JP4107589B2 - 作業機のローリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行機体に対地作業装置をローリング可能に連結し、前記走行機体に対して前記対地作業装置をローリング駆動するアクチュエータと、前記走行機体又は前記対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、この傾斜センサの検出値のみに基づいて、前記対地作業装置の左右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の作動を制御するローリング制御手段とを備えた作業機のローリング制御装置に関する。

上記のような作業機のローリング制御装置においては、傾斜センサとして、例えば、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜に伴う錘の走行機体又は対地作業装置に対する振れ角を走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度として電気的に検出するものや、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜に伴う所定粘度の液体の走行機体又は対地作業装置に対する液面変位を走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度として電気的に検出するものなどを採用することが一般的であるが、このような傾斜センサは、走行機体が旋回して遠心力が働く場合には、その遠心力の影響による外乱値を含んだ値を走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度として検出することになる。

一方、作業機で代掻き作業や芝刈り作業などを行う場合には、それらの作業を継続しながら走行機体を１８０度旋回させることがあり、このような旋回作業時には大きな遠心力が働くことになる。

そのため、代掻き作業や芝刈り作業などにおける旋回作業時にローリング制御手段が制御作動を実行していると、ローリング制御手段は、そのときの旋回作業時に発生する大きい遠心力の影響による大きい外乱値を含んだ傾斜センサの検出値に基づいてアクチュエータの作動を制御することになり、その結果、対地作業装置の左右傾斜角度を設定角度に維持することができなくなる。

つまり、代掻き作業や芝刈り作業などにおける旋回作業時には、ローリング制御手段の制御精度が著しく低下し、対地作業装置の対地姿勢が不適切になって作業の均平性が低下することになる。

そこで、従来では、走行機体の急旋回状態を検出した場合に、対地作業装置を走行機体に対して左右の傾きのない姿勢に戻した後にロックするように構成したものがある（例えば特許文献１参照）。
特許第２７２１７７０号公報

上記の構成によると、作業走行時に急旋回状態を現出しても、ローリング制御手段が、その急旋回によって発生する大きい遠心力の影響による大きい外乱値を含んだ傾斜センサの検出値に基づいてアクチュエータの作動を制御することを防止でき、これによって、対地作業装置の対地姿勢が不適切になって作業の均平性が低下することを回避できる。

しかしながら、車輪の沈下などに起因して旋回作業時に走行機体が大きく左右傾斜すると、それに伴って対地作業装置も大きく左右傾斜することになり、対地作業装置の対地姿勢が不適切になって作業の均平性が低下することになる。

本発明の目的は、旋回作業時においても、走行機体の左右傾斜にかかわらず、ローリング制御手段の制御作動によって対地作業装置を適切な対地姿勢に維持できるようにして、旋回作業時における均平性の向上を図れるようにすることにある。

上記の課題を解決するための手段として、本発明では、走行機体に対地作業装置をローリング可能に連結し、前記走行機体に対して前記対地作業装置をローリング駆動するアクチュエータと、前記走行機体又は前記対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、この傾斜センサの検出値のみに基づいて、前記対地作業装置の左右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の作動を制御するローリング制御手段とを備えた作業機のローリング制御装置において、前記走行機体を、その旋回走行時には各車輪の旋回中心が固定車軸の延長線上の一点に収束されるように構成するとともに、前記走行機体の走行速度を検出する車速センサと、操向輪の切れ角を検出する切角センサとを備え、前記走行機体の軸間距離と車輪間隔、及び、前記切角センサの検出値に基づいて、前記旋回走行時の旋回径を算出し、この旋回径と前記車速センサの検出値とに基づいて、前記旋回走行時に発生する遠心力を算出し、この遠心力と予め備えられた前記傾斜センサの対遠心力特性とに基づいて、前記旋回走行時における前記傾斜センサの検出値に含有する前記遠心力に起因した外乱値を算出し、その外乱値を前記旋回走行時における前記傾斜センサの検出値から減算する演算処理によって、前記旋回走行時に前記傾斜センサが検出した検出値を適正なものにする適正化手段を備え、前記ローリング制御手段が、前記旋回走行時には、前記適正化手段により適正化が図られた前記傾斜センサの検出値のみに基づいて、前記アクチュエータの作動を制御するように構成してある。

この構成では、走行機体を、その旋回走行時には各車輪の旋回中心が固定車軸の延長線上の一点に収束されるようにする、という所謂アッカーマン・ジャントー方式に基づいて構成することで、走行機体の軸間距離Ｗと車輪間隔Ｈ、及び、切角センサの検出値θｓによって、旋回走行時の旋回径ｒ＝Ｗ（軸間距離）÷ｔａｎθｓ（切れ角）＋Ｈ（車輪間隔）÷２という関係式を導き出すことができ、これによって、旋回走行時の旋回径ｒを簡単に算出できる。

又、遠心力Ｆは、Ｆ（遠心力）＝ｖ（車速）×ｖ（車速）÷ｒ（旋回径）であり、この関係式と、上記のように算出した旋回径ｒ及び車速センサの検出値ｖとから遠心力Ｆを簡単に算出でき、この算出した遠心力と傾斜センサの対遠心力特性とから、その旋回走行時において傾斜センサの検出値に含まれる遠心力に起因した外乱値を算定し、その外乱値を傾斜センサの検出値から減算することで、旋回走行時に傾斜センサが検出した検出値の適正化を図れることになり、その適正化が図られた走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度に基づいて、ローリング制御手段がアクチュエータの作動を制御することになって、結果、旋回走行時でありながらも、その旋回走行時に発生する遠心力の影響を抑制した精度の高い制御（ローリング制御）を行える。

従って、対地作業装置を接地させた状態で旋回走行する旋回作業時には、傾斜センサが受けるそのときの遠心力の影響を考慮した精度の高いローリング制御を行えるようになり、これによって、旋回作業時に走行機体が左右傾斜する場合であっても、その左右傾斜にかかわらず、対地作業装置を適切な対地姿勢に維持することができ、結果、旋回作業時における均平性の向上を図れることになる。

