特許 7401530 制御装置、ホイールローダ、および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-11

(45)【発行日】2023-12-19

(54)【発明の名称】制御装置、ホイールローダ、および方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20231212BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20231212BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 P

E02F9/22 E

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021512200

(86)(22)【出願日】2020-04-02

(86)【国際出願番号】 JP2020015146

(87)【国際公開番号】W WO2020204123

(87)【国際公開日】2020-10-08

【審査請求日】2023-03-08

(31)【優先権主張番号】P 2019072103

(32)【優先日】2019-04-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大浅 貴央

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０４４７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１６４５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２０９５０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ３／４３

Ｅ０２Ｆ ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機を備えるホイールローダを制御するための作業機制御装置であって、
前記作業機のリフト力を検出するリフト力検出部と、
検出された前記リフト力の変化量に基づいて、前記作業機の制御量を決定する制御量決定部と、
前記作業機を駆動させるアクチュエータに、決定した前記制御量に係る制御指令を出力する指令出力部と
を備え、
前記制御量決定部は、前記作業機のリフト量が所定の閾値に達する時点まで、前記リフト力に対して前記制御量が単調増加するように、前記制御量を決定する
制御装置。

【請求項2】

前記制御量決定部は、前記作業機のリフト量が所定の閾値に達した時点以降、前記制御量を、前記作業機のリフト量が所定の閾値に達した時点における前記制御量に決定する
請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記制御量決定部は、前記リフト力に基づく制御量と、アクセル操作量に基づく制御量のうち小さいものを、前記作業機の制御量に決定する
請求項１または請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記制御量は、前記作業機をリフトさせるためのリフト制御量を含む
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御装置。

【請求項5】

前記制御量は、前記作業機をチルトさせるためのチルト制御量を含む
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御装置。

【請求項6】

車体と、
前記車体に支持された作業機と、
前記作業機を駆動させるアクチュエータと、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の制御装置と
を備えるホイールローダ。

【請求項7】

作業機を備えるホイールローダを制御するための方法であって、
前記作業機のリフト力を検出するステップと、
検出された前記リフト力の変化量に基づいて、前記作業機の制御量を決定するステップと、
前記作業機を駆動させるアクチュエータに、決定した前記制御量に係る制御指令を出力するステップと
を備え、
前記制御量を決定するステップでは、前記作業機のリフト量が所定の閾値に達する時点まで、前記リフト力に対して前記制御量が単調増加するように、前記制御量を決定する
方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御装置、ホイールローダ、および方法に関する。
本願は、２０１９年４月４日に日本に出願された特願２０１９－０７２１０３号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、自動で掘削を行う機能を備えるホイールローダに関する技術が開示されている。
特許文献１に記載の技術によれば、ホイールローダの制御装置は、作業機が積載物に食い込んだことをブームのボトム圧より検出し、ブームのリフトを行いながら、断続的にバケットのチルトを行う。これにより、オペレータによるホイールローダの掘削作業を模擬した自動掘削を実現することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５７００６１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術によれば、ホイールローダの制御装置は、一定のリフト制御量でリフト制御を行い、一定のチルト制御量でチルト制御を実行する。しかしながら、一定の制御量で作業機の制御を行う場合、掘削対象物の状態によっては適切な掘削制御ができない可能性がある。
本発明の目的は、掘削対象物の状態に応じた掘削制御を行うことができる制御装置、ホイールローダ、および方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、作業機制御装置は、作業機を制御する作業機制御装置であって、前記作業機のリフト力を検出するリフト力検出部と、検出された前記リフト力の変化量に基づいて、前記作業機の制御量を決定する制御量決定部と、前記作業機を駆動させるアクチュエータに、決定した前記制御量に係る制御指令を出力する指令出力部とを備える。

【発明の効果】

【0006】

上記態様によれば、作業機制御装置は、掘削対象物の状態に応じた掘削制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る作業車両の側面図である。

【図2】第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す上面図である。

【図3】第１の実施形態に係る作業車両の動力系統を示す模式図である。

【図4】第１の実施形態に係る作業車両の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。

【図5】第１の実施形態に係る自動掘削制御の段階の遷移を示す状態遷移図である。

【図6】第１の実施形態に係るリフト制御量決定関数の一例である。

【図7】第１の実施形態に係るチルト制御量決定関数の一例である。

【図8】第１の実施形態に係る指令出力処理を示すフローチャートである。

【図9】第１の実施形態に係る特定制御量設定処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

〈第１の実施形態〉
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る作業車両の側面図である。
第１の実施形態に係る作業車両１００は、ホイールローダである。作業車両１００は、車体１１０、作業機１２０、前輪部１３０、後輪部１４０、運転室１５０を備える。

【0009】

車体１１０は、前車体１１１、後車体１１２、およびステアリングシリンダ１１３を備える。前車体１１１と後車体１１２とは車体１１０の上下方向に伸びるステアリング軸回りに回動可能に取り付けられている。前輪部１３０は、前車体１１１の下部に設けられ、後輪部１４０は、後車体１１２の下部に設けられる。
ステアリングシリンダ１１３は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１３の基端部は後車体１１２に取り付けられ、先端部は前車体１１１に取り付けられる。ステアリングシリンダ１１３は、作動油によって伸縮することで、前車体１１１と後車体１１２とのなす角度を規定する。つまり、ステアリングシリンダ１１３の伸縮により、前輪部１３０の舵角が規定される。

【0010】

作業機１２０は、土砂等の作業対象物の掘削および運搬に用いられる。作業機１２０は、車体１１０の前部に設けられる。作業機１２０は、ブーム１２１、バケット１２２、ベルクランク１２３、リフトシリンダ１２４、バケットシリンダ１２５を備える。

【0011】

ブーム１２１の基端部は、前車体１１１の前部にピンを介して取り付けられる。
バケット１２２は、作業対象物を掘削するための刃と、掘削した作業対象物を運搬するための容器とを備える。バケット１２２の基端部は、ブーム１２１の先端部にピンを介して取り付けられる。
ベルクランク１２３は、バケットシリンダ１２５の動力をバケット１２２に伝達する。ベルクランク１２３の第１端は、バケット１２２の底部にリンク機構を介して取り付けられる。ベルクランク１２３の第２端は、バケットシリンダ１２５の先端部にピンを介して取り付けられる。

