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JP7798703B2 - Wheel loader - Google Patents
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JP7798703B2 - Wheel loader - Google Patents

Wheel loader

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JP7798703B2 JP2022102714A JP2022102714A JP7798703B2 JP 7798703 B2 JP7798703 B2 JP 7798703B2 JP 2022102714 A JP2022102714 A JP 2022102714A JP 2022102714 A JP2022102714 A JP 2022102714A JP 7798703 B2 JP7798703 B2 JP 7798703B2
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Description

本発明は、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 travel automatically.

フロントボディとリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、車体に取り付けられた作業装置とを有するアーティキュレート式の作業車両であって、自動で走行を行うホイールローダが知られている。ホイールローダは、作業装置により土砂等を掘削し、掘削物をホッパ等の積込対象物の手前の積込位置まで運搬し、積込対象物であるホッパの上部開口に対して掘削物を放出する。ホイールローダが積込位置まで移動する過程において、作業装置が積込対象物に接触せずに、積込位置まで到達するようにホイールローダの各部の動作を制御する必要がある。 Autonomously traveling wheel loaders are known articulated work vehicles that have a vehicle body with a flexibly connected front and rear body and a working device attached to the vehicle body. Wheel loaders excavate soil and sand using the working device, transport the excavated material to a loading position in front of a loading object such as a hopper, and then release the excavated material into the top opening of the hopper, which is the loading object. As the wheel loader moves to the loading position, the operation of each part of the wheel loader must be controlled so that the working device reaches the loading position without coming into contact with the loading object.

特許文献1には、アーティキュレート式の作業車両(振動ローラ)の走行精度を維持しながら滑らかな自律走行を実現することを目的とした制御装置が提案されている。特許文献1には、「走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第1閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正する制御信号を出力し、前記第1閾値と同じまたは当該第1閾値よりも小さい値である第2閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、前記走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にするための制御信号を出力することを特徴とする自律走行用制御装置」が記載されている。 Patent Document 1 proposes a control device that aims to achieve smooth autonomous driving while maintaining the driving accuracy of an articulated work vehicle (vibratory roller). Patent Document 1 describes an autonomous driving control device that "outputs a control signal to correct the traveling direction of the construction machine so that it approaches the traveling reference line when the distance from the traveling reference line to the construction machine is greater than a predetermined first threshold, and outputs a control signal to make the traveling direction of the construction machine parallel to the traveling reference line when the distance from the traveling reference line to the construction machine becomes smaller than a second threshold that is the same as or smaller than the first threshold."

特開2017-204089号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-204089

ところで、ホイールローダは、狭い作業現場で作業を行う場合がある。狭い現場では、ホイールローダの方向転換、方向修正を行うためのスペースや移動距離が制限されるとともに、方向転換、方向修正により作業効率も低下する。また、車体と積込対象物との位置関係にずれが生じると方向修正のためのステアリング動作が発生し、車体と積込対象物との接触のリスクも高まる。そのため、極力車体の方向修正を伴わずに、車体を積込対象物に向けて移動できるようにすることが望ましく、狭い作業現場など、限られた走行距離で適切な積込位置に車体を移動させることのできるホイールローダが要望されている。特許文献1には、振動ローラによる転圧を行う際に、走行基準線からの車体の横方向のずれを修正する制御内容が開示されているが、積込対象物などの物体との接触を回避しつつ、所定の位置に車体を移動させる制御内容についての開示はない。 Meanwhile, wheel loaders sometimes operate in narrow work sites. In narrow work sites, the space and travel distance for changing direction and correcting the wheel loader's direction are limited, and changes in direction and corrections reduce work efficiency. Furthermore, if a misalignment occurs between the vehicle body and the object being loaded, a steering operation is required to correct direction, increasing the risk of contact between the vehicle body and the object being loaded. Therefore, it is desirable to be able to move the vehicle body toward the object being loaded without correcting the direction of the vehicle body as much as possible. There is a demand for wheel loaders that can move the vehicle body to an appropriate loading position within a limited travel distance, such as in narrow work sites. Patent Document 1 discloses control details for correcting lateral deviation of the vehicle body from the travel reference line when performing compaction using a vibrating roller, but does not disclose control details for moving the vehicle body to a predetermined position while avoiding contact with objects such as the object being loaded.

本発明の目的は、自律運転により、限られた走行距離で、積込位置まで移動可能なホイールローダを提供することにある。 The object of the present invention is to provide a wheel loader that can travel to a loading position within a limited distance through autonomous driving.

本発明の第1の態様によるホイールローダは、左右一対の前輪を有するフロントボディと左右一対の後輪を有するリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、前記フロントボディに回動可能に設けられたリフトアーム、及び前記リフトアームに回動可能に設けられたバケットを有する作業装置と、前記車体を走行させる走行装置と、前記車体を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置と、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記作業装置により掘削した掘削物を積込対象物に積み込む作業を行うホイールローダにおいて、前記積込対象物の形状データを記憶する記憶装置と、前記車体の屈曲角を検出する屈曲角センサと、報知装置と、を備え、前記制御装置は、前記車体の前方にある前記積込対象物と前記車体との相対位置を演算し、前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データと、演算された前記相対位置とに基づき、前記積込対象物から、前記左右一対の前輪間の中心である前輪間中心と前記バケットの幅方向の中心の先端部との間の距離よりも離れた位置であって、前記積込対象物から延在する仮想直線上に経由地点を設定し、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させ、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた後、前記走行装置を停止させた状態で前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせ、前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせた後、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディを前記仮想直線に沿って直進させ、前記制御装置は、前記屈曲角センサにより検出された前記車体の屈曲角、前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データ、及び、演算された前記積込対象物と前記車体との相対位置に基づいて、前記積込対象物への接近可能条件が成立したか否かを判定し、前記接近可能条件が成立した場合には、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させるように、前記ステアリング装置及び前記走行装置を動作させ、前記接近可能条件が成立しなかった場合には、前記報知装置を制御して、前記接近可能条件が成立しなかった旨を前記報知装置によって報知させ、前記接近可能条件は、前記ステアリング装置の動作及び前記走行装置による前進走行によって、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させることが可能であること、及び、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた後、前記走行装置を停止させつつ前記ステアリング装置を動作させることにより前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能であることを含む。
本発明の第2の態様によるホイールローダは、左右一対の前輪を有するフロントボディと左右一対の後輪を有するリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、前記フロントボディに回動可能に設けられたリフトアーム、及び前記リフトアームに回動可能に設けられたバケットを有する作業装置と、前記車体を走行させる走行装置と、前記車体を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置と、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記作業装置により掘削した掘削物を積込対象物に積み込む作業を行うホイールローダにおいて、前記積込対象物の形状データを記憶する記憶装置を備え、前記制御装置は、前記車体の前方にある前記積込対象物と前記車体との相対位置を演算し、前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データと、演算された前記相対位置とに基づき、前記積込対象物から、前記左右一対の前輪間の中心である前輪間中心と前記バケットの幅方向の中心の先端部との間の距離よりも離れた位置であって、前記積込対象物から延在する仮想直線上に経由地点を設定し、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させ、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた後、前記走行装置を停止させた状態で前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせ、前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせた後、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディを前記仮想直線に沿って直進させ、前記制御装置には、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態における前記仮想直線と前記フロントボディとのなす角と、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態から前記バケットを前記積込対象物に接触させることなく前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能な前記経由地点の位置との関係を規定するテーブルが予め記憶され、前記制御装置は、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる前に、現在の前記車体の位置と、前記積込対象物の位置とに基づいて、仮定した経由地点である仮定地点に前記前輪間中心を位置させたときの前記なす角と前記仮定地点の位置との関係を演算し、演算された前記なす角と前記仮定地点の位置との関係と、前記テーブルとに基づいて、前記経由地点を設定する。

A wheel loader according to a first aspect of the present invention comprises a vehicle body having a front body having a pair of left and right front wheels and a rear body having a pair of left and right rear wheels which are flexibly connected, a working device having a lift arm rotatably provided on the front body and a bucket rotatably provided on the lift arm, a traveling device that causes the vehicle body to travel, a steering device that changes the bending angle by bending the vehicle body to steer, and a control device that controls the operation of the traveling device and the steering device, and the wheel loader performs the work of loading excavated material excavated by the working device onto a loading object, and stores shape data of the loading object. The control device is provided with a storage device, a bending angle sensor that detects the bending angle of the vehicle body, and an alarm device , and the control device calculates a relative position between the vehicle body and the object to be loaded that is located in front of the vehicle body, and based on shape data of the object to be loaded stored in the storage device and the calculated relative position, sets a waypoint on an imaginary line extending from the object to be loaded that is at a position farther away from the object to be loaded than the distance between the center between the front wheels, which is the center between the pair of left and right front wheels, and the tip end of the center in the width direction of the bucket, and controls the operation of the traveling device and the steering device to align the center between the front wheels with the set waypoint , and aligns the front wheel center with the set waypoint. After the inter-wheel centers are aligned, the operation of the steering device is controlled with the traveling device stopped to orient the front body along the imaginary straight line, and after orienting the front body along the imaginary straight line, the operation of the traveling device and the steering device is controlled to move the front body straight along the imaginary straight line, and the control device determines whether or not an approachable condition to the loading object is met based on the bending angle of the vehicle body detected by the bending angle sensor, the shape data of the loading object stored in the storage device, and the calculated relative position of the loading object and the vehicle body, and if the approachable condition is met, The steering device and the traveling device are operated so as to align the center between the front wheels with the waypoint, and if the approachable condition is not met, the notification device is controlled to cause the notification device to notify that the approachable condition is not met, and the approachable condition includes that the center between the front wheels can be aligned with the waypoint by operating the steering device and traveling forward with the traveling device, and that after the center between the front wheels is aligned with the waypoint, the steering device can be operated while the traveling device is stopped to make the direction of the front body follow the virtual straight line.
A wheel loader according to a second aspect of the present invention comprises a vehicle body having a front body having a pair of left and right front wheels and a rear body having a pair of left and right rear wheels which are flexibly connected, a working device having a lift arm rotatably provided on the front body and a bucket rotatably provided on the lift arm, a traveling device that causes the vehicle body to travel, a steering device that changes the bending angle by bending the vehicle body to steer, and a control device that controls the operation of the traveling device and the steering device, and is a wheel loader that performs work of loading material excavated by the working device onto a loading object. The wheel loader is provided with a storage device that stores shape data of the object to be loaded, and the control device calculates a relative position between the object to be loaded, which is located in front of the vehicle body, and the vehicle body, and sets a waypoint on an imaginary line extending from the object to be loaded, at a position farther away from the object to be loaded than the distance between the center between the pair of left and right front wheels and the tip end of the center in the width direction of the bucket, based on the shape data of the object to be loaded stored in the storage device and the calculated relative position, and controls the operation of the traveling device and the steering device to move the object to the set waypoint and after aligning the center between the front wheels with the set waypoint, controlling the operation of the steering device while the traveling device is stopped to make the front body align with the imaginary straight line, and after aligning the front body with the imaginary straight line, controlling the operations of the traveling device and the steering device to make the front body move straight along the imaginary straight line, and the control device stores information on an angle between the imaginary straight line and the front body in a state where the center between the front wheels is aligned with the waypoint, and a time when the center between the front wheels is aligned with the waypoint. A table specifying the relationship between the position of the waypoint and the position of the waypoint at which the orientation of the front body can be aligned with the virtual straight line without the bucket coming into contact with the object to be loaded from the state where the bucket is in the waypoint is stored in advance, and the control device calculates, based on the current position of the vehicle body and the position of the object to be loaded, the relationship between the angle formed when the center of the front wheels is positioned at an assumed point that is an assumed waypoint and the position of the assumed point, before aligning the center of the front wheels with the waypoint, and sets the waypoint based on the calculated relationship between the angle and the position of the assumed point and the table.

本発明によれば、自律運転により、限られた走行距離で、積込位置まで移動可能なホイールローダを提供することができる。 The present invention provides a wheel loader that can travel to a loading position within a limited distance through autonomous driving.

図1は、第1実施形態に係るホイールローダの側面図である。FIG. 1 is a side view of a wheel loader according to the first embodiment. 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 a wheel loader. 図3は、ホイールローダの経路追従走行を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the path following travel of the wheel loader. 図4は、経路追従走行完了時、位置合わせ動作完了時、方位合わせ動作完了時、及びフロント直進動作完了時のそれぞれでのホイールローダとホッパとの位置関係を示す平面模式図である。FIG. 4 is a schematic plan view showing the positional relationship between the wheel loader and the hopper at the completion of path following traveling, at the completion of positioning operation, at the completion of orientation operation, and at the completion of front straight traveling operation. 図5は、制御装置のハードウェア構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the hardware configuration of the control device. 図6は、第1実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。FIG. 6 is a functional block diagram of the control device according to the first embodiment. 図7は、位置合わせ動作が完了した状態のホイールローダの停車位置及び姿勢の一例を示す平面模式図である。FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of the stopping position and posture of the wheel loader when the positioning operation is completed. 図8は、ホッパへの接近可能条件が成立したか否かを判定する方法の一例を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a method for determining whether or not the conditions for allowing access to the hopper are met. 図9は、経由地点の設定方法の一例を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a method for setting a waypoint. 図10は、制御装置により実行される接近動作制御の流れの一例について説明するフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the flow of approaching operation control executed by the control device. 図11は、第2実施形態に係るホイールローダがホッパに接近する様子を示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing the wheel loader according to the second embodiment approaching the hopper. 図12は、第2実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。FIG. 12 is a functional block diagram of a control device according to the second embodiment.

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。 The following describes a wheel loader according to an embodiment of the present invention, with reference to the drawings.

<第1実施形態>
-ホイールローダの全体構成-
図1は、本発明の実施形態に係る自律運転可能なホイールローダ1の側面図である。図1に示すように、ホイールローダ(以下、車両とも記す)1は、アーティキュレート式の車体16と、車体16の前方に取り付けられた多関節型の作業装置17と、を備える。車体16は、左右一対の前輪4a(車輪4)を有するフロントボディ11と、左右一対の後輪4b(車輪4)を有するリアボディ12と、を備える。フロントボディ11とリアボディ12は、センターピン13により左右方向に屈曲可能に連結されている。
First Embodiment
- Overall configuration of wheel loader -
Figure 1 is a side view of an autonomously operable wheel loader 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 1, the wheel loader (hereinafter also referred to as vehicle) 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 having a pair of left and right front wheels 4a (wheels 4), and a rear body 12 having a pair of left and right rear wheels 4b (wheels 4). The front body 11 and the rear body 12 are connected by a center pin 13 so as to be able to bend in the left-right direction.

ホイールローダ1は、センターピン13を屈曲中心として車体16を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置19を備えている。ステアリング装置19は、フロントボディ11とリアボディ12とを連結する左右一対の油圧シリンダ(以下、ステアリングシリンダとも記す)14を有している。一対のステアリングシリンダ14は、センターピン13の左右両側に設けられる。リアボディ12は、運転室5及びエンジン室6を有している。 The wheel loader 1 is equipped with a steering device 19 that steers by bending the vehicle body 16 around the center pin 13 to change the bending angle. The steering device 19 has a pair of left and right hydraulic cylinders (hereinafter also referred to as steering cylinders) 14 that connect the front body 11 and rear body 12. The pair of steering cylinders 14 are provided on both the left and right sides of the center pin 13. The rear body 12 has a driver's cab 5 and an engine compartment 6.

運転室5内には、ホイールローダ1の各部を制御する制御装置100と、オペレータの操作に応じて制御装置100に入力情報を入力する入力装置76が設けられている。入力装置76は、例えば、複数のスイッチを有するスイッチ装置である。なお、入力装置76は、液晶ディスプレイ装置、有機ELディスプレイ装置等の表示装置の表示画面に重ねて設けられるタッチセンサ装置であってもよい。 The cab 5 is provided with a control device 100 that controls each part of the wheel loader 1, and an input device 76 that inputs information to the control device 100 in response to operation by the operator. The input device 76 is, for example, a switch device having multiple switches. The input device 76 may also be a touch sensor device that is placed over the display screen of a display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device.

運転室5内には、オペレータに対して警告等の情報を報知する報知装置75が設けられている。報知装置75は、例えば、画像によって警告を報知する液晶ディスプレイ装置等の表示装置、あるいは、音声によって警告を報知するスピーカ等の音出力装置である。 An alarm device 75 is provided in the driver's cab 5 to notify the operator of warnings and other information. The alarm device 75 is, for example, a display device such as a liquid crystal display device that notifies warnings using images, or an audio output device such as a speaker that notifies warnings using audio.

作業装置17は、フロントボディ11に取り付けられる。作業装置17は、フロントボディ11に上下方向に回動可能に設けられたリフトアーム2と、リフトアーム2の先端部に上下方向に回動可能に設けられたバケット3と、リフトアーム2を駆動する油圧シリンダ(以下、アームシリンダとも記す)7と、バケット3を駆動する油圧シリンダ(以下、バケットシリンダとも記す)8と、を備えている。なお、リフトアーム2とアームシリンダ7はフロントボディ11の左右に1つずつ設けられる。バケット3は、ベルクランク9及びバケットリンク10を介してバケットシリンダ8の伸縮により回動し、これによってバケット3の向きが上下する。 The working device 17 is attached to the front body 11. The working device 17 includes a lift arm 2 mounted on the front body 11 so as to be rotatable in the vertical direction, a bucket 3 mounted on 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 arm cylinder 7 are mounted one on each side of the front body 11. The bucket 3 rotates as the bucket cylinder 8 expands and contracts via a bell crank 9 and a bucket link 10, thereby raising and lowering the orientation of the bucket 3.

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。 When pressurized oil is supplied to the bottom chamber, the arm cylinder 7 extends, causing the lift arm 2 to rotate upward (lift up), and when pressurized oil is supplied to the rod chamber, it retracts, causing the lift arm 2 to rotate downward (lift down). When pressurized oil is supplied to the bottom chamber, the bucket cylinder 8 extends, causing the bucket 3 to rotate upward (tilt), and when pressurized oil is supplied to the rod chamber, it retracts, 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. Note that in this specification, the bending angle corresponds to the angle of rotation around the center pin 13. The bending angle is 0 (zero) degrees when the vehicle is not bent, i.e., when the wheel loader 1 is in a straight-ahead position. The bending angle takes 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.

