JP5943852B2 - 作業車 - Google Patents

Description

本発明は、ローリング制御される対地作業装置を走行車体に連結させた作業車に関する。

左右一対のロアリンクとトップリンクとを介して対地作業装置を昇降及びローリング自在に連結したトラクタが、特許文献１から知られている。このトラクタには、設定ローリング姿勢に対して左右いずれかに傾いたときにＯＮとなるスイッチと、このスイッチからの信号に基づいてローリング用油圧シリンダの制御弁に駆動信号を与える制御回路とが備えられている。この制御回路は、トラクタの走行速度が速くなるほどパルス幅の長い駆動信号を出力するように構成されている。

また、特許文献２から、走行速度が低いときにはローリンク角の検出感度を小さくし、走行速度が速いときにはローリング角の検出感度を大きくするローリング制御装置を備えた対地作業機が知られている。

特許出願公開昭６０−６２９０６号公報 特許出願公開昭６１−２３４７０２号公報

上述した従来の作業車では、高速走行時における対地作業装置の傾きを迅速に調整することが可能で、高速走行時の走行安定性が得られる。また、作業時などの低速走行時においては、制御オーバーシュートが抑制される。しかしながら、低速の作業走行時においても、対地作業装置が地面に作用している作業の間にも、旋回時などにおいて一旦対地作業装置を上昇させて自由状態にし、その後地面に作用させるといったプロセスが頻繁に生じる。また、作業車の停止状態あるいは略停止状態においても対地作業装置を上昇させて自由状態にすることもある。対地作業装置が地面に作用している場合には、傾動抵抗があるため対地作業装置の傾動はゆったりしたものとなるが、対地作業装置が自由状態の場合にはその傾動は速いものとなる。
このような事態に対しては、走行速度だけをパラメータとするローリング制御では適切に対処できないため、対地作業装置の状態を考慮した、改善されたローリング制御技術が要望されている。

ローリング制御される対地作業装置を走行車体に連結させた作業車において、上述した要望に応えるべく、本発明による１つの作業車は、油圧アクチュエータを用いて前記対地作業装置を前記走行車体に対してローリングさせるデューティー制御式電磁油圧弁と、ローリング角を検出するローリング角検出器と、前記対地作業装置が作業状態であることまたは非作業状態であることを判別する状態判別信号を出力する作業状態検知部と、前記ローリング角と前記状態判別信号とに基づいて前記電磁油圧弁を駆動制御するローリング制御モジュールとを備えている。さらに、前記ローリング制御モジュールによる駆動制御は、その駆動制御開始時に実施される予備制御モードと前記予備制御モードを引き継いで実施される本制御モードとで行われる。前記本制御モードでは、目標ローリング角度と実ローリング角度との偏差に基づいてデューティー比が算定される。前記予備制御モードには、前記作業状態において実施される作業時予備制御モードと前記非作業状態において実施される非作業時予備制御モードとが含まれ、前記作業時予備制御モードにおいて算定されるデューティー比は、前記非作業時予備制御モードにおいて算定されるデューディー比よりも大きい。

この構成では、ローリング制御プロセスが、予備制御モードで行う前段制御と本制御モードで行う後段制御とに区分けされている。本制御モードは、従来通り、目標ローリング角度と実ローリング角度との偏差に基づいて算定されるデューティー比で電磁油圧弁が駆動される。これに対して、予備制御モードは、作業時予備制御モードと非作業時予備制御モードとに分けられ、対地作業装置が作業状態であるときと、対地作業装置が非作業状態であるときでは、それぞれの状態に適したデューティー比を用いることができる。これにより、非作業状態の対地作業装置が、ローリング制御の始動により突然しかも高速で動いてしまう問題や、作業状態の対地作業装置のローリング制御の応答性が悪いという問題に対処することができる。

本発明の好適な実施形態の１つとして、前記作業時予備制御モードでは５０％以上の高デューティー比が用いられ、前記非作業時予備制御モードでは５０％未満の低デューティー比が用いられることが提案される。この構成では、対地作業装置の作業時に実行される作業時予備制御モードでは、５０％以上の高デューティー比が用いられるので、油圧経路に素早く圧油が流れ、油圧経路における油圧が迅速に立ち上がり、油圧シリンダ等で構成される油圧アクチュエータへの油圧供給が迅速に行われる。その結果、例えば、対地作業装置の動きに対して抵抗が働いていても対地作業装置を迅速に目標ローリング角度に戻すことができる。対地作業装置の非作業時に実行される非作業時予備制御モードでは、５０％未満の低デューティー比が用いられるので、例えば対地作業装置が上昇状態でフリーとなっていても、急にしかも高速で対地作業装置が動くという不都合が解消される。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記作業時予備制御モードの前記高デューティー比は前記偏差とは無関係に予め設定されている。この構成では、油圧が迅速に立ち上がるように油圧経路に合わせて予め設定された高デューティー比が制御開始時に用いられるので、作業中に突発的に生じたローリング制御でも遅れなく動き出し、あとは通常の、偏差に基づくデューティー比を用いた本制御モードに移行する。

