JP5813365B2 - 作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、上下昇降可能な作業機を備えた作業車両に関し、詳しくは、前記作業機の昇降制御に関する。

農業用の作業車両において、上下に昇降可能な作業機を備えた構成が知られている。この種の作業車両は、地面に対する作業機の高さを検出し、当該高さを一定に保つように作業機の上下昇降を行う。作業機の上下昇降を行う作業車両として、例えば特許文献１に開示されている田植機、特許文献２に開示されるトラクタなどがある。

上記のような作業車両において、作業機の昇降制御は、当該作業機の高さ、前記高さの微分値（作業機の上下速度）、あるいは前記高さの測定値と目標値との偏差の積分値、などに基づいて制御される。この種の制御としては、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御などが公知である。

また、この種の作業車両においては、車体の走行速度が早くなると前記昇降制御が追いつかなくなるなどの不都合が生じうる。そこで、走行速度に応じて昇降制御の感度を調整するなどの構成が採用される場合がある。

特開２００８−２１２０５９号公報 特開２００４−３５０５４０号公報

しかし、従来のＰＩＤ制御等によって作業機を上下昇降制御する作業車両においては、作業機の上下速度の変動が大きい場合に、前記制御が振動的な応答になってしまうという問題がある。

また、従来は走行速度に応じて昇降制御の感度の調整を行っていたが、地面の凹凸が激しい場合には十分に対応できなかった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、作業機の昇降制御を安定させた作業車両を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

即ち、この作業車両は、作業機と、加速度取得部と、制御部と、土壌状態検出部と、を備える。前記加速度取得部は、前記作業機の上下加速度を取得する。前記土壌状態検出部は、土壌の状態を検出する。前記制御部は、前記加速度取得部が取得した前記加速度に重み係数を乗じたものに基づいて、前記作業機の昇降制御を行う。前記制御部は、前記土壌状態検出部の検出値に基づいて、前記重み係数を変更する。

このように作業機の加速度に基づいて昇降制御を行うことにより、作業機の上下速度の変動が大きい場合の振動的な応答を抑制できる。また、前記加速度は、土壌表面からの反力によって生じるため、当該加速度に基づいて制御を行うことにより、土壌の硬さに応じた制御動作を実現することができる。また、土壌条件の変化に応じて自動的に最適な制御性能を得ることができる。
前記の作業車両においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記作業機は、苗を植え付ける植付爪を備える。前記土壌状態検出部は、前記植付爪の近傍に配置されている。

上記の作業車両は、前記重み係数をオペレータが設定できることが好ましい。

このようにオペレータが重み係数を調整することで、圃場条件の変化に応じて適切な制御性能を得ることができる。

上記の作業車両は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記制御部は、前記作業機高さの検出値と、前記作業機高さの目標値と、の偏差が大きい場合には、前記昇降制御に用いる積分ゲインを大きくし、前記偏差が小さい場合には、前記積分ゲインを小さくして、前記昇降制御を行う。

これにより、目標値付近への復帰を早くすることができ、なおかつ目標値付近での振動的な応答を抑えることができる。

上記の作業車両は、以下のように構成することもできる。即ち、前記制御部は、前記作業機高さの検出値と、前記作業機高さの目標値と、の偏差に対して設定する不感帯に、前記偏差に比例した制御のための第１不感帯と、前記偏差の積分値を用いた制御のための第２不感帯と、を設定する。

これにより、目標値付近への復帰を早くすることができ、なおかつ目標値付近での振動的な応答を抑えることができる。

上記の作業車両は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、この作業車両は、車体のローリング角、ローリング角の変化速度、及びローリング角の変化速度の変動、の少なくとも何れか１つを検出するためのローリング情報検出部を備える。前記制御部は、前記ローリング角、前記ローリング角の変化速度、又はローリング角の変化速度の変動が大きくなったときに車速を減速させる。

即ち、車体のローリング角、ローリング角の変化速度、ローリング角の変化速度の変動、などが大きい場合は、浮苗などの植付トラブルが発生し易くなる。そこで、このような場合には、昇降制御が追従できる適切な車速まで減速することにより、植付トラブルを未然に防ぐことができる。

上記の作業車両は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、この作業車両は、前記作業機に対して揺動自在かつ地面に接触可能に構成されたフロートと、前記フロートの揺動角、角速度、角加速度の少なくとも何れか１つを検出するフロート角情報検出部と、を備える。前記制御部は、前記揺動角、前記角速度、又は角加速度が大きくなったときに車速を減速させる。

即ち、フロートの揺動角、角速度、角加速度、などが大きい場合は、浮苗などの植付トラブルが発生し易くなる。そこで、このような場合には、昇降制御が追従できる適切な車速まで減速することにより、植付トラブルを未然に防ぐことができる。

