特開 2024-68831 作業機械を制御するためのシステム及び方法

(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】P2024068831

(43)【公開日】2024-05-21

(54)【発明の名称】作業機械を制御するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20240514BHJP

   B62D 11/18 20060101ALI20240514BHJP

【ＦＩ】

B62D6/00

B62D11/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022179433

(22)【出願日】2022-11-09

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】大▲高▼ 慎一

(72)【発明者】

【氏名】幸村 貴臣

(72)【発明者】

【氏名】長坂 亮一

(72)【発明者】

【氏名】矢津田 修

【テーマコード（参考）】

3D052

3D232

【Ｆターム（参考）】

3D052AA02

3D052BB08

3D052DD01

3D052EE01

3D052FF01

3D052GG04

3D052HH03

3D052JJ21

3D232CC12

3D232DA03

3D232DA24

3D232DA33

3D232DA82

3D232DA87

3D232DB11

3D232DC33

3D232DC34

3D232EA10

3D232EC03

3D232GG04

(57)【要約】

【課題】作業機械をスリップ状態から迅速に脱出させる。
【解決手段】作業機械は、車体と、左駆動輪と、右駆動輪と、駆動源と、駆動装置と、ヨー角センサと、コントローラとを備える。駆動装置は、駆動源からの駆動力により左駆動輪と右駆動輪とを回転させる。ヨー角センサは、車体の実ヨー角速度を検出する。コントローラは、駆動装置を制御して、左駆動輪と右駆動輪との回転速度差によって車体を旋回させる。コントローラは、駆動装置の制御に応じた車体の理論ヨー角速度を算出する。コントローラは、実ヨー角速度を取得する。コントローラは、理論ヨー角速度と実ヨー角速度とに基づいて、旋回中の車体の実スリップ値を算出する。コントローラは、実スリップ値が、０より大きい所定の目標スリップ値となるように、左駆動輪と右駆動輪との少なくとも一方の回転速度を制御する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体と、前記車体に回転可能に支持される左駆動輪と、前記車体に回転可能に支持される右駆動輪と、前記車体に搭載される駆動源と、前記駆動源からの駆動力により前記左駆動輪と前記右駆動輪とを回転させる駆動装置と、を備える作業機械を制御するためのシステムであって、
前記車体の実ヨー角速度を検出するヨー角センサと、
前記駆動装置を制御して、前記左駆動輪と前記右駆動輪との回転速度差によって前記車体を旋回させるコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記駆動装置の制御に応じた前記車体の理論ヨー角速度を算出し、
前記実ヨー角速度を取得し、
前記理論ヨー角速度と前記実ヨー角速度とに基づいて、旋回中の前記車体のスリップの大きさを示す実スリップ値を算出し、
前記実スリップ値が、０より大きい所定の目標スリップ値となるように、前記左駆動輪と前記右駆動輪との少なくとも一方の回転速度を制御する、
システム。

【請求項2】

前記コントローラは、
前記実スリップ値が前記目標スリップ値よりも大きい場合には、前記左駆動輪と前記右駆動輪とのうち、旋回時における外側に位置する方の駆動輪の回転速度を低減する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記コントローラは、
前記実スリップ値の減少に応じて、前記左駆動輪と前記右駆動輪とのうち、旋回時における外側に位置する方の駆動輪の回転速度を増大する、
請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記左駆動輪の回転速度を検出する第１速度センサと、
前記右駆動輪の回転速度を検出する第２速度センサと、
をさらに備え、
前記コントローラは、前記左駆動輪の回転速度と前記右駆動輪の回転速度とに基づいて、前記理論ヨー角速度を算出する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記左駆動輪に巻回される左履帯と、
前記右駆動輪に巻回される右履帯と、
をさらに備え、
前記コントローラは、
前記左駆動輪の回転速度に基づいて、前記左履帯の動作速度を算出し、
前記右駆動輪の回転速度に基づいて、前記右履帯の動作速度を算出し、
前記左履帯の動作速度と前記右履帯の動作速度とに基づいて、前記理論ヨー角速度を算出する、
請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記所定の目標スリップ値は、固定値である、
請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

オペレータによって操作可能な入力装置をさらに備え、
前記所定の目標スリップ値は、前記入力装置によって設定される、
請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記コントローラは、
前記作業機械が配置される地面の硬さを取得し、
前記地面の硬さに基づいて、前記所定の目標スリップ値を決定する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記コントローラは、
前記作業機械が配置される作業現場内の位置と地面の硬さとの関係を示す作業現場情報を取得し、
前記作業現場内の任意の位置の選択を受け付け、
前記作業現場情報を参照して、選択された前記作業現場内の位置に対応する前記地面の硬さを取得し、
前記地面の硬さに基づいて、前記所定の目標スリップ値を決定する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