本発明をより好適なものにするための手段の一つとして、試験旋回走行時の実測遠心力と算出遠心力との比を、前記適正化手段の前記演算処理における補正係数として備えてある。

この構成によると、走行時に発生する車輪のスリップに起因した車速センサの検出値に対する実速度の低下を考慮したより正確な遠心力を算出することができ、又、この算出した遠心力と傾斜センサの対遠心力特性とから、より正確な外乱値を算定でき、その外乱値を傾斜センサの検出値から減算することで、より適正な走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度を得られることになる。

そして、このより適切な走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度に基づいてローリング制御手段がアクチュエータの作動を制御することになり、結果、旋回走行時に発生する遠心力の影響をより的確に抑制したより精度の高いローリング制御を行える。

従って、旋回作業時には、そのときの遠心力や車輪のスリップを考慮したより精度の高いローリング制御を行えるようになり、これによって、旋回作業時に走行機体が左右傾斜する場合であっても、その左右傾斜にかかわらず対地作業装置をより適切な対地姿勢に維持することができ、結果、旋回作業時における均平性の向上を更に図れることになる。

本発明をより好適なものにするための手段の一つとして、前記走行機体の走行状態を、旋回径の異なる複数の走行状態に切り換える走行制御手段を備え、複数の前記走行状態に、旋回径の大きい走行状態に対しては小さい値になり、かつ、旋回径の小さい走行状態に対しては大きい値になるように対応させた前記適正化手段の前記演算処理における補正係数を備え、前記走行制御手段が現出する走行状態の判別を可能にする判別情報に基づいて、前記走行制御手段が現出する走行状態に応じた補正係数を選定するように構成してある。

走行制御手段が現出する走行状態としては、例えば、左右の後輪のみを駆動する２輪駆動状態、左右の前輪をその周速度が後輪の周速度と等しくなるように駆動する４輪駆動状態、前輪をその周速度が後輪の周速度よりも速くなるように駆動する前輪増速状態、この前輪増速状態で旋回内側の後輪を制動する制動前輪増速状態などがあり、これらの走行状態は、例えば、切角センサで検出される操向輪の切れ角が同じであっても、４輪駆動状態では、前輪の周速度と後輪の周速度とが等しいことから２輪駆動状態に比較して旋回径が大きくなり、前輪増速状態では、前輪の周速度が後輪の周速度よりも速くなることから２輪駆動状態に比較して旋回径が小さくなり、制動前輪増速状態では、その前輪増速状態で旋回内側の後輪を制動することから旋回径が更に小さくなる。

つまり、操向輪の切れ角などが同じであっても、旋回走行時に現出される走行状態によって、旋回径に差が生じるとともに旋回走行時に発生する遠心力が変化し、傾斜センサの検出値に含まれる遠心力に起因した外乱値も変動する。

そこで、上記の手段を講じて、走行制御手段が現出する走行状態を考慮した補正係数の選定を行えるようにしているのであり、これによって、走行制御手段が現出する走行状態を考慮したより正確な遠心力の算出を行え、この算出した遠心力と傾斜センサの対遠心力特性とから、より正確な外乱値を算定でき、その外乱値を傾斜センサの検出値から減算することで、より適正な走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度を得られることになる。

そして、このより適切な走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度に基づいてローリング制御手段がアクチュエータの作動を制御することになり、結果、旋回走行時に発生する遠心力の影響をより的確に抑制したより精度の高いローリング制御を行える。

従って、旋回作業時には、そのときに現出される走行状態に応じて変化する遠心力を考慮したより精度の高いローリング制御を行えるようになり、これによって、旋回作業時に走行機体が左右傾斜する場合であっても、その左右傾斜にかかわらず対地作業装置をより適切な対地姿勢に維持することができ、結果、旋回作業時における均平性の向上を更に図れることになる。

本発明をより好適なものにするための手段の一つとして、前記切角センサの検出値に基づいて前記走行機体が１８０度旋回状態であるか否かを判別し、前記走行機体が１８０度旋回状態であると判別した場合に、その１８０度旋回時に前記傾斜センサが検出した値を平滑化処理し、その平滑化処理後の値とその１８０度旋回時に前記適正化手段が算出した前記外乱値との比を算出し、その比の所定１８０度旋回回数分を平滑化処理して得た値を、前記適正化手段の前記演算処理における補正係数とするように構成してある。

ところで、旋回走行時の旋回径は、作業地における走行路面の硬さなどの諸条件の影響を受けるものであり、作業地を変えることで走行路面の硬さなどが大きく変わると、旋回径の変化とともに発生する遠心力も変化する。

そのため、作業地が変わることで作業地の諸条件が変化する場合には、その変化する諸条件のうち、旋回走行時に発生する遠心力を算出する上において影響のあるものを考慮して、遠心力を算出することが望ましい。

そこで、圃場での代掻き作業や競技場での芝刈り作業などを行う場合には、その作業地において作業機を折り返し往復走行させることが一般的であり、又、作業機を往路から復路に方向転換させる折り返し時には、作業機を１８０度旋回させることになり、更に、代掻き作業が行われる圃場や芝刈り作業が行われる競技場などは基本的に水平であることに着目して、上記の手段を講じるようにしているのであり、この手段では、作業地での１８０度旋回時に傾斜センサが検出した複数の走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度を平滑化処理することで、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度を相殺した、そのときの１８０度旋回時に発生した実遠心力による外乱値とし、この外乱値と、この１８０度旋回の際に適正化手段が算出した外乱値との比を、作業地の諸条件を考慮するための補正係数とし、更に、所定回数の１８０度旋回で得た各補正係数を平滑化処理して信頼性を高めたものを、その後に行われる前記適正化手段の前記演算処理における補正係数とするのである。

