(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラクタにローリング自在に装着された作業機の対地左右傾斜をほぼ一定に維持するように制御するローリング制御装置であって、作業機の対地左右傾斜の現在値を検出する現在値検出手段と、作業機の対地左右傾斜の目標値を設定する目標値設定手段と、前記現在値が前記目標値に近づくように作業機をローリングさせるローリング手段と、対地左右傾斜が一方向から反対方向へ移行する際に、前回の対地左右傾斜における最大値と目標値との偏差である偏差ピーク値、および前回の対地左右傾斜に対する前記ローリング手段への出力要求発生時間を入力変数とし、かつ、次回の対地左右傾斜における前記ローリング手段への出力開始を遅らせるＯＮディレー時間を出力変数としてファジィ推論を行うＯＮディレー時間決定手段とを具備することを特徴とするローリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、トラクタにローリング自在に装着された作業機の対地左右傾斜をほぼ一定に維持するように制御するローリング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トラクタに装着された作業機の対地左右傾斜をほぼ一定に維持するように制御するローリング制御は、作業機の対地左右傾斜の現在値と目標値を比較し、その偏差が所定の許容範囲（不感帯）内に収まるように作業機をトラクタに対してローリングさせる仕組みとなっている。作業機をローリングさせるためのアクチュエータとしては一般的に油圧シリンダが用いられている。この油圧シリンダの制御バルブは比例ソレノイドバルブであり、出力信号のＯＮタイムに比例して油圧シリンダが動作する。
【０００３】
上記ローリング制御を行うに際し、表土面の凹凸が大きい荒れた圃場では、作業機の対地左右傾斜を迅速に修正するために、素早い応答が要求される。これに対し、表土面が平坦なよく整地された圃場では、作業機の対地左右傾斜が極めて小さいので、あまり素早い応答は必要なく、むしろ、以下の理由により、応答性を抑えておくのが好ましくない。すなわち、平坦な圃場では本来ならば作業機がほとんど左右に傾斜しないはずであるが、実際には車輪のラグによる振動の影響を受け、作業機が小刻みに左右傾斜する。このような小さな動きに反応していちいちローリング制御出力していると、小刻みな周期にローリング制御動作が追随できないため、ハンチングが生じる原因となるのである。
【０００４】
そこで、現状では、ローリング制御の感度を調節する感度調節具を設け、この感度調節具を用いてオペレータが圃場状態に応じてローリング制御の感度を切り替えている。しかしながら、圃場状態の判断はオペレータの勘に基づくものであるから、必ずしも適切な感度でローリング制御が行われるとは限らなかった。また、オペレータは常に圃場状態を監視し続け、圃場状態が変化したならばそれに応じてローリング制御の感度を切り替えなければならないので、オペレータの負担が大きかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、車輪のラグによる振動や表土面の微小な凹凸変化に起因する作業機の対地左右傾斜に対してはローリング制御の応答速度を遅くし、大きな対地左右傾斜に対しては素早い対応でローリング制御を行わせ、制御の精度を高めるとともに、制御の安定化を図ることを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成とした。すなわち、本発明にかかるローリング制御装置は、トラクタにローリング自在に装着された作業機の対地左右傾斜をほぼ一定に維持するように制御するローリング制御装置であって、作業機の対地左右傾斜の現在値を検出する現在値検出手段と、作業機の対地左右傾斜の目標値を設定する目標値設定手段と、前記現在値が前記目標値に近づくように作業機をローリングさせるローリング手段と、対地左右傾斜が一方向から反対方向へ移行する際に、前回の対地左右傾斜における最大値と目標値との偏差である偏差ピーク値、および前回の対地左右傾斜に対する前記ローリング手段への出力要求発生時間を入力変数とし、かつ、次回の対地左右傾斜における前記ローリング手段への出力開始を遅らせるＯＮディレー時間を出力変数としてファジィ推論を行うＯＮディレー時間決定手段とを具備することを特徴としている。
【０００７】
【作用】
前回の対地左右傾斜における対地左右傾斜の現在値と目標値との偏差、および前回の対地左右傾斜に対するローリング手段への出力要求時間を入力変数とし、かつ、次回の対地左右傾斜におけるローリング手段への出力開始を遅らせるＯＮディレー時間を出力変数としてＯＮディレー時間を出力変数としてファジィ推論を行う。このようにして決定された反対出力のＯＮディレー時間を次回の対地左右傾斜に対して適用し、作業機の対地左右傾斜が一方向から反対方向へ移行する際に、出力要求よりも遅らせてローリング手段に出力する。
