JP6433368B2 - 草刈走行車両 - Google Patents

Description

本発明は、駆動輪ユニットと、モーアユニットと、モーアユニットの対地高さを変更する昇降機構とを備えた草刈走行車両に関する。

草刈走行車両では、草刈作業地以外における走行では、モーアユニットを地面から高く上昇させて、地面に存在する障害物との干渉を出来るだけ避けるようにする（非作業高さでの走行）。草刈作業地での作業走行（草刈走行）の前準備として、モーアユニットを地面近くまで下げ、必要に応じて微調整を行う（作業高さ走行）。さらに、モーアユニットに装備されている刈刃の駆動または停止が運転者によって手動で行われる。このように、草刈走行車両の運転には、その運転状況に応じて、種々の操作を行う必要があり、運転者に負担がかかる。

特許文献１に開示された乗用型草刈機は、モーアユニットの地上高さである刈高さを検出する刈高さ検出手段と、この刈高さ検出手段で検出された刈高さが予め設定された設定値以下である場合に走行速度を所定速度以下に規制する速度規制機能を有する制御装置とを備えている。

特開２０１４−１４３９８４号公報

特許文献１による乗用型草刈機では、刈高さに応じた走行速度の自動制御によって、運転者の負担を軽減することが意図されている。しかしながら、草刈走行車両では、上述したように、運転状況に応じて、モーアユニットの地上高さ調節や刈刃の駆動操作または停止操作などを行う必要がある。このため、運転者の運転負担をより軽減する草刈走行車両が望まれている。

本発明に関わる草刈走行車両は、走行駆動機構によって駆動される駆動輪ユニットと、車両の走行及び停止を含む走行状態を検出する走行状態検出部と、車体に支持されるモーアユニットと、前記モーアユニットの対地高さを変更する昇降機構と、前記モーアユニットの刈刃を駆動する刈刃駆動機構と、最低高さを含む草刈に適した対地高さである作業高さと、最高高さを含む草刈に不適な対地高さである非作業高さとの間で、前記モーアユニットの対地高さを変更する昇降制御信号を前記昇降機構に与える昇降制御部と、前記刈刃の駆動を制御する刈刃駆動制御部と、前記モーアユニットの地上高さ及び前記刈刃の駆動・停止を含むモーアユニット状態の検出を行うモーアユニット状態検出部と、前記走行状態検出部によって検出された走行状態と前記モーアユニット状態検出部によって検出されたモーアユニット状態とに基づいて、前記昇降制御部と前記刈刃駆動制御部とに制御指令を与える管理部とを備えている。

この構成によれば、昇降機構によるモーアユニットの対地高さの変更及び刈刃駆動機構によるモーアユニットの刈刃の駆動は、モーアユニットの地上高さ及び前記刈刃の駆動・停止を含むモーアユニット状態の検出結果と、車両の走行及び停止を含む走行状態の検出結果に基づいて自動制御される。これにより、モーアユニットの地上高さ調節や刈刃の駆動操作または停止操作などが、状況によっては、運転者が行う必要がなく、少なくとも部分的には、運転状況に応じて、自動的に行われるので、運転者の運転負担を軽減される。

本発明に関係する草刈作業制御の基本原理を示す説明図である。 本発明に関係する草刈走行車両の実施形態の１つである草刈機の側面図である。 草刈機の電気系統及び動力系統を示す系統図である。 草刈機の制御系の機能ブロック図である。 モーアユニットと刈刃を示す斜視図である。

本発明に関係する草刈走行車両の具体的な実施形態を説明する前に、図１を用いて、この草刈走行車両に備えられている草刈作業制御の基本原理を説明する。

この草刈走行車両（以下、単に車両と略称する）は、草刈作業制御系によってその動作が制御される構成要素として、走行駆動機構２３、昇降機構１３、刈刃駆動機構３１を備えている。走行駆動機構２３は駆動輪ユニット２に動力を伝達することで駆動輪ユニット２を駆動し、車両を走行させる。車体に設けられた昇降機構１３は、モーユニットを昇降する。刈刃駆動機構３１は、モーアユニットに設けられ、刈刃に動力を伝達して刈刃を駆動する。刈刃を駆動しながら車両を走行に走行させることで草刈作業が実施される。モーユニットを昇降させることモーアユニットの対地高さ変化し、その結果刈刃による刈高さが変化する。

