| 【発明の名称】 |
作業車の姿勢制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】木村 浩人
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| 【要約】 |
【課題】苗植付装置の昇降作動を円滑に行なうことのできるように、昇降作動を制御する電磁式流量制御弁の制御電流を制御する田植機の昇降制御構造を提供する。
【解決手段】エンジン６に駆動されるポンプ３０からの圧油を電磁式流量制御弁４１を介して昇降用の油圧シリンダ３に投入し、苗植付装置を昇降可能に構成する。苗植付装置を所定の耕深に設定する際に、苗植付装置の高さと所定高さとの偏差を埋めるだけの油量を油圧シリンダ３に投入すべく、電磁式流量制御弁４１の制御電流値をデューティ比で調節するように構成する。エンジン６の回転数が低下すると、デューティ比を大きくなるように補正するように構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 走行機体に作業装置を油圧アクチュエータを介して姿勢変更自在に連結するとともに、エンジンによって駆動されるポンプと、前記ポンプから前記油圧アクチュエータに供給すべき作動油量を制御する電磁式流量制御弁を設け、前記電磁式流量制御弁の制御電流をデューティ比によって設定し弁開度を調節することによって、その電磁式流量制御弁の供給作動油量を設定する制御手段を備えている作業車の姿勢制御装置であって、前記エンジンの回転数が所定回転数より低下すると、デューティ比を大きくして供給作動油量の低下を抑えるように補正する補正手段を備えている作業車の姿勢制御装置。
【請求項２】 走行機体に作業装置を油圧アクチュエータを介して姿勢変更自在に連結するとともに、エンジンによって駆動されるポンプと、前記ポンプから前記油圧アクチュエータに供給する作動油量を制御する電磁式流量制御弁を設け、前記電磁式流量制御弁の制御電流をデューティ比によって設定し弁開度を調節することによって、その電磁式流量制御弁の供給作動油量を設定する制御手段を備えている作業車の姿勢制御装置であって、前記エンジンの回転数が所定回転数より低下すると、デューティ比が大きな場合に、そのデューティ比を更に大きくして供給作動油量の低下を抑えるように補正する補正手段を備えている作業車の姿勢制御装置。
【請求項３】 走行機体に作業装置を油圧アクチュエータを介して姿勢変更自在に連結するとともに、エンジンによって駆動されるポンプと、前記ポンプから前記油圧アクチュエータに供給する作動油量を制御する電磁式流量制御弁を設け、前記電磁式流量制御弁の制御電流をデューティ比によって設定し弁開度を調節することによって、その電磁式流量制御弁の供給作動油量を設定する制御手段を備えている作業車の姿勢制御装置であって、前記エンジンの回転数とポンプの吐出量との流量特性により、エンジン回転数に対する測定値に基づいて求められるポンプ吐出量に比べて、前記デューティ比によって決定される作動油量が小流量である場合には、そのデューティ比を維持し、前記求められたポンプ吐出量に比べて、前記デューティ比によって決定される作動油量が大流量である場合には、前記デューティ比を小さくするように補正する補正手段を備えている作業車の姿勢制御装置。
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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、走行機体に作業装置を油圧アクチュエータを介して姿勢変更自在に連結するとともに、エンジンによって駆動されるポンプと、前記ポンプから前記油圧アクチュエータに供給する作動油量を制御する電磁式流量制御弁を設け、前記電磁式流量制御弁の制御電流をデューティ比によって設定し弁開度を調節することによって、その電磁式流量制御弁の供給作動油量を設定する自動制御手段を備えている作業車の姿勢制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電磁式流量制御弁に対するデューティ比を設定するのに、作業装置の姿勢を検出する検出センサの検出値と、設定器で設定された設定値との偏差に基づく比例制御を行なうように、設定してあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電磁式流量制御弁ではデューティ比による制御電流を制御して弁開度を変更し、油圧アクチュエータへの供給流量を制御するものである為、ポンプからの供給流量の変動については考慮されていない。しかし、ポンプはエンジンにより駆動されるものである為に、エンジンの回転数に変動があると、ポンプの吐出量も変動し、油圧アクチュエータへの供給油量が変動することになる。
