JP2009055795A

JP2009055795A - 作業車両

Info

Publication number: JP2009055795A
Application number: JP2007223399A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Ono; 弘喜小野
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】傾斜センサや加速度センサは高価な備品であり、できればそのような高価な備品を使用しないで作業機を適切に操縦できる走行車両を提供すること。
【解決手段】一対の後輪３，３の上部を覆う左右後部フェンダ２１，２１またはその近傍にそれぞれＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒを装着し、また走行車両の前方のカビネットの天井部にもＧＰＳアンテナ２０Ｆを装着し、アンテナ２０Ｌ，２０Ｒにより、またはアンテナ２０Ｌ，２０Ｒ，２０Ｆにより走行車両の左右方向又は前後方向の傾斜度合いをＧＰＳとの送受信で検出でき、作業機の水平制御などを行うので、その制御の精度が優れたものとなり、高価な角速度センサをはじめ、作業機姿勢制御用の各種センサが不要になる。
【選択図】図５

Description

本発明は、農業用トラクタ等の走行車両に関し、特にそのＧＰＳにより車両の傾きの程度を検出する検出装置を備えたことを特徴とする作業車両に関する。

トラクタには、車体の後部に昇降自在に対地作業機を連結し、対地作業機の左右ローリング姿勢を変更するためのアクチュエータを設け、車体若しくは対地作業機に設けた左右のローリング角を検出する傾斜センサの検出値に基づいて前記アクチュエータを駆動して、対地作業機のローリング姿勢を調整する対地作業機ローリング制御装置を備えているものが知られている。
特開２００７−８９４８２号公報

上記特許文献１のトラクタでは、車体または作業機の前後方向又は左右方向への傾斜度合いを検出する傾斜センサ、トラクタの旋回時の遠心力による振られ度合いを検出する加速度センサなどを備えており、これら傾斜センサや加速度センサなどの検出値に応じて走行車体に設けた油圧シリンダを操作して作業機による耕耘作業などを圃場を荒らさずに行っている。

しかし、これら傾斜センサや加速度センサは高価な備品であり、できればそのような高価な備品を使用しないで作業機を適切に操縦できることが望ましい。

本発明の課題は、傾斜センサや加速度センサなどの高価な備品を使用しないで作業機を適切に操縦できる走行車両を提供することである。

本発明の上記課題は、以下の解決手段で達成される。
請求項１記載の発明は、一対の前輪（２，２）と一対の後輪（３，３）と該一対の後輪（３，３）の上部を覆う左右後部フェンダ（２１，２１）を備え、後部に作業機（１２）を連結した走行車両において、左右後部フェンダ（２１，２１）またはその近傍にそれぞれＧＰＳアンテナ（２０Ｌ，２０Ｒ）を装着し、該ＧＰＳアンテナ（２０Ｌ，２０Ｒ）とＧＰＳとの送受信によりＧＰＳアンテナ（２０Ｌ，２０Ｒ）の位置情報を得て、該位置情報に基づき走行車両の左右方向の傾斜度合いを検出する検出装置を備えた作業車両である。

請求項２記載の発明は、走行車両の前方に、もう一つのＧＰＳアンテナ（２０Ｆ）を装着した請求項１記載の作業車両である。

請求項３記載の発明は、走行車両の左右後部フェンダ（２１，２１）またはその近傍にそれぞれ装着したＧＰＳアンテナ（２０Ｌ，２０Ｒ）の少なくとも一つを走行位置検出用のアンテナとして使用する請求項１記載の作業車両である。

請求項１記載の発明によれば、ＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒの位置情報で高度情報が得られるので走行車両の左右の高度差が分かり、それを基準として走行車両の左右方向の傾斜度合いが検出でき、高価な角速度センサをはじめ、作業機姿勢制御用の各種センサが不要になる。また、ＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒで得られた位置情報の検知結果に基づき作業機の水平制御などを行うので、その制御の精度が優れたものとなる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、ＧＰＳアンテナ２０Ｆ，２０Ｌ，２０Ｒの３つから得られる位置情報により走行車両の三次元上の位置が検出でき、車両の左右方向の傾斜だけでなく、前後方向の傾斜も検出できる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、ＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒの少なくとも一方を走行位置（緯度と経度）検出用のアンテナとして使用することができる。従って、ナビゲーションに使用するアンテナを作業機の制御用として利用出来ることになる。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
トラクタ１は、図１の側面図と図２の平面図に示すように、ホイール式走行装置を備えた四輪駆動車両であって、車体前部のエンジン取付フレーム４の中央上部にエンジン６を搭載し、このエンジン６の回転動力をミッションケース１３内の伝動機構を介して、機体前部左右の前輪２，２と、機体後部左右の後輪３，３に伝達して走行する構成となっている。またハンドル７を左右に回転操作すると、パワーステアリング装置を介して前記左右前輪２，２が操舵される構成となっている。ハンドル７の下方には変速レバー１５が設けられている。

