説明

乗用型芝刈り車両及びその制御方法

【課題】ペダルやステアリングの操作状況に応じて生ずる芝の損傷を防止するとともに車両にかかる負担を軽減することができる乗用型芝刈り車両及びその制御方法を提供する。
【解決手段】乗用型芝刈り車両1は、ペダル(後進アクセルペダル17及び前進アクセルペダル18)の操作量に応じて回転駆動され、ステアリングホイール16の操作量に応じて回転軸の角度が変更される車輪(前輪11a,11b及び後輪12)を備える車両であって、ペダルの操作量に基づいて目標とすべき車両の速度を算出する目標速度算出部38aと、車輪の回転軸の角度から車両の速度の制限値である車両速度制限値を設定する速度制限値設定部38bと、目標速度算出部38aの算出結果が車両速度制限値を超えている場合には、目標とすべき車両の速度を車両速度制限値に制限して車輪の回転駆動を制御するモータ制御部38cとを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業者が乗車して運転しながら芝の刈り取りを行うことが可能な乗用型芝刈り車両及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
乗用型芝刈り車両は、車輪が取り付けられた車体と、車体に設けられた昇降可能な芝刈りユニット(リール)とを備えており、作業者が車両に乗車して運転しながら芝の刈り取りを行うことが可能である。このため、乗用型芝刈り車両は、作業者が車両の後側から操作する手押し式(ウォークビハインド式)芝刈り車両よりも、例えばゴルフ場におけるグリーンや競技場等の広範な領域の芝を刈り取るのに適している。
【0003】
従来の乗用型芝刈り車両は、エンジン等の内燃機関を動力発生源等として備えており、内燃機関で発生する動力を用いて車輪や油圧シリンダ(芝刈りユニットを昇降させる油圧シリンダ)を駆動するものが多かった。しかしながら、近年では、温室効果ガスの一種である二酸化炭素(CO)の排出量を低減すべく、モータの動力を用いて走行や芝刈りユニットの駆動(昇降含む)を行うハイブリッド式或いは電動式の乗用型芝刈り車両の研究・開発が盛んに行われている。
【0004】
以下の特許文献1,2には、乗用型芝刈り車両やトラクタ等の車両において、旋回時に生ずる不安定さを解消する技術が開示されている。具体的に、以下の特許文献1には旋回動作が行われる場合にのみ片ブレーキ操作を可能とすることで旋回操作の簡略化と安全性の向上を図る技術が開示されている。また、以下の特許文献2には、旋回指示入力に応じて、予め定めた標準設定条件とは異なる特別設定条件に従って左右車輪の各走行駆動を制御することで、標準的な場合と異なる状況に適合した走行や旋回を可能とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平8−48218号公報
【特許文献2】特開2008−168870号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、競技場等の整地された場所では、乗用型芝刈り車両の姿勢がほぼ水平に保たれた状態で芝の刈り取りが行われる。このような場所では、芝の高さを一定に揃えるとともに、芝の刈り取り模様(縞模様)を綺麗にするために、走行速度及び旋回半径が一定になるように乗用型芝刈り車両が運転されることが殆どである。
【0007】
これに対し、傾斜のある山岳コースや起伏の激しいグリーン等では、乗用型芝刈り車両の姿勢が前後方向或いは左右方向に様々に変化する状況の下で芝の刈り取りが行われる。このような状況の下においては、姿勢の変化に応じて乗用型芝刈り車両の走行速度及び旋回半径を変化させる運転が必要になる。かかる運転がなされている場合に、作業者によるペダルやステアリングの操作状況に応じて、芝の損傷(所謂、芝切れ)が生じたり、或いは乗用型芝刈り車両に余計な負担がかかってしまうという問題が生ずる。
【0008】
例えば、作業者によってステアリングが左方向又は右方向に操作されて操舵輪の角度(操舵輪角度)が大きくなっているときに、ペダル(前進アクセルペダル)が過剰に操作されると、乗用型芝刈り車両に左方向又は右方向の大きな旋回力が作用する。このような旋回力が作用すると、芝の損傷が生じたり、或いは乗用型芝刈り車両に余計な負担がかかってしまう。
【0009】
ここで、モータは、一般的にエンジンに比べて低回転域(例えば、1000rpm程度の回転域)でも大きなトルクを得ることが可能である。このため、モータの動力を用いて走行等を行うハイブリッド式或いは電動式の乗用型芝刈り車両では、低速時において上記のような過剰なペダル操作がなされると、エンジンを備える従来の乗用型芝刈り車両よりも芝の損傷の度合いや、乗用型芝刈り車両かかる負担が大きくなると考えられる。
