JPH09156525A - 水田作業機の操向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワーでは油圧式に劣るが、配管等が無く配
設の容易な電動パワーステアリングを、田植機のステア
リング操作に適した状態として装備させる。 【解決手段】 電動モータ１０で操舵力をアシストする
補助操舵手段Ｈと、枕地での旋回状態か植付作業走行状
態かを検出するフロートセンサ１１とを備え、機体の直
進時にはるときにはアシスト力を比較的小に、かつ、旋
回時にはアシスト力を比較的大にするように、補助操舵
手段Ｈとフロートセンサ１１とを連係する操向制御手段
Ｄを備える。人為操舵力の微分値を求める微分値算出手
段Ｃを備え、微分値が大きくなるとアシスト力を強く
し、小さくなるとアシスト力を弱めるように、電動モー
タ１０の電源回路２１と微分値算出手段Ｃとを連係す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、田植機等の水田作
業機の操向装置に係り、詳しくは、ステアリングの操舵
力を電動アクチュエータでアシストさせるものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来では、特開平７‐１８４４２９号公
報で示されたもののように、走行状態に応じて操向操作
のアシスト力を変化させ、適切な操向操作力が現出され
るようにした田植機が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報のものは、油
圧パワーステアリング装置であり、油圧力によって操舵
力をアシストするものである。油圧式では大なるアシス
ト力を供給できて大型機種にも採用し易い利点はある
が、油圧システムは比較的高価であるとともに、リーク
対策が必要であるとか配管の配設スペースが以外に大き
いといった設計上の制約も多い。又、小型の廉価機種で
は、アシスト力が充分過ぎて、かつ、コスト的に苦しい
という贅沢な過剰装備の感があり、簡単に採用し難い面
があった。本発明の目的は、パワーでは油圧式に劣る
が、配管等が無く配設の容易な電動アクチュエータで操
舵力のアシストを行う電気式のものを、水田作業機のス
テアリング操作に適した状態として装備させる点にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

〔構成〕上記目的達成のために本発明は、電動アクチュ
エータによって操舵力を補助する補助操舵手段と、機体
の走行状態を検出する走行検出手段とを備え、機体が直
進しているときには補助操舵力を比較的小に、かつ、機
体が旋回しているときには補助操舵力を比較的大にする
ように、補助操舵手段と走行検出手段とを連係する操向
制御手段を備えてあることを特徴とする。

【０００５】又、上記構成に加えて、人為操舵力の微分
値を求める微分値算出手段を備え、微分値が大きくなる
と電動アクチュエータへの供給電流を増やすように、電
動アクチュエータに対する電源回路と微分値算出手段と
を連係させると好都合である。

【０００６】〔作用〕請求項１の構成によれば、先ず、
電気アクチュエータで操舵力をアシストさせる電気式で
あるから、油圧式のようにポンプや太い配管等の中継構
造部分が不要であって配線すれば済み、スペース及びレ
イアウトの自由度が高いものであるとともに、その引き
回し形態が自在に採れ、他の機器に及ぼす影響も極少な
くなる。ところで、水田作業機は抵抗の大きい泥地を走
行するものであるため、旋回時の走行抵抗が直進時のそ
れよりも増加する率が、一般的な移動走行機（自動車、
運搬車、トラクタ等）に比べて大になる特質がある。

【０００７】従って、補助操舵力を直進時には比較的小
に、かつ、旋回時には比較的大にすることにより、大な
る操舵力が必要な旋回時の操向操作が軽く行えるととも
に、適度な重さの操向操作力によってふらつき少なく良
好に直進走行が行えるようになる。つまり、田植機で
は、良好な直進性によって整然と良好に苗植付が行える
ようにしながら、枕地での旋回を軽い操向操作で軽快に
行えるようになる。

【０００８】請求項２の構成によれば、次のような作用
がある。例えば、操向操作中に土質が急に硬くなると
か、石に乗り上げるといった具合に、突然に大きな操舵
力が必要になる場合があるが、請求項１の構成によるも
のでは、そのときでもアシスト力は変わらないため、急
に大きな人為操舵力が必要になる。つまり、実際として
は、急に操向ハンドルが重くなってしまうのである。し
かして、人為操舵力の微分値を求める微分値算出手段を
設けて、微分値が大きくなると電動アクチュエータへの
供給電流を増やすように制御するのである。つまり、微
分値が大きいことは人為操舵力が増大していることであ
り、大きな操舵力が必要になることを意味するから、そ
のときには電動アクチュエータの出力を大きくしてアシ
スト力も増大させるのである。