車体と、前記車体に回転可能に支持される左駆動輪と、前記車体に回転可能に支持される右駆動輪と、前記車体に搭載される駆動源と、前記駆動源からの駆動力により前記左駆動輪と前記右駆動輪とを回転させる駆動装置と、を備える作業機械を制御するための方法であって、
前記駆動装置を制御して、前記左駆動輪と前記右駆動輪との回転速度差によって前記車体を旋回させることと、
前記駆動装置の制御に応じた前記車体の理論ヨー角速度を算出することと、
前記車体の実ヨー角速度を取得することと、
前記理論ヨー角速度と前記実ヨー角速度とに基づいて、旋回中の前記車体のスリップの大きさを示す実スリップ値を算出することと、
前記実スリップ値が、０より大きい所定の目標スリップ値となるように、前記左駆動輪と前記右駆動輪との少なくとも一方の回転速度を制御すること、
を備える方法。

【請求項11】

前記実スリップ値が前記目標スリップ値よりも大きい場合には、前記左駆動輪と前記右駆動輪とのうち、旋回時における外側に位置する方の駆動輪の回転速度を低減すること、
をさらに備える請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記実スリップ値の減少に応じて、前記左駆動輪と前記右駆動輪とのうち、旋回時における外側に位置する方の駆動輪の回転速度を増大すること、
をさらに備える請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記左駆動輪の回転速度を取得することと、
前記右駆動輪の回転速度を取得することと、
前記左駆動輪の回転速度と前記右駆動輪の回転速度とに基づいて、前記理論ヨー角速度を算出すること、
をさらに備える請求項１０に記載の方法。

【請求項14】

前記作業機械は、
前記左駆動輪に巻回される左履帯と、
前記右駆動輪に巻回される右履帯と、
をさらに備え、
前記左駆動輪の回転速度に基づいて、前記左履帯の動作速度を算出することと、
前記右駆動輪の回転速度に基づいて、前記右履帯の動作速度を算出することと、
前記左履帯の動作速度と前記右履帯の動作速度とに基づいて、前記理論ヨー角速度を算出すること、
をさらに備える請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記所定の目標スリップ値は、固定値である、
請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

前記所定の目標スリップ値は、オペレータによって操作可能な入力装置によって設定される、
請求項１０に記載の方法。

【請求項17】

前記作業機械が配置される地面の硬さを取得することと、
前記地面の硬さに基づいて、前記所定の目標スリップ値を決定すること、
をさらに備える請求項１０に記載の方法。

【請求項18】

前記作業機械が配置される作業現場内の位置と地面の硬さとの関係を示す作業現場情報を取得することと、
前記作業現場内の任意の位置の選択を受け付けることと、
前記作業現場情報を参照して、選択された前記作業現場内の位置に対応する前記地面の硬さを取得することと、
前記地面の硬さに基づいて、前記所定の目標スリップ値を決定すること、
をさらに備える請求項１０に記載の方法。

【請求項19】

車体と、前記車体に回転可能に支持される左駆動輪と、前記車体に回転可能に支持される右駆動輪と、前記車体に搭載される駆動源と、前記駆動源からの駆動力により前記左駆動輪と前記右駆動輪とを回転させる駆動装置と、を備える作業機械を制御するための方法であって、
前記駆動装置を制御して、前記左駆動輪と前記右駆動輪との回転速度差によって前記車体を旋回させることと、
前記左駆動輪の回転速度を取得することと、
前記右駆動輪の回転速度を取得することと、
前記左駆動輪の回転速度と前記右駆動輪の回転速度とに基づいて、前記車体の理論ヨー角速度を算出することと、
前記車体の実ヨー角速度を取得することと、
前記理論ヨー角速度と前記実ヨー角速度とに基づいて、旋回中の前記車体の実スリップ値を算出することと、
前記実スリップ値が、所定の目標スリップ値より大きい場合には、前記実スリップ値を低減するように、前記左駆動輪と前記右駆動輪との少なくとも一方の回転速度を制御すること、
を備える方法。