本制御モードにおいて偏差に基づいて算定されるデューティー比は、偏差が大きくなるほど大きくなるのが一般的である。従って、偏差が小さい場合には、非作業時予備制御モードにおいても本制御モードで用いられるような偏差とデューティー比の関係を利用することが可能であるが、偏差が大きい場合には、デューティー比が大きくなりすぎるので不都合となる。したがって、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記非作業時予備制御モードの前記低デューティー比は、前記本制御モードにおいて前記偏差に基づいて算定されるデューティー比より低いデューティー比が設定されるように構成されている。これにより、非作業時予備制御モードから本制御モードへの移行がスムーズとなり、結果的に対地作業装置の動きもスムーズになる。

本発明で提案されている予備制御モードは、油圧経路における油圧が落ちている際には、油圧制御開始時に迅速に油圧を回復させて、油圧制御の遅れを回避することである。したがって、油圧弁や油圧配管を含む油圧経路に油圧が立てば（圧油が行きわたれば）、通常の油圧制御に戻すことが好都合である。したがって、本発明による好適な実施形態の１つでは、前記予備制御モードが実施される時間は、圧油が前記電磁油圧弁の圧力室を充填するまでの時間とされており、それ以降の制御は本制御モードに引き継がれる。

非作業状態の対地作業装置は、フリー状態なので、作業状態に比べて動き抵抗が小さく、わずかな偏差に基づく制御にも敏感に反応することになる。このような敏感すぎる反応による対地作業装置の動きは不自然なものとなり、運転者に違和感を与える。このような敏感なローリング制御を抑制するため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記偏差に基づいて算定されるデューティー比を用いた駆動制御の不感帯は、前記作業状態時には前記非作業状態時より狭く設定される。

対地作業装置が作業中であるか非作業中であるかを判別するには、対地作業装置の種類によって様々な方法がある。対地作業装置のためのＯＮ・ＯＦＦ選択デバイスが備えられている場合には、そのデバイスのＯＮ・ＯＦＦ状態を検出することで作業状態を検知することができる。あるいは、対地作業装置が作業中であるか非作業中であるかを直接検知するセンサが設けられておれば、そのセンサからの信号から作業状態を検知することができる。作業車がトラクタであり、対地作業装置が耕耘装置である場合には、その構造的特徴から、以下の操作イベントを検知することで耕耘装置が作業中であるか非作業中であるかを判別することができる。その操作イベントとして、「車速がゼロである」、「変速位置が前進である」、「ロータリ耕耘装置を昇降するリフトアームが作業位置である」、「ロータリ耕耘装置への動力が伝達されている」、などが挙げられる。従って、対地作業装置がロータリ耕耘装置である場合の、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記作業状態検知部は、車速がゼロかどうか、変速位置が前進かどうか、前記ロータリ耕耘装置を昇降するリフトアームが作業位置かどうか、前記ロータリ耕耘装置への動力が伝達されているかどうか、のいずれかあるいはその組み合わせに基づいて前記作業状態または前記非作業状態を判別するように構成されている。特に、上記のような操作イベントを検出するセンサは、元来作業車に装備されているので、低コストで作業状態検知部を構築することができる。

さらに、本発明の別な実施形態では、前記作業時予備制御モードでは、前記本制御モードで算定されるデューティー比が用いられ、前記非作業時予備制御モードでは、前記本制御モードで算定されるデューティー比が予め設定された初期制限値より高い場合、当該デューティー比より低い初期制限値に置き換えられる。この構成では、対地作業装置が非作業状態であるときでは、目標ローリング角度と実ローリング角度との偏差の大きさにかかわらず、予め設定された初期制限値であるデューティー比が用いられる。したがって、非作業状態の対地作業装置が、ローリング制御の始動により突然しかも高速で動いてしまう問題は解消される。その際、前記初期制限値が、時間経過とともに大きくなるように設定されていると、ローリング制御の始動時はゆっくり動いても、徐々にその動きは速くなるので、ローリング制御の遅れは抑制される。

