JP3755963B2

JP3755963B2 - 作業用機械

Info

Publication number: JP3755963B2
Application number: JP13932397A
Authority: JP
Inventors: 武二田中; 辰彦野島; 重治木村; 智志田村
Original assignee: MITSUBISHI NOUKI KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: MITSUBISHI NOUKI KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: JPH10313608A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラクタ等の作業用機械の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種作業用機械のなかには、電磁切換バルブを間欠作動させるインチング信号のＯＮ時間デューティ値を、油圧アクチュエータの目標位置と検出位置との偏差に基づいて決定するにあたり、前記ＯＮ時間デューティ値を所定の減少率で減少させる減速偏差範囲を設定したものがある。つまり、作動中の油圧アクチュエータを急激に停止させると、慣性に基づいて大きな衝撃が発生するため、目標位置の近傍から作動速度を徐々に減速して衝撃の少ない作動停止を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来では、インチング信号の周期を一定とし、ＯＮ時間デューティ値の変化に基づいて油圧アクチュエータの作動速度を制御しているが、周波数特性が低い電磁切換バルブを採用したものでは、減速偏差範囲の後半で電磁切換バルブの応答性が低下し、油圧アクチュエータが目標位置の手前で停止する等の不都合が生じる可能性があった。そのため従来では、インチング信号の周期を大きくしたり、不感帯を広くすることで上記不都合を回避しているが、周期を大きくした場合には、電磁切換バルブのＯＮ−ＯＦＦ切換えが明確になるため、インチング時や停止時に機体に大きなショックが伝わる不都合があり、また、不感帯を広くした場合には、位置制御の精度や応答性が低下する不都合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項の発明は、油圧アクチュエータの作動を切換える電磁切換バルブを、所定周期のインチング信号で間欠作動させると共に、前記インチング信号のＯＮ時間と周期のデューティ設定を、油圧アクチュエータの目標位置と検出位置との偏差に基づいて決定する作業用機械であって、該作業用機械に、油圧アクチュエータの作動速度を減速させる減速偏差範囲を設定するにあたり、インチング信号の周期を一定とし、該周期に対するＯＮ時間デューティ値の割合が最小のデューティ値の割合となるまで所定の減少率で減少させる第一減速偏差範囲と、インチング信号のＯＮ時間デューティ値の周期に対する割合は前記第一減速偏差範囲で減少した最小のデューティ値の割合になるよう一定とし、周期を所定の減少率で減少させる第二減速偏差範囲とを設定した作業用機械である。つまり、一定周期でＯＮ時間デューティ値を減少させた後、ＯＮ時間デューティ値の周期に対する割合を一定とし、周期の減少に基づいて油圧アクチュエータの作動速度を減速させることができるため、最終減速段階まで単にＯＮ時間デューティ値を減少させる場合に比して、電磁切換バルブの応答性を向上させることができる。従って、予めインチング信号の周期を大きく設定したり、不感帯を広く設定することが不要となり、その結果、インチング時や停止時に機体に大きなショックが伝わる不都合を解消することができる許りでなく、位置制御の精度や応答性を向上させることができる。
