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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024003516
(43)【公開日】2024-01-15
(54)【発明の名称】ホイールローダ
(51)【国際特許分類】
E02F 9/20 20060101AFI20240105BHJP
E02F 9/26 20060101ALI20240105BHJP
G05D 1/43 20240101ALI20240105BHJP
【ＦＩ】
E02F9/20 Q
E02F9/26 B
G05D1/02 W
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022102714
(22)【出願日】2022-06-27
(71)【出願人】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】塚田 庸子
(72)【発明者】
【氏名】森木 秀一
(72)【発明者】
【氏名】関根 和也
【テーマコード（参考）】
2D003
2D015
5H301
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB01
2D003AC01
2D003BA03
2D003CA02
2D003DA02
2D003DA04
2D003DB03
2D003DB04
2D003DB05
2D003FA02
2D015HA03
2D015HB03
2D015HB04
2D015HB05
5H301CC03
5H301CC06
5H301CC08
5H301GG07
5H301GG08
5H301GG14
5H301GG17
5H301JJ08
(57)【要約】
【課題】自律運転により、限られた走行距離で、積込位置まで移動可能なホイールローダを提供する。
【解決手段】ホイールローダは、フロントボディとリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、リフトアーム及びバケットを有する作業装置と、車体を走行させる走行装置と、車体を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置と、走行装置及びステアリング装置の動作を制御する制御装置とを備える。制御装置は、車体の前方にある積込対象物と車体との相対位置を演算し、記憶装置に記憶された積込対象物の形状データと、演算された相対位置とに基づき、積込対象物から、左右一対の前輪間の中心である前輪間中心とバケットの先端部との間の距離よりも離れた位置に経由地点を設定し、走行装置及びステアリング装置の動作を制御して、設定された経由地点に前輪間中心を一致させる。
【選択図】図１０
【解決手段】ホイールローダは、フロントボディとリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、リフトアーム及びバケットを有する作業装置と、車体を走行させる走行装置と、車体を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置と、走行装置及びステアリング装置の動作を制御する制御装置とを備える。制御装置は、車体の前方にある積込対象物と車体との相対位置を演算し、記憶装置に記憶された積込対象物の形状データと、演算された相対位置とに基づき、積込対象物から、左右一対の前輪間の中心である前輪間中心とバケットの先端部との間の距離よりも離れた位置に経由地点を設定し、走行装置及びステアリング装置の動作を制御して、設定された経由地点に前輪間中心を一致させる。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
左右一対の前輪を有するフロントボディと左右一対の後輪を有するリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、
前記フロントボディに回動可能に設けられたリフトアーム、及び前記リフトアームに回動可能に設けられたバケットを有する作業装置と、
前記車体を走行させる走行装置と、
前記車体を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置と、
前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記作業装置により掘削した掘削物を積込対象物に積み込む作業を行うホイールローダにおいて、
前記積込対象物の形状データを記憶する記憶装置を備え、
前記制御装置は、
前記車体の前方にある前記積込対象物と前記車体との相対位置を演算し、
前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データと、演算された前記相対位置とに基づき、前記積込対象物から、前記左右一対の前輪間の中心である前輪間中心と前記バケットの先端部との間の距離よりも離れた位置に経由地点を設定し、
前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる
ことを特徴とするホイールローダ。
前記フロントボディに回動可能に設けられたリフトアーム、及び前記リフトアームに回動可能に設けられたバケットを有する作業装置と、
前記車体を走行させる走行装置と、
前記車体を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置と、
前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記作業装置により掘削した掘削物を積込対象物に積み込む作業を行うホイールローダにおいて、
前記積込対象物の形状データを記憶する記憶装置を備え、
前記制御装置は、
前記車体の前方にある前記積込対象物と前記車体との相対位置を演算し、
前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データと、演算された前記相対位置とに基づき、前記積込対象物から、前記左右一対の前輪間の中心である前輪間中心と前記バケットの先端部との間の距離よりも離れた位置に経由地点を設定し、
前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる
ことを特徴とするホイールローダ。
【請求項2】
請求項１に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置は、
前記積込対象物から延在する仮想直線上に前記経由地点を設定し、
設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた後、前記走行装置を停止させた状態で前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせ、
前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせた後、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディを前記仮想直線に沿って走行させる
ことを特徴とするホイールローダ。
前記制御装置は、
前記積込対象物から延在する仮想直線上に前記経由地点を設定し、
設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた後、前記走行装置を停止させた状態で前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせ、
前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせた後、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディを前記仮想直線に沿って走行させる
ことを特徴とするホイールローダ。
【請求項3】
請求項１に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置は、前記ホイールローダに設けられる物体検知センサの検出結果、あるいは前記ホイールローダの外部に設けられる物体検知センサの検出結果に基づいて、前記相対位置を演算する
ことを特徴とするホイールローダ。
前記制御装置は、前記ホイールローダに設けられる物体検知センサの検出結果、あるいは前記ホイールローダの外部に設けられる物体検知センサの検出結果に基づいて、前記相対位置を演算する
ことを特徴とするホイールローダ。
【請求項4】
請求項２に記載のホイールローダにおいて、
前記車体の屈曲角を検出する屈曲角センサと、
報知装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記屈曲角センサにより検出された前記車体の屈曲角、前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データ、及び、演算された前記積込対象物と前記車体との相対位置に基づいて、前記積込対象物への接近可能条件が成立したか否かを判定し、
前記接近可能条件が成立した場合には、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させるように、前記ステアリング装置及び前記走行装置を動作させ、
前記接近可能条件が成立しなかった場合には、前記報知装置を制御して、前記接近可能条件が成立しなかった旨を前記報知装置によって報知させ、
前記接近可能条件は、
前記ステアリング装置の動作及び前記走行装置による前進走行によって、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させることが可能であること、及び、
前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた状態で前記走行装置を停止させつつ前記ステアリング装置を動作させることにより前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能であることを含む
ことを特徴とするホイールローダ。
前記車体の屈曲角を検出する屈曲角センサと、
報知装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記屈曲角センサにより検出された前記車体の屈曲角、前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データ、及び、演算された前記積込対象物と前記車体との相対位置に基づいて、前記積込対象物への接近可能条件が成立したか否かを判定し、
前記接近可能条件が成立した場合には、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させるように、前記ステアリング装置及び前記走行装置を動作させ、
前記接近可能条件が成立しなかった場合には、前記報知装置を制御して、前記接近可能条件が成立しなかった旨を前記報知装置によって報知させ、
前記接近可能条件は、
前記ステアリング装置の動作及び前記走行装置による前進走行によって、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させることが可能であること、及び、
前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた状態で前記走行装置を停止させつつ前記ステアリング装置を動作させることにより前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能であることを含む
ことを特徴とするホイールローダ。
【請求項5】
請求項２に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置は、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる際の車速よりも、前記フロントボディを前記仮想直線に沿って走行させる際の車速を遅くする
ことを特徴とするホイールローダ。
前記制御装置は、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる際の車速よりも、前記フロントボディを前記仮想直線に沿って走行させる際の車速を遅くする
ことを特徴とするホイールローダ。
【請求項6】
請求項２に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置には、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態における前記仮想直線と前記フロントボディとのなす角と、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態から前記バケットを前記積込対象物に接触させることなく前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能な前記経由地点の位置との関係を規定するテーブルが予め記憶され、
