JP2007166970A

JP2007166970A - 作業車の作業機昇降制御装置

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Publication number: JP2007166970A
Application number: JP2005368663A
Authority: JP
Inventors: Masashi Ota; 真史太田
Original assignee: IHI Shibaura Machinery Corp
Current assignee: IHI Shibaura Machinery Corp
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: JP4939048B2

Abstract

【課題】安価なモータを用いて下降側に十分な減速が安定して行われることを可能にする農用作業車の昇降制御機構を提供する。
【解決手段】作業機１４を昇降する油圧シリンダ６と、該油圧シリンダ６への圧油の送油を昇降操作手段の操作により切り換えるポジション制御バルブ９０と、該ポジション制御バルブ９０の操作部に連繋された正逆回転可能な電動モータ９５を備え、該モータ９５にはその出力軸の回転位置を検出する手段８５を備え、作業機１４を前記電動モータ９５の操作位置に対応して昇降自在に制御する作業車１の作業機昇降制御装置６０において、前記モータ９５の目標停止位置からの偏差に応じて出力量を可変に制御し、前記モータ９５の回転速度が設定値以下に達したならば偏差に対して予め定められたパラメータを変更制御し、動作速度が設定値以下に達したときのパラメータを最小出力として、全体の偏差と出力の関係パラメータを再計算させる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、トラクタなどの作業車両の昇降制御装置に関し、詳しくはポジション制御レバーまたはモータ操作具を独立して操作可能として、機械的に動作するポジション制御バルブを制御自在とした昇降制御装置に関する。

従来、特許文献１などに紹介されるように、機械的なポジション制御バルブが電動モータと連繋されており、このモータの回転により走行車両に支持された作業機の昇降の速度を調整する機能は公知である。
また、特許文献２の如く、機械的リンク構造により作業機の下降速度を減速する装置が一般に知られている。
特公平６−５７０８２号公報特公平７−２８５６９号公報特開２００５−８７１６９号公報特開２００４−１２１０７２号公報

上述したこれらの技術を実際に運用しようとする際に、安価なモータを用いて行う場合、あらかじめ定められた出力量（例えばＰＷＭ出力など）に対してモータの動作速度が安定しない。この技術の目的とするところは、作業機が下降する際に地面と接触するショックを軽減するのに十分な減速を得ることであるのに、量産的にはモータ各々の特性の固有差によって、あるモータでは十分な減速が得られず、あるモータは中途で停止してしまうことが生じる。

これに対して、一般的にはアクチュエータであるモータが停止したならば出力量を増大させる処理を行って、安全機能とする。しかしながら安価なＤＣモータの特性上、停止している状態から動作を開始する場合には大きな電力（トルク）がかかり、いったん停止したモータを再度動作させると一定以上の回転速度が発生し、結局のところ油圧システムを十分に減速することができない。また、いったんモータが停止することは重力加速度を持って下降する作業機を空中で急激に停止させることになり、作業車両を操作するオペレータに過大な負荷を与えるものである。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは安価なモータを用いて下降側に十分な減速が安定して行われることを可能にする農用作業車の昇降制御機構を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、作業車両に支持された作業機を昇降する油圧シリンダと、該油圧シリンダへの圧油の送油を昇降操作手段の操作により切り換えるポジション制御バルブと、該ポジション制御バルブの操作部にリンク機構を介して連繋された正逆回転可能な電動モータを備え、該モータにはその出力軸の回転位置を検出する手段を備え、前記油圧シリンダにより走行機体に支持された作業機を、前記電動モータの操作位置に対応して昇降自在に制御する作業車の作業機昇降制御装置において、
前記モータの目標停止位置からの偏差に応じて出力量を可変に制御し、前記モータの回転速度が設定値以下に達したならば偏差に対して予め定められたパラメータを変更制御するものであって、動作速度が設定値以下に達したときのパラメータを最小出力として、全体の偏差と出力の関係パラメータを再計算させるものである。

請求項２においては、再計算された後、モータ位置が最小出力位置に至った場合、回転速度が定められた最低速度より更に低速になったならば、最小出力量を増加して全体の偏差と出力量の関係パラメータを再計算し、最小出力位置でのモータ動作速度が予め定められた速度より高速で動作しているならば最小出力量を減少させて全体の偏差と出力の関係パラメータを再計算させるものである。

請求項３においては、前記モータ偏差と出力量を再計算した後、一定回数の回転動作を行ってもパラメータの再計算が発生しなかった場合、そのときのパラメータを不揮発性メモリ４３に保存し次回のシステム起動時に保存したパラメータを用いるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、モータが停止することなく動作するため、下降の減速動作が滑らかになり、作業車両の運転者にショックを与えない。また、安価なモータを用いて途中停止することなく下降制御時の減速を行うことが可能となるため、従来の機械的な減速構造を省くことが可能となる。

請求項２においては、モータ動作の減速速度を一定範囲内に安定させることができ、安価なモータが動作特性に固有差を有していても適切に調整され、動作特性が安定する。

請求項３においては、最適な動作特性を速やかに再現することが可能となる。また、製品ごとに最適な動作特性を記憶することが容易となるため、製品性能の安定性が向上する。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１は本発明の一実施例に係るトラクタ１の全体的な構成を示した右側面図、図２はトラクタ１の制御系に関するブロック図、図３はトラクタ１における油圧回路図である。