【０００４】本発明の目的は、エンジン回転数の変動があっても、油圧アクチュエータへの供給油量を安定して供給できる作業装置の姿勢変更を円滑に行ない得る作業車の姿勢制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】〔構成〕本発明の請求項１に係る発明では、前記エンジンの回転数が所定回転数より低下すると、デューティ比を大きくして供給作動油量の低下を抑えるように補正する補正手段を備えている点にあり、その作用効果は次の通りである。〔作用効果〕
つまり、エンジン回転数が低下すると、電磁式流量制御弁に投入される油量が低下するので、電磁式流量制御弁に対するデューティ比を大きくすることによって、回転数の低下による供給量の低下を補償することができる。
【０００６】〔構成〕本発明の請求項２に係る発明では、前記エンジンの回転数が所定回転数より低下すると、デューティ比が大きな場合に、そのデューティ比を更に大きくして供給作動油量の低下を抑えるように補正する補正手段を備えている点にあり、その作用効果は次の通りである。
〔作用効果〕エンジン回転数が低下した場合に、電磁式流量制御弁から送り出される供給作動油流量の低下は、供給作動油流量が大きな場合、つまり、図３（ロ）に示すように、デューティ比が大きな領域に表れてくる。そこで、エンジン回転数が低下した場合に、油圧アクチュエータへの供給油量を補償するために、デューティ比が大きなものに対して補正を施すことにしてある。
【０００７】〔構成〕本発明の請求項３に係る発明では、前記エンジンの回転数とポンプの吐出量との流量特性により、エンジン回転数に対する測定値に基づいて求められるポンプ吐出量に比べて、前記デューティ比によって決定される作動油量が小流量である場合には、そのデューティ比を維持し、前記求められたポンプ吐出量に比べて、前記デューティ比によって決定される作動油量が大流量である場合には、前記デューティ比を小さくするように補正する補正手段を備えている点にあり、その作用効果は次の通りである。
〔作用効果〕エンジン回転数に対する測定値に基づいて求められるポンプ吐出量に比べて、前記デューティ比によって決定される作動油量が小流量である場合とは、つまり、油圧アクチュエータへ供給されるべき作動油量がポンプ吐出量より小流量である場合には、電磁式流量制御弁での制御に必要な流量が供給されていることになるので、デューティ比を維持する。反対に、前記求められたポンプ吐出量に比べて、前記デューティ比によって決定される作動油量が大流量である場合とは、つまり、油圧アクチュエータへ供給されるべき作動油量がポンプ吐出量より大流量なる設定となっている場合には、電磁式流量制御弁での制御に必要な流量が供給されていないことになるので、デューティ比を小さくなるように補正を施す。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１には田植機の全体側面が示されており、この田植機は、乗用型の走行機体１の後部に、苗植付装置２を油圧シリンダ３の作動で昇降揺動するリンク機構４を介して走行機体１に対して昇降可能に連結し、施肥装置５を搭載することによって構成されている。
【０００９】走行機体１は、その前部に搭載されたエンジン６からの動力を、静油圧式無段変速装置７及びギヤ式変速装置８などを介して、４条分の苗を跨ぐように左右方向に所定間隔を隔てて配設された左右の前輪９と後輪１０、並びに、左右の後輪１０の内側に２条分の苗を跨ぐように並設された左右の補助車輪１０Ａに走行用動力として伝達するように構成されており、これによって、充分な推力が得られるようになっている。