草刈作業制御系には、走行制御部５４と、管理部５５と、刈刃駆動制御部５８と、昇降制御部５９とが含まれている。走行制御部５４は走行駆動機構２３に制御信号を与えて車両の走行制御を行う。刈刃駆動制御部５８は、刈刃駆動機構３１に制御信号を与えて刈刃の駆動を制御する。昇降制御部５９は、モーアユニットの対地高さを変更する昇降制御信号を昇降機構に与え、刈刃を含むモーアユニットを草刈りに適した対地高さである作業高さと、作業高さより高い非作業高さとの間で変更する。ここでの非作業高さとは、通常、車両の高速走行（非作業走行、路上走行など）に適した高さであり、路面における凹凸と干渉が生じにくい高さである。より詳しくは、本願明細書で用いられている「作業高さ」とは、地面に生えている芝などの草を刈り取るのに適したモーアユニットの高さを意味しており、対地ローラ等が実質的に地面に接する最低高さ及び刈高さ調整により最低高さよりやや高い高さを含む用語である。また、「非作業高さ」とは、路上走行だけでなく草刈地での実質的な草刈りを伴わない走行（この走行時には刈刃の停止が一般的であるが、刈刃が回転している場合もある）に適したモーアユニットの高さを意味しており、昇降機構による上昇限界である最高高さ及び、上限設定機構が備えられている場合上限設定によって最高高さよりやや低い高さを含む用語である。したがって、車両仕様によっては、「作業高さ」は、最低高さ自体を意味する場合と最低高さ周辺の高さ範囲を意味する場合とがあり、「非作業高さ」は、最高高さ自体を意味する場合と最高高さ周辺の高さ範囲を意味する場合とがある。

管理部５５は、車両の走行状態とモーアユニット状態とに基づいて、昇降制御部５９と刈刃駆動制御部５８とに制御指令を与える。車両の走行状態には、車両が停止している状態を示す「車両停止」、車両が走行している状態を示す「車両走行」などが含まれ、「車両走行」は、「低速走行」と「高速走行」とに分けてもよい。走行状態は走行状態検出部７によって検出され、管理部５５に送られる。モーアユニット状態には、上述したモーアユニットの作業に適した対地高さである「作業高さ」、高速走行等に適した「非作業高さ」、刈刃の駆動状態を示す「刈刃ＯＮ」、刈刃の駆動停止状態を示す「刈刃ＯＦＦ」などが含まれている。モーアユニット状態は、モーアユニット状態検出部８によって検出され、管理部５５に送られる。この構成により、昇降機構１３によるモーアユニットの対地高さの変更、及び刈刃駆動機構３１による刈刃の駆動は、モーアユニット状態の検出結果と、車両の走行及び停止を含む走行状態の検出結果に基づいて自動制御されるので、運転者の運転負担が軽減される。

さらに、管理部５５は、運転者による入力操作を認識するために、なんらかの手動操作入力デバイスの手動操作状態を示す操作入力信号を受け取る。手動操作入力デバイス群６に、モーアユニットの対地高さを調整する昇降調整信号を与える昇降調整用手動操作入力デバイスが含まれている場合、昇降調整用手動操作入力デバイスに対する手動操作に基づく操作入力信号に応答して、昇降制御部５９にモーアユニットの対地高さを調整する昇降調整信号が与えられる。この昇降調整によって、刈高さの数ミリオーダの調整が可能となる。なお、この手動による昇降調整は、刈刃に駆動時に許可されるが、刈刃の停止時には車両停止時にのみ許可される。このように昇降調整された刈取り高さはメモリに記憶され、以後の処理に利用される。