先ず、図１、図２および図３を用いて本発明の農用作業車の一例であるトラクタの概略構成について説明する。
１はトラクタで、機体の前後部に夫々前輪２・２と後輪３・３とを備え、ミッションケース４の後上部には油圧シリンダケース５を固着して設けている。
該油圧シリンダケース５内には、単動式油圧シリンダ６が設けられており、油圧シリンダケース５の左右両側には該油圧シリンダ６の伸縮により回動するリフトアーム７・７を配置している。

また、トップリンク１０、ロワーリンク１１・１１からなる３点リンク機構１２の後端部には、対地作業機の一例であるロータリ耕耘装置１４がリフトアーム７・７にて昇降自在に連結されている。
したがって、上記単動式油圧シリンダ６を伸縮させることによって、リフトアーム７・７に連結されるロータリ耕耘装置１４が上昇又は下降制御されることになる。
リフトアーム７・７とロワーリンク１１・１１との間にはリフトロッド１５と傾倒シリンダ１８が介装されている。

また、傾倒シリンダ１８は複動式とし、後述する制御弁の切換で伸縮され、ロータリ耕耘装置１４をローリング方向（左右方向）に傾動させることが可能となり、ロータリ耕耘装置１４の水平（姿勢）制御を行うことが可能となる。
また、１７は本機と作業機の間の左右相対を検出する手段であり、トラクタ１とロータリ耕耘装置１４との間の相対的回動量を検出するストロークセンサで構成して、具体的には直線式のポテンショメータで構成されている。
このストロークセンサ１７は、上記傾倒シリンダ１８の横側部に配設され、該傾倒シリンダ１８の伸縮量を検出することによって、上記相対的回動量を検出するものである。
１６は、本機の任意位置、例えば、油圧シリンダケース５の横側部に取り付けられた傾斜センサであって、トラクタ１の左右の傾斜角度（即ち対地角度）を検出する対地検出手段の一例である。

また、片側のリフトアーム７の回動基部にはポテンショメータからなる対地高さセンサ２３（図２参照）が設けられている。該対地高さセンサ２３は回転型のポテンショメータやロータリエンコーダ等の回転センサにより、リフトアーム７の回動角度を検知することにより、ロータリ耕耘装置（作業機）１４の高さと３点リンク機構１２の状態を検出するようにしている。

ロータリ耕耘装置１４について簡単に説明すると、ロータリ耕耘装置１４は、耕耘爪を回動して耕耘する耕耘部３４と、耕耘部３４の上方を覆う耕耘カバー３５と、耕耘カバー３５の後部にリヤカバー３６を枢支し、該リヤカバー３６の回動基部に、リヤカバー３６の角度を検出して、後述する油圧リンク１０２にリヤカバー３６の回動量を伝達するプッシュプルワイヤ３７の一端が取り付けられている。

次に油圧回路について図３を用いて説明する。
油圧ポンプ２５から送り出された作動圧油は、分流弁２６により一部は上述した水平制御用の傾倒シリンダ１８側に送られ、他はトラクタ１の後部に連結可能な作業機（例えば、上述したロータリ耕耘装置１４）を昇降するためのリフトアーム７・７に連結される単動式油圧シリンダ６側に送られる。
ロータリ耕耘装置１４の水平制御用の切換弁２７は、３位置４ポート式の弁にて構成され、左側のソレノイド２７ａが励磁されると傾倒シリンダ１８は伸長し、逆に右側のソレノイド２７ｂが励磁されると短縮する。
前記切換弁２７は、制御装置６０（図２参照）からパルス信号を受信した場合に、ソレノイド２７ａ又はソレノイド２７ｂにパルス信号を流すことによって、制御される比例式電磁弁であって、電流値に比例するものである。
また、上記切換弁２７は常態においては中立位置を保っており、傾斜センサ１６によってトラクタ１の傾斜が検出された場合に、制御装置６０は、ロータリ耕耘装置１４を水平に維持すべく、上記何れかのソレノイド（２７ａ・２７ｂ）を励磁することによって切換弁２７を切り替える。

制御系の構成としては、トラクタ１においてロータリ耕耘装置１４の相対角度のローリング制御等を行うための制御手段の一例である制御装置６０には、図２に示すように、トラクタ１の左右の傾斜角度の変化速度を計測する角速度センサ１９を具備している。
その他、制御装置６０には、トラクタ１の後部に取り付けられるロータリ耕耘装置１４等の対地作業機の取り付け幅等の連結状態に応じて切り替えを設定するための設定手段の一例である取付切替スイッチ５９、作業機の下降時に下降減速を開始するタイミングを決定する下降速度設定器５６、対地作業機の昇降を簡便に行うためのスイッチとして上昇スイッチ８１および下降スイッチ８２が接続されている。（以下、「スイッチ」を「ＳＷ」と記する）
更に、トラクタ１とロータリ耕耘装置１４との相対角度やトラクタ１の傾斜角度を予め設定するための傾斜設定器５２も接続されている。
また、上記取付切替ＳＷ５９、傾斜設定器５２、上昇ＳＷ８１、下降ＳＷ８２等は、トラクタ１の運転席近傍のダッシュボードやメータパネルに設けられても良い。

