JP6307731B2 - 除雪機 - Google Patents

Description

本発明は主に、個人、農家、店舗、事務所、中小事業所などで使用される小形歩行型除雪機で、その除雪作業能率の向上と操縦操作性の向上に関するものである。

小型歩行型除雪機は国や県が管理する公道、公共設備などで使用される大型除雪機とは別に、雪国地域の前記個別小口用に今では広く普及している。特に大型機の入っていけない山間地や山麓地などでは、現在では雪国の必需品並に需要が高い。この除雪機による除雪作業は、従来、成人男子の仕事だったが、徐々に少子高齢化へと時代の推移とともに担い手不足となっていき、高齢者や婦女子でも行うようになってきた。これに伴い体力、腕力のない高齢者や婦女子でも熟練男性並みに除雪作業が出来るよう、製造メーカーにおいて操作性の様々な工夫と改善がされてきた。中でも除雪部の姿勢制御については、かなり以前から自動水平制御を初めとして開発がされてきた。

特公平６−２３４４５ 特許第３６３０８９９

しかしこれまでの除雪部姿勢制御は総てロール方向についてのものしかなかった。（特許文献１及び特許文献２）除雪機の自動制御としては最も考えやすく、また作業者にも自動制御の動きが見て直ぐにわかる効果があったためでもある。このロール方向の除雪部ローリング自動制御のいくつかの改良開発以降は顕著な進歩はなかった。結局、作業機としては高度に自動制御化した割には、除雪作業性の飛躍的な向上や操縦操作性の向上には至らなかった為である。一方このロール方向に対しピッチ方向についての姿勢制御はなぜかこれまで全く取り組みは為されなかった。確かに製造側、ユーザー側共に、自動制御化しようという発想の対象としては気がつきにくい面があった。しかし除雪作業中の機体の姿勢影響はロール方向よりピッチ方向の方が遙かに大きい。積雪数メートルになる雪国では除雪作業は上の方から段階的に除雪する（段切り除雪）雪上での作業になる。雪面は白一色に平坦に見えても、下の地面の状況はもちろん、雪質、雪庇、吹き溜まり、などによって非常に不規則且つ不均一である。作業中、雪面のその不均一さ不規則さから、常に左右に傾いたり（ロール）、また前方浮き上がったり沈み込んだり（ピッチ）する。

この内、左右の傾きに対しては以前からある除雪部ローリング自動制御がある程度効果を発揮している。即ち機体が不用意に左右に傾くと除雪部は設定傾斜角位置にローリング自動復帰動作し除雪を継続、その除雪面に走行部が乗りあげ機体はもとの姿勢に戻る。これに対しピッチ方向の姿勢変化による除雪作業影響は、最悪作業中断になるほど深刻である。機体姿勢のロール方向影響は雪面状況だけによるが、ピッチ方向影響はそれに除雪負荷影響が加わる。除雪負荷が大きいと除雪反力に負け除雪部は浮き上がり、機体も浮き上がる。またこれに負けまいと除雪部の切り込み角度を深くするが、逆に深くしすぎると雪中に沈み込む。浮き上がりの場合は一旦バックし除雪を再開すればよいが（断続除雪）、沈み込みの場合は、最悪、気がついた時には脱出（後進）不可能になる。操縦に不慣れな初心者が中大型機で雪上除雪すると、決まって必ずこうなってしまい、最悪トラックまたはクレーンによる機体引き上げが必要な程になってしまう。熟練男性が手動操作する際は、こうなるまいと除雪部昇降（リフトダンプ）位置の調整に全神経が注がれる。

本願発明は除雪機の以上のような、主に雪上除雪作業における機体の浮き上がりや沈み込みなどの不用意な挙動に対し、除雪機自らが姿勢を補正する、除雪部ピッチング自動制御を始めて実現させ、いかなる積雪状況や除雪走行状況においても、作業の中断、中止、困難に至ることなく、安定して除雪作業を継続できる優れた除雪機を提供する。また従来の除雪部ローリング自動制御と併せて、除雪部ローリング自動制御だけでは満足には達成できなかった、「高齢者や婦女子でも熟練男性作業者並に操縦可能」を完全に実現し、操縦操作性と除雪作業能率を飛躍的に向上させた優れた除雪機を提供する。

