JP5561070B2 - トラクタ作業機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、トラクタの後部に装着した作業機を手動で傾斜させたりトラクタの車体に設けた傾斜センサが検出する車体の傾きによって作業機を自動的に水平にしたりするトラクタ作業機の制御装置に関する。

例えば、特許文献１に記載の如く、車体の後側にロータリ耕耘装置等の作業機を装着して対地作業するトラクタ作業機において、作業機を手動操作で機体に対し任意の傾斜姿勢に変更させる「手動モード」と、車体の左右傾斜角を検出する傾斜センサの車体傾斜検出に基づいて、作業機を自動的に絶対水平姿勢に維持する「自動水平モード」と、作業機を絶対水平から所定角度傾けた角度を維持する「自動傾斜モード」と、本機に対して作業機を常に平行に固定する「平行モード」とを設けた傾斜制御の技術が知られている。

特開２００３−１８９７０８号公報

例えば、傾斜地を等高線に沿って横に走行しながら耕耘作業を行う場合には、作業機の左右傾きを絶対水平に対して一定の傾斜角度とし、この傾斜角度を維持するように制御するが、この傾斜角度を維持するには作業者が手動モードで作業機の左右傾きを常時調整するか、別に設けたモード設定ダイヤルを回して自動傾斜モードにしなければならない。

本発明は、モード設定ダイヤルを設けることなく自動傾斜維持モードへの設定変更を容易に行えるようにして、自動傾斜維持モードへの設定変更操作を簡単にし、廉価な構成にすることを課題とする。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
請求項１に記載の発明は、トラクタの車体１後部に作業機２をローリング可能に装着し、車体１に設けた傾斜センサ３の車体傾斜角検出に基づいてローリングシリンダ２５を制御し、該ローリングシリンダ２５のピストンロッドにより作業機２を水平に維持するトラクタ作業機の制御装置において、
水平制御切換スイッチ（３３）で作業機（２）を水平に維持する自動水平モード、手動で作業機（２）の左右傾きを調整して車体（１）と作業機（２）との相対関係を保持する手動モード、所定時間毎に作業機（２）の傾斜角度の平均値を算出しこの傾斜角度の平均値となるように作業機（２）の姿勢制御を行う自動傾斜修正モードに設定可能に構成し、
前記水平制御切換スイッチ３３で自動水平モードに設定した後に、作業機２の左右傾斜を調整する手動傾き調整スイッチ７，８の手動による傾き変更で水平に対する作業機２の傾斜角度を任意角度に設定可能にすると共に、この設定した傾斜角度を傾斜設定基準角度Ａとして自動傾斜維持モードに移行して自動制御するようにしたことを特徴とするトラクタ作業機の制御装置とする。

水平制御切換スイッチ３３の操作で、自動水平モード、車体（１）と作業機（２）との相対関係を保持する手動モード、自動傾斜修正モードに切換えることができる。
この構成で、水平制御切換スイッチ３３で作業機を水平に維持する自動水平モードの状態からのみ、手動傾き調整スイッチ７，８を利用して作業機の水平に対する傾斜角度を変更し、変更した傾斜角度を維持する自動傾斜維持モードに移行する。

請求項２に記載の発明は、前記自動傾斜維持モードへの移行時における前記傾斜設定基準角度Ａの算出は、手動傾き調整スイッチ７，８によって伸縮するローリングシリンダ２５のピストンロッドの伸縮量を検出するストロークセンサ３６の検出値から演算すべく構成し、
前記水平制御切換スイッチ３３で自動傾斜修正モードに設定した後に、車体１の操向角を検出する操向センサ５が一定以上の操向角を検出すると、自動傾斜修正モードを停止して車体１と作業機２を左右平行状に維持制御する平行モードを行わせる構成とし、操向センサ５が一定以下の操向角を検出して一定時間経過すると自動傾斜修正モードに復帰させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載のトラクタ作業機の制御装置とした。

