JP4648538B2 - スリップ応答が調節自在のヒッチ制御システム - Google Patents
スリップ応答が調節自在のヒッチ制御システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒッチ制御システムに関し、更に詳細には、ホイールのスリップに応答するヒッチ制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
検出されたホイールスリップに応答する周知のヒッチ制御システムには二つの基本的な種類がある。第１の種類のシステムは、１９８５年５月２１日にウィーガート等に賦与され、本願の譲受人に譲渡された米国特許第４，５１８，０４４号に記載されている。このシステムでは、ヒッチ制御信号は、スリップエラー（所望のスリップと実際のスリップとの間の差によって定義される）の量と比例したずれがあり、ヒッチ制御信号はホイールスリップエラーとドラフト力エラー及び／又は位置エラー等の他のエラー信号との算術和である。米国特許第４，５１８，０４４号に記載のシステムは、スリップエラーばかりでなく、スリップエラー、ドラフト力エラー、エンジン速度エラー、及び位置エラーの組み合わせを増倍するゲイン値を調節するための活動状態制御装置（ａｃｔｉｖｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ）を含む。米国特許第４，５１８，０４４号に記載のシステムは、更に、器具の移動速度の減速と加速を選択するためのオペレータ制御式速度選択スイッチを含む。
【０００３】
第２の種類のシステムは、１９９９年６月１５日にオーバッハ等に賦与された米国特許第５，９１１，７６９号に記載されている。米国特許第５，９１１，７６９号のシステムは、見掛けの速度及び地上速度に基づいてスリップ信号を発生し、スリップ信号がスリップ限度以下である場合に作動する第１作動モード及びスリップ信号がスリップ限度以上である場合に作動する第２作動モードを有する。第１モードでは、システムは、第１又は第２の作動パラメータ（ドラフト力又は位置）と基準値との間の差に基づいてヒッチアクチュエータ制御信号を発生する。第２モードでは、システムは、スリップ信号とスリップ基準値との間の差に基づいた制御信号を使用して、この差に基づいた制御を無効にできる。米国特許第５，９１１，７６９号のシステムは、オフ、オン、及び設定の間で移動自在の三位置ロッカスイッチを含み、このスイッチは、スリップ制御機能の賦勢及び消勢、及びスリップ限度値の設定を行うために使用される。
【０００４】
両種類のシステムは、非常にスリップし易い状態で、即ち深さ変化を最小にするのが望ましい場合に十分に作動する。しかしながら、凸凹な地形の軽い土（ｌｉｇｈｔ ｓｏｉｌｓ ｉｎ ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｒｒａｉｎ）で作動する場合には、このようなシステムは、深さを十分に正確に制御できず、強く作動させ過ぎてヒッチのオーバーシュートを引き起こす。これらのシステムのいずれも、システムのスリップ応答を調節するためのオペレータ制御装置のみは備えていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、凸凹な地形の軽い土で作動する場合に適正に機能するスリップ応答ヒッチ制御システムを提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、深さを正確に制御するスリップ応答ヒッチ制御システムを提供することである。
本発明の更に別の目的は、作動が強過ぎず、ヒッチのオーバーシュートを引き起こさないヒッチ制御システムを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、システムのスリップ応答だけを他のパラメータの応答性とは別に調節するためのオペレータ制御装置を含むヒッチ制御システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
これらの及び他の目的は、ヒッチ制御システムにより、オペレータが農場の状態及び器具の種類に基づいてスリップ制御機能の種類を選択できる、本発明によって達成される。凸凹な地形の軽い土で作動する場合には、オペレータはゆっくりと作動するスリップ積分制御モードを選択できる。このモードでは、ヒッチ制御システムのスリップ応答性は、純粋に積分ホイールスリップ信号の関数である。スリップ応答制御により、オペレータは、制御システムを混合モードでなく純粋な積分制御モードから比例制御モードまで調節できる。スリップ応答制御をその範囲の比例端に向かって調節するとき、ヒッチ制御システムのスリップ応答性は、検出されたホイールスリップに比例する項を含む検出されたホイールスリップの積分の関数である。スリップ応答性を完全にその範囲の比例端に合わせて調節した場合には、ヒッチ制御システムのスリップ応答性は、検出されたホイールスリップに比例する項だけの関数であり、積分ホイールスリップの関数ではない。このスリップ応答ヒッチ制御システムは、調節自在のスリップ設定点を設定するためのオペレータ制御を必要とせず、及びかくしてオペレータ調節式スリップ応答制御装置だけで所望のスリップ応答制御を達成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本願は、１つのマイクロフィッシュ及び２２のフレームを含むマイクロフィッシュ付表を含む。
【００１０】
本明細書の開示の一部には、版権保護の対象となる事項が含まれる。版権所有者は、特許明細書又は特許の開示のファクシミリでの複製に反対しない。これは、特許庁が特許を管理していることが明らかであるためである。しかし、その外については全ての権利を留保する。
【００１１】