本発明の第１実施形態に係る田植機の側面図。 フロートセンサ近傍の様子を示す側面図。 土壌反力検出装置の平面図。 第１実施形態における昇降制御のブロック線図。 第１実施形態における昇降制御のフローチャート図。 第２実施形態における昇降制御のブロック線図。 変形例における昇降制御のブロック線図。

次に、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る作業車両としての田植機１の側面図である。

田植機１は、車体２と、当該車体２の後方に配置された植付部（作業機）３と、から構成されている。

車体２は、左右一対の前輪４と、左右一対の後輪５を備えている。また、車体２は、その前後方向で前輪４と後輪５の間に運転座席６を備えている。運転座席６の近傍には、車体２の操向操作を行うためのステアリングハンドル７、車体２の走行速度を調節するための変速ペダル８、その他各種の操作具が配置されている。

また、車体２は、図略の制御部を備えている。制御部は例えばマイクロコントローラからなり、田植機１の各部に備えられたセンサ等の信号に基づいて、田植機１の各構成を制御するように構成されている。

また、車体２において、運転座席６の下方にはエンジン１０が、当該エンジン１０の前方にはミッションケース１１が、それぞれ配置されている。一方、車体２の後方には、植付部３を取り付けるための昇降リンク機構１２、エンジン１０の駆動力を植付部３に出力するためのＰＴＯ軸１３、植付部３を昇降駆動するための昇降シリンダ１４等が配置される。

前記植付部３は、植付センターケース１５と、植付ベベルケース２４と、苗載台１７と、フロート１６と、フロートセンサ３４と、を備えている。

植付センターケース１５内には図略の駆動軸が配設されており、当該駆動軸には前記ＰＴＯ軸１３からの駆動力が入力されている。図２に示すように、本実施形態の田植機は植付ベベルケース２４を３つ有している。前記植付ベベルケース２４は車体前後方向に沿って配置されており、かつ車体左右方向に並んで配置されている。各植付ベベルケース２４内には、図略の駆動軸が配設されており、植付センターケース１５からの駆動力が入力されている。

各植付ベベルケース２４の左右には、それぞれ植付ユニット２０が取り付けられている。従って、本実施形態の田植機１は、植付ユニット２０を６つ有する６条植えの田植機として構成されている。各植付ユニット２０は、回転ケース２１に２つの植付爪２２を備えるロータリ式植付装置として構成されている。植付ベベルケース２４に入力された駆動力は、回転ケース２１を回転駆動する。

ロータリ式植付装置の構成は公知であるので詳細な説明は省略するが、回転ケース２１を回転駆動することにより、植付爪２２の先端部が図３に示すようなループ状の軌跡を描きながら上下に駆動されるように構成されている。植付爪２２の先端部は、上から下に向かって動くときに、後述の苗載台１７に載せられた苗マット２５の下端から１株分の苗２６を掻き取り、当該苗２６の根元を保持したまま下方に動いて地面に植え込むように構成されている。

苗載台１７は、前記植付ベベルケース２４の上方に配置されている。この苗載台１７は、図略のガイドレール上を車体左右方向に往復摺動可能に支持されている。そして、植付部３は、苗マット２５の左右幅の範囲内で苗載台１７を左右に往復駆動する図略の横送り機構を備えている。これにより、苗載台１７に載せた苗マット２５を、植付ユニット２０に対して左右に相対運動させることができる。また、苗載台１７は、苗マット２５を、下方に向かって（即ち、植付ユニット２０側に向かって）間欠的に送る苗送りベルト（縦送り機構）を備えている。以上の構成で、横送り機構と縦送り機構とを適切に連動させることにより、各植付ユニット２０に対して苗を順次供給し、連続的に植付けを行うことができる。

前記フロート１６は、３本の植付ベベルケース２４それぞれの下方に設けられる。このフロート１６は、その下面が地面に接触することができるように配置されている。これにより、地面をならして、植え付けをきれいに行うことができる。

フロート１６は、揺動支点３２を中心に回動可能に構成されている。また、フロート１６は、揺動支点３２よりも前方の位置において、押圧バネ３３によって下向きに付勢されている。即ち、フロート１６の前端部分が、地面に対して押し付けられるように力が加えられている。

以上の構成で、地面と作業機との距離が離れていくに従って、フロート１６が前下がり状態となる。従って、揺動支点３２を中心としたフロート１６の揺動角を検出することにより、地面と植付部３との距離（植付部３の対地高さ）を検出することができる。本実施形態の田植機１は、フロート１６の揺動角（フロート角）を検出するフロートセンサ３４が、複数のフロート１６のうち少なくとも何れか一つに設けられている。このフロートセンサ３４は、例えばポテンショメータとして構成されている。フロートセンサ３４の検出値は、制御部に出力される。制御部は、このフロートセンサ３４の検出値に基づいて、フロート角を検知することができる。前述のように、フロート角に基づいて植付部３の対地高さを検出できるので、フロートセンサ３４は、植付部高さ検出部であると言うことができる。

