(57)【要約】  ブレード制御システムは、設計面とブレードの刃先との距離が速度に基づいて決定される閾値以下か否かを判定する判定部と、距離が閾値以下であると判定された場合に、リフトシリンダに作動を供給することによって、ブレードを上方に移動開始させるリフトシリンダ制御部と、を備える。
2013047179.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、
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、
前記設計面に対する前記刃先の速度を取得する速度取得部と、
前記設計面と前記ブレードの刃先との距離が前記速度に基づいて決定される閾値以下か否かを判定する判定部と、
前記設計面と前記ブレードの刃先との距離が前記閾値以下であると判定された場合に、前記リフトシリンダに作動油を供給することによって、前記ブレードを上方に移動開始させ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】
前記リフトシリンダ制御部は、前記リフトフレームが所定の位置よりも上方に位置する場合には、前記ブレードを上方に移動開始させない、
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に繋がる比例制御弁と、
前記車体の側面視における前記リフトフレームの前記設計面に対する角度を取得する角度取得部と、
前記角度に基づいて前記比例制御弁の開口度を決定する開口度決定部と、
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閾値以下であると前記判定部によって判定された場合に、前記比例制御弁を前記開口度に応じて開口させることによって前記ブレードを上昇させる、
請求項１又は２に記載のブレード制御システム。
【請求項４】
前記速度が大きい程、前記閾値を大きくする閾値決定部を備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載のブレード制御システム。
【請求項５】
前記閾値決定部は、前記速度が所定値以上である場合、前記閾値を最大値に固定する、
請求項４に記載のブレード制御システム。
【請求項６】
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７】
前記車体に取り付けられる一対の履帯を含む走行装置
を備える請求項６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、レーザ光線をブレード上のレベルセンサで検出し、レーザ光線の検出位置をレベルセンサ上の所定位置に合致させることによって、ブレードの刃先を所望の位置に保持する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この手法によれば、レーザ光線の出射方向を適宜調整することによって、刃先を所定形状の設計面に自動的に追従させることができるとされている。設計面とは、掘削対象の目標形状を示す３次元の設計地形のことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５６６２０号公報
【発明の概要】
【０００４】
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、特許文献１の手法では、走行しながら掘削している際に、刃先と設計面との距離が急に近くなった場合には、ブレードの上昇が間に合わずに刃先が設計面を超えてしまうおそれがある。
【０００５】
そのため、例えば、傾斜面を掘削しながら設計面に向かって下っている場合のように車速が速い場合には、刃先が設計面を超えることを回避するために、オペレータが手動でブレードを操作する必要がある。
【０００６】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、ブレードの刃先を設計面に精度良く追従させることのできるブレード制御システムおよび建設機械の提供を目的とする。
（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、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、設計面に対する刃先の速度を取得する速度取得部と、設計面とブレードの刃先との距離が速度に基づいて決定される閾値以下か否かを判定する判定部と、設計面とブレードの刃先との距離が閾値以下であると判定された場合に、リフトシリンダに作動油を供給することによって、ブレードを上方に移動開始させ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、ブレードが設計面に近づくスピードが速いほど、ブレードの上昇開始タイミングを早めることができる。そのため、設計面とブレードの刃先との距離が急に小さくなる場合においても、刃先が設計面を超えてしまうことを抑制することができる。このように、第１の態様に係るブレード制御システムによれば、ブレードの刃先を設計面に精度良く追従させることができる。
【０００８】
