作業車両
【課題】作業車両の傾斜地での直進走行性能を向上できるようにする。
【解決手段】左右の走行駆動輪１１・１２と、左右の走行駆動輪１１・１２の前方または後方に配置される補助輪（キャスタ輪１３・１４）と、前記左右の走行駆動輪１１・１２をそれぞれ回転駆動する左右一対の電動モータ１５・１６と、左右の走行駆動輪１１・１２の回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段（回転速度センサ１７・１８）と、進行方向及び車速を設定する操行手段となる旋回レバー２１・２２と、作業車両に発生するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ２５と、前記操行手段より算出された目標ヨーレイトになるように前記左右電動モータ１５・１６の回転数を変速してヨー制御する制御装置５０を備える作業車両において、操行手段で設定した進行方向が設定角度以内の直進走行の場合のみ、ヨー制御を行うようにした。
【解決手段】左右の走行駆動輪１１・１２と、左右の走行駆動輪１１・１２の前方または後方に配置される補助輪（キャスタ輪１３・１４）と、前記左右の走行駆動輪１１・１２をそれぞれ回転駆動する左右一対の電動モータ１５・１６と、左右の走行駆動輪１１・１２の回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段（回転速度センサ１７・１８）と、進行方向及び車速を設定する操行手段となる旋回レバー２１・２２と、作業車両に発生するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ２５と、前記操行手段より算出された目標ヨーレイトになるように前記左右電動モータ１５・１６の回転数を変速してヨー制御する制御装置５０を備える作業車両において、操行手段で設定した進行方向が設定角度以内の直進走行の場合のみ、ヨー制御を行うようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、左右の車輪をそれぞれ独立してモータにより駆動可能とした作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、それぞれ独立に走行駆動される主駆動輪となる左右車輪と、左右車輪とは独立に走行駆動される操向輪となるキャスタ輪と、作業機となる芝刈機とを備え、旋回操作子の旋回指示入力に応じ、左右車輪の各走行駆動とキャスタ輪の走行駆動とを制御して旋回可能に構成した芝刈車両は公知となっている。（特許文献１参照）。
特許文献１における芝刈車両では、旋回操作子の旋回指示入力に対応して、旋回中心を求め、旋回中心位置に対応する左右車輪の走行速度とキャスタ輪の走行速度を求めて、取得された走行速度に応じて左右車輪とキャスタ輪を走行駆動するように制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１における制御の場合、例えば、ゴルフ場などの芝刈作業において、フェアウエイに沿って傾斜地のラフの芝を刈り取るときには、等高線に沿って直進走行する場合がある。この場合、旋回操作子を直進方向に操作していても、機体の重力の影響を受けて、機体の進行方向は次第に斜面前下方へと進行してしまう。この状態を避けるには、作業者は常時進行方向を直進方向となるように、傾斜角度に合わせて修正しなければならず、この修正操向操作により機体の進行方向は蛇行することが避けられず、刈り残しが発生したり、仕上がりが悪くなったり、重複刈取部分が多くなり効率の悪い刈取作業となっていた。
【０００５】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、傾斜地での直進走行が容易にできる作業車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、左右の走行駆動輪と、左右の走行駆動輪の前方または後方に配置される補助輪と、前記左右の走行駆動輪をそれぞれ回転駆動する左右一対の電動モータと、左右の走行駆動輪の回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段と、進行方向及び車速を設定する操行手段と、作業車両に発生するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサと、前記操行手段より算出された目標ヨーレイトになるように前記左右電動モータの回転数を変速してヨー制御する制御装置を備える作業車両において、操行手段で設定した進行方向が設定角度以内の直進走行の場合のみ、ヨー制御を行うものである。
【０００８】
請求項２においては、前記ヨーレイトセンサの出力側に設定周波数以外の周波数を除去するフィルタを配置し、ヨーレイトセンサの出力オフセット及びドリフトをキャンセルするものである。
【０００９】
請求項３においては、前記ヨー制御は、ヨーレイトセンサで検出されるヨーレイトと、目標ヨーレイトとの偏差をＰＩＤ演算して補正値が算出され、前記ＰＩＤ演算におけるゲインは、ゲイン調整手段により調整可能とされるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、傾斜地での走行作業時において、等高線に沿った直進走行ではヨー制御が行われて、安定した直進走行が可能となり、効率よく作業ができる。また、定常円を描くような走行時にはヨー制御が却って邪魔をして不安定な走行となってしまうが、旋回時はヨー制御が行われないため、作業者が所望する方向に走行することが可能となる。
【００１２】
請求項２においては、ヨーレイトセンサにより検出しているときに発生する出力オフセット及びドリフトがキャンセルされるので、正確なヨーレイトでヨー制御を行うことができ、直進走行の精度を向上できる。
【００１３】
請求項３においては、ゲイン調整手段によりゲインを調整できるため、ヨー制御の効き具合を作業者の好み応じて容易に調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る芝刈作業車両の全体構成を示した平面図。
【図２】制御装置の構成を示す図。
【図３】芝刈作業車両の操行制御ブロック図。
【図４】制御フローチャート。
【図５】ＰＩＤ出力とヨー制御補正値との関係を示す図。
【図６】他の実施形態の芝刈作業車両の全体構成を示した平面図。
【図７】他の実施形態の制御ブロック図。
【図８】操舵角とステアリング係数との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の作業車両を芝刈作業車両１とした実施形態を、図１より全体構成から説明する。なお、以下において、矢印Ｆ方向を前方向とし、矢印Ｒ方向を右方向とし、矢印Ｌ方向を左方向と規定して説明する。
【００１６】
芝刈作業車両１は、機体フレーム２の後部左右両側に左右の走行駆動輪１１・１２が配置され、機体フレーム２の前部左右両側に補助輪となるキャスタ輪１３・１４が配置される。前記走行駆動輪１１・１２とキャスタ輪１３・１４の間の機体フレーム２の下方に作業機として芝刈機３が配置される。機体フレーム２の上部が運転操作部４とされ、前後略中央に作業者が着座する座席シート５が配置され、該座席シート５の左右両側に旋回操作及び変速操作を可能とする操行手段となる旋回レバー２１・２２や図示しない作業レバーや操作スイッチ等が配置される。また、機体の任意位置に制御装置５０が配置される。
【００１７】
前記走行駆動輪１１・１２はそれぞれ左右の電動モータ１５・１６の出力軸と連結され、それぞれ独立して駆動可能としている。電動モータ１５・１６は正逆転可能なモータであり、制御装置５０と接続され、正逆転駆動、及び、回転数を制御可能に構成されている。つまり、変速制御可能に構成している。なお、前記電動モータ１５・１６はホイルと一体的に構成したホイルインモータとすることも、電動モータ１５・１６の出力軸と走行駆動輪１１・１２の車軸との間に減速機構を配設して、電動モータ１５・１６を機体フレーム２に設ける構成とすることも可能である。また、電動モータの代わりにＨＳＴ式変速装置等の無段変速装置として、ソレノイド等の電動アクチュエータで送油量及び送油方向を切り換えて正逆転駆動、及び、回転数を制御可能に構成することも可能である。
【００１８】