管理部５５は、車両の走行状態とモーアユニット状態と手動操作状態とに基づいて、昇降制御部５９と刈刃駆動制御部５８とに制御指令を生成するためのルールが構築されている。このルールの一例を以下に列挙する。
（１）モーアユニットの非作業高さでの車両の走行は、草刈作業の初期段階において、刈刃の回転が定格回転になるまでの間は許可される。しかしながら、モーアユニットの非作業高さと刈刃の定格回転の両者が成立した状態での車両の走行は、所定時間以上または所定走行距離以上になった段階で、刈刃が停止させられる。
（２）刈刃の停止状態で車両の停止から走行が検出された時は、モーアユニットの非作業高さへの変更が昇降制御部５９に指令される。
（３）モーアユニットが作業高さに位置する状態で、刈刃の駆動から停止が検出された時は、モーアユニットの非作業高さへの変更（モーアユニットの上昇）が昇降制御部５９に指令される。
（４）モーアユニットの非作業高さにおいて刈刃の停止(刈刃ＯＦＦ)から駆動(刈刃ＯＮ)が検出された時は、刈刃の駆動が定格速度になるのを待って、モーアユニットの作業高さへの変更が昇降制御部５９に指令される。
（５）車両の停止、モーアユニットの非作業高さ、刈刃の停止は、正常な車両停止状態とみなされる。
（６）車両の停止、モーアユニットの作業高さ、刈刃の駆動は、正常な作業開始時とみなされる。
（７）車両の走行、モーアユニットの作業高さ、刈刃の停止は、正常な非作業走行状態とみなされる。
（８）車両の走行、モーアユニットの非作業高さ、刈刃の駆動は、正常な作業走行状態とみなされる。
なお、上述のルールの全てを利用することが必須はない。その他のルールを採用してもよい。

次に、上述した草刈作業制御系の基本原理を採用した草刈走行車両の具体的な実施形態を以下に説明する。この実施形態では、草刈走行車両は、モーアユニット３を車体に装備している乗用電動草刈機（以下、単に草刈機と称する）である。図２は、草刈機の側面図である。図３は、草刈機の電気系統図及び動力系統図を模式的に示している。

この草刈機は、遊転自在なキャスタ型の左前車輪１ａと右前車輪１ｂとからなる前車輪ユニット１、左後車輪２ａと右後車輪２ｂとからなる駆動輪ユニット２、前車輪ユニット１と駆動輪ユニット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、前車輪ユニット１と駆動輪ユニット２との間で車体１０の下方空間に昇降機構１３としての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３を備えている。

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１５ａと右操縦レバー１５ｂとからなる操縦ユニット１５が手動操作入力デバイス群６の１つとして配置されている。さらに、運転座席１１の周辺には、刈刃操作レバー（スイッチタイプでもよい）６１、モーアユニット昇降ペダル（レバータイプでもよい）６２、刈取り高さを調整する昇降調整用手動操作入力デバイスとしての刈高さ調整ダイヤル６３が、それぞれ手動操作入力デバイス群６の１つとして配置されている。

図３に示すように、左後車輪２ａと右後車輪２ｂとをそれぞれ回転駆動する電気アクチュエータである左モータ２１と右モータ２２が装備されている。左モータ２１と右モータ２２はそれぞれ独立的にインバータ４を介して供給される電力量によってその回転速度が変化する。従って、左後車輪２ａと右後車輪２ｂの回転速度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草刈機の方向転換が行われる。なお、この実施形態では、左モータ２１と左後車輪２ａとの間及び右モータ２２と右後車輪２ｂとの間の動力伝達のために、それぞれ走行駆動機構２３が設けられている。左モータ２１と右モータ２２とがインホイールモータである場合、走行駆動機構２３を省略することが可能である。

この実施形態では、モーアユニット３は、図３に示すように、３枚刈刃（ブレード）のサイドディスチャージタイプであり、モーアデッキ３ａと、３枚の回転式の刈刃３０が備えられている。刈刃３０を回転駆動させる刈刃駆動機構３１は、電気アクチュエータである刈刃モータ３２と刈刃モータ３２の動力を刈刃３０に伝達する刈刃動力伝達機構３３とからなる。