前記制御装置は、
前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる前に、現在の前記車体の位置と、前記積込対象物の位置とに基づいて、仮定した経由地点である仮定地点に前記前輪間中心を位置させたときの前記なす角と前記仮定地点の位置との関係を演算し、
演算された前記なす角と前記仮定地点の位置との関係と、前記テーブルとに基づいて、前記経由地点を設定する
ことを特徴とするホイールローダ。
前記制御装置には、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態における前記仮想直線と前記フロントボディとのなす角と、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態から前記バケットを前記積込対象物に接触させることなく前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能な前記経由地点の位置との関係を規定するテーブルが予め記憶され、
前記制御装置は、
前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる前に、現在の前記車体の位置と、前記積込対象物の位置とに基づいて、仮定した経由地点である仮定地点に前記前輪間中心を位置させたときの前記なす角と前記仮定地点の位置との関係を演算し、
演算された前記なす角と前記仮定地点の位置との関係と、前記テーブルとに基づいて、前記経由地点を設定する
ことを特徴とするホイールローダ。
【請求項7】
請求項３に記載のホイールローダにおいて、
前記フロントボディと前記リアボディの屈曲中心から前記前輪間中心までの距離、前記屈曲中心から前記左右一対の後輪間の中心である後輪間中心までの距離、及び、前記物体検知センサの設置位置を入力情報として前記制御装置に入力する入力装置と、を備える
ことを特徴とするホイールローダ。
前記フロントボディと前記リアボディの屈曲中心から前記前輪間中心までの距離、前記屈曲中心から前記左右一対の後輪間の中心である後輪間中心までの距離、及び、前記物体検知センサの設置位置を入力情報として前記制御装置に入力する入力装置と、を備える
ことを特徴とするホイールローダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動で走行が可能なホイールローダに関する。
【背景技術】
【0002】
フロントボディとリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、車体に取り付けられた作業装置とを有するアーティキュレート式の作業車両であって、自動で走行を行うホイールローダが知られている。ホイールローダは、作業装置により土砂等を掘削し、掘削物をホッパ等の積込対象物の手前の積込位置まで運搬し、積込対象物であるホッパの上部開口に対して掘削物を放出する。ホイールローダが積込位置まで移動する過程において、作業装置が積込対象物に接触せずに、積込位置まで到達するようにホイールローダの各部の動作を制御する必要がある。
【0003】
特許文献１には、アーティキュレート式の作業車両（振動ローラ）の走行精度を維持しながら滑らかな自律走行を実現することを目的とした制御装置が提案されている。特許文献１には、「走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第１閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正する制御信号を出力し、前記第１閾値と同じまたは当該第１閾値よりも小さい値である第２閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、前記走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にするための制御信号を出力することを特徴とする自律走行用制御装置」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－２０４０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、ホイールローダは、狭い作業現場で作業を行う場合がある。狭い現場では、ホイールローダの方向転換、方向修正を行うためのスペースや移動距離が制限されるとともに、方向転換、方向修正により作業効率も低下する。また、車体と積込対象物との位置関係にずれが生じると方向修正のためのステアリング動作が発生し、車体と積込対象物との接触のリスクも高まる。そのため、極力車体の方向修正を伴わずに、車体を積込対象物に向けて移動できるようにすることが望ましく、狭い作業現場など、限られた走行距離で適切な積込位置に車体を移動させることのできるホイールローダが要望されている。特許文献１には、振動ローラによる転圧を行う際に、走行基準線からの車体の横方向のずれを修正する制御内容が開示されているが、積込対象物などの物体との接触を回避しつつ、所定の位置に車体を移動させる制御内容についての開示はない。
【0006】
本発明の目的は、自律運転により、限られた走行距離で、積込位置まで移動可能なホイールローダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様によるホイールローダは、左右一対の前輪を有するフロントボディと左右一対の後輪を有するリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、前記フロントボディに回動可能に設けられたリフトアーム、及び前記リフトアームに回動可能に設けられたバケットを有する作業装置と、前記車体を走行させる走行装置と、前記車体を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置と、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記作業装置により掘削した掘削物を積込対象物に積み込む作業を行うホイールローダにおいて、前記積込対象物の形状データを記憶する記憶装置を備え、前記制御装置は、前記車体の前方にある前記積込対象物と前記車体との相対位置を演算し、前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データと、演算された前記相対位置とに基づき、前記積込対象物から、前記左右一対の前輪間の中心である前輪間中心と前記バケットの先端部との間の距離よりも離れた位置に経由地点を設定し、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、自律運転により、限られた走行距離で、積込位置まで移動可能なホイールローダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るホイールローダについて説明する。
【0011】
＜第１実施形態＞
－ホイールローダの全体構成－
図１は、本発明の実施形態に係る自律運転可能なホイールローダ１の側面図である。図１に示すように、ホイールローダ（以下、車両とも記す）１は、アーティキュレート式の車体１６と、車体１６の前方に取り付けられた多関節型の作業装置１７と、を備える。車体１６は、左右一対の前輪４ａ（車輪４）を有するフロントボディ１１と、左右一対の後輪４ｂ（車輪４）を有するリアボディ１２と、を備える。フロントボディ１１とリアボディ１２は、センターピン１３により左右方向に屈曲可能に連結されている。
－ホイールローダの全体構成－
図１は、本発明の実施形態に係る自律運転可能なホイールローダ１の側面図である。図１に示すように、ホイールローダ（以下、車両とも記す）１は、アーティキュレート式の車体１６と、車体１６の前方に取り付けられた多関節型の作業装置１７と、を備える。車体１６は、左右一対の前輪４ａ（車輪４）を有するフロントボディ１１と、左右一対の後輪４ｂ（車輪４）を有するリアボディ１２と、を備える。フロントボディ１１とリアボディ１２は、センターピン１３により左右方向に屈曲可能に連結されている。
【0012】
ホイールローダ１は、センターピン１３を屈曲中心として車体１６を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置１９を備えている。ステアリング装置１９は、フロントボディ１１とリアボディ１２とを連結する左右一対の油圧シリンダ（以下、ステアリングシリンダとも記す）１４を有している。一対のステアリングシリンダ１４は、センターピン１３の左右両側に設けられる。リアボディ１２は、運転室５及びエンジン室６を有している。
【0013】
運転室５内には、ホイールローダ１の各部を制御する制御装置１００と、オペレータの操作に応じて制御装置１００に入力情報を入力する入力装置７６が設けられている。入力装置７６は、例えば、複数のスイッチを有するスイッチ装置である。なお、入力装置７６は、液晶ディスプレイ装置、有機ＥＬディスプレイ装置等の表示装置の表示画面に重ねて設けられるタッチセンサ装置であってもよい。
【0014】
運転室５内には、オペレータに対して警告等の情報を報知する報知装置７５が設けられている。報知装置７５は、例えば、画像によって警告を報知する液晶ディスプレイ装置等の表示装置、あるいは、音声によって警告を報知するスピーカ等の音出力装置である。
【0015】
作業装置１７は、フロントボディ１１に取り付けられる。作業装置１７は、フロントボディ１１に上下方向に回動可能に設けられたリフトアーム２と、リフトアーム２の先端部に上下方向に回動可能に設けられたバケット３と、リフトアーム２を駆動する油圧シリンダ（以下、アームシリンダとも記す）７と、バケット３を駆動する油圧シリンダ（以下、バケットシリンダとも記す）８と、を備えている。なお、リフトアーム２とアームシリンダ７はフロントボディ１１の左右に１つずつ設けられる。バケット３は、ベルクランク９及びバケットリンク１０を介してバケットシリンダ８の伸縮により回動し、これによってバケット３の向きが上下する。
【0016】
アームシリンダ７は、ボトム室に圧油が供給されると伸長してリフトアーム２を上方向に回動（リフト上げ）させ、ロッド室に圧油が供給されると縮退してリフトアーム２を下方向に回動（リフト下げ）させる。バケットシリンダ８は、ボトム室に圧油が供給されると伸長してバケット３を上方向に回動（チルト）させ、ロッド室に圧油が供給されると縮退してバケット３を下方向に回動（ダンプ）させる。
【0017】
ホイールローダ１は、左右一対のステアリングシリンダ１４の伸縮によりフロントボディ１１とリアボディ１２が相対的に回動することで操舵される。右側のステアリングシリンダ１４が縮退するとともに左側のステアリングシリンダ１４が伸長すると、車体１６は右側に屈曲する。左側のステアリングシリンダ１４が縮退するとともに右側のステアリングシリンダ１４が伸長すると、車体１６は左側に屈曲する。なお、本明細書において、屈曲角とは、センターピン１３回りの回転角に相当する。屈曲角は、屈曲していない状態、すなわちホイールローダ１が直進する姿勢である場合に０（ゼロ）°である。屈曲角は、車体１６が右側に屈曲している姿勢では正の値をとり、車体１６が左側に屈曲している姿勢では負の値をとるものとする。
【0018】
運転室５の上部には、車体１６の前方の物体を検知する物体検知センサ７３が取り付けられている。センターピン１３には、車体１６の屈曲角を検出する屈曲角センサ７２が取り付けられている。
【0019】
－ホイールローダのシステム構成－
図２は、ホイールローダ１のシステム構成図である。図２に示すように、ホイールローダ１は、車体１６を走行させる走行装置２８と、掘削作業を行う作業装置１７と、車体１６を操舵させるステアリング装置１９と、車体１６を制動させたり、停止した車体１６が動作することを抑制したりするブレーキ装置１８と、これらの装置の駆動源となるエンジン５０と、ホイールローダ１の各部を制御する制御装置１００と、エンジン５０に機械的に接続される油圧ポンプ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃと、を備える。なお、ブレーキ装置１８は、走行装置２８の一部を構成する。
図２は、ホイールローダ１のシステム構成図である。図２に示すように、ホイールローダ１は、車体１６を走行させる走行装置２８と、掘削作業を行う作業装置１７と、車体１６を操舵させるステアリング装置１９と、車体１６を制動させたり、停止した車体１６が動作することを抑制したりするブレーキ装置１８と、これらの装置の駆動源となるエンジン５０と、ホイールローダ１の各部を制御する制御装置１００と、エンジン５０に機械的に接続される油圧ポンプ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃと、を備える。なお、ブレーキ装置１８は、走行装置２８の一部を構成する。