【0010】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ペダルやステアリングの操作状況に応じて生ずる芝の損傷を防止するとともに車両にかかる負担を軽減することができる乗用型芝刈り車両及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明の乗用型芝刈り車両は、ペダル(17、18)の操作量に応じて回転駆動され、ステアリング(16)の操作量に応じて回転軸の角度が変更される車輪(11a、11b、12)を備える乗用型芝刈り車両(1)において、前記ペダルの操作量に基づいて目標とすべき車両の速度を算出する算出手段(38a)と、前記車輪の回転軸の角度から車両の速度の制限値である車両速度制限値を設定する設定手段(38b)と、前記算出手段の算出結果が前記車両速度制限値を超えている場合には、前記目標とすべき車両の速度を前記車両速度制限値に制限して前記車輪の回転駆動を制御する制御手段(38c)とを備えることを特徴としている。
また、本発明の乗用型芝刈り車両は、前記設定手段が、前記車輪の回転軸の角度と前記車両速度制限値との関係を示すテーブル(T1)を有しており、当該テーブルを用いて前記車両速度制限値を設定することを特徴としている。
また、本発明の乗用型芝刈り車両は、車両の姿勢を検出する姿勢センサ(37)を備えており、前記設定手段が、前記車輪の回転軸の角度に加えて前記姿勢センサの検出結果に応じて前記車両速度制限値を設定することを特徴としている。
また、本発明の乗用型芝刈り車両は、前記設定手段が、前記車輪の回転軸の角度に応じた車両速度制限値を求め、前記姿勢センサの検出結果を用いて該車両速度制限値を補正することにより、前記車両速度制限値を設定することを特徴としている。
また、本発明の乗用型芝刈り車両は、前記車輪が、前記ペダルの操作量に応じて回転駆動される駆動輪(11a、11b)と、前記ステアリングの操作量に応じて回転軸の角度が変更される操舵輪(12)とからなることを特徴としている。
本発明の乗用型芝刈り車両の制御方法は、ペダル(17、18)の操作量に応じて回転駆動され、ステアリング(16)の操作量に応じて回転軸の角度が変更される車輪(11a、11b、12)を備える乗用型芝刈り車両(1)の制御方法であって、前記ペダルの操作量に基づいて目標とすべき車両の速度を算出する第1ステップ(S11、S12)と、前記車輪の回転軸の角度から車両の速度の制限値である車両速度制限値を設定する第2ステップ(S13、S14)と、前記第1ステップの算出結果が前記車両速度制限値を超えている場合には、前記目標とすべき車両の速度を前記車両速度制限値に制限して前記車輪の回転駆動を制御する第3ステップ(S17、S18)とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ペダルの操作量に基づいて目標速度を算出するとともに、車輪の回転軸の角度から車両速度制限値を設定し、算出された目標速度が車両速度制限値を超えている場合には目標速度を車両速度制限値に制限して車輪の回転駆動を制御しているため、ペダルやステアリングの操作状況に応じて生ずる芝の損傷を防止するとともに車両にかかる負担を軽減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態による乗用型芝刈り車両の外観を示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態による乗用型芝刈り車両の制御系統の要部構成を示すブロック図である。
【図3】乗用型芝刈り車両に設けられたステアリングホイールの操作角度を示す操作角度信号の一例を示す図である。
【図4】乗用型芝刈り車両の操舵輪角度と車両速度制限値との関係を示すテーブルを説明するための図である。
【図5】乗用型芝刈り車両1の姿勢に応じた車両速度制限値の補正量を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態による乗用型芝刈り車両で行われる速度制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による乗用型芝刈り車両及びその制御方法について詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による乗用型芝刈り車両の外観を示す斜視図である。図1に示す通り、本実施形態の乗用型芝刈り車両1は、フレーム10に支持される2つの前輪11a,11b(駆動輪)及び1つの後輪12(操舵輪)と、2つの前側芝刈りユニット13a,13b及び1つの後側芝刈りユニット14とを備えており、前輪11a,11b及び後輪12によって走行しつつ、走行経路に沿って前側芝刈りユニット13a,13b及び後側芝刈りユニット14により芝の刈り取りを行う。
【0015】
