JP3578706B2 - 作業車のローリング制御構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機体に作業装置をローリング自在に連結して、機体に対して作業装置をローリング駆動するアクチュエータにより、作業装置をローリング駆動するように構成された作業車のローリング制御の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前述のような作業車では、作業装置の左右方向の傾斜角度を検出する傾斜センサーを備え、傾斜センサーの検出値に基づいて、作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度に維持されるように、アクチュエータを作動させる制御手段を備えたものがある。これにより、地面の凹凸等によって機体の左右方向の傾斜角度が変化しても、これに関係なく作業装置の左右方向の傾斜角度を、設定角度（例えば水平面と平行な角度や、水平面に対して所定角度だけ傾斜した角度）に維持することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
作業装置の左右方向の傾斜角度を検出する傾斜センサーは一般に、重垂式で電気的に作業装置の左右方向の傾斜角度を検出するものが多い。これにより、例えば地面の凹凸が激しい場合や機体の走行速度が速い場合、機体が頻繁に且つ高速で左右方向に傾斜を繰り返すような状態になるので、傾斜センサーの検出値が頻繁に変化する状態となる。
【０００４】
従って、前述のように頻繁に変化する傾斜センサーの検出値に基づいて、アクチュエータにより作業装置がローリング駆動されようとすると、作業装置も頻繁にローリング駆動されようとして、作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度で安定せずに、設定角度を通り越すとこと（オーバーシュート）を繰り返すような状態になることがある。
本発明は作業車のローリング制御構造において、作業装置のローリング駆動が安定して行われるように構成することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
［Ｉ］
機体に対して作業装置をローリング駆動するアクチュエータ、作業装置の左右方向の傾斜角度を検出する傾斜センサー、及び傾斜センサーの検出値に基づいて作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度に維持されるように、アクチュエータを作動させる制御手段を備えた場合に、請求項１の特徴によると、傾斜センサーの検出値が制御手段にローパスフィルタを介して入力されるように構成されており、機体の走行速度を検出する速度センサーが備えられており、速度センサーの検出値に基づいて機体の走行速度が高速になると、ローパスフィルタのカットオフ周波数を低周波数側に変更する変更手段が備えられている。
【０００６】
これにより、請求項１の特徴によると、傾斜センサーの検出値に基づいてアクチュエータにより作業装置がローリング駆動されている状態において（傾斜センサーの検出値が頻繁に変化しない状態）、傾斜センサーの検出値の周波数がローパスフィルタのカットオフ周波数から高周波数側になると（傾斜センサーの検出値が頻繁に変化して傾斜センサーの検出値の周波数が高くなる状態）、傾斜センサーの検出値が制御手段に入力されない状態となる。このように傾斜センサーの検出値が制御手段に入力されないと、傾斜センサーの検出値に変化が無いと判断されて、アクチュエータが作動せずに停止し、作業装置がローリング駆動されない状態となる。
次に傾斜センサーの検出値の周波数がローパスフィルタのカットオフ周波数から低周波数側になると（傾斜センサーの検出値が頻繁に変化せずに傾斜センサーの検出値の周波数が低くなる状態）、傾斜センサーの検出値が制御手段に入力される状態となり、傾斜センサーの検出値に基づいてアクチュエータにより作業装置がローリング駆動される状態に戻る。
【０００７】
前述のように高周波数の傾斜センサーの検出値が制御手段に入力されないように構成することによって、頻繁に変化する傾斜センサーの検出値に基づいて、アクチュエータにより作業装置がローリング駆動されようとする状態を避けることができるのであり、作業装置が頻繁にローリング駆動されることにより、作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度で安定せずに、設定角度を通り越すこと（オーバーシュート）を繰り返すような状態を避けることができる。
【０００８】
［ＩＩ］
前項［Ｉ］に記載の請求項１の特徴に対して、傾斜センサーの検出値が頻繁に変化する場合に、アクチュエータの作動速度を減速する構成がある。
前述のようにアクチュエータの作動速度を急速に減速したり元の作動速度に戻したりすることは、アクチュエータの構造の面から困難なことが多いので、前述の構成であると、傾斜センサーの検出値が頻繁に変化する状態から頻繁に変化しない状態に変わった場合やその逆の場合に、アクチュエータの作動速度を減速したり元の作動速度に戻したりすることが遅れ、作業装置のローリンク駆動が遅れることがある。
【０００９】