【請求項20】

前記作業機械は、
前記左駆動輪に巻回される左履帯と、
前記右駆動輪に巻回される右履帯と、
をさらに備え、
前記左駆動輪の回転速度に基づいて、前記左履帯の動作速度を算出することと、
前記右駆動輪の回転速度に基づいて、前記右履帯の動作速度を算出することと、
前記左履帯の動作速度と前記右履帯の動作速度とに基づいて、前記理論ヨー角速度を算出すること、
をさらに備える請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械を制御するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械には、左右の駆動輪の速度差によって、車体を旋回させるものがある。例えば、特許文献１の装軌車両では、左右の駆動輪のそれぞれにクラッチとブレーキとが接続されている。装軌車両は、左右の履帯を備えており、左右の駆動輪が回転することで、履帯が駆動される。車両を旋回させる場合、オペレータは、操向レバーを操作する。車両のコントローラは、オペレータによる操向レバーの操作に応じて、旋回指令を設定する。そして、コントローラは、旋回指令に応じて、クラッチとブレーキとを制御することで、左右の駆動輪に速度差を生じさせる。それにより、車体が旋回する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－１４２４５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、作業機械が、方向転換のために小旋回する場合、或いは、作業中に小旋回する場合には、オペレータは、旋回指令を大きく入力する。このとき、車体への負荷が大きい場合には、車体が旋回できず、外側の履帯が激しくスリップする場合がある。このようなスリップ状態が続くと、車体が損耗すると共に、駆動力の損失が生じてしまう。本開示の目的は、作業機械をスリップ状態から迅速に脱出させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第１の態様に係るシステムは、作業機械を制御するためのシステムである。作業機械は、車体と、左駆動輪と、右駆動輪と、駆動源と、駆動装置と、ヨー角センサと、コントローラとを備える。左駆動輪は、車体に回転可能に支持される。右駆動輪は、車体に回転可能に支持される。駆動源は、車体に搭載される。駆動装置は、駆動源からの駆動力により左駆動輪と右駆動輪とを回転させる。ヨー角センサは、車体の実ヨー角速度を検出する。

【0006】

コントローラは、駆動装置を制御して、左駆動輪と右駆動輪との回転速度差によって車体を旋回させる。コントローラは、駆動装置の制御に応じた車体の理論ヨー角速度を算出する。コントローラは、実ヨー角速度を取得する。コントローラは、理論ヨー角速度と実ヨー角速度とに基づいて、旋回中の車体のスリップの大きさを示す実スリップ値を算出する。コントローラは、実スリップ値が、０より大きい所定の目標スリップ値となるように、左駆動輪と右駆動輪との少なくとも一方の回転速度を制御する。

【0007】

本態様に係るシステムでは、実スリップ値が所定の目標スリップ値より大きい場合には、実スリップ値が所定の目標スリップ値となるように、左駆動輪と右駆動輪との少なくとも一方の回転速度が制御される。それにより、作業機械をスリップ状態から迅速に脱出させることができる。

【0008】

また、作業機械が用いられる環境では、作業機械は通常状態においても、多少のスリップを発生させている。従って、作業機械が通常状態であっても、スリップ率は０ではない。本態様に係るシステムでは、実スリップ値が、０より大きい所定の目標スリップ値となるように、左駆動輪と右駆動輪との少なくとも一方の回転速度が制御される。それにより、実スリップ値の過剰な低減が抑制される。

【0009】

本開示の第２の態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法である。作業機械は、車体と、左駆動輪と、右駆動輪と、駆動源と、駆動装置とを備える。左駆動輪は、車体に回転可能に支持される。右駆動輪は、車体に回転可能に支持される。駆動源は、車体に搭載される。駆動装置は、駆動源からの駆動力により左駆動輪と右駆動輪とを回転させる。

【0010】

当該方法は、駆動装置を制御して、左駆動輪と右駆動輪との回転速度差によって車体を旋回させることと、駆動装置の制御に応じた車体の理論ヨー角速度を算出することと、車体の実ヨー角速度を取得することと、理論ヨー角速度と実ヨー角速度とに基づいて、旋回中の車体の実スリップ値を算出することと、実スリップ値が、０より大きい所定の目標スリップ値となるように、左駆動輪と右駆動輪との少なくとも一方の回転速度を制御すること、を備える。

【0011】

本態様に係る方法では、作業機械をスリップ状態から迅速に脱出させることができる。また、実スリップ値の過剰な低減が抑制される。

【0012】

本開示の第３の態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法である。作業機械は、車体と、左駆動輪と、右駆動輪と、駆動源と、駆動装置とを備える。左駆動輪は、車体に回転可能に支持される。右駆動輪は、車体に回転可能に支持される。駆動源は、車体に搭載される。駆動装置は、駆動源からの駆動力により左駆動輪と右駆動輪とを回転させる。

【0013】

当該方法は、駆動装置を制御して、左駆動輪と右駆動輪との回転速度差によって車体を旋回させることと、左駆動輪の回転速度を取得することと、右駆動輪の回転速度を取得することと、左駆動輪の回転速度と右駆動輪の回転速度とに基づいて、車体の理論ヨー角速度を算出することと、車体の実ヨー角速度を取得することと、理論ヨー角速度と実ヨー角速度とに基づいて、旋回中の車体の実スリップ値を算出することと、実スリップ値が、所定の目標スリップ値より大きい場合には、実スリップ値を低減するように、左駆動輪と右駆動輪との少なくとも一方の回転速度を制御すること、を備える。