【0012】

リフトシリンダ１２４は、油圧シリンダである。リフトシリンダ１２４の基端部は前車体１１１の前部に取り付けられる。リフトシリンダ１２４の先端部はブーム１２１に取り付けられる。リフトシリンダ１２４が作動油によって伸縮することによって、ブーム１２１が上げ方向または下げ方向に駆動する。リフトシリンダ１２４には、リフトシリンダ１２４のストローク量を計測するリフトストロークセンサ１２４１が設けられる。リフトシリンダ１２４のストローク量は、ブーム角θ_Ｌを求めるために用いられる。ブーム角θ_Ｌは、車体１１０から前方に伸びる直線と、ブーム１２１の基端部から先端部に伸びる直線とのなす角によって表される。ブーム角θ_Ｌが大きいほどブーム１２１の先端の位置が高くなり、ブーム角θ_Ｌが小さいほどブーム１２１の先端の位置が低くなる。なお、他の実施形態においては、ブーム１２１の基端部に設けられた角度センサによってブーム角θ_Ｌが算出されてもよい。

【0013】

バケットシリンダ１２５は、油圧シリンダである。バケットシリンダ１２５の基端部は、前車体１１１の前部に取り付けられる。バケットシリンダ１２５の先端部は、ベルクランク１２３を介してバケット１２２に取り付けられている。バケットシリンダ１２５が、作動油によって伸縮することによって、バケット１２２がチルト方向またはダンプ方向に駆動する。バケットシリンダ１２５には、バケットシリンダ１２５のストローク量を計測するバケットストロークセンサ１２５１が設けられる。バケットシリンダ１２５のストローク量は、バケット角θ_Ｂを求めるために用いられる。バケット角θ_Ｂは、車体１１０から前方に伸びる直線と、バケット１２２の底面に沿って伸びる直線とのなす角によって表される。バケット角θ_Ｂが正である場合、バケット１２２はチルト側に傾き、バケット角θ_Ｂが負である場合、バケット１２２はダンプ側に傾く。バケット角θ_Ｂは、バケットシリンダ１２５のストローク量とブーム角から求められるブーム１２１を基準としたバケット１２２の角度に、ブーム角θ_Ｌを加算することで求められる。なお、他の実施形態においては、ベルクランク１２３の中央部に設けられた角度センサによってバケット角θ_Ｂが算出されてもよい。

【0014】

運転室１５０は、オペレータが搭乗し、作業車両１００の操作を行うためのスペースである。運転室１５０は、後車体１１２の上部に設けられる。
図２は、第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す上面図である。運転室１５０の内部には、シート１５１、アクセルペダル１５２、ブレーキペダル１５３、ステアリングハンドル１５４、前後切替スイッチ１５５、シフトスイッチ１５６、ブームレバー１５７、バケットレバー１５８、自動掘削スイッチ１５９が設けられる。

【0015】

アクセルペダル１５２は、作業車両１００に生じさせる走行の駆動力（牽引力）を設定するために操作される。
ブレーキペダル１５３は、作業車両１００に生じさせる走行の制動力を設定するために操作される。ブレーキペダル１５３の操作量が大きいほど、強い制動力が設定される。
ステアリングハンドル１５４は、作業車両１００の舵角を設定するために操作される。
前後切替スイッチ１５５は、作業車両１００の進行方向を設定するために操作される。
シフトスイッチ１５６は、動力伝達装置の速度範囲を設定するために操作される。シフトスイッチ１５６の操作によって、例えば、１速、２速、３速、および４速の中から１つの速度範囲が選択される。
ブームレバー１５７は、ブーム１２１の上げ操作または下げ操作の速度を設定するために操作される。ブームレバー１５７は、前方へ傾けられることにより下げ操作を受け付け、後方へ傾けられることにより上げ操作を受け付ける。以下、ブーム１２１の上げ操作および下げ操作を、リフト操作ともいう。
バケットレバー１５８は、バケット１２２のダンプ操作またはチルト操作の速度を設定するために操作される。バケットレバー１５８は、前方へ傾けられることによりダンプ操作を受け付け、後方へ傾けられることによりチルト操作を受け付ける。
自動掘削スイッチ１５９は、自動掘削制御の有効と無効とを切り替えるために操作される。自動掘削スイッチ１５９は、押下されることにより自動掘削制御の有効または無効を示す信号を制御装置３００に出力する。なお、他の実施形態においては、自動掘削スイッチ１５９の操作に代えて、所定のレバー操作によって自動掘削制御の有効または無効を設定してもよい。

【0016】

《動力系統》
図３は、第１の実施形態に係る作業車両の動力系統を示す模式図である。
作業車両１００は、エンジン２１０、ＰＴＯ２２０（Power Take Off）、変速機２３０、フロントアクスル２４０、リアアクスル２５０、可変容量ポンプ２６０、ブレーキポンプ２７０を備える。

【0017】

ＰＴＯ２２０は、エンジン２１０の駆動力の一部を、可変容量ポンプ２６０に伝達する。つまり、ＰＴＯ２２０は、エンジン２１０の駆動力を、変速機２３０、および可変容量ポンプ２６０に分配する。

【0018】

変速機２３０は、入力軸に入力される駆動力を変速して出力軸から出力する。変速機２３０の入力軸はＰＴＯ２２０に接続され、出力軸はフロントアクスル２４０およびリアアクスル２５０に接続される。つまり、変速機２３０は、ＰＴＯ２２０によって分配されたエンジン２１０の駆動力をフロントアクスル２４０およびリアアクスル２５０に伝達する。変速機２３０の出力軸には、回転数を計測する回転計２３１が設けられる。出力軸の回転数は、作業車両１００の車速を求めるために用いられる。

【0019】

フロントアクスル２４０は、変速機２３０が出力する駆動力を前輪部１３０に伝達する。これにより、前輪部１３０が回転する。
リアアクスル２５０は、変速機２３０が出力する駆動力を後輪部１４０に伝達する。これにより、後輪部１４０が回転する。

【0020】

可変容量ポンプ２６０は、エンジン２１０からの駆動力によって駆動される。可変容量ポンプ２６０から吐出された作動油は、コントロールバルブ２６１を介してリフトシリンダ１２４およびバケットシリンダ１２５に供給され、ステアリングバルブ２６２を介してステアリングシリンダ１１３に供給される。また可変容量ポンプ２６０から吐出された作動油は、リリーフバルブ２６６を介して排出される。
コントロールバルブ２６１は、可変容量ポンプ２６０から吐出された作動油の流量を制御し、作動油をリフトシリンダ１２４とバケットシリンダ１２５とに分配する。ステアリングバルブ２６２は、ステアリングシリンダ１１３に供給する作動油の流量を制御する。リリーフバルブ２６６は、作動油の圧力が所定のリリーフ圧を超えたときに圧力を開放し、作動油を排出させる。
リフトシリンダ１２４には、シリンダ圧力計２６４が設けられる。シリンダ圧力計２６４は、リフトシリンダ１２４のボトム圧を計測する。