前記課題を解決するために本発明において講じた手段は、エンジン又は動力モータなど原動機を搭載し、雪を削雪し収集するオーガと、雪を吐出させるブロワと、投雪方向を定めるシュータとによって除雪部を構成する歩行型ロータリー除雪機で、除雪部を図６及び図７に示す主要「ギヤポンプ−電磁弁（即、油圧電磁方向切替弁）−油圧シリンダ」で構成された油圧アクチュエータにより油圧シリンダによる駆動で、図２に示す如く機体進行方向に対し上下にリフト−ダンプ動作できるようにし、且、除雪部または除雪部と同時昇降動作する機体のいずれかに、傾斜センサを機体運動自由度のピッチ方向に配設し、そのセンサの出力信号が操縦者の設定する基準傾斜角になるように、リフト−ダンプ位置を制御出来るようにした。

そして、操縦者が除雪作業中あらかじめ前記アクチュエータを構成する電磁弁（即、油圧電磁方向切替弁）のスイッチ又はジョイステック等による手動操作により、除雪作業する除雪部の傾斜角位置へ定めた後、押しボタンスイッチ又はタッチセンサ、タッチパネルなどの操作器を押した時、前記傾斜センサの出力値を、制御部に取り込み、基準傾斜角に設定するようにし、又別に該操作器の押し時間、タッチ時間を２秒以上押し又はタッチし続ける別操作方法で水平角を基準傾斜角にも設定できるようにし、即除雪部を機体進行方向に対しリフト−ダンプ動作させ前後のピッチング傾斜角位置を、設定した基準傾斜角位置へ、自動的に復帰動作させ静定させるようにし、機体のピッチング姿勢を自己補正する制御構成にした。

更に、前記オーガの前記操作器を押して設定した設定基準傾斜角位置へ、前記傾斜センサの出力値が該設定基準傾斜角値に静定するよう前記アクチュエータを構成する油圧シリンダでオーガをリフト−ダンプ動作させるピッチング自動復帰制御を、前記アクチュエータを構成する油圧電磁方向切替弁の応答時間であるパルス巾０．１ｓｅｃ以上での秒単位での長パルスによる大胆なパルス駆動制御又は略時分割比例制御で行うようにしたことで、除雪部の静定精度を飛躍的に上げたことである。

本発明は上記手段を施したことにより以下の効果を有する。

いかなる積雪状況や除雪走行状況においても、除雪作業の中断、中止、困難に至ることなく、安定して除雪作業を継続できるため、除雪作業能率が飛躍的に向上する。

従来のローリング自動制御と併せた機体姿勢の自動制御により、除雪部ローリング自動制御だけでは満足には達成できなかった、「高齢者や婦女子でも熟練男性作業者並に操縦可能」を完全に実現することができ、操縦操作性が飛躍的に向上する。

除雪作業中にピッチング自動制御の基準傾斜角を、作業感覚に応じた操縦者の意志で都度設定できるため、あらかじめ設計された設計者の思想で動作する自動制御とは異なりユーザー（操縦者）の感覚で、ユーザーの意志で動作し、ユーザーの除雪作業をバックアップするヒューマンインターフェースに優れ、操作性が飛躍的に向上し、作業能率が上がる。

除雪部ピッチング自動制御の基準傾斜角を、センサの基本特性から事前に定めておくのでなく、除雪作業中の自動制御しようとするその時の傾斜センサの出力値を取り込む為、
センサ特性の宿命である出力特性値の環境変化（温度、湿度、他）、経時経年変化などに依存せず相殺するため、センサが壊れるまでは性能安定しており、精度再調整などのメインテナンスの必要が無く、作業機用としてメインテナンス性に非常に優れる。

設定基準傾斜角位置へ除雪部をパルス駆動制御にしたことにより、従来のアナログフィードバック制御よりオーバーランが少なく整定精度が上がるため、操縦者に与える違和感が少なく作業能率が向上する。

更に設定傾斜角位置へ除雪部をパルス駆動の略時分割比例制御にしたことにより、静定精度が飛躍的に上がり、理想的自動制御となり、操縦者に違和感を全く与えない、ヒューマンインターフェースに優れたピッチング自動制御として、操作性が飛躍的に向上し、作業能率が上がる。

