(57)【要約】  ブレード制御システムは、距離演算部と、ブレード負荷取得部と、リフトシリンダ制御部と、を備える。距離演算部は、設計面と刃先との距離を取得する。ブレード負荷取得部は、ブレードに掛かるブレード負荷を取得する。リフトシリンダ制御部は、距離が第１距離を上回る場合には掘削制御を実行する。リフトシリンダ制御部は、距離が第２距離を下回る場合には整地制御を実行する。
2013047187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下揺動可能に車体に取り付けられるリフトフレームと、
前記リフトフレームの先端に支持されるブレードと、
前記リフトフレームを上下揺動させるリフトシリンダと、
前記ブレードに掛かるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、
掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面と前記ブレードの刃先との距離を取得する距離演算部と、
前記設計面と前記ブレードの刃先との距離と、第１距離及び前記第１距離よりも小さい第２距離それぞれとの大小関係を判定する距離判定部と、
前記リフトシリンダに作動油を供給することによって、前記設計面と前記ブレードの刃先との距離が前記第１距離を上回っていると前記距離判定部によって判定された場合には掘削制御を実行し、前記設計面と前記ブレードの刃先との距離が前記第２距離を下回っていると前記距離判定部によって判定された場合には整地制御を実行し、前記設計面と前記ブレードの刃先との距離が前記第１距離以下かつ前記第２距離以上であると前記距離判定部によって判定された場合には前記掘削制御または前記整地制御を実行するリフトシリンダ制御部と、
を備えるブレード制御システム。
【請求項２】
前記ブレード負荷と、第１負荷及び前記第１負荷よりも小さい第２負荷それぞれとの大小関係を判定するブレード負荷判定部を備え、
前記リフトシリンダ制御部は、前記設計面と前記ブレードの刃先との距離が前記第１距離以下かつ前記第２距離以上であると前記距離判定部によって判定された場合において、前記ブレード負荷が第１負荷を上回っていると前記ブレード負荷判定部によって判定されたときには前記掘削制御を実行し、前記ブレード負荷が前記第２負荷を下回っていると前記ブレード負荷判定部によって判定されたときには前記整地制御を実行し、前記ブレード負荷が前記第１負荷以下かつ前記第２負荷以上であると前記ブレード負荷判定部によって判定されたときには前記掘削制御または前記整地制御を実行する、
請求項１に記載のブレード制御システム。
【請求項３】
前記リフトシリンダ制御部は、前記設計面と前記ブレードの刃先との距離が前記第１距離以下かつ前記第２距離以上であると前記距離判定部によって判定された場合において、前記ブレード負荷が前記第１負荷以下かつ前記第２負荷以上であると前記ブレード負荷判定部によって判定されたときには、前記掘削制御または前記整地制御のうち現在の制御を維持する、
請求項２に記載のブレード制御システム。
【請求項４】
前記距離演算部は、車両の状態を示す車両情報と前記設計面を示す設計面情報とに基づいて、前記設計面と前記ブレードの刃先との距離を演算する、
請求項１に記載のブレード制御システム。
【請求項５】
前記車両情報は、前記リフトシリンダのストローク長、前記車体の傾斜角、及び前記車体の位置を示すＧＰＳデータを含む、
請求項４に記載のブレード制御システム。
【請求項６】
前記設計面情報は、前記設計面の位置及び形状を示す設計面データを含む、
請求項４又は５に記載のブレード制御システム。
【請求項７】
車体と、
請求項１に記載のブレード制御システムと、
を備える建設機械。
【請求項８】
前記車体に取り付けられる一対の履帯を含む走行装置を備えている、
請求項７に記載の建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレードの刃先を設計面に追従させるブレード制御システムおよび建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブルドーザやグレーダなどの建設機械において、ブレードの上下位置を自動調整することによって、掘削対象の目標形状を示す設計面にブレードの刃先を追従させる整地制御が提案されている（特開平１１−２５６６２０号公報参照）。【０００３】
また、建設機械において、ブレードの上下位置を自動調整することによって、ブレードに掛かるブレード負荷を目標負荷に一致させる掘削制御が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１０６２３９号公報
【発明の概要】
