(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業装置を駆動する油圧アクチュエータに対する作動油の供給量を、所定の作動電流によって供給することのできる油量が決定される油量―電流特性を備えた電磁比例制御弁によって調整するとともに、前記油圧アクチュエータに対する目標作動量を設定する設定器からの設定信号と、前記油圧アクチュエータの作動位置を検出する動作位置検出センサからの検出信号とが入力する制御装置を備え、前記設定器からの目標作動量に基づいて作動油量を設定し、前記作動油量から前記油量―電流特性に基づいて、前記制御装置で前記電磁比例制御弁の動作電流値を算出するように構成してある作業車であって、
前記油量―電流特性に基づいて算出した前記動作電流値よりも前記油圧アクチュエータの作動速度が遅くなる動作電流値を目標電流値として選定し、前記目標電流値によって前記油圧アクチュエータの作動量を想定するとともに前記目標電流値によって駆動された前記油圧アクチュエータが実際に作動した作動量を前記動作位置検出センサで検出し、前記想定作動量と前記検出作動量とを比較して、  前記検出作動量が前記想定作動量より小さなものである場合には、前記目標電流値に対して補正電流値を加えて補正を施し、補正された補正後目標電流値によって電磁比例制御弁を制御する補正手段を備えている作業車。
【請求項２】
補正電流値は、目標電流値に対応した目標供給油量が多く成る程、その補正電流値が逆に少なくなるように予め設定した補正制限電流を越えないように選定される請求項１記載の作業車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業装置を駆動する油圧アクチュエータに対する作動油の供給量を、所定の作動電流によって供給することのできる油量が決定される油量―電流特性を備えた電磁比例制御弁によって調整するとともに、前記油圧アクチュエータに対する目標作動量を設定する設定器からの設定信号と、前記油圧アクチュエータの作動位置を検出する動作位置検出センサからの検出信号とが入力する制御装置を備え、前記設定器からの目標作動量に基づいて作動油量を設定し、前記作動油量から前記油量―電流特性に基づいて、前記制御装置で前記電磁比例制御弁の動作電流値を算出するように構成してある作業車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁比例制御弁における、動作電流値と電磁比例制御弁を通じて供給される作動油量とは、制御弁の個体差、油温、作業装置の重量、コントロールユニットの制御電流誤差等により、電磁比例制御弁個々に異なる特性になっている。したがって、図３に示すように、油量―電流特性は基準となる特性線ｃに対してある一定の幅を形成する特性線ｄで示されるヒステリシスを有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、設定器からの目標作動量に基づいて作動油量を設定し、作動油量から油量―電流特性に基づいて、制御装置で電磁比例制御弁の動作電流値を算出した場合に、動作電流値が前記したバルブの個体差等を見込んだ電流値には成っていないので、目標流量と実際に流れている流量とに差が生じ、実流量が大きい場合には停止時に大きなショックが発生し、実流量が少ない場合には動きが遅く、動かない場合もある。
特に、流量が５リットル以下の低流量時においては、必要とする流量の絶対量が少ないので、ヒステリシスの影響が出やすく、適正な流量を設定するのが困難であった。
本発明の目的は、制御弁の個体差等を吸収し、停止ショックを抑え、適切な速度で移動できる流量を供給できる制御構造を提供する点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
[構成]
本発明の第１の特徴（請求項１）は前記油量―電流特性に基づいて算出した前記動作電流値よりも前記油圧アクチュエータの作動速度が遅くなる動作電流値を目標電流値として選定し、前記目標電流値によって前記油圧アクチュエータの作動量を想定するとともに前記目標電流値によって駆動された前記油圧アクチュエータが実際に作動した作動量を前記動作位置検出センサで検出し、前記想定作動量と前記検出作動量とを比較して、
前記検出作動量が前記想定作動量より小さなものである場合には、前記目標電流値に対して補正電流値を加えて補正を施し、補正された補正後目標電流値によって電磁比例制御弁を制御する補正手段を備えている点にあり、その作用、及び、効果は次の通りである。