また機体の後部には、左右の昇降シリンダ４３，４３により上下回動させるリフトアーム８，８が設けられている。このリフトアーム８，８の先端部と作業機装着用のロワーリンク９，９の中間部とがリフトロッド１１，１１により連結され、また、上部リンク１０及びロワーリンク９，９の後端部にロータリカバー１２ａを備えた対地作業機（図例ではロータリ作業機１２）が連結されていて、前記リフトアーム８，８を上下回動しロータリ作業機１２を昇降させる構成となっている。

エンジン６の回転動力は、図３に示すように、主クラッチ５ａを経てミッションケース１３に入力され、主クラッチ５ａを経た動力は、前輪２，２及び後輪３，３を駆動する走行系動力と作業機系動力の二系統に分岐伝動される。前記走行系動力は前後進変速部５ｂ、８段式の主変速部５ｃ、高中低の３段式の副変速部５ｄからなる走行変速装置５ｅを経て後輪デフ装置５０Ｒに伝動され、左右の後輪３，３を駆動する。また走行変速装置５ｅで変速された動力は、４ＷＤ切替装置５ｇを経由し、ミッションケース１３の前側に取り出され、前輪伝動軸５ｈを経て前車軸ケース内の前輪デフ装置５０Ｆに伝動され、左右の前輪２，２に伝達される。そして前記前後のデフ装置５０Ｆ，５０Ｒのデフ軸と出力軸間には、デフ作用をロックするデフロック装置３７Ａ，３７Ｂを備え、このデフロック装置３７Ａ，３７Ｂを図示しないデフロックシリンダの駆動により入切操作する構成となっている。

また作業機系動力は、エンジン６からＰＴＯクラッチ５ｉを経てＰＴＯ正逆切替装置５ｊ及びＰＴＯ変速装置５ｋを経由して、ミッションケース１３の後面部から後方に突出するＰＴＯ軸１４に取り出されロータリ作業機１２に伝達される。

また、図示しない前記油圧ポンプからの油圧は外部油圧取出装置（図示せず）を経て、作業機制御用の油圧が取り出され、図４に示す作業機水平制御用の水平制御弁３９を経て水平シリンダ４１に送られ、また、水平制御弁３９を経由した油圧が作業機昇降制御弁４２，４２を経て左右の昇降シリンダ４３に送られる構成である。

また、ロータリ作業機１２のロータリカバー１２ａの角度を一定として圃場の耕深を一定にするための耕深制御、作業機１２の昇降位置を制御する昇降制御及びリフトアーム８，８を下動する際に一定高さになると減速させるデセラ制御などが行われる。これらの制御は図示しない制御装置で常時行われている。

また、本実施例ではＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒを車両の左右の後部フェンダ２１，２１に各々配置し、車両の左右傾斜角度検出に利用することができる。またキャビン２２の天井部にもＧＰＳアンテナ２０Ｆを設けると、ＧＰＳからの信号処理により、地面からの高さ情報も含めて車両の三次元上の位置を読み取ることができるため、左右の後部フェンダ２１，２１に配置した２つのＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒとで、三次元上の機体配置が分かる。なお、ＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒは車両の操縦室の屋根の左右後方部位に配置してもよい。

前記３つのＧＰＳアンテナ２０Ｆ，２０Ｌ，２０Ｒからの入力信号により作業機昇降用の制御装置において、図５に示すフローチャートに従って作業機の耕耘時、代掻き時などにおける自動水平制御、耕深制御を行う。

前記３つのＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒ，２０Ｆからの入力信号を読み込み、三次元上の機体配置が分かると、次に、それがエンジン６の始動直後であれば、車両のＧＰＳ基準位置情報をクリアして、新たな基準位置情報をセットすべくメータパネル１８へ、そのセットのための操作指導メッセージを表示する。そして基準位置情報セットのための操作指導メッセージがメータパネル１８に表示されて、基準セットスイッチ（図示せず）の操作が行われると、新たに現在車両の各ＧＰＳアンテナ２０Ｆ，２０Ｌ，２０Ｒで得られた位置情報をメモリに記憶させる。

