| 【発明の名称】 |
水平制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小野 弘喜
【氏名】石田 智之
【氏名】小野 豊
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| 【要約】 |
【課題】機体と作業機の間に設けられたアクチュエータを駆動し、作業機のローリング角を調整して水平制御を行う際に、機体のローリングによる作業機の行き過ぎや応答遅れを防止するとともに、誤った水平制御信号の出力をなくす。
【解決手段】ローリング角速度センサの検出値に基づく水平制御中に、前輪増速動作や片ブレーキ動作等の機体の旋回動作があった場合は、ローリング角速度センサによる水平制御信号を出力しない。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 機体の後部にリンク機構を介して作業機を連結し、該機体と作業機の間に機体に対する作業機のローリング角を変更するアクチュエータと該機体に対する作業機のローリング角を検出する手段とを設け、該機体に機体のローリング角を検出する傾斜センサと、作業機のローリング角を設定する傾き設定手段とを備えた水平制御装置に於いて、該機体に機体がローリングするときのローリング角速度検出手段と、機体の旋回動作を検出する手段とを設け、前記ローリング角速度検出手段の検出値に基づく水平制御中に、前記旋回動作検出手段により機体の旋回動作が検出されたときは、該ローリング角速度検出手段の検出値に基づく水平制御信号を出力しないように構成したことを特徴とする水平制御装置。
【請求項２】 機体の後部にリンク機構を介して作業機を連結し、該機体と作業機の間に機体に対する作業機のローリング角を変更するアクチュエータと該機体に対する作業機のローリング角を検出する手段とを設け、該機体に機体のローリング角を検出する傾斜センサと、作業機のローリング角を設定する傾き設定手段とを備えた水平制御装置に於いて、該機体に機体がローリングするときのローリング角速度検出手段と、前輪を増速する手段と、後輪の片ブレーキ動作を検出する手段とを備え、前記ローリング角速度検出手段の検出値に基づく水平制御中に、前輪の増速動作と後輪の片ブレーキ動作の少なくとも一方が検出されたときは、該ローリング角速度検出手段の検出値に基づく水平制御信号を出力しないように構成したことを特徴とする水平制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水平制御装置に関するものであり、特に、農業用トラクタや乗用管理機等の水平制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】農業用トラクタや乗用管理機等の農用作業車両では、機体の後部にリンク機構を介してロータリ等の作業機を連結し、該機体と作業機の間に機体に対する作業機のローリング角を変更するアクチュエータを設けるとともに、該機体に作業機のローリング角を設定する傾き調整ダイヤル等を設け、作業機のローリング角を自動的に調整する水平制御装置を備えたものが知られている。
【０００３】この水平制御装置には、機体と作業機の間に作業機のローリング角を検出するセンサを設けるとともに、該機体に機体のローリング角を検出する傾斜センサを設け、各センサの検出値に基づいて機体のローリング角と作業機のローリング角を演算し、機体の姿勢に拘らず作業機のローリング角を水平に維持すべく前記アクチュエータへ駆動信号を出力したり、或いは、機体のローリング角と作業機のローリング角を平行に維持すべく前記アクチュエータを駆動するように制御している。
【０００４】一般に傾斜センサは、筐体内に常時鉛直方向に向かう振り子を吊り下げておき、該振り子に対して機体に取り付けた筐体の左右傾斜の角度変化を検出するように構成されており、該振り子自体の慣性力のため、例えば機体が右下がり方向に傾斜し始めるときは、該振り子は相対的に左側に取り残される。従って、傾斜センサは機体の傾斜開始直後は逆方向の検出信号を出力し、また、検出信号の出力に時間遅れが生じることで、機体の傾斜を迅速に検出するという応答性が良好ではない。