【０００５】
[ 作用]
先ず、制御を開始する際に電磁比例制御弁に投入される目標電流値を設定する。この目標電流値は、電磁比例制御弁の油量―電流特性を表示する図３における実線ｃで示されている動作電流値よりも前記したヒステリシス内で、前記油圧アクチュエータの作動速度が遅くなる動作電流値をいう。
この目標電流値を投入した際に、電磁比例制御弁が油圧アクチュエータに油量―電流特性に基づいた作動油量を流入させて、その作動油の流入を受けて油圧アクチュエータの作動量を想定する。
一方、前記目標電流値に基づいて実際に油圧アクチュエータを駆動し、油圧アクチュエータの実際の作動量を動作位置検出センサで検出する。
実際の作動量と想定した作動量とを比較検討し、実際の作動量が想定した作動量に達しない場合には、目標電流値に補正電流値を加えて補正後の目標電流値によって次に制御を行う。次に、補正後の目標電流値に基づいて、再び、油圧アクチュエータの作動量を想定するとともに実作動量を検出して、両者を比較し、補正の必要があれば補正電流値によって補正後の目標電流値を更に補正する。
以上の手続を逐次繰り替えすことによって、目標電流値に補正を加えていく。
【０００６】
[ 効果]
したがって、補正を施す前の目標電流値は個体差を見込んだ十分小さな電流値を動作電流値として採用しているので、停止時のショックを低減できるとともに、油圧アクチュエータの実際の作動量を検出しながら補正を加えていくので、動作速度が遅い、又は、全く作動しないということを回避でき、円滑な油圧アクチュエータの作動を期待できる。
このような制御形態の採用によって、電磁比例制御弁の固体差の影響を抑えることができ、低流量域での制御に有効である。
【０００９】
［構成]
本発明の第２の特徴（請求項２）は請求項１において、補正電流値は、目標電流値に対応した目標供給油量が多く成る程、その補正電流値が逆に少なくなるように予め設定した補正制限電流を越えないように選定される点にあり、その作用、及び、効果は次の通りである。
【００１０】
［作用効果]
目標電流値を補正する際のその目標電流値として採用するものは、油量―電流特性に基づいて算出することになっているが、何らかの制御系の不都合によって、有り得ない補正電流値が算出されることもあることを想定して、補正電流値としては補正制限電流を越えない範囲で設定できるようにしてある。しかも、この補正制限電流は、目標電流値に対応した目標供給油量が多く成る程、その補正電流値が逆に少なくなるように設定してあるので、低流量域での補正による効果を顕著にし、低流量域での油圧アクチュエータの作動特性を円滑にするようにしてある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には作業車としての農用トラクタの後部が示されている。この農用トラクタの車体の後部にはリフトシリンダ１（油圧アクチュエータの一例）の駆動力で昇降作動する左右一対のリフトアーム２を備え、単一のトップリンク３と、左右一対のロアーリンク４とで成る３点リンク機構を介してロータリ耕耘装置５（作業装置の一例）が連結支持されている。ロアーリンク４とリフトアーム２とをリフトロッド６を介して吊り下げ支持することで、リフトシリンダ１の駆動力でロータリ耕耘装置５の昇降を行えるよう構成してある。右側のリフトロッド６に介装した複動型のローリングシリンダ７の伸縮作動によってロータリ耕耘装置５のローリング作動を行えるよう構成してある。
【００１２】
図２に示すように、リフトシリンダ１、及び、ローリングシリンダ７に対する油圧系が形成されている。
つまり、エンジンＥで駆動される油圧ポンプＰからの作動油をフロープライオリティ弁１０を介して分流し、一定量の制御流を電磁操作型のローリング制御弁１１に供給すると共に、フロープライオリティ弁１０からの余剰流を電磁比例型の昇降制御弁Ｖに供給する油路系が構成されている。ローリング制御弁１１は電気信号に基づいてローリングシリンダ７を収縮作動させる収縮位置と、伸張作動させる伸張位置と、伸縮を阻止する中立位置とに切換自在に構成されている。
昇降制御弁Ｖは、リフトシリンダ１に対して作動油を供給する上昇制御弁１２と、この上昇制御弁１２をパイロット圧で開閉操作する上昇用パイロット弁１２Ｐと、リフトシリンダ１から作動油を排出する下降制御弁１３と、この下降制御弁１３をパイロット圧で開閉操作する下降用パイロット弁１３Ｐとを備えて構成されている。上昇用パイロット弁１２Ｐ及び下降用パイロット弁１３Ｐは夫々の電磁ソレノイド１２Ｓ，１３Ｓに供給される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１２、下降制御弁１３夫々の開度を調節できるよう構成されている。つまり、昇降制御弁Ｖは電磁比例制御弁に構成されているのである。