【0021】

ブレーキポンプ２７０は、エンジン２１０からの駆動力によって駆動される固定容量ポンプである。ブレーキポンプ２７０から吐出された作動油は、ブレーキバルブ２７１に供給される。ブレーキバルブ２７１は、各アクスルに内蔵された図示しないブレーキシリンダへ供給する作動油の圧力を制御する。ブレーキシリンダに作動油が供給されることで、前輪部１３０および後輪部１４０の回転軸と共に回転するブレーキディスクが回転しないプレートに押し付けられ、制動力が発生する。

【0022】

《制御装置》
作業車両１００は、作業車両１００を制御するための制御装置３００を備える。
制御装置３００は、自動掘削制御の段階に応じて、コントロールバルブ２６１に制御信号を出力する。

【0023】

図４は、第１の実施形態に係る作業車両の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。制御装置３００は、プロセッサ３１０、メインメモリ３３０、ストレージ３５０、インタフェース３７０を備えるコンピュータである。

【0024】

ストレージ３５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。ストレージ３５０の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ３５０は、制御装置３００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース３７０または通信回線を介して制御装置３００に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ３５０は、作業車両１００を制御するためのプログラムを記憶する。

【0025】

プログラムは、制御装置３００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。

【0026】

プログラムが通信回線によって制御装置３００に配信される場合、配信を受けた制御装置３００が当該プログラムをメインメモリ３３０に展開し、上記処理を実行してもよい。
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ３５０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

【0027】

プロセッサ３１０は、プログラムを実行することで、操作量取得部３１１、計測値取得部３１２、段階特定部３１３、制御量決定部３１４、チルト時間決定部３１５、指令出力部３１６を備える。
また、プログラムの実行により、メインメモリ３３０には、段階記憶部３３１、特定制御量記憶部３３２、現在制御量記憶部３３３、チルト時間記憶部３３４、チルト回数記憶部３３５、ボトム圧記憶部３３６、ブーム角記憶部３３７の記憶領域が確保される。

【0028】

操作量取得部３１１は、アクセルペダル１５２、前後切替スイッチ１５５、ブームレバー１５７、バケットレバー１５８、自動掘削スイッチ１５９のそれぞれから操作量を取得する。

【0029】

計測値取得部３１２は、回転計２３１、リフトストロークセンサ１２４１、バケットストロークセンサ１２５１、およびシリンダ圧力計２６４から計測値を取得する。すなわち、計測値取得部３１２は、変速機２３０の出力軸の回転数、リフトシリンダ１２４のストローク量、バケットシリンダ１２５のストローク量、およびリフトシリンダ１２４のボトム圧の計測値を取得する。リフトシリンダ１２４のボトム圧には、リフトシリンダ１２４がブーム１２１から受ける力としてのリフト力が表れる。すなわち、計測値取得部３１２は、リフト力検出部の一例である。

【0030】

段階特定部３１３は、操作量、計測値、およびメインメモリ３３０が記憶する値に基づいて、制御装置３００による自動掘削制御の段階を特定する。段階特定部３１３は、特定した段階を、段階記憶部３３１に記憶させる。
図５は、第１の実施形態に係る自動掘削制御の段階の遷移を示す状態遷移図である。自動掘削制御の段階は、非自動掘削段階ＳＴ０、リフト開始判定段階ＳＴ１、制御量設定段階ＳＴ２、自動リフト段階ＳＴ３、チルト待機段階ＳＴ４、チルト開始判定段階ＳＴ５、自動チルト段階ＳＴ６、自動チルト終了段階ＳＴ７の８つの段階を有する。

【0031】

制御量決定部３１４は、自動掘削制御が制御量設定段階ＳＴ２にあるときに、計測値取得部３１２が取得したリフトシリンダ１２４のボトム圧の計測値に基づいて、自動掘削制御における特定リフト制御量ｈおよび特定チルト制御量ｐを決定する。特定リフト制御量ｈおよび特定チルト制御量ｐは、ボトム圧に対して単調増加する。なお、本実施形態において、「単調増加」とは、一方の値が増加したときに、常に他方の値が増加し、または変化しないこと（単調非減少）をいう。制御量決定部３１４は、決定した特定リフト制御量ｈおよび特定チルト制御量ｐを、特定制御量記憶部３３２に記憶させる。
特定リフト制御量ｈは、自動掘削制御においてリフト動作を行う際にリフト制御量に設定される値である。特定チルト制御量ｐは、自動掘削制御においてチルト動作を行う際にチルト制御量に設定される値である。

【0032】

具体的には、制御量決定部３１４は、ボトム圧上昇量と特定リフト制御量との関係を示すリフト制御量決定関数に、ボトム圧上昇量を代入することで、特定リフト制御量ｈを決定する。図６は、第１の実施形態に係るリフト制御量決定関数の一例である。リフト制御量決定関数において、ボトム圧上昇量が閾値ΔＰｌ以下である場合、特定リフト制御量ｈは、所定の下限値ｈ０をとる。特定リフト制御量ｈの下限値ｈ０は、０より大きい値である。リフト制御量決定関数において、ボトム圧上昇量が閾値ΔＰｌより大きい場合、特定リフト制御量ｈは、ボトム圧上昇量に対して比例して増加する。

【0033】

具体的には、制御量決定部３１４は、ボトム圧上昇量と特定チルト制御量ｐとの関係を示すチルト制御量決定関数に、ボトム圧上昇量を代入することで、特定チルト制御量ｐを決定する。図７は、第１の実施形態に係るチルト制御量決定関数の一例である。チルト制御量決定関数において、ボトム圧上昇量が閾値ΔＰｔ以下である場合、特定チルト制御量ｐは、所定の下限値ｐ０をとる。特定チルト制御量の下限値ｐ０は、０より大きい値である。チルト制御量決定関数において、ボトム圧上昇量が閾値ΔＰｔより大きい場合、特定チルト制御量ｐは、ボトム圧上昇量に対して比例して増加する。

【0034】

なお、他の実施形態においては、リフト制御量決定関数またはチルト制御量決定関数は、ボトム圧の絶対値と特定リフト制御量ｈまたは特定チルト制御量ｐとの関係を示すものであってもよい。この場合、制御量決定部は、ボトム圧の絶対値に基づいて特定リフト制御量ｈおよび特定チルト制御量ｐを決定する。

