(57)【要約】【課題】対地作業装置を駆動ローリング自在に連結した走行機体に、走行機体の左右傾斜傾斜角度を検出する傾斜センサと、走行機体の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備え、両センサからの検出値に基づいて、対地作業装置の左右方向での対地傾斜姿勢が設定角度に維持されるように対地作業装置を駆動ローリングさせるローリング制御手段を設けてある農作業機のローリング制御装置において、走行機体が旋回作動した際でもローリング制御を精度良く行えるようにする。【解決手段】角速度センサにおけるヨーイング軸心に関する他軸感度の補正値を取得して記憶格納する記憶手段を備え、機体旋回作動が検出された時における角速度センサの出力を、記憶格納した補正値に基づいて補正する。【選択図】　　　　図６
2004113027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対地作業装置を駆動ローリング自在に連結した走行機体に、走行機体の左右傾斜傾斜角度を検出する傾斜センサと、走行機体の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備え、両センサからの検出値に基づいて、対地作業装置の左右方向での対地傾斜姿勢が設定角度に維持されるように対地作業装置を駆動ローリングさせるローリング制御手段を設けてある農作業機のローリング制御装置であって、
前記角速度センサにおけるヨーイング軸心に関する他軸感度の補正値を取得して記憶格納する記憶手段を備え、走行機体の旋回作動が検出された時における前記角速度センサの出力を、記憶格納した前記補正値に基づいて補正するよう構成してあることを特徴とする農作業機のローリング制御装置。
【請求項２】
前記角速度センサにおける他軸感度の補正値を、平坦地における走行機体の試験旋回作動によって予め取得したものとしてある請求項１記載の農作業機のローリング制御装置。
【請求項３】
前記角速度センサにおける他軸感度の補正値を、実作業走行中の機体旋回作動時に発生したセンサ出力の所定複数個を平均処理したものとしてある請求項１記載の農作業機のローリング制御装置。
【請求項４】
前輪の操向作動状態および走行機体の走行速度を検出して、走行機体の旋回作動状況を検出するよう構成してある請求項１〜３のいずれか一項に記載の農作業機のローリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、農用トラクタなどの農作業機に利用するローリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記ローリング制御装置としては、対地作業装置を駆動ローリング自在に連結した走行機体に、走行機体の左右傾斜傾斜角度を検出する傾斜センサと、走行機体の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備え、両センサからの検出値に基づいて、対地作業装置の左右方向での対地傾斜姿勢が設定角度に維持されるように対地作業装置を駆動ローリングさせるよう構成したものがある特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２４３４４９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように傾斜センサと角速度センサとを利用したローリング制御装置は、傾斜センサのみを利用したローリング制御装置に比較して、応答性および精度の高いローリング制御を行うことができるのであるが、角速度センサの他軸感度の影響で、機体旋回作動時に制御精度が低下することがあった。
【０００５】
つまり、角速度センサは、その検出作動軸心がローリング軸心（機体前後方向に向かう軸心）と平行となるように取り付ける必要があるが、角速度センサ自体の取り付け誤差、走行機体の前後輪の沈下量の差、タイヤのへこみ具合の差、などが存在するために、角速度センサの検出作動軸心を完全にローリング軸心と平行に取り付けることは実際上は不可能であり、また、センサケースを正確に所定の姿勢に取り付けることができたとしても、ケース内部の素子の取付け誤差や加工誤差などがあると、走行機体のヨーイング作動やピッチング作動に対しても角速度センサが出力してしまうことになる。
【０００６】
このようにセンサ取付け軸心（この場合はローリング軸心）と直交する他の軸心（この場合はヨーイング軸心とピッチング軸心）周りの回転に感応してしまう現象、いわゆる他軸感度が顕著になると、例えば、圃場での往復作業において畦際で機体をＵターン旋回させる場合や、変形圃場において走行機体を圃場形状に合わせて向き変更しながら走行するような場合のように、走行機体を急激あるいは比較的急激に旋回作動したような場合に、走行機体のヨーイング作動に対応した前記他軸感度によって不要な出力が角速度センサから出力されてしまい、制御精度が悪化してしまうことになる。また、角速度センサを用いた制御においては、温度ドリフトなどの影響を回避するために角速度センサからの出力を平均する零点演算処理を行うが、上記のように他軸感度によって不要な出力がでると、取得した零点も誤ったものとなり、機体旋回の後に不要な出力による影響が無くなって正しい零点が再び取得されるようになるまでの間は精度の低いローリング制御しか実行できなくなるものであった。