モーアユニット３のモーアデッキ３ａは、天井面と、この天井面の前縁部から下方向きに延出した縦壁とによって構成されている。３枚の刈刃３０はモーアデッキ３ａに回転可能に支持されている。図５に示すように、刈刃３０のそれぞれは、その両端部に切断刃先３０ａを形成しており、さらに各切断刃先の背後側に形成された起風羽根３０ｂを形成している。

草刈り作業時には、刈刃３０を回転させながら草刈機を走行させることで刈刃３０によって切断処理された刈草は、刈刃３０の起風羽根３０ｂによって発生した風により、バッフルプレートに案内されてモーアデッキ３ａの内部を排出口の位置する横一端側に搬送されて、排出口からモーアデッキ３ａの横外側に放出される。

モーアユニット３は、昇降機構１３としての昇降リンク機構によって昇降可能である。昇降機構１３の昇降は、この実施形態では、電気アクチュエータである電動式の昇降シリンダ１３０の伸縮動作によって行われる。なお、この昇降機構１３は、コントローラ５による制御下で、最大高さと最小高さとの間で数ミリ単位でのモーアデッキ３ａを昇降させることが可能である。

図３と図４とに示すように、走行のための左モータ２１と右モータ２２、及び草刈りのための刈刃モータ３２への給電は、ＥＣＵとも呼ばれるコントローラ５によるインバータ制御によって行われる。このため、バッテリ２０に接続されたインバータ４は、刈刃モータ３２に給電する刈刃給電部４０、左モータ２１に給電する左輪給電部４１、右モータ２２に給電する右輪給電部４２を備えている。バッテリ２０から昇降機構１３の昇降シリンダ１３０への給電は、コントローラ５によって制御される昇降ドライバ１３１によって行われる。

図４に示すように、コントローラ５は、走行状態検出部７と、モーアユニット状態検出部８と、手動操作入力デバイス群６と接続している。走行状態検出部７には、左後車輪２ａの回転数を検出する左後輪回転検出センサ７０ａ(図３参照)、右後車輪２ｂの回転数を右後輪回転検出センサ７０ｂ(図３参照)など、走行に関する情報を検出するセンサが含まれる。モーアユニット状態検出部８には、モーアユニットの昇降高さを検出するセンサや刈刃３０の駆動状態を検出するセンサ９１(図３参照)が含まれている。手動操作入力デバイス群６には、刈刃操作レバー６１、モーアユニット昇降レバー６２、刈高さ調整ダイヤル６３の操作位置を検出センサなどが含まれている。さらには、左操縦レバー１５ａの揺動角を検出する左操縦角検出センサ８０ａ、右操縦レバー１５ｂの揺動角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など操縦に関する情報を検出するセンサも含まれる。

コントローラ５には、センサ情報処理部５１ａ、操作入力処理部５１ｂ、左輪速度演算部５２、右輪速度演算部５３、走行制御部５４、管理部５５、刈刃駆動制御部５８、昇降制御部５９などの機能部が備えられており、これらの機能部は実質的にはプログラムの実行によって実現するが、必要に応じて、ハードウエアによって構築してもよい。センサ情報処理部５１ａは、走行状態検出部７やモーアユニット状態検出部８から入力されたセンサ信号を処理して、コントローラ５の内部で利用可能な情報に変換する。操作入力処理部５１ｂは、手動操作入力デバイス群６から入力されたセンサ信号を処理して、コントローラ５の内部で利用可能な情報に変換する。

左輪速度演算部５２は、運転者による左操縦レバー１５ａの操作量を検出する左操縦角検出センサ８０ａを通じての操作情報に基づいて左後車輪２ａの回転速度（回転数）、つまり左モータ２１の回転速度（回転数）を求める。右輪速度演算部５３も、運転者による右操縦レバー１５ｂ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（回転数）、つまり右モータ２２の回転速度（回転数）を求める。

走行制御部５４は、左輪速度演算部５２及び右輪速度演算部５３によって求められた左モータ２１の回転速度と右モータ２２の回転速度を実現するために必要な電力を左モータ２１及び右モータ２２送るための制御信号を左輪給電部４１及び右輪給電部４２に与える。

