JPH0214007B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の関連する技術分野＞ この発明はコンバインにおける刈取り部の高さ
を超音波センサ等の非接触距離センサを用いて測
定し、その測定高さに基づいて刈高さを自動的に
制御する刈高さ制御方法に関する。

＜従来技術とその欠点＞ 刈高さ自動制御を行うために使用する距離セン
サとしては、通常、大地と接触するアクチユエー
タを用いた接触型距離センサ、または超音波発振
器および受信器を用いた超音波距離センサ等の非
接触距離センサが使用される。しかし接触型の距
離センサは、機体の傾斜が急に大きくなつたとき
等にアクチユエータを破損する恐れがあるため、
信頼性、安定性等の見地から超音波センサ等の非
接触距離センサが使用されるようになつてきてい
る。

このような非接触距離センサを用いた従来の刈
高さ制御方法は、予め設定した基準高さと一定周
期毎に測定した高さデータとを比較し、その差に
応じて一定の速度で刈取り部を上下動させるよう
にしていた。

しかしながら、このように刈取り部の上下動制
御に対するゲインを一定にした場合、刈初めにお
ける刈取り部の下降時や、機体が大きく傾斜した
とき等の基準高さと高さデータとの偏差が非常に
大きいとき、適性な速度で追従しない不都合があ
り、速応性に欠けるという欠点があつた。

＜発明の目的＞ この発明の目的は、刈取り部の高さが目標値付
近にあるときには比較的小さいゲインで安定に追
従し、且つ測定平均高さと目標高さとの偏差が非
常に大きいときには、大きなゲインで速やかに目
標高さに追従する刈高さ制御方法を提供すること
にある。

＜発明の構成および効果＞ この発明は要約すれば次のようになる。

一定周期で駆動される非接触距離センサの出力
に基づく測定平均高さと、予め設定した目標高さ
とを非接触距離センサの駆動毎に比較して偏差を
求める。測定平均高さは今回の測定高さと過去の
何回かの測定高さとの平均値である。この偏差が
所定値以下の範囲、すなわち刈取り部が目標高さ
付近にある場合は、その偏差の大きさに応じてパ
ルス幅の長くなる駆動パルスを間欠的に刈取り部
上下移動用電磁弁に対して与える。一方、前記偏
が所定値以上の範囲にある場合、すなわち目標高
さと測定平均高さとが大きく掛け離れている場合
には、連続オン信号を刈取り部上下移動用電磁弁
に対して与える。このようにすることによつて、
刈取り部が目標高さ付近或いはそれをある程度越
えた範囲にあるときには、安定に追従し、また刈
り初めの刈取り部下降時や、或いは機体が大きく
傾斜したとき等においては、速やかに目標高さに
接近する。この場合、目標高さに近づくにしたが
つて電磁弁の駆動パルス幅が短くなつていくため
に、オーバーシユートを起こすことなく、短時間
の間に目標高さに刈取り部を持つていくことが可
能になる。

この発明によれば、目標高さ付近では刈高さ制
御が極めて安定に行われるとともに、刈り初めや
機体が大きく傾斜したときには刈取り部が速やか
に下降して目標高さ付近で停止することが出来る
ため、湿田で作業を行う場合や、或いはクローラ
の下に藁が入つたりした場合等にも優れた応答性
で刈高さの制御を行うことが出来る。

＜実施例の説明＞ 第１図はこの発明の方法を実施例する刈高さ制
御装置のブロツク図である。

同図において、超音波センサ（以下U.S.S.とい
う）制御回路１は、60ミリ秒毎に送信器２を駆動
し、バースト信号を発射する。受信器３は反射波
を受信して、U.S.S.制御回路１に受信信号を送
る。このときの受信信号は負論理のパルスであつ
て、パルス幅は送信後に受信する迄の時間、すな
わち刈取り部の高さに対応している。受信信号が
送信後所定時間経過しても無い場合には、U.S.S.
制御回路１は強制的にパルスを立ち上がらせる。
この時間は14ミリ秒に設定されている。受信信号
は波形整形後受信パルスとして他方の入力端子が
接地されたイクスクルーシブオアゲート４に導か
れる。このイクスクルーシブオアゲート４の出力
から、イクスククルーシブオアゲート５とＲ１，
Ｃ１とで構成される微分回路によつて微分パルス
が形成され、さらにイクスクルーシブオアゲート
６を介してマイクロコンピユータ７の割り込みポ
ートIRQに導かれる。また、前記イクスクルーシ
ブオアゲート４は出力はマイクロコンピユータ７
の入力ポートＲ１１に導かれる。この入力ポート
Ｒ１１は、ポートIRQに入力した割り込みパルス
がU.S.S.制御回路１に基づくものであるかどうか
を判定するための信号として使用される。イクス
クルーシブオアゲート６の入力端子には、前記イ
クスクルーシブオアゲート５の出力端子とともに
ダイナモからの信号を波形整形する波形整形回路
８の出力端子が接続されている。マイクロコンピ
ユータ７はこの波形整形回路８からの割り込み信
号によつて、エンジンの回転数を測定する。

