JP5751465B2 - 乗用型芝刈り車両及びその制御方法 - Google Patents

Description

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。

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。

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_２）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。

以下の特許文献１には、エンジンの回転動力を用いて走行を行う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。

特開平８−４８２１８号公報

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。

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。

例えば、作業者によってペダル（前進アクセルペダル又は後進アクセルペダル）が操作されて乗用型芝刈り車両がある速度で前進又は後進しているときに、ステアリングが左方向又は右方向に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。

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ステアリング操作がなされると、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。

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。

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、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操舵輪（１２）を備える乗用型芝刈り車両（１）において、車両の速度を検出する速度センサ（３６）と、前記ステアリングの操作量に基づいて目標とすべき前記操舵輪の回転軸の角度である目標操舵輪角度を算出する算出手段（３８ａ）と、前記速度センサの検出結果に応じて前記操舵輪の回転軸の角度の制限値である操舵輪角度制限値を設定する設定手段（３８ｂ）と、前記目標操舵輪角度が前記操舵輪角度制限値を超えている場合には、前記目標操舵輪角度を前記操舵輪角度制限値に設定して前記操舵輪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、車両の速度に応じた前記操舵輪角度制限値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操舵輪角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、前記速度センサの検出結果に加えて前記姿勢センサの検出結果に応じて前記操舵輪角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、前記速度センサの検出結果に応じた操舵輪角度制限値を求め、前記姿勢センサの検出結果を用いて該操舵輪角度制限値を補正することにより、前記操舵輪角度制限値を設定す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、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操舵輪（１２）を備える乗用型芝刈り車両（１）の制御方法であって、前記ステアリングの操作量に基づいて目標とすべき前記操舵輪の回転軸の角度である目標操舵輪角度を算出する第１ステップ（Ｓ１２）と、車両の速度を検出する速度センサ（３６）の検出結果に応じて前記操舵輪の回転軸の角度の制限値である操舵輪角度制限値を設定する第２ステップ（Ｓ１４）と、前記目標操舵輪角度が前記操舵輪角度制限値を超えている場合には、前記目標操舵輪角度を前記操舵輪角度制限値に設定して前記操舵輪を制御する第３ステップ（Ｓ１７，Ｓ１８）とを有することを特徴としている。

本発明によれば、ステアリングの操作量に基づいて目標操舵輪角度を算出するとともに、速度に応じた操舵輪角度制限値を設定し、算出された目標操舵輪角度が操舵輪角度制限値を超えている場合には目標操舵輪角度を操舵輪角度制限値に制限して操舵輪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。

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。 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。 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。 乗用型芝刈り車両に設定される操舵輪角度制限値を説明するための図である。 乗用型芝刈り車両の姿勢に応じた操舵輪角度制限値の補正量の一例を示す図である。 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操舵輪角度制御を示すフローチャートである。

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。

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。

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、前進アクセルペダル１８、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

乗用型芝刈り車両１が静止している状態においては、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。このため、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。

これに対し、乗用型芝刈り車両１が走行している状態においては、ステアリングホイール１６の操作角度が−１５０〜１５０［度］の範囲にある場合であっても、操舵輪角度は乗用型芝刈り車両１の速度に応じて制限されることがある。これは、ペダル（前進アクセルペダル１８又は後進アクセルペダル１７）が操作されて乗用型芝刈り車両がある速度で前進又は後進しているときに、ステアリングホイール１６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。

ここで、図２に示す通り、制御装置３８は、目標操舵輪角度算出部３８ａ（算出手段）、操舵輪角度制限値設定部３８ｂ（設定手段）、及びモータ制御部３８ｃ（制御手段）を備えており、乗用型芝刈り車両１の速度に応じて操舵輪角度を制限する制御を行う。かかる制御を行うのは、上述の通り、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。

目標操舵輪角度算出部３８ａは、ステアリングホイール１６の操作角度（操作量）に基づいて、目標とすべき後輪１２の回転軸の角度（目標操舵輪角度）を算出する。操舵輪角度制限値設定部３８ｂは、速度センサ３６及び３Ｄジャイロセンサ３７の検出結果に応じて後輪１２の回転軸の角度の制限値である操舵輪角度制限値を設定する。具体的に、操舵輪角度制限値設定部３８ｂは、乗用型芝刈り車両１の速度に応じた操舵輪角度制限値が規定されたテーブルを有しており、このテーブルを用いて乗用型芝刈り車両１の速度に応じた操舵輪角度制限値を設定する。

図４は、乗用型芝刈り車両に設定される操舵輪角度制限値を説明するための図である。尚、図４では、横軸にエンコーダＥ１（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）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おり、縦軸に操舵輪角度をとっている。図４において、符号Ｌ０を付した曲線は、乗用型芝刈り車両１が静止している状態における操作角度信号Ｓ５と操舵輪角度との関係を示す曲線である。