ローリング制御される対地作業装置を走行車体に連結させた作業車において、上述した要望に応えるべく、本発明による他の１つの作業車は、油圧アクチュエータを用いて前記対地作業装置を前記走行車体に対してローリングさせるデューティー制御式電磁油圧弁と、ローリング角を検出するローリング角検出器と、前記対地作業装置が作業状態であることまたは非作業状態であることを判別する状態判別信号を出力する作業状態検知部と、前記ローリング角と前記状態判別信号とに基づいて前記電磁油圧弁を駆動制御するローリング制御モジュールとを備え、前記ローリング制御モジュールによる駆動制御には、前記対地作業装置が作業状態及び非作業状態のいずれの場合でも実施される本制御モードと、前記対地作業装置が作業状態である場合及び非作業状態である場合のうち作業状態である場合にのみ前記本制御モードに先立って実施される作業時予備制御モードとが含まれており、前記本制御モードでは、目標ローリング角度と実ローリング角度との偏差に基づいてデューティー比が算定され、前記作業時予備制御モードでは、５０％以上の高デューティー比、好ましくは９０％以上の高デューティー比が用いられる。
この構成では、対地作業装置が作業状態である場合にのみ、偏差にかかわらず、ローリング制御開始時に５０％以上の高デューティー比、好ましくは９０％以上の高デューティー比が用いられ、油圧経路に素早く圧油が流れ、油圧経路における油圧が迅速に立ち上がり、油圧シリンダ等で構成される油圧アクチュエータへの油圧供給が迅速に行われる。ただし、上述した発明技術では採用されていた、非作業時におけるローリング制御開始時に行われていた作業時予備制御モードは省略されている。これは、対地作業装置の種別によっては、慣性モーメントが大きく、対地作業装置がフリーの状態で急にローリング制御が始動しても、それほど急激な動きにはならないからである。

本発明によるローリング制御の基本的な原理の１つを説明する模式図である。 本発明によるローリング制御の基本的な原理の他の１つを説明する模式図である。 本発明の具体的な実施形態の１つである、耕耘装置を装備したトラクタの側面図である。 トラクタの搭乗運転部を示す平面図である。 トラクタの後部及びロータリ耕耘装置を示す斜視図である。 ローリング制御モジュールに対する入出力を示すブロック図である。 ローリング制御モジュールに構築されるローリング制御部の機能ブロック図である。

本発明による作業車の具体的な実施形態を説明する前に、図１を用いて、本発明で採用されているローリング制御の基本的な原理の１つを説明する。図１では、ローリング機構が組み込まれた連結機構を介して、対地作業装置の一例であるロータリ耕耘装置１５を走行車体に連結させたトラクタが、本発明の作業車として取り扱われている。

このローリング機構は、油圧アクチュエータの動作によってロータリ耕耘装置１５をローリングさせる機能を有する。油圧アクチェータは、デューティー制御式電磁油圧弁（以下単に電磁油圧弁と称する）によって制御される油圧によって駆動される。車体に対するロータリ耕耘装置１５のローリング角を検出するローリング角検出器３２と、ロータリ耕耘装置１５が作業状態であること、または非作業状態であることを判別する状態判別信号を出力する作業状態検知部３１とが備えられている。前記ローリング角と前記状態判別信号とに基づいて、電磁油圧弁に与えるデューティー比駆動信号を算定するローリング制御モジュール５０もトラクタのＥＣＵの１つとして備えられている。

ここでは、作業状態検知部３１は、耕耘装置１５が作業状態であるか非作業状態であるかどうかを示す作業状態検知信号を生成する。その際、その判別のために、車速、変速位置、耕耘装置１５の昇降位置、耕耘装置１５への動力伝達状態などが用いられる。例えば、耕耘装置１５は作業状態においては下降しており、非作業状態では上昇していると判断できるので、耕耘装置１５の高さが所定高さ以上では非作業状態とみなし、所定高さ未満では作業状態とみなすることができる。このような判別条件を用いて、作業状態検知部３１は「作業」検知信号、または「非作業」検知信号を出力する。ローリング角検出器３２は、実ローリング角が出力される。この実ローリング角θrから、予め設定されている目標ローリング角を用いて偏差を求めることができる。

ローリング制御モジュール５０による駆動制御は、毎回の電磁油圧弁に対する駆動制御開始時に実施される予備制御モードと本制御モードとで行われる。予備制御モードは本制御モードに先行して実行されるものであり、その実行時間は油圧配管系に所定の油圧が立ち上がる程度である。本制御モードでは、目標ローリング角度と実ローリング角度との偏差に基づいてデューティー比が算定される。この偏差が、ローリング制御によって修正される。予備制御モードには、前記作業状態において実施される作業時予備制御モードと前記非作業状態において実施される非作業時予備制御モードとが含まれている。その際、作業時予備制御モードでは５０％以上の高デューティー比が用いられ、非作業時予備制御モードでは５０％未満の低デューティー比が用いられる。

