(57)【要約】【課題】従来の作業車両における作業機の耕深制御においてＰＩＤ制御を用いると、圃場に細かい凹凸がある場合などには、Ｄ動作に係る操作量が他の操作量に比して過度に大きくなり、作業機が上下方向に揺動（ハンチング）して、耕深制御がかえって不安定になる場合がある。【解決手段】作業機装着装置２０を介して作業機４０を連結し、作業機昇降手段を制御手段９０と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、微分項は一次遅れ系と不完全微分とを用いて算出され、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数（設定周波数）以下では周波数に略比例し、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数（設定周波数）以上では周波数の増加に伴い減少するように構成した。【選択図】        図１
2004350540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩ制御またはＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、
設定手段により設定された目標値と算出手段により算出された算出値（制御出力値）との差である偏差の絶対値が、増加から減少に変化すると、積分項を減算して算出することを特徴とする作業車両の昇降制御装置。
【請求項２】
作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、
微分項は一次遅れ系と不完全微分とを用いて算出され、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数（設定周波数）以下では周波数に略比例し、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数（設定周波数）以上では周波数の増加に伴い減少することを特徴とする作業車両の昇降制御装置。
【請求項３】
作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、
設定手段により設定された設定値と検出値との差が、減少傾向または増加傾向のとき、その傾向とアクチュエータの駆動信号の方向が不一致であれば、アクチュエータの出力信号を停止することを特徴とする作業車両の昇降制御装置。
【請求項４】
作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、
設定手段により設定された設定値に近い所定の範囲に入ると、偏差にゲインを乗算して比例項と積分項と微分項の各入力値とすることを特徴とする作業車両の昇降制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業車両の本機に対して作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段により作業機を昇降制御する技術に関する。
詳細には、応答性と安定性の両方に優れた耕深（作業機のロータリの圃場への耕耘深さ）制御を行うことを目的とする、ＰＩＤ制御を用いた耕深制御におけるＩ動作およびＤ動作の操作量の決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段により作業機を昇降させる作業車両の技術は公知となっている。
また、作業機後部のリアカバーの上端を作業機に回動可能に枢着するとともに、リアカバーの下端を圃場に接触する方向に付勢し、リアカバーの枢着部における回動角を角度センサで検出して、該回動角に基づき耕深（作業機のロータリの圃場への耕耘深さ）を略一定に保持する技術も公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−１４８０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の作業車両における作業機の耕深制御は、主にＰ動作（比例動作）とＩ動作（積分動作）とを組み合わせたＰＩ制御で行っていたが、耕深ダイヤルなどにより設定された設定耕深に実際の作業機の耕深（センサ等により検出された情報に基づいて算出された算出耕深）を短時間で近づけるのは困難であった（すなわち、応答性に問題があった）。
このとき、Ｐ動作およびＩ動作にＤ動作（微分動作）を加えたＰＩＤ制御を用いて耕深制御を行うと応答性が向上するが、単にＤ動作を加えると、周波数応答における高周波数域の場合（短時間で激しく上方または下方に作業機が移動する場合であり、例えば耕耘作業中の作業機のロータリが局部的に圃場表面から浅い位置にある地中の硬い地層に接触して上方に跳ね上げられる場合や、圃場に細かい凹凸が連続する場合など）には、ＰＩＤ制御により作業機に与えられる作業機の上下方向の操作量が過度に大きくなり、作業機が上下方向に揺動（ハンチング）して、耕深制御がかえって不安定になる場合がある。
また、設定耕深と算出耕深との差（偏差）が同一符号で長時間保持される場合（すなわち、応答性が良くない場合）、Ｉ動作に係る操作量が大きくなり、これもハンチングの原因となっていた。そこで、従来の耕深制御においてはＩ動作に係る操作量を所定の周期、または設定耕深から所定の範囲に算出耕深が到達した時点でリセット（積分項をゼロにする）し、リセットした時点から再びＩ動作に係る操作量の計算に用いられる積分項の算出を行っていた。しかし、この方法はリセットの前後でＩ動作に係る操作量が大きく変化し、作業機の衝撃（ショック）の発生の原因となる。このようなショックは作業車両の作業者にとって不快であるとともに耕深制御の安定性を低下させる場合がある。
本発明は上記の如き状況に鑑み、ＰＩＤ制御を用いた作業車両の作業機の耕深制御において、応答性を向上させるとともに安定性を確保するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩ制御またはＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、設定手段により設定された目標値と算出手段により算出された算出値（制御出力値）との差である偏差の絶対値が、増加から減少に変化すると、積分項を減算して算出するものである。
【０００７】
請求項２においては、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、
微分項は一次遅れ系と不完全微分とを用いて算出され、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数（設定周波数）以下では周波数に略比例し、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数（設定周波数）以上では周波数の増加に伴い減少するものである。
【０００８】
請求項３においては、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、設定手段により設定された設定値と検出値との差が、減少傾向または増加傾向のとき、その傾向とアクチュエータの駆動信号の方向が不一致であれば、アクチュエータの出力信号を停止するものである。
【０００９】
請求項４においては、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、設定手段により設定された設定値に近い所定の範囲に入ると、偏差にゲインを乗算して比例項と積分項と微分項の各入力値とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の一形態であるトラクタの左側面図、図２は本発明の実施の一形態であるトラクタの後部および作業機を示す左側面一部断面図、図３は本発明の実施の一形態であるトラクタの後部および作業機を示す平面図、図４は本発明の実施の一形態であるトラクタの油圧回路を示す図、図５は本発明の実施の一形態であるトラクタの制御手段を示すブロック図、図６はリフトアームの回動角の変化と耕深との関係を示す模式図、図７は偏差と時間との関係の一例を示す図、図８は積分項と時間との関係の一例を示す図、図９は微分項と時間との関係の一例を示す図、図１０は微分項に係る操作量と時間との関係の一例を示す図、図１１は本実施例の微分項の算出に係るブロック線図、図１２は本実施例の微分項と入力値の周波数との関係を示す図、図１３は不感帯処理の実施例を示す図、図１４は不感帯処理の別実施例を示す図、図１５は耕深に係る偏差の符号と操作量の符号とに基づく作業機の昇降指令の実施例を示すフローチャート図である。