植付センターケース１５には、前記昇降リンク機構１２が連結されている。この昇降リンク機構１２は、トップリンク１８、ロワーリンク１９等からなる平行リンク構造から構成されており、ロワーリンク１９に連結された昇降シリンダ１４を駆動することにより、植付センターケース１５を上下に昇降駆動可能に構成されている（これにより、植付部３全体を上下に昇降することができる）。

昇降シリンダ１４には図略の流量比例弁が接続されており、この流量比例弁から圧油を供給されて駆動する。前記流量比例弁は、制御部によって制御される。制御部は、流量比例弁を制御して昇降シリンダ１４を駆動することにより、植付部３を地面の凹凸に追従させて上下に昇降し、植付部の高さを一定に保つように制御を行う。

また本実施形態の田植機は、土壌の状態（具体的には土壌の硬さ）を検出するために土壌反力検出装置（土壌状態検出部）２７を備えている。

この土壌反力検出装置２７は、植付爪２２の近傍に配置され、植付爪２２と一体的に回転運動するように構成されている。図３に示すように、土壌反力検出装置２７は、ロードセル２８と、プローブ２９と、を備える。

ロードセル２８は、荷重検出面に掛かる荷重を検出して、当該荷重に応じた検出信号を出力する公知の構成である。ロードセル２８の検出信号は、制御部に出力される。なお前述のように、土壌反力検出装置２７は植付爪２２とともに回転運動するので、ロードセル２８から制御部に対する信号はスリップリングを介して出力される。

プローブ２９は棒状部材であり、その長手方向が植付爪２２の長手方向と略平行になるように配置されている。また、プローブ２９の先端は、植付爪２２と同じ方向を向いており、かつ、地面からの高さが植付爪２２の先端とほぼ同じになるように配置されている。プローブ２９がこのように配置されているので、回転ケース２１が回転駆動されると、プローブ２９の先端と植付爪２２の先端は、同時にほぼ同じ軌跡を動くことになる。また、プローブ２９の他端はロードセル２８の荷重検出面に当接している。この構成により、プローブ２９の先端に力が加わると、その力がロードセル２８によって検出され、当該検出結果が制御部へと出力される。

以上のように構成された土壌反力検出装置２７において、植付爪２２が地面に苗を植え付ける際に、プローブ２９の先端も地面に突き刺さる。制御部は、ロードセル２８が検出した土壌反力の大きさに基づいて、土壌の硬さを求めるように構成されている。即ち、土壌が硬いほど、プローブ２９が地面から受ける土壌反力が大きくなるので、当該土壌反力に基づいて土壌硬さを算出することができる。

次に、本実施形態の制御部における昇降制御について説明する。

図４に示すのは、本実施形態における昇降制御のブロック線図である。この昇降制御は、植付部３の高さの検出値（具体的には、フロート角の検出値）と、当該植付部３の高さの目標値（フロート角の目標値）と、の偏差（フロート角偏差）を算出し、当該偏差に基づいて、植付部３の昇降動作の指令値を求めるものである。この昇降動作指令値に基づいて昇降シリンダ１４を動作させて植付部３を昇降させることにより、前記偏差をゼロに近づける（植付部３の高さを目標値に近づける）ように制御することができる。

図４の点線内は、従来の田植機の昇降制御で行われていたＰＩＤ制御を示している。即ち、フロート角偏差に比例ゲインＫｐを乗じた比例項５０、フロート角偏差の積分値に積分ゲインＫｉを乗じた積分項５１、フロート角偏差の微分値に微分ゲインＫｄを乗じた微分項５２、の値をそれぞれ加算して、ＰＩＤ制御による動作指令値を求める。

ところが前述のように、作業機の高さ（本実施形態ではフロート角）、作業機高さの微分値（本実施形態ではフロートの角速度）、作業機高さの積分値、に基づいた昇降制御では、作業機の上下速度の変動が大きい場合に、振動的な応答になってしまうという問題があった。

そこで本実施形態の田植機１では、作業機（植付部３）の上下加速度（具体的には、フロート角の加速度）も考慮して昇降制御を行うように構成している。即ち、制御部は、フロート角偏差の二階微分を求めることにより、フロート１６の揺動支点３２まわりの角加速度（フロート角加速度）を算出する。このように、制御部が二階微分を行うことにより、植付部３の加速度を取得できるので、制御部は加速度取得部でもあると言うことができる。そして制御部は、フロート角加速度に二階微分ゲインＫｄ２（重み係数）を乗じることにより、二階微分項５３とする。図４に示すように、制御部は、二階微分項５３の値を、ＰＩＤ制御による動作指令値（比例項５０＋微分項５２＋積分項５１）に加算することにより、最終的な昇降動作指令値を得る。