運転室5の上部には、車体16の前方の物体を検知する物体検知センサ73が取り付けられている。センターピン13には、車体16の屈曲角を検出する屈曲角センサ72が取り付けられている。 An object detection sensor 73 that detects objects in front of the vehicle body 16 is attached to the top of the driver's cab 5. A bending angle sensor 72 that detects the bending angle of the vehicle body 16 is attached to the center pin 13.

-ホイールローダのシステム構成-
図2は、ホイールローダ1のシステム構成図である。図2に示すように、ホイールローダ1は、車体16を走行させる走行装置28と、掘削作業を行う作業装置17と、車体16を操舵させるステアリング装置19と、車体16を制動させたり、停止した車体16が動作することを抑制したりするブレーキ装置18と、これらの装置の駆動源となるエンジン50と、ホイールローダ1の各部を制御する制御装置100と、エンジン50に機械的に接続される油圧ポンプ60A,60B,60Cと、を備える。なお、ブレーキ装置18は、走行装置28の一部を構成する。
- Wheel loader system configuration -
Figure 2 is a system configuration diagram of the wheel loader 1. As shown in Figure 2, the wheel loader 1 is equipped with a traveling device 28 that causes the vehicle body 16 to travel, a work 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 prevents the vehicle body 16 from moving when it is stopped, an engine 50 that serves as the drive source for these devices, a control device 100 that controls each part of the wheel loader 1, and hydraulic pumps 60A, 60B, 60C that are mechanically connected to the engine 50. The braking device 18 constitutes part of the traveling device 28.

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 braking 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 is equipped with a front control unit 61 that controls the operation of the work implement 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50の動力によって、互いに独立して駆動される。エンジン50は、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。ホイールローダ1は、エンジン50の動作を制御するエンジン制御部65を備えている。エンジン制御部65は、エンジン回転速度センサにより検出される実際の回転速度を、制御装置100によって演算された目標回転速度に近づけるように、燃料噴射量を制御する。 The work device 17 and the traveling device 28 are driven independently of each other by the power of the engine 50. The engine 50 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 50. The engine control unit 65 controls the amount of fuel injection so that the actual rotational speed detected by the engine rotational speed sensor approaches the target rotational 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50が出力するトルクによって回転する油圧ポンプ60Aから吐出される作動油(圧油)によって伸縮動作される。 The arm cylinder 7 and bucket cylinder 8 are extended and retracted by hydraulic oil (pressurized oil) discharged from the hydraulic pump 60A, which is rotated by the torque output by the engine 50.

走行装置28は、車輪4と、エンジン50からの動力を車輪4に伝達する動力伝達装置と、を有する。動力伝達装置は、トルクコンバータ51、トランスミッション52、プロペラシャフト53、デファレンシャル装置54、アクスル55等を含んで構成される。 The traveling device 28 has wheels 4 and a power transmission device that transmits power from the engine 50 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50の出力軸にはトルクコンバータ51の入力軸が連結され、トルクコンバータ51の出力軸はトランスミッション52に連結されている。トルクコンバータ51は周知のインペラ、タービン、ステータからなる流体クラッチであり、エンジン50の回転はトルクコンバータ51を介してトランスミッション52に伝達される。トランスミッション52は、その速度段を1速~5速に切り換えるクラッチを有し、トルクコンバータ51の出力軸の回転はトランスミッション52で変速される。変速後の回転は、プロペラシャフト53、デファレンシャル装置54、アクスル55を介して車輪4に伝達されて、ホイールローダ1が走行する。 The input shaft of the torque converter 51 is connected to the output shaft of the engine 50, and the output shaft of the torque converter 51 is connected to the 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 50 is transmitted to the transmission 52 via the torque converter 51. The transmission 52 has a clutch that shifts its speed between first and fifth gears, and the rotation of the output shaft of the torque converter 51 is changed in speed by the transmission 52. After the change in speed, the rotation is transmitted to the wheels 4 via the propeller shaft 53, differential device 54, and axles 55, allowing the wheel loader 1 to travel.

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50と機械的に接続されている。油圧ポンプ60A,60B,60Cは、エンジン50が出力するトルクによって駆動されて作動油を吐出する。 Hydraulic pumps 60A, 60B, and 60C are mechanically connected to the engine 50. Hydraulic pumps 60A, 60B, and 60C are driven by the torque output by the engine 50 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 pressure, flow rate, and flow direction of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 60A to the arm cylinder 7 and bucket cylinder 8 are controlled by the front control unit 61. This allows the work device 17 to perform excavation and loading operations. The pressure, flow rate, and flow direction of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 60B to the brake cylinder 18a and parking brake cylinder 18b are controlled by the brake control unit 62. This allows the brake device 18 to brake and stop the vehicle body 16. The pressure, flow rate, and flow direction of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 60C to the pair of left and right steering cylinders 14 are controlled by the steering control unit 63. This allows the steering device 19 to steer the vehicle body 16.

図2に示すように、ホイールローダ1は、自車両の位置を検出し、検出結果を表す信号を制御装置100に出力する位置検出装置71を備えている。位置検出装置71は、例えば、複数のGNSS(Global Navigation Satellite System:全地球衛星測位システム)用のアンテナと、GNSSアンテナで受信された複数の測位衛星からの衛星信号(GNSS電波)に基づき、グローバル座標系における車体16の位置及び方位を演算する測位演算装置と、を有する。 As shown in FIG. 2, the wheel loader 1 is equipped with a position detection device 71 that detects the position of the vehicle itself and outputs a signal representing the detection result to the control device 100. The position detection device 71 includes, for example, antennas for multiple GNSS (Global Navigation Satellite Systems) and a positioning calculation device that calculates the position and orientation of the vehicle body 16 in the global coordinate system based on satellite signals (GNSS radio waves) from multiple positioning satellites received by the GNSS antenna.

複数のGNSSアンテナは、例えば、リアボディ12の運転室5に設けられる。この場合、位置検出装置71は、リアボディ12の基準点の位置(例えば、センターピン13の位置)及びリアボディ12の方位(向き)を演算する。 The multiple GNSS antennas are provided, for example, in the driver's cab 5 of the rear body 12. In this case, the position detection device 71 calculates the position of a reference point on the rear body 12 (for example, the position of the center pin 13) and the orientation (direction) of the rear body 12.

なお、位置検出装置71は、これに限らず、車輪4の回転速度を検出する車輪速センサ及びジャイロセンサを備えたものであってもよい。測位演算装置は、車輪速センサの検出結果に基づいてホイールローダ1の移動距離を演算し、ジャイロセンサの検出結果に基づいてホイールローダ1の移動方向を演算する。 However, the position detection device 71 is not limited to this, and may also be equipped with a wheel speed sensor that detects the rotational speed of the wheels 4 and a gyro sensor. 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.

ホイールローダ1は、屈曲角センサ72、及び車速センサ74を備えている。屈曲角センサ72は、例えば、センターピン13に設けられるロータリーエンコーダであり、車体16の屈曲角を検出し、検出結果を表す信号を制御装置100に出力する。屈曲角は、車体16の姿勢を表す物理量である。つまり、屈曲角センサ72は、車体16の姿勢を検出する姿勢センサとして機能する。なお、車体16の屈曲角を検出する屈曲角センサ72には、ステアリングシリンダ14のストローク量を検出するストロークセンサを採用してもよい。この場合、制御装置100は、ステアリングシリンダ14のストローク量に基づいて、車体16の屈曲角を演算する。 The wheel loader 1 is equipped with a bending angle sensor 72 and a vehicle speed sensor 74. The bending angle sensor 72 is, for example, a rotary encoder attached to the center pin 13. It detects the bending angle of the vehicle body 16 and outputs a signal representing the detection result to the control device 100. The bending angle is a physical quantity that represents the attitude of the vehicle body 16. In other words, the bending angle sensor 72 functions as an attitude sensor that detects the attitude of the vehicle body 16. Note that the bending angle sensor 72 that detects the bending angle of the vehicle body 16 may also be a stroke sensor that detects the stroke amount of the steering cylinder 14. In this case, the control device 100 calculates the bending angle of the vehicle body 16 based on the stroke amount of the steering cylinder 14.

車速センサ74は、自車両の走行速度(以下、車速とも記す)を検出し、検出結果を表す信号を制御装置100に出力する。 The vehicle speed sensor 74 detects the vehicle's traveling speed (hereinafter also referred to as vehicle speed) and outputs a signal representing the detection result to the control device 100.

ホイールローダ1により行われる作業の一例について説明する。ホイールローダ1は、掘削対象物である地山に向かって前進し、地山にバケット3を突入させ、バケット3及びリフトアーム2を動作させることにより、地山を掘削する掘削作業を行う。掘削作業の完了後、ホイールローダ1は、積込対象物に向かって走行し、積込対象物の手前の積込位置で停止する。そして、ホイールローダ1は、バケット3内の積荷(掘削物)を積込対象物に積み込む積込作業を行う。積込作業の完了後、ホイールローダ1は、再び掘削対象物に向かって走行する。 An example of work performed by the wheel loader 1 will be described below. The wheel loader 1 moves forward toward the natural ground that is the object to be excavated, plunges the bucket 3 into the ground, and operates the bucket 3 and lift arm 2 to perform excavation work by excavating the natural ground. After completing the excavation work, the wheel loader 1 travels toward the object to be loaded and stops at a loading position in front of the object to be loaded. The wheel loader 1 then performs loading work, loading the cargo (excavated material) in the bucket 3 onto the object to be loaded. After completing the loading work, the wheel loader 1 travels again toward the object to be excavated.

制御装置100は、作業現場における掘削位置と積込位置とに基づき走行経路を生成し、走行経路を規定する複数のノードを不揮発性メモリ102(図5参照)に記憶する。制御装置100は、生成された走行経路に沿って車体16が走行するように、走行装置28及びステアリング装置19を制御する。これにより、ホイールローダ1は、走行経路に沿って目標位置(掘削位置または積込位置)まで自動で走行する。また、掘削位置において制御装置100が作業装置17を制御することにより、作業装置17による掘削作業が行われる。また、積込位置において制御装置100が作業装置17を制御することにより、作業装置17による積込作業が行われる。 The control device 100 generates a travel route based on the excavation position and loading position at the work site, and stores multiple nodes that define the travel route in non-volatile memory 102 (see Figure 5). The control device 100 controls the travel device 28 and steering device 19 so that the vehicle body 16 travels along the generated travel route. As a result, the wheel loader 1 automatically travels along the travel route to the target position (excavation position or loading position). At the excavation position, the control device 100 controls the working device 17, causing the working device 17 to perform excavation work. At the loading position, the control device 100 controls the working device 17, causing the working device 17 to perform loading work.

-経路追従走行-
掘削作業の完了後、ホイールローダ1は自律運転による経路追従走行を行う。図3は、ホイールローダ1の経路追従走行を説明する図である。なお、本実施形態では、積込対象物がホッパ20である例について説明する。図3に示すように、制御装置100は、走行経路22に沿って車体16が走行するように、走行装置28及びステアリング装置19の動作を制御する。なお、以下では、走行経路22に沿って車体16を走行させるために、制御装置100によって実行される制御のことを経路追従走行制御とも記す。
- Path-following driving -
After the excavation work is completed, the wheel loader 1 performs path-following travel by autonomous driving. Figure 3 is a diagram illustrating path-following travel of the wheel loader 1. In this embodiment, an example will be described in which the loading object is a hopper 20. As shown in Figure 3, the control device 100 controls the operation of the traveling device 28 and the steering device 19 so that the vehicle body 16 travels along the travel path 22. In the following, the control executed by the control device 100 to travel the vehicle body 16 along the travel path 22 will also be referred to as path-following travel control.

走行経路22は、不揮発性メモリ102(図5参照)に記憶されている複数のノード23によって特定される。ノード23は、走行経路22上の座標を示すデータである。制御装置100は、車体16の基準点(例えば、前輪間中心4ac)と走行経路22との偏差が最小となるように車体16を自律走行させてもよいし、車体16の基準点(例えば、前輪間中心4ac)がノード23上を通過するように車体16を自律走行させてもよい。 The driving route 22 is specified by a plurality of nodes 23 stored in the non-volatile memory 102 (see Figure 5). The nodes 23 are data indicating coordinates on the driving route 22. The control device 100 may cause the vehicle body 16 to autonomously drive so as to minimize the deviation between a reference point of the vehicle body 16 (e.g., the center between the front wheels 4ac) and the driving route 22, or may cause the vehicle body 16 to autonomously drive so that the reference point of the vehicle body 16 (e.g., the center between the front wheels 4ac) passes through a node 23.

制御装置100は、位置検出装置71により検出された車体16の位置及び車体16の方位と、車速センサ74によって検出された車速と、屈曲角センサ72によって検出された車体16の屈曲角と、不揮発性メモリ102(図5参照)に記憶されているノード23と、に基づいて目標車速及び目標屈曲角を含む制御目標を生成する。制御装置100は、車速センサ74により検出された車速が目標車速となるように走行装置28を制御する。また、制御装置100は、屈曲角センサ72により検出された車体16の屈曲角が目標屈曲角となるようにステアリング装置19を制御する。 The control device 100 generates control targets including a target vehicle speed and a target bending angle based on the position and orientation of the vehicle body 16 detected by the position detection device 71, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 74, the bending angle of the vehicle body 16 detected by the bending angle sensor 72, and the nodes 23 stored in the non-volatile memory 102 (see Figure 5). The control device 100 controls the driving device 28 so that the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 74 becomes the target vehicle speed. The control device 100 also controls the steering device 19 so that the bending angle of the vehicle body 16 detected by the bending angle sensor 72 becomes the target bending angle.

目標位置を含む複数のノードは、例えば、グローバル座標系の座標で表される。なお、目標位置は、作業現場の所定の位置を原点とする現場座標系の座標で表されることとしてもよい。基準方位は、例えば、真北に設定される。グローバル座標系と現場座標系は、座標変換が可能である。また、位置検出装置71により検出されたリアボディ12の方位は、屈曲角センサ72により検出された車体16の屈曲角を用いて、フロントボディ11の方位に変換可能である。 Multiple nodes including the target position are expressed, for example, by coordinates in a global coordinate system. The target position may also be expressed by coordinates in a site coordinate system whose origin is a predetermined position on the work site. The reference direction is set, for example, to true north. Coordinate conversion is possible between the global coordinate system and the site coordinate system. Furthermore, the orientation of the rear body 12 detected by the position detection device 71 can be converted to the orientation of the front body 11 using the bending angle of the vehicle body 16 detected by the bending angle sensor 72.

-接近動作-
経路追従走行の完了後、ホイールローダ1は自律運転によるホッパ20への接近動作を行う。図4を参照して、ホイールローダ1のホッパ20への接近動作を説明する。接近動作は、経路追従走行の完了後に実行される位置合わせ動作と、位置合わせ動作の完了後に実行される方位合わせ動作と、方位合わせ動作の完了後に実行されるフロント直進動作とを含む。図4は、経路追従走行完了時、位置合わせ動作完了時、方位合わせ動作完了時、及びフロント直進動作完了時のそれぞれでのホイールローダ1とホッパ20との位置関係を示す平面模式図である。
- Approaching action -
After completing path-following traveling, the wheel loader 1 performs an approach operation to the hopper 20 by autonomous driving. The approach operation of the wheel loader 1 to the hopper 20 will be described with reference to Figure 4. The approach operation includes a positioning operation that is performed after completion of path-following traveling, an orientation adjustment operation that is performed after completion of the positioning operation, and a front straight movement operation that is performed after completion of the orientation adjustment operation. Figure 4 is a schematic plan view showing the positional relationship between the wheel loader 1 and the hopper 20 at the completion of path-following traveling, the completion of the positioning operation, the completion of the orientation adjustment operation, and the completion of the front straight movement operation.

ホッパ20には、図示しない隣接のホッパに積荷が混入しないように側壁20aが設けられる。例えば、ホッパ20は、上面が開口された矩形箱状に形成され、矩形状の底板と、底板の4辺のそれぞれから立ち上がる4つの側壁20aと、を有する。ホイールローダ1の積込作業時に、ホイールローダ1に正対する側壁20aを前側壁20afと記す。ホイールローダ1は、ホッパ20の側壁20aに接触することなく、積込位置P2まで移動し、積込作業を行う必要がある。 The hopper 20 is provided with side walls 20a to prevent the load from mixing with an adjacent hopper (not shown). For example, the hopper 20 is formed in the shape of a rectangular box with an open top, and has a rectangular bottom plate and four side walls 20a rising from each of the four sides of the bottom plate. When loading the wheel loader 1, the side wall 20a directly facing the wheel loader 1 is referred to as the front side wall 20af. The wheel loader 1 must move to loading position P2 and perform loading operations without coming into contact with the side walls 20a of the hopper 20.

ホイールローダ1はアーティキュレート式の車両であるため、車体16が操舵されるとセンターピン13を中心にして車体16が屈曲する。走行停止状態で車体16が操舵され、車体16が屈曲する場合、前輪間中心4acの位置と後輪間中心4bcの位置はほとんど移動せずに、センターピン13の位置が左右方向に大きく移動する。 Because the wheel loader 1 is an articulated vehicle, when the vehicle body 16 is steered, the vehicle body 16 bends around the center pin 13. When the vehicle body 16 is steered while stopped and bends, the positions of the center between the front wheels 4ac and the center between the rear wheels 4bc hardly move, but the position of the center pin 13 moves significantly in the left-right direction.

前輪間中心4acとは、左右一対の前輪4a間の中心、すなわち左側の前輪4aの中心と右側の前輪4aの中心とを結ぶ線分の中点のことを指す。また、後輪間中心4bcとは、左右一対の後輪4b間の中心、すなわち左側の後輪4bの中心と右側の後輪4bの中心とを結ぶ線分の中点のことを指す。 The center between the front wheels 4ac refers to the center between the pair of left and right front wheels 4a, i.e., the midpoint of the line segment connecting the center of the left front wheel 4a and the center of the right front wheel 4a. The center between the rear wheels 4bc refers to the center between the pair of left and right rear wheels 4b, i.e., the midpoint of the line segment connecting the center of the left rear wheel 4b and the center of the right rear wheel 4b.