請求項２の発明は、請求項１において、油圧アクチュエータの作動量もしくは作動速度をフィードバックすると共に、フィードバックされた作動量もしくは作動速度に基づいてインチング信号の周期またはデューティ値を補正するフィードバック補正手段を設けた作業用機械である。つまり、最終減速段階における油圧アクチュエータの作動速度は、作業機重量、作動油温度、エンジン回転数、油圧機器のバラツキ等に基づいて不安定になる可能性があるが、フィードバックされた作動量もしくは作動速度に基づいてインチング信号の周期またはデューティ値を補正するため、油圧アクチュエータを目標位置にスムーズに停止させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態の一つを図面に基づいて説明する。図面において、１はトラクタの走行機体であって、該走行機体１の後部には、昇降リンク機構２を介してロータリ等の作業機３が昇降自在に連結されている。そして、前記作業機３は、リフトロッド４を介して昇降リンク機構２を吊持するリフトアーム５の上下揺動に伴って昇降作動する一方、左右何れかのリフトロッド４に介設されるリフトロッドシリンダ６の伸縮に伴って左右傾斜するが、これらの基本構成は何れも従来通りである。
【０００６】
前記リフトロッドシリンダ６は、リフトロッド用電磁切換バルブ７を介して油圧ポンプＰに接続されているが、リフトロッド用電磁切換バルブ７を切換える伸長用ソレノイド７ａおよび縮小用ソレノイド７ｂは、インチングパルスに基づく間欠駆動が可能であるため、インチングパルスのデューティ設定（ＯＮ時間／周期）に基づいてリフトロッドシリンダ６の作動速度を制御することができるようになっている。尚、８はリフトアーム５を油圧作動させるリフトシリンダ、９はリフトアーム用電磁切換バルブである。
【０００７】
１０はマイクロコンピュータを用いて構成される制御部であって、該制御部１０の入力側には、リフトロッドシリンダ６のシリンダ長を検出するリフトロッドセンサ１１、走行機体１の左右傾斜角を検出する傾斜センサ１２、傾斜自動制御をＯＮ−ＯＦＦする傾斜自動スイッチ１３、傾斜自動制御の目標傾斜を設定する傾斜設定ボリューム１４等が入力インタフェース回路を介して接続される一方、出力側には、リフトロッド用電磁切換バルブ７の伸長用および縮小用ソレノイド７ａ、７ｂ等が出力インタフェース回路を介して接続されている。
【０００８】
前記制御部１０は、傾斜センサ１２の検出信号に基づいて作業機３を自動的に傾斜制御する傾斜自動制御機能を備えている。そして、傾斜自動制御は、センサ信号等を入力する「データ入力」、傾斜センサ値および傾斜設定ボリューム値に基づいてリフトロッド目標値を演算する「データセット」、リフトロッド目標値とリフトロッドセンサ値とを比較してリフトロッドシリンダ６の作動方向を決定する「データ比較」、リフトロッド目標値とリフトロッドセンサ値との偏差に基づいて伸縮ソレノイド７ａ、７ｂに対する出力データ（インチングパルスの周期およびデューティ）を演算する「リフトロッド出力データセット」、リフトロッドセンサ値に基づいて出力データ補正（オフセット処理）をする「フィードバック」、出力データに応じたインチングパルスを伸縮ソレノイド７ａ、７ｂに出力する「リフトロッドバルブ出力」等のサブルーチンで構成されており、以下、これらのサブルーチンのうち、傾斜自動制御の要部である「リフトロッド出力データセット」および「フィードバック」をフローチャートに基づいて説明する。尚、伸長作動時と縮小作動時の制御概念は略同一であるため、縮小作動時の説明（フローチャート）は省略する。
【０００９】
「リフトロッド出力データセット」では、まず、リフトロッドシリンダ６の作動方向を判断し、該判断結果が伸長もしくは縮小である場合には、偏差データ（偏差データ＝｜目標値ーリフトロッドセンサ値｜＋偏差オフセットデータ）と範囲データとの比較に基づいて偏差データが何れの設定偏差範囲｛Ａ範囲、Ｂ範囲（第二減速偏差範囲）、Ｃ範囲（第一減速偏差範囲）および全流量範囲｝に位置するかを判断するようになっている。そして、全流量範囲（偏差データ≧Ａ範囲データ＋Ｂ範囲データ＋Ｃ範囲データ−範囲オフセットデータ）であると判断した場合には、全流量範囲フラグをセットすると共に、周期データおよびデューティデータに最大値（予め設定される最大周期および最大デューティ）をセットするようになっている。つまり、目標値とリフトロッドセンサ値との偏差がＣ範囲最大偏差ｃ（減速開始偏差）を越える場合には、図７に示すように最大周期に対するＯＮ時間デューティの割合（図７で示すＤ _ｘであって、本実施形態では１００％）を用いてリフトロッドシリンダ６を一定速度で伸縮作動させるようになっている。
