JPH0215170B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の関連する技術分野＞ この発明はコンバインにおける刈取り部の高さ
を超音波センサ等の非接触距離センサを用いて測
定し、その測定高さに基づいて刈高さを自動的に
制御する刈高さ制御方法に関する。

＜従来技術とその欠点＞ 刈高さ自動制御を行うために使用する距離セン
サとしては、通常、大地と接触するアクチユエー
タを用いた接触型距離センサ、または超音波発振
器および受信器を用いた超音波距離センサ等の非
接触距離センサが使用される。しかし接触型の距
離センサは、機体の傾斜が急に大きくなつたとき
等にアクチユエータを破損する恐れがあるため、
信頼性、安定性等の見地から超音波センサ等の非
接触距離センサが使用されるようになつてきてい
る。

このような非接触距離センサを用いた従来の刈
高さ制御方法は、予め設定した基準高さと一定周
期毎に測定した高さデータとを比較し、その差に
応じて一定の速度で刈取り部を上下動させるよう
にしていた。ところが測定したデータをそのまま
基準高さに対する比較データにすると、例えば作
業中に足跡や切株等がある場合、刈取り部が急に
上昇したり下降したりして目標高さ付近で安定し
ないという不都合が生じる。そこでこの不都合を
解消するためには、毎回の測定データを平均して
一つのデータを算出し、そのデータに基づいて刈
取り部の上下駆動を行うようにする制御方法が考
えられる。

しかしながら、平均化するデータを多くする
と、刈取り部が急速に上下動する場合において実
際の距離と平均した距離との差が大きくなるため
にオーバシユートが起きやすくなる。また、平均
化するデータが小数であると、細かい凹凸に応答
しやすくなつて目標高さ付近において安定な追従
を行うことが出来なくなる。

＜発明の目的＞ この発明の目的は、刈取り部の高さが目標高さ
付近にある場合には細かな凹凸に追従せず、また
刈取り部の高さが目標高さから大きく掛け離れて
いる場合にはオーバシユートを起こさずに速やか
に目標高さに接近する、刈高さ制御方法を提供す
ることにある。

＜発明の構成および効果＞ この発明は要約すれば次のようになる。

一定周期で駆動される非接触距離センサの出力
に基づく測定高さを非接触距離センサの駆動毎に
測定順にｎ（ｎ＞２）個記憶する。そして今回測
定したときの測定高さが予め定めた所定値より小
さいときは前記ｎ個の全部の値の平均を求め、そ
うでないときには測定順の新しいｍ（ｍ＜ｎ）個
の値の平均を求めてそれぞれの場合の平均高さデ
ータを得る。すなわち、偏差が非常に大きいとき
には平均の対象とするデータの個数を少なくし、
偏差が小さく目標高さ付近にある場合には平均の
対象となるデータの個数を相対的に大きくする。
そして、求めた平均高さデータの大きさに応じ
て、例えばパルス幅の長くなる駆動パルスを刈取
り部上下移動用電磁弁に対し間欠的に与える等の
制御を行う。このようにすることによつて、刈取
り部が目標高さ付近にある場合には、小さな凹凸
には応答せずに目標高さに安定に追従していく。
一方、偏差が非常に大きいときには古いデータは
捨てられて比較的接近したデータだけが平均デー
タを出すための対象となるために、平均データと
実際の高さデータとが接近した状態で急速に目標
高さに近づいていく。この場合、目標高さに近づ
くにしたがつて電磁弁の駆動パルス幅が短くなつ
て行き、また目標高さ付近に接近すると平均の対
象となるデータの個数が増えるためにオーバシユ
ートを起こすことなく短時間の間に目標高さに刈
取り部を持つていくことが可能になる。

この発明によれば、目標高さ付近では刈高さ制
御は極めて安定に行われるとともに、刈り初めや
機体が大きく傾斜したときには刈取り部が速やか
に下降して目標値付近で停止することが出来るた
め、例えば一時的に株を割つた場合にも刈取り部
は急激に上昇することなく、また刈り初めや機体
が大きく傾斜したときにはオーバシユートを起こ
すことなく、刈取り部が速やかに下降して目標高
さで停止する。

