| 【発明の名称】 |
動力車両における作業機の姿勢制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小野 弘喜
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| 【要約】 |
【課題】従来、トラクター等に搭載される所謂作業機の水平制御では、作業機の姿勢変更速度が一定に設定されていた為、傾斜角度が急激に変化した場合に制御の作動遅れが生じ整地性能を低下させるという不具合を有していた。
【解決手段】車体に連結した作業機１４を昇降する昇降制御装置と、同作業機１４の左右傾斜姿勢を変更する油圧シリンダ１５ａ、及び車体に対する傾斜姿勢を検出するストロークセンサ１７を備え前記作業機１４を車体に対し任意の傾斜姿勢に維持する水平制御装置とを設けたトラクタにおいては、前記車体には前記傾斜制御の基準となる車体の左右傾斜角度、及び傾斜変化速度を検出するセンサを備え、両検出値に応じて前記油圧シリンダ１７の駆動速度を変更する構成とした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車体に連結した作業機を昇降する昇降制御装置と、同作業機２の左右傾斜姿勢を変更するアクチュエータ、及び車体に対する傾斜姿勢を検出するセンサを備え前記作業機を車体に対し任意の傾斜姿勢に維持する傾斜制御装置とを設けた動力車両において、前記車体には前記傾斜制御の基準となる車体の左右傾斜角度、及び傾斜変化速度を検出するセンサを備え、両検出値に応じて前記アクチュエータの駆動速度を変更する制御手段を備えたことを特徴とする動力車両における作業機の姿勢制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、トラクター等の動力車両に連結される作業機の姿勢制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、トラクター後部に連結されたロータリ耕耘装置等の対地作業機を水平に制御させるものがある。更に詳述すると、トラクターに左右方向の傾斜を検出する傾斜センサを設け、トラクターと作業機との間には両者の相対的角度差を検出するストロークセンサを設け、トラクターが傾いたときに、その傾斜角度分だけ姿勢変更用の油圧アクチュエータを逆方向に作動させて作業機を常に設定角度（例えば水平姿勢）に保持させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、こうした従来装置の場合には、作業機全体の上下動をコントロールするメインコントロールバルブの回路の途中に分流弁を設け、規定流量だけ分流した作動油を前記油圧アクチュエータに送り込むようにしていたため、トラクターの傾斜角度に関係なく常に一定速度でしか作業機の左右傾斜姿勢制御が行われず、追従性が悪いという欠点がある。
【０００４】また、トラクターの傾斜角度が大きい場合、急激に変化した場合と、徐々に変化した場合とでは作業機の姿勢制御速度が異ならなければ的確な制御が行えないのに、前記した従来装置では、制御速度が一定であるから制御の遅れを生じ、この結果整地性能を低下させるという不具合を有していた。さらに、従来装置の場合、目標設定値と検出値との差が大きい場合には制御バルブに連続信号を流し、微小制御域になるとパルス信号を流して油圧アクチュエータを伸縮制御する方式を採用していたため、動きに滑らかさがなく、特に、油圧アクチュエータが目標とする位置に近づいて停止する寸前の領域では油圧アクチュエータの作動が、ぎくしゃくしたものになり、フィーリングが悪いという欠点を有していた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、前記した問題点に鑑みて提案するものであって、このため、次のような技術的手段を講じた。