図１で最もよくわかるように、トラクター１０は一対の被駆動ホイール１６及び一対の非駆動ホイール１８を含む。リヤハウジング２０がリヤアクスル２２及びロックシャフト２４を支持する。従来の３点ヒッチ等の機器ヒッチ２６がドラフトリンク２８を含み、これらのリンクは、リフトリンク３２を介してリフトアーム３０に連結されている。リフトアーム３０は、ロックシャフト２４に、同時に等しく移動するように連結されており、平行に連結された一対の液圧リフト即ちロックシャフトシリンダ３４により上下される。牽引バー３６がハウジング２０から後方に延びている。トラクター１０及びヒッチ２６は単なる例示であり、本発明は、他の形体のトラクター及びヒッチに適用できるということは当業者には理解されよう。例えば、本発明は、関節連結式四輪駆動トラクターで、又は前輪駆動式条植えトラクターで、又は無限軌道トラクターで使用できる。
【００１２】
撥土板プラウやチゼルプラウ等の一体型の地面係合器具（図示せず）を従来の方法でドラフトリンク２８に取り付けることができる。好ましくは、ジョンディーア７０００シリーズのトラクターの製造で使用されるような、１９９２年５月５日に賦与された米国特許第５，１０９，７０７号に記載され且つ本願の譲受人に譲渡されたドラフトセンサ３８を使用し、取り付けられた器具からドラフトリンク２８に伝達されたドラフト力を検出する。しかし、任意の適当な周知のドラフトセンサで十分である。好ましくはジョンディーア７０００シリーズのトラクターの製造で使用されるような位置センサ４０を使用し、ヒッチ２６の位置を検出する。
【００１３】
シリンダ３４への及びこのシリンダからの、又は牽引型又は半一体型器具に設けられた遠隔のシリンダ（図示せず）への及びこのシリンダからの液圧流体の連通は、従来のソレノイド作動式電子液圧式流れ制御バルブ４２により制御される。バルブ４２は、ヒッチ用電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０が発生した電気制御信号を受け取る。ＥＣＵは、好ましくは、デジタル式マイクロプロセッサ、アナログ−デジタルコンバータ、マルチプレクサー、及び／又は他の等価の従来ハードウェア部品を含む。流れ制御バルブ４２は、商業的に入手可能なサーボバルブからなるのがよい。出力液圧流量は、バルブ４２のトルクモータに加えられた電流の大きさと実質的に比例する。ヒッチ用ＥＣＵ５０は、更に、様々なオペレータ制御装置５１に接続されている。
【００１４】
図２で最もよくわかるように、ヒッチと関連したオペレータ制御装置５１には、位置トランスジューサ（図示せず、電位差計等）に接続されたヒッチ制御レバー５２即ち荷重コマンド５２が含まれる。位置トランスジューサは、荷重／深さ制御ノブ５６の設定に応じて所望のドラフト力ヒッチ即ち器具位置、又はその混合を表すレバーコマンド信号を発生する。ストップ５８は調節自在のヒッチ制御レバーストップを提供する。レバー５２及びストップ５８を含む機構は、１９９３年８月３日に賦与され且つ本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，２３１，８９２号に詳細に記載されている。上昇／下降ロッカスイッチ５９は、ヒッチ２６を手動で上下させるのに使用できる。ドロップ制御装置６０の速度により、オペレータはヒッチ２６のドロップ速度を制御できる。高さ限度制御装置６２により、オペレータはヒッチ２６についての上位置を設定できる。これに関して上文中に説明されているように、オペレータ制御装置は、ジョンディーア８０００トラクターの製造で用いられるのと同じである。
【００１５】
図１を再度参照すると、従来の回転式電位差計等の位置トランスジューサ４０は、実際に検出されたヒッチ２６の位置を表す検出された位置信号を発生する。シリンダが、例えば米国特許第３，７２６，１９１号に記載されているように、位置トランスジューサを含む場合、位置フィードバック信号を、更に、リフトシリンダ３４から、又は遠隔リフトシリンダから得ることができる。モトローラ磁気ピックアップ等の従来の回転速度センサ６２は、リヤアクスル２２及び駆動ホイール１６の回転速度を表すホイール速度信号を発生する。磁気ピックアップの場合、ホイールの速度と比例する周波数の信号を発生する。商業的に入手可能なドップラーレーダー型ユニット等の対地速度センサ６４が、トラクター１０の実際の対地速度を表す対地速度信号を発生する。レーダーの対地速度信号の周波数も車輛の対地速度と比例する。変形例として、フィフスホイール即ち非駆動ホイール用回転速度センサをこの目的で使用できる。速度信号を適当な単位に換算するため、中央演算処理ユニット５０によって適当な換算係数を速度信号に適用できる。
【００１６】
本発明によれば、及び図２を再度参照すると、オペレータ制御装置５１は、スリップ制御装置と関連した一組のタッチパッドスイッチを更に含む。これらのスイッチには、オン／オフスイッチ６４、スリップ応答増大スイッチ６６、及びスリップ応答減少スイッチ６８が含まれる。好ましくは、これらのスイッチ６６及び６８は、１から１０の目盛りに基づいてスリップ応答性を変化させるのに使用できる。
【００１７】
ＥＣＵ５０は、マイクロフィッシュ付表に含まれるコンピュータープログラムに示すアルゴリズムを周期的に（例えば１０ｍｓ毎に）実行する。このアルゴリズムを周期的に実行することにより、ＥＣＵ５０は荷重（ドラフト）エラー信号即ちＬＥＲＲを発生する。この信号は、ヒッチ制御バルブ４２に伝えられる。ＬＥＲＲに応じて、ヒッチ制御バルブ４２及びシリンダ３４がヒッチ２６を上下させる。ＥＣＵ５０は、以下の等式に従ってＬＥＲＲ信号を発生する。
ＬＥＲＲ＝［｛（ＤＲＡＦＴ−ＬＣＯＭ）＊ＳＥＮＳ＊８＋（ＦＤＫＢ−ＳＰＯＳ）／１６＋ＳＬＰＥＲＲ１２｝＊ＧＡＩＮ］＊Ｇ１８
この等式では、ＤＲＡＦＴは、センサ３８からの検出されたドラフト力の値である。ＬＣＯＭは、オペレータ制御装置５２からの指令された荷重（ドラフト）値である。ＳＥＮＳは、ドラフト／位置混合制御装置５６に基づいた感度の設定値である。ＦＤＫＢは、ヒッチ位置センサ４０からのヒッチ位置フィードバックである。ＳＰＯＳは、オペレータ制御レバー５２に基づいた所望のヒッチ位置値である。ＳＬＰＥＲＲ１２は、組み合わせたスリップエラー値（後に説明する）である。ＧＡＩＮは、ドラフト／位置混合制御装置５６の設定に基づいたドラフトループゲイン値である。Ｇ１８は、リフトシリンダの容積を変化させるために等式を正規化するのに使用される双方向バルブゲイン値である。ＥＣＵ５０が整数算数を実行するときに正確さを維持する正規化係数は、定数８及び１６である。
