JP3189165B2 - 動力車両における作業機の姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【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１
４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２
０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３
６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１
７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、ＯＦ
Ｆ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２
１、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１
６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２
７ａ、２７ｂが励磁される（ステップ６、９、１１、１
３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、１
４）。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】トラクターにロータリ耕耘装置を取り付けたと
きの側面図である。

【図２】油圧回路図である。

【図３】制御系のブロック図である。

【図４】制御の内容を示すフローチャートである。

【図５】改良プログラムのフローチャートである。

【図６】傾斜センサの検出値と油圧シリンダを制御する
出力信号との関係を説明した図である。

【図７】フローチャートである。

【符号の説明】

１ トラクター ２ 前輪 ３ 後輪 ４ ミッションケース ６ 油圧シリンダ ７ リフトアーム ８ 油圧昇降機構 １５ａ 水平制御用油圧シリンダ １６ 傾斜センサ ２７ａ 切替弁（水平制御用油圧シリンダ伸長用） ２７ｂ 切替弁（水平制御用油圧シリンダ短縮用）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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。