【０００８】
具体的には、ファジィ推論を行うに当たり、前回の対地左右傾斜に対するローリング手段への出力要求時間が大きいほどＯＮディレー時間を短くし、かつ、該出力要求時間が小さいほどＯＮディレー時間を長くするとともに、前回の対地左右傾斜における対地左右傾斜の現在値と目標値の偏差が大きいほどＯＮディレー時間をやや長くし、かつ、該偏差が小さいほどＯＮディレー時間をやや短くすることにより、短い周期の対地左右傾斜に対してはローリング制御の応答速度を遅くし、大きな周期に対しては素早い対応でローリング制御を行わせることができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例として、ロータリ耕耘機を装着したトラクタのローリング制御装置について説明する。
【００１０】
図１はその使用状態を表す図であり、トラクタ１の作業機連結装置２に作業機であるロータリ耕耘機（以下、作業機とする）３が装着されている。図示例の作業機連結装置２は３Ｐヒッチであり、図中の５は左右一対のロワリンク、６は左右中央に１本のトップリンクで、これらリンク５，５，６の後端部にロータリ耕耘機３が取り付けられる。また、７はピッチングシリンダ８で駆動するリフトアームで、該リフトアームの後端部にリフトロッド９，９を介してロワリンク５，５が吊られており、リフトアーム７，７を上下に回動させることにより、作業機３が昇降するようになっている。また、左右一方（図示例では右側）のリフトロッド９にはローリングシリンダ１０（ローリング手段）が介装されており、該シリンダを伸縮させてリフトロッド９の長さを変えることにより、トラクタ１に対する作業機３の左右傾斜を調整するようになっている。ピッチングシリンダ８は上昇用および下降用のピッチングバルブ１２，１３で制御され、ローリングシリンダ１０はローリングバルブ１４で制御される。
【００１１】
ローリング制御装置１５は図２に示す構成となっている。すなわち、トラクタの左右傾斜を検出するスロープセンサ１６（現在値検出手段）の検出値と、トラクタに対する作業機の左右傾斜を検出するストロークセンサ１７（現在値検出手段）の検出値と、目標とする作業機の対地左右傾斜を設定する傾き調整ダイヤル１８（目標値設定手段）の設定値とが入力インターフェイス２０を介してＣＰＵ２１に入力され、ＣＰＵ２１（ＯＮディレー時間決定手段）でこれらのデータに基づいて後述する処理を行い、出力インターフェイス２２を介してローリング制御バルブ１４の伸用および縮用ソレノイド１４ａ，１４ｂにバルブ開閉信号を出力する。
【００１２】
ＣＰＵ２１におけるデータ処理は以下の順序で行われる。
【００１３】
まず、スロープセンサ１６の検出値とストロークセンサ１７の検出値より作業機の対地左右傾斜の現在値ｘｎ  を求める。ところで、作業機が傾斜する瞬間には、センサに加速度が加わり、実際の作業機の傾斜度よりも大きくセンサに検出されることがある。そこで、下記の計算式により補正現在値ｙｎ  を算出する。
ｙｎ  ＝（ｘｎ  ＋ｙｎ−１  ＋…＋ｙｎ−５  ）／６
この補正現在値ｙｎ  は、センサ値より計算される現在値ｘｎ  と過去数回（例えば５回）の補正値ｙｎ−１  ，…，ｙｎ−５  の平均をとった数値である。
【００１４】
なお、傾斜開始時以外には、補正現在値ｙｎ  の値は実際の作業機の傾斜よりも若干遅れぎみとなるので、作業機が水平に戻ったならば補正現在値ｙｎ  をリセットし、次回の傾斜に対する制御に影響しないようにしている。
【００１５】
次いで、上記補正現在値ｙｎ  と傾き調整ダイヤル１８で設定される対地左右傾斜の目標値Ｙｎ  とを比較し、両者の偏差を算出する。偏差が不感帯Ｈ内にある場合はローリング制御バルブ１４の出力を停止し、偏差が不感帯Ｈを超えている場合はローリング制御バルブ１４に伸用もしくは縮用の出力要求をする。この出力要求に基づいてローリング制御バルブ１４のソレノイド１４ａもしくは１４ｂにバルブ開閉信号が出力されるのであるが、ハンチングの原因となるような無駄を制御動作を抑制するために、偏差の方向が切り替った直後は、次回の反対方向への出力を保留する場合がある。この反対方向ＯＮディレー時間ｔｍ  は次のようにして決定する（図３参照）。
【００１６】
出力要求が同一方向に出され続けている間、その出力要求発生時間ｔをカウントするとともに、センサ値より計算される作業機の対地左右傾斜値ｘを絶対値が大きい数値に随時更新し、その最大値ｘｐ  を記憶しておく。そして、出力要求時間ｔｎ  、および前記最大値ｘｐ  と目標値Ｙｎ  との偏差である偏差ピーク値を入力変数とし、かつ、反対出力ＯＮディレー時間ｔｍ  を出力変数としてファジィ推論を行う。偏差ピーク値として、補正現在値ｙｎ  と目標値Ｙｎ  との偏差を用いるのではなく、実際の現在値ｘｎ  と目標値Ｙｎ  との偏差を用いることにより、傾斜の大きさをより正確に把握することができる。