図1に示す乗用型芝刈り車両1は、モータで発生する動力を用いて走行を行うとともに、モータで発生する動力を用いて芝の刈り取りを行う電動式の乗用型芝刈り車両である。尚、乗用型芝刈り車両1が備える前側芝刈りユニット13a,13b及び後側芝刈りユニット14の各々には、刈り取られた芝(刈芝)を収容するバケットが取り付けられるが、図1ではバケットが取り外されている状態を図示している。
【0016】
フレーム10の略中央上部には、作業者が着席するシート15が配設されている。このシート15の前方上部にはステアリングホイール16(ステアリング)が設けられており、前方下部には後進アクセルペダル17(ペダル)、前進アクセルペダル18(ペダル)、及びブレーキペダル19が設けられている。シート15に着席した作業者によってステアリングホイール16が操作されることで乗用型芝刈り車両1の進行方向が定められ、後進アクセルペダル17、前進アクセルペダル18、及びブレーキペダル19が操作されることにより、乗用型芝刈り車両1の後進、前進、停止、及び走行速度が定められる。
【0017】
前輪11a,11bは、フレーム10の右側前方下部及び左側前方下部にそれぞれ配設されており、モータ41(図1では図示省略、図2参照)で発生する動力によって駆動される駆動輪であり、車両の左右方向に沿う回転軸の周りで回転可能にフレーム10に支持されている。後輪12は、フレーム10の中央後方下部に配設されており、ステアリングホイール16の回転量に応じて左右方向に揺動可能に構成されて操舵輪として機能する。後輪12の左右方向への揺動に合わせて後輪12の回転軸も揺動するため、ステアリングホイール16を回転させることにより乗用型芝刈り車両1の進行方向が変更される。
【0018】
前側芝刈りユニット13a,13bは、前輪11a,11bの各々の前方において昇降可能に支持されており、下降して前輪11a,11bの前方で地面に接している状態で芝の刈り取りを行う。これら前側芝刈りユニット13a,13bの各々は、前側ローラ21、電動リール22(回転刃)、不図示の後側ローラ、及びモータ24を備える。前側ローラ21及び不図示の後側ローラは、下降した状態にある前側芝刈りユニット13a,13bを地面上に支持するために設けられている。
【0019】
電動リール22は、芝を刈るための螺旋状の刃が側面に複数形成された略円柱形状の部材であって、回転軸が車両の左右方向に設定されており、モータ24によって駆動される。この電動リール22は、前側ローラ21と不図示の後側ローラとの間に配設され、刈り取った後の芝の高さの分だけ前側ローラ21及び不図示の後側ローラよりも上方に配置されている。尚、前側ローラ21及び不図示の後側ローラに対する電動リール22の高さ位置は、例えば数mm〜十数mm程度の範囲で微調整が可能である。
【0020】
フレーム10の前部には、中央部から右方向に延びる支持アーム25aと、中央部から左方向に延びる支持アーム25bとが設けられている。支持アーム25aは、その右端部において車両の前後方向における回転軸の周りで前側芝刈りユニット13aを揺動可能に支持しており、支持アーム25bは、その左端部において車両の前後方向における回転軸の周りで前側芝刈りユニット13bを揺動可能に支持している。このため、車両の左右方向に地面が傾斜していても、その傾斜に合わせて前側芝刈りユニット13a,13bを傾斜させることができる。
【0021】
支持アーム25a,25bには、電動アクチュエータとしての電動シリンダ26a,26bが取り付けられている。電動シリンダ26aが伸縮すると支持アーム25aの右端部が上下方向に移動し、これにより前側芝刈りユニット13aが昇降する。同様に、電動シリンダ26bが伸縮すると支持アーム25bの左端部が上下方向に移動し、これにより前側芝刈りユニット13bが昇降する。つまり、支持アーム25a,25b及び電動シリンダ26a,26bは、前側芝刈りユニット13a,13bを昇降させる昇降機構をなす。尚、図1では、前側芝刈りユニット13aが上昇しており、前側芝刈りユニット13bが下降している状態を図示している。
【0022】
後側芝刈りユニット14は、前輪11a,11bと後輪12との間において昇降可能に支持されており、下降して後輪12の前方で地面に接している状態で芝の刈り取りを行う。この後側芝刈りユニット14は、前側芝刈りユニット13a,13bと同様に、前側ローラ21、電動リール22(回転刃)、不図示の後側ローラ、及びモータ24を備えており、電動シリンダ26a,26bと同様の電動シリンダ(電動アクチュエータ)等を備える不図示の昇降機構によって昇降される。尚、後側芝刈りユニット14も、前側芝刈りユニット13a,13bと同様に、車両の前後方向における回転軸の周りで揺動可能に支持されており、車両の左右方向における地面の傾斜に合わせて傾斜が可能である。
【0023】
