CN1063009C - 收割作业机的车速控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种收割作业机的车速控制装置，设有从当前的发动机转速减Δt秒之前的发动机转速后算出发动机转速变化量的变化量算出机构(102)；当前的发动机转速减去预先设定的发动机的设定转速后算出偏差的偏差算出机构(103)；及为减速而把减速量指示给变速装置的减速控制机构(101)。上述控制机构在上述偏差无论是正负当上述变化量是负值时就将减速量指示给上述变换装置，且变化量是负值时，其绝对值越大，将减速量设定得越大。

Description

收割作业机的车速控制装置

本发明涉及一种收割作业机的车速控制装置，这种收割作业机具有对行进用的变速装置进行变速操作的变速机、检测发动机转速的转速检测机构、和检测是否处在收割作业状态的作业状态检测机构。

众所周知，在通常的庄稼田里进行收割作业时、如图3a所示，在农田的长度方向的两端侧进行预先收割作业，以便在长度方向两侧端部(图3a的上下端部A、A)设置收割作业机转弯的空间。又如图3b所示，在收割机结束左端上方的收割作业(相当于图3b的路径1a)之后，接着是为了进行右侧端向下方的收割作业(相当于图3b的路径2a)而使机体进行移动(相当于图3b的路径1b，1c，1d)。然后，当结束路径2a部分的收割作业时，使机体向图中的左方移动(相当于路径2b、2c、2d)，接着，进行路径3a的收割作业。以后，重复该步骤、进行整个农田的收割作业，这是众所周知的方法。在该收割作业机移动中包含着左侧端部的收割结束之后的、相当于机体向右侧90度转弯的路径1b；在90度转弯后的、相当于直进部分的路径1c；在直进结束之后的、相当于向右侧90度转弯的路径1d。在通常的收割作业过程中，在上述向右侧转弯部分上、作业机受到的阻力最大，即，可预想到，在转弯时发动机转速的下降最大。这样，在通常的庄稼田里进行收割作业时，作业机的发动机转速的变化将如图4a或图4b所示。如由这些图也清楚看出的那样，可预想到，在进行通常的收割作业时、机体作90度转弯时，发动机转速减少最大，当机体在相当于图3b所示的1c路径上移动过程中发动机的转速最高。当然，由于庄稼田路面状况不同也会有许多出现不能预见的路面阻力的场合，这点是本专业技术人员能很好理解的。

这样，在上述的收割作业机的车速控制装置中以前是采用这样的结构，即，在上述的作业状态检测机构检测到从收割作业状态转变成非收割作业状态后，根据转速检测机构的检测信息，在当前的发动机转速下降到比预先设定的设定值(通常已设定成比收割作业时发动机转速还低)低，而且发动机转速没有增加的趋向，即，在检测到处在负荷没有减轻的状态时，用当前的发动机转速和设定转速的偏差，即用与发动机转速的从设定值开始的下降量成比例的减速量使执行机构进行减速动作。具有这种结构的作业机，在作业行程(相当于图3b的路径1a)的收割作业结束后，向下一个作业行程(相当于图3b的路径2a)行进并使机体转弯时，尽量回避随着转弯(相当于图3b的路径1b、路径1d)使行进负荷增加，从而使发动机停止等不利状态。

但是，由于上述现有的结构是在检测到当前的发动机转速下降到比设定转速低之后才进行减速控制，因而有下述的缺点。

即，在收割作业结束时的发动机转速比上述设定转速高的状态下，例如，即使随着机体的转弯使发动机转速急剧降低场合下，在发动机转速降低到比设定转速低的转速之前，不进行减速控制。这样，从行进负荷已经增加到行进速度开始减速之间发生了时间延迟，在这期间无论行进负荷多大，不进行减速操作。

其结果，由于对于实际的行进负荷的增加，机体行进速度的减速动作的进行被推迟，因而有以下缺点：由负荷增大而引起的发动机转速的下降量有可能变成不必要地过大，减速操作量也随之变大，由于急剧的减速会使操作者有不快的感觉，在行进负荷大时有可能使发动机停止等等。