【００１１】
まず、図１を用いて本発明の実施の一形態であるトラクタ２０１の全体構成について説明する。なお本発明は本実施例のトラクタ２０１に限らず、作業機昇降手段を備える作業車両に広く適用可能である。
【００１２】
トラクタ２０１本機の前後には前輪１・１および後輪２・２が支承され、前部のボンネット６内部にはエンジン５が配置され、該ボンネット６の後方にはステアリングハンドル１０が配設されている。ステアリングハンドル１０の後方には座席１１が配設され、座席１１の側部には主変速レバー、副変速レバー、ＰＴＯ操作レバー等の操作レバー群が配設されている。これらステアリングハンドル１０、座席１１および操作レバー群等はキャビン１２内の運転部に配置されている。
また、キャビン１２内には作業機４０の耕深（本実施例においてはロータリ４１の圃場への耕耘深さ）を設定する耕深設定手段である耕深ダイヤル３０（図５に図示）が設けられている。作業者は耕深ダイヤル３０を操作して、所望の耕深を設定する。
【００１３】
エンジン５の後部にはクラッチハウジング７が配置され、クラッチハウジング７の後部にミッションケース９が配設され、エンジン５からの駆動力を前輪１・１および後輪２・２に伝達して駆動する。なお、トラクタ２０１を後輪駆動方式としても、専用のクラッチを介して前輪１・１への駆動力の伝達・遮断を切換可能な方式としても、常に前輪１・１に駆動力を伝達する方式としてもよく、限定されない。
【００１４】
また、前記エンジン５の駆動力はミッションケース９後端から突出したＰＴＯ軸１５に伝達されて、該ＰＴＯ軸１５から図示しないユニバーサルジョイント等を介して車両後端に作業機装着装置２０を介して装着した作業機４０を駆動するように構成している。そして、前記座席１１前下方のステップ上にはクラッチを断接操作するためのクラッチペダルやブレーキペダル等が配設されている。
【００１５】
さらに、本実施例においては、トラクタ２０１の底面において四つの車輪である前輪１・１および後輪２・２の中心となる位置に超音波センサ等の距離センサ５８を取り付け、トラクタ２０１の底面部と圃場表面との距離Ｌを測定することが可能であるとともに、トラクタ２０１の前後方向の傾斜角（傾斜角θ３）を、トラクタ２０１の機体に設けられた傾斜角検出手段である前後傾斜センサ６０（図５に図示）により検出することが可能である。
なお、前記傾斜角θ３は、図１に示す如く、トラクタ２０１の機体の長手方向と水平方向（重力の作用する方向に垂直な面（水平面）上に機体の長手方向を投影した方向）との成す角度である。そして、水平面に平行な地面にトラクタ２０１が接地しているときに、機体の長手方向と水平方向とは互いに平行になる。
【００１６】
以下では図１、図２および図３を用いて作業機装着装置２０について説明する。作業機装着装置２０は主に上部リンク２１および下部リンク２２・２２の計三本のリンクからなる。
上部リンク２１の一端はミッションケース９の後面に機体後方に向けて突設されたブラケット２３に上下回動可能に枢着され、他端は作業機４０の前上部に上下回動可能に枢着される。
下部リンク２２・２２の一端は機体後下端部の左右にそれぞれ上下回動可能に枢着され、他端は作業機４０の前下部に上下回動可能に枢着される。
また、トラクタ２０１の機体後部にはリフトアーム２４・２４の一端が回動可能に枢着され、リフトアーム２４・２４の他端にはリフトロッド２６・２６の一端が回動可能に枢着され、リフトロッド２６・２６の他端は下部リンク２２・２２の中途部に回動可能に枢着される。
【００１７】
昇降用油圧シリンダ２５・２５のシリンダ側端部はミッションケース９の後下部左右側面に回動可能に枢着され、昇降用油圧シリンダ２５・２５のロッド側端部は左右のリフトアーム２４・２４の中途部に回動可能に枢着される。
昇降用油圧シリンダ２５・２５を伸縮させるとリフトアーム２４・２４が回動し、リフトロッド２６・２６を介して下部リンク２２・２２が回動する。従って、トラクタ２０１の機体に対して作業機４０を上下方向に昇降させる事が可能である。
このとき、上部リンク２１も下部リンク２２・２２の回動に伴い回動するが、リフトアーム２４の長手方向とトラクタ２０１の機体の前後方向とが成す角度（図１に示すθ１であり、以後「リンク回動角」と呼ぶ）を検知するためのリンク回動角検出手段であるリフトアーム回動角センサ２８が、リフトアーム２４根元部の回動支点に設けられている。
【００１８】
左右のリフトロッド２６・２６のうち、一方のリフトロッド２６（本実施例では、機体左側のリフトロッド２６）の中途部には、作業機４０を左右方向（トラクタ２０１の左側方または右側方に傾斜する方向）に回動させるための傾倒用油圧シリンダ２７が介装される。
傾倒用油圧シリンダ２７を伸縮させることにより、機体左側方の（傾倒用油圧シリンダ２７が介装された方の）リフトロッド２６の長さが機体右側方のリフトロッド２６に対して変化し、作業機４０がトラクタ２０１の機体に対して右側方または左側方に傾斜する。従って、作業機４０を用いた作業中において、圃場の状況によりトラクタ２０１の機体が左側方または右側方に傾斜した場合でも、作業機４０を圃場に対して所定の姿勢（例えば、本実施例における作業機４０のロータリ４１の右端部と左端部の耕深が略同じとなる姿勢）に保持することが可能である。
なお、作業機４０の左右側方への傾斜角は、トラクタ２０１の機体側に設けられた左右傾斜センサ５９（図５に図示）の検出値（傾斜角θ４）に基づいて調整される。
【００１９】
以下では図１、図２および図３を用いて作業機４０について説明する。なお、本実施例の作業機４０はロータリ式の耕耘機であるが、これに限定されず、他の形式の耕耘機やプラウ等でも良い。
作業機４０は主に、耕耘爪軸と耕耘爪からなるロータリ４１、ギアケース４２、メインビーム４４・４４、チェーンケース４５、サイドサポート４６、アッパーカバー４７、リアカバー４８、ハンガーロッド４９、リンク部材５２等で構成される。
作業機４０の左右中央上部にはギアケース４２が配設される。該ギアケース４２の前部には入力軸が突出しており、ユニバーサルジョイント４３等の駆動力伝達手段を介してＰＴＯ軸１５と連結されている。
【００２０】
ギアケース４２の左右側方にはメインビーム４４・４４が突設され、左側方に突設されたメインビーム４４の左端部にはチェーンケース４５、右側方に突設されたメインビーム４４の右端部にはサイドサポート４６が設けられる。
チェーンケース４５とサイドサポート４６の間にはロータリ４１が横架され、ロータリ４１の回転軸の両端がそれぞれチェーンケース４５とサイドサポート４６に前後回転自在に軸支される。ギアケース４２の入力軸に伝達された駆動力は、ギアケース４２、左側方に突設されたメインビーム４４、およびチェーンケース４５内に設けられた駆動力伝達機構（ベベルギアや駆動力伝達軸、スプロケット、チェーンなど）によりロータリ４１の回転軸（耕耘爪軸）に伝達され、該ロータリ４１を回転駆動する。ロータリ４１は圃場を耕耘するためのものであり、回転軸（耕耘爪軸）の半径方向には複数の耕耘爪が植設されている。
【００２１】
また、チェーンケース４５とサイドサポート４６との間にアッパーカバー４７が横架される。該アッパーカバー４７はちょうどロータリ４１の上方を覆う位置に配設され、ロータリ４１により耕耘された圃場の土が周囲に飛散しないようにし、前後回動可能に構成されている。そして、アッパーカバー４７の後端にはリアカバー４８の上端が回動支点４７ｂにて回動可能に枢着される。
【００２２】
リアカバー４８はロータリ４１により耕耘された圃場の土が周囲に飛散しないように覆うとともに、ロータリ４１の圃場への耕耘深さ（耕深）を検知する機能を兼ねている。
アッパーカバー４７上面に突設されたブラケット４７ａ・４７ａとリアカバー４８上面中途部に形成された枢着部４８ａ・４８ａとの間には、ハンガーロッド４９・４９が介装される。該ハンガーロッド４９・４９は伸縮可能であり、かつ巻きバネ等の付勢部材が外嵌されている。従って、リアカバー４８は、回動支点４７ｂを中心として下方に回動し、リアカバー４８の下端が圃場表面に接触するよう付勢されている。