マイクロコンピユータ７のポートＲ１０には、
刈高さ微調整器VRの出力端子が接続されてい
る。マイクロコンピユータ７は、Ａ／Ｄ変換器を
内蔵し、ポートＲ１０を介して上記刈高さ微調整
器から得られたアナログデータをデジタル量に変
換して刈高さ制御のためのデータを得るようにし
ている。

マイクロコンピユータ７は、刈高さ制御プログ
ラムを記憶するROM、および予め設定したデー
タ類を記憶し、さらにフラグ類や各種ワークエリ
アを有するRAMを内蔵している。第２図に
RAMの構成図を示す。領域A1は４種類のフラグ
領域を含んでいる。フラグＦ０は刈取り部上昇フ
ラグ、フラグＦ１は刈取り部下降フラグ、フラグ
Ｆ２はエンジン回転数計測処理時にポートＲ１０
の入力パルスが立ち上がり、または立ち下がつた
場合、今回の測定データを無効にするためのデー
タ無効フラグ、フラグＦ３は高さデータ更新フラ
グである。領域A2は測定平均高さを記憶する。
すなわち過去の測定した高さデータの平均高さデ
ータを記憶する。平均の対象となるデータは、前
回に平均して得られた高さデータと過去７回のそ
れぞれの測定データとの合計８個のデータ、また
は前回に平均して得られた高さデータと過去１回
の測定データとの合計２個のデータである。この
区別は後述のように今回の測定データが一定以上
の高さであるか否かで決定される。領域A3は、
前回に測定した高さデータを記憶する。領域A4
は前前回に測定した高さデータを記憶する。同様
に、領域域A5〜A9は、前前回以前の測定高さデ
ータを新しい順に５個記憶する。領域A10は刈高
さ微調整器VRによつて設定された微調整高さデ
ータを記憶する。領域A11は予め設定された目標
高さデータを記憶する。領域A12は領域A2の平
均高さデータと、領域A11の目標高さデータに領
域A10の微調整高さデータを加えた値との差、す
なわち偏差を記憶する。領域A13は、領域A2に
ストアする平均高さデータを算出するのに８個の
データを用いるか、２個のデータを用いるかを決
める基準高さを記憶する。後述するように、測定
したデータがこの高さより小さければ、領域A2
〜A9の８個のデータから平均高さデータを求め
る一方、測定データがH0以上である場合には領
域A2とA3とに記憶されている２個のデータのみ
から平均高さデータを求めるようにする。この基
準高さH0は522ミリメータである。領域A14は、
算出した平均高さデータに基づき、刈取り部上下
移動用電磁弁に対して間欠駆動パルスを与える
か、連続駆動パルスを与えるかの基準高さを記憶
する。算出した平均高さデータHaがこの基準高
さH1以上であれば、連続パルスを与える。反対
に平均高さデータHaがこの基準高さデータH1よ
り小さければ間欠パルスを与える。領域A15は、
領域A12の偏差に対応する駆動パルスのオンタイ
ム時間を予め決めてある領域A19のテーブルに基
づき、今回の電磁弁のオン、オフのデユーテイ比
を記憶する。第３図に示すように、偏差が260ミ
リメータ以下であるときには偏差の大きさに応じ
てオンタイムが長くなる間欠パルスが与えられ
る。なおオフタイムは150ミリ秒の固定値に設定
されている。したがつて、例えば、偏差が21ミリ
メータであればデユーテイ比は16分の１である。
領域A16は後述するセンシングエラーカウンタを
構成する。このカウンタはセンサが正常であるに
かかわらず送信後所定時間（６ミリ秒）経過して
も受信出来ないときにインクリメントされ、所定
時間（６ミリ秒）経過内に受信した場合にデクリ
メントされる16進のアツプダウンカウンタであ
る。領域A17は、ダイナモからの割り込みによつ
て計算されたエンジン回転数を記憶する。領域
A18は刈高さ制御の基準サイクルである10ミリ秒
を記憶する。領域A19は、前述のように偏差と駆
動パルスのオンタイムの関係を表すテーブルを記
憶する（第３図参照）。