本发明是为了克服上述缺点而作出的，其目的是提供一种收割作业机的车速控制装置，它可以与行进机体的行进负荷状况相对应地、用适当的定时和适当的减速量使行进速度减速。

为了达到上述目的而作出的具有第一种技术方案的本发明的收割作业机的车速控制装置用变化量算出机构求出由转速检测机构检测的发动机转速的从当前值减去单位时间前的值的变化量。然后用偏差算出机构求出从上述转速检测机构检测的发动机转速减去预先设定的设定转速的偏差。

然后，减速控制机构根据由上述变化量算出机构求出的上述变化量和由上述偏差算出机构求出的上述偏差，无论上述偏差在正或负的任一范围里，把上述变化量是负值时作为过负荷状态，在该过负荷状态下，上述变化量的绝对值越大，把上述减速量设定得越大。

这样，当发动机转速从当前值减去单位时间前的值的变化量大时，换句话说，发动机转速的每单位时间的下降量大时，无论上述偏差是怎样的值，因为是处于由急剧变化的行进负荷使发动机转速降低的状态，所以作为过负荷状态，在该状态下，变化量的绝对值越大，即，由行进负荷引起的发动机转速降低越剧烈，把减速量设定得越大。

其结果，不管发动机转速是否如以前例子那样地降低到比设定转速还低，在负值的变化量大的过负荷状态下，变化量越大、减速量设定得越大，由于是以这个减速量使行进速度减速，因而是在对行进负荷增大的反应迟缓小的状态下进行减速。

在具有另一些结构特征的本发明中，上述减速控制机构被做成当上述变化量是负值、且其值是一定值时，上述发动机转速越低、将减速量设定得越大。因而，在变化量是负值、并且是一定值的场合下，发动机转速越低，被判断成收割作业机的发动机负荷越大，有效地进行作业机的行进速度的减速。

在具有另一些结构特征的本发明中，上述减速控制机构被做成即使上述变化量是正值，即，即使发动机转速有增加趋向，在上述发动机转速比规定值低时，设定减速量。用这种结构，即使发动机转速有增加的趋向，当收割作业机的发动机转速比规定值低的状态下，即，在收割作业机的发动机负荷还相当大的状态下，就将机体行进速度减速。因而可以使行进机体的发动机负荷迅速地减轻，可以更平滑地进行收割作业和机体行进。

在具有另一些结构特征的本发明中，上述减速控制机构被做成用上述变化量和偏差经过模糊算法推论的减速量预先记忆在上述减速控制机构里，根据该记忆值求出减速量。用这种结构，把与各种行进状态相对应的、根据实验结果计测的值和用图形数据进行设定的结构相比较，可不考虑由个体差别引起的偏离等情况，能容易地设定更合适的值。

在具有另一些结构特征的本发明中，在上述作业检测机构检测收割作业状态期间，为了缩小由上述转速检测机构检测的发动机转速和预先设定的目标转速之间的偏差，使上述变速机构向增速一方或者减速一方动作；上述减速控制机构被做成把只比上述目标转速高的设定量的转速作为上述设定转速。

在收割作业中，发动机转速被控制着，以使其维持在目标转速上。即，对车速加以控制，以便把与收割作业等相应产生的作业负荷和行进负荷相加的发动机负荷维持在合适的值上。而且，在从收割作业状态变成非收割作业状态之后，将只比目标转速高的设定量的转速作为上述设定转速加以设定，根据这个设定转速进行减速控制。

也即，由于在变成非作业状态之后，立刻没有了随收割作业产生的负荷，因此发动机负荷小了，因而把判别发动机负荷状态基准的设定转速设定成只高出相当于随收割作业而产生的负荷量的转速，由此在不作业时转弯中就可能更正确地判别发动机的负荷状态。