-位置合わせ動作-
図4(a)は、経路追従走行制御によるホイールローダ1の経路追従走行が完了した時点のホイールローダ1とホッパ20との位置関係について示している。経路追従走行制御において、制御装置100は、走行経路22の終端を規定するノード(最終ノードとも記す)23a(図3参照)を停止目標地点として、車体16を減速させ、停止させる。最終ノード23aは、ホッパ20への積込位置の手前に設定される。
- Alignment operation -
Figure 4(a) shows the positional relationship between the wheel loader 1 and the hopper 20 at the time when the path-following travel of the wheel loader 1 under path-following travel control is completed. In path-following travel control, the control device 100 decelerates and stops the vehicle body 16 at a node (also referred to as the final node) 23a (see Figure 3) that defines the end of the travel path 22, which is set as the stopping target point. The final node 23a is set just before the loading position into the hopper 20.

制御装置100は、経路追従走行の完了条件が成立した場合には、経路追従走行制御を終了し、車体16をホッパ20に接近させる接近動作制御を実行する。例えば、制御装置100は、最終ノード23aとホイールローダ1の基準点(例えば、前輪間中心4ac)との間の距離が、予め定められた距離閾値以下となり、かつ、車体16が停止状態となった場合に、経路追従走行の完了条件が成立したと判定する。 When the completion condition for path-following travel is met, the control device 100 terminates the path-following travel control and executes approach operation control to bring the vehicle body 16 closer to the hopper 20. For example, the control device 100 determines that the completion condition for path-following travel is met when the distance between the final node 23a and the reference point of the wheel loader 1 (e.g., the center between the front wheels 4ac) is equal to or less than a predetermined distance threshold and the vehicle body 16 is stopped.

接近動作制御には、位置合わせ制御、方位合わせ制御、及びフロント直進制御が含まれる。図4(a)に示すように、経路追従走行の完了条件が成立すると、制御装置100は、接近動作制御における位置合わせ制御を実行する。 Approach operation control includes position alignment control, heading alignment control, and front straight ahead control. As shown in Figure 4(a), when the completion condition for path following driving is met, the control device 100 executes position alignment control in the approach operation control.

位置合わせ制御において、制御装置100は、車体16の前方にあるホッパ20と車体16との相対位置を演算する。ホッパ20と車体16の相対位置には、ホッパ20と車体16の相対距離x1が含まれる。制御装置100は、不揮発性メモリ102(図5参照)に記憶されたホッパ20の形状データと、演算されたホッパ20と車体16の相対位置とに基づき、ホッパ20から、前輪間中心4acとバケット3の先端部との間の距離x0よりも離れた位置に経由地点(目標地点)P1を設定する。ホッパ20の形状データには、ホッパ20の角部などの特徴点の位置が含まれる。制御装置100は、物体検知センサ73の検出結果に基づき、ホッパ20の複数の特徴点を抽出し、抽出した複数の特徴点をホッパ20の形状データとして不揮発性メモリ102(図5参照)に記憶する。 During alignment control, the control device 100 calculates the relative position between the hopper 20 located in front of the vehicle body 16 and the vehicle body 16. The relative position between the hopper 20 and the vehicle body 16 includes the relative distance x1 between the hopper 20 and the vehicle body 16. Based on the shape data of the hopper 20 stored in the non-volatile memory 102 (see Figure 5) and the calculated relative position of the hopper 20 and the vehicle body 16, the control device 100 sets a waypoint (target point) P1 at a position away from the hopper 20 that is greater than the distance x0 between the center between the front wheels 4ac and the tip of the bucket 3. The shape data of the hopper 20 includes the positions of characteristic points such as the corners of the hopper 20. Based on the detection results of the object detection sensor 73, the control device 100 extracts multiple characteristic points of the hopper 20 and stores the extracted multiple characteristic points as shape data of the hopper 20 in the non-volatile memory 102 (see Figure 5).

経由地点P1は、ホッパ20から延在する仮想直線上に設定される。本実施形態では、経由地点P1が設定される仮想直線は、ホッパ20の長手方向を二分するホッパ20の中心線CLである。 The waypoint P1 is set on an imaginary line extending from the hopper 20. In this embodiment, the imaginary line on which the waypoint P1 is set is the center line CL of the hopper 20, which bisects the hopper 20 in the longitudinal direction.

制御装置100は、エンジン50、走行装置28及びステアリング装置19の動作を制御して、設定された経由地点P1に前輪間中心4acを一致させる。 The control device 100 controls the operation of the engine 50, the driving device 28, and the steering device 19 to align the center between the front wheels 4ac with the set waypoint P1.

-方位合わせ動作-
図4(b)は、位置合わせ制御によるホイールローダ1の位置合わせ動作が完了した時点のホイールローダ1とホッパ20との位置関係について示している。制御装置100は、経由地点P1に前輪間中心4acを一致させて位置合わせ動作が完了すると、位置合わせ制御を終了し、方位合わせ制御を実行する。方位合わせ制御において、制御装置100は、走行装置28を停止させた状態でステアリング装置19の動作を制御して、フロントボディ11の向き(方位)をホッパ20の中心線CLに沿わせる。方位合わせ動作により、フロントボディ11の前後方向に延在するフロントボディ11の中心線が、ホッパ20の中心線CLに平行になる。また、フロントボディ11がホッパ20の前側壁20afと正対する。
- Orientation adjustment operation -
4(b) shows the positional relationship between the wheel loader 1 and the hopper 20 at the time when the positioning operation of the wheel loader 1 under positioning control is completed. When the positioning operation is completed by aligning the center between the front wheels 4ac with the waypoint P1, the control device 100 ends the positioning control and executes orientation alignment control. In orientation alignment control, the control device 100 controls the operation of the steering device 19 with the traveling device 28 stopped, and aligns the direction (orientation) of the front body 11 with the center line CL of the hopper 20. As a result of the orientation alignment operation, the center line of the front body 11, which extends in the fore-and-aft direction of the front body 11, becomes parallel to the center line CL of the hopper 20. In addition, the front body 11 faces the front side wall 20af of the hopper 20.

-フロント直進動作-
図4(c)は、方位合わせ制御によるホイールローダ1の方位合わせ動作が完了した時点のホイールローダ1とホッパ20との位置関係について示している。制御装置100は、フロントボディ11の向きをホッパ20の中心線CLに沿わせて方位合わせ動作が完了すると、方位合わせ制御を終了し、フロント直進制御を実行する。
- Front straight movement -
4(c) shows the positional relationship between the wheel loader 1 and the hopper 20 at the time when the orientation adjustment operation of the wheel loader 1 using the orientation adjustment control is completed. When the orientation adjustment operation is completed by orienting the front body 11 along the center line CL of the hopper 20, the control device 100 ends the orientation adjustment control and executes front straight running control.

フロント直進制御において、制御装置100は、エンジン50、走行装置28及びステアリング装置19の動作を制御して、フロントボディ11をホッパ20の中心線CLに沿って走行させる。前進走行中、フロントボディ11の方位は維持され、屈曲角の大きさ(絶対値)は徐々に小さくなる。また、フロント直進制御において、制御装置100は、フロントボディ11を直進させつつリフトアーム2の上げ動作を行うことにより、バケット3をホッパ20に干渉させることなく、バケット3をホッパ20の上方に配置させる。制御装置100は、積込位置P2に前輪間中心4acを一致させ、車体16を停止させる。 In front straight traveling control, the control device 100 controls the operation of the engine 50, the travel device 28, and the steering device 19 to cause the front body 11 to travel along the center line CL of the hopper 20. During forward traveling, the orientation of the front body 11 is maintained, and the magnitude (absolute value) of the bending angle gradually decreases. In front straight traveling control, the control device 100 also raises the lift arm 2 while causing the front body 11 to travel straight, thereby positioning the bucket 3 above the hopper 20 without interfering with the hopper 20. The control device 100 aligns the center 4ac between the front wheels with the loading position P2 and stops the vehicle body 16.

-積込動作-
図4(d)は、フロント直進制御によるホイールローダ1のフロント直進動作が完了した時点のホイールローダ1とホッパ20との位置関係について示している。制御装置100は、前輪間中心4acを積込位置に一致させてフロント直進動作が完了すると、フロント直進制御を終了する。つまり、制御装置100は、接近動作制御を終了する。なお、接近動作が完了すると、制御装置100は、積込制御を実行する。積込制御において、制御装置100は、バケット3のダンプ動作を行ってバケット3内の掘削物をホッパ20内に放出する。
- Loading operation -
4(d) shows the positional relationship between the wheel loader 1 and the hopper 20 at the time when the front straight ahead movement of the wheel loader 1 under the front straight ahead control is completed. The control device 100 ends the front straight ahead control when the front wheel center 4ac is aligned with the loading position and the front straight ahead movement is completed. In other words, the control device 100 ends the approaching movement control. Note that once the approaching movement is completed, the control device 100 executes loading control. In loading control, the control device 100 performs a dumping movement of the bucket 3 to release the excavated material in the bucket 3 into the hopper 20.

以上のとおり、制御装置100は、経路追従走行の完了後、経由地点P1を経由して積込位置P2までホイールローダ1を移動させるための接近動作制御を実行する。この接近動作制御の詳細については後述する。 As described above, after completing path-following travel, the control device 100 executes approach operation control to move the wheel loader 1 via waypoint P1 to loading position P2. Details of this approach operation control will be described later.

-制御装置のハードウェア構成-
図5は、制御装置100のハードウェア構成を示す図である。図5に示すように、制御装置100は、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等の処理装置101、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリ102、所謂RAM(Random Access Memory)と呼ばれる揮発性メモリ103、入力インタフェース104、出力インタフェース105、及び、その他の周辺回路を備えたコンピュータで構成される。なお、制御装置100は、1つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。また、処理装置101としては、ASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などを採用してもよい。
- Hardware configuration of the control device -
FIG. 5 is a diagram showing the hardware configuration of the control device 100. As shown in FIG. 5, the control device 100 is configured as a computer including a processing device 101 such as a central processing unit (CPU), a micro processing unit (MPU), or a digital signal processor (DSP), a non-volatile memory 102 such as a read-only memory (ROM), a flash memory, or a hard disk drive, a volatile memory 103 called a random access memory (RAM), an input interface 104, an output interface 105, and other peripheral circuits. The control device 100 may be configured as a single computer or multiple computers. The processing device 101 may be an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), 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、及び各種演算に用いられる閾値等のデータが格納されている。すなわち、不揮発性メモリ102は、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶装置(記憶媒体)である。処理装置101は、不揮発性メモリ102に記憶されたプログラムを揮発性メモリ103に展開して演算処理を実行する演算処理装置である。処理装置101は、プログラムに従って入力インタフェース104、不揮発性メモリ102及び揮発性メモリ103から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。 The non-volatile memory 102 stores programs capable of executing various calculations, as well as data such as thresholds used in the calculations. In other words, the non-volatile memory 102 is a storage device (storage medium) that can read programs that implement the functions of this embodiment. The processing device 101 is an arithmetic processing device that loads 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、位置検出装置71、屈曲角センサ72、物体検知センサ73、車速センサ74、及び入力装置76から入力された信号を処理装置101で演算可能なデータに変換する。また、出力インタフェース105は、処理装置101での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を油圧機器(油圧ポンプ、油圧アクチュエータ)の動作を制御する電磁弁、報知装置75等に出力する。 The input interface 104 converts signals input from the position detection device 71, bending angle sensor 72, object detection sensor 73, vehicle speed sensor 74, and input device 76 into data that can be calculated by the processing device 101. The output interface 105 also generates output signals based on the calculation results of the processing device 101, and outputs these signals to solenoid valves that control the operation of hydraulic equipment (hydraulic pumps, hydraulic actuators), alarm devices 75, etc.

物体検知センサ73は、例えば、LiDARである。なお、LiDARに代えて、ミリ波レーダ、レーザレーダ、ステレオカメラ等を物体検知センサ73として採用してもよい。 The object detection sensor 73 is, for example, a LiDAR. Instead of a LiDAR, millimeter-wave radar, laser radar, a stereo camera, etc. may also be used as the object detection sensor 73.

-制御装置の機能-
図6は、制御装置100の機能ブロック図である。制御装置100は、不揮発性メモリ102に記憶されているプログラムを実行することにより、車輪間中心演算部33、ホッパ位置演算部34、バケット位置演算部35、経由地点演算部37、相対位置演算部38、位置合わせ完了判定部40、方位合わせ完了判定部41、フロント直進完了判定部42、目標値演算部43、及び車両制御部44として機能する。
-Control device functions-
6 is a functional block diagram of the control device 100. By executing programs stored in the nonvolatile memory 102, the control device 100 functions as a wheel-to-wheel center calculation unit 33, a hopper position calculation unit 34, a bucket position calculation unit 35, a waypoint calculation unit 37, a relative position calculation unit 38, a position alignment completion determination unit 40, a heading alignment completion determination unit 41, a front straight driving completion determination unit 42, a target value calculation unit 43, and a vehicle control unit 44.

-位置演算部-
車輪間中心演算部33、ホッパ位置演算部34、及びバケット位置演算部35は、ホイールローダ1の各部の位置を演算する位置演算部31として機能する。
-Position calculation section-
The wheel-to-wheel center calculation unit 33 , the hopper position calculation unit 34 , and the bucket position calculation unit 35 function as a position calculation unit 31 that calculates the positions of the various parts of the wheel loader 1 .

車輪間中心演算部33は、屈曲角センサ72の検出結果、物体検知センサ73の検出結果、及び入力装置76からの入力情報(入力データ)に基づき、前輪間中心4acの位置、及び後輪間中心4bcの位置を演算する。前輪間中心4acの位置は、例えば、センターピン13に対する前輪間中心4acの相対位置である。後輪間中心4bcの位置は、例えば、センターピン13に対する後輪間中心4bcの相対位置である。 The wheel center calculation unit 33 calculates the position of the front wheel center 4ac and the rear wheel center 4bc based on the detection results of the bending angle sensor 72, the detection results of the object detection sensor 73, and input information (input data) from the input device 76. The position of the front wheel center 4ac is, for example, the relative position of the front wheel center 4ac with respect to the center pin 13. The position of the rear wheel center 4bc is, for example, the relative position of the rear wheel center 4bc with respect to the center pin 13.

入力装置76は、オペレータの操作に応じて、センターピン13と前輪間中心4acの相対位置の情報として屈曲中心から前輪間中心4acまでの距離、センターピン13と後輪間中心4bcの相対位置の情報として屈曲中心から後輪間中心4bcまでの距離、センターピン13と物体検知センサ73の相対位置の情報として物体検知センサ73の取付位置(設置位置)の位置座標を入力情報(入力データ)として制御装置100に入力する。制御装置100に入力された相対位置(入力情報)は、不揮発性メモリ102に記憶される。入力装置76による相対位置の入力作業は、製造時(出荷時)、及び、経年劣化に起因して各部の位置にずれが生じた際に行われる。 In response to operator operation, the input device 76 inputs the following information (input data) to the control device 100: the distance from the bending center to the front wheel center 4ac as information on the relative position between the center pin 13 and the front wheel center 4ac; the distance from the bending center to the rear wheel center 4bc as information on the relative position between the center pin 13 and the rear wheel center 4bc; and the position coordinates of the mounting position (installation position) of the object detection sensor 73 as information on the relative position between the center pin 13 and the object detection sensor 73. The relative positions (input information) input to the control device 100 are stored in non-volatile memory 102. The input of relative positions using the input device 76 is performed at the time of manufacture (shipment) and when a misalignment occurs in the positions of various parts due to deterioration over time.

ホッパ位置演算部34は、物体検知センサ73の検出結果、及び入力装置76からの入力情報に基づき、ホッパ20の特徴点を抽出し、抽出したホッパ20の特徴点の位置を演算する。ホッパ20の特徴点の位置は、車体16の基準点(例えば、センターピン13、前輪間中心4ac)に対する相対位置である。ホッパ20の特徴点は、例えば、前側壁20afとホッパ20の中心線CLとの交差点(ホッパ20の入口位置)、及びホッパ20の上面開口部における四隅などである。 The hopper position calculation unit 34 extracts characteristic points of the hopper 20 based on the detection results of the object detection sensor 73 and input information from the input device 76, and calculates the positions of the extracted characteristic points of the hopper 20. The positions of the characteristic points of the hopper 20 are relative positions with respect to reference points of the vehicle body 16 (e.g., the center pin 13, the center between the front wheels 4ac). The characteristic points of the hopper 20 are, for example, the intersection of the front side wall 20af and the center line CL of the hopper 20 (the entrance position of the hopper 20), and the four corners of the top opening of the hopper 20.

バケット位置演算部35は、物体検知センサ73の検出結果、及び入力装置76からの入力情報に基づき、バケット3の特徴点を抽出し、抽出したバケット3の特徴点の位置を演算する。バケット3の特徴点の位置は、車体16の基準点(例えば、センターピン13、前輪間中心4ac)に対する相対位置である。バケット3の特徴点は、例えば、バケット3の先端部(爪先)、及びバケット3の左右端部などである。 The bucket position calculation unit 35 extracts characteristic points of the bucket 3 based on the detection results of the object detection sensor 73 and input information from the input device 76, and calculates the positions of the extracted characteristic points of the bucket 3. The positions of the characteristic points of the bucket 3 are relative positions with respect to reference points of the vehicle body 16 (e.g., the center pin 13, the center between the front wheels 4ac). The characteristic points of the bucket 3 are, for example, the tip (toe) of the bucket 3, and the left and right ends of the bucket 3.

-動作演算部-
経由地点演算部37、相対位置演算部38、位置合わせ完了判定部40、方位合わせ完了判定部41、フロント直進完了判定部42、目標値演算部43は、位置演算部31の演算結果に基づいて、車体16をホッパ20にアプローチさせる際の手順に応じて車体16の各部を動作させるための目標値を演算する動作演算部32として機能する。
-Operation calculation section-
The waypoint calculation unit 37, relative position calculation unit 38, alignment completion determination unit 40, orientation alignment completion determination unit 41, front straight driving completion determination unit 42, and target value calculation unit 43 function as an operation calculation unit 32 that calculates target values for operating each part of the vehicle body 16 according to the procedure for approaching the vehicle body 16 to the hopper 20 based on the calculation results of the position calculation unit 31.