次に以上の構成からなる刈高さ制御装置の動作
を第４図Ａ〜Ｄのフローチヤートを参照して説明
する。

第４図Ａは刈高さ制御を行うためのメインルー
チンのフローチヤートである。

ステツプn1（以下ステツプniを単にniという）
は、各種レジスタ、フラグ類の初期設定を行う。
n2はフラグＦ３のセツト状態をチエツクする。
このフラグＦ３がセツトされるのは、後述のよう
にU.S.S.制御回路１からの受信パルスによつて割
り込みがあつたときである。フラグＦ３がセツト
されていれば、n3へ進んでフラグＦ３をリセツ
トし、さらにn4へ進んで高さデータ更新サブル
ーチンへ進む。この高さデータ更新サブルーチン
において、領域A2の平均高さデータHaが求めら
れるとともに、領域A3〜A9のデータおよびA16
のセンシングエラーカウンタがアツプデートされ
る。続いてn5へ進み、刈高さ制御サブルーチン
を実行する。この刈高さ制御サブルーチンでは、
n4の高さデータ更新サブルーチンで求めた平均
高さデータに基づいて、電磁弁の駆動パルスのデ
ユーテイ比を決定し、刈取り部の上下駆動制御を
行う。n6はセンシングエラーカウンタのカウン
タ値の判定ステツプである。もし、このカウンタ
値がオーバーフローしていれば、すなわち測定し
た高さデータが一定の大きさ以上である場合が16
回連続したときには、n7においてU.S.S.不良のア
ラームを駆動する。センシングエラーカウンタが
オーバーフロー状態でなければ、n6→n8へと進
む。n8において基準サイクルがタイムアツプす
れば、n2へ戻つて再度フラグＦ３の状態を判定
する。以上のようにして高さデータ更新、刈高さ
制御、およびセンシングエラーカウンタのチエツ
クを基準サイクル毎に実行していく。

上記メインルーチンにおいて、n2→n3へと進
む場合は、前述のようにU.S.S.制御回路１から割
り込みがあつたときである。割り込みにはこの
U.S.S.制御回路１からの割り込みと、さらに時計
割り込みおよびダイナモからの割り込みの３種類
がある。第４図Ｂに割り込みがあつてときに実行
される割り込みルーチンを示す。

U.S.S.制御回路１、ダイナモまたは内部時計の
割り込みがあつたときは最初にn10において各種
レジスタの内容を退避する。割り込みが時計割り
込みである場合はn11→n12へ進み、そうでない
場合はn11→n13へと進む。n13においては、マイ
クロコンピユータ７のポートＲ１１の信号状態を
チエツクする。そしてU.S.S.制御回路出力の立ち
上がりであればその割り込みは受信パルスの初め
にあつたものであるから、高さデータを測定する
内部タイマデータを初期化し（n14）、さらにn15
において同タイマを起動する。一方、割り込みが
U.S.S.制御回路出力の立ち上がりのときに行われ
たものであれば、n13→n17→n18へと進み、n15
において起動した内部タイマを停止させ、さらに
n19においてフラグＦ３をセツトする。そして
n20でレジスタの内容を復帰させてメインルーチ
ンへと戻る。以上の動作により、内部タイマは刈
取り部の高さに比例する受信パルスのパルス幅を
記憶することになる。すなわち、内部タイマデー
タは、通常の場合測定高さに対応することにな
る。所定時間（６ミリ秒）内に受信信号が来なか
つた場合には、この内部タイマデータはオーバー
フローしている。このオーバーフロー状態は後述
の高さデータ更新サブルーチンでチエツクされ、
オーバーフローしているときにはそのデータは無
効データとして捨てられる。なお、割り込みがエ
ンジンのダイナモから行われたものであれば、
n17→n21へと進み、ここでエンジン回転数の計
測処理を行う。さらにこの場合には、エンジン回
転数計測処理を行つたときにポートＲ１１にU.S.
S.制御回路出力の立ち下がりまたは立ち上がりタ
イミングが来るときがあるので、この場合には次
回の測定高さデータに誤差が生じることになるか
ら、n24においてデータ無効フラグＦ２をセツト
する。したがつて今回の測定高さデータは、フラ
グＦ２がセツトされているために後述するように
無効データとして捨てられる。