前記電動モータ１５・１６の出力軸近傍、または、走行駆動輪１１・１２、または、減速機構には、走行駆動輪１１・１２の回転速度（回転数）を検知する回転速度検出手段となる回転速度センサ１７・１８が設けられている。該回転速度センサ１７・１８は制御装置５０と接続されている。
【００１９】
前記キャスタ輪１３・１４は、車輪を回転自在に支持する車軸がブラケット１９・２０に水平方向に支持され、該ブラケット１９・２０の上部から上方に支持軸が立設され、該支持軸が機体フレーム２に対して左右回転自在に支持される構成としている。よって、キャスタ輪１３・１４は左右方向に回転自在となっている。なお、補助輪となるキャスタ輪１３・１４は１輪とすることも可能であり、また、３輪以上に構成することも可能である。また、補助輪となるキャスタ輪１３・１４は前輪としているが、後輪とすることも可能である。つまり、走行駆動輪１１・１２を前輪、キャスタ輪１３・１４を後輪とすることもできる。
【００２０】
前記芝刈機３は、図示しない昇降リンク機構を介して機体フレーム２に対して昇降可能に連結されている。芝刈機３は、モアデッキ内に刈刃を回転可能に配置し、該刈刃をモータ等により回転駆動可能に構成している。なお、芝刈機３は機体フレーム２の下方に配置しているが、機体フレーム２の前方に配置することも、機体フレーム２の後方に配置することも、機体フレーム２の側方に配置することも可能であり限定するものではない。また、刈刃はブレード式やバリカン式やリール式等限定するものではない。
【００２１】
運転操作部４に設けた旋回レバー２１・２２は、それぞれ中立位置から前後方向に回動することにより左右対応する走行駆動輪１１・１２の回転方向及び回転速度を設定して、進行方向及び走行速度を変更するための手段である。具体的には、旋回レバー２１・２２を中立位置から前方への回動する回動角度が大きいほど、走行駆動輪１１・１２の前進回転速度が速くなり、芝刈作業車両１の前進走行速度が速くなる。また、旋回レバー２１・２２を中立位置から後方へ回動する回動角度が大きくなるほど、走行駆動輪１１・１２の後進回転速度が速くなり、芝刈作業車両１の後進走行速度が速くなる。
【００２２】
そして、左旋回レバー２１と右旋回レバー２２を同じ角度前方または後方へ回動すると直進走行ができる。また、左旋回レバー２１を右旋回レバー２２よりも大きく前方へ回動すると、左走行駆動輪１１の回転速度が右走行駆動輪１２の回転速度よりも大きくなり、左旋回することができる。右旋回レバー２２を左旋回レバー２１よりも大きく前方へ回動すると、右走行駆動輪１２の回転速度が左走行駆動輪１１の回転速度よりも大きくなり、右旋回することになる。そして、左右の旋回レバー２１・２２の回動角度差が大きいほど旋回半径は小さくなり（急旋回）、回動角度差が小さいほど旋回半径は大きくなる。旋回レバー２１・２２を後方へ回動したときも前記同様に旋回する。
【００２３】
また、左旋回レバー２１を前方に、右旋回レバー２２を後方に同じ角度回動すると、左走行駆動輪１１が前進回転し、右走行駆動輪１２が後進回転し、左方向に芯地旋回することができる。同様に、左旋回レバー２１を後方に、右旋回レバー２２を前方に同じ角度回動すると、右方向に芯地旋回することができる。
【００２４】
前記旋回レバー２１・２２の回動基部にはそれぞれ旋回レバー２１・２２の回動角度を検知するレバーセンサ２３・２４が設けられている。レバーセンサ２３・２４は制御装置５０と接続されている。こうして、旋回レバー２１・２２の回動がレバーセンサ２３・２４により検知されて、その検知信号が制御装置５０に入力され、該制御装置５０により左右の電動モータ１５・１６が前記旋回レバー２１・２２の回動角度に応じて駆動され、芝刈作業車両１を走行させることができる。
【００２５】
また、芝刈作業車両１にはヨーレイトセンサ２５が設けられ、制御装置５０と接続されている。ヨーレイトセンサ２５は車両の重心位置を通る鉛直軸回りの旋回挙動（ヨー角速度）をヨーレイトとして検出する。このヨーレイトは実ヨーレイトとして制御装置５０の補正値演算手段６２にフィルタ２８を介して入力される。
【００２６】
制御装置５０には、電動モータ１５・１６、回転速度センサ１７・１８、レバーセンサ２３・２４、ヨーレイトセンサ２５、ゲイン調節手段２６、傾斜センサ２７、図示しないバッテリと接続される。
【００２７】
制御装置５０は、ＣＰＵや記憶手段やモータドライバ６５やフィルタ２８等からなり、図２に示すように、指令値算出手段６０、目標ヨーレイト算出手段６１、補正値演算手段６２、補正手段６３、トルク指令値算出手段６４等を有する。ＣＰＵは中央演算処理装置であり、記憶手段は制御プログラムやマップ等を記憶したＲＯＭや入力したデータ等を記憶するＲＡＭであり、モータドライバ６５はインバータ回路で構成され、フィルタ２８は特定の周波数を通過させるローパスフィルタやハイパスフィルタ等で構成される。
【００２８】
制御装置５０は、前記各センサからの信号により、左右の電動モータ１５・１６の出力を制御する。つまり、左右の旋回レバー２１・２２の操作量に応じて進行方向の指令値を算出して、それぞれの指令値に応じてモータドライバ６５に指令し、モータドライバ６５から電動モータ１５・１６に駆動信号（モータ駆動電力）を出力する。
【００２９】
次に、図２、図３より走行制御（ヨー制御）を説明する。
指令値算出手段６０はレバーセンサ２３・２４からの信号（検出値）Ｖｒ・Ｖｌにより右電動モータ１６の目標回転速度指令値Ｖｒ＊と左電動モータ１５の目標回転速度指令値Ｖｌ＊をそれぞれ算出する。
【００３０】
目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊は後述する切替手段３０を介して目標ヨーレイト算出手段６１に入力される。
目標ヨーレイト算出手段６１は、算出された目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊から目標ヨーレイトγ＊を算出する。なお、ヨーレイトは平面視において、重心Ｇ位置を通る鉛直軸回りに反時計方向に回転する方向を正とし、逆方向を負としており、直進時はヨーレイトは０となる。
【００３１】
補正値演算手段６２は、目標ヨーレイトγ＊とヨーレイトセンサ２５により検出されたヨーレイト検出値γとの偏差に基づいて、左右の電動モータ１５・１６に関する補正値を演算する。
【００３２】
ヨーレイトセンサ２５により検出されたヨーレイト検出値γは、フィルタ２８を通過させて所望の検出値を得て、切替手段３０を介して後述するＰＩＤ演算部７０に入力される。前記フィルタ２８はハイパスフィルタやローパスフィルタ等で構成されており、ヨーレイトセンサ２５の出力には、零点の初期値がずれるオフセットが生じることがある。特に、温度変化などによって零点がずれる温度ドリフトが生じると、ヨーレイト検出値γは正確な値とならず、作業車両の直進性能や旋回性能を悪化させてしまう。そこで、このドリフトとなる低周波成分（ｆ１未満の周波数成分）をハイパスフィルタでキャンセル（除去）している。つまり、周波数ｆ１以上の周波数成分が得られる。
更に、この周波数ｆ１以上のヨーレイト検出値γのうち、走行時の振動等の原因により検出される高周波成分（周波数ｆ２以上）は、ローパスフィルタによりキャンセル（除去）している。
このようにして、ヨー制御に必要な周波数成分のみ補正値演算手段６２に入力して精度の高いヨー制御を可能としている。
【００３３】
補正値演算手段６２はＰＩＤ演算部７０とヨー制御特性演算部７１とを有する。ＰＩＤ演算部７０は目標ヨーレイトγ＊とヨーレイト検出値γとの偏差が入力されてＰＩＤ演算が行われ、この演算により得られたＰＩＤ出力はヨー制御特性演算部７１に入力される。ヨー制御特性演算部７１は左右の走行駆動輪１１・１２の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊に対応するヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌを演算する。
【００３４】