この構成で、車体１に設けるローリングシリンダ２５のピストンロッドの伸縮量を検出するストロークセンサ３６の動きで作業機２を傾斜させた角度Ａを演算し、この演算した作業機の傾斜角度Ａを維持するように傾斜センサ３の値と比較して制御する。
また、水平制御切換スイッチ３３で自動傾斜修正モードに設定している状態からのみ、車体１の操向角を検出する操向センサ５が一定以上の操向角を検出すると、自動傾斜修正モードを停止して車体１と作業機２を左右平行状に維持制御する平行モードを行わせる。そして、操向センサ５が一定以下の操向角を検出して一定時間経過すると自動傾斜修正モードに復帰させる。

請求項３に記載の発明は、前記ローリングシリンダ２５のピストンロッドを伸縮する手動傾き調整スイッチ７，８の伸び側と縮み側を共に又は同時に入り状態にすることで、自動傾斜維持モードを解除して自動水平モードに戻ることを特徴とする請求項１に記載のトラクタ作業機の制御装置とした。

この構成で、傾斜地作業から平地作業に戻った場合には、手動傾き調整スイッチ７，８の伸び側と縮み側を共に又は同時に押す簡単な操作で素早く自動傾斜維持モードから自動水平モードになる。

請求項１の発明では、水平制御切換スイッチ３３の操作で、自動水平モード、車体（１）と作業機（２）との相対関係を保持する手動モード、自動傾斜修正モードに切換えることができるように構成した。特に、自動傾斜修正モードでは、所定時間毎に作業機２の傾斜角度の平均値を算出しこの傾斜角度の平均値となるように作業機２の姿勢制御を行うことで、実際の傾きを反映できる。
そして、水平制御切換スイッチ３３で作業機を水平に維持する自動水平モードの状態からのみ、手動傾き調整スイッチ７，８を利用して作業機の水平に対する傾斜角度を変更し、変更した傾斜角度を維持する自動傾斜維持モードに移行する構成としているので、意図的に自動傾斜維持モードへの移行ができる。
また、従来からある手動傾き調整スイッチ７，８を利用して自動水平モードから自動傾斜維持モードに移行できるので、操作が容易となり廉価な構成となる。
請求項２の発明では、請求項１の効果に加え、車体１に設けるローリングシリンダ２５の伸縮量を検出するストロークセンサ３６の動きで作業機２を傾斜させた角度Ａを演算し、この演算した作業機の傾斜角度Ａを維持するように傾斜センサ３の値と比較して制御するので、自動傾斜維持モードへの移行が速やかに行われるようになる。
また、水平制御切換スイッチ３３で自動傾斜修正モードに設定している状態からのみ、車体１の操向角を検出する操向センサ５が一定以上の操向角を検出すると、自動傾斜修正モードを停止して車体１と作業機２を左右平行状に維持制御する平行モードを行わせる。これにより、旋回時などのように、操向センサ５が一定以上の操向角を検出すると車体１と作業機２を左右平行状に維持制御する平行モードを行わせることで、作業機が無駄な動きをしなくなる。

請求項３の発明では、請求項１の効果に加え、手動傾き調整スイッチ７，８の伸び側と縮み側を同時に押すことで、自動傾斜維持モードから自動水平モードに戻るので、操作が容易で廉価な構成となり、また自動傾斜維持モードから自動水平モードへの戻りが素早く可能となる。

ロータリ作業機を装着したトラクタの全体右側面図である。 右フェンダの部分拡大平面図である。 コントローラの制御ブロック図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 電動モータによる昇降バルブの作動をする構成の側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に示す実施例を参照しながら説明する。
図１で、トラクタ車体１は、前輪６と後輪１１を軸装して、ボンネット１２内のエンジンで駆動走行する四輪走行形態であって、ダッシュボード１３上のステアリングハンドル１４の操作によって前輪６を操向可能に構成している。フロア１５の後部には運転席１６を設けている。

