(57)【要約】【課題】直進走行時の操縦安定性と旋回走行時の機敏な旋回性とが両立する電動作業車の提供。【解決手段】電動作業車は、車体に支持された左駆動輪及び右駆動輪と、左駆動輪を駆動する左モータ８１及び右駆動輪を駆動する右モータ８２と、操縦ユニットからの操縦信号に基づいて、左モータ８１と右モータ８２とを独立して制御する走行モータ制御部５４と、旋回応答強化部５６とを備えている。旋回応答強化部５６は、車体の旋回時に、走行モータ制御部５４に、旋回応答性が向上するように左モータ８１及び右モータ８２のための追加制御量を与える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、
前記車体に支持された左駆動輪及び右駆動輪と、
前記左駆動輪を駆動する左モータ及び前記右駆動輪を駆動する右モータと、
前記車体を操舵するための操縦ユニットと、
前記操縦ユニットからの操縦信号に基づいて、前記左モータと前記右モータとを独立して制御する走行モータ制御部と、
前記車体の旋回時に、前記走行モータ制御部に、旋回応答性が向上するように前記左モータ及び前記右モータのための追加制御量を与える旋回応答強化部と、
を備えた電動作業車。
【請求項２】
前記操縦信号から左モータ速度指令を算出する左モータ速度指令算出部と、前記操縦信号から右モータ速度指令を算出する右モータ速度指令算出部とが備えられ、
前記走行モータ制御部は、前記左モータ速度指令及び右モータ速度指令に基づいて生成された左モータ制御指令及び右モータ制御指令を出力し、
前記旋回応答強化部は、前記左モータ速度指令及び右モータ速度指令に基づいて算出された旋回指令に基づいて、前記左モータ制御指令を強化する左追加指令及び前記右モータ制御指令を強化する右追加指令を出力する請求項１に記載の電動作業車。
【請求項３】
前記旋回応答強化部は、前記旋回指令から算出された旋回角速度と、角速度センサからの検出信号から算出された実旋回角速度とから算出されたトルク指令に基づいて、前記左追加指令及び前記右追加指令を生成する請求項２に記載の電動作業車。
【請求項４】
前記旋回応答強化部は、前記旋回角速度及び前記実旋回角速度から旋回角加速度を算出し、前記旋回角加速度から前記トルク指令を算出する請求項３に記載の電動作業車。
【請求項５】
前記旋回応答強化部は、前記旋回角速度と前記実旋回角速度とから補助トルク指令を算出し、前記トルク指令に前記補助トルク指令が加算される請求項３に記載の電動作業車。
【請求項６】
前記旋回応答強化部は、前記旋回指令に基づいて前記左追加指令及び前記右追加指令を導出するルックアップテーブルを備えている請求項２から５のいずれか一項に記載の電動作業車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、左駆動輪を駆動する左モータと、右駆動輪を駆動する右モータと、操縦ユニットからの操縦信号に基づいて左モータと右モータとを独立して制御する走行モータ制御部とを備えた電動作業車に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１によるモータ駆動車両（芝刈機）では、左右の走行モータに対応している左右の操縦レバーの前後揺動により対応する走行モータが、揺動側（前進側または後進側）に回転し、左右の走行モータの速度差によって操舵が行われる。その際に、左右の走行モータの目標回転数と実回転数との差に基づいて過負荷が判定され、過負荷が発生すると、操縦レバーの揺動位置によって算定される通常時（過負荷が発生していない時）の走行モータの目標回転数を低減させて、目標回転数または目標トルクを変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１７０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１によるモータ駆動車両のような、独立駆動する左右の車輪の速度差によって車体の旋回（操舵）を行う車両では、機敏な旋回性が特徴となっている。しかしながら、操縦レバーからの操縦信号に基づいて、走行モータをインバータ等で制御しても、その旋回動作が運転者にとって鈍重に感じられる問題がある。この問題を避けるために、制御感度を上げると、直進走行時に車体が振れ気味となる問題が生じてしまう。
