| 【発明の名称】 |
作業機のローリング制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】梅本 享
【氏名】高田 富美男
|
| 【要約】 |
【課題】傾斜センサと、比較的廉価な角速度センサとを用いながら、精度良く検出できるローリング制御手段を実現させる。
【解決手段】ロータリ耕耘装置４の左右傾斜姿勢を設定角度に維持するローリング制御手段２４を、機体２１のローリング動に関する角速度センサ２３の検出値を積分した積分値を基準として、機体２１の左右傾斜姿勢に関する傾斜センサ１５の検出値に基づく補正を行うことによって求められる検出傾斜角が、予め設定された目標設定角となるようにリフトロッドシリンダ８を作動させるものに構成し、機体２１の状態安定度の高い低いを判別する判別手段Ｈｊとを備え、機体２１の状態安定度が低いほど傾斜センサ１５の検出値に基づく補正割合を大きくし、機体２１の状態安定度が高いほど傾斜センサ１３の検出値に基づく補正割合を小さくする状態補正手段Ａを設ける。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 対地作業装置をローリング自在に走行機体に連結し、前記対地作業装置を前記走行機体に対してローリング駆動するアクチュエータと、前記走行機体又は前記対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、前記走行機体又は前記対地作業装置の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備えるとともに、前記傾斜センサと前記角速度センサとの双方の検出値に基づいて、前記対地作業装置の左右方向姿勢が設定角度に維持されるように前記アクチュエータを作動させるローリング制御手段を設けてある作業機のローリング制御装置であって、前記ローリング制御手段を、前記角速度センサの検出値を積分して得られる積分値を基準として、前記傾斜センサの検出値に基づく補正を行うことによって求められる検出傾斜角が、予め設定された目標設定角となるように前記アクチュエータを作動させるものに構成するとともに、前記走行機体又は前記対地作業装置の状態安定度の高い低いを判別する判別手段とを備え、前記走行機体又は前記対地作業装置の状態安定度が低いほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、前記走行機体又は前記対地作業装置の状態安定度が高いほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくする状態補正手段を設けてある作業機のローリング制御装置。
【請求項２】 前記判別手段が、前記角速度センサの温度を検出する温度センサであり、前記状態補正手段は、前記角速度センサの温度変化が大きいほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、前記角速度センサの温度変化が小さいほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されている請求項１に記載の作業機のローリング制御装置。
【請求項３】 前記判別手段が、メインスイッチがＯＮされたときからの経過時間を検出する時間計測手段であり、前記状態補正手段は、前記メインスイッチＯＮからの時間が短いほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、前記メインスイッチＯＮからの時間が長いほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されている請求項１に記載の作業機のローリング制御装置。
【請求項４】 対地作業装置をローリング自在に走行機体に連結し、前記対地作業装置を前記走行機体に対してローリング駆動するアクチュエータと、前記走行機体又は前記対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、前記走行機体又は前記対地作業装置の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備えるとともに、前記傾斜センサと前記角速度センサとの双方の検出値に基づいて、前記対地作業装置の左右方向姿勢が設定角度に維持されるように前記アクチュエータを作動させるローリング制御手段を設けてある作業機のローリング制御装置であって、前記ローリング制御手段を、前記角速度センサの検出値を積分して得られる積分値を基準として、前記傾斜センサの検出値に基づく補正を行うことによって求められる検出傾斜角が、予め設定された目標設定角となるように前記アクチュエータを作動させるものに構成するとともに、前記走行機体又は前記対地作業装置の姿勢安定度の高い低いを判別する判別手段を設け、前記走行機体又は前記対地作業装置の姿勢安定度が低いほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、前記走行機体又は前記対地作業装置の姿勢安定度が高いほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくする姿勢補正手段を備えてある作業機のローリング制御装置。
