5247939号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、作業車両によって行われる作業には、掘削作業の他にも、盛土作業がある。盛土作業では、作業車両は、作業機によって切土部から土を切り出す。そして、作業車両は、切り出した土を作業機によって所定位置に盛る。盛られた土の上を作業車両が走行することにより、或いは、他のローラー車によって、土が締め固められる。このような作業が繰り返され、層状の土が積層されることにより、例えば、窪んだ地形を埋めて、平坦な形状に形成することができる。【０００６】
盛土作業を行う場合、効率良く、且つ、仕上がりの品質の良い作業を行うためには、土の層を所望の厚さに形成することが重要である。しかし、土が所定の厚さに層状に盛られても、締め固められた土の層の厚さは、土質によって異なる。例えば、柔らかく密度の低い土は、締め固められることで大きく圧縮される。従って、柔らかく密度の低い土では、硬く密度の高い土と比べて、締め固められた土の層は薄くなる。そのため、土の層を所望の厚さに形成することは容易ではない。【０００７】
本発明の課題は、効率良く、且つ、仕上がりの品質の良い盛土作業を行うことができる作業車両の制御システム、方法、及び作業車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第1の態様は、作業機を有する作業車両の制御システムであって、制御システムは、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を行うようにプログラムされている。コントローラは、第1地形データを取得する。第1地形データは、盛土作業前の作業対象の地形を示す。コントローラは、刃先位置データを取得する。刃先位置データは、盛土作業中の作業機の刃先位置を示す。コントローラは、第2地形データを取得する。第2地形データは、盛土作業後に締め固められた地形を示す。コントローラは、第1地形データと刃先位置データと第2地形データとから作業対象の圧縮率を決定する。【０００９】
第2の態様は、作業車両の作業機によって盛土作業が施される作業対象の圧縮率を決定するためにコントローラによって実行される方法であって、以下の処理を備える。第1の処理は、第1地形データを取得することである。第1地形データは、盛土作業前の作業対象の地形を示す。第2の処理は、刃先位置データを取得することである。刃先位置データは、盛土作業中の作業機の刃先位置を示す。第3の処理は、第2地形データを取得することである。第2地形データは、盛土作業後に締め固められた地形を示す。第4の処理は、第1地形データと刃先位置データと第2地形データとから作業対象の圧縮率を決定することである。【００１０】
第3の態様は、作業車両であって、作業車両は、作業機とコントローラとを備える。コントローラは、作業機を制御する。コントローラは、以下の処理を行うようにプログラムされている。コントローラは、第1地形データを取得する。第1地形データは、盛土作業前の作業対象の地形を示す。コントローラは、刃先位置データを取得する。刃先位置データは、盛土作業中の作業機の刃先位置を示す。コントローラは、第2地形データを取得する。第2地形データは、盛土作業後に締め固められた地形を示す。コントローラは、第1地形データと刃先位置データと第2地形データとから作業対象の圧縮率を決定する。コントローラは、圧縮率に基づいて作業機を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、盛土作業における作業対象の圧縮率を得ることができる。それにより、作業の仕上がりの品質を向上させることができると共に、作業の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る作業車両を示す側面図である。
【図２】作業車両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。
【図３】作業車両の構成を示す模式図である。
【図４】設計面及び地形の一例を示す図である。
【図５】作業機の自動制御の処理を示すフローチャートである。
【図６】圧縮率を決定するための処理を示すフローチャートである。
【図７】第1地形と第2地形と刃先位置の軌跡の一例を示す図である。
【図８】刃先高さと積層厚さとの決定方法を示す図である。
【図９】マスク処理におけるデータの有効範囲の一例を示す図である。
【図１０】圧縮率によって補正された目標設計面の一例を示す図である。
【図１１】マスク処理におけるデータの有効範囲の他の例を示す図である。
【図１２】他の実施形態に係る作業車両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。
【図１３】他の実施形態に係る作業車両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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態に係る作業車両について、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車両1を示す側面図である。本実施形態に係る作業車両1は、ブルドーザである。作業車両1は、車体11と、走行装置12と、作業機13と、を備えている。
【００１４】
