JP5986850B2

JP5986850B2 - 作業車両の昇降制御装置

Info

Publication number: JP5986850B2
Application number: JP2012191737A
Authority: JP
Inventors: 武二田中
Original assignee: Mitsubishi Mahindra Agricultural Machinery Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Mahindra Agricultural Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: JP2014045716A

Description

本発明は、トラクタなどの作業車両の昇降制御装置に関する。

機体に連結される作業機を、指令された位置に昇降させる作業車両の昇降制御装置が知られている。例えば、トラクタは、ポジションレバーの操作に応じて作業機を昇降させるポジション制御、上げ高さボリュームの設定位置で作業機の上昇を規制する上げ規制制御、クイックアップスイッチの操作に応じて作業機を上げ規制位置または対地作業位置まで昇降させるクイックアップ制御、機体の旋回操作に応じて作業機を上げ規制位置まで上昇させる旋回アップ制御、機体の後進操作に応じて作業機を上げ規制位置まで上昇させるバックアップ制御、深さ制御開始時に作業機の下降速度を遅くするダッシング防止制御などを行なう昇降制御装置を備えている（例えば、特許文献１〜４参照）。

実開昭６３−９５４０５号公報特開昭６３−１４８９０８号公報特開平８−１０３１０４号公報特開２００２−２２３６０５号公報

しかしながら、従来の昇降制御装置は、作業機の指令位置と現在位置との差分（偏差）に応じて制御出力（昇降速度）を変化させて速やかに制御動作を完結させる比例制御を行なっているため、指令位置が急激に変化して差分が大きくなる場合には、昇降動作開始時の制御出力が増大して機体に衝撃（ショック）が発生し、その衝撃が作業者に伝わって不快感を与えるという問題があった。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、機体に昇降可能に連結される作業機と、ポジションレバーの操作位置を検出するポジションセンサのセンサ値を指定された位置とし、該指令された位置に作業機を昇降させる昇降制御装置とを備える作業車両において、前記昇降制御装置は、作業機の昇降指令が発せられると、前記指令された位置に時系列的に近づく制御目標位置を生成する制御目標位置生成手段と、生成された制御目標位置と作業機の現在位置との差分にもとづいて作業機の昇降速度を設定する昇降速度設定手段と、設定された昇降速度による作業機の上昇出力、下降出力または出力停止を行なう昇降出力手段とを備え、前記制御目標位置生成手段は、時系列的に所定の値ずつ加算または減算されて最終的に指令位置となる制御目標位置を生成するものであり、前記加算または減算される値は、指令された位置と作業機の現在位置と制御目標位置との関係にもとづいて大小に変更されることを特徴とする作業車両の昇降制御装置である。

請求項１の発明によれば、指令された位置と作業機の現在位置との差分にもとづいて作業機の昇降速度を設定することなく、指令された位置に時系列的に近づく制御目標位置を生成し、この制御目標位置と作業機の現在位置との差分にもとづいて作業機の昇降速度を設定するので、指令位置が急激に変化して作業機の現在位置との差分が大きくなる状況でも、昇降動作開始時の昇降速度を抑制して衝撃の発生を防止することができる。
しかも制御目標位置は、時系列的に所定の値ずつ加算または減算されて最終的に指令位置となるように生成されるので、昇降動作中の全般に亘って衝撃の発生を防止することができる。
そのうえ、昇降制御中に指令位置が変化し、制御目標位置と作業機の現在位置とにもとづく作業機の動作方向と、制御指令と制御目標位置とにもとづく作業機の動作方向が一致しない状況が発生しても、制御目標値に加算または減算される値を大きくすることにより、制御目標位置を指令位置に高速で追従させて制御遅れを防止できるだけでなく、動作方向が一致しない状況を速やかに解消して作業者に違和感を与えることも防止できる。