＜実施例の説明＞ 第１図はこの発明の方法を実施する刈高さ制御
装置のブロツク図である。

同図において、超音波センサ（以下U.S.S.とい
う）制御回路１は、60ミリ秒毎に送信器２を駆動
し、バースト信号を発射する。送信器３は反射波
を受信して、U.S.S.制御回路１に受信信号を送
る。このときの受信信号は負論理のパルスであつ
て、パルス幅は送信後に受信する迄の時間、すな
わち刈取り部の高さに対応している。受信信号が
送信後所定時間経過しても無い場合には、U.S.S.
制御回路１は強制的にパルスを立ち上がらせる。
この時間は14ミリ秒に設定されている。受信信号
は波形整形後受信パルスとして他方の入力端子が
接地されたイクスクルーシブオアゲート４に導か
れる。このイクスクルーシブオアゲート４の出力
から、イクスククルーシブオアゲート５とＲ１，
Ｃ１とで構成される微分回路によつて微分パルス
が形成され、さらにイクスクルーシブオアゲート
６を介してマイクロコンピユータ７の割り込みポ
ートIRQに導かれる。また、前記イクスクルーシ
ブオアゲート４の出力はマイクロコンピユータ７
の入力ポートＲ１１に導かれる。この入力ポート
Ｒ１１は、ポートIRQに入力した割り込みパルス
がU.S.S.制御回路１に基づくものであるかどうか
を判定するための信号として使用される。イクス
クルーシブオアゲート６の入力端子には、前記イ
クスクルーシブオアゲート５の出力端子とともに
ダイナモからの信号を波形整形する波形整形回路
８の出力端子が接続されている。マイクロコンピ
ユータ７はこの波形整形回路８からの割り込み信
号によつて、エンジンの回転数を測定する。

マイクロコンピユータ７のポートＲ１０には、
刈高さ微調整器VRの出力端子が接続されてい
る。マイクロコンピユータ７は、Ａ／Ｄ変換器を
内蔵し、ポートＲ１０を介して上記刈高さ調整器
から得られたアナログデータをデジタル量に変換
して刈高さ制御のためのデータを得るようにして
いる。

マイクロコンピユータ７は、刈高さ制御プログ
ラムを記憶するROM、および予め設定したデー
タ類を記憶し、さらにフラグ類や各種ワークエリ
アを有するRAMを内蔵している。第２図に
RAMの構成図を示す。領域Ａ１は４種類のフラ
グ領域を含んでいる。フラグＦ０は刈取り部上昇
フラグ、フラグＦ１は刈取り部下降フラグ、フラ
グＦ２はエンジン回転数計測処理時にポートＲ１
０の入力パルスが立ち上がり、または立ち下がつ
た場合、今回の測定データを無効にするためのデ
ータ無効フラグ、フラグＦ３は高さデータ更新フ
ラグである。領域Ａ２は測定平均高さを記憶す
る。すなわち過去の測定した高さデータの平均高
さデータを記憶する。平均の対象となるデータ
は、前回に平均して得られた高さデータと過去７
回のそれぞれの測定データとの合計８個のデー
タ、または前回に平均して得られた高さデータと
過去１回の測定データとの合計２個のデータであ
る。この区別は後述のように今回の測定データが
一定以上の高さであるか否かで決定される。領域
Ａ３は、前回に測定した高さデータを記憶する。
領域Ａ４は前前回に測定した高さデータを記憶す
る。同様に、領域Ａ５〜Ａ９は、前々々回以前の
測定高さデータを新しい順に５個記憶する。領域
Ａ１０は刈高さ微調整器VRによつて設定された
微調整高さデータを記憶する。領域Ａ１１は予め
設定された目標高さデータを記憶する。領域Ａ１
２は領域Ａ２の平均高さデータと、領域Ａ１１の
目標高さデータに領域Ａ１０の微調整高さデータ
を加えた値との差、すなわち偏差を記憶する。領
域Ａ１３は、領域Ａ２にストアする平均高さデー
タを算出するのに８個のデータを用いるか、２個
のデータを用いるかを決める基準高さを記憶す
る。後述するように、測定したデータがこの高さ
より小さければ、領域Ａ２〜Ａ９の８個のデータ
から平均高さデータを求める一方、測定データが
H0以上である場合には領域Ａ２とＡ３とに記憶
されている２個のデータのみから平均高さデータ
を求めるようにする。この基準高さH0は522ミリ
である。領域Ａ１４は、算出した平均高さデータ
に基づき、刈取り部上下移動用電磁弁に対して間
欠駆動パルスを与えるか、連続駆動パルスを与え
るかの基準高さを記憶する。算出した平均高さデ
ータHaがこの基準高さH1以上であれば、連続パ
ルスを与える。反対に平均高さデータHaがこの
基準高さデータH1より小さければ間欠パルスを
与える。領域Ａ１５は、領域Ａ１２の偏差に対応
する駆動パルスのオンタイム時間を予め決めてあ
る領域Ａ１９のテーブルに基づき、今回の電磁弁
のオン、オフのデユーテイ比を記憶する。第３図
に示すように、偏差が260ミリ以下であるときに
は偏差の大きさに応じてオンタイムが長くなる間
欠パルスが与えられる。なおオフタイムは150ミ
リ秒の固定値に設定されている。したがつて、例
えば、偏差が21ミリであればデユーテイ比は16分
の１である。領域Ａ１６は後述するセンシングエ
ラーカウンタを構成する。このカウンタはセンサ
が正常であるにかかわらず送信後所定時間（６ミ
リ秒）経過しても受信出来ないときにインクリメ
ントされ、所定時間（６ミリ秒）経過内に受信し
た場合にデクリメントされる16進のアツプダウン
カウンタである。領域Ａ１７は、ダイナモからの
割り込みによつて計算されたエンジン回転数を記
憶する。領域Ａ１８は刈高さ制御の基準サイクル
である10ミリ秒を記憶する。領域Ａ１９は、前述
のように偏差と駆動パルスのオンタイムの関係を
表すテーブルを記憶する（第３図参照）。