このような実情から、直進走行時の操縦安定性と旋回走行時の機敏な旋回性とが両立する電動作業車が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による電動作業車は、車体と、前記車体に支持された左駆動輪及び右駆動輪と、前記左駆動輪を駆動する左モータ及び前記右駆動輪を駆動する右モータと、前記車体を操舵するための操縦ユニットと、前記操縦ユニットからの操縦信号に基づいて、前記左モータと前記右モータとを独立して制御する走行モータ制御部と、前記車体の旋回時に、前記走行モータ制御部に、旋回応答性が向上するように前記左モータ及び前記右モータのための追加制御量を与える旋回応答強化部とを備えている。
【０００６】
この構成によれば、操縦ユニットからの操縦信号に基づいて、車体に対する旋回要求が検知されると、旋回応答性が向上するように左モータと右モータとが追加制御量で強化されるように制御される。その結果、旋回走行時には、直線制御時とは異なる、速度特性またはトルク特性で左モータと右モータとが駆動される。これにより、本発明による電動作業車は、直進走行時の操縦安定性と旋回走行時の機敏な旋回性とが得られる。
【０００７】
本発明の好適な実施形態の１つでは、前記操縦信号から左モータ速度指令を算出する左モータ速度指令算出部と、前記操縦信号から右モータ速度指令を算出する右モータ速度指令算出部とが備えられ、前記走行モータ制御部は、前記左モータ速度指令及び右モータ速度指令に基づいて生成された左モータ制御指令及び右モータ制御指令を出力し、前記旋回応答強化部は、前記左モータ速度指令及び右モータ速度指令に基づいて算出された旋回指令に基づいて、前記左モータ制御指令を強化する左追加指令及び前記右モータ制御指令を強化する右追加指令を出力するように構成されている。この構成では、運転者による操縦操作に応じて算出される左右モータの速度指令から、左右モータに対する、基本となる制御指令が生成され、左右モータの回転が制御される。左モータと右モータとの速度指令の値（速度値）が異なると、つまり、旋回が意図されると、旋回指令が算出される。この旋回指令に基づいて、機敏な旋回を実現するために必要な電流またはトルクを追加的に左右モータに与えるための左右追加指令が、旋回応答強化部によって出力される。つまり、直進時には、従来通りの基本となる制御指令によって左右モータは駆動されるのに比べて、旋回時には、電流またはトルクが追加されることになり、これにより、従来にはない、機敏な旋回が実現する。
【０００８】
より具体的な実施形態では、前記旋回応答強化部は、前記旋回指令から算出された旋回角速度と角速度センサからの検出信号から算出された実旋回角速度とから算出されたトルク指令に基づいて、前記左追加指令及び前記右追加指令を生成するように構成されている。この構成では、旋回指令から目標となる旋回角速度を算出し、この旋回角速度（目標旋回角速度）と実際に発生している旋回角速度（実旋回角速度）とからトルク指令を算出し、このトルク指令に基づいて左右追加指令が生成される。これにより、旋回走行時の運転者は、直進走行時に比べて、敏感な操縦感覚で運転することができる。
【０００９】
さらに好適な実施形態の１つでは、前記旋回応答強化部は、前記旋回角速度及び前記実旋回角速度から旋回角加速度を算出し、前記旋回角加速度から前記トルク指令を算出する。この構成では、目標となる旋回角速度からさらに旋回角加速度を算出し、この旋回角加速度（目標旋回角加速度）と実旋回角速度から算出される実旋回角加速度とからトルク指令を算出し、このトルク指令に基づいて左右追加指令が生成される。つまり、角加速度に基づいてトルク指令を算出しているので、速度（角速度）に基づいてトルク指令を算出して左・右追加指令を生成するより、機敏性に優れた旋回が可能となる。
【００１０】
本発明の好適な実施形態の１つでは、前記旋回応答強化部は、前記旋回角速度と前記実旋回角速度とから補助トルク指令を算出し、前記トルク指令に前記補助トルク指令が加算されるように構成されている。補助トルク指令で調整されたトルク指令から左・右追加指令が生成されるので、より適正な旋回性を得ることが可能となる。
【００１１】
なお、旋回応答強化部を用いた機敏な旋回の実現には、処理の高速化が必須である。しかもその処理の高速化を低コストで行うために、本発明の好適な実施形態では、前記旋回応答強化部は、前記旋回指令に基づいて前記左追加指令及び前記右追加指令を導出するルックアップテーブルを備えている。予め、実験を繰り返し、旋回時の操縦操作と旋回時感覚との間に違和感がないような旋回を作り出す左右追加指令が、旋回指令から導出されるようなルックアップテーブルが作成される。これにより、低コストで迅速な旋回制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による電動作業車の一例であるミッドマウント型乗用電動草刈機の側面図である。