また、シート15の右側前方(ステアリングホイール16の右側)には、タッチパネル式の表示装置(例えば、液晶表示装置)27が設けられている。この表示装置27は、作業者の指示を入力するとともに、乗用型芝刈り車両1の現在の状態を示す情報等の各種情報を表示するものである。前側芝刈りユニット13a,13b及び後側芝刈りユニット14の昇降、及びこれらに設けられた電動リール22の始動・停止は、作業者が表示装置27を操作することによって入力される指示に応じて制御される。表示装置27に表示される情報としては、乗用型芝刈り車両1の走行速度、前側芝刈りユニット13a,13b及び後側芝刈りユニット14の各々に設けられた電動リール22の回転速度、及び芝の育成状況を示す情報等の情報である。
【0024】
尚、ステアリングホイール16の下方であって、前進アクセルペダル18とブレーキペダル19との間には、乗用型芝刈り車両1の前方を照明する照明装置28が設けられている。また、シート15の後方のフレーム10上には、乗用型芝刈り車両1を動作させる電力を供給するバッテリBが設けられている。具体的に、バッテリBから供給される電力は、前輪11a,11bを駆動するモータ41(図2参照)、後輪12を揺動させる駆動力を発生する電動シリンダ45に内蔵されるモータ42(図2参照)、前側芝刈りユニット13a,13b及び後側芝刈りユニット14の各々に設けられたモータ24、及び電動シリンダ26a,26bを駆動する動力を発生するモータ43a,43b(図2参照)等を駆動するために用いられる。
【0025】
図2は、本発明の一実施形態による乗用型芝刈り車両の制御系統の要部構成を示すブロック図である。尚、図2においては、図1に示した構成に相当するものについては同一の符号を付してある。図2に示す通り、乗用型芝刈り車両1は、DC/DCコンバータ31、ACモータドライバ32、電動シリンダ用ドライバ33、電動シリンダ用ドライバ34a,34b、ACモータドライバ35a,35b、速度センサ36、3Dジャイロセンサ37(姿勢センサ)、及び制御装置38を備える。尚、図2では、電力が伝達される経路を実線で表しており、制御系統に係る信号の経路を破線で表している。
【0026】
DC/DCコンバータ31は、バッテリBと各種ドライバ(ACモータドライバ32〜ACモータドライバ35b)との間に設けられ、制御装置38の制御の下で、バッテリBから各種ドライバに供給される直流電力の電圧変換を行うとともに、前輪11a,11bを駆動するモータ41で発生してバッテリBに回収される回生電力の電圧変換を行う。具体的には、バッテリBの出力電圧を昇圧して各種ドライバに印加し、或いはモータ41で発生する起電力を降圧してバッテリBに印加する。
【0027】
ACモータドライバ32は、バッテリBからDC/DCコンバータ31を介して供給される直流電力を用い、制御装置38の制御の下で、前輪11a,11bを駆動する動力を発生するモータ41を駆動する。尚、図2において、モータ41と前輪11a,11bとの間に設けられているブロック(符号44が付されたブロック)は、モータ41で発生する動力(回転動力)を、その回転数を減じて前輪11a,11bに伝達する減速ギア(減速器)を示している。また、ACモータドライバ32は、制御装置38の制御の下でモータ41を発電機として動作させ、モータ41で発生する回生電力を、DC/DCコンバータ31を介してバッテリBに回収させる。
【0028】
また、モータ41には、モータ41の回転数を検出するエンコーダ又はレゾルバ(図示省略)が設けられており、このエンコーダ等の検出結果を示す回転数信号S1がACモータドライバ32に入力されている。ACモータドライバ32は、制御装置38との間で通信を行って、回転数信号S1で示されるモータ41の回転数、モータ41に流れている電流、及びモータ41で発生しているトルク等の情報を送信する。
【0029】
電動シリンダ用ドライバ33は、バッテリBからDC/DCコンバータ31を介して供給される直流電力を用い、制御装置38の制御の下で、後輪12を揺動させる電動シリンダ45を駆動する動力を発生するモータ42を駆動する。このモータ42には、電動シリンダ45の駆動量(即ち、後輪12の揺動角)を検出するエンコーダ(図示省略)が設けられており、このエンコーダの検出結果を示す揺動角信号S2が電動シリンダ用ドライバ33に入力されている。電動シリンダ用ドライバ33は、制御装置38との間で通信を行って、揺動角信号S2で示される後輪12の揺動角等の情報を送信する。
【0030】
電動シリンダ用ドライバ34a,34bは、バッテリBからDC/DCコンバータ31を介して供給される直流電力を用い、制御装置38の制御の下で、電動シリンダ26a,26bを駆動する動力を発生するモータ43a,43bを駆動する。ACモータドライバ35a,35bは、バッテリBからDC/DCコンバータ31を介して供給される直流電力を用い、制御装置38の制御の下で、前側芝刈りユニット13a,13b及び後側芝刈りユニット14に設けられるモータ24を駆動する。