【００１８】
ＧＡＩＮ及びＧ１８の項により、応答速度を調節できる。これらの項は、検出されたドラフト力即ちＤＲＡＦＴ及び検出された位置ＦＤＢＫを指令されたドラフト値ＬＣＯＭ及び位置コマンド値ＳＰＯＳと比較した所与の相違について、多かれ少なかれバルブコマンド（又は流れ）を提供する。
【００１９】
ＥＣＵ５０は、以下の等式に従って組み合わせスリップエラー値ＳＬＰＥＲＲ１２を発生する。
ＳＬＰＥＲＲ１２＝ＳＬＰＥＲＲ＋ＳＬＰＧＮ１＊（ＳＬＩＰ−ＳＬＩＰＳＥＴ）
この等式において、ＳＬＰＥＲＲは、積分スリップエラー値である。ＳＬＰＧＮ１は、比例スリップエラーゲイン項であり、ＳＬＩＰは、計測されたスリップをパーセントで示す値であり、ＳＬＩＰＳＥＴは、スリップ設定点をパーセントで示す値である。ＳＬＰＥＲＲ１２の値は、好ましくは、正の値だけに限定される。スリップ設定点（ＳＬＩＰＳＥＴ）は、例えば車輪トラクターについて１０％の所定値に固定でき、無限軌道車輛について５％間等の異なる値に固定できる。
【００２０】
積分スリップエラーＳＬＰＥＲＲは、以下の積分関数を繰り返し実行することによって決定される。
ＳＬＩＰ＞ＳＬＩＰＳＥＴである場合には、
ＳＬＰＥＲＲ＝ＳＬＰＥＲＲ＋ＳＬＰＡＤＤＲ＋ＳＬＰＡＧ＊（ＳＬＩＰ−ＳＬＩＰＳＥＴ）／２５６
その他の場合には、
ＳＬＰＥＲＲ＝ＳＬＰＥＲＲ−ＳＬＰＤＲＮ＋ＳＬＰＤＧ＊（ＳＬＩＰＳＥＴ−ＳＬＩＰ）／２５６
この関数では、ＳＬＰＡＤＤＲは、積分アダー値（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｄｄｅｒ ｖａｌｕｅ）であり、ＳＬＰＡＧは、積分ドレイン値（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｄｒａｉｎ ｖａｌｕｅ）であり、ＳＬＰＤＧはドレインゲイン値であり、ＳＬＩＰ、ＳＬＩＰＳＥＴ、及びＳＬＰＥＲＲは、上文中に定義してある。定数２５６は、整数算数を行う場合に分数表示を可能にするのに使用される。ＳＬＰＥＲＲもまた、好ましくは、正の値だけに限定される。
【００２１】
上述のように、スリップと関連したタッチパッドスイッチ６４、６６、及び６８は、スリップ応答性を１から１０の目盛りで変化させるのに使用できる。このスリップ応答性項により、一つのオペレータ制御装置でスリップアダー値／ドレイン値及びスリップゲイン項の値をスリップ等式の積分部分及び比例部分の両方について設定できる。
【００２２】
以下の表は、スリップ応答性の各設定についての値を示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
この表の残りの値を計算するため、ＳＬＰＣＮＴＬ＊５が内部で使用されるということに着目しなければならない。更に、アダー（ＳＬＰＡＤＤＲ）をゼロに設定する場合、もはや必要でないときにインテグレータードレインをなくすように、スリップドレイン（ＳＬＰＤＲＮ）が２４に設定されるということに着目しなければならない。スリップ応答性（ＳＬＰＣＮＴＬ）（スイッチ６６及び６８によって設定される）が低い値にある場合には、これは起伏に富んだ条件について最高であり、スリップ制御は純粋に積分制御であり、その間、スリップエラーが積分されるか或いは蓄積される。ＳＬＰＣＮＴＬの値が高い場合には、これは平坦地形条件に最高であり、スリップ制御は純粋に比例的に行われ、スリップエラーは積分も蓄積もされない。ＳＬＰＣＮＴＬが中間値にある場合には、スリップ制御は比例制御及び積分制御の組み合わせである。
【００２５】
スリップ応答調節タッチパッドスイッチ６６及び６８を使用して、ヒッチ制御システムのスリップ応答性を、ａ）比例スリップ項及び積分スリップ項の組み合わせに応答するように、ｂ）積分スリップ項だけに応答するように、又はｃ）様々な多くの比例スリップ項だけに応答するように調節できる。スリップエラーゲイン（ＳＬＰＧＮ１）をゼロに設定すると、比例スリップファクタ（ＳＬＩＰ−ＳＳＬＩＰＳＥＴ）が不能になり、そのため、制御システムは積分スリップ項にしか応答しない。積分アダー値（ＳＬＰＡＤＤＲ）をゼロに設定すると、比例スリップ項が不能になる。これにより、濡れた状態即ち滑りやすい土の状態（ｓｌｉｃｋ ｓｏｉｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）で作動する場合の非常に滑り易い条件に対してヒッチを迅速に応答させることができる。かくして、このスリップ応答性ヒッチ制御システムは、タイヤ（図示せず）の食い込みを調節するため、又は指令されたドラフト力値を減少させてトラクターの減速による検出されたドラフト力の減少に適合させるため、ヒッチ２６の平均位置を上方に移動させることによって、ホイールのスリップが非常に起こり易い条件を補償する。システムが純粋にその比例モードにある場合に残る積分ドレインを使用し、蓄積した積分スリップを「ドレインオフ」し即ち減少するが、積分したスリップの負の値が許容されないため、負の積分スリップの積分又は蓄積は起こらないということに着目されたい。
【００２６】
本発明を特定の実施例と関連して説明したが、多くの変形、変更、等は、当業者には以上の説明から明らかであるということは理解されよう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内の全てのこのような変形、変更、等を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒッチ制御システムを装着した農業用トラクターの概略図である。
【図２】図１のヒッチ制御システムと関連して使用されたヒッチ関連オペレータ制御装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ トラクター １６ 被駆動ホイール
