JPH09184501A - 昇降制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業装置の昇降制御を迅速に、かつ、オーバ
ーシュートを発生させずに行う。 【解決手段】 走行車体に連結されたプラウを駆動昇降
する油圧シリンダ２を備え、この油圧シリンダ２を制御
する制御弁１４を備え、プラウの対車体高さを設定する
レバー９を備え、プラウの対車体高さを計測するリフト
アームセンサ１１を備え、又、電気式の制御装置１３を
備えると共に、レバー９で設定される制御目標と、リフ
トアームセンサ１１で計測されるプラウの高さとの偏差
が大きいほどプラウの目標昇降速度を高く設定すると共
に、この偏差が大きいほど昇降作動時の加速度を高く設
定する速度設定手段Ａを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行車体の後端に
昇降自在に連結された作業装置を駆動昇降する油圧アク
チュエータを備え、この油圧アクチュエータを制御する
制御弁を操作具の操作に基づいて操作して作業装置の昇
降を行う昇降制御装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のように構成された昇降制御
装置として特開平３‐５６７０２号公報に示されるもの
が存在し、この従来例では作業装置の昇降制御時には現
在の作業装置の高さと目標高さとの偏差が大きいほど、
油圧アクチュエータに対する作動油を制御する制御弁の
目標開度を大きく設定すると共に、作業装置の昇降を開
始する際には制御弁が目標開度に達するまで徐々に開度
を拡大して昇降開始を円滑に行うと共に、作業装置が目
標高さに接近すると制御弁の開度を小さくして昇降速度
を低下させて円滑に停止させるように制御動作が設定さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来例では作
業装置の現在の高さと目標高さとの差（偏差）が大きい
ほど高速で作業装置の昇降を行うので迅速な昇降を可能
にすると共に、昇降の開始時と、昇降の停止時とには減
速するのでショックを発生させ難いという良好な面を有
するものである。しかし、従来例の構成では作業装置の
昇降開始時には制御目標に拘わらず開度を拡大するので
（従来例では開度の拡大率がどのように設定されるか記
載されていない）、作業装置を大きく昇降させる形態の
昇降制御を行う場合と、作業装置を僅かに昇降させる形
態の昇降制御を行う場合とを考えると、例えば、決まっ
た拡大率で制御弁の開度を制御するもので、開度の拡大
率が低く設定されているものでは、偏差が僅かな場合に
は作業装置の昇降に不都合を生じないものの、偏差が大
きい場合には作業装置が所望の昇降速度に達するまでに
時間を要して作業能率を低下させ、逆に、開度の拡大率
が高く設定されているものでは、偏差が大きい場合には
作業装置が所望の昇降速度に達するまでの時間を短縮で
きるものの、偏差が僅かな場合に作業装置をオーバシュ
ートさせることもあり改善の余地がある。

【０００４】本発明の目的は、制御の偏差が大きい場合
に作業能率を低下させず、偏差が小さい場合にはオーバ
シュートを発生させず円滑に作業装置を昇降させうる昇
降制御装置を合理的に構成する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は冒
頭に記したように、走行機体の後端に昇降自在に連結さ
れた作業装置を駆動昇降する油圧アクチュエータを備
え、この油圧アクチュエータを制御する制御弁を操作具
の操作に基づいて操作して作業装置の昇降を行う昇降制
御装置において、前記操作具で設定される制御目標と作
業装置の高さとの偏差が大きいほど前記作業装置の目標
昇降速度を高く設定すると共に、昇降作動時の速度増加
率を高く設定する速度設定手段を備えた点にあり、その
作用は次の通りである。

【０００６】本発明の第２の特徴は、前記作業装置の昇
降を開始した後、前記偏差が昇降開始時における偏差を
基づいて設定した値まで減少した時点で速度増加を停止
すると共に、この昇降時に設定された前記速度増加率と
比例する値の速度減少率で昇降速度の低減を図る減速手
段を備えて成る点にあり、その作用は次の通りである。