作業機２は、車体１の後部にリフトアーム１７で昇降されるロアリンク１８やトップリンク１９等のリンク機構を介して装着される。本実施例では、耕耘爪２０を有した耕耘軸２１を軸装して回転駆動することによって、土壌面を一定深さに耕耘するロータリ形態の耕耘装置としている。この耕耘装置の耕耘カバー２２の後部には耕耘土壌面を均平するリヤカバー２３を有する。

耕深制御では、このリヤカバー２３の上下揺動によって耕耘深さを検出する耕深センサの出力で、前記リフトアーム１７を上下動させることによって、耕耘深さを一定の設定深さに維持するように制御させる。

前記左右一対のロアリンク１８とリフトリンク１７との間を連結するリフトロッド２４の左右何れか片側（本実施例では右側）には、伸縮制御可能のローリングシリンダ２５が設けられていて、このローリングシリンダ２５の伸縮によって、車体１に対する作業機２の左右の傾斜角を変更して、作業機２を左右水平状態に作動したり、車体１と左右平行状態に作動したりすることができる。

又、この耕耘装置の後部にはヒッチ部を耕耘フレーム２６に対して上下動するためのシリンダ２７を設けている。スプリングの修正位置で均平圧を変更可能に構成している。
なお、前記作業機２は、車体１後部のＰＴＯ軸２８を介して駆動する。

右側の後輪１１の上部を覆う右フェンダ２９上には、図２に示す如く、本発明でいう手動傾き調整スイッチとして、右下げスイッチ７（右側に設けるローリングシリンダ２５を縮ませる）と右上げスイッチ８（同ローリングシリンダ２５を伸ばす）と、制御状態の切換を行う水平制御切換スイッチ３３と後進時に作業機２を自動的に上昇させる自動バックアップスイッチ４８及び旋回時に作業機２を自動的に上昇させるオートリフトスイッチ４９を設ける。

作業機２の傾斜姿勢を制御するコントローラ３１の制御信号の入出力は、図３に示している。入力信号が水平制御切換スイッチ３３の場合、作業機を絶対水平に維持する自動水平モード、手動で作業機の左右傾きを調整する手動モード（作業機２と機体との相対関係は保持されるので、機体が傾くと作業機も一緒に傾く）、作業機２の自動傾斜修正モードの切換信号が入力信号となる。作業機２の自動傾斜修正モードは、所定時間（１０ｍｓ）毎に作業機２の傾斜角度の平均値を算出し、この平均値となるように作業機２の姿勢制御を行うものである。

水平制御切換スイッチ３３については、押す毎に手動モード、自動水平モード、自動傾斜修正モードに順番に切り換わる構成である。また、所定時間（三秒）以内に一度押すと手動モード、二度押すと自動水平モード、三度押すと自動傾斜修正モードに切換る構成としてもよい。そして、選択したモードは、ダッシュボード１３内に装備されているそれぞれのモードランプが点灯する構成である。また、液晶パネルに選択したモードを文字で表示したり音声で報知するように構成してもよい。

手動傾き調整スイッチ（右下げスイッチ７と右上げスイッチ８）のオン信号、リフトスイッチ３５とコントロールレバースイッチ４４のオン信号、水平感度ヒューズＡ３７と水平感度ヒューズＢ３８のオン・オフ信号、傾斜センサ３の車体１の左右傾き検出角度、ストロークセンサ３６のローリングシリンダ２５のロッド伸び長さ検出値、操向センサ５の旋回角度検出値、車速センサ３の走行速度検出値、リヤカバーセンサ４５のリヤカバー２３上げ信号検出値、リフトアームセンサ３９のリフトアーム１７の上昇限界検出、チェックスイッチ１０のチェックモード入り信号等である。

なお、自動水平モードと自動傾斜修正モードでは、傾斜変更中に工場出荷設定位置で音がして一時停止し、再度動くようにする。
出力信号は、ローリングシリンダ２５を伸縮作動させる水平伸びソレノイド４０と水平縮みソレノイド４１への制御出力と、水平モニタ４２と傾斜地モニタ４３への表示出力である。