経由地点演算部37は、車輪間中心演算部33、ホッパ位置演算部34、バケット位置演算部35の演算結果を用いて、ホッパ20へのアプローチが可能か否か(すなわちホッパ20への接近可能条件が成立したか否か)の判定と、経路追従走行完了時の車体16の位置(現在の位置)から積込位置P2に至る経路における最適な経由地点P1の演算を行う。 The waypoint calculation unit 37 uses the calculation results of the wheel-to-wheel center calculation unit 33, the hopper position calculation unit 34, and the bucket position calculation unit 35 to determine whether approach to the hopper 20 is possible (i.e., whether the conditions for approaching the hopper 20 are met), and calculates the optimal waypoint P1 on the route from the position of the vehicle body 16 at the time of completion of path-following travel (current position) to the loading position P2.

経由地点演算部37は、経由地点P1の演算に先立って、経路追従走行が完了した状態において、ホッパ20への接近可能条件が成立したか否かを判定する。ホッパ20への接近可能条件は、以下の(条件1)及び(条件2)を含む。
(条件1)ステアリング装置19の動作及び走行装置28による前進走行によって、経由地点P1に前輪間中心4acを一致させることが可能であること。
(条件2)経由地点P1に前輪間中心4acを一致させた状態で走行装置28を停止させつつステアリング装置19を動作させることによりフロントボディ11の向きをホッパ20の中心線CLに沿わせることが可能であること。
Prior to calculating the waypoint P1, the waypoint calculation unit 37 determines whether or not the conditions for approaching the hopper 20 are met when the route following travel is completed. The conditions for approaching the hopper 20 include the following (Condition 1) and (Condition 2).
(Condition 1) It is possible to align the center 4ac between the front wheels with the waypoint P1 by operating the steering device 19 and driving forward using the driving device 28.
(Condition 2) By stopping the running device 28 and operating the steering device 19 while aligning the center 4ac between the front wheels with the intermediate point P1, it is possible to align the direction of the front body 11 with the center line CL of the hopper 20.

経由地点演算部37は、(条件1)及び(条件2)の双方が満たされた場合に、ホッパ20への接近可能条件が成立したと判定し、(条件1)及び(条件2)の少なくとも一方が満たされていない場合には、ホッパ20への接近可能条件は成立していないと判定する。 The waypoint calculation unit 37 determines that the conditions for approaching the hopper 20 are met if both (Condition 1) and (Condition 2) are met, and determines that the conditions for approaching the hopper 20 are not met if at least one of (Condition 1) and (Condition 2) is not met.

このように、経由地点演算部37は、フロントボディ11の経由地点P1への位置合わせが可能であり、かつ、ホッパ20の中心線CLに対するフロントボディ11の方位合わせが可能であるか否かを判定する。 In this way, the waypoint calculation unit 37 determines whether it is possible to align the front body 11 with the waypoint P1 and whether it is possible to align the orientation of the front body 11 with the center line CL of the hopper 20.

図7~図9を参照して、経由地点P1の演算方法及び接近可能条件が成立したか否かの判定方法について詳しく説明する。図7は、位置合わせ動作が完了した状態のホイールローダ1の停車位置及び姿勢の一例を示す平面模式図である。図7には、位置合わせが完了した状態から方位合わせが可能な前輪間中心4ac、センターピン13及び後輪間中心4bcが取りうる範囲(以下、方位合わせ可能領域とも記す)A0が図示されている。方位合わせ可能領域A0は、略五角形である。 Referring to Figures 7 to 9, the method for calculating waypoint P1 and the method for determining whether the approach conditions are met will be described in detail. Figure 7 is a schematic plan view showing an example of the stopping position and posture of the wheel loader 1 after the alignment operation is complete. Figure 7 also shows the range A0 (hereinafter also referred to as the azimuth alignment area) that the front wheel center 4ac, center pin 13, and rear wheel center 4bc can take, allowing for azimuth alignment after the alignment is complete. The azimuth alignment area A0 is approximately pentagonal.

方位合わせ可能領域A0は、点A1と点A2とを結ぶ線分A1A2、点A2と点A3とを結ぶ線分A2A3、点A1と点A5とを結ぶ線分A1A5、点A5と点A4とを結ぶ線分A5A4、及び、点A3と点A4とを結ぶ円弧A3A4により囲まれる領域である。点A1は、経由地点P1に一致している前輪間中心4acの位置に相当する。点A2及び点A5は、ホイールローダ1の屈曲角αが最大屈曲角αmaxのときのセンターピン13の位置に相当する。点A3及び点A4は、ホイールローダ1の屈曲角αが最大屈曲角αmaxのときの後輪間中心4bcの位置に相当する。 The orientation adjustment possible area A0 is the area surrounded by the line segment A1A2 connecting points A1 and A2, the line segment A2A3 connecting points A2 and A3, the line segment A1A5 connecting points A1 and A5, the line segment A5A4 connecting points A5 and A4, and the arc A3A4 connecting points A3 and A4. Point A1 corresponds to the position of the center between the front wheels 4ac, which coincides with waypoint P1. Points A2 and A5 correspond to the positions of the center pin 13 when the bending angle α of the wheel loader 1 is the maximum bending angle αmax. Points A3 and A4 correspond to the position of the center between the rear wheels 4bc when the bending angle α of the wheel loader 1 is the maximum bending angle αmax.

なお、円弧A3A4は、経由地点P1に前輪間中心4acが位置し、かつ、センターピン13がホッパ20の中心線CL上に位置している場合に、後輪間中心4bcのとりうる点の集合に相当する。線分A1A2及び線分A1A5の長さは、前輪間中心4acからセンターピン13までの長さに相当する。線分A2A3及び線分A5A4の長さ、並びに円弧A3A4の半径は、センターピン13から後輪間中心4bcまでの長さに相当する。 Note that arc A3A4 corresponds to the set of possible points for rear wheel center 4bc when front wheel center 4ac is located at waypoint P1 and center pin 13 is located on center line CL of hopper 20. The lengths of line segments A1A2 and A1A5 correspond to the length from front wheel center 4ac to center pin 13. The lengths of line segments A2A3 and A5A4, as well as the radius of arc A3A4, correspond to the length from center pin 13 to rear wheel center 4bc.

点A2及び点A3は、車体16が左方向に最大で屈曲されたときのセンターピン13及び後輪間中心4bcの位置であり、点A5及び点A4は、車体16が右方向に最大で屈曲されたときのセンターピン13及び後輪間中心4bcの位置である。図7に示す方位合わせ可能領域A0は、ホッパ20に対してセンターピン13が右側にある場合と左側にある場合の双方を考慮した領域として図示されている。このため、方位合わせ可能領域A0は、ホッパ20の中心線CLを対称軸とする線対称形状を呈している。 Points A2 and A3 are the positions of the center pin 13 and the rear wheel center 4bc when the vehicle body 16 is bent to the maximum extent to the left, and points A5 and A4 are the positions of the center pin 13 and the rear wheel center 4bc when the vehicle body 16 is bent to the maximum extent to the right. The orientation adjustment area A0 shown in Figure 7 is illustrated as an area that takes into account both the cases where the center pin 13 is on the right side and the left side of the hopper 20. For this reason, the orientation adjustment area A0 has an axisymmetric shape with the center line CL of the hopper 20 as the axis of symmetry.

点A1は経由地点P1上にあり、線分A2A3及び線分A5A4はホッパ20の中心線CLに平行である。また、方位合わせ可能領域A0の点A2及び点A5における外角は、それぞれ車体16の最大屈曲角αmaxと等しい。前述のとおり、停止した状態で車体16を屈曲させると、前輪間中心4ac及び後輪間中心4bcの位置はほぼ変化せず、センターピン13の位置が左右に動く。例えば、前輪間中心4ac、センターピン13、及び後輪間中心4bcがそれぞれ点A1,A2,A3にある場合のセンターピン13の位置の変化は以下のとおりである。車体16が左側に最大屈曲している状態から、車体16を右側に最大屈曲させると、センターピン13がホッパ20の中心線CL上に位置する(点A2´参照)。その結果、フロントボディ11の中心線とホッパ20の中心線CLとが平行になり、フロントボディ11とホッパ20の前側壁20afとが正対する。 Point A1 is located on waypoint P1, and line segments A2A3 and A5A4 are parallel to the center line CL of the hopper 20. Furthermore, the exterior angles at points A2 and A5 of the orientation adjustment area A0 are each equal to the maximum bending angle αmax of the vehicle body 16. As mentioned above, when the vehicle body 16 is bent while stopped, the positions of the front wheel center 4ac and the rear wheel center 4bc remain almost constant, while the position of the center pin 13 moves left and right. For example, when the front wheel center 4ac, center pin 13, and rear wheel center 4bc are located at points A1, A2, and A3, respectively, the position of the center pin 13 changes as follows: When the vehicle body 16 is bent from its maximum bending to the left to its maximum bending to the right, the center pin 13 is positioned on the center line CL of the hopper 20 (see point A2'). As a result, the center line of the front body 11 and the center line CL of the hopper 20 become parallel, and the front body 11 and the front wall 20af of the hopper 20 face each other directly.

図7では、点A1,A2,A3に前輪間中心4ac、センターピン13、及び後輪間中心4bcが位置していたホイールローダ1の方位合わせ動作が完了したときの前輪間中心4ac、センターピン13、及び後輪間中心4bcを結ぶ線分を破線で示している。図示しないが、同様に点A1,A5,A4に前輪間中心4ac、センターピン13、及び後輪間中心4bcが位置している場合には、左側に車体16を最大屈曲させることにより、センターピン13をホッパ20の中心線CL上に位置させることができる。 In Figure 7, dashed lines indicate the lines connecting the front wheel center 4ac, center pin 13, and rear wheel center 4bc when the wheel loader 1 has completed its orientation operation, with the front wheel center 4ac, center pin 13, and rear wheel center 4bc located at points A1, A2, and A3. Although not shown, if the front wheel center 4ac, center pin 13, and rear wheel center 4bc are similarly located at points A1, A5, and A4, the center pin 13 can be positioned on the center line CL of the hopper 20 by bending the vehicle body 16 to the maximum extent to the left.

これに対して、方位合わせ可能領域A0の外側にセンターピン13が位置している状態では、車体16をどのように屈曲したとしても、センターピン13をホッパ20の中心線CL上に位置させることができない。つまり、フロントボディ11の中心線をホッパ20の中心線CLに平行にすることができない。 In contrast, when the center pin 13 is located outside the orientation adjustment area A0, no matter how the vehicle body 16 is bent, the center pin 13 cannot be positioned on the center line CL of the hopper 20. In other words, the center line of the front body 11 cannot be made parallel to the center line CL of the hopper 20.

以上のとおり、方位合わせ可能領域A0は、位置合わせ動作の完了後、フロントボディ11の向き(方位)をホッパ20の中心線CLに平行な方向に合わせること、すなわち方位合わせが可能な車体16の停車位置及び姿勢の限界を示している。言い換えると、位置合わせ動作が完了して前輪間中心4acが点A1に位置しているときに、点A2と点A3とを通る直線と点A5と点A4とを通る直線との間に後輪間中心4bcが位置し、かつ、ホッパ20の中心線CLとフロントボディ11の中心線とのなす角θが最大屈曲角以下であれば、その後、方位合わせが可能であるといえる。なお、フロントボディ11の中心線は、車体16の屈曲中心(センターピン13)及び前輪間中心4acを通る仮想直線である。 As described above, the orientation adjustment possible area A0 indicates the limit of the vehicle body 16's stopping position and posture where the orientation (azimuth) of the front body 11 can be aligned parallel to the center line CL of the hopper 20 after the alignment operation is complete, i.e., where orientation adjustment is possible. In other words, when the alignment operation is complete and the front wheel center 4ac is located at point A1, if the rear wheel center 4bc is located between the line passing through points A2 and A3 and the line passing through points A5 and A4, and if the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the center line of the front body 11 is less than the maximum bending angle, then orientation adjustment can be said to be possible. Note that the center line of the front body 11 is an imaginary line passing through the bending center (center pin 13) of the vehicle body 16 and the front wheel center 4ac.

図8を参照して、経路追従走行が完了した状態において、ホッパ20への接近可能条件が成立したか否かを判定する方法の一例を説明する。図8には、経路追従走行が完了したホイールローダ1が模式的に示されている。また、図8には、経路追従走行が完了した状態において、経由地点P1を仮定した場合の方位合わせ可能領域A0が示されている。 With reference to Figure 8, an example of a method for determining whether the conditions for approaching the hopper 20 are met when path-following travel is complete will be described. Figure 8 schematically shows a wheel loader 1 when path-following travel has been completed. Figure 8 also shows the orientation adjustment area A0 when path-following travel is complete, assuming waypoint P1.

経路追従走行が完了した後、ホイールローダ1の前輪間中心4acを仮定した経由地点P1である仮定地点(点A1)に一致させるための走行経路は、仮定地点(点A1)、前輪間中心4ac、後輪間中心4bcを通る円弧C1となる。ホイールローダ1は、アーティキュレート式の車両であるため、前輪間中心4ac及び後輪間中心4bcが円弧C1上を通る。このため、「円弧C1の半径が車両の最小旋回半径以上であること」が位置合わせを可能とする条件となり、「円弧C1が円弧A3A4と交わること」が方位合わせを可能とする条件となる。 After path-following travel is complete, the travel path for aligning the wheel loader 1's front wheel center 4ac with the assumed point (point A1), which is the assumed waypoint P1, is the arc C1 that passes through the assumed point (point A1), the front wheel center 4ac, and the rear wheel center 4bc. Because the wheel loader 1 is an articulated vehicle, the front wheel center 4ac and the rear wheel center 4bc pass on arc C1. For this reason, the condition for positioning is that "the radius of arc C1 is greater than or equal to the vehicle's minimum turning radius," and the condition for orientation is that "arc C1 intersects with arcs A3A4."

つまり、円弧C1の半径が車両の最小旋回半径以上である場合には(条件1)が満たされ、円弧C1の半径が車両の最小旋回半径未満である場合には(条件1)が満たされない。また、円弧C1が円弧A3A4と交わる場合には(条件2)が満たされ、円弧C1が円弧A3A4と交わらない場合には(条件2)が満たされない。 In other words, if the radius of arc C1 is equal to or greater than the vehicle's minimum turning radius (condition 1) is met, and if the radius of arc C1 is less than the vehicle's minimum turning radius (condition 1) is not met. Furthermore, if arc C1 intersects with arc A3A4 (condition 2) is met, and if arc C1 does not intersect with arc A3A4 (condition 2) is not met.

図9を参照して、経由地点P1の設定方法の一例を説明する。図9のグラフの横軸は、位置合わせ完了状態でのホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θを表す。また、図9のグラフの縦軸は、ホッパ20から経由地点P1までの距離x、すなわち中心線CL上におけるホッパ20の前側壁20afから経由地点P1までの長さを表す。 An example of a method for setting waypoint P1 will be described with reference to Figure 9. The horizontal axis of the graph in Figure 9 represents the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11 when alignment is complete. The vertical axis of the graph in Figure 9 represents the distance x from the hopper 20 to waypoint P1, i.e., the length from the front wall 20af of the hopper 20 on the center line CL to waypoint P1.

図4(b)及び図4(c)に示すように、経由地点P1は、方位合わせ動作においてバケット3の右先端BR及び左先端BLがホッパ20に接触しないように、設定する必要がある。方位合わせ動作においてバケット3がホッパ20に接触しない経由地点P1とホッパ20との最短距離は、バケット3の位置と、位置合わせ動作が完了した状態でのなす角θとによって変化する。なお、バケット3の右先端BR及び左先端BLの位置は、バケット3の高さによって変化する。 As shown in Figures 4(b) and 4(c), waypoint P1 must be set so that the right tip BR and left tip BL of the bucket 3 do not come into contact with the hopper 20 during the orientation adjustment operation. The shortest distance between waypoint P1 and the hopper 20, at which the bucket 3 does not come into contact with the hopper 20 during the orientation adjustment operation, varies depending on the position of the bucket 3 and the angle θ formed when the alignment operation is complete. Note that the positions of the right tip BR and left tip BL of the bucket 3 vary depending on the height of the bucket 3.

図9に示す接触防止特性曲線アは、バケット3の位置が一定の場合において、方位合わせ動作によりバケット3がホッパ20に接触しない経由地点P1の位置(ホッパ20から経由地点P1までの距離)と、ホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θの関係を示している。なお、バケット3の位置とは、平面視した場合のセンターピン13に対するバケット3の相対位置である。図中、接触防止特性曲線アよりも上側の領域であれば、方位合わせ動作において、ホッパ20とバケット3とは接触しない。接触防止特性曲線アのテーブルは、バケット3の位置ごとに予め演算され、不揮発性メモリ102に記録されている。なお、接触防止特性曲線アにより規定される距離xの最小値は、少なくとも前輪間中心4acとバケット3の先端部との間の距離x0よりも大きい値が設定される。 Contact prevention characteristic curve A shown in Figure 9 indicates the relationship between the position of waypoint P1 (the distance from the hopper 20 to waypoint P1) at which the bucket 3 does not come into contact with the hopper 20 during the azimuth alignment operation when the bucket 3 position is constant, and the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11. Note that the position of the bucket 3 is the relative position of the bucket 3 with respect to the center pin 13 when viewed from above. In the figure, if the area is above contact prevention characteristic curve A, the hopper 20 and bucket 3 will not come into contact during the azimuth alignment operation. A table of contact prevention characteristic curve A is calculated in advance for each bucket 3 position and stored in non-volatile memory 102. Note that the minimum value of distance x defined by contact prevention characteristic curve A is set to a value at least greater than the distance x0 between the center 4ac between the front wheels and the tip of the bucket 3.

