(57)【要約】【課題】本発明では、圃場の小さな凹凸による揺れ程度では走行機体又は作業機の傾き修正をゆっくりと行い、大きな凹凸による傾きに対しては走行機体又は作業機の傾き修正を迅速に行うことで姿勢変動の少ない安定した農作業車の姿勢制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】走行機体又は作業機の絶対傾斜角を検出する傾斜センサと傾斜角の速さから傾斜角を検出する角速度センサを設け、該角速度センサが検出する傾斜角が所定値以下の場合には傾斜センサが検出する絶対傾斜角を傾斜目標角とし、角速度センサが検出する傾斜角が所定値を超えると、このときの走行機体又は作業機の絶対傾斜角に角速度センサが検出した傾斜角を加算して新たな傾斜目標角として走行機体又は作業機の姿勢を修正制御すべく構成したことを特徴とする農作業車の姿勢制御装置の構成とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行機体（１）又は作業機（１３）の絶対傾斜角（θｓ）を検出する傾斜センサ（２３）と傾斜角の速さから傾斜角（θｋ）を検出する角速度センサ（２４）を設け、該角速度センサ（２４）が検出する傾斜角（θｋ）が所定値以下の場合には傾斜センサ（２３）が検出する絶対傾斜角（θｓ）を傾斜目標角（θｔ）とし、角速度センサ（２４）が検出する傾斜角（θｋ）が所定値を超えると、このときの走行機体（１）又は作業機（１３）の絶対傾斜角（θｓ）に角速度センサ（２４）が検出した傾斜角（θｋ）を加算して新たな傾斜目標角（θｔ）として走行機体（１）又は作業機（１３）の姿勢を修正制御すべく構成したことを特徴とする農作業車の姿勢制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トラクタ、管理機、移植機、収穫機等の農作業車において、作業走行中に機体や作業機を水平姿勢に制御したり水平に対する一定傾き状態に制御したりする姿勢制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
農作業機には走行機体或は作業機に機体の傾きを検出する傾斜角検出手段を設け、この傾斜角検出手段で検出する機体傾斜角に基づいて作業機の水平に対する傾きを一定に維持するように制御する姿勢制御装置を設けている。
【０００３】
機体の傾きを検出する傾斜角検出手段として、水平方向に対する傾きすなわち絶対傾斜角を検出する重力式の傾斜センサと走行機体或は作業機の傾く動きを検出してどの程度傾くかすなわち相対傾斜角を予測する角速度センサが有る。
【０００４】
例えば、特許第３５６８５９７号公報や特許第３７６３８３５号公報には、角速度センサの検出する相対傾斜角が零状態での傾斜センサの絶対傾斜角を基準傾斜角として角速度センサが変動時に検出する相対傾斜角を前記基準傾斜角に加算して走行機体或は作業機の傾斜角とする傾斜角検出手段が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５６８５９７号公報
【特許文献２】特許第３７６３８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の傾斜角検出手段を用いた姿勢制御装置では、凹凸の有る圃場を走行する農作業時には走行機体が常に揺れているために角速度センサの相対傾斜角が零状態になることが無いために、角速度センサが常時検出する相対傾斜角が機体の傾斜角として姿勢制御を行うことになる。このために、機体の傾きで敏感に変動する相対傾斜角によって走行機体或は作業機の姿勢変更が常に行われる状態となって凹凸の少ない圃場を走行しても安定しない。
【０００７】
そこで、本発明では、圃場の小さな凹凸による揺れ程度では走行機体或は作業機の傾き修正をゆっくりと行い、大きな凹凸による傾きに対しては走行機体或は作業機の傾き修正を迅速に行うことで姿勢変動の少ない安定した農作業車の姿勢制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記本発明の課題は、次の解決手段により解決される。
