JP2007032208A - 作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン駆動式作業部を備えた自走式作業機の作業性を高める。
【解決手段】 作業機１０はエンジン１４で駆動の作業部１３、作業部のオンを指示する作業駆動指令部４５、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒで駆動の走行部１１Ｌ，１１Ｒ、電動モータを制御する制御部６１、及び、制御部に電動モータの目標速度を指示する目標速度調節部５３を備える。作業部をエンジンで駆動するときの基準となる、エンジンの回転数をエンジン基準回転数とする。制御部は、作業駆動指令部の指示がオンであるという第１の条件を満たし、且つ、エンジン基準回転数に対してエンジンの実回転数が下回ったという第２の条件を満たしたときには、エンジンの実回転数がエンジン基準回転数まで戻るように、電動モータの実速度をＰＩＤ制御する構成である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自走可能な機体にエンジン駆動式作業部を備えた作業機に関する。

エンジン駆動式作業部を備えた作業機には、例えばオーガ式除雪機のように、走行速度や作業状況に応じて作業部にかかる負荷が増大するものがある。オーガ式除雪機は、前進走行しつつ前部のオーガ（作業部）で雪を掻き集めて除雪する作業機である。走行速度が増すと、オーガによる除雪量も増す。この結果、オーガにかかる負荷は増大する。このようなオーガ式除雪機としては、各種のものが知られている（例えば、特許文献１−２参照。）。
実開平３−３２６１７号公報 特開２００４−２７８０５５公報

特許文献１に示す従来のオーガ式除雪機は、雪質や積雪量に応じてオーガにかかる負荷が変動したときに、走行部の走行速度を変えるというものである。

特許文献２に示す従来のオーガ式除雪機は、エンジン目標回転数に対してエンジンの回転数が増減したときに指示用ランプで作業者に報知するというものである。
特許文献２によれば、オーガにかかる負荷の変動に応じて、エンジンの回転数が増減するので、作業者は指示用ランプの指示に基づいて走行部の走行速度を変えればよい。

上記従来の技術の例示として、特許文献１に示す従来のオーガ式除雪機を、次の図８に基づいて説明する。図８（ａ），（ｂ）は従来のオーガ式除雪機の構成図であり、（ａ）は側方から見たオーガ式除雪機を示し、（ｂ）はオーガ式除雪機を模式的に示す。
従来のオーガ式除雪機１００は、除雪作業部１０１を備えた機体１０２を走行部１０３によって走行させるようにし、除雪作業部１０１及び走行部１０３をエンジン１０４にて駆動するというものである。除雪作業部１０１はオーガ１１１、ブロア１１２及びシュータ１１３からなる。

このオーガ式除雪機１００によれば、エンジン１０４の回転速度を速度センサ１２１で検出するとともに、エンジン１０４からオーガ１１１及びブロア１１２に伝達されるトルクをトルクセンサ１２２で検出し、これらの検出信号に基づき、除雪している雪質及び積雪量を制御部１２３で推定することができる。

制御部１２３は、推定結果に基づいて走行部１０３、オーガ１１１及びブロア１１２の速度を制御する。具体的に述べると、制御部１２３は、雪質が氷雪で且つ積雪量が少ないと推定した場合には、走行部１０３の速度を減少させるとともにオーガ１１１及びブロア１１２の速度を増大させ、一方、普通の雪質（柔らかい雪など）で且つ積雪量が多いと推定した場合には、走行部１０３、オーガ１１１及びブロア１１２の速度を減少させる。

しかしながら、除雪する雪質や積雪量は常に変化することが多い。特許文献１に示す従来のオーガ式除雪機１００のように、雪質や積雪量に応じて除雪作業部１０１にかかる負荷が変動したときに、単に走行部１０３の走行速度を変えるだけでは、負荷が変動する度に減速、加速を頻繁に繰り返すことになる。例えば、除雪中に走行速度が頻繁に大きく変動したのでは、作業者にとって煩わしい。作業性を高めるには改良の余地がある。
また、走行速度や負荷の大きさにかかわらず、負荷が増大する度に単に一定の走行速度まで下げるのでは、低速過ぎる場合もあり、作業性を高めるには改良の余地がある。

また、特許文献２に示す従来のオーガ式除雪機のように、雪質や積雪量に応じてオーガにかかる負荷が変動したときに、その度に作業者が走行速度を頻繁に変更するのでは、操作が面倒であり、作業性を高めるには改良の余地がある。