また、制御装置６０の入力側にはＡ／Ｄ変換器５５が設けられており、該Ａ／Ｄ変換器５５を介して、傾斜設定器５２、下降速度設定器５６、耕深設定器５１、対地高さセンサ２３、ストロークセンサ１７、傾斜センサ１６、角速度センサ１９等が制御装置６０に接続されている。
なお、上記Ａ／Ｄ変換器５５を介さずに該制御装置６０に接続されるものとしては、取付切替ＳＷ５９、モードＳＷ６１、上昇ＳＷ８１、下降ＳＷ８２等がある。
また、上記制御装置６０は、ＭＰＵやＣＰＵ等の中央演算装置より成るものであっても良い。

図４乃至図６に示す如く、油圧弁（ポジション制御バルブ）９０が油圧シリンダ６を収納する油圧シリンダケース５近傍（本実施例では側面）に付設され、該油圧弁９０は前後方向に伸縮動作可能とするスプール９０ａを具備しており、該スプール９０ａの一側が油圧弁９０内に挿入されて油路を切換可能とし、他端にリンク機構を介して作業機を昇降操作する油圧昇降レバー２０や作業機を設定深さ（高さ）に設定する耕深設定レバー７０や昇降アクチュエータ（モータ９５）と連結され、更に、フィードバックするためのリンク機構１０１・１０２を介してリフトアーム７とリヤカバー３６に連結されている。
耕深はリヤカバー３６の回動により検知して油圧弁９０を切り換える構成とし、後述するリンク動作に用いるモータ９５と、モータ位置センサ８５が制御装置６０に接続される構成としている。
このスプール９０ａが後方に移動（短縮）したときにはリフトアーム７が下降方向に回動駆動され、また前方に伸長されたときにはリフトアーム７が上昇方向に油圧シリンダ６により回動駆動される。このスプール９０ａは油圧弁９０に内蔵された図示しないバネの作用により、常時短縮方向に力が付勢されている。またスプール９０ａにはトラクタ１の左右方向に貫通する孔９０ｂが形成されており、この貫通孔９０ｂに挿通したスプリングピン（第二リンク軸７６）により後述する第一連動リンク９１および第二連動リンク１００を回動可能に枢支している。

次に、図４乃至図６および図１１を用いて、油圧昇降レバー２０によってリフトアーム７を昇降する方法について説明をする。
図４乃至図６および図１１に示す如く、油圧弁９０の側面に取付プレート８９が固設されて前方に突出され、該取付プレート８９の上部に第一リンク軸７５の一端が固定されている。そして、該第一リンク軸７５上に前記油圧昇降レバー２０が取り付けられるレバーアーム２２とモータ昇降レバー７３と耕深設定レバー７０が取り付けられる耕深設定レバーアーム７４が共通の軸心として回動自在に軸支されている。但し、レバーアーム２２と耕深設定レバーアーム７４は第一リンク軸７５上に外嵌した皿バネにより付勢されて、回動した位置を維持できるようにしている。前記レバーアーム２２の基部２２ａはモータ昇降レバー７３の上部に係合させており、該モータ昇降レバー７３の下部に枢支ピン７３ａを枢支して、第一連動リンク９１の上部を枢支している。該第一連動リンク９１の上下中途部が第二リンク軸７６に枢支され、該連動リンク９１の下部がリンクレバー９２の上部に突設した枢支ピン９２ｂに枢支されている。そして、前記第二リンク軸７６は前記スプール９０ａの貫通孔９０ｂに固定され、第二連動リンク１００の中途部を枢支している。

また、前記リンクレバー９２は、前記取付プレート８９の略中央部に固定された第三リンク軸７７を軸心として回動自在に枢支されており、該リンクレバー９２の下端には第四リンク軸７８を突設して第一リンクロッド９３の前端を枢支している。一方、リフトアーム７の回動基部には軸支部７ａが下方に突設されており、該軸支部７ａにはピン孔７ｂが開口されている。そして、前記第一リンクロッド９３後端に設けた枢支ピン９３ａの先端を前記ピン孔７ｂに挿入して回動自在に支持している。こうして、第一リンクロッド９３の両端が各々回動自在に枢支されリンク機構１０１を構成している。
このように構成することにより、第一リンクロッド９３はリフトアーム７の上昇時には後方へ引っ張られ、反対にリフトアーム７の下降時には前方へ押されるようにしている。

このような構成において、油圧昇降レバー２０（即ちレバーアーム２２）を図５の如く反時計回りに回動させた場合、即ち、上昇方向に回動すると、モータ昇降レバー７３も反時計回りに回動され、枢支ピン７３ａを介して第一連動リンク９１を前方へ回動して、スプール９０ａをバネ力に抗して上昇側（前方）へ摺動させる。そして、このスプール９０ａの摺動により油圧弁９０が切り換えられてリフトアーム７が上昇回動して作業機が持ち上げられる。このリフトアーム７の上昇回動に伴って、第一リンクロッド９３が後方へ引っ張られ、リンクレバー９２後方へ回動され、該リンクレバー９２に連結された第一連動リンク９１も後方へ回動され、スプール９０ａが後方へ摺動され、油圧弁９０が中立位置に切り換えられると、リフトアーム７の上昇回動が停止される。つまり、油圧昇降レバー２０により設定した高さまでリフトアーム７は回動して停止されるのである。
また、図６に示す如く、油圧昇降レバー２０（即ちレバーアーム２２）を時計回り（下降側）に回動させた場合、モータ昇降レバー７３も時計回りに回動され、第一連動リンク９１が後方へ回動されて、該第一連動リンク９１に連結されたスプール９０ａも後方へ摺動されて、油圧弁９０が下降側に切り換えられる。
前記油圧弁９０の切り換えによりリフトアーム７が、図５の如く、下降すると、第一リンクロッド９３は前方に押され、リンクレバー９２が前方へ回動され、第一連動リンク９１も前方へ回動してスプール９０ａは中立側に摺動され、油圧弁９０が中立位置となると、下降は停止され、油圧昇降レバー２０により設定した高さで停止されるのである。

