JP7216035B2 - 作業車両 - Google Patents

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Description

本発明は、接続された作業機を昇降可能な昇降機構を備えた作業車両に関する。
トラクタ等の作業車両には、接続された作業機の高さや姿勢を制御するための昇降機構が備えられている。昇降機構としては、例えば3点リンクを挙げることができる。3点リンクは、油圧装置等を含み、油圧装置を制御することにより、接続された作業機の昇降等を行うことができる。
3点リンクを用いて作業機を昇降する場合、比例流量制御バルブを用いて油量を制御して行う。具体的には、昇降を行う単動式のシリンダ内部に油を送り込むことにより作業機を上げ、シリンダ内部の油を抜き取ることにより作業機を下げる。油の流量は制御バルブに流す電流値に比例し、およそ数十から数百L/分である。
この比例流量制御バルブを用いて作業機の昇降を行う場合、目標位置と現在位置の偏差からシリンダ内部に送り込む油の流量を計算し、偏差が大きい場合は大流量の油を送り込むことにより3点リンクの昇降速度を速くし、偏差が小さくなるに従い流量を減らして作業機を目標位置へと移動させている。これにより、迅速かつ適切に作業機を目標位置へと移動させることができる。
また、特許文献1には、傾斜制御装置を備えた作業車両において、温度ドリフト特性を有する傾斜センサについて、複数の温度ドリフト特性の中から1つの特性を選択し、傾斜センサの基準値を補正して傾斜姿勢制御を行う作業車両が記載されている。
特許文献2には、農業機械において、供給ラインにおける流体の温度を検出する温度センサを設け、流量制御弁を制御する構成が記載されている。
特開2010-268755号公報(2010年12月2日公開) 米国特許第9360005号明細書(2016年6月7日)
しかしながら、上述した比例流量制御バルブに用いる油は、温度の影響を受けやすい。具体的には、温度が下がると、油の粘性が高くなる。
これにより低温下では、比例流量バルブが油の粘性の影響を受け、閉動作の指示を受けてもバルブが完全に閉まるまでに通常よりも時間を要し、所望以上の油が流れ、作業機が目標位置を超えてしまうことがある(オーバーシュート)。さらに、作業機が目標位置を超えると、作業機を目標位置に移動させるために、今度は逆方向に移動させる必要がある。これが繰り返されると、目標位置近傍で作業機が昇降を繰り返してしまう。
本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、昇降機構のオーバーシュートを抑制した作業車両を実現することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る作業車両は、接続された作業機の高さおよび姿勢の少なくとも何れかを制御可能な昇降機構を備えた作業車両であって、前記昇降機構は、油圧駆動装置により前記高さおよび前記姿勢の少なくとも何れかを制御可能なものであり、前記油圧駆動装置に用いる油温を取得する油温取得部と、前記油温取得部が取得した前記油温に応じて、前記油圧駆動装置の駆動に用いる油の供給量の最大値である最大油量を設定する最大油量設定部と、前記最大油量設定部が設定した前記最大油量以下で、前記油圧駆動装置を制御する油圧駆動装置制御部と、を備えていることを特徴としている。
前記の構成によれば、油圧駆動装置に供給される油の温度に応じて、油圧駆動装置に供給される油の最大量が設定される。これにより、例えば、油温が低い場合に最大量を減少させることができるので、油温が低く油の粘性が高いことにより、油圧駆動装置に油を供給する供給弁を所望のタイミングで閉じられない場合であっても、流量を減少させることにより閉じやすくすることができる。よって、供給弁を所望のタイミングで制御し易くすることができる。よって、供給弁を閉めるタイミングであるにもかかわらず、油の粘性により供給弁が閉められないということを抑制することができ、ひいては、昇降機構のオーバーシュートを抑制することができる。
本発明の一態様に係る作業車両では、前記油温を検出する油温センサを前記油圧駆動装置に油を供給する供給弁の近傍に設けるものであることが好ましい。
前記の構成によれば、油圧駆動装置に油を供給する供給弁の近傍に油温センサが設けられる。これにより、実際に供給弁を通過する油の温度に近い油温を検出することができる。
本発明の一態様に係る作業車両では、前記油温センサは、前記油圧駆動装置を駆動するための油圧回路内に配置されているものであってもよい。
前記の構成によれば、油圧回路内に油温センサが配置されるので、供給弁を通過する油の温度に近い油温を検出することができる。