【0014】

本態様に係る方法では、実スリップ値が所定の目標スリップ値より大きい場合には、実スリップ値を低減するように、左駆動輪と右駆動輪との少なくとも一方の回転速度が制御される。それにより、作業機械をスリップ状態から迅速に脱出させることができる。また、車体の理論ヨー角速度は、左駆動輪の回転速度と右駆動輪の回転速度とに基づいて算出される。そのため、例えば、駆動輪の操作レバーの操作量に基づいて理論ヨー角速度が算出される場合十比べて、理論ヨー角速度が精度よく算出される。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、作業機械をスリップ状態から迅速に脱出させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係る作業機械の斜視図である。

【図2】作業機械の上面図である。

【図3】作業機械の構成を示す模式図である。

【図4】スリップ制御の処理を示すブロック図である。

【図5】第１変形例に係る作業機械の構成を示す模式図である。

【図6】第２変形例に係る作業機械の構成を示す模式図である。

【図7】第３変形例に係る作業機械の構成を示す模式図である。

【図8】第４変形例に係る作業機械の構成を示す模式図である。

【図9】第５変形例に係る作業機械の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、実施形態に係る作業機械の制御システムおよび制御方法について、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機械１を示す側面図である。図２は、作業機械１の上面図である。本実施形態に係る作業機械１は、ブルドーザである。作業機械１は、車体１１と、走行装置１２と、作業機１３と、を備えている。車体１１は、運転室１４と動力室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。動力室１５は、運転室１４の前方に配置されている。

【0018】

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、左駆動輪１６と、右駆動輪１７と、左履帯１８と、右履帯１９とを含む。左駆動輪１６と右駆動輪１７とは、車体１１に回転可能に支持されている。左履帯１８は、左駆動輪１６に巻回されている。右履帯１９は、右駆動輪１７に巻回されている。左右の駆動輪１６，１７が回転して、左右の履帯１８，１９が駆動されることによって、作業機械１が走行する。

【0019】

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２１，２２と、ブレード２３と、リフトシリンダ２４，２５と、チルトシリンダ２６，２７とを含む。リフトフレーム２１，２２は、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２１，２２は、ブレード２３を支持している。

【0020】

ブレード２３は、車体１１の前方に配置されている。ブレード２３は、リフトフレーム２１，２２の上下動に伴って上下に動作する。リフトシリンダ２４，２５は、車体１１とブレード２３とに連結されている。或いは、リフトシリンダ２４，２５は、車体１１とリフトフレーム２１，２２とに連結されてもよい。リフトシリンダ２４，２５が伸縮することによって、リフトフレーム２１，２２は、上下に動作する。チルトシリンダ２６，２７は、リフトフレーム２１，２２とブレード２３とに連結されている。チルトシリンダ２６，２７が伸縮することで、ブレード２３の左右の端部が上下にチルト動作する。

【0021】

図３は、作業機械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３に示すように、駆動系２は、駆動源３１と駆動装置３２とを備えている。駆動源３１と駆動装置３２とは、車体１１に搭載される。駆動源３１は、例えば内燃エンジンを含む。駆動装置３２は、駆動源３１からの駆動力により左駆動輪１６と右駆動輪１７とを回転させる。なお、駆動系２は、作業機１３用の油圧ポンプ（図示せず）を備えている。作業機１３用の油圧ポンプは、駆動源３１によって駆動され、上述したシリンダ２４－２７を駆動するための作動油を吐出する。

【0022】

駆動装置３２は、ＰＴＯ（Power Take Off）３３と、トランスミッション３４と、トランスファー３５と、ステアリング機構３６とを含む。ＰＴＯ３３は、駆動源３１からの駆動力を、トランスミッション３４とステアリング機構３６とに分配する。トランスミッション３４は、ＰＴＯ３３を介して駆動源３１に接続されている。トランスミッション３４は、例えばクラッチと複数の変速ギアとを含む。トランスミッション３４は、トランスファー３５を介して、左駆動輪１６と右駆動輪１７とに接続されている。

【0023】

駆動装置３２は、左クラッチ３７と、左ブレーキ３８と、左リンク機構３９とを含む。左クラッチ３７と、左ブレーキ３８と、左リンク機構３９とは、左駆動輪１６に接続されている。左クラッチ３７は、トランスミッション３４から左駆動輪１６への駆動力の伝達と遮断とを切り替える。左ブレーキ３８は、左駆動輪１６を制動する。左リンク機構３９は、左駆動輪１６とステアリング機構３６とを接続する。左リンク機構３９は、例えば遊星歯車機構を含む。

【0024】

駆動装置３２は、右クラッチ４１と、右ブレーキ４２と、右リンク機構４３とを含む。右クラッチ４１と、右ブレーキ４２と、右リンク機構４３とは、右駆動輪１７に接続されている。右クラッチ４１は、トランスミッション３４から右駆動輪１７への駆動力の伝達と遮断とを切り替える。右ブレーキ４２は、右駆動輪１７を制動する。右リンク機構４３は、右駆動輪１７とステアリング機構３６とを接続する。右リンク機構４３は、例えば遊星歯車機構を含む。