【０００９】従って、急に大きな人為操舵力が必要にな
るときにはアシスト力も大きくなるように連係されるか
ら、従来のように急に操向ハンドルが重くなるというこ
とがなく、やや操舵力が重くなるといった適度な節度感
が生じる程度となり、軽快なハンドリング状態を維持で
きるようになる。

【００１０】〔効果〕その結果、請求項１に記載の水田
作業機の操向装置では、場所を取らずレイアウト自由度
が高く、かつ、比較的廉価に構成できる電気式のパワー
ステアリング装置を、直進走行時でも旋回時でも人為操
舵力が極端に変わることがないようにしながら、軽快な
操向感覚が得られるものとして実現することができた。

【００１１】請求項２に記載の水田作業機の操向装置で
は、直進、旋回だけでなく、石の乗り上げ等急に大なる
操舵力が必要な状態となっても、請求項１の構成による
効果である軽快なハンドリングが維持できる、より高度
なものにできた。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１に水田作業機の一例である
田植機が示され、１は操向駆動前輪、２は駆動後輪、３
は機体、４は昇降リンク機構、５は植付装置、６はエン
ジン、７は前部ミッション、８は接地フロート、９は操
向ハンドルである。

【００１３】図２に示すように、この田植機では、電動
モータ１０によって操舵力を補助する電動パワーステア
リング装置（補助操舵手段の一例）Ａ、接地フロート８
が接地したか否かを検出するフロートセンサ（機体の走
行状態を検出する走行検出手段Ｂの一例）１１、エンジ
ン６が回転しているか否かを検出するエンジン回転セン
サ１２、機体３の車速を検出する車速センサ１３等を装
備しており、夫々制御装置１４に接続されている。

【００１４】一方、操向ハンドル９の回動力を伝えるス
テアリング軸１５と、前輪１とを操向装置（ラック＆ピ
ニオン式等）１６で連動し、トルクセンサ１７をステア
リング軸１５に備えるとともに、電磁クラッチ１８を介
して電動モータ１０と連結される駆動ギヤ１９とステア
リング軸１５の従動ギヤ２０とを咬合させてある。トル
クセンサ１７、電動モータ１０、電磁クラッチ１８、バ
ッテリー（電源回路の一例）２１が制御装置１４に接続
されるとともに、トルクセンサ１７で検出されるトルク
の単位時間当たりの変化率、すなわち、人為操舵力の微
分値、を求める微分値算出手段Ｃ、及び、電動モータ１
０への供給電流を可変調節する操向制御手段Ｄが制御装
置１４に備えてある。電動モータ１０と駆動及び従動ギ
ヤ１９，２０等から補助操舵手段Ｈが構成されている。

【００１５】この田植機では、操向制御手段Ｄの機能に
より、機体が直進しているときには補助操舵力、すなわ
ち電動モータ１０によるアシスト力が比較的小に、か
つ、機体が旋回しているときにはアシスト力が比較的大
に制御される。つまり、接地フロート８が接地してフロ
ートセンサ１１が作動する状態が直進による植付作業状
態であり、接地フロート８が接地せずフロートセンサ１
１が作動しない状態は、植付装置５を上昇させた枕地で
の回行といった旋回状態である。故に、フロートセンサ
１１の非作動時には電動モータ１０への供給電流を小に
し、フロートセンサ１１の作動時には電動モータ１０へ
の供給電流を大にするように、操向制御手段Ｄによって
制御されるのである。

【００１６】又、微分値算出手段Ｃで算出される微分値
が大きくなると電動モータ１０への供給電流を増やし、
かつ、微分値が小さくなると電動モータ１０への供給電
流を減らすように、バッテリーを含む電源回路２１と微
分値算出手段Ｃとを連係する連係制御手段Ｅを制御装置
１４に備えてある。例えば、トルクセンサ１７からの情
報に基づく電動モータ１０への供給電流の制御手段とし
て、微分値の項も加味されるＰＤ制御を採用するのであ
る。つまり、トルクセンサの検出トルクの微分値を求め
ることによって、人為操舵力の変化を調べることがで
き、値が正であれば操舵力の増加を、かつ、値が負であ
れば操舵力の減少を意味し、微分値を算出することでそ
のときの人為操舵力の変動状況を判断することができ
る。

【００１７】従って、路面状況の変化等によって操向操
作中の人為操舵力が増減すると、その増減及びその変動
度合いに応じて電動モータ１０によるアシスト力も追従
変動されるようになり、大なる操舵力が必要なときには
アシスト力も自動的に大きくなり、さほど操舵力の必要
でないときにはアシスト力も自動的に小になる。この制
御により、例えば操向中に石に乗り上げる等、急に操向
抵抗が増えるときにはアシスト力も急増するようにな
り、急にハンドルが重くなる現象を円滑に緩和できるの
である。

