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JP7712239B2 - Wheel Loader - Google Patents
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JP7712239B2 - Wheel Loader - Google Patents

Wheel Loader

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JP7712239B2 JP2022058470A JP2022058470A JP7712239B2 JP 7712239 B2 JP7712239 B2 JP 7712239B2 JP 2022058470 A JP2022058470 A JP 2022058470A JP 2022058470 A JP2022058470 A JP 2022058470A JP 7712239 B2 JP7712239 B2 JP 7712239B2
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Description

本発明は、走行経路を生成し、走行経路に沿って自動で走行が可能なホイールローダに関する。 The present invention relates to a wheel loader that can generate a travel route and automatically travel along the travel route.

ホイールローダで掘削作業及び積込作業を行う際、作業の進行により掘削位置及び積込位置が変化する。したがって、ホイールローダの自動運転によって掘削作業及び積込作業を行う場合、ホイールローダは、掘削位置及び積込位置の変化に応じて自動で走行経路を生成する必要がある。 When performing excavation and loading work with a wheel loader, the excavation position and loading position change as the work progresses. Therefore, when performing excavation and loading work using automatic driving of a wheel loader, the wheel loader needs to automatically generate a travel path in response to changes in the excavation position and loading position.

特許文献1には、ダンプトラックなどの無人車両の走行経路を自動で生成する方法として、車両が走行可能な最低の制約条件を満たしつつ、更に、タイヤや車体への負荷を小さく抑えたり、走行に要する所要時間を短くしたり、低燃費で走行させたりすることができる最適な走行経路を生成することによって、走行に伴うコストを最小に抑えることを解決課題とした走行経路の生成方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for automatically generating driving routes for unmanned vehicles such as dump trucks, which aims to solve the problem of minimizing costs associated with driving by generating an optimal driving route that satisfies the minimum constraints under which the vehicle can travel, while also minimizing the load on the tires and vehicle body, shortening the time required for travel, and allowing the vehicle to travel with low fuel consumption.

特開2010-73080号公報JP 2010-73080 A

ホイールローダでは、掘削作業をした後、掘削対象物をダンプトラックなどの運搬車両へ積込む際に、リフトアームを上げながら走行する動作(ライズラン)が行われる。このような動作が行われた際には、ホイールローダは、リフトアームの上げ動作によって重心位置が高くなり、さらに、運搬車両の手前で減速することになるため、車体が不安定になる。特許文献1では、無人車両の走行時の安定性は考慮されておらず、生成された走行経路に沿ってホイールローダを走行させようとすると、安定した自動走行ができないおそれがある。 After excavation work, a wheel loader performs an operation of running with the lift arm raised (rise run) when loading the excavated material onto a transport vehicle such as a dump truck. When such an operation is performed, the wheel loader's center of gravity becomes higher due to the lift arm raising operation, and furthermore, the vehicle body becomes unstable because it decelerates in front of the transport vehicle. In Patent Document 1, the stability of the unmanned vehicle while it is running is not taken into consideration, and there is a risk that stable automatic running will not be possible if the wheel loader is tried to run along the generated running path.

本発明は、生成された走行経路に沿って安定した自動走行が可能なホイールローダを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a wheel loader that can automatically travel stably along a generated travel route.

本発明の一態様によるホイールローダは、前輪を有するフロントボディと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と、前記リフトアームに回動可能に設けられたバケットと、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、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、前記積込位置で前記リフトアームの高さが積込高さとなるように、前記走行経路における所定の走行開始位置から前記積込位置に向かって前記リフトアームを上昇させながら前記走行経路に沿って前記車体が走行するように、前記走行装置、前記リフトアーム及び前記ステアリング装置を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、生成された前記走行経路に基づき、前記走行経路上の複数の位置における目標屈曲角を演算し、前記走行経路上の複数の位置における目標車速を、予め定められた車速初期値に設定し、前記走行経路上の複数の位置における目標リフトアーム高さを、予め定められた高さ初期値に設定し、前記目標屈曲角と前記目標リフトアーム高さとに基づき、前記ホイールローダの重心位置を演算し、記目標屈曲角と記目標車速と記重心位置とに基づき、前記走行経路上の複数の位置のそれぞれにおいて前記車体の走行安定性を判定し、前記車体の状態が不安定と判定された場合には、前記車体の状態が安定と判定されるまで、繰り返し、前記目標車速及び前記目標リフトアーム高さを低くする修正を行い、前記走行経路上の複数の位置と、前記複数の位置における前記目標屈曲角と前記目標リフトアーム高さと前記目標車速とを対応付けた走行計画情報を記憶装置に記憶し、前記記憶装置に記憶された前記走行計画情報に基づき、前記ステアリング装置と前記リフトアームと前記走行装置とを制御する。 A wheel loader according to one aspect of the present invention comprises a vehicle body having a front body having front wheels and a rear body having rear wheels which are flexibly connected, a lift arm rotatably attached to the front body, a bucket rotatably attached to the lift arm, a traveling device which travels the vehicle body, a steering device which steers the vehicle body by bending the vehicle body to change the bending angle, and a control device which generates a traveling path based on an excavation position and a loading position at a work site , and controls the traveling device, the lift arm, and the steering device so that the vehicle body travels along the traveling path while raising the lift arm from a predetermined traveling start position on the traveling path toward the loading position so that the height of the lift arm at the loading position becomes the loading height. the control device calculates target bending angles at a plurality of positions on the travel path based on the generated travel path , sets target vehicle speeds at the plurality of positions on the travel path to predetermined initial vehicle speed values, sets target lift arm heights at the plurality of positions on the travel path to predetermined initial height values, calculates a center of gravity position of the wheel loader based on the target bending angle and the target lift arm height, determines the traveling stability of the vehicle body at each of the plurality of positions on the travel path based on the target bending angle, the target vehicle speed and the center of gravity position , and if it is determined that the state of the vehicle body is unstable, repeatedly corrects the target vehicle speed and the target lift arm height to be lower until it is determined that the state of the vehicle body is stable, stores in a storage device travel plan information that associates the plurality of positions on the travel path with the target bending angles, the target lift arm heights and the target vehicle speeds at the plurality of positions, and controls the steering device, the lift arm and the travel device based on the travel plan information stored in the storage device.

本発明によれば、ホイールローダを、生成された走行経路に沿って安定して自動走行させることができる。 According to the present invention, the wheel loader can be automatically driven stably along the generated driving route.

図1は、本発明の実施形態に係る自動運転可能なホイールローダの側面図である。FIG. 1 is a side view of an automatically operable wheel loader according to an embodiment of the present invention. 図2は、ホイールローダのシステム構成図である。FIG. 2 is a system configuration diagram of the wheel loader. 図3は、ホイールローダにより行われる作業の一例について示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of work performed by a wheel loader. 図4は、コントローラのハードウェア構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a hardware configuration of the controller. 図5は、走行計画コントローラの機能ブロック図である。FIG. 5 is a functional block diagram of the driving plan controller. 図6は、安定走行計画部の機能の詳細について説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the details of the function of the stable driving plan unit. 図7は、ホイールローダを上方から見た模式図であり、支持多角形SP及びZMPを示す。FIG. 7 is a schematic diagram of the wheel loader as viewed from above, showing the support polygon SP and ZMP. 図8は、ホイールローダを側方から見た模式図であり、支持多角形SP及びZMPを示す。FIG. 8 is a schematic diagram of the wheel loader as seen from the side, showing the support polygon SP and ZMP. 図9は、減速度、リフトアーム高さ、及び車体の屈曲角と、走行安定性との関係について示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the deceleration, the lift arm height, the bending angle of the vehicle body, and the running stability. 図10は、本発明の実施形態に係る安定走行計画部により実行される安定走行計画処理の流れの一例について示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing an example of the flow of a stable driving planning process executed by the stable driving planning unit according to the embodiment of the present invention.

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。 Below, we will explain a wheel loader according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る自動運転可能なホイールローダ1の側面図である。ホイールローダ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、左右に前輪4a(車輪4)を装着したフロントボディ11と、左右に後輪4b(車輪4)を装着したリアボディ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。 Figure 1 is a side view of an automatically operable wheel loader 1 according to an embodiment of the present invention. The wheel loader 1 comprises an articulated vehicle body 16 and an articulated working device 17 attached to the front of the vehicle body 16. The vehicle body 16 comprises a front body 11 with front wheels 4a (wheels 4) attached to the left and right, and a rear body 12 with rear wheels 4b (wheels 4) attached to the left and right. The front body 11 and rear body 12 are connected by a center pin 13 so that they can be bent in the left-right direction.

ホイールローダ1は、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、センターピン13の左右両側に設けられ、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。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。 The wheel loader 1 is equipped with a steering device 19 that changes the bending angle by bending the vehicle body 16 to steer. The steering device 19 is provided on both the left and right sides of the center pin 13 and has a pair of left and right hydraulic cylinders (hereinafter also referred to as steering cylinders) 14 that connect the front body 11 and the rear body 12. The rear body 12 has a driver's cab 5 and an engine room 6.

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取り付けられるリフトアーム2と、リフトアーム2の先端部に上下方向に回動可能に取り付けられるバケット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。 The working device 17 is attached to the front body 11. The working device 17 includes a lift arm 2 attached to the front body 11 so as to be rotatable in the vertical direction, a bucket 3 attached to the tip of the lift arm 2 so as to be rotatable in the vertical direction, a hydraulic cylinder (hereinafter also referred to as an arm cylinder) 7 that drives the lift arm 2, and a hydraulic cylinder (hereinafter also referred to as a bucket cylinder) 8 that drives the bucket 3. The lift arm 2 and the arm cylinder 7 are provided on each side of the front body 11. The bucket 3 rotates by the expansion and contraction of the bucket cylinder 8 via a bell crank 9 and a bucket link 10, which causes the orientation of the bucket 3 to move up and down.

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。 The arm cylinder 7 extends when pressure oil is supplied to the bottom chamber, causing the lift arm 2 to rotate upward (lift up), and retracts when pressure oil is supplied to the rod chamber, causing the lift arm 2 to rotate downward (lift down). The bucket cylinder 8 extends when pressure oil is supplied to the bottom chamber, causing the bucket 3 to rotate upward (tilt), and retracts when pressure oil is supplied to the rod chamber, causing the bucket 3 to rotate downward (dump).

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。 The wheel loader 1 is steered by the relative rotation of the front body 11 and rear body 12 caused by the extension and retraction of a pair of left and right steering cylinders 14. When the right steering cylinder 14 retracts and the left steering cylinder 14 extends, the vehicle body 16 bends to the right. When the left steering cylinder 14 retracts and the right steering cylinder 14 extends, the vehicle body 16 bends to the left. In this specification, the bending angle corresponds to the rotation angle around the center pin 13. The bending angle is 0 (zero)° when the vehicle is not bent, that is, when the wheel loader 1 is in a straight-ahead position. The bending angle is a positive value when the vehicle body 16 is bent to the right, and a negative value when the vehicle body 16 is bent to the left.

<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40と、ホイールローダ(以下、車両とも記す)1の各部を制御する制御装置100と、エンジン40に機械的に接続される油圧ポンプ60A,60B,60Cと、を備える。
<System Configuration>
Figure 2 is a system configuration diagram of the wheel loader 1. As shown in Figure 2, the wheel loader 1 comprises a traveling device 28 that travels the vehicle body 16, a working device 17 that performs excavation work, a steering device 19 that steers the vehicle body 16, a braking device 18 that brakes the vehicle body 16 and inhibits the vehicle body 16 from moving when stopped, an engine 40 that serves as a drive source for these devices, a control device 100 that controls each part of the wheel loader (hereinafter also referred to as vehicle) 1, and hydraulic pumps 60A, 60B, 60C that are mechanically connected to the engine 40.

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。 The working device 17 is driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 60A, the brake device 18 is driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 60B, and the steering device 19 is driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 60C.

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。 The wheel loader 1 includes a front control unit 61 that controls the operation of the work device 17, a brake control unit 62 that controls the operation of the brake device 18, and a steering control unit 63 that controls the operation of the steering device 19.

作業装置17及び走行装置28は、エンジン40の動力によって、互いに独立して駆動される。エンジン40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40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。 The working device 17 and the traveling device 28 are driven independently of each other by the power of the engine 40. The engine 40 is, for example, an internal combustion engine such as a diesel engine. The wheel loader 1 is equipped with an engine control unit 65 that controls the operation of the engine 40. The engine control unit 65 controls the amount of fuel injection so that the actual rotation speed detected by the engine rotation speed sensor approaches the target rotation speed calculated by the control device 100.

アームシリンダ7及びバケットシリンダ8は、エンジン40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。 The arm cylinder 7 and bucket cylinder 8 are extended and retracted by hydraulic oil (pressurized oil) discharged from the hydraulic pump 60A, which rotates due to the torque output by the engine 40.

走行装置28は、車輪4と、エンジン40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。 The traveling device 28 has wheels 4 and a power transmission device that transmits power from the engine 40 to the wheels 4. The power transmission device includes a torque converter 51, a transmission 52, a propeller shaft 53, a differential device 54, an axle 55, etc.

エンジン40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40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。 The input shaft of a torque converter 51 is connected to the output shaft of the engine 40, and the output shaft of the torque converter 51 is connected to a transmission 52. The torque converter 51 is a well-known fluid clutch consisting of an impeller, turbine, and stator, and the rotation of the engine 40 is transmitted to the transmission 52 via the torque converter 51. The transmission 52 has a clutch that switches its speed stages between 1st and 5th gears, and the rotation of the output shaft of the torque converter 51 is changed by the transmission 52. After the change in speed, the rotation is transmitted to the wheels 4 via a propeller shaft 53, a differential device 54, and an axle 55, and the wheel loader 1 travels.

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。 The wheel loader 1 is equipped with a transmission control unit 64 that controls the operation of the transmission 52. The transmission control unit 64 has solenoid valves that correspond to each of the first to fifth speed stages of the transmission 52. The transmission control unit 64 controls the transmission 52 by operating the solenoid valves in response to control signals from the control device 100.

油圧ポンプ60A,60B,60Cは、エンジン40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40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。 Hydraulic pumps 60A, 60B, and 60C are mechanically connected to the engine 40. Hydraulic pumps 60A, 60B, and 60C are driven by the torque output by the engine 40 to discharge hydraulic oil.

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。 The hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 60A to the arm cylinder 7 and bucket cylinder 8 has its pressure, flow rate, and flow direction controlled by the front control unit 61. This allows the work device 17 to perform excavation and loading operations. The hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 60B to the brake cylinder 18a and parking brake cylinder 18b has its pressure, flow rate, and flow direction controlled by the brake control unit 62. This allows the brake device 18 to brake and stop the vehicle body 16. The hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 60C to the pair of left and right steering cylinders 14 has its pressure, flow rate, and flow direction controlled by the steering control unit 63. This allows the steering device 19 to steer the vehicle body 16.

図1に示すように、運転室5の上部には、車体16の周囲を撮影する複数の撮影装置15が設置されている。撮影装置15は、例えば、耐久性、耐候性に優れたCCD、CMOSなどの撮像素子と広角レンズを備えた広角ビデオカメラである。撮影装置15により撮影された映像のデータは、制御装置100に出力される。 As shown in FIG. 1, a number of imaging devices 15 are installed above the cab 5 to capture images of the area around the vehicle body 16. The imaging devices 15 are, for example, wide-angle video cameras equipped with imaging elements such as CCDs and CMOSs that are highly durable and weather resistant, and wide-angle lenses. Data of the images captured by the imaging devices 15 is output to the control device 100.

図2に示すように、ホイールローダ1は、車体16とリフトアーム2とを連結する連結軸に設けられるアーム角度センサ41と、リフトアーム2とバケット3とを連結する連結軸に設けられるバケット角度センサ42と、を備える。アーム角度センサ41は、フロントボディ11に対するリフトアーム2の回動角度(アーム角度)を検出し、検出結果を表す信号を制御装置100に出力する。バケット角度センサ42は、リフトアーム2に対するバケット3の回動角度(バケット角度)を検出し、検出結果を表す信号を制御装置100に出力する。アーム角度及びバケット角度は、作業装置17の姿勢を表す物理量である。このため、アーム角度センサ41及びバケット角度センサ42は、作業装置17の姿勢を検出する姿勢センサとして機能する。なお、姿勢センサとして、アーム角度センサ41に代えて、アームシリンダ7のストローク量を検出するストロークセンサを設けてもよい。同様に、姿勢センサとして、バケット角度センサ42に代えて、バケットシリンダ8のストローク量を検出するストロークセンサを設けてもよい。 2, the wheel loader 1 includes an arm angle sensor 41 provided on a connecting shaft connecting the vehicle body 16 and the lift arm 2, and a bucket angle sensor 42 provided on a connecting shaft connecting the lift arm 2 and the bucket 3. The arm angle sensor 41 detects the rotation angle (arm angle) of the lift arm 2 relative to the front body 11, and outputs a signal representing the detection result to the control device 100. The bucket angle sensor 42 detects the rotation angle (bucket angle) of the bucket 3 relative to the lift arm 2, and outputs a signal representing the detection result to the control device 100. The arm angle and bucket angle are physical quantities representing the posture of the working device 17. Therefore, the arm angle sensor 41 and the bucket angle sensor 42 function as posture sensors that detect the posture of the working device 17. Note that, instead of the arm angle sensor 41, a stroke sensor that detects the stroke amount of the arm cylinder 7 may be provided as a posture sensor. Similarly, instead of the bucket angle sensor 42, a stroke sensor that detects the stroke amount of the bucket cylinder 8 may be provided as a posture sensor.

ホイールローダ1は、複数の圧力センサを備えている。複数の圧力センサには、アームシリンダ7において、荷重を支える側の油室であるボトム室の圧力を検出し、検出結果を表す信号を制御装置100に出力する圧力センサ43が含まれる。 The wheel loader 1 is equipped with multiple pressure sensors. The multiple pressure sensors include a pressure sensor 43 that detects the pressure in the bottom chamber, which is the oil chamber that supports the load, in the arm cylinder 7 and outputs a signal representing the detection result to the control device 100.

ホイールローダ1は、屈曲角を検出する屈曲角センサ44を備えている。屈曲角センサ44は、センターピン13に設けられ、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44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の姿勢を検出する姿勢センサとして、屈曲角センサ44に代えて、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設けてもよい。 The wheel loader 1 is equipped with a bending angle sensor 44 that detects the bending angle. The bending angle sensor 44 is provided on the center pin 13, detects the bending angle, and outputs a signal indicating the detection result to the control device 100. The bending angle is a physical quantity that indicates the posture of the vehicle body 16. In other words, the bending angle sensor 44 functions as a posture sensor that detects the posture of the vehicle body 16. Note that instead of the bending angle sensor 44, a stroke sensor that detects the stroke amount of the steering cylinder 14 may be provided as a posture sensor that detects the posture of the vehicle body 16.

ホイールローダ1は、自車両の走行速度(以下、車速とも記す)を検出する車速センサ45を備えている。車速センサ45は、制御装置100に接続されている。車速センサ45は、車速を検出し、検出結果を表す信号を制御装置100に出力する。 The wheel loader 1 is equipped with a vehicle speed sensor 45 that detects the traveling speed of the vehicle (hereinafter also referred to as vehicle speed). The vehicle speed sensor 45 is connected to the control device 100. The vehicle speed sensor 45 detects the vehicle speed and outputs a signal representing the detection result to the control device 100.