車体11は、運転室14とエンジン室15とを有する。運転室14には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室15は、運転室14の前方に配置されている。走行装置12は、車体11の下部に取り付けられている。走行装置12は、左右一対の履帯16を有している。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、作業車両1が走行する。作業車両1の走行は、自律走行、セミ自律走行、オペレータの操作による走行のいずれの形式であってもよい。
【００１５】
作業機13は、車体11に取り付けられている。作業機13は、リフトフレーム17と、ブレード18と、リフトシリンダ19とを有する。リフトフレーム17は、車幅方向に延びる軸線Ｘを中心として上下に動作可能に車体11に取り付けられている。リフトフレーム17は、ブレード18を支持している。
【００１６】
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の上下動に伴って上下に移動する。リフトシリンダ19は、車体11とリフトフレーム17とに連結されている。リフトシリンダ19が伸縮することによって、リフトフレーム17は、軸線Ｘを中心として上下に回転する。
【００１７】
図2は、作業車両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。
【００１８】
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、リフトシリンダ19に供給される。なお、図2では、1つの油圧ポンプ23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。
【００１９】
動力伝達装置24は、エンジン22の駆動力を走行装置12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、トルクコンバーター、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。
【００２０】
制御システム3は、操作装置25aと、コントローラ26と、制御弁27と、記憶装置28とを備える。操作装置25aは、作業機13及び走行装置12を操作するための装置である。操作装置25aは、運転室14に配置されている。操作装置25aは、作業機13及び走行装置12を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。操作装置25aは、例えば、操作レバー、ペダル、スイッチ等を含む。
【００２１】
例えば、走行装置12用の操作装置25aは、前進位置と後進位置と中立位置とに操作可能に設けられる。操作装置25aの位置を示す操作信号は、コントローラ26に出力される。コントローラ26は、操作装置25aの操作位置が前進位置であるときには、作業車両1が前進するように、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御する。操作装置25aの操作位置が後進位置であるときには、コントローラ26は、作業車両1が後進するように、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御する。
【００２２】
コントローラ26は、取得したデータに基づいて作業車両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、例えばCPU等の処理装置（プロセッサ）を含む。コントローラ26は、操作装置25aから操作信号を取得する。コントローラ26は、操作信号に基づいて、制御弁27を制御する。
【００２３】
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、リフトシリンダ19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からリフトシリンダ19に供給される作動油の流量を制御する。
【００２４】
コントローラ26は、上述した操作装置25aの操作に応じてブレード18が動作するように、制御弁27への指令信号を生成する。これにより、リフトシリンダ19が、操作装置25aの操作量に応じて、制御される。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。
【００２５】
制御システム3は、リフトシリンダセンサ29を備える。リフトシリンダセンサ29は、リフトシリンダ19のストローク長さ（以下、「リフトシリンダ長Ｌ」という。）を検出する。図3に示すように、コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいてブレード18のリフト角θliftを算出する。図3は、作業車両1の構成を示す模式図である。
【００２６】
図3では、作業機13の原点位置が二点鎖線で示されている。作業機13の原点位置は、水平な地面上でブレード18の刃先が地面に接触した状態でのブレード18の位置である。リフト角θliftは、作業機13の原点位置からの角度である。
【００２７】