前記制御装置５０にはゲイン調節手段２６が接続されており、ゲイン調節手段２６はダイヤルやテンキー等からなる数値入力手段等により構成しており、ヨー制御の効き具合を、ゲイン調節手段２６によりゲイン（Ｇ）を変更して調節可能としている。つまり、ＰＩＤ演算部７０での制御対象（ヨー制御特性演算部７１）に対する入力（ｕ（ｔ））は、ゲイン（Ｇ）と偏差（γ＊−γ）の積（ｕ（ｔ）＝Ｇ×（γ＊−γ））により表せるので、このゲイン（Ｇ）をゲイン調節手段２６により変更（調節）することにより、ヨーレイト制御の効き具合を調節できるようにしている。具体的には、ゲインを増加させることにより応答速度が速くなり、目標方向に速く収束させることができ、ゲインを減少すると応答速度が遅くなり収束させるための時間が長くなる。なお、ゲインを大きくしすぎると発散してしまうので、走行に不都合が生じないように適宜調整する必要がある。なお、本実施形態ではＰＩＤ制御を行うため、比例ゲイン要素、積分ゲイン要素、微分ゲイン要素を有するので、各要素毎に別々にゲインを調整することも、一定の規則の元に一度に調整することもでき、限定するものではない。また、ＰＩ制御とすることもできる。
【００３５】
ヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌは、電動モータ１５・１６の最大回転数に対するＰＩＤ出力に対応する目標回転数の割合としている。本実施形態では記憶手段に記憶したマップより取得するようにしている。つまり、図５に示すように、横軸にＰＩＤ出力を表し、右ほどＰＩＤ出力が大きく、左側ほどＰＩＤ出力が小さくなることを表している。縦軸は、ヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌを表している。図５において、実線は左側の電動モータ１５のヨー制御補正値とＰＩＤ出力との関係を表し、破線は右側の電動モータ１６のヨー制御補正値とＰＩＤ出力との関係を表している。
【００３６】
前記切替手段３０は、目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊（またはレバーセンサ２３・２４からの信号Ｖｒ・Ｖｌ）と傾斜センサ２７の検出値（傾斜角度）αと設定手段３１による設定値に応じてヨー制御を行うか、行わないかが切り替えられる。または、設定手段３１でヨー制御を行うか、行わないかが切り替えられる。
本実施形態において、直進走行状態の場合のみヨー制御を行うことができる。つまり、左右の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊の差（Ｖｒ＊−Ｖｌ＊）が、設定手段３１により設定した値（Ｖｘ）より小さい場合（Ｖｘ＞｜Ｖｒ＊−Ｖｌ＊｜）には直進走行状態であるとしてヨー制御が行われる。これは、芝刈作業は高速走行速度で作業することはないので、旋回時であっても目標ヨーレイトγ＊とヨーレイト検出値γとの差は殆ど発生せず、ヨー制御を行う必要がない。しかし、グリーン回り等で略円形に芝刈作業を行う場合では、ヨー制御が邪魔をして却って定常円で旋回できないことがあった。そこで、左右の旋回レバー２１・２２の操作角度の差から得られる左右の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊の差（Ｖｒ＊−Ｖｌ＊）が、設定値Ｖｘ以上の場合には、ヨー制御が行われないように、切替手段３０に入力された目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊は目標ヨーレイト算出手段６１に出力しないようにしている。また、ヨーレイトセンサ２５からのヨーレイト検出値γも出力しないようにしている。言い換えれば、直進走行以外では切替手段３０によりヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌが、補正手段６３に出力しないようにしている。こうして、直進走行時においては、ヨー制御が行われるので、例え地表面の凹凸などで直進方向以外に機体の進行方向がずれても、直進方向に電動モータ１５・１６が回転制御駆動されて直進方向に修正されて、直進走行性能が向上されることとなる。
【００３７】
更に、切替手段３０の操作により、傾斜地、かつ、直進走行時には、ヨー制御を行うように制御し、平坦（水平）な作業面ではヨー制御は行わないように制御できる。この場合、傾斜センサ２７で検知した傾斜角度αが設定手段３１で設定した設定傾斜角度αｘ以上の傾斜作業面（｜α｜≧αｘ）であって、直進走行を行いながら作業を行うときには、切替手段３０から目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊が目標ヨーレイト算出手段６１に出力されて、ヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌを補正手段６３に出力し、ヨー制御が行われる。
また、傾斜センサ２７で検知した傾斜角度αが、設定傾斜角度αｘ未満の水平な作業面（｜α｜<αｘ）である場合には、切替手段３０から目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊が目標ヨーレイト算出手段６１に出力されず、ヨーレイト検出値γもＰＩＤ演算部７０に出力しないようにしている。こうして、設定傾斜角度αｘ以上の直進走行時のみヨー制御を行い、傾斜地走行時に重力の影響を受けて機体が傾斜下方（下り方向）へ進行することを防止し、直進性を向上させるようにし、設定傾斜角度αｘ未満の作業面の走行時には、作業が旋回レバー２１・２２で操作した所望する方向に走行することを可能としている。
【００３８】
また、ヨー制御を行う場合において、切替手段３０から出力されたヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌは、補正手段６３において左右の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊に乗じられて補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌが演算される。補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌは、トルク指令値算出手段６４に入力される。
【００３９】
トルク指令値算出手段６４は、ＰＩＤ演算部を備え、補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌと電動モータ１５・１６の出力回転を検出する回転速度センサ１７・１８からの回転速度検出値Ｖｒａ・Ｖｌａとの偏差がＰＩＤ演算部においてそれぞれＰＩＤ演算され、トルク指令値τｒ・τｌが算出される。該トルク指令値τｒ・τｌはモータドライバ６５に入力され、モータドライバ６５は、インバータよりなり、インバータにトルク指令値τｒ・τｌが入力され、トルク指令値τｒ・τｌに応じた電力を電動モータ１５・１６に供給し、走行駆動輪１１・１２を回転駆動する。つまり、電動モータ１５・１６はフィードバック制御が行われて、走行駆動輪１１・１２を回転駆動して旋回レバー２１・２２で操作した方向及び回転数で進行するようにしている。
【００４０】
次に、図４に示すフローチャートに従って制御を説明する。
まず、制御装置５０は、レバーセンサ２３・２４からの検出値Ｖｒ・Ｖｌを取得し（Ｓ１）、指令値算出手段６０により目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊を演算する（Ｓ２）。この左右の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊の差を演算し、直進かどうか、つまり、その差が設定値以内かどうか判断する（Ｓ３）。但し、レバーセンサ２３・２４の検出値Ｖｒ・Ｖｌの差から直進かどうかを判断してもよい。
【００４１】
ステップＳ３において、直進ではないとき、回転速度センサ１７・１８から走行駆動輪１１・１２の回転速度Ｖｒａ・Ｖｌａを取得し（Ｓ４）、回転速度Ｖｒａ・Ｖｌａと前記目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊との偏差からトルク指令値τｒ・τｌを演算し（Ｓ５）、左右の電動モータ１５・１６を旋回レバー２１・２２の操作に応じた速度となるように駆動する（Ｓ６）。
【００４２】
また、前記ステップＳ３において、目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊から目標ヨーレイトγ＊を算出する（Ｓ２１）。但し、傾斜した作業面での直進走行にヨー制御を行う場合には、ステップＳ３において、直進の場合には、傾斜センサ２７の検出値を取得し（Ｓ１０）、この傾斜が設定角度以上かどうか判断して（Ｓ１１）、設定角度未満の平坦な場所では、ステップＳ４に移行し、設定角度以上の傾斜値である場合には、ステップＳ２１に移行する。