請求項１の特徴によると、アクチュエータの作動速度を減速したりしてはおらず、傾斜センサーの検出値を制御手段に入力するかしないかの処理を行っているので、傾斜センサーの検出値の周波数がローパスフィルタのカットオフ周波数から高周波数側になったり低周波数側になったりした際、アクチュエータの作動及び停止が遅れて、作業装置のローリング駆動の開始及び停止が遅れると言うような状態は生じ難い。
【００１０】
［ＩＩＩ］
前項［Ｉ］に記載の請求項１の特徴に対して、傾斜センサーの検出値が頻繁に変化する場合に、作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度に維持される際の不感帯の幅を大きくする構成がある。
前述のように設定角度に対する不感帯の幅を大きくすると、例えば作業装置の左右方向の傾斜角度が不感帯の境界に少し入ってアクチュエータが停止した場合に、作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度から少し外れた状態になるので、作業装置のローリング駆動の精度が低いものになる。
請求項１の特徴によると、設定角度に対する不感帯の幅を変更してはいないので、前述のような作業装置のローリング駆動の精度が低下すると言うような状態は生じ難い。
【００１１】
［ＩＶ］
前項［Ｉ］［ＩＩ］［ＩＩＩ］において、請求項１の特徴によると、機体の走行速度を検出する速度センサーが備えられており、速度センサーの検出値に基づいて機体の走行速度が高速になると、ローパスフィルタのカットオフ周波数を低周波数側に変更する変更手段が備えられている。
これにより、例えば地面の凹凸が激しい場合や機体の走行速度が速い場合等のように、機体が頻繁に且つ高速で左右方向に傾斜を繰り返すような状態になり、傾斜センサーの検出値が頻繁に変化する状態となる場合（傾斜センサーの検出値の周波数が高くなる状態）、ローパスフィルタのカットオフ周波数を低周波数側に変更することにより、傾斜センサーの検出値が制御手段に入力される状態が少なくなって、作業装置が頻繁にローリング駆動されることにより、作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度で安定せずに、設定角度を通り越すこと（オーバーシュート）を繰り返すような状態を避けることができる。
また、機体の走行速度が高速になると、ローパスフィルタのカットオフ周波数が自動的に低周波数側に変更されるので、機体の走行速度に応じて作業者が、手動でローパスフィルタのカットオフ周波数を低周波数側に変更するようなことを行う必要がない。
【００１２】
逆に例えば地面の凹凸が少ない場合や機体の走行速度が遅い場合等のように、傾斜センサーの検出値が頻繁に変化する状態にならない場合（傾斜センサーの検出値の周波数が低くなる状態）、ローパスフィルタのカットオフ周波数を高周波数側に変更することにより、傾斜センサーの検出値が制御手段に入力される状態が多くなって、作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度に精度良く維持されるようにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［１］
図１は作業車の一例である農用トラクタの後部を示しており、ミッションケース３に、上下揺動自在なトップリンク１と左右一対のロアリンク２を介して、ロータリ耕耘装置４が連結されている。ミッションケース３の上部に、油圧シリンダ５により上下に揺動駆動される一対のリフトアーム６が備えられ、一対のリフトアーム６とロアリンク２とがリフトロッド７、及び複動型の油圧シリンダ８を介して連結されている。
【００１５】
図２に示すように、油圧シリンダ５に対する３位置切換式の制御弁１６が制御装置２２により操作されて、油圧シリンダ５及びリフトアーム６によりロータリ耕耘装置４が昇降駆動される。油圧シリンダ８に対する３位置切換式の制御弁１７が制御装置２２により操作されて、油圧シリンダ８の伸縮作動によりロータリ耕耘装置４が、油圧シリンダ８とは反対側のロアリンク２との連結点周りにローリング駆動される。
【００１６】
［２］
この農用トラクタは、ロータリ耕耘装置４を地面から設定高さに維持し耕耘深さを設定値に維持する昇降制御機能、機体に対するロータリ耕耘装置４の高さを設定位置に維持するポジション制御機能、並びに、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度を設定角度に維持するローリング制御機能が、制御装置２２に備えられている。
【００１７】
図２及び図１に示すように、ロータリ耕耘装置４に上下揺動自在に後部カバー９が備えられ、バネ１８により後部カバー９が下方側に付勢されて、ロータリ耕耘装置４に対する後部カバー９の上下揺動角度を検出する耕深センサー１０が備えられており、耕深センサー１０の検出値が制御装置２２に入力されている。これにより昇降制御機能によって、耕深センサー１０の検出値が、機体に設けられたダイヤル操作式でポテンショメータ型式の耕深設定器１１の設定耕耘深さとなるように、制御弁１６が操作されて、油圧シリンダ５によりロータリ耕耘装置４が自動的に昇降駆動される。
【００１８】
図２及び図１に示すように、機体に対するリフトアーム６の上下角度を検出する角度センサー１３が、リフトアーム６の基部に備えられており、角度センサー１３の検出値が制御装置２２に入力されている。これによりポジション制御機能によって、角度センサー１３の検出値が機体に設けられたレバー操作式のポジション設定器１２の目標値となるように、制御弁１６が操作されて、油圧シリンダ５によりリフトアーム６が上下に揺動駆動される。