即ち、請求項１に記載の発明は、走行機体（１）又は作業機（１３）の絶対傾斜角（θｓ）を検出する傾斜センサ（２３）と傾斜角の速さから傾斜角（θｋ）を検出する角速度センサ（２４）を設け、該角速度センサ（２４）が検出する傾斜角（θｋ）が所定値以下の場合には傾斜センサ（２３）が検出する絶対傾斜角（θｓ）を傾斜目標角（θｔ）とし、角速度センサ（２４）が検出する傾斜角（θｋ）が所定値を超えると、このときの走行機体（１）又は作業機（１３）の絶対傾斜角（θｓ）に角速度センサ（２４）が検出した傾斜角（θｋ）を加算して新たな傾斜目標角（θｔ）として走行機体（１）又は作業機（１３）の姿勢を修正制御すべく構成したことを特徴とする農作業車の姿勢制御装置としたものである。
【０００９】
この構成により、走行機体（１）又は作業機（１３）が地面の細かな凹凸で揺れる場合は検出速度の遅い傾斜センサ（２３）の検出する絶対傾斜角（θｓ）を傾斜目標角（θｔ）として姿勢制御を行うので、走行機体（１）の姿勢変更がゆっくりと行われる。走行機体（１）又は作業機（１３）が大きく傾く場合には、角速度センサ（２４）が検出する傾斜角（θｋ）に現在の走行機体（１）又は作業機（１３）の絶対傾斜角（θｓ）を加算して新たな傾斜目標角（θｔ）として迅速に姿勢の修正制御が行われる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、圃場の細かい凹凸による走行機体（１）又は作業機（１３）の姿勢制御が絶対傾斜角（θｓ）を傾斜目標角（θｔ）としてゆっくりと行われるので、頻繁な姿勢制御が行われることがなく機体のハンチングを防止できる。また、圃場の大きな凹凸による走行機体（１）又は作業機（１３）の傾きの修正制御は、現在の走行機体（１）又は作業機（１３）の絶対傾斜角（θｓ）と角速度センサによる傾斜角（θｋ）を加算した新たな傾斜目標角（θｔ）で迅速に姿勢の修整制御をするので、過剰な姿勢制御による走行機体（１）又は作業機（１３）の揺れが少なくなり、大きな機体の傾きも迅速に修正される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】農作業車の実施例として示すトラクタの全体側面図である。
【図２】一部の拡大側面図である。
【図３】別実施例の一部拡大側面図である。
【図４】一部の拡大側断面図である。
【図５】制御ブロック図である。
【図６】制御フローチャート図である。
【図７】制御フローチャート図である。
【図８】制御フローチャート図である。
【図９】制御フローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に示す実施例に基づいて、本発明の実施例を説明する。
本実施例に示す農作業機はトラクタであって、走行機体１前部にエンジン２を搭載し、このエンジン２の回転動力をミッションケース３内の変速装置に伝え、この変速装置で減速された回転動力をＰＴＯ軸４と前輪５と後輪６とに伝えるようにしている。走行機体１のミッションケース３上は、前側のエンジン２を内装するボンネット７とオペレータが着座する座席８と操縦ハンドル９を設けている。操縦ハンドル９の近傍には、上下に倒すことで作業機１３を昇降させるワンタッチ昇降レバー３７を設けている。
【００１３】
ミッションケース３の上部には油圧シリンダケース１１が搭載され、この油圧シリンダケース１１の左右両側にリフトアーム１２，１２を回動自由に枢着している。油圧シリンダケース１１内の油圧シリンダ４０内に作動油が供給されるとリフトアーム１２，１２が上昇回動し、反対に作動油が排出されるとリフトアーム１２，１２は下降するように構成している。
【００１４】
作業機１３は、耕耘爪１４を回転駆動して土壌面を耕耘するロータリ耕運機で、トップリンク１６とロワーリンク１７で走行機体１に装着する。前記左右のリフトアーム１２，１２と左右のロワーリンク１７，１７とはリフトロッド１８と油圧水平シリンダ１９で相互に連結され、このうち片側（右側）の油圧水平シリンダ１９は複動式の油圧シリンダで構成され、この油圧水平シリンダ１９が伸縮することで作業機１３の左右傾きが変更される。油圧シリンダ１９の横にはシリンダロッドの伸縮長さを検出するストロークセンサ１５（図５）が取り付けられている。
【００１５】
前記ロータリ耕耘機１３は耕耘爪１４とこの耕耘爪１４の上方を覆うロータリカバー２０と、ロータリカバー２０の後部に枢着されたリヤカバー２１等からなり、走行機体１側のＰＴＯ軸４から動力を受けて耕耘軸２２を回転させ、耕耘軸２２に取り付けられた複数個の耕耘爪１４によって土壌を耕起する。
【００１６】