歩行型ロータリー除雪機を示す全体図である。（実施例１） 除雪部ピッチング制御動作を示す右側面図である。（実施例１）（実施例２） オーガハウジンクへの傾斜センサの装着を示す図である。（実施例１）（実施例２） 除雪部をリフトダンプ（昇降）動作及びローリング動作させる油圧駆動機構を示す透視斜視図である。（実施例１）（実施例２） アクチュエータである油圧シリンダ（復動シリンダ）と油圧電磁方向切替弁（４方向切替弁）を示す斜視図である。（実施例１）（実施例２） 除雪部をリフトダンプ（昇降）動作及びローリング動作させる油圧制御回路を示すブロック図である。（実施例１）（実施例２） 除雪部をリフトダンプ（昇降）動作及びローリング動作させる油圧制御回路を示す実体図である。（実施例１）（実施例２） 除雪部リフトダンプ＆ローリング手動操作及びピッチング自動制御の制御回路ブロック図である。（実施例１） 傾斜センサの入出力特性図である。（実施例１）（実施例２） 除雪部ピッチング自動制御の制御フローチャート図である。（実施例１） 除雪部ピッチング自動制御用の押しボタンスイッチ式操作器と除雪機の操縦用操作パネルを示す図である。（実施例１） 除雪部ピッチング自動制御用の液晶タッチパネル式操作器と除雪機の操縦用操作パネルを示す図である。（実施例２） 実施例１及び実施例２の除雪機操縦面側を示す図である。 除雪部ピッチング自動制御の油圧電磁方向切替弁パルス駆動制御（上図）と油圧電磁方向切替弁略時分割比例制御（下図）の様子を比較して示した図である。

本願の実用化に際し、安全性及びヒューマンインターフェース優先の考えから、ピッチング自動制御中に除雪部のリフトダンプ（昇降）を手動操作した場合、即自動運転停止させる手動優先のインターロック制御にしている、自動運転だからといって終始操縦者の思い通りに動いてくれるわけではない。除雪部姿勢を操縦者の操縦しようとする除雪部ピッチング姿勢位置に補正した後はまた押しボタンスイッチ６３２を押すと（実施例１）、そのまま補正した除雪部ピッチング姿勢を維持するようにピッチング自動制御運転に入る。ワンタッチで操縦者の意図をそのまま継続する。他の設定操作などは一切入らない自動運転制御であり、スイッチや押しボタンスイッチなどの従来型制御操作機器を使用する制御としてはもっとも進化した制御である。また今回、コンセプトモデルとして次世代制御操作機器の液晶タッチパネル操作の機種を製作したが（実施例２）、従来のスイッチや押しボタンスイッチではできない更に優れた操作性が実現できる。

本願発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は実施例１の除雪機で除雪部側（上図）と操縦側（下図）から見た斜視図である。除雪機は通常オーガ１１により積雪を掻き崩したり削雪したりして中央部に収集し取り込み、オーガ１１中央部奥にあるブロワ（図省略）で高速回転の上、ブロワ周速で吐出させ、シュータ３によって操縦者の意図する場所に投雪させる。除雪部１は手動操作の場合、操作パネル６上の除雪部クロスレバースイッチ６１でリフト位置と左右ローリング位置を操作する。投雪も同様にシュータクロスレバースイッチ６２で左右方向や投雪遠近を操作する。これらオーガ、ブロワ、シュータは他の制御部品や原動機（図省略）などと共に上部機体４に搭載される。これに対し除雪機の移動を行うクローラ５１や走行ミッション（図省略）などは下部機体５に搭載される。