前記エンジン始動直後にセットする新たな基準位置情報は車両外に設置した固定局のＧＰＳアンテナ（図示せず）からの情報であり、常にこの固定局の位置情報と比較しながら検出誤差を少なくして、以下に述べる作業機の水平制御などを行うので、その制御の精度が優れたものとなる。

このように基準セットスイッチを設け、該基準セットスイッチのセット操作を実施した時の車両の各ＧＰＳアンテナ２０Ｆ，２０Ｌ，２０Ｒの三次元位置情報を基準として、以後検出する三次元位置情報と比較し、車両の左右、前後の傾斜を求めるようにしたので、初期位置（基準位置）からの傾斜確認ができ、圃場の状態に左右されずに車両の左右、前後の傾斜度合いの検出精度が高くなる。

また、ＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒの位置情報（複数のＧＰＳ信号を受信処理して、高度情報が得られる）を基準として走行車両の左右方向の高度差から、車体の傾斜度合いが検出できる。

また、エンジン始動後、基準セットスイッチの操作がないと、それを促すメッセージをメータパネル１８に表示（音声でも可）して指導する構成にすると、基準セット忘れをなくすことができる。こうしてエンジン始動時は常に過去記録基準値をクリアーして新たな基準値をセットし直すことで、ＧＰＳ情報に含まれている誤差情報に影響されずに最新データを利用することができる。

また、３つのＧＰＳアンテナ２０Ｆ，２０Ｌ，２０Ｒからの入力信号の読み込みがエンジン始動直後でない場合であって、基準位置情報セットのための操作済みである場合は現在車両の各ＧＰＳアンテナ２０Ｆ，２０Ｌ，２０Ｒで得られた位置情報とメモリに記憶されている各ＧＰＳアンテナ２０Ｆ，２０Ｌ，２０Ｒの基準位置情報（この値を車両の左右方向で水平であるとする）とを比較して、左右のＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒで得られた位置情報により車両の左右傾斜の度合いを演算する。またＧＰＳアンテナ２０Ｆと左右いずれかのＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒで得られた位置情報により車両の前後傾斜の演算を行う。

次いで、自動水平制御を行う場合はＥＣＵは自動水平制御信号の「入」を確認した後、前記算出した車両の左右傾斜値と設定された傾斜調整指示値との偏差に従って作業機の目標傾斜度合いを演算する。この演算値は水平シリンダ４１のストローク量に対応し、該ストローク量を検出するストロークセンサの検出目標値に相当する前記ストローク量が得られると、現在のストローク量と目標とするストローク量との比較により、その偏差分に対応したストロークを水平シリンダ（ローリングシリンダ）４１で行い、作業機を圃場面に対して水平にする。

また、自動水平制御信号が「入」でない場合には自動耕深制御信号が「入」であれば、耕深調整指示値と現在の車両前後傾斜より作業機の目標傾斜値を演算して求める。この演算値はリフトアーム８の昇降シリンダ４３のストローク量に対応し、該ストローク量を検出するストロークセンサの検出目標値に相当する前記ストローク量が得られると、現在のストローク量と目標とするストローク量との比較により、その偏差分に対応したストローク量の伸縮により昇降シリンダ４３で行い、作業機を圃場面に対して上下調節を行う。

こうして、従来技術のように傾斜センサや角速度センサ（旋回時の車体遠心力による振られ度合いを検出する「加速度センサ」と同義）を設置していなくても作業機の自動水平制御が可能になる。

上記ＧＰＳアンテナ２０Ｌ，２０Ｒの少なくとも一方を路上走行時と同様に走行位置検出用のアンテナとして使用することができ、ナビゲーションに使用するアンテナを作業機の制御用として利用出来ることになる。
傾斜センサや角速度センサをはじめ、作業機姿勢制御用の各種センサが不要になる。

また、地図との比較で走行位置が圃場内又は道路を検出し、圃場内での走行中と判定した場合は、前輪増速制御やオートブレーキ（ハンドルを切ると旋回内側の車軸にブレーキがかかる）などの自動制御装置の作動を有効にし、道路走行中と判定した場合には前記制御装置の作動を無効にする。また、バックアップ制御（作業中に後進操作すると作業機が自動的に上昇する制御）やオートリフト制御（旋回時には作業機を自動的に上昇させる制御）等その他制御装置も同様に圃場内又は道路走行中で切替できる構成にしても良い。

こうして、特に車速センサや負荷検知用のセンサを装着することなく、自動制御装置の作動を有効にするかどうかを判断でき、それぞれ、圃場内での作業中又は路上走行中におけるそれぞれに適したエンジン出力で走行可能となる。