トラクタの側面図である。トラクタの油圧構成を示す油圧回路図である。トラクタの制御構成を示すブロック図である。昇降制御の作用を示すタイムチャート図である。作業機の指令位置と制御目標位置と現在位置との関係を示す説明図である。ポジション制御のメイン処理を示すフローチャートである。タイマ割込みを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１はトラクタ（作業車両）の走行機体であって、該走行機体１の後部には、昇降リンク機構２を介してロータリなどの作業機３が連結されている。昇降リンク機構２は、機体後部に設けられるリフトアーム（図示せず）で吊持されており、リフトシリンダ４の油圧伸縮作動に応じたリフトアームの上下回動により、作業機３が昇降するようになっている。

図２に示すように、走行機体１には、リフトシリンダ４の他にも、前輪１ａを操舵するパワーステアリングシリンダ５、機体旋回時に旋回内側の後輪１ｂを制動するオートブレーキ装置６、機体旋回時に前輪１ａを倍速で駆動させる倍速装置７、作業機３を左右傾斜させるリフトロッドシリンダ８などの油圧アクチュエータが設けられている。

走行機体１には、走行系の油圧アクチュエータ（パワーステアリングシリンダ５、オートブレーキ装置６および倍速装置７）に圧油を供給する走行系油圧ポンプＰ１と、作業系の油圧アクチュエータ（リフトシリンダ４およびリフトロッドシリンダ８）に圧油を供給する作業系油圧ポンプＰ２とが設けられており、走行系油圧ポンプＰ１の圧油は、それぞれパワーステアリングユニット９、オートブレーキバルブ１０、倍速バルブ１１を介して走行系の油圧アクチュエータに供給され、作業系油圧ポンプＰ２の圧油は、それぞれリフトシリンダ用の比例制御弁１３、１４、リフトロッドバルブ１２を介して作業系の油圧アクチュエータに供給される。

リフトシリンダ用の比例制御弁１３、１４は、上昇比例制御弁１３と下降比例制御弁１４とに分けられており、上昇比例制御弁１３の比例制御にもとづいて作業機３を任意の速度で上昇させたり、下降比例制御弁１４の比例制御にもとづいて作業機３を任意の速度で下降させることができるようになっている。

図３に示すように、走行機体１には、マイコンユニットを用いて構成される制御部１５（昇降制御装置）が設けられている。制御部１５の入力側には、ポジションレバー（作業機昇降操作レバー）の操作位置を検出するポジションセンサ１６、作業機３の上げ規制位置を設定する上げ高さボリューム１７、作業機３の最上げ操作および最下げ操作を行なうクイックアップスイッチ１８、リフトアームの昇降位置を検出するリフトアームセンサ１９、バックアップ制御を入り／切りするバックアップ切替スイッチ２０、旋回アップ制御を入り／切りする旋回アップ切替スイッチ２１、機体の後進または後進操作を検出するバックスイッチ２２、前輪１ａの切れ角を検出する前輪角検出スイッチ（右）２３、前輪角検出スイッチ（左）２４などが接続される一方、制御部１５の出力側には、警報音を出力するブザー２５、作業機上昇制御状態を報知するリフトアップランプ２６、バックアップ制御の入り／切り状態を報知するバックアップ切替ＬＥＤ２７、旋回アップ制御の入り／切り状態を報知する旋回アップ切替ＬＥＤ２８、比例制御弁１３、１４を比例動作させるリフトアーム比例制御バルブ（上昇）２９、リフトアーム比例制御バルブ（下降）３０などが接続されている。

すなわち、制御部１５は、ハードウェアとソフトウェアの協働により、ポジションレバーの操作に応じて作業機を昇降させるポジション制御、上げ高さボリューム１７の設定位置で作業機３の上昇を規制する上げ規制制御、クイックアップスイッチ１８の操作に応じて作業機３を上げ規制位置または対地作業位置まで昇降させるクイックアップ制御、機体の旋回操作に応じて作業機３を上げ規制位置まで上昇させる旋回アップ制御、機体の後進操作に応じて作業機３を上げ規制位置まで上昇させるバックアップ制御、深さ制御開始時に作業機３の下降速度を遅くするダッシング防止制御などの昇降制御を行なうように構成されている。

