JP3721855B2

JP3721855B2 - 水平制御装置

Info

Publication number: JP3721855B2
Application number: JP14828899A
Authority: JP
Inventors: 弘喜小野; 智之石田; 豊小野
Original assignee: Iseki and Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: JP2000333504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水平制御装置に関するものであり、特に、農業用トラクタや乗用管理機等の水平制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
農業用トラクタや乗用管理機等の農用作業車両では、機体の後部にリンク機構を介してロータリ等の作業機を連結し、該機体と作業機の間に機体に対する作業機のローリング角を変更するアクチュエータを設けるとともに、該機体に作業機のローリング角を設定する傾き調整ダイヤル等を設け、作業機のローリング角を自動的に調整する水平制御装置を備えたものが知られている。
【０００３】
この水平制御装置には、機体と作業機の間に作業機のローリング角を検出するセンサを設けるとともに、該機体に機体のローリング角を検出する傾斜センサを設け、各センサの検出値に基づいて機体のローリング角と作業機のローリング角を演算し、機体の姿勢に拘らず作業機のローリング角を水平に維持すべく前記アクチュエータへ駆動信号を出力したり、或いは、機体のローリング角と作業機のローリング角を平行に維持すべく前記アクチュエータを駆動するように制御している。
【０００４】
一般に傾斜センサは、筐体内に常時鉛直方向に向かう振り子を吊り下げておき、該振り子に対して機体に取り付けた筐体の左右傾斜の角度変化を検出するように構成されており、該振り子自体の慣性力のため、例えば機体が右下がり方向に傾斜し始めるときは、該振り子は相対的に左側に取り残される。従って、傾斜センサは機体の傾斜開始直後は逆方向の検出信号を出力し、また、検出信号の出力に時間遅れが生じることで、機体の傾斜を迅速に検出するという応答性が良好ではない。
【０００５】
これに対して、機体に機体のローリング角速度を検出するローリング角速度センサを設け、該ローリング角速度センサの検出値から機体のローリング角を演算する方法も考えられる。しかし、機体の走行速度や圃場の硬さ、或いはタイヤのラグパターン等の走行条件や圃場条件により種々のノイズが発生し、ローリング角速度センサの出力信号には連続的に小刻みの変化が表れる。該ローリング角速度センサの出力変化に同期して作業機のローリング角を調整するには、全く応答遅れのない可変スピードの出せるアクチュエータが必要となり、構成が複雑になるとともに極めて高価となる。
【０００６】
そこで、機体と作業機の間に設けられたアクチュエータを駆動し、作業機のローリング角を調整して水平制御を行う際に、機体のローリングによる作業機の行き過ぎや応答遅れを防止するとともに、機体に設けたローリング角速度センサのノイズに対応して正確な水平制御を行うために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、機体の後部にリンク機構を介して作業機を連結し、該機体と作業機の間に機体に対する作業機のローリング角を変更するアクチュエータと該機体に対する作業機のローリング角を検出する手段とを設け、該機体に機体のローリング角を検出する傾斜センサと、作業機のローリング角を設定する傾き設定手段とを備えた水平制御装置であって、該機体に機体がローリングするときのローリング角速度検出手段を設け、該ローリング角速度検出手段により右方向角速度のピーク値と左方向角速度のピーク値を所定時間継続して測定し、各ピーク値の平均値から該ローリング角速度検出手段の不感帯を設定し、該ローリング角速度検出手段の検出値が前記不感帯内にあるときは前記傾斜センサの検出値に基づき作業機のローリング角を調整し、前記不感帯より大きなローリング角速度を検出したときは該ローリング角速度検出手段の検出値に基づき作業機のローリング角を調整するように構成した水平制御装置において、