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、リフトシリンダ制御部は、リフトフレームが所定の位置よりも上方に位置する場合には、ブレードを上方に移動開始させない。
【０００９】
第２の態様に係るブレード制御システムによれば、刃先が設計面を超える可能性が高い場合にのみ、ブレードの上昇開始タイミングを早める制御を行うことができる。そのため、ブレードの上昇開始タイミングを早める制御が過剰に実行されることを抑制できる。
【００１０】
第３の態様に係るブレード制御システムは、第１又は第２の態様に係り、リフトシリンダに繋がる比例制御弁と、車体の側面視におけるリフトフレームの設計面に対する角度を取得する角度取得部と、角度に基づいて比例制御弁の開口度を決定する開口度決定部と、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閾値以下であると前記判定部によって判定された場合に、比例制御弁を開口度に応じて開口させることによって前記ブレードを上昇させる。
【００１１】
第３の態様に係るブレード制御システムによれば、ブレードが下降されているほど、ブレードの上昇スピードを速めることができる。そのため、刃先の貫入深さが大きい場合においても、刃先が設計面を超えてしまうことを抑制することができる。このように、第３の態様に係るブレード制御システムによれば、ブレードの刃先を設計面により精度良く追従させることができる。
【００１２】
第４の態様に係るブレード制御システムは、第１から第３の態様に係り、速度が大きい程、前記閾値を大きくする閾値決定部を備える。
【００１３】
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、閾値決定部は、速度が所定値以上である場合、閾値を最大値に固定する。
【００１４】
第６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。
【００１５】
第７の態様に係る建設機械は、第６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る。
（発明の効果）
本発明によれば、作業機の刃先を設計面に精度良く追従させることのできる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】
【００１６】
【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】図５の部分拡大図
【図７】速度と閾値との関係の一例を示すグラフ
【図８】角度と開口度との関係の一例を示すグラフ
【図９】リフト角の算出方法を説明するための模式図
【図１０】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
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
《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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
ここで、図２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、側面視におけるブレード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。
【００３５】
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。
【００３６】
なお、以下においては、リフト角θ１の用途について主に説明し、アングル角θ２及およびチルト角θ３の用途についての説明は省略する。
【００３７】
《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。
【００３８】
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および油圧ポンプ２４０を備える。
【００３９】
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いて得られる電流値に対応した電流を制御信号として比例制御弁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。
【００４０】
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。
【００４１】
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から制御信号として出力される電流によって制御される。
【００４２】
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。
【００４３】
《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。図６は、図５の部分拡大図である。
【００４４】
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２１１Ａと、距離演算部２１１Ｂと、速度取得部２１２と、閾値決定部２１３と、判定部２１４と、角度取得部２１５と、開口度決定部２１６と、ブレード負荷取得部２１７と、リフトシリンダ制御部２１８と、記憶部３００と、を備える。