即ち、車体に連結した作業機を昇降する昇降制御装置と、同作業機２の左右傾斜姿勢を変更するアクチュエータ、及び車体に対する傾斜姿勢を検出するセンサを備え前記作業機を車体に対し任意の傾斜姿勢に維持する傾斜制御装置とを設けた動力車両において、前記車体には前記傾斜制御の基準となる車体の左右傾斜角度、及び傾斜変化速度を検出するセンサを備え、両検出値に応じて前記アクチュエータの駆動速度を変更する制御手段を備えたことを特徴とする動力車両における作業機の姿勢制御装置とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説明する。まず、構成から説明すると、１はトラクターで、機体の前後部に夫々前輪２、２と後輪３、３とを備え、ミッションケース４の後上部には油圧シリンダケース５を固着して設けている。油圧シリンダケース５内には、単動式の油圧シリンダ６を設け、油圧シリンダケース５の左右両側にはリフトアーム７、７を回動自由に枢着している。
【０００７】なお、ここでは油圧シリンダ６、リフトアーム７、７を油圧昇降機構８と総称する。また、トップリンク１０、ロワーリンク１１、１１からなる３点リンク機構１２の後端部には、ロータリ耕耘装置１４が昇降自在に連結されている。１５、１５はリフトアーム７、７とロワーリンク１１、１１間に介装されたリフトロッドであり、特に右側のリフトロッド１５は複動式の油圧シリンダ１５ａで構成され、後述する制御弁の切換でこの油圧シリンダ１５ａ内に作動油が給排され、ロータリ耕耘装置１４を左右方向に傾動させる。１６は前記油圧シリンダケース５の横側部に取り付けられた傾斜センサであって、トラクター１の左右傾斜を検出する。また、１７はトラクター１とロータリ耕耘装置１４との間の相対的回動量を検出するストロークセンサであって、直線式のポテンショメータにて構成され、このストロークセンサ１７は前記油圧シリンダ１５ａの横側部に配設されている。
【０００８】２０はポジション制御用の油圧操作レバーであって、この油圧操作レバー２０の回動基部には、トラクター１の後部に連結されているロータリ耕耘装置１４の対地高さを設定するためのポテンショメータからなる対地高さ設定器２１が取り付けられている。一方、片側リフトアーム７の回動基部にもポテンショメータからなる対地高さセンサ２３が設けられ、油圧操作レバー２０にて設定された位置にリフトアーム７、７が回動してその設定位置に停止するように構成している。
【０００９】ロータリ耕耘装置１４について簡単に説明すると、ロータリ耕耘装置１４は、耕耘部３４と、耕耘部３４の上方を覆う主カバー３５と、主カバー３５の後部に枢着されたリヤカバー３６等を備え、リヤカバー３６の下端部を地面に摺接させて耕起土壌面を均平にすべく構成し、また、主カバー３５の後端部にはリヤカバー３６の回動角度を検出する耕深センサ３７を設けている。
【００１０】次に第２図の油圧回路図について簡単に説明すると、油圧ポンプ２５から送り出された作動圧油は、分流弁２６により一部は水平制御用の油圧シリンダ１５ａ側に送られ、他は作業機昇降用の油圧シリンダ６側に送られる。水平制御用の切換弁２７は３位置４ポート式の弁にて構成され、左側のソレノイド２７ａが励磁されると油圧シリンダ１５ａは伸長し、逆に右側のソレノイド２７ｂが励磁されると短縮する。前記切換弁２７はパルス信号をソレノイドに流すことによって制御される比例式電磁弁で構成されるものであって、１周期当たりのパルスの幅を偏差に基づいて変更することによってソレノイドに通電される電流値が変わり、電流値に比例した流量制御がなされるように構成している。