本発明は、電動モータにて自走可能な機体にエンジン駆動式作業部を備えた作業機の作業性を、より高めることができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、機体に、エンジンにより駆動するオーガ式除雪作業部等の作業部と、この作業部のオン・オフを指示する作業駆動指令部と、電動モータにより駆動する車輪やクローラ等の走行部と、電動モータを制御する制御部と、この制御部に電動モータの目標速度を指示する目標速度調節部とを備えた作業機において、
作業部をエンジンにて駆動するときの基準となる、エンジンの回転数を予め設定し、この設定された回転数をエンジン基準回転数としたときに、
制御部は、作業駆動指令部の指示がオンであるという第１の条件を満たし、且つ、エンジン基準回転数に対してエンジンの実回転数が下回ったという第２の条件を満たしたときには、エンジンの実回転数がエンジン基準回転数まで戻るように、電動モータの実速度をＰＩＤ制御する構成としたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、制御部は、第１の条件を満たし、且つ、エンジンの実回転数がエンジン基準回転数に達したときには、電動モータの実速度が目標速度調節部にて指示した目標速度となるようにＰＩＤ制御を実行する構成としたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２において、制御部が、第１の条件を満たしていないときには、エンジンの実回転数にかかわらず、電動モータの実速度が目標速度調節部にて指示した目標速度となるように制御を実行する構成としたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、作業部をエンジンにて駆動するときの基準となる、エンジンの回転数を予め設定し、この設定された回転数をエンジン基準回転数とし、このエンジン基準回転数を維持しつつ作業できるようにした。
エンジン基準回転数については、例えばエンジンがほぼ最大トルクを発生するときの回転数に、設定すればよい。エンジンがほぼ最大トルクを発生するときのエンジンの回転数を維持することが、最も作業効率を高めることができるからである。

一般に、走行速度に応じて作業部にかかる負荷が増大する作業機において、作業機における現在の走行速度で作業中に、作業部にかかる負荷が増大した場合には、エンジンの回転数が低下する。このとき、走行速度を下げることにより、作業部にかかる負荷が低減するので、エンジンの回転数を元に戻すことができる。

請求項１に係る発明では、作業駆動指令部で作業部をオンにした状態において、エンジン基準回転数に対してエンジンの実回転数が下回ったときに、エンジンの実回転数がエンジン基準回転数まで戻るように、電動モータの実速度をＰＩＤ制御によって下げるようにした。
つまり、エンジンの実回転数がエンジン基準回転数を下回る場合には、負荷が過大な状態（過負荷状態）であると判断して、電動モータの実速度を下げることで、作業機の走行速度を下げる。この結果、過負荷状態を解消することができるので、エンジンの実回転数をエンジン基準回転数まで戻すことができる。このようにして、エンジン基準回転数を維持しつつ作業効率を高めることができる。しかも、過負荷状態を解消することによって、エンジンの燃料消費率（単位時間当たりに消費する燃料の量；燃費）を高めることができる。

さらには、電動モータの実速度をＰＩＤ制御するので、例えば、負荷が頻繁に大きく変動した場合であっても、走行速度が頻繁に大きく変動することを抑制することができる。このため、作業者にとって、走行速度が頻繁に大きく変動する煩わしさがなく、作業性をより高めることができる。

請求項２に係る発明では、作業駆動指令部で作業部をオンにした状態において、エンジンの実回転数がエンジン基準回転数に達したときには、電動モータの実速度が目標速度調節部にて指示した目標速度となるように、ＰＩＤ制御を実行するようにした。
エンジンの実回転数がエンジン基準回転数に達しているときには、通常の負荷状態又は無負荷状態であると考えることができる。電動モータの実速度を目標速度となるようにＰＩＤ制御を実行することによって、作業機の走行速度を上げることで、作業部による作業をより迅速に行うことができる。この結果、作業効率を高め、作業性をより高めることができる。

請求項３に係る発明では、作業駆動指令部で作業部をオフにしたときには、作業していない無負荷状態なので、エンジンの実回転数にかかわらず、電動モータの実速度が目標速度調節部にて指示した目標速度となるように制御することにした。
電動モータの実速度を目標速度となるように制御することによって、作業していないときの作業機の走行速度を上げることができる。このため、作業機をより速やかに移動させることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は作業者から見た方向に従い、Ｆｒは前側、Ｒｒは後側、Ｌｅは左側、Ｒｉは右側を示す。
図１は本発明に係る除雪機（作業機）の側面図である。図２は本発明に係る除雪機の模式的平面図兼制御系統図である。

図１及び図２に示すように、除雪機１０は、左右の走行部１１Ｌ，１１Ｒを備えた走行フレーム１２に、オーガ式の作業部１３及びこの作業部１３を駆動するエンジン１４を備えた車体フレーム１５の後部を上下スイング可能に取付け、車体フレーム１５の前部を昇降駆動機構１６によって昇降するようにし、さらに、走行フレーム１２の後部から後方上部へ左右２本の操作ハンドル１７Ｌ，１７Ｒを延し、これらの操作ハンドル１７Ｌ，１７Ｒの先端にグリップ１８Ｌ，１８Ｒを設けた、自走可能な作業機である。

このような除雪機１０はオーガ式除雪機と言われている。以下、作業部１３のことを除雪作業部１３と言う。作業者は、除雪機１０に連れて歩行しながら、操作ハンドル１７Ｌ，１７Ｒで除雪機１０を操作することができる。

走行フレーム１２及び車体フレーム１５の組合せ構造は機体１９をなす。走行フレーム１２は、走行部１１Ｌ，１１Ｒを駆動する左右の電動モータ２１Ｌ，２１Ｒを備える。左右の走行部１１Ｌ，１１Ｒは、左右のクローラベルト２２Ｌ，２２Ｒ、走行輪として後部に配置された左右の駆動輪２３Ｌ，２３Ｒ、及び、前部に配置された左右の転動輪２４Ｌ，２４Ｒからなる。
左の電動モータ２１Ｌの駆動力で、左の駆動輪２３Ｌを介して左のクローラベルト２２Ｌを駆動することができる。右の電動モータ２１Ｒの駆動力で、右の駆動輪２３Ｒを介して右のクローラベルト２２Ｒを駆動することができる。