【００４３】
次に、ヨーレイトセンサ２５からヨーレイト検出値γを取得し（Ｓ２２）、ヨーレイト検出値γはフィルタ２８により不要な周波数成分が除去されてフィルタ処理され（Ｓ２３）、補正値演算手段６２に入力される。補正値演算手段６２において、目標ヨーレイトγ＊とヨーレイト検出値γとの偏差がＰＩＤ演算処理されてヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌが演算される（Ｓ２４）。つまり、目標方向と実際の挙動の差から修正すようとするための補正値が演算される。
【００４４】
この演算されたヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌは補正手段６３により目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊に乗じられて補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌが演算される（Ｓ２５）。そして、回転速度センサ１７・１８から回転速度検出値Ｖｒａ・Ｖｌａが入力され（Ｓ２６）、この回転速度検出値Ｖｒａ・Ｖｌａと前記補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌとの偏差がそれぞれＰＩＤ演算されてトルク指令値τｒ・τｌが算出される（Ｓ２７）。つまり、目標方向と実際の挙動に差をなくすようにするために電動モータ１５・１６を駆動させるための指令値が演算される。該トルク指令値τｒ・τｌがモータドライバに入力されて電動モータ１５・１６を駆動するのである（Ｓ２８）。こうして、目標方向に進行させることができ、直進性を向上できるのである。
【００４５】
また、芝刈作業車両１は、図６に示すように、操行手段としてステアリングハンドル４０と変速ペダル４１とすることもできる。つまり、左右の旋回レバー２１・２２の代わりに、ステアリングハンドル４０により操向し、変速ペダル（またはアクセルペダル）４１により変速（加減速）する構成とすることも可能である。この場合の変速ペダル４１は前側を踏むと前進方向に加速され、後側を踏むと後進方向に加速される構成としているが、別に前後進切替手段を設けて一つのペダルで操作したり、前進ペダルと後進ペダルの二つのペダルを設けたり、または、ペダルの代わりにレバーで操作するように構成することも可能である。
【００４６】
この場合、ステアリングハンドル４０の回動部には角度センサからなる操向センサ４２が配設されて、ステアリングハンドル４０の回動角度を検知して進行方向（進行方向）を検知する。また、変速ペダル４１の回動基部には角度センサからなる変速センサ４３が配置され、踏込み方向及び踏込み角度（操作量）が検知される。そして、その他、電動モータ１５・１６や回転速度センサ１７・１８やヨーレイトセンサ２５やゲイン調節手段２６や傾斜センサ２７やフィルタ２８や切替手段３０等は前記同様に配置され、同様に制御される。
【００４７】
このような構成における制御システムを図７より説明する。指令値算出手段６０は、変速ペダル４１の踏込み量から目標速度Ｖｒ・Ｖｌを演算する。また、ステアリングハンドル４０の回動角（操舵角）からステアリング特性演算部７３において左右電動モータ１５・１６に対応するステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌが算出される。ステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌは、各電動モータ１５・１６における最大回転数に対する操舵角に対応する目標回転速度の割合である。この操舵角とステアリング係数の関係は記憶装置にマップデータとして記憶されている。
【００４８】
前記マップデータは、例えば、図８に示すように、ステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌと操舵角が表され、ステアリングハンドル４０を直進位置（中立位置）から右に回転させると、左走行駆動輪用のステアリング係数Ｖｋｌは一定に維持されるが、右走行駆動輪用のステアリング係数Ｖｋｒは直線的に徐々に低下する。また、ステアリングハンドル４０を直進位置（中立位置）から左に回転させると、右走行駆動輪用のステアリング係数Ｖｋｒは一定に維持されるが、左走行駆動輪用のステアリング係数Ｖｋｌは直線的に徐々に低下する。そして、操舵角が左右方向で設定角度よりも大きくなると、ステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌは負の値となる。但し、ステアリング係数と操舵角との関係における傾きは限定するものではない。
【００４９】
そして、前記ステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌが、それぞれ目標速度Ｖｒ・Ｖｌに乗じられて、目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊が演算される。この目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊は前記と略同じ値となり、目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊から目標ヨーレイトγ＊が算出され、前記同様の制御となり、詳細の説明は省略する。
【００５０】
以上のように、左右の走行駆動輪１１・１２と、左右の走行駆動輪１１・１２の前方または後方に配置される補助輪（キャスタ輪１３・１４）と、前記左右の走行駆動輪１１・１２をそれぞれ回転駆動する左右一対の電動モータ１５・１６と、左右の走行駆動輪１１・１２の回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段（回転速度センサ１７・１８）と、進行方向及び車速を設定する操行手段となる旋回レバー２１・２２と、作業車両に発生するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ２５と、前記操行手段より算出された目標ヨーレイトになるように前記左右電動モータ１５・１６の回転数を変速してヨー制御する制御装置５０を備える作業車両において、操行手段で設定した進行方向が設定角度以内の直進走行の場合のみ、ヨー制御を行うようにしたので、傾斜地での走行作業時において、等高線に沿った直進走行ではヨー制御が行われて、安定した直進走行が可能となり、効率よく作業ができる。また、定常円を描くような走行時にはヨー制御が却って邪魔をして不安定な走行となってしまうが、旋回時はヨー制御が行われないため、作業者が所望する方向に走行することが可能となる。
【００５１】
また、前記ヨーレイトセンサ２５の出力側に設定周波数以外の周波数を除去するフィルタ２８を配置し、ヨーレイトセンサ２５の出力オフセット及びドリフトをキャンセルするようにしたので、正確なヨーレイトでヨー制御を行うことができ、直進走行の精度を向上できる。
【００５２】
また、前記ヨー制御は、ヨーレイトセンサ２５で検出されるヨーレイトと、目標ヨーレイトとの偏差をＰＩＤ演算して補正値が算出され、前記ＰＩＤ演算におけるゲインは、ゲイン調整手段２６により調整可能とされるので、ヨー制御の効き具合を作業者の好み応じて容易に調節できる。
【符号の説明】
【００５３】
１１・１２ 走行駆動輪
１３・１４ 補助輪（キャスタ輪）
１５・１６ 電動モータ
１７・１８ 回転速度検出手段（回転速度センサ）
２１・２２ 旋回レバー
２３・２４ レバーセンサ
２６ ゲイン調整手段
２５ ヨーレイトセンサ
２８ フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、左右の車輪をそれぞれ独立してモータにより駆動可能とした作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、それぞれ独立に走行駆動される主駆動輪となる左右車輪と、左右車輪とは独立に走行駆動される操向輪となるキャスタ輪と、作業機となる芝刈機とを備え、旋回操作子の旋回指示入力に応じ、左右車輪の各走行駆動とキャスタ輪の走行駆動とを制御して旋回可能に構成した芝刈車両は公知となっている。（特許文献１参照）。