图1是表示联合收割机的整体侧视图，

图2是表示控制结构图，

图3a是表示作为实行收割作业的准备阶段的庄稼地预备收割状态的示意图，

图3b是在庄稼地进行收割作业的路径示意图，

图4a是用时间坐标表示发动机转速和作业状态之间关系的图，

图4b是用时间坐标表示发动机转速和作业状态之间关系的图，

图5是表示关于偏差的成员函数，

图6是表示关于变化量的成员函数，

图7是表示关于减速量的成员函数，

图8是表示模糊算法推论中的控制规则，

图9是关于减速控制的流程图。

下面，参照附图说明本发明的实施例。

先说明作为本发明收割作业机的联合收割机。

如图1所示，联合收割机在装有左右一对覆带行进装置1的车体V上装置着脱粒装置2，在这车体V的前部设置着乘座操纵部4，在这乘座操纵部4的横侧前方、能自由升降驱动地设置着收割前处理部3。上述收割前处理部3分别设有将田间的谷物茎秆扶起的扶起装置5、把扶起的谷物茎秆的根部切断的割刀6、将收割的谷物茎秆成横向倒下姿势加以姿势变更同时朝车体后方侧的脱粒进给链条8输送的输送装置7。

而且在上述输送装置7的输送始端侧处设置着与被输送的谷物茎秆的根部接触上就使其接通地动作的根部传感器S0。更详细地说，随着收割作业的开始，用上述割刀6把根部切断的谷物茎秆与根部传感器S0接触上，就使根部传感器S0接通动作，而且随着收割作业的结束，从物茎秆的供给被停止后、根部传感器S0就被切断动作。即，这个根部传感器S0相当于检测联合收割机是否处于收割作业状态的作业状态检测机构。

如图2所示，发动机E的动力通过皮带传动机构传递到油压式无级变速装置9(不必限定于油压式无级变速装置，例如也可以是皮带式无级变速装置)，由其弯速后的输出通过行进变速箱10后传递给左右的覆带行进装置1。另一方面，构成了动力传递系统，使发动机E的动力通过脱粒离合器11可自由断开或连接地传递给脱粒装置2。

下面，参照图2，对车速变速操作的构成进行说明。作为变速操作上述变速装置9的执行机构的电动马达14通过摩擦式传动机构15与手动变速杆13和上述变速装置9的连接机构12连接着。即，能用手动变速杆13和电动马达14中的任何一个进行变速操作，其形态是使利用手动的变速操作优先于利用电动马达14的变速操作。

此外，在发动机E上设置着转速传感器S1，它用作检测发动机转速(RPM)的转速检测机构；还设置着在行进传动系统的动作过程中，根据传动轴的转速检测作业机的行进车速的车速传感器S2。

下面，说明联合收割机的控制结构。如图2所示，设置着利用微机的控制装置16，把根部传感器S0、转速传感器S1、车速传感器S2输出的信号输入到这个控制装置16中，同时从控制装置16向上述电动马达14输出驱动信号。

而且上述控制装置16还设有车速控制机构100。这个车速控制机构100在上述根部传感器S0检测到收割作业状态(接通状态)期间，使上述电动马达14朝增速一方或减速一方动作，以便缩小上述转速传感器S1检测的发动机转速和预先设定的第1设定转速(或者收割转速)之间的偏差。上述控制装置16分别设有减速控制机构101、变化量算出机构102、偏差算出机构103；上述减速控制机构101随着上述根部传感器S0检测到从收割作业状态(接通状态)向非收割作业状态(切断状态)的变化而相应地使电动马达14减速动作；上述变化量算出机构102求出从上述转速传感器S1检测的发动机转速的当前值减去在单位时间(Δt)之前的值的变化量；而偏差算出机构103则求出从上述转速传感器S1检测的发动机转速减去作为预先设定的第2设定转速(或者行进转速)的基准转速的偏差。

而且，减速控制机构101被做成把比上述第1设定转速(收割转速)只高出一个设定量，即只高出相当于随收割作业而产生的转速降低量的转速，作为上述第2设定转速(行走转速)加以设定。其中，第2设定转速即是在不实施收割作业状态下、作业机在庄稼地内行进时的发动机转速，它是被任意地设定的。而所谓第1设定转速是通常收割作业时预期的发动机转速。因此，上述第1设定转速和第2设定转速的差异相当于由通常的收割作业而引起的发动机转速降低量。它们之间的关系由下列的一些式子明确。