【請求項５】 前記判別手段が前記角速度センサであり、前記姿勢補正手段は、前記角速度センサの出力値が大きいほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、前記角速度センサの出力値が小さいほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されている請求項４に記載の作業機のローリング制御装置。
【請求項６】 前記判別手段が前記傾斜センサであり、前記姿勢補正手段は、前記傾斜センサの出力値が大きいほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、前記傾斜センサの出力値が小さいほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されている請求項４に記載の作業機のローリング制御装置。
【請求項７】 前記判別手段が、前記走行機体の走行速度を検出する車速センサであり、前記姿勢補正手段は、走行速度が速いほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、走行速度が遅いほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されている請求項４に記載の作業機のローリング制御装置。
【請求項８】 前記判別手段が、前記走行機体又は前記対地作業装置を操るためのアクチュエータの作動或いは操作入力数の多少を検出する操作頻度検出手段であり、前記姿勢補正手段は、前記アクチュエータの作動或いは操作入力数が多いほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、前記アクチュエータの作動或いは操作入力数が少ないほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されている請求項４に記載の作業機のローリング制御装置。
【請求項９】 対地作業装置をローリング自在に走行機体に連結し、前記対地作業装置を前記走行機体に対してローリング駆動するアクチュエータと、前記走行機体又は前記対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、前記走行機体又は前記対地作業装置の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備えるとともに、前記傾斜センサと前記角速度センサとの双方の検出値に基づいて、前記対地作業装置の左右方向姿勢が設定角度に維持されるように前記アクチュエータを作動させるローリング制御手段を設けてある作業機のローリング制御装置であって、前記ローリング制御手段を、前記角速度センサの検出値を積分して得られる積分値を基準として、前記傾斜センサの検出値に基づく補正を行うことによって求められる検出傾斜角が、予め設定された目標設定角となるように前記アクチュエータを作動させるものに構成し、前記傾斜センサの検出値の単位時間当たりの変化量が無い又は殆ど無いときに、前記積分値の変化量が大きいほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、前記積分値の変化量が小さいほど前記傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくする積分補正手段を備えてある作業機のローリング制御装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トラクタ、田植機、直藩機といった作業機のローリング制御装置に係り、詳しくは、対地作業装置をローリング自在に走行機体に連結し、対地作業装置を走行機体に対してローリング駆動するアクチュエータと、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備えるとともに、傾斜センサと角速度センサとの双方の検出値に基づいて、対地作業装置の左右方向姿勢が設定角度に維持されるようにアクチュエータを作動させるローリング制御手段を設けてある作業機のローリング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】トラクタ等の作業機における対地作業装置のローリング制御においては、作業装置の変位検出手段として傾斜センサと角速度センサとの双方のセンサを用いることにより、応答性が良く、誤作動も先ず無い正確で精度の良い制御作動を行えることが知られている。このように、傾斜センサと角速度センサとを併用するローリング制御手段としては、大別して■２種のセンサによる検出値をそのまま用いて状況を判断し、それによってローリング動作速度等を決定するもの（特開平１０−１７８８３５号公報等）と、■角速度を積分して傾斜角度とし、誤差を傾斜センサにより補正するもの（特許第２７３３５９７号公報等）とがある。
【０００３】例えば、特開平２−２１６４１２号公報にて示されたように、重錘と、この重錘の揺動量を検出するポテンショメータ等から成る傾斜センサ（低速度反応センサ）、及び光式ジャイロ等で成る角速度センサ（高速度反応センサ）の双方のセンサを用いてローリング制御装置を構成したものである。これにより、慣性の影響を受けず、応答性に優れる角速度センサと、検出時点での絶対傾斜角は検出できない角速度センサの欠点を補う傾斜センサとを組み合わせて、ダンパーやフィルターを設けること無く正確迅速にローリング制御が行え、対地作業精度の向上を図ることができる。