このトラクタ車体１の後側に作業機２を装着して走行しながら対地作業するトラクタ作業機において、車体１の左右傾斜角を検出する傾斜センサ３の検出角度と、車速を検出する車速センサ４の速度と、車体１の操向角を検出する操向センサ５の操向角度検出に基づいて、車体１に対して作業機２の連結姿勢を左右揺動させて水平状に維持制御する自動傾斜修正モードや、車体１と作業機２を左右平行状に維持制御する平行モードを行わせると共に、操向センサ５が一定以上の操向角を検出すると自動傾斜修正モードを停止して平行モードを行わせ、この操向センサ５が一定以下の操向角を検出して一定時間経過すると自動傾斜修正モードに復帰させる構成としている。

図４は、自動傾斜維持モードへの移行フローチャートで、ステップＳ１で水平制御切換スイッチ３３の操作有無を判定し、操作が有ればステップＳ２で水平制御切換スイッチ３３を自動水平モードか手動モードか自動傾斜修正モードのどれかに切換え（押す度に切換る）、ステップＳ３の自動水平モードであるかの判定に移る。ステップＳ１で水平制御切換スイッチ３３の操作がなければ、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３の判定がＹＥＳすなわち自動水平モードであれば、ステップＳ４で右上げスイッチ８がオンであれば、ステップＳ５でローリングシリンダ２５を伸び出力してステップＳ９で自動傾斜維持モードに変更してリターンする。なお、作業機２を上昇させている場合には、正確な傾斜角度に出来ないためにローリングシリンダ２５の伸び出力を停止する。

ステップＳ３の判定がＮＯすなわち自動水平モードでないならば、そのままでリターンする。
ステップＳ４で右上げスイッチ８がオンでなく、ステップＳ６で右下げスイッチ７がオンであれば、ステップＳ７でローリングシリンダ２５を縮み出力してステップＳ９で自動傾斜維持モードに変更してリターンする。右下げスイッチ７もオンでなければ、ステップＳ８で傾き調整した傾きで自動制御（自動傾斜）し、リターンする。

図５は、傾斜設定基準角度の算出フローチャートで、ステップＳ２１で水平制御切換スイッチ３３の操作有無を判定し、操作が有ればステップＳ２２で水平制御切換スイッチ３３を自動水平モードか手動モードか自動傾斜修正モードのどれかに切換え、ステップＳ２３の自動水平モードであるかの判定に移る。ステップＳ２１で水平制御切換スイッチ３３の操作がなければ、ステップＳ２３に移行する。

ステップＳ２３の判定がＹＥＳすなわち自動水平モードであれば、ステップＳ２４で右上げスイッチ８がオフからオンに切換った時点でステップＳ２５でストロークセンサ値を手動スイッチ操作前メモリ（Ｂ’）として記憶し、ステップＳ２６でローリングシリンダ２５を伸び出力してリターンする。

ステップＳ２３の判定がＮＯすなわち自動水平モードでないならば、そのままでリターンする。
ステップＳ２４で右下げスイッチ７がオフからオンに切換ってなれば、ステップＳ２７で右下げスイッチ７がオフからオンに切換ったかを判定し、切換った時点でステップＳ２８でストロークセンサ値を手動スイッチ操作後メモリ（Ｂ）として記憶し、ステップＳ２９でストロークセンサ変化量（Ｂ−Ｂ’）を算出し、ステップＳ３０で傾斜センサ基準値に対する補正値（Ａ）を算出し、リターンする。

ステップＳ２７がＮＯつまり右下げスイッチ７がオフからオンに切換っていなければ、ステップＳ３１で傾き調整した傾きに自動制御してリターンする。
補正した傾斜設定基準角度（Ａ）は、次の演算式で算出する。
Ａ＝Ａ’＋（Ｂ−Ｂ’）／ＫＳＮＳ
Ａ’は、前回の傾斜設定基準角度で、ＫＳＮＳは、傾斜センサとストロークセンサの角度合わせをする掛け率である。