次に、図７、図８および図１１を用いて、モータ９５の駆動によりリフトアーム７を昇降する方法について説明をする。
図７および図１１に示す如く、モータ９５はミッションケースの側面等油圧弁９０の下方に配置され、該モータ９５のモータ軸（出力軸）９５ａにはモータアーム９７の一端が固定されており、該モータアーム９７の他端はモータリンクアーム９６の下端に回動自在に枢支されている。該モータリンクアーム９６は上方に延設されて、該モータリンクアーム９６の上部にはその長手方向に沿って長孔９６ａが開口され、該長孔９６ａに前記モータ昇降レバー７３の上部に設けた摺動ピン７３ｂが挿入されている。
このように構成することにより、図７に示す状態で、モータ９５を駆動しない状態では、前述のように、油圧昇降レバー２０を操作して、モータ昇降レバー７３が回動されても摺動ピン７３ｂは長孔９６ａ内を摺動するだけであって、回動操作を制限するものではない。そして、運転席等に配置した上昇ＳＷ８１を操作すると、モータ９５が駆動されて、モータ軸９５ａが図８に示す時計方向に回転され、モータアーム９７が下方へ回動することにより、モータリンクアーム９６が下方へ引き下げられて、これによりモータリンクアーム９６に設けられた長孔９６ａと該長孔９６ａに挿通された摺動ピン７３ｂが当接して、モータ昇降レバー７３が時計方向に回動して、前記上昇回動操作と同様の動作をし、リフトアーム７が上昇回動される。
また、リフトアーム７が上昇位置にある時に、下降ＳＷ８２を操作すると、モータ９５は前記と逆方向に回動され、モータ軸９５ａが図８に示す反時計方向に回転され、モータアーム９７が上方へ回動することにより、モータリンクアーム９６が上方へ引き上げられて、これによりモータリンクアーム９６に設けられた長孔９６ａと該長孔９６ａに挿通された摺動ピン７３ｂが当接して、モータ昇降レバー７３が時計方向に回動して、前記下降回動操作と同様の動作をし、リフトアーム７が下降回動される。

次に、図９、図１０および図１１を用いて、耕深の制御について説明を行う。
図９、図１０および図１１に示す如く、ミッションケースの後面より後方に突設したトップリンクブラケット３８の側面に第五リンク軸８３が突設され、該第五リンク軸８３にベルクランク状の連動アーム９８の中途部が枢支されている。該連動アーム９８の後側先端には、前記プッシュプルワイヤ３７等を介してリヤカバー３６の回動部と連結され、リヤカバー３６の動き（上下回動）が伝えられるようにしており、耕深が変化するとリヤカバー３６が回動して連動アーム９８の角度も変更されるようにしている。

また、前記連動アーム９８の他方（前側）の先端には第二リンクロッド９９の後部が枢結され、該第二リンクロッド９９の前端は第二連動リンク１００の下部に第六リンク軸７９を軸心として回動自在に枢支されている。上下方向に配置した該第二連動リンク１００の上下略中央部には略長方形の孔１００ａが開口されており、この孔１００ａに前記油圧弁９０のスプール９０ａに枢支される第二リンク軸７６が挿通されている。該孔１００ａは枢支軸８０を中心として第二リンク軸７６が円弧方向に移動可能な大きさとしている。該第二連動リンク１００の上部に枢支軸８０を介して耕深設定レバーアーム７４の下端と回転自在に枢結されている。
このような構成において、耕深設定レバーアーム７４を回動することにより枢支軸８０の位置が前後に変更されて、第二連動リンク１００とスプール９０ａとリヤカバー３６の角度との相対位置を変化させて耕深を設定することができる。具体的には、作業機を下降させた作業状態で、設定した深さで作業しているときに、圃場の土質等で作業機が設定深さよりも深くなると、リヤカバー３６が上昇回動して、プッシュプルワイヤ３７が引っ張られて、連動アーム９８が図１０に示すように下方へ回動される。該連動アーム９８の下方回動により第二リンクロッド９９が前方へ押され、第二連動リンク１００が前方へ回動され、孔１００ａに係止された第二リンク軸７６を介して油圧弁９０のスプール９０ａが前方へ摺動され、油圧弁９０は上昇側に切り換えられる。
この油圧弁９０の切り換えによりリフトアーム７が上昇回動して作業機が上昇される。この作業機の上昇によりリヤカバー３６は下方に回動し、プッシュプルワイヤ３７を介して連動アーム９８は上方へ回動され、該連動アーム９８に連結した第二リンクロッド９９が後方へ引っ張られて、該第二リンクロッド９９に連結した第二連動リンク１００が後方へ回動する。そして、耕深設定レバー７０で設定した位置まで戻ると、スプール９０ａは中立位置に戻り上昇は停止される。逆に、作業機が持ち上げられてリヤカバー３６が下方へ回動すると、連動アーム９８は上方へ回動され、第二リンクロッド９９を介して第二連動リンク１００は後方へ回動され、第二リンク軸７６は孔１００ａ内を摺動する。このとき、スプール９０ａはバネにより後方へ摺動するように付勢されているため、スプール９０ａは後方（下降方向）へ摺動し、油圧弁９０は下降側に切り換えられる。この作業機の下降により、リヤカバー３６は上昇回動し、連動アーム９８が下方へ回動し、前記同様のリンク動作で、耕深設定レバー７０により設定した位置で、スプール９０ａは中立に戻り、作業機は設定した深さに落ち着く。こうして耕深制御が行われる。なお、耕深制御時は前記油圧昇降レバー２０は最下降位置に回動しておく。