【００２３】
リアカバー４８上面には第一フィードバックロッド５０が突設され、該第一フィードバックロッド５０の上端には第一フィードバックワイヤ５１の一端が取り付けられる。
一方、第一フィードバックワイヤ５１の他端はギアケース４２の左側面上部に設けられたリンク部材５２の第一作動アーム５２ａの先端部に取り付けられる。該リンク部材５２は第一作動アーム５２ａと第二作動アーム５２ｂの二本の作動アームを備えており、作業機４０が作業機装着装置２０を介してトラクタ２０１に連結されているときは、第一作動アーム５２ａと第二作動アーム５２ｂとは根元部において一体となって回動可能に枢着されている。
【００２４】
第二フィードバックワイヤ５３の一端は第二作動アーム５２ｂの先端部に取り付けられ、第二フィードバックワイヤ５３の他端は第二フィードバックロッド５４の先端部に取り付けられる。第二フィードバックロッド５４の根元部はリアカバー回動角センサ５７の回動軸に固設されている。例えば、耕深が深くなって下端部にて圃場と接触しているリアカバー４８が上方に回動すると、第一フィードバックワイヤ５１がリアカバー４８側に引き寄せられ、該リンク部材５２の第一作動アーム５２ａおよび第二作動アーム５２ｂが後方に回動される。そして、第二フィードバックワイヤ５３がリンク部材５２側に引き寄せられてリアカバー回動角センサ５７の回動軸が後方に回動される。
【００２５】
従って、リアカバー４８の下端部と回動支点４７ｂとを結ぶ直線と、トラクタ２０１の機体の前後方向とが成す角度（図１に示すθ２であり、以後「リアカバー回動角」と呼ぶ）を、リアカバー回動角センサ５７により検知することが可能である。
なお、作業機４０をトラクタ２０１から取り外す際には、リンク部材５２を第一作動アーム５２ａが作業機４０に取り付けられ、第二作動アーム５２ｂが作業機装着装置２０に取り付けられた状態に分離することが可能である。
このように構成することにより、作業機４０をトラクタ２０１から着脱する度にフィードバックワイヤの着脱作業およびフィードバックワイヤの作動量の調整作業を行う必要がなく、作業性に優れる。
【００２６】
本実施例においては、昇降用油圧シリンダ２５・２５、昇降用油圧シリンダ２５・２５を作動させるための油圧回路（図４に図示）、および該昇降用油圧シリンダ２５・２５の伸縮を制御する制御手段９０（図５に図示）等が、作業機４０をトラクタ２０１に対して上下方向に昇降させる「作業機昇降手段」に相当する。
また、本実施例においては、傾倒用油圧シリンダ２７、傾倒用油圧シリンダ２７を作動させるための油圧回路（図４に図示）、および該傾倒用油圧シリンダ２７の伸縮を制御する制御手段９０（図５に図示）等が、作業機４０をトラクタ２０１に対して左右方向に傾斜させる「作業機傾斜手段」に相当する。
【００２７】
以上の如き構成のトラクタ２０１においては、図１に示す耕深Ｈをリフトアーム回動角センサ２８により検知されるリンク回動角θ１と、リアカバー回動角センサ５７により検知されるリアカバー回動角θ２の二つを変数とする関数Ｆ１（θ１、θ２）として表す（Ｈ＝Ｆ１（θ１、θ２））ことが可能である。なお、関数Ｆ１（θ１、θ２）に係る情報（耕深Ｈとリンク回動角θ１とリアカバー回動角θ２の関係に係る情報）は、実験等により予め求められており、後述する制御手段９０（より厳密にはデータ記憶部９２）に記憶されている。
なお、関数Ｆ１（θ１、θ２）は作業車両の種類やリフトアーム２４、上部リンク２１、下部リンク２２・２２の形状、作業機の種類等により幾何学的に（計算により）求めることも可能である。
【００２８】
以下では、図４を用いて本実施例のトラクタ２０１の作業機昇降手段に係る油圧回路構成について説明する。
本実施例のトラクタ２０１においてミッションケース９内の潤滑油を兼ねる作動油は、ミッションケース９の底部９ａに貯溜されている。本実施例では該作動油を各種油圧装置に圧送するための油圧ポンプとして、ミッション系油圧ポンプ６１およびリフト系油圧ポンプ６２の二つが備えられている。
ミッション系油圧ポンプ６１はパワーステアリング機構や油圧クラッチで構成される主クラッチ、変速機および四輪駆動時の倍速機構やブレーキに作動油を供給する。
リフト系油圧ポンプ６２は作業機４０の昇降を行う昇降用油圧シリンダ２５および傾倒用油圧シリンダ２７に作動油を供給する。
【００２９】
ミッションケース９の底部９ａに貯溜されている作動油は、リフト系油圧ポンプ６２により油圧配管６８を経て分流弁６４に圧送される。
機外油圧取出部６３はリフト系油圧ポンプ６２と分流弁６４との間における油圧配管６８の中途部に設けられ、作業機等（トラクタ２０１の機体外部）において油圧により駆動力を得たい場合に用いられる。機外油圧取出部６３はバルブ６５、取出側油圧配管６６ａ、戻り側油圧配管６６ｂ、リリーフ弁６７等で構成される。
取出側油圧配管６６ａおよび戻り側油圧配管６６ｂの一端は油圧配管６８と連通している。取出側油圧配管６６ａは戻り側油圧配管６６ｂよりも上流側（リフト系油圧ポンプ６２に近い側）に接続され、油圧配管６８において取出側油圧配管６６ａと戻り側油圧配管６６ｂとで挟まれる部分にはバルブ６５が設けられる。バルブ６５は通常時（作業機等において油圧により駆動力を必要としない時）には開いた状態としておく。
【００３０】
作業機等において油圧により駆動力を得たいときは、取出側油圧配管６６ａの先端と作業機の作動油導入口とを連結し、戻り側油圧配管６６ｂの先端と作業機の作動油戻し口とを連結するとともに、バルブ６５を閉じる。
リフト系油圧ポンプ６２から圧送されてくる作動油は取出側油圧配管６６ａを経て作業機に供給されて駆動力を伝達し、戻り側油圧配管６６ｂを経て油圧配管６８に戻ってくる。
【００３１】
分流弁６４まで圧送されてきた作動油の一部は油圧配管６９を経て切替弁７０に送られるとともに、作動油の残りは油圧配管７２を経て油圧ケース７３に送られる。
【００３２】
切替弁７０は電磁式の切替弁であり、「中立位置」、「シリンダ伸長位置」、「シリンダ短縮位置」の三つの位置を取ることができる。
「中立位置」では油圧配管７１の一端と油圧配管６９とが連通される。油圧配管７１の他端はミッションケース９の底部９ａと連通している。従って、「中立位置」では傾倒用油圧シリンダ２７は作動しない。
「シリンダ伸長位置」では、傾倒用油圧シリンダ２７の根元側と連通する油圧配管７４ａと油圧配管６９とが連通されるとともに、傾倒用油圧シリンダ２７のロッド側と連通する油圧配管７４ｂと油圧配管７１とが連通される。従って、「シリンダ伸長位置」では傾倒用油圧シリンダ２７が伸長する。本実施例では傾倒用油圧シリンダ２７は機体左側のリフトロッド２６に介装されているので、作業機４０は傾倒用油圧シリンダ２７が伸長するとトラクタ２０１に対して作業機４０の左端が下方に傾斜した姿勢となる。
「シリンダ短縮位置」では、傾倒用油圧シリンダ２７の根元側と連通する油圧配管７４ａと油圧配管７１とが連通されるとともに、傾倒用油圧シリンダ２７のロッド側と連通する油圧配管７４ｂと油圧配管６９とが連通される。従って、「シリンダ短縮位置」では傾倒用油圧シリンダ２７が短くなる。本実施例では傾倒用油圧シリンダ２７は機体左側のリフトロッド２６に介装されているので、作業機４０は傾倒用油圧シリンダ２７が短くなるとトラクタ２０１に対して作業機４０の右端が下方に傾斜した姿勢となる。
【００３３】
油圧配管７２を経て圧送されてきた作動油はミッションケース９の上面に設けられた油圧ケース７３内に導入される。油圧ケース７３の後部はリフトアーム２４・２４の根元側が回動可能に枢着される。
油圧ケース７３上面にはフロートコントロール弁７５、作業機上昇用切替弁７６、作業機下降用切替弁７７、切替弁７８および切替弁７９の計五個の弁が設けられる。
また、油圧ケース７３下部には上記五個の弁のポートや油圧配管群を連通するための油路群が形成される。
【００３４】
フロートコントロール弁７５は、油圧配管７２の端部７２ａと戻り油圧配管８０の端部８０ａとを連通する位置（ドレン位置）と、油圧配管７２の端部７２ａと戻り油圧配管８０の端部８０ａとが遮断される位置（遮断位置）の二つの位置を取ることが可能である。
【００３５】
作業機上昇用切替弁７６は電磁式の流量調整弁であり、該作業機上昇用切替弁７６を作動させるアクチュエータ（ソレノイド）に入力する電流値を変化させることにより、「非作動位置」と「作動位置」の二つの位置の間で任意の位置を取る（すなわち、作業機上昇用切替弁７６を通過する作動油の流量を連続的に変化させる）ことが可能である。