【００１０】
また、偏差データがＣ範囲（Ａ範囲データ＋Ｂ範囲データ＋Ｃ範囲データ−範囲オフセットデータ＞偏差データ≧Ａ範囲データ＋Ｂ範囲データ−範囲オフセットデータ）であると判断した場合には、Ｃ範囲フラグをセットすると共に、周期データに最大周期をセットするが、デューティデータは、下記の演算式を用いて演算するようになっている。但し、Ｄはデューティデータ、Ｈは偏差データ、ＡはＡ範囲データ、ＢはＢ範囲データ、ＣはＣ範囲データ、Ｏは範囲オフセットデータ、Ｄｍａｘは最大のＯＮ時間デューティ値の最大周期に対する割合、Ｄｍｉｎは最小のＯＮ時間デューティ値の最大周期に対する割合である。
Ｄ＝［｛Ｈ−Ｂ−（Ａ−Ｏ）｝／Ｃ］（Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ）＋Ｄｍｉｎ
つまり、目標値とリフトロッドセンサ値との偏差がＣ範囲最大偏差ｃよりも小さく、かつＢ範囲最大偏差ｂ以上である場合には、図８に示すように、周期を一定（最大周期）とし、ＯＮ時間デューティ値の最大周期に対する割合を徐々に減少させてリフトロッドシリンダ６の伸縮作動を減速するようになっている。
【００１１】
また、偏差データがＢ範囲（Ａ範囲データ＋Ｂ範囲データ−範囲オフセットデータ＞偏差データ≧Ａ範囲データ）であると判断した場合には、Ｂ範囲フラグをセットすると共に、デューティデータに最小のＯＮ時間デューティ値の最大周期に対する割合をセットし、さらに、下記の演算式を用いて周期データを演算するようになっている。但し、Ｔは周期データ、Ｔｍａｘは最大周期、Ｔｍｉｎは最小周期である。
Ｔ＝［｛Ｈ−（Ａ−Ｏ）｝／Ｂ］（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）＋Ｔｍｉｎ
つまり、目標値とリフトロッドセンサ値との偏差がＢ範囲最大偏差ｂよりも小さく、かつＡ範囲最大偏差ａ以上である場合には、ＯＮ時間デューティ値の周期に対する割合を、図８に示すように、最小のＯＮ時間デューティ値の最大周期に対する割合となるよう一定（最小ＯＮ時間デューティ割合）として、周期を徐々に減少させるが、この範囲においては、リフトロッド用電磁切換バルブ７の応答性が低下するため、ＯＮ時間デューティ値の周期に対する割合が一定であっても、周期の減少に伴ってリフトロッドシリンダ６の伸縮作動速度が比較的安定した状態で減速されるようになっている。
【００１２】
また、偏差データがＡ範囲（偏差データ＜Ａ範囲データ）であると判断した場合には、Ａ範囲フラグをセットすると共に、偏差データにＡ範囲データをセットするようになっている。そして、偏差データにＡ範囲データをセットした場合には、Ｂ範囲判断がＹＥＳになるため、デューティデータに前記最小ＯＮ時間デューティ割合がセットされると共に、周期データには、下記の演算データがセットされるようになっている。
Ｔ＝（Ｏ／Ｂ）（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）＋Ｔｍｉｎ
つまり、目標値とリフトロッドセンサ値との偏差がＡ範囲最大偏差ａよりも小さい場合には、一定周期（最小周期）および一定ＯＮ時間デューティ割合（最小ＯＮ時間デューティ割合）でリフトロッドシリンダ６を目標位置まで伸縮作動させるようになっている。
【００１３】
一方、「フィードバック」では、まず、リフトロッドシリンダ６の作動方向を判断し、該判断結果が伸長もしくは縮小である場合には、停止時および非オフセット処理時にセットされるフィードバックタイマの終了判断を行い、さらに、この判断がＹＥＳである場合には、フィードバック偏差（作動量）を目標Ｌ（最小作動量）および目標Ｈ（最大作動量）と比較するようになっている。そして、フィードバック偏差が目標Ｌ以上で、かつ目標Ｈよりも小さい場合には、フィードバックデータおよびフィードバックタイマをセットしてメインルーチンに復帰するが、フィードバック偏差が目標Ｌよりも小さい場合には、加速オフセット処理を実行する一方、フィードバック偏差が目標Ｈ以上である場合には、減速オフセット処理を実行するようになっている。