次に、前述のような構成の油圧システムに対する処理について説明をする。
モータ軸９５ａの回転位置を検知するモータ位置センサ８５（例えばポテンショメータなど）がモータ９５の出力軸近傍に設置されている。

図１２に示す如く、作業機の昇降制御は、モータ軸９５ａの回転位置（角度）を規定位置（角度）に一致させるように制御を行う。
また、最後にＳＷ操作されたのが下降ＳＷ８２であったか、上昇ＳＷ８１であったかを判別し、下降ＳＷ８２であったならば下降操作側に、上昇ＳＷ８１であったならば、上昇操作側にそれぞれモータ９５を駆動する。下降時には目標停止位置近傍になるに従いＰＷＭ制御によって出力量を小さくして回転速度を遅くすることとする。

すると、作業機を上下に駆動するモータリンクアーム９６の昇降速度も、リフトアーム７の回動速度も遅くなるためスプール９０ａの摺動速度も遅くなり、作業機が低速で下降されるために接地時のショックが小さく、運転者に負担をかけないとともに耕耘開始時にリヤカバー３６の傾きが緩やかに変化するため、耕深制御が安定しやすい。

その後、モータ軸９５ａは目標角度まで回転するが、前述のリヤカバー３６が接地すると上方へ回動されるので、フィードバックリンク機構１０２を介して第二連動リンク１００が上昇側へ回動され、目標の耕深位置付近でスプール９０ａが中立位置となって収束すべくリヤカバーは上下動作をはじめる。

図１２のフロー図に示す通り、制御装置６０はまず、スイッチセンサ類の状態を読み込む（ステップＳ１０）。次に最後に操作されたのが下降ＳＷ８２であるか、上昇ＳＷ８１であるかを判別し（ステップＳ３０〜Ｓ４０）、下降ＳＷ８２が最後に操作される時、モータ９５は下降操作方向に駆動し、上昇ＳＷ８１が最後に操作される時は、上昇方向にする。
上昇時には目標停止位置とモータ位置との偏差に応じ出力制御設定を行い（ステップＳ７０）、モータ９５に上昇方向の出力を行う（ステップＳ−８０）。
一方、下降時には目標停止位置近傍になるに従いＰＷＭ制御によって出力量を小さくして回転速度を遅くする（ステップＳ１１０）。図１４に目標停止位置とモータ位置との偏差ごとにＰＷＭのデューティを変化させた一例を示す。この場合は偏差ごとに階段状にＰＷＭデューティすなわち出力量を変化させているが、比例制御などの線形的な関数を当てはめるなどでも良く限定するものではない。
下降速度設定器５６より得られる検出値によって、図１４における最小の出力に至る偏差の範囲（図１４の領域Ａ）を変更し調整することができる。即ち、偏差が小さい領域Ａ領域において、モータ９５への最小出力量に至る範囲を広くすることによって、徐々に出力が小さくなる範囲が図の右側に移動する。よって、上昇位置から最終目標位置までの距離が離れた位置から減速されることになり、接地するまでゆっくり下降することができる。また、最小出力量に至る領域Ａの範囲を狭くすることによって、最終目標位置に近い側で減速が始まることになり、上昇位置から速く下降させて目標位置近傍で減速が大きくなる。この偏差の計算は後述のステップＳ−Ｍ６０で行われる。この最小出力に至る偏差範囲の変更により、作業機が上昇位置から下降位置に至るリフトアーム７の動作時間が変化するとともに、作業機の下降が減速されるタイミングが変化し、作業機に応じた調整が可能になる。

このように出力を変化させることでモータ９５が正常に動作し図１５、図１６に示すように、低速で回転することが可能であれば、作業機を上下に駆動するモータリンクアーム９６の昇降速度も遅くなる。また、それによって、スプール９０ａの摺動速度も遅くなり、リフトアーム７の回動速度（図１７）も遅くなるため、作業機が低速で下降することとなり、接地時の衝撃が小さく、運転者に負担をかけない。また、耕耘開始時にリヤカバー３６の傾きが緩やかに変化するため、耕深制御も安定しやすい。
しかし、実際にはワイパモータなどに用いられる安価なＤＣモータをこのシステムに用いた場合、出力が小さい場合にはモータの動作特性にばらつきがあり、図１８、図１９の如く途中で停止してしまう場合がある。すると図２０に示すようにリフトアーム７も途中で停止してしまうため目標位置まで作業機が下降しないことがある。
このような不具合が発生することを防止するため、制御装置６０はステップＳ１１０において図１４のように定められたデューティで出力を行うのみならず、次のような処理を行う。