【００３６】
作業機下降用切替弁７７は電磁式の流量調整弁であり、該作業機下降用切替弁７７を作動させるアクチュエータ（ソレノイド）に入力する電流値を変化させることにより、「非作動位置」と「作動位置」の二つの位置の間で任意の位置を取る（すなわち、作業機下降用切替弁７７を通過する作動油の流量を連続的に変化させる）ことが可能である。
【００３７】
切替弁７８は、油圧配管７２の端部７２ｂが閉塞される位置（非作動位置）と、油圧配管７２の端部７２ｂと油圧配管８１の端部８１ａとを連通する位置（作動位置）の二つの位置を取ることが可能である。
【００３８】
切替弁７９は油圧配管８１の端部８１ｂが閉塞される位置（非作動位置）と、油圧配管８１の端部８１ｂと戻り油圧配管８２の端部８２ａとが連通する位置（作動位置）の二つの位置を取ることが可能である。
【００３９】
以下では作業機上昇用切替弁７６が「非作動位置」を取り、作業機下降用切替弁７７が「非作動位置」を取る時の作業機４０（昇降用油圧シリンダ２５）の挙動について説明する。
作業機上昇用切替弁７６が「非作動位置」を取り、作業機下降用切替弁７７が「非作動位置」を取る時、油圧配管７２の中途部より分岐した油路８３の端部８３ａが閉塞され、切替弁７８を非作動位置から作動位置に切り替えるための油路８４と、油路８３とが遮断される。従って、切替弁７８は非作動位置を取り、油圧配管７２内の作動油は油圧配管８１には圧送されない。よって昇降用油圧シリンダ２５は伸長せず、リフトアーム２４は上方に回動しない。
また、油圧配管８１の端部８１ａ・８１ｂ・８１ｃがいずれも閉塞される（厳密には、端部８１ｃと連通する作業機下降用切替弁７７内の油路の中途部に設けられた逆止弁により、端部８１ｃは閉塞されたのと略同じ状態となる）とともに、油路８３の端部８３ｂが閉塞される。よって、昇降用油圧シリンダ２５側の作動油が油圧ケース７３内を通過してミッションケース９の底部９ａに戻ることがなく、作業機４０の自重により昇降用油圧シリンダ２５が短くなりリフトアーム２４が下方に回動することがない。
すなわち、昇降用油圧シリンダ２５の長さは変化せず、作業機４０はトラクタ２０１に対して上昇も下降もしない。
なお、油圧配管７２内の油圧が所定値以上となると、フローコントロール弁７５が遮断位置からドレン位置に切り替わり、戻り油圧配管８０を経て余剰の作動油がミッションケース９の底面９ａに戻される。
【００４０】
以下では作業機上昇用切替弁７６が「作動位置」を取り、作業機下降用切替弁７７が「非作動位置」を取る時の作業機４０（昇降用油圧シリンダ２５）の挙動について説明する。
作業機上昇用切替弁７６が「作動位置」を取り、作業機下降用切替弁７７が「非作動位置」を取る時、油圧配管７２の中途部より分岐した油路８３の端部８３ａと切替弁７８を非作動位置から作動位置に切り替えるための油路８４とが連通される。また、油圧配管８１の端部８１ａ・８１ｂ・８１ｃがいずれも閉塞される（厳密には、端部８１ｃと連通する作業機下降用切替弁７７内の油路の中途部に設けられた逆止弁により、端部８１ｃは閉塞されたのと略同じ状態となる）とともに、油路８３の端部８３ｂが閉塞される。
従って、切替弁７８は作動位置を取り、油圧配管７２内の作動油は油圧配管８１に圧送され、昇降用油圧シリンダ２５に供給される。よって昇降用油圧シリンダ２５は伸長し、リフトアーム２４は上方に回動する。
なお、油圧配管７２内の油圧が所定値以上となると、フローコントロール弁７５が遮断位置からドレン位置に切り替わり、戻り油圧配管８０を経て余剰の作動油がミッションケース９の底面９ａに戻される。
【００４１】
以下では作業機上昇用切替弁７６が「非作動位置」を取り、作業機下降用切替弁７７が「作動位置」を取る時の作業機４０（昇降用油圧シリンダ２５）の挙動について説明する。
作業機上昇用切替弁７６が「非作動位置」を取り、作業機下降用切替弁７７が「作動位置」を取る時、油圧配管７２の中途部より分岐した油路８３の端部８３ａが閉塞され、切替弁７８を非作動位置から作動位置に切り替えるための油路８４と、油路８３とが遮断される。従って、切替弁７８は非作動位置を取り、油圧配管７２内の作動油は油圧配管８１には圧送されない。また、フロートコントロール弁７５を遮断位置側に付勢するとともに切替弁７９を作動位置に切り替えるための油路８５の端部８５ａと油路８３の端部８３ａとが連通し、戻り油圧配管８２の端部８２ｂと油圧配管８１の端部８１ｃとが連通するので、昇降用油圧シリンダ２５側の作動油が油圧ケース７３内を通過して、戻り油圧配管８２を経てミッションケース９の底部９ａに戻る。
すなわち、作業機４０の自重により昇降用油圧シリンダ２５内の作動油がミッションケース９の底部９ａに圧送されて昇降用油圧シリンダ２５が短くなり、リフトアーム２４が下方に回動する。
なお、油圧配管７２内の油圧が所定値以上となると、フローコントロール弁７５が遮断位置からドレン位置に切り替わり、戻り油圧配管８０を経て余剰の作動油がミッションケース９の底面９ａに戻される。
【００４２】
以下では、図５を用いて本実施例のトラクタ２０１に係る制御手段９０について説明する。
制御手段９０はトラクタ２０１に設けられた各種センサ（より具体的には、リフトアーム回動角センサ２８、リアカバー回動角センサ５７、前後傾斜センサ６０、距離センサ５８、左右傾斜センサ５９）からの入力信号に基づいて作業機４０の耕深を算出し（以後、算出された耕深を「算出耕深」と呼ぶ）、耕深ダイヤル３０により設定された耕深の設定値（以後、「設定耕深」と呼ぶ）と比較して、作業機４０の耕深が目標耕深を精度良く保持するように作業機４０の昇降および左右傾倒を行うものであり、主にＣＰＵ９１とデータ記憶部９２とで構成される。
ＣＰＵ９１は各種入力信号およびデータ記憶部９２に記憶された各種データを基に算出耕深等を算出するための演算処理を行う。
データ記憶部９２には、前記関数Ｆ１（θ１、θ２）に係る情報（耕深Ｈとリンク回動角θ１とリアカバー回動角θ２の関係に係る情報）が記憶される。
なお、本実施例では該データ記憶部９２としてＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ：不揮発性半導体メモリの一種で、電気的に内容を書き込み可能な読み出し専用記憶装置）を用いたが、その他の形式のＲＯＭや他の記憶媒体などでも良い。また、制御手段９０は、トラクタ２０１を構成する他の構成部材を制御するための別の制御手段と別体としても、一体としても良い。
【００４３】
ＣＰＵ９１への入力信号としては、リフトアーム回動角センサ２８により検出されたリンク回動角θ１に関する信号、リアカバー回動角センサ５７により検出されたリアカバー回動角θ２に関する信号、前後傾斜センサ６０により検出された傾斜角θ３に関する信号、距離センサ５８により検出された距離Ｌに関する信号、左右傾斜センサ５９により検出された傾斜角θ４に関する信号、耕深ダイヤル３０により設定された設定耕深に関する信号、等が挙げられる。
【００４４】
一方、ＣＰＵ９１からの出力信号としては、昇降用油圧シリンダ２５・２５（より厳密には、作業機上昇用切替弁７６または作業機下降用切替弁７７）を作動させるための信号、傾倒用油圧シリンダ２７（より厳密には、切替弁７０）を作動させるための信号、等が挙げられる。
【００４５】
以上の如き構成の本実施例のトラクタ２０１は以下の如き利点を有する。
すなわち、従来の作業車両においては、耕深Ｈをリアカバー回動角θ２のみを用いて求めていたが、作業車両に対して作業機が昇降する（リンク回動角θ１が変化する）と、作業機装着装置は平行リンクではないため作業機の作業車両に対する前後方向の傾きが変化する（作業機が機体に対して前下がりまたは後下がりの姿勢となる）。従って、同じリアカバー回動角θ２であっても耕深Ｈが変化する場合がある。
つまり、リアカバー回動角センサ５７はリアカバー４８のアッパーカバー４７に対する回動角θ２を検知する構造となっているため、図６に示すように、リフトアーム２４・２４の回動角がα１でリアカバー４８の回動角がβ１の時の耕深をＨ１とした時、作業機４０を上昇させてリフトアーム２４・２４の回動角がα２となった時にも、リアカバー４８の回動角がβ１となる位置が存在する。このとき、耕深はＨ２となり、リアカバー４８の回動角が同じβ１であるにもかかわらず前記耕深Ｈ１よりも深くなる（Ｈ１＜Ｈ２となる）。そこで、リフトアーム２４・２４の角度に対してリアカバー４８の角度と耕深との関係をマップ状のデータとしてデータ記憶部９２に記憶させておくのである。