机体在收割作业时的负荷=机体的行进负荷+收割作业负荷

第1设定转速=通常的收割作业时的发动机转速

第2设定转速=作业机行进时的发动机转速=第1设定转速+收割作业负荷形成的发动机转速降低量

无负荷转速=第2设定转速+由收割作业机行进负荷形成的发动机转速降低量

偏差=当前的发动机转速-第2设定转速

下面，说明发动机转速和作业工序间的关系。在图4a中，表示如图3b所说的在进行收割作业时作业机体移动的路径上的发动机转速的代表例，(其中的路径分别是1a，1b，1c，1d，2a……)。即，在通常的收割作业路径1a上，后述的车速控制机构100动作，使发动机接近目标转速(或者第1设定转速)。接着，在路径1a的收割作业刚结束后，进行与路径1b相当的90度转弯。这时，虽然作业机结束收割作业，但是作业机的轮胎和庄稼地路面间的阻力变成最大，因此使发动机负荷增大。其结果可预想到，即在与90度转弯相当的路径1b上，使发动机转速降低到最小。接着，在结束90转弯之后，由于是行进在相当于路径1c的直线部分的庄稼地路面上，因而使作业机的负荷减少，在这状态下，发动机转速变成最高。这样地在作业机结束沿着路径1c移动之后，就沿着移动到下一个收割路径2a之前的90度转弯的路径1d行进。当作业机体沿该路径1d转弯时，由于发动机受到与转弯路径1b同样的负荷，因而发动机转速降低成与路径1b同样的程度。在路径1d的移动结束后，作业机就进行沿路径2a的收割作业。这样，就如图3b所示地实行路径1a-1d的周期，接着又反复地进行路径2a-2d、路径3a-3d那样的周期，依次在庄稼地将收割作业进行下去。

与这些路径2a-2d、3a-3d相对应的发动机转速的变动状态实质上与图4a所示的与路径1a-1d相当的发动机转速变动是同样的。

上述车速控制机构100读入收割作业前的无负荷状态下的发动机转速，把从这无负荷转速开始只低随通常作业而产生的负荷(即行进负荷和收割作业负荷)相对应的下降量的转速作为上述第1设定转速而预先设定。然后在收割作业中，为了缩小转速传感器S1检测的发动机转速和上述第1设定转速(收割转速)之差，使上述电动马达14向增速一方或减速一方动作，去控制车速，以便发动机E的负荷经常处于合适状态。

而上述减速控制机构101是被做成这样的，即，根据由上述变化量算出机构102求出的变化量和由上述偏差算出机构103求出的偏差，无论上述偏差是如何值，把上述变化量是负值时作为过负荷状态，上述变化量的绝对值越大，将上述减速量设定完成越大。

上述减速控制机构101还被做成这样的，即，从上述第2设定转速(行进时转速)减去当前的发动机转速的值(偏差)是负值时，其绝对值越大，把上述减速量设完得越大。

当上述减速控制机构101如上所述地设定减速量时，预先记忆用上述偏差和变化量、经过模糊算法推论减速量，根据这个记忆信息求出减速量。

下面，说明由模糊算法推论确定的减速量的设定。即，上述减速量是根据图5～图7所示的成员函数和图8所示的控制规则，用模糊算法推论算出。

图5表示上述偏差的成员函数，图6表示上述变化量的成员函数，图7表示在计算减速量时用作加权系数的减速量的成员函数。控制规则是把偏差和变化量作为前事件部的两个模糊变量，把减速量作为后事件部而记载的。而对偏差和变化量的控制规则的适合度是把对上述各个成员函数(图5、图6)的适合度中，数值较小的取成适合度。又根据这样求出的适合度，由成员函数(图7)求出减速量。