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、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が、掘削位置及び積込位置まで自動的に走行し、掘削作業及び積込作業を行う。 The control device 100 generates a travel route based on the excavation position and loading position at the work site, and controls the travel device 28 and steering device 19 so that the vehicle body 16 travels along the generated travel route. This allows the wheel loader 1 to automatically travel to the excavation position and loading position and perform excavation and loading operations.

図3を参照して、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。図3に示すように、ホイールローダ1は、(第1動作)掘削対象物である地山91に向かって前進し、(第2動作)地山91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91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、(第3動作)所定の位置まで後進して停止する。その後、ホイールローダ1は、(第4動作)リフトアーム2を上昇させながら、ダンプトラック92に向かって前進し(ライズラン)、ダンプトラック92の手前の積込位置で停止する。そして、(第5動作)バケット3内の積荷(掘削物)をダンプトラック92の荷台に放土する積込作業を行う。積込作業が完了した後、ホイールローダ1は、(第6動作)所定の位置まで後進する。ホイールローダ1は以上の説明のようにV字軌跡を描きながら(第1動作)~(第6動作)の一連の動作を繰り返し行う。なお、本明細書では、(第1動作)~(第6動作)の一連の動作をローダ作業とも記す。 An example of the work performed by the wheel loader 1 will be described with reference to FIG. 3. As shown in FIG. 3, the wheel loader 1 advances toward the natural ground 91, which is the object to be excavated (first operation), and performs excavation work to excavate the natural ground 91 by inserting the bucket 3 into the natural ground 91 and operating the bucket 3 and the lift arm 2 (second operation). After the excavation work is completed, the wheel loader 1 moves backward to a predetermined position and stops (third operation). After that, the wheel loader 1 advances toward the dump truck 92 while raising the lift arm 2 (fourth operation) (rise run) and stops at a loading position in front of the dump truck 92. Then, (fifth operation) a loading work is performed to dump the load (excavated material) in the bucket 3 onto the bed of the dump truck 92. After the loading work is completed, the wheel loader 1 moves backward to a predetermined position (sixth operation). The wheel loader 1 repeats a series of operations (first operation) to (sixth operation) while tracing a V-shaped trajectory as described above. In this specification, the series of operations from (1st operation) to (6th operation) is also referred to as the loader operation.

第4動作(ライズラン)では、リフトアーム2の上げ動作によってホイールローダ1の重心位置が高くなる。また、ホイールローダ1は、ダンプトラック92の手前の減速領域DAで減速することになる。このため、減速領域DAにおいて、ホイールローダ1は、特に車体16の状態が不安定になりやすい。本実施形態では、自動運転が行われる前に、走行経路に沿って、ホイールローダ1が安定して走行可能かどうかが判断される。ホイールローダ1の自動運転の際に用いられる走行経路の生成処理、自動運転開始前に行われる走行経路上での走行安定性の判定処理、及び自動運転の制御の詳細については、後述する。 In the fourth operation (rise run), the lifting operation of the lift arm 2 raises the center of gravity of the wheel loader 1. The wheel loader 1 also decelerates in the deceleration area DA in front of the dump truck 92. For this reason, in the deceleration area DA, the state of the wheel loader 1, particularly the vehicle body 16, is likely to become unstable. In this embodiment, before automatic driving is performed, it is determined whether the wheel loader 1 can travel stably along the travel route. The process of generating the travel route used during automatic driving of the wheel loader 1, the process of determining the travel stability on the travel route performed before the start of automatic driving, and the control of automatic driving will be described in detail later.

図2に示すように、ホイールローダ1は、運転室5内に設けられる入力装置38と表示装置39と通信装置46とを備える。通信装置46は、通信回線90の一部を構成する無線基地局と無線通信可能な無線通信装置であって、例えば2.1GHz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。通信装置46は、通信回線90を介して、遠隔操作装置70と情報の授受を行う。通信回線90は、携帯電話事業者等が展開する携帯電話通信網(移動通信網)、インターネット等の広域ネットワークである。 As shown in FIG. 2, the wheel loader 1 is equipped with an input device 38, a display device 39, and a communication device 46, which are provided in the driver's cab 5. The communication device 46 is a wireless communication device capable of wireless communication with a wireless base station that constitutes part of the communication line 90, and has a communication interface including a communication antenna that has a sensitivity band of, for example, the 2.1 GHz band. The communication device 46 transmits and receives information to and from the remote control device 70 via the communication line 90. The communication line 90 is a wide area network such as a mobile phone communication network (mobile communication network) deployed by a mobile phone operator or the like, or the Internet.

表示装置39は、例えば、液晶ディスプレイ装置あるいは有機ELディスプレイ装置である。表示装置39は、情報を画像で出力する出力装置である。入力装置38は、例えば、複数のスイッチを有するスイッチ装置や、表示装置39の表示画面に重ねて設けられるタッチセンサ装置である。入力装置38は、オペレータにより操作され、操作に応じた指示を制御装置100に入力する。入力装置38から自動運転を開始する指示が制御装置100に入力されると、制御装置100は、ホイールローダ1の自動運転を開始するための制御を実行する。なお、制御装置100は、後述する遠隔操作装置70から送信された自動運転開始指令を取得した場合にも同様に、ホイールローダ1の自動運転を開始するための制御を実行する。 The display device 39 is, for example, a liquid crystal display device or an organic EL display device. The display device 39 is an output device that outputs information as an image. The input device 38 is, for example, a switch device having a plurality of switches, or a touch sensor device that is overlaid on the display screen of the display device 39. The input device 38 is operated by an operator, and inputs instructions corresponding to the operation to the control device 100. When an instruction to start automatic driving is input from the input device 38 to the control device 100, the control device 100 executes control to start automatic driving of the wheel loader 1. Note that the control device 100 also executes control to start automatic driving of the wheel loader 1 when it acquires an automatic driving start command transmitted from the remote control device 70 described later.

本実施形態に係る制御装置100は、複数のコントローラC1,C2,C3,C4を有している。なお、制御装置100を構成する複数のコントローラC1,C2,C3,C4及び、後述する遠隔操作装置70のコントローラC5は、同様の構成であるため、以下では、コントローラCと総称することもある。 The control device 100 according to this embodiment has multiple controllers C1, C2, C3, and C4. Note that the multiple controllers C1, C2, C3, and C4 constituting the control device 100 and the controller C5 of the remote control device 70 described below have the same configuration, and therefore may be collectively referred to as controller C below.

遠隔操作装置70は、ホイールローダ1の制御装置100と通信回線90を介して情報の授受を行う。遠隔操作装置70は、遠隔操作コントローラC5と、ホイールローダ1と通信を行うための通信装置71と、オペレータの指示を遠隔操作コントローラC5に入力する入力装置72と、遠隔操作コントローラC5からの制御信号に基づき、表示画面に表示画像を表示する表示装置73と、を備えている。 The remote control device 70 transmits and receives information to and from the control device 100 of the wheel loader 1 via a communication line 90. The remote control device 70 includes a remote control controller C5, a communication device 71 for communicating with the wheel loader 1, an input device 72 for inputting operator instructions to the remote control controller C5, and a display device 73 for displaying images on a display screen based on control signals from the remote control controller C5.

表示装置73は、例えば、液晶ディスプレイ装置あるいは有機ELディスプレイ装置である。表示装置73は、情報を画像で出力する出力装置である。入力装置72は、例えば、キーボードやマウス、表示装置73の表示画面に重ねて設けられるタッチセンサ装置である。 The display device 73 is, for example, a liquid crystal display device or an organic EL display device. The display device 73 is an output device that outputs information as an image. The input device 72 is, for example, a keyboard, a mouse, or a touch sensor device that is superimposed on the display screen of the display device 73.

遠隔操作コントローラC5は、ホイールローダ1から送信された車体データ(画像データを含む)を表示画面に表示させる。入力装置72は、オペレータにより操作され、操作に応じた指示を遠隔操作コントローラC5に入力する。入力装置72から自動運転を開始する指示が遠隔操作コントローラC5に入力されると、遠隔操作コントローラC5は、通信装置71を介して、ホイールローダ1に自動運転開始指令を送信する。 The remote control controller C5 displays the vehicle body data (including image data) transmitted from the wheel loader 1 on the display screen. The input device 72 is operated by an operator and inputs instructions corresponding to the operation to the remote control controller C5. When an instruction to start automatic driving is input from the input device 72 to the remote control controller C5, the remote control controller C5 transmits an automatic driving start command to the wheel loader 1 via the communication device 71.

図4は、コントローラCのハードウェア構成を示す図である。図4に示すように、コントローラC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、コントローラC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。 Figure 4 is a diagram showing the hardware configuration of the controller C. As shown in Figure 4, the controller C is composed of a computer equipped with a processing device 101 such as a CPU (Central Processing Unit), MPU (Micro Processing Unit), or DSP (Digital Signal Processor), a non-volatile memory 102 such as a ROM (Read Only Memory), a flash memory, or a hard disk drive, a volatile memory 103 called a RAM (Random Access Memory), an input interface 104, an output interface 105, and other peripheral circuits. The controller C may be composed of one computer or multiple computers. Also, the processing device 101 may be an ASIC (application specific integrated circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like.

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。 The non-volatile memory 102 stores programs capable of executing various calculations. In other words, the non-volatile memory 102 is a storage device (storage medium) capable of reading programs that realize the functions of this embodiment. The processing device 101 is an arithmetic processing device that expands the programs stored in the non-volatile memory 102 into the volatile memory 103 and executes arithmetic processing. The processing device 101 performs predetermined arithmetic processing on signals received from the input interface 104, the non-volatile memory 102, and the volatile memory 103 in accordance with the programs.

入力インタフェース104は、撮影装置、センサ、他のコントローラ等の各種装置から入力された信号を処理装置101で演算可能なように変換する。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を制御する電磁弁等の各種装置に出力する。 The input interface 104 converts signals input from various devices such as an imaging device, a sensor, and other controllers so that they can be calculated by the processing device 101. The output interface 105 generates an output signal according to the calculation results in the processing device 101, and outputs the signal to various devices such as solenoid valves that control hydraulic equipment.

複数の撮影装置15は位置設定コントローラC2に接続され、アーム角度センサ41、バケット角度センサ42、圧力センサ43、屈曲角センサ44、及び、車速センサ45は、車両制御コントローラC4に接続される。複数のコントローラCは、CAN(Controller Area Network)と呼ばれる車載ネットワーク106を介して相互に通信可能に接続されている。なお、車載ネットワーク106は、CAN以外の通信規格、例えば、Ethernet(登録商標)を用いてもよい。これにより、複数のコントローラC間で、センサの検出結果、コントローラCの演算結果等の情報(データ)の授受が行われる。 The multiple image capture devices 15 are connected to a position setting controller C2, and the arm angle sensor 41, bucket angle sensor 42, pressure sensor 43, bending angle sensor 44, and vehicle speed sensor 45 are connected to a vehicle control controller C4. The multiple controllers C are connected to each other so that they can communicate with each other via an in-vehicle network 106 called CAN (Controller Area Network). Note that the in-vehicle network 106 may use a communication standard other than CAN, such as Ethernet (registered trademark). This allows the multiple controllers C to exchange information (data) such as sensor detection results and calculation results of the controllers C.

複数のコントローラCには、撮影装置15により撮影された映像のデータに基づき、ホイールローダ1の移動の目標位置を設定する位置設定コントローラC2と、角度センサ41,42及び圧力センサ43の検出結果に基づきバケット3に積載された積荷(掘削物)の荷重(以下、バケット内荷重とも記す)を演算する荷重演算コントローラC3と、位置設定コントローラC2により設定された目標位置及び荷重演算コントローラC3により演算されたバケット内荷重に基づき、ホイールローダ1の走行計画情報を生成する走行計画コントローラC1と、走行計画コントローラC1により生成された走行計画情報に基づき、走行装置28、ステアリング装置19、及び、作業装置17を制御する車両制御コントローラC4と、が含まれる。 The multiple controllers C include a position setting controller C2 that sets a target position for the movement of the wheel loader 1 based on the image data captured by the imaging device 15, a load calculation controller C3 that calculates the load (excavated material) loaded in the bucket 3 (hereinafter also referred to as the load in the bucket) based on the detection results of the angle sensors 41, 42 and the pressure sensor 43, a travel plan controller C1 that generates travel plan information for the wheel loader 1 based on the target position set by the position setting controller C2 and the load in the bucket calculated by the load calculation controller C3, and a vehicle control controller C4 that controls the traveling device 28, steering device 19, and work device 17 based on the travel plan information generated by the travel plan controller C1.

位置設定コントローラC2は、撮影装置15により撮影された映像のデータに基づき、図3に示す地山91及びダンプトラック92を検出する。つまり、撮影装置15と位置設定コントローラC2は、車体16の周囲の物体を検出する物体検出装置56を構成する。なお、地山91及びダンプトラック92の検出方法には、例えば、ニューラルネットワークを用いた周知の物体検出方法を採用することができる。 The position setting controller C2 detects the pile of natural ground 91 and the dump truck 92 shown in FIG. 3 based on the image data captured by the camera device 15. In other words, the camera device 15 and the position setting controller C2 constitute an object detection device 56 that detects objects around the vehicle body 16. Note that the method for detecting the pile of natural ground 91 and the dump truck 92 can be, for example, a well-known object detection method using a neural network.

位置設定コントローラC2は、検出された地山91と地面の境界線B1に基づき、作業現場において掘削作業を行う際の車体16の目標位置(以下、目標掘削位置とも記す)P1を設定する。位置設定コントローラC2は、目標掘削位置P1において、地山91と地面の境界線B1に対して直交する方向を車体16の目標方位として、その目標方位を表す目標方位角A1を設定する。 The position setting controller C2 sets a target position (hereinafter also referred to as the target excavation position) P1 of the vehicle body 16 when performing excavation work at the work site based on the detected boundary line B1 between the natural ground 91 and the ground. At the target excavation position P1, the position setting controller C2 sets a target azimuth angle A1 that represents the target orientation of the vehicle body 16, which is a direction perpendicular to the boundary line B1 between the natural ground 91 and the ground.

位置設定コントローラC2は、検出されたダンプトラック92と地面の境界線B2に基づき、作業現場において積込作業を行う際の車体16の目標位置(以下、目標積込位置とも記す)P2を設定する。位置設定コントローラC2は、目標積込位置P2において、ダンプトラック92と地面の境界線B2に対して直交する方向を車体16の目標方位として、その目標方位を表す目標方位角A2を設定する。 The position setting controller C2 sets a target position (hereinafter also referred to as a target loading position) P2 of the vehicle body 16 when performing loading work at the work site based on the detected boundary line B2 between the dump truck 92 and the ground. At the target loading position P2, the position setting controller C2 sets a target azimuth angle A2 that represents the target orientation of the vehicle body 16, which is a direction perpendicular to the boundary line B2 between the dump truck 92 and the ground.

目標方位角A1,A2は、基準方位と車体16の進行方向とのなす角度で表される。目標方位角A1,A2は、基準方位を0°として、基準方位に対して図示時計回りの方向に正の値をとり、基準方位に対して図示反時計回りの方向に負の値をとることとする。つまり、目標方位角A1,A2は、-180°から+180°の範囲で設定される。なお、目標方位角A1,A2は、基準方位を0°として、図示時計回りの方向に0°から360°までの範囲で設定されることとしてもよい。 The target azimuth angles A1 and A2 are expressed as the angle between the reference azimuth and the traveling direction of the vehicle body 16. The reference azimuth is set to 0°, and the target azimuth angles A1 and A2 take positive values in the illustrated clockwise direction with respect to the reference azimuth, and negative values in the illustrated counterclockwise direction with respect to the reference azimuth. In other words, the target azimuth angles A1 and A2 are set in the range of -180° to +180°. Note that the target azimuth angles A1 and A2 may also be set in the range of 0° to 360° in the illustrated clockwise direction with the reference azimuth being 0°.

目標位置は、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。なお、位置設定コントローラC2は、撮影装置15により車体16の周囲を撮影し、走行経路R1~R4を生成する際の自車両の現在位置を原点、自車両の前方向を基準方位とした車両基準座標系を用いて、目標位置を特定してもよい。 The target position is expressed, for example, in coordinates of a global coordinate system. The target position may also be expressed in coordinates of a site coordinate system with a specific position on the work site as its origin. The reference direction is set, for example, to true north. Coordinate conversion is possible between the global coordinate system and the site coordinate system. The position setting controller C2 may capture images of the surroundings of the vehicle body 16 using the imaging device 15, and identify the target position using a vehicle reference coordinate system with the current position of the vehicle as the origin when generating the travel routes R1 to R4, and the forward direction of the vehicle as the reference direction.

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位置設定コントローラC2に出力する位置検出装置47を備えている。位置検出装置47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ホイールローダ1の位置及び方位を演算する測位演算装置と、を有する。 The wheel loader 1 is equipped with a position detection device 47 that detects the position of the vehicle itself and outputs a signal representing the detection result to the position setting controller C2. The position detection device 47 has, for example, an antenna for multiple GNSS (Global Navigation Satellite Systems) and a positioning calculation device that calculates the position and orientation of the wheel loader 1 in the global coordinate system based on satellite signals (GNSS radio waves) from multiple positioning satellites received by the GNSS antenna.

なお、位置検出装置47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。 The position detection device 47 is not limited to this, and may also include a wheel speed sensor and a gyro sensor that detects the rotational speed of the wheels 4. The positioning calculation device calculates the travel distance of the wheel loader 1 based on the detection results of the wheel speed sensor, and calculates the travel direction of the wheel loader 1 based on the detection results of the gyro sensor.

図4に示す荷重演算コントローラC3の不揮発性メモリ102には、アーム角度、バケット角度及びアームシリンダ7のボトム室の圧力からバケット内荷重を演算するのに用いられる数式、あるいはデータテーブルが記憶されている。荷重演算コントローラC3は、不揮発性メモリ102に記憶されている数式、あるいはデータテーブルと、アーム角度センサ41、バケット角度センサ42、及び、圧力センサ43の検出結果に基づき、バケット内荷重を演算する。このように、荷重演算コントローラC3、アーム角度センサ41、バケット角度センサ42、及び、圧力センサ43は、バケット3に積載された積荷の荷重(バケット内荷重)を検出する積荷荷重検出装置50を構成する。なお、バケット内荷重の検出方法は、これに限定されない。積荷荷重検出装置50は、バケット3に設けられる荷重センサと、荷重センサの検出結果に基づきバケット内荷重を演算するコントローラにより構成してもよい。 The non-volatile memory 102 of the load calculation controller C3 shown in FIG. 4 stores a formula or a data table used to calculate the load in the bucket from the arm angle, bucket angle, and pressure in the bottom chamber of the arm cylinder 7. The load calculation controller C3 calculates the load in the bucket based on the formula or data table stored in the non-volatile memory 102 and the detection results of the arm angle sensor 41, bucket angle sensor 42, and pressure sensor 43. In this way, the load calculation controller C3, the arm angle sensor 41, the bucket angle sensor 42, and the pressure sensor 43 constitute a cargo load detection device 50 that detects the load of the cargo (bucket load) loaded in the bucket 3. Note that the method of detecting the load in the bucket is not limited to this. The cargo load detection device 50 may be composed of a load sensor provided in the bucket 3 and a controller that calculates the load in the bucket based on the detection result of the load sensor.