すなわち、本実施例のトラクタ２０１は作業機装着装置２０を介して作業機４０を連結し、作業機昇降手段により作業機４０を昇降させる構成であり、作業機装着装置２０のリフトアーム２４の回動角を検出するリフトアーム回動角センサ２８と、作業機４０のリアカバー４８の回動角を検出するリアカバー回動角センサ５７とを備え、リフトアーム回動角センサ２８により検出されたリンク回動角θ１と、リアカバー回動角センサ５７により検出されたリアカバー回動角θ２と、に基づいて耕深Ｈ（作業機４０の圃場に対する高さと略同じ）を制御手段９０で算出するようにしたので、作業機４０が昇降しても耕深Ｈを精度良く把握することが可能であり、耕耘作業時の耕深制御の精度が向上する。
なお、上記の耕深制御は、耕耘作業以外の目的で使用される作業機においても、圃場に対する高さ制御を行う場合に広く適用可能である。
【００４６】
また、前記左右傾斜センサ５９により求められるトラクタ２０１の前後方向の傾斜角度（傾斜角θ３）を併用して、耕深Ｈをリンク回動角θ１、リアカバー回動角θ２、傾斜角θ３の三つを変数とする関数Ｆ２（θ１、θ２、θ３）として求めることも可能である。
例えば、トラクタ２０１の前輪１・１が耕盤の凸部に乗り上げて機体が後ろ下がりに傾斜した場合、前記リンク回動角θ１とリアカバー回動角θ２とにより制御していると、機体後方が下がるので、耕深は深くなってしまう。そこで、機体の前後方向の傾斜角θ３を検出して、その前後方向の傾斜角θ３に応じて耕深が設定値となるリアカバー回動角度を演算し、該リフトアーム２４の回動角度を制御するのである。具体的には、機体前部が上がればリフトアーム２４をその分上昇させ、機体後部が上昇すればその分リフトアーム２４を下降させるのである。
すなわち、本実施例のトラクタ２０１は作業機装着装置２０を介して作業機４０を連結し、作業機昇降手段により作業機４０を昇降させる構成であり、作業機装着装置２０のリフトアーム２４の回動角を検出するリフトアーム回動角センサ２８と、作業機４０のリアカバー４８の回動角を検出するリアカバー回動角センサ５７と、トラクタ２０１の前後方向の傾斜角を検出する前後傾斜センサ６０とを備え、リフトアーム回動角センサ２８により検出されたリンク回動角θ１と、リアカバー回動角センサ５７により検出されたリアカバー回動角θ２と、前後傾斜センサ６０により検出された傾斜角θ３と、に基づいて耕深Ｈ（作業機４０の圃場に対する高さと略同じ）を算出するので、圃場の凹凸によりトラクタ２０１の前後方向の傾きが変化して、作業機４０の前後方向の傾斜角度が変化しても、耕深Ｈを精度良く把握することが可能であり、耕耘作業時の耕深制御の精度をより向上することができる。
【００４７】
さらに、図１に示す如く、トラクタ２０１の底面部と圃場表面との距離Ｌを耕深制御に用いて、耕深Ｈをリンク回動角θ１、リアカバー回動角θ２、距離Ｌの三つを変数とする関数Ｆ３（θ１、θ２、Ｌ）として求めることも可能である。例えば、硬い圃場に対して軟弱な圃場の作業では作業車両本機は沈んで走行することになるため、同じ耕深作業を行う場合、作業機の位置は本機に対して硬い圃場よりも軟弱な圃場の場合の方が高くなるので、リフトアーム２４の回動角もリアカバー４８の回動角も沈む量に応じて変更する必要がある。この沈む量を距離センサ５８で検知して、その沈む量に応じて耕深の設定値のリアカバー角度を演算し、リフトアーム２４の回動角度を制御するのである。
すなわち、本実施例のトラクタ２０１は作業機装着装置２０を介して作業機４０を連結し、作業機昇降手段により作業機４０を昇降させる構成であり、
作業機装着装置２０のリフトアーム２４の回動角を検出するリフトアーム回動角センサ２８と、作業機４０のリアカバー４８の回動角を検出するリアカバー回動角センサ５７と、トラクタ２０１底面と圃場との距離を検出する距離センサ５８とを備え、リフトアーム回動角センサ２８により検出されたリンク回動角θ１と、リアカバー回動角センサ５７により検出されたリアカバー回動角θ２と、距離センサ５８により検出されたトラクタ２０１の底面と圃場との距離Ｌと、に基づいて耕深Ｈ（作業機４０の圃場に対する高さと略同じ）を算出するので、作業機４０が昇降しても、圃場の状況（例えば、圃場の凸部に前輪１・１が乗り上げて後下がりになっているとか、圃場の凹部に後輪２・２がはまり込んで後下がりになっているなど）が変化しても、耕深Ｈを精度良く把握することが可能であり、耕耘作業時の耕深制御の精度が向上する。
【００４８】
さらにまた、図１に示す如く、トラクタ２０１の底面部と圃場表面との距離Ｌを耕深制御に用いて、耕深Ｈをリンク回動角θ１、リアカバー回動角θ２、傾斜角θ３、距離Ｌの四つを変数とする関数Ｆ４（θ１、θ２、θ３、Ｌ）として求めることも可能である。
すなわち、本実施例のトラクタ２０１は作業機装着装置２０を介して作業機４０を連結し、作業機昇降手段により作業機４０を昇降させる構成であり、
作業機装着装置２０のリフトアーム２４の回動角を検出するリフトアーム回動角センサ２８と、作業機４０のリアカバー４８の回動角を検出するリアカバー回動角センサ５７と、トラクタ２０１の前後方向の傾斜角を検出する前後傾斜センサ６０と、トラクタ２０１底面と圃場との距離を検出する距離センサ５８とを備え、リフトアーム回動角センサ２８により検出されたリンク回動角θ１と、リアカバー回動角センサ５７により検出されたリアカバー回動角θ２と、前後傾斜センサ６０により検出された傾斜角θ３と、距離センサ５８により検出されたトラクタ２０１の底面と圃場との距離Ｌと、に基づいて耕深Ｈ（作業機４０の圃場に対する高さと略同じ）を算出するので、作業機４０が昇降しても、圃場の凹凸によりトラクタ２０１の前後方向の傾きが変化して、作業機４０の前後方向の傾斜角度が変化しても、圃場の状況（例えば、圃場の凸部に前輪１・１が乗り上げて後下がりになっているとか、圃場の凹部に後輪２・２がはまり込んで後下がりになっているなど）が変化しても、耕深Ｈを精度良く把握することが可能であり、耕耘作業時の耕深制御の精度が向上する。
【００４９】
なお、本実施例では、リンク回動角検出手段としてリフトアーム回動角センサ２８をリフトアーム２４とトラクタ２０１の機体との回動支点に設けて、リフトアーム２４の回動角を検出したが、リフトアーム回動角センサ２８の取付位置は他の場所でも良く、限定されない。また、上部リンク２１または下部リンク２２・２２の回動角を検出してこれをリンク回動角θ１として用いても良い。さらに、昇降用油圧シリンダ２５・２５の長さをリニアスケールやロータリエンコーダで検出し、これをリンク回動角θ１の代用としても良い。
【００５０】
また、本実施例では、リアカバー回動角検出手段であるリアカバー回動角センサ５７はトラクタ２０１の機体側に取り付けられていたが、リアカバー回動角センサ５７を作業機４０に取り付けても良い。
【００５１】
さらに、本実施例では、傾斜角検出手段である左右傾斜センサ５９はトラクタ２０１の機体側に取り付けられていたが、左右傾斜センサ５９を作業機４０側に取り付けても良い。
【００５２】
また、本実施例においては四つの車輪である前輪１・１および後輪２・２の中心となる位置に一個の距離センサ５８を設けたが、距離センサを複数設けても良く、個数は限定されない。また、作業車両底面部における距離センサの配設位置も四つの車輪である前輪１・１および後輪２・２の中心に限定されず、機体前部や機体後部に距離センサ５８を配設しても良い。
【００５３】
さらに、本実施例では、作業機４０はトラクタ２０１の後部に配置されているが、作業車両前部にＰＴＯ軸および作業機装着装置を設け、作業車両前部に作業機を連結する構成としても良い。
【００５４】
以下では、図７から図１５を用いて制御手段９０にて行われる作業機４０の耕深制御方法の実施例について説明する。
【００５５】
従来の作業車両における作業機の耕深制御は、主にＰ動作（比例動作）とＩ動作（積分動作）とを組み合わせたＰＩ制御で行っていたが、応答性に問題があった（算出耕深Ｈｃを設定耕深Ｈｓに短時間で近づけるのが困難であった）ので、本実施例においてはＰ動作およびＩ動作にＤ動作（微分動作）を加えたＰＩＤ制御を用いて耕深制御を行うこととした。