図２に除雪部１のリフトダンプ制御動作の様子を示す。除雪部１を含む上部機体４全体を支える上部フレーム４１と、走行部を構成する下部機体５を支える下部フレーム５３との間にはピッチングシリンダＨ３が軸支され、その伸縮動作で除雪部１を含む上部機体４全体は、上部フレーム４１の除雪部１支持側とは反対側でちょうどクローラ５１の駆動用スプロケット５２の軸を支軸心として上下に回動する。上図は上部機体のほぼ水平状態を、下図はピッチングシリンダＨ３が伸びリフトしている状態を示す。また一方で除雪部１はオーガケース１２の機体側と上部機体４の上部フレーム４１の先端部分とでメタル構成に支持され、その間にローリングシリンダＨ１が軸支され（図４）、その伸縮動作で除雪部１はメタル周りに除雪機進行方向に対し左右に回動する。ピッチングシリンダＨ３は使われ始めた初期の頃は、単動シリンダが使われたこともあったが、現在では段切り除雪機能の重要性から、水平より下側に、より積極的に押し下げる（ダンプ）必要性から、現在ではほとんど復動シリンダが使用されている。即ち路面上で除雪部１を水平以下に降下（ダンプ）させるとその分、走行部５の前方が上昇する。以上が現在広く普及している歩行型除雪機の一般的な構成である。

図３に除雪部１のリフトダンプ角度を検知する傾斜センサＳ２の装着状態を示す。オーガハウジング１２の背面側にブラケット１２１を略水平に固着し、その略水平面に傾斜センサＳ２をボルト固定している。ブラケット１２１には他にシュータ３を旋回させるモータやギヤ減速機なども装着している。図５に除雪部１をリフトダンプ動作させるアクチュエータである油圧ピッチングシリンダＨ３と油圧電磁方向切換弁Ｈ２の略斜視図を示す。ピッチングシリンダＨ３は一般的な復動の片ロッドシリンダで両端軸支タイプのものである。油圧電磁方向切替弁Ｈ２も一般的な４方向切替弁で最も基本的な摺動スプール型の電磁ソレノイドによるスプリングセンタタイプのものである。

以上の構成要素で除雪部１をリフトダンプ及びローリング動作させる機構を図４に示す。電磁弁方向切替弁Ｈ２の４方向出力はピッチングシリンダＨ３の伸・縮とローリングシリンダＨ１の伸・縮のそれぞれの入力ポートに連結している。除雪部１のローリングはシュータ３と単独で上部機体４の前方でローリング（回動）動作するのに対し、除雪部１のリフトダンプは、除雪部１を含む上部機体４全体が、スプロケット５２の軸を支軸心としてリフトダンプ（回動）動作する。

図６に除雪部１をリフトダンプ動作させる油圧回路図を、図７にその実体図を、図８にその油圧回路を制御する電子制御ブロック図を示す。除雪部１の基本動作は、油圧電磁方向切替弁Ｈ２の一組の２方向切替弁出力Ａ１、Ｂ１ポートから復動型のピッチングシリンダＨ３を伸縮動作させ除雪部１をリフトダンプ（昇降）動作させる。一方、もう一組の２方向切替弁出力Ａ２、Ｂ２ポートからは復動型のローリングシリンダＨ１を伸縮動作させ除雪部１をローリング動作させる。以上の油圧４回路方向の手動切り替え操作に現在ではクロスレバースイッチ６１が使用されるのが普通である。油圧電磁方向切替弁Ｈ２が出力するのは４ポートの内いずれか一つであり、複数ポートが同時に出力することはできない。

本願発明のピッチング自動制御について説明する。除雪作業開始あるいは除雪作業中いずれでもよいが、除雪部クロスレバースイッチ６１の操作で除雪部１のリフトダンプ位置を決めた後、ピッチング自動スイッチ６３２（図１、図８）の押しボタンスイッチを押すとピッチング自動制御ユニットＵ１（図８）は即座にそのリフトダンプ位置での傾斜センサＳ２の出力値を読み、取り込み、ピッチング自動制御の基準傾斜角度即ち上限角度と下限角度を設定しピッチング自動制御運転を開始する。即ち、以後除雪作業進行中、除雪面の不規則な状況で機体が不用意に浮き上がったり又雪中に沈み込んだりして、除雪部１に装着した傾斜センサＳ２の出力値が設定した基準傾斜角値を超えると、ユニットＵ１は除雪部１のリフトダンプ傾斜角を基準傾斜角値内に入れるよう油圧電磁方向切替弁Ｈ２を動作させ、ピッチングシリンダＨ３を動作させ、除雪部１をリフトダンプ動作させる。その後、基準傾斜角に除雪された除雪面を走行部のクローラ５１が乗り上げ進行し、機体は設定した傾斜姿勢に戻り、除雪部１もその傾斜位置に戻る。