本発明の一態様に係る作業車両では、前記最大油量設定部は、前記作業機を上昇させる場合と下降させる場合とで、前記油温に対応する前記最大油量を異ならせるものであってもよい。
重力の影響等により、作業機を上昇させる場合と下降させる場合とでは、好ましい油量は異なる。前記の構成によれば、作業機を上昇させる場合と下降させる場合とで、油温に対応する最大油量を異ならせるので、上昇および下降のそれぞれにおいて最適な最大油量を設定することができる。
本発明の一態様に係る作業車両では、前記作業機を移動させる目標位置の精度を優先させる精度優先とするか、または前記作業機を目標位置まで移動させる時間を優先させる時間優先とするかを選択可能であり、前記最大油量設定部は、前記精度優先が選択された場合、前記油温に応じて、前記最大油量を設定し、前記時間優先が選択された場合、前記目標位置から許容可能な許容範囲を設定し、前記油圧駆動装置制御部は、前記精度優先が選択された場合、前記最大油量設定部が設定した前記最大油量以下で、前記油圧駆動装置を制御し、前記時間優先が選択された場合、通常の油量で前記許容範囲内に前記作業機が移動するように前記油圧駆動装置を制御するものであってもよい。
前記の構成によれば、作業機の目標位置の精度を優先するか、作業機の目標位置までの移動時間を優先するかを選択できる。また、移動時間を優先した場合、目標位置そのものではなく、目標位置から許容範囲にある位置に移動させるので、移動時間を短縮することができる。
本発明の一態様によれば、油圧駆動装置に供給される油の温度に応じて、油圧駆動装置に供給される油の最大量が設定される。これにより、例えば、油温が低い場合に最大量を減少させることができるので、油温が低く油の粘性が高いことにより、油圧駆動装置に油を供給する供給弁を所望のタイミングで閉じられない場合であっても、流量を減少させることにより閉じやすくすることができる。よって、供給弁を所望のタイミングで制御し易くすることができる。また、供給弁を閉めるタイミングであるにもかかわらず、油の粘性により供給弁が閉められないということを抑制することができ、ひいては、昇降機構のオーバーシュートを抑制することができるという効果を奏する。
本発明の実施形態に係るトラクタの概要を説明するための図である。 前記トラクタの要部構成を示すブロック図である。 記憶部に格納されているデータ例を示す図である。 記憶部に格納されているデータ例を示す図である。 トラクタにおける処理の流れを示すフローチャートである。 他の実施形態におけるトラクタの処理の流れを示すフローチャートである。
〔実施形態1〕
〔概要〕
まず、図1を参照して、本実施形態に係るトラクタ(作業車両)1の概要について説明する。図1は、トラクタ1の概要を示す図である。図1に示すように、トラクタ1は、3点リンク機構(昇降機構)30を介して作業機2と接続されており、作業機2は、3点リンク機構30により昇降可能となっている。また3点リンク機構30は、油圧式昇降装置(油圧駆動装置)15(図2)により昇降される。図1の上側は、作業機2が下げられた状態を示し、図1の下側は、作業機2が上げられた状態を示す。
トラクタ1のトラクタとしての通常の機能は公知の技術を用いて実現可能であるので、詳細な説明は省略するが、トラクタ1は、エンジン、エンジンに連結されたクラッチハウジング、クラッチハウジングに連結されたトランスミッションケース等を備え、エンジンからの動力は、クラッチハウジングに内蔵された主クラッチ、および伝動軸などを介して、トランスミッションケースに内蔵された主変速装置に伝達される。そして、主変速装置による変速後の動力が、トランスミッションケース内の副変速装置などを介して、前輪および後輪に伝達され、トラクタ1は駆動する。
そして、トランスミッションケースの後部には、作業機2の取り付けを可能にする3点リンク機構30が上下揺動可能に連結されている。3点リンク機構30は、単一のトップリンク31、および左右のロアリンク32等を備え、油圧式昇降装置15によって、作業機2とともに昇降駆動される。また、油圧式昇降装置15は、左右一本ずつのリフトアーム34、左右のロアリンク32を吊り下げ支持するリフトロッド(リフトシリンダ)33、リフトアーム34を上下方向に揺動駆動する油圧シリンダ16を含む。油圧シリンダ16は、制御バルブ14により制御される。
なお、3点リンク機構30を介して接続可能な作業機2としては、畑作や水田作業用のインプルメントが挙げられる。
油圧式昇降装置15は、エンジンの動力で油圧ポンプを回転させ、制御バルブ14に送られた油をバルブの開閉によって油圧シリンダ16に送ることによって、リフトアーム34を上げ下げさせるものである。作業機2を上げるリフトアーム34を昇降させる油圧シリンダ16は、主に単動式のものが用いられている。単動式とは、作業機2を上げるときだけ油圧シリンダ16に油を送り、下げるときは制御バルブ内で油を抜いて作業機2の自重で下降する仕組みになっているものである。