図１で例示されたトラクタ耕耘作業におけるローリング制御を説明する。図１において「Ｐ１」で示された走行位置では、ロータリ耕耘装置１５が下降されており、耕耘作業が行われている。したがって、ローリング制御モジュール５０には、作業状態検知部３１から「作業」検知信号が入力されるとともに、ローリング角検出器３２からは実ローリング角：θrが入力される。実ローリング角：θrから、予め設定されている目標ローリング角：θtを用いて偏差：Δθが求められる。偏差：Δθがしきい値（不感帯）を超えている場合、ローリング制御が始動する。まず、作業状態検知部３１からの作業状態信号がチェックされ、それが「作業」検知信号であれば、本制御モードでのローリング制御に先立って作業時予備制御モードでのローリング制御が実行される。この例では、作業時予備制御モードは、９０％を超える大きなデューティー比（図１では９０％としているが、例えば１００％を用いてもよい）をもつ駆動信号が短時間だけ出力される。続いて、現状の偏差：Δθからデューティー比：Ｄrが導出される。このため、偏差：Δθを変数としてデューティー比：Ｄrを算出する関数：Ｆが予め作成されているが、この関数：Ｆは通常テーブル化（マップ化）されているので、偏差：Δθからすぐにデューティー比：Ｄrが読み出される。なお、一般には、関数：Ｆは、Ｄr＝１００％で一定となる１次または２次の単調増加関数が採用されるが、それ以外でもよい。以上のことから、「Ｐ１」位置では、最初のごくわずかな時間だけ、大きなデューティー比の駆動信号が電磁油圧弁に供給され、油圧ポンプからの圧油が電磁油圧弁の圧油室が急速に充填される。その後は、本制御モードに移行し、偏差：Δθに応じたデューティー比：Ｄrをもつ駆動信号が電磁油圧弁に供給され、偏差：Δθがしきい値内に入るまで、ローリング制御が続けられる。

次に、図１において「Ｐ２」で示された走行位置では、トラクタはロータリ耕耘装置１５が上昇させて、１８０°旋回が行われている。つまりこの時点では、耕耘作業が行われておらず、非作業状態である。しかしながら、旋回走行中に、ロータリ耕耘装置１５が横揺れする可能性は少なくない。ここでは、ローリング制御モジュール５０には、作業状態検知部３１から「非作業」検知信号が入力されるとともに、ローリング角検出器３２からは実ローリング角：θrが入力され、その偏差：Δθは、しきい値（不感帯）を超え、ローリング制御が始動する。したがって、本制御モードでのローリング制御に先立って非作業時予備制御モードでのローリング制御が実行される。この例では、非作業時予備制御モードは、２０％のデューティー比をもつ駆動信号が短時間だけ出力される。但し、しきい値にもよるが、偏差：Δθが小さい時には、偏差：Δθから関数：Ｆを用いて導出されるデューティー比：Ｄrが２０％デューティー比より小さい場合がある。そのような小さな偏差：Δθの場合には、非作業時予備制御モードで２０％デューティー比の駆動信号を供給するより、偏差：Δθから導出されるデューティー比：Ｄrを用いて、ゆっくりとローリング制御を行った方が好ましい。したがって、この例では、非作業時予備制御モードで実際に電磁油圧弁に供給される駆動信号は、非作業時予備制御モードで決定されるデューティー比：Ｄrと、関数：Ｆを用いて導出されるデューティー比：Ｄrとの小さい方のデューティー比：Ｄrをもつように設定されている。
なお、上記の説明では、作業時予備制御モード及び非作業時予備制御モードに用いられる駆動信号は、一定のデューティー比であったが、パルス毎に変化させてもよい。特に、非作業時予備制御モードに用いられる駆動信号のデューティー比はローリング制御の、初期制限値として用いられるものであるので、時間経過とともに大きくなるようなデューティー比をもつ駆動信号を採用するのが好ましい。

さらに、図２を用いて、本発明で採用されているローリング制御の基本的な原理の他の１つを説明する。ここでは、対地作業装置の一例であるロータリ耕耘装置１５が搭載されたトラクタが、本発明の作業車として取り扱われている。このローリング制御の基本的な原理と、図１で示された原理との違いは、本制御モードに先立って用いられる予備制御モードが、作業時に限定されることである。つまり、非作業時におけるローリング制御では、非作業時予備制御モードが省略され、本制御モードだけが実施される。図２から明らかなように、作業時にローリング制御が行われる場合には、まず作業時予備制御モードに基づくデューティー比駆動信号を用いて電磁油圧弁が操作される。これに対して、非作業時にローリング制御が行われる場合には、いきなり本制御モードが用いられ、偏差：Δθに応じで算定されるデューティー比：Ｄrを有するデューティー比駆動信号で電磁油圧弁が操作される。

次に、発明の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。この実施形態における作業車は、図３に示されているように、ローリング制御される対地作業装置としてロータリ耕耘装置１５を装着したトラクタである。ロータリ耕耘装置１５はローリング制御可能な昇降機構４を介してトラクタの走行車体１（以下単に車体と称する）に連結されている。

図３に示すように、左右一対の前輪１ａ、左右一対の後輪１ｂによって支持された車体１の前部にエンジン１１が搭載され、車体１の後部にトランスミッション３が配置されている。このトラクタは、四輪駆動型であり、トランスミッション３からの動力を前輪に伝達する前輪デフ装置１３と、後輪に伝達する後輪デフ装置１４が設けられている。