これによって、作業地の諸条件を考慮したより正確な遠心力の算出を行え、この遠心力と傾斜センサの対遠心力特性とから、より正確な外乱値を算定でき、その外乱値を傾斜センサの検出値から減算することで、より適正な走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度を得られることになる。

そして、このより適切な走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度に基づいてローリング制御手段がアクチュエータの作動を制御することになり、結果、旋回走行時に発生する遠心力の影響をより的確に抑制したより精度の高いローリング制御を行える。

従って、旋回作業時には、作業する作業地の諸条件に応じて変化する遠心力を考慮したより精度の高いローリング制御を行えるようになり、これによって、旋回作業時に走行機体が左右傾斜する場合であっても、その左右傾斜にかかわらず対地作業装置をより適切な対地姿勢に維持することができ、結果、旋回作業時における均平性の向上を更に図れることになる。

本発明をより好適なものにするための手段の一つとして、予め設定した前記遠心力に対する比較値と前記適正化手段が算出した前記遠心力とを比較し、前記遠心力が前記比較値を超えた場合には、前記ローリング制御手段が、前記走行機体に対して前記対地作業装置が平行になるように前記アクチュエータの作動を制御する、又は、前記アクチュエータの作動制御を停止するように構成してある。

ところで、より正確で予想率の高い遠心力を算出できたとしても、遠心力が極端に大きい場合には、十分に外乱値を除去することができず、対地作業装置の対地姿勢が不適切になって作業の均平性が低下することになる。

そこで、上記の手段を講じることで、遠心力が極端に大きくて外乱値を十分に除去することができない場合には、外乱値の含有率の高い適正化手段の出力に基づいてローリング制御手段がアクチュエータの作動を制御することを阻止するのである。

従って、遠心力が極端に大きく働く旋回状態であっても一定の性能を確保することができる。

図１には作業機の全体側面が、又、図２にはその後部が示されており、この作業機は、走行機体であるトラクタ１の後部に、トップリンク２と左右一対のロアーリンク３からなる３点リンク機構４を介して、対地作業装置の一例であるロータリ耕耘装置５を連結して構成されている。

図１〜３に示すように、トラクタ１は、その前部にエンジン６を搭載するとともに左右一対の前輪７を操向輪として備え、その中央部に、左右の前輪７にステアリング操作系を介して連係されるステアリングホイール８、車速などの情報を表示するメータパネル９、及び運転座席１０などを備えて搭乗運転部１１が形成され、その後部に、左右一対の後輪１２や左右一対のリフトアーム１３、及び、それら左右のリフトアーム１３を上下方向に揺動駆動する油圧式で単動型のリフトシリンダ１４などを備えて構成され、又、左側のリフトアーム１３が、リフトロッド１５を介して左側のロアーリンク３に連結され、右側のリフトアーム１３が、アクチュエータの一例である油圧式で複動型のローリングシリンダ１６を介して右側のロアーリンク３に連結されている。つまり、リフトシリンダ１４の作動でロータリ耕耘装置５を昇降駆動し、ローリングシリンダ１６の作動でロータリ耕耘装置５をローリング駆動するようになっている。

図１、図４及び図５に示すように、エンジン６からの動力は、クラッチハウジング１７に内蔵した主クラッチ１８を介して、ミッションケース１９に内蔵した変速装置２０に伝達され、その変速装置２０から左右の前輪７への伝動は、前輪用変速装置２１や前輪用差動装置２２などを備える前輪伝動系を介して行われ、変速装置２０から左右の後輪１２への伝動は、後輪用差動装置２３などを備える後輪伝動系を介して行われ、変速装置２０からロータリ耕耘装置５への伝動は図外の作業伝動系を介して行われるように構成されている。

前輪用変速装置２１は、変速装置２０による変速後の動力を、油圧式の多板クラッチからなる標準クラッチ２４やギヤ式の標準伝動機構２５などを介して左右の前輪７に伝動することで、前輪７の周速度と後輪１２の周速度とが等しくなるように駆動する標準４輪駆動状態と、油圧式の多板クラッチからなる増速クラッチ２６やギヤ式の増速伝動機構２７などを介して左右の前輪７に伝動することで、前輪７の周速度が後輪１２の周速度よりも速くなるように例えば約２倍の速度で駆動する前輪増速状態と、左右の前輪７に伝動しない２輪駆動状態とに切り換え可能に構成されている。

ミッションケース１９には、油圧式で多板型の左右一対のサイドブレーキ２８が装備され、左右のサイドブレーキ２８は、左右の対応する後車軸２９を介して、油圧に比例した制動力を対応する後輪１２に作用させるように構成されている。

図３に示すように、このトラクタ１は、アッカーマン・ジャントー方式に基づいて、その旋回走行時には、旋回内側の前輪７の切れ角θｓａが旋回外側の前輪７の切れ角θｓｂよりも大きくなって、各車輪７，１２の旋回中心が固定車軸である後車軸２９の延長線上の一点に収束されるように構成してあり、これによって、その軸間距離Ｗと車輪間隔Ｈと前輪７の切れ角θｓとから、旋回走行時の旋回径ｒ＝Ｗ（軸間距離）÷ｔａｎθｓ（前輪７の切れ角）＋Ｈ（車輪間隔）÷２という関係式を導き出すことができる。つまり、前輪７の切れ角θｓを検出すれば、旋回走行時の旋回径ｒを算出することができるのである。

図４〜７に示すように、このトラクタ１には、マイクロコンピュータからなる第１制御装置３０が装備されており、この第１制御装置３０には、搭乗運転部１１の右下部に配備された左右の対応するブレーキペダル３１の踏み込み操作量を検出する一対のブレーキセンサ３２、変速装置２０から後輪用差動装置２３にわたる伝動軸３３に備えたギヤ３４の回転数を車速ｖとして検出する電磁ピックアップ式の回転センサからなる車速センサ３５、ステアリング操作系の操作量を前輪７の切れ角θｓとして検出する回転式のポテンショメータからなる切角センサ３６、及び、トラクタ１の走行モードを選択する走行選択スイッチ３７などのそれぞれの出力に基づいて、左右の対応するサイドブレーキ２８に対する作動油の流動状態を切り換える一対の制動用制御弁３８、並びに、標準クラッチ２４及び増速クラッチ２６に対する作動油の流動状態を切り換えるクラッチ用制御弁３９などの作動を制御する走行制御手段４０が備えられている。