由图5～图8可清楚看出，无论上述偏差处在正负任意一个范围，当上述变化量是负值时，都认为是过负荷状态，其绝对值越大，而且偏差的绝对值越大，减速量就被设定得越大。另外，上述偏差越小，上述变化量是负值，随着该变化量绝对值增大，就成为过负荷状态；即使在偏差小的场合下，变化量是负值，若其绝对值大，也作为过负荷状态而设定减速量。

而且，当上述变化量的值相当于图8所示的PB，偏差是负值，其绝对值是大的值NB时，与变化量是正值无关、变速量被设定为NS。这现象相当于图4a的Pa点，即相当于大致完成了收割作业一个工序结束后的90度转弯的那个时刻。即，相当于越过最高的发动机负荷、机体渐渐平滑地行进的过渡期。由于在这状态下使机体的负荷按每单位时间(Δt)下降，因而与此相应地使发动机转速增加，但又由于发动机转速与设定的转速相比是非常低的，因而把减速控制机构101的减速量设定成小的值。

通过这样地设定，即使在结束收割作业一个工序，并使机体结束转弯90度后，在发动机转速低的短暂期间，作业机体的行进速度仍被操作成减速。

另外，在这个实施例中，在偏差小而且变化是负值，其绝对值小(相当于图8的NS)；或者为0(相当于图8的ZE)；或者是正值(相当于图8的PB)、其绝对值大的场合下，减速量就被设定为零(图8的ZE所示的状态)的状态，即，被设成不进行减速的状态。

下面，说明减速控制的流程图。参照图9所示的控制流程图，说明由减速控制机构101形成的减速控制动作。这个控制是每个设定单位时间Δt秒(例如，几毫秒～几十毫秒)内反复地实行的。

先是当根部传感器S0从接通(ON)状态转换成断开(OFF)状态、检测到从收割作业状态变成非收割作业状态时，把比上述目标转速(相当于上述第1设定转速或收割转速)只高一个相当于因收割作业而下降的转速量的转速作为基准转速(相当于第2设定转速或行进转速)而加以设定(步骤1、2)。

接着，读入(步骤3)转速传感器S1的检测值(发动机转速)和车速传感器S2的检测值(当前车速)，从这次读入的发动机转速减去上次读入的发动机转速，算出发动机转速的变化量(步骤4)。

又如上所述地、从这次读入的发动机转速减去预先设定的基准转速，算出偏差(步骤5)。

然后，如上所述地、根据模糊算法推论，由预先记忆的控制信息求出减速量(步骤6)，为了使车速从当前的车速只减少被求出的减速量，使电动马达14作减速动作(步骤7)。

这样，就能在转变行进等原因使行进负荷增大时，在时间延迟尽可能少的状态下，用只与负荷状况相对应的适当减速量进行减速动作，就能避免因反应迟缓而引起的超过必要的车速减速给操纵者带来的不快感觉，防止作业效率下降等缺点。

下面，说明本发明的另一些实施例。

(1)上述实施例是把减速控制机构做成把上述偏差越小、上述变化量是负值且其绝对值越大时定为过负荷状态；对于偏差小，而且变化量的绝对值小的场合，表示为设定成减速量为零、即不进行减速动作的场合。但也可做成即使在偏差小、而且变化量的绝对值小的场合下，以较小减速量进行减速动作，以取代上述结构。

(2)也可取代根据上述偏差和变化量，用模糊算法推论来设定上述减速量的结构，例如根据实验结果，以偏差和变化量为参数，求出合适的减速量后，将这个实验结果作为用图形数据记忆的结构。

(3)取代上述的把比相对于车速控制机构中所用的第1设定转速(收割转速)只高出设定量的转速用作上述第2设定转速(行进转速)的结构，可做成把上述第1设定转速原封不动地用作第2设定转速(行进转速)的结构。当采用这种结构时，从收割作业状态变成非收割作业状态时不心每次设定基准转速，就能迅速地进行减速控制。