【００１３】
このように構成されているので、ロータリ耕耘装置５を上昇させる場合には上昇用パイロット弁１２Ｐの電磁ソレノイド１２Ｓに対して電流を供給し、この電流の電流値を調節することで上昇用パイロット弁１２Ｐの開度が電流値に正比例して変化して、この上昇用パイロット弁１２Ｐから上昇制御弁１２に作用するパイロット圧が変化して上昇制御弁１２の開度が電流値と比例した値に設定される結果、リフトシリンダ１に対して開度に比例した量の作動油が供給されてロータリ耕耘装置５の上昇速度が決まるものとなる。これと同様にロータリ耕耘装置５を下降させる場合には下降用パイロット弁１３Ｐの電磁ソレノイド１３Ｓに対して電流を供給し、この電流の電流値を調節することで下降用パイロット弁１３Ｐの開度が電流値に正比例して変化して、この下降用パイロット弁１３Ｐから下降制御弁１３に作用するパイロット圧が変化して下降制御弁１３の開度が電流値と比例した値に設定される結果、リフトシリンダ１から開度に比例した量の作動油が排出されてロータリ耕耘装置５の下降速度が決まるものとなっている。
上記したロータリ耕耘装置５の昇降作動にかかる昇降制御弁Ｖにおける昇降作動に要する昇降流量と、その昇降流量を流す為に必要となる昇降制御弁Ｖの開度を設定する作動電流との特性を示した図を第４図として掲げてある。
【００１４】
図1 及び図１３に示すように、マイクロプロセッサを備えた制御装置１６に対して車体に備えたポジションレバー１７（目標作動量を設定する設定器の一例）の操作位置を計測するポテンショメータ型のレバーセンサ１７Ｓと、前記リフトアーム２の揺動量を計測するポテンショメータ型のリフトアームセンサ２Ｓ（油圧アクチュエータの作動位置を検出する動作位置検出センサの一例）と、ロータリ耕耘装置５の耕深を設定するようダイヤル１８で操作されるポテンショメータ型の耕深設定器１８Ｓ（目標作動量を設定する設定器の一例）と、前記ロータリ耕耘装置５の後カバー５Ａの揺動量を計測して該ロータリ耕耘装置５の耕深を計測するポテンショメータ型のカバーセンサ５Ｓ（油圧アクチュエータの作動位置を検出する動作位置検出センサの一例）との信号がＡ／Ｄ変換器１９を介して入力する系を形成すると共に、この制御装置１６から前記上昇用パイロット弁１２Ｐ、下降用パイロット弁１３Ｐ夫々の電磁ソレノイド１２Ｓ，１３Ｓに電流を供給するための電力系を形成してある。
【００１５】
この農用トラクタではレバーセンサ１７Ｓで設定されたロータリ耕耘装置５の対車体高さと、リフトアームセンサ２Ｓで計測されるロータリ耕耘装置５の対車体高さが略一致するまでロータリ耕耘装置５の昇降を行うポジション制御と、耕深設定器１８Ｓで設定された耕深と、カバーセンサ５Ｓで計測されるロータリ耕耘装置５の耕深とが略一致するようロータリ耕耘装置５の昇降を行う自動耕深制御との２種のフィードバック制御を行う。
【００１６】
これらの制御時には、図５及び図６に示すように、先ず作動ショックを起こさないように、零状態より順次流量が増大する特性のスタート流量ＱS で制御を開始するとともに、一定流量を供給するまではスタート流量ＱS で制御を行う。制御の途中からは、スタート流量ＱS と後記する偏差流量ＱH とが逆転して偏差流量ＱH が小さくなると、その偏差流量ＱH で制御を行う。つまり、レバーセンサ１７Ｓ、耕深設定器１８Ｓで成る設定系と、リフトアームセンサ２Ｓ、カバーセンサ５Ｓで成るフィードバック系との偏差が大きいほど偏差と比例した速度（又は予め設定された速度）でロータリ耕耘装置５（又はプラウ作業機）を昇降させ（例えば、比例制御や比例積分制御）、設定系の設定値を基準に形成される不感帯の域内に、フィードバック系の計測値が達するとロータリ耕耘装置５の昇降を停止させるよう制御装置１６の基本的な制御動作が設定されている。
【００１７】
次に、昇降制御弁Ｖに対する制御形態について説明する。昇降制御弁Ｖに投入する作動電流とリフトシリンダ１に対する昇降流量との関係については比例関係にあると述べたが実際のテスト結果においては、図３に示すように、５リットル近傍で折れ曲がる折れ線状の油量―電流特性を示す。この油量―電流特性は、昇降制御弁Ｖの個体差、油温、ロータリ耕耘装置等の作業装置の重量に起因するリフトシリンダ１の内圧の相違等によって、図３に示すように、実線ｃを挟む二列の点線ｄ，ｄで囲む一定の幅内で変動するヒステリシスを持っている。そして、昇降制御弁Ｖにおいて、リフトシリンダ１へ作動油を供給する上げ操作時の油量−電流特性と下げ操作時の油量―電流特性とは図４に示すように僅かにズレを生じている。上記したような油量―電流特性を持つ昇降制御弁Ｖは、前述のように偏差に基づく偏差流量ＱH と予め設定されたスタート流量ＱS とを比較して、小さな方の流量をリフトシリンダ１に供給するように制御される。