【図２】モーアユニットの平面図である。
【図３】電動草刈機の動力系統及び制御系統を示す模式図である。
【図４】制御系の機能ブロック図である。
【図５】走行モータ制御部及び旋回応答性強化部におけるデータの流れを示すブロック図である。
【図６】旋回応答性強化部におけるデータの流れを示すブロック図である。
【図７】旋回応答性強化部の別実施形態におけるデータの流れを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を用いて、本発明による電動作業車の具体的な実施形態の１つを説明する。この実施形態では、電動作業車はミッドマウント型電動草刈機である。なお、本明細書では、特に断りがない限り、「前」は車体前後方向（走行方向）に関して前方を意味し、「後」は車体前後方向（走行方向）に関して後方を意味する。また、左右方向または横方向は、車体前後方向に直交する機体横断方向（機体幅方向）を意味する。「上」または「下」は、車体の鉛直方向（垂直方向）での位置関係であり、地上高さにおける関係を示す。
【００１４】
図１は電動草刈機（以下単に草刈機と略称する）の側面図である。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、左駆動輪２ａと右駆動輪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フレーム状の車体１０、車体１０の後部に配置されたバッテリ７、バッテリ７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の下方空間に昇降リンク機構１３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。
【００１５】
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１４が設けられており、そこからブレーキペダル１６が突き出している。運転座席１１の両側には、車体１０を操舵するために、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が配置されている。左駆動輪２ａの回転速度は左操縦レバー１５ａによって変更可能であり、右駆動輪２ｂの回転速度は右操縦レバー１５ｂによって変更可能である。左駆動輪２ａと右駆動輪２ｂとがそれぞれ独立して変更可能であり、それぞれの回転方向を逆にすることで急旋回が可能である。このことから、この草刈機は、ゼロターンモーアとも呼ばれる。
【００１６】
モーアユニット３は、図２に示すように、サイドディスチャージタイプであり、モーアデッキ３０と、２枚の回転式の刈刃２０とが備えられている。左側の刈刃２０と右側の刈刃２０とが車体横断方向に横並びしている。モーアデッキ３０は、天壁３１とこの天壁３１の外周縁から下方に延びた側壁３２とを備えている。側壁３２の右端領域は欠如されており、カバー３４で覆われた刈草排出口３５が作り出されている。各刈刃２０は、天壁３１と側壁３２とによって作り出されるモーアデッキ３０の内部空間に配置される。
【００１７】
刈刃２０は帯板状であり、その両端部に切断刃先が形成され、さらにこの切断刃先の背後側に起風羽根が形成されている。刈刃２０は、モーアデッキ３０の天壁３１を貫通して下方に延びている回転軸２１の下端に取り付けられている。草刈り作業時には、刈刃２０が回転しながら草刈機が走行することで刈刃２０によって切断処理された刈草は、刈刃２０の起風羽根によって発生した搬送風により、モーアデッキ３０の内部に設けられたバッフルプレートに案内されてモーアデッキ３０の内部を通り抜けて、刈草排出口３５からモーアデッキ３０の横外側に放出される。刈刃２０に動力を供給するモーアモータ４は、側壁３２から水平に突き出した装着台４０に装着されている。モーアモータ４からの回転動力は、ベルト伝動機構によって、各刈刃２０の回転軸２１に伝達される。
【００１８】
図３には、電動草刈機の動力系統及び制御系統が示されている。左駆動輪２ａと右駆動輪２ｂとをそれぞれ回転させる走行モータである左モータ８１と右モータ８２、及び刈刃２０を回転させるモーアモータ４には、インバータ７０から電力が供給される。インバータ７０は、左モータ８１と右モータ８２とに電力を供給する走行モータ用インバータ７１と、モーアモータ４に電力を供給するモーアモータ用インバータ７２とを含む。インバータ７０は、制御装置５からの制御信号に基づいて駆動する。インバータ７０は、電力源としてのバッテリ７と接続されている。
