自走車両
【課題】操縦操作に基づいて制御量を生成する制御ユニットと、キャスタ輪と、制御指令により互いに独立して駆動制御される第１駆動部及び第２駆動部と、第１駆動部によって走行駆動される左駆動輪及び第２駆動部によって走行駆動される右駆動輪とを備えた自走車両において熟練を要せずに傾斜面を駆動走行しながら自在に横切ることできること。
【解決手段】傾斜横切り走行時に発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを、車両の傾斜度に基づいて、解消するようにキャスタ輪の操向角を制御する。
【解決手段】傾斜横切り走行時に発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを、車両の傾斜度に基づいて、解消するようにキャスタ輪の操向角を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者によって操作される操縦ユニットと、駆動輪制御指令により互いに独立して駆動制御される第１駆動部及び第２駆動部を含む駆動ユニットと、前記第１駆動部によって走行駆動される左駆動輪及び前記第２駆動部によって走行駆動される右駆動輪を含む駆動輪ユニットと、キャスタ輪制御指令により操向角制御される少なくとも１つのキャスタ輪と、前記操縦ユニットからの操作量に基づいて前記駆動輪制御指令を生成する駆動輪制御部と、前記キャスタ輪の操向角を制御するキャスタ輪制御指令を生成するキャスタ輪制御部とを備えた自走車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような自走車両は、左駆動輪と右駆動輪の速度（周速）差を大きくとることにより、小旋回が可能となるだけではなく、左駆動輪と右駆動輪とをそれぞれ異なる方向で回転させることにより、超信地旋回いわゆるゼロターンが可能となり、優れた小回り性能を持つ。このため、フォークリフトや芝刈機に適用されると好都合である。但し、走行面が傾斜面の場合、車輪に傾斜下向きの力が作用することから、車両は傾斜下向きに旋回する傾向となる。特に、車両が惰性走行している場合、車輪にトルクが伝わらないので車両は傾斜下向きに旋回してしまう。
【０００３】
この問題を解決するため、特許文献１には、２個の主駆動輪と、キャスタ輪であるキャスタ輪と、を備え、少なくとも２個の主駆動輪は、走行用動力源により駆動され、キャスタ輪を操向用動力源により強制的に操向する強制操向モードと、操向用動力源からの動力伝達を遮断してキャスタ輪の自由操向を可能とする自由操向モードとのいずれかのモードへの切り替えを切り替え手段によって行う乗用型芝刈り車両が記載されている。このような車両では、傾斜角を持った地面や草地を横断するような走行（ここではこのような走行を傾斜横切り走行と称する）の場合、強制操向モードに切り替えることにより、運転者が望む方向よりもキャスタ輪が下側に向くことを防止できる。例えば、操作レバーによって決定される旋回に最適な操向角を強制的にキャスタ輪に与える。また、この特許文献１には、主駆動輪のみを駆動する第１駆動モードから、主駆動輪とキャスタ輪との両方を駆動する第２駆動モードに切り替える切り替え手段を備え、車両が傾斜面上を登坂走行する際に、主駆動輪が芝上を所定以上のスリップ率分スリップすると、主駆動輪とキャスタ輪との両方が駆動させることが記載されている。さらには、芝刈り車両が傾斜面上で停止している場合、傾斜センサにより検出された傾斜面の傾斜角度に応じて、電動モータの回転数が０近傍で起動トルクが発生するように電動モータを制御することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８‐１６８８７１号公報（段落番号〔００１２−００３３，００８０−０１０６〕、図３，図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した、特許文献１による自走車両では、斜面を惰性走行している際に生じる、車両の傾斜下向き旋回傾向の抑制には効果がある。しかしながら、駆動輪を駆動させながら斜面を平地と同様な操縦感覚で走行するような使用状態は考慮されていない。フリーのキャスタ輪と左右駆動輪とを備えた自走車両が傾斜横切り走行をする場合には、単に操作レバーによって決定される旋回に最適な操向角をキャスタ輪に与えるだけでは不十分であり、車両傾斜による重力負荷を考慮しながら、つまり検出された車両傾斜度に基づいて最適な操向角をキャスタ輪に与える必要がある。
このような実情に鑑み、熟練を要せずに傾斜面を駆動走行して自在に横切ることができる、上述したタイプの自走車両が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明による自走車両は、運転者によって操作される操縦ユニットと、駆動輪制御指令により互いに独立して駆動制御される第１駆動部及び第２駆動部を含む駆動ユニットと、前記第１駆動部によって走行駆動される左駆動輪及び前記第２駆動部によって走行駆動される右駆動輪を含む駆動輪ユニットと、キャスタ輪制御指令により操向角制御される少なくとも１つのキャスタ輪と、車両の傾斜度を検出する傾斜検出器と、前記操縦ユニットからの操作量に基づいて前記駆動輪制御指令を生成する駆動輪制御部を含む制御ユニットとを備えている。前記制御ユニットには、さらにキャスタ輪制御部が含まれ、前記キャスタ輪制御部は、傾斜横切り走行時に、前記傾斜度に基づいて、当該傾斜横切り走行時において発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを解消するように前記キャスタ輪の操向角を制御するキャスタ輪制御指令を生成する。
【０００７】
傾斜面を横切るように走行する傾斜横切り走行（車両長手方向軸回りに車両が傾く走行）の場合、車輪には傾斜下向きの力が生じるため、車両は傾斜下方にずれ落ちる傾向となる。しかもこの傾斜下向きの力は車両の傾斜度合いによって変化するため、この車両の傾斜度合いを考慮しなければ運転者の意図に沿った走行が妨げられる。この傾斜下向きの力を相殺する力成分、つまり傾斜横切り走行時における目標走行方向と実走行方向との方向ずれを解消する力成分を作り出すようなキャスタ輪の操向角が実現する必要がある。上記の本発明の構成では、傾斜横切り走行時において発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを解消するように、言い換えると方向ずれを解消する力成分を生み出すようなキャスタ輪の操向角が前記傾斜度に基づいて求められ、その操向角にキャスタ輪が制御される。これにより、傾斜横切り走行時においても運転者の意図に沿った走行が可能となる。
【０００８】
上述したように、方向ずれを解消する力成分をより効果よく作り出すためにはキャスタ輪を走行駆動するとよい。つまり、方向ずれを解消する力成分をキャスタ輪のトルクによって作り出すのである。この目的のため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記キャスタ輪を走行駆動するキャスタ輪駆動部が備えられ、かつ前記キャスタ輪制御部は、前記傾斜度に基づいて、前記キャスタ輪駆動部が前記走行方向ずれを解消するためのトルクを出力するように前記キャスタ輪駆動部に与えるキャスタ輪回転制御指令を前記走行輪制御指令に含ませるように構成されている。
【０００９】
本発明の自走車両では、前記駆動ユニット及び前記キャスタ輪駆動部はトルク制御や速度制御が簡単かつ迅速に行われることが望ましいので、特に好適な実施形態として、電動モータで構成されていることが好適である。その他の駆動ユニットの構成として、静油圧トランスミッション装置を採用することも可能である。静油圧トランスミッション装置の駆動源としてはエンジン（内燃機関）が適しているが、エンジンと回転電機（モータとジェネレータ）とを組み合わせたハイブリッドでもよい。また、静油圧トランスミッション装置における斜板制御は油圧式でも電気式でもよい。
【００１０】
キャスタ輪の操向角を強制的に変更するキャスタ輪制御指令やキャスタ輪を強制的に回転させるキャスタ輪回転制御指令は、操縦感覚に大きな影響を与える。そして、その操縦感覚は運転者によって異なるので、運転者の自由意志でこれらの利用を決定できると好都合である。従って、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記キャスタ輪制御指令またはキャスタ輪回転制御指令あるいはその両方は、マニュアル操作具の操作に基づいて出力されるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】斜面横切り走行時におけるキャスタ輪操向制御の基本原理を説明する模式図である。