そして、本実形態に係るトラクタ1では、油圧シリンダ16に送る油を制御する制御バルブ14を流れる油温を検出し、検出された油温に応じて、制御バルブ14を通過する最大油量を調整するものである。油圧シリンダ16に用いられる油は、温度によって粘性が変わり、特に低温下で粘性が大きくなる。このため、低温時に、通常時と同様に制御バルブ14の制御を行うと、油の粘性により制御バルブ14が正常に閉じられないということが起こる。本実施形態に係るトラクタ1は、油温に応じて、制御バルブ14の流量を調整することにより、上記の問題を解消するものである。
〔トラクタ1の要部構成〕
次に、図2を参照してトラクタ1の要部構成について説明する。図2は、トラクタ1の要部構成を示すブロック図である。なお、上述したように、トラクタ1のトラクタとしての通常の機能は公知の技術を用いて実現可能であるので、ここでは、本発明の内容に関わる点について説明する。
図2に示すように、トラクタ1は、記憶部10、指示受付部11、昇降制御部(油温取得部)12、油温センサ13、制御バルブ(供給弁)14、油圧式昇降装置15、および3点リンク機構30を含む。
記憶部10は、トラクタ1で用いるデータが格納される記憶部であり、上昇流量特性データ、下降流量特性データ、上昇制限電流値、および下降制限電流値が格納されている。図3の301に上昇流量特性データの例を、302に下降流量特性データの例を示す。また、図4の303に上昇制限電流値の例を、304に下降制限電流値の例を示す。図3の301(上昇流量特性データ)は油圧式昇降装置15の上昇時の、通常時(常温)における制御バルブ14に与えられる電流値と制御バルブ14から流れる油の量(流量)を示すものであり、図3の302(下降流量特性データ)は油圧式昇降装置15の下降時の通常時(常温)における制御バルブ14に与えられる電流値と制御バルブ14から流れる油の量(流量)を示すものである(以下、「電流-油量特性」と呼ぶことがある)。これらの例は設計データであり、動作開始電流から制御バルブ14から油圧式昇降装置15へ油が供給され始め、設計最大電流で制御バルブ14から流れる流量は最大となる。図3から明らかなように電流-油量特性は油圧式昇降装置15の上昇時と下降時とでは異なり、上昇時の方が低い電流で油は供給され始め、下降時の方が低い電流で最大流量に達し、かつ最大流量は下降時の方が10%ほど多い。製造上のばらつきを考慮して制御バルブ14に与える実際に流す最大電流(実最大電流)は、10から20%ほど設計電流から多く流すとよい。本実施形態では、実最大電流を設計最大電流から15%ほど高い値に設定した。
また、図4の303(上昇制限電流値)および304(下降制限電流値)は、油温と制限電流値とを対応付けたものであり(以下、「温度-制限最大電流」と呼ぶことがある)、後述する最大流量設定部(最大油量設定部)21により参照されるものである。制御バルブ14の最大流量を下げるために、低温下(例えば10℃以下)では実最大電流を低い値に設定している。具体的には、油圧式昇降装置15内の油温センサ13での温度が10度前後となった際に(図中では、制限開始温度と記載)、油圧式昇降装置15の上昇時と下降時のいずれでも実最大電流を制限し、低い電流値を制御バルブ14に与えている。実最大電流は温度が低いほど低い電流値に設定されている。しかし、あまりに低い電流値にすると制御バルブ14から油が流れなくなるため、ある一定の飽和温度よりも低い温度の場合は動作開始電流よりも高い一定の電流(限界電流)を流す。ここでは、10から30%程度動作開始電流よりも高い限界電流とした。なお、図からわかるように、温度-制限最大電流は油圧式昇降装置15の上昇時と下降時とでは異なる。
再び図2に戻ると、指示受付部11は、作業者の指示を受け付けるインタフェースである。指示受付部11は、タッチパネル等により構成されていてもよいし、物理スイッチ(操作レバー、押しボタン等)により構成されていてもよい。指示受付部11は、例えば、作業者から作業機2を上昇させる指示を受け付け、その内容を昇降制御部12に通知する。
昇降制御部12は、指示受付部11を介して作業者から指示された内容に基づき、作業機2の昇降を制御するものであり、最大流量設定部21およびバルブ制御部(油圧駆動装置制御部)22を含む。なお、昇降制御部12は作業者から作業機2を上昇させる指示を受け付けた場合だけでなく、作業内容を記憶部10から読み出し自動で行うようにしてもよい。
最大流量設定部21は、作業機2の昇降指示が通知されると、油温センサ13から油温を取得し、上昇制限電流値302を参照して、取得した油温に対応する電流値を最大電流値として設定する。最大電流値とは、当該電流値を超える電流を制御バルブ14に与えないとするものであり、制御バルブ14の最大流量に対応するものである。例えば、図3を参照すると油温がマイナス10℃であれば、最大電流値を実最大電流値に対して40%ほど低い値に制限されており、制御バルブ14の最大流量は最大流量の約1/3となる。