ただし、単にＤ動作を加えると応答性が向上する反面、周波数応答における周波数が高くなる場合（例えば耕耘作業中の作業機のロータリが局部的に圃場表面から浅い位置にある地中の硬い地層に接触して上方に跳ね上げられる場合や、圃場表面に細かい凹凸が連続する場合など）には、ＰＩＤ制御により作業機に与えられる作業機の上下方向の操作量が過度に大きくなり、作業機が上下方向に揺動（ハンチング）して、耕深制御がかえって不安定になる場合がある。
そこで、本実施例のトラクタ２０１の耕深制御においては、Ｄ動作（微分動作）の高周波数域における操作量を小さくして、作業機の応答性を向上させつつ、耕深制御の安定性（ハンチング防止）を確保することとした。
【００５６】
また、設定耕深と算出耕深との差（偏差）が同一符号で長時間保持される場合（すなわち、応答性が良くない場合）、Ｉ動作を耕深制御に用いると、Ｉ動作に係る操作量が大きくなり、これも作業機のハンチングの原因となっていた。そこで、従来の耕深制御においてはＩ動作に係る操作量を所定の周期、または設定耕深から所定の範囲に算出耕深が到達した時点でリセット（積分項をゼロにする）し、リセットした時点から再び積分項の算出を行っていた。しかし、この方法はリセットした時点で操作量が大きく変化し、作業機の昇降による衝撃（ショック）が発生するため、作業車両の作業者にとって不快であるとともに耕深制御の安定性を低下させる原因となっていた。
そこでＩ動作における操作量の算出方法を変更し、Ｉ動作に係る操作量をリセットしたときのショックを軽減し、耕深制御の安定性を向上させることとした。
【００５７】
まず、ある時刻ｔにおいて、リフトアーム回動角センサ２８により検出されたリンク回動角θ１、リアカバー回動角センサ５７により検出されたリアカバー回動角θ２、前後傾斜センサ６０により検出された傾斜角θ３、距離センサ５８により検出されたトラクタ２０１の底面と圃場との距離Ｌに基づいて、算出耕深（以後Ｈｃ（ｔ）と表記する）が求められる。Ｈｃ（ｔ）の算出方向については前記関数Ｆ１（θ１、θ２）、関数Ｆ２（θ１、θ２、θ３）、関数Ｆ３（θ１、θ２、Ｌ）、関数Ｆ４（θ１、θ２、θ３、Ｌ）のいずれを用いても良い。また、他の方法で算出耕深を求めても良い。
次に、耕深ダイヤル３０からの入力信号に基づき、ある時刻ｔにおける設定耕深（以後Ｈｓ（ｔ）と表す）が設定される。
【００５８】
次に、設定耕深Ｈｓ（ｔ）と算出耕深Ｈｃ（ｔ）との偏差Ｅ（ｔ）を求める。なお、設定耕深Ｈｓ（ｔ）と算出耕深Ｈｃ（ｔ）と偏差Ｅ（ｔ）との間には、Ｅ（ｔ）＝Ｈｓ（ｔ）−Ｈｃ（ｔ）が成立する。
この偏差Ｅ（ｔ）は本実施例の作業機４０の耕深制御におけるＰ動作の操作量Ｕｐを決めるものであり、該操作量Ｕｐは以下の（式１）で表される。
Ｕｐ＝Ｋｐ×Ｅ（ｔ）    （式１）
ここで、Ｋｐは比例ゲインと呼ばれる係数であり、作業車両の種類、作業機の種類および作業の方法や圃場の状況に応じて適宜設定される。
【００５９】
以下では、図７から図９を用いて本実施例の耕深制御におけるＩ動作の操作量Ｕｉを決める積分項（以後、Ａ（ｔ）と表記する）の算出方法について説明する。
なお、以後の説明では本実施例におけるＤ動作の操作量Ｕｄを決める微分項をＢ（ｔ）と表記する。
【００６０】
図７から図９は、スタート時刻から時刻ｔ４までの偏差Ｅ（ｔ）、積分項Ａ（ｔ）、微分項Ｂ（ｔ）の変化の一例を示している。偏差Ｅ（ｔ）は、スタート時刻ではゼロであり、スタート時刻から時刻ｔ１までは増加し、時刻ｔ１から時刻ｔ４までは減少し、時刻ｔ４で再びゼロとなった場合を想定している。
なお、「偏差Ｅ（ｔ）が正の値を取る」とは、設定耕深Ｈｓよりも算出耕深Ｈｃの方が小さい、すなわち作業機４０のロータリ４１の圃場への耕耘深さが浅いことを意味し、作業者が耕深ダイヤル３０により設定している位置よりも、作業機４０が圃場に対して上がり気味になった状態である。
また、時刻ｔ２および時刻ｔ３においては作業機４０が外力により一時的に上方に移動（例えば、耕耘作業中の作業機のロータリが局部的に圃場表面から浅い位置にある地中の硬い地層に接触して上方に跳ね上げられる場合など）している。
【００６１】
従来のＰＩＤ制御で用いられる積分項はスタート時刻から時刻ｔまでの偏差を時間により積分したものであり、従来のＰＩＤ制御で用いられる積分項（図８中の点線で示す）は、偏差Ｅ（ｔ）の絶対値の大小に関わらず、偏差Ｅ（ｔ）が正の値を取っている間は単調増加する。
このような従来の積分項は、偏差Ｅ（ｔ）が正の値から長時間かけてゼロ近傍となった時点で大きな値となっている場合があり、設定耕深Ｈｓを越えて逆方向に作業機４０を昇降させる（ハンチング）原因となる場合がある。また、このようなハンチングを防止する目的で積分項を所定の周期、または設定耕深Ｈｓから所定の範囲（例えば、後述する不感帯）に算出耕深Ｈｃが到達した時点でリセットする（積分項をゼロにする）場合、大きな絶対値を持つ積分項をゼロにリセットすると、Ｐ動作に係る操作量Ｕｐ、Ｉ動作に係る操作量ＵｉおよびＤ動作に係る操作量Ｕｄの総和であり、制御手段９０が算出する作業機４０の昇降を行うための操作量であるＵｔｏｔａｌがリセットの前後で大きく変化し、作業機４０のショックの原因となる。
【００６２】
そこで、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、設定手段により設定された目標値と算出手段により算出された算出値（制御出力値）との差である偏差の絶対値が、増加から減少に変化すると、積分項を減算して算出する。つまり、本実施例における積分項Ａ（ｔ）は、図８中の実線で示す如く、偏差Ｅ（ｔ）と後述する微分項Ｂ（ｔ）の符号が逆になるとき（図８中の時刻ｔ１からｔ４の領域）は積分項Ａ（ｔ）の絶対値が小さくなるように算出する。
より具体的には、本実施例の積分項Ａ（ｔ）は、微小時間Δｔを用いて、Ａ（ｔ）＝Ａ（ｔ−Δｔ）＋｛（Ｅ（ｔ）／Ｂ（ｔ））／（｜Ｅ（ｔ）／Ｂ（ｔ）｜）｝×｛Ｅ（ｔ）×Δｔ｝と表される。
なお、前記式の｛（Ｅ（ｔ）／Ｂ（ｔ））／（｜Ｅ（ｔ）／Ｂ（ｔ）｜）｝の部分は、偏差Ｅ（ｔ）と微分項Ｂ（ｔ）の符号（同符号か異符号か）を判定するものであり、偏差Ｅ（ｔ）と微分項Ｂ（ｔ）が同符号の時は１、異符号の時は−１の値を取り、Ｅ（ｔ）またはＢ（ｔ）がゼロの時は｛（Ｅ（ｔ）／Ｂ（ｔ））／（｜Ｅ（ｔ）／Ｂ（ｔ）｜）｝＝０とみなす。また、微小時間Δｔは制御部９０にて適宜設定可能である。
さらに、本実施例では、積分項Ａ（ｔ）においては｛（Ｅ（ｔ）／Ｂ（ｔ））／（｜Ｅ（ｔ）／Ｂ（ｔ）｜）｝により偏差Ｅ（ｔ）と微分項Ｂ（ｔ）の符号を判定していたがこれに限定されず、例えば制御部９０にて偏差Ｅ（ｔ）と微分項Ｂ（ｔ）の値を比較し、偏差Ｅ（ｔ）と微分項Ｂ（ｔ）が同符号の時はｋ＝１、異符号の時はｋ＝−１として、Ａ（ｔ）＝Ａ（ｔ−Δｔ）＋ｋ×｛Ｅ（ｔ）×Δｔ｝という式に基づいて積分項Ａ（ｔ）を求めても良い。
【００６３】
この積分項Ａ（ｔ）が本実施例の作業機４０の耕深制御におけるＩ動作の操作量Ｕｉを決めるものであり、操作量Ｕｉは以下の（式２）で表される。
Ｕｉ＝Ｋｉ×Ａ（ｔ）    （式２）
ここで、Ｋｉは積分ゲインと呼ばれる係数であり、作業車両の種類、作業機の種類および作業の方法や圃場の状況に応じて適宜設定される。
【００６４】
以下では、図７から図１２を用いて本実施例の耕深制御におけるＤ動作の操作量Ｕｄの算出方法について説明する。
【００６５】
従来のＰＩＤ制御で用いられる微分項（図９中の点線で示す）はある時刻ｔにおける偏差Ｅ（ｔ）の微分値を示すものである。
微分項Ｂ（ｔ）は、本実施例の作業機４０の耕深制御におけるＤ動作の操作量Ｕｄを決めるものであり、操作量Ｕｄは以下の（式３）で表される。
Ｕｄ＝Ｋｄ×Ｂ（ｔ）    （式３）
ここで、Ｋｄは微分ゲインと呼ばれる係数であり、作業車両の種類、作業機の種類および作業の方法や圃場の状況に応じて適宜設定される。従来の微分ゲインＫｄは通常は定数（正の値）であり、従来のＤ動作における操作量Ｕｄは微分項に比例する。
このような微分項は、時刻ｔ２および時刻ｔ３に示す如く、例えば、耕耘作業中の作業機のロータリが局部的に圃場表面から浅い位置にある地中の硬い地層に接触して上方に跳ね上げられる場合や、圃場表面に細かい凹凸がある場合には、微分項の値が一時的に大きく変動する。このとき、ＰＩＤ制御により作業機に与えられる作業機の上下方向の操作量が過度に大きくなり、作業機が上下方向に揺動（ハンチング）して、耕深制御がかえって不安定になる場合がある。