【００１０】走行機体１の中央部には、左右の前輪９に連係されたステアリングホイール１１、静油圧式無段変速装置７を変速操作する主変速レバー１２、ギヤ式変速装置８を変速操作する副変速レバー１３、及び、運転座席１４などを備えた搭乗運転部１５が形成されている。
【００１１】リンク機構４は、走行機体１の後部に横軸芯Ｐ１周りに上下揺動可能に連結された左右のトップリンク４Ａの遊端と、走行機体１の後部に横軸芯Ｐ２周りに上下揺動可能に連結された左右のロアーリンク４Ｂの遊端とを、縦リンク４Ｃで連結することによって構成されている。縦リンク４Ｃの下端部には、苗植付装置２が走行機体１に対して前後軸芯周りにローリング可能に連結されている。
【００１２】図１に示すように、苗植付装置２は、エンジン６からの植付動力を受けるフィードケース１９、フィードケース１９から動力を分配供給される植付伝動ケース２０、各植付伝動ケース２０の後部左右両側に軸支されたロータリ式の植付機構２１、各植付機構２１に対して左右方向に一定ストロークで往復移動する苗載台２２、各植付機構２１による植え付け箇所を前もって整地する４つの整地フロート２３、などによって植え付けを行えるように構成されている。
【００１３】次に苗植付装置２の姿勢制御の一つである昇降制御構造について説明する。図１及び図２に示すように、左右の整地フロート２３には、植え付け作業走行時の走行に伴って変動する整地フロート２３の横軸芯Ｐ７周りの上下揺動角を接地圧として検出する回転式のポテンショメータなどからなるフロートセンサ３９が連係されており、整地フロート２３とそれに連係されるフロートセンサ３９によって接地圧の変動を検出するセンサフロートＳが構成されている。各センサフロートＳは、その検出値を走行機体１に搭載されたマイクロプロセッサーなどからなる制御装置４０に出力するようになっている。
【００１４】図２に示すように、制御装置４０には、左右のセンサフロートＳからの接地圧の平均値に基づいて油圧シリンダ３に対する作動油の流動状態を切り換える電磁式流量制御弁４１を作動させることで、その平均値が予め設定された目標値の不感帯幅内に収まるように苗植付装置２の昇降を制御する自動昇降制御手段４０Ａと、左右のセンサフロートＳからの接地圧の差に基づいてリンク機構４の縦リンク４Ｃに装備されたローリングモータ４２を作動させることで、その接地圧の差が所定範囲内に収まるように苗植付装置２のローリングを制御するローリング制御手段４０Ｂとが制御プログラムとして備えられており、これらの制御作動によって、圃場泥面の起伏の変化にかかわらず苗を所望の植え付け深さに安定して植え付けられるようになっている。又、車輪跡の影響を受けない整地フロート２３をセンサフロートＳに構成していることから、それらの接地圧に基づく苗植付装置２の昇降制御やローリング制御を精度良く行えるようになっており、もって、所望の植え付け深さでの苗の植え付けをより精度良く行えるようになっている。ここに、自動昇降制御手段４０Ａとローリング制御手段４０Ｂとを作業装置の姿勢変更制御手段と称する。
【００１５】図１及び図２に示すように、自動昇降制御手段４０Ａによる苗植付装置２の昇降制御、及び、ローリング制御手段４０Ｂによる苗植付装置２のローリング制御は、運転座席１４の右側方に配設された植付クラッチレバー４３を「自動」位置に設定した場合において実行可能となっている。又、自動昇降制御手段４０Ａによる苗植付装置２の昇降制御を実行する際の目標値の設定は、走行機体１に装備された回転式のポテンショメータからなる耕深用の設定器４４の手動操作で行えるようになっている。
【００１６】植付クラッチレバー４３には、その操作位置を検出してその検出値を制御装置４０に出力する回転式のポテンショメータからなるレバーセンサ４３Ａが装備され、制御装置４０には、その検出値に基づいて苗植付装置２の昇降、並びに、ギヤ式変速装置８に内装された植付クラッチ４５の作動を制御する手動制御手段４０Ｃが制御プログラムとして備えられている。
【００１７】手動制御手段４０Ｃは、植付クラッチレバー４３が「上昇」位置に操作されると苗植付装置２が上昇し、「下降」位置に操作されると苗植付装置２が下降し、「中立」位置に操作されると苗植付装置２の昇降が停止されるように電磁式流量制御弁４１の作動状態を切り換え、又、植付クラッチレバー４３が植え付け「入」位置に操作されると苗植付装置２が植え付け作動を行い、植え付け「切」位置に操作されると苗植付装置２が植え付け作動を停止するように植付クラッチ４５を断続操作するクラッチモータ４６の作動状態を切り換えるように構成されている。