【００４５】
車両情報及び設計面情報取得部２１１Ａ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。
【００４６】
距離演算部２１１Ｂ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２１１Ｂ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に基づいて、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。
【００４７】
速度取得部２１２は、図５に示すように、距離演算部２１１Ｂによって取得される距離ΔＺをサンプリングタイムΔｔで差分処理することによって、設計面Ｍに対する刃先４０Ｐの速度Ｖを演算する。即ち、V=ΔＺ／Δｔの関係が成立している。
【００４８】
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マップを記憶している。記憶部３００は、例えば、図７に示される“速度Ｖと閾値ＺＴＨとの関係”を示すマップと、図８に示される“角度Δθと開口度Ｓとの関係”を示すマップとを記憶している。閾値ＺＴＨ、角度Δθ及び開口度Ｓについては後述する。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
閾値決定部２１３は、記憶部３００から“速度Ｖと閾値ＺＴＨとの関係”を示すマップを読み出し、速度取得部２１２によって取得される速度Ｖに基づいて距離ΔＺの閾値ＺＴＨを決定する。この閾値ＺＴＨは、刃先４０Ｐの設計面Ｍに近づくスピードが速い場合であっても、余裕を持ってブレード４０を上昇させるために設けられている。図７に示すように、閾値ＺＴＨは、速度Ｖが速いほど大きくなり、速度Ｖが所定値以上で最大値となるように設定されている。
【００５２】
判定部２１４は、マップにアクセスして閾値ＺＴＨを読み出し、距離演算部２１１Ｂによって取得される距離ΔＺが閾値決定部２１３によって決定される閾値ＺＴＨ以下であるか否かを判定する。判定部２１４は、距離ΔＺが閾値ＺＴＨ以下であると判定した場合、その旨をリフトシリンダ制御部２１８に通知する。
【００５３】
角度取得部２１５は、リフトシリンダ長Ｌ１、車体傾斜角データおよび設計面データを取得する。角度取得部２１５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。
【００５４】
ここで、図９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９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９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、角度取得部２１５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。
【００５５】
まず、角度取得部２１５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。
【００５６】
Ｌ１２＝Ｌａ２+Ｌｂ２−２ＬａＬｂ×cos（θａ）  ・・・（１）
θａ＝cos−１（(Ｌａ２+Ｌｂ２−Ｌ１２)/２ＬａＬｂ）  ・・・（２）
次に、角度取得部２１５は、式（３）を用いてリフト角θ１を算出する。
【００５７】
θ１＝θａ+θｂ−θｃ−π/２  ・・・（３）
また、角度取得部２１５は、車体傾斜角データに基づいて、水平面Ｎと側面視におけるリフトフレーム３０の原点位置とが成すリフトフレーム傾斜角αを取得する。角度取得部２１５は、設計面データに基づいて、設計面Ｍと水平面Ｎとが成す設計面傾斜角βを取得する。
【００５８】
そして、角度取得部２１５は、リフト角θ１とリフトフレーム傾斜角αと設計面傾斜角βとの和を取得する。図６に側面視で示すように、リフト角θ１とリフトフレーム傾斜角αと設計面傾斜角βとの和は、設計面Ｍ（図６では、設計面Ｍに平行な平行面ｍが図示されている。）に対するリフトフレーム３０の角度Δθに対応している。即ち、Δθ＝θ１＋α＋βの関係が成立している。
【００５９】
開口度決定部２１６は、角度Δθに基づいて、比例制御弁２３０の開口度Ｓを決定する。具体的には、開口度決定部２１６は、角度Δθが目標角度γより大きいか否かを判定する。目標角度γは、車速や車体角変動が大きい場合であっても刃先４０Ｐを設計面Ｍに追従させられる程度の値である。すなわち、角度Δθが目標角度γより小さければ、車速や車体角変動に関わらず刃先４０Ｐが設計面Ｍを超えることはない。このような目標角度γは、適宜、設定及び変更することができる。角度Δθが目標角度γより大きくない場合、開口度決定部２１６は、開口度Ｓを“０”に決定する。一方で、角度Δθが目標角度γより大きい場合、開口度決定部２１６は、記憶部３００から図８に示される“角度Δθと開口度Ｓとの関係”を示すマップを読み出し、角度Δθに基づいて開口度Ｓを決定する。図８に示すように、開口度Ｓは、角度Δθが大きいほど大きくなり、角度Δθが所定値以上で最大値となるように設定されている。開口度決定部２１６は、決定された開口度Ｓをリフトシリンダ制御部２１８に通知する。