【００１９】
前述の昇降制御機能及びポジション制御機能において、耕深設定器１１の設定耕耘深さに対応する角度センサー１３の検出値と、ポジション設定器１２の目標値とが比較されて、ポジション設定器１２の目標値の方が高い場合、昇降制御機能及び後述するローリング制御機能が停止して（油圧シリンダ８が停止した状態）、ポジション制御機能が作動する。
これにより、ポジション設定器１２の目標値に角度センサー１３の検出値が一致するように、制御弁１６が操作されて、油圧シリンダ５によりロータリ耕耘装置４が昇降駆動される。従って、ポジション設定器１２を操作することにより、耕深設定器１１の設定耕耘深さに対応する角度センサー１３の検出値よりも高い範囲で、ロータリ耕耘装置４を機体に対して任意の高さに昇降駆動し停止させることができる。
【００２０】
次にポジション設定器１２を下降側に操作して、ポジション設定器１２の目標値が、耕深設定器１１の設定耕耘深さに対応する角度センサー１３の検出値に一致すると（又は低くなると）、ポジション制御機能が停止し、昇降制御機能及びローリング制御機能が作動する。
これにより、昇降制御手段によって耕深センサー１０の検出値が耕深設定器１１の設定耕耘深さとなるように、制御弁１６が操作されて、油圧シリンダ５によりロータリ耕耘装置４が自動的に昇降駆動される。後述するようにローリング制御機能によって、水平面に対して左右方向に傾斜（又は水平面に平行）した設定角度に、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度が維持されるように、制御弁１７が操作されて、油圧シリンダ８によりロータリ耕耘装置４がローリング駆動される。
【００２１】
［３］
この農用トラクタでは、水平面に対して左右方向に傾斜（又は水平面に平行）した設定角度に、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度が維持されるように、ロータリ耕耘装置４をローリング駆動するローリング制御機能が、制御装置２２に備えられている。
【００２２】
図２及び図１に示すように、油圧シリンダ８の作動位置を検出するストロークセンサー１４、水平面に対する機体の左右方向の傾斜角度を検出する重錘式の傾斜センサー１５が備えられており、ストロークセンサー１４の検出値が制御装置２２に入力され、傾斜センサー１５の検出値がローパスフィルタ２３を介して制御装置２２に入力されている。これにより、油圧シリンダ８の作動位置によって機体に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度が検出できるのであり、機体に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度と、傾斜センサー１５の検出値とによって、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度が検出できる。
【００２３】
図２に示すように、水平面に対して維持されるべきロータリ耕耘装置４の左右方向の設定角度を設定する傾斜設定器２０が備えられている。傾斜設定器２０はダイヤル式であり、水平位置から右下り側及び左下り側に、任意に且つ連続的に設定角度を設定及び変更することができるように構成されている。後輪１９（図１参照）及び前輪（図示せず）への伝動軸（図示せず）の回転数を検出して、機体の走行速度を検出する速度センサー２１が備えられており、速度センサー２１の検出値が制御装置２２に入力されている。
【００２４】
図２に示すローパスフィルタ２３は、所定の周波数（カットオフ周波数）よりも高い周波数の傾斜センサー１５の検出値が制御装置２２に入力されないように構成されており、ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数が低周波数側及び高周波数側に変更できるように構成されている。
【００２５】
図２に示すように、自動位置及び所定の操作範囲を持つ手動範囲に操作自在なダイヤル操作式でポテンショメータ型式の設定スイッチ２４が備えられている。これにより図３に示すように、設定スイッチ２４が自動位置に操作されていると（ステップＳ１）、速度センサー２１により機体の走行速度が検出される（ステップＳ２）。この場合、機体の走行速度が高速側になるほど、ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数が低周波数側に自動的に変更され、機体の走行速度が低速側になるほど、ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数が高周波数側に自動的に変更される（ステップＳ３）。
【００２６】
設定スイッチ２４が手動範囲に操作されていると（ステップＳ１）、設定スイッチ２４を手動範囲の所望の操作位置に操作することにより、設定スイッチ２４の操作位置に対応する値となるように、ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数が設定される。これにより、設定スイッチ２４を手動範囲で操作することにより、機体の走行速度に関係なく、ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数を低周波数側及び高周波数側に任意に設定することができる（ステップＳ４）。