【００１７】
ファジィ推論を行うに際しては、図４のルールマップに示すファジィルールを適用し、各変数のメンバーシップ関数は図５に示すように分類する。ルールマップは、横に出力要求発生時間のメンバーシップ関数、縦に偏差ピーク値のメンバーシップ関数をそれぞれにとり、両者の交差点を反対出力ＯＮディレー時間のメンバーシップ関数としている。ここで、ＰＢは非常に大きい、ＰＭは大きい、ＰＳはやや大きい、ＺＯはゼロもしくはゼロに限りなく近いを意味する。
【００１８】
例えば、１行１列については、「もし出力要求が発生しておらず（ＺＯ）、かつ偏差が無いならば（ＺＯ）ならば、反対出力ＯＮディレー時間を長く設定せよ（ＰＭ）。」ということである。
【００１９】
全体的には、出力要求発生時間が長い時は反対出力ＯＮディレー時間を小さく、かつ、出力要求発生時間が短い時は反対出力ＯＮディレー時間を長くするとともに、偏差ピーク値が大きいほど反対出力ＯＮディレー時間をやや長く、かつ、偏差ピーク値が小さいほど反対出力ＯＮディレー時間をやや短くすると言える。
【００２０】
仮に、出力要求発生時間が３３０ｍｍｓｅｃ  、偏差ピーク値が１０ＢＩＴ  であると想定して、その時の反対出力ＯＮディレー時間を求めることにする（図６参照）。この時の出力要求発生時間のメンバーシップ値は、ＺＯより与えられる「７」とＰＳより与えられる「２」である。一方、偏差ピーク値のメンバーシップ値は、ＰＳより与えられる「４」とＰＭより与えられる「１０」である。ファジィルールに従って、出力変数ＰＭの「４」、出力変数ＰＢの「７」を抽出し、メンバーシップ領域Ｕ１  ，Ｕ２  を求める。そして、これら領域の重心Ｇの横軸方向の値を反対出力ＯＮディレー時間として決定する。
【００２１】
次に、図７に示す制御の具体例について説明する。
【００２２】
前半部は圃場表土面が平坦であると考えられ、車輪のラグによる振動か、あるいは表土面の微小な凹凸変化に起因する作業機のわずかな対地左右傾斜しか生じていないので、出力要求発生時間ｔが短い。よって、反対出力ＯＮディレー時間ｔm が長く設定されており、ローリング出力が全く出されないか、あるいは短時間出されるだけにとどまっている。ローリング制御動作が追随できないような小刻みな周期での出力を抑制することにより、ハンチングの発生が防止されている。
【００２３】
一方、後半部は圃場表土面が荒れているらしく、出力要求発生時間ｔが長い。１回目の大きな偏差ピークを迎える傾斜については、前回制御の影響を受けるため、ＯＮディレー時間が比較的長めに設定されているが、２回目以後は反対出力ＯＮディレー時間が短くなるため、作業機が傾斜を始めると直ちにローリング出力が出されている。このため、作業機の傾斜に制御が迅速に対応することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明にかかるローリング制御装置は、出力要求が発生している時間とその時の傾斜の大きさから次回くるであろう傾斜の大きさを類推することにより、ファジィ推論によって反対出力ＯＮディレー時間を決定し、その反対出力ＯＮディレー時間に基づいて次回の対地左右傾斜におけるローリング制御出力の開始を遅らせることにより、車輪のラグによる振動や表土面の短い周期に起因する作業機の対地左右傾斜に対してはローリング制御の応答速度を遅くし、大きな周期に対しては素早い対応でローリング制御を行わせることが可能となり、ローリング制御の精度が向上するとともに、制御の安定化するようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】トラクタの使用状態を示す側面図である。
【図２】ローリング制御装置のブロック図である。
【図３】ローリング制御のフローチャートである。
【図４】ファジィ推論のルールマップである。
【図５】（ａ）出力要求発生時間のメンバーシップ関数、（ｂ）偏差ピーク値のメンバーシップ関数、（ｃ）反対出力ＯＮディレー時間のメンバーシップ関数を示す図である。
【図６】ファジィ推論の手順を説明する図である。
【図７】ローリング制御の具体例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  トラクタ
３  作業機
９  油圧シリンダ（ローリング手段）
１５  ローリング制御装置
１６  スロープセンサ（検出手段）
１７  ストロークセンサ（検出手段）
１８  傾き調整ダイヤル（設定手段）
２１  ＣＰＵ（ＯＮディレー時間手段）
【図１】
0003577737.tif 000002
【図２】
0003577737.tif 000003
【図３】
0003577737.tif 000004
【図４】
0003577737.tif 000005
【図５】
0003577737.tif 000006
【図６】
0003577737.tif 000007
【図７】
0003577737.tif 000008