走行計画コントローラC1は、目標掘削位置P1、目標掘削位置P1における目標方位角A1、目標積込位置P2、及び、目標積込位置P2における目標方位角A2に基づき、走行経路Rと走行経路R上での屈曲角、車速、リフトアーム2の高さの目標値を演算し、その演算結果に基づき、車両の加速、減速、操舵、リフト上げ等の動作指令を生成する。走行計画コントローラC1の機能の詳細については後述する。 The driving plan controller C1 calculates the driving route R and the target values of the bending angle on the driving route R, the vehicle speed, and the height of the lift arm 2 based on the target excavation position P1, the target azimuth angle A1 at the target excavation position P1, the target loading position P2, and the target azimuth angle A2 at the target loading position P2, and generates operation commands such as vehicle acceleration, deceleration, steering, and lift up based on the calculation results. The functions of the driving plan controller C1 will be described in detail later.

車両制御コントローラC4は、走行計画コントローラC1により生成された動作指令に基づき、ホイールローダ1の各部の制御を行う。 The vehicle control controller C4 controls each part of the wheel loader 1 based on the operation commands generated by the driving plan controller C1.

例えば、図2に示すように、車両制御コントローラC4は、動作指令に基づきフロント制御部61を制御することにより、以下のようにして作業装置17の動作を制御する。フロント制御部61は、油圧ポンプ60Aからアームシリンダ7への作動油の流量及び流れの方向を制御するアーム用流量制御弁と、アーム用流量制御弁に指令圧を出力するアーム制御用電磁弁と、油圧ポンプ60Aからバケットシリンダ8への作動油の流量及び流れの方向を制御するバケット用流量制御弁と、バケット用流量制御弁に指令圧を出力するバケット制御用電磁弁と、を有する。 For example, as shown in FIG. 2, the vehicle control controller C4 controls the operation of the working device 17 as follows by controlling the front control unit 61 based on the operation command. The front control unit 61 has an arm flow control valve that controls the flow rate and flow direction of hydraulic oil from the hydraulic pump 60A to the arm cylinder 7, an arm control solenoid valve that outputs a command pressure to the arm flow control valve, a bucket flow control valve that controls the flow rate and flow direction of hydraulic oil from the hydraulic pump 60A to the bucket cylinder 8, and a bucket control solenoid valve that outputs a command pressure to the bucket flow control valve.

車両制御コントローラC4は、走行計画コントローラC1により生成された動作指令に基づき、アーム制御用電磁弁に制御信号を出力し、アーム制御用電磁弁によって指令圧を生成する。アーム制御用電磁弁によって生成された指令圧は、アーム用流量制御弁の受圧室に導かれる。アーム用流量制御弁は、受圧室に作用する指令圧に応じて動作する。アーム用流量制御弁は、受圧室に作用する指令圧に応じて、油圧ポンプ60Aからアームシリンダ7に供給される作動油の流量及び流れの方向を制御する。同様に、車両制御コントローラC4は、走行計画コントローラC1により生成された動作指令に基づき、バケット用流量制御弁を制御するためのバケット制御用電磁弁に制御信号を出力する。作業装置17が動作することにより、アーム角度及びバケット角度が変化する。なお、アーム角度が変化することにより、走行面からリフトアーム2の先端部に設けられるバケットピンの中心位置までの高さ(以下、リフトアーム高さとも記す)が変化する。 The vehicle control controller C4 outputs a control signal to the arm control solenoid valve based on the operation command generated by the travel plan controller C1, and generates a command pressure by the arm control solenoid valve. The command pressure generated by the arm control solenoid valve is led to the pressure receiving chamber of the arm flow control valve. The arm flow control valve operates according to the command pressure acting on the pressure receiving chamber. The arm flow control valve controls the flow rate and flow direction of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 60A to the arm cylinder 7 according to the command pressure acting on the pressure receiving chamber. Similarly, the vehicle control controller C4 outputs a control signal to the bucket control solenoid valve for controlling the bucket flow control valve based on the operation command generated by the travel plan controller C1. The arm angle and bucket angle change as the working device 17 operates. Note that the height from the travel surface to the center position of the bucket pin provided at the tip of the lift arm 2 (hereinafter also referred to as the lift arm height) changes as the arm angle changes.

動作指令には、屈曲角の目標値である目標屈曲角に基づいて演算されるステアリング制御指令、車速の目標値である目標車速に基づいて演算される走行制御指令(アクセル指令及びブレーキ指令)、及び、リフトアーム高さの目標値である目標リフトアーム高さに基づいて演算されるアーム制御指令が含まれる。 The operation commands include a steering control command calculated based on a target bending angle, which is a target value for the bending angle, a driving control command (accelerator command and brake command) calculated based on a target vehicle speed, which is a target value for the vehicle speed, and an arm control command calculated based on a target lift arm height, which is a target value for the lift arm height.

車両制御コントローラC4は、走行計画コントローラC1からの動作指令に含まれるアーム制御指令に基づき、フロント制御部61を制御する。これにより、実際のリフトアーム2の高さが目標リフトアーム高さとなるように、リフトアーム2の動作が制御される。つまり、走行計画コントローラC1及び車両制御コントローラC4は、アーム角度センサ41により検出される実際のアーム角度が、目標リフトアーム高さに相当する目標アーム角度になるように、リフトアーム2を動作させる。 The vehicle control controller C4 controls the front control unit 61 based on the arm control command included in the operation command from the driving plan controller C1. This controls the operation of the lift arm 2 so that the actual height of the lift arm 2 becomes the target lift arm height. In other words, the driving plan controller C1 and the vehicle control controller C4 operate the lift arm 2 so that the actual arm angle detected by the arm angle sensor 41 becomes the target arm angle corresponding to the target lift arm height.

また、車両制御コントローラC4は、走行計画コントローラC1からの動作指令に含まれるステアリング制御指令に基づき、ステアリング制御部63を制御する。これにより、実際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の動作が制御される。つまり、走行計画コントローラC1及び車両制御コントローラC4は、屈曲角センサ44により検出される実際の屈曲角が目標屈曲角になるように、ステアリング装置19を動作させる。 The vehicle control controller C4 also controls the steering control unit 63 based on the steering control command included in the operation command from the driving plan controller C1. This controls the operation of the steering device 19 so that the actual bending angle becomes the target bending angle. In other words, the driving plan controller C1 and the vehicle control controller C4 operate the steering device 19 so that the actual bending angle detected by the bending angle sensor 44 becomes the target bending angle.

さらに、車両制御コントローラC4は、走行計画コントローラC1からの動作指令に含まれる走行制御指令に基づき、エンジン制御部65、トランスミッション制御部64及びブレーキ制御部62を制御する。これにより、実際の車速が目標車速となるように、走行装置28の動作が制御される。つまり、走行計画コントローラC1及び車両制御コントローラC4は、車速センサ45により検出される実際の車速が目標車速になるように、走行装置28を動作させる。 Furthermore, the vehicle control controller C4 controls the engine control unit 65, the transmission control unit 64, and the brake control unit 62 based on the driving control command included in the operation command from the driving plan controller C1. This controls the operation of the driving device 28 so that the actual vehicle speed becomes the target vehicle speed. In other words, the driving plan controller C1 and the vehicle control controller C4 operate the driving device 28 so that the actual vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 45 becomes the target vehicle speed.

なお、本実施形態では、走行計画コントローラC1、位置設定コントローラC2、荷重演算コントローラC3及び車両制御コントローラC4が個別に設けられている例について説明するが、本発明はこれに限定されない。コントローラCの機能の一部または全部をその他のコントローラCが備えていてもよい。また、1つのコントローラCが、上記コントローラC1~C4の機能の全てを備えていてもよい。 In this embodiment, an example in which the travel plan controller C1, the position setting controller C2, the load calculation controller C3, and the vehicle control controller C4 are provided separately will be described, but the present invention is not limited to this. Some or all of the functions of the controller C may be provided by other controllers C. Also, one controller C may have all of the functions of the controllers C1 to C4.

図5は、走行計画コントローラC1の機能ブロック図である。走行計画コントローラC1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、切り返し位置設定部21、経路生成部22、安定走行計画部23、動作指令部24及びフィードバック部25として機能する。 Figure 5 is a functional block diagram of the driving plan controller C1. The driving plan controller C1 functions as a turning position setting unit 21, a route generating unit 22, a stable driving plan unit 23, an operation command unit 24, and a feedback unit 25 by executing a program stored in the non-volatile memory 102.

なお、上述したように、ホイールローダ1は、掘削位置と積込位置の間を繰り返し行き来する際、掘削作業又は積込作業の後に、一旦後進してから停止して、前進に切り替えて、目的位置に向かう。以下では、ローダ作業において、後進から前進に切り替える位置を切り返し位置P0(図3参照)と記す。なお、本実施形態では、掘削作業の後、積込位置へ向かう際の切り返し位置と、積込作業の後、掘削位置へ向かう際の切り返し位置とが同じである場合について説明するが、双方は異なる位置に設定してもよい。 As described above, when the wheel loader 1 repeatedly travels between the excavation position and the loading position, after an excavation or loading operation, it moves backward once, stops, switches to forward movement, and heads toward the destination position. Hereinafter, the position at which the loader switches from reverse to forward movement during loading operation is referred to as the turning position P0 (see FIG. 3). In this embodiment, a case will be described in which the turning position when heading toward the loading position after an excavation operation is the same as the turning position when heading toward the excavation position after a loading operation, but the two may be set to different positions.

図3に示すように、切り返し位置設定部21は、位置設定コントローラC2により設定された目標掘削位置P1及びその位置での目標方位角A1、並びに位置設定コントローラC2により設定された目標積込位置P2及びその位置での目標方位角A2に基づき、目標切り返し位置P0及びその位置での目標方位角A0を設定する。目標切り返し位置P0は、車両の進行方向を後進方向から前進方向へ切り替えて、前進方向への走行を開始する目標位置である。目標切り返し位置P0及び目標方位角A0の設定方法の一例は以下のとおりである。 As shown in FIG. 3, the turning position setting unit 21 sets a target turning position P0 and a target azimuth angle A0 at that position based on the target excavation position P1 and the target azimuth angle A1 at that position set by the position setting controller C2, and the target loading position P2 and the target azimuth angle A2 at that position set by the position setting controller C2. The target turning position P0 is the target position at which the vehicle's traveling direction is switched from the reverse direction to the forward direction and travel in the forward direction begins. An example of a method for setting the target turning position P0 and the target azimuth angle A0 is as follows.

走行計画コントローラC1の不揮発性メモリ102には、掘削位置及び積込位置に応じた切り返し位置を表すデータテーブル(以下、位置テーブルとも記す)が記憶されている。位置テーブルは、オペレータにより操作されるホイールローダ1による実機試験等に基づき定められる。切り返し位置設定部21は、位置テーブルを参照し、目標位置P1,P2に基づき、目標切り返し位置P0を設定する。 A data table (hereinafter also referred to as a position table) showing turning positions according to the excavation position and the loading position is stored in the non-volatile memory 102 of the travel plan controller C1. The position table is determined based on actual testing using the wheel loader 1 operated by an operator. The turning position setting unit 21 refers to the position table and sets the target turning position P0 based on the target positions P1 and P2.

切り返し位置設定部21は、目標切り返し位置P0から目標掘削位置P1に向かう方位と、目標切り返し位置P0から目標積込位置P2に向かう方位との中間の方位を目標切り返し位置P0の目標方位として決定する。切り返し位置設定部21は、決定した目標方位と基準方位とのなす角度を目標方位角A0として決定する。 The turning position setting unit 21 determines the target orientation of the target turning position P0 to be an intermediate orientation between the orientation from the target turning position P0 toward the target excavation position P1 and the orientation from the target turning position P0 toward the target loading position P2. The turning position setting unit 21 determines the angle between the determined target orientation and the reference orientation as the target azimuth angle A0.

経路生成部22(図5参照)は、目標切り返し位置P0から目標掘削位置P1までの掘削作業用の走行経路R1と、目標掘削位置P1から目標切り返し位置P0までの第1戻り用の走行経路R2と、目標切り返し位置P0から目標積込位置P2までの積込作業用の走行経路R3と、目標積込位置P2から目標切り返し位置P0までの第2戻り用の走行経路R4と、を生成する。 The route generating unit 22 (see FIG. 5) generates a travel route R1 for excavation work from the target turning position P0 to the target excavation position P1, a travel route R2 for a first return from the target excavation position P1 to the target turning position P0, a travel route R3 for loading work from the target turning position P0 to the target loading position P2, and a travel route R4 for a second return from the target loading position P2 to the target turning position P0.

走行経路R1では、目標切り返し位置P0が走行開始位置、目標掘削位置P1が走行終了位置となる。走行経路R2では、目標掘削位置P1が走行開始位置、目標切り返し位置P0が走行終了位置となる。走行経路R3では、目標切り返し位置P0が走行開始位置、目標積込位置P2が走行終了位置となる。走行経路R4では、目標積込位置P2が走行開始位置、目標切り返し位置P0が走行終了位置となる。なお、説明の便宜上、以下では、走行経路R1~R4を総称して、走行経路Rとも記す。 For travel route R1, the target turning position P0 is the travel start position, and the target excavation position P1 is the travel end position. For travel route R2, the target excavation position P1 is the travel start position, and the target turning position P0 is the travel end position. For travel route R3, the target turning position P0 is the travel start position, and the target loading position P2 is the travel end position. For travel route R4, the target loading position P2 is the travel start position, and the target turning position P0 is the travel end position. For ease of explanation, travel routes R1 to R4 are collectively referred to as travel route R below.

経路生成部22は、走行開始位置における目標方位角、及び、走行終了位置における目標方位角を考慮して、走行開始位置の座標と走行終了位置の座標を緩やかな曲線で結ぶことにより、無理な操舵がなされるようなことがない走行経路Rを生成する。 The route generation unit 22 takes into account the target azimuth angle at the travel start position and the target azimuth angle at the travel end position, and generates a travel route R that does not involve unreasonable steering by connecting the coordinates of the travel start position and the coordinates of the travel end position with a gentle curve.

車両の走行安定性は、走行経路Rの曲率が小さいほど高くなる。走行経路Rの経路長が短いほど、エネルギーの消費が抑えられる。しなしながら、走行経路Rの経路長が短いほど、曲率は大きくなりやすい。このため、切り返し位置設定部21及び経路生成部22は、演算した走行経路Rの全長、走行経路Rの曲率の変化量などを用いた評価関数を設定し、機械学習によって評価関数が最小になるような、切り返し位置P0及び走行経路Rを決定することが好ましい。これにより、走行安定性が確保しやすく、かつ、エネルギー消費が抑えられる走行経路Rが生成される。 The smaller the curvature of the driving route R, the higher the driving stability of the vehicle. The shorter the route length of the driving route R, the less energy consumption there is. However, the shorter the route length of the driving route R, the greater the curvature is likely to be. For this reason, it is preferable that the turning position setting unit 21 and the route generation unit 22 set an evaluation function using the calculated total length of the driving route R, the amount of change in the curvature of the driving route R, etc., and determine the turning position P0 and the driving route R that minimize the evaluation function by machine learning. This generates a driving route R that is easy to ensure driving stability and reduces energy consumption.

図5に示す安定走行計画部23は、生成された走行経路R上でのホイールローダ1の安定した走行を計画する処理部である。安定走行計画部23は、生成された走行経路Rに基づき、走行経路R上における目標屈曲角と、目標リフトアーム高さと、目標車速と、を演算する。安定走行計画部23は、演算された目標屈曲角と、演算された目標リフトアーム高さとに基づき、ホイールローダ1の重心位置を演算する。安定走行計画部23は、演算された目標屈曲角と、演算された目標車速と、演算された重心位置とに基づき、車体16の走行安定性を判定する。 The stable driving planning unit 23 shown in FIG. 5 is a processing unit that plans stable driving of the wheel loader 1 on the generated driving route R. The stable driving planning unit 23 calculates a target bending angle, a target lift arm height, and a target vehicle speed on the driving route R based on the generated driving route R. The stable driving planning unit 23 calculates the center of gravity position of the wheel loader 1 based on the calculated target bending angle and the calculated target lift arm height. The stable driving planning unit 23 determines the driving stability of the vehicle body 16 based on the calculated target bending angle, the calculated target vehicle speed, and the calculated center of gravity position.

以下、図6~図10を参照して、安定走行計画部23の機能の詳細について説明する。図6は、安定走行計画部23の機能の詳細について説明する図である。図6に示すように、安定走行計画部23は、屈曲角演算部30、支持多角形演算部33、安定領域設定部34、高さ演算部35、車速演算部37、重心演算部31、ZMP演算部32、及び、走行安定性判定部36として機能する。 The functions of the stable driving planner 23 will be described in detail below with reference to Figs. 6 to 10. Fig. 6 is a diagram for explaining the functions of the stable driving planner 23 in detail. As shown in Fig. 6, the stable driving planner 23 functions as a bending angle calculator 30, a support polygon calculator 33, a stable area setting unit 34, a height calculator 35, a vehicle speed calculator 37, a center of gravity calculator 31, a ZMP calculator 32, and a driving stability judgement unit 36.

屈曲角演算部30は、経路生成部22により生成された走行経路Rに沿ってホイールローダ1を走行させるために、走行経路Rの各位置における車体16の目標屈曲角を演算する。走行経路Rには、走行経路R上の位置を表す複数のノードが設定されている。複数のノードは、経路生成部22により設定される。屈曲角演算部30は、各ノードにホイールローダ1が位置しているときの車体16の目標屈曲角を演算する。屈曲角演算部30は、走行経路R上の複数のノードと、複数のノードでの目標屈曲角とを対応付けた走行計画情報を不揮発性メモリ102に記憶する。 The bending angle calculation unit 30 calculates the target bending angle of the vehicle body 16 at each position on the travel route R in order to make the wheel loader 1 travel along the travel route R generated by the route generation unit 22. A plurality of nodes representing positions on the travel route R are set on the travel route R. The plurality of nodes are set by the route generation unit 22. The bending angle calculation unit 30 calculates the target bending angle of the vehicle body 16 when the wheel loader 1 is located at each node. The bending angle calculation unit 30 stores in the non-volatile memory 102 travel plan information that associates a plurality of nodes on the travel route R with the target bending angles at the plurality of nodes.

支持多角形演算部33は、屈曲角演算部30により演算された目標屈曲角に基づき、車両の支持多角形SPを演算する。図7は、ホイールローダ1を上方から見た模式図であり、支持多角形SPを示す。図7に示すように、支持多角形SPは、ホイールローダ1の車輪4の接地点Pt1~Pt4を結んだ辺で構成される凸多角形の領域である。 The support polygon calculation unit 33 calculates the support polygon SP of the vehicle based on the target bending angle calculated by the bending angle calculation unit 30. Figure 7 is a schematic diagram of the wheel loader 1 seen from above, showing the support polygon SP. As shown in Figure 7, the support polygon SP is a convex polygonal area formed by the sides connecting the ground contact points Pt1 to Pt4 of the wheels 4 of the wheel loader 1.