【０００７】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、走行機体が旋回作動した際でもローリング制御を精度良く行えるようにすることを主たる目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１に係る発明の構成、作用、および効果〕
【０００９】
請求項１に係る発明は、対地作業装置を駆動ローリング自在に連結した走行機体に、走行機体の左右傾斜傾斜角度を検出する傾斜センサと、走行機体の左右傾斜方向の角速度を検出する角速度センサとを備え、両センサからの検出値に基づいて、対地作業装置の左右方向での対地傾斜姿勢が設定角度に維持されるように対地作業装置を駆動ローリングさせるローリング制御手段を設けてある農作業機のローリング制御装置であって、
前記角速度センサにおけるヨーイング軸心に関する他軸感度の補正値を取得して記憶格納する記憶手段を備え、走行機体の旋回作動状態が検出された時における前記角速度センサの出力を、記憶格納した前記補正値に基づいて補正するよう構成してあることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によると、作業走行中に走行機体が旋回作動さた際に、角速度センサから不要な出力が出ても、記憶格納した補正値に基づいて自動的に補正され、不要な出力による影響を受けないローリング制御が行われる。
【００１１】
従って、請求項１の発明によると、角速度センサの他軸感度による悪影響を受けない精度の高いローリング制御を行うことが可能となった。
【００１２】
〔請求項２に係る発明の構成、作用、および効果〕
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、前記角速度センサにおける他軸感度の補正値を、平坦地における走行機体の試験旋回作動によって予め取得したものとしてある。
【００１４】
上記構成によると、平坦地において各種の試験旋回を行った際に角速度センサから出た出力に基づいて他軸感度の補正値を取得して記憶格納しておき、実作業中の旋回作動に該当する試験旋回作動に対応する補正値を割り出して、現在の角速度センサからの出力を補正することで、不要な出力の影響を排除した状態、あるいは、不要な出力の影響を減少させた状態での制御が可能となる。
【００１５】
従って、請求項２の発明によると、平坦地での試験旋回作動によって予め得られた正確な他軸感度の補正値に基づいて実作業時における補正を行うことができ、不要な出力を適正に排除しての制御が可能となる。
【００１６】
〔請求項３に係る発明の構成、作用、および効果〕
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１の発明において、前記角速度センサにおける他軸感度の補正値を、実作業走行中の機体旋回作動時に発生したセンサ出力の所定複数個を平均処理したものとしてある。
【００１８】
上記構成によると、実作業走行中における複数回の機体旋回作動によって得られるセンサ出力を平均処理して他軸感度の補正値とするので、機体の旋回軌跡、旋回時の走行速度、などが、運転作業者や圃場の状況によって異なっても、これらの状況に応じた補正値が取得されることになる。
【００１９】
従って、請求項３の発明によると、運転作業者の操縦のくせや圃場の状況に応じた補正値に基づく主力補正を行った上で、精度の高いローリング制御を好適に行うことができる。
【００２０】
〔請求項４に係る発明の構成、作用、および効果〕
【００２１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項の発明において、前輪の操向作動状態および走行機体の走行速度を検出して、走行機体の旋回作動状況を検出するよう構成してある。
【００２２】
上記構成によると、例えば前輪の操向角度と主推進車輪である後輪の回転速度を検出する、等して、走行機体の旋回作動状態を検出し、これに応じた補正値を記憶格納した情報から割り出し、割り出した補正値に基づいて角速度センサの出力を補正する。
【００２３】
従って、請求項４の発明によると、操向機体の旋回具合を適正に認識して適性な補正値を割り出すことができ、適正な補正に基づくローリング制御を実行することができる。
【００２４】