１８ 非駆動ホイール ２０ リヤハウジング
２２ リヤアクスル ２４ ロックシャフト
２６ 機器ヒッチ ２８ ドラフトリンク
３０ リフトアーム ３２ リフトリンク
３４ ロックシャフトシリンダ ３６ 牽引バー
３８ ドラフトセンサ ４０ 位置トランスジューサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒッチ制御システムに関し、更に詳細には、ホイールのスリップに応答するヒッチ制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
検出されたホイールスリップに応答する周知のヒッチ制御システムには二つの基本的な種類がある。第１の種類のシステムは、１９８５年５月２１日にウィーガート等に賦与され、本願の譲受人に譲渡された米国特許第４，５１８，０４４号に記載されている。このシステムでは、ヒッチ制御信号は、スリップエラー（所望のスリップと実際のスリップとの間の差によって定義される）の量と比例したずれがあり、ヒッチ制御信号はホイールスリップエラーとドラフト力エラー及び／又は位置エラー等の他のエラー信号との算術和である。米国特許第４，５１８，０４４号に記載のシステムは、スリップエラーばかりでなく、スリップエラー、ドラフト力エラー、エンジン速度エラー、及び位置エラーの組み合わせを増倍するゲイン値を調節するための活動状態制御装置（ａｃｔｉｖｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ）を含む。米国特許第４，５１８，０４４号に記載のシステムは、更に、器具の移動速度の減速と加速を選択するためのオペレータ制御式速度選択スイッチを含む。
【０００３】
第２の種類のシステムは、１９９９年６月１５日にオーバッハ等に賦与された米国特許第５，９１１，７６９号に記載されている。米国特許第５，９１１，７６９号のシステムは、見掛けの速度及び地上速度に基づいてスリップ信号を発生し、スリップ信号がスリップ限度以下である場合に作動する第１作動モード及びスリップ信号がスリップ限度以上である場合に作動する第２作動モードを有する。第１モードでは、システムは、第１又は第２の作動パラメータ（ドラフト力又は位置）と基準値との間の差に基づいてヒッチアクチュエータ制御信号を発生する。第２モードでは、システムは、スリップ信号とスリップ基準値との間の差に基づいた制御信号を使用して、この差に基づいた制御を無効にできる。米国特許第５，９１１，７６９号のシステムは、オフ、オン、及び設定の間で移動自在の三位置ロッカスイッチを含み、このスイッチは、スリップ制御機能の賦勢及び消勢、及びスリップ限度値の設定を行うために使用される。
【０００４】
両種類のシステムは、非常にスリップし易い状態で、即ち深さ変化を最小にするのが望ましい場合に十分に作動する。しかしながら、凸凹な地形の軽い土（ｌｉｇｈｔ ｓｏｉｌｓ ｉｎ ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｒｒａｉｎ）で作動する場合には、このようなシステムは、深さを十分に正確に制御できず、強く作動させ過ぎてヒッチのオーバーシュートを引き起こす。これらのシステムのいずれも、システムのスリップ応答を調節するためのオペレータ制御装置のみは備えていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、凸凹な地形の軽い土で作動する場合に適正に機能するスリップ応答ヒッチ制御システムを提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、深さを正確に制御するスリップ応答ヒッチ制御システムを提供することである。
本発明の更に別の目的は、作動が強過ぎず、ヒッチのオーバーシュートを引き起こさないヒッチ制御システムを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、システムのスリップ応答だけを他のパラメータの応答性とは別に調節するためのオペレータ制御装置を含むヒッチ制御システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
これらの及び他の目的は、ヒッチ制御システムにより、オペレータが農場の状態及び器具の種類に基づいてスリップ制御機能の種類を選択できる、本発明によって達成される。凸凹な地形の軽い土で作動する場合には、オペレータはゆっくりと作動するスリップ積分制御モードを選択できる。このモードでは、ヒッチ制御システムのスリップ応答性は、純粋に積分ホイールスリップ信号の関数である。スリップ応答制御により、オペレータは、制御システムを混合モードでなく純粋な積分制御モードから比例制御モードまで調節できる。スリップ応答制御をその範囲の比例端に向かって調節するとき、ヒッチ制御システムのスリップ応答性は、検出されたホイールスリップに比例する項を含む検出されたホイールスリップの積分の関数である。スリップ応答性を完全にその範囲の比例端に合わせて調節した場合には、ヒッチ制御システムのスリップ応答性は、検出されたホイールスリップに比例する項だけの関数であり、積分ホイールスリップの関数ではない。このスリップ応答ヒッチ制御システムは、調節自在のスリップ設定点を設定するためのオペレータ制御を必要とせず、及びかくしてオペレータ調節式スリップ応答制御装置だけで所望のスリップ応答制御を達成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本願は、１つのマイクロフィッシュ及び２２のフレームを含むマイクロフィッシュ付表を含む。
【００１０】
本明細書の開示の一部には、版権保護の対象となる事項が含まれる。版権所有者は、特許明細書又は特許の開示のファクシミリでの複製に反対しない。これは、特許庁が特許を管理していることが明らかであるためである。しかし、その外については全ての権利を留保する。