従来では、作業機３を昇降制御するにあたり、作業機３の指令位置（例えば、ポジションセンサ値）と現在位置（例えば、リフトアームセンサ値）との差分に応じて昇降速度を変化（差分が大きいほど高速）させて速やかに制御動作を完結させる比例制御を行なっている。そのため、指令位置が急激に変化して差分が大きくなる場合には、昇降動作開始時の制御出力が増大して機体に衝撃（ショック）が発生し、その衝撃が作業者に伝わって不快感を与えるという問題があった。

そこで、本発明の実施形態に係る制御部１５は、ハードウェアとソフトウェアの協働により実現される機能的な構成として、制御目標位置生成手段（本実施形態では図７のタイマ割込みがこれに該当する）、昇降速度設定手段および昇降出力手段（本実施形態では図６のメイン処理がこれらに該当する）を備える。制御目標位置生成手段は、作業機３の昇降指令が発せられると、指令された位置に時系列的に近づく制御目標位置を生成し、昇降速度設定手段は、生成された制御目標位置と作業機３の現在位置との差分にもとづいて作業機３の昇降速度を設定し、昇降出力手段は、設定された昇降速度による作業機３の上昇出力、下降出力または出力停止を行なう。

例えば、図４に示すように、深さ制御による作業中にポジションレバーが上昇操作された場合、指令された位置（ポジションセンサ値：丸付き数字の「１」で示す）に時系列的に近づく制御目標位置（丸付き数字の「２」で示す）を生成し、生成された制御目標位置と作業機３の現在位置（リフトアームセンサ値：丸付き数字の「３」で示す）との差分にもとづいて作業機３の昇降速度を設定し、設定された昇降速度で作業機３を上昇させる。その後、図４では、ポジションレバーの２回の下降操作および上昇操作に応じた作業機３の昇降動作を示しているが、基本的な制御概念は同様であるから、詳細な説明は省略する。

このような昇降制御によれば、指令された位置と作業機３の現在位置との差分にもとづいて作業機３の昇降速度を設定することなく、指令された位置に時系列的に近づく制御目標位置を生成し、この制御目標位置と作業機３の現在位置との差分にもとづいて作業機３の昇降速度を設定するので、指令位置が急激に変化して作業機３の現在位置との差分が大きくなる状況でも、昇降動作開始時の昇降速度を抑制して衝撃の発生を防止することができる。

本実施形態の制御目標位置生成手段は、指令された位置に時系列的に近づく制御目標位置を生成するにあたり、時系列的に所定の値ずつ加算または減算されて最終的に指令位置となる制御目標位置を生成する。このようにすると、作業機３の制御目標位置と現在位置との差分が昇降動作中の全般に亘って円滑に変化するので、昇降動作中の全般に亘って衝撃の発生を防止することが可能になる。

ところで、本実施形態の昇降制御では、昇降制御中に指令位置が変化すると、図５に示す状態（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）、（ｉ）のように、制御目標位置と作業機３の現在位置とにもとづく作業機３の動作方向と、指令位置と制御目標位置とにもとづく作業機３の動作方向が一致しない状況が発生する可能性がある。このような状況では、制御遅れが発生するおそれがあるだけでなく、作業者に違和感を与える可能性がある。

そこで、本実施形態では、制御目標位置生成手段が制御目標位置に加算または減算する値を、指令された位置と作業機３の現在位置と制御目標位置との関係にもとづいて大小に変更するようにしている。このようにすると、図５に示す状態（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）、（ｉ）のような状況では、制御目標値に加算または減算される値を大きくすることにより、制御目標位置を指令位置に高速で追従させて制御遅れを防止できるだけでなく、動作方向が一致しない状況を速やかに解消して作業者に違和感を与えることも防止できる。