【図２】斜面横切り走行時におけるキャスタ輪操向制御及びキャスタ輪回転制御の組み合わせ制御の基本原理を説明する模式図である。
【図３】本発明による乗用電動芝刈機の実施形態の一つを示す斜視図である。
【図４】乗用電動芝刈機の電気系統及び動力系統を示す系統図である。
【図５】制御ユニットの機能ブロック図である。
【図６】斜面横切り走行を含む走行制御の流れを示すフローチャートである。
【図７】別実施形態における図３に対応する系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態としての自走車両の具体的な構成を説明する前に、図１を用いて、本発明を特徴付けている、斜面横切り走行時のキャスタ輪制御の基本原理を説明する。なお、ここでは、自走車両は、駆動輪ユニットとして電動モータ（以下単にモータと称する）で駆動される左右一対の駆動輪（後輪）を備え、左右一対のキャスタ輪が前輪としてモータで操向角変更可能に構成されている。この自走車両は、作業ユニットとしてモーアユニットを車体に装備しており、乗用電動芝刈機として機能する。
【００１３】
運転者によって操作される操縦ユニットから、運転者が意図する運転のための操作量が一般にはセンサ検出信号として出力される。この操作量から、左駆動輪用モータと右駆動輪用モータとを駆動するための基本制御量が制御ユニットにおいて生成される。この基本制御量に基づいてモータが駆動されることで駆動輪に所定回転数（速度）とトルクが生じる。このことから、この説明では、基本制御量にはトルク：Ｕと速度：Ｎが含まれているとする。操縦ユニットの操作量から基本操作量の導出は、その関係をテーブル化したマップを通じて行われる。操作量をＳ、基本制御量をＣとすると、その関係式（マップテーブル）：Ｆは以下のように表される。
Ｃ＝Ｆ(Ｓ)
左右一対の後輪が独立して制御されるので、上記式は左後輪系がＣL＝Ｆ(ＳL)で、右後輪系がＣR＝Ｆ(ＳR)で表すことができる。
【００１４】
登坂走行や悪路走行においては基本制御量によって生み出されるトルクが運転者の意図する走行に対して不足するトルク不足が発生する可能性がある。この不足トルク、つまり正常な駆動のために必要とされる必要駆動トルク（以下単に必要トルクと称する）：Ｖは、基本制御量に含まれる目標回転数：Ｎと、回転数検出センサから得られる回転数である実回転数：Ｍとから、予め求められている関係式：Ｈを用いて、以下のように導出することができる。
Ｖ＝Ｈ（Ｎ,Ｍ）。
このことから、制御ユニットは、必要トルクに基づいて基本制御量を補正して補正制御量を生成する。その補正式：Ｊは、基本制御量：Ｃと必要トルク：Ｖとを入力パラメータとして補正制御量：Ｄを導出するものであり、以下のように表される。
Ｋ＝Ｊ（Ｃ,Ｖ）。
なお、車両が走行抵抗の少ない平坦な路面を走行する平坦走行時は、必要トルク：Ｖ＝０、補償トルク：Ｗ＝０となるので、補正制御量：Ｋは基本制御量：Ｃと同じとなる。登坂走行や悪路走行では、必要トルクが追加されるように制御量を補正することで、トルク不足のない走行が実現する。
傾斜横切り走行時は、補償トルク：Ｗが付加されるように、また必要に応じて必要トルク：Ｖが付加されるように、補正制御量：Ｋが生成され、この補正制御量：Ｋに基づいて後輪が駆動制御される。なお、その際、補償トルク：Ｗは左右の後輪に振り分けることができる。例えば、一方の車輪に負の補償トルクを付加し、他方の車輪に正の補償トルクを付加するような方法を採用してもよい。
【００１５】
これに対して、傾斜横切り走行する場合には、車輪には傾斜下向きの力が生じるため、車両は傾斜下向き方向に旋回しようとする。特に、フリー状態のキャスタ輪には傾斜下向きの所定の操向角にキャスタ輪を変更させる力が作用する。この傾斜下向きの力にも関わらず、車両が平坦路走行と同様な操縦性を確保するためには、傾斜下向き方向に旋回傾向を打ち消すようにキャスタ輪の操向角を逆方向に操舵する必要がある。ここでは、その操向角を必要キャスタ操舵角と称する。車両の傾斜度によって車輪に働く傾斜下向きの力が異なるので、それを相殺するための必要キャスタ操舵角も車両の傾斜度によって異なる。
そのために、車両の傾斜度を入力パラメータとして必要キャスタ操舵角が導出される関係を、実験とその実験結果の学習によって予め構築しておく。説明を簡単にするため、車両が傾斜面を水平に横切ることにし、傾斜度を車両のローリング角つまり傾斜角：θとすると、必要キャスタ操舵角：αを導出する関係式：Ｑは以下のように表すことができる。
α＝Ｑ（θ）
左右のキャスタ輪がこの必要キャスタ操舵角となるようにキャスタ輪制御指令が生成される。なお、左右のキャスタ輪の必要キャスタ操舵角が同じではなくそれぞれの最適角を以下のように算定するようにしてもよい。
ＷL＝ＱL（θ）、ＷR＝Ｑ（θR）。
このようにキャスタ輪が必要キャスタ操舵角となるように制御されることにより、さらに必要に応じて必要トルクによる後輪駆動力の補正も行うことにより、傾斜横切り走行であっても車両が傾斜下向き方向に旋回する傾向が抑制され、操縦性が向上する。
【００１６】
車両の傾斜度が大きいことや傾斜面が滑りやすい等で、キャスタ輪に操向角をつけるだけでは、傾斜下向き方向の旋回傾向を打ち消すには不十分な場合、さらにキャスタ輪を回転駆動することも本発明では提案されている。キャスタ輪に作用する斜下向き方向の旋回傾向を打ち消すトルクをキャスタ輪に付与するのである。このキャスタ輪回転制御では、図２で模式的に示しているように、ここでも説明を簡単にするために、傾斜度を車両のローリング角つまり傾斜角：θとすると、傾斜角：θから必要キャスタ駆動トルク：Ｚを導出する関係式：Ｆは以下のように表すことができる。
Ｚ＝Ｆ（θ）。
この関係式は、実験とその実験結果の学習によって予め作成しておくことができる。この必要キャスタ駆動トルクも左右のキャスタ輪で別々に異なる値を与えてもよい。また、キャスタ輪回転駆動をキャスタ輪の操向角操舵とともに行うのではなく、キャスタ輪回転駆動だけを行う構成を採用してもよい。
【００１７】
次に、上述した斜面横切り走行時の駆動制御原理を採用した自走車両の具体的な実施形態を以下に説明する。図３と図４で示されているように、ここでも、自走車両は乗用電動芝刈機として構成されており、運転者によって操作される操縦ユニット１と、前記操縦ユニット１からの操作量に基づいて制御量を生成する制御ユニット５と、前記制御指令により互いに独立して駆動制御される第１駆動部４０Ａ及び第２駆動部４０Ｂを含む駆動ユニットと、前記第１駆動部４０Ａによって走行駆動される左駆動輪２ａ及び前記第２駆動部４０Ｂによって走行駆動される右駆動輪２ｂを含む後車輪ユニット２とを備えている。車両の走行方向の変更は前記左駆動輪２ａと前記右駆動輪２ｂとの回転差ないしは駆動トルク差あるいはその両方によって実現する。
【００１８】
キャスタ輪ユニット３は左右一対の操向角変更と回転駆動が可能に構成されたキャスタ輪３ａ，３ｂからなる。各キャスタ輪３ａ，３ｂには、キャスタ輪回転駆動のためのインホイールモータである駆動モータ３１ａ，３１ｂ及び操向角変更のための操向モータ３２ａ，３２ｂが備えられている。ここでは、駆動モータ３１ａ，３１ｂがキャスタ輪駆動部を構成している。
【００１９】
乗用電動芝刈機の概観が図３に斜視図として示されており、電気系統図及び動力系統図が図４に模式的に示されている。図３及び図４から理解できるように、この乗用電動芝刈機は、前輪であるキャスタ輪ユニット３と後輪である駆動輪ユニット２とによって支持される車体１０、車体１０の後部に配置されたバッテリ２０、バッテリ２０の前方に配置された運転座席１１、運転座席１１の後方から立設された転倒保護フレーム１２、キャスタ輪ユニット３と駆動輪ユニット２との間で車体１０の下方空間に昇降リンク機構を介して昇降可能に車体１０から吊り下げられたモーアユニット１３を備えている。駆動輪ユニット２やモーアユニット１３への給電は、ＥＣＵとも呼ばれる制御ユニット５による制御に基づいて動作するインバータ４を介して行われる。
【００２０】