上記のようにn19においてフラグＦ３がセツト
されると、メインルーチンにおいてn2→n3→n4
へと進んで、高さデータ更新サブルーチンが実行
される。

第４図Ｃはこの高さデータ更新サブルーチンの
フローチヤートである。

まずn30において、データ無効フラグＦ２の状
態を判定する。前述のようにエンジン回転数計測
処理を行つたときにU.S.S.制御回路出力の立ち上
がりまたは立ち下がりのタイミングが一致すれ
ば、n24においてデータ無効フラグＦ２がセツト
される。このため、次にこの高さデータ更新サブ
ルーチンが実行されると、n30→n38へと進み、
このサブルーチンが実行されずにメインルーチン
にリターンする。すなわち高さデータ更新されな
くなる。データ無効フラグＦ２がセツトされてい
ないときは、次にn31へ進み、内部タイマがオー
バーフローしてあるかどうかを判定する。内部タ
イマは８ビツトで構成され、最大スケールで1044
ミリメータまで計測可能となるようにクロツクの
パルス幅が決定されている。したがつて内部タイ
マがオーバーフローするのは、測定データが1044
ミリメータ以上になつたときである。この状態は
実際には上述したように、送信後６ミリ秒以内に
受信信号が無かつたときに対応する。この場合は
n39へと進み、領域A16のセンシングエラーカウ
ンタをインクリメントしてメインルーチンへリタ
ーンする。内部タイマがオーバーフローをしてい
ない場合は、n32へ進み、内部タイマデータ、す
なわち測定高さデータを領域A3のHnにストアす
る。続いてそのストアされた測定高さデータと領
域A13の所定の基準高さデータH0とを比較する。
データHnがデータH0より大きい場合にはn34を
実行する。またそうでない場合には、n35を実行
する。n34においては、前回に算出した領域A2の
平均高さデータHaと前回に測定した測定高さデ
ータHnとの２個のデータの平均値を今回の平均
高さデータHaとして算出する。n35においては、
前回算出した平均高さデータHaとデータHnから
データHn−６までの過去７回の測定データとの
平均値を今回の平均高さデータHaとする。すな
わち、今回の測定データが基準高さデータH0以
上である場合には２個のデータの平均を取り、デ
ータHnがデータH0より小さい場合には８個のデ
ータの平均を取るようにしている。刈取り部の高
さが非常に高い状態から適当な間隔でサンプリン
グしながら測定データを得る場合、平均高さデー
タを求めるために使用するデータが多くなると古
いデータの重みが大きくなつて実際の高さと平均
高さデータの差が大きくなる。このためにオーバ
シユートが生じやすくなる。一方、刈取り部の高
さが比較的高くない状態から目標高さに接近する
場合においては、平均高さデータを求めるのに多
くの測定データを用いても、古いデータの重みが
大きくならず、むしろ平均高さデータの変動がな
くなつて安定性を増す。したがつて、このように
今回の測定データが一定の基準高さデータ以上で
ある場合はn34において２個個のデータのみの平
均を取り、同測定高さデータが同基準高さデータ
よりも小さい場合には８個のデータの平均を取る
ようにすることによつて、オーバーシユートの防
止と目標高さ付近での刈取り部の安定性を実現す
ることが出来る。以上のn34またはn35において
平均高さデータHaを領域A2にストアすると、続
いてn36において領域A4〜A9のデータを一つず
つ古いデータに更新する。さらにn31において測
定データが一定の高さ以下であつたから、センシ
ングエラーカウンタをデクリメントし、メインル
ーチンへ戻る。こうして高さデータ更新サブルー
チンでは、次に刈高さ制御を行うための参照デー
タとなる平均高さデータHaを求める動作をする。

メインルーチンのn4において高さデータ更新
サブルーチンを実行すると、次に刈高さ制御サブ
ルーチンを実行する。第４図Ｄはこの刈高さ制御
サブルーチンのフローチヤートである。