上記機体にエンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサを設け、エンジン回転数の高低に応じて前記不感帯を補正するように構成し、且つ、上記傾斜センサの検出値に基づく水平制御信号を出力するときにはアクチュエータの動作速度を遅くする構成としてなる水平制御装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。図１及び図２は作業車両の一例として小型のトラクタ１０を示し、機体の後部にリンク機構１１を介してロータリ作業機１２が連結されている。運転席１３の近傍には作業機の昇降位置設定手段であるポジションレバー１５、作業機の耕深量設定手段である耕深調整ダイヤル１６、作業機のローリング角を設定する傾き設定手段である傾き調整ダイヤル１７等が設けられている。また、ミッションケース１８の上面部には後車軸１９の近傍上方位置の略中央部に、機体のローリング角を検出する手段である傾斜センサ４１と、機体がピッチングするときの角速度を検出する手段であるピッチング角速度センサ４２と、機体がローリングするときの角速度を検出する手段であるローリング角速度センサ４３がケース４４内に一体的に収納されている。
【０００９】
前記リンク機構１１はトップリンク２０と左右のロワリンク２１，２１とからなり、左右のリフトアーム２２，２２の先端とロワリンク２１，２１をリフトロッド２３，２３にて連結し、リフトシリンダ２４の駆動にてリフトアーム２２を回動することにより、リフトロッド２３，２３を介してロワリンク２１，２１が上下動する。斯くして、ロワリンク２１，２１の先端部を回動中心に前記ロータリ作業機１２が昇降する。
【００１０】
リフトアーム２２の回動基部には、作業機の昇降位置を検出する手段としてリフトアーム角センサ２５が設けられ、このリフトアーム角センサ２５にてリフトアーム２２の回動角を検出し、コントローラ５０にてロータリ作業機１２の昇降高さを演算する。また、ロータリ作業機１２のメインカバー２６の後端部にリヤカバー２７を上下回動自在に取り付け、リヤカバーセンサ２８により前記リヤカバー２７の回動角を検出して、コントローラ５０にてロータリ作業機１２の耕深量を演算する。
【００１１】
一方、機体に対するロータリ作業機１２のローリング角を変更するためのアクチュエータとして、左右どちらかのリフトロッド２３の途中にローリングシリンダ３０を設け、該ローリングシリンダ３０を伸縮させてロワリンク２１のリフト量を左右で変えることにより、機体に対するロータリ作業機１２の左右方向への傾きを変更できるように形成してある。
【００１２】
そして、機体に対するロータリ作業機１２のローリング角を検出する手段として、前記ローリングシリンダ３０に隣接してストロークセンサ３１を設け、該ストロークセンサ３１によリローリングシリンダ３０の伸縮長さを検出し、機体に対するロータリ作業機１２のローリング角をコントローラ５０にて演算するとともに、前記傾き調整ダイヤル１７の設定値に応じてローリングシリンダ３０を駆動し、ロータリ作業機１２の水平制御を行えるようにしてある。
【００１３】
ここで運転席１３の前方には機体の操舵操作部であるステアリングハンドル３２が設けられ、該ステアリングハンドル３２の近傍位置に前後進切換えレバー３３を設けてあり、該前後進切換えレバー３３を操作することにより、後輪３４へ伝達する駆動力を逆転させて、機体の進行方向を選択できるようにしてある。また、運転席１３の前下方部に変速レバー３５を設置するとともに、左右独立して踏み込み可能な左右ブレーキペダル３６，３６が設けられている。前記、ステアリングハンドル３２の回転操作は操舵装置３７へ伝達され、操舵量に応じて前輪３８が回向する。前輪３８の操舵量は前輪切れ角センサ３９によって検出される。機体前部のボンネット内には、エンジンの回転数を検出する手段としてエンジン回転数センサ４０が設けられている。
【００１４】
図３は制御系のブロック図であり、耕深調整ダイヤル１６によってロータリ作業機１２の耕深目標値を設定し、リフトアーム角センサ２５の検出信号にてロータリ作業機１２の昇降位置を演算するとともに、リヤカバーセンサ２８にてリヤカバー２７の回動角を検出してロータリ作業機の耕深量を演算する。そして、リヤカバー２７の回動角を前記耕深調整ダイヤル１６にて設定された耕深目標値に応じた所定角に維持すべく、リフトシリンダ２４を駆動する電磁制御弁の上昇ソレノイドまたは下降ソレノイドへコントローラ５０から制御信号を出力する。従って、リフトアーム２２が上下回動してロータリ作業機１２が昇降し、リヤカバー２７が回動してリヤカバーセンサ２８の検出値が耕深目標値と一致するように制御される。