除雪作業進行中、再びピッチング姿勢位置を調整し直したければ、除雪部クロススイッチ６１を操作すれば即自動制御はキャンセルされ、除雪部１は手動優先で操作できる。除雪部クロススイッチ６１で直接油圧電磁方向切替弁Ｈ２を操作できると共に、スイッチ出力をピッチング自動制御ユニットＵ１に並列入力し、スイッチ６１が操作された場合、直ちに自動制御をキャンセルさせる手動優先インターロックの制御回路に構成している。（図８）そしてピッチング姿勢位置を調整し直し後、再びピッチング自動スイッチ６３２（図１、図８）の押しボタンスイッチを押せば、その新規の基準傾斜角位置でピッチング自動制御運転を継続する。他の設定操作などは一切入らずに、ワンタッチで操縦者の意図をそのまま自動継続する。

このピッチング自動制御には自動水平運転制御機能も並設している。ピッチング自動制御スイッチ６３２の押しボタンスイッチを２秒以上押し続けると、製造時にピッチング自動制御ユニットＵ１に登録した（後述する）傾斜センサＳ２の水平角値、即ちセンサ製品仕様の２．６Ｖ付近（図９）を基準傾斜角値に設定しピッチング自動運転を開始する。
この機能は除雪作業終了間際の雪面仕上げに有効である。操作器多用の煩雑さを避けるため、任意傾斜角でも水平角でもピッチング制御に変わりはないため、一つのスイッチでこのような操作方法にした。

以上が除雪部１のリフトダンプ制御による除雪機体のピッチング姿勢制御である。除雪部ピッチング自動制御と命名した所以である。除雪部ピッチング自動制御は除雪面の除雪部リフトダンプ制御であると同時に機体のピッチング姿勢制御である。この機能は地面の状況に対してというよりは、むしろ積雪数メータになる雪上走行除雪時に、従来のローリング制御とは比較にならないくらいに非常に有効である。積雪状態は全体には白一色に平坦に見えても非常に不規則且つ不均一であり、不意な凹凸面、軟質雪、硬質雪の入り交じりなどや、積雪状態、雪質状態による除雪負荷状況の急変などにより、除雪進行中は絶えず機体が浮き上がったり沈み込んだりする。前記、浮き上がりの場合は除雪作業が一時中断する（断続除雪）もののさほど問題ないが、沈み込みの場合は、最悪、気がついた時には脱出（後進）不可能になり除雪作業継続が困難な程になる。本願発明により初めて、雪国での雪上除雪で、いかなる積雪状態でも成人熟練者の熟練操作を必要とせず、誰にでも安定して除雪作業が出来るようになった。更にその機能性能を安価な一般要素部品で製品化した。

以上の説明で本願発明のピッチング制御は厳密な意味ではピッチング制御ではない。同様に従来からあるローリング制御も厳密な意味ではローリング制御ではない。そう命名しているだけである。運動機体の姿勢制御いわゆるレート制御にはベクトルセンサのレートセンサ（ジャイロセンサ）による高応答高速フィードバック制御を必要とする。その意味で、本願発明の制御技術は姿勢制御ではなく姿勢「補正」制御といえる。スカラーセンサとしての傾斜センサと安価な油圧回路でこの姿勢「補正」制御を可能にしているのは、除雪走行速度が他の運動機体に比べ極端に遅いことによる。自動車より二桁、航空機より三〜四桁以上も遅くなる。除雪負荷によっては幼児のヨチヨチ歩きより遅くなる。自然、機体の姿勢変化も極めてゆっくりしたものである。しかしそうかといって左右の傾きは傾いてから復帰動作させても問題ないが、浮き上がりや沈み込みの姿勢変化に対しては、そうなる前に、手遅れになる前に姿勢を立て直す必要がある。

開発当初はローリングはまだしも、ピッチング制御にはレートセンサが必須で、プラス高速油圧回路が必要という先入観から作業機程度の製品レベルでは実現困難と、レートセンサだけでサーベイ的にピッチング姿勢補正の実験を続けていた。そしてレートセンサの出力信号は、並設観察していたローリング制御に使われている傾斜センサとの出力信号に、波形、位相差ともにそう大きな違いのないことを突き止めた。傾斜センサの動特性範囲内で、且つ現在使われている安価な油圧機器で、除雪機のピッチング姿勢制御には充分であることを突き止めることができた。