【００１１】
図１で最もよくわかるように、トラクター１０は一対の被駆動ホイール１６及び一対の非駆動ホイール１８を含む。リヤハウジング２０がリヤアクスル２２及びロックシャフト２４を支持する。従来の３点ヒッチ等の機器ヒッチ２６がドラフトリンク２８を含み、これらのリンクは、リフトリンク３２を介してリフトアーム３０に連結されている。リフトアーム３０は、ロックシャフト２４に、同時に等しく移動するように連結されており、平行に連結された一対の液圧リフト即ちロックシャフトシリンダ３４により上下される。牽引バー３６がハウジング２０から後方に延びている。トラクター１０及びヒッチ２６は単なる例示であり、本発明は、他の形体のトラクター及びヒッチに適用できるということは当業者には理解されよう。例えば、本発明は、関節連結式四輪駆動トラクターで、又は前輪駆動式条植えトラクターで、又は無限軌道トラクターで使用できる。
【００１２】
撥土板プラウやチゼルプラウ等の一体型の地面係合器具（図示せず）を従来の方法でドラフトリンク２８に取り付けることができる。好ましくは、ジョンディーア７０００シリーズのトラクターの製造で使用されるような、１９９２年５月５日に賦与された米国特許第５，１０９，７０７号に記載され且つ本願の譲受人に譲渡されたドラフトセンサ３８を使用し、取り付けられた器具からドラフトリンク２８に伝達されたドラフト力を検出する。しかし、任意の適当な周知のドラフトセンサで十分である。好ましくはジョンディーア７０００シリーズのトラクターの製造で使用されるような位置センサ４０を使用し、ヒッチ２６の位置を検出する。
【００１３】
シリンダ３４への及びこのシリンダからの、又は牽引型又は半一体型器具に設けられた遠隔のシリンダ（図示せず）への及びこのシリンダからの液圧流体の連通は、従来のソレノイド作動式電子液圧式流れ制御バルブ４２により制御される。バルブ４２は、ヒッチ用電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０が発生した電気制御信号を受け取る。ＥＣＵは、好ましくは、デジタル式マイクロプロセッサ、アナログ−デジタルコンバータ、マルチプレクサー、及び／又は他の等価の従来ハードウェア部品を含む。流れ制御バルブ４２は、商業的に入手可能なサーボバルブからなるのがよい。出力液圧流量は、バルブ４２のトルクモータに加えられた電流の大きさと実質的に比例する。ヒッチ用ＥＣＵ５０は、更に、様々なオペレータ制御装置５１に接続されている。
【００１４】
図２で最もよくわかるように、ヒッチと関連したオペレータ制御装置５１には、位置トランスジューサ（図示せず、電位差計等）に接続されたヒッチ制御レバー５２即ち荷重コマンド５２が含まれる。位置トランスジューサは、荷重／深さ制御ノブ５６の設定に応じて所望のドラフト力ヒッチ即ち器具位置、又はその混合を表すレバーコマンド信号を発生する。ストップ５８は調節自在のヒッチ制御レバーストップを提供する。レバー５２及びストップ５８を含む機構は、１９９３年８月３日に賦与され且つ本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，２３１，８９２号に詳細に記載されている。上昇／下降ロッカスイッチ５９は、ヒッチ２６を手動で上下させるのに使用できる。ドロップ制御装置６０の速度により、オペレータはヒッチ２６のドロップ速度を制御できる。高さ限度制御装置６２により、オペレータはヒッチ２６についての上位置を設定できる。これに関して上文中に説明されているように、オペレータ制御装置は、ジョンディーア８０００トラクターの製造で用いられるのと同じである。
【００１５】
図１を再度参照すると、従来の回転式電位差計等の位置トランスジューサ４０は、実際に検出されたヒッチ２６の位置を表す検出された位置信号を発生する。シリンダが、例えば米国特許第３，７２６，１９１号に記載されているように、位置トランスジューサを含む場合、位置フィードバック信号を、更に、リフトシリンダ３４から、又は遠隔リフトシリンダから得ることができる。モトローラ磁気ピックアップ等の従来の回転速度センサ６２は、リヤアクスル２２及び駆動ホイール１６の回転速度を表すホイール速度信号を発生する。磁気ピックアップの場合、ホイールの速度と比例する周波数の信号を発生する。商業的に入手可能なドップラーレーダー型ユニット等の対地速度センサ６４が、トラクター１０の実際の対地速度を表す対地速度信号を発生する。レーダーの対地速度信号の周波数も車輛の対地速度と比例する。変形例として、フィフスホイール即ち非駆動ホイール用回転速度センサをこの目的で使用できる。速度信号を適当な単位に換算するため、中央演算処理ユニット５０によって適当な換算係数を速度信号に適用できる。
【００１６】
本発明によれば、及び図２を再度参照すると、オペレータ制御装置５１は、スリップ制御装置と関連した一組のタッチパッドスイッチを更に含む。これらのスイッチには、オン／オフスイッチ６４、スリップ応答増大スイッチ６６、及びスリップ応答減少スイッチ６８が含まれる。好ましくは、これらのスイッチ６６及び６８は、１から１０の目盛りに基づいてスリップ応答性を変化させるのに使用できる。
【００１７】
ＥＣＵ５０は、マイクロフィッシュ付表に含まれるコンピュータープログラムに示すアルゴリズムを周期的に（例えば１０ｍｓ毎に）実行する。このアルゴリズムを周期的に実行することにより、ＥＣＵ５０は荷重（ドラフト）エラー信号即ちＬＥＲＲを発生する。この信号は、ヒッチ制御バルブ４２に伝えられる。ＬＥＲＲに応じて、ヒッチ制御バルブ４２及びシリンダ３４がヒッチ２６を上下させる。ＥＣＵ５０は、以下の等式に従ってＬＥＲＲ信号を発生する。
ＬＥＲＲ＝［｛（ＤＲＡＦＴ−ＬＣＯＭ）＊ＳＥＮＳ＊８＋（ＦＤＫＢ−ＳＰＯＳ）／１６＋ＳＬＰＥＲＲ１２｝＊ＧＡＩＮ］＊Ｇ１８