【００１８】
スタート流量ＱS は、図９に示すように、時間に応じて流量が増大する特性線に沿って選定され、偏差流量ＱH は、図１０に示すように、レバーセンサ１８Ｓ等の設定系における設定信号と、リフトアームセンサ２Ｓ等で成るフィードバック系の検出信号とに基づいて、偏差が大きくなる程大容量となるように特性線に沿って選定される。これら二つの流量によって基本的制御を行うには、図５において昇降制御を行う部分を拡大した図６に示すように、制御開始時においては、スタート流量ＱS は零値から僅かに大きな流量であり、ポジションレバー１７等の設定値とリフトアームセンサ２Ｓの検出値との偏差は大であるので、スタート流量ＱS で制御を開始することになる。
図５について説明すると、横軸に運転時間を採っており、運転開始後２５秒と５０秒経過時点で、ポジションレバーセンサでの設定値とリフトアームセンサでの検出値との間に偏差が出て、ポジション制御が行われたことを示しており、運転開始後２５秒時点での制御の状態を拡大してしめしたものが、図６である。
【００１９】
つまり、図５及び図７のフローチャートに示すように、ポジションレバーセンサ１７Ｓの設定値（信号値）Ｌo とリフトアームセンサ２Ｓの検出値（信号値）ＬS との間に偏差が生じた場合には、まず、スタート流量ＱS で制御を開始する（＃１〜＃４）。スタート流量ＱS で制御を開始して１秒強の経過でスタート流量ＱS と偏差流量ＱH とが同一流量になり、以後は、偏差流量ＱH によって制御は行われることになる。ポジションレバーセンサ１７Ｓの設定値とリフトアームセンサ２Ｓの検出値とが一致すると昇降制御弁Ｖは供給を停止する。図５及び図６におけるＱe は、スタート流量ＱS と偏差流量ＱH とのいずれか小さな方の流量を選定して実際にリフトシリンダ１に投入される最終昇降流量を示す（＃５）。
上記したように、ポジションレバーセンサ１７Ｓの設定値Ｌo とリフトアームセンサ２Ｓの検出値ＬS とに食い違いが出た場合に上記した制御が行われるが、その食い違いが出る現象としては、リフトシリンダ１内からの油の流失か又はポジションレバー１７への操作によって起こる。
【００２０】
次に、本願発明に相当する部分について説明する。
昇降制御弁Ｖは前記したように、同じ作動電流を与えても個体差等により供給する昇降流量にある幅のヒステリシスを有しているので、昇降流量が多く成りすぎてショックが出ることを避ける見地より、リフトシリンダ１に作動油を供給する場合には、ショックが出難い油量（昇降流量）を投入して制御を開始する。この場合の昇降流量を現出する作動電流量は図３における昇降流量が５リットル以下の実線ｃ' で示される。次に、ショックが出難い昇降流量つまりスタート流量ＱS によってリフトアーム２が昇降する昇降量を想定する。つまり、スタート流量ＱS に基づいて目標電流値Ｉo を図３より選定し、昇降制御弁Ｖを駆動するデューティ比Ｄを決める（＃６）。
【００２１】
スタート流量ＱS に必要な昇降制御弁Ｖに対する駆動電流値Ｉとして前記目標電流値Ｉo を与え、前記目標電流値Ｉo に対応するリフトアーム２の伸縮量を想定する。その想定伸縮量をリフトアームセンサ２Ｓの検出値（信号値）ＬS における変化量の予測値ＬS ' として算出し（＃７）、この予測値ＬS ' とリフトアームセンサ２Ｓが検出した検出値、つまり、リフトアームセンサ２ｓの信号値ＬS との実変化量ＬS ''を比較して、リフトアーム２の移動量( 実変化量ＬS '') が想定量（予測値ＬS ' ）を下回る場合には補正を施すようにする（＃９）。
【００２２】
補正を施すには、最初に投入した昇降流量値に比例定数ｋを乗じ、更に、その比例定数ｋを乗じた昇降流量ｋＱS を積分し、積分値∫ｋＱS に対して更に積分定数αを掛け合わせた値α∫ｋＱS を補正電流値Ｉo ' とする。補正電流値Ｉo ' が決まるとその電流値に目標電流値Ｉo を加えて補正駆動電流Ｉを算出する。この補正駆動電流Ｉで駆動する（＃１０）。尚、補正電流値Ｉo ' は図８に示すように、昇降流量Ｑと相関関係を持っており、昇降流量５リットルと最大補正電流Ｉo ''１５０ｍＡとを結ぶ流量―最大補正電流特性線に示される値を越えない値に設定される。最大補正電流Ｉo ''は補正電流値Ｉo ' を制限する補正制限電流の一つである。