【００１８】手動制御手段４０Ｃは、植付クラッチレバー４３が「自動」位置に設定されている場合には、ステアリングホイール１１の右下方に配備された中立復帰型の強制昇降操作レバー４７の操作を検出する第１スイッチ４８及び第２スイッチ４９からの検出信号に基づいて、電磁式流量制御弁４１及びクラッチモータ４６の作動状態を切り換えるように構成されている。
【００１９】設定器４４により設定された目標値の不感帯幅内に左右のセンサフロートＳからの接地圧の平均値が収まるようになる植え付け高さ位置から外れた上昇位置に苗植付装置２が位置する状態での操作レバー４７の下方への揺動操作によって第１スイッチ４８からオン信号が出力されると、苗植付装置２が植え付け高さ位置まで下降するように電磁式流量制御弁４１の作動状態を切り換える。
【００２０】苗植付装置２が植え付け高さ位置に位置する状態での操作レバー４７の上方への揺動操作によって第２スイッチ４９からオン信号が出力されると、苗植付装置２が予め設定された上限位置まで上昇するように電磁流量制御弁４１の作動状態を切り換え、苗植付装置２が植え付け高さ位置に位置する状態での操作レバー４７の下方への揺動操作によって第１スイッチ４８からオン信号が出力されると、苗植付装置２が植え付け作動を行うようにクラッチモータ４６の作動状態を切り換える。苗植付装置２が植え付け作動を行っている状態での操作レバー４７の上方への揺動操作によって第２スイッチ４９からオン信号が出力されると、苗植付装置２が植え付け作動を停止して上限位置まで上昇するようにクラッチモータ４６と電磁制御弁４１の作動状態を切り換えるようになっている。
【００２１】そして、第１スイッチ４８からのオン信号に基づく手動制御手段４０Ｃの制御作動で苗植付装置２が植え付け高さ位置に到達するのに伴って、自動昇降制御手段４０Ａによる苗植付装置２の昇降制御とローリング制御手段４０Ｂによる苗植付装置２のローリング制御とが実行され、第２スイッチ４９からのオン信号に基づいて、自動昇降制御手段４０Ａによる苗植付装置２の昇降制御とローリング制御手段４０Ｂによる苗植付装置２のローリング制御とが実行停止されるようになっている。
【００２２】次に、電磁式流量制御弁４１について説明する。図５に示すように、電磁式流量制御弁４１は、油圧シリンダ３に対して作動油を供給する上昇制御弁４１Ａと、この上昇制御弁４１Ａをパイロット圧で開閉操作する電磁操作型の上昇用パイロット弁４１ＡＰと、油圧シリンダ７から作動油を排出する下降制御弁４１Ｂと、この下降制御弁４１Ｂをパイロット圧で開閉操作する電磁操作型の下降用パイロット弁４１ＢＰとを備えて構成されると共に、上昇用パイロット弁４１ＡＰ及び下降用パイロット弁４１ＢＰは夫々の電磁ソレノイド４１ＡＳ，４１ＢＳに供給される制御電流値に正比例して開度が変化してパイロット圧を変化させ、上昇制御弁４１Ａ、下降制御弁４１Ｂ夫々の開度を調節できるよう構成されている。
【００２３】電磁式流量制御弁４１に対する制御形態について説明する。制御電流値はデューティ比Ｄを変更することによって行なうが、必要な作動油流量を供給する為の制御電流値は、前記した耕深設定器４４による設定値とフロートセンサＳからの検出値との偏差に基づいて決定される。制御電流値が決まるとデューティ比Ｄが決まり、電磁式流量制御弁４１はそのデューティ比Ｄで制御される。そして、電磁式流量制御弁４１に対する制御においてエンジン回転数が低下すると、デューティ比Ｄを大きな値に補正して、補正デューティ比Ｄ' に基づいて制御電流値による開度補正を行ない、供給流量が低下することを阻止する。エンジン回転数を検出するセンサとしてエンジン回転数検出センサ３１を設けている。