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、整地制御と掘削制御との適切な切換えタイミングをオペレータが正確に把握することは困難である。そのため、掘削制御から整地制御への切換えが早すぎれば、設計面まで距離があるのに、ブレードの刃先が設計面に追従しようとして深く貫入し、ブレード負荷が増大して走行装置の履帯の地面に対するスリップ（以下、シュースリップという。）が過度に発生する。一方で、掘削制御から整地制御への切換えが遅すぎれば、ブレードの刃先が設計面を超えることによって掘削しすぎてしまう。従って、整地制御と掘削制御とが適切に自動切換えされることが望まれている。
【０００６】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、整地制御と掘削制御とを適切に自動切換え可能なブレード制御システムおよび建設機械を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
第１の態様に係るブレード制御システムは、上下揺動可能に車体に取り付けられるリフトフレームと、リフトフレームの先端に支持されるブレードと、リフトフレームを上下揺動させるリフトシリンダと、ブレードに掛かるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形である設計面とブレードの刃先との距離を取得する距離演算部と、設計面とブレードの刃先との距離と、第１距離及び第１距離よりも小さい第２距離それぞれとの大小関係を判定する距離判定部と、リフトシリンダに作動油を供給することによって、設計面とブレードの刃先との距離が第１距離を上回っていると距離判定部によって判定された場合には掘削制御を実行し、設計面とブレードの刃先との距離が第２距離を下回っていると距離判定部によって判定された場合には整地制御を実行し、設計面とブレードの刃先との距離が第１距離以下かつ第２距離以上であると距離判定部によって判定された場合には掘削制御または整地制御を実行するリフトシリンダ制御部と、を備える。
【０００７】
第１の態様に係るブレード制御システムによれば、設計面とブレードの刃先との距離が第１距離を上回ったときに整地制御から掘削制御へ切り換えられるので、ブレード負荷が過大になることによる過度なシュースリップを抑制できる。また、設計面とブレードの刃先との距離が第２距離を下回ったときに掘削制御から整地制御へ切り換えられるので、刃先が設計面を超えることによる過剰な掘削を抑制できる。このように、整地制御と掘削制御とを適切に自動切換えすることによって、過度なシュースリップの抑制と過剰な掘削の抑制とを両立させることができる。
【０００８】
なお、上記過度なシュースリップとは、履帯が地面に対してスリップする量が大きくなり過ぎて、走行装置による駆動力が地面に対して適切に伝達されない状態を意味している。
【０００９】
第２の態様に係るブレード制御システムは、第１の態様に係り、ブレード負荷と、第１負荷及び第１負荷よりも小さい第２負荷それぞれとの大小関係を判定するブレード負荷判定部を備える。リフトシリンダ制御部は、設計面とブレードの刃先との距離が第１距離以下かつ第２距離以上であると距離判定部によって判定された場合において、ブレード負荷が第１負荷を上回っているとブレード負荷判定部によって判定されたときには掘削制御を実行し、ブレード負荷が第２負荷を下回っているとブレード負荷判定部によって判定されたときには整地制御を実行し、ブレード負荷が第１負荷以下かつ第２負荷以上であるとブレード負荷判定部によって判定されたときには掘削制御または整地制御を実行する。
【００１０】
第２の態様に係るブレード制御システムによれば、設計面とブレードの刃先との距離が第１距離と第２距離の間である場合には、ブレード負荷に応じて整地制御と掘削制御とが切り換えられる。具体的には、ブレード負荷が小さければさらに土を抱え込むことができるので、刃先が設計面を超えないように整地制御が実行される。一方、ブレード負荷が大きければ過度なシュースリップによる作業効率の低下と路面の荒れとが発生するおそれがあるので掘削制御が実行される。従って、過度なシュースリップの抑制と過剰な掘削の抑制とに加えて、さらに作業効率の向上を達成することができる。
【００１１】
第３の態様に係るブレード制御システムは、第２の態様に係り、リフトシリンダ制御部は、設計面とブレードの刃先との距離が第１距離以下かつ第２距離以上であると距離判定部によって判定された場合において、ブレード負荷が第１負荷以下かつ第２負荷以上であるとブレード負荷判定部によって判定されたときには、掘削制御または整地制御のうち現在実行している制御を維持する。
【００１２】
第３の態様に係るブレード制御システムによれば、掘削制御と整地制御との過剰な切換えを抑制できるので、油圧系統への負荷を軽減することができる。
【００１３】
第４の態様に係るブレード制御システムは、第１の態様に係り、距離演算部は、車両の状態を示す車両情報と設計面を示す設計面情報とに基づいて、設計面とブレードの刃先との距離を演算する。