【００１５】
一方、傾き調整ダイヤル１７によってオペレータがロータリ作業機１２のローリング角を任意に設定できる。地面に対する機体のローリング角は傾斜センサ４１にて検出し、機体に対するロータリ作業機１２のローリング角はストロークセンサ３１にて検出する。従って、双方のセンサの検出値からロータリ作業機１２の地面に対するローリング角を演算することができ、前記傾き調整ダイヤル１７にて設定された作業機のローリング角を維持すべく、ローリングシリンダ３０を駆動する電磁制御弁の右上げソレノイドまたは右下げソレノイドへコントローラ５０から制御信号を出力する。従って、ローリングシリンダ３０が伸縮してロータリ作業機１２のローリング角が変更され、ストロークセンサ３１の検出値が水平制御の目標値と一致するように制御される。
【００１６】
尚、ピッチング角速度センサ４２及びローリング角速度センサ４３は夫々振動ジャイロ方式のものを使用しており、構造が簡単で精密且つ安価である。しかし、振動ジャイロ方式以外のセンサであってもよい。之等傾斜センサ４１とピッチング角速度センサ４２とローリング角速度センサ４３は、後車軸１９の近傍上方位置の略中央部に設けられており、前輪３８側に設置する場合と比較して機体の重心に近くなり、上下方向の振動が少なく外乱を受けにくくなって測定精度が向上する。また、前記３つのセンサがすべてケース４４内に一体的に収納されているので、設置スペースがコンパクトになり、電源回路を共用できる等、設置作業も簡単となる。
【００１７】
更に、水平切換スイッチ４５により、水平モードと機体平行モードと角度設定モードとを選択可能にしてあり、機体と作業機の相対的な傾き及び地面に対する傾きを検出しながら、該水平切換スイッチ４５でセットしたモードに応じて水平制御の目標値を定め、前記ローリングシリンダ３０を駆動してロータリ作業機１２の傾きを調整する。
【００１８】
例えば、水平切換スイッチ４５が水平モードにセットされているときは、傾斜センサ４１の検出値とストロークセンサ３１の検出値からロータリ作業機１２の地面に対する傾きを算出し、この傾きをゼロにするように水平制御の目標値を定める。そして、ストロークセンサ３１の計測値がこの目標値に一致するように、ローリングシリンダ３０を駆動する電磁制御弁の右上げソレノイドまたは右下げソレノイドへコントローラ５０から制御信号を出力する。従って、機体の姿勢に拘らずロータリ作業機１２の左右方向の傾きが水平となるように制御される。
【００１９】
一方、水平切換スイッチ４５が機体平行モードにセットされているときは、左右のロワリンク２１のリフト量を等しくするように水平制御の目標値を定める。そして、ストロークセンサ３１の計測値がこの目標値に一致するようにローリングシリンダ３０を駆動すべく、コントローラ５０から前記右上げソレノイドまたは右下げソレノイドへ制御信号を出力する。従って、ロータリ作業機１２の左右方向の傾きが機体の傾きと平行になるように制御される。
【００２０】
また、水平切換スイッチ４５が角度設定モードにセットされているときは、オペレータが任意に設定した傾き調整ダイヤル１７の設定値に応じて水平制御の目標値を定め、ストロークセンサ３１の計測値がこの目標値に一致するようにローリングシリンダ３０を駆動すべく、コントローラ５０から前記右上げソレノイドまたは右下げソレノイドへ制御信号を出力する。従って、ロータリ作業機１２が設定した任意の傾きとなるように制御される。
【００２１】
ここで、機体の走行速度や圃場の硬さ或いはタイヤのラグパターン等、走行条件や圃場条件によって、前記ローリング角速度センサ４３の検出信号には種々の振動に起因するノイズが発生する。例えば、図４に示すように、ローリング角速度センサ４３の出力信号が０Ｖから最大５Ｖまで変化し、機体が右方向へローリングしたときの角速度の変化がグラフの上方向に表れ、機体が左方向へローリングしたときの角速度の変化が下方向に表れるものとしたとき、振動ノイズによって、ローリング角速度センサ４３の検出信号には連続的に小刻みの変化が表れる。