次に以上の構成からなる刈高さ制御装置の動作
を第４図Ａ〜Ｄのフローチヤートを参照して説明
する。

第４図Ａは刈高さ制御を行うためのメインルー
チンのフローチヤートである。

ステツプn1（以下ステツプniを単にniという）
は、各種レジスタ、フラグ類の初期設定を行う。
n2はフラグＦ３のセツト状態をチエツクする。
このフラグＦ３がセツトされるのは、後述のよう
にU.S.S.制御回路１からの受信パルスによつて割
り込みがあつたときである。フラグＦ３がセツト
されていれば、n3へ進んでフラグＦ３をリセツ
トし、さらにn4へ進んで高さデータ更新サブル
ーチンへ進む。この高さデータ更新サブルーチン
において、領域Ａ２の平均高さデータHaが求め
られるとともに、領域Ａ３〜Ａ９のデータおよび
Ａ１６のセンシングエラーカウンタがアツプデー
トされる。続いてn5へ進み、刈高さ制御サブル
ーチンを実行する。この刈高さ制御サブルーチン
では、n4の高さデータ更新サブルーチンで求め
た平均高さデータに基づいて、電磁弁の駆動パル
スのデユーテイ比を決定し、刈取り部の上下駆動
制御を行う。n6はセンシングエラーカウンタの
カウンタ値の判定ステツプである。もし、このカ
ウンタ値がオーバーフローしていれば、すなわち
測定した高さデータが一定の大きさ以上である場
合が16回連続したときには、n7においてU.S.S.不
良のアラームを駆動する。センシングエラーカウ
ンタがオーバーフロー状態でなければ、n6→n8
へと進む。n8において基準サイクルがタイムア
ツプすれば、n2へ戻つて再度フラグＦ３の状態
を判定する。以上のようにして高さデータ更新、
刈高さ制御、およびセンシングエラーカウンタの
チエツクを基準サイクル毎に実行していく。

上記メインルーチンにおいて、n2→n3へと進
む場合は、前述のようにU.S.S.制御回路１から割
り込みがあつたときである。割り込みにはこの
U.S.S.制御回路１からの割り込みと、さらに時計
割り込みおよびダイナモからの割り込みの３種類
がある。第４図Ｂに割り込みがあつたときに実行
される割り込みルーチンを示す。

U.S.S.制御回路１、ダイナモまたは内部時計の
割り込みがあつたときは最初にn10において各種
レジスタの内容を退避する。割り込みが時計割り
込みである場合はn11→n12へ進み、そうでない
場合はn11→n13へと進む。n13においては、マイ
クロコンピユータ７のポートＲ１１の信号状態を
チエツクする。そしてU.S.S.制御回路出力の立ち
下がりであればその割り込みは受信パルスの初め
にあつたものであるから、高さデータを測定する
内部タイマデータを初期化し（n14）、さらにn15
において同タイマを起動する。一方、割り込みが
U.S.S.制御回路出力の立ち上がりのときに行われ
たものであれば、n13→n17→n18へと進み、n15
において起動した内部タイマを停止させ、さらに
n19においてフラグＦ３をセツトする。そして
n20でレジスタの内容を復帰させてメインルーチ
ンへと戻る。以上の動作により、内部タイマは刈
取り部の高さに比例する受信パルスのパルス幅を
記憶することになる。すなわち、内部タイマデー
タは、通常の場合測定高さに対応することにな
る。所定時間（６ミリ秒）内に受信信号が来なか
つた場合には、この内部タイマデータはオーバー
フローしている。このオーバーフロー状態は後述
の高さデータ更新サブルーチンでチエツクされ、
オーバーフローしているときにはそのデータは無
効データとして捨てられる。なお、割り込みがエ
ンジンのダイナモから行われたものであれば、
n17→n21へと進み、ここでエンジン回転数の計
測処理を行う。さらにこの場合には、エンジン回
転数計測処理を行つたときにポートＲ１１にU.S.
S.制御回路出力の立ち下がりまたは立ち上がりタ
イミングが来るときがあるので、この場合には次
回の測定高さデータに誤差が生じることになるか
ら、n24においてデータ無効フラグＦ２をセツト
する。したがつて今回の測定高さデータは、フラ
グＦ２がセツトされているために後述するように
無効データとして捨てられる。