【0035】

また、制御量決定部３１４は、自動掘削制御の段階に応じて、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量およびチルト制御量を書き換える。なお、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量およびチルト制御量の初期値は、いずれも０である。

【0036】

チルト時間決定部３１５は、チルト回数記憶部３３５が記憶するチルト回数に基づいて、チルトＯＮ時間Δｔ１と、チルトＯＦＦ時間Δｔ２を決定する。第１の実施形態に係る自動掘削制御において、バケット１２２は、断続的にチルト動作を行う。このときのチルト動作のＯＮ時間およびＯＦＦ時間が、チルト時間決定部３１５によって決定される。チルトＯＮ時間Δｔ１およびチルトＯＦＦ時間Δｔ２は、チルト回数に応じて予め設定される。

【0037】

指令出力部３１６は、操作量取得部３１１が取得した操作量および現在制御量記憶部３３３が記憶する制御量に基づいて、コントロールバルブ２６１に制御指令を出力する。具体的には、指令出力部３１６は、操作量取得部３１１が取得したブームレバー１５７の操作量および現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量に基づいて、コントロールバルブ２６１にリフトシリンダ１２４の制御指令を出力する。また、指令出力部３１６は、操作量取得部３１１が取得したバケットレバー１５８の操作量および現在制御量記憶部３３３が記憶するチルト制御量に基づいて、コントロールバルブ２６１にバケットシリンダ１２５の制御指令を出力する。

【0038】

《自動掘削制御》
図５に示す状態遷移図を参照しながら、第１の実施形態に係る自動掘削制御について説明する。第１の実施形態に係る自動掘削制御は、図５に示すように、自動掘削制御の段階を８つの段階で区別する。
オペレータによって自動掘削スイッチ１５９が押下されることで自動掘削制御が有効となると、制御装置３００の段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が非自動掘削段階ＳＴ０であると特定する。段階特定部３１３は、段階記憶部３３１が記憶する状態を非自動掘削段階ＳＴ０に書き換える。

【0039】

《非自動掘削段階ＳＴ０》
自動掘削制御の段階が非自動掘削段階ＳＴ０である場合、段階特定部３１３は、操作量取得部３１１が取得した操作量および計測値取得部３１２が取得した計測値に基づいて、作業車両１００が前進し、かつバケット１２２が接地しているか否かを判定する。例えば、段階特定部３１３は、アクセルペダル１５２が踏まれ、かつ前後切替スイッチ１５５がＦ（Front）に設定されている場合に、作業車両１００が前進していると判定する。また例えば、段階特定部３１３は、リフトストロークセンサ１２４１およびバケットストロークセンサ１２５１の検出値に基づいてブーム角θ_Ｌおよびバケット角θ_Ｂを特定し、ブーム角θ_Ｌが所定の閾値以下であり、かつバケット角θ_Ｂが０度を含む所定範囲内にある場合に、バケット１２２が接地していると判定する。作業車両１００が前進しているか否かの判定は、例えば回転計２３１の計測値から求められる車速に基づいてなされてもよい。

【0040】

自動掘削制御の段階が非自動掘削段階ＳＴ０である場合において、作業車両１００が前進し、かつバケット１２２が接地している場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階がリフト開始判定段階ＳＴ１であると特定する。段階特定部３１３は、段階記憶部３３１が記憶する状態をリフト開始判定段階ＳＴ１に書き換える。
他方、自動掘削制御の段階が非自動掘削段階ＳＴ０である場合において、作業車両１００が前進しておらず、またはバケット１２２が接地していない場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が非自動掘削段階ＳＴ０であると特定する。非自動掘削段階ＳＴ０においては、指令出力部３１６は、ブームレバー１５７の操作量に応じたリフト制御指令、およびバケットレバー１５８の操作量に応じたチルト制御指令を、コントロールバルブ２６１に出力する。すなわち、非自動掘削段階ＳＴ０においては、マニュアル操作で作業機制御が行われる。

【0041】

《リフト開始判定段階ＳＴ１》
自動掘削制御の段階がリフト開始判定段階ＳＴ１である場合、指令出力部３１６は、指令出力処理を行う。図８は、第１の実施形態に係る指令出力処理を示すフローチャートである。
指令出力部３１６は、操作量取得部３１１が取得したブームレバー１５７の操作量に基づく制御量と、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量の和に係る制御量を示すリフト制御指令を生成する（ステップＳ１１）。また、指令出力部３１６は、操作量取得部３１１が取得したバケットレバー１５８の操作量に基づく制御量および現在制御量記憶部３３３が記憶するチルト制御量の和に係る制御量を示すチルト制御指令を生成する（ステップＳ１２）。
指令出力部３１６は、生成したリフト制御指令およびチルト制御指令を、コントロールバルブ２６１に出力する（ステップＳ１３）。
なお、リフト開始判定段階ＳＴ１において、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量およびチルト制御量は、いずれも０である。

【0042】

また、自動掘削制御の段階がリフト開始判定段階ＳＴ１である場合、段階特定部３１３は、計測値取得部３１２が取得した計測値に基づいて、リフトシリンダ１２４のボトム圧が一定時間継続して閾値Ｐ１以上であり、かつブーム角が閾値θ１以下であり、かつ車速が一定時間継続して閾値Ｖ１以下であるか否かを判定する。
ボトム圧の閾値Ｐ１は、バケット１２２が掘削対象物に入り込んだときに検出される程度の値に設定される。つまり、リフトシリンダ１２４のボトム圧が一定時間継続して閾値Ｐ１以上であるということを検出することで、バケット１２２が掘削対象物に入り込んだ状態であることがわかる。

【0043】

自動掘削制御の段階がリフト開始判定段階ＳＴ１である場合において、リフトシリンダ１２４のボトム圧が一定時間継続して閾値Ｐ１以上であり、かつブーム角が閾値θ１以下であり、かつ車速が一定時間継続して閾値Ｖ１以下である場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が制御量設定段階ＳＴ２であると特定する。段階特定部３１３は、段階記憶部３３１が記憶する状態を制御量設定段階ＳＴ２に書き換える。

【0044】

他方、自動掘削制御の段階がリフト開始判定段階ＳＴ１である場合において、リフトシリンダ１２４のボトム圧が一定時間以内に閾値Ｐ１未満となった場合、ブーム角が閾値θ１より大きい場合、または車速が一定時間以内に閾値Ｖ１より大きくなった場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階がリフト開始判定段階ＳＴ１であると特定する。