ここで、上述したように、経路追従走行が完了した状態において、前輪間中心4ac、後輪間中心4bc、仮定した経由地点P1である仮定地点に基づいて、仮定地点に至る走行経路(図8の円弧C1参照)を決定することができる。この走行経路(円弧C1)の仮定地点(経由地点P1)における接線の方向が、経路追従走行が完了した状態におけるフロントボディ11の向きに相当する。このため、走行経路(円弧C1)を求めることにより、ホッパ20の中心線CLとフロントボディ11の中心線とのなす角θを求めることができる。 As described above, once path-following travel is complete, a travel route (see arc C1 in Figure 8) leading to the assumed point can be determined based on the center between the front wheels 4ac, the center between the rear wheels 4bc, and the assumed waypoint P1. The direction of the tangent to this travel route (arc C1) at the assumed point (waypoint P1) corresponds to the orientation of the front body 11 once path-following travel is complete. Therefore, by determining the travel route (arc C1), the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the center line of the front body 11 can be determined.

このように、経由地点P1を仮定すれば、ホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θを求めることができる。したがって、経路追従走行が完了したときの初期位置において前輪間中心4ac及び後輪間中心4bcの位置が定まると、ホッパ20から仮定地点(経由地点P1)までの距離xと、ホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θの関係は一意に決まる。 In this way, assuming waypoint P1, the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11 can be determined. Therefore, once the positions of the front wheel center 4ac and the rear wheel center 4bc are determined at the initial position when path-following driving is completed, the relationship between the distance x from the hopper 20 to the assumed point (waypoint P1) and the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11 is uniquely determined.

経由地点演算部37は、経路追従走行完了時点の位置(初期位置)において、前輪間中心4ac及び後輪間中心4bc、ホッパ20の位置及びホッパ20の中心線CLに基づいて、ホッパ20から仮定した経由地点P1(仮定地点)までの距離x、経由地点P1に前輪間中心4acが一致したときのホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θとの関係を規定する許容屈曲角線を演算する。 The waypoint calculation unit 37 calculates the distance x from the hopper 20 to the assumed waypoint P1 (assumed point) based on the center between the front wheels 4ac and the center between the rear wheels 4bc, the position of the hopper 20, and the center line CL of the hopper 20 at the position at the end of path following driving (initial position), and the allowable bending angle line that defines the relationship between the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11 when the center between the front wheels 4ac coincides with the waypoint P1.

図9に示す線イ、ウは、許容屈曲角線の一例を示している。なお、なす角θは最大屈曲角以下であるため、線イ及び線ウは、なす角θが最大屈曲角となる位置までの線となる。 Lines A and C in Figure 9 show examples of allowable bending angle lines. Note that since the angle θ is less than the maximum bending angle, lines A and C extend to the position where the angle θ is the maximum bending angle.

線イは線アと点エで交差する。点エは、ホッパ20とバケット3が接触することなく、位置合わせ及び方位合わせが可能な距離xの最小値を示している。これに対して、線ウは線アと交差する点を持たない。このため、経路追従走行が完了した状態から、ホッパ20とバケット3が接触しないように位置合わせ動作及び方位合わせ動作が可能な経由地点P1を設定することはできない。 Line B intersects with Line A at Point D. Point D indicates the minimum distance x at which alignment and orientation can be performed without the hopper 20 and bucket 3 coming into contact. In contrast, Line C does not have a point at which it intersects with Line A. For this reason, once path-following travel is complete, it is not possible to set waypoint P1 at which alignment and orientation operations can be performed without the hopper 20 and bucket 3 coming into contact.

経由地点演算部37は、経路追従走行が完了すると、複数の接触防止特性曲線(図9の線ア参照)の中から現在のバケット3の位置に対応する接触防止特性曲線を読み出す。経由地点演算部37は、現在の前輪間中心4ac、後輪間中心4bc及びホッパ20の位置に基づいて、許容屈曲角線(図9の線イ、ウ参照)を演算する。 When path-following travel is completed, the waypoint calculation unit 37 reads out the contact prevention characteristic curve corresponding to the current position of the bucket 3 from among multiple contact prevention characteristic curves (see line A in Figure 9). The waypoint calculation unit 37 calculates the allowable bending angle line (see lines B and C in Figure 9) based on the current positions of the front wheel center 4ac, rear wheel center 4bc, and hopper 20.

経由地点演算部37は、読み出した接触防止特性曲線と、演算された許容屈曲角線とに基づいて、接近可能条件が成立したか否かを判定する。接触防止特性曲線と、許容屈曲角線とが交差する場合、経由地点演算部37は、接近可能条件が成立したと判定し、その交差点における距離xに基づき、経由地点P1の位置を設定する。 The waypoint calculation unit 37 determines whether the approach condition is met based on the read contact prevention characteristic curve and the calculated allowable bending angle line. If the contact prevention characteristic curve and the allowable bending angle line intersect, the waypoint calculation unit 37 determines that the approach condition is met and sets the position of waypoint P1 based on the distance x at that intersection.

接触防止特性曲線と、許容屈曲角線とが交差しない場合、経由地点演算部37は、接近可能条件が成立していないと判定する。接近可能条件が成立しなかった場合には、経由地点演算部37は、報知装置75を制御して、報知装置75によって警告をオペレータに報知する。警告は、接近可能条件が成立しなかった旨をオペレータに知らせるためのものである。警告には、現在の位置では適切な積込位置への移動ができないことをオペレータに知らせるための情報と、オペレータの補助を要請するための情報とが含まれる。 If the contact prevention characteristic curve and the allowable bending angle line do not intersect, the waypoint calculation unit 37 determines that the approach condition is not met. If the approach condition is not met, the waypoint calculation unit 37 controls the notification device 75 to issue a warning to the operator via the notification device 75. The warning is intended to inform the operator that the approach condition is not met. The warning includes information to inform the operator that it is not possible to move to an appropriate loading position from the current position, and information to request operator assistance.

図6に示す目標値演算部43は、経由地点演算部37により経由地点P1が設定されると、車両制御部44と協働して、前輪間中心4acを経由地点P1に一致させるための位置合わせ制御を実行する。 When the waypoint calculation unit 37 sets waypoint P1, the target value calculation unit 43 shown in Figure 6 works in cooperation with the vehicle control unit 44 to perform alignment control to align the center between the front wheels 4ac with waypoint P1.

相対位置演算部38は、車輪間中心演算部33、ホッパ位置演算部34、バケット位置演算部35の演算結果に基づき、ホッパ20、バケット3、前輪間中心4acの相対位置(相対距離及び相対角度)の演算を行う。また、相対位置演算部38は、ホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θを演算する。さらに、相対位置演算部38は、バケット3の掘削物をホッパ20に放出する位置(放出位置)を演算する。放出位置は、バケット3の制御点の目標位置に相当する。バケット3の制御点は、バケット3の任意の位置に設定可能であり、例えば、リフトアーム2とバケット3とを連結するバケットピンの位置に設定される。 The relative position calculation unit 38 calculates the relative positions (relative distance and relative angle) of the hopper 20, bucket 3, and front wheel center 4ac based on the calculation results of the wheel center calculation unit 33, hopper position calculation unit 34, and bucket position calculation unit 35. The relative position calculation unit 38 also calculates the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11. The relative position calculation unit 38 also calculates the position (discharge position) at which the excavated material in the bucket 3 is discharged into the hopper 20. The discharge position corresponds to the target position of the control point of the bucket 3. The control point of the bucket 3 can be set to any position on the bucket 3, for example, to the position of the bucket pin that connects the lift arm 2 and bucket 3.

位置合わせ完了判定部40は、経由地点演算部37により経由地点P1の位置が演算された場合、経由地点演算部37の演算結果及び相対位置演算部38の演算結果に基づき、位置合わせ動作の完了条件が成立しているか否かを判定する。位置合わせ完了判定部40は、例えば、経由地点演算部37により演算された経由地点P1の位置に前輪間中心4acの位置が一致している場合に、位置合わせ動作の完了条件が成立していると判定する。 When the position of waypoint P1 is calculated by waypoint calculation unit 37, alignment completion determination unit 40 determines whether the conditions for completing the alignment operation are met based on the calculation results of waypoint calculation unit 37 and the calculation results of relative position calculation unit 38. For example, when the position of front wheel center 4ac matches the position of waypoint P1 calculated by waypoint calculation unit 37, alignment completion determination unit 40 determines that the conditions for completing the alignment operation are met.

位置合わせ完了判定部40は、経由地点P1の位置から所定の範囲内に、前輪間中心4acが位置している場合には、経由地点P1の位置に前輪間中心4acの位置が一致していると判定する。より具体的には、位置合わせ完了判定部40は、経由地点P1から前輪間中心4acまでの距離yを演算する。位置合わせ完了判定部40は、演算された距離yが予め定めた距離閾値y0以下である場合には、経由地点P1の位置に前輪間中心4acの位置が一致しており、位置合わせ動作の完了条件が成立していると判定する。位置合わせ完了判定部40は、演算された距離yが距離閾値y0よりも大きい場合には、経由地点P1の位置に前輪間中心4acの位置が一致しておらず、位置合わせ動作の完了条件は成立していないと判定する。 If the front wheel center 4ac is located within a predetermined range from the waypoint P1, the alignment completion determination unit 40 determines that the position of the front wheel center 4ac coincides with the position of the waypoint P1. More specifically, the alignment completion determination unit 40 calculates the distance y from the waypoint P1 to the front wheel center 4ac. If the calculated distance y is less than or equal to a predetermined distance threshold y0, the alignment completion determination unit 40 determines that the position of the front wheel center 4ac coincides with the position of the waypoint P1, and the completion condition for the alignment operation is met. If the calculated distance y is greater than the distance threshold y0, the alignment completion determination unit 40 determines that the position of the front wheel center 4ac does not coincide with the position of the waypoint P1, and the completion condition for the alignment operation is not met.

位置合わせ動作の完了条件が成立していると判定されると、位置合わせ完了判定部40は、位置合わせ動作の完了信号を目標値演算部43及び方位合わせ完了判定部41に出力する。位置合わせ動作の完了信号を取得した目標値演算部43は、位置合わせ制御を完了し、車両制御部44と協働して方位合わせ制御を開始する。 When it is determined that the conditions for completing the alignment operation are met, the alignment completion determination unit 40 outputs a signal indicating completion of the alignment operation to the target value calculation unit 43 and the azimuth alignment completion determination unit 41. Upon receiving the signal indicating completion of the alignment operation, the target value calculation unit 43 completes the alignment control and starts azimuth alignment control in cooperation with the vehicle control unit 44.

方位合わせ完了判定部41は、位置合わせ動作の完了信号を取得すると、相対位置演算部38の演算結果に基づき、方位合わせ動作の完了条件が成立しているか否かを判定する。方位合わせ完了判定部41は、例えば、相対位置演算部38により演算されたホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θが角度閾値θ0以下である場合に、方位合わせ動作の完了条件が成立していると判定する。方位合わせ完了判定部41は、なす角θが予め定めた角度閾値θ0よりも大きい場合には、方位合わせ動作の完了条件は成立していないと判定する。 When the azimuth alignment completion determination unit 41 receives the alignment operation completion signal, it determines whether the conditions for completing the azimuth alignment operation are met based on the calculation results of the relative position calculation unit 38. For example, the azimuth alignment completion determination unit 41 determines that the conditions for completing the azimuth alignment operation are met when the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11 calculated by the relative position calculation unit 38 is equal to or less than the angle threshold θ0. If the angle θ is greater than the predetermined angle threshold θ0, the azimuth alignment completion determination unit 41 determines that the conditions for completing the azimuth alignment operation are not met.

方位合わせ動作の完了条件が成立していると判定されると、方位合わせ完了判定部41は、方位合わせ動作の完了信号を目標値演算部43及びフロント直進完了判定部42に出力する。方位合わせ動作の完了信号を取得した目標値演算部43は、方位合わせ制御を完了し、車両制御部44と協働して、フロント直進制御を開始する。 When it is determined that the conditions for completing the heading adjustment operation are met, the heading adjustment completion determination unit 41 outputs a completion signal for the heading adjustment operation to the target value calculation unit 43 and the front straight driving completion determination unit 42. Upon receiving the completion signal for the heading adjustment operation, the target value calculation unit 43 completes the heading adjustment control and starts front straight driving control in cooperation with the vehicle control unit 44.

フロント直進完了判定部42は、方位合わせ動作の完了信号を取得すると、相対位置演算部38の演算結果に基づき、フロント直進動作の完了条件が成立したか否かを判定する。フロント直進完了判定部42は、例えば、ホッパ20の上方にバケット3が位置している場合に、フロント直進動作の完了条件が成立していると判定する。 When the front straight ahead movement completion determination unit 42 receives the azimuth alignment operation completion signal, it determines whether the conditions for completing the front straight ahead movement have been met based on the calculation results of the relative position calculation unit 38. For example, the front straight ahead movement completion determination unit 42 determines that the conditions for completing the front straight ahead movement have been met when the bucket 3 is positioned above the hopper 20.

フロント直進完了判定部42は、ホッパ20に対する放出位置の所定の範囲内に、バケット3の制御点が位置している場合には、フロント直進動作の完了条件が成立したと判定する。より具体的には、フロント直進完了判定部42は、放出位置からバケット3の制御点までの距離zを演算する。フロント直進完了判定部42は、演算された距離zが予め定めた距離閾値z0以下である場合には、ホッパ20の上方にバケット3が位置しており、フロント直進動作の完了条件が成立したと判定する。フロント直進完了判定部42は、演算された距離zが距離閾値z0よりも大きい場合には、ホッパ20の上方にバケット3が位置していないため、フロント直進動作の完了条件は成立していないと判定する。 The front straight travel completion determination unit 42 determines that the completion condition for the front straight travel operation is met if the control point of the bucket 3 is located within a predetermined range of the discharge position relative to the hopper 20. More specifically, the front straight travel completion determination unit 42 calculates the distance z from the discharge position to the control point of the bucket 3. If the calculated distance z is less than or equal to a predetermined distance threshold z0, the front straight travel completion determination unit 42 determines that the bucket 3 is located above the hopper 20 and the completion condition for the front straight travel operation is met. If the calculated distance z is greater than the distance threshold z0, the front straight travel completion determination unit 42 determines that the bucket 3 is not located above the hopper 20 and the completion condition for the front straight travel operation is not met.

なお、フロント直進完了判定部42による判定方法はこれに限定されない。例えば、相対位置演算部38は、バケット3から掘削物を放出するときの前輪間中心4acの目標位置である積込位置を演算する。フロント直進完了判定部42は、相対位置演算部38により演算された積込位置に前輪間中心4acが一致した場合に、フロント直進動作の完了条件が成立したと判定してもよい。 Note that the determination method used by the front straight traveling completion determination unit 42 is not limited to this. For example, the relative position calculation unit 38 calculates a loading position, which is the target position of the center between the front wheels 4ac when releasing excavated material from the bucket 3. The front straight traveling completion determination unit 42 may determine that the completion condition for the front straight traveling operation has been met when the center between the front wheels 4ac matches the loading position calculated by the relative position calculation unit 38.

フロント直進動作の完了条件が成立していると判定されると、フロント直進完了判定部42は、フロント直進動作の完了信号を目標値演算部43に出力する。フロント直進動作の完了信号を取得した目標値演算部43は、フロント直進制御を完了し、車両制御部44と協働して積込制御を開始する。 When it is determined that the conditions for completing the front straight-ahead operation are met, the front straight-ahead operation completion determination unit 42 outputs a front straight-ahead operation completion signal to the target value calculation unit 43. Upon receiving the front straight-ahead operation completion signal, the target value calculation unit 43 completes the front straight-ahead operation control and starts loading control in cooperation with the vehicle control unit 44.

目標値演算部43は、経路追従走行が完了し、経由地点P1が設定されると、位置合わせ動作を行うための目標値を演算する。目標値演算部43は、位置合わせ完了判定部40から位置合わせ完了信号を取得すると、方位合わせ動作を行うための目標値を演算する。目標値演算部43は、方位合わせ動作の完了信号を取得すると、フロント直進動作を行うための目標値を演算する。目標値演算部43は、フロント直進動作の完了信号を取得すると、バケット3から掘削物を放出するための目標値を演算する。目標値には、目標車速、目標屈曲角、目標アーム角度及び目標バケット角度がある。 When path following travel is completed and waypoint P1 is set, the target value calculation unit 43 calculates a target value for performing a positioning operation. When the target value calculation unit 43 receives a positioning completion signal from the positioning completion determination unit 40, it calculates a target value for performing an orientation alignment operation. When the target value calculation unit 43 receives a completion signal for the orientation alignment operation, it calculates a target value for performing a front straight ahead operation. When the target value calculation unit 43 receives a completion signal for the front straight ahead operation, it calculates a target value for releasing the excavated material from the bucket 3. The target values include the target vehicle speed, target bending angle, target arm angle, and target bucket angle.

目標値演算部43による目標値の演算には、経由地点演算部37により演算された経由地点P1の位置と、相対位置演算部38の演算結果が用いられる。車両制御部44は、目標値演算部43により演算された目標値に基づき、車両の各部を制御する。例えば、車両制御部44は、屈曲角センサ72により検出される屈曲角が目標値演算部43により演算された目標屈曲角になるように、ステアリング装置19を制御する。また、車両制御部44は、車速センサ74により検出される車速が目標値演算部43により演算された目標車速になるように、エンジン50、走行装置28(ブレーキ装置18を含む)を制御する。さらに、車両制御部44は、アーム角度センサ及びバケット角度センサにより検出されたアーム角度及びバケット角度が目標アーム角度及び目標バケット角度になるように、作業装置17を制御する。 The target value calculation unit 43 calculates the target value using the position of waypoint P1 calculated by waypoint calculation unit 37 and the calculation results of the relative position calculation unit 38. The vehicle control unit 44 controls various parts of the vehicle based on the target values calculated by the target value calculation unit 43. For example, the vehicle control unit 44 controls the steering device 19 so that the bending angle detected by the bending angle sensor 72 becomes the target bending angle calculated by the target value calculation unit 43. The vehicle control unit 44 also controls the engine 50 and the traveling device 28 (including the brake device 18) so that the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 74 becomes the target vehicle speed calculated by the target value calculation unit 43. The vehicle control unit 44 also controls the working device 17 so that the arm angle and bucket angle detected by the arm angle sensor and bucket angle sensor become the target arm angle and target bucket angle.