このトラクタ１において走行選択スイッチ３７により選択される走行モードとしては、２輪駆動モード、４輪駆動モード、自動前輪増速モード、及び、自動制動前輪増速モードがある。

走行制御手段４０は、走行選択スイッチ３７によって２輪駆動モードが選択されると、メータパネル９に備えた２ＷＤランプ４１を点灯させるとともに、車速センサ３５及び切角センサ３６の出力にかかわらず、標準クラッチ２４及び増速クラッチ２６が非伝動状態に維持されるようにクラッチ用制御弁３９の作動を制御して、左右の後輪１２のみを駆動する２輪駆動状態を現出する。

走行選択スイッチ３７によって４輪駆動モードが選択されると、メータパネル９に備えた４ＷＤランプ４２を点灯させるとともに、車速センサ３５及び切角センサ３６の出力にかかわらず、標準クラッチ２４が伝動状態に、かつ、増速クラッチ２６が非伝動状態に維持されるようにクラッチ用制御弁３９の作動を制御して、左右の前輪７と左右の後輪１２とをそれらの周速度が等しくなるように駆動する４輪駆動状態を現出する。

走行選択スイッチ３７によって自動前輪増速モードが選択されると、先ず、メータパネル９に備えた増速ランプ４３を点灯させるとともに、切角センサ３６の出力に基づいて前輪７の切れ角θｓを判別し、その切れ角θｓが設定角度θｓｏ（例えば３５度）未満である場合には、車速センサ３５の出力にかかわらず前述した４輪駆動状態を現出し、その切れ角θｓが設定角度θｓｏ以上である場合には、車速センサ３５の出力に基づいて車速ｖを判別し、その車速ｖが第１設定速度（例えば０．２ｋｍ／ｈ）未満、又は、第２設定速度（例えば５ｋｍ／ｈ）以上であると前述した４輪駆動状態を現出し、その車速ｖが第１設定速度以上で、かつ、第２設定速度未満であると、標準クラッチ２４が非伝動状態に、かつ、増速クラッチ２６が伝動状態に切り換わるようにクラッチ用制御弁３９の作動を制御して、左右の前輪７と左右の後輪１２とを前輪７の周速度が後輪１２の周速度よりも速くなるように駆動する前輪増速状態を現出する。

走行選択スイッチ３７によって自動制動前輪増速モードが選択されると、先ず、メータパネル９に備えたＡＤランプ４４を点灯させるとともに、切角センサ３６の出力に基づいて前輪７の切れ角θｓを判別し、その切れ角θｓが設定角度θｓｏ（例えば３５度）未満である場合には、車速センサ３５の出力にかかわらず前述した４輪駆動状態を現出し、その切れ角θｓが設定角度θｓｏ以上である場合には、車速センサ３５の出力に基づいて車速ｖを判別し、その車速ｖが第１設定速度（例えば０．２ｋｍ／ｈ）未満、又は、第２設定速度（例えば５ｋｍ／ｈ）以上であると前述した４輪駆動状態を現出し、その車速ｖが第３設定速度（例えば３．６ｋｍ／ｈ）以上で、かつ、第２設定速度未満であると前述した前輪増速状態を現出し、その車速ｖが第１設定速度以上で、かつ、第３設定速度未満であると、前述した前輪増速状態を現出するとともに、旋回内側の後輪１２に対するサイドブレーキ２８が制動状態となるように対応する制動用制御弁３８の作動を制御して、左右の前輪７と左右の後輪１２とを前輪７の周速度が後輪１２の周速度よりも速くなるように駆動しながら旋回内側の後輪１２を制動する制動前輪増速状態を現出する。

つまり、自動前輪増速モードでは、前輪７を増速させて旋回径を小さくする前輪増速状態の自動現出を可能とし、又、自動制動前輪増速モードでは、前輪７を増速させて旋回径を小さくする前輪増速状態と、前輪７を増速させるとともに旋回内側の後輪１２を制動して旋回径を更に小さくする制動前輪増速状態との自動現出を可能にして、枕地での旋回操作性及び旋回性能の向上を図れるようにしながら、自動前輪増速モードと自動制動前輪増速モードのいずれにおいても、第１設定速度未満の低速走行状態において操縦者の意志に反した小旋回状態が現出されることや、第２設定速度以上の高速走行状態において操縦者の意志に反した急激な小旋回状態が現出されることを防止している。

尚、走行制御手段４０は、左右のブレーキペダル３１のいずれか一方、又は、双方が踏み込み操作された場合には、走行選択スイッチ３７により選択された走行モードにかかわらず、各ブレーキセンサ３２の出力に基づいて対応する制動用制御弁３８の作動を制御して、左右のブレーキペダル３１の踏み込み操作量に応じた左右のサイドブレーキ２８の制動状態を現出する。

図１、図２、図５及び図６に示すように、このトラクタ１には、マイクロコンピュータからなる第２制御装置４５が装備されており、第２制御装置４５には、昇降制御モードを選択する昇降選択スイッチ４６、昇降レバー４７の揺動操作量に基づいてロータリ耕耘装置５の目標対地高さを設定する回転式のポテンショメータからなる高さ設定器４８、ロータリ耕耘装置５の目標耕深を設定する回転式のポテンショメータからなる耕深設定器４９、リフトアーム１３の上下揺動角度を検出する回転式のポテンショメータからなるリフトアームセンサ５０、及び、ロータリ耕耘装置５による耕耘跡を鎮圧整地する後カバー５１の上下揺動角度を検出する回転式のポテンショメータからなる耕深センサ５２などのそれぞれの出力に基づいて、リフトシリンダ１４に対する作動油の流動状態を切り換える昇降用制御弁５３の作動を制御する昇降制御手段５４が備えられている。