図４に示す操縦部２には、前輪１ａを操向操作するステアリングハンドル２１、運転座席２２、左右の後輪１ｂを独立または共通に制動可能な、左右一対のブレーキペダル２３が配置されている。運転座席２２の右横側の前側に昇降レバー２４が配置されている。昇降レバー２４は任意の操作位置に保持可能であり、昇降レバー２４の操作位置は位置センサ２４ａによって検出される。

昇降機構４は、ロータリ耕耘装置１５を車体１に昇降制御可能かつローリング制御可能に連結する。図３及び図５に示すように、昇降機構４は、トップリンク４１、左右一対のロアリンク４２、左右一対のリフトアーム４３、リフトシリンダ４４、ローリングシリンダ４６、連係ロッド４５を備えている。トップリンク４１及びロアリンク４２の一端は、車体１に、この実施形態ではトランスミッション３のハウジング３ａの後部にブラケットを介して上下揺動自在に連結されている。トップリンク４１及びロアリンク４２の他端端は、ロータリ耕耘装置１５に連結されている。リフトアーム４３は、ハウジング３ａの上部に上下揺動自在に連結されている。リフトシリンダ４４は各リフトアーム４３を上下に揺動駆動する単動型シリンダである。ローリングシリンダ４６は、一端を右のリフトアーム４３に、他端を右のロアリンク４２に連結している複動型のシリンダである。連係ロッド４５は、左のリフトアーム４３と左のロアリンク４２との間を連結している。トラクタ機体に対するリフトアーム４３の上下角度は角度センサ４３ａによって検出される。ローリングシリンダ４６の伸縮長さは、ストロークセンサ３５によって検出される。

この実施の形態では、車体１に対するロータリ耕耘装置１５のローリング角を検出するためにストロークセンサ３５が用いられている。地面に対するロータリ耕耘装置１５のローリング角は、車体側に設けられている傾斜センサ３２ａによって検出される検出値とストロークセンサ３５による検出値とから算出される。したがって、地面に対するロータリ耕耘装置１５のローリング角を制御値とするローリング制御の場合には、傾斜センサ３２ａと角度センサ４３ａとがローリング角検出器３２として機能する。

ロータリ耕耘装置１５には、後部カバー１５ａが上下に揺動自在に取り付けられている。後部カバー１５ａはバネ１５ｂにより下方に付勢されており、この後部カバー１５ａの揺動角がロータリ耕耘装置１５の耕耘深さに対応する。この揺動角は、角度センサ１５ｃによって検出される。

以上の構造により、左右のリフトシリンダ４４を伸縮作動させると、左右のリフトアーム４３が揺動し、その結果ロータリ耕耘装置１５が昇降する。また、油圧式のローリングシリンダ４６を伸縮作動させると、左のロアリンク４２を支点としたロータリ耕耘装置１５のローリング調整がおこなわれる。つまり、この実施形態では、ローリングシリンダ４６がロータリ耕耘装置１５を車体１に対してローリングさせる油圧アクチュエータとして機能する。

このロータリ耕耘装置１５に対する耕耘制御は、図６に模式的に示された制御ユニット５によって行われる。この制御ユニット５は、ＥＣＵとも呼ばれるコンピュータユニットであり、プログラムの起動により種々の機能を実現することができる。その機能の一例は、ポジション制御機能、昇降制御機能、ドラフト制御機能、ローリング制御機能などであるが、ここでは本発明に関係するローリング制御機能だけを説明する。このローリング制御機能は、制御ユニット５内に実質的にはプログラムで構築されているローリング制御モジュール５０によって実現する。

制御ユニット５の入力ポートには、上述した、昇降レバー用位置センサ２４ａ、後部カバー用角度センサ１５ｃ、リフトアーム用角度センサ４３ａ、傾斜センサ３２ａ、ストロークセンサ３５、さらにこれ以外のセンサ群として、ローリング角調節ダイヤル６１、回転数センサ３３、牽引負荷センサ３４、なども接続されている。ローリング角調節ダイヤル６１はロータリ耕耘装置１５の目標ローリング角を設定するための操作デバイスである。回転数センサ３３はエンジン１１の回転数を検出する。牽引負荷センサ３４は左右のロアリンク４２の基部に掛かる牽引負荷を検出する。上述したように、傾斜センサ３２ａとストロークセンサ３５は、ローリング角検出器３２として機能する。

また、制御ユニット５から、昇降機構４の油圧回路を構成する弁などに対する駆動信号が介して出力されるが、図６では、リフトシリンダ４４のためのリフト制御弁４４ａとローリングシリンダ４６のための電磁油圧弁４６ａとに対する駆動信号線だけが図示されている。

この実施の形態では、ロータリ耕耘装置１５が作業状態であることまたは非作業状態であることを判別する作業状態検知部３１も制御ユニット５内に実質的にはプログラムで構築されている。作業状態検知部３１は、昇降機構４によるロータリ耕耘装置１５の高さに対応する、リフトアーム４３の上下角度を検出する角度センサ４３ａからの信号を利用している。つまり、作業状態検知部３１は、ロータリ耕耘装置１５が地面から持ち上げられている場合には、「作業状態」と判定し、そうでない場合には、「非作業状態」と判定する。