【0025】

ステアリング機構３６は、左駆動輪１６と右駆動輪１７とに回転速度差を発生させることで、車体１１を旋回させる。例えば、ステアリング機構３６は、左駆動輪１６を右駆動輪１７よりも増速することで、車体１１を右方へ旋回させる。ステアリング機構３６は、右駆動輪１７を左駆動輪１６よりも増速することで、車体１１を左方へ旋回させる。ステアリング機構３６は、油圧ポンプ４４と油圧モータ４５とを含む。

【0026】

油圧ポンプ４４は、ＰＴＯ３３を介して駆動源３１に接続されている。油圧ポンプ４４は、駆動源３１によって駆動されることで、作動油を吐出する。油圧モータ４５は、油圧回路４６を介して油圧ポンプ４４と接続されている。油圧モータ４５は、油圧ポンプ４４から吐出された作動油によって駆動される。油圧モータ４５は、左リンク機構３９を介して左駆動輪１６に接続されている。油圧モータ４５は、右リンク機構４３を介して右駆動輪１７に接続されている。油圧モータ４５は、油圧ポンプ４４からの作動油によって駆動されることで、左駆動輪１６と右駆動輪１７とを増速する。

【0027】

制御システム３は、コントローラ５１を含む。コントローラ５１は、作業機械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５１は、ＲＡＭ及びＲＯＭなどのメモリと、ＣＰＵなどのプロセッサとを含む。コントローラ５１は、ＳＳＤ、或いはＨＤＤなどの補助記憶装置を含んでもよい。コントローラ５１は、作業機械１を制御するためのプログラムおよびデータを記録している。コントローラ５１は、プログラムおよびデータに基づいて、作業機械１を制御するための処理を実行する。

【0028】

制御システム３は、変速操作部材５２と、作業機操作部材５３と、ステアリング操作部材５４と、入力装置５５とを含む。変速操作部材５２は、トランスミッション３４の減速比を切り替えるために、オペレータによって操作可能である。変速操作部材５２は、例えばレバーであるが、スイッチなどの他の部材であってもよい。コントローラ５１は、変速操作部材５２の操作に応じて、トランスミッション３４を制御する。作業機操作部材５３は、作業機１３を動作させるために、オペレータによって操作可能である。作業機操作部材５３は、例えばレバーであるが、スイッチなどの他の部材であってもよい。コントローラ５１は、作業機操作部材５３の操作に応じて、作業機１３を制御する。

【0029】

ステアリング操作部材５４は、車体１１を左右に旋回させるために、オペレータによって操作可能である。ステアリング操作部材５４は、例えばレバーであるが、スイッチなどの他の部材であってもよい。コントローラ５１は、ステアリング操作部材５４の操作に応じて、ステアリング機構３６を制御する。入力装置５５は、作業機械１の設定を行うために、オペレータによって操作可能である。入力装置５５は、例えばタッチスクリーンであるが、スイッチなどの他の部材であってもよい。

【0030】

制御システム３は、ヨー角センサ５６と、第１速度センサ５７と、第２速度センサ５８とを含む。ヨー角センサ５６は、車体１１の実ヨー角速度を検出する。車体１１の実ヨー角速度は、車体１１のヨー角の単位時間当たりの変化量を示す。ヨー角センサ５６は、例えば、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）である。或いは、ヨー角センサ５６は、GPS（Global Positioning System）などの位置センサであってもよい。或いは、ヨー角センサ５６は、方位角センサ、或いはヨーレートセンサなどの他のセンサであってもよい。ヨー角センサ５６は、車体１１の実ヨー角速度を示す信号を、コントローラ５１へ出力する。或いは、ヨー角センサ５６は、車体１１の実ヨー角を示す信号をコントローラ５１へ出力し、コントローラ５１は、実ヨー角の変化から実ヨー角速度を算出してもよい。

【0031】

第１速度センサ５７と第２速度センサ５８とは、回転センサである。第１速度センサ５７は、左駆動輪１６の実際の回転速度を検出する。第１速度センサ５７は、左駆動輪１６の回転速度を示す信号を、コントローラ５１へ出力する。第２速度センサ５８は、右駆動輪１７の実際の回転速度を検出する。第２速度センサ５８は、右駆動輪１７の回転速度を示す信号を、コントローラ５１へ出力する。

【0032】

上述したように、コントローラ５１は、ステアリング操作部材５４の操作に応じて、ステアリング機構３６を制御する。それにより、車体１１が、ステアリング操作部材５４の操作に応じて、旋回する。詳細には、コントローラ５１は、ステアリング操作部材５４の操作量（以下、ステアリング操作量と呼ぶ）と操作方向とを取得する。コントローラ５１は、ステアリング操作量に応じて、油圧ポンプ４４の容量を制御する。それにより、左駆動輪１６又は右駆動輪１７の増速の大きさが制御される。