乗用型芝刈り車両１が静止している状態では操舵輪角度制限値は設定されないため、操舵輪角度は曲線Ｌ０に沿うように操作角度信号Ｓ５に応じて滑らかに変化する。つまり、後輪１２は、ステアリングホイール１６の操作角度に応じた分だけ揺動する。尚、上述した目標操舵輪角度算出部３８ａによって算出される目標操舵輪角度とステアリングホイール１６の操作角度との関係は、図４中の曲線Ｌ０に沿うものとなる。

これに対し、図４において、符号Ｌ１，Ｌ２を付した曲線は、乗用型芝刈り車両１が走行している状態における操作角度信号Ｓ５と操舵輪角度との関係を示す曲線である。尚、曲線Ｌ２は、曲線Ｌ１よりも乗用型芝刈り車両１の速度が速い場合の操作角度信号Ｓ５と操舵輪角度との関係を示す曲線である。乗用型芝刈り車両１が走行している状態では、操舵輪角度制限値が設定さるため、操作角度信号Ｓ５の絶対値がある値以上になると操舵輪角度がある角度（操舵輪角度制限値）に固定（制限）される。

具体的に、曲線Ｌ１については操作角度信号Ｓ５の電圧の大きさがＶ１以上になると操舵輪角度がφ１に固定され、−Ｖ１以下になると操舵輪角度が−φ１に固定される。また、曲線Ｌ２については操作角度信号Ｓ５の電圧の大きさがＶ２以上になると操舵輪角度がφ２に固定され、−Ｖ２以下になると操舵輪角度が−φ２に固定される。尚、｜φ１｜＞｜φ２｜，｜Ｖ１｜＞｜Ｖ２｜なる関係がある。つまり、ステアリングホイール１６の操作角度が同じであっても、乗用型芝刈り車両１の速度が速くなるほど操舵輪角度の制限が大きくなる。操舵輪角度制限値設定部３８ｂは、上述したテーブルを用いて乗用型芝刈り車両１の速度に応じた操舵輪角度制限値（図４中の±φ１，φ２）を設定する。

ここで、乗用型芝刈り車両１の速度のみに基づいて操舵輪角度制限値を設定すると、乗用型芝刈り車両１の姿勢によっては、芝の損傷を防止し得る操舵輪角度制限値の設定がなされなかったり、或いは乗用型芝刈り車両１が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が前進して下り坂を下る場合、或いは後進して下り坂を下る場合には、乗用型芝刈り車両１の速度が急激に上昇して芝の損傷を防止し得る操舵輪角度制限値の設定がなされない場合である。また、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）に低速で走行しているときに、その斜面を前進して上る方向にステアリングホイール１６が大きく操作されると、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が停止してしまう場合である。

このため、操舵輪角度制限値設定部３８ｂは、速度センサ３６の検出結果に加えて、３Ｄジャイロセンサ３７の検出結果に応じて操舵輪角度制限値を設定することとしている。具体的に、操舵輪角度制限値設定部３８ｂは、速度センサ３６の検出結果に基づいて乗用型芝刈り車両１の速度に応じた操舵輪角度制限値を求め、３Ｄジャイロセンサ３７の検出結果を用いてこの操舵輪角度制限値を補正することにより、乗用型芝刈り車両１の操舵輪角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速度に応じた操舵輪角度制限値を求め、次いでこの操舵輪角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、乗用型芝刈り車両１の速度と姿勢とを加味した操舵輪角度制限値を設定している。

図５は、乗用型芝刈り車両の姿勢に応じた操舵輪角度制限値の補正量の一例を示す図である。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、操舵輪角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操舵輪角度制限値の補正量は二次関数的に増加する。

このように、操舵輪角度制限値設定部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、乗用型芝刈り車両１の急激な速度の上昇に対応すべく、３Ｄジャイロセンサ３７の検出結果に応じて操舵輪角度制限値を補正する。尚、図５に示す補正量とは別に、乗用型芝刈り車両１が斜面を上昇する場合に停止してしまう事態を防止するための補正量も用意されている。

モータ制御部３８ｃは、目標操舵輪角度算出部３８ａで算出された目標操舵輪角度と、操舵輪角度制限値設定部３８ｂで設定された操舵輪角度制限値とを用いて後輪１２を揺動させるモータ４２を制御する。具体的には、目標操舵輪角度算出部３８ａで算出された目標操舵輪角度が操舵輪角度制限値設定部３８ｂで設定された操舵輪角度制限値を超えていない場合には、目標操舵輪角度算出部３８ａで算出された目標操舵輪角度が得られるようにモータ４２を制御する。これに対し、目標操舵輪角度算出部３８ａで算出された目標操舵輪角度が操舵輪角度制限値設定部３８ｂで設定された操舵輪角度制限値を超えている場合には、目標操舵輪角度算出部３８ａで算出された目標操舵輪角度を操舵輪角度制限値に制限してモータ４２を制御する。

次に、上記構成の乗用型芝刈り車両１で行われる操舵輪角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操舵輪角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。