図10のフローチャートを参照して、制御装置100により実行される接近動作制御の流れの一例について説明する。図10のフローチャートに示す処理は、経路追従走行の完了条件が成立することにより開始され、所定の制御周期で繰り返し実行される。 An example of the flow of approach operation control executed by the control device 100 will be described with reference to the flowchart in Figure 10. The processing shown in the flowchart in Figure 10 is started when the completion condition for path following driving is met, and is executed repeatedly at a predetermined control cycle.

図10に示すように、ステップS100において、位置演算部31は、屈曲角センサ72、物体検知センサ73及び入力装置76からの情報を取得し、取得した情報に基づいて、前輪間中心4ac、後輪間中心4bc、ホッパ20、及びバケット3の位置を演算し、処理をステップS104に進める。 As shown in FIG. 10, in step S100, the position calculation unit 31 acquires information from the bending angle sensor 72, the object detection sensor 73, and the input device 76, and calculates the positions of the center between the front wheels 4ac, the center between the rear wheels 4bc, the hopper 20, and the bucket 3 based on the acquired information, and then proceeds to step S104.

ステップS104において、経由地点演算部37は、ホッパ20への接近可能条件が成立したか否かを判定する。ステップS104において、ホッパ20への接近可能条件が成立していると判定されると処理がステップS112に進み、ホッパ20への接近可能条件が成立していないと判定されると処理がステップS108に進む。 In step S104, the waypoint calculation unit 37 determines whether the conditions for approaching the hopper 20 are met. If it is determined in step S104 that the conditions for approaching the hopper 20 are met, processing proceeds to step S112; if it is determined that the conditions for approaching the hopper 20 are not met, processing proceeds to step S108.

ステップS108において、制御装置100は、報知装置75を制御して、警告を報知装置75によって報知させる。報知装置75によって報知される警告には、接近可能条件が成立しなかった旨、及び、オペレータの介入を要請する情報が含まれる。警告処理(S108)が完了すると、処理がステップS100に戻る。 In step S108, the control device 100 controls the alarm device 75 to issue a warning. The warning issued by the alarm device 75 includes information indicating that the approach conditions have not been met and a request for operator intervention. When the warning process (S108) is completed, the process returns to step S100.

ステップS112において、経由地点演算部37は、経由地点P1の位置を演算する。経由地点P1の演算処理(ステップS112)が完了すると、制御装置100は、位置合わせ制御(ステップS116~S136)を開始する。ステップS116において、位置合わせ完了判定部40は、ステップS100で演算された現在の前輪間中心4acの位置が、ステップS112で演算された経由地点P1の位置に一致しているか否かを判定する。 In step S112, the waypoint calculation unit 37 calculates the position of waypoint P1. When the calculation process for waypoint P1 (step S112) is completed, the control device 100 starts alignment control (steps S116 to S136). In step S116, the alignment completion determination unit 40 determines whether the current position of the center between the front wheels 4ac calculated in step S100 matches the position of waypoint P1 calculated in step S112.

ステップS116において、位置合わせ完了判定部40は、前輪間中心4acの位置が経由地点P1の位置に一致していないと判定されると、処理がステップS120に進む。ステップS120において、目標値演算部43は、目標屈曲角を演算し、処理をステップS122に進める。目標屈曲角は、ステップS100で演算された前輪間中心4ac及び後輪間中心4bc並びにステップS112で演算された経由地点P1を通る円弧C1に基づき演算される。ステップS122において、車両制御部44は、屈曲角センサ72により検出された現在の屈曲角の情報を取得し、処理をステップS124に進める。ステップS124において、車両制御部44は、現在の屈曲角が目標屈曲角に一致しているか否かを判定する。 In step S116, if the alignment completion determination unit 40 determines that the position of the front wheel center 4ac does not match the position of waypoint P1, the process proceeds to step S120. In step S120, the target value calculation unit 43 calculates the target articulation angle, and the process proceeds to step S122. The target articulation angle is calculated based on the front wheel center 4ac and the rear wheel center 4bc calculated in step S100, and the arc C1 passing through waypoint P1 calculated in step S112. In step S122, the vehicle control unit 44 acquires information about the current articulation angle detected by the articulation angle sensor 72, and the process proceeds to step S124. In step S124, the vehicle control unit 44 determines whether the current articulation angle matches the target articulation angle.

ステップS124において、現在の屈曲角が目標屈曲角に一致していないと判定されると、処理がステップS128に進む。ステップS128において、車両制御部44は、現在の屈曲角が目標屈曲角に近づくようにステアリング装置19を制御することで屈曲角を変更し、処理をステップS122に戻す。 If it is determined in step S124 that the current bending angle does not match the target bending angle, processing proceeds to step S128. In step S128, the vehicle control unit 44 changes the bending angle by controlling the steering device 19 so that the current bending angle approaches the target bending angle, and processing returns to step S122.

ステップS124において、現在の屈曲角が目標屈曲角に一致していると判定されると、処理がステップS132に進む。ステップS132において、目標値演算部43及び車両制御部44は、エンジン50及び走行装置28を制御して車体16を所定の車速V1で前進させ、処理をステップS134に進める。 If it is determined in step S124 that the current bending angle matches the target bending angle, processing proceeds to step S132. In step S132, the target value calculation unit 43 and vehicle control unit 44 control the engine 50 and the driving device 28 to move the vehicle body 16 forward at a predetermined vehicle speed V1, and processing proceeds to step S134.

ステップS134において、位置演算部31は、屈曲角センサ72、物体検知センサ73及び入力装置76からの情報を取得し、取得した情報に基づいて、前輪間中心4acを演算し、処理をステップS136に進める。 In step S134, the position calculation unit 31 acquires information from the bending angle sensor 72, the object detection sensor 73, and the input device 76, calculates the center between the front wheels 4ac based on the acquired information, and proceeds to step S136.

ステップS136において、位置合わせ完了判定部40は、ステップS134で演算された現在の前輪間中心4acの位置が、ステップS112で演算された経由地点P1の位置に一致しているか否かを判定する。ステップS136において、前輪間中心4acの位置が経由地点P1の位置に一致していないと判定されると、処理がステップS132に戻る。 In step S136, the alignment completion determination unit 40 determines whether the current position of the center between the front wheels 4ac calculated in step S134 matches the position of the waypoint P1 calculated in step S112. If it is determined in step S136 that the position of the center between the front wheels 4ac does not match the position of the waypoint P1, the process returns to step S132.

ステップS116またはステップS136において、前輪間中心4acの位置が経由地点P1の位置に一致していると判定されると、制御装置100は、位置合わせ制御を完了し、処理をステップS138に進める。 If it is determined in step S116 or step S136 that the position of the center between the front wheels 4ac coincides with the position of the waypoint P1, the control device 100 completes the alignment control and proceeds to step S138.

位置合わせ制御が完了すると、制御装置100は、方位合わせ制御(ステップS138~S144)を開始する。ステップS138において、相対位置演算部38は、ホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θを演算し、処理をステップS140に進める。 Once the positioning control is complete, the control device 100 starts the orientation control (steps S138 to S144). In step S138, the relative position calculation unit 38 calculates the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11, and then proceeds to step S140.

ステップS140において、方位合わせ完了判定部41は、ステップS138で演算されたなす角θが角度閾値θ0以下であるか否かを判定する。ステップS140において、なす角θが角度閾値θ0よりも大きいと判定されると、処理がステップS144に進む。ステップS144において、車両制御部44は、なす角θが0(ゼロ)に近づくようにステアリング装置19を制御することで屈曲角を変更し、処理をステップS138に戻す。ステップS140において、なす角θが角度閾値θ0以下であると判定されると、制御装置100は、方位合わせ制御を完了し、処理をステップS148に進める。 In step S140, the azimuth alignment completion determination unit 41 determines whether the angle θ calculated in step S138 is less than or equal to the angle threshold θ0. If it is determined in step S140 that the angle θ is greater than the angle threshold θ0, the process proceeds to step S144. In step S144, the vehicle control unit 44 changes the curvature angle by controlling the steering device 19 so that the angle θ approaches 0 (zero), and the process returns to step S138. If it is determined in step S140 that the angle θ is less than or equal to the angle threshold θ0, the control device 100 completes the azimuth alignment control and the process proceeds to step S148.

方位合わせ制御が完了すると、制御装置100は、フロント直進制御(ステップS148~S160)を開始する。ステップS148において、目標値演算部43及び車両制御部44は、エンジン50及び走行装置28を制御して車体16を所定の車速V2で前進させ、ステップS150に処理を進める。なお、このときの車速V2は、位置合わせ動作における前進走行のときの車速V1に比べて遅い(V2<V1)。これにより、フロント直進動作の精度を向上することができる。 Once the heading alignment control is complete, the control device 100 initiates front straight ahead control (steps S148 to S160). In step S148, the target value calculation unit 43 and vehicle control unit 44 control the engine 50 and driving device 28 to move the vehicle body 16 forward at a predetermined vehicle speed V2, and the process proceeds to step S150. Note that the vehicle speed V2 at this time is slower than the vehicle speed V1 during forward driving in the position alignment operation (V2 < V1). This improves the accuracy of the front straight ahead operation.

ステップS150において、相対位置演算部38は、ホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θを演算し、処理をステップS152に進める。 In step S150, the relative position calculation unit 38 calculates the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11, and then proceeds to step S152.

ステップS152において、フロント直進完了判定部42は、ステップS150で演算されたなす角θが角度閾値θ0以下であるか否かを判定する。ステップS152において、なす角θが角度閾値θ0よりも大きいと判定されると、処理がステップS156に進む。ステップS156において、車両制御部44は、なす角θが0(ゼロ)に近づくようにステアリング装置19を制御することで屈曲角を変更し、処理をステップS150に戻す。ステップS152において、なす角θが角度閾値θ0以下であると判定されると、制御装置100は、処理をステップS158に進める。 In step S152, the front straight driving completion determination unit 42 determines whether the angle θ calculated in step S150 is less than or equal to the angle threshold θ0. If it is determined in step S152 that the angle θ is greater than the angle threshold θ0, the process proceeds to step S156. In step S156, the vehicle control unit 44 changes the curvature angle by controlling the steering device 19 so that the angle θ approaches 0 (zero), and the process returns to step S150. If it is determined in step S152 that the angle θ is less than or equal to the angle threshold θ0, the control device 100 proceeds to step S158.

ステップS158において、相対位置演算部38は、ホッパ20の放出位置に対するバケット3の制御点の位置を演算し、処理をステップS160に進める。ステップS160において、フロント直進完了判定部42は、ステップS158で演算されたバケット3の制御点の位置が、放出位置に一致しているか否かを判定する。ステップS160において、バケット3の制御点の位置が、放出位置に一致していないと判定されると、処理がステップS148に戻る。ステップS160において、バケット3の制御点の位置が、放出位置に一致していると判定されると、制御装置100は、フロント直進制御を完了し、図10のフローチャートに示す処理を終了する。 In step S158, the relative position calculation unit 38 calculates the position of the control point of the bucket 3 relative to the discharge position of the hopper 20, and the process proceeds to step S160. In step S160, the front straight traveling completion determination unit 42 determines whether the position of the control point of the bucket 3 calculated in step S158 matches the discharge position. If it is determined in step S160 that the position of the control point of the bucket 3 does not match the discharge position, the process returns to step S148. If it is determined in step S160 that the position of the control point of the bucket 3 matches the discharge position, the control device 100 completes the front straight traveling control and ends the process shown in the flowchart in FIG. 10.

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、作業装置17により掘削した掘削物をホッパ(積込対象物)20に積み込む作業を行う。制御装置100は、車体16の前方にあるホッパ20と車体16との相対位置を演算する(図10のS100)。制御装置100は、不揮発性メモリ(記憶装置)102に記憶されたホッパ20の形状データと、演算された相対位置とに基づき、ホッパ20から、左右一対の前輪間の中心である前輪間中心4acとバケット3の先端部との間の距離よりも離れた位置に経由地点P1を設定する(図10のS112)。制御装置100は、走行装置28及びステアリング装置19の動作を制御して、設定された経由地点P1に前輪間中心4acを一致させる(図10のS116~S136)。 (1) The wheel loader 1 loads excavated material into a hopper (loading object) 20 using the work device 17. The control device 100 calculates the relative position of the vehicle body 16 and the hopper 20 located in front of the vehicle body 16 (S100 in FIG. 10). Based on the shape data of the hopper 20 stored in the non-volatile memory (storage device) 102 and the calculated relative position, the control device 100 sets a waypoint P1 at a position farther from the hopper 20 than the distance between the front wheel center 4ac, which is the center between the pair of left and right front wheels, and the tip of the bucket 3 (S112 in FIG. 10). The control device 100 controls the operation of the traveling device 28 and the steering device 19 to align the front wheel center 4ac with the set waypoint P1 (S116 to S136 in FIG. 10).

この構成によれば、狭い作業現場において、自律運転により、従来よりも短く限られた走行距離で、ホッパ20と接触することなく積込位置P2まで移動可能なホイールローダ1を提供することができる。例えば、本実施形態では、経路追従走行が完了した時点のホッパ20の中心線CLからの横ずれが0.5m程度である場合において、前輪間中心4acとホッパ20との相対距離が1車長以下で積込位置P2までの適切なアプローチが可能である。 This configuration makes it possible to provide a wheel loader 1 that can autonomously drive in a narrow work site, traveling a shorter, more limited distance than conventional methods, to the loading position P2 without coming into contact with the hopper 20. For example, in this embodiment, if the lateral deviation from the center line CL of the hopper 20 at the time path-following travel is completed is approximately 0.5 m, an appropriate approach to the loading position P2 is possible with the relative distance between the center 4ac of the front wheels and the hopper 20 being one vehicle length or less.

(2)制御装置100は、ホッパ20から延在する仮想直線であるホッパ20の中心線CL上に経由地点P1を設定する(図4(a)参照)。制御装置100は、設定された経由地点P1に前輪間中心4acを一致させ(図4(b)参照)、その後、走行装置28を停止させた状態でステアリング装置19の動作を制御して、フロントボディ11の向きをホッパ20の中心線CLに沿わせる(図4(c)参照)。制御装置100は、フロントボディ11の向きをホッパ20の中心線CLに沿わせた後、走行装置28及びステアリング装置19の動作を制御して、フロントボディ11をホッパ20の中心線CLに沿って走行させる(図4(d)参照)。 (2) The control device 100 sets a waypoint P1 on the center line CL of the hopper 20, which is an imaginary line extending from the hopper 20 (see FIG. 4(a)). The control device 100 aligns the center between the front wheels 4ac with the set waypoint P1 (see FIG. 4(b)). Then, with the traveling device 28 stopped, the control device 100 controls the operation of the steering device 19 to orient the front body 11 along the center line CL of the hopper 20 (see FIG. 4(c)). After orienting the front body 11 along the center line CL of the hopper 20, the control device 100 controls the operation of the traveling device 28 and the steering device 19 to cause the front body 11 to travel along the center line CL of the hopper 20 (see FIG. 4(d)).

この構成によれば、方位合わせ及びフロント直進動作を精度よく行うことができ、ホッパ20の中心線CL上の積込位置P2に適切にホイールローダ1を位置させることができる。 This configuration allows for accurate orientation and front straight-ahead movement, allowing the wheel loader 1 to be appropriately positioned at loading position P2 on the center line CL of the hopper 20.

(3)制御装置100は、設定された経由地点P1に前輪間中心4acを一致させる際の車速V1よりも、フロントボディ11をホッパ20の中心線CLに沿って走行させる際の車速V2を遅くする(V2<V1)。これにより、フロント直進及び積込位置P2に対するホイールローダ1の位置合わせを精度よく行うことができる。また、フロント直進の際、リフトアーム2を上げ動作する場合であっても、安定して車体16をホッパ20に接近させることができる。 (3) The control device 100 slows the vehicle speed V2 when the front body 11 travels along the center line CL of the hopper 20 compared to the vehicle speed V1 when aligning the center between the front wheels 4ac with the set waypoint P1 (V2<V1). This allows for accurate alignment of the wheel loader 1 with respect to the front straight ahead and loading position P2. Furthermore, even when the lift arm 2 is raised during front straight ahead travel, the vehicle body 16 can be brought stably closer to the hopper 20.

(4)制御装置100は、屈曲角センサ72により検出された車体16の屈曲角、不揮発性メモリ102に記憶されたホッパ20の形状データ、及び、演算されたホッパ20と車体16との相対位置に基づいて、ホッパ20への接近可能条件が成立したか否かを判定する。接近可能条件が成立した場合には(図10のS104でYes)、制御装置100は、経由地点P1に前輪間中心4acを一致させるように、ステアリング装置19及び走行装置28を動作させる(図10のS112~S136)。接近可能条件が成立しなかった場合には(図10のS104でNo)、制御装置100は、報知装置75を制御して、接近可能条件が成立しなかった旨を報知装置75によって報知させる(図10のS108)。この場合、制御装置100は、自律運転による車体16の屈曲及び走行を行わず、停止状態を維持する。 (4) The control device 100 determines whether the approach conditions to the hopper 20 are met based on the bending angle of the vehicle body 16 detected by the bending angle sensor 72, the shape data of the hopper 20 stored in the non-volatile memory 102, and the calculated relative position of the hopper 20 and the vehicle body 16. If the approach conditions are met (Yes in S104 of FIG. 10), the control device 100 operates the steering device 19 and the traveling device 28 to align the center between the front wheels 4ac with the waypoint P1 (S112 to S136 of FIG. 10). If the approach conditions are not met (No in S104 of FIG. 10), the control device 100 controls the notification device 75 to notify the user that the approach conditions are not met (S108 of FIG. 10). In this case, the control device 100 does not bend or travel the vehicle body 16 through autonomous driving, and maintains the stopped state.