【０００４】即ち、角速度センサによる角速度出力ｄθｊ／ｄｔを積分することにより、センサ筐体の横揺れの影響を受けない傾斜角度変化（積分傾斜角）θｊを得ることができる。但し、角速度センサは角度変化しか検知できないので、絶対角度の検知には傾斜センサが必要である。車体が十分長時間停止すると目標傾斜角θは検出傾斜角θｒに収束して傾斜センサの値が走行機体の傾斜角度として出力される。走行機体が傾斜変化すると目標傾斜角θに傾斜角度変化θｊが加算され、横揺れの影響を受けない応答の良い傾斜角度を検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記■のローリング制御手段は、比較的廉価な角速度センサを用いても実現可能ではあるが、複雑な傾斜変化には対応し切れないという難点がある。これに対して前記■のローリング制御手段は、常に精度良く傾斜を検出できるが、実現のためには高精度な、即ち高価なセンサが必要になるという難点があった。
【０００６】本発明の目的は、前記■の手段及び■の手段双方の長所を備えたもの、即ち、比較的廉価な角速度センサとしながら、精度良く検出できるローリング制御手段を実現させる点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の構成は、対地作業装置をローリング自在に走行機体に連結し、対地作業装置を走行機体に対してローリング駆動するアクチュエータと、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備えるとともに、傾斜センサと角速度センサとの双方の検出値に基づいて、対地作業装置の左右方向姿勢が設定角度に維持されるようにアクチュエータを作動させるローリング制御手段を設けてある作業機のローリング制御装置であって、ローリング制御手段を、角速度センサの検出値を積分して得られる積分値を基準として、傾斜センサの検出値に基づく補正を行うことによって求められる検出傾斜角が、予め設定された目標設定角となるようにアクチュエータを作動させるものに構成するとともに、走行機体又は対地作業装置の状態安定度の高い低いを判別する判別手段とを備え、走行機体又は対地作業装置の状態安定度が低いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、走行機体又は対地作業装置の状態安定度が高いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくする状態補正手段を設けてあることを特徴とする。
【０００８】請求項１の構成によれば、次のような作用・効果が得られる。角速度センサは温度変化、湿度変化、標高等の走行機体又は作業装置の状態安定度の高低によってその基準値が比較的容易に変動する傾向があるので、エンジン始動直後と暖気運転後といった走行機体又は作業装置の状態安定度が変化すると基準値にかなりの差が生じることになり、都合が悪い。従って、状態安定度が変化しているときには、傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくした方が、２種のセンサの総合判断による検出精度を改善することができる。
【０００９】この場合、状態安定度の変化が大きい程基準値の変動も大きくなり、状態安定度の変化が少ない程基準値の変動も小さくなるから、状態補正手段により、走行機体又は作業装置の状態安定度が低いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、走行機体又は作業装置の状態安定度が高いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくすることにより、積分誤差の蓄積が小さいときには前記補正割合を小さくして制御の応答性が高め、積分誤差の蓄積が大きいときには前記補正割合を大きくして積分誤差の補正を強くすることができて、状態安定度の変化の大小如何に拘らずに精度の良いローリング制御が行えるようになる。
【００１０】請求項２の構成は、請求項１の構成において、判別手段が、角速度センサの温度を検出する温度センサであり、状態補正手段は、角速度センサの温度変化が大きいほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、角速度センサの温度変化が小さいほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】請求項２の構成によれば、判別手段が、角速度センサ自体の温度変化を見るという状態安定度を計る尺度としても望ましいものであり、角速度センサの温度変化による基準値変化を的確に捉えることができて、請求項１の構成による前記作用・効果を確実に発揮できるようになる。
【００１２】請求項３の構成は、請求項１の構成において、判別手段が、メインスイッチがＯＮされたときからの経過時間を検出する時間計測手段であり、状態補正手段は、メインスイッチＯＮからの時間が短いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、メインスイッチＯＮからの時間が長いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】請求項３の構成によれば、次のような作用・効果が得られる。通常、メインスイッチをＯＮするのは、エンジン始動を行うためであるから、メインスイッチＯＮによってエンジンが始動され、そのＯＮ操作からの時間が経つに従ってエンジン温度は上昇して行くことになる。エンジン温度が上昇すればミッションケース温度も上昇し、それによって角速度センサの雰囲気温度も上昇するようになるから、メインスイッチのＯＮからの経過時間が長い程、角速度センサの温度は上昇するようになる。