この等式では、ＤＲＡＦＴは、センサ３８からの検出されたドラフト力の値である。ＬＣＯＭは、オペレータ制御装置５２からの指令された荷重（ドラフト）値である。ＳＥＮＳは、ドラフト／位置混合制御装置５６に基づいた感度の設定値である。ＦＤＫＢは、ヒッチ位置センサ４０からのヒッチ位置フィードバックである。ＳＰＯＳは、オペレータ制御レバー５２に基づいた所望のヒッチ位置値である。ＳＬＰＥＲＲ１２は、組み合わせたスリップエラー値（後に説明する）である。ＧＡＩＮは、ドラフト／位置混合制御装置５６の設定に基づいたドラフトループゲイン値である。Ｇ１８は、リフトシリンダの容積を変化させるために等式を正規化するのに使用される双方向バルブゲイン値である。ＥＣＵ５０が整数算数を実行するときに正確さを維持する正規化係数は、定数８及び１６である。
【００１８】
ＧＡＩＮ及びＧ１８の項により、応答速度を調節できる。これらの項は、検出されたドラフト力即ちＤＲＡＦＴ及び検出された位置ＦＤＢＫを指令されたドラフト値ＬＣＯＭ及び位置コマンド値ＳＰＯＳと比較した所与の相違について、多かれ少なかれバルブコマンド（又は流れ）を提供する。
【００１９】
ＥＣＵ５０は、以下の等式に従って組み合わせスリップエラー値ＳＬＰＥＲＲ１２を発生する。
ＳＬＰＥＲＲ１２＝ＳＬＰＥＲＲ＋ＳＬＰＧＮ１＊（ＳＬＩＰ−ＳＬＩＰＳＥＴ）
この等式において、ＳＬＰＥＲＲは、積分スリップエラー値である。ＳＬＰＧＮ１は、比例スリップエラーゲイン項であり、ＳＬＩＰは、計測されたスリップをパーセントで示す値であり、ＳＬＩＰＳＥＴは、スリップ設定点をパーセントで示す値である。ＳＬＰＥＲＲ１２の値は、好ましくは、正の値だけに限定される。スリップ設定点（ＳＬＩＰＳＥＴ）は、例えば車輪トラクターについて１０％の所定値に固定でき、無限軌道車輛について５％間等の異なる値に固定できる。
【００２０】
積分スリップエラーＳＬＰＥＲＲは、以下の積分関数を繰り返し実行することによって決定される。
ＳＬＩＰ＞ＳＬＩＰＳＥＴである場合には、
ＳＬＰＥＲＲ＝ＳＬＰＥＲＲ＋ＳＬＰＡＤＤＲ＋ＳＬＰＡＧ＊（ＳＬＩＰ−ＳＬＩＰＳＥＴ）／２５６
その他の場合には、
ＳＬＰＥＲＲ＝ＳＬＰＥＲＲ−ＳＬＰＤＲＮ＋ＳＬＰＤＧ＊（ＳＬＩＰＳＥＴ−ＳＬＩＰ）／２５６
この関数では、ＳＬＰＡＤＤＲは、積分アダー値（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｄｄｅｒ ｖａｌｕｅ）であり、ＳＬＰＡＧは、積分ドレイン値（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｄｒａｉｎ ｖａｌｕｅ）であり、ＳＬＰＤＧはドレインゲイン値であり、ＳＬＩＰ、ＳＬＩＰＳＥＴ、及びＳＬＰＥＲＲは、上文中に定義してある。定数２５６は、整数算数を行う場合に分数表示を可能にするのに使用される。ＳＬＰＥＲＲもまた、好ましくは、正の値だけに限定される。
【００２１】
上述のように、スリップと関連したタッチパッドスイッチ６４、６６、及び６８は、スリップ応答性を１から１０の目盛りで変化させるのに使用できる。このスリップ応答性項により、一つのオペレータ制御装置でスリップアダー値／ドレイン値及びスリップゲイン項の値をスリップ等式の積分部分及び比例部分の両方について設定できる。
【００２２】
以下の表は、スリップ応答性の各設定についての値を示す。
【００２３】
【表１】
この表の残りの値を計算するため、ＳＬＰＣＮＴＬ＊５が内部で使用されるということに着目しなければならない。更に、アダー（ＳＬＰＡＤＤＲ）をゼロに設定する場合、もはや必要でないときにインテグレータードレインをなくすように、スリップドレイン（ＳＬＰＤＲＮ）が２４に設定されるということに着目しなければならない。スリップ応答性（ＳＬＰＣＮＴＬ）（スイッチ６６及び６８によって設定される）が低い値にある場合には、これは起伏に富んだ条件について最高であり、スリップ制御は純粋に積分制御であり、その間、スリップエラーが積分されるか或いは蓄積される。ＳＬＰＣＮＴＬの値が高い場合には、これは平坦地形条件に最高であり、スリップ制御は純粋に比例的に行われ、スリップエラーは積分も蓄積もされない。ＳＬＰＣＮＴＬが中間値にある場合には、スリップ制御は比例制御及び積分制御の組み合わせである。
【００２５】
スリップ応答調節タッチパッドスイッチ６６及び６８を使用して、ヒッチ制御システムのスリップ応答性を、ａ）比例スリップ項及び積分スリップ項の組み合わせに応答するように、ｂ）積分スリップ項だけに応答するように、又はｃ）様々な多くの比例スリップ項だけに応答するように調節できる。スリップエラーゲイン（ＳＬＰＧＮ１）をゼロに設定すると、比例スリップファクタ（ＳＬＩＰ−ＳＳＬＩＰＳＥＴ）が不能になり、そのため、制御システムは積分スリップ項にしか応答しない。積分アダー値（ＳＬＰＡＤＤＲ）をゼロに設定すると、比例スリップ項が不能になる。これにより、濡れた状態即ち滑りやすい土の状態（ｓｌｉｃｋ ｓｏｉｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）で作動する場合の非常に滑り易い条件に対してヒッチを迅速に応答させることができる。かくして、このスリップ応答性ヒッチ制御システムは、タイヤ（図示せず）の食い込みを調節するため、又は指令されたドラフト力値を減少させてトラクターの減速による検出されたドラフト力の減少に適合させるため、ヒッチ２６の平均位置を上方に移動させることによって、ホイールのスリップが非常に起こり易い条件を補償する。システムが純粋にその比例モードにある場合に残る積分ドレインを使用し、蓄積した積分スリップを「ドレインオフ」し即ち減少するが、積分したスリップの負の値が許容されないため、負の積分スリップの積分又は蓄積は起こらないということに着目されたい。
【００２６】
本発明を特定の実施例と関連して説明したが、多くの変形、変更、等は、当業者には以上の説明から明らかであるということは理解されよう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内の全てのこのような変形、変更、等を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒッチ制御システムを装着した農業用トラクターの概略図である。