運転座席１１の前方には運転者の足載せ場であるフロアプレートが設けられており、そこからブレーキペダル１４が突き出している。運転座席１１の両側には、車体横断方向の水平揺動軸回りに揺動する左操縦レバー１ａと右操縦レバー１ｂとからなる操縦ユニット１が配置されている。さらに、運転座席１１の片側、ここでは左側に電気制御系のスイッチボタンやスイッチレバー等を有する電気操作パネル１８が設けられている。キャスタ輪ユニット３に対するマニュアル操作具として、左右キャスタ輪３ａ，３ｂの左操向角操舵を指令する左操舵スイッチ１７ａと、左右キャスタ輪３ａ，３ｂの右操向角操舵を指令する右操舵スイッチ１７ｂと、左右キャスタ輪３ａ，３ｂの回転駆動（走行回転駆動）を指令するキャスタ輪駆動レバー１９とを備えている。左操舵スイッチ１７ａは左操縦レバー１ａの先端に取り付けられており、右操舵スイッチ１７ｂは右操縦レバー１ｂの先端に取り付けられている。キャスタ輪駆動レバー１９は、電気操作パネル１８の周辺に配置されている。
【００２１】
この実施形態では、左後車輪２ａと右後車輪２ｂは、それぞれインホイールモータである左輪モータ２１と右輪モータ２２を駆動源としている。図５の機能ブロックで示されているように、駆動ユニットである左輪モータ２１と右輪モータ２２には、インバータ４として構成されている左輪給電部４１と右輪給電部４２によってそれぞれ独立的に供給される電力によってその回転速度またはトルクあるいはその両方が変化する。左後車輪２ａと右後車輪２ｂの回転速度（周速）を相違させることができ、この左右後車輪速度差によって乗用電動芝刈機の方向転換が行われる。つまり、この実施形態では、第１駆動部４０Ａは左輪給電部４１と左輪モータ２１とによって構成され、第２駆動部４０Ｂは右輪給電部４２と右輪モータ２２とによって構成されている。つまり、この実施形態では駆動ユニットは左輪モータ２１と右輪モータ２２とで構成されている。
【００２２】
キャスタ輪用駆動モータ３１ａ，３１ｂ及びキャスタ用操向モータ３２ａ，３２ｂにもインバータ４として構成されている操向給電部４３と駆動給電部４４によってそれぞれ独立的に電力が供給される。
【００２３】
左輪給電部４１及び右輪給電部４２から出力される電力(制御量)は、制御ユニット５によって算定される目標回転数（目標速度）に対応しているが、走行負荷によって、その実際の回転数（実速度）が目標より小さくなった場合には、モータ出力トルクが大きくなるように制御量が修正される。なお、図示されていないが、モーアユニット１３内に装備されている、芝刈りのためのブレードモータへの給電も、インバータ４を介して行われる。
【００２４】
図５に示すように、制御ユニット５は、入力デバイスとして、車輪状態検出器７と操縦状態検出器８と傾斜検出器９と接続しており、出力デバイスとしてインバータ４と接続している。
車輪状態検出器７には、左後車輪２ａの回転数（車輪状態情報）を検出する左後輪回転検出センサ７０ａ、右後車輪２ｂの回転数（車輪状態情報）を右後輪回転検出センサ７０ｂ、キャスタ輪用駆動モータ３１ａ，３１ｂの回転数を検出するキャスタ輪回転検出センサ８１ａ，８１ｂ、キャスタ用操向モータ３２ａ，３２ｂの回転数を検出するキャスタ輪操向角検出センサ８２ａ，８２ｂなど、車輪に関する情報を検出するセンサが含まれる。
【００２５】
操縦状態検出器８には、左操縦レバー１ａの揺動角（操縦状態情報）を検出する左操縦角検出センサ８０ａ、右操縦レバー１ｂの揺動角（操縦状態情報）を検出する右操縦角検出センサ８０ｂ、ブレーキペダル１４の操作角を検出するブレーキ検出センサ、左操舵スイッチ１７ａやと右操舵スイッチ１７ｂ、キャスタ輪駆動レバー１９の操作を検出するレバー操作検出センサ８３など操縦に関する情報を検出するセンサが含まれる。
傾斜検出器９には、車両長手方向軸回りの傾斜角（傾斜度情報）を検出する第１傾斜センサ９０ａと車両横断方向軸回りの傾斜角を検出する第２傾斜センサ９０ｂとが含まれている。第１傾斜センサ９０ａと第２傾斜センサ９０ｂとの検出値から斜面横切り走行時に車輪に作用する傾斜下向き力成分を求めることができる。演算処理上は、車両が斜面を斜め走行している場合でも斜面横切り走行しているとみなして、その車両傾斜度を正規化して表すと好都合である。また、説明上もそのほうが簡単となるので、ここで扱われる傾斜度は斜面横切り走行での傾斜度に正規化されているとする。
【００２６】
制御ユニット５においては、基本制御量算定部５０、駆動トルク算定部５３、補正部５４、傾斜度算定部５５、キャスタ輪制御部５Ｂ、センサ情報処理部５９などが、プログラムの実行によって構築されるが、必要に応じて、ハードウエアによって構築してもよい。
傾斜度算定部５５は、前述した傾斜検出器９からの検出信号に基づいて車両の傾斜度を算定する。センサ情報処理部５９は、車輪状態検出器７や操縦状態検出器８や傾斜検出器９から入力されたセンサ信号を処理して、制御ユニット５の内部で利用可能な情報に変換する。
【００２７】
基本制御量算定部５０は、操縦ユニット１の操作量に基づいて左輪モータ２１と右輪モータ２２に対する基本制御量を算定する機能を有する。基本制御量は、平坦路面の走行、つまり目標回転数が実回転数となる走行を仮定して、操縦ユニット１の操作量に基づいて算定される制御量である。基本制御量算定部５０は、左輪速度演算部５１と右輪速度演算部５２とを含んでいる。左輪速度演算部５１は、運転者による左操縦レバー１ａの操作量を検出する左操縦角検出センサ８０ａを通じての操作量に基づいて左後車輪２ａの回転速度（回転数）、つまり左輪モータ２１の回転速度（トルク）を求める。同様な方法で、右輪速度演算部５２も、運転者による右操縦レバー１ｂの操作量を検出する右操縦角検出センサ８０ｂを通じての操作情報に基づいて右後車輪２ｂの回転速度（トルク）、つまり右輪モータ２２の回転速度（トルク）を算定する。この算定には、操作位置と回転速度の関係を表すテーブルや関数が用いられる。
【００２８】
駆動トルク算定部５３は、第１駆動部４０Ａと、第２駆動部４０Ｂとに要求される必要駆動トルク（以下単に必要トルクと略称する）を算出する。この必要トルクとは、左操縦レバー１ａ又は右操縦レバー１ｂによる操作量に基づいて設定される目標回転数に基づいて基本制御量算定部５０で算定される基本制御量では、実回転数が目標回転数に達しなかった場合に実速度が目標速度となるために左輪モータ２１又は右輪モータ２２要求されるトルク量を意味している。実回転数が目標回転数を越えた場合はその必要トルクは負の値となる。従って、駆動トルク算定部５３は、基本制御量算定部５０によって算定される左右後車輪２ａ，２ｂの目標回転数と、左後輪回転検出センサ７０ａと右後輪回転検出センサ７０ｂとによって得られる各後車輪２ａ，２ｂの実回転数とから必要トルクを導出する。
【００２９】
補正部５４は、駆動トルク算定部５３によって算定された必要トルクに基づいて、左輪速度演算部５１及び右輪速度演算部５２によって求められた左輪モータ２１と右輪モータ２２のための基本制御量を補正する。基本制御量算定部５０と駆動トルク算定部５３と補正部５４とによって駆動輪ユニット２を駆動するための制御量を生成する駆動輪制御部５Ａを構成している。
【００３０】
キャスタ輪制御部５Ｂは、原則的には上述したように傾斜横切り走行時に機能する機能部であり、操向制御部５６と駆動制御部５７とを含んでいる。操向制御部５６は、車両傾斜度が所定以上となった場合や、運転者からの指示に基づいて、そのときの車両傾斜度に基づく操向角あるいは運転者によって指示される操向角に左右キャスタ輪３ａ，３ｂを操舵する制御量を算定してキャスタ輪制御指令としてキャスタ輪操向給電部４３に与える。駆動制御部５７も、車両傾斜度が所定以上となった場合や、運転者からの指示に基づいて、そのときの車両傾斜度に基づく回転数あるいは運転者によって指示される回転数で左右キャスタ輪３ａ，３ｂを回転駆動する制御量を算定してキャスタ輪制御指令としてキャスタ輪駆動給電部４４に与える。
【００３１】
以上のように構成された乗用電動芝刈機による傾斜横切り走行を含む走行制御の流れを図６のフローチャートを用いて以下に説明する。
乗用電動芝刈機のキースイッチがオンされると、この制御ルーチンがスタートする。まず、センサ情報処理部５９を介して、車輪状態情報に含まれる左後車輪２ａと右後車輪２ｂの回転数が取得される（＃０１）。さらに操縦状態情報に含まれる左操縦レバー１ａの揺動角（操作量）と右操縦レバー１ｂの揺動角（操作量）の取得も行われる（＃０３）。左右操縦レバー１ａ，１ｂの操作量が取得されると、その操作量に基づいて、前述したように基本制御量が算定される。この基本制御量は、以下に述べる必要トルクや補償トルクで補正されてインバータ４に与えられる制御量となる。その際、制御ユニット５からインバータ４に与えられる制御量に対応する車輪回転数（速度）を目標回転数とするとともに、取得した後車輪回転数を実回転数として比較すると、実回転数が目標回転数を下回っている不足回転数が不足トルクに対応するので、この目標回転数と実回転数とから必要トルクが算定される（＃０５）。算定された必要トルクを用いて基本制御量が補正される（＃０７）。左後車輪２ａと右後車輪２ｂのそれぞれの制御量である駆動輪制御量（速度＋トルク）が生成される（＃０９）。特に、登坂走行や悪路走行や重量物搬送走行などの場合トルク不足が発生しやすくなるが、この必要トルクを用いた補正でトルク不足が解消される。