【００１４】
前記加速オフセット処理では、まず、Ｂ範囲データ（固定値）と範囲オフセットデータとの一致判断を行い、該判断がＮＯである場合には、範囲加速オフセット処理を実行する一方、ＹＥＳと判断した場合には、デューティ加速オフセット処理を実行するようになっている。そして、範囲加速オフセット処理では、範囲オフセットデータを加算（上限値＝Ｂ範囲データ）した後、Ａ範囲データに、Ａ範囲初期データ（固定値）と範囲オフセットデータとの和をセットすると共に、Ｃ範囲データに、Ｃ範囲初期データ（固定値）と範囲オフセットデータとの和をセットするようになっている。即ち、フィードバックされる作動量が少ない場合には、偏差データ、Ａ範囲データ（Ａ範囲最大偏差ａ）およびＣ範囲データ（Ｃ範囲最大偏差ｃ）を増加方向にオフセットするため、Ｃ範囲ではデューティデータの増加に基づいて伸縮作動速度が増速される一方、Ｂ範囲およびＡ範囲では周期データの増加に基づいて伸縮作動速度が増速されるようになっている。尚、本実施形態の範囲増加オフセット処理では、上記の如く偏差データ、Ａ範囲データおよびＣ範囲データを増加方向にオフセットさせているが、Ｂ範囲データ（Ｂ範囲最大偏差ｂ）のみを減少側にオフセットしても同等の作用を得ることが可能である。
【００１５】
一方、デューティ加速オフセット処理では、デューティオフセットデータを加算（上限値＝最大デューティ−最小デューティ）した後、最小デューティデータに、最小デューティ（固定値）とデューティオフセットデータとの和をセットするようになっている。つまり、範囲オフセットデータを上限値まで増加させても目標作動速度が出ない場合には、最小デューティを増加方向にオフセットするため、Ａ範囲、Ｂ範囲およびＣ範囲において、デューティデータの増加に基づいて伸縮作動速度が増速されるようになっている。
【００１６】
また、前記減速オフセット処理では、まず、最小デューティデータが最小デューティ（固定値）よりも大きいか否かを判断し、該判断がＹＥＳである場合には、デューティ減速オフセット処理を実行する一方、ＮＯと判断した場合には、範囲減速オフセット処理を実行するようになっている。そして、デューティ減速オフセット処理では、デューティオフセットデータを減算（下限値＝０）した後、最小デューティデータに、最小デューティ（固定値）とデューティオフセットデータとの和をセットするようになっている。つまり、前記デューティ加速オフセット処理で増加された最小デューティデータを減少方向にオフセットするため、Ａ範囲、Ｂ範囲およびＣ範囲において、デューティデータの減少に基づいて伸縮作動速度が減速されるようになっている。
【００１７】
一方、範囲減速オフセット処理では、範囲オフセットデータを減算（下限値＝０）した後、Ａ範囲データに、Ａ範囲初期データ（固定値）と範囲オフセットデータとの和をセットすると共に、Ｃ範囲データに、Ｃ範囲初期データ（固定値）と範囲オフセットデータとの和をセットするようになっている。即ち、前記範囲加速オフセット処理で増加方向にオフセットされた偏差データ、Ａ範囲データおよびＣ範囲データを減少方向にオフセットするため、Ｃ範囲ではデューティデータの減少に基づいて伸縮作動速度が減速される一方、Ｂ範囲およびＡ範囲では周期データの減少に基づいて伸縮作動速度が減速されるようになっている。尚、上記の説明では、便宜上、範囲オフセットデータおよびデューティオフセットデータが０の場合を基準としているが、この状態では、減速オフセット処理が有効に機能しないため、実装状態では、オフセット処理範囲の中間点が初期位置となるように各データが設定されている。
【００１８】