【００６０】
ブレード負荷取得部２１７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からリアルタイムに取得する。ブレード負荷取得部２１７は、駆動トルクデータに基づいてブレード負荷を取得する。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２１７は、ブレード負荷をリフトシリンダ制御部２１８に通知する。
【００６１】
リフトシリンダ制御部２１８は、判定部２１４によって距離ΔＺが閾値ＺＴＨ以下であると判定された場合、開口度決定部２１６によって決定された開口度Ｓで比例制御弁２３０を制御し、リフトシリンダ５０に作動油を供給することによって、ブレード４０を上昇させる。従って、リフトシリンダ制御部２１８は、角度Δθが目標角度γより大きい場合には、角度Δθが大きければ大きいほど、速いスピードでブレード４０を上昇させる。この際、角度Δθがそれ程大きくない場合は、ブレード４０を上昇させるスピードはそれ程速くない。一方で、リフトシリンダ制御部２１８は、角度Δθが目標角度γより大きくない場合には、開口度Ｓを０とし、ブレード４０を上昇させない。
【００６２】
また、リフトシリンダ制御部２１８は、距離ΔＺが閾値ＺＴＨ以下であると判定部２１４によって判定されなかった場合、ブレード負荷取得部２１７によって取得されるブレード負荷が目標負荷に近づくように比例制御弁２３０の開口度を制御する。
【００６３】
具体的には、リフトシリンダ制御部２１８は、まず、目標負荷とブレード負荷との差（以下、「負荷偏差」という。）を算出する。次に、リフトシリンダ制御部２１８は、負荷偏差を所定の関数に代入することによって、或いは、負荷偏差と電流値とを関連づけるマップを参照することによって、電流値を取得する。次に、リフトシリンダ制御部２１８は、取得した電流値に対応した電流を比例制御弁２３０に出力する。これにより、ブレード負荷が目標負荷に近づくように比例制御弁２３０の開口度が制御され、走行装置２０の過度なシュースリップの抑制と十分な土工量の維持とが両立された状態で掘削が行われる。
【００６４】
《ブレード制御システム２００の動作》
図１０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。
【００６５】
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、距離ΔＺに基づいて速度Ｖを取得する。また、ブレードコントローラ２１０は、リフトシリンダ長Ｌ１、車体傾斜角データおよび設計面データに基づいて角度Δθを取得する。
【００６６】
ステップＳ２０において、ブレードコントローラ２１０は、速度Ｖに基づいて、距離ΔＺの閾値ＺＴＨを決定する。
【００６７】
ステップＳ３０において、ブレードコントローラ２１０は、距離ΔＺが閾値ＺＴＨ以下であるか否かを判定する。距離ΔＺが閾値ＺＴＨ以下である場合、処理はステップＳ４０に進み、距離ΔＺが閾値ＺＴＨ以下でない場合、処理はステップＳ７０に進む。
【００６８】
ステップＳ４０において、ブレードコントローラ２１０は、角度Δθが目標角度γより大きいか否かを判定する。角度Δθが目標角度γより大きい場合、処理はステップＳ５０に進み、角度Δθが目標角度γより大きくない場合、処理はステップＳ７０に進む。
【００６９】
ステップＳ５０において、ブレードコントローラ２１０は、角度Δθに基づいて、比例制御弁２３０の開口度Ｓを決定する。
【００７０】
ステップＳ６０において、ブレードコントローラ２１０は、開口度Ｓで比例制御弁２３０を制御するために、比例制御弁２３０に制御信号を出力する。その後、処理はステップＳ１０に戻る。
【００７１】
ステップＳ７０において、ブレードコントローラ２１０は、ブレード負荷が０．５Ｗ〜０．７Ｗになるように比例制御弁２３０の開口度を制御する。ブレードコントローラ２１０は、ブレード負荷が目標負荷に近づくように電流値を設定し、比例制御弁２３０にこの電流値に対応した電流を出力する。
【００７２】
ステップＳ８０において、ブレードコントローラ２１０は、距離ΔＺが“０”以下であるか否かを判定する。距離ΔＺが“０”以下である場合、処理は終了し、距離ΔＺが“０”以下でない場合、処理はステップＳ１０に戻る。
【００７３】
《作用および効果》
（１）本実施形態に係るブレード制御システム２００は、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２１４と、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５０に作動を供給することによって、ブレード４０を上方に移動開始させるリフトシリンダ制御部２１８と、を備える。
【００７４】
従って、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ることができる。そのため、刃先４０Ｐと設計面Ｍとの距離ΔＺが急に小さくなる場合においても、刃先４０Ｐが設計面Ｍを超えてしまうことを抑制することができる。このように、本実施形態に係るブレード制御システム２００によれば、ブレード４０の刃先４０Ｐを設計面Ｍに精度良く追従させることができる。
【００７５】