また、最大流量設定部21は、作業機2を上昇させる場合と下降させる場合とで、油温に対応する最大電流値を異ならせてもよい。作業機2を上昇させる場合と下降させる場合とでは、重力等の影響により、作業機2を移動させるための適切な油量が異なるためである。
バルブ制御部22は、指示受付部11で受け付けた昇降指示に対応する位置に作業機2を昇降させるための指示を制御バルブ14に送信する。具体的には、バルブ制御部22は、最大流量設定部21が設定した最大電流値以下の電流を制御バルブ14に与えることにより制御バルブ14を制御する。
油温センサ13は、制御バルブ14近傍を流れる油の温度を検知する。油温センサ13は、制御バルブ14の近傍に配置されることが望ましく、例えば、ロアリンク32の油圧回路の内部に配置される。
制御バルブ14は、バルブ制御部22の指示で弁の開閉を行うことにより、油圧シリンダ16に流れる油量を調整するものである。
油圧式昇降装置15の詳細は上述した通りである。
3点リンク機構30は、上述したように単一のトップリンク31、および左右のロアリンク32を備え、作業機2を3本のリンクで支持して上げ下げするものである。
〔処理の流れ〕
次に、図5を参照して、トラクタ1が作業機2の昇降させる場合の処理の流れについて説明する。図5は、作業機2の昇降の処理の流れを示すフローチャートである。
図5に示すように、最大流量設定部21は、周期的または所定のタイミングで、油温センサ13が検知した油温を取得する(S101)。なお、油温の取得タイミングは、指示受付部11が作業者から作業機2の昇降指示を受け付けたタイミングであってもよい。
次に、最大流量設定部21は、ステップS101で取得した油温に対応する最大電流値を、上昇制限電流値302を参照して設定する(S102)。そして、指示受付部11により作業機2の昇降操作を受け付けると(S103でYES)、バルブ制御部22は、ステップS102で設定した最大電流値以下の電流値で制御バルブ14を制御することにより、作業機2を昇降させる(S104)。以上が、トラクタ1において作業機2を昇降させるときの処理の流れである。
このように、本実施形態に係るトラクタ1では、制御バルブ14の最大流量を油温に応じて制限している。より詳細には、飽和温度までは油温が下がるほど、最大流量を下げている。これにより、低温下では制御バルブ14の最大流量が下がるので、制御バルブ14を閉める場合に、油の粘性により制御バルブ14が閉まり切らないという弊害を抑制することができる。
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
実施形態1では、低温下において制御バルブ14の最大流量を下げることにより、油の粘性による問題を解消している。しかし、制御バルブ14の最大流量を下げた場合、油圧シリンダ16に供給される油の量は減少するので、作業機2を目標位置まで昇降させるための時間は、最大流量を下げない場合よりも多くかかることになる。
そこで、本実施形態では、作業機2を目標位置に移動させるときの精度を優先(精度優先モード)するのか、または目標位置に移動するまでの時間を優先(時間優先モード)するのかを選択できるようにしている。
具体的な処理の流れについて、図6を参照して説明する。図6は、精度および時間の何れを優先するのかを選択できる場合の処理の流れを示すフローチャートである。
図6に示すように、まず、最大流量設定部21は、周期的または所定のタイミングで、油温センサ13が検知した油温を取得する(S201)。
次に、昇降制御部12は、「精度優先モード」となっているか否かを判断する(S202)。精度優先モードとは、作業機2を移動させる目標位置の精度を移動にかかる時間よりも優先させるモードであり、予め作業者により設定されているものである。
昇降制御部12が「精度優先モード」となっている判断した場合(S202でYES)、最大流量設定部21は、ステップS201で取得した油温に対応する最大電流値を上昇制限電流値302を参照して設定する(S203)。そして、指示受付部11により作業機2の昇降操作を受け付けると(S204でYES)、バルブ制御部22は、ステップS203で設定した最大電流値以下の電流値で制御バルブ14を制御することにより、作業機2を昇降させる(S205)。
一方、ステップS202において、「精度優先モード」になっていないと判断した場合(S202でNO)、昇降制御部12は、油温に対応する許容幅を設定する(S211)。許容幅とは、目標位置からどの程度までのズレを許容できるかを示すものである。なお、ここでは油温に対応させて許容幅を設定するが、油温と関係なく一律に許容幅を設定しておいてもよい。