【００１４】
第５の態様に係るブレード制御システムは、第４の態様に係り、車両情報は、リフトシリンダのストローク長、車体の傾斜角、及び車体の位置を示すＧＰＳデータを含む。
【００１５】
第６の態様に係るブレード制御システムは、第４又は５の態様に係り、設計面情報は、設計面の位置及び形状を示す設計面データを含む。
【００１６】
第７の態様に係る建設機械は、車体と、第１の態様に記載のブレード制御システムと、を備える。
【００１７】
第８の態様に係る建設機械は、第７の態様に係り、車体に取り付けられる一対の履帯を含む走行装置を備えている。
（発明の効果）
本発明によれば、整地制御と掘削制御とを適切に自動切換え可能なブレード制御システムおよび建設機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ブルドーザの全体構成を示す側面図
【図２Ａ】ブレードの側面図
【図２Ｂ】ブレードの上面図
【図２Ｃ】ブレードの正面図
【図３】ブレード制御システムの構成を示すブロック図
【図４】ブレードコントローラの機能を示すブロック図
【図５】ブルドーザと設計面との位置関係の一例を示す模式図
【図６】リフト角の算出方法を説明するための模式図
【図７】掘削制御と整地制御との切り換え条件を示す表
【図８】ブレード制御システムの動作を説明するためのフローチャート
【図９】掘削制御と整地制御との切り換え条件の他の例を示す表
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２０】
以下、「建設機械」の一例であるブルドーザについて、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。
【００２１】
《ブルドーザ１００の全体構成》
図１は、実施形態に係るブルドーザ１００の全体構成を示す側面図である。
【００２２】
ブルドーザ１００は、車体１０と、走行装置２０と、リフトフレーム３０と、ブレード４０と、リフトシリンダ５０と、アングルシリンダ６０と、チルトシリンダ７０と、ＧＰＳレシーバ８０と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）９０と、一対のスプロケット９５と、駆動トルクセンサ９５Ｓと、を備える。また、ブルドーザ１００は、ブレード制御システム２００を搭載している。ブレード制御システム２００の構成および動作については後述する。
【００２３】
車体１０は、運転室１１とエンジン室１２とを有する。運転室１１には、図示しないシートや各種操作装置が内装される。エンジン室１２は、運転室１１の前方に配置される。
【００２４】
走行装置２０は、一対の履帯（図１において、左側の履帯のみ図示）によって構成され、車体１０の下部に取り付けられている。一対のスプロケット９５の駆動に応じて一対の履帯が回転することによってブルドーザ１００は走行する。
【００２５】
リフトフレーム３０は、車幅方向において走行装置２０の内側に配置される。リフトフレーム３０は、車幅方向に平行な軸線Ｘを中心として上下揺動可能に車体１０に取り付けられる。リフトフレーム３０は、球関節部３１と、ピッチ支持リンク３２と、支柱部３３とを介してブレード４０を支持している。
【００２６】
ブレード４０は、車体１０の前方に配置される。ブレード４０は、球関節部３１に連結される自在継手４１と、ピッチ支持リンク３２に連結されるピッチング継手４２とを介して、リフトフレーム３０に支持されている。ブレード４０は、リフトフレーム３０の上下揺動に伴って上下に移動する。ブレード４０の下端部には、整地時や掘削時に地面に挿入される刃先４０Ｐが形成されている。
【００２７】
リフトシリンダ５０は、車体１０とリフトフレーム３０とに連結される。リフトシリンダ５０が伸縮することによって、リフトフレーム３０は、軸線Ｘを中心として上下揺動される。
【００２８】
アングルシリンダ６０は、リフトフレーム３０とブレード４０とに連結される。アングルシリンダ６０が伸縮することによって、ブレード４０は、自在継手４１およびピッチング継手４２それぞれの回動中心を通る軸線Ｙを中心として揺動される。
【００２９】
チルトシリンダ７０は、リフトフレーム３０の支柱部３３とブレード４０の右上端部とに連結される。チルトシリンダ７０が伸縮することによって、ブレード４０は、球関節部３１とピッチ支持リンク３２の下端部とを結んだ軸線Ｚを中心として回動される。
【００３０】
ＧＰＳレシーバ８０は、運転室１１上に配置される。ＧＰＳレシーバ８０は、ＧＰＳ（Global Positioning System；全地球測位システム）用のアンテナである。ＧＰＳレシーバ８０は、自機の設置位置を示すＧＰＳデータを受信する。ＧＰＳレシーバ８０は、受信したＧＰＳデータを後述するブレードコントローラ２１０（図３参照）に送信する。
【００３１】