【００３２】
次に、傾斜度情報が取得され（＃１１）、傾斜度（傾斜角）が予め設定された所定値である第１条件値以上であるかどうかがチェックされる（＃１３）。この第１条件値は、傾斜横切り走行におけるスムーズな走行のためにキャスタ輪ユニット３の操向角制御又は回転制御が必要となる傾斜度である。傾斜度が第１条件値を下回っていれば（＃１３No分岐）、キャスタ輪ユニット３の強制的な制御は不必要なので、ステップ＃０７で生成された駆動輪制御量がインバータ４に送られ、駆動輪制御指令が生成される（＃２１）。この駆動輪制御指令が左輪モータ２１と右輪モータ２２に送られ左後車輪２ａと右後車輪２ｂが駆動される（＃２２）。
【００３３】
傾斜度が第１条件値以上であれば（＃１３Yes分岐）、まず、傾斜度に応じて決定されるキャスタ輪操向角である必要キャスタ操向角が算定され（＃３１）、その必要キャスタ操向角を作り出すために必要な操向角制御量が算定される（＃３３）。さらに、傾斜度（傾斜角）が予め設定された所定値である第２条件値以上であるかどうかがチェックされる（＃３５）。この第２条件値は、傾斜横切り走行におけるスムーズな走行のためにキャスタ輪ユニット３の操向角制御だけではなくキャスタ輪を回転させる回転制御が必要となる傾斜度である。傾斜度が第２条件値以上であれば（＃３５Yea分岐）、傾斜度に応じて決定される必要キャスタ駆動トルクが算定され（＃３７）、その必要キャスタ駆動トルクを作り出すために必要な駆動制御量が算定される（＃３９）。
【００３４】
ステップ＃３５で、傾斜度が第２条件値を下回っていれば（＃３５No分岐）、キャスタ輪のる回転制御が不必要なので、ステップ＃３７と＃３９は省略される。次に、操向角制御量だけを含むか、又は操向角制御量と駆動制御量とを含むキャスタ輪制御量が算定され、インバータ４に送られる（＃４１）。インバータ４は、キャスタ輪制御量からキャスタ輪制御指令を生成する（＃４３）。このキャスタ輪制御指令に基づいて、キャスタ輪回転駆動のための駆動モータ３１ａ，３１ｂが、必要に応じて操向角変更のための操向モータ３２ａ，３２ｂが駆動される（＃４５）。さらに、もちろん、上述したステップ＃２１とステップ＃２３による左後車輪２ａと右後車輪２ｂの駆動も行われる。これにより、傾斜横切り走行においても平坦路走行のような感覚で操縦可能となる。この一連のルーチンはキースイッチがオフにされるまで繰り返し実行され（＃６０No分岐）、キースイッチがオフになることにより終了する（＃６０Yes分岐）。
【００３５】
〔別な実施形態〕
（１）上述した実施形態では、傾斜横切り走行時において発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを解消するように、最初にキャスタ輪３ａ，３ｂの操向角を所定角度に制御する方法を行い、追加的処置として、前記走行方向ずれを解消するための補償トルクを出力するようにキャスタ輪３ａ，３ｂを回転駆動する方法を行っていた。これに代えて、キャスタ輪３ａ，３ｂの操向角制御と回転駆動制御を最初から同時に行ってもよい。また、キャスタ輪３ａ，３ｂの回転駆動制御をキャスタ輪３ａ，３ｂの操向角制御に先立っておこなってもよい。
【００３６】
（２）上述した実施形態では、モータ制御にインバータ制御を採用していたが、速度とトルクを制御可能な他の制御を採用してしてもよい。
【００３７】
（３）上述した実施形態では、左後車輪２ａと右後車輪２ｂの駆動系にバッテリ２０とインバータ４と電動モータが採用されていたが、図７に示すように、エンジン１００を駆動源として左右一対の静油圧式トランスミッション（以下ＨＳＴと略称する）１０１と伝動機構１０２とを介して左後車輪２ａと右後車輪２ｂとに油圧ユニット１０３によって制御される回転動力を伝達する駆動ユニットを用いてもよい。ＨＳＴ１０１は、油圧ポンプ又は油圧モータあるいはその両方の斜板角度を調整することで無段変速が可能であり、その各斜板角度はサーボ油圧制御機器を搭載した油圧ユニット１０３によって制御される。従って、制御ユニット５に関しては、そこから出力される制御量は、油圧ユニット１０３の制御機器に適合した制御信号となるが、その基本的な構成は同じである。基本的には、作動油の圧力を制御することによりトルク制御が実現し、作動油の流量を制御することにより速度制御が実現する。従って、先の実施形態における電動モータと同様な制御をＨＳＴ１０１によって行うことができる。油圧による斜板制御に変えて、電気による斜板制御を採用してもよい。その際、キャスタ輪回転駆動のための駆動モータ１１０と操向角変更のための操向モータ１２０も油圧モータとすることができる。
【００３８】
（４）上述した最初の実施形態では、制御ユニット５の機能を分かり易く説明するために、基本制御量を算定する基本制御量算定部５０、必要トルクを算定する駆動トルク算定部５３、補正部５４、操向制御部５６、駆動制御部５７などを区分けしている。従って、これらの機能部を統合したり、さらに分割したりすることは、本発明の枠内で自由である。
【００３９】
（５）上述した実施形態の自走車両は、駆動源をバッテリとする完全電気車両、又は駆動源をエンジン（内燃機関）の回転動力をＨＳＴで変速するＨＳＴ車両であったが、エンジンの駆動力で発電機を回してバッテリを充電するハイブリッド型車両であってもよい。
【００４０】
（６）上述した実施形態では、自走車両として乗用電動芝刈機を例としていたが、本発明が適用できる乗用作業車としては、芝刈機以外、フォークリフト、耕耘機、トラクタ、田植機、コンバイン、土木・建築作業機、除雪車などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、左右の駆動輪が独立して回転制御可能な自走車両に適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１：操縦ユニット
１ａ：左操縦レバー
１ｂ：右操縦レバー
２：駆動輪ユニット
２ａ：左駆動輪
２ｂ：右駆動輪
２１：左輪モータ（駆動ユニット）
２２：右輪モータ（駆動ユニット）
３：キャスタ輪ユニット
３ａ：左キャスタ輪
３ｂ：右キャスタ輪
３１ａ，３１ｂ：駆動モータ（キャスタ輪駆動部）
３２ａ，３２ｂ：操向モータ
４：インバータ
４０Ａ：第１駆動部（駆動ユニット）
４０Ｂ：第２駆動部（駆動ユニット）
４３：操向給電部
４４：駆動給電部
５：制御ユニット
５Ａ：駆動輪制御部
５Ｂ：キャスタ輪制御部
５５：傾斜度算定部
５６：操向制御部
５７：駆動制御部
７：車輪状態検出器
８：操縦状態検出器
９：傾斜検出器
１７ａ：左操舵スイッチ
１７ｂ：右操舵スイッチ
１９：キャスタ輪駆動レバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者によって操作される操縦ユニットと、駆動輪制御指令により互いに独立して駆動制御される第１駆動部及び第２駆動部を含む駆動ユニットと、前記第１駆動部によって走行駆動される左駆動輪及び前記第２駆動部によって走行駆動される右駆動輪を含む駆動輪ユニットと、キャスタ輪制御指令により操向角制御される少なくとも１つのキャスタ輪と、前記操縦ユニットからの操作量に基づいて前記駆動輪制御指令を生成する駆動輪制御部と、前記キャスタ輪の操向角を制御するキャスタ輪制御指令を生成するキャスタ輪制御部とを備えた自走車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような自走車両は、左駆動輪と右駆動輪の速度（周速）差を大きくとることにより、小旋回が可能となるだけではなく、左駆動輪と右駆動輪とをそれぞれ異なる方向で回転させることにより、超信地旋回いわゆるゼロターンが可能となり、優れた小回り性能を持つ。このため、フォークリフトや芝刈機に適用されると好都合である。但し、走行面が傾斜面の場合、車輪に傾斜下向きの力が作用することから、車両は傾斜下向きに旋回する傾向となる。特に、車両が惰性走行している場合、車輪にトルクが伝わらないので車両は傾斜下向きに旋回してしまう。
【０００３】