昇降制御手段５４は、昇降選択スイッチ４６の出力が「オフ」であると、高さ設定器４８とリフトアームセンサ５０の出力に基づいて、リフトアームセンサ５０の出力が高さ設定器４８の出力と一致する（不感帯幅内に収まる）ように、昇降用制御弁５３の作動を制御してリフトシリンダ１４を作動させることで、ロータリ耕耘装置５を、高さ設定器４８による設定高さまで昇降させるとともに、その高さ位置に維持するポジション制御を実行する。

昇降選択スイッチ４６の出力が「オン」であると、耕深設定器４９と耕深センサ５２の出力に基づいて、耕深センサ５２の出力が耕深設定器４９の出力と一致する（不感帯幅内に収まる）状態が維持されるように、昇降用制御弁５３の作動を制御してリフトシリンダ１４を作動させることで、ロータリ耕耘装置５を、その実耕深が目標耕深に維持される状態に自動昇降させる自動耕深制御を実行する。

そして、この自動耕深制御の実行中において、高さ設定器４８の出力から昇降レバー４７の上限位置への揺動操作を認識すると、ポジション制御を優先してロータリ耕耘装置５を上昇させる。その後、高さ設定器４８の出力から昇降レバー４７の下限位置への揺動操作を認識すると、自動耕深制御を再開させて、ロータリ耕耘装置５をその実耕深が目標耕深に維持される状態に自動昇降させる。つまり、自動耕深制御の実行中において、畦際で方向転換する枕地旋回走行などを行う際に、自動耕深制御を一時停止してロータリ耕耘装置５を地面から離間させる場合には、昇降レバー４７を上限位置まで揺動操作することによって、又、その枕地旋回走行などを行った後に、再びロータリ耕耘装置５を接地させて自動耕深制御を再開させる場合には、昇降レバー４７を下限位置まで揺動操作することによって、それらの状態を簡単に切り換え現出することができる。

又、この自動耕深制御の実行中において、搭乗運転部１１に装備したオートアップスイッチ５５の出力が「オン」であると、切角センサ３６の出力に基づいて前輪７の切れ角θｓを判別し、その切れ角θｓが設定角度θｓｏ以上になると、自動耕深制御を一時停止するとともに、ロータリ耕耘装置５が予め設定された所定の上限位置まで上昇するように昇降用制御弁５３の作動を制御し、その後、その切れ角θｓが設定角度θｓｏ未満になると、自動耕深制御を再開させて、ロータリ耕耘装置５をその実耕深が目標耕深に維持される状態に自動昇降させる。つまり、オートアップスイッチ５５の出力を「オン」にすることで、前輪７を設定角度θｓｏ以上に操向する枕地旋回走行などを行う際には、その開始とともにロータリ耕耘装置５を自動的に地面から離間させ、又、その終了とともにロータリ耕耘装置５を自動的に接地させることができる。

図１、図２、図５及び図６〜１０に示すように、第２制御装置４５には、ロータリ耕耘装置５の水平面に対する左右方向の目標傾斜角度θｒｏを設定する回転式のポテンショメータからなる傾斜角設定器５６、トラクタ１の左右傾斜角度θｔを検出する重錘式の傾斜センサ５７、及び、ローリングシリンダ１６の作動長さＬを検出する摺動式のポテンショメータからなるストロークセンサ５９の各出力に基づいて、ローリングシリンダ１６に対する作動油の流動状態を切り換えるローリング用制御弁６０の作動を制御し、ローリングシリンダ１６を作動させることで、ロータリ耕耘装置５を、その水平面に対する左右方向の傾斜角度θｒが目標傾斜角度θｒｏに維持されるようにローリング駆動するローリング制御手段６１が備えられている。

つまり、傾斜角設定器５６を操作することで、ロータリ耕耘装置５の左右方向の設定角度を任意に変更することができる。

図８に示すように、ローリング制御手段６１は、傾斜センサ５７の出力に基づいてロータリ耕耘装置５を傾斜角設定器５６により設定された目標設定角度θｒｏにするために必要なローリングシリンダ１６の目標シリンダ長さＬｏを算出するシリンダ長さ演算手段６３、及び、この目標シリンダ長さＬｏとストロークセンサ５９が出力するローリングシリンダ１６の長さＬとを比較し、目標シリンダ長さＬｏにローリングシリンダ１６の長さＬが近づくようにローリング制御弁６０の作動を制御するフィードバック制御を行うシリンダ作動制御手段６４を備える。

ところで、傾斜センサ５７は、トラクタ１の左右傾斜に伴う錘のトラクタ１に対する振れ角度をトラクタ１の左右傾斜角度θｔｒとして電気的に検出する重錘式のものであることから、遠心力Ｆが働く場合には、その遠心力Ｆの影響による外乱値θｇを含んだ値をトラクタ１の左右傾斜角度θｔｒとして出力することになる。

そこで、図８及び図９に示すように、ローリング制御手段６１には、その外乱値θｇを算出して傾斜センサ５７の出力θｔｒから減算する演算処理を行うことによって、旋回走行時に傾斜センサ５７が検出したトラクタ１の左右傾斜角度θｔｒを適正なものにする適正化手段６５を備えてある。この適正化手段６５は、先ず、このトラクタ１の設計指標であるアッカーマン・ジャントー方式と、第１制御装置３０から送信される切角センサ３６の出力値θｓとに基づいて、その旋回走行時の旋回径ｒを、ｒ（旋回径）＝Ｗ（軸間距離）÷ｔａｎθｓ（前輪７の切れ角）＋Ｈ（車輪間隔）÷２から算出し、その算出で得られた旋回径ｒと、第１制御装置３０から送信される車速センサ３５の出力値ｖとに基づいて、その旋回走行時における遠心力Ｆを、Ｆ（遠心力）＝ｖ（車速）×ｖ（車速）÷ｒ（旋回径）から算出する。