【００１８】尚、走行状態検出手段Ｂとしては、フロー
トセンサ１１の他、エンジン回転センサ１２や車速セン
サ１３、或いは後述する走行用変速装置２２等、種々の
ものが考えられる。以上の各制御により、人為操舵力
（入力トルク）に対する電動モータ１０への供給電流の
グラフは図３に示すように設定される。枕地での旋回時
には、入力トルクに対するアシスト力の増加勾配が急に
なり、植付作業での直進時には前記増加勾配が最初は緩
く、所定の入力トルクからは急になるように設定してあ
る。これは、変形圃場では植付作業走行中に大きく曲が
ることがあるので、その場合には旋回時と同様にアシス
ト力を急増させるのである。尚、入力トルク及び供給電
流は、正の値が操向ハンドル９の右回しで負の値が左回
しである。

【００１９】又、エンジン回転センサ１２、及び車速セ
ンサ１３の検出情報から、エンジン６が停止していると
きには電動モータ１０への供給電流を零にし、かつ、車
速が速い程供給電流を少なくする機能が制御装置１４に
備えてある。つまり、発電されないエンジン停止時に
は、比較的大電流の必要な電動モータ１０への通電をさ
せないことでバッテリーの過放電を回避させるととも
に、速度が速いときには寧ろハンドリングを重くしてふ
らつきなく安定走行できるようにしてある。

【００２０】〔別実施形態〕図２に仮想線で示すよう
に、昇降リンク機構４の機体側の付け根部分にポテンシ
ョメータ等のリンクセンサ２３をフロートセンサ１１の
代わりに設け、そのリンクセンサ２３によって直進作業
走行状態か旋回状態かの検出手段とするものでも良い。

【００２１】図２に仮想線で示すように、圃場での作業
走行状態か、舗装路等での移動走行状態かを判別する手
段として、走行用の変速装置（高低２段の副変速装置、
又は、高低２段で後進１段の主変速装置等）２２を制御
装置１４に接続し、電動モータ１０への供給電流を、走
行抵抗の比較的小となる移動走行時には、比較的走行抵
抗が大な作業走行時よりも少なくするように制御しても
良い。

【００２２】つまり、電動モータ１０によるアシスト力
を、移動走行時、植付作業走行時、圃場での旋回時、の
順で次第に強くなるよう、基本的に３段階に区別し、か
つ、連係制御手段Ｅによって操舵力に応じてアシスト力
が自動調節されるようにするのである。例えば、移動走
行時には電磁クラッチ１８を切って、アシスト力を零
に、かつ、植付作業走行時（直進作業時）には軽くアシ
ストするとともに、枕地での旋回時には強くアシストす
る、といった具合のものでも良い。

【００２３】又、ステアリング軸１５の回動量が所定量
以上になるかどうか、等によって移動走行時における直
進状態か旋回状態かを検出する手段を設け、移動走行で
の直進では、電磁クラッチ１８を切ってアシスト力を零
にすることにより、基本アシスト力を４段階に分けるも
のでも良い。つまり、直進では補助操舵力を小に、か
つ、旋回では補助操舵力を大にするように制御を、植付
作業走行時と移動走行時とのいずれにおいても適用可能
である。

【００２４】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】田植機の側面図

【図２】操向系の制御構造を示すブロック図

【図３】入力トルクとアシスト力との関係グラフを示す
図

【符号の説明】

１０ 電動アクチュエータ ２１ 電源回路 Ｂ 走行検出手段 Ｃ 微分値算出手段 Ｄ 操向制御手段 Ｈ 補助操舵手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動アクチュエータ（１０）によって操
   舵力を補助する補助操舵手段（Ｈ）と、機体の走行状態
   を検出する走行検出手段（Ｂ）とを備え、機体が直進し
   ているときには補助操舵力を比較的小に、かつ、機体が
   旋回しているときには補助操舵力を比較的大にするよう
   に、前記補助操舵手段（Ｈ）と前記走行検出手段（Ｂ）
   とを連係する操向制御手段（Ｄ）を備えてある水田作業
   機の操向装置。
2. 【請求項２】 人為操舵力の微分値を求める微分値算出
   手段（Ｃ）を備え、前記微分値が大きくなると前記電動
   アクチュエータ（１０）への供給電流を増やすように、
   前記電動アクチュエータ（１０）に対する電源回路（２
   １）と前記微分値算出手段（Ｃ）とを連係させてある請
   求項１に記載の水田作業機の操向装置。