【0031】
ここで、前側芝刈りユニット13a,13b及び後側芝刈りユニット14に設けられるモータ24の各々には、それぞれの回転数を検出するエンコーダ又はレゾルバ(図示省略)が設けられており、このエンコーダ等の検出結果を示す回転数信号S3,S4がACモータドライバ35a,35bにそれぞれ入力されている。尚、図2では簡略化して図示しているが、ACモータドライバ35aは、前側芝刈りユニット13aに設けられるモータ24を駆動するドライバと、前側芝刈りユニット13bに設けられるモータ24を駆動するドライバとを含むものである。また、回転数信号S3は、前側芝刈りユニット13aに設けられるモータ24の回転数を示す信号と、前側芝刈りユニット13bに設けられるモータ24の回転数を示す信号とを含む信号である。
【0032】
速度センサ36は、乗用型芝刈り車両1の車速を検出するセンサである。この速度センサ36は、例えば減速ギア44と前輪11a,11bとの間の駆動軸(シャフト)に取り付けられた数十〜百超の歯を有する検出用ギア(歯車)が回転することによって発生するパルスを一定時間毎にカウントし、そのカウント結果から乗用型芝刈り車両1の車速を検出するセンサである。尚、上記のパルスの間隔(インターバル時間)から車速を検出するセンサを用いても良い。
【0033】
3Dジャイロセンサ37は、乗用型芝刈り車両1の姿勢を検出するセンサである。具体的には、水平面内における互いに直交する2つの軸(X軸,Y軸)の周りの回転角(θX,θY)及び水平面に直交する垂直方向の軸(Z軸)の周りの回転角(θZ)、並びにX軸,Y軸,Z軸各々の加速度を検出するセンサである。このため、車速の加減速及び坂の上り下りが判断できる。尚、ここでは乗用型芝刈り車両1の姿勢の検出に3Dジャイロセンサ37を用いる例について説明するが、3Dジャイロセンサ37に代えて乗用型芝刈り車両1の前後方向の傾きのみを検出する傾斜センサを用いることも可能である。以上の速度センサ36及び3Dジャイロセンサ37の検出結果は制御装置38に出力される。
【0034】
制御装置38は、乗用型芝刈り車両1を統括して制御する。具体的に、制御装置38は、入力される各種操作信号(操作角度信号S5及びペダル操作信号S6〜S8)と各種ドライバ(ACモータドライバ32〜ACモータドライバ35b)から送信されてくる信号とを参照しつつ、各種ドライバによる各種モータ(モータ24,41〜43b)の駆動量の制御を行う。また、制御装置38は、バッテリBの充電状態(SOC:State Of Charge)を監視し、DC/DCコンバータ31による電力消費量を制御するとともに、モータ41で発生する回生電力を用いたバッテリBの充電制御を行う。
【0035】
尚、上記の操作角度信号S5は、ステアリングホイール16の操作角度(ステアリング角度)を示す信号であり、ステアリングホイール16の操作角度を検出するエンコーダE1から出力される。また、上記のペダル操作信号S6〜S8は、後進アクセルペダル17、前進アクセルペダル18、及びブレーキペダル19の各々の操作量(踏み込み量)を示す信号である。
【0036】
図3は、乗用型芝刈り車両に設けられたステアリングホイールの操作角度を示す操作角度信号の一例を示す図である。尚、図3においては、横軸にステアリングホイール16の操作角度をとり、縦軸にエンコーダE1から出力される操作角度信号S5の電圧の大きさをとっている。図3では、ホームポジションにあるときのステアリングホイール16の操作角度を0[度]としており、ステアリングホイール16の操作角度が0[度]であるときの操作角度信号S5の電圧を0[V]としている。
【0037】
図3に示す通り、ステアリングホイール16の操作角度が−150〜150[度]の範囲にある場合には、エンコーダE1から出力される操作角度信号S5の電圧は−Vm〜Vm[V]の範囲で、ステアリングホイール16の操作角度に正比例する。これに対し、ステアリングホイール16の操作角度が−180〜−150[度]の範囲にある場合には操作角度信号S5の電圧は−Vm[V]に固定され、ステアリングホイール16の操作角度が150〜180[度]の範囲にある場合には操作角度信号S5の電圧はVm[V]に固定される。
【0038】
後輪12を揺動させる駆動力を発生する電動シリンダ45に内蔵されるモータ42は、操作角度信号S5に応じて駆動されるため、後輪12の回転軸の角度(操舵輪角度)は、ステアリングホイール16の操作角度が−150〜150[度]の範囲内にあるときに変化することになる。尚、上述した通り、この範囲を超えてステアリングホイール16が操作されても操作角度信号S5の電圧はVm[V]又は−Vm[V]に固定されるため、操舵輪角度も固定される。例えば、後輪12が−60〜60[度]の範囲で揺動可能な場合には、操舵輪角度は60[度]又は−60[度]に固定される。