除雪作業部１３は、オーガハウジング２５、オーガハウジング２５の背面と一体のブロアケース２６、オーガハウジング２５に備えたオーガ２７、ブロアケース２６に備えたブロア２８及びシュータ２９からなる。

図１に示すように、エンジン１４は、電磁クラッチ３１及び伝動機構３２を介して除雪作業部１３を駆動する除雪用駆動源である。
伝動機構３２は、エンジン１４のクランクシャフト１４ａに取り付けられた電磁クラッチ３１から、オーガ用伝動軸３３にベルトにて動力を伝達する、ベルト式伝動機構である。エンジン１４の動力は、クランクシャフト１４ａ→電磁クラッチ３１→伝動機構３２→オーガ用伝動軸３３の経路でオーガ２７及びブロア２８に伝わる。オーガ２７で掻き集めた雪を、ブロア２８によってシュータ２９を介して遠くへ飛ばすことができる。
なお、オーガハウジング２５は、後下端にスクレーパ３５及び左右のそり３６Ｌ，３６Ｒを備える。

昇降駆動機構１６は、シリンダからピストンが進退可能なアクチュエータである。このアクチュエータは、電動モータ１６ａ（図２参照）にて図示せぬ油圧ポンプから発生させた油圧によって、ピストンを伸縮させる型式の電動油圧シリンダである。電動モータ１６ａは、昇降駆動機構１６のシリンダの側部に一体に組込んだ、昇降用駆動源である。

このような除雪機１０は、走行フレーム１２に、オーガハウジング２５及びブロアケース２６をローリング可能に取付け、オーガハウジング２５をローリング駆動機構３８で左右にローリング（横揺れ）させるようにした構成である。
詳しく説明すると、前後に延びるオーガ用伝動軸３３をオーガハウジング２５及びブロアケース２６で回転可能に支承し、ブロアケース２６を車体フレーム１５の前端部に左右回転可能（ローリング可能）に取付けたものである。

上述のように、走行フレーム１２は車体フレーム１５を取り付けた構成である。このため、走行フレーム１２にオーガハウジング２５及びブロアケース２６をローリング可能に取付けたことになる。この結果、走行フレーム１２に対して、オーガハウジング２５は昇降可能且つローリング可能である。

ローリング駆動機構３８は、シリンダからピストンが進退可能なアクチュエータである。このアクチュエータは、電動モータ３８ａ（図２参照）にて図示せぬ油圧ポンプから発生させた油圧によって、ピストンを伸縮させる型式の電動油圧シリンダである。電動モータ３８ａは、ローリング駆動機構３８のシリンダの側部に一体に組込んだ、ローリング用駆動源である。

ところで、左右の操作ハンドル１７Ｌ，１７Ｒ間には、操作部４０、制御部６１、バッテリ６２を配置したものである。以下、操作部４０について説明する。

図３は本発明に係る操作部の斜視図である。図４は本発明に係る操作部の平面図である。図３及び図４に示すように操作部４０は、左右の操作ハンドル１７Ｌ，１７Ｒの間に設けた操作ボックス４１と、グリップ１８Ｌの近傍で左の操作ハンドル１７Ｌに設けた走行準備レバー４２並びに左の旋回操作レバー４３Ｌと、グリップ１８Ｒの近傍で右の操作ハンドル１７Ｒに取付けた右の旋回操作レバー４３Ｒとからなる。

走行準備レバー４２は、スイッチ４２ａ（図２参照）に作用する走行準備部材であり、リターンスプリングの引き作用により、図に示すフリー状態になればスイッチ４２ａはオフになる。作業者の左手で走行準備レバー４２を握ってグリップ１８Ｌ側に下げれば、スイッチ４２ａはオンとなる。

左右の旋回操作レバー４３Ｌ，４３Ｒは、左右のグリップ１８Ｌ，１８Ｒを握った手でそれぞれ操作する旋回操作部材であり、それぞれ対応する旋回スイッチ４３Ｌａ，４３Ｒａ（図２参照）に作用する機構である。
これら左右の旋回操作レバー４３Ｌ，４３Ｒは、リターンスプリングの引き作用により、図に示すフリー状態になれば旋回スイッチ４３Ｌａ，４３Ｒａはオフになる。作業者の左手で左の旋回操作レバー４３Ｌを握ってグリップ１８Ｌ側に上げれば、左の旋回スイッチ４３Ｌａはオンとなる。右の旋回スイッチ４３Ｒａについても同様である。このように、左右の旋回操作レバー４３Ｌ，４３Ｒが握られているか否かは旋回スイッチ４３Ｌａ，４３Ｒａで検出することができる。

上記図２も参照しつつ説明すると、操作ボックス４１はその背面４１ａ（作業者側の面）に、メインスイッチ４４及びオーガスイッチ４５（「クラッチ操作スイッチ４５」とも言う）を備える。
メインスイッチ４４を回してオンにすることで、エンジン１４を始動させることができる。オーガスイッチ４５は、電磁クラッチ３１をオン・オフ切替えする手動スイッチであり、例えば押し釦スイッチからなる。