そして、指示受付部11により作業機2の昇降操作を受け付けると(S212でYES)、バルブ制御部22は、通常流量内に対応する電流値で制御バルブ14を制御することにより、作業機2を昇降させる(S213)。そして、上昇または下降させた作業機2の位置が目標位置から許容幅内の位置であれば(S214でYES)、昇降処理を終了する。
以上が、精度および時間の何れを優先するのかを選択できる場合におけるトラクタ1が作業機2の昇降させる処理の流れである。
なお、ここでは許容幅内の判定を通常流量で動作させる場合でのみ行ったが、左側のステップS205の後に右側のステップS214と同様の許容幅内に収まっているかどうかの判定を行ってもよい。この場合、精度優先モードの許容幅は時間優先モードの許容幅よりも狭くし、精度を落とさないように行うとよい。
以上の構成によれば、時間を優先させる場合は、許容幅を設けることにより、いわゆるハンチングを起こす可能性を減らしつつ、最速で目標位置近傍に作業機2を移動させることができる。また、精度を優先させる場合は、実施形態1と同様に、ハンチングを起こす可能性を減らしつつ、精度よく作業機2を目標位置に移動させることができる。
〔ソフトウェアによる実現例〕
トラクタ1の制御ブロック(特に昇降制御部12)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
後者の場合、トラクタ1は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも1つのプロセッサ(制御装置)を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも1つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
1 トラクタ(作業車両)
2 作業機
10 記憶部
11 指示受付部
12 昇降制御部(油温取得部)
13 油温センサ
14 制御バルブ(供給弁)
15 油圧式昇降装置(油圧駆動装置)
16 油圧シリンダ
21 最大流量設定部(最大油量設定部)
22 バルブ制御部(油圧駆動装置制御部)
30 3点リンク機構(昇降機構)
31 トップリンク
32 ロアリンク
34 リフトアーム

Claims (5)

  1. 接続された作業機の高さおよび姿勢の少なくとも何れかを制御可能な昇降機構を備えた作業車両であって、
    前記昇降機構は、油圧駆動装置により前記高さおよび前記姿勢の少なくとも何れかを制御可能なものであり、
    前記油圧駆動装置に用いる油温を取得する油温取得部と、
    前記油温取得部が取得した前記油温に応じて、前記油圧駆動装置の駆動に用いる油の供給量の最大値である最大油量を設定する最大油量設定部と、
    前記最大油量設定部が設定した前記最大油量以下で、前記油圧駆動装置を制御する油圧駆動装置制御部と、を備え
    前記作業機を移動させる目標位置の精度を優先させる精度優先とするか、または前記作業機を目標位置まで移動させる時間を優先させる時間優先とするかを選択可能であり、
    前記最大油量設定部は、
    前記精度優先が選択された場合、前記油温に応じて、前記最大油量を設定することを特徴とする作業車両。
  2. 前記油温を検出する油温センサを前記油圧駆動装置に油を供給する供給弁の近傍に設け、前記油温取得部は、前記油温センサが検出した油温を取得することを特徴とする請求項1に記載の作業車両。
  3. 前記油温センサは、前記油圧駆動装置を駆動するための油圧回路内に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の作業車両。
  4. 前記最大油量設定部は、前記作業機を上昇させる場合と下降させる場合とで、前記油温に対応する前記最大油量を異ならせることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の作業車両。
  5. 記最大油量設定部は、
    記時間優先が選択された場合、前記目標位置から許容可能な許容範囲を設定し、
    前記油圧駆動装置制御部は、
    前記精度優先が選択された場合、前記最大油量設定部が設定した前記最大油量以下で、前記油圧駆動装置を制御し、
    前記時間優先が選択された場合、通常の油量で前記許容範囲内に前記作業機が移動するように前記油圧駆動装置を制御する、ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の作業車両。
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