【０００５】これに対して、機体に機体のローリング角速度を検出するローリング角速度センサを設け、該ローリング角速度センサの検出値から機体のローリング角を演算する方法も考えられる。しかし、機体の走行速度や圃場の硬さ、或いはタイヤのラグパターン等の走行条件や圃場条件により種々のノイズが発生し、ローリング角速度センサの出力信号には連続的に小刻みの変化が表れる。該ローリング角速度センサの出力変化に同期して作業機のローリング角を調整するには、全く応答遅れのない可変スピードの出せるアクチュエータが必要となり、構成が複雑になるとともに極めて高価となる。
【０００６】また、作業内容によっては作業機を下げたまま旋回する場合があるが、このとき機体に横方向のＧが作用するため、機体が水平であっても前記傾斜センサが「傾斜あり」と検出してしまう。このとき、ローリング角速度センサは機体が水平であるため「角速度変化なし」と検出するが、旋回開始時及び旋回終了時には急激な横方向のＧが作用して「機体に角速度発生」と検出することがあり、これによって誤った水平制御信号が出力される。
【０００７】そこで、機体と作業機の間に設けられたアクチュエータを駆動し、作業機のローリング角を調整して水平制御を行う際に、機体のローリングによる作業機の行き過ぎや応答遅れを防止するとともに、誤った水平制御信号の出力をなくすために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、機体の後部にリンク機構を介して作業機を連結し、該機体と作業機の間に機体に対する作業機のローリング角を変更するアクチュエータと該機体に対する作業機のローリング角を検出する手段とを設け、該機体に機体のローリング角を検出する傾斜センサと、作業機のローリング角を設定する傾き設定手段とを備えた水平制御装置に於いて、該機体に機体がローリングするときのローリング角速度検出手段と、機体の旋回動作を検出する手段とを設け、前記ローリング角速度検出手段の検出値に基づく水平制御中に、前記旋回動作検出手段により機体の旋回動作が検出されたときは、該ローリング角速度検出手段の検出値に基づく水平制御信号を出力しないように構成した水平制御装置、及び、機体の後部にリンク機構を介して作業機を連結し、該機体と作業機の間に機体に対する作業機のローリング角を変更するアクチュエータと該機体に対する作業機のローリング角を検出する手段とを設け、該機体に機体のローリング角を検出する傾斜センサと、作業機のローリング角を設定する傾き設定手段とを備えた水平制御装置に於いて、該機体に機体がローリングするときのローリング角速度検出手段と、前輪を増速する手段と、後輪の片ブレーキ動作を検出する手段とを備え、前記ローリング角速度検出手段の検出値に基づく水平制御中に、前輪の増速動作と後輪の片ブレーキ動作の少なくとも一方が検出されたときは、該ローリング角速度検出手段の検出値に基づく水平制御信号を出力しないように構成した水平制御装置を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。図１及び図２は作業車両の一例として小型のトラクタ１０を示し、機体の後部にリンク機構１１を介してロータリ作業機１２が連結されている。運転席１３の近傍には作業機の昇降位置設定手段であるポジションレバー１５、作業機の耕深量設定手段である耕深調整ダイヤル１６、作業機のローリング角を設定する傾き設定手段である傾き調整ダイヤル１７等が設けられている。ミッションケース１８の左右両側に後車軸１９が突出しており、左右の後輪３４，３４が取り付けられている。
【００１０】前記リンク機構１１はトップリンク２０と左右のロワリンク２１，２１とからなり、左右のリフトアーム２２，２２の先端とロワリンク２１，２１をリフトロッド２３，２３にて連結し、リフトシリンダ２４の駆動にてリフトアーム２２を回動することにより、リフトロッド２３，２３を介してロワリンク２１，２１が上下動する。斯くして、ロワリンク２１，２１の先端部を回動中心に前記ロータリ作業機１２が昇降する。