ローリング制御モジュール５０によって実行されるローリング制御において、基準面（地面または車体基準面）に対するロータリ耕耘装置１５のローリング角がローリング角調節ダイヤル６１の設定値に維持されるように、電磁油圧弁４６ａによりローリングシリンダ４６が動作される。その際、このローリング制御では、実質的には、図１を用いて説明されたローリング制御の基本原理が採用されている。

図７に示すように、ローリング制御モジュール５０には、ローリング角偏差算出部５１と、不感帯設定部５２と、予備制御用デューティー比マップ５３と、本制御用デューティー比マップ５４と、ローリング制御管理部５５と、駆動信号生成部５６とが備えられている。ローリング角偏差算出部５１は、傾斜センサ３２ａとストロークセンサ３５とからなるローリング角検出器３２から得られる地面に対するロータリ耕耘装置１５のローリング角(図７ではθrで示されている)と、ローリング角調整ダイヤル６１によって設定される目標ローリング角（(図７ではθtで示されている)とから偏差(図７ではΔθで示されている)を算出する。不感帯設定部５２には、ローリング角偏差算出部５１で算出された偏差がローリング制御を実行するべき大きさであるかどうかを決定するためのしきい値が設定されている。このしきい値は、操作デバイスによって人為的に設定可能であるが、装備される対地作業装置の種類やその作業状態によって自動選択される。この実施形態では、ロータリ耕耘装置１５が「作業状態」または「非作業状態」によって異なるしきい値が設定されている。具体的には、作業状態検知部３１で「作業状態」が検知されている時に用いられる作業状態時しきい値は、「非作業状態」が検知されている時に用いられる非作業状態時しきい値より小さい値が設定されている。

予備制御用デューティー比マップ５３は、予備制御モードにおいて用いられるデューティー比を導出する制御マップである。この実施形態ではローリング角の偏差にかかわらず導出されるデューティー比は一定値であり、ロータリ耕耘装置１５の「作業状態」が検知されている時のデューティー比は１００％であり、「非作業状態」が検知されている時のデューティー比は２０％である。つまり、作業時予備制御モードで用いられるデューティー比は、非作業時予備制御モードで用いられるデューティー比よりはるかに大きく設定されている。

本制御用デューティー比マップ５４は、従来から一般的に用いられているローリング制御マップであり、ローリング角の偏差の値に応じてデューティー比が設定されている。その関係は、偏差が大きくなるほどデューティー比が大きくなる単調増加関係であるが、もちろんデューティー比の最大値が１００％で制限されている。

ローリング制御管理部５５は、ローリング角偏差算出部５１で算出された偏差が不感帯設定部５２で設定されているしきい値を超えた場合、ローリング制御を実行し、実ローリング角を目標ローリング角に近づける。その際、ローリング制御の開始時、具体的には８０から１００ミリ秒の間は、予備制御モードでローリング制御を行い、その後は本制御モードでローリング制御を行う。さらに、予備制御モードには、作業状態検知部３１で「作業状態」が検知されている時に採用される作業時予備制御モードと、「非作業状態」が検知されている時に採用される非作業時予備制御モードとがある。作業時予備制御モードでは、予備制御用デューティー比マップ５３から作業時予備制御のためのデューティー比が読み出される。ここでは、ローリング角偏差算出部５１で算出された偏差と関係なく、読み出されるデューティー比は１００％である。この１００％デューティー比が、駆動信号生成部５６に与えられる。

これに対して、非作業時予備制御モードでは、初期制限値として、例えば５％から４０％まで時間経過とともに増加するデューティー比が読み出されるが、最初の初期制限値である５％デューティー比がそのまま駆動信号生成部５６に与えられるわけではない。この５％デューティー比は、ローリング角偏差算出部５１で算出された偏差に応じて本制御用デューティー比マップ５４から導出されるデューティー比と比較され、その小さい方が採用される。例えば、その時の偏差から導出されるデューティー比が３０％なら、５％デューティー比が採用され、駆動信号生成部５６に与えられる。時間が経過した時の偏差から導出されるデューティー比が１５％なら、初期制限値としてのデューティー比が１０％なら、なお１０％デューティー比が採用され、駆動信号生成部５６に与えられる。さらに、時間が経過して、偏差から導出されるデューティー比が３０％で、初期制限値としてのデューティー比が４０％なら、３０％デューティー比が採用される。初期制限値は時間経過とともに大きくなるように設定されているので、所定時間が経過すれば、本制御モードと同様に、偏差から導出されるデューティー比が採用される。なお、予備制御用デューティー比マップ５３及び本制御用デューティー比マップ５４から導出されるデューティー比が不変である場合には、両者から導出されるデューティー比を比較するのではなく、予め比較して求められたデューティー比をマップ化しておいてもよい。