【0020】
作業装置１７は、油圧ポンプ６０Ａから吐出される作動油によって駆動され、ブレーキ装置１８は、油圧ポンプ６０Ｂから吐出される作動油によって駆動され、ステアリング装置１９は、油圧ポンプ６０Ｃから吐出される作動油によって駆動される。
【0021】
ホイールローダ１は、作業装置１７の動作を制御するフロント制御部６１と、ブレーキ装置１８の動作を制御するブレーキ制御部６２と、ステアリング装置１９の動作を制御するステアリング制御部６３と、を備える。
【0022】
作業装置１７及び走行装置２８は、エンジン５０の動力によって、互いに独立して駆動される。エンジン５０は、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。ホイールローダ１は、エンジン５０の動作を制御するエンジン制御部６５を備えている。エンジン制御部６５は、エンジン回転速度センサにより検出される実際の回転速度を、制御装置１００によって演算された目標回転速度に近づけるように、燃料噴射量を制御する。
【0023】
アームシリンダ７及びバケットシリンダ８は、エンジン５０が出力するトルクによって回転する油圧ポンプ６０Ａから吐出される作動油（圧油）によって伸縮動作される。
【0024】
走行装置２８は、車輪４と、エンジン５０からの動力を車輪４に伝達する動力伝達装置と、を有する。動力伝達装置は、トルクコンバータ５１、トランスミッション５２、プロペラシャフト５３、デファレンシャル装置５４、アクスル５５等を含んで構成される。
【0025】
エンジン５０の出力軸にはトルクコンバータ５１の入力軸が連結され、トルクコンバータ５１の出力軸はトランスミッション５２に連結されている。トルクコンバータ５１は周知のインペラ、タービン、ステータからなる流体クラッチであり、エンジン５０の回転はトルクコンバータ５１を介してトランスミッション５２に伝達される。トランスミッション５２は、その速度段を１速～５速に切り換えるクラッチを有し、トルクコンバータ５１の出力軸の回転はトランスミッション５２で変速される。変速後の回転は、プロペラシャフト５３、デファレンシャル装置５４、アクスル５５を介して車輪４に伝達されて、ホイールローダ１が走行する。
【0026】
ホイールローダ１は、トランスミッション５２の動作を制御するトランスミッション制御部６４を備えている。トランスミッション制御部６４は、トランスミッション５２の１速～５速の各速度段に対応した電磁弁を有する。トランスミッション制御部６４は、制御装置１００からの制御信号に応じて電磁弁が動作することにより、トランスミッション５２を制御する。
【0027】
油圧ポンプ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃは、エンジン５０と機械的に接続されている。油圧ポンプ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃは、エンジン５０が出力するトルクによって駆動されて作動油を吐出する。
【0028】
油圧ポンプ６０Ａからアームシリンダ７及びバケットシリンダ８に供給される作動油は、フロント制御部６１によって、その圧力、流量及び流通方向が制御される。これにより、作業装置１７による掘削動作、積込動作が行われる。油圧ポンプ６０Ｂからブレーキシリンダ１８ａ及び駐車ブレーキシリンダ１８ｂに供給される作動油は、ブレーキ制御部６２によって、その圧力、流量及び流通方向が制御される。これにより、ブレーキ装置１８による車体１６の制動動作、停止保持動作が行われる。油圧ポンプ６０Ｃから左右一対のステアリングシリンダ１４に供給される作動油は、ステアリング制御部６３によって、その圧力、流量及び流通方向が制御される。これにより、ステアリング装置１９による車体１６の操舵が行われる。
【0029】
図２に示すように、ホイールローダ１は、自車両の位置を検出し、検出結果を表す信号を制御装置１００に出力する位置検出装置７１を備えている。位置検出装置７１は、例えば、複数のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球衛星測位システム）用のアンテナと、ＧＮＳＳアンテナで受信された複数の測位衛星からの衛星信号（ＧＮＳＳ電波）に基づき、グローバル座標系における車体１６の位置及び方位を演算する測位演算装置と、を有する。
【0030】
複数のＧＮＳＳアンテナは、例えば、リアボディ１２の運転室５に設けられる。この場合、位置検出装置７１は、リアボディ１２の基準点の位置（例えば、センターピン１３の位置）及びリアボディ１２の方位（向き）を演算する。
【0031】
なお、位置検出装置７１は、これに限らず、車輪４の回転速度を検出する車輪速センサ及びジャイロセンサを備えたものであってもよい。測位演算装置は、車輪速センサの検出結果に基づいてホイールローダ１の移動距離を演算し、ジャイロセンサの検出結果に基づいてホイールローダ１の移動方向を演算する。
【0032】
ホイールローダ１は、屈曲角センサ７２、及び車速センサ７４を備えている。屈曲角センサ７２は、例えば、センターピン１３に設けられるロータリーエンコーダであり、車体１６の屈曲角を検出し、検出結果を表す信号を制御装置１００に出力する。屈曲角は、車体１６の姿勢を表す物理量である。つまり、屈曲角センサ７２は、車体１６の姿勢を検出する姿勢センサとして機能する。なお、車体１６の屈曲角を検出する屈曲角センサ７２には、ステアリングシリンダ１４のストローク量を検出するストロークセンサを採用してもよい。この場合、制御装置１００は、ステアリングシリンダ１４のストローク量に基づいて、車体１６の屈曲角を演算する。
【0033】
車速センサ７４は、自車両の走行速度（以下、車速とも記す）を検出し、検出結果を表す信号を制御装置１００に出力する。
【0034】
ホイールローダ１により行われる作業の一例について説明する。ホイールローダ１は、掘削対象物である地山に向かって前進し、地山にバケット３を突入させ、バケット３及びリフトアーム２を動作させることにより、地山を掘削する掘削作業を行う。掘削作業の完了後、ホイールローダ１は、積込対象物に向かって走行し、積込対象物の手前の積込位置で停止する。そして、ホイールローダ１は、バケット３内の積荷（掘削物）を積込対象物に積み込む積込作業を行う。積込作業の完了後、ホイールローダ１は、再び掘削対象物に向かって走行する。
【0035】
制御装置１００は、作業現場における掘削位置と積込位置とに基づき走行経路を生成し、走行経路を規定する複数のノードを不揮発性メモリ１０２（図５参照）に記憶する。制御装置１００は、生成された走行経路に沿って車体１６が走行するように、走行装置２８及びステアリング装置１９を制御する。これにより、ホイールローダ１は、走行経路に沿って目標位置（掘削位置または積込位置）まで自動で走行する。また、掘削位置において制御装置１００が作業装置１７を制御することにより、作業装置１７による掘削作業が行われる。また、積込位置において制御装置１００が作業装置１７を制御することにより、作業装置１７による積込作業が行われる。
【0036】
－経路追従走行－
掘削作業の完了後、ホイールローダ１は自律運転による経路追従走行を行う。図３は、ホイールローダ１の経路追従走行を説明する図である。なお、本実施形態では、積込対象物がホッパ２０である例について説明する。図３に示すように、制御装置１００は、走行経路２２に沿って車体１６が走行するように、走行装置２８及びステアリング装置１９の動作を制御する。なお、以下では、走行経路２２に沿って車体１６を走行させるために、制御装置１００によって実行される制御のことを経路追従走行制御とも記す。
掘削作業の完了後、ホイールローダ１は自律運転による経路追従走行を行う。図３は、ホイールローダ１の経路追従走行を説明する図である。なお、本実施形態では、積込対象物がホッパ２０である例について説明する。図３に示すように、制御装置１００は、走行経路２２に沿って車体１６が走行するように、走行装置２８及びステアリング装置１９の動作を制御する。なお、以下では、走行経路２２に沿って車体１６を走行させるために、制御装置１００によって実行される制御のことを経路追従走行制御とも記す。
【0037】
走行経路２２は、不揮発性メモリ１０２（図５参照）に記憶されている複数のノード２３によって特定される。ノード２３は、走行経路２２上の座標を示すデータである。制御装置１００は、車体１６の基準点（例えば、前輪間中心４ａｃ）と走行経路２２との偏差が最小となるように車体１６を自律走行させてもよいし、車体１６の基準点（例えば、前輪間中心４ａｃ）がノード２３上を通過するように車体１６を自律走行させてもよい。
【0038】
制御装置１００は、位置検出装置７１により検出された車体１６の位置及び車体１６の方位と、車速センサ７４によって検出された車速と、屈曲角センサ７２によって検出された車体１６の屈曲角と、不揮発性メモリ１０２（図５参照）に記憶されているノード２３と、に基づいて目標車速及び目標屈曲角を含む制御目標を生成する。制御装置１００は、車速センサ７４により検出された車速が目標車速となるように走行装置２８を制御する。また、制御装置１００は、屈曲角センサ７２により検出された車体１６の屈曲角が目標屈曲角となるようにステアリング装置１９を制御する。
【0039】
目標位置を含む複数のノードは、例えば、グローバル座標系の座標で表される。なお、目標位置は、作業現場の所定の位置を原点とする現場座標系の座標で表されることとしてもよい。基準方位は、例えば、真北に設定される。グローバル座標系と現場座標系は、座標変換が可能である。また、位置検出装置７１により検出されたリアボディ１２の方位は、屈曲角センサ７２により検出された車体１６の屈曲角を用いて、フロントボディ１１の方位に変換可能である。
【0040】
－接近動作－
経路追従走行の完了後、ホイールローダ１は自律運転によるホッパ２０への接近動作を行う。図４を参照して、ホイールローダ１のホッパ２０への接近動作を説明する。接近動作は、経路追従走行の完了後に実行される位置合わせ動作と、位置合わせ動作の完了後に実行される方位合わせ動作と、方位合わせ動作の完了後に実行されるフロント直進動作とを含む。図４は、経路追従走行完了時、位置合わせ動作完了時、方位合わせ動作完了時、及びフロント直進動作完了時のそれぞれでのホイールローダ１とホッパ２０との位置関係を示す平面模式図である。
経路追従走行の完了後、ホイールローダ１は自律運転によるホッパ２０への接近動作を行う。図４を参照して、ホイールローダ１のホッパ２０への接近動作を説明する。接近動作は、経路追従走行の完了後に実行される位置合わせ動作と、位置合わせ動作の完了後に実行される方位合わせ動作と、方位合わせ動作の完了後に実行されるフロント直進動作とを含む。図４は、経路追従走行完了時、位置合わせ動作完了時、方位合わせ動作完了時、及びフロント直進動作完了時のそれぞれでのホイールローダ１とホッパ２０との位置関係を示す平面模式図である。
【0041】
ホッパ２０には、図示しない隣接のホッパに積荷が混入しないように側壁２０ａが設けられる。例えば、ホッパ２０は、上面が開口された矩形箱状に形成され、矩形状の底板と、底板の４辺のそれぞれから立ち上がる４つの側壁２０ａと、を有する。ホイールローダ１の積込作業時に、ホイールローダ１に正対する側壁２０ａを前側壁２０ａｆと記す。ホイールローダ１は、ホッパ２０の側壁２０ａに接触することなく、積込位置Ｐ２まで移動し、積込作業を行う必要がある。
【0042】
ホイールローダ１はアーティキュレート式の車両であるため、車体１６が操舵されるとセンターピン１３を中心にして車体１６が屈曲する。走行停止状態で車体１６が操舵され、車体１６が屈曲する場合、前輪間中心４ａｃの位置と後輪間中心４ｂｃの位置はほとんど移動せずに、センターピン１３の位置が左右方向に大きく移動する。
【0043】
前輪間中心４ａｃとは、左右一対の前輪４ａ間の中心、すなわち左側の前輪４ａの中心と右側の前輪４ａの中心とを結ぶ線分の中点のことを指す。また、後輪間中心４ｂｃとは、左右一対の後輪４ｂ間の中心、すなわち左側の後輪４ｂの中心と右側の後輪４ｂの中心とを結ぶ線分の中点のことを指す。
【0044】
－位置合わせ動作－
図４（ａ）は、経路追従走行制御によるホイールローダ１の経路追従走行が完了した時点のホイールローダ１とホッパ２０との位置関係について示している。経路追従走行制御において、制御装置１００は、走行経路２２の終端を規定するノード（最終ノードとも記す）２３ａ（図３参照）を停止目標地点として、車体１６を減速させ、停止させる。最終ノード２３ａは、ホッパ２０への積込位置の手前に設定される。