【図２】図１のヒッチ制御システムと関連して使用されたヒッチ関連オペレータ制御装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ トラクター １６ 被駆動ホイール
１８ 非駆動ホイール ２０ リヤハウジング
２２ リヤアクスル ２４ ロックシャフト
２６ 機器ヒッチ ２８ ドラフトリンク
３０ リフトアーム ３２ リフトリンク
３４ ロックシャフトシリンダ ３６ 牽引バー
３８ ドラフトセンサ ４０ 位置トランスジューサ
Claims (26)
- 被駆動ホイール、地面貫入器具を取り付けるためのヒッチ、入力部に加えられたヒッチ制御信号に応じて地面貫入量を変化させるため、前記ヒッチを上下するためのアクチュエータ、及び検出されたパラメータ及びオペレータの制御の関数として前記ヒッチ制御信号を発生するためのヒッチ制御システムを持つ車輛のヒッチ制御システムにおいて、
前記被駆動ホイールの検出されたスリップ量を示す検出されたホイールスリップ信号を発生するためのホイールスリップ発生器、
前記検出されたホイールスリップ信号に作用する積分関数を使用する積分スリップ信号を発生するための積分ホイールスリップ発生器、
前記検出されたホイールスリップ信号に作用する比例関数を使用する比例スリップ信号を発生するための比例ホイールスリップ発生器、
スリップ応答調節器信号を発生するための、オペレータ制御式スリップ応答調節器、及び
前記積分スリップ信号、前記比例スリップ信号、及び前記スリップ応答調節信号の関数として前記ヒッチ制御信号を発生するためのヒッチ制御信号発生器であって、前記スリップ応答調節器信号に応じて前記ヒッチ制御信号の応答を前記積分スリップ信号及び前記比例スリップ信号に合わせて変化するヒッチ制御信号発生器を含む、ヒッチ制御システム。 - 前記ヒッチ制御信号発生器は、前記スリップ応答調節器の操作に応じて、前記ヒッチ制御信号が、前記積分スリップ信号だけの、前記比例スリップ信号だけの、又は前記積分スリップ信号及び前記比例スリップ信号の組み合わせの関数であるように、前記ヒッチ制御信号の応答を選択的に調節する、請求項１に記載のヒッチ制御システム。
- 前記比例ホイールスリップ発生器は、前記検出されたホイールスリップ信号にスリップゲイン値を乗じることによって比例スリップ信号を発生する、請求項１に記載のヒッチ制御システム。
- 前記スリップ応答調節器は、前記スリップゲイン値をゼロから滑り易い土の状態で迅速な応答を提供する値まで変化させることができる、請求項３に記載のヒッチ制御システム。
- 前記ヒッチ制御信号発生器は、ａ）前記積分スリップ信号及びｂ）前記スリップゲイン値を乗じた前記比例スリップ信号の算術和である組み合わせスリップ信号を発生する、請求項１に記載のヒッチ制御システム。
- 前記積分ホイールスリップ発生器は、
前記検出されたホイールスリップ信号が所定の量以上である場合に前記積分ホイールスリップ信号を増大するインクレメンター、及び
前記検出されたホイールスリップ信号が所定の量以上でない場合に前記積分ホイールスリップ信号を減少するデクレメンターを含む、請求項１に記載のヒッチ制御システム。 - 前記インクレメンターは、前記スリップ応答調節器の調節に応じて前記積分ホイールスリップ信号の増加速度を変化させ、前記デクレメンターは、前記スリップ応答調節器の調節に応じて前記積分ホイールスリップ信号の減少速度を変化させる、請求項６に記載のヒッチ制御システム。
- 前記比例ホイールスリップ発生器は、そのスリップゲイン値を前記スリップ応答調節器の調節に応じて変化させる、請求項７に記載のヒッチ制御システム。
- 前記検出されたホイールスリップ信号は、検出されたホイールスリップ値からホイールスリップ設定点値を減じることにより発生され、
前記積分ホイールスリップ発生器は、前記検出されたホイールスリップ値がホイールスリップ設定点値以上である場合に積分ホイールスリップ信号を増大する、請求項１に記載のヒッチ制御システム。 - 前記積分ホイールスリップ発生器は、前記積分ホイールスリップ信号の増大速度を前記スリップ応答調節器の調節に応じて変化させる、請求項９に記載のヒッチ制御システム。
- 前記検出されたホイールスリップ信号は、検出されたホイールスリップ値からホイールスリップ設定点値を減じることによって発生され、前記積分ホイールスリップ発生器は、前記検出されたホイールスリップ信号が前記ホイールスリップ設定点値よりも大きくない場合に積分ホイールスリップ信号を減少する、請求項１に記載のヒッチ制御システム。
- 積分ホイールスリップ発生器は、前記スリップ応答調節器の調節に応じて前記積分ホイールスリップ信号の減少速度を変化する、請求項１１に記載のヒッチ制御システム。
- 前記検出されたホイールスリップ信号は、検出されたホイールスリップと予め決定されたスリップ設定点値との間の差を表すエラー信号である、請求項１に記載のヒッチ制御システム。
- ドラフト力信号を発生するためのドラフト力センサ、
ヒッチ指令信号を発生するための、オペレータにより制御される指令信号発生器、及び
前記ヒッチの位置を表すヒッチ位置信号を発生するためのヒッチ位置センサを更に含み、前記ヒッチ制御システムは、前記ドラフト力信号、前記ヒッチ指令信号、ヒッチ位置信号、及び組み合わせスリップ信号の関数として、前記ヒッチ制御信号を発生する、請求項２に記載のヒッチ制御システム。 - 前記積分スリップ信号及び前記比例スリップ信号の組み合わせとして組み合わせスリップ信号を発生するための組み合わせスリップ発生器を更に含み、前記ヒッチ制御信号発生器は、前記組み合わせスリップ信号及び前記スリップ応答調節器信号の関数として前記ヒッチ制御信号を発生する、請求項１に記載のヒッチ制御システム。
- 被駆動ホイール、地面貫入器具を取り付けるためのヒッチ、入力部に加えられたヒッチ制御信号に応じて地面貫入量を変化させるため、前記ヒッチを上下するためのアクチュエータ、及び検出されたパラメータ及びオペレータの制御の関数として前記ヒッチ制御信号を発生するためのヒッチ制御システムを持つ車輛のヒッチ制御システムにおいて、