【００１４】故に、状態補正手段により、メインスイッチＯＮからの経過時間が短いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合が大きなり、メインスイッチＯＮからの経過時間が長いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合が小さくなるから、結果的に角速度センサの温度変化による基準値変化を捉えることができ、請求項１の構成による前記作用を良好に発揮できるようになる。
【００１５】請求項４の構成は、対地作業装置をローリング自在に走行機体に連結し、対地作業装置を走行機体に対してローリング駆動するアクチュエータと、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備えるとともに、傾斜センサと角速度センサとの双方の検出値に基づいて、対地作業装置の左右方向姿勢が設定角度に維持されるようにアクチュエータを作動させるローリング制御手段を設けてある作業機のローリング制御装置において、ローリング制御手段を、角速度センサの検出値を積分して得られる積分値を基準として、傾斜センサの検出値に基づく補正を行うことによって求められる検出傾斜角が、予め設定された目標設定角となるようにアクチュエータを作動させるものに構成するとともに、走行機体又は対地作業装置の姿勢安定度の高い低いを判別する判別手段を設け、走行機体又は対地作業装置の姿勢安定度が低いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、走行機体又は対地作業装置の姿勢安定度が高いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくする姿勢補正手段を備えてあることを特徴とする。
【００１６】請求項４の構成によれば、次のような作用・効果が得られる。走行機体又は作業装置の姿勢安定度が低いとき、例えば、走行速度が速いとか、左右絶対傾斜角度が急であるといったときは、角速度センサの検出追従性自体は良いが、更新される基準値とその前の基準値との差が大きくなる点からは、基準値を正確には算出できないと言える。その反対に、走行機体又は作業装置の姿勢安定度が高いとき、例えば、走行速度が遅いとか、走行地面がほぼ水平であるといったときは、角速度センサ検出による基準値の経時変化も少なく、算出された基準値は信頼できるものになる。
【００１７】故に、姿勢補正手段により、走行機体又は作業装置の姿勢安定度が低いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、走行機体又は作業装置の姿勢安定度が高いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくすれば、積分誤差の蓄積が小さいときには前記補正割合を小さくして制御の応答性が高め、積分誤差の蓄積が大きいときには前記補正割合を大きくして積分誤差の補正を強くすることができて、走行機体又は作業装置の姿勢安定度の高低如何に拘らずに精度の良いローリング制御が行えるようになる。
【００１８】請求項５の構成は、請求項４の構成において、判別手段が角速度センサであり、姿勢補正手段は、角速度センサの出力値が大きいほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、角速度センサの出力値が小さいほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】請求項５の構成においては、走行機体又は作業装置のローリング動における角速度が大きいほど姿勢安定度が低く、角速度が小さいほど姿勢安定度が高いことを利用して姿勢補正手段としたものであり、ローリング制御手段として装備されている角速度センサを判別手段としても用いることにより、請求項４の構成による前記作用・効果を発揮することが可能になった。
【００２０】請求項６の構成は、請求項４の構成において、判別手段が傾斜センサであり、姿勢補正手段は、傾斜センサの出力値が大きいほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、傾斜センサの出力値が小さいほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】請求項６の構成においては、走行機体又は作業装置の左右傾斜角度が大きいほど姿勢安定度が低く、左右傾斜角度が小さいほど姿勢安定度が高いことを利用して姿勢補正手段としたものであり、傾斜センサを判別手段としても用いることにより、請求項４の構成による前記作用・効果を発揮することが可能になる。
【００２２】請求項７の構成は、請求項４の構成において、判別手段が、走行機体の走行速度を検出する車速センサであり、姿勢補正手段は、走行速度が速いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、走行速度が遅いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されていることを特徴とする。