図１３にステップＳ１１０における処理の詳細を示す。
まず、モータが下降目標位置に到達していないと判定された場合（ステップＳ１００）モータ９５に対して動作出力をこれから行うか、または行っている最中である。このときモータの動作速度を判定するための、単位時間当たりのカウントを行っているか否かを判定し（ステップＳ−Ｍ１０）、カウントが行われていないまたは一旦カウントが終了していると判定されたならば、モータ速度を判定する単位時間当たりのカウントを開始し（ステップＳ−Ｍ１５）そのときのモータ位置を記憶する（Ｓ−Ｍ１６）。

次に単位時間が経過したか否かを判定し（Ｓ−Ｍ２０）、単位時間が経過していたならばステップＳ−Ｍ１６で記憶したモータ位置と現在のモータ位置を比較した時間内でのモータ９５の動作量を計算する（Ｓ−Ｍ３０）。この計算結果に基づき動作量即ち単位時間当たりの動作速度がゆっくり接地できる程度の低速となる閾値Ｓ１以下であるならば（Ｓ−Ｍ４０）、出力を現在の値より低下させる必要がないと判断して出力パラメータの再計算を行う。
ここで、再計算の方法の一例について説明する。ステップＳ−Ｍ４０でモータの動作量がＳ１以下であると判定されたならば、現在の動作スピードは十分に減速されていると判断し、ステップＳ−Ｍ４５にて現在の出力量を最小出力として再計算を行う。例えば、図１４における偏差領域Ｃにおいてモータ９５の動作量がＳ１以下であったならば、最小出力として再計算を行う。つまり、図１４における偏差領域Ｃにおいてモータ９５の動作量がＳ１以下であったならば、最小出力量を出力Ｃに変更する。即ち領域Ａでの出力量を出力Ａから出力Ｃに変更する。それに伴って領域Ｂの出力量を出力Ｄ、領域Ｃの出力量を出力Ｅ、領域Ｄ以上の出力量は最大出力に変更する。変更後の出力特性を図２１に示す。破線部が図１４と同じくデフォルトの出力特性であり、実線部が変更後の出力特性を示す。パラメータは所定の割合で領域毎に階段状に増加（減少）する変数とする。

その後、ステップＳ−Ｍ６０において下降速度設定器５６、モータセンサ８５の情報に応じて偏差に応じた出力量を計算し、計算結果に従って、モータ９５に下降方向の出力を行う（Ｓ１２０）。
これによって、モータ９５が予め定められた動作速度、即ち単位時間あたりの動作量がＳ１以下であった場合はそのときの出力量を最小として出力パラメータを計算しなおし、モータ９５が停止する前に速やかにパラメータの調整を行うのである。

このような処理を施した場合にモータ動作の例を図２２、図２３に示す。図２２がモータセンサの変化を時系列的に記したもの、図２３はその測定値を元にモータの動作速度をモータの回転位置別に記したものである。図２３に示すように、モータは最大速度から急激に速度が低下し、前述のパラメータの計算が行われなければそのまま停止してしまうほど動作速度が低下する。しかし、途中からパラメータが変更され動作速度が復帰して徐々に速度が上昇し、その後動作目標値に近づくにつれ再度減速されて目標位置付近で停止している。
図２４に前述の如くモータが動作した場合におけるリフトアーム７の動作特性の変化を記す。横軸がリフトアーム角度、縦軸がそのときのリフトアーム下降速度である。モータの動作と同様にリフトアーム下降速度は最大速度から急激に減速され、その後は途中で停止することなく低速で下降を続けている。

このように、前述のパラメータ変更の結果、モータの動作停止を防止し、リフトアーム７が下降の途中で急激に停止するような動作は行わず、減速されて圃場面と接地することが実現される。
ただし、この処理のみではいくつかの問題点が残る。まず、図１６と図２３を比較するように動作の停止を防止することはできるが、モータが減速される特性が異なり、結果リフトアーム７の下降時の動作速度の特性も図１７と図２４のように異なってしまうのである。
図１６では一旦最小速度付近まで早い段階（モータ位置が目標停止位置から離れた状態）に達しているが、このモータを再度下降操作した場合は図２３に近い特性を示す。つまり前述の例で説明すれば領域Ｃまではデフォルト値である図１４のパラメータで動作しており、その後再計算されて領域Ｃの出力量は出力Ｅとなり、その後徐々に出力Ｄ→出力Ｃと変化することとなる。次回に下降動作が行われるときは領域Ｃでは出力Ｅであるため、図２３の如く急激に速度が低下することがない。偏差の変化に伴って徐々に動作速度が低下し領域Ａで最小出力に至るため図２３に比べ図１６に近い動作を示す。
しかし、この変更は制御装置６０の処理が有効な場合、即ち電源を投入してから一旦下降動作を行った後に有効となるため、一旦電源を切断した後はこの処理は有効ではない。

また、もう一つの問題としてシステムは動作速度が速い状態から遅い状態に移行する過程において最小動作速度を決定するシステムとなっていることである。つまり、一旦最小速度に決定してしまうと、その速度が速すぎる（リフトアーム７の下降速度が速くなりすぎる）場合でもその後速度を修正する手段をもたないことである。また、停止に至る危険性のある速度で最小速度を決定した場合、つまり逆に出力量を小さく設定しすぎた場合はモータが一旦停止してしまう可能性がある。