油圧シリンダケース１１には走行機体１の左右方向の傾斜角度を検出する傾斜センサ２３（図２）を取り付け、走行機体１の左右方向への傾き速度を検出する角速度センサ２４（図５）をフロアパネル２７に取り付けている。後述するようにこの傾斜センサ２３と角速度センサ２４の傾斜検出値と前記ストロークセンサ１５の伸び検出値と傾き調整ダイヤル２５（図５）の設定値とから作業機１３の左右傾斜制御量が算出され、コントローラ３０からの指示により油圧シリンダ１９を作動して作業機１３を設定された左右傾斜角度に維持するようにローリング制御している。
【００１７】
なお、この実施例では、作業機１３としてロータリ耕耘機を例に挙げているが、ロータリ耕耘機以外の、例えば畦塗機や薬剤散布機等の農作業機であってもよい。
走行機体１に取り付ける角速度センサ２４は、エンジン２の振動を拾い難い位置に取り付ける。例えば、図２に示す実施例では、座席８の側部でフロアパネル２７の立ち上げ屈曲部２９に第一センサブラケット２８で取り付けている。図３に示す実施例では、フロアパネル２７の立ち上げ屈曲部２９に第二センサブラケット３８で囲んだ閉空間を形成し、その内部に角速度センサ２４を取り付けている。図４に示す実施例では、フロアパネル２７の四隅をミッションケース３に支持するマウントゴム３９上の支脚４３に第三センサブラケット４４で角速度センサ２４を取り付けている。
【００１８】
次に、図５に示す制御ブロック図について説明する。
作業機１３の昇降制御及びローリング制御を司るコントローラ３０の入力側には、重力式で水平方向からの傾き角度すなわち絶対傾斜角度を検出する傾斜センサ２３と走行機体１が傾く加速度と時間で予測する傾き角度すなわち相対傾斜角度を算出して検出する角速度センサ２４から走行機体１の左右相対傾斜角度が入力し、ストロークセンサ１５から油圧シリンダ１９の伸び位置信号が入力し、傾き調整ダイヤル２５から走行機体１に対する作業機１３の傾き設定値が入力し、水平／平行切換スイッチ２６から水平制御あるいは平行制御の切り替え信号が入力される。
【００１９】
水平／平行切換スイッチ２６を「水平」位置にセットすると傾斜センサ２３と角速度センサ２４の検出値に応じて作業機１３を水平に維持する水平制御となり、水平／平行切換スイッチ２６を「平行」位置にセットすると走行機体１に対する作業機１３の左右姿勢が平行状態となるように左右のリフトロッド１８と油圧水平シリンダ１９の長さが一致する状態となる。
【００２０】
なお、「平行」位置は更に２位置の設定が可能で「固定位置」にすると作業機１３は走行機体１に対して常に平行になり、「揺動」の位置にすると走行機体１の傾きに関わらず作業機１３を平行状態に維持するように傾斜センサ２３と角速度センサ２４の検出値に応じて作業機１３をローリングする制御が加わるようにしている。
【００２１】
また、走行機体１の走行速度が車速センサ４１から、操縦ハンドル９の操向切れ角が切れ角センサ４２から、作業機１３の昇降位置信号がリフトアームセンサ３６から、それぞれコントローラ３０に入力する。
【００２２】
コントローラ３０の出力側からは、油圧水平シリンダ１９を伸ばす水平伸び出力３１と縮める水平縮み出力３２が出力される。この水平伸び出力３１と水平縮み出力３２は、油圧水平シリンダ１９を制御する電磁切換え弁へのオン・オフ信号として出力されるが、エンジン２の回転数が低いと油圧水平シリンダ１９に作用するオイルの油圧も低下するので、電磁切換弁へのオン割合すなわちデュティー比を高くして出力する。
【００２３】
このように、エンジン回転が高い場合にはデュティー比を低くエンジン回転が低い場合にはデュティー比を高くすることで、油圧水平シリンダ１９の作動速度をエンジン２の回転変化にかかわらず一定速度となるようにしている。
【００２４】
図６は、作業機１３を水平に維持する水平制御における傾斜センサ２３と角速度センサ２４による作業機１３の作業機傾斜目標角度の設定制御である。例えば、圃場の凹凸によって走行機体１が左にθ°傾くと作業機１３を右にθ°傾けることで、走行機体１が傾いても作業機１３が水平になるようにするのである。
【００２５】
ステップＳ１で傾斜センサ２３の絶対傾斜角θｓと角速度センサ２４による傾斜角θｋをコントローラ３０に読み込み、ステップＳ２で傾斜角θｋが所定傾斜角θａより小さいかを判定する。
【００２６】
そして、ステップＳ２の判定がＮＯならば、ステップＳ４で現在の絶対傾斜角θｓに角速度センサ２４の傾斜角θｋを加算して新たな作業機傾斜目標角θｔとしてリターンし、  ステップＳ２の判定がＹＥＳならば、ステップＳ３で傾斜センサ２３の絶対傾斜角θｓを作業機傾斜目標角θｔとしてリターンする。