【００１９】
図４に示すように、制御装置５には、操縦状態検出部９１と走行状態検出部９２とから検出信号が入力される。操縦状態検出部９１には、左操縦角検出センサ９１ａと右操縦角検出センサ９１ｂとが含まれる。走行状態検出部９２には、左モータ回転検出センサ９２ａと右モータ回転検出センサ９２ｂと、角速度センサ９２ｃとが含まれる。
【００２０】
左操縦角検出センサ９１ａは左操縦レバー１５ａの揺動角を検出する。右操縦角検出センサ９１ｂは右操縦レバー１５ｂの揺動角を検出する。左モータ回転検出センサ９２ａは左モータ８１の回転数を検出する。右モータ回転検出センサ９２ｂは右モータ８２の回転数を検出する。モーアモータ回転検出センサ９３はモーアモータ４の回転数を検出する。角速度センサ９２ｃは、車体１０のヨー角の速度（旋回角速度）を検出するセンサであり、この検出信号により、左操縦レバー１５ａと右操縦レバー１５ｂとの操縦操作に基づく旋回状態が検知される。
【００２１】
制御装置５には、入力信号処理部５１、左モータ速度指令算出部５２、右モータ速度指令算出部５３、走行モータ制御部５４、角速度算出部５５、旋回応答強化部５６、モーアモータ制御部５７が備えられており、これらの機能部は、ハードウエアやソフトウエアによって構築される。入力信号処理部５１には、センサ情報処理機能や操作入力処理機能が含まれている。入力信号処理部５１は、走行状態検出部９２、操縦状態検出部９１などの外部からの信号を処理して、制御装置５の内部で利用可能な情報に変換する。
【００２２】
左モータ速度指令算出部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９１ａからの操縦信号に基づいて左駆動輪２ａの回転速度（回転数）、つまり左モータ８１の回転速度（回転数）を作り出すための左モータ速度指令を算出する。右モータ速度指令算出部５３も、同様に、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９１ｂからの操縦信号に基づいて右駆動輪２ｂの回転速度（回転数）、つまり右モータ８２の回転速度（回転数）を作り出すための右モータ速度指令を算出する。
【００２３】
走行モータ制御部５４は、左モータ速度指令算出部５２及び右モータ速度指令算出部５３によって求められた左モータ８１の回転速度を実現する左モータ制御指令と右モータ８２の回転速度を実現する右モータ制御指令に基づいて必要な電力を左モータ８１及び右モータ８２送るための制御信号を走行モータ用インバータ７１に与える。
【００２４】
図５に示されているように、走行モータ制御部５４は、速度制御機能Ｘとトルク（電流）制御機能Ｙを有する。速度制御機能Ｘは、左モータ速度指令から左速度制御量を算出し、右モータ速度指令から右速度制御量を算出する。この左速度制御量と右速度制御量は、直進走行と旋回走行とは無関係に、左操縦レバー１５ａの操作量と右操縦レバー１５ｂの操作量とに対応して算出される制御量である。トルク（電流）制御機能Ｙは、左速度制御量に、旋回応答強化部５６からの左モータ用追加制御量を加算して得られる加算制御量から、左モータ８１のためのトルク値または電流値を示す左モータ制御指令を算出する。さらに、トルク（電流）制御機能Ｙは、右速度制御量に、旋回応答強化部５６からの右モータ用追加制御量を加算して得られる加算制御量から、右モータ８２のためのトルク値または電流値を示す右モータ制御指令を算出する。直進走行時には、左モータ用追加制御量及び右モータ用追加制御量は発生しないので、走行モータ制御部５４は、速度制御機能Ｘからの制御量だけで、左モータ制御指令及び右モータ制御指令を算出する。
【００２５】
走行モータ用インバータ７１には、左輪給電部７１ａ及び右輪給電部７１ｂが含まれている。左モータ８１と右モータ８２とはそれぞれ独立的に左輪給電部７１ａと右輪給電部７１ｂとによって供給される電力量によってその回転速度が変化するので、左駆動輪２ａと右駆動輪２ｂの回転速度を相違させることができ、この左右駆動輪速度差によって草刈機の旋回（方向転換）が行われる。
【００２６】
モーアモータ制御部５７は、制御装置５にモーアモータ４の駆動を指令する操作指令が入力されると、モーアモータ用インバータ７２のモーアモータ給電部７２ａを制御して、モーアモータ４を駆動する。
【００２７】
角速度算出部５５は、角速度センサ９２ｃからの検出信号に基づいて、車体１０の角速度（ヨーレート）を算出して、実角速度として旋回応答強化部５６に与える。
【００２８】