【0045】

《制御量設定段階ＳＴ２》
自動掘削制御の段階がリフト開始判定段階ＳＴ１から制御量設定段階ＳＴ２に遷移したとき、計測値取得部３１２は、シリンダ圧力計２６４が計測したボトム圧を、リフト前ボトム圧としてボトム圧記憶部３３６に記憶させる。また、計測値取得部３１２は、ボトム圧記憶部３３６に、ボトム圧上昇量の初期値として０を記憶させる。
また計測値取得部３１２は、リフトストロークセンサ１２４１の計測値から求められるブーム角θ_Ｌを、リフト前ブーム角としてブーム角記憶部３３７に記憶させる。

【0046】

自動掘削制御の段階が制御量設定段階ＳＴ２である場合、指令出力部３１６は、特定制御量設定処理を行う。図９は、第１の実施形態に係る特定制御量設定処理を示すフローチャートである。制御量決定部３１４は、計測値取得部３１２が取得したリフトシリンダ１２４のボトム圧の計測値と、ボトム圧記憶部３３６が記憶するリフト前ボトム圧との差を、ボトム圧上昇量として特定する（ステップＳ２１）。制御量決定部３１４は、特定したボトム圧上昇量がボトム圧記憶部３３６が記憶するボトム圧上昇量以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。特定したボトム圧上昇量がボトム圧記憶部３３６が記憶するボトム圧上昇量以上である場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御量決定部３１４は、ボトム圧記憶部３３６が記憶するボトム圧上昇量を、ステップＳ２１で特定したボトム圧上昇量に書き換える（ステップＳ２３）。
特定したボトム圧上昇量がボトム圧記憶部３３６が記憶するボトム圧上昇量未満である場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、またはボトム圧記憶部３３６が記憶するボトム圧上昇量を書き換えた場合、制御量決定部３１４は、ボトム圧記憶部３３６が記憶するボトム圧上昇量を、図６に示すリフト制御量決定関数に代入することで、特定リフト制御量ｈを決定する（ステップＳ２４）。また、制御量決定部３１４は、ボトム圧記憶部３３６が記憶するボトム圧上昇量を、図７に示すチルト制御量決定関数にボトム圧上昇量を代入することで、特定チルト制御量ｐを決定する（ステップＳ２５）。

【0047】

制御量決定部３１４は、特定制御量記憶部３３２が記憶する特定リフト制御量ｈを、ステップＳ２４で決定した特定リフト制御量ｈに書き換える。また制御量決定部３１４は、特定制御量記憶部３３２が記憶する特定チルト制御量ｐを、ステップＳ２５で決定した特定チルト制御量ｐに書き換える（ステップＳ２６）。

【0048】

次に、制御量決定部３１４は、ブームレバー１５７の操作量に基づいて、リフト制御量を決定する。具体的には、制御量決定部３１４は、操作量取得部３１１が取得したブームレバー１５７の操作量が所定時間継続して中立を示すか否かを判定する。ブームレバー１５７の操作量が所定時間継続して中立を示す場合、制御量決定部３１４は、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量を、特定制御量記憶部３３２が記憶する特定リフト制御量ｈに書き換える。他方、ブームレバー１５７の操作量が所定時間以内に中立でない値を示した場合、制御量決定部３１４は、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量を０に書き換える。つまり、オペレータによってブームレバー１５７が操作された場合、オペレータの操作を優先させるために、リフト制御量を０にする。

【0049】

次に、指令出力部３１６は、図８に示す指令出力処理を行う。なお、制御量設定段階ＳＴ２において、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量は、ブームレバー１５７が操作されていない場合には特定制御量設定処理にて設定された特定リフト制御量ｈとなり、ブームレバー１５７が操作された場合には０となる。他方、現在制御量記憶部３３３が記憶するチルト制御量は０である。

【0050】

また、自動掘削制御の段階が制御量設定段階ＳＴ２である場合、段階特定部３１３は、特定制御量記憶部３３２が記憶する特定リフト制御量ｈが１００％に達し、または現在のブーム角θ_Ｌとブーム角記憶部３３７が記憶するブーム角との差（ブーム角上昇量）が閾値θ２に達したか否かを判定する。

【0051】

自動掘削制御の段階が制御量設定段階ＳＴ２である場合において、特定リフト制御量ｈが１００％に達し、またはブーム角上昇量が閾値θ２に達した場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３であると特定する。段階特定部３１３は、段階記憶部３３１が記憶する状態を自動リフト段階ＳＴ３に書き換える。
なお、特定リフト制御量ｈおよび特定チルト制御量ｐは、制御量設定段階ＳＴ２より後の段階において書き換えられない。

【0052】

他方、自動掘削制御の段階が制御量設定段階ＳＴ２である場合において、特定リフト制御量ｈが１００％未満であり、かつブーム角上昇量が閾値θ２未満である場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が制御量設定段階ＳＴ２であると特定する。

【0053】

《自動リフト段階ＳＴ３》
自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３である場合、制御量決定部３１４は、制御量設定段階ＳＴ２と同様に、ブームレバー１５７の操作量に基づいて、リフト制御量を決定する。
次に、指令出力部３１６は、図８に示す指令出力処理を行う。なお、自動リフト段階ＳＴ３において、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量は、ブームレバー１５７が操作されていない場合には特定リフト制御量ｈとなり、ブームレバー１５７が操作された場合には０となる。他方、現在制御量記憶部３３３が記憶するチルト制御量は０である。

【0054】

また、自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３である場合、段階特定部３１３は、ブーム角記憶部３３７が記憶するリフト前ブーム角に対するブーム角上昇量が閾値θ３以上であり、またはリフトシリンダ１２４のボトム圧が継続して閾値Ｐ２以上であるか否かを判定する。なお、閾値θ３は、閾値θ２より大きい。

【0055】

自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３である場合において、ブーム角上昇量が閾値θ３以上であり、またはリフトシリンダ１２４のボトム圧が一定時間継続して閾値Ｐ２以上である場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階がチルト待機段階ＳＴ４であると特定する。段階特定部３１３は、段階記憶部３３１が記憶する状態をチルト待機段階ＳＴ４に書き換える。

【0056】

他方、自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３である場合において、ブーム角上昇量が閾値θ３未満であり、かつリフトシリンダ１２４のボトム圧が一定時間以内に閾値Ｐ２未満となった場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３であると特定する。