管理部５５、刈刃駆動制御部５８、昇降制御部５９は、図１と図２とを用いて説明した制御原理で動作可能である。特に、管理部５５は、センサ等によって検知される草刈機の走行状態とモーアユニット３の状態に応じて、モーアユニット３の昇降及び刈刃３０の駆動あるいはその両方を自動的に制御する機能を有する。これにより、運転者の負担が軽減される。この草刈機の重要な機能の１つは、移動走行時（非作業走行時）には、モーアユニット３が最高高さに自動的に上昇され、刈刃３０の駆動をトリガーとしてモーアユニット３が予め設定された高さ（作業高さ）に下降されることである。

この草刈機に実現可能な機能の例を以下に列挙する。
（１）車両停止時においては、運転者による刈高さ調整ダイヤル６３の操作に応じてモーアユニット３は任意の高さに調整される。
（２）車両走行時は、モーアユニット３は自動で最高高さに上昇される。
（３）刈刃３０のＯＮ（駆動）・ＯＦＦ（停止）を操作する刈刃操作レバー６１がＯＮに切り替えられると、モーアユニット３が最高高さの状態で刈刃モータ３２が起動し、その後、前もって設定され記憶されている設定高さにモーアユニット３が下降する。これにより、刈刃モータ３２の起動時に生じうる草による過負荷が防止できる。
（４）草刈作業時に、草の密生等の理由で、刈刃モータ３２に過負荷が生じるか、または刈刃３０の回転不良が生じる場合、車両速度を低下させる。
なお、別な制御形態として、（４）において、車両速度を低下させる代わりに、モーアユニット３を上昇させてもよい。また、（４）においてモーアユニット３を上昇させても、刈刃モータ３２に過負荷が生じるか、または刈刃３０の回転不良が生じる場合、刈刃モータ３２を一定時間逆転させ、その後正転させてもよい。これは、刈刃３０の正転では、刈刃３０の切断刃先３０ａが密生した草に当たって負荷が大きくなるのに対して、刈刃３０の逆転では、刈刃３０の起風羽根３０ｂが密生した草を倒伏させるので負荷が小さくなるという現象を利用している。

上述した実施形態では、電動式の草刈機が取り扱われたが、草刈走行車両はエンジン式であってもよい。エンジン式草刈走行車両では、刈刃３０はエンジン動力によって駆動するので、その刈刃動力伝達機構３３に、いわゆるＰＴＯクラッチが装備され、刈刃モータ３２は不要となる。刈刃３０が駆動または停止は、ＰＴＯクラッチのＯＮまたはＯＦＦによって行われる。昇降機構１３の電動式の昇降シリンダ１３０に代えて油圧シリンダが用いられる。この油圧シリンダは、エンジン動力によって駆動する油圧ポンプからの油圧を油圧弁で制御することで伸縮動作し、モーアユニット３を昇降させる。もちろん、エンジン動力から変換された電力を電動式の昇降シリンダ１３０に与える構成を採用してもよい。また、走行用の左モータ２１と右モータ２２とを含む走行駆動機構２３に代えて、エンジン動力を任意に変速する自動変速装置（ＨＳＴなど）を含む走行駆動機構が採用される。このように構成されたエンジン式草刈走行車両でも、上述したような制御とその作用効果を得ることが可能である。したがって、本発明はエンジン式草刈走行車両にも適用される。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、草刈走行車両は、モーアユニット３を前輪と後輪との間に配置するミッドマウント型であったが、モーアユニット３を前輪の前方に配置するフロントモーア型であってもよい。
（２）上述した実施形態では、駆動輪ユニット２の左後車輪２ａと右後車輪２ｂとが独立して駆動可能な、いわゆるゼロターン型車両であったが、左後車輪２ａと右後車輪２ｂとが差動機構によって連結されている車両であってもよい。