接近可能条件は、ステアリング装置19の動作及び走行装置28による前進走行によって、経由地点P1に前輪間中心4acを一致させることが可能であること、及び、経由地点P1に前輪間中心4acを一致させた状態で走行装置28を停止させつつステアリング装置19を動作させることによりフロントボディ11の向きをホッパ20の中心線CLに沿わせることが可能であることを含む。 The approachable conditions include the ability to align the center line 4ac between the front wheels with the waypoint P1 by operating the steering device 19 and driving forward using the traveling device 28, and the ability to align the direction of the front body 11 with the center line CL of the hopper 20 by operating the steering device 19 while stopping the traveling device 28 with the center line 4ac between the front wheels aligned with the waypoint P1.

この構成によれば、例えば、経路追従走行が完了した時点で、ホッパ20への接近が不能であることをオペレータが知ることができる。オペレータは、例えば、車体16をホッパ20の中心線CLに近づけるように、あるいは、ホッパ20から車体16を遠ざけるようにホイールローダ1を手動で操作する。オペレータは、手動でホイールローダ1を操作した後、図示しない自律運転復帰ボタンを操作する。これにより、制御装置100は、再び、図10のステップS100及びS104の処理を実行し、ステップS104で接近可能条件が成立したと判定された場合には、位置合わせ制御(S112~S136)、方位合わせ制御(S138~S140)、フロント直進制御(S148~S160)を実行する。 With this configuration, for example, once path-following travel is complete, the operator can know that approach to the hopper 20 is not possible. The operator manually operates the wheel loader 1, for example, to move the vehicle body 16 closer to the center line CL of the hopper 20, or to move the vehicle body 16 away from the hopper 20. After manually operating the wheel loader 1, the operator operates the autonomous driving return button (not shown). This causes the control device 100 to again execute the processing of steps S100 and S104 in FIG. 10, and if it is determined in step S104 that the approach possible condition is met, it executes positioning control (S112 to S136), orientation control (S138 to S140), and front straight ahead control (S148 to S160).

したがって、経路追従走行が完了した時点で、自律運転によりホッパ20への接近が不可能である場合であっても、オペレータが補助を行うことで、その後の自律運転により車体16を積込位置P2に移動させ、ホッパ20への掘削物の積込作業を行うことができる。 Therefore, even if autonomous driving is not possible to approach the hopper 20 when path-following travel is complete, the operator can provide assistance, allowing the vehicle body 16 to move to loading position P2 using subsequent autonomous driving and load the excavated material into the hopper 20.

(5)制御装置100には、前輪間中心4acが経由地点P1に一致している状態におけるホッパ20の中心線CLとフロントボディ11とのなす角θと、前輪間中心4acが経由地点P1に一致している状態からバケット3をホッパ20に接触させることなくフロントボディ11の向きをホッパ20の中心線CLに沿わせることが可能な経由地点P1の位置との関係を規定する接触防止特性曲線のテーブルが予め記憶されている(図9の線ア参照)。制御装置100は、経由地点P1に前輪間中心4acを一致させる前に、現在の車体16の位置と、ホッパ20の位置とに基づいて、仮定した経由地点である仮定地点に前輪間中心4acを位置させたときのなす角θと仮定地点の位置(本実施形態ではホッパ20から仮定地点までの距離)との関係(図9の線イ参照)を演算する。制御装置100は、演算されたなす角θと仮定地点の位置との関係(図9の線イ参照)と、接触防止特性曲線のテーブル(図9の線ア参照)とに基づいて、位置合わせ動作により前輪間中心4acを一致させる経由地点P1を設定する。 (5) The control device 100 pre-stores a table of contact prevention characteristic curves that define the relationship between the angle θ between the center line CL of the hopper 20 and the front body 11 when the center line 4ac between the front wheels is aligned with the waypoint P1, and the position of the waypoint P1 at which the orientation of the front body 11 can be aligned with the center line CL of the hopper 20 without causing the bucket 3 to contact the hopper 20 from a state in which the center line 4ac between the front wheels is aligned with the waypoint P1 (see line A in Figure 9). Before aligning the center line 4ac between the front wheels with the waypoint P1, the control device 100 calculates the relationship (see line B in Figure 9) between the angle θ when the center line 4ac between the front wheels is positioned at the hypothetical point, which is a hypothetical waypoint, and the position of the hypothetical point (in this embodiment, the distance from the hopper 20 to the hypothetical point) when the center line 4ac between the front wheels is positioned at the hypothetical point, which is a hypothetical waypoint, based on the current position of the vehicle body 16 and the position of the hopper 20. The control device 100 sets a waypoint P1 that will align the center between the front wheels 4ac through a positioning operation based on the relationship between the calculated angle θ and the position of the assumed point (see line B in Figure 9) and the table of contact prevention characteristic curves (see line A in Figure 9).

この構成では、予め接触防止特性曲線のテーブルが記憶されているため、都度、接触防止特性曲線を演算する必要がない。したがって、本実施形態によれば、都度、接触防止特性曲線を演算する形態に比べて、演算負荷を低減することができる。また、経由地点P1を可能な限りホッパ20の近くに設定することができ、位置合わせ動作を容易に行うことができる。 In this configuration, a table of contact prevention characteristic curves is stored in advance, eliminating the need to calculate the contact prevention characteristic curves each time. Therefore, this embodiment reduces the computational load compared to a configuration in which the contact prevention characteristic curves are calculated each time. Furthermore, waypoint P1 can be set as close to hopper 20 as possible, making it easier to perform alignment operations.

(6)ホイールローダ1は、車体16に取り付けられ車体16の前方のホッパ20を検知する物体検知センサ73と、フロントボディ11とリアボディ12の屈曲中心(センターピン13)から前輪間中心4acまでの距離、フロントボディ11とリアボディ12の屈曲中心(センターピン13)から後輪間中心4bcまでの距離、及び、物体検知センサ73の取付位置(設置位置)を入力情報として制御装置100に入力する入力装置76と、を備える。 (6) The wheel loader 1 is equipped with an object detection sensor 73 attached to the vehicle body 16 and detecting the hopper 20 in front of the vehicle body 16, and an input device 76 that inputs the distance from the bending center (center pin 13) of the front body 11 and rear body 12 to the center 4ac between the front wheels, the distance from the bending center (center pin 13) of the front body 11 and rear body 12 to the center 4bc between the rear wheels, and the mounting position (installation position) of the object detection sensor 73 as input information to the control device 100.

この構成によれば、物体検知センサ73の取付位置を変更した場合、オペレータは入力装置76を操作し、物体検知センサ73の取付位置を制御装置100に入力する。これにより、制御装置100は、新たに入力された物体検知センサ73の取付位置に基づいて、自律運転によるホッパ20への接近動作を精度よく行うことができる。 With this configuration, when the mounting position of the object detection sensor 73 is changed, the operator operates the input device 76 to input the mounting position of the object detection sensor 73 into the control device 100. This allows the control device 100 to accurately perform autonomous operation to approach the hopper 20 based on the newly input mounting position of the object detection sensor 73.

<第2実施形態>
図11及び図12を参照して、本発明の第2実施形態に係るホイールローダ1Bについて説明する。なお、第1実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。
Second Embodiment
A wheel loader 1B according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 11 and 12. Note that components that are the same as or equivalent to those described in the first embodiment will be given the same reference symbols, and differences will be mainly described.

図11は、本発明の第2実施形態に係るホイールローダ1Bがホッパ20Bに接近する様子を示す側面図である。第1実施形態では、ホイールローダ1の車体16に物体検知センサ73が取り付けられていた。これに対して、第2実施形態では、ホッパ20Bの屋根20cに物体検知センサ73Bが取り付けられている。 Figure 11 is a side view showing a wheel loader 1B according to a second embodiment of the present invention approaching a hopper 20B. In the first embodiment, the object detection sensor 73 was attached to the vehicle body 16 of the wheel loader 1. In contrast, in the second embodiment, the object detection sensor 73B is attached to the roof 20c of the hopper 20B.

物体検知センサ73Bは、例えば、LiDARであり、ホッパ20Bの周囲の物体を検知する。図11に示す状態では、物体検知センサ73Bは、ホイールローダ1Bのバケット3及びフロントボディ11の位置と形状を検出する。物体検知センサ73Bは、検出結果を無線通信によりホイールローダ1の制御装置100に送信する通信装置を備えている。 The object detection sensor 73B is, for example, a LiDAR, and detects objects around the hopper 20B. In the state shown in FIG. 11, the object detection sensor 73B detects the position and shape of the bucket 3 and front body 11 of the wheel loader 1B. The object detection sensor 73B is equipped with a communication device that transmits the detection results to the control device 100 of the wheel loader 1 via wireless communication.

図12は、第2実施形態に係る制御装置100Bの機能ブロック図である。図12に示すように、第2実施形態では、車輪間中心演算部33B及びバケット位置演算部35Bがホイールローダ1の各部の位置を演算する位置演算部31Bとして機能する。 Figure 12 is a functional block diagram of a control device 100B according to the second embodiment. As shown in Figure 12, in the second embodiment, a wheel-to-wheel center calculation unit 33B and a bucket position calculation unit 35B function as a position calculation unit 31B that calculates the positions of each part of the wheel loader 1.

ホイールローダ1Bは、物体検知センサ73Bから送信される情報を受信する通信装置79を備えている。通信装置79は、物体検知センサ73Bの通信装置と、直接的に無線通信可能な無線通信装置であって、例えば2.4GHz帯等の帯域を感受帯域とする通信アンテナを含む通信インタフェースを有する。第2実施形態に係る制御装置100Bは、通信装置79を介して物体検知センサ73Bの検出結果を取得する。 The wheel loader 1B is equipped with a communication device 79 that receives information transmitted from the object detection sensor 73B. The communication device 79 is a wireless communication device that can directly communicate wirelessly with the communication device of the object detection sensor 73B, and has a communication interface that includes a communication antenna with a sensitivity band of, for example, the 2.4 GHz band. The control device 100B according to the second embodiment acquires the detection results of the object detection sensor 73B via the communication device 79.

入力装置76は、オペレータの操作に応じて、車体16の屈曲中心(センターピン13)から前輪間中心4acまでの距離、車体16の屈曲中心(センターピン13)から後輪間中心4bcまでの距離、及び、ホッパ20の入口位置と物体検知センサ73の相対位置を物体検知センサ73Bの取付位置(設置位置)として制御装置100Bに入力する。なお、制御装置100Bの不揮発性メモリ102には、ホッパ20の入口位置を基準とした各部(ホッパ20の上面開口部における四隅等)の相対位置データが、ホッパ20の形状データとして記憶されている。 In response to operator operation, the input device 76 inputs the distance from the bending center (center pin 13) of the vehicle body 16 to the center between the front wheels 4ac, the distance from the bending center (center pin 13) of the vehicle body 16 to the center between the rear wheels 4bc, and the relative position of the object detection sensor 73 relative to the entrance position of the hopper 20 to the control device 100B as the mounting position (installation position) of the object detection sensor 73B. Note that the non-volatile memory 102 of the control device 100B stores relative position data of each part (such as the four corners of the top opening of the hopper 20) based on the entrance position of the hopper 20 as shape data of the hopper 20.

バケット位置演算部35Bは、物体検知センサ73Bの検出結果と入力装置76からの入力情報を用いて、ホッパ20とバケット3の相対位置を演算する。また、バケット位置演算部35Bは、バケット3の右先端BR、左先端BLを抽出することで、ホッパ20の中心線CLに対するフロントボディ11の角度(なす角θ)を演算する。 The bucket position calculation unit 35B calculates the relative position of the hopper 20 and the bucket 3 using the detection results of the object detection sensor 73B and input information from the input device 76. The bucket position calculation unit 35B also calculates the angle (angle θ) of the front body 11 with respect to the center line CL of the hopper 20 by extracting the right tip BR and left tip BL of the bucket 3.

車輪間中心演算部33Bは、物体検知センサ73Bの検出結果、屈曲角センサ72の検出結果と、入力装置76からの入力情報を用いて、ホッパ20と前輪間中心4ac、ホッパ20と後輪間中心4bcの相対位置を演算する。 The wheel center calculation unit 33B calculates the relative positions of the hopper 20 and the front wheel center 4ac, and the hopper 20 and the rear wheel center 4bc, using the detection results of the object detection sensor 73B, the detection results of the bending angle sensor 72, and input information from the input device 76.

第2実施形態に係る制御装置100Bのその他の機能については、第1実施形態に係る制御装置100と同様であるため、説明を省略する。 Other functions of the control device 100B according to the second embodiment are the same as those of the control device 100 according to the first embodiment, and therefore will not be described here.

以上のように、本第2実施形態では、通信装置79がホッパ20とバケット3の相対位置情報を取得する相対位置取得装置として機能する。第1実施形態では、ホイールローダ1に相対位置取得装置としての物体検知センサ73が取り付けられているため、ホイールローダ1の走行中及び作業中の振動に起因して物体検知センサ73が故障する場合がある。これに対して第2実施形態では、物体検知センサ73Bが固定物であるホッパ20に取り付けられるため、振動に起因する物体検知センサ73Bの故障のリスクを低減することができる。 As described above, in the second embodiment, the communication device 79 functions as a relative position acquisition device that acquires relative position information between the hopper 20 and the bucket 3. In the first embodiment, the object detection sensor 73 is attached to the wheel loader 1 as a relative position acquisition device, and therefore the object detection sensor 73 may malfunction due to vibrations while the wheel loader 1 is traveling or operating. In contrast, in the second embodiment, the object detection sensor 73B is attached to the hopper 20, which is a fixed object, and therefore the risk of the object detection sensor 73B malfunctioning due to vibrations can be reduced.

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and it is possible to combine the configurations shown in the modifications with the configurations described in the above-mentioned embodiments, to combine the configurations described in the different embodiments above, or to combine the configurations described in the different modifications below.

<変形例1>
上記実施形態では、制御装置100は、物体検知センサ73の検出結果に基づき、車体16の基準点(例えば、センターピン13、前輪間中心4ac)に対するバケット3の位置を演算する例について説明した。つまり、上記実施形態では、物体検知センサ73が、バケット3の位置を取得するバケット位置取得装置として機能する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。制御装置100は、アーム角度センサにより検出される車体16に対するリフトアーム2の角度と、バケット角度センサにより検出されるリフトアーム2に対するバケット3の角度と、屈曲角センサ72により検出される屈曲角と、に基づいて、車体16の基準点に対するバケット3の位置を演算してもよい。この場合、アーム角度センサ、バケット角度センサ、及び屈曲角センサ72が、バケット3の位置を取得するバケット位置取得装置として機能する。
<Modification 1>
In the above embodiment, an example has been described in which the control device 100 calculates the position of the bucket 3 relative to a reference point of the vehicle body 16 (e.g., the center pin 13 or the center between the front wheels 4ac) based on the detection results of the object detection sensor 73. That is, in the above embodiment, an example has been described in which the object detection sensor 73 functions as a bucket position acquisition device that acquires the position of the bucket 3. However, the present invention is not limited to this. The control device 100 may calculate the position of the bucket 3 relative to a reference point of the vehicle body 16 based on the angle of the lift arm 2 with respect to the vehicle body 16 detected by the arm angle sensor, the angle of the bucket 3 with respect to the lift arm 2 detected by the bucket angle sensor, and the bending angle detected by the bending angle sensor 72. In this case, the arm angle sensor, the bucket angle sensor, and the bending angle sensor 72 function as a bucket position acquisition device that acquires the position of the bucket 3.

<変形例2>
上記実施形態では、制御装置100は、物体検知センサ73の検出結果に基づき、車体16とホッパ20の相対位置を演算する例について説明した。つまり、上記実施形態では、物体検知センサ73が、車体16に対するホッパ20の相対位置情報を取得する相対位置情報取得装置として機能する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。制御装置100は、位置検出装置71により検出された車体16の位置及び向き(方位)と、入力装置76により予め不揮発性メモリ102に記憶されたホッパ20の位置及び向き並びにホッパ20の形状データに基づいて、車体16とホッパ20の相対位置を演算してもよい。この場合、入力装置76が、車体16に対するホッパ20の相対位置情報を取得する相対位置情報取得装置として機能する。
<Modification 2>
In the above embodiment, an example has been described in which the control device 100 calculates the relative position of the vehicle body 16 and the hopper 20 based on the detection results of the object detection sensor 73. That is, in the above embodiment, an example has been described in which the object detection sensor 73 functions as a relative position information acquisition device that acquires relative position information of the hopper 20 with respect to the vehicle body 16. However, the present invention is not limited to this. The control device 100 may calculate the relative position of the vehicle body 16 and the hopper 20 based on the position and orientation (azimuth) of the vehicle body 16 detected by the position detection device 71 and the position and orientation of the hopper 20 and shape data of the hopper 20 that have been stored in advance in the non-volatile memory 102 by the input device 76. In this case, the input device 76 functions as a relative position information acquisition device that acquires relative position information of the hopper 20 with respect to the vehicle body 16.

<変形例3>
接近可能条件が成立しているか否かの判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。ホッパ20の中心線CL上の所定の範囲内において、複数の経由地点候補を演算し、複数の経由地点候補ごとの円弧C1を演算して、演算された複数の円弧C1の中に、半径が車両の最小旋回半径以上であり、かつ、円弧A3A4と交わる円弧C1がある場合には、接近可能条件が成立していると判定してもよい。なお、最小旋回半径は、不揮発性メモリ102に記憶されている。
<Modification 3>
The method for determining whether the approach condition is met is not limited to the method described in the above embodiment. Alternatively, multiple candidate waypoints may be calculated within a predetermined range on the center line CL of the hopper 20, and an arc C1 may be calculated for each of the candidate waypoints. If the calculated arcs C1 include an arc C1 whose radius is equal to or greater than the minimum turning radius of the vehicle and intersects with arc A3A4, it may be determined that the approach condition is met. The minimum turning radius is stored in the non-volatile memory 102.