【００１１】リフトアーム２２の回動基部には、作業機の昇降位置を検出する手段としてリフトアーム角センサ２５が設けられ、このリフトアーム角センサ２５にてリフトアーム２２の回動角を検出し、コントローラ５０にてロータリ作業機１２の昇降高さを演算する。また、ロータリ作業機１２のメインカバー２６の後端部にリヤカバー２７を上下回動自在に取り付け、リヤカバーセンサ２８により前記リヤカバー２７の回動角を検出して、コントローラ５０にてロータリ作業機１２の耕深量を演算する。
【００１２】一方、機体に対するロータリ作業機１２のローリング角を変更するためのアクチュエータとして、左右どちらかのリフトロッド２３の途中にローリングシリンダ３０を設け、該ローリングシリンダ３０を伸縮させてロワリンク２１のリフト量を左右で変えることにより、機体に対するロータリ作業機１２の左右方向への傾きを変更できるように形成してある。
【００１３】そして、機体に対するロータリ作業機１２のローリング角を検出する手段として、前記ローリングシリンダ３０に隣接してストロークセンサ３１を設け、該ストロークセンサ３１によリローリングシリンダ３０の伸縮長さを検出し、機体に対するロータリ作業機１２のローリング角をコントローラ５０にて演算するとともに、前記傾き調整ダイヤル１７の設定値に応じてローリングシリンダ３０を駆動し、ロータリ作業機１２の水平制御を行えるようにしてある。
【００１４】ここで運転席１３の前方には機体の操舵操作部であるステアリングハンドル３２が設けられ、該ステアリングハンドル３２の近傍位置に前後進切換えレバー３３を設けてあり、該前後進切換えレバー３３を操作することにより、後輪３４へ伝達する駆動力を逆転させて、機体の進行方向を選択できるようにしてある。そして、運転席１３の前下方部に変速レバー３５を設置するとともに、左右独立して踏み込み可能な左右ブレーキペダル３６，３６が設けられている。前記、ステアリングハンドル３２の回転操作は操舵装置３７へ伝達され、操舵量に応じて前輪３８が回向する。前輪３８の操舵量は前輪切れ角センサ３９によって検出される。
【００１５】また、前記ミッションケース１８の上面部には後車軸１９の近傍上方位置の略中央部に、機体のローリング角を検出する手段である傾斜センサ４１と、機体がピッチングするときの角速度を検出する手段であるピッチング角速度センサ４２と、機体がローリングするときの角速度を検出する手段であるローリング角速度センサ４３がケース４４内に一体的に収納されている。
【００１６】更に、前記後車軸１９には左右の後輪３４，３４を夫々独立して制動可能なブレーキ装置４６，４６が設けられており、機体が旋回するときは片側のブレーキペダル３６のみを踏み込んで片側のブレーキ装置４６を作動させ、旋回内側の後輪３４に片ブレーキをかけることにより、機体の旋回半径を小さくすることができる。また、後輪の片ブレーキ動作を検出する手段として、左右のブレーキ装置４６には夫々ブレーキセンサ４７が設けられている。一方、前輪３８には前輪の回転速度を後輪の略２倍に増速する手段として増速装置４８が設けられ、機体が旋回するときは該増速装置４８を作動させて前輪３８を増速駆動することにより、機体を小回り旋回させることができる。
【００１７】図３は制御系のブロック図であり、耕深調整ダイヤル１６によってロータリ作業機１２の耕深目標値を設定し、リフトアーム角センサ２５の検出信号にてロータリ作業機１２の昇降位置を演算するとともに、リヤカバーセンサ２８にてリヤカバー２７の回動角を検出してロータリ作業機の耕深量を演算する。そして、リヤカバー２７の回動角を前記耕深調整ダイヤル１６にて設定された耕深目標値に応じた所定角に維持すべく、リフトシリンダ２４を駆動する電磁制御弁の上昇ソレノイドまたは下降ソレノイドへコントローラ５０から制御信号を出力する。従って、リフトアーム２２が上下回動してロータリ作業機１２が昇降し、リヤカバー２７が回動してリヤカバーセンサ２８の検出値が耕深目標値と一致するように制御される。