【0039】
ここで、図2に示す通り、制御装置38は、目標速度算出部38a(算出手段)、速度制限値設定部38b(設定手段)、及びモータ制御部38c(制御手段)を備えており、操舵輪角度に応じて乗用型芝刈り車両1の速度を制限する制御を行う。かかる制御を行うのは、ステアリングホイール16が操作されて後輪12の操舵輪角度が大きくなっているときに、ペダル(後進アクセルペダル17又は前進アクセルペダル18)の過剰な操作がなされることによって生ずる芝の損傷を防止するとともに、車両にかかる負担を軽減するためである。
【0040】
目標速度算出部38aは、後進アクセルペダル17又は前進アクセルペダル18の操作量に基づいて、目標とすべき乗用型芝刈り車両1の速度(目標速度)を算出する。速度制限値設定部38bは、モータ42に設けられた不図示のエンコーダから出力される揺動角信号S2と、3Dジャイロセンサ37の検出結果とに応じて乗用型芝刈り車両1の速度の制限値である車両速度制限値を設定する。
【0041】
具体的に、速度制限値設定部38bは、操舵輪角度と車両速度制限値との関係を示すテーブルT1(図4参照)を有しており、このテーブルT1を用いて操舵輪角度に応じた車両速度制限値を設定する。図4は、乗用型芝刈り車両の操舵輪角度と車両速度制限値との関係を示すテーブルを説明するための図である。尚、図4では、横軸に乗用型芝刈り車両1の速度をとり、縦軸に操舵輪角度をとっている。
【0042】
速度制限値設定部38bが備えるテーブルT1は、乗用型芝刈り車両1の車両速度制限値が操舵輪角度毎に格納されたテーブルである。このテーブルT1の内容をグラフ化すると図4に示すグラフになる。図4において、直線L1は操舵輪角度が正であるときの車両速度制限値を示しており、直線L2は操舵輪角度が負であるときの車両速度制限値を示している。
【0043】
図4に示す通り、車両速度制限値L1,L2は、操舵輪角度の絶対値が小さくなるにつれて大きくなり、操舵輪角度の絶対値が大きくなるにつれて小さくなる。例えば、操舵輪角度が±30[度]である場合には車両速度制限値L1,L2は8[km/h]程度に設定されているのに対し、操舵輪角度が±60[度]に大きくなると車両速度制限値L1,L2は3[km/h]程度の小さな値が設定されている。つまり、後輪12の操舵輪角度の絶対値が大きくなっている程、車両速度が制限されることになる。
【0044】
ここで、操舵輪角度のみに基づいて速度を制限すると、乗用型芝刈り車両1の姿勢によっては停止する可能性が考えられる。例えば、乗用型芝刈り車両1が斜面を横方向(上り方向及び下り方向に交差する方向)に走行しているときに、作業者がステアリングホイール16を大きく操作してその斜面を前進して上る場合を考える。この場合には、ステアリングホイール16の操作によって操舵輪角度が大きくなるため、図4のテーブルT1に示す通り速度が制限されることになる。
【0045】
しかしながら、このような状況下において乗用型芝刈り車両1の速度を制限してしまうと、斜面を上るための勢いが得られず、その結果として乗用型芝刈り車両1が停止してしまうことが考えられる。このため、速度制限値設定部38bは、操舵輪角度を示す揺動角信号S2に加えて3Dジャイロセンサ37の検出結果に応じて車両速度制限値を設定することとしている。
【0046】
具体的に、速度制限値設定部38bは、揺動角信号S2に基づいて操舵輪角度に応じた車両速度制限値を求め、3Dジャイロセンサ37の検出結果を用いてこの車両速度制限値を補正することにより、乗用型芝刈り車両1の車両速度制限値を設定する。つまり、まず乗用型芝刈り車両1が平地を走行していると仮定して操舵輪角度に応じた車両速度制限値を求め、次いでこの車両速度制限値を乗用型芝刈り車両1の姿勢に応じて補正することにより、操舵輪角度と乗用型芝刈り車両1の姿勢とを加味した車両速度制限値を設定している。
【0047】
図5は、乗用型芝刈り車両1の姿勢に応じた車両速度制限値の補正量を示す図である。図5に示す通り、乗用型芝刈り車両1が平地を進行している場合(進行方向における重力加速度が零の場合)、及び乗用型芝刈り車両1の進行方向が登坂方向である場合には、車両速度制限値の補正量は零である。これに対し、乗用型芝刈り車両1の進行方向が下坂方向である場合には、進行方向における重力加速度の大きさが大きくなるにつれて車両速度制限値の補正量は二次関数的に増加する。このように、速度制限値設定部38bは、乗用型芝刈り車両1が下り坂を前進して下る場合、及び、乗用型芝刈り車両1が下り坂を後進して下る場合に、3Dジャイロセンサ37の検出結果に応じて車両速度制限値を補正する。
【0048】