図４（ａ）は、経路追従走行制御によるホイールローダ１の経路追従走行が完了した時点のホイールローダ１とホッパ２０との位置関係について示している。経路追従走行制御において、制御装置１００は、走行経路２２の終端を規定するノード（最終ノードとも記す）２３ａ（図３参照）を停止目標地点として、車体１６を減速させ、停止させる。最終ノード２３ａは、ホッパ２０への積込位置の手前に設定される。
【0045】
制御装置１００は、経路追従走行の完了条件が成立した場合には、経路追従走行制御を終了し、車体１６をホッパ２０に接近させる接近動作制御を実行する。例えば、制御装置１００は、最終ノード２３ａとホイールローダ１の基準点（例えば、前輪間中心４ａｃ）との間の距離が、予め定められた距離閾値以下となり、かつ、車体１６が停止状態となった場合に、経路追従走行の完了条件が成立したと判定する。
【0046】
接近動作制御には、位置合わせ制御、方位合わせ制御、及びフロント直進制御が含まれる。図４（ａ）に示すように、経路追従走行の完了条件が成立すると、制御装置１００は、接近動作制御における位置合わせ制御を実行する。
【0047】
位置合わせ制御において、制御装置１００は、車体１６の前方にあるホッパ２０と車体１６との相対位置を演算する。ホッパ２０と車体１６の相対位置には、ホッパ２０と車体１６の相対距離ｘ１が含まれる。制御装置１００は、不揮発性メモリ１０２（図５参照）に記憶されたホッパ２０の形状データと、演算されたホッパ２０と車体１６の相対位置とに基づき、ホッパ２０から、前輪間中心４ａｃとバケット３の先端部との間の距離ｘ０よりも離れた位置に経由地点（目標地点）Ｐ１を設定する。ホッパ２０の形状データには、ホッパ２０の角部などの特徴点の位置が含まれる。制御装置１００は、物体検知センサ７３の検出結果に基づき、ホッパ２０の複数の特徴点を抽出し、抽出した複数の特徴点をホッパ２０の形状データとして不揮発性メモリ１０２（図５参照）に記憶する。
【0048】
経由地点Ｐ１は、ホッパ２０から延在する仮想直線上に設定される。本実施形態では、経由地点Ｐ１が設定される仮想直線は、ホッパ２０の長手方向を二分するホッパ２０の中心線ＣＬである。
【0049】
制御装置１００は、エンジン５０、走行装置２８及びステアリング装置１９の動作を制御して、設定された経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させる。
【0050】
－方位合わせ動作－
図４（ｂ）は、位置合わせ制御によるホイールローダ１の位置合わせ動作が完了した時点のホイールローダ１とホッパ２０との位置関係について示している。制御装置１００は、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させて位置合わせ動作が完了すると、位置合わせ制御を終了し、方位合わせ制御を実行する。方位合わせ制御において、制御装置１００は、走行装置２８を停止させた状態でステアリング装置１９の動作を制御して、フロントボディ１１の向き（方位）をホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせる。方位合わせ動作により、フロントボディ１１の前後方向に延在するフロントボディ１１の中心線が、ホッパ２０の中心線ＣＬに平行になる。また、フロントボディ１１がホッパ２０の前側壁２０ａｆと正対する。
図４（ｂ）は、位置合わせ制御によるホイールローダ１の位置合わせ動作が完了した時点のホイールローダ１とホッパ２０との位置関係について示している。制御装置１００は、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させて位置合わせ動作が完了すると、位置合わせ制御を終了し、方位合わせ制御を実行する。方位合わせ制御において、制御装置１００は、走行装置２８を停止させた状態でステアリング装置１９の動作を制御して、フロントボディ１１の向き（方位）をホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせる。方位合わせ動作により、フロントボディ１１の前後方向に延在するフロントボディ１１の中心線が、ホッパ２０の中心線ＣＬに平行になる。また、フロントボディ１１がホッパ２０の前側壁２０ａｆと正対する。
【0051】
－フロント直進動作－
図４（ｃ）は、方位合わせ制御によるホイールローダ１の方位合わせ動作が完了した時点のホイールローダ１とホッパ２０との位置関係について示している。制御装置１００は、フロントボディ１１の向きをホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせて方位合わせ動作が完了すると、方位合わせ制御を終了し、フロント直進制御を実行する。
図４（ｃ）は、方位合わせ制御によるホイールローダ１の方位合わせ動作が完了した時点のホイールローダ１とホッパ２０との位置関係について示している。制御装置１００は、フロントボディ１１の向きをホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせて方位合わせ動作が完了すると、方位合わせ制御を終了し、フロント直進制御を実行する。
【0052】
フロント直進制御において、制御装置１００は、エンジン５０、走行装置２８及びステアリング装置１９の動作を制御して、フロントボディ１１をホッパ２０の中心線ＣＬに沿って走行させる。前進走行中、フロントボディ１１の方位は維持され、屈曲角の大きさ（絶対値）は徐々に小さくなる。また、フロント直進制御において、制御装置１００は、フロントボディ１１を直進させつつリフトアーム２の上げ動作を行うことにより、バケット３をホッパ２０に干渉させることなく、バケット３をホッパ２０の上方に配置させる。制御装置１００は、積込位置Ｐ２に前輪間中心４ａｃを一致させ、車体１６を停止させる。
【0053】
－積込動作－
図４（ｄ）は、フロント直進制御によるホイールローダ１のフロント直進動作が完了した時点のホイールローダ１とホッパ２０との位置関係について示している。制御装置１００は、前輪間中心４ａｃを積込位置に一致させてフロント直進動作が完了すると、フロント直進制御を終了する。つまり、制御装置１００は、接近動作制御を終了する。なお、接近動作が完了すると、制御装置１００は、積込制御を実行する。積込制御において、制御装置１００は、バケット３のダンプ動作を行ってバケット３内の掘削物をホッパ２０内に放出する。
図４（ｄ）は、フロント直進制御によるホイールローダ１のフロント直進動作が完了した時点のホイールローダ１とホッパ２０との位置関係について示している。制御装置１００は、前輪間中心４ａｃを積込位置に一致させてフロント直進動作が完了すると、フロント直進制御を終了する。つまり、制御装置１００は、接近動作制御を終了する。なお、接近動作が完了すると、制御装置１００は、積込制御を実行する。積込制御において、制御装置１００は、バケット３のダンプ動作を行ってバケット３内の掘削物をホッパ２０内に放出する。
【0054】
以上のとおり、制御装置１００は、経路追従走行の完了後、経由地点Ｐ１を経由して積込位置Ｐ２までホイールローダ１を移動させるための接近動作制御を実行する。この接近動作制御の詳細については後述する。
【0055】
－制御装置のハードウェア構成－
図５は、制御装置１００のハードウェア構成を示す図である。図５に示すように、制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の処理装置１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリ１０２、所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ１０３、入力インタフェース１０４、出力インタフェース１０５、及び、その他の周辺回路を備えたコンピュータで構成される。なお、制御装置１００は、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。また、処理装置１０１としては、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを採用してもよい。
図５は、制御装置１００のハードウェア構成を示す図である。図５に示すように、制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の処理装置１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリ１０２、所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ１０３、入力インタフェース１０４、出力インタフェース１０５、及び、その他の周辺回路を備えたコンピュータで構成される。なお、制御装置１００は、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。また、処理装置１０１としては、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを採用してもよい。
【0056】
不揮発性メモリ１０２には、各種演算が実行可能なプログラム、及び各種演算に用いられる閾値等のデータが格納されている。すなわち、不揮発性メモリ１０２は、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶装置（記憶媒体）である。処理装置１０１は、不揮発性メモリ１０２に記憶されたプログラムを揮発性メモリ１０３に展開して演算処理を実行する演算処理装置である。処理装置１０１は、プログラムに従って入力インタフェース１０４、不揮発性メモリ１０２及び揮発性メモリ１０３から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。
【0057】
入力インタフェース１０４は、位置検出装置７１、屈曲角センサ７２、物体検知センサ７３、車速センサ７４、及び入力装置７６から入力された信号を処理装置１０１で演算可能なデータに変換する。また、出力インタフェース１０５は、処理装置１０１での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を油圧機器（油圧ポンプ、油圧アクチュエータ）の動作を制御する電磁弁、報知装置７５等に出力する。
【0058】
物体検知センサ７３は、例えば、ＬｉＤＡＲである。なお、ＬｉＤＡＲに代えて、ミリ波レーダ、レーザレーダ、ステレオカメラ等を物体検知センサ７３として採用してもよい。
【0059】
－制御装置の機能－
図６は、制御装置１００の機能ブロック図である。制御装置１００は、不揮発性メモリ１０２に記憶されているプログラムを実行することにより、車輪間中心演算部３３、ホッパ位置演算部３４、バケット位置演算部３５、経由地点演算部３７、相対位置演算部３８、位置合わせ完了判定部４０、方位合わせ完了判定部４１、フロント直進完了判定部４２、目標値演算部４３、及び車両制御部４４として機能する。
図６は、制御装置１００の機能ブロック図である。制御装置１００は、不揮発性メモリ１０２に記憶されているプログラムを実行することにより、車輪間中心演算部３３、ホッパ位置演算部３４、バケット位置演算部３５、経由地点演算部３７、相対位置演算部３８、位置合わせ完了判定部４０、方位合わせ完了判定部４１、フロント直進完了判定部４２、目標値演算部４３、及び車両制御部４４として機能する。
【0060】
－位置演算部－
車輪間中心演算部３３、ホッパ位置演算部３４、及びバケット位置演算部３５は、ホイールローダ１の各部の位置を演算する位置演算部３１として機能する。
車輪間中心演算部３３、ホッパ位置演算部３４、及びバケット位置演算部３５は、ホイールローダ１の各部の位置を演算する位置演算部３１として機能する。
【0061】
車輪間中心演算部３３は、屈曲角センサ７２の検出結果、物体検知センサ７３の検出結果、及び入力装置７６からの入力情報（入力データ）に基づき、前輪間中心４ａｃの位置、及び後輪間中心４ｂｃの位置を演算する。前輪間中心４ａｃの位置は、例えば、センターピン１３に対する前輪間中心４ａｃの相対位置である。後輪間中心４ｂｃの位置は、例えば、センターピン１３に対する後輪間中心４ｂｃの相対位置である。
【0062】
入力装置７６は、オペレータの操作に応じて、センターピン１３と前輪間中心４ａｃの相対位置の情報として屈曲中心から前輪間中心４ａｃまでの距離、センターピン１３と後輪間中心４ｂｃの相対位置の情報として屈曲中心から後輪間中心４ｂｃまでの距離、センターピン１３と物体検知センサ７３の相対位置の情報として物体検知センサ７３の取付位置（設置位置）の位置座標を入力情報（入力データ）として制御装置１００に入力する。制御装置１００に入力された相対位置（入力情報）は、不揮発性メモリ１０２に記憶される。入力装置７６による相対位置の入力作業は、製造時（出荷時）、及び、経年劣化に起因して各部の位置にずれが生じた際に行われる。
【0063】