【００１８】一方、傾き調整ダイヤル１７によってオペレータがロータリ作業機１２のローリング角を任意に設定できる。地面に対する機体のローリング角は傾斜センサ４１にて検出し、機体に対するロータリ作業機１２のローリング角はストロークセンサ３１にて検出する。従って、双方のセンサの検出値からロータリ作業機１２の地面に対するローリング角を演算することができ、前記傾き調整ダイヤル１７にて設定された作業機のローリング角を維持すべく、ローリングシリンダ３０を駆動する電磁制御弁の右上げソレノイドまたは右下げソレノイドへコントローラ５０から制御信号を出力する。従って、ローリングシリンダ３０が伸縮してロータリ作業機１２のローリング角が変更され、ストロークセンサ３１の検出値が水平制御の目標値と一致するように制御される。
【００１９】尚、ピッチング角速度センサ４２及びローリング角速度センサ４３は夫々振動ジャイロ方式のものを使用しており、構造が簡単で精密且つ安価である。しかし、振動ジャイロ方式以外のセンサであってもよい。之等傾斜センサ４１とピッチング角速度センサ４２とローリング角速度センサ４３は、後車軸１９の近傍上方位置の略中央部に設けられており、前輪３８側に設置する場合と比較して機体の重心に近くなり、上下方向の振動が少なく外乱を受けにくくなって測定精度が向上する。また、前記３つのセンサがすべてケース４４内に一体的に収納されているので、設置スペースがコンパクトになり、電源回路を共用できる等、設置作業も簡単となる。
【００２０】更に、水平切換スイッチ４５により、水平モードと機体平行モードと角度設定モードとを選択可能にしてあり、機体と作業機の相対的な傾き及び地面に対する傾きを検出しながら、該水平切換スイッチ４５でセットしたモードに応じて水平制御の目標値を定め、前記ローリングシリンダ３０を駆動してロータリ作業機１２の傾きを調整する。
【００２１】例えば、水平切換スイッチ４５が水平モードにセットされているときは、傾斜センサ４１の検出値とストロークセンサ３１の検出値からロータリ作業機１２の地面に対する傾きを算出し、この傾きをゼロにするように水平制御の目標値を定める。そして、ストロークセンサ３１の計測値がこの目標値に一致するように、ローリングシリンダ３０を駆動する電磁制御弁の右上げソレノイドまたは右下げソレノイドへコントローラ５０から制御信号を出力する。従って、機体の姿勢に拘らずロータリ作業機１２の左右方向の傾きが水平となるように制御される。
【００２２】一方、水平切換スイッチ４５が機体平行モードにセットされているときは、左右のロワリンク２１のリフト量を等しくするように水平制御の目標値を定める。そして、ストロークセンサ３１の計測値がこの目標値に一致するようにローリングシリンダ３０を駆動すべく、コントローラ５０から前記右上げソレノイドまたは右下げソレノイドへ制御信号を出力する。従って、ロータリ作業機１２の左右方向の傾きが機体の傾きと平行になるように制御される。
【００２３】また、水平切換スイッチ４５が角度設定モードにセットされているときは、オペレータが任意に設定した傾き調整ダイヤル１７の設定値に応じて水平制御の目標値を定め、ストロークセンサ３１の計測値がこの目標値に一致するようにローリングシリンダ３０を駆動すべく、コントローラ５０から前記右上げソレノイドまたは右下げソレノイドへ制御信号を出力する。従って、ロータリ作業機１２が設定した任意の傾きとなるように制御される。
【００２４】ここで、前輪切れ角センサ３９により前輪３８の操舵量を検出し、機体が旋回動作に入ったか否かをコントローラ５０によって判別する。また、左右のブレーキセンサ４７により片ブレーキ動作を検出する。例えば、乾田等でのロータリ作業中に機体を旋回する場合、オペレータはステアリングハンドル３２を操舵して前輪３８を回向するとともに、片側のブレーキペダル３６を踏み込んで旋回内側のブレーキ装置４６を作動させ、後輪３４に片ブレーキをかける。