特許文献１における芝刈車両では、旋回操作子の旋回指示入力に対応して、旋回中心を求め、旋回中心位置に対応する左右車輪の走行速度とキャスタ輪の走行速度を求めて、取得された走行速度に応じて左右車輪とキャスタ輪を走行駆動するように制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１における制御の場合、例えば、ゴルフ場などの芝刈作業において、フェアウエイに沿って傾斜地のラフの芝を刈り取るときには、等高線に沿って直進走行する場合がある。この場合、旋回操作子を直進方向に操作していても、機体の重力の影響を受けて、機体の進行方向は次第に斜面前下方へと進行してしまう。この状態を避けるには、作業者は常時進行方向を直進方向となるように、傾斜角度に合わせて修正しなければならず、この修正操向操作により機体の進行方向は蛇行することが避けられず、刈り残しが発生したり、仕上がりが悪くなったり、重複刈取部分が多くなり効率の悪い刈取作業となっていた。
【０００５】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、傾斜地での直進走行が容易にできる作業車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、左右の走行駆動輪と、左右の走行駆動輪の前方または後方に配置される補助輪と、前記左右の走行駆動輪をそれぞれ回転駆動する左右一対の電動モータと、左右の走行駆動輪の回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段と、進行方向及び車速を設定する操行手段と、作業車両に発生するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサと、前記操行手段より算出された目標ヨーレイトになるように前記左右電動モータの回転数を変速してヨー制御する制御装置を備える作業車両において、操行手段で設定した進行方向が設定角度以内の直進走行の場合のみ、ヨー制御を行うものである。
【０００８】
請求項２においては、前記ヨーレイトセンサの出力側に設定周波数以外の周波数を除去するフィルタを配置し、ヨーレイトセンサの出力オフセット及びドリフトをキャンセルするものである。
【０００９】
請求項３においては、前記ヨー制御は、ヨーレイトセンサで検出されるヨーレイトと、目標ヨーレイトとの偏差をＰＩＤ演算して補正値が算出され、前記ＰＩＤ演算におけるゲインは、ゲイン調整手段により調整可能とされるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、傾斜地での走行作業時において、等高線に沿った直進走行ではヨー制御が行われて、安定した直進走行が可能となり、効率よく作業ができる。また、定常円を描くような走行時にはヨー制御が却って邪魔をして不安定な走行となってしまうが、旋回時はヨー制御が行われないため、作業者が所望する方向に走行することが可能となる。
【００１２】
請求項２においては、ヨーレイトセンサにより検出しているときに発生する出力オフセット及びドリフトがキャンセルされるので、正確なヨーレイトでヨー制御を行うことができ、直進走行の精度を向上できる。
【００１３】
請求項３においては、ゲイン調整手段によりゲインを調整できるため、ヨー制御の効き具合を作業者の好み応じて容易に調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る芝刈作業車両の全体構成を示した平面図。
【図２】制御装置の構成を示す図。
【図３】芝刈作業車両の操行制御ブロック図。
【図４】制御フローチャート。
【図５】ＰＩＤ出力とヨー制御補正値との関係を示す図。
【図６】他の実施形態の芝刈作業車両の全体構成を示した平面図。
【図７】他の実施形態の制御ブロック図。
【図８】操舵角とステアリング係数との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の作業車両を芝刈作業車両１とした実施形態を、図１より全体構成から説明する。なお、以下において、矢印Ｆ方向を前方向とし、矢印Ｒ方向を右方向とし、矢印Ｌ方向を左方向と規定して説明する。
【００１６】
芝刈作業車両１は、機体フレーム２の後部左右両側に左右の走行駆動輪１１・１２が配置され、機体フレーム２の前部左右両側に補助輪となるキャスタ輪１３・１４が配置される。前記走行駆動輪１１・１２とキャスタ輪１３・１４の間の機体フレーム２の下方に作業機として芝刈機３が配置される。機体フレーム２の上部が運転操作部４とされ、前後略中央に作業者が着座する座席シート５が配置され、該座席シート５の左右両側に旋回操作及び変速操作を可能とする操行手段となる旋回レバー２１・２２や図示しない作業レバーや操作スイッチ等が配置される。また、機体の任意位置に制御装置５０が配置される。
【００１７】
前記走行駆動輪１１・１２はそれぞれ左右の電動モータ１５・１６の出力軸と連結され、それぞれ独立して駆動可能としている。電動モータ１５・１６は正逆転可能なモータであり、制御装置５０と接続され、正逆転駆動、及び、回転数を制御可能に構成されている。つまり、変速制御可能に構成している。なお、前記電動モータ１５・１６はホイルと一体的に構成したホイルインモータとすることも、電動モータ１５・１６の出力軸と走行駆動輪１１・１２の車軸との間に減速機構を配設して、電動モータ１５・１６を機体フレーム２に設ける構成とすることも可能である。また、電動モータの代わりにＨＳＴ式変速装置等の無段変速装置として、ソレノイド等の電動アクチュエータで送油量及び送油方向を切り換えて正逆転駆動、及び、回転数を制御可能に構成することも可能である。
【００１８】
前記電動モータ１５・１６の出力軸近傍、または、走行駆動輪１１・１２、または、減速機構には、走行駆動輪１１・１２の回転速度（回転数）を検知する回転速度検出手段となる回転速度センサ１７・１８が設けられている。該回転速度センサ１７・１８は制御装置５０と接続されている。
【００１９】
前記キャスタ輪１３・１４は、車輪を回転自在に支持する車軸がブラケット１９・２０に水平方向に支持され、該ブラケット１９・２０の上部から上方に支持軸が立設され、該支持軸が機体フレーム２に対して左右回転自在に支持される構成としている。よって、キャスタ輪１３・１４は左右方向に回転自在となっている。なお、補助輪となるキャスタ輪１３・１４は１輪とすることも可能であり、また、３輪以上に構成することも可能である。また、補助輪となるキャスタ輪１３・１４は前輪としているが、後輪とすることも可能である。つまり、走行駆動輪１１・１２を前輪、キャスタ輪１３・１４を後輪とすることもできる。
【００２０】
前記芝刈機３は、図示しない昇降リンク機構を介して機体フレーム２に対して昇降可能に連結されている。芝刈機３は、モアデッキ内に刈刃を回転可能に配置し、該刈刃をモータ等により回転駆動可能に構成している。なお、芝刈機３は機体フレーム２の下方に配置しているが、機体フレーム２の前方に配置することも、機体フレーム２の後方に配置することも、機体フレーム２の側方に配置することも可能であり限定するものではない。また、刈刃はブレード式やバリカン式やリール式等限定するものではない。
【００２１】
運転操作部４に設けた旋回レバー２１・２２は、それぞれ中立位置から前後方向に回動することにより左右対応する走行駆動輪１１・１２の回転方向及び回転速度を設定して、進行方向及び走行速度を変更するための手段である。具体的には、旋回レバー２１・２２を中立位置から前方への回動する回動角度が大きいほど、走行駆動輪１１・１２の前進回転速度が速くなり、芝刈作業車両１の前進走行速度が速くなる。また、旋回レバー２１・２２を中立位置から後方へ回動する回動角度が大きくなるほど、走行駆動輪１１・１２の後進回転速度が速くなり、芝刈作業車両１の後進走行速度が速くなる。
【００２２】
そして、左旋回レバー２１と右旋回レバー２２を同じ角度前方または後方へ回動すると直進走行ができる。また、左旋回レバー２１を右旋回レバー２２よりも大きく前方へ回動すると、左走行駆動輪１１の回転速度が右走行駆動輪１２の回転速度よりも大きくなり、左旋回することができる。右旋回レバー２２を左旋回レバー２１よりも大きく前方へ回動すると、右走行駆動輪１２の回転速度が左走行駆動輪１１の回転速度よりも大きくなり、右旋回することになる。そして、左右の旋回レバー２１・２２の回動角度差が大きいほど旋回半径は小さくなり（急旋回）、回動角度差が小さいほど旋回半径は大きくなる。旋回レバー２１・２２を後方へ回動したときも前記同様に旋回する。