ホッパ位置演算部３４は、物体検知センサ７３の検出結果、及び入力装置７６からの入力情報に基づき、ホッパ２０の特徴点を抽出し、抽出したホッパ２０の特徴点の位置を演算する。ホッパ２０の特徴点の位置は、車体１６の基準点（例えば、センターピン１３、前輪間中心４ａｃ）に対する相対位置である。ホッパ２０の特徴点は、例えば、前側壁２０ａｆとホッパ２０の中心線ＣＬとの交差点（ホッパ２０の入口位置）、及びホッパ２０の上面開口部における四隅などである。
【0064】
バケット位置演算部３５は、物体検知センサ７３の検出結果、及び入力装置７６からの入力情報に基づき、バケット３の特徴点を抽出し、抽出したバケット３の特徴点の位置を演算する。バケット３の特徴点の位置は、車体１６の基準点（例えば、センターピン１３、前輪間中心４ａｃ）に対する相対位置である。バケット３の特徴点は、例えば、バケット３の先端部（爪先）、及びバケット３の左右端部などである。
【0065】
－動作演算部－
経由地点演算部３７、相対位置演算部３８、位置合わせ完了判定部４０、方位合わせ完了判定部４１、フロント直進完了判定部４２、目標値演算部４３は、位置演算部３１の演算結果に基づいて、車体１６をホッパ２０にアプローチさせる際の手順に応じて車体１６の各部を動作させるための目標値を演算する動作演算部３２として機能する。
経由地点演算部３７、相対位置演算部３８、位置合わせ完了判定部４０、方位合わせ完了判定部４１、フロント直進完了判定部４２、目標値演算部４３は、位置演算部３１の演算結果に基づいて、車体１６をホッパ２０にアプローチさせる際の手順に応じて車体１６の各部を動作させるための目標値を演算する動作演算部３２として機能する。
【0066】
経由地点演算部３７は、車輪間中心演算部３３、ホッパ位置演算部３４、バケット位置演算部３５の演算結果を用いて、ホッパ２０へのアプローチが可能か否か（すなわちホッパ２０への接近可能条件が成立したか否か）の判定と、経路追従走行完了時の車体１６の位置（現在の位置）から積込位置Ｐ２に至る経路における最適な経由地点Ｐ１の演算を行う。
【0067】
経由地点演算部３７は、経由地点Ｐ１の演算に先立って、経路追従走行が完了した状態において、ホッパ２０への接近可能条件が成立したか否かを判定する。ホッパ２０への接近可能条件は、以下の（条件１）及び（条件２）を含む。
（条件１）ステアリング装置１９の動作及び走行装置２８による前進走行によって、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させることが可能であること。
（条件２）経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させた状態で走行装置２８を停止させつつステアリング装置１９を動作させることによりフロントボディ１１の向きをホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせることが可能であること。
（条件１）ステアリング装置１９の動作及び走行装置２８による前進走行によって、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させることが可能であること。
（条件２）経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させた状態で走行装置２８を停止させつつステアリング装置１９を動作させることによりフロントボディ１１の向きをホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせることが可能であること。
【0068】
経由地点演算部３７は、（条件１）及び（条件２）の双方が満たされた場合に、ホッパ２０への接近可能条件が成立したと判定し、（条件１）及び（条件２）の少なくとも一方が満たされていない場合には、ホッパ２０への接近可能条件は成立していないと判定する。
【0069】
このように、経由地点演算部３７は、フロントボディ１１の経由地点Ｐ１への位置合わせが可能であり、かつ、ホッパ２０の中心線ＣＬに対するフロントボディ１１の方位合わせが可能であるか否かを判定する。
【0070】
図７～図９を参照して、経由地点Ｐ１の演算方法及び接近可能条件が成立したか否かの判定方法について詳しく説明する。図７は、位置合わせ動作が完了した状態のホイールローダ１の停車位置及び姿勢の一例を示す平面模式図である。図７には、位置合わせが完了した状態から方位合わせが可能な前輪間中心４ａｃ、センターピン１３及び後輪間中心４ｂｃが取りうる範囲（以下、方位合わせ可能領域とも記す）Ａ０が図示されている。方位合わせ可能領域Ａ０は、略五角形である。
【0071】
方位合わせ可能領域Ａ０は、点Ａ１と点Ａ２とを結ぶ線分Ａ１Ａ２、点Ａ２と点Ａ３とを結ぶ線分Ａ２Ａ３、点Ａ１と点Ａ５とを結ぶ線分Ａ１Ａ５、点Ａ５と点Ａ４とを結ぶ線分Ａ５Ａ４、及び、点Ａ３と点Ａ４とを結ぶ円弧Ａ３Ａ４により囲まれる領域である。点Ａ１は、経由地点Ｐ１に一致している前輪間中心４ａｃの位置に相当する。点Ａ２及び点Ａ５は、ホイールローダ１の屈曲角αが最大屈曲角αｍａｘのときのセンターピン１３の位置に相当する。点Ａ３及び点Ａ４は、ホイールローダ１の屈曲角αが最大屈曲角αｍａｘのときの後輪間中心４ｂｃの位置に相当する。
【0072】
なお、円弧Ａ３Ａ４は、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃが位置し、かつ、センターピン１３がホッパ２０の中心線ＣＬ上に位置している場合に、後輪間中心４ｂｃのとりうる点の集合に相当する。線分Ａ１Ａ２及び線分Ａ１Ａ５の長さは、前輪間中心４ａｃからセンターピン１３までの長さに相当する。線分Ａ２Ａ３及び線分Ａ５Ａ４の長さ、並びに円弧Ａ３Ａ４の半径は、センターピン１３から後輪間中心４ｂｃまでの長さに相当する。
【0073】
点Ａ２及び点Ａ３は、車体１６が左方向に最大で屈曲されたときのセンターピン１３及び後輪間中心４ｂｃの位置であり、点Ａ５及び点Ａ４は、車体１６が右方向に最大で屈曲されたときのセンターピン１３及び後輪間中心４ｂｃの位置である。図７に示す方位合わせ可能領域Ａ０は、ホッパ２０に対してセンターピン１３が右側にある場合と左側にある場合の双方を考慮した領域として図示されている。このため、方位合わせ可能領域Ａ０は、ホッパ２０の中心線ＣＬを対称軸とする線対称形状を呈している。
【0074】
点Ａ１は経由地点Ｐ１上にあり、線分Ａ２Ａ３及び線分Ａ５Ａ４はホッパ２０の中心線ＣＬに平行である。また、方位合わせ可能領域Ａ０の点Ａ２及び点Ａ５における外角は、それぞれ車体１６の最大屈曲角αｍａｘと等しい。前述のとおり、停止した状態で車体１６を屈曲させると、前輪間中心４ａｃ及び後輪間中心４ｂｃの位置はほぼ変化せず、センターピン１３の位置が左右に動く。例えば、前輪間中心４ａｃ、センターピン１３、及び後輪間中心４ｂｃがそれぞれ点Ａ１，Ａ２，Ａ３にある場合のセンターピン１３の位置の変化は以下のとおりである。車体１６が左側に最大屈曲している状態から、車体１６を右側に最大屈曲させると、センターピン１３がホッパ２０の中心線ＣＬ上に位置する（点Ａ２´参照）。その結果、フロントボディ１１の中心線とホッパ２０の中心線ＣＬとが平行になり、フロントボディ１１とホッパ２０の前側壁２０ａｆとが正対する。
【0075】
図７では、点Ａ１，Ａ２，Ａ３に前輪間中心４ａｃ、センターピン１３、及び後輪間中心４ｂｃが位置していたホイールローダ１の方位合わせ動作が完了したときの前輪間中心４ａｃ、センターピン１３、及び後輪間中心４ｂｃを結ぶ線分を破線で示している。図示しないが、同様に点Ａ１，Ａ５，Ａ４に前輪間中心４ａｃ、センターピン１３、及び後輪間中心４ｂｃが位置している場合には、左側に車体１６を最大屈曲させることにより、センターピン１３をホッパ２０の中心線ＣＬ上に位置させることができる。
【0076】
これに対して、方位合わせ可能領域Ａ０の外側にセンターピン１３が位置している状態では、車体１６をどのように屈曲したとしても、センターピン１３をホッパ２０の中心線ＣＬ上に位置させることができない。つまり、フロントボディ１１の中心線をホッパ２０の中心線ＣＬに平行にすることができない。
【0077】
以上のとおり、方位合わせ可能領域Ａ０は、位置合わせ動作の完了後、フロントボディ１１の向き（方位）をホッパ２０の中心線ＣＬに平行な方向に合わせること、すなわち方位合わせが可能な車体１６の停車位置及び姿勢の限界を示している。言い換えると、位置合わせ動作が完了して前輪間中心４ａｃが点Ａ１に位置しているときに、点Ａ２と点Ａ３とを通る直線と点Ａ５と点Ａ４とを通る直線との間に後輪間中心４ｂｃが位置し、かつ、ホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１の中心線とのなす角θが最大屈曲角以下であれば、その後、方位合わせが可能であるといえる。なお、フロントボディ１１の中心線は、車体１６の屈曲中心（センターピン１３）及び前輪間中心４ａｃを通る仮想直線である。
【0078】
図８を参照して、経路追従走行が完了した状態において、ホッパ２０への接近可能条件が成立したか否かを判定する方法の一例を説明する。図８には、経路追従走行が完了したホイールローダ１が模式的に示されている。また、図８には、経路追従走行が完了した状態において、経由地点Ｐ１を仮定した場合の方位合わせ可能領域Ａ０が示されている。
【0079】
経路追従走行が完了した後、ホイールローダ１の前輪間中心４ａｃを仮定した経由地点Ｐ１である仮定地点（点Ａ１）に一致させるための走行経路は、仮定地点（点Ａ１）、前輪間中心４ａｃ、後輪間中心４ｂｃを通る円弧Ｃ１となる。ホイールローダ１は、アーティキュレート式の車両であるため、前輪間中心４ａｃ及び後輪間中心４ｂｃが円弧Ｃ１上を通る。このため、「円弧Ｃ１の半径が車両の最小旋回半径以上であること」が位置合わせを可能とする条件となり、「円弧Ｃ１が円弧Ａ３Ａ４と交わること」が方位合わせを可能とする条件となる。
【0080】
つまり、円弧Ｃ１の半径が車両の最小旋回半径以上である場合には（条件１）が満たされ、円弧Ｃ１の半径が車両の最小旋回半径未満である場合には（条件１）が満たされない。また、円弧Ｃ１が円弧Ａ３Ａ４と交わる場合には（条件２）が満たされ、円弧Ｃ１が円弧Ａ３Ａ４と交わらない場合には（条件２）が満たされない。
【0081】
図９を参照して、経由地点Ｐ１の設定方法の一例を説明する。図９のグラフの横軸は、位置合わせ完了状態でのホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θを表す。また、図９のグラフの縦軸は、ホッパ２０から経由地点Ｐ１までの距離ｘ、すなわち中心線ＣＬ上におけるホッパ２０の前側壁２０ａｆから経由地点Ｐ１までの長さを表す。
【0082】
図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、経由地点Ｐ１は、方位合わせ動作においてバケット３の右先端ＢＲ及び左先端ＢＬがホッパ２０に接触しないように、設定する必要がある。方位合わせ動作においてバケット３がホッパ２０に接触しない経由地点Ｐ１とホッパ２０との最短距離は、バケット３の位置と、位置合わせ動作が完了した状態でのなす角θとによって変化する。なお、バケット３の右先端ＢＲ及び左先端ＢＬの位置は、バケット３の高さによって変化する。
【0083】
図９に示す接触防止特性曲線アは、バケット３の位置が一定の場合において、方位合わせ動作によりバケット３がホッパ２０に接触しない経由地点Ｐ１の位置（ホッパ２０から経由地点Ｐ１までの距離）と、ホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θの関係を示している。なお、バケット３の位置とは、平面視した場合のセンターピン１３に対するバケット３の相対位置である。図中、接触防止特性曲線アよりも上側の領域であれば、方位合わせ動作において、ホッパ２０とバケット３とは接触しない。接触防止特性曲線アのテーブルは、バケット３の位置ごとに予め演算され、不揮発性メモリ１０２に記録されている。なお、接触防止特性曲線アにより規定される距離ｘの最小値は、少なくとも前輪間中心４ａｃとバケット３の先端部との間の距離ｘ０よりも大きい値が設定される。
【0084】
ここで、上述したように、経路追従走行が完了した状態において、前輪間中心４ａｃ、後輪間中心４ｂｃ、仮定した経由地点Ｐ１である仮定地点に基づいて、仮定地点に至る走行経路（図８の円弧Ｃ１参照）を決定することができる。この走行経路（円弧Ｃ１）の仮定地点（経由地点Ｐ１）における接線の方向が、経路追従走行が完了した状態におけるフロントボディ１１の向きに相当する。このため、走行経路（円弧Ｃ１）を求めることにより、ホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１の中心線とのなす角θを求めることができる。
【0085】