この算出で得られる遠心力Ｆには、実走行時に発生する車輪７，１２のスリップなどに起因した誤差が含まれる。そこで、適正化手段６５には、圃場での試験走行で実測した実遠心力と、このときに算出した算出遠心力との比を、その誤差を消去するための補正係数Ｋ１として予め備えるとともに、その補正係数Ｋ１を、実走行時に算出した遠心力Ｆに乗算する補正を行って、適正化手段６５により算出されるトラクタ１の左右傾斜角度θｔｒの適正化を図る第１補正手段６６を備えてある。

又、このトラクタ１においては、前述したように、旋回走行時に現出する走行状態として、２輪駆動状態、４輪駆動状態、前輪増速状態、及び、制動前輪増速状態があり、これらの走行状態は、車速センサ３５で検出される車速ｖ及び切角センサ３６で検出される前輪７の切れ角θｓが同じであっても旋回径ｒが異なることになる。例えば、左右の後輪１２のみを駆動する２輪駆動状態を基準とした場合、左右の前輪７をその周速度が後輪１２の周速度と等しくなるように駆動する４輪駆動状態では旋回径ｒが大きくなり、前輪７をその周速度が後輪１２の周速度よりも速くなるように駆動する前輪増速状態では旋回径ｒが小さくなり、この前輪増速状態で旋回内側の後輪１２を制動する制動前輪増速状態では旋回径ｒが更に小さくなる。つまり、上記の算出で得られる遠心力Ｆには、現出する走行状態の違いに基づく誤差が含まれる。

そこで、適正化手段６５には、走行状態に応じて理論的に推定した値、又は、圃場での試験走行で実測した各走行状態での実遠心力と、このときに各走行状態に対応して算出した算出遠心力との比を、その誤差を消去するための補正係数Ｋ２ａ〜Ｋ２ｄとして予め備えるとともに、第１制御装置３０から送信される走行選択スイッチ３７で選択された走行モード、車速センサ３５の出力値ｖ、及び、切角センサ３６の出力値θｓに基づいて現出中の走行状態を判別し、その走行状態に応じた補正係数Ｋ２ａ〜Ｋ２ｄを、実走行時に算出した遠心力Ｆに乗算する補正を行って、適正化手段６５において算出されるトラクタ１の左右傾斜角度θｔｒの適正化を更に図る第２補正手段６７を備えてある。

尚、各走行状態における旋回径ｒの関係が前述した通りであることから、各走行状態の補正係数Ｋ２ａ〜Ｋ２ｄの関係は、Ｋ２ｂ（４輪駆動状態の補正係数）＜Ｋ２ａ（２輪駆動状態の補正係数）＜Ｋ２ｃ（前輪増速状態の補正係数）＜Ｋ２ｄ（制動前輪増速状態の補正係数）となり、例えば、２輪駆動状態の補正係数Ｋ２ａを「１」とした場合、４輪駆動状態の補正係数Ｋ２ｂを「０．７」、前輪増速状態の補正係数Ｋ２ｃを「１．５」、制動前輪増速状態の補正係数Ｋ２ｄ＝「１．８」とすることが考えられる。

そして、以上の補正によって得られた予想率の高い遠心力Ｆｏと、傾斜センサ５７の対遠心力特性とから外乱値θｇを算出する外乱値演算手段６８を備えてあり、この外乱値演算手段６８から出力された外乱値θｇを傾斜センサ５７の出力θｔｒから減算したものを、適正なトラクタ１の左右傾斜角度θｔｒｏとして適正化手段６５が出力することになる。

しかし、いくら予想率の高い遠心力Ｆｏを算出できたとしても、その遠心力Ｆｏが極端に大きい場合には、十分に外乱値θｇを消去することはできない。

そこで、図８〜１０に示すように、ローリング制御手段６１には、外乱値演算手段６８によって算出された外乱値θｇ（遠心力Ｆｏに対応）と、予め設定した限界外乱値θｇｍ（遠心力の限界値Ｆｍに対応）とを比較し、外乱値θｇが限界外乱値θｇｍを超える場合には、ロータリ耕耘装置５をトラクタ１に対する平行姿勢にするための目標シリンダ長さＬｏをシリンダ作動制御手段６４に出力し、かつ、その目標シリンダ長さＬｏに基づくローリング用制御弁６０の作動制御を優先して行い、かつ、ストロークセンサ５９からの出力でロータリ耕耘装置５がトラクタ１に対する平行姿勢に至ったことを確認するのに伴って、ローリング用制御弁６０の作動制御を一時的に停止するように、シリンダ作動制御手段６４の制御作動を規制する比較制御規制手段６９を備えてあり、これによって、遠心力Ｆｏが極端に大きく外乱値θｇを十分に消去することができない場合には、ロータリ耕耘装置５をトラクタ１に対する平行姿勢に維持することで、外乱値θｇの含有率の高い適正化手段６５からの出力θｔｒｏに基づいて、シリンダ作動制御手段６４がローリング用制御弁６０の作動を制御し、ローリングシリンダ１６が作動して、ロータリ耕耘装置５の左右傾斜姿勢が不適切になることを防止するのであり、これによって、遠心力Ｆｏが極端に大きく働く旋回状態であっても一定の性能を確保することができる。

そして、その規制後に外乱値θｇが再び限界外乱値θｍ以下になると、比較制御規制手段６９は、シリンダ作動制御手段６４に対する制御作動の規制を解除し、傾斜センサ５７の出力に基づく精度の高いローリング制御を再開することになる。