【００１１】なお、この切換弁２７は常態においては中立位置を保っており、傾斜センサ１６が機体の傾斜を検出すると、ロータリ耕耘装置１４を水平に維持すべくいずれかのソレノイドが励磁されるものである。同図において、４０はメインの油圧昇降回路の一部を構成する油路、４２は上昇用比例制御弁、４５は下降用比例制御弁である。上昇用比例制御弁４２はパイロット圧を制御する第１制御弁４７と流量を制御する第２制御弁４８とからなり、第１制御弁４７のソレノイドに流す電流値をコントロールすることによって第２制御弁４８に掛るパイロット圧が変わり、油圧シリンダ６に至る作動油の量がコントロールされる。同様に下降用比例制御弁４２もパイロット圧をコントロールする第１制御弁４９と流量制御する第２制御弁５０とからなり、第１制御弁４９のソレノイドに通電する電流値を変えることによって第２制御弁５０に掛るパイロット圧が変わり、油圧シリンダ６からタンクに排出される作動油の量が制御される。これらの上昇用、下降用の比例制御弁４２、４５は水平制御用の切換弁２７と同様、１パルス当たりのＯＮ時間を変えて電流値をコントロールする（デューティ制御）ものである。
【００１２】従って、対地高さ設定器２１による設定値と対地高さセンサ２３による検出値との差、即ち偏差が小さい場合には１パルス当たりのＯＮ時間（オンタイム）を短くし、偏差が大きい場合には１パルス当たりのＯＮ時間を長くするように構成されている。図３は制御系を示すブロック図であり、ロータリ耕耘装置１４の対地高さを設定する設定器２１と、耕深を設定する耕深設定器５１と、ロータリ耕耘装置１４の左右傾斜角度を設定する傾斜設定器５２は夫々Ａ／Ｄ変換器５５を介してＣＰＵからなる制御装置６０に接続され、また、対地高さセンサ２３と、耕深センサ３７と、トラクター１の傾斜角度を検出する傾斜センサ１６と、トラクター１と対地作業機との相対的角度を検出するストロークセンサ１７も同様にＡ／Ｄ変換器５５を介してＣＰＵからなる制御装置６０に接続されている。
【００１３】そして、制御装置６０の出力側には、リフトアーム７、７を昇降回動させる上昇用比例制御弁４２と下降用比例制御弁４５、及び水平制御用油圧シリンダ１５ｂを伸長させるソレノイド２７ａと短縮させるソレノイド２７ｂが接続されている。なお、５８はＡ／Ｄ変換器５５を経ることなく直接制御装置６０に接続された昇降用スイッチで、このスイッチ５８をＯＮにすると、ロータリ耕耘装置１４は最大上昇位置まで上昇し、ＯＦＦにすると、油圧操作レバー２０によって定まる高さまで下降する。
【００１４】図４は、制御装置６０のメモリ内に記憶されている水平制御のためのプログラムの内容を示すものであるが、このフローチャートに基づいて作用を説明すると、まず、最初に昇降スイッチ５８や各種設定器２１、５１、５２及びセンサ１６、１７、２３、３７の値が読み込まれる（ステップ１）。傾斜設定器５２によって作業機の左右方向の傾斜姿勢（例えば水平状態）が設定されているが、この状態からトラクター１が左右いずれかの方向に傾くと傾斜センサ１６がこれを検出し、元の設定された姿勢に作業機を維持すべく制御目標ストロークセンサ値と、現在のストロークセンサ１７の値の差が算出される（ステップ２、３）。同時に傾斜センサ１６の変化速度を検出する（ステップ４）。
【００１５】トラクター１の傾きに変化が生じたときには出力要求が生じ、発生直後（この実施例では１パルス目）は偏差に拘りなしに規定のパルス幅の信号が流され、切換弁２７の伸長用あるいは短縮用のソレノイド２７ａ、２７ｂが励磁される（ステップ６、９、１１、１３あるいは６、９、１１、１４）。そして、制御目標値との差が微小で小さい場合、即ち、偏差が規定値以内に納まっていれば、偏差に応じて複数個のテーブルデータの中から最適な流量特性曲線の１つを選び、その選択された流量特性曲線上でデューティ制御を行う（ステップ７、１０、１１、１３あるいは７、１０、１１、１４）。そして、目標値との差が規定値以内に納まっていないときには、傾斜センサ１６の変化する速度よりやや速い流量が得られるＯＮデユーティを選び、水平制御用切換弁２７のソレノイド２７ａ（２７ｂ）を偏差に基づいてデューティ制御する（ステップ８、１１、１３、あるいは８、１１、１４）。
【００１６】傾斜センサ１６が傾斜を検出してから油圧シリンダ１５ａに作動油を送り込む場合、動作に遅れが伴うのが普通であるが、傾斜変化が連続的に生じているような場合には、傾斜センサ１６の変化速度よりもやや速い速度で油圧シリンダ１５ａが伸縮制御するようにコントロールすれば、応答遅れが少なくなって追従性が向上し、また、制御目標近くで減速させればオーバーストロークも少なくなる。