このように、経由地点Ｐ１を仮定すれば、ホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θを求めることができる。したがって、経路追従走行が完了したときの初期位置において前輪間中心４ａｃ及び後輪間中心４ｂｃの位置が定まると、ホッパ２０から仮定地点（経由地点Ｐ１）までの距離ｘと、ホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θの関係は一意に決まる。
【0086】
経由地点演算部３７は、経路追従走行完了時点の位置（初期位置）において、前輪間中心４ａｃ及び後輪間中心４ｂｃ、ホッパ２０の位置及びホッパ２０の中心線ＣＬに基づいて、ホッパ２０から仮定した経由地点Ｐ１（仮定地点）までの距離ｘ、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃが一致したときのホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θとの関係を規定する許容屈曲角線を演算する。
【0087】
図９に示す線イ、ウは、許容屈曲角線の一例を示している。なお、なす角θは最大屈曲角以下であるため、線イ及び線ウは、なす角θが最大屈曲角となる位置までの線となる。
【0088】
線イは線アと点エで交差する。点エは、ホッパ２０とバケット３が接触することなく、位置合わせ及び方位合わせが可能な距離ｘの最小値を示している。これに対して、線ウは線アと交差する点を持たない。このため、経路追従走行が完了した状態から、ホッパ２０とバケット３が接触しないように位置合わせ動作及び方位合わせ動作が可能な経由地点Ｐ１を設定することはできない。
【0089】
経由地点演算部３７は、経路追従走行が完了すると、複数の接触防止特性曲線（図９の線ア参照）の中から現在のバケット３の位置に対応する接触防止特性曲線を読み出す。経由地点演算部３７は、現在の前輪間中心４ａｃ、後輪間中心４ｂｃ及びホッパ２０の位置に基づいて、許容屈曲角線（図９の線イ、ウ参照）を演算する。
【0090】
経由地点演算部３７は、読み出した接触防止特性曲線と、演算された許容屈曲角線とに基づいて、接近可能条件が成立したか否かを判定する。接触防止特性曲線と、許容屈曲角線とが交差する場合、経由地点演算部３７は、接近可能条件が成立したと判定し、その交差点における距離ｘに基づき、経由地点Ｐ１の位置を設定する。
【0091】
接触防止特性曲線と、許容屈曲角線とが交差しない場合、経由地点演算部３７は、接近可能条件が成立していないと判定する。接近可能条件が成立しなかった場合には、経由地点演算部３７は、報知装置７５を制御して、報知装置７５によって警告をオペレータに報知する。警告は、接近可能条件が成立しなかった旨をオペレータに知らせるためのものである。警告には、現在の位置では適切な積込位置への移動ができないことをオペレータに知らせるための情報と、オペレータの補助を要請するための情報とが含まれる。
【0092】
図６に示す目標値演算部４３は、経由地点演算部３７により経由地点Ｐ１が設定されると、車両制御部４４と協働して、前輪間中心４ａｃを経由地点Ｐ１に一致させるための位置合わせ制御を実行する。
【0093】
相対位置演算部３８は、車輪間中心演算部３３、ホッパ位置演算部３４、バケット位置演算部３５の演算結果に基づき、ホッパ２０、バケット３、前輪間中心４ａｃの相対位置（相対距離及び相対角度）の演算を行う。また、相対位置演算部３８は、ホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θを演算する。さらに、相対位置演算部３８は、バケット３の掘削物をホッパ２０に放出する位置（放出位置）を演算する。放出位置は、バケット３の制御点の目標位置に相当する。バケット３の制御点は、バケット３の任意の位置に設定可能であり、例えば、リフトアーム２とバケット３とを連結するバケットピンの位置に設定される。
【0094】
位置合わせ完了判定部４０は、経由地点演算部３７により経由地点Ｐ１の位置が演算された場合、経由地点演算部３７の演算結果及び相対位置演算部３８の演算結果に基づき、位置合わせ動作の完了条件が成立しているか否かを判定する。位置合わせ完了判定部４０は、例えば、経由地点演算部３７により演算された経由地点Ｐ１の位置に前輪間中心４ａｃの位置が一致している場合に、位置合わせ動作の完了条件が成立していると判定する。
【0095】
位置合わせ完了判定部４０は、経由地点Ｐ１の位置から所定の範囲内に、前輪間中心４ａｃが位置している場合には、経由地点Ｐ１の位置に前輪間中心４ａｃの位置が一致していると判定する。より具体的には、位置合わせ完了判定部４０は、経由地点Ｐ１から前輪間中心４ａｃまでの距離ｙを演算する。位置合わせ完了判定部４０は、演算された距離ｙが予め定めた距離閾値ｙ０以下である場合には、経由地点Ｐ１の位置に前輪間中心４ａｃの位置が一致しており、位置合わせ動作の完了条件が成立していると判定する。位置合わせ完了判定部４０は、演算された距離ｙが距離閾値ｙ０よりも大きい場合には、経由地点Ｐ１の位置に前輪間中心４ａｃの位置が一致しておらず、位置合わせ動作の完了条件は成立していないと判定する。
【0096】
位置合わせ動作の完了条件が成立していると判定されると、位置合わせ完了判定部４０は、位置合わせ動作の完了信号を目標値演算部４３及び方位合わせ完了判定部４１に出力する。位置合わせ動作の完了信号を取得した目標値演算部４３は、位置合わせ制御を完了し、車両制御部４４と協働して方位合わせ制御を開始する。
【0097】
方位合わせ完了判定部４１は、位置合わせ動作の完了信号を取得すると、相対位置演算部３８の演算結果に基づき、方位合わせ動作の完了条件が成立しているか否かを判定する。方位合わせ完了判定部４１は、例えば、相対位置演算部３８により演算されたホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θが角度閾値θ０以下である場合に、方位合わせ動作の完了条件が成立していると判定する。方位合わせ完了判定部４１は、なす角θが予め定めた角度閾値θ０よりも大きい場合には、方位合わせ動作の完了条件は成立していないと判定する。
【0098】
方位合わせ動作の完了条件が成立していると判定されると、方位合わせ完了判定部４１は、方位合わせ動作の完了信号を目標値演算部４３及びフロント直進完了判定部４２に出力する。方位合わせ動作の完了信号を取得した目標値演算部４３は、方位合わせ制御を完了し、車両制御部４４と協働して、フロント直進制御を開始する。
【0099】
フロント直進完了判定部４２は、方位合わせ動作の完了信号を取得すると、相対位置演算部３８の演算結果に基づき、フロント直進動作の完了条件が成立したか否かを判定する。フロント直進完了判定部４２は、例えば、ホッパ２０の上方にバケット３が位置している場合に、フロント直進動作の完了条件が成立していると判定する。
【0100】
フロント直進完了判定部４２は、ホッパ２０に対する放出位置の所定の範囲内に、バケット３の制御点が位置している場合には、フロント直進動作の完了条件が成立したと判定する。より具体的には、フロント直進完了判定部４２は、放出位置からバケット３の制御点までの距離ｚを演算する。フロント直進完了判定部４２は、演算された距離ｚが予め定めた距離閾値ｚ０以下である場合には、ホッパ２０の上方にバケット３が位置しており、フロント直進動作の完了条件が成立したと判定する。フロント直進完了判定部４２は、演算された距離ｚが距離閾値ｚ０よりも大きい場合には、ホッパ２０の上方にバケット３が位置していないため、フロント直進動作の完了条件は成立していないと判定する。
【0101】
なお、フロント直進完了判定部４２による判定方法はこれに限定されない。例えば、相対位置演算部３８は、バケット３から掘削物を放出するときの前輪間中心４ａｃの目標位置である積込位置を演算する。フロント直進完了判定部４２は、相対位置演算部３８により演算された積込位置に前輪間中心４ａｃが一致した場合に、フロント直進動作の完了条件が成立したと判定してもよい。
【0102】
フロント直進動作の完了条件が成立していると判定されると、フロント直進完了判定部４２は、フロント直進動作の完了信号を目標値演算部４３に出力する。フロント直進動作の完了信号を取得した目標値演算部４３は、フロント直進制御を完了し、車両制御部４４と協働して積込制御を開始する。
【0103】
目標値演算部４３は、経路追従走行が完了し、経由地点Ｐ１が設定されると、位置合わせ動作を行うための目標値を演算する。目標値演算部４３は、位置合わせ完了判定部４０から位置合わせ完了信号を取得すると、方位合わせ動作を行うための目標値を演算する。目標値演算部４３は、方位合わせ動作の完了信号を取得すると、フロント直進動作を行うための目標値を演算する。目標値演算部４３は、フロント直進動作の完了信号を取得すると、バケット３から掘削物を放出するための目標値を演算する。目標値には、目標車速、目標屈曲角、目標アーム角度及び目標バケット角度がある。
【0104】
目標値演算部４３による目標値の演算には、経由地点演算部３７により演算された経由地点Ｐ１の位置と、相対位置演算部３８の演算結果が用いられる。車両制御部４４は、目標値演算部４３により演算された目標値に基づき、車両の各部を制御する。例えば、車両制御部４４は、屈曲角センサ７２により検出される屈曲角が目標値演算部４３により演算された目標屈曲角になるように、ステアリング装置１９を制御する。また、車両制御部４４は、車速センサ７４により検出される車速が目標値演算部４３により演算された目標車速になるように、エンジン５０、走行装置２８（ブレーキ装置１８を含む）を制御する。さらに、車両制御部４４は、アーム角度センサ及びバケット角度センサにより検出されたアーム角度及びバケット角度が目標アーム角度及び目標バケット角度になるように、作業装置１７を制御する。
【0105】
図１０のフローチャートを参照して、制御装置１００により実行される接近動作制御の流れの一例について説明する。図１０のフローチャートに示す処理は、経路追従走行の完了条件が成立することにより開始され、所定の制御周期で繰り返し実行される。
【0106】
図１０に示すように、ステップＳ１００において、位置演算部３１は、屈曲角センサ７２、物体検知センサ７３及び入力装置７６からの情報を取得し、取得した情報に基づいて、前輪間中心４ａｃ、後輪間中心４ｂｃ、ホッパ２０、及びバケット３の位置を演算し、処理をステップＳ１０４に進める。
【0107】
ステップＳ１０４において、経由地点演算部３７は、ホッパ２０への接近可能条件が成立したか否かを判定する。ステップＳ１０４において、ホッパ２０への接近可能条件が成立していると判定されると処理がステップＳ１１２に進み、ホッパ２０への接近可能条件が成立していないと判定されると処理がステップＳ１０８に進む。
【0108】
ステップＳ１０８において、制御装置１００は、報知装置７５を制御して、警告を報知装置７５によって報知させる。報知装置７５によって報知される警告には、接近可能条件が成立しなかった旨、及び、オペレータの介入を要請する情報が含まれる。警告処理（Ｓ１０８）が完了すると、処理がステップＳ１００に戻る。
【0109】
ステップＳ１１２において、経由地点演算部３７は、経由地点Ｐ１の位置を演算する。経由地点Ｐ１の演算処理（ステップＳ１１２）が完了すると、制御装置１００は、位置合わせ制御（ステップＳ１１６～Ｓ１３６）を開始する。ステップＳ１１６において、位置合わせ完了判定部４０は、ステップＳ１００で演算された現在の前輪間中心４ａｃの位置が、ステップＳ１１２で演算された経由地点Ｐ１の位置に一致しているか否かを判定する。
【0110】
ステップＳ１１６において、位置合わせ完了判定部４０は、前輪間中心４ａｃの位置が経由地点Ｐ１の位置に一致していないと判定されると、処理がステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０において、目標値演算部４３は、目標屈曲角を演算し、処理をステップＳ１２２に進める。目標屈曲角は、ステップＳ１００で演算された前輪間中心４ａｃ及び後輪間中心４ｂｃ並びにステップＳ１１２で演算された経由地点Ｐ１を通る円弧Ｃ１に基づき演算される。ステップＳ１２２において、車両制御部４４は、屈曲角センサ７２により検出された現在の屈曲角の情報を取得し、処理をステップＳ１２４に進める。ステップＳ１２４において、車両制御部４４は、現在の屈曲角が目標屈曲角に一致しているか否かを判定する。
【0111】
ステップＳ１２４において、現在の屈曲角が目標屈曲角に一致していないと判定されると、処理がステップＳ１２８に進む。ステップＳ１２８において、車両制御部４４は、現在の屈曲角が目標屈曲角に近づくようにステアリング装置１９を制御することで屈曲角を変更し、処理をステップＳ１２２に戻す。
【0112】