具体的には、支持多角形演算部33は、センターピン13に対する各車輪4の相対位置を表す相対位置データと、走行経路Rの各ノードにおける目標屈曲角とに基づき、各ノードにおける左右一対の前輪4aの接地点Pt1,Pt2及び左右一対の後輪4bの接地点Pt3,Pt4の位置座標を演算する。相対位置データは、走行計画コントローラC1の不揮発性メモリ102に記憶されている。支持多角形演算部33は、車体16の接地点Pt1と接地点Pt2とを結んだ線分、接地点Pt2と接地点Pt4とを結んだ線分、接地点Pt4と接地点Pt3とを結んだ線分、及び、接地点Pt3と接地点Pt1とを結んだ線分によって形成される四角形状の支持多角形SPを演算する。支持多角形SPは、車体16が屈曲していない場合には長方形であるが、車体16が屈曲している場合には台形となり、目標屈曲角によって形が変わる。 Specifically, the support polygon calculation unit 33 calculates the position coordinates of the ground contact points Pt1, Pt2 of the pair of left and right front wheels 4a and the ground contact points Pt3, Pt4 of the pair of left and right rear wheels 4b at each node based on the relative position data representing the relative position of each wheel 4 with respect to the center pin 13 and the target bending angle at each node of the travel route R. The relative position data is stored in the non-volatile memory 102 of the travel plan controller C1. The support polygon calculation unit 33 calculates a quadrilateral support polygon SP formed by a line segment connecting the ground contact points Pt1 and Pt2 of the vehicle body 16, a line segment connecting the ground contact points Pt2 and Pt4, a line segment connecting the ground contact points Pt4 and Pt3, and a line segment connecting the ground contact points Pt3 and Pt1. The support polygon SP is rectangular when the body 16 is not bent, but becomes a trapezoid when the body 16 is bent, and its shape changes depending on the target bending angle.

安定領域設定部34は、支持多角形演算部33により演算された支持多角形SPの内側に、支持多角形SPよりも小さい安定領域SAを設定する。安定領域設定部34は、例えば、支持多角形SPを構成する各辺を支持多角形SPの内側に所定距離だけオフセットさせた複数の線によって囲まれる領域を安定領域SAとして設定する。 The stable area setting unit 34 sets a stable area SA smaller than the support polygon SP inside the support polygon SP calculated by the support polygon calculation unit 33. For example, the stable area setting unit 34 sets as the stable area SA an area surrounded by multiple lines obtained by offsetting each side of the support polygon SP by a predetermined distance inside the support polygon SP.

安定領域SAは、地面の凹凸等により走行安定性が低くなることを考慮して設定される。したがって、地面の凹凸が大きい作業現場では、安定領域SAを小さく設定し、地面の凹凸が小さい作業現場では、安定領域SAを大きく設定することが好ましい。 The stability area SA is set taking into consideration that unevenness of the ground can reduce driving stability. Therefore, it is preferable to set the stability area SA small at work sites where the ground is very uneven, and to set the stability area SA large at work sites where the ground is less uneven.

図6に示す重心演算部31は、積荷荷重検出装置50により検出されたバケット内荷重と、屈曲角演算部30により演算される各ノードにおける目標屈曲角と、後述する高さ演算部35により演算される各ノードにおける目標リフトアーム高さと、ホイールローダ1の重量データと、に基づき、各ノードにおけるホイールローダ(車両)全体の重心位置Gを演算する。 The center of gravity calculation unit 31 shown in FIG. 6 calculates the center of gravity position G of the entire wheel loader (vehicle) at each node based on the load in the bucket detected by the cargo load detection device 50, the target bending angle at each node calculated by the bending angle calculation unit 30, the target lift arm height at each node calculated by the height calculation unit 35 (described later), and the weight data of the wheel loader 1.

ホイールローダ1の重量データは、走行計画コントローラC1の不揮発性メモリ102に記憶されている。ホイールローダ1の重量データには、フロントボディ11の重量と重心位置、リアボディ12の重量と重心位置、空荷状態のバケット3の重量と重心位置、及び、リフトアーム2の重量と重心位置が含まれる。各部の重心位置は、ホイールローダ1の所定の位置を原点とした車体基準座標系の座標位置によって特定される。 The weight data of the wheel loader 1 is stored in the non-volatile memory 102 of the travel plan controller C1. The weight data of the wheel loader 1 includes the weight and center of gravity position of the front body 11, the weight and center of gravity position of the rear body 12, the weight and center of gravity position of the empty bucket 3, and the weight and center of gravity position of the lift arm 2. The center of gravity position of each part is specified by the coordinate position of the vehicle body reference coordinate system, which has a predetermined position of the wheel loader 1 as the origin.

ZMP演算部32は、走行経路Rの各ノードにおいて、重心演算部31によって演算される重心位置Gと、経路生成部22により生成される走行経路Rと、後述する車速演算部37により演算される目標車速とに基づき、重心位置Gに作用する力のベクトルを演算する。さらに、ZMP演算部32は、走行経路Rの各ノードにおいて、演算された力のベクトルと走行面とが交わる点であるZMP(Zero Moment Point)を演算する。 The ZMP calculation unit 32 calculates a force vector acting on the center of gravity position G at each node of the travel route R based on the center of gravity position G calculated by the center of gravity calculation unit 31, the travel route R generated by the route generation unit 22, and a target vehicle speed calculated by the vehicle speed calculation unit 37 described below. Furthermore, the ZMP calculation unit 32 calculates a ZMP (Zero Moment Point), which is the point where the calculated force vector intersects with the travel surface, at each node of the travel route R.

図7及び図8を参照して、所定のノードでのZMPの具体的な演算方法について説明する。図7は、ホイールローダ1を上方から見た模式図であり、支持多角形SP及びZMPを示す。図8は、ホイールローダ1を側方から見た模式図であり、支持多角形SP及びZMPを示す。 A specific method for calculating the ZMP at a specified node will be described with reference to Figures 7 and 8. Figure 7 is a schematic diagram of the wheel loader 1 viewed from above, showing the support polygon SP and ZMP. Figure 8 is a schematic diagram of the wheel loader 1 viewed from the side, showing the support polygon SP and ZMP.

図7及び図8に示すように、ZMP演算部32は、バケット内重量を含むホイールローダ1の総重量と重力加速度に基づき、重心位置Gに作用する鉛直下向きの重力F1のベクトルを演算する。ZMP演算部32は、走行経路Rの曲率と目標車速と、ホイールローダ1の総重量に基づき、重心位置Gに作用する遠心力F2のベクトルを演算する。 As shown in Figures 7 and 8, the ZMP calculation unit 32 calculates the vector of gravity F1 acting on the center of gravity G based on the total weight of the wheel loader 1, including the weight in the bucket, and the gravitational acceleration. The ZMP calculation unit 32 calculates the vector of centrifugal force F2 acting on the center of gravity G based on the curvature of the travel route R, the target vehicle speed, and the total weight of the wheel loader 1.

ZMP演算部32は、各ノードにおける目標車速に基づき、各ノードにおける目標車速の時間変化率を演算する。所定のノードにおける目標車速の時間変化率は、例えば、所定のノードの目標車速と、所定のノードに隣接するノードの目標車速と、所定のノードとそれに隣接するノードとの間の距離と、に基づき演算することができる。ZMP演算部32は、ホイールローダ1の総重量と、目標車速の時間変化率に基づき、重心位置Gに作用する慣性力F3のベクトルを演算する。 The ZMP calculation unit 32 calculates the time rate of change of the target vehicle speed at each node based on the target vehicle speed at each node. The time rate of change of the target vehicle speed at a specific node can be calculated, for example, based on the target vehicle speed of the specific node, the target vehicle speed of a node adjacent to the specific node, and the distance between the specific node and the node adjacent to that. The ZMP calculation unit 32 calculates the vector of the inertial force F3 acting on the center of gravity position G based on the total weight of the wheel loader 1 and the time rate of change of the target vehicle speed.

ZMP演算部32は、重心位置Gに作用する重力F1、遠心力F2、及び慣性力F3の合力F0のベクトルを演算する。ZMP演算部32は、合力F0のベクトルの延長線L0と、地面(ホイールローダ1の走行面)とが交わる点をZMPとして演算する。 The ZMP calculation unit 32 calculates the vector of the resultant force F0 of gravity F1, centrifugal force F2, and inertial force F3 acting on the center of gravity position G. The ZMP calculation unit 32 calculates the point where the extension line L0 of the vector of the resultant force F0 intersects with the ground (the running surface of the wheel loader 1) as the ZMP.

ホイールローダ1は、後述するように、走行経路Rの各ノードに設定される目標車速に基づいて、走行装置28が制御される。しかしながら、作業現場の地面の凹凸など、地面の状況によって、目標車速と実際の車速との間に差異が生じることがある。このため、本実施形態に係るZMP演算部32は、過去に検出された実際の車速と目標車速との差異に基づいたフィードバックを行う。 As described below, the wheel loader 1 has its traveling gear 28 controlled based on the target vehicle speed set for each node of the travel route R. However, a difference may occur between the target vehicle speed and the actual vehicle speed depending on the ground conditions at the work site, such as unevenness of the ground. For this reason, the ZMP calculation unit 32 according to this embodiment performs feedback based on the difference between the actual vehicle speed detected in the past and the target vehicle speed.

図5及び図6に示すフィードバック部25は、ホイールローダ1が走行経路Rに沿って自動走行している間、各ノードにおいて、車速センサ45により検出された実際の車速と、安定走行計画部23により演算された目標車速との差異を表すデータを、ノード及び作業現場の位置座標と対応付けて記憶する。実際の車速と目標車速との差異を表すデータと、作業現場の位置座標とが対応付けられたデータテーブルは、走行計画コントローラC1の不揮発性メモリ102に記憶される。 The feedback unit 25 shown in Figures 5 and 6 stores data representing the difference between the actual vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 45 and the target vehicle speed calculated by the stable driving plan unit 23 at each node while the wheel loader 1 is automatically driving along the driving route R, in association with the position coordinates of the node and the work site. A data table in which the data representing the difference between the actual vehicle speed and the target vehicle speed is associated with the position coordinates of the work site is stored in the non-volatile memory 102 of the driving plan controller C1.

実際の車速と目標車速との差異を表すデータは、例えば、目標車速に対する実際の車速の比率(以下、車速比とも記す)である。フィードバック部25は、各ノードにおいて、実際の車速から目標車速を除算することにより、車速比を求める。作業現場の位置座標に対応付けられる車速比は、過去のデータの平均値であってもよいし、直近のデータであってもよい。 The data representing the difference between the actual vehicle speed and the target vehicle speed is, for example, the ratio of the actual vehicle speed to the target vehicle speed (hereinafter also referred to as the vehicle speed ratio). The feedback unit 25 obtains the vehicle speed ratio by dividing the actual vehicle speed by the target vehicle speed at each node. The vehicle speed ratio associated with the position coordinates of the work site may be the average value of past data or the most recent data.

ZMP演算部32は、走行計画コントローラC1の不揮発性メモリ102に記憶された実際の車速と目標車速との差異を表すデータを加味して、ZMPを演算する。具体的には、ZMP演算部32は、目標車速に車速比を乗算した上で、重心位置Gに作用する遠心力F2及び慣性力F3を演算する。 The ZMP calculation unit 32 calculates the ZMP by taking into account data representing the difference between the actual vehicle speed and the target vehicle speed stored in the non-volatile memory 102 of the driving plan controller C1. Specifically, the ZMP calculation unit 32 multiplies the target vehicle speed by the vehicle speed ratio, and then calculates the centrifugal force F2 and the inertial force F3 acting on the center of gravity position G.

図6に示すように、走行安定性判定部36は、支持多角形演算部33により演算された支持多角形SPと、ZMP演算部32により演算されたZMPとの位置関係に基づき、車体16の走行安定性を判定する。具体的には、走行安定性判定部36は、安定領域設定部34によって設定された安定領域SA内に、ZMP演算部32によって演算されたZMPがあるかどうかで、車体16の状態が安定か不安定かを判定する。走行安定性判定部36は、安定領域SA内にZMPがある場合には、走行安定性が高い、すなわち車体16の状態は安定と判定する。走行安定性判定部36は、安定領域SA内にZMPがない場合には、走行安定性が低い、すなわち車体16の状態は不安定と判定する。 As shown in FIG. 6, the driving stability determination unit 36 determines the driving stability of the vehicle body 16 based on the positional relationship between the support polygon SP calculated by the support polygon calculation unit 33 and the ZMP calculated by the ZMP calculation unit 32. Specifically, the driving stability determination unit 36 determines whether the state of the vehicle body 16 is stable or unstable based on whether the ZMP calculated by the ZMP calculation unit 32 is within the stable area SA set by the stable area setting unit 34. If the ZMP is within the stable area SA, the driving stability determination unit 36 determines that the driving stability is high, i.e., the state of the vehicle body 16 is stable. If the ZMP is not within the stable area SA, the driving stability determination unit 36 determines that the driving stability is low, i.e., the state of the vehicle body 16 is unstable.

車速演算部37は、走行経路Rの各位置における走行安定性の判定結果に基づき、目標車速を演算する。高さ演算部35は、走行経路Rの各位置における走行安定性の判定結果に基づき、目標リフトアーム高さを演算する。以下、目標車速と目標リフトアーム高さの演算方法について、詳しく説明する。演算された目標車速及び目標リフトアーム高さは、走行安定性の判定結果によっては修正される場合がある。つまり、走行安定性の判定処理が行われる前の演算結果である目標車速及び目標リフトアーム高さは、仮の目標値といえる。 The vehicle speed calculation unit 37 calculates the target vehicle speed based on the results of the driving stability judgment at each position on the driving route R. The height calculation unit 35 calculates the target lift arm height based on the results of the driving stability judgment at each position on the driving route R. The calculation method for the target vehicle speed and the target lift arm height is explained in detail below. The calculated target vehicle speed and target lift arm height may be modified depending on the results of the driving stability judgment. In other words, the target vehicle speed and target lift arm height, which are the calculation results before the driving stability judgment process is performed, can be said to be provisional target values.

車速演算部37は、走行経路Rの各位置における目標車速を、予め定められた車速初期値に設定する。車速初期値は、例えば、オペレータによって運転されるホイールローダが、ローダ作業において走行経路Rに沿って走行する際の最高車速に基づき定められる。ホイールローダでは、積込位置に向かう場合、通常、速度段が2速に設定される。速度段が2速に設定されているときの最高車速は12km/h程度である。このため、走行経路R3の最終ノードを除く各ノードにおける目標車速の車速初期値には、最高車速である12km/hが設定される。なお、本実施形態では、最終ノードの目標車速は0(ゼロ)に設定される。 The vehicle speed calculation unit 37 sets the target vehicle speed at each position on the travel route R to a predetermined initial vehicle speed value. The initial vehicle speed value is determined, for example, based on the maximum vehicle speed when a wheel loader driven by an operator travels along the travel route R during loader work. In a wheel loader, the speed gear is usually set to second gear when heading toward a loading position. The maximum vehicle speed when the speed gear is set to second gear is approximately 12 km/h. For this reason, the initial vehicle speed value of the target vehicle speed at each node except the final node on the travel route R3 is set to 12 km/h, which is the maximum vehicle speed. In this embodiment, the target vehicle speed at the final node is set to 0 (zero).

走行安定性判定部36により車体16の状態が安定と判定された場合、車速演算部37は、その判定に用いた仮の目標車速を動作指令用の目標車速として決定する。走行安定性判定部36により車体16の状態が不安定と判定された場合、車速演算部37は、その判定に用いた目標車速から所定値を差し引いた値を新たな目標車速として決定する。走行安定性判定部36により車体16の状態が不安定と判定される度に、車速演算部37は、現在の目標車速に比べて所定値だけ低い新たな目標車速を演算する。車速演算部37は、車体16の状態が安定と判定されるまで、繰り返し、目標車速を低くする修正を行う。つまり、車速演算部37は、走行安定性が低い場合には、目標車速を下げる方向に修正する。 When the driving stability determination unit 36 determines that the state of the vehicle body 16 is stable, the vehicle speed calculation unit 37 determines the provisional target vehicle speed used in the determination as the target vehicle speed for the operation command. When the driving stability determination unit 36 determines that the state of the vehicle body 16 is unstable, the vehicle speed calculation unit 37 determines a value obtained by subtracting a predetermined value from the target vehicle speed used in the determination as the new target vehicle speed. Each time the driving stability determination unit 36 determines that the state of the vehicle body 16 is unstable, the vehicle speed calculation unit 37 calculates a new target vehicle speed that is a predetermined value lower than the current target vehicle speed. The vehicle speed calculation unit 37 repeatedly corrects the target vehicle speed to a lower value until the state of the vehicle body 16 is determined to be stable. In other words, when the driving stability is low, the vehicle speed calculation unit 37 corrects the target vehicle speed to a lower value.

車速演算部37は、走行経路R上の複数のノードと、複数のノードでの目標車速とを対応付けた走行計画情報を不揮発性メモリ102に記憶する。 The vehicle speed calculation unit 37 stores in the non-volatile memory 102 driving plan information that associates multiple nodes on the driving route R with the target vehicle speeds at the multiple nodes.

高さ演算部35は、走行経路Rの各位置における目標リフトアーム高さを、予め定められた高さ初期値に設定する。高さ初期値は、例えば、実機試験等により定められた高さ初期値テーブルと、経路生成部22により生成された走行経路Rと、に基づいて演算される。 The height calculation unit 35 sets the target lift arm height at each position on the travel route R to a predetermined initial height value. The initial height value is calculated based on, for example, an initial height value table determined by actual vehicle testing, and the travel route R generated by the route generation unit 22.

高さ初期値テーブルは、基準走行経路の各位置とリフトアーム高さとが対応付けられたデータテーブルである。例えば、ホイールローダ1が積込位置に向かう場合、積込位置に到着後にすぐに積込作業を開始できるように、走行しながらリフトアーム上げを行う動作(ライズラン)が実施される。このため、走行経路R3上のリフトアーム高さの演算に用いられる高さ初期値テーブルは、基準走行経路の走行開始位置から走行終了位置に向かってリフトアーム高さが徐々に高くなり、走行終了位置でリフトアーム高さが積込高さとなるデータにより構成されている。後述するように、目標リフトアーム高さは、車体16の状態が不安定と判定されると、低い値に修正される。このため、高さ初期値テーブルの高さ初期値は、実機試験により測定された値よりも大きな値にしておくことが好ましい。なお、高さ初期値テーブルに代えて、走行経路Rの各位置での目標リフトアーム高さの初期値を積込高さ(一定値)に設定してもよいが、実機試験から求められた初期値テーブルを用いることにより、演算負荷の低減を図ることができる。 The height initial value table is a data table in which each position on the reference travel path is associated with the lift arm height. For example, when the wheel loader 1 heads for a loading position, an operation of raising the lift arm while traveling (rise run) is performed so that loading work can be started immediately after arriving at the loading position. For this reason, the height initial value table used to calculate the lift arm height on the travel path R3 is composed of data in which the lift arm height gradually increases from the travel start position to the travel end position on the reference travel path, and the lift arm height becomes the loading height at the travel end position. As will be described later, the target lift arm height is corrected to a lower value when the state of the vehicle body 16 is determined to be unstable. For this reason, it is preferable to set the height initial value of the height initial value table to a value larger than the value measured by the actual machine test. Note that instead of the height initial value table, the initial value of the target lift arm height at each position on the travel path R may be set to the loading height (constant value), but by using the initial value table obtained from the actual machine test, the calculation load can be reduced.