ＩＭＵ９０は、前後左右方向における車体傾斜角を示す車体傾斜角データを取得する。ＩＭＵ９０は、車体傾斜角データをブレードコントローラ２１０に送信する。
【００３２】
一対のスプロケット９５は、エンジン室１２に収容されるエンジン（不図示）によって駆動される。一対のスプロケット９５の駆動に応じて走行装置２０が駆動される。
【００３３】
駆動トルクセンサ９５Ｓは、一対のスプロケット９５の駆動トルクを示す駆動トルクデータを取得する。駆動トルクセンサ９５Ｓは、駆動トルクデータをブレードコントローラ２１０に送信する。
【００３４】
ここで、図２Ａ乃至図２Ｃは、ブルドーザ１００の構成を示す模式図である。具体的に、図２Ａは、ブレード４０の側面図であり、図２Ｂは、ブレード４０の上面図であり、図２Ｃは、ブレード４０の正面図である。また、図２Ａ〜図２Ｃでは、リフトフレーム３０の原点位置が二点鎖線で示されている。リフトフレーム３０が原点位置に位置する場合、ブレード４０の刃先４０Ｐは水平面に接地する。
【００３５】
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、ブルドーザ１００は、リフトシリンダセンサ５０Ｓと、アングルシリンダセンサ６０Ｓと、チルトシリンダセンサ７０Ｓと、を備える。リフトシリンダセンサ５０Ｓ、アングルシリンダセンサ６０Ｓおよびチルトシリンダセンサ７０Ｓそれぞれは、ロッドの位置を検出するための回転ローラと、ロッドの位置を原点復帰するための磁力センサと、によって構成されている。
【００３６】
図２Ａに示すように、リフトシリンダセンサ５０Ｓは、リフトシリンダ５０のストローク長さ（以下、「リフトシリンダ長Ｌ１」という。）を検出してブレードコントローラ２１０に送信する。ブレードコントローラ２１０は、リフトシリンダ長Ｌ１に基づいてブレード４０のリフト角θ１を算出する。本実施形態に係るリフト角θ１は、ブレード４０の原点位置からの下降角度、すなわち、刃先４０Ｐの地中への貫入深さに対応している。リフト角θ１の算出方法については後述する。
【００３７】
図２Ｂに示すように、アングルシリンダセンサ６０Ｓは、アングルシリンダ６０のストローク長さ（以下、「アングルシリンダ長Ｌ２」という。）を検出してブレードコントローラ２１０に送信する。図２Ｃに示すように、チルトシリンダセンサ７０Ｓは、チルトシリンダ７０のストローク長さ（以下、「チルトシリンダ長Ｌ３」という。）を検出してブレードコントローラ２１０に送信する。ブレードコントローラ２１０は、アングルシリンダ長Ｌ２およびチルトシリンダ長Ｌ３に基づいてブレード４０のアングル角θ２およびチルト角θ３を算出する。
【００３８】
《ブレード制御システム２００の構成》
図３は、実施形態に係るブレード制御システム２００の構成を示すブロック図である。
【００３９】
ブレード制御システム２００は、上述のリフトシリンダ５０、リフトシリンダセンサ５０Ｓ、ＧＰＳレシーバ８０、ＩＭＵ９０および駆動トルクセンサ９５Ｓに加えて、ブレードコントローラ２１０、設計面データ格納部２２０、比例制御弁２３０、油圧ポンプ２４０及びリバースシフトレバー２５０を備える。
【００４０】
ブレードコントローラ２１０は、リフトシリンダセンサ５０Ｓからリフトシリンダ長Ｌ１を取得する。また、ブレードコントローラ２１０は、ＧＰＳレシーバ８０からＧＰＳデータを取得し、ＩＭＵ９０から車体傾斜角データを取得し、駆動トルクセンサ９５Ｓから駆動トルクデータを取得する。ブレードコントローラ２１０は、これらの情報に基づく制御信号として電流を比例制御弁２３０に出力する。ブレードコントローラ２１０の機能については後述する。
【００４１】
設計面データ格納部２２０は、作業エリア内における掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形（以下、「設計面Ｍ」という。）の位置および形状を示す設計面データを予め記憶している。
【００４２】
比例制御弁２３０は、リフトシリンダ５０と油圧ポンプ２４０との間に配置される。比例制御弁２３０の開口度は、ブレードコントローラ２１０からの制御信号としての電流によって制御される。
【００４３】
油圧ポンプ２４０は、エンジンと連動しており、比例制御弁２３０を介してリフトシリンダ５０に作動油を供給する。なお、油圧ポンプ２４０は、比例制御弁２３０とは異なる比例制御弁を介して、アングルシリンダ６０およびチルトシリンダ７０に作動油を供給可能である。
【００４４】
リバースシフトレバー２５０は、運転室１１内に配置される。リバースシフトレバー２５０は、一対のスプロケット９５の回転方向を逆転させるための操作具である。オペレータは、整地または掘削を１パス終了するごとにリバースシフトレバー２５０を操作することによって、ブルドーザ１００を起点位置まで後進させることができる。
【００４５】
《ブレードコントローラ２１０の機能》
図４は、ブレードコントローラ２１０の機能を示すブロック図である。図５は、ブルドーザ１００と設計面Ｍとの位置関係の一例を示す模式図である。