【０００７】本発明の第３の特徴は、前記油圧アクチュ
エータを油圧シリンダで構成し、前記制御弁を電磁操作
型に構成すると共に、前記設定手段の制御動作を、前記
偏差に基づいて制御弁の最大開度を設定し、又、前記偏
差に基づいて最大開度に達するまでの開度の増加率を設
定するよう制御弁に対する制御電流値を設定してある点
にあり、その作用は次の通りである。

【０００８】〔作用〕上記第１の特徴によると、操作具
で設定される制御目標と作業装置の高さとの偏差が大き
いほど、速度設定手段が作業装置の目標昇降速度を高く
設定すると同時に、昇降作動時の速度増加率を高く設定
するので、作業装置を大きく昇降させる場合には比較的
高い加速度で作業装置の増速を行い乍ら所望の昇降速度
までの増速を行う結果、作業能率を低下させ難く、又、
作業装置を僅かに昇降させる場合には比較的低い加速度
で増速を行い乍ら比較的低速度の昇降速度までの増速を
行う結果、作業装置をオーバシュートさせることもな
い。

【０００９】上記第２の特徴によると、作業装置の昇降
が開始され、この昇降によって偏差が昇降開始時におけ
る偏差を基準に設定した値まで減少した時点で、減速手
段が速度増加率と比例する値の速度減少率で作業装置の
昇降速度を低減するので、昇降開始時に偏差に拘わら
ず、無理なく減速してオーバシュート、ショックを発生
させずに昇降作動を停止し得るものとなる。

【００１０】上記第３の特徴によると、速度設定手段が
電磁操作型の制御弁を電気的に操作するので、該速度設
定手段を機械的な作動で制御弁を操作するものと比較し
て構造が簡単であり、作動部材の低減も可能なので精度
の高い制御も可能となる。

【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は農用トラクタの後部車体１
の側面を表したものであり、この車体１の後部には油圧
アクチュエータとしての油圧シリンダ２の作動で駆動昇
降自在に左右一対のリフトアーム３を備えると共に、こ
の車体１の後端には上下に揺動自在な単一のトップリン
ク４と、上下に揺動自在な左右一対のロアーリンク５と
で成る３点リンク機構を介して作業装置としてのプラウ
６を連結し、このロアーリンク５とリフトアーム３とを
リフトロッド７で吊下げ状態に連結することで油圧シリ
ンダ２の作動でプラウ６を昇降自在に構成してある。

【００１２】車体１の後部には作業者が着座する運転座
席８を備えてあり、この運転座席８の右側部にはプラウ
６の対車体高さを決める操作具としてのポジションレバ
ー９を備え、このポジションレバー９の基端部には該レ
バー９の操作位置を計測するポテンショメータ型の設定
器１０を備えている。又、リフトアーム３の基端部には
該リフトアーム３の揺動姿勢からプラウ６の対車体高さ
を計測するポテンショメータ型のリフトアームセンサ１
１を備え、更に、左右のロアーリンク５の基端部には耕
起作業時のプラウ６の牽引負荷を計測するよう差動トラ
ンス、歪みゲージ等で構成される牽引負荷センサ１２を
備えている。

【００１３】図２に示すように、マイクロプロセッサを
備えた制御装置１３に対して前記設定器１０、リフトア
ームセンサ１１、前記牽引負荷センサ１２からの信号が
入力する系が形成されると共に、油圧シリンダ２に対す
る作動油の給排油量を制御する制御弁としての電磁弁１
４に対する出力系が形成されている。又、電磁弁１４は
その電磁ソレノイドに供給される電流値が増大するほと
開度を大きくして作動油の給排量を増大しうるよう構成
されている。この制御装置１３では車体１を基準にした
高さまでプラウ６を昇降させるポジション制御と、図１
に示す如く圃場面をプラウ６で耕起する際にプラウ６に
作用する牽引負荷を牽引負荷センサ１２で計測し、この
計測結果を設定値に維持するよう該プラウ６を昇降する
制御とを行えるよう構成され、以下に、ポジション制御
の動作を説明する。