モータ制御部38cは、目標速度算出部38aで算出された目標速度と、速度制限値設定部38bで設定された車両速度制限値とを用いてモータ41を制御する。具体的には、目標速度算出部38aで算出された目標速度が速度制限値設定部38bで設定された車両速度制限値を超えていない場合には、目標速度算出部38aで算出された目標速度が得られるようにモータ41を制御する。これに対し、目標速度算出部38aで算出された目標速度が速度制限値設定部38bで設定された車両速度制限値を超えている場合には、目標速度算出部38aで算出された目標速度を車両速度制限値に制限してモータ41を制御する。
【0049】
次に、上記構成の乗用型芝刈り車両1で行われる速度制御について説明する。図6は、本発明の一実施形態による乗用型芝刈り車両で行われる速度制御を示すフローチャートである。図6に示すフローチャートは、乗用型芝刈り車両1の電源が投入されることによって開始され、その後は予め設定された一定の時間毎に繰り返し実行される。
【0050】
乗用型芝刈り車両1の電源が投入されて制御が開始されると、まず制御装置38に設けられた目標速度算出部38aは、ペダル操作信号S6,S7からペダル(後進アクセルペダル17又は前進アクセルペダル18)の踏み込み量を取得する(ステップS11:第1ステップ)。次に、目標速度算出部38aは、取得したペダルの踏み込み量から乗用型芝刈り車両1の目標速度を算出する(ステップS12:第1ステップ)。
【0051】
また、以上のステップS11,S12の処理と並行して、制御装置38に設けられた速度制限値設定部38bは、電動シリンダ用ドライバ33との間で行われる通信によって得られる揺動角信号S2から後輪12の現在の操舵輪角度を取得する(ステップS13:第2ステップ)。そして、速度制限値設定部38bは、図4に示すテーブルT1を用いてステップS13で取得した操舵輪角度に応じた車両速度制限値を算出する(ステップS14:第2ステップ)。
【0052】
次に、速度制限値設定部38bは、3Dジャイロセンサ37の検出結果を取得し、この検出結果を用いてステップS14で算出した車両速度制限値を補正する(ステップS15)。具体的に、乗用型芝刈り車両1が下り坂を前進して下っており、又は、乗用型芝刈り車両1が下り坂を後進して下っている場合には、速度制限値設定部38bは3Dジャイロセンサ37の検出結果に応じて二次関数的に増加する補正量(図5参照)をもって車両速度制限値を補正する。これに対し、乗用型芝刈り車両1が平地を進行しており、又は、乗用型芝刈り車両1が上り坂を前進して上っており、若しくは、乗用型芝刈り車両1が上り坂を後進して上っている場合には、速度制限値設定部38bは車両速度制限値の補正は行わない。
【0053】
ステップS12,S15の処理が終了すると、モータ制御部38cは、ステップS12で算出された目標速度がステップS14で算出された車両速度制限値(ステップS15で補正された車両速度制限値)よりも大であるか否かを判断する(ステップS16)。この判断結果が「YES」である場合には、モータ制御部38cは、目標速度をステップS14で算出された車両速度制限値(ステップS15で補正された車両速度制限値)に設定する(ステップS17:第3ステップ)。そして、モータ制御部38cは、ステップS17で設定した目標速度が得られるようモータ41の制御を行う(ステップS18:第3ステップ)。
【0054】
これに対し、ステップS16の判断結果が「NO」である場合には、ステップS17の処理を省略し、ステップS12で算出した目標速度が得られるようモータ41の制御を行う(ステップS18)。つまり、モータ制御部38cは、ステップS12で算出された目標速度がステップS14で算出された車両速度制限値(ステップS15で補正された車両速度制限値)を超えていないため、ステップS12で算出された目標速度で乗用型芝刈り車両1の速度制御を行う。
【0055】
以上説明した通り、本実施形態では、ペダルの操作量に基づいて目標とすべき車両の速度を算出するとともに、操舵輪角度(後輪12の回転軸の角度)から乗用型芝刈り車両1の車両速度制限値を設定し、算出された目標速度が車両速度制限値を超えている場合には、目標とすべき車両の速度を車両速度制限値に制限してモータ41を制御している。このため、ペダル(後進アクセルペダル17又は前進アクセルペダル18)やステアリングホイール16の操作状況に応じて生ずる芝の損傷を防止するとともに乗用型芝刈り車両1にかかる負担を軽減することができる。
【0056】
以上、本発明の一実施形態による乗用型芝刈り車両及びその制御方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、テーブルT1を用いて車両速度制限値を設定する例について説明したが、必ずしもテーブルを用いる必要はない。図4に示す車両速度制限値L1,L2を求める演算式や関数等を速度制限値設定部38bに格納しておき、この演算式や関数等を用いて車両速度制限値を求めても良い。