【0057】

自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３からチルト待機段階ＳＴ４に遷移する場合、制御量決定部３１４は、アクセルペダル１５２の操作量とリフト制御量との関係を示すリフトアクセル関数ｆ（ａ）に、アクセルペダル１５２の操作量ａを代入することで、リフト制御量を算出する。リフトアクセル関数ｆ（ａ）は、アクセルペダルの操作量ａに対してリフト制御量が単調増加する関数である。リフトアクセル関数ｆ（ａ）において、アクセルペダル１５２の踏込量ａが０であっても、リフト制御量は０より大きい値をとる。制御量決定部３１４は、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量を、リフトアクセル関数ｆ（ａ）に基づいて算出したリフト制御量と、特定制御量記憶部３３２が記憶する特定リフト制御量ｈのうち小さいものに書き換える。つまり、チルト待機段階ＳＴ４以降、リフト制御量は、０より大きく特定リフト制御量ｈ以下の値となる。なお、リフト制御量は、自動リフト段階ＳＴ３からチルト待機段階ＳＴ４に遷移する瞬間のアクセルペダル１５２の操作量によって固定されるものではなく、チルト待機段階ＳＴ４への遷移後もアクセルペダル１５２の操作量によって変動する。これにより、オペレータは、アクセルペダル１５２の踏み込み量に応じて自動掘削の速度を制御することができる。

【0058】

《チルト待機段階ＳＴ４》
自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３からチルト待機段階ＳＴ４に遷移したとき、チルト時間決定部３１５は、チルト回数記憶部３３５が記憶する自動チルト回数に基づいて、チルトＯＮ時間Δｔ１と、チルトＯＦＦ時間Δｔ２を決定する。また計測値取得部３１２は、リフトストロークセンサ１２４１の計測値から求められるブーム角θ_Ｌを、待機開始ブーム角としてブーム角記憶部３３７に記憶させる。

【0059】

自動掘削制御の段階がチルト待機段階ＳＴ４である場合、制御量決定部３１４は、チルト制御量を０に設定する。
次に、指令出力部３１６は、図８に示す指令出力処理を行う。なお、チルト待機段階ＳＴ４において、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量は、アクセルペダル１５２の踏み込み量に応じて０より大きく、特定リフト制御量ｈ以下の値となる。他方、現在制御量記憶部３３３が記憶するチルト制御量は０である。

【0060】

また、自動掘削制御の段階がチルト待機段階ＳＴ４である場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３からチルト待機段階ＳＴ４に遷移した時刻からの経過時間が、チルトＯＦＦ時間Δｔ２に到達したか否かを判定する。

【0061】

自動掘削制御の段階がチルト待機段階ＳＴ４である場合において、自動掘削制御の段階が自動リフト段階ＳＴ３からチルト待機段階ＳＴ４に遷移した時刻からの経過時間が、チルトＯＦＦ時間Δｔ２に到達した場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５であると特定する。段階特定部３１３は、段階記憶部３３１が記憶する状態をチルト開始判定段階ＳＴ５に書き換える。

【0062】

他方、自動掘削制御の段階がチルト待機段階ＳＴ４である場合において、チルト待機段階ＳＴ４に遷移した時刻からの経過時間が、チルトＯＦＦ時間Δｔ２未満である場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階がチルト待機段階ＳＴ４であると特定する。

【0063】

《チルト開始判定段階ＳＴ５》
自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５である場合、指令出力部３１６は、図８に示す指令出力処理を行う。なお、チルト開始判定段階ＳＴ５において、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量は、アクセルペダル１５２の踏み込み量に応じて０より大きく、特定リフト制御量ｈ以下の値となる。他方、現在制御量記憶部３３３が記憶するチルト制御量は０である。

【0064】

また、自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５である場合、段階特定部３１３は、リフトシリンダ１２４のボトム圧が一定時間継続して閾値Ｐ３以上であり、かつ車速が一定時間継続して閾値Ｖ２以下であるか否かを判定する。また、段階特定部３１３は、ブーム角記憶部３３７が記憶する待機開始ブーム角からのブーム角上昇量が閾値θ４以上であるか否かを判定する。

【0065】

自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５である場合において、リフトシリンダ１２４のボトム圧が一定時間継続して閾値Ｐ３以上であり、かつ車速が一定時間継続して閾値Ｖ２以下である場合、または、ブーム角上昇量が閾値θ４以上である場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が自動チルト段階ＳＴ６であると特定する。段階特定部３１３は、段階記憶部３３１が記憶する状態を自動チルト段階ＳＴ６に書き換える。

【0066】

他方、自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５である場合において、ブーム角上昇量が閾値θ４未満であってリフトシリンダ１２４のボトム圧が一定時間以内に閾値Ｐ３未満となった場合、またはブーム角上昇量が閾値θ４未満であって車速が一定時間以内に閾値Ｖ２より大きくなった場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５であると特定する。

【0067】

《自動チルト段階ＳＴ６》
自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５から自動チルト段階ＳＴ６に遷移したとき、計測値取得部３１２は、シリンダ圧力計２６４が計測したボトム圧を、チルト前ボトム圧としてボトム圧記憶部３３６に記憶させる。

【0068】

自動掘削制御の段階が自動チルト段階ＳＴ６である場合、制御量決定部３１４は、アクセルペダル１５２の操作量ａとチルト制御量との関係を示すチルトアクセル関数ｇ（ａ）に、アクセルペダル１５２の操作量を代入することで、チルト制御量を算出する。チルトアクセル関数ｇ（ａ）は、アクセルペダルの操作量ａに対してチルト制御量が単調増加する関数である。チルトアクセル関数ｇ（ａ）において、アクセルペダル１５２の踏込量ａが０であっても、チルト制御量は０より大きい値をとる。制御量決定部３１４は、現在制御量記憶部３３３が記憶するチルト制御量を、チルトアクセル関数ｇ（ａ）に基づいて算出したチルト制御量と、特定制御量記憶部３３２が記憶する特定チルト制御量ｐのうち小さいものに書き換える。つまり、自動チルト段階において、チルト制御量は、０より大きく特定チルト制御量ｐ以下の値となる。
次に、指令出力部３１６は、図８に示す指令出力処理を行う。なお、自動チルト段階ＳＴ６において、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量は、アクセルペダル１５２の踏み込み量に応じて０より大きく、特定リフト制御量ｈ以下の値となる。また、現在制御量記憶部３３３が記憶するチルト制御量はアクセルペダル１５２の踏み込み量に応じて０より大きく、特定チルト制御量ｐ以下の値となる。