【００２５】このとき、ロータリ作業機１２の引きずりを防止するために、コントローラ５０からリフトシリンダ２４の電磁制御弁の上昇ソレノイドに作業機上げ信号を出力し、ロータリ作業機１２を所定高さまで上昇させる。これと略同時に、コントローラ５０から増速装置４８を駆動させる電磁制御弁の増速ソレノイドに指令信号を出力し、前輪３８の回転速度を増速させる。従って、旋回内側の後輪３４の片ブレーキ動作と、前輪３８の増速動作とによって、機体を小回り旋回させることができる。
【００２６】尚、左右のブレーキ装置４６に夫々アクチュエータ（図示せず）を装着し、コントローラ５０からの指令信号にて該アクチュエータ用の電磁制御弁の右ブレーキソレノイドまたは左ブレーキソレノイドに駆動信号を出力することにより、左右のブレーキ装置４６を作動させるように形成することもできる。斯かる場合には、機体の旋回時にブレーキペダル３６を踏み込まない状態でも、自動的に後輪３４に片ブレーキをかけることができる。
【００２７】ここで、機体の走行速度や圃場の硬さ或いはタイヤのラグパターン等、走行条件や圃場条件によって、前記ローリング角速度センサ４３の検出信号には種々の振動に起因するノイズが発生する。例えば、図４に示すように、ローリング角速度センサ４３の出力信号が０Ｖから最大５Ｖまで変化し、機体が右方向へローリングしたときの角速度の変化がグラフの上方向に表れ、機体が左方向へローリングしたときの角速度の変化が下方向に表れるものとしたとき、振動ノイズによって、ローリング角速度センサ４３の検出信号には連続的に小刻みの変化が表れる。
【００２８】従って、ローリング角速度に基づいて水平制御を行う場合は、右方向角速度のピーク値（上端ピーク値）と左方向角速度のピーク値（下端ピーク値）を所定時間継続して測定し、各ピーク値の移動平均値を算出し、右方向角速度ピーク値の移動平均値と左方向角速度ピーク値の移動平均値とからローリング角速度センサ４３の中立位置を設定する。そして、上記中立位置に対して予め規定値ω0を定めておき、ローリング角速度センサ４３の検出値が該規定値ω0内にあるときは、振動ノイズによる角速度検出と見做して、前記傾斜センサ４１の検出値にて機体のローリング角を算出し、該傾斜センサ４１の検出値に基づいてローリングシリンダ３０用の電磁制御弁へ「右上げ」または「右下げ」の水平制御信号を出力する。これに対して、予め定めた前記規定値ω0より大きなローリング角速度を検出したときは（例えばｔ1からｔ2の部分）、前記ローリング角速度センサ４３の検出値に基づいてローリングシリンダ３０用の電磁制御弁へ水平制御信号を出力する。
【００２９】このとき、ローリング角速度センサ４３で検出した傾斜量とストロークセンサ３１で検出した修正量を常に比較し、ストロークセンサ３１での修正量がローリング角速度センサ４３での傾斜量を超えないように、ローリングシリンダ用の電磁制御弁への水平制御信号を調整する必要がある。例えば、ローリング角速度センサ４３での傾斜量が５°と検出されたときは、ストロークセンサ３１での修正量が５°を超えないようにローリングシリンダ３０を駆動し、作業機の行き過ぎを防止する。斯くして、応答遅れのない高価なアクチュエータを使用せずして、ローリング角速度センサの出力変化に同期して作業機のローリング角を調整することができる。
【００３０】また、ローリング角速度センサ４３の検出値が前記規定値ω0内に戻った時点（ｔ2）以降は、一回分のローリング角速度がなくなったと見做して傾斜量をゼロにし、次にローリング角速度センサ４３の検出値が規定値ω0を越えた時点（ｔ3からｔ4の部分）では、新たに傾斜量を演算する。従って、傾斜量の演算誤差の蓄積がなくなり、一回ごとの水平制御信号を正確に出力することができる。
【００３１】ここで、代掻き作業などでは、ロータリ作業機１２を下げたまま旋回する場合があるが、このとき機体に横方向のＧが作用するため、機体が水平であってもローリング角速度センサ４３は「機体に角速度発生」と検出することがあるので、機体の旋回中にはローリング角速度センサ４３に基づく水平制御信号を出力しないようにする。