【００１４】このポジション制御では図３に示すよう
に、設定器１０からの信号とリフトアームセンサ１１か
らの信号とを入力すると共に、夫々からの信号ＰＳ，Ｐ
Ｒから偏差ΔＰを求める制御動作を制御装置１３に設定
された周期で入力する動作が設定され（＃１０１〜＃１
０３ステップ）、このように求めた偏差ΔＰに基づいて
次の制御が行われる。つまり、図４に示すように、偏差
ΔＰの絶対値が予め設定された不感帯Ｍの値より大きい
場合には昇降方向を判別すると共に、この偏差ΔＰに基
づいて最大流量ＱMAX と、流量増加率ΔＱと、減速開始
点Ｄとを求める（＃２０１〜＃２０３ステップ）。

【００１５】尚、不感帯Ｍは一定の幅を有した信号の領
域であり、この不感帯Ｍの領域内で偏差ΔＰの値が変動
することがあっても昇降制御を行なわず、例えば、プラ
ウ６が上下に振動しても昇降制御を回避するために設定
されている。尚、この制御動作のうち＃２０３ステップ
で請求項１の速度設定手段Ａが構成されている。

【００１６】次に、この最大流量ＱMAX と流量増加率Δ
Ｑとは偏差ΔＰに基づいて、該偏差ΔＰが大きいほど大
きい値が設定されるよう単純な演算、若しくは、予め設
定されたデータを読み出して設定されるものであり、
又、この最大流量ＱMAX は電磁弁１４の開度を最大に設
定した際の値を越えないものとなっている。減速開始点
Ｄは電磁弁１４で供給される作動油の量が最大流量ＱMA
X に達した後、流量増加率ΔＱと絶対値が等しい減少率
（マイナスのΔＱの値）で電磁弁１４を閉塞操作した際
に電磁弁１４が閉塞するタイミングで偏差ΔＰが０の
値、若しくは、不感帯Ｍの域に含まれるよう昇降開始時
点のリフトアームセンサ３の値を基準に設定されるもの
である。

【００１７】次に、最大流量ＱMAX と流量増加率ΔＱと
減速開始点Ｄとが設定されると、電磁弁１４を制御して
プラウ６の昇降を開始すると共に、流量増加率ΔＱを得
るよう電磁弁１４の電磁ソレノイドに供給する電流をＰ
ＷＭ変調等の手段によって増大し、最大流量ＱMAX に達
すると同時、若しくは、最大流量ＱMAX に達した後に、
リフトアームセンサ１１からの信号に基づいてプラウ６
の対車体高さが減速開始点Ｄに達したことが判別される
と（＃２０４，＃２０５ステップ）、流量増加率ΔＱと
絶対値が等しい減少率（マイナスのΔＱの値）を設定
し、この減少率が得られるように電磁ソレノイドに供給
する電流をＰＷＭ変調等の手段によって電磁弁１４を閉
塞方向に操作し、この操作の結果、偏差ΔＰが予め設定
された不感帯Ｍの域内に存在する状態に達した場合に、
電磁弁１４を完全に閉塞操作して昇降制御を停止するも
のとなっている（＃２０６〜＃２０９ステップ）。尚、
＃２０６ステップで請求項２の減速手段Ｂが構成されて
いる。

【００１８】このような制御動作を３種類例に挙げる
と、図５に示すように、プラウ６の現在の高さＰＲ（図
中には記載せず）を基準に大きさの異なる設定値（目標
値）ＰＳ（同図では時間軸と重ねた位置に表してある）
が設定されると、夫々の偏差ΔＰ（図中には記載せず）
に基づいて最大流量ＱMAX が設定されると同時に、流量
増加率ΔＱ（図中には記載せず）が設定され、最大流量
ＱMAX が制御弁の最大流量に達しないものでは作動スト
ロークの１／２の時点で減速開始点Ｄに達し、又、最大
流量ＱMAX が制御弁１４の最大流量に達するものでは最
大流量を供給している状態で減速開始点Ｄに達し、この
ように減速開始点Ｄに達すると、マイナスの流量増加率
ΔＱ、つまり、絶対値が流量増加率ΔＱと等しい値の流
量減少率で油量を減ずる操作を行い、この操作でプラウ
の高さが設定値（目標値）ＰＳ達すると偏差ΔＰも必然
的に「０」に達するものとなり、このタイミングで作動
油の給排を停止で昇降を停止するものとなっている。