制御部は、上記のようにして得た昇降動作指令値に基づいて昇降シリンダ１４を駆動し、植付部３を上下に昇降させる。このように、植付部３の上下加速度に基づいて昇降制御することにより、植付部３の上下速度（対地速度）の変動（植付部３の加速度）が大きい場合であっても振動的な応答を抑制することができる。

なお、フロート角加速度は、フロート１６が地面の表面から受ける反力によって発生するものであり、地面が硬いほどフロート１６が地面から受ける反力は大きくなる。即ち、地面が硬いほど、フロート角加速度（フロート角の二階微分値）は大きくなる。従って、二階微分項５３は、土壌の硬さに応じた値を示す。このように、二階微分項５３を用いて昇降制御を行うことにより、土壌の硬さに応じた制御が可能になる。

本実施形態の田植機１において、上記の二階微分ゲインＫｄ２は、オペレータによって調整可能に構成されている。具体的には、運転座席の近傍に設定ダイヤルなどの適宜の設定手段を設け、オペレータが設定ダイヤルを操作することにより、二階微分ゲインを変更することができるようになっている。前述のように、二階微分項５３は、土壌の硬さに基づいた値を示す。従って、オペレータが二階微分ゲインＫｄ２を調整することにより、土壌の硬さなどの圃場条件が昇降制御に与える影響の度合いを調整できる。これにより、土壌硬さなどの圃場条件の変化に応じた適切な制御を実現することができる。

なお従来の田植機においては、押圧バネ３３によるフロート１６の押圧力を調整することにより、土壌硬度などの圃場条件の変化に対応していた。しかし、圃場条件が変化するたびに押圧バネ３３を調整するのは、オペレータにとって負担が大きかった。この点、本実施形態の構成によれば、設定ダイヤルを操作するだけで圃場条件の変化に対応できるので、オペレータの負担を軽減することができる。

また、上記の構成に代え、或いはこれに加えて、前記二階微分ゲインＫｄ２を、前記土壌硬度に基づいて制御部が自動的に調整するように構成しても良い。即ち、土壌が硬いほど、フロート１６に大きな加速度が加わり、フロート角の二階微分値が大きくなるので、二階微分項５３の影響が大きくなる。そこで例えば、制御部は、土壌反力検出装置２７によって検出された土壌硬度が高いほど、二階微分ゲインＫｄ２を小さくするように調整する。これによれば、土壌の硬度にかかわらず、適切な昇降制御を行うことができる。

次に、本実施形態の田植機１の昇降制御で行われる車速制御について説明する。

一般的に田植機においては、走行速度が速くなるに従って植付トラブル（浮苗など）が発生し易くなるという課題がある。そこで従来の田植機においては、走行速度に応じて昇降制御の感度を調整するという制御が行われていた。しかし、このように車速に応じて感度を調整したとしても、耕盤の凹凸が激しい場合には植付トラブルを防ぐことができなかった。

この点、本実施形態の田植機１において、制御部は、植付トラブルが発生し易い状況になった場合に、走行速度を減速するように構成されている。このように走行速度を自動的に減速することにより、植付トラブルを未然に防ぐことができる。

以下、具体的に説明する。例えば車体のローリング角が大きくなっているとき（車体が左右で大きく傾いているとき）には、浮苗などの植付トラブルが発生し易い。従って、このような場合には車速を減速することが好ましい。

そこで本実施形態の田植機１は、車体のローリング角を検出する傾斜センサ４０を、植付センターケース１５に備えている。制御部は、傾斜センサ４０が検出したローリング角が所定の閾値以上であった場合（機体が大きく傾いている場合）には、田植機の１走行速度を、所定の速度まで自動的に減速させるように車速制御を行う。このように、機体が大きく傾いているときに自動的に減速させることにより、植付トラブルを未然に防ぐことができる。

また、昇降シリンダ１４による植付部３の昇降動作の速度には限界があるので、この限界を超えた速度で機体のローリング角が変化すると、昇降動作が追い付かなくなって植付トラブルが発生してしまう。従って、このような場合には車速を減速することが好ましい。

そこで本実施形態の田植機１は、機体のローリング角の変化速度を検出する角速度センサ４１を、運転座席６の下方近傍に備えている。制御部は、角速度センサ４１が検出したローリング角の変化速度が所定の閾値以上であった場合（機体が傾く速度が速い場合）、植付部３の昇降動作が追従できる車速まで、田植機１の走行速度を自動減速させるように車速制御を行う。これにより、昇降動作が追従可能な状態で当該昇降動作を行うことができるので、植付トラブルを未然に防ぐことができる。