その他の走行経路R1,R2,R4の各位置における目標リフトアーム高さの高さ初期値についても同様に、それぞれに対応する高さ初期値テーブルあるいは初期値(一定値)に基づいて設定される。例えば、掘削作業用の走行経路R1の各位置のリフトアーム高さの高さ初期値は、図1に示すような、リフトアーム2の先端部が車輪4の中心軸よりも下方に位置するような高さに設定される。 Similarly, the initial height values of the target lift arm heights at each position of the other travel routes R1, R2, and R4 are set based on the corresponding initial height value tables or initial values (fixed values). For example, the initial height value of the lift arm height at each position of the travel route R1 for excavation work is set to a height such that the tip of the lift arm 2 is located below the center axis of the wheels 4, as shown in FIG. 1.

高さ初期値テーブルの基準走行経路の経路長と、経路生成部22により生成された走行経路Rの経路長とが異なる場合、基準走行経路の経路長と走行経路Rの経路長との比率を加味して、走行経路Rの各位置での目標リフトアーム高さの高さ初期値が設定される。 If the path length of the reference driving path in the height initial value table differs from the path length of the driving path R generated by the path generation unit 22, the initial height value of the target lift arm height at each position of the driving path R is set taking into account the ratio between the path length of the reference driving path and the path length of the driving path R.

図6に示す走行安定性判定部36により車体16の状態が安定と判定された場合、高さ演算部35は、その判定に用いた仮の目標リフトアーム高さを動作指令用の目標リフトアーム高さとして決定する。走行安定性判定部36により車体16の状態が不安定と判定された場合、高さ演算部35は、その判定に用いた目標リフトアーム高さから所定値を差し引いた値を新たな目標リフトアーム高さとして決定する。走行安定性判定部36により車体16の状態が不安定と判定される度に、高さ演算部35は、現在の目標リフトアーム高さに比べて所定値だけ低い新たな目標リフトアーム高さを演算する。高さ演算部35は、車体16の状態が安定と判定されるまで、繰り返し、目標リフトアーム高さを低くする修正を行う。つまり、高さ演算部35は、走行安定性が低い場合には、目標リフトアーム高さを下げる方向に修正する。 When the driving stability determination unit 36 shown in FIG. 6 determines that the state of the vehicle body 16 is stable, the height calculation unit 35 determines the provisional target lift arm height used in the determination as the target lift arm height for the operation command. When the driving stability determination unit 36 determines that the state of the vehicle body 16 is unstable, the height calculation unit 35 determines a value obtained by subtracting a predetermined value from the target lift arm height used in the determination as the new target lift arm height. Each time the driving stability determination unit 36 determines that the state of the vehicle body 16 is unstable, the height calculation unit 35 calculates a new target lift arm height that is lower than the current target lift arm height by a predetermined value. The height calculation unit 35 repeatedly corrects the target lift arm height to be lower until the state of the vehicle body 16 is determined to be stable. In other words, when the driving stability is low, the height calculation unit 35 corrects the target lift arm height in a lowering direction.

高さ演算部35は、走行経路R上の複数のノードと、複数のノードでの目標リフトアーム高さとを対応付けた走行計画情報を不揮発性メモリ102に記憶する。 The height calculation unit 35 stores in the non-volatile memory 102 driving plan information that associates multiple nodes on the driving route R with the target lift arm heights at the multiple nodes.

目標車速及び目標リフトアーム高さが更新されると、重心演算部31は、更新された目標リフトアーム高さを用いて重心位置Gを演算する。これにより、重心位置Gが更新される。重心位置Gが更新されると、ZMP演算部32は、更新された重心位置G、及び、更新された目標車速に基づき、ZMPを演算する。これにより、ZMPが更新される。ZMPが更新されると、走行安定性判定部36は、更新されたZMPと安定領域SAとの位置関係に基づき、走行安定性を判定する。 When the target vehicle speed and target lift arm height are updated, the center of gravity calculation unit 31 calculates the center of gravity position G using the updated target lift arm height. This updates the center of gravity position G. When the center of gravity position G is updated, the ZMP calculation unit 32 calculates the ZMP based on the updated center of gravity position G and the updated target vehicle speed. This updates the ZMP. When the ZMP is updated, the driving stability determination unit 36 determines the driving stability based on the positional relationship between the updated ZMP and the stable area SA.

以上のとおり、安定走行計画部23は、生成された走行経路R上の複数の位置と、その複数の位置における目標屈曲角と目標リフトアーム高さと目標車速とを対応付けた走行計画情報を不揮発性メモリ102に記憶する。走行計画情報は、例えば、データテーブルとして不揮発性メモリ102に記憶されている。安定走行計画部23は、車体16の状態が不安定と判定された場合には、その判定に用いた目標車速及び目標リフトアーム高さの修正を行い、その修正結果に基づき、重心位置G及びZMPの再演算を行い、再び、走行安定性の判定を行う。安定走行計画部23は、車体16の状態が安定と判定された場合には、その判定に用いた目標車速及び目標リフトアーム高さの修正を行わない。これにより、走行安定性の判定に用いた仮の目標車速及び仮の目標リフトアーム高さが、動作指令用の目標車速及び目標リフトアーム高さとして決定される。 As described above, the stable driving planning unit 23 stores in the non-volatile memory 102 driving plan information that associates multiple positions on the generated driving route R with the target bending angle, target lift arm height, and target vehicle speed at the multiple positions. The driving plan information is stored in the non-volatile memory 102, for example, as a data table. When the stable driving planning unit 23 determines that the state of the vehicle body 16 is unstable, it corrects the target vehicle speed and target lift arm height used in the judgment, recalculates the center of gravity position G and ZMP based on the correction result, and judges the driving stability again. When the stable driving planning unit 23 determines that the state of the vehicle body 16 is stable, it does not correct the target vehicle speed and target lift arm height used in the judgment. As a result, the tentative target vehicle speed and tentative target lift arm height used in the judgment of the driving stability are determined as the target vehicle speed and target lift arm height for the operation command.

安定走行計画部23は、同じノード(同じ位置)における目標車速及び目標リフトアーム高さの演算回数mが予め定められた最大演算回数Mに達した場合、現状の走行経路では走行安定性が保てないと判断して走行経路Rを修正することを決定し、現在設定されている走行経路に対する各種演算を終了する。最大演算回数Mは、走行計画コントローラC1の不揮発性メモリ102に記憶されている。 When the number of calculations m of the target vehicle speed and the target lift arm height at the same node (same position) reaches a predetermined maximum number of calculations M, the stable driving plan unit 23 determines that driving stability cannot be maintained on the current driving route, decides to modify the driving route R, and ends various calculations for the currently set driving route. The maximum number of calculations M is stored in the non-volatile memory 102 of the driving plan controller C1.

安定走行計画部23により走行経路Rの修正することが決定されると、図5に示す切り返し位置設定部21は、現在の切り返し位置P0よりも目標掘削位置P1及び目標積込位置P2から遠い位置を新たな切り返し位置P0として設定する。切り返し位置設定部21により、新たな切り返し位置P0が設定されると、経路生成部22は、新たな走行経路Rを生成する。走行経路Rが更新されると、安定走行計画部23は、更新された走行経路Rに基づいて、再び、目標屈曲角、目標車速及び目標リフトアーム高さを演算する。 When the stable driving plan unit 23 decides to modify the driving route R, the turning-back position setting unit 21 shown in FIG. 5 sets a position farther from the target excavation position P1 and the target loading position P2 than the current turning-back position P0 as a new turning-back position P0. When the turning-back position setting unit 21 sets the new turning-back position P0, the route generating unit 22 generates a new driving route R. When the driving route R is updated, the stable driving plan unit 23 again calculates the target bending angle, the target vehicle speed, and the target lift arm height based on the updated driving route R.

動作指令部24は、不揮発性メモリ102に記憶された走行計画情報に基づき、動作指令としてのステアリング制御指令、走行制御指令(アクセル指令及びブレーキ指令)、アーム制御指令を演算し、その演算結果を車両制御コントローラC4へ出力する。車両制御コントローラC4は、動作指令部24から出力されたステアリング制御指令、走行制御指令、及びアーム制御指令に基づき、ステアリング装置19と走行装置28とリフトアーム2とを制御する。 The operation command unit 24 calculates steering control commands, driving control commands (accelerator commands and brake commands), and arm control commands as operation commands based on the driving plan information stored in the non-volatile memory 102, and outputs the calculation results to the vehicle control controller C4. The vehicle control controller C4 controls the steering device 19, the driving device 28, and the lift arm 2 based on the steering control commands, driving control commands, and arm control commands output from the operation command unit 24.

ここで、図9を参照して減速度(車速低減率)、リフトアーム高さ、及び車体16の屈曲角と、走行安定性との関係について説明する。なお、屈曲角は、走行経路Rの曲率に置き換えることもできる。減速度(車速低減率)とは、車速の時間変化率が負である場合の車速の時間変化率の絶対値に相当する。図9に示すように、減速度、リフトアーム高さ、及び、屈曲角によって、安定領域と不安定領域とを区分すると、安定領域と不安定領域との境界線が図示するように表される。図示される境界線の右上の領域が走行安定性の低い不安定領域であり、境界線の左下の領域が走行安定性の高い安定領域である。図示するように、ホイールローダ1は、減速度が大きくなるほど、リフトアーム高さが高くなるほど、屈曲角が大きいほど(走行経路Rの曲率が大きいほど)、不安定領域が大きくなる。 Here, the relationship between the deceleration (vehicle speed reduction rate), lift arm height, and bending angle of the vehicle body 16 and the running stability will be described with reference to FIG. 9. The bending angle can also be replaced with the curvature of the running path R. The deceleration (vehicle speed reduction rate) corresponds to the absolute value of the time rate of change of the vehicle speed when the time rate of change of the vehicle speed is negative. As shown in FIG. 9, when the stable region and the unstable region are divided by the deceleration, lift arm height, and bending angle, the boundary between the stable region and the unstable region is shown as shown. The region to the upper right of the illustrated boundary is the unstable region with low running stability, and the region to the lower left of the boundary is the stable region with high running stability. As shown in the figure, the wheel loader 1 has a larger unstable region as the deceleration increases, the lift arm height increases, and the bending angle increases (the curvature of the running path R increases).

図10のフローチャートを参照して本発明の実施形態に係る安定走行計画部23により実行される安定走行計画処理の流れの一例について説明する。なお、図10のフローチャートに示す処理は、切り返し位置P0を走行開始位置、目標掘削位置P1を走行終了位置とした走行経路R1、目標掘削位置P1を走行開始位置、切り返し位置P0を走行終了位置とした走行経路R2、切り返し位置P0を走行開始位置、目標積込位置P2を走行終了位置とした走行経路R3、目標積込位置P2を走行開始位置、切り返し位置P0を走行終了位置とした走行経路R4のそれぞれに対して実行される。 An example of the flow of the stable driving plan processing executed by the stable driving planner 23 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 10. The processing shown in the flowchart of FIG. 10 is executed for each of the following: driving route R1 with the turning position P0 as the driving start position and the target excavation position P1 as the driving end position; driving route R2 with the target excavation position P1 as the driving start position and the turning position P0 as the driving end position; driving route R3 with the turning position P0 as the driving start position and the target loading position P2 as the driving end position; and driving route R4 with the target loading position P2 as the driving start position and the turning position P0 as the driving end position.

図10のフローチャートに示す処理は、安定走行計画処理の実行条件が成立したときに開始され、所定の制御周期で繰り返し実行される。安定走行計画処理の実行条件には、制御装置100により自動運転モードが設定されていることが含まれる。オペレータの入力装置38,72に対する操作によって制御装置100に自動運転開始指令が入力されると、制御装置100が自動運転モードを設定する。 The process shown in the flowchart of FIG. 10 is started when the execution conditions for the stable driving plan process are met, and is executed repeatedly at a predetermined control period. The execution conditions for the stable driving plan process include the automatic driving mode being set by the control device 100. When an automatic driving start command is input to the control device 100 by the operator operating the input devices 38 and 72, the control device 100 sets the automatic driving mode.

安定走行計画処理の実行条件は、走行経路R1~R4のそれぞれに対して設定されている。例えば、走行経路R3に対する安定走行計画処理の実行条件は、自動運転モードが設定され、かつ、走行経路R2に沿ってホイールローダ1が自動走行し、ホイールローダ1が目標切り返し位置P0に到達した場合に成立する。 The execution conditions for the stable driving plan processing are set for each of the driving routes R1 to R4. For example, the execution conditions for the stable driving plan processing for the driving route R3 are met when the automatic driving mode is set, the wheel loader 1 is automatically traveling along the driving route R2, and the wheel loader 1 reaches the target turning position P0.

図10に示すように、ステップS1において、安定走行計画部23は、経路生成部22によって生成された走行経路Rを取得し、ステップS2へ進む。なお、走行経路Rに設定されているノードの数は、N個である。ステップS2において、重心演算部31は、荷重演算コントローラC3によって演算されたバケット内荷重を取得し、ステップS3へ進む。 As shown in FIG. 10, in step S1, the stable driving plan unit 23 acquires the driving route R generated by the route generation unit 22, and proceeds to step S2. The number of nodes set on the driving route R is N. In step S2, the center of gravity calculation unit 31 acquires the load in the bucket calculated by the load calculation controller C3, and proceeds to step S3.

ステップS3において、安定走行計画部23は、ノード番号nをN+1に設定する。Nは、上述したようにノードの数である。ノード番号nは、ノードの番号を表す変数である。走行開始位置のノード番号nは1、走行終了位置のノード番号nはNである。ステップS3のノード番号nの設定処理が終わると、処理がステップS4へ進む。 In step S3, the stable driving planning unit 23 sets the node number n to N+1. N is the number of nodes as described above. The node number n is a variable that represents the node number. The node number n of the driving start position is 1, and the node number n of the driving end position is N. When the node number n setting process in step S3 is completed, the process proceeds to step S4.

ステップS4において、安定走行計画部23は、現在設定されているノード番号nから1を引き、演算対象とするノードのノード番号nを設定して、ステップS5へ進む。ステップS5において、安定走行計画部23は、ステップS4において演算対象として設定されたノードでの目標屈曲角を演算して、ステップS6へ進む。 In step S4, the stable driving planning unit 23 subtracts 1 from the currently set node number n, sets the node number n of the node to be calculated, and proceeds to step S5. In step S5, the stable driving planning unit 23 calculates the target bending angle at the node set as the calculation target in step S4, and proceeds to step S6.

ステップS6において、支持多角形演算部33は、ステップS6で演算された目標屈曲角に基づき、支持多角形SPを演算する。ステップS6において、安定領域設定部34は、支持多角形演算部33により演算された支持多角形SPに基づき、安定領域SAを設定する。ステップS6の領域演算処理が終わると、処理がステップS7へ進む。 In step S6, the support polygon calculation unit 33 calculates the support polygon SP based on the target bending angle calculated in step S6. In step S6, the stable area setting unit 34 sets the stable area SA based on the support polygon SP calculated by the support polygon calculation unit 33. When the area calculation process in step S6 is completed, the process proceeds to step S7.

ステップS7において、安定走行計画部23は、現在演算対象として設定されているノードのノード番号nがNと一致するか否かを判定する。ステップS7において、現在演算対象として設定されているノードのノード番号nがノード数Nと一致する、すなわち演算対象となるノードが走行終了位置におけるノード(最終ノード)であると判定されると、処理がステップS8へ進む。ステップS7において、現在演算対象として設定されているノードのノード番号nがノード数Nと一致しない、すなわち演算対象となるノードが走行終了位置におけるノード(最終ノード)でないと判定されると、処理がステップS9へ進む。 In step S7, the stable driving plan unit 23 determines whether the node number n of the node currently set as the calculation target matches N. If it is determined in step S7 that the node number n of the node currently set as the calculation target matches the node number N, i.e., the node to be calculated is the node at the end position of the driving (final node), the process proceeds to step S8. If it is determined in step S7 that the node number n of the node currently set as the calculation target does not match the node number N, i.e., the node to be calculated is not the node at the end position of the driving (final node), the process proceeds to step S9.

ステップS8において、車速演算部37は、目標車速を0(ゼロ)に設定する。また、ステップS8において、高さ演算部35は、目標リフトアーム高さを予め定められた走行終了位置の目標高さに設定する。ステップS8の処理が終わると、処理がステップS4へ戻る。ここで、走行終了位置の目標高さとは、積込位置に向かう走行経路R3を演算対象としている場合には、ダンプトラック92への積込高さに相当し、それ以外の走行経路R1,R2,R4の場合には、通常の走行姿勢での高さに相当する。 In step S8, the vehicle speed calculation unit 37 sets the target vehicle speed to 0 (zero). Also in step S8, the height calculation unit 35 sets the target lift arm height to a target height of a predetermined travel end position. When the processing of step S8 ends, the processing returns to step S4. Here, the target height of the travel end position corresponds to the loading height of the dump truck 92 when the travel route R3 toward the loading position is the subject of the calculation, and corresponds to the height in the normal travel posture when the other travel routes R1, R2, and R4 are the subject of the calculation.

つまり、ステップS8の処理は、最終ノードで車体16が停止するとともにリフトアーム高さが走行終了位置の目標高さとなるように行われる処理である。例えば、掘削物をダンプトラック92まで運ぶ際の走行経路R3を演算対象としている場合、ステップS8の処理は、ホイールローダ1が積込高さまでリフトアーム2を上げた状態で最終ノードに到達できるようにすることを目的として実行される。 In other words, the process of step S8 is performed so that the vehicle body 16 stops at the final node and the lift arm height reaches the target height for the travel end position. For example, when the travel route R3 for transporting excavated material to the dump truck 92 is the subject of calculation, the process of step S8 is performed for the purpose of enabling the wheel loader 1 to reach the final node with the lift arm 2 raised to the loading height.

ステップS9において、安定走行計画部23は、演算回数mを0(ゼロ)に設定し、ステップS10へ進む。演算回数mは、一つのノードに対する目標車速、目標リフトアーム高さの演算の繰り返し回数を表す変数である。ステップS10において、走行安定性判定部36は、演算回数mに1を加えて、ステップS11へ進む。 In step S9, the stable driving planning unit 23 sets the number of calculations m to 0 (zero) and proceeds to step S10. The number of calculations m is a variable that represents the number of times the calculation of the target vehicle speed and the target lift arm height for one node is repeated. In step S10, the driving stability determination unit 36 adds 1 to the number of calculations m and proceeds to step S11.