ステップＳ２７の判定もＮＯであれば、ステップＳ８で傾き調整した傾きで自動制御（自動傾斜）し、リターンする。
なお、ステップＳ２７で右下げスイッチ７がオフからオンに切換ったかを判定して、一定時間（２００ｍｓ）の経過後にステップＳ２８の記憶を行い（作業機の安定のため）、さらに一定時間（５００ｍｓ）の経過後にステップＳ３１の自動傾斜制御を行うようにすることで、ストロークセンサ値が安定して正確な制御が行えるようになる。

図６は、作業機２が上昇時或いはローリングシリンダ２５が伸び切った場合のフローチャートで、ステップＳ４１で制御切換スイッチ３３の操作有無を判定し、操作が有ればステップＳ４２で制御切換スイッチ３３を自動水平モードか手動モードか自動傾斜修正モードのどれかに切換え、ステップＳ４３の自動水平モードであるかの判定に移る。ステップＳ４１で水平制御切換スイッチ３３の操作がなければ、ステップＳ４３に移行する。

ステップＳ４３の判定がＹＥＳすなわち自動水平モードであれば、ステップＳ４４で右上げ・下げスイッチ７，８がオンであれば、ステップＳ４５でローリングシリンダ２５を伸び・縮み出力してステップＳ４６で作業機２が上昇限界時或いはローリングシリンダ２５が伸び切った状態であれば、ステップＳ４７で傾斜センサ基準値に対する補正値変更を行わずリターンする。ステップＳ４７の判定がＮＯであれば、ステップＳ４８で傾斜センサ基準値に対する補正値変更を行ってリターンする。

ステップＳ４４で、右上げ・下げスイッチ７，８がオンでなければ、ステップＳ４９で傾き調整した傾きで自動制御してリターンする。
図７は、傾斜設定基準角度の補正値をリセットするフローチャートで、ステップＳ５４で、右上げ・下げスイッチ７，８の両押しがあれば、ステップＳ５６で補正値をリセットし、自動水平モードに戻る。

図８は、作業機２の取付を変更した場合に傾斜設定基準角度の補正値を変更するフローチャートで、ステップＳ６２で作業機取付が３点支持リンク構成であるか判定しステップＳ６３で取付位置変更を判定し、共にＹＥＳならばステップＳ６４で傾斜設定基準角度に対する補正値を再演算する。この制御で、作業機の取付位置を変更しても設定した作業機の傾斜角度に維持するようになる。

図９は、コントローラ３１に記憶した各基準値データを更新修正する制御のフローチャートで、トラクタ車体１を水平な地面に置き作業機２を水平に装着して行い、ステップＳ７１でエンジンキーをオンし、ステップＳ７２でチェックスイッチ１０をオンし（実際にはチェックヒューズを抜く）、ステップＳ７３で制御切換スイッチ３３等の制御関係スイッチのどれかをオンすると、ステップＳ７４で傾斜センサ３の現在値を基準値として記憶し、ステップＳ７５でストロークセンサ３６の現在値を基準値として記憶し、ステップＳ７６でローリングシリンダ２５を最大に伸ばしてその時のストロークセンサ３６の値を最大伸び位置として記憶し、ステップＳ７７でローリングシリンダ２５を最小に縮めてその時のストロークセンサ３６の値を最大縮み位置として記憶し、ステップＳ７８で傾斜設定基準角度に対する補正値をリセットする。

このトラクタでは、ダッシュボード１３に異常表示部を設けているが、各異常が同時に発生した場合には、優先表示順位として、ラジエータ水温−エンジンオイル残量−バッテリ電圧−燃料残量−燃料満タン−グローランプの順として、エンジンの異常を優先的に表示する。

また、作業機の使用時間をエンジン回転数が所定回転数以上である時間として積算し、所定時間例えば５０時間経過毎にオイル交換などのメンテナンス情報を表示するようにする。