また、耕盤の凹凸が激しい場合、機体のローリングとピッチングの振幅及び周期が大きくなり、浮苗等の植付トラブルが発生する可能性が高い。ところで、このようにローリング及びピッチングの振幅及び周期が大きいときには、機体が傾く速度の変動（機体のローリング角の加速度）が大きくなる。

そこで、本実施形態の田植機において、制御部は、角速度センサ４１の出力値の変動が大きくなった場合（機体のローリング角の加速度が大きい場合）、植付部３の昇降動作が追従できる車速まで、田植機１の走行速度を自動減速させるように構成されている。これにより、昇降動作が追従可能な状態で当該昇降動作を行うことができるので、植付トラブルを未然に防ぐことができる。

以上のように、ローリング角、ローリング角速度、及びローリング角速度の変動の大きさ（以上をまとめてローリング角情報と呼ぶ）が大きな値を示した場合には、車速を自動的に減速することで、植付トラブルを未然に防ぐことができる。なお、傾斜センサ４０及び角速度センサ４１の出力に基づいてローリング角情報を取得することができるので、傾斜センサ４０及び角速度センサ４１はローリング角情報取得部であるということができる。

次に、本実施形態の田植機１における昇降制御の流れについて、図５のフローチャートを参照して説明する。

まず、制御部は、傾斜センサ４０及び角速度センサ４１の出力に基づいて、ローリング角情報（ローリング角、ローリング角速度、及びローリング角速度の変動の大きさ）を取得する（ステップＳ１０１）。

次に制御部は、前記ローリング角情報（ローリング角、ローリング角速度、及びローリング角速度の変動の大きさ）のうち何れか１つ又は複数が所定の閾値以上であった場合（ステップＳ１０２の判定）には、走行車速を所定の車速まで減速させる（ステップＳ１０３）。

続いて、制御部は、フロートセンサ３４の出力に基づいて、フロート角を取得する（ステップＳ１０４）。次に制御部は、フロート角の検出値と、目標値と、の偏差（フロート角偏差）に基づいて、ＰＩＤ制御の比例項５０、積分項５１、微分項５２をそれぞれ算出する（ステップＳ１０５）。

更に制御部は、前記フロート角偏差の二階微分値（フロート角加速度）を算出し（ステップＳ１０６）、これに二階微分ゲインＫｄ２を乗じて二階微分項５３の値を求める（ステップＳ１０７）。そして制御部は、二階微分項５３の値を、ステップＳ１０５で求めたＰＩＤ制御の動作指令値に加算して、最終的な動作指令値を得る（ステップＳ１０８）。

制御部は、上記のようにして得られた動作指令値に基づいて昇降シリンダ１４を駆動し、植付部３を昇降駆動させる（ステップＳ１０９）。

最後に、制御部は、植付作業が継続中か否かを判定し（ステップＳ１１０の判定）、継続中であった場合にはステップＳ１０１に戻って昇降制御を継続する。植付作業が終了していた場合には、昇降制御を継続する必要はないので、フローを終了する。

以上で説明したように、本実施形態の田植機１は、植付部３と、制御部と、を備える。制御部は、植付部３の加速度（具体的にはフロート角加速度）を取得する。そして制御部は、取得した前記加速度に二階微分ゲインＫｄ２を乗じたものに基づいて、植付部３の昇降制御を行う。

このように植付部３の加速度に基づいて昇降制御を行うことにより、植付部３の上下速度の変動が大きい場合の振動的な応答を抑制できる。また、前記加速度は、圃場表面からの反力によって生じるため、当該加速度に基づいて制御を行うことにより、圃場の硬さに応じた制御動作を実現することができる。

また本実施形態の田植機１においては、二階微分ゲインＫｄ２をオペレータが設定できるように構成している。

このようにオペレータが二階微分ゲインＫｄ２を調整することで、圃場条件の変化に応じて適切な制御性能を得ることができる。

また本実施形態の田植機１は、土壌の硬さを検出するための土壌反力検出装置２７を備える。そこで、制御部は、土壌反力検出装置２７の検出値に基づいて、二階微分ゲインＫｄ２を変更するように構成されていても良い。

これにより、土壌の硬さに応じて自動的に最適な制御性能を得ることができる。

また本実施形態の田植機１は、車体のローリング角、ローリング角の変化速度、及びローリング角の変化速度の変動、を検出するための傾斜センサ４０及び角速度センサ４１を備えている。制御部は、前記ローリング角、前記ローリング角の変化速度、又はローリング角の変化速度の変動が大きくなったときに、車速を減速するように制御を行う。

即ち、車体のローリング角、ローリング角の変化速度、ローリング角の変化速度の変動、などが大きい場合は、浮苗などの植付トラブルが発生し易くなる。そこで、このような場合には、昇降制御が追従できる適切な車速まで減速することにより、植付トラブルを未然に防ぐことができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と同一又は類似する構成については、要素名及び図面に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