さらに操作ボックス４１はその上面４１ｂに、モード切替スイッチ５１、スロットルレバー５２、方向速度レバー５３、リセットスイッチ５４、オーガハウジング姿勢操作レバー５５及びシュータ操作レバー５６を、この順に左側から右側へ配列して、備えたものである。
より具体的に述べると、操作ボックス４１の上面４１ｂのうち、車幅中心ＣＬの左隣に方向速度レバー５３を配置するとともに、車幅中心ＣＬの右隣にリセットスイッチ５４を配置した。

モード切替スイッチ５１は、制御部６１における走行制御モードを切り替える手動式切替スイッチであり、例えばロータリスイッチからなる。ノブ５１ａを図反時計回りに回すことで第１制御位置Ｐ１、第２制御位置Ｐ２及び第３制御位置Ｐ３に切り替えることができる。これらの各位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に切り替えたときに、モード切替スイッチ５１はそれぞれ対応するスイッチ信号を発する。
第１制御位置Ｐ１は、制御部６１に「第１の制御モード」で制御をさせるためのスイッチ位置である。第２制御位置Ｐ２は、制御部６１に「第２の制御モード」で制御をさせるためのスイッチ位置である。第３制御位置Ｐ３は、制御部６１に「第３の制御モード」で制御をさせるためのスイッチ位置である。

第１の制御モードは、エンジン１４の回転数を基に手動操作にて制御する、いわゆる、手動モードである。第２の制御モードは、スロットル弁７１における開度の増加量に対して走行速度を緩やかに減少させるように制御する、いわゆる、パワーモードである。第３の制御モードは、スロットル弁７１の開度の増加量に対して、走行速度を第２の制御モードの場合よりも大きく減少させるように制御する、いわゆる、オートモード（自動モード）である。なお、第２・第３の制御モードにおいて、スロットル弁７１の開度の代わりに、エンジン１４の回転数を基に走行速度を制御する構成であってもよい。

このように制御部６１の負荷制御モードを、（１）作業に慣れている上級者が使う手動操作式の第１の制御モードと、（２）ある程度慣れている中級作業者が使う半自動式の第２の制御モードと、（３）不慣れな初心者が使う自動式の第３の制御モードとの、３つのモードに設定したものである。
これらのモードを適宜選択することにより、１台の除雪機１０を初心者から上級作業者まで、自分に最適な作業形態で容易に使用することができる。

スロットルレバー５２は、電子式ガバナ（電気式ガバナとも言う。）の制御モータ７２を制御することによって、スロットル弁７１を開閉制御するための操作部材であり、作業者の手で、矢印Ｄｅ，Ｉｎの如く前後方向へ往復させることができ、ポテンショメータ５２ａでポジションに応じた電圧を発生させる。スロットルレバー５２を矢印Ｄｅ方向へ倒せばスロットル弁７１を全閉まで閉じることができ、スロットルレバー５２を矢印Ｉｎ方向へ倒せばスロットル弁７１を全開まで開けることができる。この結果、エンジン１４の回転数を調節することができる。

方向速度レバー５３は、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの回転を制御するための操作部材であり、その詳細については後述する（図５参照）。

リセットスイッチ５４（オーガ原位置自動復帰スイッチ５４）は、オーガハウジング２５の姿勢（位置）を、予め設定されている原点に復帰させるための手動スイッチであり、例えば押し釦スイッチからなり、表示灯５７を備える。

オーガハウジング姿勢操作レバー５５は、オーガハウジング２５の姿勢を変えるための、操作部材である。つまり、オーガハウジング姿勢操作レバー５５は、オーガ２７で除雪作業時にオーガハウジング２５を雪面に合わせて昇降並びにローリングさせるべく、昇降駆動機構１６やローリング駆動機構３８を操作するための、操作部材である。オーガハウジング姿勢操作レバー５５を前側Ｆｒｓ、後側Ｒｒｓ、左側Ｌｅｓ及び右側Ｒｉｓにスイング操作しているときに、それぞれ対応するスイッチをオンにすることができる。
シュータ操作レバー５６は、シュータ２９（図１参照）の向きを変えるための、操作部材である。

図５は本発明で採用した方向速度レバーの作用説明図である。
図５に示すように、方向速度レバー５３（「前後進速度調節レバー５３」とも言う）は、作業者の手で、矢印Ａｄ，Ｂａの如く前後に往復させることができ、「中立範囲」より「前進」側へ倒せば除雪機１０（図１参照）を前進させることができ、且つ「前進」領域においては、Ｌｆが低速前進、Ｈｆが高速前進となるように、速度制御も行える。同様に、「中立範囲」より「後進」側へ倒せば除雪機１０を後進させることができ、且つ「後進」領域においては、Ｌｒが低速後進、Ｈｒが高速後進となるように、速度制御も行える。

この例では、図の左端に付記した通りに、後進の最高速が０Ｖ（ボルト）、前進の最高速が５Ｖ、中立範囲が２．３Ｖ〜２．７Ｖになるようにポテンショメータ５３ａ（図２参照）でポジションに応じた電圧を発生させる。１つのレバーで前後の方向と高低速の速度制御とを設定できるので、方向速度レバー５３と名付けた。

次に、除雪機１０の制御系統について図２に基づき説明する。除雪機１０の制御系統は、制御部６１に中心に集約されたものである。制御部６１はメモリ６３を内蔵し、このメモリ６３に記憶されている各種の情報を適宜読み出して制御する構成である。