【００４６】
図４に示すように、ブレードコントローラ２１０は、車両情報及び設計面情報取得部２１１と、距離演算部２１２と、距離判定部２１３と、ブレード負荷取得部２１４と、ブレード負荷判定部２１５と、リバースシフトレバー操作検出部２１６と、リフトシリンダ制御部２１７と、記憶部３００と、を備える。
【００４７】
車両情報及び設計面情報取得部２１１は、リフトシリンダ長Ｌ１、ＧＰＳデータ、車体傾斜角データおよび設計面データを取得する。本実施形態では、リフトシリンダ長Ｌ１、ＧＰＳデータおよび車体傾斜角データが「車両情報」に該当し、設計面データが「設計面情報」に該当する。
【００４８】
距離演算部２１２は、ブルドーザ１００の車体寸法データを記憶している。距離演算部２１２は、図５に示すように、リフトシリンダ長Ｌ１、ＧＰＳデータ、車体傾斜角データ、設計面データおよび車体寸法データを考慮して、設計面Ｍと刃先４０Ｐとの距離ΔＺをリアルタイム又は一定の時間間隔で取得する。なお、一定の時間間隔とは、例えば、ブレードコントローラ２１０の処理速度に対応するタイミングである。具体的に、ブレードコントローラ２１０の処理速度が１００Hzである場合、最短のサンプリングタイムは、１０msecとなる。
【００４９】
なお、距離演算部２１２は、リフトシリンダ長Ｌ１からに基づいてリフト角θ１を算出する。ここで、図６は、図２（Ａ）の部分拡大図であり、リフト角θ１の算出方法を説明するための模式図である。図６に示すように、リフトシリンダ５０は、前側回動軸１０１においてリフトフレーム３０に回動可能に取り付けられており、後側回動軸１０２において車体１０に回動可能に取り付けられている。図６において、鉛直線１０３は、上下方向に沿った直線であり、原点指示線１０４は、ブレード４０の原点位置を示す直線である。また、第１長さＬａは、前側回動軸１０１とリフトフレーム３０の軸Ｘとを結ぶ直線の長さであり、第２長さＬｂは、後側回動軸１０２とリフトフレーム３０の軸Ｘとを結ぶ直線の長さである。さらに、第１角度θａは、軸Ｘを頂点として前側回動軸１０１と後側回動軸１０２とが成す角度であり、第２角度θｂは、軸Ｘを頂点として前側回動軸１０１とリフトフレーム３０の上辺とが成す角度であり、第３角度θｃは、軸Ｘを頂点として後側回動軸１０２と鉛直線１０３が成す角度である。第１長さＬａ、第２長さＬｂ、第２角度θｂおよび第３角度θｃは固定値であり、距離演算部２１２は、これらの固定値を記憶している。なお、第２角度θｂおよび第３角度θｃの単位はラジアンであるものとする。
【００５０】
まず、距離演算部２１２は、余弦定理に基づく式（１）及び式（２）を用いて第１角度θａを算出する。
【００５１】
Ｌ１２＝Ｌａ２+Ｌｂ２−２ＬａＬｂ×cos（θａ）  ・・・（１）
θａ＝cos−１（(Ｌａ２+Ｌｂ２−Ｌ１２)/２ＬａＬｂ）  ・・・（２）
次に、距離演算部２１２は、式（３）を用いてリフト角θ１を算出する。
【００５２】
θ１＝θａ+θｂ−θｃ−π/２  ・・・（３）
そして、距離演算部２１２は、以上のように算出されたリフト角θ１を距離ΔＺの取得に用いる。
【００５３】
記憶部３００は、ブレードコントローラ２１０の制御に用いられる各種情報を記憶している。具体的に、記憶部３００は、設計面Ｍと刃先４０Ｐとの距離ΔＺの閾値として距離判定部２１３によって用いられる第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２を記憶している。第２距離Ｄ２は、第１距離Ｄ１よりも小さい値である。このような第１距離Ｄ１及び第２距離Ｄ２は、ブルドーザ１００の車格や車重などによって適宜設定することができる。例えば、第１距離Ｄ１を約１００ｍｍ程度に設定するとともに、第２距離Ｄ２を約０ｍｍ〜１０ｍｍ程度に設定することができるが、これに限られるものではない。
【００５４】
また、記憶部３００は、ブレード４０に掛かる負荷（以下、「ブレード負荷」という。）の閾値としてブレード負荷判定部２１５によって用いられる第１負荷Ｆ１及び第２負荷Ｆ２を記憶している。第２負荷Ｆ２は、第１負荷Ｆ１よりも小さい値である。このような第１負荷Ｆ１及び第２負荷Ｆ２は、ブルドーザ１００の車格や車重などによって適宜設定することができる。例えば、第１負荷Ｆ１をブルドーザ１００の車重Ｗの０．５倍〜０．７倍の範囲内で設定するとともに、第２負荷Ｆ２をブルドーザ１００の車重Ｗの０．２倍〜０．４倍の範囲内で設定することができるが、これに限られるものではない。
【００５５】
また、記憶部３００は、ブレード負荷の目標値として設定される目標負荷を記憶している。目標負荷は、走行装置の履帯の地面に対するスリップ（以下、シュースリップと示す。）と土工量とのバランスを考慮して予め設定される値であり、例えば、ブルドーザ１００の車重Ｗの０．５倍〜０．７倍の範囲内で適宜設定することができる。なお、過度なシュースリップとは、履帯が地面に対してスリップする量が大きくなり過ぎて、走行装置による駆動力が地面に対して適切に伝達されない状態を意味している。