上記のようにn19においてフラグＦ３がセツト
されると、メインルーチンにおいてn2→n3→n4
へと進んで、高さデータ更新サブルーチンが実行
される。

第４図Ｃはこの高さデータ更新サブルーチンの
フローチヤートである。

まずn30において、データ無効フラグＦ２の状
態を判定する。前述のようにエンジン回転数計測
処理を行つたときにU.S.S.制御回路出力の立ち上
がりまたは立ち下がりのタイミングが一致すれ
ば、n24においてデータ無効フラグＦ２がセツト
される。このため、次にこの高さデータ更新サブ
ルーチンが実行されると、n30→n38へと進み、
このサブルーチンが実行されずにメインルーチン
にリターンする。すなわち高さデータは更新され
なくなる。データ無効フラグＦ２がセツトされて
いないときは、次にn31へ進み、内部タイマがオ
ーバーフローしているかどうかを判定する。内部
タイマは８ビツトで構成され、最大スケールで
1044ミリまで計測可能となるようにクロツクのパ
ルス幅が決定されている。したがつて内部タイマ
がオーバーフローするのは、測定データが1044ミ
リ以上になつたときである。この状態は候際には
上述したように、送信後６ミリ秒以内に受信信号
が無かつたときに対応する。この場合はn39へと
進み、領域Ａ１６のセンシングエラーカウンタを
インクリメントしてメインルーチンへリターンす
る。内部タイマがオーバフローをしていない場合
は、n32へ進み、内部タイマデータ、すなわち測
定高さデータを領域Ａ３のHnにストアする。続
いてそのストアされた測定高さデータと領域Ａ１
３の所定の基準高さデータH0とを比較する。デ
ータHnがデータH0より大きい場合にはn34を実
行する。またそうでない場合には、n35を実行す
る。n34においては、前回に算出した領域Ａ２の
平均高さデータHaと前回に測定した測定高さデ
ータHnとの２個のデータの平均値を今回の平均
高さデータHaとして算出する。n35においては、
前回算出した平均高さデータHaとデータHnから
データHn−６までの過去７回の測定データとの
平均値を今回の平均高さデータHaとする。すな
わち、今回の測定データが基準高さデータH0以
上である場合には２個のデータの平均を取り、デ
ータHnがデータH0より小さい場合には８個のデ
ータの平均を取るようにしている。刈取り部の高
さが非常に高い状態から適当な間隔でサンプリン
グしながら測定データを得る場合、平均高さデー
タを求めるために使用するデータが多くなると古
いデータの重みが大きくなつて実際の高さと平均
高さデータの差が大きくなる。このためにオーバ
シユートが生じやすくなる。一方、刈取り部の高
さが比較的高くない状態から目標高さに接近する
場合においては、平均高さデータを求めるのに多
くの測定データを用いても、古いデータの重みが
大きくならず、むしろ平均高さデータの変動がな
くなつて安定性を増す。したがつて、このように
今回の測定データが一定の基準高さデータ以上で
ある場合にはn34において２個のデータのみの平
均を取り、同測定高さデータが同基準高さデータ
よりも小さい場合には８個のデータの平均を取る
ようにすることによつて、オーバーシユートの防
止と目標高さ付近での刈取り部の安定性を実現す
ることが出来る。以上のn34またはn35において
平均高さデータHaを領域Ａ２にストアすると、
続いてn36において領域Ａ４〜Ａ９のデータを一
つずつ古いデータに更新する。さらにn31におい
て測定データが一定の高さ以下であつたから、セ
ンシングエラーカウンタをデクリメントし、メイ
ンルーチンへ戻る。こうして高さデータ更新サブ
ルーチンでは、次に刈高さ制御を行うための参照
データとなる平均高さデータHaを求める動作を
する。