【0057】
また、上記実施形態で説明した乗用型芝刈り車両1は、駆動輪としての前輪11a,11bと操舵輪としての後輪12とを別々に備える構成であった。しかしながら、駆動輪と操舵輪とを兼ねる車輪(駆動操舵輪)を備える乗用型芝刈り車両にも本発明を適用することが可能である。尚、駆動操舵輪とされるのは前輪のみであっても良く、後輪のみであっても良く、或いは前輪と後輪との双方であっても良い。
【0058】
また、上記実施形態では、モータで発生する動力を用いて走行を行うとともに、モータで発生する動力を用いて芝の刈り取りを行う電動式の乗用型芝刈り車両を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、動力発生源としてエンジン及びモータを備えており、これらの動力発生源で発生する動力を用いて走行を行うハイブリッド式の乗用型芝刈り車両にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【0059】
1 乗用型芝刈り車両
11a,11b 前輪
12 後輪
16 ステアリングホイール
17 後進アクセルペダル
18 前進アクセルペダル
37 3Dジャイロセンサ
38a 目標速度算出部
38b 速度制限値設定部
38c モータ制御部
T1 テーブル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ペダルの操作量に応じて回転駆動され、ステアリングの操作量に応じて回転軸の角度が変更される車輪を備える乗用型芝刈り車両において、
前記ペダルの操作量に基づいて目標とすべき車両の速度を算出する算出手段と、
前記車輪の回転軸の角度から車両の速度の制限値である車両速度制限値を設定する設定手段と、
前記算出手段の算出結果が前記車両速度制限値を超えている場合には、前記目標とすべき車両の速度を前記車両速度制限値に制限して前記車輪の回転駆動を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする乗用型芝刈り車両。
【請求項2】
前記設定手段は、前記車輪の回転軸の角度と前記車両速度制限値との関係を示すテーブルを有しており、当該テーブルを用いて前記車両速度制限値を設定することを特徴とする請求項1記載の乗用型芝刈り車両。
【請求項3】
車両の姿勢を検出する姿勢センサを備えており、
前記設定手段は、前記車輪の回転軸の角度に加えて前記姿勢センサの検出結果に応じて前記車両速度制限値を設定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の乗用型芝刈り車両。
【請求項4】
前記設定手段は、前記車輪の回転軸の角度に応じた車両速度制限値を求め、前記姿勢センサの検出結果を用いて該車両速度制限値を補正することにより、前記車両速度制限値を設定することを特徴とする請求項3記載の乗用型芝刈り車両。
【請求項5】
前記車輪は、前記ペダルの操作量に応じて回転駆動される駆動輪と、
前記ステアリングの操作量に応じて回転軸の角度が変更される操舵輪と
からなることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の乗用型芝刈り車両。
【請求項6】
ペダルの操作量に応じて回転駆動され、ステアリングの操作量に応じて回転軸の角度が変更される車輪を備える乗用型芝刈り車両の制御方法であって、
前記ペダルの操作量に基づいて目標とすべき車両の速度を算出する第1ステップと、
前記車輪の回転軸の角度から車両の速度の制限値である車両速度制限値を設定する第2ステップと、
前記第1ステップの算出結果が前記車両速度制限値を超えている場合には、前記目標とすべき車両の速度を前記車両速度制限値に制限して前記車輪の回転駆動を制御する第3ステップと
を有することを特徴とする乗用型芝刈り車両の制御方法。

【図1】
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【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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【公開番号】特開2012−70673(P2012−70673A)
【公開日】平成24年4月12日(2012.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−218229(P2010−218229)
【出願日】平成22年9月29日(2010.9.29)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】