【００５６】
さらに、記憶部３００は、図７に示される“掘削制御と整地制御との切り換え条件表”を記憶している。この条件表は、リフトシリンダ制御部２１７による掘削制御と整地制御との切り換えに用いられる。
【００５７】
距離判定部２１３は、距離演算部２１２によって取得される距離ΔＺが第１距離Ｄ１を上回っているか否かを判定する。また、距離判定部２１３は、距離ΔＺが第１距離Ｄ１よりも小さい第２距離Ｄ２を下回っているか否かを判定する。距離判定部２１３は、判定結果をリフトシリンダ制御部２１７に通知する。
【００５８】
ブレード負荷取得部２１４は、一対のスプロケット９５の駆動トルクを示す駆動トルクデータを駆動トルクセンサ９５Ｓからリアルタイム又は一定の時間間隔で取得する。ブレード負荷取得部２１４は、駆動トルクデータに基づいて、ブレード４０に掛かるブレード負荷Ｆを取得する。ブレード負荷は、いわゆる「牽引力」に相当する。ブレード負荷取得部２１４は、例えば、駆動トルク値に一対のスプロケット９５の減速比を乗算することによってブレード負荷Ｆを取得できる。
【００５９】
ブレード負荷判定部２１５は、ブレード負荷取得部２１４によって取得されるブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１を上回っているか否かを判定する。また、ブレード負荷判定部２１５は、ブレード負荷Ｆが第２負荷Ｆ２を下回っているか否かを判定する。ブレード負荷判定部２１５は、判定結果をリフトシリンダ制御部２１７に通知する。
【００６０】
リバースシフトレバー操作検出部２１６は、オペレータがリバースシフトレバー２５０を操作することによって、エンジンの出力軸とリバースギヤとが連結されたことを検出する。リバースシフトレバー操作検出部２１６は、リバースシフトレバー２５０の操作を検出した場合、その旨をリフトシリンダ制御部２１７に通知する。
【００６１】
リフトシリンダ制御部２１７は、比例制御弁２３０に制御信号として電流を出力することによって、リフトシリンダ５０に作動油を供給する。これにより、リフトシリンダ制御部２１７は、ブレード４０の上下位置を調整する。
【００６２】
また、リフトシリンダ制御部２１７は、距離判定部２１３及びブレード負荷判定部２１５から通知される判定結果に応じて、図７に示す切り換え条件表を参照して、掘削制御と整地制御とを切り換える。掘削制御とは、効率の良い掘削作業を行うために、ブレード負荷Ｆを目標負荷に保持させる制御である。また、整地制御とは、地形を目標の形状にならすために、刃先４０Ｐと設計面Ｍとの距離ΔＺを目標距離Ｄｔに保持させる制御である。目標距離Ｄｔは、“０ｍｍ程度”に設定することができるが、これに限られるものではない。目標距離Ｄｔが“０ｍｍ”である場合には、刃先４０Ｐを設計面Ｍに沿って追従させることができる。
【００６３】
具体的に、リフトシリンダ制御部２１７は、図７に示すように、距離ΔＺが第１距離Ｄ１を上回る場合には掘削制御を実行し、距離ΔＺが第２距離Ｄ２を下回る場合には整地制御を実行する。また、リフトシリンダ制御部２１７は、距離ΔＺが第１距離Ｄ１以下かつ第２距離Ｄ２以上である場合には掘削制御または整地制御を実行する。
【００６４】
また、図７に示すように、リフトシリンダ制御部２１７は、距離ΔＺが第１距離Ｄ１以下かつ第２距離Ｄ２以上である場合において、ブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１を上回るときには掘削制御を実行し、ブレード負荷Ｆが第２負荷Ｆ２を下回るときには整地制御を実行する。また、リフトシリンダ制御部２１７は、距離ΔＺが第１距離Ｄ１以下かつ第２距離Ｄ２以上である場合において、ブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１以下かつ第２負荷Ｆ２以上であるときには、掘削制御または整地制御のうち現在実行している制御を維持する。すなわち、この際リフトシリンダ制御部２１７は、掘削制御および整地制御の切換えを行わない。
【００６５】
また、リフトシリンダ制御部２１７は、リバースシフトレバー操作検出部２１６によってリバースシフトレバー２５０の操作が検出された場合に、掘削制御および整地制御の実行を終了する。リフトシリンダ制御部２１７は、リバースシフトレバー２５０の操作が検出されなくなった場合には、再度、掘削制御および整地制御の実行（切換え）を開始する。
【００６６】
《ブレード制御システム２００の動作》
図８は、実施形態に係るブレード制御システム２００の動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下においては、ブレードコントローラ２１０の動作について主に説明する。
【００６７】