図2に示すように、制御システム3は、位置センサ31を備えている。位置センサ31は、作業車両1の位置を測定する。位置センサ31は、GNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバ32と、IMU 33と、を備える。GNSSレシーバ32は、例えばGPS（Global Positioning System）用の受信機である。GNSSレシーバ32のアンテナは、運転室14上に配置される。GNSSレシーバ32は、衛星より測位信号を受信し、測位信号によりアンテナの位置を演算して車体位置データを生成する。コントローラ26は、GNSSレシーバ32から車体位置データを取得する。
【００２８】
IMU 33は、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）である。IMU 33は、車体傾斜角データを取得する。車体傾斜角データは、車両前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および車両横方向の水平に対する角度（ロール角）を含む。コントローラ26は、IMU 33から車体傾斜角データを取得する。
【００２９】
コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌと、車体位置データと、車体傾斜角データとから、刃先位置P0を演算する。図3に示すように、コントローラ26は、車体位置データに基づいて、GNSSレシーバ32のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいて、リフト角θliftを算出する。コントローラ26は、リフト角θliftと車体寸法データに基づいて、GNSSレシーバ32に対する刃先位置P0のローカル座標を算出する。
【００３０】
コントローラ26は、車体位置データから作業車両1の進行方向と車速とを算出する。車体寸法データは、記憶装置28に記憶されており、GNSSレシーバ32に対する作業機13の位置を示す。コントローラ26は、GNSSレシーバ32のグローバル座標と刃先位置P0のローカル座標と車体傾斜角データとに基づいて、刃先位置P0のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、刃先位置P0のグローバル座標を刃先位置データとして取得する。なお、ブレード18にGNSSレシーバが取り付けられることで、刃先位置P0が直接的に算出されてもよい。
【００３１】
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、プロセッサによって実行可能であり作業車両1を制御するためのコンピュータ指令を記録している。
【００３２】
記憶装置28は、作業現場地形データを記憶している。作業現場地形データは、作業現場の現況の地形を示す。作業現場地形データは、例えば、三次元データ形式の地形測量図である。作業現場地形データは、例えば、航空レーザ測量で得ることができる。
【００３３】
コントローラ26は、地形データを取得する。地形データは、作業現場の地形50を示す。地形50は、作業車両1の進行方向に沿う領域の地形である。地形データは、作業現場地形データと上述の位置センサ31から得られる作業車両1の位置と進行方向とからコントローラ26での演算により取得される。
【００３４】
図4は、地形50の断面の一例を示す図である。図4に示すように、地形データは、複数の参照点P0-Pnでの地形50の高さを含む。詳細には、地形データは、作業車両1の進行方向において、複数の参照点P0-Pnでの地形50の高さZ0〜Znを含む。複数の参照点P0-Pnは、所定間隔ごとに並んでいる。所定間隔は、例えば1ｍであるが、他の値であってもよい。
【００３５】
なお、図4において、縦軸は、地形の高さを示しており、横軸は、作業車両1の進行方向における現在位置からの距離を示している。現在位置は、作業車両1の現在の刃先位置P0に基づいて定められる位置であってもよい。現在位置は、作業車両1の他の部分の現在位置に基づいて定められてもよい。
【００３６】
記憶装置28は、設計面データを記憶している。設計面データは、作業機13の目標軌跡である複数の設計面60,70を示す。図4に示すように、設計面データは、地形データと同様に、複数の参照点P0-Pnでの設計面60,70の高さを含む。複数の設計面60,70は、最終設計面70と、最終設計面70以外の中間的な目標設計面60とを含む。
【００３７】
最終設計面70は、作業現場の表面の最終的な目標形状である。最終設計面70は、例えば、三次元データ形式の土木施工図であり、記憶装置28に予め保存されている。なお、図4では、最終設計面70は、水平方向に平行な平坦な形状であるが、これと異なる形状であってもよい。
【００３８】
目標設計面60の少なくとも一部は、最終設計面70と地形50との間に位置する。コントローラ26は、所望の目標設計面60を生成して、当該目標設計面60を示す設計面データを生成し、記憶装置28に保存することができる。
【００３９】
コントローラ26は、地形データと、設計面データと、刃先位置データとに基づいて、作業機13を自動的に制御する。以下、コントローラ26によって実行される、作業機13の自動制御について説明する。図5は、作業機13の自動制御の処理を示すフローチャートである。
【００４０】
図5に示すように、ステップS101では、コントローラ26は、現在位置データを取得する。現在位置データは、位置センサ31が測定した作業車両1の位置を示す。コントローラ26は、上述したように、現在位置データから、作業機13の現在の刃先位置P0を取得する。ステップS102では、コントローラ26は、設計面データを取得する。コントローラ26は、記憶装置28から設計面データを取得する。