【００２３】請求項７の構成によれば、走行機体の走行速度が遅いほど横揺れや縦揺れ等が少なくなって姿勢安定度が高く、走行速度が速いほど横揺れや縦揺れ等が大きくなって姿勢安定度が低くなることを利用して姿勢補正手段としたものであり、車速センサを判別手段として用いることにより、請求項４の構成による前記作用・効果を発揮することが可能になる。
【００２４】請求項８の構成は、請求項４の構成において、判別手段が、走行機体又は対地作業装置を操るためのアクチュエータの作動或いは操作入力数の多少を検出する操作頻度検出手段であり、姿勢補正手段は、アクチュエータの作動或いは操作入力数が多いほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、アクチュエータの作動或いは操作入力数が少ないほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくするものに構成されていることを特徴とするものである。
【００２５】請求項８の構成においては、操向用油圧シリンダや耕耘ロータリの昇降用油圧シリンダといったアクチュエータの作動量（又は作動速度）、或いはそのためのハンドル回し量や昇降レバーの傾倒量といった操作入力数が少ないほど、走行機体に与える慣性の影響が少なく、従って走行機体の姿勢安定度が高いものであり、前記アクチュエータの作動量（又は作動速度）、或いはそのための前記操作入力数が多いほど、走行機体に与える慣性の影響が多く、従って走行機体の姿勢安定度が低いものであるという現象を利用して姿勢補正手段としたものであり、アクチュエータの作動或いは操作入力数の多少を検出する操作頻度検出手段を判別手段として用いることにより、請求項４の構成による前記作用・効果を発揮することが可能になる。
【００２６】請求項９の構成は、対地作業装置をローリング自在に走行機体に連結し、対地作業装置を走行機体に対してローリング駆動するアクチュエータと、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜角度を検出する傾斜センサと、走行機体又は対地作業装置の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備えるとともに、傾斜センサと角速度センサとの双方の検出値に基づいて、対地作業装置の左右方向姿勢が設定角度に維持されるようにアクチュエータを作動させるローリング制御手段を設けてある作業機のローリング制御装置であって、ローリング制御手段を、角速度センサの検出値を積分して得られる積分値を基準として、傾斜センサの検出値に基づく補正を行うことによって求められる検出傾斜角が、予め設定された目標設定角となるようにアクチュエータを作動させるものに構成し、傾斜センサによる検出値の単位時間当たりの変化量が無い又は殆ど無いときに、積分値の変化量が大きいほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を大きくし、積分値の変化量が小さいほど傾斜センサの検出値に基づく補正割合を小さくする積分補正手段を備えてあることを特徴とする。
【００２７】請求項９の構成によれば、次のような作用・効果が得られる。即ち、走行地面の左右方向での実際の傾斜は安定しているのに、角速度センサの検出値を積分することで得られる角度が変化しているときは、積分による誤差が蓄積されていると考えられるので、その変化量に応じて傾斜センサの検出値に基づく補正割合を変化させることにより、制御精度の改善が可能となる。
【００２８】即ち、積分補正手段によって、積分誤差の蓄積が小さいときには前記補正割合を小さくして制御の応答性が高め、積分誤差の蓄積が大きいときには前記補正割合を大きくして積分誤差の補正を強くすることにより、実傾斜は安定しているのに角速度センサによる検出角度が変化しているという状態のときでも精度の良いローリング制御が行えるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】−第１実施形態−【００３０】図１は作業機の一例である農用トラクタの後部を示しており、ミッションケース３に、上下揺動自在なトップリンク１と左右一対のロアリンク２を介して、走行機体２１に対してローリング自在にロータリ耕耘装置（対地作業装置の一例）４を連結してある。ミッションケース３の上部に、油圧シリンダ５により上下に揺動駆動される一対のリフトアーム６が備えられ、一対のリフトアーム６とロアリンク２とがリフトロッド７、及び複動型の油圧シリンダ８を介して連結されている。１９は左右一対の駆動後輪である。
【００３１】図２に示すように、油圧シリンダ５に対する３位置切換式の制御弁１６が制御装置２２により操作されて、油圧シリンダ５及びリフトアーム６によりロータリ耕耘装置４が昇降駆動される。油圧シリンダ８に対する３位置切換式の制御弁１７が制御装置２２により操作されて、油圧シリンダ８の伸縮作動によりロータリ耕耘装置４が、油圧シリンダ８とは反対側のロアリンク２との連結点周りにローリング駆動される。
【００３２】この農用トラクタは、ロータリ耕耘装置４を地面から設定高さに維持し耕耘深さを設定値に維持する昇降制御手段２９、走行機体２１に対するロータリ耕耘装置４の高さを設定位置に維持するポジション制御手段３０、並びに、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度を設定角度に維持するローリング制御手段２４を制御装置２２に備えてある。