ステップS11において、車速演算部37は目標車速を演算し、高さ演算部35は目標リフトアーム高さを演算する。演算回数mが1の場合には、車速演算部37は目標車速に車速初期値を設定し、高さ演算部35は、目標リフトアーム高さに高さ初期値を設定する。演算回数mが1でない場合には、車速演算部37は、現在の目標車速から所定値を引いた値を新たな目標車速として設定し、高さ演算部35は、現在の目標リフトアーム高さから所定値を引いた値を新たな目標リフトアーム高さとして設定する。ステップS11の処理が終わると、処理がステップS12へ進む。 In step S11, the vehicle speed calculation unit 37 calculates the target vehicle speed, and the height calculation unit 35 calculates the target lift arm height. If the number of calculations m is 1, the vehicle speed calculation unit 37 sets the target vehicle speed to the initial vehicle speed value, and the height calculation unit 35 sets the target lift arm height to the initial height value. If the number of calculations m is not 1, the vehicle speed calculation unit 37 sets a value obtained by subtracting a predetermined value from the current target vehicle speed as a new target vehicle speed, and the height calculation unit 35 sets a value obtained by subtracting a predetermined value from the current target lift arm height as a new target lift arm height. When the processing of step S11 ends, the processing proceeds to step S12.

ステップS12において、重心演算部31は、ステップS2で取得したバケット内荷重、ステップS5で演算された目標屈曲角、及び、ステップS11で演算されたリフトアーム高さに基づき、ホイールローダ(車両)1の重心位置Gを演算し、ステップS13へ進む。 In step S12, the center of gravity calculation unit 31 calculates the center of gravity position G of the wheel loader (vehicle) 1 based on the load in the bucket acquired in step S2, the target bending angle calculated in step S5, and the lift arm height calculated in step S11, and proceeds to step S13.

ステップS13において、ZMP演算部32は、ステップS5で演算された目標屈曲角と、ステップS11で演算された目標車速と、ステップS12で演算された重心位置Gと、不揮発性メモリ102に記憶されている車速比と、に基づき、ZMPを演算し、ステップS14へ進む。ステップS14において、走行安定性判定部36は、ステップS13で演算したZMPが安定領域SA内にあるか否かを判定する。ステップS14において、走行安定性判定部36は、ZMPが安定領域SA内にあると判定すると、当該ノードにおける車体16の状態は安定であることを表すフラグを設定して、ステップS17へ進む。ステップS14において、走行安定性判定部36は、ZMPが安定領域SA内にないと判定されると、当該ノードにおける車体16の状態は不安定であることを表すフラグを設定して、ステップS15へ進む。 In step S13, the ZMP calculation unit 32 calculates the ZMP based on the target bending angle calculated in step S5, the target vehicle speed calculated in step S11, the center of gravity position G calculated in step S12, and the vehicle speed ratio stored in the non-volatile memory 102, and proceeds to step S14. In step S14, the running stability determination unit 36 determines whether the ZMP calculated in step S13 is within the stable area SA. In step S14, if the running stability determination unit 36 determines that the ZMP is within the stable area SA, it sets a flag indicating that the state of the vehicle body 16 at the node is stable, and proceeds to step S17. In step S14, if the running stability determination unit 36 determines that the ZMP is not within the stable area SA, it sets a flag indicating that the state of the vehicle body 16 at the node is unstable, and proceeds to step S15.

ステップS15において、安定走行計画部23は、演算回数mが最大演算回数Mと一致するか否かを判定する。ステップS15において、演算回数mが最大演算回数Mと一致しないと判定されると、処理がステップS10へ戻る。ステップS15において、演算回数mが最大演算回数Mと一致すると判定されると、処理がステップS16へ進む。すなわち、ステップS15において、n番目のノードにおける目標車速、目標高さの演算回数mが最大演算回数Mに達したと判定されると、処理がステップS16へ進む。 In step S15, the stable driving plan unit 23 determines whether the number of calculations m matches the maximum number of calculations M. If it is determined in step S15 that the number of calculations m does not match the maximum number of calculations M, the process returns to step S10. If it is determined in step S15 that the number of calculations m matches the maximum number of calculations M, the process proceeds to step S16. That is, if it is determined in step S15 that the number of calculations m of the target vehicle speed and target height at the nth node has reached the maximum number of calculations M, the process proceeds to step S16.

ステップS16において、安定走行計画部23は、走行経路Rの修正(再演算)を決定し、図10のフローチャートに示す処理を終了する。ステップS16において、走行経路Rの修正(再演算)が決定されると、切り返し位置設定部21は切り返し位置P0を目標掘削位置P1及び目標積込位置P2から遠ざかる方向に所定距離だけ移動させて新たな切り返し位置P0として設定する。さらに、経路生成部22は、目標掘削位置P1及び目標積込位置P2、並びに、切り返し位置設定部21により演算された新たな切り返し位置P0に基づき、走行経路Rの再演算を行う。 In step S16, the stable driving plan unit 23 determines the correction (recalculation) of the driving route R, and ends the processing shown in the flowchart of FIG. 10. When the correction (recalculation) of the driving route R is determined in step S16, the turning position setting unit 21 moves the turning position P0 a predetermined distance in a direction away from the target excavation position P1 and the target loading position P2, and sets it as a new turning position P0. Furthermore, the route generation unit 22 recalculates the driving route R based on the target excavation position P1 and the target loading position P2, and the new turning position P0 calculated by the turning position setting unit 21.

ステップS17において、走行安定性判定部36は、ノード番号nが1と一致するか否かを判定する。本実施形態では、ノード番号n=Nからノード番号n=1まで、順次、目標屈曲角、目標車速及び目標リフトアーム高さを演算する。つまり、ステップS17の処理は、走行経路Rにおける全てのノードに対する目標屈曲角、目標車速及び目標リフトアーム高さの演算が終了したか否かを判定する処理に相当する。 In step S17, the driving stability determination unit 36 determines whether the node number n is equal to 1. In this embodiment, the target bending angle, target vehicle speed, and target lift arm height are calculated sequentially from node number n=N to node number n=1. In other words, the processing of step S17 corresponds to the processing of determining whether the calculation of the target bending angle, target vehicle speed, and target lift arm height for all nodes on the driving route R has been completed.

ステップS17において、ノード番号nが1と一致しないと判定されると、すなわち走行経路Rにおける全てのノードに対する目標屈曲角、目標車速及び目標リフトアーム高さの演算が終了していないと判定されると、処理がステップS4へ進む。ステップS4において、演算対象とするノードを隣接するノードに変更し、それ以降の処理において、そのノードにおける目標屈曲角、目標高さ及び目標リフトアーム高さを演算する処理が実行される。 If it is determined in step S17 that the node number n does not match 1, that is, if it is determined that the calculation of the target bending angle, target vehicle speed, and target lift arm height for all nodes on the travel route R has not been completed, the process proceeds to step S4. In step S4, the node to be calculated is changed to an adjacent node, and in the subsequent processing, the process of calculating the target bending angle, target height, and target lift arm height for that node is executed.

ステップS17において、ノード番号nが1と一致すると判定されると、すなわち走行経路Rにおける全てのノードに対する目標屈曲角、目標車速及び目標リフトアーム高さの演算が終了したと判定されると、図10のフローチャートに示す処理が終了する。 In step S17, when it is determined that the node number n is equal to 1, that is, when it is determined that the calculation of the target bending angle, target vehicle speed, and target lift arm height for all nodes on the travel route R is completed, the process shown in the flowchart of FIG. 10 is terminated.

ステップS17の処理において、ノード番号nが1と一致すると判定されると、動作指令部24は、図10に示す安定走行計画処理において演算された走行経路R上の各ノードにおける目標屈曲角、目標車速及び目標リフトアーム高さによって構成される走行計画情報に基づき、動作指令を生成し、車両制御コントローラC4に出力する。これにより、ホイールローダ1の自動走行が開始される。つまり、ステップS17の判定処理は、ホイールローダ1の自動走行を開始する条件(以下、走行開始条件とも記す)が成立したか否かを判定する処理に相当する。 If it is determined in the processing of step S17 that the node number n is equal to 1, the operation command unit 24 generates an operation command based on the driving plan information composed of the target bending angle, target vehicle speed, and target lift arm height at each node on the driving route R calculated in the stable driving plan processing shown in FIG. 10, and outputs it to the vehicle control controller C4. This starts the automatic driving of the wheel loader 1. In other words, the judgment processing of step S17 corresponds to a process of determining whether or not the condition for starting the automatic driving of the wheel loader 1 (hereinafter also referred to as the driving start condition) has been met.

本実施形態に係る制御装置100の演算内容の一例をまとめると以下のとおりである。ホイールローダ1は、図3に示すように、ローダ作業を繰り返し行う。制御装置100は、車両が切り返し位置P0に位置すると、撮影装置15により撮影された映像のデータに基づき、次のローダ作業における目標掘削位置P1及びその位置での目標方位角A1、目標積込位置P2及びその位置での目標方位角A2、並びに、目標切り返し位置P0及びその位置での目標方位角A0を設定し、それらの設定情報に基づき走行経路R1~R4を生成する。 An example of the calculation contents of the control device 100 according to this embodiment can be summarized as follows. As shown in FIG. 3, the wheel loader 1 repeatedly performs loading work. When the vehicle is at the turning position P0, the control device 100 sets the target excavation position P1 and the target azimuth angle A1 at that position, the target loading position P2 and the target azimuth angle A2 at that position, and the target turning position P0 and the target azimuth angle A0 at that position for the next loading work based on the image data captured by the imaging device 15, and generates travel routes R1 to R4 based on this setting information.

制御装置100は、走行経路R1において走行安定性を確保しつつ走行が可能な各ノードでの目標車速、目標リフトアーム高さ、目標屈曲角を含む走行計画情報を演算し、演算した走行計画情報に基づき動作指令を生成する。制御装置100は、生成された動作指令に基づき、各部を制御し、走行経路R1に沿って車両を走行させる。目標掘削位置P1に車両が到達すると、掘削作業が自動で行われる。掘削作業が完了すると、制御装置100は、走行経路R2において走行安定性を確保しつつ走行が可能な各ノードでの目標車速、目標リフトアーム高さ、目標屈曲角を含む走行計画情報を演算し、演算した走行計画情報に基づき動作指令を生成する。制御装置100は、生成された動作指令に基づき、各部を制御し、走行経路R2に沿って車両を走行させる。目標切り返し位置P0に車両が到達すると、制御装置100は、走行経路R3において走行安定性を確保しつつ走行が可能な各ノードでの目標車速、目標リフトアーム高さ、目標屈曲角を含む走行計画情報を演算し、演算した走行計画情報に基づき動作指令を生成する。制御装置100は、生成された動作指令に基づき、各部を制御し、走行経路R3に沿って車両を走行させる。目標積込位置P2に車両が到達すると、積込作業が自動で行われる。積込作業が完了すると、制御装置100は、走行経路R4において走行安定性を確保しつつ走行が可能な各ノードでの目標車速、目標リフトアーム高さ、目標屈曲角を含む走行計画情報を演算し、演算した走行計画情報に基づき動作指令を生成する。 The control device 100 calculates driving plan information including the target vehicle speed, target lift arm height, and target bending angle at each node where driving stability can be ensured on the driving route R1, and generates an operation command based on the calculated driving plan information. The control device 100 controls each part based on the generated operation command to drive the vehicle along the driving route R1. When the vehicle reaches the target excavation position P1, the excavation work is performed automatically. When the excavation work is completed, the control device 100 calculates driving plan information including the target vehicle speed, target lift arm height, and target bending angle at each node where driving stability can be ensured on the driving route R2, and generates an operation command based on the calculated driving plan information. The control device 100 controls each part based on the generated operation command to drive the vehicle along the driving route R2. When the vehicle reaches the target turning position P0, the control device 100 calculates driving plan information including the target vehicle speed, target lift arm height, and target bending angle at each node where driving stability can be ensured on the driving route R3, and generates an operation command based on the calculated driving plan information. The control device 100 controls each part based on the generated operation command, and drives the vehicle along the driving route R3. When the vehicle reaches the target loading position P2, the loading operation is performed automatically. When the loading operation is completed, the control device 100 calculates driving plan information including the target vehicle speed, target lift arm height, and target bending angle at each node where driving is possible while ensuring driving stability on the driving route R4, and generates an operation command based on the calculated driving plan information.

制御装置100は、走行経路Rの各ノードでの目標車速、目標リフトアーム高さ、目標屈曲角の演算処理に先立って、バケット内荷重を演算する。制御装置100は、各走行経路Rの最終ノードにおける目標車速及び目標リフトアーム高さを演算する(ステップS5,S8)。 The control device 100 calculates the load in the bucket prior to the calculation of the target vehicle speed, target lift arm height, and target bending angle at each node of the travel route R. The control device 100 calculates the target vehicle speed and target lift arm height at the final node of each travel route R (steps S5 and S8).

その後、制御装置100は、最終ノード以外のノードにおける目標屈曲角、目標車速及び目標リフトアーム高さを順次演算する(ステップS5,S11)。制御装置100は、演算した目標屈曲角、目標車速及び目標リフトアーム高さに基づき、演算対象となっているノードでの車体16の状態が安定か不安定かを判定する(ステップS12,S13,S14)。 Then, the control device 100 sequentially calculates the target bending angle, the target vehicle speed, and the target lift arm height at the nodes other than the final node (steps S5, S11). Based on the calculated target bending angle, the target vehicle speed, and the target lift arm height, the control device 100 determines whether the state of the vehicle body 16 at the node being calculated is stable or unstable (steps S12, S13, S14).

演算対象となっているノードでの車体16の状態が不安定と判定された場合には、目標車速及び目標リフトアーム高さを修正する(ステップS14でNo,S15でNo,S10,S11)。制御装置100は、目標屈曲角、修正された目標車速及び目標リフトアーム高さに基づき、演算対象となっているノードでの車体16の状態が安定か不安定かを判定する(ステップS12,S13,S14)。 If it is determined that the state of the vehicle body 16 at the node being calculated is unstable, the target vehicle speed and target lift arm height are modified (No in step S14, No in S15, S10, S11). The control device 100 determines whether the state of the vehicle body 16 at the node being calculated is stable or unstable based on the target bending angle, the modified target vehicle speed, and the target lift arm height (steps S12, S13, S14).

演算対象となっているノードでの車体16の状態が安定と判定された場合(ステップS14でYes)には、その判定に用いられた目標車速及び目標リフトアーム高さが、動作指令の演算に用いられる目標値となる。その後、制御装置100は、次のノードを演算対象として同様の処理を実行する。 If the state of the vehicle body 16 at the node being calculated is determined to be stable (Yes in step S14), the target vehicle speed and target lift arm height used in that determination become the target values used in calculating the operation command. The control device 100 then performs the same process with the next node being calculated.

つまり、制御装置100は、ステップS5~S7,S9~S14,S17の処理を繰り返し行う。これにより、走行終了位置のノード(最終ノード)から走行開始位置のノードまで、順番に、各ノードでの目標屈曲角、目標車速、目標リフトアーム高さが演算される。 In other words, the control device 100 repeatedly performs the processes of steps S5 to S7, S9 to S14, and S17. This calculates the target bending angle, target vehicle speed, and target lift arm height at each node in order from the node at the end position of the travel (final node) to the node at the start position of the travel.

なお、制御装置100は、目標車速及び目標リフトアーム高さの演算及び走行安定性の判定処理の一連の演算処理を最大演算回数Mまで繰り返し行っても車体16の状態が安定にならない場合、走行経路Rの修正(再演算)を決定する(ステップS15でYes,S16)。 If the state of the vehicle body 16 does not become stable even after repeating the series of calculation processes of calculating the target vehicle speed and the target lift arm height and determining the driving stability up to the maximum number of calculations M, the control device 100 decides to correct (recalculate) the driving route R (Yes in step S15, S16).

以上のように、本実施形態において、制御装置100は、目標屈曲角、目標車速、目標リフトアーム高さに基づき、ホイールローダ(車両)1の走行安定性を評価し、走行安定性が低い場合(不安定の場合)には目標屈曲角、目標車速、目標リフトアーム高さの修正を行う。例えば、走行経路R3において、目標積込位置(走行終了位置)の手前の減速領域DAではリフトアーム高さが高い状態で車体16が減速するため、走行安定性が低くなりやすい。本実施形態において、制御装置100は、走行終了位置(目標積込位置)での目標車速、目標リフトアーム高さを初めに決めて、走行終了位置から走行開始位置までの走行経路上で走行安定性を保つことが可能な目標車速、目標リフトアーム高さを演算していく。したがって、本実施形態によれば、走行開始位置(目標切り返し位置)のノードから走行終了位置(目標積込位置)のノードまで順に演算を行う場合に比べて、演算時間(演算負荷)を低減することができる。 As described above, in this embodiment, the control device 100 evaluates the running stability of the wheel loader (vehicle) 1 based on the target bending angle, the target vehicle speed, and the target lift arm height, and modifies the target bending angle, the target vehicle speed, and the target lift arm height when the running stability is low (unstable). For example, in the running route R3, the vehicle body 16 decelerates in the deceleration area DA before the target loading position (running end position) with the lift arm height high, so the running stability is likely to be low. In this embodiment, the control device 100 first determines the target vehicle speed and the target lift arm height at the running end position (target loading position), and then calculates the target vehicle speed and the target lift arm height that can maintain running stability on the running route from the running end position to the running start position. Therefore, according to this embodiment, the calculation time (calculation load) can be reduced compared to the case where the calculation is performed in order from the node of the running start position (target turning position) to the node of the running end position (target loading position).

ステップS17の判定処理において、走行開始位置の目標屈曲角、目標車速、目標リフトアーム高さの演算処理が完了したと判定され、図10に示す安定走行計画処理が完了すると、車両制御コントローラC4は、走行開始条件が成立したと判定する。そして、車両制御コントローラC4は、走行経路Rと、走行経路Rの各ノードに設定された目標屈曲角、目標車速及び目標リフトアーム高さに基づいて、ホイールローダ1の自動走行を開始する。 In the judgment process of step S17, it is determined that the calculation process of the target bending angle, target vehicle speed, and target lift arm height of the travel start position has been completed, and when the stable travel plan process shown in FIG. 10 is completed, the vehicle control controller C4 determines that the travel start condition has been met. Then, the vehicle control controller C4 starts automatic travel of the wheel loader 1 based on the travel route R and the target bending angle, target vehicle speed, and target lift arm height set for each node of the travel route R.

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。 The above-described embodiment provides the following advantages:

(1)ホイールローダ1は、前輪4aを有するフロントボディ11と後輪4bを有するリアボディ12とが屈曲可能に連結された車体16と、フロントボディ11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に回動可能に設けられたバケット3と、車体16を走行させる走行装置28と、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と、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Rを生成し、生成された走行経路R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を制御する制御装置100と、を備える。 (1) The wheel loader 1 comprises a vehicle body 16 in which a front body 11 having front wheels 4a and a rear body 12 having rear wheels 4b are flexibly connected, a lift arm 2 rotatably attached to the front body 11, a bucket 3 rotatably attached to the lift arm 2, a traveling device 28 that drives the vehicle body 16, a steering device 19 that bends the vehicle body 16 to change the bending angle and steer the vehicle, and a control device 100 that generates a traveling route R based on an excavation position and a loading position at a work site and controls the traveling device 28 and the steering device 19 so that the vehicle body 16 travels along the generated traveling route R.