【0033】

コントローラ５１は、ステアリング操作部材５４の操作方向に応じて、左リンク機構３９と右リンク機構４３とを制御することで、左駆動輪１６と右駆動輪１７との一方を増速する。例えば、ステアリング操作部材５４の操作方向が左旋回である場合には、油圧モータ４５は、右リンク機構４３を介して、右駆動輪１７を増速する。それにより、右駆動輪１７の回転速度が左駆動輪１６の回転速度よりも大きくなり、その回転速度差によって、車体１１が左方に旋回する。ステアリング操作部材５４の操作方向が右旋回である場合には、油圧モータ４５は、左リンク機構３９を介して、左駆動輪１６を増速する。それにより、左駆動輪１６の回転速度が右駆動輪１７の回転速度よりも大きくなり、その回転速度差によって、車体１１が右方に旋回する。

【0034】

上述のように、オペレータが、ステアリング操作部材５４を操作することで、車体１１を旋回させる場合、車体１１が旋回できず、外側の履帯が激しくスリップする場合がある。本実施形態に係る作業機械１の制御システム３では、車体１１が旋回時にスリップ状態に陥った場合に、スリップ状態から迅速に脱出させるために、コントローラ５１がスリップ制御を実行する。以下、スリップ制御の処理について説明する。

【0035】

図４は、スリップ制御の処理を示すブロック図である。図４に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ５１は、オペレータの操作による第１旋回指令Ｃ１を決定する。コントローラ５１は、上述したステアリング操作量に応じて、第１旋回指令Ｃ１を決定する。第１旋回指令Ｃ１は、ステアリング操作量に応じた左履帯１８又は右履帯１９の増速の大きさを示す。

【0036】

詳細には、第１旋回指令Ｃ１は、油圧ポンプ４４への指令値で示される。例えば、コントローラ５１は、ステアリング操作量と第１旋回指令Ｃ１との関係を規定する旋回指令データを記憶している。コントローラ５１は、旋回指令データを参照して、ステアリング操作量から第１旋回指令Ｃ１を決定する。

【0037】

ステップＳ１０２では、コントローラ５１は、理論ヨー角速度ωｔを取得する。理論ヨー角速度ωｔは、駆動装置３２の制御に応じて算出される旋回時の車体１１のヨー角速度である。詳細には、理論ヨー角速度ωｔは、左履帯１８の動作速度と右履帯１９の動作速度とから算出される車体１１のヨー角速度である。理論ヨー角速度ωｔは、以下の式（１）により表される。

Ｖ１は、左履帯１８と右履帯１９とのうち、旋回の内側に位置する方の履帯（以下、内側履帯と呼ぶ）の動作速度（以下、内側速度と呼ぶ）である。Ｖ２は、左履帯１８と右履帯１９とのうち、旋回の外側に位置する方の履帯（以下、外側履帯と呼ぶ）の動作速度（以下、外側速度と呼ぶ）である。車体１１が左方へ旋回する場合には、図２に示すように、内側速度Ｖ１は左履帯１８の動作速度であり、外側速度Ｖ２は右履帯１９の動作速度である。逆に、車体１１が右方へ旋回する場合には、内側速度Ｖ１は右履帯１９の動作速度であり、外側速度Ｖ２は左履帯１８の動作速度である。

【0038】

コントローラ５１は、左駆動輪１６の回転速度と、駆動装置３２の減速比とに基づいて、左履帯１８の動作速度を算出する。コントローラ５１は、右駆動輪１７の回転速度と、駆動装置３２の減速比とに基づいて、右履帯１９の動作速度を算出する。式（１）において、Ｒは、旋回半径である。旋回半径Ｒは、以下の式（２）により表される。

Ｂは、ゲージ幅である。図２に示すように、ゲージ幅Ｂは、左履帯１８と右履帯１９との中心間距離である。ゲージ幅は、作業機械１の機種に固有の値であり、コントローラ５１に記憶されている。式（１）と式（２）とから、理論ヨー角速度ωｔは、以下の式（３）で表される。コントローラ５１は、式（３）により、内側速度Ｖ１と外側速度Ｖ２とに基づいて、理論ヨー角速度ωｔを算出する。

ステップＳ１０３では、コントローラ５１は、実ヨー角速度ωｒを取得する。実ヨー角速度ωｒは、車体１１の実際のヨー角速度である。コントローラ５１は、ヨー角センサ５６からの信号により、現在の実ヨー角速度ωｒを取得する。

【0039】

ステップＳ１０４では、コントローラ５１は、実スリップ率Ｓｒを算出する。実スリップ率Ｓｒは、車体１１のスリップの大きさを示す。コントローラ５１は、理論ヨー角速度ωｔと実ヨー角速度ωｒとに基づいて、旋回中の車体１１の実スリップ率Ｓｒを算出する。コントローラ５１は、以下の式（４）により、車体１１の実スリップ率Ｓｒを算出する。