ステップＳ１２４において、現在の屈曲角が目標屈曲角に一致していると判定されると、処理がステップＳ１３２に進む。ステップＳ１３２において、目標値演算部４３及び車両制御部４４は、エンジン５０及び走行装置２８を制御して車体１６を所定の車速Ｖ１で前進させ、処理をステップＳ１３４に進める。
【0113】
ステップＳ１３４において、位置演算部３１は、屈曲角センサ７２、物体検知センサ７３及び入力装置７６からの情報を取得し、取得した情報に基づいて、前輪間中心４ａｃを演算し、処理をステップＳ１３６に進める。
【0114】
ステップＳ１３６において、位置合わせ完了判定部４０は、ステップＳ１３４で演算された現在の前輪間中心４ａｃの位置が、ステップＳ１１２で演算された経由地点Ｐ１の位置に一致しているか否かを判定する。ステップＳ１３６において、前輪間中心４ａｃの位置が経由地点Ｐ１の位置に一致していないと判定されると、処理がステップＳ１３２に戻る。
【0115】
ステップＳ１１６またはステップＳ１３６において、前輪間中心４ａｃの位置が経由地点Ｐ１の位置に一致していると判定されると、制御装置１００は、位置合わせ制御を完了し、処理をステップＳ１３８に進める。
【0116】
位置合わせ制御が完了すると、制御装置１００は、方位合わせ制御（ステップＳ１３８～Ｓ１４４）を開始する。ステップＳ１３８において、相対位置演算部３８は、ホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θを演算し、処理をステップＳ１４０に進める。
【0117】
ステップＳ１４０において、方位合わせ完了判定部４１は、ステップＳ１３８で演算されたなす角θが角度閾値θ０以下であるか否かを判定する。ステップＳ１４０において、なす角θが角度閾値θ０よりも大きいと判定されると、処理がステップＳ１４４に進む。ステップＳ１４４において、車両制御部４４は、なす角θが０（ゼロ）に近づくようにステアリング装置１９を制御することで屈曲角を変更し、処理をステップＳ１３８に戻す。ステップＳ１４０において、なす角θが角度閾値θ０以下であると判定されると、制御装置１００は、方位合わせ制御を完了し、処理をステップＳ１４８に進める。
【0118】
方位合わせ制御が完了すると、制御装置１００は、フロント直進制御（ステップＳ１４８～Ｓ１６０）を開始する。ステップＳ１４８において、目標値演算部４３及び車両制御部４４は、エンジン５０及び走行装置２８を制御して車体１６を所定の車速Ｖ２で前進させ、ステップＳ１５０に処理を進める。なお、このときの車速Ｖ２は、位置合わせ動作における前進走行のときの車速Ｖ１に比べて遅い（Ｖ２＜Ｖ１）。これにより、フロント直進動作の精度を向上することができる。
【0119】
ステップＳ１５０において、相対位置演算部３８は、ホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θを演算し、処理をステップＳ１５２に進める。
【0120】
ステップＳ１５２において、フロント直進完了判定部４２は、ステップＳ１５０で演算されたなす角θが角度閾値θ０以下であるか否かを判定する。ステップＳ１５２において、なす角θが角度閾値θ０よりも大きいと判定されると、処理がステップＳ１５６に進む。ステップＳ１５６において、車両制御部４４は、なす角θが０（ゼロ）に近づくようにステアリング装置１９を制御することで屈曲角を変更し、処理をステップＳ１５０に戻す。ステップＳ１５２において、なす角θが角度閾値θ０以下であると判定されると、制御装置１００は、処理をステップＳ１５８に進める。
【0121】
ステップＳ１５８において、相対位置演算部３８は、ホッパ２０の放出位置に対するバケット３の制御点の位置を演算し、処理をステップＳ１６０に進める。ステップＳ１６０において、フロント直進完了判定部４２は、ステップＳ１５８で演算されたバケット３の制御点の位置が、放出位置に一致しているか否かを判定する。ステップＳ１６０において、バケット３の制御点の位置が、放出位置に一致していないと判定されると、処理がステップＳ１４８に戻る。ステップＳ１６０において、バケット３の制御点の位置が、放出位置に一致していると判定されると、制御装置１００は、フロント直進制御を完了し、図１０のフローチャートに示す処理を終了する。
【0122】
上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。
【0123】
（１）ホイールローダ１は、作業装置１７により掘削した掘削物をホッパ（積込対象物）２０に積み込む作業を行う。制御装置１００は、車体１６の前方にあるホッパ２０と車体１６との相対位置を演算する（図１０のＳ１００）。制御装置１００は、不揮発性メモリ（記憶装置）１０２に記憶されたホッパ２０の形状データと、演算された相対位置とに基づき、ホッパ２０から、左右一対の前輪間の中心である前輪間中心４ａｃとバケット３の先端部との間の距離よりも離れた位置に経由地点Ｐ１を設定する（図１０のＳ１１２）。制御装置１００は、走行装置２８及びステアリング装置１９の動作を制御して、設定された経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させる（図１０のＳ１１６～Ｓ１３６）。
【0124】
この構成によれば、狭い作業現場において、自律運転により、従来よりも短く限られた走行距離で、ホッパ２０と接触することなく積込位置Ｐ２まで移動可能なホイールローダ１を提供することができる。例えば、本実施形態では、経路追従走行が完了した時点のホッパ２０の中心線ＣＬからの横ずれが０．５ｍ程度である場合において、前輪間中心４ａｃとホッパ２０との相対距離が１車長以下で積込位置Ｐ２までの適切なアプローチが可能である。
【0125】
（２）制御装置１００は、ホッパ２０から延在する仮想直線であるホッパ２０の中心線ＣＬ上に経由地点Ｐ１を設定する（図４（ａ）参照）。制御装置１００は、設定された経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させ（図４（ｂ）参照）、その後、走行装置２８を停止させた状態でステアリング装置１９の動作を制御して、フロントボディ１１の向きをホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせる（図４（ｃ）参照）。制御装置１００は、フロントボディ１１の向きをホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせた後、走行装置２８及びステアリング装置１９の動作を制御して、フロントボディ１１をホッパ２０の中心線ＣＬに沿って走行させる（図４（ｄ）参照）。
【0126】
この構成によれば、方位合わせ及びフロント直進動作を精度よく行うことができ、ホッパ２０の中心線ＣＬ上の積込位置Ｐ２に適切にホイールローダ１を位置させることができる。
【0127】
（３）制御装置１００は、設定された経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させる際の車速Ｖ１よりも、フロントボディ１１をホッパ２０の中心線ＣＬに沿って走行させる際の車速Ｖ２を遅くする（Ｖ２＜Ｖ１）。これにより、フロント直進及び積込位置Ｐ２に対するホイールローダ１の位置合わせを精度よく行うことができる。また、フロント直進の際、リフトアーム２を上げ動作する場合であっても、安定して車体１６をホッパ２０に接近させることができる。
【0128】
（４）制御装置１００は、屈曲角センサ７２により検出された車体１６の屈曲角、不揮発性メモリ１０２に記憶されたホッパ２０の形状データ、及び、演算されたホッパ２０と車体１６との相対位置に基づいて、ホッパ２０への接近可能条件が成立したか否かを判定する。接近可能条件が成立した場合には（図１０のＳ１０４でＹｅｓ）、制御装置１００は、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させるように、ステアリング装置１９及び走行装置２８を動作させる（図１０のＳ１１２～Ｓ１３６）。接近可能条件が成立しなかった場合には（図１０のＳ１０４でＮｏ）、制御装置１００は、報知装置７５を制御して、接近可能条件が成立しなかった旨を報知装置７５によって報知させる（図１０のＳ１０８）。この場合、制御装置１００は、自律運転による車体１６の屈曲及び走行を行わず、停止状態を維持する。
【0129】
接近可能条件は、ステアリング装置１９の動作及び走行装置２８による前進走行によって、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させることが可能であること、及び、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させた状態で走行装置２８を停止させつつステアリング装置１９を動作させることによりフロントボディ１１の向きをホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせることが可能であることを含む。
【0130】
この構成によれば、例えば、経路追従走行が完了した時点で、ホッパ２０への接近が不能であることをオペレータが知ることができる。オペレータは、例えば、車体１６をホッパ２０の中心線ＣＬに近づけるように、あるいは、ホッパ２０から車体１６を遠ざけるようにホイールローダ１を手動で操作する。オペレータは、手動でホイールローダ１を操作した後、図示しない自律運転復帰ボタンを操作する。これにより、制御装置１００は、再び、図１０のステップＳ１００及びＳ１０４の処理を実行し、ステップＳ１０４で接近可能条件が成立したと判定された場合には、位置合わせ制御（Ｓ１１２～Ｓ１３６）、方位合わせ制御（Ｓ１３８～Ｓ１４０）、フロント直進制御（Ｓ１４８～Ｓ１６０）を実行する。
【0131】
したがって、経路追従走行が完了した時点で、自律運転によりホッパ２０への接近が不可能である場合であっても、オペレータが補助を行うことで、その後の自律運転により車体１６を積込位置Ｐ２に移動させ、ホッパ２０への掘削物の積込作業を行うことができる。
【0132】
（５）制御装置１００には、前輪間中心４ａｃが経由地点Ｐ１に一致している状態におけるホッパ２０の中心線ＣＬとフロントボディ１１とのなす角θと、前輪間中心４ａｃが経由地点Ｐ１に一致している状態からバケット３をホッパ２０に接触させることなくフロントボディ１１の向きをホッパ２０の中心線ＣＬに沿わせることが可能な経由地点Ｐ１の位置との関係を規定する接触防止特性曲線のテーブルが予め記憶されている（図９の線ア参照）。制御装置１００は、経由地点Ｐ１に前輪間中心４ａｃを一致させる前に、現在の車体１６の位置と、ホッパ２０の位置とに基づいて、仮定した経由地点である仮定地点に前輪間中心４ａｃを位置させたときのなす角θと仮定地点の位置（本実施形態ではホッパ２０から仮定地点までの距離）との関係（図９の線イ参照）を演算する。制御装置１００は、演算されたなす角θと仮定地点の位置との関係（図９の線イ参照）と、接触防止特性曲線のテーブル（図９の線ア参照）とに基づいて、位置合わせ動作により前輪間中心４ａｃを一致させる経由地点Ｐ１を設定する。
【0133】
この構成では、予め接触防止特性曲線のテーブルが記憶されているため、都度、接触防止特性曲線を演算する必要がない。したがって、本実施形態によれば、都度、接触防止特性曲線を演算する形態に比べて、演算負荷を低減することができる。また、経由地点Ｐ１を可能な限りホッパ２０の近くに設定することができ、位置合わせ動作を容易に行うことができる。
【0134】
（６）ホイールローダ１は、車体１６に取り付けられ車体１６の前方のホッパ２０を検知する物体検知センサ７３と、フロントボディ１１とリアボディ１２の屈曲中心（センターピン１３）から前輪間中心４ａｃまでの距離、フロントボディ１１とリアボディ１２の屈曲中心（センターピン１３）から後輪間中心４ｂｃまでの距離、及び、物体検知センサ７３の取付位置（設置位置）を入力情報として制御装置１００に入力する入力装置７６と、を備える。
【0135】
この構成によれば、物体検知センサ７３の取付位置を変更した場合、オペレータは入力装置７６を操作し、物体検知センサ７３の取付位置を制御装置１００に入力する。これにより、制御装置１００は、新たに入力された物体検知センサ７３の取付位置に基づいて、自律運転によるホッパ２０への接近動作を精度よく行うことができる。
【0136】
＜第２実施形態＞
図１１及び図１２を参照して、本発明の第２実施形態に係るホイールローダ１Ｂについて説明する。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。
図１１及び図１２を参照して、本発明の第２実施形態に係るホイールローダ１Ｂについて説明する。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。
【0137】