つぎに、本発明の実施形態に係る昇降制御の具体的な処理手順について、図６および図７を参照して説明する。なお、図６および図７においては、作業機３の指令位置を「作業機位置設定」、制御目標位置を「リフトアーム目標値」、現在位置を「リフトアームセンサ値」として説明する。また、図６および図７は、ポジション制御について示している、ポジション制御以外の昇降制御でも本発明が適用可能であることは勿論である。

図６に示すように、メイン処理では、まず、後述するタイマ割込みで生成したリフトアーム目標値（割込み）を取得し、これをメイン処理の変数であるリフトアーム目標値（メイン）にセットする（Ｓ１１）。つづいて、リフトアーム目標値（メイン）とリフトアームセンサ値との差分を演算し、これをメイン処理の変数であるメイン目標差分にセットする（Ｓ１２）。つぎに、メイン目標差分が「０」よりも大きいか否かを判断するとともに（Ｓ１３）、メイン目標差分が不感帯外（＞不感値）でありか否かを判断する（Ｓ１４、Ｓ１５）。そして、メイン目標差分が「０」よりも大きく、かつ、不感帯外であると判断した場合は、メイン目標差分に応じて上昇速度の上昇出力を行ない（Ｓ１６）、メイン目標差分が「０」以下で、かつ、不感帯外であると判断した場合は、メイン目標差分に応じて下降速度の下降出力を行ない（Ｓ１７）、メイン目標差分が不感帯内であると判断した場合は、昇降動作を停止すべく出力停止を行なう（Ｓ１８）。

図７に示すように、タイマ割込みでは、まず、ポジションセンサ値をリフトアーム位置に変換し、作業機位置設定にセットする（Ｓ２１）。つぎに、初回（電源投入直後）であるか否かを判断し（Ｓ２２）、この判断結果がＹＥＳの場合は、作業機位置設定の値をリフトアーム目標値（割込み）にセットして暫定的なスタート位置設定を行なうとともに（Ｓ２３）、処理速度設定を行なう（Ｓ２４）。この処理速度設定では、ポジションレバー最上げ位置とポジションレバー最下げ位置との差分にもとづいてポジション範囲を特定するとともに、ポジション範囲を低速到達時間（低速制御時のフルストローク昇降動作時間）および割込み間隔時間で割って低速加減データを求め、また、ポジション範囲を高速到達時間（高速制御時のフルストローク昇降動作時間）および割込み間隔時間で割って高速加減データを求める。

つぎに、リフトアーム目標値の追従処理を行なう。この処理では、まず、作業機位置設定とリフトアーム目標値（割込み）の差分を求め、これを目標差分にセットする（Ｓ２５）。つぎに、目標差分が不一致（「０」以外）であるか否かを判断し（Ｓ２６）、この判断結果がＮＯである場合は上位ルーチンに復帰し、ＹＥＳである場合は目標差分が「０」よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２７）。

ステップＳ２７の判断結果がＹＥＳの場合は、リフトアーム目標値から作業機位置設定への方向と、リフトアームセンサ位置からリフトアーム目標値への方向が一致しているか否かを判断する（Ｓ２８）。具体的には、作業機位置設定よりもリフトアームセンサ位置が大きい場合や、リフトアームセンサ位置が次回のリフトアーム目標値（リフトアーム目標値＋高速加減データ）以上である場合がこれに該当し、ＹＥＳと判断される。この判断結果がＹＥＳの場合は、加減データに高速加減データをセットし（Ｓ２９）、ＮＯの場合は、加減データに低速加減データをセットする（Ｓ３０）。その後、目標差分が加減データ以下であるか否かを判断し（Ｓ３１）、この判断結果がＹＥＳの場合は、作業機位置設定の値をリフトアーム目標値（割込み）にセットし（Ｓ３２）、ＮＯの場合は、リフトアーム目標値（割込み）に加減データを加算する（Ｓ３３）。