メインルーチンのn4において高さデータ更新
サブルーチンを実行すると、次に刈高さ制御サブ
ルーチンを実行する。第４図Ｄはこの刈高さ制御
サブルーチンのフローチヤートである。

まずn40において、刈高さ微調整器VRの設定
位置のデータを領域Ａ１０のΔHにストアする。
領域Ａ１１に予め設定されている目標高さデータ
にこのΔHのデータを加算し、この加算結果を上
記刈高さデータ更新サブルーチンで求めた平均高
さデータから差し引く。そしてその減算結果を偏
差として領域Ａ１２にストアする。その偏差が正
である場合、刈取り部下降フラグＦ１をセツト
し、負である場合刈取り部上昇フラグＦ０をセツ
トする（n43、n44）。続いてn41で求めた偏差に
基づき、第３図に示すテーブルから電磁弁駆動パ
ルスのオンタイム時間、すなわちデユーテイ比を
決定する（n45）。n46では偏差が不感帯幅、すな
わち０〜20.4ミリメータ以内にあるかどうかを判
定する。もし、その不感帯幅内にある場合には、
n56へ移つて電磁弁をオフして終了する。偏差が
不感帯幅を越える場合にはn47でその偏差が領域
Ａ１４に記憶する基準高さデータH1より大きい
か小さいかを判定する。この基準高さデータH1
は、261ミリメータに設定されている。第３図の
テーブルに示すように、偏差が261ミリメータ以
上である場合にはオンタイムは連続となり、それ
より小さい場合には電磁弁の駆動パルスが間欠パ
ルスとなる。したがつてn44で偏差が基準高さデ
ータH1より大きい場合には、n48、n49において
フラグＦ０，Ｆ１をチエツクし、フラグＦ０がセ
ツト状態であれば刈取り部を連続上昇させ、フラ
グＦ１がセツト状態であれば刈取り部を連続下降
させる。また、偏差が基準高さデータH1より小
さければ、n52、n53でフラグＦ０，Ｆ１の状態
をチエツクし、フラグＦ０がセツト状態にあれば
刈取り部を間欠上昇させ（n54）、フラグＦ１が
セツト状態であれば刈取り部を間欠下降させる
（n55）。この場合の刈取り部の間欠駆動に対する
駆動パルスのデユーテイ比は第３図のテーブルに
示すように、偏差に対応するオンタイムの時間長
さによつて決定される。こうして偏差が基準高さ
データH1よりも大きい場合には、刈取り部を連
続上昇、または連続下降させ、次のサンプル時に
おいて基準高さデータH1より小さくなればその
偏差の大きさに応じて間欠下降または間欠上昇さ
せ、以下サンプル毎に得られる偏差の大きさに応
じて適正なデユーテイ比の駆動パルスによつて刈
取り部を目標高さに接近させることが出来る。な
お、n24においてフラグＦ２がセツトされた場
合、またはn18で内部タイマが停止したときその
タイマがオーバーフローしているときは高さデー
タ更新サブルーチンが実行されないために、刈取
り部の上下動作もないことになる。

以上の動作によつて、測定高さがそれ程高くな
い場合には平均化するデータの個数を多くして応
答時間を遅くし、刈取り部の上下動作の安定性を
実現することが出来る。また、測定高さが比較的
高い場合には平均化するデータの個数を多くして
応答時間を速くし、刈取り部の目標高さへの接近
を速やかに行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する刈高さ制御装置の
ブロツク図である。第２図は同制御装置のマイク
ロコンピユータに含まれるRAMの構成図であ
る。第３図は同RAMに記憶されるテーブルの内
容を示す図である。第４図Ａ〜Ｄは同制御装置の
動作を示すフローチヤートである。 １……超音波センサ制御回路、２……送信器、
３……受信器、７……マイクロコンピユータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定周期で駆動される非接触距離センサの出
   力に基づく測定高さを、前記非接触距離センサの
   駆動毎に測定順にｎ（ｎ＞２）個を記憶し、今回
   測定時の測定高さが所定値より小さいときは前記
   ｎ個の全部の値の平均を求め、所定値以上のとき
   は前記ｎ個のうち測定順の新しいｍ（ｍ＜ｎ）個
   の値の平均を求めて、それぞれの場合の平均高さ
   データを得、その平均高さデータの大きさに基づ
   いて刈高さを制御することを特徴とする、非接触
   距離センサを用いた刈高さ制御方法。