これは極短時間にＤＣモータ動作速度の判定を行わなくてはならない本システムに固有の問題であり、モータの速度がＳ１を越える速度からＳ１以下に低下する過程にある出力を保持したとしても、その出力量がＳ１近傍の動作速度を維持するとは限らないためである。すなわち、モータ９５は出力が低下して出力量を保持する前の大きな出力量による慣性力の影響を受けて動作しており、その慣性力の影響が低下するに従って出力量が保持されても動作速度は更に低下するおそれがある。ＤＣモータの特性上慣性力は急激に低下しないため短時間での速度の認識ではその後のモータの速度低下を予測することは困難である。

このように、モータの動作速度を検出するには一定時間おきにその位置を比較する方法を取るため速度の変化過程において一回の判定でその速度を安定して捕らえることは困難である。
これらの問題を解決し、モータの特性のばらつきを考慮して更に安定した動作特性の向上を得るために次のような処理を追加して行うこととする。
まず、最小出力量となる領域でのモータ動作速度から、動作速度が一定の範囲内にない場合には出力の増減を行い、最適な出力量となるように調整する。
また、これらの出力量の補正が安定し、補正を行わなくても適正なモータ動作が得られる場合、すなわち下降動作が出力パラメータの変更なしに正常に行われた回数が一定以上である場合そのときのパラメータをＥＥＰＲＯＭなどのような不揮発性メモリ４３に記憶して次回起動時にも同様の動作特性が得られるようにする。

このような機能を実現するべく、次のような一連の処理を行う。
図２５及び図２６に昇降制御処理の全体を、図２７に下降ＳＷ８２の操作回数カウント処理のフロー図を示す。
図２７に示すように、下降ＳＷ８２の操作が行われた場合、その回数を記録する（Ｓ９０、Ｓ９５）
そして一連のモータ動作処理のあと、下降ＳＷ８２の操作回数が一定以上に達したならば不揮発性メモリ４３に現在のモータ位置の偏差と出力量を計算するのに必要な情報を記録する（Ｓ１３６）。ただし、記録する前に、不揮発性メモリ４３の値と現在用いている出力パラメータが同じ値であるか判定し（Ｓ１３５）、同じ値である時は不揮発性メモリ４３に対する書き込みを行わない。これは、現状ではＥＥＰＲＯＭなど多く用いられる不揮発性メモリ４３ではその情報の上書き回数に限度があるため、システムの寿命を延ばすために不要な上書きは行わないようにするためである。
また、不揮発性メモリ４３に書き込みを行った後、下降ＳＷ８２の操作回数を０に戻し（Ｓ１３７）、次回の処理ループで操作回数のカウントを再開することにする。

図２８及び図２９に図２５におけるステップＳ１１０の処理の詳細を示す。
ステップＳ−Ｍ１０〜Ｓ−Ｍ４０及びＳ−Ｍ４５に至る処理は図１３と同様である。
モータ動作量がＳ１以下であり（Ｓ−Ｍ４０）、ステップＳ−Ｍ４５において出力パラメータの変更が行われた場合は下降ＳＷ８２の操作回数のカウントをクリアする（Ｓ−Ｍ４６）。
その後、偏差領域が出力最小、すなわち偏差領域が図１４領域Ａに当たるか否かを判定し（Ｓ−Ｍ５０）、領域Ａである場合はステップＳ−Ｍ５１以下の判定処理に移行する。領域Ａではない場合はそのまま制御出力量を演算する（Ｓ−Ｍ６０）。

領域Ａではさらに動作量の判定を行い、モータの単位時間あたり動作量が、前記閾値Ｓ１よりも小さくモータが停止可能性のある閾値Ｓ２以下であれば（Ｓ−Ｍ５１）、最小出力量を増加し（Ｓ−Ｍ５２）、モータの単位時間あたりの動作量が前記閾値Ｓ２よりも大きく閾値Ｓ１よりも大きい値に設定変更された閾値Ｓ３以上であれば（Ｓ−Ｍ５５）最小出力量を減少する（Ｓ−Ｍ５６）ステップＳ−Ｍ５２またはＭ５５の処理が行われて出力パラメータが変更された場合は下降スイッチ８２の操作回数のカウントをクリアして（Ｓ−Ｍ５７）ステップＳ−Ｍ６０において出力量を決定する。領域Ａにおいてモータ単位時間あたりの動作量がＳ２より大きくＳ３未満であればパラメータの変更は行わず制御出力を設定する（Ｓ−Ｍ６０）。
なお、モータの単位時間あたりの動作量に対する閾値は
Ｓ２＜Ｓ１≦Ｓ３
となるように定める。すなわち制御装置６０は、まず、領域Ａにおけるモータの動作速度がＳ１近傍となるようパラメータの変更を行う。モータ位置が領域Ａに到達したならば
Ｓ２＜（モータ速度）≦Ｓ３
の範囲の動作速度となっているか否かを判定し、この範囲を外れている場合は出力量を調整する。

図３０にこのようにパラメータを変更した一例を示す。
領域Ｃにおいて単位時間あたりの動作量がＳ１であった時、破線のデフォルト値から二点鎖線のパラメータに変更される。即ち、領域Ｃの値を領域Ａの値として最小出力量として再計算されているのである。その後、モータが領域Ａにて単位時間あたりの動作量がＳ２以下であると判定されてさらに最小出力を増加して全体の値を再計算し、実線のようになっている。