【００４１】
ステップS103では、コントローラ26は、第1地形データを取得する。コントローラ26は、作業現場地形データと作業車両1の位置と進行方向とから、現在の地形50を示す第1地形データを取得する。或いは、後述するように、コントローラ26は、作業車両1が地形50上を移動することで更新された地形50を示す第1地形データを取得する。
【００４２】
ステップS104では、コントローラ26は、目標設計面を決定する。コントローラ26は、最終設計面70を示す設計面データと、地形データとから、最終設計面70と地形50との間に位置する目標設計面60を生成する。
【００４３】
例えば、コントローラ26は、図4に示すように、地形50を、所定距離、鉛直方向に変位させた面を目標設計面60として決定する。コントローラ26は、目標設計面60の傾斜角が急である場合には、傾斜角が緩やかになるように、目標設計面60の一部を修正してもよい。
【００４４】
ステップS105では、コントローラ26は、土の圧縮率に基づいて目標設計面60を補正する。土の圧縮率に基づく目標設計面60の補正については後に詳細に説明する。
【００４５】
ステップS106では、コントローラ26は、作業機13を制御する。コントローラ26は、目標設計面60に従って作業機13を自動的に制御する。詳細には、コントローラ26は、目標設計面60に向ってブレード18の刃先位置P0が移動するように、作業機13への指令信号を生成する。生成された指令信号は、制御弁27に入力される。それにより、作業機13の刃先位置P0が目標設計面60に沿って移動する。
【００４６】
例えば、目標設計面60が地形50よりも上方に位置するときには、作業機13によって地形50上に土が盛られる。また、目標設計面60が地形50よりも下方に位置するときには、作業機13によって地形50が掘削される。
【００４７】
コントローラ26は、操作装置25aから作業機13を操作する信号が出力されたときに、作業機13の制御を開始してもよい。作業車両1の移動は、オペレータが操作装置25aを操作することによって手動で行われてもよい。或いは、作業車両1の移動は、コントローラ26からの指令信号によって自動的に行われてもよい。
【００４８】
上記の処理は、作業車両1が前進しているときに実行される。例えば、走行装置12用の操作装置25aが前進位置であるときに、上記の処理が実行されて作業機13が自動的に制御される。作業車両1が後進すると、コントローラ26は、作業機13の制御を停止する。例えば、走行装置12用の操作装置25aが後進位置であるときに、コントローラ26は、作業機13の制御を停止する。その後、作業車両1が再び前進を開始すると、コントローラ26は、上述したステップS101からS106までの処理を再び行う。
【００４９】
以上の処理により、盛土作業では、作業車両1が前進を開始し、作業機13の刃先位置が目標設計面60に沿って移動するように制御されることで、地形50上に土が層状に盛られる。そして、層状に盛られた土の上を作業車両1が走行することで、土が履帯16によって締め固められ、締め固められた土の層が形成される。作業車両1が後進を開始すると作業機13の制御が停止される。
【００５０】
このように、作業車両1が前進を開始してから後進に切り換わるまでを1回の作業パスと呼ぶものとする。作業車両1が後進して作業開始位置まで戻り、再び作業車両1が前進を開始することで、次の作業パスが実行される。このような作業パスが繰り返されることで、例えば、窪んだ地形を埋めて、平坦な形状に形成することができる。
【００５１】
次に、圧縮率による目標設計面60の補正について説明する。図6は、圧縮率を決定するための処理を示すフローチャートである。図6に示す処理は、1回の作業パス中に実行される処理である。
【００５２】
図6に示すように、ステップS201では、コントローラ26は、刃先位置データを取得する。ここでは、図7に示すように、コントローラ26は、盛土作業中の複数の参照点P1-Pnでの刃先位置の高さを記録し、刃先位置の軌跡80を示す刃先位置データを取得する。
【００５３】
ステップS202では、コントローラ26は、第2地形データを取得する。図7に示すように、第2地形データは、今回の作業パスでの盛土作業後に締め固められた地形50a（以下、「第2地形50a」と呼ぶ）を示す。なお、上述した第1地形データは、今回の作業パスでの盛土作業前の地形50b（以下、「第1地形50b」と呼ぶ）を示す。
【００５４】
コントローラ26は、車体位置データと車体寸法データとから履帯16の底面の位置を算出する。コントローラ26は、図7に示すように、履帯16の底面の軌跡を示す位置データを第2地形データとして取得する。
【００５５】
なお、履帯16の底面のうち、車両側面視で作業車両1の重心の直下に位置する部分の軌跡が第2地形データとして取得されることが好ましい。ただし、作業車両1の他の部分の軌跡が第2地形データとして取得されてもよい。
【００５６】
ステップS203では、コントローラ26は、刃先高さを算出する。図8に示すように、コントローラ26は、各参照点Pkにおける刃先高さBk（k=1,2,...,n）を算出する。刃先高さBkは、第1地形50bから刃先位置の軌跡80までの高さを示す。すなわち、刃先高さBkは、今回の作業パスでの盛土作業前の地形50bから刃先位置の軌跡80までの高さを示し、今回の作業パスによって盛られた土の厚さを意味する。