（２）リフトシリンダ制御部２１８は、リフトフレーム３０が原点位置（「所定の位置」の一例）よりも上方に位置する場合には、ブレード４０を上方に移動開始させない。
【００７６】
従って、刃先４０Ｐが設計面Ｍを超える可能性が高い場合にのみ、ブレード４０の上昇開始タイミングを早める制御を行うことができる。そのため、ブレード４０の上昇開始タイミングを早める制御が過剰に実行されることを抑制できる。
【００７７】
（３）本実施形態に係るブレード制御システム２００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２１５と、角度Δθに基づいて開口度Ｓを決定する開口度決定部２１６と、を備える。リフトシリンダ制御部２１８は、比例制御弁２３０を開口度Ｓに応じて開口させる。
【００７８】
従って、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ることができる。そのため、刃先４０Ｐの貫入深さが大きい場合においても、刃先４０Ｐが設計面Ｍを超えてしまうことを抑制することができる。このように、本実施形態に係るブレード制御システム２００によれば、ブレード４０の刃先４０Ｐを設計面Ｍにより精度良く追従させることができる。
【００７９】
《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。
【００８０】
（Ａ）上記実施形態において、ブレード制御システム２００は、角度取得部２１５と開口度決定部２１６とを備えることとしたが、これに限られるものではない。例えば、所定の開口度で比例制御弁２３０を制御する場合には、ブレード制御システム２００は、角度取得部２１５と開口度決定部２１６とを備えていなくてもよい。
【００８１】
（Ｂ）上記実施形態において、ブレード制御システム２００は、速度取得部２１２と閾値決定部２１３とを備えることとしたが、これに限られるものではない。例えば、予め記憶された固定値を判定部２１４が閾値ＺＴＨとして用いる場合には、ブレード制御システム２００は、速度取得部２１２と閾値決定部２１３とを備えていなくてもよい。
【００８２】
（Ｃ）上記実施形態において、リフトシリンダ制御部２１８は、ブレード負荷を０．５Ｗ〜０．７Ｗに制御することとしたが、これに限られるものではない。ブレード負荷は、掘削対象の硬さなどに応じて適宜変更してもよい。また、ブレード負荷は、例えば、トランスミッション、ステアリング機構及び終減速機構までの減速比とスプロケットの径とを、エンジントルクに乗算することによっても得ることができる。
【００８３】
（Ｄ）上記実施形態において、速度Ｖと閾値ＺＴＨとの関係の一例を図７に示すとともに、角度Δθと開口度Ｓとの関係の一例を図８に示したが、これに限られるものではない。各関係は適宜設定することができる。
【００８４】
（Ｅ）ブレード４０の刃先４０Ｐとは、より具体的には、刃先４０Ｐの左端又は右端であってもよいし、刃先４０Ｐの幅方向中央であってもよい。
【００８５】
（Ｆ）上記実施形態では、ブレード４０の刃先４０Ｐを１つだけ設定することとしたが、例えば、刃先４０Ｐの左右両端それぞれを基準として上記実施形態で説明した制御を実行することとしてもよい。この場合には、車体が左右に傾いている場合であっても、精度良く刃先４０Ｐを設計面に追従させることができる。
【００８６】
（Ｇ）上記実施形態では、図７に示すように、閾値ＺＴＨは、速度Ｖが所定値以上になった場合には最大値に固定されることとしたが、これに限られるものではない。閾値ＺＴＨには最大値が設定されていなくてもよい。
【００８７】
（Ｈ）上記実施形態では、「建設機械」としてブルドーザを例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、モータグレーダなどであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明のブレード制御システムは、作業機の刃先を設計面に精度良く追従させることができるため、建設機械分野に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
３０…リフトフレーム
４０…ブレード
５０…リフトシリンダ
２１１Ｂ…距離演算部
２１２…速度取得部
２１４…判定部
２１８…リフトシリンダ制御部
【図１】
2013047179.tif 000003
【図２Ａ】
2013047179.tif 000004
【図２Ｂ】
2013047179.tif 000005
【図２Ｃ】
2013047179.tif 000006
【図３】
2013047179.tif 000007
【図４】
2013047179.tif 000008
【図５】
2013047179.tif 000009
【図６】
2013047179.tif 000010
【図７】
2013047179.tif 000011
【図８】
2013047179.tif 000012
【図９】
2013047179.tif 000013
【図１０】
2013047179.tif 000014
【国際調査報告】
2013047179.tif 000015
2013047179.tif 000016
2013047179.tif 000017
2013047179.tif 000018
2013047179.tif 000019