以上の制御方法で操作性が従来より格段に向上するが、メインテナンス性においても優れた真価を発揮する。即ちセンサ、アクチュエータ、制御ユニットが壊れるまで、従来式で行われていた、水平度の再調整、センサ特性がセンサ自身の劣化、取り付けのガタ、ゆるみ、変形、などでズレた場合のセンサの交換などの、再調整、再設定を全く必要としない。

このことを図９に傾斜センサ１の製品入出力特性で示す。センサ特性は大きく感度特性と零点特性がある。他に直線性とか再現性などもあるが、センサ性能を示すのは主にこの二つによる。この二つの、バラツキ、環境性能、耐久性能、経時経年変化、などがそのセンサを使用する製品の基本性能、耐久性能を決める。この二つの特性の内、感度特性は主にセンサ素子自身の物性によるものであり、環境性能（特に温度変化）以外はセンサ開発時からコントロールされているため極めて安定している。また環境性能にしてもそれを補償する技術が進歩しており近年の製品は極めて安定している。もっとも除雪機の場合は環境、主に温度影響は作業中ほぼ氷点前後で大きな温度変化はなくほとんど影響はない。これに対し零点、（本願のものは傾斜センサで±入出力の為５Ｖ電源の中央値付近２．６Ｖであるがセンサ一般には検知０入力に対し仮に５Ｖ単電源であると０．５Ｖとか１Ｖ）零点特性はセンサ素子自身の物性はもちろんセンサ構成の総てに、部材、接着、締め付け、成形歪み、はたまたセンサ製品の取り付け方そのもの、など総てに関係し影響を受ける。図９の「δ零」は零点変化によるセンサ特性の変化と製品バラツキを示す。いわゆるセンサ特性は環境影響、耐久後、径時経年後ほぼδ零範囲を平行移動する。これに対し感度Ｖ／ａそのものは極めて安定している。本願発明の制御方法は以上のセンサ零点の狂いによる特性変化の原因を総て相殺するねらいがある。

本願発明の制御方式で操作性とメインテナンス性が従来より格段に向上するが、除雪機の機能性能とは別に製造工程においても大きな変革をもたらす。従来の除雪部自動水平制御で行われていた工程は傾斜センサの取り付けボルトに除雪部１を大型の水平定盤に乗せたうえで、センサ出力が製品仕様特性の水平値（本願センサでは２．６Ｖ）になるよう隙間調整用のシムを何枚か挿入し調整したりしていた。耐久劣化、経時経年劣化などでセンサ特性がズレた場合でも同様にこの厄介なシム調整をしていた。再調整不可であればセンサを新規交換し再調整、再設定をしていた。従来方式は以上のように除雪機を使う上で厄介な調整を必要としていたが、製造ラインにおいても大きなネック工程になっていた。本願方式では並設する水平制御の水平値の設定は機体を水平定盤に乗せた後、ピッチング自動スイッチ６３２（図１、図８）の押しボタンスイッチを５秒以上押し続けるだけである。センサ製品特性の水平標準値２．６Ｖに合わせる必要はない。２．６１Ｖであろうと２．５８Ｖであろうとかまわない。それがその製造完成した号機の機体を水平にしたときの、その号機に取り付けた傾斜センサＳ２の水平値であり、その値を押しボタンスイッチを５秒以上押すと即除雪部ローリング自動制御ユニットＵ１に読み込み登録する。センサ特性バラツキもセンサの除雪部への取り付け誤差もオーガケース、ブラケットなどの製造バラツキも全て相殺することができる。

そしてこの本願発明の制御方法であれば出荷後、センサとその取り付け状態にいかなる環境変化があろうと耐久変化があろうと経時経年変化があろうと、その影響を受けず操縦者の意図するローリング自動制御の機能を維持する。まさに自己補償、自己修復の制御である。センサ自身及びセンサ取り付け機構の摩耗、ゆるみ変形などによるセンサ特性劣化による再調整、再設定の必要が全くない。

以上、センサフィードバック制御はかくあるべき理想の制御を実現した。学習制御などの先端制御技術までには至ってないものの、この制御で充分製造上のあらゆる誤差を相殺し、耐久劣化も経時経年劣化をも補償する、自己補償、自己修復制御を実現している。図１０に制御のフローチャート概要を示す。