また、路上走行中の判定時の方を圃場内走行中の判定時より走行負荷に対する出力を少なくなるような制御にして、走行安全性を高めた。
例えば、図６に示すようにエンジン回転数と負荷に対する出力値に差を持たせ、圃場走行中（図６（ｂ））より路上走行中の方（図６（ａ））を低くした。すなわち、ドループの勾配（出力負荷が作用するとエンジン回転数が下がるが、そのエンジン回転数の下がり勾配のこと）を圃場走行中（図６（ｂ））より路上走行中（図６（ａ））の方を勾配の傾斜をきつくした。すなわち、例えばエンジン回転数が２５００ｒｐｍで負荷が作用したときに、ｘｋＷの出力を維持しようとする場合に図６（ａ）ではｙ_１ｒｐｍのドロップがありますが、図６（ｂ）ではｙ_０ｒｐｍのドロップがあり、（ｙ_１ｒｐｍ＞ｙ_０ｒｐｍ）となる。同じ出力負荷があったときには路上走行時より、圃場走行時の方がエンジン出力に粘りが生じることになる。

また、トルクカーブ（エンジン回転数に対するトルク値の変化を示す曲線）の高さに差を持たせ、圃場走行作業中（図６（ｂ））はエンジン回転数が約１０００ｒｐｍで最高のトルク出力とし、路上走行中（図６（ａ））のエンジン回転数が約１５００〜２０００ｒｐｍで最高トルク出力とする場合より早目に最高出力を得るようにした。
こうして、特に他のセンサ等を設置することなく圃場での作業性を確保することが可能になった。

さらに、ＧＰＳアンテナで検出した車両の前後傾斜角度や左右傾斜角度が車両が持つ能力の転倒角以上になっている場合には、緊急事態と判断し車両に搭載している緊急通報システムを作動させて警報するような構成とする。こうして特別なセンサを付けることなくＧＰＳアンテナだけで異常事態判断が出来る。

本発明の作業車両は農業用車両として利用可能性が高い。

本発明の実施の形態のトラクタの側面図である。図１のトラクタの平面図である図１のトラクタの伝動構成図である。図１のトラクタの油圧回路を示す図である。図１のトラクタの傾斜をＧＰＳアンテナのＧＰＳとの送受信で行う手順を説明すフローチャートである。図１のトラクタのエンジン回転数と負荷に対する出力値の関係を示す図である。

符号の説明

１トラクタ２前輪
３後輪４エンジン取付フレーム
５ａ主クラッチ５ｂ前後進変速部
５ｃ主変速部５ｄ副変速部
５ｅ走行変速装置５ｇ４ＷＤ切替装置
５ｈ前輪伝動軸５ｉＰＴＯクラッチ
５ｊＰＴＯ正逆切替装置５ｋＰＴＯ変速装置
６エンジン７ハンドル
８リフトアーム９ロワーリンク
１０上部リンク１１リフトロッド
１２ロータリ作業機１２ａロータリカバー
１３ミッションケース１４ＰＴＯ軸
１５変速レバー１８メータパネル
２０ＧＰＳアンテナ２１後部フェンダ
２２キャビン３７Ａ，３７Ｂデフロック装置
３９水平制御弁４１水平シリンダ
４２作業機昇降制御弁４３昇降シリンダ
５０Ｆ前輪デフ装置５０Ｒ後輪デフ装置

Claims

一対の前輪（２，２）と一対の後輪（３，３）と該一対の後輪（３，３）の上部を覆う左右後部フェンダ（２１，２１）を備え、後部に作業機（１２）を連結した走行車両において、
左右後部フェンダ（２１，２１）またはその近傍にそれぞれＧＰＳアンテナ（２０Ｌ，２０Ｒ）を装着し、該ＧＰＳアンテナ（２０Ｌ，２０Ｒ）とＧＰＳとの送受信によりＧＰＳアンテナ（２０Ｌ，２０Ｒ）の位置情報を得て、該位置情報に基づき走行車両の左右方向の傾斜度合いを検出する検出装置を備えたことを特徴とする作業車両。
走行車両の前方に、もう一つのＧＰＳアンテナ（２０Ｆ）を装着したことを特徴とする請求項１記載の作業車両。
走行車両の左右後部フェンダ（２１，２１）またはその近傍にそれぞれ装着したＧＰＳアンテナ（２０Ｌ，２０Ｒ）の少なくとも一つを走行位置検出用のアンテナとして使用することを特徴とする請求項１記載の作業車両。