ところで、このように旋回走行時に発生する遠心力Ｆｏに対応する外乱値θｇに基づいて、傾斜センサ５７の出力に基づくローリング制御を行うか否かを判別すると、この判別によって得られる傾斜センサ５７の使用可能領域Ａ１には、例えば、単に操向輪７の切れ角に基づいて判別する場合に得られる傾斜センサ５７の使用可能領域Ａ２と比較すると、図１０に示すように、操向輪７の切れ角が大きい場合であっても低速走行であれば傾斜センサ５７の使用が可能になる領域Ａ１ａや、操向輪７の切れ角θｓが小さい場合であっても高速走行であれば傾斜センサ５７の使用を避けることが望ましい領域Ａ２ａが存在することを認識できる。

つまり、旋回走行時に発生する遠心力Ｆｏに対応する外乱値θｇに基づいて、傾斜センサ５７の出力に基づくローリング制御を行うか否かを判別することで、代掻き作業などにおいて作業状態を継続しながらトラクタ１を１８０度旋回させる場合であっても、低速走行であれば、傾斜センサ５７を使用した応答性が良く精度の高いローリング制御を行うことができ、又、高速走行でありながらも前輪７の切れ角θｓが小さいことによって、外乱値θｇの含有率の高い傾斜センサ５７の出力に基づく精度の低いローリング制御が行われることを回避できる。

尚、限界外乱値θｍは、搭乗運転部１１に装備した回転式のポテンショメータからなる図外の設定器によって調節可能である。

ちなみに、外乱値θｇが限界外乱値θｇｍを超える場合には、比較制御規制手段６９が、その段階からシリンダ作動制御手段６４のローリング用制御弁６０に対する制御作動を一時的に停止させて、ロータリ耕耘装置５を、その時点でのトラクタ１に対する傾斜姿勢に維持することで、ロータリ耕耘装置５の左右傾斜姿勢が不適切になるのを防止し、遠心力Ｆｏが極端に大きく働く旋回状態であっても一定の性能を確保するようにしてもよい。

ところで、各走行状態における旋回径ｒは、圃場における土壌の硬さなどの諸条件の影響を受けるものであり、例えば、作業対象の圃場を変えることで土壌の硬さなどが大きく変わる場合には、旋回走行時の旋回径ｒが変化するとともにそのときに発生する遠心力Ｆも変化する。

そのため、作業対象の圃場が変わることで圃場の諸条件が変化する場合には、その変化する諸条件のうち、旋回走行時に発生する遠心力Ｆを算出する上において影響のあるものを考慮して、遠心力Ｆを算出することが望ましい。

そこで、旋回走行時もロータリ耕耘装置５を接地させて作業を継続する代掻き作業などを行う場合には、その圃場においてトラクタ１を折り返し往復走行させることが一般的であり、又、トラクタ１を往路から復路に方向転換させる折り返し時には、トラクタ１を１８０度旋回させることになり、更に、代掻き作業が行われる圃場などは基本的に水平であることに着目して、以下の学習処理を行う学習手段７０を備えてある（図９参照）。

学習手段７０は、先ず、作業の開始に伴って、第１制御装置３０から送信される切角センサ３６の検出値θｓに基づいてトラクタ１が１８０度旋回状態であるか否かを判別する判別処理を行い、トラクタ１が１８０度旋回状態であると判別した場合に、その１８０度旋回時に傾斜センサ５７が検出した値θｔｒを、検出値θｔｒ＝（新検出値θｔｒｎ×α＋旧検出値θｔｒｏ×β）÷（α＋β）とする適正ローパスフィルタ処理を行い、その処理によって１８０度旋回後に得た値θｔｒａと、その１８０度旋回時に適正化手段６５が算出した外乱値θｇとの比Ｋ３を算出し、次の１８０度旋回によって新たな比Ｋ３ｎを得るごとに、その比Ｋ３＝（新たな比Ｋ３ｎ×α＋古い比Ｋ３ｏ×β）÷（α＋β）とする適正ローパスフィルタ処理を行い、所定回数（例えば５回）の１８０度旋回で得た値を、その旋回走行で行われる適正化手段６５の演算処理における補正係数Ｋ３として備え、圃場ごとの補正係数の適合化を図るようにする。

つまり、圃場での１８０度旋回時に傾斜センサ５７が検出した複数のトラクタ１の左右傾斜角度を適正ローパスフィルタ処理することで、トラクタ１の左右傾斜角度を相殺した、そのときの１８０度旋回時に発生した実遠心力Ｆによる外乱値θｇｓとし、この外乱値θｇｓと、この１８０度旋回の際に適正化手段６５が算出した外乱値θｇとの比Ｋ３を、圃場の諸条件を考慮するための補正係数Ｋ３とし、更に、その補正係数Ｋ３を１８０度旋回ごとに新たに得るたびに適正ローパスフィルタ処理して信頼性を高めたものを、その後に行われる適正化手段６５の演算処理における補正係数Ｋ３とするのである。

これによって、作業を開始してから所定時間後には、適正化手段６５の演算処理において圃場の諸条件を考慮したより正確な遠心力Ｆｏの算出を行え、この遠心力Ｆｏと傾斜センサ５７の対遠心力特性とから、より正確な外乱値θｇを算定でき、その外乱値θｇを傾斜センサ５７の検出値θｔｒから減算することで、傾斜センサ５７の検出値θｔｒに基づく、より適正なトラクタ１の左右傾斜角度θｔｒｏを得られることになる。

そして、旋回走行時には、この傾斜センサ５７の検出によるより適切なトラクタ１の左右傾斜角度θｔｒｏに基づいて、シリンダ作動制御手段６４が、ローリング用制御弁６０の作動を制御してローリングシリンダ１６を作動させることになり、結果、旋回走行時に発生する遠心力Ｆの影響をより的確に抑制したより精度の高いローリング制御を行えることになり、旋回作業時における均平性の向上を効果的に図れることになる。