【００２７】
なお、ステップＳ４で作業機傾斜目標角θｔが零ならば、傾斜角θｋが新たな作業機傾斜目標角θｔとなる。
図７は、角速度センサ２４の傾斜角θｋが変化する場合の制御で、ステップＳ２０で角速度センサ２４の傾斜角θｋが出力されたか判定し、出力されればステップＳ２１で作業機傾斜目標角θｔに角速度センサ２４の傾斜角θｋを加算し、出力されなければステップＳ２２で作業機傾斜目標角θｔを零にしてリターンする。傾斜角θｋが出力されないことは、走行機体１が停止しているか平坦な圃場面を走行していることであって、この時の絶対傾斜角θｓが新たな作業機傾斜目標角θｔとなる。
【００２８】
図８は、作業機１３が作業機傾斜目標角θｔの姿勢に達するまでに角速度センサ２４から次の修正傾斜角が入力した場合の制御である。
ステップＳ３０で傾斜センサ２３の絶対傾斜角θｓと角速度センサ２４の傾斜角θｋをコントローラ３０に読み込み、ステップＳ３１で角速度センサ２４からの出力が有ったかの判定を行う。出力が有ればステップＳ３２で作業機傾斜目標角θｔに傾く傾斜制御を規定時間行ったかの判定を行い、規定時間経過していればステップＳ３３で作業機傾斜目標角θｔに達しているかを判定し、作業機傾斜目標角θｔに達していなければステップＳ３４で未到達傾斜角θｍを算出し、ステップＳ３５で現在の作業機傾斜目標角θｔから未到達傾斜角θｍを減算して新たな作業機傾斜目標角θｔとしてリターンする。
【００２９】
なお、ステップＳ３１で角速度センサ２４からの出力が無ければ直ちにリターンし、ステップＳ３２での判定がＮＯであったりステップＳ３３の判定がＹＥＳであったりするとステップＳ３６で作業機傾斜目標角θｔを角速度センサ２４の傾斜角θｋに変更してリターンする。
【００３０】
作業機１３が作業機傾斜目標角θｔに達していれば絶対傾斜角θｓのハンチングによる揺り戻しを防ぐために傾斜角θｋを新たな作業機傾斜目標角θｔに設定する構成としている。
【００３１】
図９は、角速度センサ２４の傾斜角θｋが所定傾斜角θａより小さい状態が長く続いた場合の水平制御である。
ステップＳ４０で傾斜センサ２３の絶対傾斜角θｓと角速度センサ２４の相対傾斜角θｋをコントローラ３０に読み込み、ステップＳ４１で角速度センサ２４からの出力が有ったかの判定を行う。
【００３２】
そして、出力が有ればステップＳ４２で作業機傾斜目標角θｔに傾く傾斜制御に移行後であるかの判定を行い、ＮＯであればステップＳ４３で角速度センサカウントをカウントアップし、ステップＳ４４の角速度センサカウントが例えば５に達したかの判定を行い、ＹＥＳであればステップＳ４５で傾斜センサ２３の絶対傾斜角θｓによる傾斜制御に移行する。ステップＳ４４の判定がＮＯであればステップＳ４７の角速度センサ２４の相対傾斜角θｋによる傾斜制御に移行する。
【００３３】
なお、ステップＳ４１で角速度センサ２４からの出力が無ければ直ちにリターンし、ステップＳ４２の判定で傾斜制御に移行後でなければ、ステップＳ４６で角速度センサカウントをリセットし、ステップＳ４７の角速度センサ２４の相対傾斜角θｋによる傾斜制御に移行する。
【００３４】
この制御は、絶対傾斜角θｓに相対傾斜角θｋをたびたび加算することによって作業機傾斜目標角θｔが作業機１３の実際傾斜角からずれてくるのを例えば６回目の制御の際にリセットして修正するのである。
【００３５】
なお、角速度センサ２４の相対傾斜角θｋは、傾斜加速度を積分して算出するが、油圧水平シリンダ１９の作動に対してメカ的な誤差が生じるので、適宜に各製品における補正係数で相対傾斜角θｋを修正するようにする。この補正係数は電源を切っても記憶が保持されるＥＥＰＲＯＭに記憶し、マイコンチェッカ或いは操作パネルに設けるスイッチ類を操作して調整モードに移行して修正可能にする。
【符号の説明】
【００３６】
１    走行機体
１３    作業機
２３    傾斜センサ
２４    角速度センサ
θｋ  傾斜角
θｓ  絶対傾斜角
θｔ  傾斜目標角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010220518.tif 000009
【図８】
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【図９】
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