ステップＳ１０５では、コントローラ５１は、目標スリップ率Ｓｔを取得する。目標スリップ率Ｓｔは、０より大きい所定の値である。目標スリップ率Ｓｔは、コントローラ５１に記憶された固定値であってもよい。目標スリップ率Ｓｔは、例えば、車体１１が旋回の困難なスリップ状態ではなく通常状態であると、オペレータが感じる程度の値に設定される。ただし、目標スリップ率Ｓｔは、可変であってもよい。

【0040】

ステップＳ１０６では、コントローラ５１は、スリップ制御による第２旋回指令Ｃ２を決定する。コントローラ５１は、実スリップ率Ｓｒが目標スリップ率Ｓｔとなるように、スリップ制御による第２旋回指令Ｃ２を決定する。コントローラ５１は、例えば、以下の式（５）により、Ｐ（比例）制御により、スリップ制御による第２旋回指令Ｃ２を決定する。以下の式（５）において、Ｋｐは、Ｐゲインである。

ステップＳ１０７では、コントローラ５１は、最終旋回指令Ｃ３を決定する。コントローラ５１は、オペレータの操作による第１旋回指令Ｃ１に、スリップ制御による第２旋回指令Ｃ２を加えることで、最終旋回指令Ｃ３を決定する。コントローラ５１は。最終旋回指令Ｃ３により、油圧ポンプ４４を制御する。

【0041】

例えば、実スリップ率Ｓｒが目標スリップ率Ｓｔよりも大きい場合には、スリップ制御による第２旋回指令Ｃ２は負の値となる。そのため、コントローラ５１は、最終旋回指令Ｃ３を、オペレータの操作による第１旋回指令Ｃ１よりも低減する。それにより、旋回時における外側履帯の動作速度が減速される。その結果、実スリップ率Ｓｒが低減して、車体１１がスリップ状態から脱出することができる。

【0042】

車体１１がスリップ状態から脱出すると、実スリップ率Ｓｒが低減して目標スリップ率Ｓｔに近づく。実スリップ率Ｓｒが低減し、実スリップ率Ｓｒと目標スリップ率Ｓｔとの差が小さくなると、コントローラ５１は、旋回指令Ｃ２の値を小さくする。そして、コントローラ５１は、最終旋回指令Ｃ３を、オペレータの操作による第１旋回指令Ｃ１に近づくように、増大させる。それにより、旋回時における外側履帯の動作速度が増速する。その結果、作業の効率が向上する。

【0043】

以上説明した本実施形態に係る作業機械１の制御システム３は、実スリップ率Ｓｒが、目標スリップ率Ｓｔとなるように、左駆動輪１６と右駆動輪１７との少なくとも一方の回転速度を制御する。それにより、作業機械１をスリップ状態から迅速に脱出させることができる。

【0044】

目標スリップ率Ｓｔは、０より大きい所定の値である。そのため、実スリップ率Ｓｒの過剰な低減が抑制される。それにより、作業効率が向上する。

【0045】

また、車体１１の理論ヨー角速度ωｔは、左駆動輪１６の実際の回転速度と右駆動輪１７の実際の回転速度とに基づいて算出される。そのため、車体１１の理論ヨー角速度ωｔが精度よく算出される。

【0046】

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。

【0047】

作業機械１は、ブルドーザに限らず、ショベル、ホイールローダ、トラクタ等の他の機械であってもよい。走行装置１２は、履帯に限らず、タイヤを含んでもよい。作業機械１は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、操作部材５２－５４と入力装置５５とは、作業機械１の外部に配置されてもよい。作業機械１から運転室１４が省略されてもよい。

【0048】

駆動装置３２の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、上記の実施形態の作業機械１からクラッチ３７，４１が省略されてもよい。或いは、図５は、第１変形例に係る作業機械１の構成を示す模式図である。図５に示すように、駆動装置３２から、ステアリング機構３６とリンク機構３９，４３とが省略されてもよい。コントローラ５１は、クラッチ３７，４１とブレーキ３８，４２とを制御して、左駆動輪１６と右駆動輪１７とに回転速度差を生じさせることで、車体１１を旋回させてもよい。

【0049】

図６は、第２変形例に係る作業機械１の構成を示す模式図である。図６に示すように、駆動装置３２は、第１走行ポンプ６１と、第２走行ポンプ６２と、第１走行モータ６３と、第２走行モータ６４とを含んでもよい。第１走行ポンプ６１と第２走行ポンプ６２とは、油圧ポンプである。第１走行ポンプ６１と第２走行ポンプ６２とは、駆動源３１によって駆動される。第１走行モータ６３と第２走行モータ６４とは、油圧モータである。第１走行モータ６３は、第１走行ポンプ６１からの作動油によって駆動される。第１走行モータ６３は、左駆動輪１６に接続されており、左駆動輪１６を回転させる。第２走行モータ６４は、第２走行ポンプ６２からの作動油によって駆動される。第２走行モータ６４は、右駆動輪１７に接続されており、右駆動輪１７を回転させる。コントローラ５１は、第１走行ポンプ６１の容量と第２走行ポンプ６２の容量とを制御して、左駆動輪１６と右駆動輪１７とに回転速度差を生じさせることで、車体１１を旋回させてもよい。