一方、ステップＳ２７の判断結果がＮＯの場合も、リフトアーム目標値から作業機位置設定への方向と、リフトアームセンサ位置からリフトアーム目標値への方向が一致しているか否かを判断する（Ｓ３４）。具体的には、作業機位置設定よりもリフトアームセンサ位置が小さい場合や、リフトアームセンサ位置が次回のリフトアーム目標値（リフトアーム目標値−高速加減データ）以下である場合がこれに該当し、ＹＥＳと判断される。この判断結果がＹＥＳの場合は、加減データに高速加減データをセットし（Ｓ３５）、ＮＯの場合は、加減データに低速加減データをセットする（Ｓ３６）。その後、目標差分が−加減データ以上であるか否かを判断し（Ｓ３７）、この判断結果がＹＥＳの場合は、作業機位置設定の値をリフトアーム目標値（割込み）にセットし（Ｓ３８）、ＮＯの場合は、リフトアーム目標値（割込み）から加減データを減算する（Ｓ３９）。

叙述の如く構成された本実施形態によれば、機体に昇降可能に連結される作業機３と、指令された位置に作業機３を昇降させる制御部１５（昇降制御装置）とを備えるトラクタ（作業車両）において、制御部１５は、作業機３の昇降指令が発せられると、指令された位置に時系列的に近づく制御目標位置を生成する制御目標位置生成手段と、生成された制御目標位置と作業機３の現在位置との差分にもとづいて作業機３の昇降速度を設定する昇降速度設定手段と、設定された昇降速度による作業機３の上昇出力、下降出力または出力停止を行なう昇降出力手段とを備えるので、指令位置が急激に変化して作業機３の現在位置との差分が大きくなる状況でも、昇降動作開始時の昇降速度を抑制して衝撃の発生を防止することができる。

また、前記制御目標位置生成手段は、時系列的に所定の値ずつ加算または減算されて最終的に指令位置となる制御目標位置を生成するので、昇降動作中の全般に亘って衝撃の発生を防止することができる。

また、前記加算または減算される値は、指令された位置と作業機３の現在位置と制御目標位置との関係にもとづいて大小に変更されるので、昇降制御中に指令位置が変化し、制御目標位置と作業機３の現在位置とにもとづく作業機３の動作方向と、制御指令と制御目標位置とにもとづく作業機３の動作方向が一致しない状況が発生しても、制御目標値に加算または減算される値を大きくすることにより、制御目標位置を指令位置に高速で追従させて制御遅れを防止できるだけでなく、動作方向が一致しない状況を速やかに解消して作業者に違和感を与えることも防止できる。

１走行機体
３作業機
４リフトシリンダ
１３上昇比例制御弁
１４下降比例制御弁
１５制御部
１６ポジションセンサ
１９リフトアームセンサ

Claims

機体に昇降可能に連結される作業機と、ポジションレバーの操作位置を検出するポジションセンサのセンサ値を指定された位置とし、該指令された位置に作業機を昇降させる昇降制御装置とを備える作業車両において、
前記昇降制御装置は、
作業機の昇降指令が発せられると、前記指令された位置に時系列的に近づく制御目標位置を生成する制御目標位置生成手段と、
生成された制御目標位置と作業機の現在位置との差分にもとづいて作業機の昇降速度を設定する昇降速度設定手段と、
設定された昇降速度による作業機の上昇出力、下降出力または出力停止を行なう昇降出力手段とを備え、
前記制御目標位置生成手段は、時系列的に所定の値ずつ加算または減算されて最終的に指令位置となる制御目標位置を生成するものであり、
前記加算または減算される値は、指令された位置と作業機の現在位置と制御目標位置との関係にもとづいて大小に変更されることを特徴とする作業車両の昇降制御装置。