予備制御モード後に実行される本制御モードでは、ローリング角偏差算出部５１で算出された偏差に応じて本制御用デューティー比マップ５４から導出されるデューティー比がそのまま採用され、駆動信号生成部５６に与えられる。駆動信号生成部５６は、ローリング制御管理部５４から転送されたデューティー比を用いて電磁油圧弁４６ａを動作させる駆動信号を生成する。電磁油圧弁４６ａは、駆動信号生成部５６からの駆動信号に基づいてスプールをデューティー比に基づく比例制御することで、ローリングシリンダ４６を操作し、実ローリング角を目標ローリング角に近づける。

上述したような、ローリング制御時に本制御モードに先立って実行される予備制御モードにより、走行作業中などでロータリ耕耘装置１５が作業状態であれば、瞬間的に電磁油圧弁４６ａに１００％に近いデューティー比の駆動信号が与えられる。これにより、ローリング制御の応答性や制御速度が改善される。逆に、トラクタの停止中や旋回走行中である非作業状態では、始動段階でのそのような大きなデューティー比の駆動信号は、急激にロータリ耕耘装置１５を動かし、大きなショックやハンチングをもたらす。これを防ぐため、非作業状態では、０％に近い、小さなデューティー比の駆動信号が電磁油圧弁４６ａに与えられる。

ただし、作業状態であっても、前回のローリング制御との時間間隔が短い場合、油圧配管や電磁油圧弁４６ａなどに圧油が満たされているので、必ずしも始動段階で大きなデューティー比の駆動信号を電磁油圧弁４６ａに与える必要がない。このため、前回のローリング制御との時間間隔に応じて、作業時予備制御モードを省略するか、または作業時予備制御モードにおけるデューティー比を低減するように構成してもよい。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、ローリング制御開始時の流量は、前もって設定されたデューティー比を用いた予備制御モードで調整されたが、これに代えて、ローリング制御開始時の所定期間だけ、本制御モードで用いられるデューティー比に調整係数を乗じた調整デューティー比を用いるような形態を採用してもよい。そのような調整係数として、作業時では１を超える係数を用いて開始時だけは大きな流量が流れるようにし、非作業時では１未満の係数を用いて開始時だけは小さな流量が流れるようにすることができる。
（２）図３から図７を用いた、上述の具体的な実施形態では、非作業時には非作業時予備制御モードが採用されていたが、図２を用いて説明したような、非作業時には非作業時予備制御モードを用いずにすぐに本制御モードによるローリング制御を実施するような構成を採用してもよい。
（３）上述した実施形態では、作業状態検知部３１は、リフトアーム４３の上下角度を検出する角度センサ４３ａからの信号を用いて、ロータリ耕耘装置１５が上昇している時は「作業状態」、ロータリ耕耘装置１５が下降している時は「非作業状態」と判定するように構成されていた。つまり判別イベントとしてロータリ耕耘装置１５の昇降位置が利用されていた。これに代えて、作業状態検知部３１が、
（ａ）車速がゼロ以外の場合「作業状態」、車速がゼロの場合「非作業状態」、
（ｂ）変速装置の変速位置が前進位置の場合「作業状態」、後進位置の場合「非作業状態」、
（ｃ）ロータリ耕耘装置１５へ回転動力を伝達するＰＴＯ軸に設けられたＰＴＯクラッチが入り位置の場合「作業状態」、切り位置の場合「非作業状態」、
となるように、構成されてもよい。さらには、上述した判別イベントの組み合わせによって、「作業状態」「非作業状態」を検知するように構成してもよい。
（４）上述した実施形態では、作業状態検知部３１が制御ユニット５内に構築されていたが、制御ユニット５から外して、スイッチやセンサなどからの信号を入力として作業状態を示す信号を出力する独立したモジュールとして構成してもよい。また、角度センサ４３ａなどの上述したイベントを検出するスイッチやセンサを作業状態検知部３１として構成してもよい。
（５）上述した実施形態では、地面に対するローリング角を検出するローリング角検出器３２を傾斜センサ３２ａとストロークセンサ３５とで構成し、ローリング角検出器３２からローリング制御モジュール５０にローリング角が入力された。これに代えて、ローリング角検出器３２を制御ユニット５内に構築して、傾斜センサ３２ａとストロークセンサ３５から検出信号を入力されるようにしてもよい。また、傾斜センサ３２ａをローリング角検出器３２としてもよい。
（６）図７に示すように、ローリング制御モジュール５０に構築された各機能部は、主に説明目的で区分けされているので、これらの機能部の統合化あるいは分散化は本発明の範囲内で可能である。

本発明のローリング制御は、トラクタに対地作業装置としてのロータリ耕耘装置を連結させた形態だけでなく、対地作業装置としてプラウや雪掻き装置やドーザを連結した形態に対して適用できるのはもちろん、トラクタ以外の、例えば田植機やコンバインなどの作業車にも適用可能である。