ステップＳ１０において、ブレードコントローラ２１０は、リフトシリンダ長Ｌ１、ＧＰＳデータ、車体傾斜角データ、設計面データおよび車体寸法データに基づいて距離ΔＺを取得するとともに、駆動トルクデータに基づいてブレード負荷Ｆを取得する。
【００６８】
ステップＳ２０において、ブレードコントローラ２１０は、距離ΔＺが第１距離Ｄ１を上回っているか否かを判定する。距離ΔＺが第１距離Ｄ１を上回っている場合、処理はステップＳ３０に進み、ブレードコントローラ２１０は掘削制御を実行する。距離ΔＺが第１距離Ｄ１を上回っていない場合、処理はステップＳ４０に進む。
【００６９】
ステップＳ４０において、ブレードコントローラ２１０は、距離ΔＺが第２距離Ｄ２（＜第１距離Ｄ１）を下回っているか否かを判定する。距離ΔＺが第２距離Ｄ２を下回っている場合、処理はステップＳ５０に進み、ブレードコントローラ２１０は整地制御を実行する。距離ΔＺが第２距離Ｄ２を下回っていない場合（すなわち、距離ΔＺが第１距離Ｄ１以下かつ第２距離Ｄ２以上である場合）、処理はステップＳ６０に進む。
【００７０】
ステップＳ６０において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１を上回っているか否かを判定する。ブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１を上回っている場合、処理はステップＳ７０に進み、ブレードコントローラ２１０は掘削制御を実行する。ブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１を上回っていない場合、処理はステップＳ８０に進む。
【００７１】
ステップＳ８０において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード負荷Ｆが第２負荷Ｆ２（＜第１負荷Ｆ１）を下回っているか否かを判定する。ブレード負荷Ｆが第２負荷Ｆ２を下回っている場合、処理はステップＳ９０に進み、ブレードコントローラ２１０は整地制御を実行する。ブレード負荷Ｆが第２負荷Ｆ２を下回っていない場合、処理はステップＳ１００に進む。
【００７２】
ステップＳ１００において、ブレードコントローラ２１０は、掘削制御から整地制御への切換え、または、整地制御から掘削制御への切換えを実行せず、現在実行している制御を維持する。ただし、ブレードコントローラ２１０は、初回の処理においてステップＳ１００に入った場合には、掘削制御および整地制御のうち所定の制御を実行するように初期設定されていてもよい。
【００７３】
ステップＳ３０，Ｓ５０，Ｓ７０，Ｓ９０，Ｓ１００の後、ステップＳ１１０において、ブレードコントローラ２１０は、リバースシフトレバー２５０の操作が検出されたか否かを判定する。リバースシフトレバー２５０の操作が検出された場合、処理は終了する。リバースシフトレバー２５０の操作が検出されない場合、処理はステップＳ１０に戻る。
【００７４】
《作用および効果》
（１）ブレード制御システム２００は、距離演算部２１２と、ブレード負荷取得部２１４と、リフトシリンダ制御部２１７と、を備える。距離演算部２１２は、設計面Ｍと刃先４０Ｐとの距離ΔＺを取得する。ブレード負荷取得部２１４は、ブレード４０に掛かるブレード負荷Ｆ（いわゆる、掘削抵抗）を取得する。リフトシリンダ制御部２１７は、距離ΔＺが第１距離Ｄ１を上回る場合には、ブレード負荷Ｆを目標負荷に一致させる「掘削制御」を実行する。リフトシリンダ制御部２１７は、距離ΔＺが第２距離Ｄ２を下回る場合には、距離ΔＺを目標距離Ｄｔに一致させる「整地制御」を実行する。
【００７５】
ブレード制御システム２００によれば、距離ΔＺが第１距離Ｄ１を上回ったときに整地制御から掘削制御へ切り換えられるので、ブレード負荷Ｆが過大になることによる過度なシュースリップを抑制できる。また、距離ΔＺが第２距離Ｄ２を下回ったときに掘削制御から整地制御へ切り換えられるので、刃先４０Ｐが設計面Ｍを超えることによる過剰な掘削を抑制できる。このように、整地制御と掘削制御とを適切に自動切換えすることによって、過度なシュースリップの抑制と過剰な掘削の抑制とを両立させることができる。
【００７６】
（２）リフトシリンダ制御部２１７は、距離ΔＺが第１距離Ｄ１以下かつ第２距離Ｄ２以上である場合において、ブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１を上回るときには掘削制御を実行し、ブレード負荷Ｆが第２負荷Ｆ２を下回るときには整地制御を実行する。
【００７７】
ブレード制御システム２００によれば、距離ΔＺが第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２の間である場合には、ブレード負荷Ｆに応じて整地制御と掘削制御とが切り換えられる。具体的には、ブレード負荷Ｆが小さければさらに土を抱え込むことができるので整地制御が実行され、ブレード負荷Ｆが大きければ過度なシュースリップによる作業効率の低下と路面の荒れとが発生するおそれがあるので掘削制御が実行される。従って、過度なシュースリップの抑制と過剰な掘削の抑制とに加えて、さらに作業効率の向上を達成することができる。