【００５７】
コントローラ26は、第1地形データと刃先位置データとから、複数の参照点P1-Pnにおける刃先高さを算出する。図8に示すように、コントローラ26は、第1地形データから参照点Pkにおける第1地形50bの高さH_AS1(k)を決定する。また、コントローラ26は、刃先位置データから参照点Pkにおける刃先位置の高さH_BL(k)を決定する。そして、コントローラ26は、刃先位置の高さH_BL(k)から第1地形50bの高さH_AS1(k)を減じることで、参照点Pkにおける刃先高さBkを決定する。
【００５８】
ステップS204では、コントローラ26は、積層厚さを算出する。図8に示すように、コントローラ26は、各参照点Pkにおける積層厚さAk（k=1,2,...,n）を算出する。積層厚さAkは、第1地形50bから第2地形50aまでの高さを示す。すなわち、積層厚さAkは、今回の作業パスでの盛土作業前の地形50bから盛土作業後に締め固められた地形50aまでの高さを示し、刃先の通過後に締め固められた盛土の層の厚さを意味する。
【００５９】
コントローラ26は、第1地形データと第2地形データとから、複数の参照点P1-Pnにおける積層厚さを算出する。図8に示すように、コントローラ26は、第2地形データから参照点Pkにおける第2地形50aの高さH_AS2(k) （k=1,2,...,n）を決定する。コントローラ26は、第2地形50aの高さH_AS2(k)から第1地形50bの高さH_AS1(k)を減じることで、参照点Pkにおける積層厚さAkを決定する。
【００６０】
ステップS205では、コントローラ26は、マスク処理を行う。ここでは、コントローラ26は、各参照点Pkでの刃先高さBkと積層厚さAkとが、所定の有効範囲内に含まれるかを判定する。コントローラ26は、有効範囲内に含まれる刃先高さBkと積層厚さAkとを示すデータを圧縮率の決定のために用いる有効なデータとして決定する。
【００６１】
図9はマスク処理の有効範囲を示す図である。図9において横軸は刃先高さBkを示し、縦軸は積層厚さAkを示している。図9においてハッチングを付した有効範囲に含まれる刃先高さBkと積層厚さAkとが有効なデータとして扱われる。有効範囲は、積層厚さAk >積層厚さの下限値Amin、且つ、刃先高さBk >刃先高さの下限値Bmin、且つ、刃先高さBk >積層厚さAkとなる範囲である。
【００６２】
ステップS206では、コントローラ26は、各参照点Pkでの圧縮率を算出する。ここでは、コントローラ26は、ステップS205において有効と判定された刃先高さBk及び積層厚さAkのデータを用いて、圧縮率を算出する。コントローラ26は、以下の（1）式により、各参照点Pkでの圧縮率Rk [%]を算出する。
Rk = (Bk - Ak) / Bk * 100   (1)
ステップS207では、コントローラ26は、今回の作業パスでの圧縮率を算出する。ここでは、コントローラ26は、今回の作業パス全体での圧縮率を決定する。コントローラ26は、有効なデータから算出した各参照点Pkでの圧縮率を用いて、今回の作業パスでの圧縮率を決定する。例えば、コントローラ26は、ステップS206において算出した各参照点Pkでの圧縮率の平均値を、今回の作業パスでの圧縮率として決定する。ただし、各参照点Pkでの圧縮率の平均値以外の値が今回の作業パスでの圧縮率として決定されてもよい。
【００６３】
ステップS208では、コントローラ26は、更新された圧縮率を算出する。ここでは、コントローラ26は、前回の作業パスでの圧縮率と、今回の作業パスでの圧縮率とに基づいて、更新された圧縮率を算出する。すなわち、コントローラ26は、盛土作業の複数のパスごとに圧縮率の値を算出し、圧縮率の前回の値と今回の値とに基づいて圧縮率を更新する。例えば、コントローラ26は、圧縮率の前回の値と今回の値との平均値を、更新された圧縮率として決定する。それにより、作業パスが、複数回、実行されることで、圧縮率を徐々に更新することができ、圧縮率の急変が抑えられる。
【００６４】
上述したステップS105では、コントローラ26は、更新された圧縮率によって、目標設計面60を補正する。例えば、図10において、“60”は、ステップS104においてコントローラ26が決定した初期の目標設計面60を示している。コントローラ26は、圧縮率に基づいて初期の目標設計面60を上昇させることで、補正された目標設計面を生成する。
【００６５】
図10において、“60a”は、圧縮率が所定の値r1であるときの、補正された目標設計面を示す。“60b”は、圧縮率が所定の値r2（>r1）であるときの、補正された目標設計面を示す。図10に示すように、コントローラ26は、圧縮率が大きいほど、初期の目標設計面60に対して補正された目標設計面の位置を高くする。
【００６６】
なお、1回の作業パスが終了すると、コントローラ26は、第2地形50aaを第1地形50bbとして更新する。そして、次の作業パスでは、コントローラ26は、更新された第1地形50bbを示す第1地形データによって、上述したステップS101からS106の処理を実行する。
【００６７】