【００３３】図２及び図１に示すように、ロータリ耕耘装置４に上下揺動自在に後部カバー９が備えられ、バネ１８により後部カバー９が下方側に付勢されて、ロータリ耕耘装置４に対する後部カバー９の上下揺動角度を検出する耕深センサ１０が備えられており、耕深センサ１０の検出値が制御装置２２に入力されている。これにより昇降制御手段２９によって、耕深センサ１０の検出値が、走行機体２１に設けられたダイヤル操作式でポテンショメータ型式の耕深設定器１１の設定耕耘深さとなるように、制御弁１６が操作されて、油圧シリンダ５によりロータリ耕耘装置４が自動的に昇降駆動される。
【００３４】図２及び図１に示すように、走行機体２１に対するリフトアーム６の上下角度を検出する角度センサ１３が、リフトアーム６の基部に備えられており、角度センサ１３の検出値が制御装置２２に入力されている。これによりポジション制御手段３０によって、角度センサ１３の検出値が走行機体２１に設けられたレバー操作式のポジション設定器１２の目標値となるように、制御弁１６が操作されて、油圧シリンダ５によりリフトアーム６が上下に揺動駆動される。
【００３５】前述の昇降制御手段２９及びポジション制御手段３０において、耕深設定器１１の設定耕耘深さに対応する角度センサ１３の検出値と、ポジション設定器１２の目標値とが比較されて、ポジション設定器１２の目標値の方が高い場合、昇降制御手段２９及び後述するローリング制御手段２４の機能が停止して（油圧シリンダ８が停止した状態）、ポジション制御手段３０が作動する。これにより、ポジション設定器１２の目標値に角度センサ１３の検出値が一致するように、制御弁１６が操作されて、油圧シリンダ５によりロータリ耕耘装置４が昇降駆動される。従って、ポジション設定器１２を操作することにより、耕深設定器１１の設定耕耘深さに対応する角度センサ１３の検出値よりも高い範囲で、ロータリ耕耘装置４を走行機体２１に対して任意の高さに昇降駆動し停止させることができる。
【００３６】次にポジション設定器１２を下降側に操作して、ポジション設定器１２の目標値が、耕深設定器１１の設定耕耘深さに対応する角度センサ１３の検出値に一致すると（又は低くなると）、ポジション制御手段３０が停止し、昇降制御手段２９及びローリング制御機能が作動する。これにより、昇降制御手段２９によって耕深センサ１０の検出値が耕深設定器１１の設定耕耘深さとなるように、制御弁１６が操作されて、油圧シリンダ５によりロータリ耕耘装置４が自動的に昇降駆動される。後述するようにローリング制御手段２４によって、水平面に対して左右方向に傾斜（又は水平面に平行）した設定角度に、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左（右方向の傾斜角度が維持されるように、制御弁１７が操作されて、油圧シリンダ８によりロータリ耕耘装置４がローリング駆動される。
【００３７】図１、図２に示すように、この農用トラクタでは、水平面に対して左右方向に傾斜（又は水平面に平行）した設定角度に、水平面に対するロータリ耕耘装置４の左右方向の傾斜角度が維持されるように、ロータリ耕耘装置４をローリング駆動するローリング制御手段２４を備えてある。ロータリ耕耘装置４の左右方向の設定角度を設定するダイヤル式の傾斜設定器２０を備えてあり、これは水平位置から右下り側及び左下り側に、任意に且つ連続的に設定角度を設定及び変更することができるように構成されている。
【００３８】即ち、走行機体２１の左右傾斜角度を検出する重錘式の傾斜センサ１５と、走行機体２１の左右傾斜方向の角速度を検出する振動ジャイロ式の角速度センサ２３と、油圧シリンダ８の作動位置を検出するストロークセンサ１４とを備えてあり、ローリングシリンダ８の作動位置によって機体２１に対するロータリ耕耘装置４の左右傾斜角度が検出できるので、傾斜センサ１５と角速度センサ２３との双方の検出値に基づいて、ロータリ耕耘装置４の左右方向姿勢が傾斜設定器２０による設定角度に維持されるように油圧シリンダ８を作動させるローリング制御手段２４を制御装置２２に設けてある。
【００３９】そして、温度等の諸条件によってドリフトする角速度センサ２３の零点を時間経過に伴って更新して補正するセンサ零点補正装置Ｚを設けてある。即ち、角速度センサ２３によって検出されるサンプリング出力値の複数を記憶する記憶手段２５と、記憶された複数のサンプリング出力値に基づいて演算処理された平均値を零点とする零点制御手段２６と、走行機体２１の姿勢安定度の高い低いを判別する姿勢判別手段Ｈｓとを備え、走行機体２１の姿勢安定度が高いほどサンプリング出力値の数を少なく設定し、走行機体２１の姿勢安定度が低いほどサンプリング出力値の数を多く設定する零点補正手段２８を設けてセンサ零点補正装置Ｚが構成されている。
【００４０】図２に示すように、後輪１９（図１参照）と前輪３１への伝動軸３２の回転数を検出して、走行機体２１の走行速度を検出する車速センサ２７を備えてあり、この車速センサ２７と、これの検出情報を処理する判別回路３４によって姿勢判別手段Ｈｓが構成されている。即ち、走行速度が速いほど走行機体２１の姿勢安定度が低く、走行速度が遅いほど走行機体２１の姿勢安定度が高いと判断されるようになっている。
【００４１】零点制御手段２６と点との演算処理による第１誤差補償（零点補償）Ｇ１は、次のようである。即ち、図３に示すように、平均間隔内で発生するノイズを完全に除去するべく一定間隔平均処理と、適応ＬＰＦとを行う。一定間隔平均処理は、１０００Ｈｚでサンプリングした１０ｍｓｅｃ分のデータ（１０個）を足し算し、データ列ａとする。そして、１ｓｅｃごとにデータ列ａの平均を計算し、データ列ｂとする。