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に設けられた目標操舵輪角度算出部３８ａは、エンコーダＥ１から出力される操作角度信号Ｓ５から、ステアリングホイール１６の操作角度を取得する（ステップＳ１１）。次に、目標操舵輪角度算出部３８ａは、取得したステアリングホイール１６の操作角度から乗用型芝刈り車両１の目標操舵輪角度を算出する（ステップＳ１２：第１ステップ）。

また、以上のステップＳ１１，Ｓ１２の処理と並行して、制御装置３８に設けられた操舵輪角度制限値設定部３８ｂは、速度センサ３６から乗用型芝刈り車両１の現在の速度を取得する（ステップＳ１３）。そして、操舵輪角度制限値設定部３８ｂは、図４を用いて説明したテーブルを用いて、ステップＳ１３で取得した速度に応じた操舵輪角度制限値を算出する（ステップＳ１４：第２ステップ）。

次に、操舵輪角度制限値設定部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で算出した操舵輪角度制限値を補正する（ステップＳ１５）。例えば、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、操舵輪角度制限値設定部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）をもって操舵輪角度制限値を補正する。つまり、操舵輪角度がより制限されるように操舵輪角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、操舵輪角度制限値設定部３８ｂは操舵輪角度制限値の補正は行わない。尚、乗用型芝刈り車両１が斜面を横方向に低速で走行しているときには、操舵輪角度制限値設定部３８ｂは、乗用型芝刈り車両１の停止を防止すべく、その斜面を前進して上る方向への後輪１２の揺動を制限するような操舵輪角度制限値の補正を行う。

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で算出された目標操舵輪角度がステップＳ１４で算出された操舵輪角度制限値（ステップＳ１５で補正された操舵輪角度制限値）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、目標操舵輪角度をステップＳ１４で算出された操舵輪角度制限値（ステップＳ１５で補正された操舵輪角度制限値）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で設定した目標操舵輪角度が得られるようモータ４２の制御を行う（ステップＳ１８：第３ステップ）。

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で算出した目標操舵輪角度が得られるようモータ４２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で算出された目標操舵輪角度がステップＳ１４で算出された操舵輪角度制限値（ステップＳ１５で補正された操舵輪角度制限値）を超えていないため、ステップＳ１２で算出された目標操舵輪角度で乗用型芝刈り車両１の操舵輪角度制御を行う。

以上説明した通り、本実施形態では、ステアリングホイール１６の操作角度に基づいて目標操舵輪角度（目標とすべき後輪１２の回転軸の角度）を算出するとともに、乗用型芝刈り車両１の速度から操舵輪角度制限値を設定し、算出された目標操舵輪角度が操舵輪角度制限値を超えている場合には、目標操舵輪角度を操舵輪角度制限値に制限して後輪１２を駆動するモータ４２を制御している。このため、ペダル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。

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、テーブルを用いて操舵輪角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。操舵輪角度制限値を求める演算式や関数等を操舵輪角度制限値設定部３８ｂに格納しておき、この演算式や関数等を用いて操舵輪角度制限値を求めても良い。

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。

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。

１ 乗用型芝刈り車両
１２ 後輪
１６ ステアリングホイール
３６ 速度センサ
３７ ３Ｄジャイロセンサ
３８ａ 目標操舵輪角度算出部
３８ｂ 操舵輪角度制限値設定部
３８ｃ モータ制御部

Claims (4)

1. 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を備える乗用型芝刈り車両において、
   車両の速度を検出する速度センサと、
   車両の姿勢を検出する姿勢センサと、
   前記ステアリングの操作量に基づいて目標とすべき前記操舵輪の回転軸の角度である目標操舵輪角度を算出する算出手段と、
   前記速度センサ及び前記姿勢センサの検出結果に応じて前記操舵輪の回転軸の角度の制限値である操舵輪角度制限値を設定する設定手段と、
   前記目標操舵輪角度が前記操舵輪角度制限値を超えている場合には、前記目標操舵輪角度を前記操舵輪角度制限値に設定して前記操舵輪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。
2. 前記設定手段は、車両の速度に応じた前記操舵輪角度制限値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操舵輪角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。
3. 前記設定手段は、前記速度センサの検出結果に応じた操舵輪角度制限値を求め、前記姿勢センサの検出結果を用いて該操舵輪角度制限値を補正することにより、前記操舵輪角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。
4. 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を備える乗用型芝刈り車両の制御方法であって、
   前記ステアリングの操作量に基づいて目標とすべき前記操舵輪の回転軸の角度である目標操舵輪角度を算出する第１ステップと、
   車両の速度を検出する速度センサ及び車両の姿勢を検出する姿勢センサの検出結果に応じて前記操舵輪の回転軸の角度の制限値である操舵輪角度制限値を設定する第２ステップと、
   前記目標操舵輪角度が前記操舵輪角度制限値を超えている場合には、前記目標操舵輪角度を前記操舵輪角度制限値に設定して前記操舵輪を制御する第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。

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