図１１に本願第１実施例の除雪機操作パネルを示す。前記スイッチ、レバー以外は他の機能の操作器である。図１２に本願第２実施例のモニタ、スイッチ類を液晶タッチパネルに統合した除雪機の操作パネルを示す、第二実施例では液晶画面のメリットを生かし水平制御用独自のタッチボタン６４３を配設した。またこれはコンセプトモデルで本願発明以外にも他の新規開発を実施しており操作部全体を次世代型にしている。図１３に本願発明の第一実施例（左図）と第二実施例（右図）のそれぞれ除雪機の正面図を示す。

次に除雪部１のリフトダンプ制御方法について説明する。（図１４）矩形線はピッチング自動制御ユニットＵ１の電磁方向切替弁Ｈ２への駆動信号を示す。駆動信号送出からピッチングシリンダＨ３が動作するまで応答遅れがあるため、入力の矩形線に対しその結果の連続曲線には位相遅れがある。従来のローリング制御では、除雪作業中に機体が傾きセンサ出力が設定範囲を超えると、即センサ出力を設定範囲に入れる方向に電磁方向切替弁を連続動作させ、傾いたローリング角度が設定範囲に入ると即、電磁方向切替弁を止めるというごく普通のアナログコンパレータ制御のやり方だった。ここで先の応答遅れが問題になる。油圧シリンダにはもちろん動作停止の遅れもある。止まって欲しい位置では止まってくれない。結果オーバーランし、ひどいときは反対側の設定範囲を飛び越えロールハンチングする場合もあった。これを解決するいくつかの改良もなされた。設定範囲に入るとその動作電磁方向切替弁を止めると同時に、逆側電磁方向切替弁を一瞬動作させオーバーラン影響を少なくする（工作機械での一瞬逆回転操作での瞬停止の発想）とか、油圧オリフェスなどの使用でローリング動作速度そのものを遅らせる、など。しかしいずれもこそくな対策であり、作業機としての除雪機に使われる最も安価な油圧機器を使って、約±１度の精度で油圧シンリンダの伸縮動作を、アナログ連続制御で行おうとすること自体にもともと無理があった。

図１４の上図は断続動作（パルス）を連続継続するデジタル制御の考えを取り入れた本願発明の制御方式である。油圧シリンダは動作時間が長ければ長いほどオーバーランが大きい。ならばオーバーランを最小にする駆動時間で駆動しこれを繰り返す。本願ではピッチングシリンダＨ３の動作遅れ時間以上、プラス停止遅れ時間以内の付近に電磁方向切替弁Ｈ２の動作時間を設定し（数１００ｍｓｅｃ）、これを繰り返しピッチングシリンダＨ３をパルス的に動作させるようにした（パルス制御）。更には駆動直前に傾斜センサＳ２の値もチェックするようにした。しかしこれだけでは１０度以上の大きな復帰動作に時間がかかるため、検出基準傾斜角を二重に設け（図で仮に±５度）、±５度までは連続復帰動作させ、±５度以内に入ったらパルス制御に切り替えるようにした。そして設定精度基準傾斜角内に入ったら、駆動前であれば駆動中止、駆動中であれば即キャンセルするようにしオーバーラン影響を最小限に抑えるようにした。以上によりピッチング静定精度は極めて安定するようになった。

当初はこのパルス駆動時間を数１０ｍｓｅｃ程度に見込んでいたが、油圧流量力を使う油圧シリンダと油圧電磁方向切替弁の油圧回路であると、１００ｍｓｅｃ（０．１秒）を超えるほどになってしまった。とても流量を使わない圧力だけのＰＷＭ制御弁（例えばＡＢＳ用制御弁）のようなわけにはいかなかった。結果、ピッチング動作は操縦者が見てもわかる少々ぎこちないものとなったが、代わりにピッチング復帰動作の最後は設定精度内以上にピタリと収まる制御安定感を実現することが出来た。このパルス駆動時間（パルス巾）や連続制御範囲は幾通りも実験を行い最適な設定にしている。