【００４２】適応ＬＰＦ（ローパスフィルタ）は、平均処理の度に以下のＬＰＦ処理で基準電圧を更新する。
新基準電圧＝（１秒間の平均値×α＋旧基準電圧×β）÷（α＋β）
十分に平滑化することで零点を出力する（現在はα＝１、β＝１９９に設定）。但し、α、βは条件によって可変にするものであり、例えば、メインキーＯＮ直後や温度上昇時等、基準電圧が変動し易いときはαを大きくして変動への追従性を重視し、変動が安定する条件ではαを小さくして計算の正確さを重視する。又、旋回中や大きな傾斜変化時には処理を中断し、誤った基準電圧を計算しないようにする。
【００４３】第１誤差補償Ｇ１で全ての誤差を除去することはできないので、さらにセンサの直線性にも誤差があり、積分処理による誤差の蓄積をなくすことはできない。そこで、一旦蓄積された誤差を取り除くため、傾斜設定器２０で設定された目標傾斜角θに傾斜センサ１５による検出傾斜角θｒとの偏差をフィードバックする第２誤差補償Ｇ２を行う。ここで、フィードバック係数（即ち、傾斜センサ１５の検出値に基づく補正割合であり、以下ＦＢ係数と略称する）Ｋ２を十分に小さく設定することができれば、機体停止時にθ＝θｒとなって傾斜センサ１５と同等の絶対精度が確保され、傾斜変化時には横揺れの影響を受けない応答性の良い傾斜角度を出力できる。逆にＦＢ係数Ｋ２が大きいと、θｒの補償が効き過ぎて傾斜センサ１５の出力値と変わらなくなってしまう。
【００４４】ここでＦＢ係数Ｋ２は蓄積される誤差に応じて設定する必要があるので、精度の良いジャイロセンサを用いるほど、第１誤差補償Ｇ１を工夫するほど小さくできる。前述の処理では、0.5%程度で誤差が除去でき、必要性能を満たすに十分小さい値である。しかし、温度変化の激しい条件や、より廉価なジャイロセンサを用いる場合、さらに大きくする必要があり、それによる性能劣化がどの程度になるか評価する必要がある。
【００４５】そこで、図２に示すように、状況に応じてＦＢ係数Ｋ２を可変にする状態補正手段Ａを設けてある。即ち、状態補正手段Ａは、走行機体２１の状態安定度が低いほどＦＢ係数Ｋ２を大きくし、走行機体２１の状態安定度が高いほどＦＢ係数Ｋ２を小さくするように機能する。状態安定度の高い低いを判断する状態判別手段Ｈｊは、角速度センサ２３の温度を検出する温度センサ３６であり、状態補正手段Ａは、角速度センサ２３の温度変化が大きいほどＦＢ係数Ｋ２を大きくし、角速度センサの温度変化が小さいほどＦＢ係数Ｋ２を小さくするものに構成されている。温度センサ３６は、図２に示すように、角速度センサ２３に付帯されるように配置するのが好ましいが、少し離れた位置やミッションケース３に設けるようにしても良い。
【００４６】角速度センサ２３はミッションケース３の直ぐ横に配置されており、ミッションケース３の温度変化による雰囲気温度の影響を受け易い。ミッションケース３の温度はエンジン温度に左右されるから、エンジン始動直後とエンジンが十分に暖気運転された後とでは、角速度センサ２３の温度が明確に異なっており、それによって零点がドリフトする( 即ち、基準値が変動する）。又、エンジン以外にも、季節、天候、地域、地理等の種々の条件により、角速度センサ２３の雰囲気温度（走行機体２１又は作業装置４の状態安定度の一例）が異なるので、その変化に伴ってＦＢ係数Ｋ２を変更するのである。
【００４７】参考として、図１０〜図１２に、台上でトラクタを傾斜させたときの各センサ１５，２３の検出作動テスト結果を示す。台上テストの概略は、図１３に示すように、後輪１９，１９を乗せる載置台４１，４１のうちの一方の載置台４１を、信号発生装置４２と制御装置４３と昇降駆動機構４４とで成る昇降テスト設備Ｔによって、所定の周期、昇降量、昇降速度でもって昇降移動させる、というものである。
【００４８】図１０は、片側の載置台４１を２秒間で２度変化するように上昇及び下降させた場合における、傾斜センサ１５と角速度センサ２３の変化特性を示したものである。これによると、角速度センサ２３は殆ど時間遅れなく変化しているとともに、ややずれがあるものの載置台４１（即ちトラクタ）とほぼ同じようにローリング動しているに対して、傾斜センサ１５は、０．５秒ほどの時間遅れを伴って変化しており、かつ、上昇移動開始時、及び下降移動開始時には慣性によって一時的に逆方向の動きとして検出していることが理解できる。
【００４９】図１１は、図１０の場合よりも明確に昇降速度を速めたものであり、片側の載置台４１を０．５秒間で２度変化するように下降及び上昇させた場合における、傾斜センサ１５と角速度センサ２３の変化特性を示したものである。これによると、傾斜センサ１５は、下降並びに上昇開始時に約１度逆方向に出力してしまっているとともに、昇降停止時にもオーバーシュートしている。これに対して角速度センサ２３は、やはり載置台４１（即ちトラクタ）の動きに追従していることが分かる。角速度センサ２３に、若干のオーバーシュートが見られるが、これはおそらくは実際にトラクタ機体２１がオーバーシュート（慣性により、下降終了時には後輪１９が沈み込み、上昇終了時には飛び上がっている）しているものと思われる。