【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は農作業機の一例である農用トラクタの全体を、また、図２はその後部を示しており、走行機体としてのトラクタ本機１は、操向輪としての前輪２と主推進車輪としての後輪３とで走行する４輪駆動型に構成され、機体後部に配備されたミッションケース４に、トップリンク５ａと左右一対のロアーリンク５ｂからなる３点リンク機構５を介して、対地作業装置の一例であるロータリ耕耘装置６が連結されている。ミッションケース４の上部には、単動型の油圧シリンダからなるリフトシリンダ７により上下に揺動駆動される左右一対のリフトアーム８が備えられ、これら左右のリフトアーム８と左右のロアーリンク５ｂとが、リフトロッド９、及び複動型の油圧シリンダからなるローリングシリンダ１０を介してそれぞれ連結されている。また、詳細な構造の説明は省略するが、前記前輪２の伝動系には、前輪２が直進状態から設定角度（例えば３０°）以上に大きく操向されたことが検知されると、前輪駆動速度を約２倍に増速して小回り旋回状態をもたらす油圧操作制御式の前輪変速機構１４が装備されている。
【００２５】
図３に示すように、リフトシリンダ７に接続された電磁制御弁１１が制御装置１２により操作されて、リフトシリンダ７及びリフトアーム８によりロータリ耕耘装置６が昇降駆動される。また、ローリングシリンダ１０に接続された電磁制御弁１３が制御装置１２により操作されて、ローリングシリンダ１０が伸縮作動されることでロータリ耕耘装置６がローリング駆動されて、その左右傾斜角度が変更されるようになっている。
【００２６】
この農用トラクタは、ロータリ耕耘装置６の耕深を設定値に維持する昇降制御、トラクタ本機１に対するロータリ耕耘装置６の高さを任意に調節するポジション制御、および、水平面に対するロータリ耕耘装置６の左右方向の傾斜角度を設定角度に維持するローリング制御が可能となっている。
【００２７】
ロータリ耕耘装置６の後部には、耕耘跡を鎮圧整地する後カバー１５が上下揺動自在かつ下方付勢状態に備えられ、この後カバー１５の上下揺動角度を検出する耕深センサ１６が備えられて、その検出信号が前記制御装置１２に入力されている。他方、制御装置１２には、ダイヤル操作式のポテンショメータからなる耕耘設定器１７と自動耕深制御を入り切りするオンオフスイッチ１８が接続されており、このオンオフスイッチ１８を「入り」にしておくと、耕深センサ１６の検出値が耕深設定器１７の設定値と均衡するように電磁制御弁１１が操作されて、リフトシリンダ７によりロータリ耕耘装置６が自動的に昇降駆動されることで、実耕深が耕深設定器１７の設定値に対応した深さに安定維持されるようになっている。
【００２８】
また、制御装置１２には、リフトアーム８の上下角度を検出する角度センサ１９と、ポジションレバー２０によって操作されるポジション設定器２１が接続されており、前記オンオフスイッチ１８を「切り」にして自動耕深制御を停止した状態では、ポジション制御のみが実行され、角度センサ１９の検出値がポジション設定器２１の設定値と均衡するまで電磁制御弁１１が操作されて、リフトシリンダ７がその位置に保持される。
【００２９】
なお、オンオフスイッチ１８を「入り」にしての自動耕深制御中にポジションレバー２０を大きく上昇方向に操作すると、耕深設定器１７の設定耕深に対応する角度センサ１９の検出値と、ポジション設定器２１の目標値とが比較されて、ポジション設定器２１の目標値の方が高い場合、ポジション制御が優先作動するようになっている。従って、自動耕深制御による耕耘作業において、畦際における機体方向転換時には、ポジションレバー２０を上限にまで操作することにより、ロータリ耕耘装置６を地上に持上げることができ、また、機体方向転換後にポジションレバー２０を下限まで操作することで、耕深設定器１７で設定されている耕深での自動耕深制御を再開することができる。
【００３０】
この農用トラクタでは、ロータリ耕耘装置６の水平面に対する左右方向の傾斜角度を設定角度に維持するようにローリング駆動するローリング制御手段が備えられており、制御装置１２に接続したダイヤル操作式のポテンショメータからなる傾斜設定器２５を調節操作することで、ロータリ耕耘装置６の左右方向の設定角度を任意に変更することができるようになっている。
【００３１】
このローリング制御には、前記傾斜設定器２５の他に、トラクタ本機（走行機体）１の左右傾斜角度を検出する傾斜センサ２６と、トラクタ本機１の左右傾斜方向の角速度を検出する振動ジャイロ型の角速度センサ２７と、ローリングシリンダ９の作動長さを検出するストロークセンサ２８とが利用される。つまり、図４のブロック図に示すように、傾斜センサ２６と角速度センサ２７からの情報に基づいてトラクタ本機１の左右方向での傾斜角度θが演算され、トラクタ本機１がこの傾斜角度θにある時にロータリ耕耘装置５を傾斜設定器２５による設定角度にするために必要なローリングシリンダ９の目標シリンダ長さＬ０　が割り出され、ローリングシリンダ９の長さＬをこの目標シリンダ長さＬ０　に近づけるようにフィードバック制御がなされて、電磁制御弁１３が作動されるのである。
【００３２】
図５に、傾斜センサ２６と角速度センサ２７からの情報に基づいてトラクタ本機１の左右傾斜角度θを演算する制御ブロック図が示されている。図から判るように、ここでは、角速度センサ２７からの信号を積分することで傾斜角度を演算するとともに、その誤差を傾斜センサ２６からの信号で補正する形態が採用されている。