<変形例4>
第1実施形態では、物体検知センサ73がホイールローダ1に設けられ、第2実施形態では、物体検知センサ73Bがホッパ20に設けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ホッパ20から所定距離だけ離れた位置に、物体検知センサ73Bを設けてもよい。第2実施形態及び本変形例のように、物体検知センサ73Bがホイールローダ1の外部に設けられる場合、ホイールローダ1の制御装置は、物体検知センサ73Bの検出結果を、通信装置79を介して無線通信により取得し、物体検知センサ73Bの検出結果に基づいて、ホイールローダ1の車体16と、ホッパ20との相対位置を演算する。物体検知センサ73Bがホイールローダ1の外部に設けられることにより、振動に起因する物体検知センサ73Bの故障のリスクを低減することができる。
<Modification 4>
In the first embodiment, an example has been described in which the object detection sensor 73 is provided on the wheel loader 1, and in the second embodiment, the object detection sensor 73B is provided on the hopper 20, but the present invention is not limited to this. The object detection sensor 73B may also be provided at a position a predetermined distance away from the hopper 20. When the object detection sensor 73B is provided external to the wheel loader 1, as in the second embodiment and this modified example, the control device of the wheel loader 1 acquires the detection results of the object detection sensor 73B by wireless communication via the communication device 79, and calculates the relative position of the vehicle body 16 of the wheel loader 1 and the hopper 20 based on the detection results of the object detection sensor 73B. By providing the object detection sensor 73B external to the wheel loader 1, the risk of failure of the object detection sensor 73B due to vibration can be reduced.

<変形例5>
ホイールローダ1,1Bの構成は、上記実施形態で説明した例に限定されない。ホイールローダ1,1Bは、例えば、エンジン50に機械的に接続される発電電動機と、発電電動機によって発電された電力により回転駆動され走行装置を動作させる走行電動機と、を備える構成であってもよい。つまり、ホイールローダ1、1Bは、エンジン50の動力を電気に変換して車輪4に伝達するハイブリッド式の動力伝達機構を備えていてもよい。また、ホイールローダは、エンジン50の動力を油圧に変換して車輪4に伝達するHST(Hydro Static Transmission)式の動力伝達機構を備えていてもよい。
<Modification 5>
The configuration of the wheel loaders 1, 1B is not limited to the examples described in the above embodiments. The wheel loaders 1, 1B may be configured to include, for example, a generator motor mechanically connected to the engine 50, and a traveling motor that is rotationally driven by the electricity generated by the generator motor and operates the traveling device. In other words, the wheel loaders 1, 1B may be equipped with a hybrid power transmission mechanism that converts the power of the engine 50 into electricity and transmits it to the wheels 4. The wheel loader may also be equipped with an HST (Hydro Static Transmission) power transmission mechanism that converts the power of the engine 50 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。 The above describes embodiments of the present invention, but these embodiments merely illustrate 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.

1,1B…ホイールローダ、2…リフトアーム、3…バケット、4a…前輪、4ac…前輪間中心、4b…後輪、4bc…後輪間中心、7…アームシリンダ(油圧シリンダ)、8…バケットシリンダ(油圧シリンダ)、11…フロントボディ、12…リアボディ、13…センターピン、14…ステアリングシリンダ(油圧シリンダ)、16…車体、17…作業装置、18…ブレーキ装置、19…ステアリング装置、20,20B…ホッパ(積込対象物)、20a…側壁、20af…前側壁、20c…屋根、22…走行経路、23…ノード、28…走行装置、31,31B…位置演算部、32…動作演算部、33,33B…車輪間中心演算部、34…ホッパ位置演算部、35,35B…バケット位置演算部、37…経由地点演算部、38…相対位置演算部、40…位置合わせ完了判定部、41…方位合わせ完了判定部、42…フロント直進完了判定部、43…目標値演算部、44…車両制御部、50…エンジン、60A,60B,60C…油圧ポンプ、61…フロント制御部、62…ブレーキ制御部、63…ステアリング制御部、64…トランスミッション制御部、65…エンジン制御部、71…位置検出装置、72…屈曲角センサ、73,73B…物体検知センサ、74…車速センサ、75…報知装置、76…入力装置、79…通信装置、100,100B…制御装置、101…処理装置、102…不揮発性メモリ、103…揮発性メモリ 1, 1B...wheel loader, 2...lift arm, 3...bucket, 4a...front wheels, 4ac...center between front wheels, 4b...rear wheels, 4bc...center between rear wheels, 7...arm cylinder (hydraulic cylinder), 8...bucket cylinder (hydraulic cylinder), 11...front body, 12...rear body, 13...center pin, 14...steering cylinder (hydraulic cylinder), 16...vehicle body, 17...working device, 18...brake device, 19...steering device, 20, 20B...hopper (loading object), 20a...side wall, 20af...front side wall, 20c...roof, 22...travel path, 23...node, 28...traveling device, 31, 31B...position calculation unit, 32...motion calculation unit, 33, 33B...wheel center calculation unit, 34...hopper position calculation unit, 3 5, 35B...Bucket position calculation unit, 37...Waypoint calculation unit, 38...Relative position calculation unit, 40...Position alignment completion determination unit, 41...Orientation alignment completion determination unit, 42...Front straight driving completion determination unit, 43...Target value calculation unit, 44...Vehicle control unit, 50...Engine, 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, 71...Position detection device, 72...Bending angle sensor, 73, 73B...Object detection sensor, 74...Vehicle speed sensor, 75...Alarm device, 76...Input device, 79...Communication device, 100, 100B...Control unit, 101...Processing unit, 102...Non-volatile memory, 103...Volatile memory

Claims (7)

左右一対の前輪を有するフロントボディと左右一対の後輪を有するリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、
前記フロントボディに回動可能に設けられたリフトアーム、及び前記リフトアームに回動可能に設けられたバケットを有する作業装置と、
前記車体を走行させる走行装置と、
前記車体を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置と、
前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記作業装置により掘削した掘削物を積込対象物に積み込む作業を行うホイールローダにおいて、
前記積込対象物の形状データを記憶する記憶装置と、
前記車体の屈曲角を検出する屈曲角センサと、
報知装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記車体の前方にある前記積込対象物と前記車体との相対位置を演算し、
前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データと、演算された前記相対位置とに基づき、前記積込対象物から、前記左右一対の前輪間の中心である前輪間中心と前記バケットの幅方向の中心の先端部との間の距離よりも離れた位置であって、前記積込対象物から延在する仮想直線上に経由地点を設定し、
前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させ
設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた後、前記走行装置を停止させた状態で前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせ、
前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせた後、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディを前記仮想直線に沿って直進させ、
前記制御装置は、
前記屈曲角センサにより検出された前記車体の屈曲角、前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データ、及び、演算された前記積込対象物と前記車体との相対位置に基づいて、前記積込対象物への接近可能条件が成立したか否かを判定し、
前記接近可能条件が成立した場合には、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させるように、前記ステアリング装置及び前記走行装置を動作させ、
前記接近可能条件が成立しなかった場合には、前記報知装置を制御して、前記接近可能条件が成立しなかった旨を前記報知装置によって報知させ、
前記接近可能条件は、
前記ステアリング装置の動作及び前記走行装置による前進走行によって、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させることが可能であること、及び、
前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた後、前記走行装置を停止させつつ前記ステアリング装置を動作させることにより前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能であることを含む
ことを特徴とするホイールローダ。
a vehicle body in which a front body having a pair of left and right front wheels and a rear body having a pair of left and right rear wheels are bendably connected;
a working device having a lift arm rotatably provided on the front body and a bucket rotatably provided on the lift arm;
a traveling device that causes the vehicle body to travel;
a steering device that changes the bending angle by bending the vehicle body and steers the vehicle;
a control device that controls the operation of the traveling device and the steering device,
In a wheel loader that performs work of loading excavated material excavated by the working device onto a loading object,
a storage device that stores shape data of the loading object;
a bending angle sensor for detecting a bending angle of the vehicle body;
an alarm device ,
The control device
Calculating a relative position between the loading object located in front of the vehicle body and the vehicle body;
based on the shape data of the loading object stored in the storage device and the calculated relative position, set a waypoint on a virtual straight line extending from the loading object, at a position farther from the loading object than the distance between the center between the pair of left and right front wheels and the tip end of the center in the width direction of the bucket ;
Controlling the operation of the traveling device and the steering device to align the center between the front wheels with the set waypoint ;
After aligning the center between the front wheels with the set waypoint, the operation of the steering device is controlled with the traveling device stopped to make the direction of the front body follow the virtual straight line;
After aligning the direction of the front body along the imaginary straight line, controlling the operations of the traveling device and the steering device to move the front body straight along the imaginary straight line;
The control device
determining whether or not a condition for enabling access to the loading object is established based on the bending angle of the vehicle body detected by the bending angle sensor, the shape data of the loading object stored in the storage device, and the calculated relative position of the loading object and the vehicle body;
When the approachable condition is satisfied, the steering device and the traveling device are operated so that the center between the front wheels is aligned with the waypoint;
If the approachable condition is not satisfied, the notification device is controlled to notify the fact that the approachable condition is not satisfied by the notification device;
The accessibility condition is:
The center of the front wheels can be aligned with the waypoint by the operation of the steering device and the forward travel of the traveling device; and
After the center between the front wheels is aligned with the waypoint, the steering device is operated while the traveling device is stopped, thereby making it possible to make the direction of the front body follow the virtual straight line.
A wheel loader characterized by:
左右一対の前輪を有するフロントボディと左右一対の後輪を有するリアボディとが屈曲可能に連結された車体と、
前記フロントボディに回動可能に設けられたリフトアーム、及び前記リフトアームに回動可能に設けられたバケットを有する作業装置と、
前記車体を走行させる走行装置と、
前記車体を屈曲させることにより屈曲角を変更し操舵させるステアリング装置と、
前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記作業装置により掘削した掘削物を積込対象物に積み込む作業を行うホイールローダにおいて、
前記積込対象物の形状データを記憶する記憶装置を備え、
前記制御装置は、
前記車体の前方にある前記積込対象物と前記車体との相対位置を演算し、
前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データと、演算された前記相対位置とに基づき、前記積込対象物から、前記左右一対の前輪間の中心である前輪間中心と前記バケットの幅方向の中心の先端部との間の距離よりも離れた位置であって、前記積込対象物から延在する仮想直線上に経由地点を設定し、
前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させ
設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた後、前記走行装置を停止させた状態で前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせ、
前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせた後、前記走行装置及び前記ステアリング装置の動作を制御して、前記フロントボディを前記仮想直線に沿って直進させ、
前記制御装置には、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態における前記仮想直線と前記フロントボディとのなす角と、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態から前記バケットを前記積込対象物に接触させることなく前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能な前記経由地点の位置との関係を規定するテーブルが予め記憶され、
前記制御装置は、
前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる前に、現在の前記車体の位置と、前記積込対象物の位置とに基づいて、仮定した経由地点である仮定地点に前記前輪間中心を位置させたときの前記なす角と前記仮定地点の位置との関係を演算し、
演算された前記なす角と前記仮定地点の位置との関係と、前記テーブルとに基づいて、前記経由地点を設定する
ことを特徴とするホイールローダ。
a vehicle body in which a front body having a pair of left and right front wheels and a rear body having a pair of left and right rear wheels are bendably connected;
a working device having a lift arm rotatably provided on the front body and a bucket rotatably provided on the lift arm;
a traveling device that causes the vehicle body to travel;
a steering device that changes the bending angle by bending the vehicle body and steers the vehicle;
a control device that controls the operation of the traveling device and the steering device,
In a wheel loader that performs work of loading excavated material excavated by the working device onto a loading object,
a storage device that stores shape data of the loading object;
The control device
Calculating a relative position between the loading object located in front of the vehicle body and the vehicle body;
based on the shape data of the loading object stored in the storage device and the calculated relative position, set a waypoint on a virtual straight line extending from the loading object, at a position farther away from the loading object than the distance between the center between the pair of left and right front wheels and the tip end of the center in the width direction of the bucket ;
Controlling the operation of the traveling device and the steering device to align the center between the front wheels with the set waypoint ;
After aligning the center between the front wheels with the set waypoint, the operation of the steering device is controlled with the traveling device stopped to make the direction of the front body follow the virtual straight line;
After aligning the direction of the front body along the imaginary straight line, controlling the operations of the traveling device and the steering device to move the front body straight along the imaginary straight line;
the control device has stored in advance a table that defines a relationship between an angle formed by the virtual line and the front body when the center between the front wheels coincides with the waypoint, and a position of the waypoint at which the orientation of the front body can be aligned with the virtual line without causing the bucket to come into contact with the object to be loaded from a state in which the center between the front wheels coincides with the waypoint,
The control device
before aligning the center between the front wheels with the waypoint, calculating a relationship between the angle formed when the center between the front wheels is positioned at a hypothetical point that is a hypothetical waypoint and the position of the hypothetical point based on the current position of the vehicle body and the position of the loading object,
The waypoint is set based on the relationship between the calculated angle and the position of the assumed point and the table.
A wheel loader characterized by:
請求項1または請求項2に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置は、前記ホイールローダに設けられる物体検知センサの検出結果、あるいは前記ホイールローダの外部に設けられる物体検知センサの検出結果に基づいて、前記相対位置を演算する
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 1 or 2 ,
a wheel loader, wherein the control device calculates the relative position based on the detection result of an object detection sensor provided in the wheel loader or the detection result of an object detection sensor provided outside the wheel loader.
請求項2に記載のホイールローダにおいて、
前記車体の屈曲角を検出する屈曲角センサと、
報知装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記屈曲角センサにより検出された前記車体の屈曲角、前記記憶装置に記憶された前記積込対象物の形状データ、及び、演算された前記積込対象物と前記車体との相対位置に基づいて、前記積込対象物への接近可能条件が成立したか否かを判定し、
前記接近可能条件が成立した場合には、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させるように、前記ステアリング装置及び前記走行装置を動作させ、
前記接近可能条件が成立しなかった場合には、前記報知装置を制御して、前記接近可能条件が成立しなかった旨を前記報知装置によって報知させ、
前記接近可能条件は、
前記ステアリング装置の動作及び前記走行装置による前進走行によって、前記経由地点に前記前輪間中心を一致させることが可能であること、及び、
前記経由地点に前記前輪間中心を一致させた後、前記走行装置を停止させつつ前記ステアリング装置を動作させることにより前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能であることを含む
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 2,
a bending angle sensor for detecting a bending angle of the vehicle body;
an alarm device,
The control device
determining whether or not a condition for enabling access to the loading object is established based on the bending angle of the vehicle body detected by the bending angle sensor, the shape data of the loading object stored in the storage device, and the calculated relative position of the loading object and the vehicle body;
When the approachable condition is satisfied, the steering device and the traveling device are operated so that the center between the front wheels is aligned with the waypoint;
If the approachable condition is not satisfied, the notification device is controlled to notify the fact that the approachable condition is not satisfied by the notification device;
The accessibility condition is:
The center of the front wheels can be aligned with the waypoint by the operation of the steering device and the forward travel of the traveling device; and
after aligning the center between the front wheels with the waypoint, the steering device is operated while the traveling device is stopped, thereby making it possible to align the direction of the front body with the virtual straight line.
請求項1または請求項2に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置は、設定された前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる際の車速よりも、前記フロントボディを前記仮想直線に沿って走行させる際の車速を遅くする
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 1 or 2,
the control device slows down the vehicle speed when the front body travels along the imaginary straight line compared to the vehicle speed when the center between the front wheels is aligned with the set waypoint.
請求項に記載のホイールローダにおいて、
前記制御装置には、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態における前記仮想直線と前記フロントボディとのなす角と、前記前輪間中心が前記経由地点に一致している状態から前記バケットを前記積込対象物に接触させることなく前記フロントボディの向きを前記仮想直線に沿わせることが可能な前記経由地点の位置との関係を規定するテーブルが予め記憶され、
前記制御装置は、
前記経由地点に前記前輪間中心を一致させる前に、現在の前記車体の位置と、前記積込対象物の位置とに基づいて、仮定した経由地点である仮定地点に前記前輪間中心を位置させたときの前記なす角と前記仮定地点の位置との関係を演算し、
演算された前記なす角と前記仮定地点の位置との関係と、前記テーブルとに基づいて、前記経由地点を設定する
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 1 ,
the control device has stored in advance a table that defines a relationship between an angle formed by the virtual line and the front body when the center between the front wheels coincides with the waypoint, and a position of the waypoint at which the orientation of the front body can be aligned with the virtual line without causing the bucket to come into contact with the object to be loaded from a state in which the center between the front wheels coincides with the waypoint,
The control device
before aligning the center between the front wheels with the waypoint, calculating a relationship between the angle formed when the center between the front wheels is positioned at a hypothetical point that is a hypothetical waypoint and the position of the hypothetical point based on the current position of the vehicle body and the position of the loading object,
a wheel loader, wherein the waypoint is set based on the relationship between the calculated angle and the position of the assumed point, and based on the table.
請求項3に記載のホイールローダにおいて、
前記フロントボディと前記リアボディの屈曲中心から前記前輪間中心までの距離、前記屈曲中心から前記左右一対の後輪間の中心である後輪間中心までの距離、及び、前記物体検知センサの設置位置を入力情報として前記制御装置に入力する入力装置と、を備える
ことを特徴とするホイールローダ。
The wheel loader according to claim 3,
an input device that inputs to the control device as input information the distance from the bending center of the front body and the rear body to the center between the front wheels, the distance from the bending center to the center between the pair of left and right rear wheels, and an installation position of the object detection sensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7627535B1 (en) * 2024-08-28 2025-02-06 株式会社LexxPluss Driving control method, driving control system, and program

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008008183A (en) 2006-06-28 2008-01-17 Hitachi Constr Mach Co Ltd Construction machine
JP2021111153A (en) 2020-01-10 2021-08-02 三菱重工業株式会社 System and method for controlling vehicle, and program
US20210355656A1 (en) 2018-12-05 2021-11-18 Cnh Industrial America Llc Articulated wheel loader and method of controlling the steering operations of an articulated wheel loader

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07248819A (en) * 1994-03-08 1995-09-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Trajectory control method for automated vehicles
JPH1088625A (en) * 1996-09-13 1998-04-07 Komatsu Ltd Automatic excavator, automatic excavation method and automatic loading method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008008183A (en) 2006-06-28 2008-01-17 Hitachi Constr Mach Co Ltd Construction machine
US20210355656A1 (en) 2018-12-05 2021-11-18 Cnh Industrial America Llc Articulated wheel loader and method of controlling the steering operations of an articulated wheel loader
JP2021111153A (en) 2020-01-10 2021-08-02 三菱重工業株式会社 System and method for controlling vehicle, and program

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