【００２３】
また、左旋回レバー２１を前方に、右旋回レバー２２を後方に同じ角度回動すると、左走行駆動輪１１が前進回転し、右走行駆動輪１２が後進回転し、左方向に芯地旋回することができる。同様に、左旋回レバー２１を後方に、右旋回レバー２２を前方に同じ角度回動すると、右方向に芯地旋回することができる。
【００２４】
前記旋回レバー２１・２２の回動基部にはそれぞれ旋回レバー２１・２２の回動角度を検知するレバーセンサ２３・２４が設けられている。レバーセンサ２３・２４は制御装置５０と接続されている。こうして、旋回レバー２１・２２の回動がレバーセンサ２３・２４により検知されて、その検知信号が制御装置５０に入力され、該制御装置５０により左右の電動モータ１５・１６が前記旋回レバー２１・２２の回動角度に応じて駆動され、芝刈作業車両１を走行させることができる。
【００２５】
また、芝刈作業車両１にはヨーレイトセンサ２５が設けられ、制御装置５０と接続されている。ヨーレイトセンサ２５は車両の重心位置を通る鉛直軸回りの旋回挙動（ヨー角速度）をヨーレイトとして検出する。このヨーレイトは実ヨーレイトとして制御装置５０の補正値演算手段６２にフィルタ２８を介して入力される。
【００２６】
制御装置５０には、電動モータ１５・１６、回転速度センサ１７・１８、レバーセンサ２３・２４、ヨーレイトセンサ２５、ゲイン調節手段２６、傾斜センサ２７、図示しないバッテリと接続される。
【００２７】
制御装置５０は、ＣＰＵや記憶手段やモータドライバ６５やフィルタ２８等からなり、図２に示すように、指令値算出手段６０、目標ヨーレイト算出手段６１、補正値演算手段６２、補正手段６３、トルク指令値算出手段６４等を有する。ＣＰＵは中央演算処理装置であり、記憶手段は制御プログラムやマップ等を記憶したＲＯＭや入力したデータ等を記憶するＲＡＭであり、モータドライバ６５はインバータ回路で構成され、フィルタ２８は特定の周波数を通過させるローパスフィルタやハイパスフィルタ等で構成される。
【００２８】
制御装置５０は、前記各センサからの信号により、左右の電動モータ１５・１６の出力を制御する。つまり、左右の旋回レバー２１・２２の操作量に応じて進行方向の指令値を算出して、それぞれの指令値に応じてモータドライバ６５に指令し、モータドライバ６５から電動モータ１５・１６に駆動信号（モータ駆動電力）を出力する。
【００２９】
次に、図２、図３より走行制御（ヨー制御）を説明する。
指令値算出手段６０はレバーセンサ２３・２４からの信号（検出値）Ｖｒ・Ｖｌにより右電動モータ１６の目標回転速度指令値Ｖｒ＊と左電動モータ１５の目標回転速度指令値Ｖｌ＊をそれぞれ算出する。
【００３０】
目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊は後述する切替手段３０を介して目標ヨーレイト算出手段６１に入力される。
目標ヨーレイト算出手段６１は、算出された目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊から目標ヨーレイトγ＊を算出する。なお、ヨーレイトは平面視において、重心Ｇ位置を通る鉛直軸回りに反時計方向に回転する方向を正とし、逆方向を負としており、直進時はヨーレイトは０となる。
【００３１】
補正値演算手段６２は、目標ヨーレイトγ＊とヨーレイトセンサ２５により検出されたヨーレイト検出値γとの偏差に基づいて、左右の電動モータ１５・１６に関する補正値を演算する。
【００３２】
ヨーレイトセンサ２５により検出されたヨーレイト検出値γは、フィルタ２８を通過させて所望の検出値を得て、切替手段３０を介して後述するＰＩＤ演算部７０に入力される。前記フィルタ２８はハイパスフィルタやローパスフィルタ等で構成されており、ヨーレイトセンサ２５の出力には、零点の初期値がずれるオフセットが生じることがある。特に、温度変化などによって零点がずれる温度ドリフトが生じると、ヨーレイト検出値γは正確な値とならず、作業車両の直進性能や旋回性能を悪化させてしまう。そこで、このドリフトとなる低周波成分（ｆ１未満の周波数成分）をハイパスフィルタでキャンセル（除去）している。つまり、周波数ｆ１以上の周波数成分が得られる。
更に、この周波数ｆ１以上のヨーレイト検出値γのうち、走行時の振動等の原因により検出される高周波成分（周波数ｆ２以上）は、ローパスフィルタによりキャンセル（除去）している。
このようにして、ヨー制御に必要な周波数成分のみ補正値演算手段６２に入力して精度の高いヨー制御を可能としている。
【００３３】
補正値演算手段６２はＰＩＤ演算部７０とヨー制御特性演算部７１とを有する。ＰＩＤ演算部７０は目標ヨーレイトγ＊とヨーレイト検出値γとの偏差が入力されてＰＩＤ演算が行われ、この演算により得られたＰＩＤ出力はヨー制御特性演算部７１に入力される。ヨー制御特性演算部７１は左右の走行駆動輪１１・１２の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊に対応するヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌを演算する。
【００３４】
前記制御装置５０にはゲイン調節手段２６が接続されており、ゲイン調節手段２６はダイヤルやテンキー等からなる数値入力手段等により構成しており、ヨー制御の効き具合を、ゲイン調節手段２６によりゲイン（Ｇ）を変更して調節可能としている。つまり、ＰＩＤ演算部７０での制御対象（ヨー制御特性演算部７１）に対する入力（ｕ（ｔ））は、ゲイン（Ｇ）と偏差（γ＊−γ）の積（ｕ（ｔ）＝Ｇ×（γ＊−γ））により表せるので、このゲイン（Ｇ）をゲイン調節手段２６により変更（調節）することにより、ヨーレイト制御の効き具合を調節できるようにしている。具体的には、ゲインを増加させることにより応答速度が速くなり、目標方向に速く収束させることができ、ゲインを減少すると応答速度が遅くなり収束させるための時間が長くなる。なお、ゲインを大きくしすぎると発散してしまうので、走行に不都合が生じないように適宜調整する必要がある。なお、本実施形態ではＰＩＤ制御を行うため、比例ゲイン要素、積分ゲイン要素、微分ゲイン要素を有するので、各要素毎に別々にゲインを調整することも、一定の規則の元に一度に調整することもでき、限定するものではない。また、ＰＩ制御とすることもできる。
【００３５】
ヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌは、電動モータ１５・１６の最大回転数に対するＰＩＤ出力に対応する目標回転数の割合としている。本実施形態では記憶手段に記憶したマップより取得するようにしている。つまり、図５に示すように、横軸にＰＩＤ出力を表し、右ほどＰＩＤ出力が大きく、左側ほどＰＩＤ出力が小さくなることを表している。縦軸は、ヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌを表している。図５において、実線は左側の電動モータ１５のヨー制御補正値とＰＩＤ出力との関係を表し、破線は右側の電動モータ１６のヨー制御補正値とＰＩＤ出力との関係を表している。
【００３６】
前記切替手段３０は、目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊（またはレバーセンサ２３・２４からの信号Ｖｒ・Ｖｌ）と傾斜センサ２７の検出値（傾斜角度）αと設定手段３１による設定値に応じてヨー制御を行うか、行わないかが切り替えられる。または、設定手段３１でヨー制御を行うか、行わないかが切り替えられる。