【００６６】
リフトアーム回動角センサ２８、リアカバー回動角センサ５７、前後傾斜角センサ６０、距離センサ５８等から、算出耕深Ｈｃを算出するために制御手段９０に入力される信号（入力値）には、種々の周波数成分が含まれる。微分値（出力値）の算出は各周波数成分の信号の位相を９０度進ませることにより算出されるが、その振幅は周波数が高くなるにつれて大きくなる（すなわち、微分項は入力値の周波数に略比例する）。従って、微分値をそのまま本実施例における微分項として用いると、耕深制御が不安定になる場合がある。
そこで、本実施例では、図１１で示す如く、まず、入力値の高周波成分を除去するフィルタ（一次遅れフィルタ）をかけ、さらに、不完全微分（カットオフ周波数ωｃ以上の周波数については、入力値が大きくなっても出力値を略一定の値とする）を行うフィルタ（不完全微分フィルタ）をかける。本実施例においては、このようにして得られる出力信号を微分項Ｂ（ｔ）として用いる。すなわち、微分項Ｂ（ｔ）を一次遅れ系と不完全微分とを用いて算出する。
図１２に示す如く、微分項Ｂ（ｔ）は、入力値の周波数がカットオフ周波数以下の領域では周波数に略比例して大きくなり、入力値の周波数がカットオフ周波数ωｃ以上の領域では周波数が大きくなるのに伴って小さくなる。
【００６７】
以下では、微分項Ｂ（ｔ）の計算方法の一例を示す。
不完全微分の周波数領域での出入力値の関係を表す式（伝達関数）Ｇ（ｓ）は、Ｇ（ｓ）＝（２×π×ωｃ×ｓ）／（ｓ＋２×π×ωｃ）で表される。ここで、ｓはラプラス演算子、ωｃはカットオフ周波数を表す。
制御手段９０にてこれを行うためには、伝達関数Ｇ（ｓ）を時間領域の式に直す必要がある。そこで、Ｇ（ｓ）を離散化して差分方程式で表すと、以下の式で表される。
Ｘ１（ｎ）＝ｕ１（ｎ）−（２×π×ωｃ×ｄｔ−１）×Ｘ１（ｎ−１）
Ｙ１（ｎ）＝２×π×ωｃ×｛Ｘ１（ｎ）−Ｘ１（ｎ−１）｝
ここで、ｕ１（ｎ）は時刻ｎにおける入力値、Ｘ１（ｎ）は時刻ｎにおける中間変数、ｄｔはサンプリング時間（制御周期：制御手段９０内で計算を実行する周期）、Ｘ１（ｎ−１）は１サンプリング前（時刻ｎ−ｄｔ）の中間変数、Ｙ１（ｎ）は時刻ｎにおける微分値を表す。
一方、一次遅れフィルタにおける周波数領域での出入力値の関係を表す式（伝達関数）Ｇｆｉｌｔｅｒ（ｓ）は、Ｇｆｉｌｔｅｒ（ｓ）＝（２×π×ωｃ）／（ｓ＋２×π×ωｃ）で表される。同様にＧｆｉｌｔｅｒ（ｓ）を離散化して差分方程式で表すと、以下の式で表される。
Ｘ２（ｎ）＝ｕ２（ｎ）−（２×π×ωｃ×ｄｔ−１）×Ｘ２（ｎ−１）
Ｙ２（ｎ）＝２×π×ωｃ×ｄｔ×Ｘ２（ｎ−１）
ここで、ｕ２（ｎ）は時刻ｎにおける入力値、Ｘ２（ｎ）は時刻ｎにおける中間変数、ｄｔはサンプリング時間（制御周期：制御手段９０内で計算を実行する周期）、Ｘ２（ｎ−１）は１サンプリング前（時刻ｎ−ｄｔ）の中間変数、Ｙ２（ｎ）は時刻ｎにおける微分値を表す。
【００６８】
本実施例の場合、まずｕ２（ｎ）を偏差Ｅ（ｔ）としてＹ２（ｎ）を求め、次に該Ｙ２（ｎ）をｕ１（ｎ）としてＹ１（ｎ）を求める。このようにして求められたＹ１（ｎ）が微分項Ｂ（ｔ）となる。
なお、微分項Ｂ（ｔ）の計算方法は上記方法に限定されず、入力値の高周波成分を減衰させて微分項Ｂ（ｔ）を算出するものであればよい。
また、カットオフ周波数ωｃの値については、実験等により、作業機やトラクタの種類、作業内容等に応じて適宜選択される。
【００６９】
以上の如く、Ｐ動作に係る操作量Ｕｄ、Ｉ動作に係る操作量Ｕｉ、Ｄ動作に係る操作量Ｕｄを用いて、制御手段９０が算出する作業機４０の昇降を行うための操作量Ｕｔｏｔａｌは、以下の（式４）で表される。
Ｕｔｏｔａｌ＝Ｕｐ＋Ｕｉ＋Ｕｄ    （式４）
ここで、操作量Ｕｔｏｔａｌは、作業機４０の昇降を行う昇降用油圧シリンダ２５・２５に作動油を供給する作業機上昇用切替弁７６、または昇降用油圧シリンダ２５・２５から作動油を戻す作業機下降用切替弁７７、の弁体を作動させるアクチュエータ（ソレノイド）への出力信号（電流値）の大きさである。
なお、操作量Ｕｔｏｔａｌは本実施例の如く作業機上昇用切替弁７６または作業機下降用切替弁７７の弁体を作動させるための出力信号（電流値）の大きさに限定されず、該作業機上昇用切替弁７６または作業機下降用切替弁７７の弁の開度や作動油の流量あるいは昇降用油圧シリンダ２５・２５の伸縮量としても良い。
【００７０】
また、場合によっては前記操作量Ｕｔｏｔａｌにより昇降用油圧シリンダ２５・２５を作動させる方向が、偏差Ｅ（ｔ）の絶対値を大きくする方向となること、すなわち、作業機が設定より上方に位置しているにもかかわらず作業機を上昇させる信号が発せられる（Ｅ（ｔ）＞０かつＵｔｏｔａｌ＜０）こと、または作業機が設定より下方に位置しているにもかかわらず作業機を下降させる信号が発せられる（Ｅ（ｔ）＜０かつＵｔｏｔａｌ＞０）ことが起こり得る。このような場合には、図１５に示す如く、Ｕｔｏｔａｌ＝０とみなす（すなわち、昇降用油圧シリンダ２５・２５を作動させない）ように制御部９０を構成しても良い。このように構成することにより、耕深制御の安定性（ハンチング防止）が向上する。
【００７１】
以上の如く構成することにより、本実施例のトラクタ２０１における耕深制御は、以下の利点を有する。
ＰＩ制御またはＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、設定手段により設定された目標値と算出手段により算出された算出値（制御出力値）との差である偏差の絶対値が、増加から減少に変化すると、積分項を減算して算出する、より具体的には、作業機装着装置２０を介して作業機４０を連結し、作業機昇降手段により作業機４０を昇降させるトラクタ２０１において、耕深設定手段である耕深ダイヤル３０により設定された設定耕深Ｈｓと耕深算出手段（リフトアーム回動角センサ２８、リアカバー回動角センサ５７、前後傾斜センサ６０、距離センサ５８等のセンサ群と、制御部９０等で構成される）により算出された算出耕深Ｈｃとの差である偏差Ｅ（ｔ）により定められる操作量Ｕｐと、偏差Ｅ（ｔ）の時間による積分項Ａ（ｔ）により定められる操作量Ｕｉと、偏差Ｅ（ｔ）の時間による微分項Ｂ（ｔ）により定められる操作量Ｕｄと、に基づいて作業機昇降手段の昇降量を決定し、該積分項Ａ（ｔ）は、微小時間Δｔと偏差Ｅ（ｔ）との積に、偏差Ｅ（ｔ）と微分項Ｂ（ｔ）とが互いに同符号の時は１、偏差Ｅ（ｔ）と微分項Ｂ（ｔ）とが互いに異符号の時は−１を掛けた値を、微小時間Δｔ前の積分項Ａ（ｔ―Δｔ）に加算して算出するので、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御を用いた作業機の耕深制御において、Ｉ動作に係る操作量が他の操作量（Ｐ動作に係る操作量およびＤ動作に係る操作量）に比べて過度に大きくなることに起因する作業機のハンチングを防止し、耕深制御の安定性が向上する。また、耕深制御中にＰＩ制御またはＰＩＤ制御に係るＩ動作の操作量をリセットする場合にも作業機の昇降量の急激な変化による衝撃（ショック）が軽減され、耕深制御の安定性が向上する。
また、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、微分項Ｂ（ｔ）は一次遅れ系と不完全微分とを用いて算出され、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数ωｃ以下では周波数に略比例し、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数ωｃ以上では周波数の増加に伴い減少するので、微分項Ｂ（ｔ）の値が一時的に大きく変動しても、操作量Ｕｄは大きく変動することがなく、耕深制御の安定性（ハンチングの防止）を保持しつつ応答性（短時間で偏差の絶対値を小さくし、算出耕深を設定耕深に近づける）が向上する。
【００７２】
なお、上記説明ではトラクタ２０１の作業機４０の耕深制御をＰＩＤ制御を用いて行う場合について説明したが本発明はこれに限定されない。例えば、ＰＩ制御を用いて耕深制御を行う場合に、上記積分項Ａ（ｔ）を用いてＩ動作の操作量Ｕｉを算出し、これに基づいて制御手段９０が算出する作業機４０の昇降を行うための操作量Ｕｔｏｔａｌ（＝Ｕｐ＋Ｕｉ）を算出しても良い。