図１４の下図に前記パルス制御を更に発展させた。略時分割比例制御方法を示す。比較のため前記パルス制御を上図に示す。前記断続（パルス）駆動時間をピッチングシリンダＨ３の動作遅れ時間以上で最小にすれば、オーバーラン影響を最小に出来るが、その駆動時間で断続継続しピッチング制御動作を行おうとするとリフトダンプ速度が前記のごとく遅くなる。しかしそれが必要になるのはピッチング復帰動作で除雪部１の傾斜角が設定精度範囲内に入る最後の時だけである。

ここに近年発達した温度制御における時分割比例制御の考えを水平展開した。時分割比例制御による温度制御では設定値に限りなく漸近線のように静定する。本願発明では設定精度基準傾斜角内に入る直前のパルス駆動時間を最小とし、それ以前はその倍数時間、又その前は倍の倍数時間というように設定した。そしてピッチング復帰動作のどの時点でどのパルス駆動時間（パルス巾）にするかは、駆動直前にピックアップする傾斜センサ値によって判断するようにした。この制御方法でピッチング自動制御動作を行ったところ前記パルス制御より更に静定精度が向上し、またリフトダンプ動作も滑らかになった。パルス巾変調に関数あてはめこそしていないものの十分に時分割比例制御と同等の効果が出ている。

ワンタッチ操作によるセンサ値の取り込みはセンサフィードバック制御を行う総ての作業機に、油圧回路の制御方式は本願除雪機と同等の作業走行速度の作業機（歩行型農機、小中建機など）に利用が可能である。

１ 除雪部
３ シュータ
４ 上部機体
５ 下部機体
６ 操縦パネル
１１ オーガ
１２ オーガハウジング
４１ 上部フレーム
５１ クローラ
６１ 除雪部クロスレバースイッチ
６２ シュータクロスレバースイッチ
６３ モニタ＆スイッチ操作パネル
６３２ ピッチング自動制御スイッチ
Ｓ１ 除雪部傾斜センサ
Ｈ２ 除雪部油圧電磁方向切替弁
Ｈ３ 除雪部ピッチングシリンダ
Ｕ１ ピッチング自動制御ユニット

Claims (2)

1. 原動機を搭載し、雪を削雪し収集するオーガと、雪を吐出させるブロワと、投雪方向を定めるシュータとによって除雪部を構成する除雪機で、該除雪部を図６及び図７に示す略「ギヤポンプ−電磁弁（即、油圧電磁方向切替弁）−油圧シリンダ」で構成された油圧アクチュエータにより油圧シリンダによる駆動で、図２に示す如く機体進行方向に対し上下にリフト−ダンプ動作できるようにし、且、除雪部または除雪部と同時昇降動作する機体のいずれかに、傾斜センサを機体運動自由度のピッチ方向に配設し、該センサの信号により、リフト−ダンプ位置を制御出来るようにした除雪機において、操縦者が除雪作業中あらかじめ前記アクチュエータを構成する電磁弁（即、油圧電磁方向切替弁）のスイッチ又はジョイステック等による手動操作により、除雪作業する除雪部の傾斜角位置へ定めた後、押しボタンスイッチ又はタッチセンサ、タッチパネルなどの操作器を押した時、前記傾斜センサの出力値を、制御部に取り込み、基準傾斜角に設定し、又別に該操作器の押し時間、タッチ時間を２秒以上押し又はタッチし続ける別操作方法で水平角を基準傾斜角にも設定できるようにし、即除雪部を機体進行方向に対しリフト−ダンプ動作させ、連動する傾斜センサの出力値、即ち前後のピッチング傾斜角を、設定した基準傾斜角位置へ、自動的に復帰動作させ静定させるようにし、機体のピッチング姿勢を自己補正する制御構成にした除雪機。
2. 前記オーガの前記操作器を押して設定した設定基準傾斜角位置へ、前記傾斜センサの出力値が該設定基準傾斜角値に静定するよう、前記アクチュエータを構成する油圧シリンダでオーガをリフト−ダンプ動作させるピッチング自動復帰制御を、前記アクチュエータを構成する油圧電磁方向切替弁の応答時間であるパルス巾０．１ｓｅｃ以上での秒単位での長パルスによる略パルス駆動制御又は略時分割比例制御とする請求項１に記載する除雪機。