本発明は、昇降可能なモーアユニットを有する草刈走行車両に適用することができる。

１ ：前車輪ユニット
２ ：駆動輪ユニット
３ ：モーアユニット
３ａ ：モーアデッキ
１０ ：車体
１３ ：昇降機構
３０ ：刈刃
３０ａ ：切断刃先
３０ｂ ：起風羽根
３１ ：刈刃駆動機構
３２ ：刈刃モータ
３３ ：刈刃動力伝達機構
５１ａ ：センサ情報処理部
５１ｂ ：操作入力処理部
５ ：コントローラ
５２ ：左輪速度演算部
５３ ：右輪速度演算部
５４ ：走行制御部
５５ ：管理部
５８ ：刈刃駆動制御部
５９ ：昇降制御部
６ ：手動操作入力デバイス群
７ ：走行状態検出部
７０ａ ：左後輪回転検出センサ
７０ｂ ：右後輪回転検出センサ
８ ：モーアユニット状態検出部

Claims (9)

1. 走行駆動機構によって駆動される駆動輪ユニットと、
   車両の走行及び停止を含む走行状態を検出する走行状態検出部と、
   前記車両に支持されるモーアユニットと、
   前記モーアユニットの対地高さを変更する昇降機構と、
   前記モーアユニットの刈刃を駆動する刈刃駆動機構と、
   最低高さを含む草刈に適した対地高さである作業高さと、最高高さを含む草刈に不適な対地高さである非作業高さとの間で、前記モーアユニットの対地高さを変更する昇降制御信号を前記昇降機構に与える昇降制御部と、
   前記刈刃の駆動を制御する刈刃駆動制御部と、
   前記モーアユニットの地上高さ及び前記刈刃の駆動・停止を含むモーアユニット状態の検出を行うモーアユニット状態検出部と、
   前記走行状態検出部によって検出された走行状態と前記モーアユニット状態検出部によって検出されたモーアユニット状態とに基づいて、前記昇降制御部と前記刈刃駆動制御部とに制御指令を与える管理部と、
   を備え、
   前記管理部は、前記モーアユニットの前記非作業高さにおいて前記刈刃の停止から駆動が検出された時は、刈刃の駆動が定格速度になるのを待って、前記モーアユニットの前記作業高さへの変更を指令する草刈走行車両。
2. 手動操作によって前記昇降制御部に前記モーアユニットの対地高さを調整する昇降調整信号を与える手動操作入力デバイスが備えられている請求項１に記載の草刈走行車両。
3. 手動操作によって前記昇降制御部に前記モーアユニットの対地高さを調整する昇降調整信号を与える手動操作入力デバイスが備えられ、
   前記管理部は、
   前記手動操作入力デバイスで調整した前記作業高さを記憶し、
   前記刈刃の停止から駆動が検出された時は、前記モーアユニットの対地高さを前記最高高さに上昇させた後、前記刈刃の起動を開始し、前記刈刃の駆動が定格速度になるのを待って、記憶された前記モーアユニットの前記作業高さへの変更を指令する請求項１に記載の草刈走行車両。
4. 前記刈刃の駆動が検出されている限りにおいて、前記昇降調整信号に基づく前記モーアユニットの対地高さの調整が許可される請求項２または３に記載の草刈走行車両。
5. 前記刈刃の停止が検出されている場合には、前記車両の停止が検出されている限りにおいて、前記昇降調整信号に基づく前記モーアユニットの対地高さの調整が許可される請求項２〜４のいずれか一項に記載の草刈走行車両。
6. 前記作業高さから前記非作業高さへの前記モーアユニットの上昇、及び前記非作業高さから前記作業高さへ前記モーアユニットの下降が前記管理部によって自動的に行われる請求項１〜５のいずれか一項に記載の草刈走行車両。
7. 前記管理部は、前記刈刃の停止状態で前記車両の停止から走行が検出された時は、前記モーアユニットの前記非作業高さへの変更を指令する請求項１から６のいずれか一項に記載の草刈走行車両。
8. 前記管理部は、前記モーアユニットの前記作業高さにおいて前記刈刃の駆動から停止が検出された時は、前記モーアユニットの前記非作業高さへの変更を指令する請求項１から７のいずれか一項に記載の草刈走行車両。
9. 前記走行駆動機構、前記昇降機構、前記刈刃駆動機構の動力源は、電気アクチュエータである請求項１から８のいずれか一項に記載の草刈走行車両。

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