制御装置100は、生成された走行経路R1に基づき、走行経路R1上における目標屈曲角と、目標リフトアーム高さと、目標車速とを演算する。制御装置100は、演算された目標屈曲角と、演算された目標リフトアーム高さとに基づき、ホイールローダ1の重心位置Gを演算する。制御装置100は、演算された目標屈曲角と、演算された目標車速と、演算された重心位置とに基づき、車体16の走行安定性を判定し走行装置28及びステアリング装置19を制御する。 The control device 100 calculates the target bending angle, the target lift arm height, and the target vehicle speed on the driving path R1 based on the generated driving path R1. The control device 100 calculates the center of gravity position G of the wheel loader 1 based on the calculated target bending angle and the calculated target lift arm height. The control device 100 determines the driving stability of the vehicle body 16 based on the calculated target bending angle, the calculated target vehicle speed, and the calculated center of gravity position, and controls the traveling device 28 and the steering device 19.

この構成では、走行経路Rにおいて、安定した自動走行が可能かどうかを適切に判断することができる。本実施形態では、走行経路R上の全てのノードにおいて走行安定性が安定と判定されるまで、ホイールローダ1は、走行を開始しない。このため、ホイールローダ1が自動運転中に不安定な姿勢になることが防止される。つまり、本実施形態によれば、ホイールローダ1を、生成された走行経路R1に沿って安定して自動走行させることができる。 With this configuration, it is possible to appropriately determine whether stable automatic driving is possible on the travel route R. In this embodiment, the wheel loader 1 does not start traveling until the travel stability is determined to be stable at all nodes on the travel route R. This prevents the wheel loader 1 from becoming unstable during automatic operation. In other words, according to this embodiment, the wheel loader 1 can be made to travel stably and automatically along the generated travel route R1.

(2)制御装置100は、生成された走行経路R上の複数の位置(ノード)と、その複数の位置における目標屈曲角と目標リフトアーム高さと目標車速とを対応付けた走行計画情報(データテーブル)を記憶装置(不揮発性メモリ102)に記憶する。制御装置100は、車体16の状態が不安定と判定された場合には、目標車速及び目標リフトアーム高さの修正を行う。制御装置100は、車体16の状態が安定と判定された場合には、目標車速及び目標リフトアーム高さの修正を行わない。制御装置100は、記憶装置(不揮発性メモリ102)に記憶された走行計画情報(データテーブル)に基づき、ステアリング装置19と走行装置28とリフトアーム2とを制御する。 (2) The control device 100 stores in the storage device (non-volatile memory 102) driving plan information (data table) that associates multiple positions (nodes) on the generated driving route R with the target bending angle, target lift arm height, and target vehicle speed at the multiple positions. If the control device 100 determines that the state of the vehicle body 16 is unstable, it corrects the target vehicle speed and the target lift arm height. If the control device 100 determines that the state of the vehicle body 16 is stable, it does not correct the target vehicle speed and the target lift arm height. The control device 100 controls the steering device 19, the traveling device 28, and the lift arm 2 based on the driving plan information (data table) stored in the storage device (non-volatile memory 102).

この構成では、走行安定性の判定処理により、車体16の状態が不安定と判定された目標車速及び目標リフトアーム高さが修正される。目標車速及び目標リフトアーム高さが修正された結果、車体16の状態が安定と判定されると、その判定に用いられた目標車速及び目標リフトアーム高さが動作指令用の目標値として走行経路R上の位置に対応付けられて記憶保持される。つまり、この構成では、走行経路R上の複数の位置において、車体16の状態が安定と判定されるまで、目標車速及び目標リフトアーム高さの修正が行われる。その結果、ホイールローダ1を走行経路Rに沿って、安定して自動走行させることができる。 In this configuration, the target vehicle speed and target lift arm height for which the state of the vehicle body 16 is determined to be unstable are modified by the travel stability determination process. If the state of the vehicle body 16 is determined to be stable as a result of modifying the target vehicle speed and target lift arm height, the target vehicle speed and target lift arm height used in the determination are stored and held as target values for operation commands in association with positions on the travel route R. In other words, in this configuration, the target vehicle speed and target lift arm height are modified at multiple positions on the travel route R until the state of the vehicle body 16 is determined to be stable. As a result, the wheel loader 1 can be automatically driven stably along the travel route R.

(3)ホイールローダ1は、バケット3に積載された積荷の荷重(バケット内荷重)を検出する積荷荷重検出装置50を備える。制御装置100は、演算された目標屈曲角に基づき、支持多角形SPを演算する。制御装置100は、積荷荷重検出装置50によって検出された積荷の荷重(バケット内荷重)と、演算された目標リフトアーム高さと、演算された目標屈曲角と、に基づき、重心位置Gを演算する。制御装置100は、演算された重心位置Gと、演算された目標車速とに基づき、重心位置Gに作用する力(重力F1と遠心力F2と慣性力F3の合力)F0のベクトルを演算する。制御装置100は、演算された力F0のベクトルと走行面とが交わる点であるZMPを演算する。制御装置100は、演算された支持多角形SPと、演算されたZMPとの位置関係に基づき、車体16の走行安定性を判定する。 (3) The wheel loader 1 is equipped with a load detection device 50 that detects the load of the load (load in the bucket) loaded on the bucket 3. The control device 100 calculates the support polygon SP based on the calculated target bending angle. The control device 100 calculates the center of gravity position G based on the load of the load (load in the bucket) detected by the load detection device 50, the calculated target lift arm height, and the calculated target bending angle. The control device 100 calculates the vector of the force F0 (resultant force of gravity F1, centrifugal force F2, and inertia force F3) acting on the center of gravity position G based on the calculated center of gravity position G and the calculated target vehicle speed. The control device 100 calculates the ZMP, which is the point where the vector of the calculated force F0 intersects with the traveling surface. The control device 100 judges the traveling stability of the vehicle body 16 based on the positional relationship between the calculated support polygon SP and the calculated ZMP.

この構成では、自動走行の開始前に検出されるバケット内荷重に基づいて、走行経路R上の各位置におけるホイールローダ1の重心位置Gを精度よく演算することができる。したがって、走行経路R上の各位置における車体16の走行安定性をより適切に判断することができる。これにより、自動走行時に高い走行安定性を確保することができる。 In this configuration, the center of gravity position G of the wheel loader 1 at each position on the travel route R can be calculated with high accuracy based on the load in the bucket detected before the start of automatic travel. Therefore, the travel stability of the vehicle body 16 at each position on the travel route R can be more appropriately determined. This makes it possible to ensure high travel stability during automatic travel.

(4)制御装置100は、演算された支持多角形SPの内側に、演算された支持多角形SPよりも小さい安定領域SAを設定する。制御装置100は、設定された安定領域SA内に演算されたZMPがある場合には、車体16の状態は安定と判定する。制御装置100は、設定された安定領域SA内に演算されたZMPがない場合には、車体16の状態は不安定と判定する。 (4) The control device 100 sets a stable area SA inside the calculated support polygon SP, the stable area SA being smaller than the calculated support polygon SP. If the calculated ZMP is within the set stable area SA, the control device 100 determines that the state of the vehicle body 16 is stable. If the calculated ZMP is not within the set stable area SA, the control device 100 determines that the state of the vehicle body 16 is unstable.

この構成では、地面に凹凸がある作業現場での走行経路R上の各位置における車体16の走行安定性を適切に判断することができる。これにより、作業現場の走行面(地面)に凹凸がある場合であっても、自動走行時に、高い走行安定性を確保することができる。 This configuration makes it possible to appropriately determine the driving stability of the vehicle body 16 at each position on the driving route R at a work site where the ground is uneven. This makes it possible to ensure high driving stability during automatic driving, even if the driving surface (ground) at the work site is uneven.

(5)ホイールローダ1は、生成された走行経路Rに沿って走行するホイールローダ1の実際の車速を検出する車速センサ45を備える。制御装置100は、生成された走行経路R上の位置と、その位置における車速センサ45により検出された実際の車速と、演算された目標車速との差異を表すデータと、を対応付けて記憶装置(不揮発性メモリ102)に記憶する。制御装置100は、記憶装置(不揮発性メモリ102)に記憶された実際の車速と、演算された目標車速との差異を表すデータを加味して、ZMPを演算する。 (5) The wheel loader 1 is equipped with a vehicle speed sensor 45 that detects the actual vehicle speed of the wheel loader 1 traveling along the generated travel route R. The control device 100 associates a position on the generated travel route R with the actual vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 45 at that position and data representing the difference between the calculated target vehicle speed, and stores them in the storage device (non-volatile memory 102). The control device 100 calculates the ZMP taking into account the data representing the difference between the actual vehicle speed stored in the storage device (non-volatile memory 102) and the calculated target vehicle speed.

この構成では、目標車速と実際の車速との差異を表すデータが加味されてZMPが演算されるので、走行安定性を精度よく判定することができる。これにより、作業現場の地面の状況、ホイールローダ1の個体差等により、目標車速と実際の車速との間に差が生じるような場合であっても、走行経路R上の各位置における車体16の走行安定性を適切に判断することができる。これにより、自動走行時に、高い走行安定性を確保することができる。 In this configuration, the ZMP is calculated taking into account data that indicates the difference between the target vehicle speed and the actual vehicle speed, so driving stability can be determined with high accuracy. As a result, even if there is a difference between the target vehicle speed and the actual vehicle speed due to the ground conditions at the work site, individual differences in the wheel loader 1, etc., the driving stability of the vehicle body 16 at each position on the travel route R can be appropriately determined. This makes it possible to ensure high driving stability during automatic driving.

(6)ホイールローダ1は、車体16の周囲の物体を検出する物体検出装置56を備える。制御装置100は、物体検出装置56の検出結果に基づき、作業現場における目標掘削位置P1と目標積込位置P2とを設定する。制御装置100は、設定された目標掘削位置P1と、設定された目標積込位置P2とに基づき、目標切り返し位置P0を設定する。制御装置100は、設定された目標切り返し位置P0から設定された目標掘削位置P1までの掘削作業用の走行経路R1と、設定された目標掘削位置P1から設定された目標切り返し位置P0までの第1戻り用の走行経路R2と、設定された目標切り返し位置P0から設定された目標積込位置P2までの積込作業用の走行経路R3と、設定された目標積込位置P2から設定された目標切り返し位置P0までの第2戻り用の走行経路R4と、を生成する。 (6) The wheel loader 1 is equipped with an object detection device 56 that detects objects around the vehicle body 16. The control device 100 sets a target excavation position P1 and a target loading position P2 at the work site based on the detection results of the object detection device 56. The control device 100 sets a target turning position P0 based on the set target excavation position P1 and the set target loading position P2. The control device 100 generates a travel route R1 for excavation work from the set target turning position P0 to the set target excavation position P1, a first return travel route R2 from the set target excavation position P1 to the set target turning position P0, a loading work travel route R3 from the set target turning position P0 to the set target loading position P2, and a second return travel route R4 from the set target loading position P2 to the set target turning position P0.

この構成では、自動運転によりローダ作業が繰り返し行われることにより、地山91の形状が変化したり、ダンプトラック92の入れ換えがあったりするなど、車体16の周囲の状況が変化した場合であっても、目標掘削位置P1、目標積込位置P2及び各走行経路R1~R4が適切に設定される。これにより、ホイールローダ1の作業効率を向上することができる。 In this configuration, the loader work is repeatedly performed by automatic driving, so even if the conditions around the vehicle body 16 change, such as the shape of the ground 91 changing or the dump truck 92 being replaced, the target excavation position P1, the target loading position P2, and each of the travel routes R1 to R4 are appropriately set. This makes it possible to improve the work efficiency of the wheel loader 1.

(7)制御装置100は、車体16の状態が不安定と判定された場合には、目標車速及び目標リフトアーム高さを低くする修正を行う。これにより、車体16の状態が安定と判定される目標車速及び目標リフトアーム高さを適切に演算することができる。 (7) When the control device 100 determines that the state of the vehicle body 16 is unstable, it corrects the target vehicle speed and the target lift arm height to be lower. This makes it possible to appropriately calculate the target vehicle speed and the target lift arm height at which the state of the vehicle body 16 is determined to be stable.

(8)制御装置100は、生成された走行経路R上の同じ位置における目標車速及び目標リフトアーム高さの修正を所定回数(M-1回)行い、車体16の状態が安定と判定されなかった場合には、走行経路Rの修正を行う。 (8) The control device 100 corrects the target vehicle speed and the target lift arm height at the same position on the generated driving route R a predetermined number of times (M-1 times), and if the state of the vehicle body 16 is not determined to be stable, corrects the driving route R.

この構成では、制御装置100により、目標車速及び目標リフトアーム高さの修正だけでは、高い走行安定性を確保できないと判断され、走行経路Rの修正(再演算)が行われる。これにより、演算対象とした走行経路Rにおいて、高い走行安定性が確保できないと判断された場合であっても、制御装置100は、修正した走行経路Rにおいて、再び、安定した自動走行が可能かどうかを適切に判断することができる。 In this configuration, the control device 100 determines that high driving stability cannot be ensured by simply correcting the target vehicle speed and the target lift arm height, and corrects (recalculates) the driving route R. As a result, even if it is determined that high driving stability cannot be ensured on the driving route R that was the subject of the calculation, the control device 100 can again appropriately determine whether stable automatic driving is possible on the corrected driving route R.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。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、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned examples, but includes various modified examples. For example, the above-mentioned examples have been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. The following modified examples are also within the scope of the present invention, and it is possible to combine the configurations shown in the modified examples with the configurations described in the above-mentioned embodiments, or to combine the configurations described in the different modified examples below.

<変形例1>
上記実施形態では、各走行経路R1~R4において、支持多角形SPを構成する各辺を、支持多角形SPの内側に所定距離だけオフセットさせた複数の線によって囲まれる領域が、安定領域SAとして設定さ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。ローダ作業では、走行経路R1における掘削位置の手前、走行経路R2,R4における切り返し点の手前、及び、走行経路R3における積込位置の手前では、車両が減速しているため、車両が不安定になりやすい。特に、走行経路R3における積込位置の手前ではリフト上げ動作が行われているため、車両が不安定になりやすい。このため、走行経路R1,R2,R4における走行安定性の判定に用いる安定領域SAに比べて、走行経路R3における走行安定性の判定に用いる安定領域SAを小さく設定してもよい。これにより、自動運転により走行しながらリフトアーム上げを行う動作(ライズラン)が実施された場合に、より高い安定性で車両を走行させることができる。
<Modification 1>
In the above embodiment, an example was described in which the area surrounded by a plurality of lines in which each side constituting the support polygon SP is offset by a predetermined distance inside the support polygon SP in each of the travel routes R1 to R4 is set as the stable area SA, but the present invention is not limited to this. In the loader operation, the vehicle is decelerated before the excavation position in the travel route R1, before the turning point in the travel routes R2 and R4, and before the loading position in the travel route R3, so that the vehicle is likely to become unstable. In particular, the lift-up operation is performed before the loading position in the travel route R3, so that the vehicle is likely to become unstable. For this reason, the stable area SA used to determine the running stability in the travel route R3 may be set smaller than the stable area SA used to determine the running stability in the travel routes R1, R2, and R4. This allows the vehicle to run with higher stability when the operation of raising the lift arm while running by automatic driving (rise run) is performed.

さらに、同じ走行経路であっても、その位置に応じて安定領域SAの大きさが変更されるようにしてもよい。例えば、走行経路R3では、積込位置の手前において、リフトアーム高さが高い位置にある状態で減速が行われる。 Furthermore, even if the driving route is the same, the size of the stability area SA may be changed depending on the position. For example, on driving route R3, deceleration is performed when the lift arm height is at a high position just before the loading position.

このため、制御装置100は、積込作業用の走行経路R3において、設定された目標積込位置P2に近づくほど、安定領域SAを小さく設定してもよい。例えば、制御装置100は、図3に示す走行経路R3の減速領域DAでの安定領域SAの大きさを、走行経路R3の減速領域DA以外の安定領域SAの大きさに比べて小さく設定する。 For this reason, the control device 100 may set the stable area SA smaller on the travel route R3 for loading operation as the loader approaches the set target loading position P2. For example, the control device 100 sets the size of the stable area SA in the deceleration area DA of the travel route R3 shown in FIG. 3 to be smaller than the size of the stable area SA outside the deceleration area DA of the travel route R3.

この構成によれば、走行経路R3における積込位置の手前において、より高い安定性で車両を走行させることができる。 This configuration allows the vehicle to travel with greater stability just before the loading position on travel route R3.

<変形例2>
上記実施形態では、支持多角形SPの内側に安定領域SAが設定さ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。制御装置100は、安定領域SAを設定せずに、支持多角形SP内にZMPがある場合には、車体16の状態は安定と判定し、支持多角形SP内にZMPがない場合には、車体16の状態は不安定と判定してもよい。
<Modification 2>
In the above embodiment, an example has been described in which the stable area SA is set inside the support polygon SP, but the present invention is not limited to this. The control device 100 may determine that the state of the vehicle body 16 is stable when the ZMP is within the support polygon SP without setting the stable area SA, and may determine that the state of the vehicle body 16 is unstable when the ZMP is not within the support polygon SP.

<変形例3>
上記実施形態では、制御装置100が、車体16の状態が不安定と判定された場合には、その判定に用いられた目標車速及び目標リフトアーム高さの双方を低くする修正を行う例について説明したが、本発明はこれに限定されない。制御装置100は、車体16の状態が不安定と判定された場合には、その判定に用いられた目標車速及び目標リフトアーム高さの一方のみを低くする修正を行ってもよい。
<Modification 3>
In the above embodiment, an example has been described in which the control device 100, when it is determined that the state of the vehicle body 16 is unstable, corrects both the target vehicle speed and the target lift arm height used in the determination to be lower, but the present invention is not limited to this. When it is determined that the state of the vehicle body 16 is unstable, the control device 100 may correct only one of the target vehicle speed and the target lift arm height used in the determination to be lower.

制御装置100が、車体16の状態が不安定と判定された場合に、目標車速及び目標リフトアーム高さの少なくとも一方を低くする修正を行うことにより、車体16の状態が安定と判定される目標車速及び目標リフトアーム高さを適切に演算することができる。 When the control device 100 determines that the state of the vehicle body 16 is unstable, it makes corrections to lower at least one of the target vehicle speed and the target lift arm height, thereby making it possible to appropriately calculate the target vehicle speed and target lift arm height at which the state of the vehicle body 16 is determined to be stable.

<変形例4>
制御装置100は、リフトアーム優先モード、車速優先モード、及び通常モードをそれぞれ備え、リフトアーム優先モードと車速優先モードと通常モードの中から、オペレータの操作に応じて一つの演算モードが設定されるように構成されていてもよい。制御装置100は、運転室5内に設けられたモード選択操作部としての入力装置38からのモード選択信号に応じて演算モードの設定を行う。また、制御装置100は、遠隔操作装置70に設けられたモード選択操作部としての入力装置72から通信装置46を介して取得したモード選択信号に応じて演算モードの設定を行う。
<Modification 4>
The control device 100 may be configured to have a lift arm priority mode, a vehicle speed priority mode, and a normal mode, and to set one of the lift arm priority mode, the vehicle speed priority mode, and the normal mode in response to an operation by an operator. The control device 100 sets the calculation mode in response to a mode selection signal from an input device 38 serving as a mode selection operation unit provided in the cab 5. The control device 100 also sets the calculation mode in response to a mode selection signal obtained via the communication device 46 from an input device 72 serving as a mode selection operation unit provided in the remote control device 70.