【００２７】
前述のようにしてローパスフィルタ２３のカットオフ周波数が設定された状態で、傾斜センサー１５の検出値がローパスフィルタ２３を介して制御装置２２に入力される（ステップＳ５）（ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数よりも高い周波数の傾斜センサー１５の検出値が制御装置２２に入力されず、ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数よりも低い周波数の傾斜センサー１５の検出値が制御装置２２に入力される状態）。
【００２８】
これにより、ストロークセンサー１４の検出値及び傾斜センサー１５の検出値により、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度が検出されて（ステップＳ６）、この傾斜角度が傾斜設定器２０の設定角度となるように、制御弁１７が操作されて、油圧シリンダ８によりロータリ耕耘装置４が自動的にローリング駆動される（ステップＳ７）。以上のようにして、ローパスフィルタ２３のカットオフ周波数の設定、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度の検出、及びロータリ耕耘装置４のローリング駆動が繰り返される。
【００２９】
［発明の実施の別形態］
前述の［発明の実施の形態］において、傾斜センサー１５を機体ではなくロータリ耕耘装置４に取り付けて、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度を、傾斜センサー１５により直接に検出するように構成してもよい。
ロータリ耕耘装置４に換えてプラウ装置（図示せず）を作業装置として、トップリンク１及びロアリンク２に連結するように構成してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の特徴によると、作業車のローリング制御構造において、作業装置の左右方向の傾斜角度を検出する傾斜センサーの検出値が、ローパスフィルタを介して制御手段に入力されるように構成し、且つ、ローパスフィルタのカットオフ周波数を変更できるように構成することによって、作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度で安定せずに、設定角度を通り越すこと（オーバーシュート）を繰り返すような状態を避けながら、作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度に精度良く維持されるようにすることができるようになって、作業装置のローリング駆動が安定して行われるようになり、作業車のローリング制御性能を向上させることができた。
【００３１】
請求項１の特徴によると、傾斜センサーの検出値が頻繁に変化する場合にアクチュエータの作動速度を減速する構成に比べて、アクチュエータの作動及び停止が遅れて、作業装置のローリング駆動の開始及び停止が遅れると言うような状態が生じ難い点、並びに、傾斜センサーの検出値が頻繁に変化する場合に作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度に維持される際の不感帯の幅を大きくする構成に比べて、作業装置のローリング駆動の精度が低下すると言うような状態が生じ難い点においても、作業車のローリング制御性能を向上させることができた。
【００３２】
請求項２の特徴によると、請求項１の場合と同様に前述の請求項１の「発明の効果」を備えており、この「発明の効果」に加えて以下のような「発明の効果」を備えている。
請求項２の特徴によると、機体の走行速度が高速になると、ローパスフィルタのカットオフ周波数が自動的に低周波数側に変更されるので、機体の走行速度に応じて作業者が、手動でローパスフィルタのカットオフ周波数を低周波数側に変更するようなことを行う必要がなくなって、作業車の操作性を良いものにすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】農用トラクタの後部及びロータリ耕耘装置の斜視図
【図２】昇降制御機能、ポジション制御機能及びローリング制御機能のブロック図
【図３】ローリング制御機能の制御の流れを示す図
【符号の説明】
４ 作業装置
８ アクチュエータ
１５ 傾斜センサー
２１ 速度センサー
２２ 制御手段
２３ ローパスフィルタ

Claims (1)

1. 機体に作業装置をローリング自在に連結して、機体に対して前記作業装置をローリング駆動するアクチュエータと、前記作業装置の左右方向の傾斜角度を検出する傾斜センサーとを備え、
   前記傾斜センサーの検出値に基づいて、前記作業装置の左右方向の傾斜角度が設定角度に維持されるように、前記アクチュエータを作動させる制御手段を備えると共に、
   前記傾斜センサーの検出値を前記制御手段にローパスフィルタを介して入力するように構成し、
   機体の走行速度を検出する速度センサーを備えて、前記速度センサーの検出値に基づいて機体の走行速度が高速になると、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を低周波数側に変更する変更手段を備えてある作業車のローリング制御構造。

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