先ず、除雪作業部１３の系統の作動を説明する。
エンジン１４の吸気系は、スロットル弁７１を制御モータ７２で開閉制御するとともに、チョーク弁７３を制御モータ７４で開閉制御する構成である。スロットル弁７１の開度についてはスロットルポジションセンサ７５で検出し、チョーク弁７３の開度についてはチョークポジションセンサ７６で検出し、これらの各検出信号を制御部６１に発するようにした。
エンジン１４の回転速度（回転数）については、エンジン回転センサ７７にて検出し、その検出信号を制御部６１に発するようにした。

エンジン１４の出力の一部で発電機８１を回し、得た電力をバッテリ６２に供給するとともに、左右の電動モータ２１Ｌ，２１Ｒや他の電装品に供給する。エンジン１４の出力の残部は、オーガ２７及びブロア２８の回転に充てる。

走行準備レバー４２を握るとともに、オーガスイッチ４５を操作することにより、電磁クラッチ３１を接続（オン）し、エンジン１４の動力でオーガ２７及びブロア２８を回転させることができる。なお、走行準備レバー４２をフリーにするか、又は、オーガスイッチ４５を操作することにより、電磁クラッチ３１を断（オフ）状態にすることができる。

次に走行部１１Ｌ，１１Ｒの系統の作動を説明する。
本発明の除雪機１０は、普通車両のパーキングブレーキに相当するブレーキとして、左右の電磁ブレーキ８２Ｌ，８２Ｒを備える。具体的には、左右の電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの各モータ軸を左右の電磁ブレーキ８２Ｌ，８２Ｒによって制動するようにした。これらの電磁ブレーキ８２Ｌ，８２Ｒは、駐車中は制御部６１の制御により、ブレーキ状態（オン状態）にある。そこで、次の手順で電磁ブレーキ８２Ｌ，８２Ｒを開放する。

メインスイッチ４４がオン位置にあること、及び、走行準備レバー４２が握られていることの２つの条件が満たされ、方向速度レバー５３を前進又は後進に切換えると、電磁ブレーキ８２Ｌ，８２Ｒはオフ状態になる。

方向速度レバー５３の位置情報をポテンショメータ５３ａから得た制御部６１は、左右のモータドライバ８４Ｌ，８４Ｒを介して左右の電動モータ２１Ｌ，２１Ｒを回転させ、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの回転速度（回転数）をモータ回転センサ８３Ｌ，８３Ｒで検出して、その検出信号に基づいて回転速度が所定値になるようにフィードバック制御を実行する。この結果、左右の駆動輪２１Ｌ，２１Ｒが所望の方向に、所定の速度で回り、走行状態となる。

走行中の制動は次の手順で行う。モータドライバ８４Ｌ，８４Ｒは、回生ブレーキ回路８５Ｌ，８５Ｒ及び短絡ブレーキ回路８６Ｌ，８６Ｒを含む。短絡ブレーキ回路８６Ｌ，８６Ｒはブレーキ手段である。

左の旋回操作レバー４３Ｌを握って左の旋回スイッチ４３Ｌａをオン操作している間は、そのスイッチオンのスイッチ信号に基づいて制御部６１は左の回生ブレーキ回路８５Ｌを作動させ、左の電動モータ２１Ｌの速度を下げる。
右の旋回操作レバー４３Ｒを握って右の旋回スイッチ４３Ｒａをオン操作している間は、そのスイッチオンのスイッチ信号に基づいて制御部６１は右の回生ブレーキ回路８５Ｒを作動させ、右の電動モータ２１Ｒの速度を下げる。
すなわち、左の旋回操作レバー４３Ｌを握っている間だけ、除雪機１０を左旋回させることができる。また、右の旋回操作レバー４３Ｒを握っている間だけ、除雪機１０を右旋回させることができる。

そして、（１）走行準備レバー４２を離すか、（２）メインスイッチ４４をオフ位置に戻すか、（３）方向速度レバー５３を中立位置に戻すかの、何れかにより走行を停止させることができる。

オーガハウジング姿勢操作レバー５５を前後にスイング操作することで、電動モータ１６ａは正逆転し、昇降駆動機構１６のピストンを伸縮させる。この結果、オーガハウジング２５及びブロアケース２６は昇降する。オーガハウジング２５の昇降位置については、ハイト位置センサ８７（上下動検出部８７）にて検出し、その検出信号を制御部６１に発するようにした。

オーガハウジング姿勢操作レバー５５を左右にスイング操作することで、電動モータ３８ａは正転し、ローリング駆動機構３８のピストンを伸縮させる。この結果、オーガハウジング２５及びブロアケース２６は左右にローリングする。オーガハウジング２５のローリング位置については、ローリング位置センサ８８（左右傾動検出部８８）にて検出し、その検出信号を制御部６１に発するようにした。

次に、上記図２に示す制御部６１をマイクロコンピュータとした場合の制御フローについて、図６に基づき説明する。この制御フローは、例えばメインスイッチ４４をオンにしたときに制御を開始し、メインスイッチ４４をオフにしたときに制御を終了する。図中、ＳＴ××はステップ番号を示す。特に説明がないステップ番号については、番号順に進行する。以下、図２及び図４を参照しつつ説明する。