この問題を解決するため、特許文献１には、２個の主駆動輪と、キャスタ輪であるキャスタ輪と、を備え、少なくとも２個の主駆動輪は、走行用動力源により駆動され、キャスタ輪を操向用動力源により強制的に操向する強制操向モードと、操向用動力源からの動力伝達を遮断してキャスタ輪の自由操向を可能とする自由操向モードとのいずれかのモードへの切り替えを切り替え手段によって行う乗用型芝刈り車両が記載されている。このような車両では、傾斜角を持った地面や草地を横断するような走行（ここではこのような走行を傾斜横切り走行と称する）の場合、強制操向モードに切り替えることにより、運転者が望む方向よりもキャスタ輪が下側に向くことを防止できる。例えば、操作レバーによって決定される旋回に最適な操向角を強制的にキャスタ輪に与える。また、この特許文献１には、主駆動輪のみを駆動する第１駆動モードから、主駆動輪とキャスタ輪との両方を駆動する第２駆動モードに切り替える切り替え手段を備え、車両が傾斜面上を登坂走行する際に、主駆動輪が芝上を所定以上のスリップ率分スリップすると、主駆動輪とキャスタ輪との両方が駆動させることが記載されている。さらには、芝刈り車両が傾斜面上で停止している場合、傾斜センサにより検出された傾斜面の傾斜角度に応じて、電動モータの回転数が０近傍で起動トルクが発生するように電動モータを制御することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８‐１６８８７１号公報（段落番号〔００１２−００３３，００８０−０１０６〕、図３，図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した、特許文献１による自走車両では、斜面を惰性走行している際に生じる、車両の傾斜下向き旋回傾向の抑制には効果がある。しかしながら、駆動輪を駆動させながら斜面を平地と同様な操縦感覚で走行するような使用状態は考慮されていない。フリーのキャスタ輪と左右駆動輪とを備えた自走車両が傾斜横切り走行をする場合には、単に操作レバーによって決定される旋回に最適な操向角をキャスタ輪に与えるだけでは不十分であり、車両傾斜による重力負荷を考慮しながら、つまり検出された車両傾斜度に基づいて最適な操向角をキャスタ輪に与える必要がある。
このような実情に鑑み、熟練を要せずに傾斜面を駆動走行して自在に横切ることができる、上述したタイプの自走車両が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明による自走車両は、運転者によって操作される操縦ユニットと、駆動輪制御指令により互いに独立して駆動制御される第１駆動部及び第２駆動部を含む駆動ユニットと、前記第１駆動部によって走行駆動される左駆動輪及び前記第２駆動部によって走行駆動される右駆動輪を含む駆動輪ユニットと、キャスタ輪制御指令により操向角制御される少なくとも１つのキャスタ輪と、車両の傾斜度を検出する傾斜検出器と、前記操縦ユニットからの操作量に基づいて前記駆動輪制御指令を生成する駆動輪制御部を含む制御ユニットとを備えている。前記制御ユニットには、さらにキャスタ輪制御部が含まれ、前記キャスタ輪制御部は、傾斜横切り走行時に、前記傾斜度に基づいて、当該傾斜横切り走行時において発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを解消するように前記キャスタ輪の操向角を制御するキャスタ輪制御指令を生成する。
【０００７】
傾斜面を横切るように走行する傾斜横切り走行（車両長手方向軸回りに車両が傾く走行）の場合、車輪には傾斜下向きの力が生じるため、車両は傾斜下方にずれ落ちる傾向となる。しかもこの傾斜下向きの力は車両の傾斜度合いによって変化するため、この車両の傾斜度合いを考慮しなければ運転者の意図に沿った走行が妨げられる。この傾斜下向きの力を相殺する力成分、つまり傾斜横切り走行時における目標走行方向と実走行方向との方向ずれを解消する力成分を作り出すようなキャスタ輪の操向角が実現する必要がある。上記の本発明の構成では、傾斜横切り走行時において発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを解消するように、言い換えると方向ずれを解消する力成分を生み出すようなキャスタ輪の操向角が前記傾斜度に基づいて求められ、その操向角にキャスタ輪が制御される。これにより、傾斜横切り走行時においても運転者の意図に沿った走行が可能となる。
【０００８】
上述したように、方向ずれを解消する力成分をより効果よく作り出すためにはキャスタ輪を走行駆動するとよい。つまり、方向ずれを解消する力成分をキャスタ輪のトルクによって作り出すのである。この目的のため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記キャスタ輪を走行駆動するキャスタ輪駆動部が備えられ、かつ前記キャスタ輪制御部は、前記傾斜度に基づいて、前記キャスタ輪駆動部が前記走行方向ずれを解消するためのトルクを出力するように前記キャスタ輪駆動部に与えるキャスタ輪回転制御指令を前記走行輪制御指令に含ませるように構成されている。
【０００９】
本発明の自走車両では、前記駆動ユニット及び前記キャスタ輪駆動部はトルク制御や速度制御が簡単かつ迅速に行われることが望ましいので、特に好適な実施形態として、電動モータで構成されていることが好適である。その他の駆動ユニットの構成として、静油圧トランスミッション装置を採用することも可能である。静油圧トランスミッション装置の駆動源としてはエンジン（内燃機関）が適しているが、エンジンと回転電機（モータとジェネレータ）とを組み合わせたハイブリッドでもよい。また、静油圧トランスミッション装置における斜板制御は油圧式でも電気式でもよい。
【００１０】
キャスタ輪の操向角を強制的に変更するキャスタ輪制御指令やキャスタ輪を強制的に回転させるキャスタ輪回転制御指令は、操縦感覚に大きな影響を与える。そして、その操縦感覚は運転者によって異なるので、運転者の自由意志でこれらの利用を決定できると好都合である。従って、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記キャスタ輪制御指令またはキャスタ輪回転制御指令あるいはその両方は、マニュアル操作具の操作に基づいて出力されるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】斜面横切り走行時におけるキャスタ輪操向制御の基本原理を説明する模式図である。
【図２】斜面横切り走行時におけるキャスタ輪操向制御及びキャスタ輪回転制御の組み合わせ制御の基本原理を説明する模式図である。
【図３】本発明による乗用電動芝刈機の実施形態の一つを示す斜視図である。
【図４】乗用電動芝刈機の電気系統及び動力系統を示す系統図である。
【図５】制御ユニットの機能ブロック図である。
【図６】斜面横切り走行を含む走行制御の流れを示すフローチャートである。
【図７】別実施形態における図３に対応する系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態としての自走車両の具体的な構成を説明する前に、図１を用いて、本発明を特徴付けている、斜面横切り走行時のキャスタ輪制御の基本原理を説明する。なお、ここでは、自走車両は、駆動輪ユニットとして電動モータ（以下単にモータと称する）で駆動される左右一対の駆動輪（後輪）を備え、左右一対のキャスタ輪が前輪としてモータで操向角変更可能に構成されている。この自走車両は、作業ユニットとしてモーアユニットを車体に装備しており、乗用電動芝刈機として機能する。
【００１３】
運転者によって操作される操縦ユニットから、運転者が意図する運転のための操作量が一般にはセンサ検出信号として出力される。この操作量から、左駆動輪用モータと右駆動輪用モータとを駆動するための基本制御量が制御ユニットにおいて生成される。この基本制御量に基づいてモータが駆動されることで駆動輪に所定回転数（速度）とトルクが生じる。このことから、この説明では、基本制御量にはトルク：Ｕと速度：Ｎが含まれているとする。操縦ユニットの操作量から基本操作量の導出は、その関係をテーブル化したマップを通じて行われる。操作量をＳ、基本制御量をＣとすると、その関係式（マップテーブル）：Ｆは以下のように表される。
Ｃ＝Ｆ(Ｓ)
左右一対の後輪が独立して制御されるので、上記式は左後輪系がＣL＝Ｆ(ＳL)で、右後輪系がＣR＝Ｆ(ＳR)で表すことができる。
【００１４】
登坂走行や悪路走行においては基本制御量によって生み出されるトルクが運転者の意図する走行に対して不足するトルク不足が発生する可能性がある。この不足トルク、つまり正常な駆動のために必要とされる必要駆動トルク（以下単に必要トルクと称する）：Ｖは、基本制御量に含まれる目標回転数：Ｎと、回転数検出センサから得られる回転数である実回転数：Ｍとから、予め求められている関係式：Ｈを用いて、以下のように導出することができる。