【００１９】尚、この制御系ではポジションレバー９を
下げ方向に操作してプラウ６が圃場に接触して耕起可能
な高さに設定されると牽引負荷センサ１２からの信号を
フィードバックして自動的に牽引負荷制御が開始される
よう制御動作が設定され、この制御ではポジションレバ
ーを、より下げ方向に操作するほど牽引負荷制御の制御
目標値が大きい負荷の値に設定され、プラウ６の耕起深
度も深くなるよう制御動作が設定されている（制御動作
は詳述せず）。

【００２０】このように、本発明ではポジション制御モ
ードでプラウ６の昇降を行う場合にはポジションレバー
９で設定される制御目標と現在のプラウ６の高さとの差
が大きいほど、つまり、偏差ΔＰが大きいほど目標とす
る昇降速度を高速化し、又、この昇降速度に達するまで
の速度増大率（加速度）を大きくするので、迅速な昇降
が可能になると同時に、例えば、プラウ６で耕起作業を
開始する際にはポジションレバー９を大きく下げること
で、プラウ６の圃場への突入速度を高くして短時間のう
ちに所望の耕深を得るものとなっており、又、空中で大
きく昇降する場合には、高速、高加速度の円滑な作動で
短時間で目標高さまで昇降すると共に、インチングのよ
うに僅かな昇降を行う場合には、低速、低加速度で昇降
するのでオーバシュートの発生も抑制されるものとなっ
ている。

【００２１】〔別実施の形態〕本発明は上記実施の形態
以外に、例えば、ロータリ耕耘装置のポジション制御に
も適用することも可能である。

【００２２】

【発明の効果】従って、制御の偏差が大きい場合に作業
能率を低下させず、偏差が小さい場合にはオーバシュー
トを発生させず円滑に作業装置を昇降させうる昇降制御
装置が合理的に構成された（請求項１）。又、昇降の停
止時にも無理のない減速によってオーバーシュートを一
層発生させ難い状態で円滑に停止でき（請求項２）、電
気的制御によって単純で所望の動作を精度高く行えるも
のとなった（請求項３）。

【００２３】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】農用トラクタ後部の側面図

【図２】制御系のブロック回路図

【図３】偏差獲得ルーチンのフローチャート

【図４】ポジション制御ルーチンのフローチャート

【図５】ポジション制御時の作動油の供給量の変化をグ
ラフにした図

【符号の説明】

１ 走行車体 ２ 油圧アクチュエータ ９ 操作具 １４ 制御弁 Ａ 速度設定手段 Ｂ 減速手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行車体（１）の後端に昇降自在に連結
   された作業装置（６）を駆動昇降する油圧アクチュエー
   タ（２）を備え、この油圧アクチュエータ（２）を制御
   する制御弁（１４）を操作具（９）の操作に基づいて操
   作して作業装置（６）の昇降を行う昇降制御装置であっ
   て、 前記操作具（９）で設定される制御目標と作業装置
   （６）の高さとの偏差が大きいほど前記作業装置（６）
   の目標昇降速度を高く設定すると共に、昇降作動時の速
   度増加率を高く設定する速度設定手段（Ａ）を備えた昇
   降制御装置。
2. 【請求項２】 前記作業装置（６）の昇降を開始した
   後、前記偏差が昇降開始時における偏差を基づいて設定
   した値まで減少した時点で速度増加を停止すると共に、
   この昇降時に設定された前記速度増加率と比例する値の
   速度減少率で昇降速度の低減を図る減速手段（Ｂ）を備
   えて成る請求項１記載の昇降制御装置。
3. 【請求項３】 前記油圧アクチュエータ（２）を油圧シ
   リンダで構成し、前記制御弁（１４）を電磁操作型に構
   成すると共に、前記速度設定手段（Ａ）の制御動作を、
   前記偏差に基づいて制御弁（１４）の最大開度を設定
   し、又、前記偏差に基づいて最大開度に達するまでの開
   度の増加率を設定するよう制御弁（１４）に対する制御
   電流値を設定してある請求項１記載の昇降制御装置。