前記被駆動ホイールのスリップ量を示す検出されたホイールスリップ信号を発生するためのホイールスリップ発生器、
前記検出されたホイールスリップ信号に作用する積分関数を使用する積分スリップ信号を発生するための積分ホイールスリップ発生器、
前記検出されたホイールスリップ信号にスリップゲイン値を乗じることによって、比例スリップ信号を発生するための比例ホイールスリップ発生器、
組み合わせスリップ信号を前記積分スリップ信号及び前記比例スリップ信号の組み合わせとして発生するための組み合わせスリップ発生器、
前記スリップゲイン値を変化させるためオペレータ制御式スリップ応答制御装置、及び
ヒッチ制御信号を前記組み合わせスリップ信号の関数として発生するためのヒッチ制御信号発生器を含む、ヒッチ制御システム。 - ドラフト力信号を発生するためのドラフト力センサ、
オペレータが制御する指令装置の位置を表す指令信号を発生するための指令信号発生器、及び
前記ヒッチの位置を表すヒッチ位置信号を発生するためのヒッチ位置センサを更に含み、前記ヒッチ制御システムは、前記ドラフト力信号、前記指令信号、ヒッチ位置信号、及び組み合わせスリップ信号の関数として、前記ヒッチ制御信号を発生する、請求項１６に記載のヒッチ制御システム。 - 前記オペレータ制御式スリップ応答制御装置は、スリップゲイン値を増大するための第１スイッチ及びスリップゲイン値を減少するための第２スイッチを更に含む、請求項１６に記載のヒッチ制御システム。
- 前記スリップ応答制御装置は前記スリップゲイン値をゼロから１以下の正の値まで変化させることができる、請求項１８に記載のヒッチ制御システム。
- 前記組み合わせスリップ信号は、ａ）前記積分スリップ信号、及びｂ）前記スリップゲイン値を乗じた前記比例スリップ信号の算術和である、請求項１６に記載のヒッチ制御システム。
- 前記検出されたホイールスリップ信号がゼロ以上である場合に前記積分ホイールスリップ発生器が前記積分スリップ信号を定期的に増大し、
前記検出されたホイールスリップ信号がゼロ以上でない場合に前記積分ホイールスリップ発生器が前記積分スリップ信号を定期的に減少する、請求項１６に記載のヒッチ制御システム。 - 前記積分ホイールスリップ発生器は、前記積分スリップエラー信号の変化速度を前記スリップ応答制御の調節に応じて変化させる、請求項２１に記載のヒッチ制御システム。
- 前記比例ホイールスリップ発生器は、前記スリップゲイン値を前記スリップ応答制御の調節に応じて変化する、請求項２２に記載のヒッチ制御システム。
- 前記検出されたホイールスリップ信号がゼロ以上である場合、積分スリップ即ちＳＬＰＥＲＲは以下の関数、即ち
ＳＬＰＥＲＲ＝ＳＬＰＥＲＲ＋ＳＬＰＡＤＤＲ＋ＳＬＰＡＧ＊（ＳＬＩＰ−ＳＬＩＰＳＥＴ）／ＣＯＮＳＴＡＮＴ
によって決定され、
前記検出されたホイールスリップ信号がゼロ以上でない場合、積分スリップ即ちＳＬＰＥＲＲは以下の関数、即ち
ＳＬＰＥＲＲ＝ＳＬＰＥＲＲ−ＳＬＰＤＲＮ−ＳＬＰＤＧ＊（ＳＬＩＰＳＥＴ−ＳＬＩＰ）／ＣＯＮＳＴＡＮＴ
によって決定され、
ここで、ＳＬＰＡＤＤＲは積分アダー値であり、ＳＬＰＤＲＮは積分ドレイン値であり、ＳＬＰＡＧはアダーゲイン値であり、ＳＬＰＤＧはドレインゲイン値であり、ＳＬＩＰは検出されたホイールスリップ値であり、ＳＬＩＰＳＥＴはホイールスリップ設定点である、請求項１６に記載のヒッチ制御システム。 - 被駆動ホイール、地面貫入器具を取り付けるためのヒッチ、入力部に加えられたヒッチ制御信号に応じて地面貫入量を変化させるため、前記ヒッチを上下するためのアクチュエータ、及び検出されたパラメータ及びオペレータの制御の関数として前記ヒッチ制御信号を発生するためのヒッチ制御システムを持つ車輛のヒッチ制御システムにおいて、
前記被駆動ホイールの検出されたスリップ量を示す検出されたホイールスリップ信号を発生するためのホイールスリップ発生器、
前記検出されたホイールスリップ信号に作用する積分関数を使用する積分スリップ信号を発生するための積分ホイールスリップ発生器、
前記検出されたホイールスリップ信号にスリップゲイン値を乗じることによって比例スリップ信号を発生するための比例ホイールスリップ発生器、
組み合わせスリップ信号を前記積分スリップ信号及び前記比例スリップ信号の組み合わせとして発生するための組み合わせスリップ発生器、及び
ヒッチ制御信号を前記組み合わせスリップ信号の関数として発生するためのヒッチ制御信号発生器を含む、ヒッチ制御システム。 - 被駆動ホイール、地面貫入器具を取り付けるためのヒッチ、入力部に加えられたヒッチ制御信号に応じて地面貫入量を変化させるため、前記ヒッチを上下するためのアクチュエータ、及び検出されたパラメータ及びオペレータの制御の関数として前記ヒッチ制御信号を発生するためのヒッチ制御システムを持つ車輛のヒッチ制御システムにおいて、
前記被駆動ホイールの検出されたスリップ量を示す検出されたホイールスリップ信号を発生するためのホイールスリップ発生器、
前記検出されたホイールスリップ信号に作用する積分関数を使用する積分スリップ信号を発生するための積分ホイールスリップ発生器、
前記検出されたホイールスリップ信号に作用する比例関数を使用する比例スリップ信号を発生するための比例ホイールスリップ発生器、
スリップ応答調節信号を発生するための、オペレータ制御式スリップ応答調節器、及び
前記積分スリップ信号、前記比例スリップ信号、及び前記スリップ応答調節信号の関数として前記ヒッチ制御信号を発生するためのヒッチ制御信号発生器であって、前記スリップ応答調節器に応じて前記ヒッチ制御信号の応答を、前記ヒッチ制御信号が前記積分スリップ信号だけの関数であるように、又は前記比例スリップ信号だけの関数であるように、或いは前記積分スリップ信号及び前記比例スリップ信号の組み合わせの関数であるように調節するヒッチ制御信号発生器を含む、ヒッチ制御システム。
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