Ｖ＝Ｈ（Ｎ,Ｍ）。
このことから、制御ユニットは、必要トルクに基づいて基本制御量を補正して補正制御量を生成する。その補正式：Ｊは、基本制御量：Ｃと必要トルク：Ｖとを入力パラメータとして補正制御量：Ｄを導出するものであり、以下のように表される。
Ｋ＝Ｊ（Ｃ,Ｖ）。
なお、車両が走行抵抗の少ない平坦な路面を走行する平坦走行時は、必要トルク：Ｖ＝０、補償トルク：Ｗ＝０となるので、補正制御量：Ｋは基本制御量：Ｃと同じとなる。登坂走行や悪路走行では、必要トルクが追加されるように制御量を補正することで、トルク不足のない走行が実現する。
傾斜横切り走行時は、補償トルク：Ｗが付加されるように、また必要に応じて必要トルク：Ｖが付加されるように、補正制御量：Ｋが生成され、この補正制御量：Ｋに基づいて後輪が駆動制御される。なお、その際、補償トルク：Ｗは左右の後輪に振り分けることができる。例えば、一方の車輪に負の補償トルクを付加し、他方の車輪に正の補償トルクを付加するような方法を採用してもよい。
【００１５】
これに対して、傾斜横切り走行する場合には、車輪には傾斜下向きの力が生じるため、車両は傾斜下向き方向に旋回しようとする。特に、フリー状態のキャスタ輪には傾斜下向きの所定の操向角にキャスタ輪を変更させる力が作用する。この傾斜下向きの力にも関わらず、車両が平坦路走行と同様な操縦性を確保するためには、傾斜下向き方向に旋回傾向を打ち消すようにキャスタ輪の操向角を逆方向に操舵する必要がある。ここでは、その操向角を必要キャスタ操舵角と称する。車両の傾斜度によって車輪に働く傾斜下向きの力が異なるので、それを相殺するための必要キャスタ操舵角も車両の傾斜度によって異なる。
そのために、車両の傾斜度を入力パラメータとして必要キャスタ操舵角が導出される関係を、実験とその実験結果の学習によって予め構築しておく。説明を簡単にするため、車両が傾斜面を水平に横切ることにし、傾斜度を車両のローリング角つまり傾斜角：θとすると、必要キャスタ操舵角：αを導出する関係式：Ｑは以下のように表すことができる。
α＝Ｑ（θ）
左右のキャスタ輪がこの必要キャスタ操舵角となるようにキャスタ輪制御指令が生成される。なお、左右のキャスタ輪の必要キャスタ操舵角が同じではなくそれぞれの最適角を以下のように算定するようにしてもよい。
ＷL＝ＱL（θ）、ＷR＝Ｑ（θR）。
このようにキャスタ輪が必要キャスタ操舵角となるように制御されることにより、さらに必要に応じて必要トルクによる後輪駆動力の補正も行うことにより、傾斜横切り走行であっても車両が傾斜下向き方向に旋回する傾向が抑制され、操縦性が向上する。
【００１６】
車両の傾斜度が大きいことや傾斜面が滑りやすい等で、キャスタ輪に操向角をつけるだけでは、傾斜下向き方向の旋回傾向を打ち消すには不十分な場合、さらにキャスタ輪を回転駆動することも本発明では提案されている。キャスタ輪に作用する斜下向き方向の旋回傾向を打ち消すトルクをキャスタ輪に付与するのである。このキャスタ輪回転制御では、図２で模式的に示しているように、ここでも説明を簡単にするために、傾斜度を車両のローリング角つまり傾斜角：θとすると、傾斜角：θから必要キャスタ駆動トルク：Ｚを導出する関係式：Ｆは以下のように表すことができる。
Ｚ＝Ｆ（θ）。
この関係式は、実験とその実験結果の学習によって予め作成しておくことができる。この必要キャスタ駆動トルクも左右のキャスタ輪で別々に異なる値を与えてもよい。また、キャスタ輪回転駆動をキャスタ輪の操向角操舵とともに行うのではなく、キャスタ輪回転駆動だけを行う構成を採用してもよい。
【００１７】
次に、上述した斜面横切り走行時の駆動制御原理を採用した自走車両の具体的な実施形態を以下に説明する。図３と図４で示されているように、ここでも、自走車両は乗用電動芝刈機として構成されており、運転者によって操作される操縦ユニット１と、前記操縦ユニット１からの操作量に基づいて制御量を生成する制御ユニット５と、前記制御指令により互いに独立して駆動制御される第１駆動部４０Ａ及び第２駆動部４０Ｂを含む駆動ユニットと、前記第１駆動部４０Ａによって走行駆動される左駆動輪２ａ及び前記第２駆動部４０Ｂによって走行駆動される右駆動輪２ｂを含む後車輪ユニット２とを備えている。車両の走行方向の変更は前記左駆動輪２ａと前記右駆動輪２ｂとの回転差ないしは駆動トルク差あるいはその両方によって実現する。
【００１８】
キャスタ輪ユニット３は左右一対の操向角変更と回転駆動が可能に構成されたキャスタ輪３ａ，３ｂからなる。各キャスタ輪３ａ，３ｂには、キャスタ輪回転駆動のためのインホイールモータである駆動モータ３１ａ，３１ｂ及び操向角変更のための操向モータ３２ａ，３２ｂが備えられている。ここでは、駆動モータ３１ａ，３１ｂがキャスタ輪駆動部を構成している。
【００１９】
乗用電動芝刈機の概観が図３に斜視図として示されており、電気系統図及び動力系統図が図４に模式的に示されている。図３及び図４から理解できるように、この乗用電動芝刈機は、前輪であるキャスタ輪ユニット３と後輪である駆動輪ユニット２とによって支持される車体１０、車体１０の後部に配置されたバッテリ２０、バッテリ２０の前方に配置された運転座席１１、運転座席１１の後方から立設された転倒保護フレーム１２、キャスタ輪ユニット３と駆動輪ユニット２との間で車体１０の下方空間に昇降リンク機構を介して昇降可能に車体１０から吊り下げられたモーアユニット１３を備えている。駆動輪ユニット２やモーアユニット１３への給電は、ＥＣＵとも呼ばれる制御ユニット５による制御に基づいて動作するインバータ４を介して行われる。
【００２０】
運転座席１１の前方には運転者の足載せ場であるフロアプレートが設けられており、そこからブレーキペダル１４が突き出している。運転座席１１の両側には、車体横断方向の水平揺動軸回りに揺動する左操縦レバー１ａと右操縦レバー１ｂとからなる操縦ユニット１が配置されている。さらに、運転座席１１の片側、ここでは左側に電気制御系のスイッチボタンやスイッチレバー等を有する電気操作パネル１８が設けられている。キャスタ輪ユニット３に対するマニュアル操作具として、左右キャスタ輪３ａ，３ｂの左操向角操舵を指令する左操舵スイッチ１７ａと、左右キャスタ輪３ａ，３ｂの右操向角操舵を指令する右操舵スイッチ１７ｂと、左右キャスタ輪３ａ，３ｂの回転駆動（走行回転駆動）を指令するキャスタ輪駆動レバー１９とを備えている。左操舵スイッチ１７ａは左操縦レバー１ａの先端に取り付けられており、右操舵スイッチ１７ｂは右操縦レバー１ｂの先端に取り付けられている。キャスタ輪駆動レバー１９は、電気操作パネル１８の周辺に配置されている。
【００２１】
この実施形態では、左後車輪２ａと右後車輪２ｂは、それぞれインホイールモータである左輪モータ２１と右輪モータ２２を駆動源としている。図５の機能ブロックで示されているように、駆動ユニットである左輪モータ２１と右輪モータ２２には、インバータ４として構成されている左輪給電部４１と右輪給電部４２によってそれぞれ独立的に供給される電力によってその回転速度またはトルクあるいはその両方が変化する。左後車輪２ａと右後車輪２ｂの回転速度（周速）を相違させることができ、この左右後車輪速度差によって乗用電動芝刈機の方向転換が行われる。つまり、この実施形態では、第１駆動部４０Ａは左輪給電部４１と左輪モータ２１とによって構成され、第２駆動部４０Ｂは右輪給電部４２と右輪モータ２２とによって構成されている。つまり、この実施形態では駆動ユニットは左輪モータ２１と右輪モータ２２とで構成されている。
【００２２】
キャスタ輪用駆動モータ３１ａ，３１ｂ及びキャスタ用操向モータ３２ａ，３２ｂにもインバータ４として構成されている操向給電部４３と駆動給電部４４によってそれぞれ独立的に電力が供給される。
【００２３】
左輪給電部４１及び右輪給電部４２から出力される電力(制御量)は、制御ユニット５によって算定される目標回転数（目標速度）に対応しているが、走行負荷によって、その実際の回転数（実速度）が目標より小さくなった場合には、モータ出力トルクが大きくなるように制御量が修正される。なお、図示されていないが、モーアユニット１３内に装備されている、芝刈りのためのブレードモータへの給電も、インバータ４を介して行われる。
【００２４】
図５に示すように、制御ユニット５は、入力デバイスとして、車輪状態検出器７と操縦状態検出器８と傾斜検出器９と接続しており、出力デバイスとしてインバータ４と接続している。