尚、補正係数Ｋ３を得た後も上述した学習処理を継続して補正係数Ｋ３を更新するようにしてもよく、又、補正係数Ｋ３を得た後は上述した学習処理を停止して、その補正係数Ｋ３を定数として記憶するようにしてもよい。更に、補正係数Ｋ３を揮発性メモリに記憶して電源オフとともに消去して初期設定に戻るようにしてもよく、又、補正係数Ｋ３を不揮発性メモリに記憶して、次の作業時には、その開始段階から、補正係数Ｋ３を備えた適正化手段６５の演算処理を行えるようにしてもよい。一方、上記の学習処理における平滑化処理として移動平均処理や単純な平均処理などを採用してもよい。

〔別実施例〕
以下、本発明の別実施例を列記する。
〔１〕作業機としては、トラクタ１の後部にモーアを連結して構成された芝刈機などであってもよい。

〔２〕切角センサ３６の検出値θｓに基づいて、前輪７の切れ角θｓが設定値（例えば３５度）以上になった場合に、適正化手段６５が、傾斜センサ５７が検出したトラクタ１の左右傾斜角度θｔｒの適正化を行うように構成してもよい。

〔３〕図１１に示すように、一つの制御装置３０に、走行制御手段４０、昇降制御手段５４、及びローリング制御手段６１を備えるようにしてもよい。

〔４〕走行制御手段４０が制動用制御弁３８の作動を制御する際の作動情報と、クラッチ用制御弁３９の作動を制御する際の作動情報とに基づいて、ローリング制御手段６１が現出中の走行状態を判別するように構成してもよい。

作業機の全体側面図 作業機の後部を示す図 トラクタの基本構造を示す図 トラクタの構成を示す概略平面図 油圧回路図 制御構成を示すブロック図 走行モードと車速と切れ角の対応関係を示す図 ローリング制御手段の構成を示すブロック図 適正化手段の構成を示すブロック図 傾斜センサの使用可能領域を示す図 別実施例での制御構成を示すブロック図

符号の説明

１ 走行機体
５ 対地作業装置
７ 操向輪
１２ 車輪
１６ アクチュエータ
２９ 固定車軸
３５ 車速センサ
３６ 切角センサ
４０ 走行制御手段
５７ 傾斜センサ
６１ ローリング制御手段
６５ 適正化手段
Ｆ 遠心力
Ｆｈ 比較値
Ｈ 車輪間隔
Ｋ１ 補正係数
Ｋ２ａ 補正係数
Ｋ２ｂ 補正係数
Ｋ２ｃ 補正係数
Ｋ２ｄ 補正係数
Ｋ３ 補正係数
Ｗ 軸間距離
ｒ 旋回径
ｖ 走行速度
θｇ 外乱値
θｓ 切れ角
θｔ 左右傾斜角度
θｔｒ 検出値
θｔｒａ 平滑化処理後の値
θｒ 左右傾斜角度
θｒｏ 設定角度

Claims (5)

1. 走行機体に対地作業装置をローリング可能に連結し、前記走行機体に対して前記対地作業装置をローリング駆動するアクチュエータと、前記走行機体又は前記対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、この傾斜センサの検出値のみに基づいて、前記対地作業装置の左右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の作動を制御するローリング制御手段とを備えた作業機のローリング制御装置であって、
   前記走行機体を、その旋回走行時には各車輪の旋回中心が固定車軸の延長線上の一点に収束されるように構成するとともに、前記走行機体の走行速度を検出する車速センサと、操向輪の切れ角を検出する切角センサとを備え、
   前記走行機体の軸間距離と車輪間隔、及び、前記切角センサの検出値に基づいて、前記旋回走行時の旋回径を算出し、この旋回径と前記車速センサの検出値とに基づいて、前記旋回走行時に発生する遠心力を算出し、この遠心力と予め備えられた前記傾斜センサの対遠心力特性とに基づいて、前記旋回走行時における前記傾斜センサの検出値に含有する前記遠心力に起因した外乱値を算出し、その外乱値を前記旋回走行時における前記傾斜センサの検出値から減算する演算処理によって、前記旋回走行時に前記傾斜センサが検出した検出値を適正なものにする適正化手段を備え、
   前記ローリング制御手段が、前記旋回走行時には、前記適正化手段により適正化が図られた前記傾斜センサの検出値のみに基づいて、前記アクチュエータの作動を制御するように構成してある作業機のローリング制御装置。
2. 試験旋回走行時の実測遠心力と算出遠心力との比を、前記適正化手段の前記演算処理における補正係数として備えてある請求項１に記載の作業機のローリング制御装置。
3. 前記走行機体の走行状態を、旋回径の異なる複数の走行状態に切り換える走行制御手段を備え、
   複数の前記走行状態に、旋回径の大きい走行状態に対しては小さい値になり、かつ、旋回径の小さい走行状態に対しては大きい値になるように対応させた前記適正化手段の前記演算処理における補正係数を備え、
   前記走行制御手段が現出する走行状態の判別を可能にする判別情報に基づいて、前記走行制御手段が現出する走行状態に応じた補正係数を選定するように構成してある請求項１又は２に記載の作業機のローリング制御装置。
4. 前記切角センサの検出値に基づいて前記走行機体が１８０度旋回状態であるか否かを判別し、前記走行機体が１８０度旋回状態であると判別した場合に、その１８０度旋回時に前記傾斜センサが検出した値を平滑化処理し、その平滑化処理後の値とその１８０度旋回時に前記適正化手段が算出した前記外乱値との比を算出し、その比の所定１８０度旋回回数分を平滑化処理して得た値を、前記適正化手段の前記演算処理における補正係数とするように構成してある請求項１〜３のいずれか一つに記載の作業機のローリング制御装置。
5. 予め設定した前記遠心力に対する比較値と前記適正化手段が算出した前記遠心力とを比較し、前記遠心力が前記比較値を超えた場合には、前記ローリング制御手段が、前記走行機体に対して前記対地作業装置が平行になるように前記アクチュエータの作動を制御する、又は、前記アクチュエータの作動制御を停止するように構成してある請求項１〜４のいずれか一つに記載の作業機のローリング制御装置。

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