又如图4b所示，还可把无负荷转速用作第2设定转速。在这种场合下，由于在机体的非收割作业(相当于路径1b-1d)的全部点上的发动机转速的偏差都成为负值，因而这个偏差的绝对值越大，表示发动机转速数越低。

(4)也可取代上述根部传感器S0，把收割前处理部检测上升到设定量以上的限位开关用作上述作业状态检测机构。

即，由于在作业行程的收割作业结束后，进行转弯行进时，使收割前处理部上升到最大位置，因而可根据该上升操作检测非收割作业状态的开始。

(5)可取代油压式无级变速装置，把皮带式无级变速装置或摩擦式无级变速装置等各种变速装置用作上述变速装置。

(6)可取代电动马达，把油压缸等其他执行机构用作上述执行机构。

(7)上面是把联合收割机作为收割作业机的一个例子来说明的，但本发明也可能适用于作为水田作业机的插秧机的车速控制。这个车速控制不仅适用于平地上的水田作业，还可能适用于设置在山坡上的田地上的所有农业作业机器上。

(8)这个发动机是加上负荷时使转速下降式的。

在权利要求书中，为了容易地与附图进行对照而记载了符号，但本发明不因这些记载而局限于附图的结构。

Claims (9)

1、一种收割作业机的车速控制装置，这种收割作业机设有：检测发动机转速的转速检测机构(S1)；检测上述收割作业机机体的行进速度的车速检测机构(S2)；检测机体是否处于收割状态的作业状态检测机构(S0)；机体行进用的变速装置(9)；使上述变速装置(9)变速的变速机构(13、14)；上述车速控制装置含有：

变化量算出机构(102)，它通过从上述转速检测机构(S1)检测的当前的发动机转速减去Δt秒前的发动机转速而算出发动机转速变化量；

偏差算出机构(103)，它通过从上述转速检测机构(S1)检测的当前的发动机转速减去预先设定的上述发动机的设定转速而算出偏差；

为了使上述作业机的车速减速而将减速量指示给上述变速装置(9)的车速减速控制机构(101)，其特征在于：在上述作业状态检测机构(S0)检测出自收割状态向非收割状态变化的情况后，上述减速控制机构(101)在上述偏差的值无论是正还是负、上述发动机转速变化量是负值时，上述发动机转速变化量的绝对值越大，且上述偏差的绝对值越大，将上述减速量设定得越大。

2、如权利要求1所述的车速控制装置，其特征在于：上述设定转速被设定成上述发动机无负荷时的转速。

3、如权利要求1所述的车速控制装置，其特征在于：上述减速控制机构(101)在上述转速变化量是负值、而且其值为一定的场合下，上述发动机转速越低，把减速量设定得越大。

4、如权利要求2所述的车速控制装置，其特征在于：上述减速控制机构(101)在上述转速变化量即使是正值，上述发动机转速比可能设定的下限转速还低时设定减速量。

5、如权利要求2所述的车速控制装置，其特征在于：上述减速控制机构(101)在转速变化量是正值的场合下，把减速量设定为零。

6、如权利要求1所述的车速控制装置，其特征在于：上述设定转速被设定成由上述转速检测机构检测的上述作业机在收割作业时的发动机平均转速。

7、如权利要求1所述的车速控制装置，其特征在于；上述减速控制机构(101)做成用上述变化量和上述偏差、把经过模糊算法推论的减速量预先记忆在上述减速控制机构上，根据这个记忆值求出减速量。

8、如权利要求1所述的车速控制装置，其特征在于：设置有在上述收割作业状态检测机构(S0)检测出收割作业状态期间，为了缩小由上述转速检测机构(S1)检测出的发动机转速和预先设定的收割作业转速之间的差异，使上述变速机构(14、15)向增速一方或减速一方动作的车速控制机构(100)；上述减速控制机构(101)被做成把比上述收割作业转速高的设定量转速作为上述设定转速。

9、如权利要求8所述的车速控制装置，其特征在于：上述设定量实质上等于上述收割作业机进行收割作业而降低的那部分发动机转速。

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