本実施形態において、直進走行状態の場合のみヨー制御を行うことができる。つまり、左右の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊の差（Ｖｒ＊−Ｖｌ＊）が、設定手段３１により設定した値（Ｖｘ）より小さい場合（Ｖｘ＞｜Ｖｒ＊−Ｖｌ＊｜）には直進走行状態であるとしてヨー制御が行われる。これは、芝刈作業は高速走行速度で作業することはないので、旋回時であっても目標ヨーレイトγ＊とヨーレイト検出値γとの差は殆ど発生せず、ヨー制御を行う必要がない。しかし、グリーン回り等で略円形に芝刈作業を行う場合では、ヨー制御が邪魔をして却って定常円で旋回できないことがあった。そこで、左右の旋回レバー２１・２２の操作角度の差から得られる左右の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊の差（Ｖｒ＊−Ｖｌ＊）が、設定値Ｖｘ以上の場合には、ヨー制御が行われないように、切替手段３０に入力された目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊は目標ヨーレイト算出手段６１に出力しないようにしている。また、ヨーレイトセンサ２５からのヨーレイト検出値γも出力しないようにしている。言い換えれば、直進走行以外では切替手段３０によりヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌが、補正手段６３に出力しないようにしている。こうして、直進走行時においては、ヨー制御が行われるので、例え地表面の凹凸などで直進方向以外に機体の進行方向がずれても、直進方向に電動モータ１５・１６が回転制御駆動されて直進方向に修正されて、直進走行性能が向上されることとなる。
【００３７】
更に、切替手段３０の操作により、傾斜地、かつ、直進走行時には、ヨー制御を行うように制御し、平坦（水平）な作業面ではヨー制御は行わないように制御できる。この場合、傾斜センサ２７で検知した傾斜角度αが設定手段３１で設定した設定傾斜角度αｘ以上の傾斜作業面（｜α｜≧αｘ）であって、直進走行を行いながら作業を行うときには、切替手段３０から目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊が目標ヨーレイト算出手段６１に出力されて、ヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌを補正手段６３に出力し、ヨー制御が行われる。
また、傾斜センサ２７で検知した傾斜角度αが、設定傾斜角度αｘ未満の水平な作業面（｜α｜<αｘ）である場合には、切替手段３０から目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊が目標ヨーレイト算出手段６１に出力されず、ヨーレイト検出値γもＰＩＤ演算部７０に出力しないようにしている。こうして、設定傾斜角度αｘ以上の直進走行時のみヨー制御を行い、傾斜地走行時に重力の影響を受けて機体が傾斜下方（下り方向）へ進行することを防止し、直進性を向上させるようにし、設定傾斜角度αｘ未満の作業面の走行時には、作業が旋回レバー２１・２２で操作した所望する方向に走行することを可能としている。
【００３８】
また、ヨー制御を行う場合において、切替手段３０から出力されたヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌは、補正手段６３において左右の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊に乗じられて補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌが演算される。補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌは、トルク指令値算出手段６４に入力される。
【００３９】
トルク指令値算出手段６４は、ＰＩＤ演算部を備え、補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌと電動モータ１５・１６の出力回転を検出する回転速度センサ１７・１８からの回転速度検出値Ｖｒａ・Ｖｌａとの偏差がＰＩＤ演算部においてそれぞれＰＩＤ演算され、トルク指令値τｒ・τｌが算出される。該トルク指令値τｒ・τｌはモータドライバ６５に入力され、モータドライバ６５は、インバータよりなり、インバータにトルク指令値τｒ・τｌが入力され、トルク指令値τｒ・τｌに応じた電力を電動モータ１５・１６に供給し、走行駆動輪１１・１２を回転駆動する。つまり、電動モータ１５・１６はフィードバック制御が行われて、走行駆動輪１１・１２を回転駆動して旋回レバー２１・２２で操作した方向及び回転数で進行するようにしている。
【００４０】
次に、図４に示すフローチャートに従って制御を説明する。
まず、制御装置５０は、レバーセンサ２３・２４からの検出値Ｖｒ・Ｖｌを取得し（Ｓ１）、指令値算出手段６０により目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊を演算する（Ｓ２）。この左右の目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊の差を演算し、直進かどうか、つまり、その差が設定値以内かどうか判断する（Ｓ３）。但し、レバーセンサ２３・２４の検出値Ｖｒ・Ｖｌの差から直進かどうかを判断してもよい。
【００４１】
ステップＳ３において、直進ではないとき、回転速度センサ１７・１８から走行駆動輪１１・１２の回転速度Ｖｒａ・Ｖｌａを取得し（Ｓ４）、回転速度Ｖｒａ・Ｖｌａと前記目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊との偏差からトルク指令値τｒ・τｌを演算し（Ｓ５）、左右の電動モータ１５・１６を旋回レバー２１・２２の操作に応じた速度となるように駆動する（Ｓ６）。
【００４２】
また、前記ステップＳ３において、目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊から目標ヨーレイトγ＊を算出する（Ｓ２１）。但し、傾斜した作業面での直進走行にヨー制御を行う場合には、ステップＳ３において、直進の場合には、傾斜センサ２７の検出値を取得し（Ｓ１０）、この傾斜が設定角度以上かどうか判断して（Ｓ１１）、設定角度未満の平坦な場所では、ステップＳ４に移行し、設定角度以上の傾斜値である場合には、ステップＳ２１に移行する。
【００４３】
次に、ヨーレイトセンサ２５からヨーレイト検出値γを取得し（Ｓ２２）、ヨーレイト検出値γはフィルタ２８により不要な周波数成分が除去されてフィルタ処理され（Ｓ２３）、補正値演算手段６２に入力される。補正値演算手段６２において、目標ヨーレイトγ＊とヨーレイト検出値γとの偏差がＰＩＤ演算処理されてヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌが演算される（Ｓ２４）。つまり、目標方向と実際の挙動の差から修正すようとするための補正値が演算される。
【００４４】
この演算されたヨー制御補正値Ｋｒ・Ｋｌは補正手段６３により目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊に乗じられて補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌが演算される（Ｓ２５）。そして、回転速度センサ１７・１８から回転速度検出値Ｖｒａ・Ｖｌａが入力され（Ｓ２６）、この回転速度検出値Ｖｒａ・Ｖｌａと前記補正後目標回転速度指令値Ｖｒｋｒ・Ｖｌｋｌとの偏差がそれぞれＰＩＤ演算されてトルク指令値τｒ・τｌが算出される（Ｓ２７）。つまり、目標方向と実際の挙動に差をなくすようにするために電動モータ１５・１６を駆動させるための指令値が演算される。該トルク指令値τｒ・τｌがモータドライバに入力されて電動モータ１５・１６を駆動するのである（Ｓ２８）。こうして、目標方向に進行させることができ、直進性を向上できるのである。
【００４５】
また、芝刈作業車両１は、図６に示すように、操行手段としてステアリングハンドル４０と変速ペダル４１とすることもできる。つまり、左右の旋回レバー２１・２２の代わりに、ステアリングハンドル４０により操向し、変速ペダル（またはアクセルペダル）４１により変速（加減速）する構成とすることも可能である。この場合の変速ペダル４１は前側を踏むと前進方向に加速され、後側を踏むと後進方向に加速される構成としているが、別に前後進切替手段を設けて一つのペダルで操作したり、前進ペダルと後進ペダルの二つのペダルを設けたり、または、ペダルの代わりにレバーで操作するように構成することも可能である。
【００４６】