【００３３】
つまり、温度等の諸条件によってドリフトする角速度センサ２７の零点を時間経過に伴って更新して補正するセンサ零点補正処理がなされる。即ち、角速度センサ２７によって検出されるサンプリング出力値の複数が記憶され、記憶された所定複数のサンプリングデータが平均処理されるとともに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いて平滑化処理されて零点が割り出され、この零点と実検出値との差をゲインＫ１　で積分分処理することで傾斜角度θが演算されるのである。また、このようにして算出された演算傾斜角度θと傾斜センサ２６から得られる検出傾斜角度θｒとの偏差にゲインＫ２　を乗じた値をフィードバックすることで、積分処理による誤差の集積を消去している。
【００３４】
また、前記角速度センサ２７が機体旋回作動時に他軸感度（ヨーイング軸心回りの回動への感応）による不要な出力を出して、ローリング制御に悪影響を及ぼすのを抑制するために補正制御が行われるようになっており、この補正制御のために以下のような手段が備えられている。
【００３５】
図３に示すように、前記制御装置１２には、走行機体１における前輪２の操向角を検出するポテンショメータなどの角度センサ３１、後輪３の回転速度を検出する回転センサ２３、および、前輪２を自動増速する前輪変速機構１４の作動をオン・オフする前輪増速スイッチ３３とが接続されており、これら角度センサ３１，回転センサ３２，前輪増速スイッチ３３からの情報に基づいて操向機体１の旋回作動状況が認識されるようになっている。
【００３６】
また、前記制御装置１２に組み込まれている不揮発性メモリなどの記憶手段に、角速度センサ２７が機体旋回作動時に他軸感度によって出す不要な出力を補正するための補正値が記憶格納されている。
【００３７】
この記憶格納されている補正値は、このトラクタ本機１が出荷される前に試験走行して取得されたものであり、平坦地において、トラクタ本機１を各種の状況で旋回作動させて、その時の角速度センサ２７からの出力を、その時の旋回作動状況のデータに対応させて記憶格納したものである。
【００３８】
そして、実際に圃場に乗り入れての作業においては、図６のフローチャートに示すような補正制御がなされる。
【００３９】
すなわち、角度センサ３１によって前輪２の操向角が検出されるとともに、回転センサ２３によって走行機体１の走行速度が割り出され、かつ、前輪増速スイッチ３３から前輪変速機構１４が作動可能な状態か否かが認識され、これらの検出結果から現在の旋回作動状況が割り出される。
【００４０】
次に、現在の旋回作動状況が、角速度センサ２７から他軸感度に基づいて出される不要な出力が無視できない値になる所定の条件を満たしていれば、この旋回作動状況に対応した補正値が予め記憶格納されているデータから割り出され、この補正値が角速度センサ２７の現在の出力から減算補正され、補正後の出力が上記した機体傾斜角演算および零点補正に利用される。
【００４１】
本発明は、以下のような形態で実施することも可能である。
【００４２】
（１）上記実施形態では、角速度センサ２７に対する補正値を、事前のテスト旋回作動によって取得して記憶格納しているが、実作業中における旋回作動ごとに角速度センサ２７からの出力を取り込むととおに、複数回の取り込みデータを平均処理し、この平均値を補正値として取得して記憶格納するようにすることもできる。
【００４３】
（２）走行機体１の旋回状況を検出する手段としては、作動軸心を縦向きにしたヨー軸角速度センサを別途備えて、直接的に走行機体１の旋回状況を検出することもできる。
【００４４】
（３）前輪操向に連動して前輪２を増速する前輪変速機構１４を備えるとともに、前輪増速が行われる際に旋回内側となる後輪３に制動をかけるオートブレーキ機能を備えた形態で実施することもできる。
【００４５】
（４）本発明は、対地作業装置６に傾斜センサ２６と角速度センサ２７を取り付けた形態のものに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】農用トラクタ全体の斜視図
【図２】農用トラクタの後部を示す斜視図
【図３】制御装置全体の概略構成を示すブロック図
【図４】ローリング制御のブロック図
【図５】傾斜角演算用の制御ブロック図
【図６】角速度センサの出力補正制御用のフローチャート
【符号の説明】
１　　　　　　　　走行機体
２　　　　　　　　前輪
３　　　　　　　　後輪
６　　　　　　　　対地作業装置
２６　　　　　　　傾斜センサ
２７　　　　　　　角速度センサ
【図１】
2004113027.tif 000003
【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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