車輪状態検出器７には、左後車輪２ａの回転数（車輪状態情報）を検出する左後輪回転検出センサ７０ａ、右後車輪２ｂの回転数（車輪状態情報）を右後輪回転検出センサ７０ｂ、キャスタ輪用駆動モータ３１ａ，３１ｂの回転数を検出するキャスタ輪回転検出センサ８１ａ，８１ｂ、キャスタ用操向モータ３２ａ，３２ｂの回転数を検出するキャスタ輪操向角検出センサ８２ａ，８２ｂなど、車輪に関する情報を検出するセンサが含まれる。
【００２５】
操縦状態検出器８には、左操縦レバー１ａの揺動角（操縦状態情報）を検出する左操縦角検出センサ８０ａ、右操縦レバー１ｂの揺動角（操縦状態情報）を検出する右操縦角検出センサ８０ｂ、ブレーキペダル１４の操作角を検出するブレーキ検出センサ、左操舵スイッチ１７ａやと右操舵スイッチ１７ｂ、キャスタ輪駆動レバー１９の操作を検出するレバー操作検出センサ８３など操縦に関する情報を検出するセンサが含まれる。
傾斜検出器９には、車両長手方向軸回りの傾斜角（傾斜度情報）を検出する第１傾斜センサ９０ａと車両横断方向軸回りの傾斜角を検出する第２傾斜センサ９０ｂとが含まれている。第１傾斜センサ９０ａと第２傾斜センサ９０ｂとの検出値から斜面横切り走行時に車輪に作用する傾斜下向き力成分を求めることができる。演算処理上は、車両が斜面を斜め走行している場合でも斜面横切り走行しているとみなして、その車両傾斜度を正規化して表すと好都合である。また、説明上もそのほうが簡単となるので、ここで扱われる傾斜度は斜面横切り走行での傾斜度に正規化されているとする。
【００２６】
制御ユニット５においては、基本制御量算定部５０、駆動トルク算定部５３、補正部５４、傾斜度算定部５５、キャスタ輪制御部５Ｂ、センサ情報処理部５９などが、プログラムの実行によって構築されるが、必要に応じて、ハードウエアによって構築してもよい。
傾斜度算定部５５は、前述した傾斜検出器９からの検出信号に基づいて車両の傾斜度を算定する。センサ情報処理部５９は、車輪状態検出器７や操縦状態検出器８や傾斜検出器９から入力されたセンサ信号を処理して、制御ユニット５の内部で利用可能な情報に変換する。
【００２７】
基本制御量算定部５０は、操縦ユニット１の操作量に基づいて左輪モータ２１と右輪モータ２２に対する基本制御量を算定する機能を有する。基本制御量は、平坦路面の走行、つまり目標回転数が実回転数となる走行を仮定して、操縦ユニット１の操作量に基づいて算定される制御量である。基本制御量算定部５０は、左輪速度演算部５１と右輪速度演算部５２とを含んでいる。左輪速度演算部５１は、運転者による左操縦レバー１ａの操作量を検出する左操縦角検出センサ８０ａを通じての操作量に基づいて左後車輪２ａの回転速度（回転数）、つまり左輪モータ２１の回転速度（トルク）を求める。同様な方法で、右輪速度演算部５２も、運転者による右操縦レバー１ｂの操作量を検出する右操縦角検出センサ８０ｂを通じての操作情報に基づいて右後車輪２ｂの回転速度（トルク）、つまり右輪モータ２２の回転速度（トルク）を算定する。この算定には、操作位置と回転速度の関係を表すテーブルや関数が用いられる。
【００２８】
駆動トルク算定部５３は、第１駆動部４０Ａと、第２駆動部４０Ｂとに要求される必要駆動トルク（以下単に必要トルクと略称する）を算出する。この必要トルクとは、左操縦レバー１ａ又は右操縦レバー１ｂによる操作量に基づいて設定される目標回転数に基づいて基本制御量算定部５０で算定される基本制御量では、実回転数が目標回転数に達しなかった場合に実速度が目標速度となるために左輪モータ２１又は右輪モータ２２要求されるトルク量を意味している。実回転数が目標回転数を越えた場合はその必要トルクは負の値となる。従って、駆動トルク算定部５３は、基本制御量算定部５０によって算定される左右後車輪２ａ，２ｂの目標回転数と、左後輪回転検出センサ７０ａと右後輪回転検出センサ７０ｂとによって得られる各後車輪２ａ，２ｂの実回転数とから必要トルクを導出する。
【００２９】
補正部５４は、駆動トルク算定部５３によって算定された必要トルクに基づいて、左輪速度演算部５１及び右輪速度演算部５２によって求められた左輪モータ２１と右輪モータ２２のための基本制御量を補正する。基本制御量算定部５０と駆動トルク算定部５３と補正部５４とによって駆動輪ユニット２を駆動するための制御量を生成する駆動輪制御部５Ａを構成している。
【００３０】
キャスタ輪制御部５Ｂは、原則的には上述したように傾斜横切り走行時に機能する機能部であり、操向制御部５６と駆動制御部５７とを含んでいる。操向制御部５６は、車両傾斜度が所定以上となった場合や、運転者からの指示に基づいて、そのときの車両傾斜度に基づく操向角あるいは運転者によって指示される操向角に左右キャスタ輪３ａ，３ｂを操舵する制御量を算定してキャスタ輪制御指令としてキャスタ輪操向給電部４３に与える。駆動制御部５７も、車両傾斜度が所定以上となった場合や、運転者からの指示に基づいて、そのときの車両傾斜度に基づく回転数あるいは運転者によって指示される回転数で左右キャスタ輪３ａ，３ｂを回転駆動する制御量を算定してキャスタ輪制御指令としてキャスタ輪駆動給電部４４に与える。
【００３１】
以上のように構成された乗用電動芝刈機による傾斜横切り走行を含む走行制御の流れを図６のフローチャートを用いて以下に説明する。
乗用電動芝刈機のキースイッチがオンされると、この制御ルーチンがスタートする。まず、センサ情報処理部５９を介して、車輪状態情報に含まれる左後車輪２ａと右後車輪２ｂの回転数が取得される（＃０１）。さらに操縦状態情報に含まれる左操縦レバー１ａの揺動角（操作量）と右操縦レバー１ｂの揺動角（操作量）の取得も行われる（＃０３）。左右操縦レバー１ａ，１ｂの操作量が取得されると、その操作量に基づいて、前述したように基本制御量が算定される。この基本制御量は、以下に述べる必要トルクや補償トルクで補正されてインバータ４に与えられる制御量となる。その際、制御ユニット５からインバータ４に与えられる制御量に対応する車輪回転数（速度）を目標回転数とするとともに、取得した後車輪回転数を実回転数として比較すると、実回転数が目標回転数を下回っている不足回転数が不足トルクに対応するので、この目標回転数と実回転数とから必要トルクが算定される（＃０５）。算定された必要トルクを用いて基本制御量が補正される（＃０７）。左後車輪２ａと右後車輪２ｂのそれぞれの制御量である駆動輪制御量（速度＋トルク）が生成される（＃０９）。特に、登坂走行や悪路走行や重量物搬送走行などの場合トルク不足が発生しやすくなるが、この必要トルクを用いた補正でトルク不足が解消される。
【００３２】
次に、傾斜度情報が取得され（＃１１）、傾斜度（傾斜角）が予め設定された所定値である第１条件値以上であるかどうかがチェックされる（＃１３）。この第１条件値は、傾斜横切り走行におけるスムーズな走行のためにキャスタ輪ユニット３の操向角制御又は回転制御が必要となる傾斜度である。傾斜度が第１条件値を下回っていれば（＃１３No分岐）、キャスタ輪ユニット３の強制的な制御は不必要なので、ステップ＃０７で生成された駆動輪制御量がインバータ４に送られ、駆動輪制御指令が生成される（＃２１）。この駆動輪制御指令が左輪モータ２１と右輪モータ２２に送られ左後車輪２ａと右後車輪２ｂが駆動される（＃２２）。
【００３３】
傾斜度が第１条件値以上であれば（＃１３Yes分岐）、まず、傾斜度に応じて決定されるキャスタ輪操向角である必要キャスタ操向角が算定され（＃３１）、その必要キャスタ操向角を作り出すために必要な操向角制御量が算定される（＃３３）。さらに、傾斜度（傾斜角）が予め設定された所定値である第２条件値以上であるかどうかがチェックされる（＃３５）。この第２条件値は、傾斜横切り走行におけるスムーズな走行のためにキャスタ輪ユニット３の操向角制御だけではなくキャスタ輪を回転させる回転制御が必要となる傾斜度である。傾斜度が第２条件値以上であれば（＃３５Yea分岐）、傾斜度に応じて決定される必要キャスタ駆動トルクが算定され（＃３７）、その必要キャスタ駆動トルクを作り出すために必要な駆動制御量が算定される（＃３９）。
【００３４】
ステップ＃３５で、傾斜度が第２条件値を下回っていれば（＃３５No分岐）、キャスタ輪のる回転制御が不必要なので、ステップ＃３７と＃３９は省略される。次に、操向角制御量だけを含むか、又は操向角制御量と駆動制御量とを含むキャスタ輪制御量が算定され、インバータ４に送られる（＃４１）。インバータ４は、キャスタ輪制御量からキャスタ輪制御指令を生成する（＃４３）。このキャスタ輪制御指令に基づいて、キャスタ輪回転駆動のための駆動モータ３１ａ，３１ｂが、必要に応じて操向角変更のための操向モータ３２ａ，３２ｂが駆動される（＃４５）。さらに、もちろん、上述したステップ＃２１とステップ＃２３による左後車輪２ａと右後車輪２ｂの駆動も行われる。これにより、傾斜横切り走行においても平坦路走行のような感覚で操縦可能となる。この一連のルーチンはキースイッチがオフにされるまで繰り返し実行され（＃６０No分岐）、キースイッチがオフになることにより終了する（＃６０Yes分岐）。