叙述の如く構成されたものにおいて、目標値とリフトロッドセンサ値との偏差が所定の設定偏差範囲に入った段階からリフトロッドシリンダ６の伸縮作動速度を徐々に減速させるにあたり、まず、インチング信号の周期を一定とし、ＯＮ時間デューティ値の減算に基づいて伸縮作動速度を減速させた後、ＯＮ時間デューティ値の周期に対する割合を一定とし、周期の減算に基づいて伸縮作動速度を減速させるため、最終減速段階まで単にＯＮ時間デューティ値を減算した場合の様に、減速偏差範囲の後半でリフトロッドシリンダ６の伸縮作動が不安定になる不都合を解消することができる。つまり、減速偏差範囲の後半で用電磁切換バルブ７の周波数特性が低下することを利用し、ＯＮ時間デューティ値の周期に対する割合を変えることなく一定とし、周期の減算に基づいて伸縮作動速度を減速させるため、リフトロッドシリンダ６の伸縮作動を安定させることができ、従って、予めインチング信号の周期を大きく設定したり、不感帯を広く設定することが不要となり、その結果、インチング時や停止時に機体に大きなショックが伝わる不都合を解消することができる許りでなく、傾斜自動制御の精度や応答性を向上させることができる。
【００１９】
また、前記リフトロッドシリンダ６の作動量をフィードバックすると共に、フィードバックされた作動量に応じてインチング信号の周期またはデューティを補正するため、仮に、作業機重量、作動油温度、エンジン回転数、油圧機器のバラツキ等に基づいてリフトロッドシリンダ６の伸縮作動が不安定になる不都合を解消することができ、その結果、傾斜自動制御の安定性および制御精度を向上させることができる。
【００２０】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されないものであることは勿論であって、リフトロッドシリンダ以外の油圧アクチュエータ作動を切換える電磁切換バルブを対象として本発明を実施できることは言うまでもない。また、前記実施形態では、応答性能の低い電磁切換バルブを対象としているが、応答性能の高い電磁切換バルブを対象として本発明（「フィードバック」を含む）を実施してもよく、この場合には、電磁切換バルブのインチング音やショックの発生を抑制できる許りでなく、制御精度の向上を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トラクタの側面図である。
【図２】リフトロッドシリンダの作動回路を示す油圧回路図である。
【図３】制御部の入出力を示すブロック図である。
【図４】傾斜自動制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図５】「リフトロッド出力データセット」を示すフローチャートである。
【図６】「リフトロッド出力データセット」の伸長時データセット部分を示すフローチャートである。
【図７】「リフトロッド出力データセット」の作用を示すタイミングチャートである。
【図８】「リフトロッド出力データセット」の作用を示すグラフである。
【図９】「フィードバック」を示すフローチャートである。
【図１０】「フィードバック」の伸長時フィードバック部分（減速オフセット処理部分を含む）を示すフローチャートである。
【図１１】「フィードバック」の伸長時フィードバック部分（加速オフセット処理部分）を示すフローチャートである。
【図１２】「フィードバック」のオフセット処理（偏差、Ａ範囲最大偏差ａおよびＣ範囲最大偏差ｃ）を示すグラフである。
【図１３】「フィードバック」の作用を示すグラフである。
【符号の説明】
１走行機体
３作業機
６リフトロッドシリンダ
７リフトロッド用電磁切換バルブ
１０制御部
１１リフトロッドセンサ

Claims

油圧アクチュエータの作動を切換える電磁切換バルブを、所定周期のインチング信号で間欠作動させると共に、前記インチング信号のＯＮ時間と周期のデューティ設定を、油圧アクチュエータの目標位置と検出位置との偏差に基づいて決定する作業用機械であって、該作業用機械に、油圧アクチュエータの作動速度を減速させる減速偏差範囲を設定するにあたり、インチング信号の周期を一定とし、該周期に対するＯＮ時間デューティ値の割合が最小のデューティ値の割合となるまで所定の減少率で減少させる第一減速偏差範囲と、インチング信号のＯＮ時間デューティ値の周期に対する割合は前記第一減速偏差範囲で減少した最小のデューティ値の割合になるよう一定とし、周期を所定の減少率で減少させる第二減速偏差範囲とを設定した作業用機械。
請求項１において、油圧アクチュエータの作動量もしくは作動速度をフィードバックすると共に、フィードバックされた作動量もしくは作動速度に基づいてインチング信号の周期またはデューティ値を補正するフィードバック補正手段を設けた作業用機械。