以上説明した、本実施形態に係る作業車両1の制御システム3によれば、目標設計面60が地形50よりも上方に位置するときには、目標設計面60に沿って作業機13を制御することで、土を薄く地形50上に盛ることができる。また、目標設計面60が地形50よりも下方に位置するときには、目標設計面60に沿って作業機13を制御することで、作業機13への負荷が過剰となることを抑えながら、掘削を行うことができる。それにより、作業の仕上がりの品質を向上させることができる。また、自動制御により、作業の効率を向上させることができる。
【００６８】
コントローラ26は、第1地形データと刃先位置データと第2地形データとから土の圧縮率を決定し、圧縮率に基づいて目標設計面60を補正する。そのため、実際の土の圧縮率に合わせて目標設計面60を補正することができる。それにより、土の層を所望の厚さに容易に形成することができる。
【００６９】
コントローラ26は、今回の作業パスでの圧縮率と前回の作業パスでの圧縮率とに基づいて、圧縮率を更新する。従って、作業パスを複数回繰り返すことで、精度の高い圧縮率を得ることができる。
【００７０】
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。
【００７１】
作業車両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。作業車両1は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム3の一部は、作業車両1の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されてもよい。コントローラ26は、作業現場から離れたコントロールセンタ内に配置されてもよい。
【００７２】
圧縮率の決定方法は、上述した方法に限らず、変更されてもよい。例えば、前回の作業パスでの圧縮率によらず、今回の作業パスの圧縮率のみによって圧縮率が更新されてもよい。マスク処理が変更されてもよい。例えば、図11に示すように、刃先高さBkの上限値Bmaxによって、有効範囲が規定されてもよい。積層厚さAkの上限値Amaxによって、有効範囲が規定されてもよい。或いは、マスク処理が省略されてもよい。
【００７３】
コントローラ26は、目標設計面60に従って作業機13を制御するのではなく、目標設計面60を示すガイダンス画面をディスプレイに表示させてもよい。その場合、圧縮率によって補正された目標設計面60をガイダンス画面に表示することで、適切な目標設計面60をオペレータに提供することができる。
【００７４】
コントローラ26は、互いに別体の複数のコントローラ26を有してもよい。例えば、図12に示すように、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されるリモートコントローラ261と、作業車両1に搭載される車載コントローラ262とを含んでもよい。リモートコントローラ261と車載コントローラ262とは通信装置38,39を介して無線により通信可能であってもよい。そして、上述したコントローラ26の機能の一部がリモートコントローラ261によって実行され、残りの機能が車載コントローラ262によって実行されてもよい。例えば、目標設計面60を決定する処理がリモートコントローラ261によって実行され、作業機13への指令信号を出力する処理が車載コントローラ262によって実行されてもよい。
【００７５】
操作装置25aは、作業車両1の外部に配置されてもよい。その場合、運転室は、作業車両1から省略されてもよい。或いは、操作装置25aが作業車両1から省略されてもよい。操作装置25aによる操作無しで、コントローラ26による自動制御のみによって作業車両1が操作されてもよい。
【００７６】
地形50は、上述した位置センサ31に限らず、他の装置によって取得されてもよい。例えば、図13に示すように、外部の装置からのデータを受け付けるインターフェ−ス装置37によって地形50が取得されてもよい。インターフェ−ス装置37は、外部の計測装置40が計測した地形データを無線によって受信してもよい。
【００７７】
外部の計測装置として、例えば、航空レーザ測量を用いてよい。或いは、カメラによって地形50を撮影し、カメラによって得られた画像データから地形データが生成されてもよい。例えば、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)による空撮測量を用いてよい。或いは、インターフェ−ス装置37は、記録媒体の読み取り装置であって、外部の計測装置40が計測した地形データを記録媒体を介して受け付けてもよい。
【００７８】
第2地形データは、作業車両1以外の車両、例えばローラー車などによって締め固められた地形50を示すデータであってもよい。その場合、第2地形データは、ローラー車に搭載された位置センサによって取得されてもよい。或いは、第2地形データは、外部の計測装置によって取得されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明によれば、効率良く、且つ、仕上がりの品質の良い盛土作業を行うことができる作業車両の制御システム、方法、及び作業車両を提供することができる。
【符号の説明】
【００８０】
1     作業車両
3     制御システム
13    作業機
26    コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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