【0069】

また、自動掘削制御の段階が自動チルト段階ＳＴ６である場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５から自動チルト段階ＳＴ６に遷移した時刻からの経過時間が、チルトＯＮ時間Δｔ１に到達したか否かを判定する。

【0070】

自動掘削制御の段階が自動チルト段階ＳＴ６である場合において、自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５から自動チルト段階ＳＴ６に遷移した時刻からの経過時間が、チルトＯＮ時間Δｔ１に到達した場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が自動チルト終了段階ＳＴ７であると特定する。段階特定部３１３は、段階記憶部３３１が記憶する状態を自動チルト終了段階ＳＴ７に書き換える。

【0071】

他方、自動掘削制御の段階が自動チルト段階ＳＴ６である場合において、自動掘削制御の段階がチルト開始判定段階ＳＴ５から自動チルト段階ＳＴ６に遷移した時刻からの経過時間が、チルトＯＮ時間Δｔ１未満である場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階が自動チルト段階ＳＴ６であると特定する。

【0072】

《自動チルト終了段階ＳＴ７》
自動掘削制御の段階が自動チルト終了段階ＳＴ７である場合、段階特定部３１３は、ボトム圧記憶部３３６が記憶するチルト前ボトム圧からのボトム圧上昇量が閾値ΔＰ１以上になったか否かを判定する。また段階特定部３１３は、車速が一定時間継続して閾値Ｖ３以上であるか否かを判定する。

【0073】

自動掘削制御の段階が自動チルト終了段階ＳＴ７である場合において、車速が一定時間継続して閾値Ｖ３以上である場合、段階特定部３１３は、自動掘削制御の段階がチルト待機段階ＳＴ４であると特定する。
段階特定部３１３は、段階記憶部３３１が記憶する状態をチルト待機段階ＳＴ４に書き換える。

【0074】

他方、自動掘削制御の段階が自動チルト終了段階ＳＴ７である場合において、車速が一定時間以内に閾値Ｖ３未満になった場合、自動掘削制御の段階が自動チルト終了段階ＳＴ７であると特定する。

【0075】

自動掘削制御の段階が自動チルト終了段階ＳＴ７からチルト待機段階ＳＴ４に遷移しない場合、指令出力部３１６は、図８に示す指令出力処理を行う。なお、自動チルト終了段階ＳＴ７において、現在制御量記憶部３３３が記憶するリフト制御量は、アクセルペダル１５２の踏み込み量に応じて０より大きく、特定リフト制御量ｈ以下の値となる。他方、現在制御量記憶部３３３が記憶するチルト制御量はアクセルペダル１５２の踏み込み量に応じて０より大きく、特定チルト制御量ｐ以下の値となる。

【0076】

自動掘削制御の段階が自動チルト終了段階ＳＴ７からチルト待機段階ＳＴ４に遷移する場合、段階特定部３１３は、チルト回数記憶部３３５が記憶する自動チルト回数をインクリメントする。

【0077】

《自動掘削制御の終了条件》
第１の実施形態に係る自動掘削制御は、次に示す（１）から（８）の何れか１つの終了条件が成立した場合に終了する。
（１）自動掘削スイッチ１５９の操作により自動掘削が無効になる。
（２）走行方向が前進方向でなくなる。
（３）バケット１２２がチルトエンドに達してから所定時間が経過する。
（４）ブーム角が所定角度以上である。
（５）作業機１２０がロックされている。
（６）センサまたは作業機１２０の操作装置に不具合が発生した。
（７）ブームレバー１５７によるブーム１２１の下げ操作が発生し、操作量が所定量より大きい。
（８）バケットレバー１５８によるバケット１２２のダンプ操作が発生し、操作量が所定量より大きい。

【0078】

制御装置３００は、自動掘削制御の段階がいずれの段階にある場合にも、上記のいずれかの終了条件が成立する場合、自動掘削制御を終了する。

【0079】

《作用・効果》
このように、第１の実施形態によれば、制御装置３００は、作業機１２０のリフト力の変化量に基づいて、作業機１２０のリフト制御量を決定する。
作業機１２０による掘削制御では、作業機１２０が掘削対象物に入り込んだ後に、作業機１２０をリフトさせることで、前輪部１３０に荷重をかける。これにより、タイヤスリップを防ぎながら掘り進むことができる。ここで、掘削対象物が固いために作業機１２０が掘削対象物に十分に入り込めない場合、または掘削対象物が軽い場合に、リフト制御量が過大であると、バケット１２２の空振りが生じ、掘削対象物の十分な積込を実現できない可能性がある。一方で、リフト制御量が過少であると、タイヤスリップの発生、または牽引力の不足により、掘削対象物に作業機１２０を十分に押し込むことができない可能性がある。これに対し、第１の実施形態に係る制御装置３００は、作業機１２０のリフト力の変化量に基づいて作業機１２０のリフト制御量を決定することで、掘削対象物の状態に応じて、バケット１２２の空振りおよびタイヤスリップの発生を防ぎながら掘削制御を行うことができる。

【0080】

また、第１の実施形態によれば、制御装置３００は、作業機１２０のリフト力の変化量に基づいて、作業機１２０のチルト制御量を決定する。
作業機１２０による掘削制御では、作業機１２０による掘削中に、バケット１２２をチルトさせることで、掘削対象物を抱え込む。ここで、掘削対象物の安息角が緩やかである場合に、チルト制御量が過大であると、バケット１２２の空振りが生じ、掘削対象物の十分な積込を実現できない可能性がある。一方で、チルト制御量が過少であると、掘削対象物を十分に抱え込むことができない可能性がある。
なお、掘削対象物の安息角が緩やかであるほど、バケット１２２に入る掘削対象物の量が少なくなることが想定される。そのため、安息角が緩やかであるほどリフト力が小さくなることが想定される。
そこで、第１の実施形態に係る制御装置３００は、作業機１２０のリフト力の変化量に基づいて作業機１２０のチルト制御量を決定することで、掘削対象物の状態に応じて、バケット１２２の空振りおよびタイヤスリップの発生を防ぎながら掘削制御を行うことができる。

【0081】

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、第１の実施形態に係る制御装置３００は、作業機１２０のリフト力の変化量に基づいてリフト制御量およびチルト制御量を決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置３００は、リフト制御量またはチルト制御量の一方をリフト力に基づいて決定してもよい。