まずn40において、刈高さ微調整器VRの設定
位置のデータを領域A10のΔHにストアする。領
域A11に予め設定されている目標高さデータにこ
のΔHのデータを加算し、その加算結果を上記刈
高さデータ更新サブルーチンで求めた平均高さデ
ータから差し引く。そしてその減算結果を偏差と
して領域A12にストアする。その偏差が正である
場合、刈取り部下降フラグＦ１をセツトし、負で
ある場合刈取り部上昇フラグＦ０をセツトする
（n43、n44）。続いてn41で求めた偏差に基づき、
第３図に示すテーブルから電磁弁駆動パルスのオ
ンタイム時間、すなわちデユーテイ比を決定する
（n45）。n46では偏差が不感帯幅、すなわち０〜
20.4ミリメータ以内にあるかどうかを判定する。
もし、その不感帯幅内にある場合には、n56へ移
つて電磁弁をオフして終了する。偏差が不感帯幅
を越える場合にはn47でその偏差が領域A14に記
憶する基準高さデータH1より大きいか小さいか
を判定する。この基準高さデータH1は、261ミリ
メータに設定されている。第３図のテーブルの示
すように、偏差が261ミリメータ以上である場合
にはオンタイムは連続となり、それにより小さい
場合には電磁弁の駆動パルスが間欠パルスとな
る。したがつてn44で偏差が基準高さデータH1よ
り大きい場合には、n48、n49においてフラグＦ
０，Ｆ１をチエツクし、フラグＦ０がセツト状態
であれば刈取り部を連続上昇させ、フラグＦ１が
セツト状態であれば刈取り部を連続下降させる。
また、偏差が基準高さデータH1より小さければ、
n52、n53でフラグＦ０，Ｆ１の状態をチエツク
し、フラグＦ０がセツト状態にあれば刈取り部を
間欠上昇させ（n54）、フラグＦ１がセツト状態
であれば刈取り部を間欠下降させる（n55）。こ
の場合の刈取り部の間欠駆動に対する駆動パルス
のデユーテイ比は第３図のテーブルに示すよう
に、偏差に対応するオンタイムの時間長さによつ
て決定される。こうして偏差が基準高さデータ
H1よりも大きい場合には、刈取り部を連続上昇、
または連続下降させ、次のサンプル時において基
準高さデータH1より小さくなればその偏差の大
きさに応じて間欠下降または間欠上昇させ、以下
サンプル毎に得られる偏差の大きさに応じて適正
なデユーテイ比の駆動パルスによつて刈取り部を
目標高さに接近させることが出来る。なお、n24
においてフラグＦ２がセツトされた場合、または
n18で内部タイマが停止したときそのタイマがオ
ーバーフローしているときは高さデータ更新サブ
ルーチンが実行されないために、刈取り部の上下
動作もないことになる。以上の動作によつて偏差
が20〜40ミリメータ程度の比較的小さい場合、オ
ンタイムの非常に小さい駆動パルスによつて刈取
り部の上下駆動がされるために、刈取り部の目標
高さへの追従は緩やかになつて安定性を増す。そ
して偏差の大きさが261ミリメータ以上の非常に
大きな場合には、刈取り部は目標高さに向かつて
急速に接近し、目標高さ付近で追従が緩やかにな
つて上記と同様な安定な状態に移行する。このよ
うに、偏差が非常に大きい場合には自動的に制御
ゲインが大きくなつて目標高さに高速に追従し、
偏差が小さい場合にみ自動的に制御御ゲインが小
さくなつて追従の安定性を高めることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する刈高さ制御装置の
ブロツク図である。第２図は同制御装置のマイク
ロコンピユータに含まれるRAMの構成図であ
る。第３図は同RAMに記憶されるテーブルの内
容を示す図である。第４図Ａ〜Ｄは同制御装置の
動作を示すフローチヤートである。 １……超音波センサ制御回路、２……送信器、
３……受信器、７……マイクロコンピユータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予め設定した目標高さと一定周期で駆動され
   る非接触距離センサの出力に基づく測定平均高さ
   とを前記非接触距離センサの駆動毎に比較して偏
   差を求め、刈取り部上下移動用電磁弁に対し前記
   偏差が所定値以下の範囲ではその偏差の大きさに
   応じてパルス幅の長くなる駆動パルスを間欠的に
   与え、前記所定値以上の範囲では連続オン信号を
   与えることを特徴とする、非接触距離センサを用
   いた刈高さ制御方法。