図６は本発明に係る制御部の制御フローチャートである。
ＳＴ０１；方向速度レバー５３の操作方向並びに操作量Ｒｏｐを読み込んだ後に、ＳＴ０２に進む。この信号は方向速度レバー５３のポジションにより定まる。すなわち、方向速度レバー５３のポテンショメータ５３ａから制御部６１に発した、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの目標速度指令を読み込む。

ＳＴ０２；方向速度レバー５３の操作位置を調べ、「中立位置」なら停止制御であると判断してＳＴ０３に進み、「後進位置」なら後進走行制御であると判断してＳＴ０４に進み、「前進位置」なら前進走行制御であると判断してＳＴ０５に進む。
ＳＴ０３；電動モータ２１Ｌ，２１Ｒを停止させる又は停止状態を維持させた後に、ＳＴ０１に戻る。

ＳＴ０４；電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの後進制御（逆転制御）を実行した後に、ＳＴ０１に戻る。走行部１１Ｌ，１１Ｒは後進走行をする。
ＳＴ０５；オーガスイッチ４５のスイッチ信号を読み込んだ後に、ＳＴ０６に進む。
ＳＴ０６；オーガスイッチ４５がオンであるか否かを調べ、ＮＯならＳＴ０７に進み、ＹＥＳならＳＴ０８に進む。

ＳＴ０７；電磁クラッチ３１をオフにした後に、ＳＴ１１に進む。この結果、除雪作業部１３は停止又は停止状態を維持する。
ＳＴ０８；電磁クラッチ３１をオンにした後に、ＳＴ１０に進む。この結果、除雪作業部１３は作動する。

ＳＴ０９；エンジン１４の実際の回転数Ｎｅ（以下、「実回転数Ｎｅ」と言う）を計測した後に、ＳＴ１０に進む。実回転数Ｎｅについては、例えばエンジン回転センサ７７で計測すればよい。
ＳＴ１０；予め設定された一定のエンジン基準回転数Ｎｓに対して、エンジンの実回転数Ｎｅが達した又は越えた（Ｎｅ≧Ｎｓ）か否かを調べ、ＹＥＳならＳＴ１１に進み、ＮＯならＳＴ１２に進む。

ここで、「エンジン基準回転数Ｎｓ」を次のように定義する。すなわち、除雪作業部１３をエンジン１４にて駆動するときの基準となる、エンジン１４の回転数Ｎｓを予め設定し、この設定された回転数Ｎｓを「エンジン基準回転数Ｎｓ」とする。例えば、エンジン１４が最大トルクを発生するときのエンジン１４の回転数を、「エンジン基準回転数Ｎｓ」とする。

一般に、作業中において、エンジン１４が高速回転に変化したときには、作業部１３にかかる負荷が小さい作業状況になったと考えることができる。一方、エンジン１４が低速回転に変化したときには、作業部１３にかかる負荷が大きい作業状況になったと考えることができる。
ＳＴ１０においては、「Ｎｅ≧Ｎｓ」なら、エンジン１４に係る負荷が通常の大きさの負荷（通常負荷）又は無負荷であるとしてＹＥＳの判断になる。一方、エンジン基準回転数Ｎｓに対して実回転数Ｎｅが下回るなら（Ｎｅ＜Ｎｓ）、エンジン１４にかかる負荷が過大（過負荷）であるとしてＮＯの判断になる。

ＳＴ１１；方向速度レバー５３の操作量Ｒｏｐから電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの目標速度Ｔｓ（目標回転数Ｔｓ）を求めた後に、ＳＴ１３に進む。
ＳＴ１２；上記ＳＴ１１において求められた目標速度Ｔｓを、「Ｎｅ≧Ｎｓ」の条件が満足するまで、ＰＩＤ制御によって下げることで、補正した後にＳＴ１３に進む。ここで、ＰＩＤ制御は、比例動作、積分動作及び微分動作の３つの動作を含む、一般的な制御方式である（以下同じ。）。
ＳＴ１３；電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実際の速度Ｔｒ（実回転速度Ｔｒ。以下、「実速度Ｔｒ」と言う）を計測した後に、ＳＴ１４に進む。実速度Ｔｒについては、例えばモータ回転センサ８３Ｌ，８３Ｒで計測すればよい。

ＳＴ１４；電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒが、目標速度Ｔｓとなるように、ＰＩＤ制御によって電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの前進制御（正転制御）を実行した後に、ＳＴ０１に戻る。走行部１１Ｌ，１１Ｒは前進走行をする。この場合の目標速度Ｔｓは、上記ＳＴ１１において求められた目標速度Ｔｓ又は上記ＳＴ１２において補正された目標速度Ｔｓのことである。

次に、除雪機１０の作用を、図２及び図６を参照しつつ図７に基づいて説明する。
図７は本発明に係る除雪機の作用を示す作用図であり、横軸を経過時間としたタイムチャートで各部の作動を示す。すなわち、（ａ）はエンジン１４の実回転数Ｎｅを示し、（ｂ）は電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒを示す。

オーガスイッチ４５のオフ状態、つまり、除雪作業部１３を停止した状態においては、（ａ）のようにエンジン１４の実回転数Ｎｅは、エンジン基準回転数Ｎｓを上回るＮｔである（Ｎｓ＜Ｎｔ）。このときに制御部６１は、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒが、方向速度レバー５３にて指示した目標速度Ｔｓとなるように、ＰＩＤ制御を実行している。