図６は、この実施形態にかかる昇降制御のブロック線図である。本実施形態における昇降制御の特徴は、植付部３の高さの検出値（具体的にはフロート角の検出値）と、植付部３の高さの目標値（フロート角の目標値）と、の偏差（フロート角偏差）の大きさに応じて、積分ゲインＫｉの値を変更することにある。具体的には、本実施形態の田植機において、制御部は、フロート角偏差の絶対値が大きい場合には積分ゲインＫｉも大きく、フロート角偏差の絶対値が小さい場合には積分ゲインＫｉも小さくするように構成している。

このように積分ゲインＫｉをフロート角偏差の大きさに応じて変更することの効果は以下の通りである。即ち、偏差の積分値を利用した従来の制御（ＰＩ制御、ＰＩＤ制御など）においては、応答性を向上させるために積分ゲインＫｉを大きくすると振動的になり、振動的な応答を抑えるために積分ゲインＫｉを小さくすると応答性が悪化するという課題があった。即ち、従来の制御では、応答性と安定性を両立することができなかった。

この点、本実施形態のように、フロート角偏差の大きさに応じて積分ゲインＫｉの値を変更することで、安定性と応答性を両立することができる。即ち、フロート角偏差の絶対値が大きい場合には、積分ゲインＫｉを大きくすることにより、フロート角を目標値に素早く復帰させることができる。一方、フロート角偏差の絶対値が小さい場合には、積分ゲインＫｉを小さくすることにより、フロート角の目標値付近での振動的な応答を抑えることができる。

次に、本実施形態の田植機に１おける車速制御について説明する。

上記第１実施形態においては、ローリング角情報が所定値以上だった場合に車速を減速させることにより、植付トラブルを未然に防いでいた。これに代えて、第２実施形態では、フロート角、フロート角速度、及びフロート角加速度が所定値以上の場合に、車速を減速させるように制御している。

例えば、植付部３が左右で大きく傾いているときには、浮苗などの植付トラブルが発生し易いので、このような場合には車速を減速することが好ましい。

植付部３が大きく傾いていると、フロートセンサ３４が検出するフロート角が大きくなる場合がある。そこで本実施形態の田植機１において、制御部は、フロートセンサ３４が検出するフロート角が所定値以上だった場合（植付部３が大きく傾いている場合）には、車速を減速させる。これにより、浮苗などの植付トラブルを未然に防ぐことができる。

また、植付部３の上下速度が昇降シリンダ１４による昇降速度の限界を超えると、昇降制御が追いつかなくなるため、浮苗などの植付トラブルが発生し易くなる。従って、このような場合には車速を減速することが好ましい。

そこで本実施形態の田植機１において、制御部は、植付部３のフロート角速度（フロートセンサ３４が検出したフロート角の微分値）が所定値以上だった場合（植付部の上下速度が大きい場合）には、昇降制御が追従可能な速度まで車速を減速させる。これにより、浮苗などの植付トラブルを未然に防ぐことができる。

また、耕盤の凹凸が激しい場合、機体のローリングとピッチングの振幅及び周期が大きくなり、浮苗等の植付トラブルが発生する可能性が高い。従って、このような場合には車速を減速させることが好ましい。ところでこのように耕盤の凹凸が激しい場合には、フロート角速度の変動（フロートの角加速度）も大きくなる。

そこで本実施形態の田植機において、制御部は、フロート角加速度（フロートセンサ３４が検出したフロート角の二階微分値）が所定値以上だった場合には、昇降シリンダが追従可能な速度まで車速を減速させる。これにより、浮苗などの植付トラブルを未然に防ぐことができる。

以上のように、フロート角（フロートの揺動角）、フロート角速度、及びフロート角加速度（以上をまとめてフロート角情報と呼ぶ）が大きな値を示した場合には、車速を自動的に減速することで、植付トラブルを未然に防ぐことができる。なお、フロートセンサ３４の検出値に基づいて上記フロート角情報を取得することができるので、フロートセンサ３４はフロート角情報取得部であるということができる。

以上で説明したように、この第２実施形態の田植機１において、制御部は、フロート角の検出値（植付部３の高さの検出値）と、フロート角の目標値と、の偏差が大きい場合には、積分ゲインＫｉを大きくし、前記偏差が小さい場合には、積分ゲインＫｉを小さくして、前記昇降制御を行っている。

これにより、目標値付近への復帰を早くすることができ、なおかつ目標値付近での振動的な応答を抑えることができる。

また、この第２実施形態の田植機１は、以下のように構成されている。即ち、この田植機１は、植付部３に対して揺動自在かつ地面に接触可能に構成されたフロート１６と、フロート１６の揺動角、角速度、角加速度を検出するためのフロートセンサ３４と、を備える。制御部は、前記揺動角、角速度、又は角加速度が大きくなったときに車速を減速させる。