図１１は、本発明の第２実施形態に係るホイールローダ１Ｂがホッパ２０Ｂに接近する様子を示す側面図である。第１実施形態では、ホイールローダ１の車体１６に物体検知センサ７３が取り付けられていた。これに対して、第２実施形態では、ホッパ２０Ｂの屋根２０ｃに物体検知センサ７３Ｂが取り付けられている。
【0138】
物体検知センサ７３Ｂは、例えば、ＬｉＤＡＲであり、ホッパ２０Ｂの周囲の物体を検知する。図１１に示す状態では、物体検知センサ７３Ｂは、ホイールローダ１Ｂのバケット３及びフロントボディ１１の位置と形状を検出する。物体検知センサ７３Ｂは、検出結果を無線通信によりホイールローダ１の制御装置１００に送信する通信装置を備えている。
【0139】
図１２は、第２実施形態に係る制御装置１００Ｂの機能ブロック図である。図１２に示すように、第２実施形態では、車輪間中心演算部３３Ｂ及びバケット位置演算部３５Ｂがホイールローダ１の各部の位置を演算する位置演算部３１Ｂとして機能する。
【0140】
ホイールローダ１Ｂは、物体検知センサ７３Ｂから送信される情報を受信する通信装置７９を備えている。通信装置７９は、物体検知センサ７３Ｂの通信装置と、直接的に無線通信可能な無線通信装置であって、例えば２．４ＧＨｚ帯等の帯域を感受帯域とする通信アンテナを含む通信インタフェースを有する。第２実施形態に係る制御装置１００Ｂは、通信装置７９を介して物体検知センサ７３Ｂの検出結果を取得する。
【0141】
入力装置７６は、オペレータの操作に応じて、車体１６の屈曲中心（センターピン１３）から前輪間中心４ａｃまでの距離、車体１６の屈曲中心（センターピン１３）から後輪間中心４ｂｃまでの距離、及び、ホッパ２０の入口位置と物体検知センサ７３の相対位置を物体検知センサ７３Ｂの取付位置（設置位置）として制御装置１００Ｂに入力する。なお、制御装置１００Ｂの不揮発性メモリ１０２には、ホッパ２０の入口位置を基準とした各部（ホッパ２０の上面開口部における四隅等）の相対位置データが、ホッパ２０の形状データとして記憶されている。
【0142】
バケット位置演算部３５Ｂは、物体検知センサ７３Ｂの検出結果と入力装置７６からの入力情報を用いて、ホッパ２０とバケット３の相対位置を演算する。また、バケット位置演算部３５Ｂは、バケット３の右先端ＢＲ、左先端ＢＬを抽出することで、ホッパ２０の中心線ＣＬに対するフロントボディ１１の角度（なす角θ）を演算する。
【0143】
車輪間中心演算部３３Ｂは、物体検知センサ７３Ｂの検出結果、屈曲角センサ７２の検出結果と、入力装置７６からの入力情報を用いて、ホッパ２０と前輪間中心４ａｃ、ホッパ２０と後輪間中心４ｂｃの相対位置を演算する。
【0144】
第２実施形態に係る制御装置１００Ｂのその他の機能については、第１実施形態に係る制御装置１００と同様であるため、説明を省略する。
【0145】
以上のように、本第２実施形態では、通信装置７９がホッパ２０とバケット３の相対位置情報を取得する相対位置取得装置として機能する。第１実施形態では、ホイールローダ１に相対位置取得装置としての物体検知センサ７３が取り付けられているため、ホイールローダ１の走行中及び作業中の振動に起因して物体検知センサ７３が故障する場合がある。これに対して第２実施形態では、物体検知センサ７３Ｂが固定物であるホッパ２０に取り付けられるため、振動に起因する物体検知センサ７３Ｂの故障のリスクを低減することができる。
【0146】
次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。
【0147】
＜変形例１＞
上記実施形態では、制御装置１００は、物体検知センサ７３の検出結果に基づき、車体１６の基準点（例えば、センターピン１３、前輪間中心４ａｃ）に対するバケット３の位置を演算する例について説明した。つまり、上記実施形態では、物体検知センサ７３が、バケット３の位置を取得するバケット位置取得装置として機能する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。制御装置１００は、アーム角度センサにより検出される車体１６に対するリフトアーム２の角度と、バケット角度センサにより検出されるリフトアーム２に対するバケット３の角度と、屈曲角センサ７２により検出される屈曲角と、に基づいて、車体１６の基準点に対するバケット３の位置を演算してもよい。この場合、アーム角度センサ、バケット角度センサ、及び屈曲角センサ７２が、バケット３の位置を取得するバケット位置取得装置として機能する。
上記実施形態では、制御装置１００は、物体検知センサ７３の検出結果に基づき、車体１６の基準点（例えば、センターピン１３、前輪間中心４ａｃ）に対するバケット３の位置を演算する例について説明した。つまり、上記実施形態では、物体検知センサ７３が、バケット３の位置を取得するバケット位置取得装置として機能する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。制御装置１００は、アーム角度センサにより検出される車体１６に対するリフトアーム２の角度と、バケット角度センサにより検出されるリフトアーム２に対するバケット３の角度と、屈曲角センサ７２により検出される屈曲角と、に基づいて、車体１６の基準点に対するバケット３の位置を演算してもよい。この場合、アーム角度センサ、バケット角度センサ、及び屈曲角センサ７２が、バケット３の位置を取得するバケット位置取得装置として機能する。
【0148】
＜変形例２＞
上記実施形態では、制御装置１００は、物体検知センサ７３の検出結果に基づき、車体１６とホッパ２０の相対位置を演算する例について説明した。つまり、上記実施形態では、物体検知センサ７３が、車体１６に対するホッパ２０の相対位置情報を取得する相対位置情報取得装置として機能する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。制御装置１００は、位置検出装置７１により検出された車体１６の位置及び向き（方位）と、入力装置７６により予め不揮発性メモリ１０２に記憶されたホッパ２０の位置及び向き並びにホッパ２０の形状データに基づいて、車体１６とホッパ２０の相対位置を演算してもよい。この場合、入力装置７６が、車体１６に対するホッパ２０の相対位置情報を取得する相対位置情報取得装置として機能する。
上記実施形態では、制御装置１００は、物体検知センサ７３の検出結果に基づき、車体１６とホッパ２０の相対位置を演算する例について説明した。つまり、上記実施形態では、物体検知センサ７３が、車体１６に対するホッパ２０の相対位置情報を取得する相対位置情報取得装置として機能する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。制御装置１００は、位置検出装置７１により検出された車体１６の位置及び向き（方位）と、入力装置７６により予め不揮発性メモリ１０２に記憶されたホッパ２０の位置及び向き並びにホッパ２０の形状データに基づいて、車体１６とホッパ２０の相対位置を演算してもよい。この場合、入力装置７６が、車体１６に対するホッパ２０の相対位置情報を取得する相対位置情報取得装置として機能する。
【0149】
＜変形例３＞
接近可能条件が成立しているか否かの判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。ホッパ２０の中心線ＣＬ上の所定の範囲内において、複数の経由地点候補を演算し、複数の経由地点候補ごとの円弧Ｃ１を演算して、演算された複数の円弧Ｃ１の中に、半径が車両の最小旋回半径以上であり、かつ、円弧Ａ３Ａ４と交わる円弧Ｃ１がある場合には、接近可能条件が成立していると判定してもよい。なお、最小旋回半径は、不揮発性メモリ１０２に記憶されている。
接近可能条件が成立しているか否かの判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。ホッパ２０の中心線ＣＬ上の所定の範囲内において、複数の経由地点候補を演算し、複数の経由地点候補ごとの円弧Ｃ１を演算して、演算された複数の円弧Ｃ１の中に、半径が車両の最小旋回半径以上であり、かつ、円弧Ａ３Ａ４と交わる円弧Ｃ１がある場合には、接近可能条件が成立していると判定してもよい。なお、最小旋回半径は、不揮発性メモリ１０２に記憶されている。
【0150】
＜変形例４＞
第１実施形態では、物体検知センサ７３がホイールローダ１に設けられ、第２実施形態では、物体検知センサ７３Ｂがホッパ２０に設けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ホッパ２０から所定距離だけ離れた位置に、物体検知センサ７３Ｂを設けてもよい。第２実施形態及び本変形例のように、物体検知センサ７３Ｂがホイールローダ１の外部に設けられる場合、ホイールローダ１の制御装置は、物体検知センサ７３Ｂの検出結果を、通信装置７９を介して無線通信により取得し、物体検知センサ７３Ｂの検出結果に基づいて、ホイールローダ１の車体１６と、ホッパ２０との相対位置を演算する。物体検知センサ７３Ｂがホイールローダ１の外部に設けられることにより、振動に起因する物体検知センサ７３Ｂの故障のリスクを低減することができる。
第１実施形態では、物体検知センサ７３がホイールローダ１に設けられ、第２実施形態では、物体検知センサ７３Ｂがホッパ２０に設けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ホッパ２０から所定距離だけ離れた位置に、物体検知センサ７３Ｂを設けてもよい。第２実施形態及び本変形例のように、物体検知センサ７３Ｂがホイールローダ１の外部に設けられる場合、ホイールローダ１の制御装置は、物体検知センサ７３Ｂの検出結果を、通信装置７９を介して無線通信により取得し、物体検知センサ７３Ｂの検出結果に基づいて、ホイールローダ１の車体１６と、ホッパ２０との相対位置を演算する。物体検知センサ７３Ｂがホイールローダ１の外部に設けられることにより、振動に起因する物体検知センサ７３Ｂの故障のリスクを低減することができる。
【0151】
＜変形例５＞
ホイールローダ１，１Ｂの構成は、上記実施形態で説明した例に限定されない。ホイールローダ１，１Ｂは、例えば、エンジン５０に機械的に接続される発電電動機と、発電電動機によって発電された電力により回転駆動され走行装置を動作させる走行電動機と、を備える構成であってもよい。つまり、ホイールローダ１、１Ｂは、エンジン５０の動力を電気に変換して車輪４に伝達するハイブリッド式の動力伝達機構を備えていてもよい。また、ホイールローダは、エンジン５０の動力を油圧に変換して車輪４に伝達するＨＳＴ(Hydro Static Transmission)式の動力伝達機構を備えていてもよい。
ホイールローダ１，１Ｂの構成は、上記実施形態で説明した例に限定されない。ホイールローダ１，１Ｂは、例えば、エンジン５０に機械的に接続される発電電動機と、発電電動機によって発電された電力により回転駆動され走行装置を動作させる走行電動機と、を備える構成であってもよい。つまり、ホイールローダ１、１Ｂは、エンジン５０の動力を電気に変換して車輪４に伝達するハイブリッド式の動力伝達機構を備えていてもよい。また、ホイールローダは、エンジン５０の動力を油圧に変換して車輪４に伝達するＨＳＴ(Hydro Static Transmission)式の動力伝達機構を備えていてもよい。
【0152】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【0153】
１，１Ｂ…ホイールローダ、２…リフトアーム、３…バケット、４ａ…前輪、４ａｃ…前輪間中心、４ｂ…後輪、４ｂｃ…後輪間中心、７…アームシリンダ（油圧シリンダ）、８…バケットシリンダ（油圧シリンダ）、１１…フロントボディ、１２…リアボディ、１３…センターピン、１４…ステアリングシリンダ（油圧シリンダ）、１６…車体、１７…作業装置、１８…ブレーキ装置、１９…ステアリング装置、２０，２０Ｂ…ホッパ（積込対象物）、２０ａ…側壁、２０ａｆ…前側壁、２０ｃ…屋根、２２…走行経路、２３…ノード、２８…走行装置、３１，３１Ｂ…位置演算部、３２…動作演算部、３３，３３Ｂ…車輪間中心演算部、３４…ホッパ位置演算部、３５，３５Ｂ…バケット位置演算部、３７…経由地点演算部、３８…相対位置演算部、４０…位置合わせ完了判定部、４１…方位合わせ完了判定部、４２…フロント直進完了判定部、４３…目標値演算部、４４…車両制御部、５０…エンジン、６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…油圧ポンプ、６１…フロント制御部、６２…ブレーキ制御部、６３…ステアリング制御部、６４…トランスミッション制御部、６５…エンジン制御部、７１…位置検出装置、７２…屈曲角センサ、７３，７３Ｂ…物体検知センサ、７４…車速センサ、７５…報知装置、７６…入力装置、７９…通信装置、１００，１００Ｂ…制御装置、１０１…処理装置、１０２…不揮発性メモリ、１０３…揮発性メモリ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】