【００２２】
従って、ローリング角速度に基づいて水平制御を行う場合は、ローリング角速度センサ４３のノイズに対応した制御を行う必要があり、図５に本発明の水平制御のフローチャートを示す。水平制御が開始されると、先ず各種センサやスイッチ及びダイヤル等の状態をコントローラ５０に読み込み（Step100）、続いてローリング角速度センサ４３のピーク値を収集する（Step110）。いま、図４に示したような振動ノイズが発生している場合、右方向角速度のピーク値（上端ピーク値）と左方向角速度のピーク値（下端ピーク値）を所定時間継続して測定し、各ピーク値の移動平均値を算出する。そして、右方向角速度ピーク値の移動平均値と左方向角速度ピーク値の移動平均値との間の領域をローリング角速度センサ４３の不感帯に設定する（Step120）。
【００２３】
上記不感帯を設定した後、ローリング角速度センサ４３の検出値がこの不感帯内にあるときは（Step130）、振動に起因するノイズとみなして、前記傾斜センサ４１の検出値にて機体のローリング角を算出し、該傾斜センサ４１の検出値に基づいてローリングシリンダ３０用の電磁制御弁へ「右上げ」または「右下げ」の水平制御信号を出力する（Step140）。これに対して、ローリング角速度センサ４３の検出値が前記不感帯から外れて、右方向または左方向に大きな角速度が検出されたときは、該ローリング角速度センサ４３の検出値に基づいてローリングシリンダ３０用の電磁制御弁へ水平制御信号を出力する（Step150）。
【００２４】
尚、ローリング角速度センサ４３にて検出された機体のローリング角速度をω、検出時間をＴとすれば、機体のローリング角θは次式で表される。
【００２５】
θ＝ω×Ｔ
上式によって求められた機体のローリング角θとストロークセンサ３１の検出値から、ロータリ作業機１２のローリング角を演算し、傾き調整ダイヤル１７の設定値に応じて前記ローリングシリンダ用の電磁制御弁へ水平制御信号を出力する。斯くして、走行条件や圃場条件等で必然的に発生するノイズに対しては、不感帯として前記ローリング角速度センサ４３に基づく水平制御信号を出力しないため、特別に高性能のセンサやアクチュエータを使用せずして不要な出力をなくすことができ、安価な費用にて応答性のよい水平制御を行うことができる。
【００２６】
ここで、傾斜センサ４１に基づく水平制御を行うときは、ローリング角速度センサ４３の検出値に基づく水平制御のときよりも、水平制御信号を遅延して出力する。これは、ノイズより大きなローリング角速度に基づいてロータリ作業機１２の傾きを修正する場合は、機体に急激な変化があったときであり、速い速度にてローリングシリンダ３０を駆動しなければならないが、前記ローリング角速度がノイズの範囲内（不感帯）にある場合は、機体が緩やかに傾斜しているときであるため、あまり大きな修正を行うと作業機が行き過ぎる虞があるからである。
【００２７】
従って、例えば、傾斜センサ４１の検出値に基づく水平制御信号には出力ディレーを持たせて遅延させたり、電磁制御弁の開口調整或いはパルス作動によってローリングシリンダ３０の動作速度を遅くする等、種々の遅延方法を行うことによって応答性のよい制御が行える。また、タイヤのラグパターンによる機体の傾斜は、繰り返して傾斜センサ４１に検出されるので、この検出信号によって水平制御信号を出力すると作業機が必要以上に動いてしまうため、前述したように傾斜センサ４１の検出値に基づく水平制御信号に出力ディレーを持たせることにより、短時間の繰り返し変化では不要な出力を行わないように制御する。
【００２９】
また、前述したノイズに対応してローリング角速度センサ４３の検出信号のピーク値を移動平均する際には、エンジンの回転数の高低により機体の振動が変化するため、前記エンジン回転数センサ４０の検出値に応じてローリング角速度センサ４３の不感帯を補正する必要がある。図７（ａ）はエンジンが低回転でアイドリング時に於けるローリング角速度センサ４３の検出信号を示し、機体の振動によるノイズは比較的小さい。このときは、規定時間ｔ₂間（例えば500 msec）の移動平均値からローリング角速度センサ４３の不感帯を設定する。
【００３０】