このような電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒに基づいて、作業機１０が走行中に、オーガスイッチ４５をオンにすると、除雪作業部１３は除雪作業を開始する。このため、除雪作業部１３にかかる負荷は増大する。この結果、エンジン１４にかかる負荷も増大するので、これに応じて（ａ）のように、エンジン１４の実回転数Ｎｅが低下する。このままでは、エンジン基準回転数Ｎｓに対してエンジン１４の実回転数Ｎｅが下回ってしまう。

これに対して制御部６１は、エンジン１４の実回転数Ｎｅがエンジン基準回転数Ｎｓまで戻るように、（ｂ）の如く電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度ＴｒをＰＩＤ制御によって下げるように、制御する。より具体的には、「Ｎｅ＝Ｎｓ」となるように、目標速度ＴｓをＰＩＤ制御によって下げて補正し、この補正された目標速度Ｔｓを基準として、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度ＴｒをＰＩＤ制御する。

このように、エンジン１４にかかる負荷の大きさに応じて、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒを下げることにより、エンジン基準回転数Ｎｓ（例えば、エンジン１４がほぼ最大トルクを発生するときのエンジン１４の回転数）を維持することができる。

しかも、負荷が変動しても「Ｎｅ＝Ｎｓ」となるように、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度ＴｒをＰＩＤ制御によって増減させるので、走行速度が頻繁に大きく変動することを抑制することができる。

その後、除雪作業部１３による除雪作業を終了したときに、除雪作業部１３は無負荷状態になる。この結果、（ａ）のようにエンジン１４も無負荷状態になるので、これに応じて、エンジン１４の実回転数Ｎｅは元のＮｔに戻る（Ｎｓ＜Ｎｔ）。従って、（ｂ）のように、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒは、方向速度レバー５３にて指示した元の目標速度Ｔｓに戻る。

以上述べたように除雪機等の作業機１０は上記構成、作用を有するので、次のような効果を発揮する。
すなわち作業機１０は、機体１９に、エンジン１４により駆動する作業部１３（除雪作業部１３）と、この作業部１３のオン・オフを指示する作業駆動指令部４５（オーガスイッチ４５）と、走行用電動モータ２１Ｌ，２１Ｒにより駆動する車輪やクローラ等の走行部１１Ｌ，１１Ｒと、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒを制御する制御部６１と、この制御部６１に電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの目標速度Ｔｓを指示する目標速度調節部５３（方向速度レバー５３）とを備える。

制御部６１は、作業駆動指令部４５の指示がオンであるという第１の条件を満たし、且つ、エンジン基準回転数Ｎｓに対してエンジン１４の実回転数Ｎｅが下回ったという第２の条件を満たしたときには、エンジン１４の実回転数Ｎｅがエンジン基準回転数Ｎｓまで戻るように、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度をＰＩＤ制御する構成としたことを特徴とする。

このように制御部６１は、作業部１３をエンジン１４にて駆動するときの基準となる、エンジンの回転数Ｎｓを予め設定し、この設定された回転数Ｎｓをエンジン基準回転数Ｎｓとし、このエンジン基準回転数Ｎｓを維持しつつ作業できるようにした。
エンジン基準回転数Ｎｓについては、例えばエンジン１４がほぼ最大トルクを発生するときの回転数に、設定すればよい。エンジン１４がほぼ最大トルクを発生するときのエンジン１４の回転数を維持することが、最も作業効率を高めることができるからである。

一般に、走行速度に応じて作業部１３にかかる負荷が増大する作業機１０において、作業機１０における現在の走行速度で作業中に、作業部１３にかかる負荷が増大した場合には、エンジン１４の実回転数Ｎｅが低下する。このとき、走行速度を下げることにより、作業部１３にかかる負荷が低減するので、エンジン１４の実回転数Ｎｅを元に戻すことができる。

これに対して発明では、作業駆動指令部４５で作業部１３をオンにした状態において、エンジン基準回転数Ｎｓに対してエンジン１４の実回転数Ｎｅが下回ったときに、エンジン１４の実回転数Ｎｅがエンジン基準回転数Ｎｓまで戻るように、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度ＴｒをＰＩＤ制御によって下げるようにした。

つまり、エンジン１４の実回転数Ｎｅがエンジン基準回転数Ｎｓを下回る場合には、負荷が過大な状態（過負荷状態）であると判断して、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒを下げることで、作業機１０の走行速度を下げる。この結果、過負荷状態を解消することができるので、エンジン１４の実回転数Ｎｅをエンジン基準回転数Ｎｓまで戻すことができる。このようにして、エンジン基準回転数Ｎｓを維持しつつ作業効率を高めることができる。しかも、過負荷状態を解消することによって、エンジン１４の燃料消費率（単位時間当たりに消費する燃料の量；燃費）を高めることができる。

さらには、２１Ｌ，２１Ｒの実速度ＴｒをＰＩＤ制御するので、例えば、負荷が頻繁に大きく変動した場合であっても、走行速度が頻繁に大きく変動することを抑制することができる。
例えば、他の制御方式を採用した場合に比べて、つまり、エンジン１４の実回転数Ｎｅに応じて電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒを下げるための「マップ」を採用した制御方式に比べて、走行速度の変動を、より一層抑制することができる。
このため、作業者にとって、走行速度が頻繁に大きく変動する煩わしさがなく、作業性をより高めることができる。