【００７８】
（３）リフトシリンダ制御部２１７は、距離ΔＺが第１距離Ｄ１以下かつ第２距離Ｄ２以上である場合であって、ブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１以下かつ第２負荷Ｆ２以上であるときには、掘削制御または整地制御のうち現在実行している制御を維持する。
【００７９】
従って、掘削制御と整地制御との過剰な切換えを抑制できるので、油圧系統への負荷を軽減することができる。
【００８０】
《その他の実施形態》
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。
【００８１】
（Ａ）上記実施形態において、リフトシリンダ制御部２１７は、掘削制御においてブレード負荷Ｆを目標負荷に一致させることとしたが、目標負荷は固定値でなくてもよい。例えば、リフトシリンダ制御部２１７は、距離ΔＺが小さくなるほど目標負荷を小さくしてもよい。これによって、整地面が荒れることを抑制することができる。
【００８２】
（Ｂ）上記実施形態では特に触れていないが、リフトシリンダ制御部２１７は、掘削制御から整地制御に切り換える際、ブレード４０が設計面Ｍに近づくスピードが速いほど、ブレード４０の上昇開始タイミングを早めてもよい。この場合、ブレード制御システム２００は、距離ΔＺを時間微分することによって設計面Ｍに対する刃先４０Ｐの速度Vを取得する速度取得部と、距離ΔＺが速度Vに基づいて決定される閾値ＺＴＨ以下か否かを判定する判定部とを備えていればよい。距離ΔＺが閾値ＺＴＨ以下であると判定された場合に、リフトシリンダ制御部２１７がブレード４０を上方に移動開始させることによって、刃先４０Ｐが設計面Ｍを超えてしまうことをさらに抑制できる。
【００８３】
（Ｃ）上記実施形態では特に触れていないが、リフトシリンダ制御部２１７は、掘削制御から整地制御に切り換える際、ブレード４０が下降されているほど、ブレード４０の上昇スピードを速めてもよい。この場合、ブレードコントローラ２１０は、リフトフレーム３０の設計面Ｍに対する角度Δθを取得する角度取得部と、角度Δθに基づいて開口度Ｓを決定する開口度決定部とを備えていればよい。距離ΔＺが閾値ＺＴＨ以下であると判定された場合に、リフトシリンダ制御部２１７が比例制御弁２３０を開口度Ｓに応じて開口させてブレード４０を上方に移動開始させることによって、ブレード４０の上昇が間に合わずに刃先４０Ｐが設計面Ｍを超えてしまうことをさらに抑制できる。
【００８４】
（Ｄ）上記実施形態において、ブレードコントローラ２１０は、図７に示すように、ブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１および第２負荷Ｆ２で区切られる３つの領域のいずれに入っているかによって掘削制御と整地制御を切換えることとしたが、これに限られるものではない。例えば、図９に示すように、ブレード負荷Ｆが単一の負荷Ｆ’で区切られる２つの領域のいずれに入っているかによって掘削制御と整地制御を切換えてもよい。なお、図９では、図７のＦ２≦Ｆ≦Ｆ１の領域が省略された例が示されている。
【００８５】
（E）上記実施形態では、図７に示すように、リフトシリンダ制御部２１７は、ブレード負荷Ｆが第１負荷Ｆ１以下かつ第２負荷Ｆ２以上であるときには、掘削制御または整地制御のうち現在実行している制御を維持することとしたが、これに限られるものではない。例えば、ブレード制御システム２００の起動時のように現在の制御情報が存在しない場合には、掘削制御または整地制御の一方が実行されるように決められていてもよい。
【００８６】
（Ｆ）上記実施形態では、建設機械としてブルドーザを例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、モータグレーダ等の他の建設機械であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明のブレード制御システムは、整地制御と掘削制御とを適切に自動切換え可能なため、建設機械分野に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
３０…リフトフレーム４０…ブレード
５０…リフトシリンダ
２１４…ブレード負荷取得部
２１２…距離演算部
２１３…距離判定部
２１７…リフトシリンダ制御部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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