これに対して、同図（ｂ）はエンジンが高回転でフルスロットル時に於けるローリング角速度センサ４３の検出信号を示し、機体の振動によるノイズが大きくなっている。然るときは、規定時間を長くして時間ｔ₃間（例えば２sec）の移動平均値からローリング角速度センサ４３の不感帯を設定することにより、エンジンが低回転のときよりも不感帯が広がって、ノイズによる誤動作を防止することができる。
【００３１】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記一実施の形態に詳述したように、請求項１記載の発明の構成により、機体の傾斜センサの検出値と機体のローリング角速度の検出値とに基づいて作業機の水平制御を行う際に、右方向のローリング角速度のピーク値と左方向のローリング角速度のピーク値を平均した値から、ローリング角速度の不感帯を設定する。そして、機体のローリング角速度が該不感帯にあるときは、傾斜センサの検出値に基づいて水平制御信号を出力し、該不感帯より大きなローリング角速度を検出したときは、ローリング角速度の検出値に基づいて水平制御信号を出力する。
従って、走行条件や圃場条件等で必然的に発生する種々のノイズに対しては、不感帯としてローリング角速度に基づく水平制御信号を出力せず、従来と同様に傾斜センサやアクチュエータを使用せずして不要な出力をなくすことができ、安価な費用にて応答性のよい水平制御を行うことができる。
【００３３】
そして、上記の水平制御信号は、傾斜センサの検出値に基づく水平制御信号を出力するときにはアクチュエータの動作速度を遅くする構成を採用するものであるから、応答性のよい判断が行える。また、タイヤのラグパターンによる機体の傾斜は、繰り返して傾斜センサに検出されるので、この検出信号によって水平制御信号に出力ディレーを持たせることにより、短時間の繰り返し変化では不要な出力を行わないように制御できる。
【００３４】
更にまた、本発明は、エンジン回転数の高低に応じて、前記不感帯を補正するように構成したので、エンジン回転数の上昇によって機体の振動ノイズが変化したとしても、エンジンが低回転のときよりも不感帯が広がって、ノイズによる誤動作を防止することができるから、常に安定したローリング角速度による水平制御を実施できる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図１】トラクタの機体とロータリ作業機の側面図。
【図２】リヤカバーセンサ等の図示を省略した図１の背面図。
【図３】制御系のブロック図。
【図４】ノイズがあるときのローリング角速度センサの検出信号を表したグラフ。
【図５】水平制御装置の制御手順を示すフローチャート。
【図６】ノイズより大きなローリング角速度の検出信号を表したグラフ。
【図７】（ａ）はエンジン回転数がアイドリング時のノイズの変化を示した図。
（ｂ）はエンジン回転数がフルスロットル時のノイズの変化を示した図。
【符号の説明】
１０トラクタ
１２ロータリ作業機
１７傾き調整ダイヤル
３０ローリングシリンダ
３１ストロークセンサ
４０エンジン回転数センサ
４１傾斜センサ
４３ローリング角速度センサ
５０コントローラ

Claims

機体の後部にリンク機構を介して作業機を連結し、該機体と作業機の間に機体に対する作業機のローリング角を変更するアクチュエータと該機体に対する作業機のローリング角を検出する手段とを設け、該機体に機体のローリング角を検出する傾斜センサと、作業機のローリング角を設定する傾き設定手段とを備えた水平制御装置であって、該機体に機体がローリングするときのローリング角速度検出手段を設け、該ローリング角速度検出手段により右方向角速度のピーク値と左方向角速度のピーク値を所定時間継続して測定し、各ピーク値の平均値から該ローリング角速度検出手段の不感帯を設定し、該ローリング角速度検出手段の検出値が前記不感帯内にあるときは前記傾斜センサの検出値に基づき作業機のローリング角を調整し、前記不感帯より大きなローリング角速度を検出したときは該ローリング角速度検出手段の検出値に基づき作業機のローリング角を調整するように構成した水平制御装置において、
上記機体にエンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサを設け、エンジン回転数の高低に応じて前記不感帯を補正するように構成し、且つ、上記傾斜センサの検出値に基づく水平制御信号を出力するときにはアクチュエータの動作速度を遅くする構成としてなることを特徴とする水平制御装置。