【００３５】
〔別な実施形態〕
（１）上述した実施形態では、傾斜横切り走行時において発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを解消するように、最初にキャスタ輪３ａ，３ｂの操向角を所定角度に制御する方法を行い、追加的処置として、前記走行方向ずれを解消するための補償トルクを出力するようにキャスタ輪３ａ，３ｂを回転駆動する方法を行っていた。これに代えて、キャスタ輪３ａ，３ｂの操向角制御と回転駆動制御を最初から同時に行ってもよい。また、キャスタ輪３ａ，３ｂの回転駆動制御をキャスタ輪３ａ，３ｂの操向角制御に先立っておこなってもよい。
【００３６】
（２）上述した実施形態では、モータ制御にインバータ制御を採用していたが、速度とトルクを制御可能な他の制御を採用してしてもよい。
【００３７】
（３）上述した実施形態では、左後車輪２ａと右後車輪２ｂの駆動系にバッテリ２０とインバータ４と電動モータが採用されていたが、図７に示すように、エンジン１００を駆動源として左右一対の静油圧式トランスミッション（以下ＨＳＴと略称する）１０１と伝動機構１０２とを介して左後車輪２ａと右後車輪２ｂとに油圧ユニット１０３によって制御される回転動力を伝達する駆動ユニットを用いてもよい。ＨＳＴ１０１は、油圧ポンプ又は油圧モータあるいはその両方の斜板角度を調整することで無段変速が可能であり、その各斜板角度はサーボ油圧制御機器を搭載した油圧ユニット１０３によって制御される。従って、制御ユニット５に関しては、そこから出力される制御量は、油圧ユニット１０３の制御機器に適合した制御信号となるが、その基本的な構成は同じである。基本的には、作動油の圧力を制御することによりトルク制御が実現し、作動油の流量を制御することにより速度制御が実現する。従って、先の実施形態における電動モータと同様な制御をＨＳＴ１０１によって行うことができる。油圧による斜板制御に変えて、電気による斜板制御を採用してもよい。その際、キャスタ輪回転駆動のための駆動モータ１１０と操向角変更のための操向モータ１２０も油圧モータとすることができる。
【００３８】
（４）上述した最初の実施形態では、制御ユニット５の機能を分かり易く説明するために、基本制御量を算定する基本制御量算定部５０、必要トルクを算定する駆動トルク算定部５３、補正部５４、操向制御部５６、駆動制御部５７などを区分けしている。従って、これらの機能部を統合したり、さらに分割したりすることは、本発明の枠内で自由である。
【００３９】
（５）上述した実施形態の自走車両は、駆動源をバッテリとする完全電気車両、又は駆動源をエンジン（内燃機関）の回転動力をＨＳＴで変速するＨＳＴ車両であったが、エンジンの駆動力で発電機を回してバッテリを充電するハイブリッド型車両であってもよい。
【００４０】
（６）上述した実施形態では、自走車両として乗用電動芝刈機を例としていたが、本発明が適用できる乗用作業車としては、芝刈機以外、フォークリフト、耕耘機、トラクタ、田植機、コンバイン、土木・建築作業機、除雪車などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、左右の駆動輪が独立して回転制御可能な自走車両に適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１：操縦ユニット
１ａ：左操縦レバー
１ｂ：右操縦レバー
２：駆動輪ユニット
２ａ：左駆動輪
２ｂ：右駆動輪
２１：左輪モータ（駆動ユニット）
２２：右輪モータ（駆動ユニット）
３：キャスタ輪ユニット
３ａ：左キャスタ輪
３ｂ：右キャスタ輪
３１ａ，３１ｂ：駆動モータ（キャスタ輪駆動部）
３２ａ，３２ｂ：操向モータ
４：インバータ
４０Ａ：第１駆動部（駆動ユニット）
４０Ｂ：第２駆動部（駆動ユニット）
４３：操向給電部
４４：駆動給電部
５：制御ユニット
５Ａ：駆動輪制御部
５Ｂ：キャスタ輪制御部
５５：傾斜度算定部
５６：操向制御部
５７：駆動制御部
７：車輪状態検出器
８：操縦状態検出器
９：傾斜検出器
１７ａ：左操舵スイッチ
１７ｂ：右操舵スイッチ
１９：キャスタ輪駆動レバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者によって操作される操縦ユニットと、
駆動輪制御指令により互いに独立して駆動制御される第１駆動部及び第２駆動部を含む駆動ユニットと、前記第１駆動部によって走行駆動される左駆動輪及び前記第２駆動部によって走行駆動される右駆動輪を含む駆動輪ユニットと、
キャスタ輪制御指令により操向角制御される少なくとも１つのキャスタ輪と、
車両の傾斜度を検出する傾斜検出器と、
前記操縦ユニットからの操作量に基づいて前記駆動輪制御指令を生成する駆動輪制御部を含む制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットには、さらにキャスタ輪制御部が含まれ、前記キャスタ輪制御部は、傾斜横切り走行時に、前記傾斜度に基づいて、当該傾斜横切り走行時において発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを解消するように前記キャスタ輪の操向角を制御するキャスタ輪制御指令を生成する自走車両。
【請求項２】
前記キャスタ輪を走行駆動するキャスタ輪駆動部が備えられ、かつ
前記キャスタ輪制御部は、前記傾斜度に基づいて、前記キャスタ輪駆動部が前記走行方向ずれを解消するための補償トルクを出力するように前記キャスタ輪駆動部に与えるキャスタ輪回転制御指令を前記キャスタ輪制御指令に含ませる請求項１に記載の自走車両。
【請求項３】
前記駆動ユニット及び前記キャスタ輪駆動部は電動モータで構成されている請求項２に記載の自走車両。
【請求項４】
前記キャスタ輪制御指令または前記キャスタ輪回転制御指令あるいはその両方は、マニュアル操作具の操作に基づいて出力される請求項２又は３に記載の自走車両。
【請求項１】
運転者によって操作される操縦ユニットと、
駆動輪制御指令により互いに独立して駆動制御される第１駆動部及び第２駆動部を含む駆動ユニットと、前記第１駆動部によって走行駆動される左駆動輪及び前記第２駆動部によって走行駆動される右駆動輪を含む駆動輪ユニットと、
キャスタ輪制御指令により操向角制御される少なくとも１つのキャスタ輪と、
車両の傾斜度を検出する傾斜検出器と、
前記操縦ユニットからの操作量に基づいて前記駆動輪制御指令を生成する駆動輪制御部を含む制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットには、さらにキャスタ輪制御部が含まれ、前記キャスタ輪制御部は、傾斜横切り走行時に、前記傾斜度に基づいて、当該傾斜横切り走行時において発生する目標走行と実走行との走行方向ずれを解消するように前記キャスタ輪の操向角を制御するキャスタ輪制御指令を生成する自走車両。
【請求項２】
前記キャスタ輪を走行駆動するキャスタ輪駆動部が備えられ、かつ
前記キャスタ輪制御部は、前記傾斜度に基づいて、前記キャスタ輪駆動部が前記走行方向ずれを解消するための補償トルクを出力するように前記キャスタ輪駆動部に与えるキャスタ輪回転制御指令を前記キャスタ輪制御指令に含ませる請求項１に記載の自走車両。
【請求項３】
前記駆動ユニット及び前記キャスタ輪駆動部は電動モータで構成されている請求項２に記載の自走車両。
【請求項４】
前記キャスタ輪制御指令または前記キャスタ輪回転制御指令あるいはその両方は、マニュアル操作具の操作に基づいて出力される請求項２又は３に記載の自走車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１２３０（Ｐ２０１３−１２３０Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３３６７３（Ｐ２０１１−１３３６７３）
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
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