リフトアーム優先モードは、車体16の状態が不安定と判定された場合に、目標車速の修正を行い、かつ、目標リフトアーム高さの修正を行わない演算モードである。車速優先モードは、車体16の状態が不安定と判定された場合に、目標リフトアーム高さの修正を行い、かつ、目標車速の修正を行わない演算モードである。通常モードは、車体16の状態が不安定と判定された場合に、目標車速及び目標リフトアーム高さの双方の修正を行う演算モードである。オペレータは、モード選択操作部(入力装置38,72)を操作することにより、リフトアーム優先モード、車速優先モード、及び通常モードの中から一つの演算モードを選択することができる。つまり、オペレータは、車体16の状態が不安定と判定された場合の目標値の修正方法を自由に選ぶことができる。 The lift arm priority mode is a calculation mode in which the target vehicle speed is corrected but the target lift arm height is not corrected when the state of the vehicle body 16 is determined to be unstable. The vehicle speed priority mode is a calculation mode in which the target lift arm height is corrected but the target vehicle speed is not corrected when the state of the vehicle body 16 is determined to be unstable. The normal mode is a calculation mode in which both the target vehicle speed and the target lift arm height are corrected when the state of the vehicle body 16 is determined to be unstable. The operator can select one calculation mode from the lift arm priority mode, the vehicle speed priority mode, and the normal mode by operating the mode selection operation unit (input device 38, 72). In other words, the operator can freely select the method of correcting the target value when the state of the vehicle body 16 is determined to be unstable.

<変形例5>
上記実施形態では、ホイールローダ1が、撮影装置15により撮影された映像のデータに基づき、地山91及びダンプトラック92などの物体を検出する物体検出装置56を備える例について説明したが、本発明はこれに限定されない。物体検出装置56は、超音波センサ、ミリ波センサ、レーザレーダセンサ、赤外線センサ等の検出結果に基づいて物体を検出する装置であってもよい。
<Modification 5>
In the above embodiment, an example has been described in which the wheel loader 1 is provided with the object detection device 56 that detects objects such as the natural ground 91 and the dump truck 92 based on the data of the image captured by the imaging device 15, but the present invention is not limited to this. The object detection device 56 may be a device that detects objects based on the detection results of an ultrasonic sensor, a millimeter wave sensor, a laser radar sensor, an infrared sensor, etc.

<変形例6>
上記実施形態では、各走行経路R1~R4での走行安定性の判定の際に、積荷荷重検出装置50により演算されたバケット内荷重を取得する例(図10のステップS2参照)について説明したが、本発明はこれに限定されない。バケット内荷重は、不揮発性メモリ102に予め記憶された所定荷重Wとしてもよい。例えば、走行経路R1,R4の走行安定性の判定に用いられる所定荷重W1,W4は、0(ゼロ)であり、走行経路R2,R3の走行安定性の判定に用いられる所定荷重W2,W3は、0(ゼロ)よりも大きい値である。所定荷重W2,W3は、例えば、実機試験により、ローダ作業におけるバケット3に積み込まれた土砂をホイールローダ1の外部に設けられる荷重計測装置に放土し、その荷重を計測することにより定めることができる。
<Modification 6>
In the above embodiment, an example is described in which the load in the bucket calculated by the load detection device 50 is acquired when determining the running stability on each of the travel routes R1 to R4 (see step S2 in FIG. 10), but the present invention is not limited to this. The load in the bucket may be a predetermined load W stored in advance in the non-volatile memory 102. For example, the predetermined loads W1 and W4 used to determine the running stability on the travel routes R1 and R4 are 0 (zero), and the predetermined loads W2 and W3 used to determine the running stability on the travel routes R2 and R3 are values greater than 0 (zero). The predetermined loads W2 and W3 can be determined, for example, by releasing the soil loaded in the bucket 3 during the loader operation into a load measuring device provided outside the wheel loader 1 in an actual machine test and measuring the load.

<変形例7>
上記実施形態では、制御装置100は、物体検出装置56の検出結果に基づき、作業現場における目標掘削位置P1と目標積込位置P2とを設定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、制御装置100は、オペレータの操作に応じて入力装置38から入力される座標に基づき、作業現場における目標掘削位置P1と目標積込位置P2とを設定してもよい。制御装置100は、遠隔操作装置70から送信される座標に基づき、作業現場における目標掘削位置P1と目標積込位置P2とを設定してもよい。
<Modification 7>
In the above embodiment, an example has been described in which the control device 100 sets the target excavation position P1 and the target loading position P2 at the work site based on the detection result of the object detection device 56, but the present invention is not limited to this. For example, the control device 100 may set the target excavation position P1 and the target loading position P2 at the work site based on coordinates input from the input device 38 in response to an operation by the operator. The control device 100 may set the target excavation position P1 and the target loading position P2 at the work site based on coordinates transmitted from the remote operation device 70.

<変形例8>
制御装置100は、走行安定性の判定結果を運転室5内の表示装置39に表示させてもよい。また、制御装置100は、走行安定性の判定結果を通信装置46を介して、遠隔操作装置70に送信してもよい。遠隔操作装置70の遠隔操作コントローラC5は、表示装置73に走行安定性の判定結果を表示させる。この構成によれば、表示装置39,73に表示される画像を見て、オペレータは、現在の車体16の周囲の状況において、ホイールローダ1を自動運転させるか否かを判断することができる。
<Modification 8>
The control device 100 may display the traveling stability determination result on the display device 39 in the driver's cab 5. The control device 100 may also transmit the traveling stability determination result to the remote operation device 70 via the communication device 46. The remote operation controller C5 of the remote operation device 70 displays the traveling stability determination result on the display device 73. With this configuration, by looking at the images displayed on the display devices 39, 73, the operator can determine whether or not to automatically operate the wheel loader 1 in the current situation around the vehicle body 16.

<変形例9>
ホイールローダ1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は、例えば、エンジン40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は、エンジン40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40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。
<Modification 9>
The configuration of the wheel loader 1 is not limited to the example described in the above embodiment. The wheel loader 1 may be configured to include, for example, a generator motor mechanically connected to the engine 40, and a traveling motor that is rotated and driven by the electric power generated by the generator motor to operate the traveling device. In other words, the wheel loader 1 may be provided with a hybrid type power transmission mechanism that converts the power of the engine 40 into electricity and transmits it to the wheels 4. The wheel loader may also be provided with an HST (Hydro Static Transmission) type power transmission mechanism that converts the power of the engine 40 into hydraulic power and transmits it to the wheels 4.

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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments merely show some of the application examples of the present invention, and are not intended to limit the technical scope of the present invention to the specific configurations of the above embodiments.

1…ホイールローダ(車両)、2…リフトアーム、3…バケット、4…車輪、4a…前輪、4b…後輪、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)、15…撮影装置、16…車体、17…作業装置、18…ブレーキ装置、19…ステアリング装置、21…切り返し位置設定部、22…経路生成部、23…安定走行計画部、24…動作指令部、25…フィードバック部、28…走行装置、30…屈曲角演算部、31…重心演算部、32…ZMP演算部、33…支持多角形演算部、34…安定領域設定部、35…高さ演算部、36…走行安定性判定部、37…車速演算部、38…入力装置、39…表示装置、40…エンジン、41…アーム角度センサ、42…バケット角度センサ、43…圧力センサ、44…屈曲角センサ、45…車速センサ、46…通信装置、47…位置検出装置、50…積荷荷重検出装置、56…物体検出装置、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、70…遠隔操作装置、71…通信装置、72…入力装置、73…表示装置、91…地山(掘削対象物)、92…ダンプトラック(運搬車両)、100…制御装置、101…処理装置、102…不揮発性メモリ(記憶装置)、C…コントローラ、C1…走行計画コントローラ、C2…位置設定コントローラ、C3…荷重演算コントローラ、C4…車両制御コントローラ、C5…遠隔操作コントローラ、DA…減速領域、F0…重心位置Gに作用する力(重力F1と遠心力F2と慣性力F3の合力)、P0…目標切り返し位置、P1…目標掘削位置、P2…目標積込位置、Pt1,Pt2,Pt3,Pt4…接地点、R…走行経路、SA…安定領域、SP…支持多角形 1...wheel loader (vehicle), 2...lift arm, 3...bucket, 4...wheel, 4a...front wheel, 4b...rear wheel, 7...arm cylinder (hydraulic cylinder), 8...bucket cylinder (hydraulic cylinder), 11...front body, 12...rear body, 13...center pin, 14...steering cylinder (hydraulic cylinder), 15...photographing device, 16...vehicle body, 17...working device, 18...brake device, 19...steering device, 21...turning position setting unit, 22...path generating unit, 23... Stable driving planning unit, 24...operation command unit, 25...feedback unit, 28...driving device, 30...bending angle calculation unit, 31...center of gravity calculation unit, 32...ZMP calculation unit, 33...support polygon calculation unit, 34...stable area setting unit, 35...height calculation unit, 36...driving stability determination unit, 37...vehicle speed calculation unit, 38...input device, 39...display device, 40...engine, 41...arm angle sensor, 42...bucket angle sensor, 43...pressure sensor, 44...bending angle sensor, 45...vehicle speed sensor, 46...communication device, 4 7...position detection device, 50...load detection device, 56...object detection device, 60A, 60B, 60C...hydraulic pump, 61...front control unit, 62...brake control unit, 63...steering control unit, 64...transmission control unit, 65...engine control unit, 70...remote control device, 71...communication device, 72...input device, 73...display device, 91...natural ground (object to be excavated), 92...dump truck (transport vehicle), 100...control device, 101...processing device, 102...non-volatile memory ( storage device), C...controller, C1...travel plan controller, C2...position setting controller, C3...load calculation controller, C4...vehicle control controller, C5...remote control controller, DA...deceleration area, F0...force acting on center of gravity G (resultant force of gravity F1, centrifugal force F2, and inertial force F3), P0...target turning position, P1...target digging position, P2...target loading position, Pt1, Pt2, Pt3, Pt4...grounding point, R...travel route, SA...stable area, SP...support polygon

Claims (8)

前輪を有するフロントボディと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と、
前記リフトアームに回動可能に設けられたバケットと、
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、
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、前記積込位置で前記リフトアームの高さが積込高さとなるように、前記走行経路における所定の走行開始位置から前記積込位置に向かって前記リフトアームを上昇させながら前記走行経路に沿って前記車体が走行するように、前記走行装置、前記リフトアーム及び前記ステアリング装置を制御する制御装置と、を備えたホイールローダにおいて、
前記制御装置は、
生成された前記走行経路に基づき、前記走行経路上の複数の位置における目標屈曲角を演算し、
前記走行経路上の複数の位置における目標車速を、予め定められた車速初期値に設定し、
前記走行経路上の複数の位置における目標リフトアーム高さを、予め定められた高さ初期値に設定し、
記目標屈曲角と前記目標リフトアーム高さとに基づき、前記ホイールローダの重心位置を演算し、
記目標屈曲角と前記目標車速と前記重心位置とに基づき、前記走行経路上の複数の位置のそれぞれにおいて前記車体の走行安定性を判定し
前記車体の状態が不安定と判定された場合には、前記車体の状態が安定と判定されるまで、繰り返し、前記目標車速及び前記目標リフトアーム高さを低くする修正を行い、
前記走行経路上の複数の位置と、前記複数の位置における前記目標屈曲角と前記目標リフトアーム高さと前記目標車速とを対応付けた走行計画情報を記憶装置に記憶し、
前記記憶装置に記憶された前記走行計画情報に基づき、前記ステアリング装置と前記リフトアームと前記走行装置とを制御する
ことを特徴とするホイールローダ。
a vehicle body in which a front body having front wheels and a rear body having rear wheels are flexibly connected;
a lift arm rotatably provided on the front body;
A bucket rotatably provided on the lift arm;
A traveling device that causes the vehicle body to travel;
A steering device that changes a bending angle by bending the vehicle body to steer the vehicle;
a control device that generates a travel path based on an excavation position and a loading position at a work site, and controls the travel device, the lift arm, and the steering device so that the vehicle body travels along the travel path while raising the lift arm from a predetermined travel start position on the travel path toward the loading position so that the height of the lift arm becomes a loading height at the loading position,
The control device includes:
Calculating target bending angles at a plurality of positions on the travel path based on the generated travel path;
setting target vehicle speeds at a plurality of positions on the travel route to predetermined initial vehicle speed values;
Setting target lift arm heights at a plurality of positions on the travel path to a predetermined initial height value;
Calculating a center of gravity position of the wheel loader based on the target bending angle and the target lift arm height;
determining a traveling stability of the vehicle body at each of a plurality of positions on the traveling route based on the target bending angle , the target vehicle speed, and the center of gravity position ;
When it is determined that the state of the vehicle body is unstable, the target vehicle speed and the target lift arm height are repeatedly corrected to be lowered until it is determined that the state of the vehicle body is stable.
storing, in a storage device, travel plan information that associates a plurality of positions on the travel route with the target bending angle, the target lift arm height, and the target vehicle speed at the plurality of positions;
The steering device, the lift arm, and the traveling device are controlled based on the travel plan information stored in the storage device.
A wheel loader characterized by the above.
請求項1に記載のホイールローダにおいて、
前記バケットに積載された積荷の荷重を検出する積荷荷重検出装置を備え、
前記制御装置は、
演算された前記目標屈曲角に基づき、支持多角形を演算し、
前記積荷荷重検出装置によって検出された前記積荷の荷重と、前記目標リフトアーム高さと、前記目標屈曲角と、に基づき、前記重心位置を演算し、
記重心位置と前記目標車速とに基づき、前記重心位置に作用する力のベクトルを演算し、
演算された前記力のベクトルと走行面とが交わる点であるZMPを演算し、
演算された前記支持多角形と、演算された前記ZMPとの位置関係に基づき、前記車体の走行安定性を判定する
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 1,
a load detection device for detecting the load of a load loaded on the bucket;
The control device includes:
Calculating a support polygon based on the calculated target bending angle;
Calculating the center of gravity position based on the load of the cargo detected by the cargo load detection device , the target lift arm height , and the target bending angle;
calculating a vector of a force acting on the center of gravity position based on the center of gravity position and the target vehicle speed;
Calculating a ZMP, which is a point where the calculated force vector intersects with a traveling surface;
determining a traveling stability of the vehicle body based on a positional relationship between the calculated support polygon and the calculated ZMP.
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、
演算された前記支持多角形の内側に、演算された前記支持多角形よりも小さい安定領域を設定し、
設定された前記安定領域内に演算された前記ZMPがある場合には、前記車体の状態は安定と判定し、設定された前記安定領域内に演算された前記ZMPがない場合には、前記車体の状態は不安定と判定する
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 2,
The control device includes:
A stable region smaller than the calculated support polygon is set inside the calculated support polygon;
when the calculated ZMP is within the set stable region, the state of the vehicle body is determined to be stable, and when the calculated ZMP is not within the set stable region, the state of the vehicle body is determined to be unstable.
請求項3に記載のホイールローダにおいて、
生成された前記走行経路に沿って走行する前記ホイールローダの実際の車速を検出する車速センサを備え、
前記制御装置は、
生成された前記走行経路上の位置と、その位置における前記車速センサにより検出された実際の車速と前記目標車速との差異を表すデータと、を対応付けて前記記憶装置に記憶し、
前記記憶装置に記憶された前記実際の車速と前記目標車速との差異を表すデータを加味して、前記ZMPを演算する
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 3,
a vehicle speed sensor for detecting an actual vehicle speed of the wheel loader traveling along the generated travel route;
The control device includes:
storing in the storage device a position on the travel route that has been generated and data that indicates a difference between an actual vehicle speed detected by the vehicle speed sensor at that position and the target vehicle speed in association with each other ;
the ZMP is calculated taking into consideration data stored in the storage device that indicates a difference between the actual vehicle speed and the target vehicle speed.
請求項3に記載のホイールローダにおいて、
前記車体の周囲の物体を検出する物体検出装置を備え、
前記制御装置は、
前記物体検出装置の検出結果に基づき、作業現場における目標掘削位置と目標積込位置とを設定し、
設定された前記目標掘削位置と、設定された前記目標積込位置とに基づき、目標切り返し位置を設定し、
設定された前記目標切り返し位置から設定された前記目標掘削位置までの掘削作業用の前記走行経路と、設定された前記目標掘削位置から設定された前記目標切り返し位置までの第1戻り用の前記走行経路と、設定された前記目標切り返し位置から設定された前記目標積込位置までの積込作業用の前記走行経路と、設定された前記目標積込位置から設定された前記目標切り返し位置までの第2戻り用の前記走行経路と、を生成する
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 3,
an object detection device for detecting objects around the vehicle body,
The control device includes:
Based on the detection result of the object detection device, a target excavation position and a target loading position are set at the work site;
A target turning back position is set based on the set target excavation position and the set target loading position,
a travel route for excavation work from the set target turning position to the set target excavation position, a travel route for a first return from the set target excavation position to the set target turning position, a travel route for loading work from the set target turning position to the set target loading position, and a travel route for a second return from the set target loading position to the set target turning position.
請求項5に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置は、
前記積込作業用の走行経路において、設定された前記目標積込位置に近づくほど、前記安定領域を小さく設定する
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 5,
The control device includes:
a stability area set to be smaller the closer to the set target loading position on the travel path for loading operation.
請求項に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置は、生成された前記走行経路上の同じ位置における前記目標車速及び前記目標リフトアーム高さの修正を所定回数行い、前記車体の状態が安定と判定されなかった場合には、前記走行経路の修正を行う
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 1 ,
the control device corrects the target vehicle speed and the target lift arm height at the same position on the generated travel route a predetermined number of times, and when it is determined that the state of the vehicle body is not stable, corrects the travel route.
請求項に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置は、前記車体の状態が不安定と判定された場合に、前記目標車速の修正を行い、かつ、前記目標リフトアーム高さの修正を行わないリフトアーム優先モードと、前記車体の状態が不安定と判定された場合に、前記目標リフトアーム高さの修正を行い、かつ、前記目標車速の修正を行わない車速優先モードと、前記車体の状態が不安定と判定された場合に、前記目標車速及び前記目標リフトアーム高さの双方の修正を行う通常モードとをそれぞれ備え、前記リフトアーム優先モードと前記車速優先モードと前記通常モードの中から、オペレータの操作に応じて一つのモードが設定されるように構成されている
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 1 ,
the control device has a lift arm priority mode in which, when the state of the vehicle body is determined to be unstable, the target vehicle speed is modified but the target lift arm height is not modified; a vehicle speed priority mode in which, when the state of the vehicle body is determined to be unstable, the target lift arm height is modified but the target vehicle speed is not modified; and a normal mode in which, when the state of the vehicle body is determined to be unstable, both the target vehicle speed and the target lift arm height are modified; and the control device is configured so that one mode is set from the lift arm priority mode, the vehicle speed priority mode, and the normal mode in response to operation by an operator.
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