即ち、フロート１６の揺動角、角速度、角加速度、などが大きい場合は、浮苗などの植付トラブルが発生し易くなる。そこで、このような場合には、昇降制御が追従できる適切な車速まで減速することにより、植付トラブルを未然に防ぐことができる。

次に、上記第２実施形態の変形例について説明する。この変形例は、フロート角偏差に対して不感帯体処理を行う構成である。

不感帯処理は例えば以下のように行う。即ち、入力値であるフロート角偏差をｕ，不感帯処理後のフロート角偏差をｙ，不感帯幅を±ｚとする。この場合、不感帯処理後の偏差ｙは、以下のようにして求めることができる：
ｙ＝ｕ＋ｚ（ｕ＜−ｚ）
ｙ＝０ （−ｚ≦ｕ≦＋ｚ）
ｙ＝ｕ−ｚ（＋ｚ＜ｕ）
即ち、フロート角偏差ｕが不感帯内にあるときには、不感帯処理後のフロート角偏差ｙをゼロとする。前記不感帯は、フロート角偏差ｕがゼロになる領域を中心として設定されている。従って、フロート角偏差ｕがゼロに近づくと、上記不感帯処理により、不感帯処理後のフロート角偏差ｙがゼロになる。そして、このようにして求めた不感帯処理後のフロート角偏差ｙに基づいて、昇降制御の動作指令値を求める。この不感帯処理により、フロート角が目標値に近いとき（フロート角偏差がゼロに近いとき）の振動的な応答を抑えることができる。

そして、本変形例の田植機１においては、フロート角偏差に比例した制御のための第１不感帯と、フロート角偏差の積分値を用いた制御のための第２不感帯と、を別に設定しており、第１不感帯よりも第２不感帯幅の方が幅が広く設定されている。

具体的には、図７に示すように、比例項５０には、±ｚ１の幅を有する第１不感帯が設定されている。フロート角偏差ｕが第１不感帯にあるときには、比例項５０への入力はゼロとなる。従って、この場合は、比例項５０の影響（フロート角偏差に比例した制御の影響）が小さくなる。なお、本実施形態においては、微分項５２及び二階微分項５３に対しても、第１不感帯が設定されている。従って、フロート角偏差ｕが第１不感帯にあるときには、微分項５２及び二階微分項５３の影響も小さくなる。

一方、積分項５１には、±ｚ２の幅を有する第２不感帯が設定されている。フロート角偏差ｕが第２不感帯にあるときには、積分項５１への入力はゼロとなる。従って、この場合は、積分項５１の影響（フロート角偏差の積分値を用いた制御の影響）が小さくなる。

そして、ｚ２＞ｚ１となるように設定されている。不感帯をこのように設定することにより、フロート角偏差がゼロに近づくにつれて、積分項５１に入力される偏差の値（第２不感帯処理後の偏差の値）が、比例項５０等に入力される偏差の値（第１不感帯処理後の偏差の値）よりも小さくなる。即ち、フロート角偏差がゼロに近づくにつれ、積分項５１の影響力を小さくすることができる。

このように、フロート角偏差のゼロ付近（フロート角の目標値付近）における積分項５１の影響力を小さくできるので、積分ゲインＫｉを大きく設定したとしても、目標値近傍での振動的な応答が発生しにくくなる。そこで、目標値への復帰を早くするために、積分ゲインＫｉを大きく設定することができる。このように、本変形例の田植機１の構成によれば、積分ゲインＫｉを大きく設定して目標値付近への復帰を早くすることができ、かつ不感帯処理により目標値付近での振動的な応答を抑えることができる。

なお、本実施形態の田植機において、制御部は、フロート角偏差が積分項５１の不感帯（±ｚ２）の範囲に入ると、積分項５１の積分値をゼロにリセットするように構成されている。即ち、本実施形態の田植機１が備える昇降シリンダ１４のように、流量比例弁で圧油流量を指令する形式のアクチュエータ（速度を指令する形式のアクチュエータ）においては、積分値が蓄積すると、目標値から行き過ぎる（オーバーシュート）ことが発生し得る。そこで、上記のように積分値をリセットすることにより、昇降シリンダ１４がオーバーシュートすることを抑制できる。

以上で説明したように、この変形例の田植機１において、制御部は、植付部３の高さの検出値（具体的にはフロート角）と、植付部３の高さの目標値（フロート角の目標値）と、の偏差（フロート角偏差）に対して設定する不感帯に、比例項５０のための第１不感帯と、積分項５１のための第２不感帯と、を設定する。