また、ＰＤ制御を用いて耕深制御を行う場合に、上記微分ゲインＫｄを用いてＤ動作の操作量Ｕｄを算出し、これに基づいて制御手段９０が算出する作業機４０の昇降を行うための操作量Ｕｔｏｔａｌ（＝Ｕｐ＋Ｕｄ）を算出しても良い。
さらに、ＰＩＤ制御を用いて耕深制御を行う場合に、Ｉ動作の操作量Ｕｉを算出するときには本実施例の積分項Ａ（ｔ）を用いるとともに、Ｄ動作の操作量Ｕｄを算出するときには従来の微分ゲイン（縦軸に微分項、縦軸に入力値の周波数を取ったときに傾きが正の値を持つ一次関数となる）を用いて制御手段９０が算出する作業機４０の昇降を行うための操作量Ｕｔｏｔａｌを算出しても良い。
さらにまた、ＰＩＤ制御を用いて耕深制御を行う場合に、Ｉ動作の操作量Ｕｉを算出するときには従来の積分項を用いるとともに、Ｄ動作の操作量Ｕｄを算出するときには図１２に示す微分項Ｂ（ｔ）を用いて制御手段９０が算出する作業機４０の昇降を行うための操作量Ｕｔｏｔａｌを算出しても良い。
【００７３】
以下では、図１３および図１４を用いて偏差Ｅ（ｔ）に施される「不感帯処理」および「ゲイン付き不感帯処理」について説明する。なお、ゲイン付き不感帯処理は、不感帯処理の一種である。
「不感帯処理」とは、図１３に実線で示す如く、縦軸を補正後（不感帯処理後）の偏差Ｅ（ｔ）、横軸を補正前（不感帯処理前）の偏差Ｅ（ｔ）としたときに、補正前の偏差Ｅ（ｔ）がゼロを挟んだ不感帯の範囲にあるときは、補正後の偏差Ｅ（ｔ）をゼロとして制御手段９０が算出する作業機４０の昇降を行うための操作量Ｕｔｏｔａｌを算出するものである。なお、図１３に示す不感帯はゼロを挟んで左右対称となる位置に配置されるが、該不感帯を補正前の偏差Ｅ（ｔ）の正側または負側にずれた位置に配置しても良い。
「ゲイン付き不感帯処理」とは、図１４に実線で示す如く、縦軸を補正後（不感帯処理後）の偏差Ｅ（ｔ）、横軸を補正前（不感帯処理前）の偏差Ｅ（ｔ）としたときに、補正前の偏差Ｅ（ｔ）がゼロを挟んだ不感帯の範囲にあるときは、補正後の偏差Ｅ（ｔ）は補正前の偏差Ｅ（ｔ）よりも小さくする（図１４の不感帯における直線の傾きが１よりも小さくなる）ものである。なお、図１４に示す不感帯はゼロを挟んで左右対称となる位置に配置されるが、該不感帯を補正前の偏差Ｅ（ｔ）の正側または負側にずれた位置に配置しても良い。
【００７４】
以上の如く、偏差Ｅ（ｔ）に不感帯処理またはゲイン付き不感帯処理を施した後、Ｐ動作の操作量Ｕｐの算出に用いることにより、算出耕深Ｈｃが設定耕深Ｈｓ近傍にあるときの作業機４０のハンチングが低減され、耕深制御の安定性が向上する。
なお、上記不感帯処理およびゲイン付き不感帯処理は偏差Ｅ（ｔ）だけでなく、積分項Ａ（ｔ）や微分項Ｂ（ｔ）に対しても行うことが可能である。積分項Ａ（ｔ）や微分項Ｂ（ｔ）に不感帯処理またはゲイン付き不感帯処理を施した場合も、算出耕深Ｈｃが設定耕深Ｈｓ近傍にあるときの作業機４０のハンチングが低減され、耕深制御の安定性が向上する。
また、不感帯処理またはゲイン付き不感帯処理を施した後の偏差Ｅ（ｔ）に基づいて積分項Ａ（ｔ）に係る操作量Ｕｉや微分項Ｂ（ｔ）に係る操作量Ｕｄを算出しても略同様の効果を奏する。
【００７５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００７６】
即ち、請求項１に示す如く、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩ制御またはＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、設定手段により設定された目標値と算出手段により算出された算出値（制御出力値）との差である偏差の絶対値が、増加から減少に変化すると、積分項を減算して算出するので、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御を用いた作業機の耕深制御において、Ｉ動作に係る操作量が他の操作量（Ｐ動作に係る操作量およびＤ動作に係る操作量）に比べて過度に大きくなることに起因する作業機のハンチングを防止し、耕深制御の安定性が向上する。また、耕深制御中にＰＩ制御またはＰＩＤ制御に係るＩ動作の操作量をリセットする場合にも作業機の昇降量の急激な変化による衝撃（ショック）が軽減され、耕深制御の安定性が向上する。
【００７７】
請求項２に示す如く、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、微分項は一次遅れ系と不完全微分とを用いて算出され、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数（設定周波数）以下では周波数に略比例し、高さ検出値の周波数がカットオフ周波数（設定周波数）以上では周波数の増加に伴い減少するので、ＰＩＤ制御を用いた作業機の耕深制御において、微分項の値が一時的に大きく変動しても、Ｄ動作に係る操作量は大きく変動することがなく、耕深制御の安定性（ハンチングの防止）を保持しつつ応答性（短時間で偏差の絶対値を小さくし、算出耕深を設定耕深に近づける）が向上する。
【００７８】
請求項３に示す如く、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、設定手段により設定された設定値と検出値との差が、減少傾向または増加傾向のとき、その傾向とアクチュエータの駆動信号の方向が不一致であれば、アクチュエータの出力信号を停止するので、ＰＩＤ制御を用いた作業機の耕深制御において、作業機の耕深が設定手段により設定された設定耕深近傍にあるときの作業機のハンチングが低減され、耕深制御の安定性が向上する。
【００７９】
請求項４に示す如く、作業機装着装置を介して作業機を連結し、作業機昇降手段を制御手段と接続して、作業機をＰＩＤ制御により昇降制御する作業車両において、設定手段により設定された設定値に近い所定の範囲に入ると、偏差にゲインを乗算して比例項と積分項と微分項の各入力値とするので、ＰＩＤ制御を用いた作業機の耕深制御において、作業機の耕深が設定手段により設定された設定耕深近傍にあるときの作業機のハンチングが低減され、耕深制御の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるトラクタの左側面図。
【図２】本発明の実施の一形態であるトラクタの後部および作業機を示す左側面一部断面図。
【図３】本発明の実施の一形態であるトラクタの後部および作業機を示す平面図。
【図４】本発明の実施の一形態であるトラクタの油圧回路を示す図。
【図５】本発明の実施の一形態であるトラクタの制御手段を示すブロック図。
【図６】リフトアームの回動角の変化と耕深との関係を示す模式図。
【図７】偏差と時間との関係の一例を示す図。
【図８】積分項と時間との関係の一例を示す図。
【図９】微分項と時間との関係の一例を示す図。
【図１０】微分項に係る操作量と時間との関係の一例を示す図。
【図１１】本実施例の微分項の算出に係るブロック線図。
【図１２】本実施例の微分項と入力値の周波数との関係を示す図。
【図１３】不感帯処理の実施例を示す図。
【図１４】不感帯処理の別実施例を示す図。
【図１５】耕深に係る偏差の符号と操作量の符号とに基づく作業機の昇降指令の実施例を示すフローチャート図。
【符号の説明】
２０  作業機装着手段
４０  作業機
２０１  トラクタ
【図１】
2004350540.tif 000003
【図２】
2004350540.tif 000004
【図３】
2004350540.tif 000005
【図４】
2004350540.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004350540.tif 000008
【図７】
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【図８】
2004350540.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004350540.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2004350540.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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