【0082】

また、第１の実施形態に係る制御装置３００は、制御量設定段階ＳＴ２において、作業機のリフト量が所定の閾値に達するまで、すなわちブーム角上昇量が閾値θ２に達するまで、リフト制御量決定関数に係る一定のモジュレーションにてリフト制御量を変更させることで、特定リフト制御量ｈおよび特定チルト制御量ｐを決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、制御装置３００は、制御量設定段階ＳＴ２において、一定のリフト制御量でリフト制御を行い、一定時間経過時のブーム角に対して単調増加するように、特定リフト制御量ｈおよび特定チルト制御量ｐを決定してもよい。

【0083】

また、第１の実施形態に係る制御装置３００は、作業機１２０のチルト制御量として、コントロールバルブ２６１に出力するチルト制御指令における制御量の大きさを決定するが、他の実施形態においては、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置３００は、自動チルト段階ＳＴ６から自動チルト終了段階ＳＴ７への遷移条件としてのバケット角上昇量閾値を決定してもよい。具体的には、他の実施形態に係る制御装置３００は、以下の手順で自動掘削制御を行ってもよい。

【0084】

制御量設定段階ＳＴ２において、制御量決定部３１４は、リフト力に対して単調増加するように、バケット角上昇量閾値を決定する。自動チルト段階ＳＴ６において、指令出力部３１６は、一定のチルト制御量でチルト制御指令を出力する。自動チルト段階ＳＴ６において、段階特定部３１３は、チルト開始判定段階ＳＴ５から自動チルト段階ＳＴ６に遷移した時点のバケット角からのバケット角上昇量が、制御量設定段階ＳＴ２において決定したバケット角上昇量閾値に達した場合に、自動掘削制御の段階が自動チルト終了段階ＳＴ７であると特定する。

【0085】

なお、上述した実施形態に係る作業車両１００は、バケット角θ_Ｂに基づいて、バケット１２２のチルト操作およびダンプ操作の自動駆動制御を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業車両１００は、バケットシリンダ１２５のストローク量を求め、バケットシリンダ１２５のストローク量に基づいてチルト操作およびダンプ操作の自動駆動制御を行ってもよい。バケットシリンダ１２５のストローク量は、バケットストロークセンサ１２５１によって求めてもよいし、ベルクランク１２３に設けられた角度センサの計測値とブーム角θ_Ｌとに基づいて算出してもよい。また、作業機１２０の機構上、ブーム１２１が上昇すると、バケットシリンダ１２５を駆動させていなくても、ベルクランク角が変化する。そのため、作業車両１００の制御装置３００は、バケット１２２が接地した状態におけるバケットシリンダ１２５のストローク量（基準ストローク量）を予め計測しておき、基準ストローク量とバケットシリンダ１２５のストローク量との差に基づいて、自動掘削制御を行う。これにより、ブーム１２１を地表付近まで下げたときにバケット１２２の底面を地表に対して略平行にすることができる。この場合、バケット角上昇量閾値は、基準ストローク量に対するストローク量の値に換算して比較される。

【0086】

また、上述の実施形態に係る制御装置３００は、リフトシリンダ１２４のボトム圧に基づいて作業機１２０のリフト力を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置３００は、可変容量ポンプ２６０の圧力やトルクセンサによって検出されるトルクなどの他の量を用いてリフト力を特定してもよい。

【0087】

また、上述の実施形態に係る制御装置３００は、ブーム角に基づいて作業機１２０のリフト量を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置３００は、リフトシリンダ１２４のストローク量や、バケット１２２の高さなどの他の量を用いて作業機１２０のリフト量を特定してもよい。

【0088】

また、上述の実施形態に係る制御装置３００は、自動チルト段階ＳＴ６が終了した後、自動チルト終了段階ＳＴ７を経てチルト待機段階ＳＴ４に遷移するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置３００は、自動チルト段階ＳＴ６が終了した後、自動チルト終了段階ＳＴ７を経ずにチルト待機段階ＳＴ４に遷移してもよい。この場合、制御装置３００は、自動チルト段階ＳＴ６からチルト待機段階ＳＴ４に遷移する際に、チルト回数記憶部３３５が記憶する自動チルト回数をインクリメントする。
また、上述の実施形態に係る制御装置３００は、自動リフト段階ＳＴ３が終了した後、チルト待機段階ＳＴ４に遷移するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置３００は、自動リフト段階ＳＴ３が終了した後、自動チルト段階ＳＴ６に遷移してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本発明の上記開示によれば、作業機制御装置は、掘削対象物の状態に応じた掘削制御を行うことができる。

【符号の説明】

【0090】

１００…作業車両 １１０…車体 １２０…作業機 １３０…前輪部 １４０…後輪部 １５０…運転室 １１１…前車体 １１２…後車体 １１３…ステアリングシリンダ １２１…ブーム １２２…バケット １２３…ベルクランク １２４…リフトシリンダ １２４１…リフトストロークセンサ １２５…バケットシリンダ １２５１…バケットストロークセンサ １５１…シート １５２…アクセルペダル １５３…ブレーキペダル １５４…ステアリングハンドル １５５…前後切替スイッチ １５６…シフトスイッチ １５７…ブームレバー １５８…バケットレバー １５９…自動掘削スイッチ ２１０…エンジン ２２０…ＰＴＯ ２３０…変速機 ２３１…回転計 ２４０…フロントアクスル ２５０…リアアクスル ２６０…可変容量ポンプ ２６１…コントロールバルブ ２６２…ステアリングバルブ ２６４…シリンダ圧力計 ２６６…リリーフバルブ ２７０…ブレーキポンプ ２７１…ブレーキバルブ ３００…制御装置 ３１０…プロセッサ ３３０…メインメモリ ３５０…ストレージ ３７０…インタフェース ３１１…操作量取得部 ３１２…計測値取得部 ３１３…段階特定部 ３１４…制御量決定部 ３１５…チルト時間決定部 ３１６…指令出力部 ３３１…段階記憶部 ３３２…特定制御量記憶部 ３３４…チルト時間記憶部 ３３３…現在制御量記憶部 ３３５…チルト回数記憶部 ３３６…ボトム圧記憶部 ３３７…ブーム角記憶部 ＳＴ０…非自動掘削段階 ＳＴ１…リフト開始判定段階 ＳＴ２…制御量設定段階 ＳＴ３…自動リフト段階 ＳＴ４…チルト待機段階 ＳＴ５…チルト開始判定段階 ＳＴ６…自動チルト段階 ＳＴ７…自動チルト終了段階

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】