【００１７】なお、図５は別実施例の制御プログラムを示したもので、トラクター１本機に連結されている作業機の左右方向の傾斜の変化速度がゼロに近づくように流量を制御して油圧シリンダ１５ａを伸縮させたものである。更に詳述すると、トラクター１と一体で作業機が傾いてゆくときの傾斜速度の方が、油圧シリンダ１５ａを伸縮させるときの速度よりも速いと、これは流量不足となって作業機が設定姿勢に到達するのに時間が掛ることになる。逆に、油圧シリンダ１５ａの動作速度の方が、傾斜センサ１６の変化速度よりも速いときには、作業機は目標とする位置に迅速に到達するが停止時にオーバーストロークして動き過ぎてしまう不具合が生じる。このため、油圧シリンダ１５ａの動作速度とトラクター１の傾斜速度、言い換えると傾斜センサ１６の変化速度とが同期していれば、作業機の傾斜変化速度はゼロに近くなる。このように、傾斜センサ１６の変化速度を常に監視して、作業機の傾斜の変化速度がゼロに近づくように油圧シリンダ１５ａを伸縮させれば、どのような傾斜状態であっても作業機は正確且つ迅速に目標位置に到達できる。
【００１８】なお、図６、図７について簡単に説明を加えると、これらは水平制御用の切換弁２７のソレノイド２７ａ、２７ｂを比例制御弁を用いないで普通のＯＮ、ＯＦＦ式開閉弁を用いた従来装置と一部を改良した装置を説明したものである。図６において、作業機がトラクター１と共に左右方向に傾斜すると、傾斜センサ１６の検出信号は図のように現れ、不感帯（ニュートラルゾーン）を越えて減速ゾーンに入ったときだけ油圧シリンダ１５ａが間歇駆動すべくパルス制御される。即ち、設定値と検出値との差が微小な範囲ではパルス制御され、偏差が大きくなると、ソレノイドに連続信号が流されて切換弁２７は全開になり、規定量の作動油が油圧シリンダ１５ａに送り込まれる。このような従来方式では、油圧シリンダ１５ａが動き始めるときに動作遅れが生じ、フイーリングが悪い欠点があった。図６の（ロ）は、この点を解消するために、従来装置の制御プログラムの一部を改良したものであり、その特徴とする点は動き始めも連続信号を流すようにしたことである。図７はその詳細な制御フローを示すもので、このような方式に改めると制御の遅れが少なくなる。
【００１９】
【発明の作用効果】以上説明したようにこの発明は、車体に連結した作業機を昇降する昇降制御装置と、同作業機２の左右傾斜姿勢を変更するアクチュエータ、及び車体に対する傾斜姿勢を検出するセンサを備え前記作業機を車体に対し任意の傾斜姿勢に維持する傾斜制御装置とを設けた動力車両において、前記車体には前記傾斜制御の基準となる車体の左右傾斜角度、及び傾斜変化速度を検出するセンサを備え、両検出値に応じて前記アクチュエータの駆動速度を変更する制御手段を備えたことを特徴とする動力車両における作業機の姿勢制御装置としたものであるから、前述のように機体の変化速度が速いときには姿勢変更用の油圧アクチュエータの作動速度も速く変更され、逆に変化速度が遅いときには、同アクチュエータの動作も緩やかに制御され、この結果、応答性は著しく向上するとともに、前記アクチュエータの動作も滑らかになってフィーリングも良好となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００１２５
【氏名又は名称】井関農機株式会社
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| 【出願日】 |
平成３年（１９９１）９月３０日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７５９０９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月１２日 |
| 【出願番号】 |
特願平１１−４１７３９ |
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