又、目標電流値Ｉo に対して補正電流値Ｉo ' は必ず加えられるものであり、減算されることはない。これにより、電流値の増減による供給油量の増減をなくし、作業装置のショックを低減できる。
【００２３】
リフトアーム２の移動量( 実変化量ＬS '') が想定量（予測値ＬS ' ）と同一であるならば、駆動電流Ｉを目標電流値Ｉo とする（＃１４〜＃１５）。
スタート流量ＱS に対して偏差流量ＱH が大きくなると、フローチャート＃６、＃７で述べたように、偏差流量ＱH に基づいて目標電流値Ｉo 及び駆動デューティ比Ｄを設定し（＃１１）、リフトアーム２の移動予測値ＬS ' を算出し（＃１２）、リフトアーム２の実移動量の検出値ＬS ''との比較に移行する（＃８）。
【００２４】
以上のように、目標電流値Ｉo に補正を加えて運転する状態を示したものが図１１及び図１２であり、目標電流値Ｉo に対する補正電流値Ｉo ' 、その補正電流値Ｉo ' に対する最大補正電流の採り得る値Ｉo ''の一例が示されており、目標電流値Ｉo と補正電流値Ｉo ' との合計した電流値で昇降制御弁Ｖが駆動される。
図１１について説明すると、横軸に運転時間を記しており、運転開始後４０秒と８５秒の時点で、リフトアームセンサの検出値が目標値より外れて制御が開始されたことを示しており、運転開始後４０秒時点での部分を拡大して表示したものが図１２である。
【００２５】
〔別実施の形態〕
イ．  本発明は上記実施の形態以外に、例えば、自動耕深制御や、ローリング制御に適用することが可能であり、又、プラウ等の作業装置の昇降を行うドラフト制御に適用することも可能である。このドラフト制御を行う場合には、操縦部に設けたポテンショメータ型のドラフト設定器８の設定値と、プラウ等の作業装置に作用する作業抵抗を検出すべく、ロアーリンク４に設けたドラフトセンサ９の検出値とが一致するようにプラウ作業装置を昇降させる制御を行う。
ロ．  上記実施例においては、リフトシリンダ１に供給する作動油の流量を、スタート流量ＱS と偏差流量ＱH とのいずれか小さい方の流量を採用することにしていたが、偏差流量ＱH だけで制御を行ってもよい。
ハ．  補正電流値Ｉo ' を算出する際に、図３に示す油量―電流特性線より算出された目標電流値Ｉo に基づいて算出したが、前記した油量―電流特性線に基づく目標電流値Ｉo に対応する目標流量を使用してもよい。
二．  油圧アクチュエータ１の動作位置を検出するセンサとしては、そのアクチュエータ１で駆動されるリフトアーム２の動きを捉えるようにしてあるが、油圧アクチュエータ１そのものの動きを捉えるストロークセンサ等を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】農用トラクタ後部の斜視図
【図２】油圧回路図
【図３】電流比例制御弁における油量―電流特性におけるヒステリシス状態を示す図
【図４】電磁比例制御弁における油量―電流特性を示す図
【図５】ポジションレバーセンサとリフトアームセンサとに偏差が生じた場合のポジション制御におけるリフトアームに投入される油量を示す図
【図６】図５における制御部分の拡大図
【図７】ポジション制御における電磁比例制御弁に投入される動作電流の補正状態を示すフローチャート
【図８】補正電流を制限する補正制限電流と昇降流量との関係を示す図
【図９】スタート流量の時間的変化を示す図
【図１０】偏差流量と偏差との関係を示す図
【図１１】ポジションレバーセンサとリフトアームセンサとに偏差が生じた場合のポジション制御における電磁比例制御弁に対する補正電流値を示す図
【図１２】図１１における制御部分の拡大図
【図１３】制御ブロック図
【符号の説明】
１                油圧アクチュエータ
２Ｓ，５Ｓ        動作位置検出センサ
１６              制御装置
１７Ｓ，１８Ｓ    設定器
Ｖ                制御弁
Ｉo               目標電流値
Ｉo '               補正電流値
Ｉo ''              補正制限電流
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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