さらに制御部６１は、作業駆動指令部４５で作業部をオンにした状態（駆動状態）において、エンジン１４の実回転数Ｎｅがエンジン基準回転数Ｎｓに達したときには、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒが目標速度調節部５３にて指示した目標速度となるようにＰＩＤ制御を実行する構成としたことを特徴とする。

エンジン１４の実回転数Ｎｅがエンジン基準回転数Ｎｓに達しているときには、通常の負荷状態又は無負荷状態であると考えることができる。電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒを目標速度ＴｓとなるようにＰＩＤ制御を実行することによって、作業機１０の走行速度を上げることで、作業部による作業をより迅速に行うことができる。この結果、作業効率を高め、作業性をより高めることができる。

さらに制御部６１は、作業駆動指令部４５で作業部１３をオフにした状態（停止状態）においては、エンジン１４の実回転数Ｎｅにかかわらず、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒが目標速度調節部５３にて指示した目標速度Ｔｓとなるように制御を実行する構成としたことを特徴とする。

作業駆動指令部４５で作業部１３をオフにしたときには、作業していない無負荷状態なので、エンジン１４の実回転数Ｎｅにかかわらず、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの実速度Ｔｒが目標速度調節部５３にて指示した目標速度Ｔｓとなるように制御することにした。このようにすることで、作業していないときの作業機１０の走行速度を上げることができる。このため、作業機１０をより速やかに移動させることができる。

以上、図６に基づきに説明した制御部６１の制御フローの構成は、例えば上記モード切替スイッチ５１で第３制御位置Ｐ３に切り替えたときの、第３の制御モード（オートモード）に適用するのに最適である。

なお、本発明は実施の形態では、作業機１０は走行速度に応じて作業部１３にかかる負荷が増大するものであればよく、オーガ式除雪機に限定されるものではない。

また、上記制御フローにおいて、左右の電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの駆動制御方式は、例えば、モータ端子にパルス電圧を供給するパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）とすればよい。制御部６１の制御信号に応じて、モータドライバ８４Ｌ，８４Ｒはパルス幅が制御されたパルス信号を発して、電動モータ２１Ｌ，２１Ｒの回転を制御することができる。

本発明の作業機１０は、作業部１３をエンジン１４で駆動するとともに、走行部１１Ｌ，１１Ｒの走行速度を電動モータ２１Ｌ，２１Ｒで可変するようにし、エンジン１４並びに電動モータ２１Ｌ，２１Ｒを関連させて走行速度を制御するものであって、走行速度に応じて作業部１３にかかる負荷が増大する自走式作業機である。このような作業機１０は、前進走行しつつ前部のオーガで雪を掻き集めて除雪するオーガ式除雪機に好適である。

本発明に係る除雪機（作業機）の側面図である。 本発明に係る除雪機の模式的平面図兼制御系統図である。 本発明に係る操作部の斜視図である。 本発明に係る操作部の平面図である。 本発明で採用した方向速度レバーの作用説明図である。 本発明に係る制御部の制御フローチャートである。 本発明に係る除雪機の作用を示す作用図である。 従来のオーガ式除雪機の構成図である。

符号の説明

１０…作業機（除雪機）、１１Ｌ，１１Ｒ…走行部、１３…作業部（除雪作業部）、１４…エンジン、１９…機体、２１Ｌ，２１Ｒ…電動モータ、２７…オーガ、２８…ブロア、４５…作業駆動指令部（オーガスイッチ）、５３…目標速度調節部（方向速度レバー）、６１…制御部、Ｎｅ…エンジンの実回転数、Ｎｓ…エンジン基準回転数、Ｔｒ…電動モータの実速度、Ｔｓ…電動モータの目標速度。

Claims (3)

1. 機体に、エンジンにより駆動するオーガ式除雪作業部等の作業部と、この作業部のオン・オフを指示する作業駆動指令部と、電動モータにより駆動する車輪やクローラ等の走行部と、前記電動モータを制御する制御部と、この制御部に前記電動モータの目標速度を指示する目標速度調節部とを備えた作業機において、
   前記作業部を前記エンジンにて駆動するときの基準となる、エンジンの回転数を予め設定し、この設定された回転数をエンジン基準回転数としたときに、
   前記制御部は、前記作業駆動指令部の指示がオンであるという第１の条件を満たし、且つ、前記エンジン基準回転数に対して前記エンジンの実回転数が下回ったという第２の条件を満たしたときには、前記エンジンの実回転数が前記エンジン基準回転数まで戻るように、前記電動モータの実速度をＰＩＤ制御する構成としたことを特徴とする作業機。
2. 前記制御部は、前記第１の条件を満たし、且つ、前記エンジンの実回転数が前記エンジン基準回転数に達したときには、前記電動モータの実速度が前記目標速度調節部にて指示した目標速度となるようにＰＩＤ制御を実行する構成としたことを特徴とする請求項１記載の作業機。
3. 前記制御部は、前記第１の条件を満たしていないときには、前記エンジンの実回転数にかかわらず、前記電動モータの実速度が前記目標速度調節部にて指示した目標速度となるように制御を実行する構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の作業機。
   

Images