この場合、ステアリングハンドル４０の回動部には角度センサからなる操向センサ４２が配設されて、ステアリングハンドル４０の回動角度を検知して進行方向（進行方向）を検知する。また、変速ペダル４１の回動基部には角度センサからなる変速センサ４３が配置され、踏込み方向及び踏込み角度（操作量）が検知される。そして、その他、電動モータ１５・１６や回転速度センサ１７・１８やヨーレイトセンサ２５やゲイン調節手段２６や傾斜センサ２７やフィルタ２８や切替手段３０等は前記同様に配置され、同様に制御される。
【００４７】
このような構成における制御システムを図７より説明する。指令値算出手段６０は、変速ペダル４１の踏込み量から目標速度Ｖｒ・Ｖｌを演算する。また、ステアリングハンドル４０の回動角（操舵角）からステアリング特性演算部７３において左右電動モータ１５・１６に対応するステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌが算出される。ステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌは、各電動モータ１５・１６における最大回転数に対する操舵角に対応する目標回転速度の割合である。この操舵角とステアリング係数の関係は記憶装置にマップデータとして記憶されている。
【００４８】
前記マップデータは、例えば、図８に示すように、ステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌと操舵角が表され、ステアリングハンドル４０を直進位置（中立位置）から右に回転させると、左走行駆動輪用のステアリング係数Ｖｋｌは一定に維持されるが、右走行駆動輪用のステアリング係数Ｖｋｒは直線的に徐々に低下する。また、ステアリングハンドル４０を直進位置（中立位置）から左に回転させると、右走行駆動輪用のステアリング係数Ｖｋｒは一定に維持されるが、左走行駆動輪用のステアリング係数Ｖｋｌは直線的に徐々に低下する。そして、操舵角が左右方向で設定角度よりも大きくなると、ステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌは負の値となる。但し、ステアリング係数と操舵角との関係における傾きは限定するものではない。
【００４９】
そして、前記ステアリング係数Ｖｋｒ・Ｖｋｌが、それぞれ目標速度Ｖｒ・Ｖｌに乗じられて、目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊が演算される。この目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊は前記と略同じ値となり、目標回転速度指令値Ｖｒ＊・Ｖｌ＊から目標ヨーレイトγ＊が算出され、前記同様の制御となり、詳細の説明は省略する。
【００５０】
以上のように、左右の走行駆動輪１１・１２と、左右の走行駆動輪１１・１２の前方または後方に配置される補助輪（キャスタ輪１３・１４）と、前記左右の走行駆動輪１１・１２をそれぞれ回転駆動する左右一対の電動モータ１５・１６と、左右の走行駆動輪１１・１２の回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段（回転速度センサ１７・１８）と、進行方向及び車速を設定する操行手段となる旋回レバー２１・２２と、作業車両に発生するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ２５と、前記操行手段より算出された目標ヨーレイトになるように前記左右電動モータ１５・１６の回転数を変速してヨー制御する制御装置５０を備える作業車両において、操行手段で設定した進行方向が設定角度以内の直進走行の場合のみ、ヨー制御を行うようにしたので、傾斜地での走行作業時において、等高線に沿った直進走行ではヨー制御が行われて、安定した直進走行が可能となり、効率よく作業ができる。また、定常円を描くような走行時にはヨー制御が却って邪魔をして不安定な走行となってしまうが、旋回時はヨー制御が行われないため、作業者が所望する方向に走行することが可能となる。
【００５１】
また、前記ヨーレイトセンサ２５の出力側に設定周波数以外の周波数を除去するフィルタ２８を配置し、ヨーレイトセンサ２５の出力オフセット及びドリフトをキャンセルするようにしたので、正確なヨーレイトでヨー制御を行うことができ、直進走行の精度を向上できる。
【００５２】
また、前記ヨー制御は、ヨーレイトセンサ２５で検出されるヨーレイトと、目標ヨーレイトとの偏差をＰＩＤ演算して補正値が算出され、前記ＰＩＤ演算におけるゲインは、ゲイン調整手段２６により調整可能とされるので、ヨー制御の効き具合を作業者の好み応じて容易に調節できる。
【符号の説明】
【００５３】
１１・１２ 走行駆動輪
１３・１４ 補助輪（キャスタ輪）
１５・１６ 電動モータ
１７・１８ 回転速度検出手段（回転速度センサ）
２１・２２ 旋回レバー
２３・２４ レバーセンサ
２６ ゲイン調整手段
２５ ヨーレイトセンサ
２８ フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の走行駆動輪と、左右の走行駆動輪の前方または後方に配置される補助輪と、前記左右の走行駆動輪をそれぞれ回転駆動する左右一対の電動モータと、左右の走行駆動輪の回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段と、進行方向及び車速を設定する操行手段と、作業車両に発生するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサと、前記操行手段より算出された目標ヨーレイトになるように前記左右電動モータの回転数を変速してヨー制御する制御装置を備える作業車両において、操行手段で設定した進行方向が設定角度以内の直進走行の場合のみ、ヨー制御を行うことを特徴とする作業車両。
【請求項２】
前記ヨーレイトセンサの出力側に設定周波数以外の周波数を除去するフィルタを配置し、ヨーレイトセンサの出力オフセット及びドリフトをキャンセルすることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
【請求項３】
前記ヨー制御は、ヨーレイトセンサで検出されるヨーレイトと、目標ヨーレイトとの偏差をＰＩＤ演算して補正値が算出され、前記ＰＩＤ演算におけるゲインは、ゲイン調整手段により調整可能とされることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
【請求項１】
左右の走行駆動輪と、左右の走行駆動輪の前方または後方に配置される補助輪と、前記左右の走行駆動輪をそれぞれ回転駆動する左右一対の電動モータと、左右の走行駆動輪の回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段と、進行方向及び車速を設定する操行手段と、作業車両に発生するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサと、前記操行手段より算出された目標ヨーレイトになるように前記左右電動モータの回転数を変速してヨー制御する制御装置を備える作業車両において、操行手段で設定した進行方向が設定角度以内の直進走行の場合のみ、ヨー制御を行うことを特徴とする作業車両。
【請求項２】
前記ヨーレイトセンサの出力側に設定周波数以外の周波数を除去するフィルタを配置し、ヨーレイトセンサの出力オフセット及びドリフトをキャンセルすることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
【請求項３】
前記ヨー制御は、ヨーレイトセンサで検出されるヨーレイトと、目標ヨーレイトとの偏差をＰＩＤ演算して補正値が算出され、前記ＰＩＤ演算におけるゲインは、ゲイン調整手段により調整可能とされることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７９９６０（Ｐ２０１２−１７９９６０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４２８２０（Ｐ２０１１−４２８２０）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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