【００５０】図１２は、さらに昇降速度を速めたもので、片側の載置台４１を０．５秒間で３度変化するように上昇及び下降させた場合における、傾斜センサ１５の出力変化特性をラインｚで、角速度センサ２３の出力変化特性をラインｙで、これら両センサ１５，２３の出力を総合しての本発明によるローリング制御手段２４によるストロークセンサ１４の出力変化特性（即ちロータリ耕耘装置４の傾斜姿勢）をラインｘで、及び従来のストロークセンサの出力をラインｗで夫々示してある。
【００５１】これにおいても、角速度センサ２３は良好な追従性を示すので、絶対傾斜角度の検出として機能する傾斜センサ１５の顕著なオーバーシュートに拘らずに、ローリング制御全体としては逆方向に検出することが無く、素早い応答性を発揮して、ロータリ耕耘装置４は常に目標設定角度（水平）の±１度以内に保持されており、従来のローリング制御よりも明らかに優れていることが理解できる。
【００５２】−第２実施形態−【００５３】第１実施形態のものと異なる点だけについて説明する。図４に示すように、走行機体２１（又は対地作業装置４）の姿勢安定度の高い低いを判別する姿勢判別手段Ｈｓを設け、走行機体２１（又は対地作業装置４）の姿勢安定度が低いほどＦＢ係数Ｋ２を大きくし、走行機体２１（又は対地作業装置４）の姿勢安定度が高いほどＦＢ係数Ｋ２を小さくする姿勢補正手段Ｂを備えてローリング制御を行うようにしても良い。姿勢判別手段Ｈｓは、車速センサ２７に代えて角速度センサ２３を兼用してあり、姿勢補正手段Ｂは、角速度センサ２３の出力値が大きいほどＦＢ係数Ｋ２を大きくし、角速度センサ２３の出力値が小さいほどＦＢ係数Ｋ２を小さくするものに構成されている。
【００５４】−第３実施形態−【００５５】図５に示すように、傾斜センサ１５による検出値の単位時間当たりの変化量が無い又は殆ど無いときに、角速度センサ２３の検出値を積分して得られる積分値の変化量が大きいほどＦＢ係数Ｋ２を大きくし、角速度センサ２３の検出値を積分して得られる積分値の変化量が小さいほどＦＢ係数Ｋ２を小さくする積分補正手段Ｃを備えてローリング制御を行うようにしても良い。つまり、傾斜センサ１５の検出値が所定の小数以下であるか否かを判断し、所定の小数以下であるときには積分補正手段Ｃを作動させるように機能する連係手段３３を制御装置２２に設けてある。
【００５６】〔別実施形態〕状態補正手段Ａ、姿勢補正手段Ｂ、状態判別手段Ｈｊ、及び姿勢判別手段Ｈｓは、以下《１》〜《４》に記載した構成のものでも良い。
【００５７】《１》図６に示すように、状態判別手段Ｈｊが、メインスイッチ３５がＯＮされたときからの経過時間を検出するタイマー（時間計測手段の一例）３７であり、状態補正手段Ａを、メインスイッチ３５のＯＮからの時間が短いほどＦＢ係数Ｋ２を大きくし、メインスイッチ３５のＯＮからの時間が長いほどＦＢ係数Ｋ２を小さくするものに構成してローリング制御を行うようにしたもの。状態判別手段Ｈｊとしては、エンジン回転数や作業負荷を検出して行うもの、或いは、作業の状態や種類による類推を行うものとして構成することも可能である。
【００５８】《２》図７に示すように、姿勢判別手段Ｈｓを傾斜センサ１５で兼用させるとともに、姿勢補正手段Ｂを、傾斜センサ１５の出力値が大きいほどＦＢ係数Ｋ２を大きくし、傾斜センサの出力値が小さいほどＦＢ係数Ｋ２を小さくするものに構成してローリング制御を行うようにしたもの。
【００５９】《３》図８に示すように、姿勢判別手段Ｈｓが、走行機体２１の走行速度を検出する車速センサ２７であり、姿勢補正手段Ｂを、走行速度が速いほどＦＢ係数Ｋ２を大きくし、走行速度が遅いほどＦＢ係数Ｋ２を小さくするものに構成してローリング制御を行うようにしたもの。
【００６０】《４》図９に示すように、姿勢判別手段Ｈｓを、対地作業装置４を昇降移動するための昇降用油圧シリンダ（アクチュエータの一例）５の作動量を検出する角度センサ（操作頻度検出手段Ｓの一例）１３に構成し、姿勢補正手段Ｂを、昇降用油圧シリンダ５の作動量が多いほどＦＢ係数Ｋ２を大きくし、昇降用油圧シリンダ５の作動量が少ないほどＦＢ係数Ｋ２を小さくするものに構成してローリング制御を行うようにしたもの。
【００６１】《その他》対地作業装置４又は走行機体２１の姿勢安定度の高い低いを判別する姿勢判別手段Ｈｓの他の例としては、対地作業装置４又は機体２１の前後傾斜を検出するピッチングセンサや、ピッチングに関する角速度センサ、対地作業装置４又は機体２１の上下方向移動に関する加速度センサ、アクセルレバー又はペダルの操作量、変速段数（位置）の高低を見るもの等、種々の変更が可能である。又、本実施形態において、対地作業装置４側に、傾斜センサ１５と角速度センサ２３とを配置するようにしても良い。対地作業装置４としては、耕耘装置の他、苗植付装置、直播装置、畦作成装置、整地装置等、種々の変更が可能である。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１０５２
【氏名又は名称】株式会社クボタ
|
| 【出願日】 |
平成１３年３月１日（２００１．３．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０７３０８
【弁理士】
【氏名又は名称】北村 修一郎
|
| 【公開番号】 |
特開２００２−２５３００４（Ｐ２００２−２５３００４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月１０日（２００２．９．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−５６６５１（Ｐ２００１−５６６５１） |
|