これにより、目標値付近への復帰を早くすることができ、なおかつ目標値付近での振動的な応答を抑えることができる。

またこの変形例の田植機１において、記制御部は、前記偏差が第２不感帯にあるときには、積分値をゼロにリセットする。

これにより、昇降シリンダ１４のオーバーシュートを防止することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

本発明は、田植機に限らず、例えば上下昇降可能な耕耘機を備えたトラクタなど、上下昇降可能な作業機を備えた作業車両全般に適用することができる。

作業機（植付部３）の高さはフロート１６の揺動角によって検出するものとしたが、これに限らず、高さを検出することができる構成であれば良い。例えば、昇降リンク機構１２のリンクの角度を検出することにより、作業機の高さを検出することもできる。また、作業機と地面との距離を測定する非接触式のセンサを備える構成であっても良い。

作業機（植付部３）の加速度は、フロート角を二階微分して求めるものとして説明したが、これに限らない。例えば、植付部３の加速度を検出する加速度センサを設けておけば、当該加速度を直接的に検出することができる。これによれば、制御部において二階微分などの演算処理を行う負荷を低減できる。また、演算誤差やサンプリング周期などの影響を受けずに高精度に加速度を求めることができるため、制御性能を向上させることができる。

また例えば、フロート１６の揺動角の速度を検出する角速度センサを設けておき、その検出値を一階微分することにより、フロート角加速度を算出する構成であっても良い。これによれば、高い精度で加速度を検出して、精度の良い昇降制御を行うことができる。

第１実施形態において、従来のＰＩＤ制御の比例項、微分項、積分項に加えて、二階微分項を加えるとしたが、これに限らない。例えば、微分項、積分項は省略することもできる（即ち、図４の点線内は、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＤ制御などであっても良い）。

また、第２実施形態及びその変形例においても、微分項は省略することができる。

第２実施形態における不感帯処理は一例であって、上記の例に限らない。例えば、特許文献２に記載されているゲイン付き不感帯処理を採用することもできる。

上記実施形態において、制御部は、土壌反力検出装置が検出した土壌反力に基づいて土壌の硬さを取得するとして説明したが、これに限らず、土壌反力に基づいて土壌の状態を検出することができる。例えば、プローブが地面に突き刺さったときの土壌反力の変化から、土中夾雑物の有無を判定することができる。また例えば、プローブが地面から引き抜かれるときにロードセルが検出する反力により、土壌の粘着力を検出することができる。このように、土壌反力に基づいて検出される種々の情報に基づいて、二階微分ゲインＫｄ２を調整するように構成することができる。

１ 田植機（作業車両）
３ 植付部（作業機）
１６ フロート
３４ フロートセンサ

Claims (7)

1. 作業機と、
   前記作業機の上下加速度を取得する加速度取得部と、
   制御部と、
   土壌の状態を検出するための土壌状態検出部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記加速度取得部が取得した前記加速度に重み係数を乗じたものに基づいて、前記作業機の昇降制御を行い、
   前記制御部は、前記土壌状態検出部の検出値に基づいて、前記重み係数を変更することを特徴とする作業車両。
2. 請求項１に記載の作業車両であって、
   前記作業機は、苗を植え付ける植付爪を備え、
   前記土壌状態検出部は、前記植付爪の近傍に配置されていることを特徴とする作業車両。
3. 請求項１又は２に記載の作業車両であって、
   前記重み係数をオペレータが設定できることを特徴とする作業車両。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の作業車両であって、
   前記制御部は、前記作業機高さの検出値と、前記作業機高さの目標値と、の偏差が大きい場合には、前記昇降制御に用いる積分ゲインを大きくし、前記偏差が小さい場合には、前記積分ゲインを小さくして、前記昇降制御を行うことを特徴とする作業車両。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の作業車両であって、
   前記制御部は、前記作業機高さの検出値と、前記作業機高さの目標値と、の偏差に対して設定する不感帯に、前記偏差に比例した制御のための第１不感帯と、前記偏差の積分値を用いた制御のための第２不感帯と、を設定することを特徴とする作業車両。
6. 請求項１から５までの何れか一項に記載の作業車両であって、
   車体のローリング角、ローリング角の変化速度、及びローリング角の変化速度の変動、の少なくとも何れか１つを検出するためのローリング情報検出部を備え、
   前記制御部は、前記ローリング角、前記ローリング角の変化速度、又はローリング角の変化速度の変動が大きくなったときに車速を減速させることを特徴とする作業車両。
7. 請求項１から６までの何れか一項に記載の作業車両であって、
   前記作業機に対して揺動自在かつ地面に接触可能に構成されたフロートと、
   前記フロートの揺動角、角速度、角加速度の少なくとも何れか１つを検出するためのフロート角情報検出部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記揺動角、前記角速度、又は角加速度が大きくなったときに車速を減速させることを特徴とする作業車両。

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