【００３２】例えば図５に示すように、ローリング角速度センサに基づく水平制御中にローリング角速度センサ４３の検出値が前記規定値ω0を越えて水平制御信号の出力要求があったときは（Step100）、前輪切れ角センサ３９の検出値が規定値以上ではないとき（Step110）、前輪増速動作がなく（Step120）、且つ、片ブレーキ動作がないとき（Step130）、即ち、機体の旋回に関わる動作がないときのみ、ローリング角速度センサ４３の検出値に基づく水平制御信号を出力する（Step140）。これに対して、Step110からStep130までの何れか一つでも該当したときは、機体の旋回動作があったものと見做して、ローリング角速度センサ４３の検出値に基づく水平制御信号を出力しない（Step150）。斯くして、機体の旋回時に誤った水平制御信号を出力することが防止できる。尚、Step150に於いて、水平制御信号の出力を全く行わないのではなく、発生しているローリング角速度の大きさを実際より小さめに見做して水平制御信号を出力するように制御してもよい。或いは、前記規定値ω0を大きくして、水平制御信号の出力を抑止するようにしてもよい。
【００３３】一方、ローリング角速度センサ４３の検出値に基づく水平制御中に、機体が作業領域外へ出たときや機体を後退するとき等に於いて、ロータリ作業機１２を手動操作にて一定以上の高さに上昇させることがある。然るとき、前記ローリング角速度センサ４３が機体のローリング角速度を検出して水平制御信号を出力すれば、作業機にガタツキが発生して操作感が悪くなる。
【００３４】このため、図６に示すように、ローリング角速度センサ４３の検出値に基づく水平制御中に、リフトアーム角センサ２５の検出値が一定値以上になったときは（Step200）、ロータリ作業機１２が上昇操作中若しくは上昇位置で停止している状態であるので、ローリング角速度に基づく水平制御信号の出力を禁止する（Step210）。斯くして、作業機上昇中に不用な水平制御出力を行わなくなり、作業機のガタツキを解消できる。尚、Step210に於いて、水平制御信号の出力を禁止するのではなく、前述の規定値ω0を大きくしてローリング角速度センサ４３の不感帯を広げ、水平制御信号の出力を抑止するように制御してもよい。
【００３５】而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００３６】
【発明の効果】本発明は上記一実施の形態に詳述したように、請求項１記載の発明はローリング角速度の検出値に基づく作業機の水平制御中に、機体の旋回動作が検出されたときは、該ローリング角速度の検出値に基づく水平制御信号を出力しないように構成したので、旋回時に機体に横Ｇが作用したとしても、誤った水平制御信号が出力されることがなく、作業機の行き過ぎや応答遅れのない正確な水平制御を行うことができる。
【００３７】請求項２記載の発明は、前輪の増速動作と後輪の片ブレーキ動作の少なくとも一方が検出されたときは、機体が旋回動作に入ったと見做してローリング角速度の検出値に基づく水平制御信号を出力しないように構成したので、機体の旋回時に確実に水平制御信号の出力を停止することができる。
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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１１年６月１日（１９９９．６．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６０５７５
【弁理士】
【氏名又は名称】林 孝吉
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４２０１０（Ｐ２０００−３４２０１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１２日（２０００．１２．１２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５３３２６ |
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