図１０は、油圧昇降シリンダ５６の油圧バルブ６３のレバー５２を電動モータ５０の回転で動作するようにロッド５１でミッションケース６２に設けた電動モータ５０の出力軸とレバー５２を連結した構成である。電動モータ５０は、コントローラ５８で回転方向と回転速度をコントロールする。

リフトアーム６４の回動角度をリフトアームポテンショメータ５３で検出してコントローラ５８に入力し、耕す深さを調整する昇降レバー５４の回動角度がレバーポテンショメータ５５からコントローラ５８に入力し、ロータリカバーの開き角度がカバーポテンショメータ５７からコントローラ５８に入力する。

作業選択ボタン５９から乾田、湿田、代掻きの選択信号がコントローラ５８に入力し、ロータリを僅かに圃場面から浮かす微上昇ボタン６０のオン信号がコントローラ５８に入力し、作業機２の昇降を行うフィンガーアップレバー６１のオン信号がコントローラ５８に入力する。

電動モータ５０は回転速度をロータリの上昇開始時に速くして徐々に速度を落とすことで、旋回時の斜め切り上げやリヤカバー２３の跳ね上がりショックを防げる。
作業選択ボタン５９で乾田にしてロータリの昇降速度を標準にし、湿田にして昇降速度を遅くし、代掻きにして昇降速度をさらに遅くすることが出来る。

Ａ 傾斜設定基準角度
１ 車体
２ 作業機
３ 傾斜センサ
５ 操向センサ
７ 手動傾き調整スイッチ（手動伸びスイッチ）
８ 手動傾き調整スイッチ（手動縮みスイッチ）
２５ ローリングシリンダ
３３ 水平制御切換スイッチ
３６ ストロークセンサ

Claims (3)

1. トラクタの車体（１）後部に作業機（２）をローリング可能に装着し、車体（１）に設けた傾斜センサ（３）の車体傾斜角検出に基づいてローリングシリンダ（２５）を制御し、該ローリングシリンダ（２５）のピストンロッドにより作業機（２）を水平に維持するトラクタ作業機の制御装置において、
   水平制御切換スイッチ（３３）で作業機（２）を水平に維持する自動水平モード、手動で作業機（２）の左右傾きを調整して車体（１）と作業機（２）との相対関係を保持する手動モード、所定時間毎に作業機（２）の傾斜角度の平均値を算出しこの傾斜角度の平均値となるように作業機（２）の姿勢制御を行う自動傾斜修正モードに設定可能に構成し、
   前記水平制御切換スイッチ（３３）で自動水平モードに設定した後に、作業機（２）の左右傾斜を調整する手動傾き調整スイッチ（７），（８）の手動による傾き変更で水平に対する作業機（２）の傾斜角度を任意角度に設定可能にすると共に、この設定した傾斜角度を傾斜設定基準角度（Ａ）として自動傾斜維持モードに移行して自動制御するようにしたことを特徴とするトラクタ作業機の制御装置。
2. 前記自動傾斜維持モードへの移行時における前記傾斜設定基準角度（Ａ）の算出は、手動傾き調整スイッチ（７），（８）によって伸縮するローリングシリンダ（２５）のピストンロッドの伸縮量を検出するストロークセンサ（３６）の検出値から演算すべく構成し、
   前記水平制御切換スイッチ（３３）で自動傾斜修正モードに設定した後に、車体（１）の操向角を検出する操向センサ（５）が一定以上の操向角を検出すると、自動傾斜修正モードを停止して車体（１）と作業機（２）を左右平行状に維持制御する平行モードを行わせる構成とし、操向センサ（５）が一定以下の操向角を検出して一定時間経過すると自動傾斜修正モードに復帰させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載のトラクタ作業機の制御装置。
3. 前記ローリングシリンダ（２５）のピストンロッドを伸縮する手動傾き調整スイッチ（７），（８）の伸び側と縮み側を共に又は同時に入り状態にすることで、自動傾斜維持モードを解除して自動水平モードに戻ることを特徴とする請求項１に記載のトラクタ作業機の制御装置。

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