また、領域Ａにおいて動作速度がＳ３以上であった場合のパラメータの変化の例を図３１に示す。
領域Ｃにおいて単位時間あたりの動作量がＳ１以下であると判定されて、破線のデフォルト値から二点鎖線のパラメータに変更される。その後モータが領域Ａにて単位時間あたりの動作量がＳ３以上であると判定されて最小出力を減少させ、全体の値を再計算し、実線のようになっている。
このように、領域Ａにおける単位時間あたりのモータ動作量を判定して最小出力量を増減し、それをもとに全体のパラメータを修正することで、モータ固有のばらつきによらず次回に下降操作がなされたときの動作特性を図１５、図１６に示すような特性に安定して再現することができる。これによって、モータを用いて下降速度を制御する機能を量産的に安定して実現することが可能となる。さらに温度などの環境条件によるモータの特性変化や経時的なリンク抵抗の変化等に対しても前述の出力量の修正が有効に働き、安定した動作特性を再現することが可能になり、製品の寿命を延ばし動作の安定性を高めることができる。

また、前述のパラメータの変更が行われていない状態での下降スイッチ８２の操作回数を判定し（Ｓ１３０）、それ以上であるならば、その時のパラメータを記憶する。これにより、速やかに最適な動作特性を得ることができる。また、工場出荷時に規定回数下降ＳＷ８２を操作するなどでこれらの記憶を一旦行えば、簡便な調整で市場へ動作特性が異なる製品を供給することを排除できる。

本発明の一実施例に係るトラクタ１の全体的な構成を示した右側面図。トラクタ１の制御系に関するブロック図。トラクタ１における油圧回路図。トラクタ１のポジションリンク図。トラクタ１の上昇操作時ポジションリンク図。トラクタ１の下降操作時ポジションリンク図。トラクタ１のモータリンク図。トラクタ１の上昇操作時モータリンク図。トラクタ１の耕深リンク図。トラクタ１の耕深リンク図。トラクタ１のリンク機構の正面図。制御系が行う一連の処理の一例を示したフロー図。図１２に示したフロー図における処理の詳細なフロー図。制御装置６０がモータ９５に出力するＰＷＭ出力量の出力特性の一例を示したグラフ図。良好に動作した場合のモータの動作（モータセンサ値）を表したグラフ図。図１５におけるモータ位置とモータ動作速度の関係を示したグラフ図。図１５のモータ動作時におけるリフトアーム７のリフトアーム位置とリフトアーム動作速度の関係を示したグラフ図。動作途中で停止した場合のモータの動作（モータセンサ値）を表したグラフ図。図１８におけるモータ位置とモータ動作速度の関係を示したグラフ図。図１８のモータ動作時におけるリフトアーム７のリフトアーム位置とリフトアーム動作速度の関係を示したグラフ図。制御装置６０がモータ９５に出力するＰＷＭ出力量の出力特性の一例を示したグラフ図。図１８と同等のモータの動作（モータセンサ値）を表したグラフ図。図２２におけるモータ位置とモータ動作速度の関係を示したグラフ図。図２２のモータ動作時におけるリフトアーム７のリフトアーム位置とリフトアーム動作速度の関係を示したグラフ図。制御系が行う一連の処理を示したフロー図。制御系が行う一連の処理を示したフロー図。図２５に示したフロー図における処理の詳細なフロー図。図２５に示したフロー図における処理の詳細なフロー図。図２５に示したフロー図における処理の詳細なフロー図。制御装置６０がモータ９５に出力するＰＷＭ出力量の出力特性の一例を示したグラフ図。制御装置６０がモータ９５に出力するＰＷＭ出力量の出力特性の一例を示したグラフ図。

符号の説明

１トラクタ
１４ロータリ耕耘装置
１６傾斜センサ
１７ストロークセンサ
５９取付切替スイッチ
８１上昇スイッチ
８２下降スイッチ

Claims

作業車両に支持された作業機を昇降する油圧シリンダと、該油圧シリンダへの圧油の送油を昇降操作手段の操作により切り換えるポジション制御バルブと、該ポジション制御バルブの操作部にリンク機構を介して連繋された正逆回転可能な電動モータを備え、該モータにはその出力軸の回転位置を検出する手段を備え、前記油圧シリンダにより走行機体に支持された作業機を、前記電動モータの操作位置に対応して昇降自在に制御する作業車の作業機昇降制御装置において、
前記モータの目標停止位置からの偏差に応じて出力量を可変に制御し、前記モータの回転速度が設定値以下に達したならば偏差に対して予め定められたパラメータを変更制御するものであって、動作速度が設定値以下に達したときのパラメータを最小出力として、全体の偏差と出力の関係パラメータを再計算させることを特徴とした作業車の作業機昇降制御装置。
再計算された後、モータ位置が最小出力位置に至った場合、回転速度が定められた最低速度より更に低速になったならば、最小出力量を増加して全体の偏差と出力量の関係パラメータを再計算し、最小出力位置でのモータ動作速度が予め定められた速度より高速で動作しているならば最小出力量を減少させて全体の偏差と出力の関係パラメータを再計算させることを特徴とした請求項１に記載の作業車の作業機昇降制御装置。
前記モータ偏差と出力量を再計算した後、一定回数の回転動作を行ってもパラメータの再計算が発生しなかった場合、そのときのパラメータを不揮発性メモリ４３に保存し次回のシステム起動時に保存したパラメータを用いることを特徴とした請求項１に記載の作業車の作業機昇降制御装置。