【0050】

スリップ制御は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、実スリップ率Ｓｒは、実スリップ値の一例である。実スリップ率Ｓｒの代わりに、実スリップ量が実スリップ値として用いられてもよい。実スリップ量は、理論ヨー角速度ωｔと実ヨー角速度ωｒとの差で示されてもよい。同様に、目標スリップ率Ｓｔは、目標スリップ値の一例である。目標スリップ率Ｓｔの代わりに、目標スリップ量が目標スリップ値として用いられてもよい。

【0051】

目標スリップ率Ｓｔを決定するための方法は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、目標スリップ率Ｓｔは、入力装置５５によって設定可能であってもよい。オペレータは、入力装置５５によって目標スリップ率Ｓｔの値を入力可能であってもよい。或いは、目標スリップ率Ｓｔは、「強」「中」「弱」のようにスリップ制御の強さを示す段階の選択に応じて設定されてもよい。

【0052】

或いは、図７は、第３変形例に係る作業機械１の構成を示す模式図である。図７に示すように、作業機械１は、土質センサ６５を備えてもよい。土質センサ６５は、作業機械１が配置される地面の硬さを検出する。コントローラ５１は、作業機械１が配置される地面の硬さを取得し、地面の硬さに基づいて、所定の目標スリップ率Ｓｔを決定してもよい。例えば、コントローラ５１は、地面の硬さが柔らかいほど、所定の目標スリップ率Ｓｔを増大させてもよい。

【0053】

或いは、コントローラ５１は、作業現場情報に基づいて、地面の硬さを取得してもよい。作業現場情報は、作業機械１が配置される作業現場内の位置と地面の硬さとの関係を示す。コントローラ５１は、入力装置５５によって作業現場内の任意の位置の選択を受け付けてもよい。例えば、入力装置５５はモニタを含み、作業現場の地図がモニタに表示されてもよい。オペレータは、モニタに表示された地図から、任意の位置を選択してもよい。コントローラ５１は、作業現場情報を参照して、選択された作業現場の位置に対応する地面の硬さを取得してもよい。

【0054】

所定の目標スリップ率Ｓｔの決定は、作業機械１のコントローラ５１に限らず、作業機械１の外部のコンピュータによって実行されてもよい。コントローラ５１は、外部のコンピュータから目標スリップ率Ｓｔを取得してもよい。例えば、図８は、第４変形例に係る作業機械１の構成を示す模式図である。

【0055】

図８に示すように、作業機械１は、通信装置６６を備えてもよい。通信装置６６は、例えば無線通信用のモジュールであり、作業機械１の外部のコンピュータと通信を行う。通信装置６６は、モバイル通信ネットワークを利用するものであってもよい。或いは、通信装置６６は、ＬＡＮ（Local Area Network）、或いはインターネットなどの他のネットワークを利用するものであってもよい。作業機械１は、取得した地面の硬さを、通信装置６６を介して、外部のサーバ６７に送信してもよい。サーバ６７は、地面の硬さに応じた目標スリップ率Ｓｔを算出して、通信装置６６を介して、作業機械１のコントローラ５１に送信してもよい。

【0056】

上述した実施形態、或いは、変形例において、駆動源３１は、内燃エンジンに限らず、電動モータを含んでもよい。電動モータは、内燃エンジンの駆動力によって発電された電力によって駆動されてもよい。例えば、図９に示す第５変形例のように、作業機械１は、トランスミッション３４に代えて、発電機７１とモータ７３とを備えてもよい。発電機７１は、駆動源３１からの駆動力によって発電してもよい。モータ７３は、インバータ７２を介して発電機７１に接続されてもよい。モータ７３は、発電機７１によって発電された電力によって駆動され、それにより、駆動輪１６，１７を駆動してもよい。上述した他の変形例についても同様に、作業機械１は、トランスミッション３４に代えて、発電機とモータとを備えてもよい。或いは、作業機械１は、走行ポンプ６１，６２、走行モータ６３，６４に代えて、発電機とモータとを備えてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本開示によれば、作業機械をスリップ状態から迅速に脱出させることができる。

【符号の説明】

【0058】

１：作業機械
１１：車体
１６：左駆動輪
１７：右駆動輪
１８：左履帯
１９：右履帯
３１：駆動源
３２：駆動装置
５１：コントローラ
５５：入力装置
５６：ヨー角センサ
５７：第１速度センサ
５８：第２速度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】