１：車体（走行車体）
１ａ：前輪
１ｂ：後輪
２：運転部
１５：ロータリ耕耘装置（対地作業装置）
３１：作業状態検知部
３２：ローリング角検出器
３２ａ：傾斜センサ
３３：回転数センサ
３４：牽引負荷センサ
３５：ストロークセンサ
４：昇降機構
４１：トップリンク
４２：ロアリンク
４３：リフトアーム
４３ａ：角度センサ
４４：リフトシリンダ
４４ａ：リフト制御弁
４５：連係ロッド
４６：ローリングシリンダ（アクチュエータ）
４６ａ：電磁油圧弁
５：制御ユニット（ＥＣＵ）
５０：ローリング制御モジュール

Claims (11)

1. ローリング制御される対地作業装置を走行車体に連結させた作業車であって、
   油圧アクチュエータを用いて前記対地作業装置を前記走行車体に対してローリングさせるデューティー制御式電磁油圧弁と、
   ローリング角を検出するローリング角検出器と、
   前記対地作業装置が作業状態であることまたは非作業状態であることを判別する状態判別信号を出力する作業状態検知部と、
   前記ローリング角と前記状態判別信号とに基づいて前記電磁油圧弁を駆動制御するローリング制御モジュールとを備え、
   前記ローリング制御モジュールによる駆動制御は、その駆動制御開始時に実施される予備制御モードと前記予備制御モードを引き継いで実施される本制御モードとで行われ、
   前記本制御モードでは、目標ローリング角度と実ローリング角度との偏差に基づいてデューティー比が算定され、
   前記予備制御モードには、前記作業状態において実施される作業時予備制御モードと前記非作業状態において実施される非作業時予備制御モードとが含まれ、
   前記作業時予備制御モードにおいて算定されるデューティー比は、前記非作業時予備制御モードにおいて算定されるデューディー比よりも大きい作業車。
2. 前記作業時予備制御モードでは５０％以上の高デューティー比が用いられ、前記非作業時予備制御モードでは５０％未満の低デューティー比が用いられる請求項１に記載の作業車。
3. 前記作業時予備制御モードの前記高デューティー比は前記偏差とは無関係に予め設定されている請求項２に記載の作業車。
4. 前記非作業時予備制御モードの前記低デューティー比は、前記本制御モードにおいて前記偏差に基づいて算定されるデューティー比より低いデューティー比が設定されている請求項２または３に記載の作業車。
5. 前記予備制御モードが実施される時間は、圧油が前記電磁油圧弁の圧力室を充填するまでの時間である請求項２から４のいずれか一項に記載の作業車。
6. 前記作業時予備制御モードでは、前記本制御モードで算定されるデューティー比が用いられ、
   前記非作業時予備制御モードでは、前記本制御モードで算定されるデューティー比が予め設定された初期制限値より高い場合、当該デューティー比より低いデューティー比に置き換えられる請求項１に記載の作業車。
7. 前記初期制限値は、時間経過とともに大きくなる請求項６に記載の作業車。
8. 前記偏差に基づいて算定されるデューティー比を用いた駆動制御の不感帯は、前記作業状態時には前記非作業状態時より狭く設定される請求項１から７のいずれか一項に記載の作業車。
9. 前記対地作業装置がロータリ耕耘装置であり、前記作業状態検知部は、車速がゼロかどうか、変速位置が前進かどうか、前記ロータリ耕耘装置を昇降するリフトアームが作業位置かどうか、前記ロータリ耕耘装置への動力が伝達されているかどうか、のいずれかあるいはその組み合わせに基づいて前記作業状態または前記非作業状態を判別する請求項１から８のいずれか一項に記載の作業車。
10. ローリング制御される対地作業装置を走行車体に連結させた作業車であって、
    油圧アクチュエータを用いて前記対地作業装置を前記走行車体に対してローリングさせるデューティー制御式電磁油圧弁と、
    ローリング角を検出するローリング角検出器と、
    前記対地作業装置が作業状態であることまたは非作業状態であることを判別する状態判別信号を出力する作業状態検知部と、
    前記ローリング角と前記状態判別信号とに基づいて前記電磁油圧弁を駆動制御するローリング制御モジュールとを備え、
    前記ローリング制御モジュールによる駆動制御には、前記対地作業装置が作業状態及び非作業状態のいずれの場合でも実施される本制御モードと、前記対地作業装置が作業状態である場合及び非作業状態である場合のうち作業状態である場合にのみ前記本制御モードに先立って実施される作業時予備制御モードとが含まれており、
    前記本制御モードでは、目標ローリング角度と実ローリング角度との偏差に基づいてデューティー比が算定され、
    前記作業時予備制御モードでは、５０％以上の高デューティー比が用いられる作業車。
11. 前記作業時予備制御モードでは、９０％以上の高デューティー比が用いられる請求項１０に記載の作業車。

Images