【００２４】以上の制御をフローに書き改めると、次のようになる。図４に示すように、耕深設定器４４より耕深設定値とフロートセンサＳからの検出値とを取り込んで比較する（＃１〜＃３）。耕深設定値が検出値を越える場合は、上昇作動させるものとする。この場合の必要流量を出す為の弁開度は、デューティ比Ｄによって一義的に決定される。このデューティ比Ｄで上昇用パイロット弁４１ＡＰが制御されるが、エンジン回転数が低下していないかどうかを判断して、低下していると、デューティ比Ｄを大きくなる方向に補正し、以後その補正デューティ比Ｄ' で制御を行なう。エンジン回転数が低下していない場合には、デューティ比Ｄを維持する（＃４〜＃８）。下降作動を行わせる場合は、設定値と検出値との偏差に応じたデューティ比Ｄによって下降用パイロット弁４１ＢＰを制御する（＃９〜＃１０）。
【００２５】電磁式流量制御弁４１の供給作動油流量とデューティ比との関係は次にような特性をもっており、上記した制御に組み込まれることになる。図３（イ）に示すように、エンジン回転数が最高回転数を維持している状態では、デューティ比と電磁式流量制御弁４１からの供給作動油流量とはポンプ３０からの供給油量が安定するので、一定の比例関係を維持する。これに対して、図３（ロ）に示すように、エンジン回転数が最高回転数より低い場合には、デューティ比が一定以上の値Ｄ1 〜Ｄ2 を採る場合には、比例関係が崩れて供給作動油流量が低下することになる。したがって、図３（ハ）に示すように、エンジン回転数が低下しデューティ比に補正を施す必要が生ずる場合には、デューティ比として大きな値を採る、デューティ比Ｄ1 からデューティ比Ｄ2 までのデューティ比に対してのみ大きくなるように補正を行なう。
【００２６】以上、自動昇降制御における電磁式流量制御弁４１に対するデューティ比の設定及び補正について記載したが、手動制御手段４０Ｃにより制御を行なう場合には、植付クラッチレバー４３のレバーセンサ４３Ａが耕深設定器４４に相当し、図示していないが、リンク機構４を駆動するリフトアームの昇降角を検出するリフトアーム角センサがフロートセンサ３９に相当する。また、強制昇降操作レバー４７で上昇操作する場合には、前記リフトアーム角センサとこれも図示していないが上限センサとの偏差に基づいてデューティ比が決定される。
【００２７】以上のような制御に加えて次のような制御を行なうことができる。エンジン回転数が決まると一義的にポンプの吐出量がきまる。ここで、エンジン回転の検出値よりポンプの吐出量を算出し、このポンプの算出量より電磁式流量制御弁４１からの供給すべき作動油流量が小である場合には、デューティ比を維持して電磁式流量制御弁４１を制御作動させる。また、逆にエンジン回転の検出値よりポンプの吐出量が電磁式流量制御弁４１から供給すべき作動油流量が大である場合には、デューティ比を小さくする補正を施し、補正後のデューティ比で制御を行なう。
【００２８】〔別実施形態〕以下、本発明の別実施形態を列記する。
■ 作業装置を姿勢変更する制御形態としては、ローリングモータ４２の替わりにローリングシリンダを用いて、ローリング制御を行い、デューティ比の補正を行なうようにしてもよい。
■ 接地センサとして整地フロートを利用しているが、接地センサとして整地フロートとは別に設けてもよい。
■ 電磁式流量制御弁としては、上昇と下降とを行うことのできる単一の電磁制御弁であってもよい。
■ 本願発明は苗植付装置２以外に耕耘装置等の昇降制御に適用することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１０５２
【氏名又は名称】株式会社クボタ
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| 【出願日】 |
平成１３年３月２９日（２００１．３．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０７３０８
【弁理士】
【氏名又は名称】北村 修一郎
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２８１８０４（Ｐ２００２−２８１８０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１０月２日（２００２．１０．２） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−９６０４６（Ｐ２００１−９６０４６） |
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