旋回応答強化部５６は、図５に示されているように、車体１０の旋回時に旋回応答性が向上するような追加制御量を生成する。具体的には、旋回時には、この追加制御量によって加算された制御量で、走行モータ制御部５４は、左モータ８１と右モータ８２とを制御する。つまり、旋回応答強化部５６は、左モータ速度指令及び右モータ速度指令に基づいて算出された旋回指令に基づいて左モータ制御指令を強化する左追加指令及び右モータ制御指令を強化する右追加指令を出力し、走行モータ制御部５４に与える。
【００２９】
このために、旋回応答強化部５６は、図６で示すように、旋回指令算出機能ａ、角速度算出機能ｂ、角加速度算出機能ｃ、トルク（電流）指令算出機能ｄ、左右トルク指令算出機能ｅを備えている。旋回応答強化部５６は、上述した機能を用いた、次のプロセスを経て、左追加指令及び右追加指令を出力する。
旋回指令算出機能ａは、左右のモータ速度指令から旋回指令を算出する。角速度算出機能ｂは、旋回指令から旋回角速度を算出する。角加速度算出機能ｃは、旋回角速度及び角速度算出部５５からの実旋回角速度を用いて、旋回角加速度を算出する。実旋回角速度を用いることで、指令応じた角加速度が達成されているかをチェックするフィードバック制御を行うことができる。トルク（電流）指令算出機能ｄは、角加速度からトルク指令（または電流指令）を算出する。左右トルク指令算出機能ｅは、左右のモータ速度指令を考慮して、トルク指令（または電流指令）を左モータ８１と右モータ８２とに分配すべく、トルク指令（または電流指令）から左追加指令及び右追加指令を算出する。
【００３０】
旋回応答強化部５６が備える機能の内の少なくともいくつかは、予め作成された、入力データから出力データを導出するルックアップテーブルとして構成することができる。また、そのようなルックアップテーブルは、運転者によって、あるいは作業によって変更可能に構成できる。
【００３１】
〔別実施の形態〕
（１）図７には、旋回応答強化部５６の別な実施形態が示されている。この旋回応答強化部５６では、角速度算出機能ｂによって算出された旋回角速度と、角速度算出部５５からの実旋回角速度とを用いて、補助トルク指令を算出する補助トルク指令機能ｆを備えている。この補助トルク指令は、トルク指令算出機能ｄによって算出されたトルク指令に加算される。加算結果としてのトルク指令に基づいて、左追加指令及び右追加指令が算出される。
【００３２】
（２）なお、図７では、補助トルク指令機能ｆによって算出されたトルク指令は、トルク指令算出機能ｄによって算出されたトルク指令に加算されているが、旋回応答強化部５６のさらに別な実施形態として、旋回指令算出機能ａ、角速度算出機能ｂ、左右トルク指令算出機能ｅ、補助トルク指令機能ｆを備え、補助トルク指令だけで、左追加指令及び右追加指令を算出してもよい。
【００３３】
（３）上述した実施形態では、操縦ユニット１５は、左操縦レバー１５ａと右操縦レバー１５ｂとから構成されたが、これに代えて、ステアリングホイールを採用してもよい。
【００３４】
（４）上述した実施形態での電動作業車は、草刈機であったが、噴霧車、除雪車、運搬車などにも、本発明は適用可能である。
【００３５】
（５）図４から図７で示された機能ブロックは主に説明目的で区分けされており、示された機能ブロック同士を統合したり、各機能ブロックをさらに分割したりすることは、自由である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、左駆動輪を駆動する左モータと、右駆動輪を駆動する右モータと、左モータと右モータとを独立して制御する走行モータ制御部とを備えた電動作業車に適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
２      ：駆動輪ユニット
２ａ    ：左駆動輪
２ｂ    ：右駆動輪
５      ：制御装置
１５    ：操縦ユニット
１５ａ  ：左操縦レバー
１５ｂ  ：右操縦レバー
５１    ：入力信号処理部
５２    ：左モータ速度指令算出部
５３    ：右モータ速度指令算出部
５４    ：走行モータ制御部
Ｘ      ：速度制御機能
Ｙ      ：トルク制御機能（電流制御機能）
５５    ：角速度算出部
５６    ：旋回応答強化部
ａ      ：旋回指令算出機能
ｂ      ：角速度算出機能
ｃ      ：角加速度算出機能
ｄ      ：トルク指令算出機能（電流指令算出機能）
ｅ      ：左右トルク指令算出機能
ｆ      ：補助トルク指令機能
７０    ：インバータ
７１    ：走行モータ用インバータ
７１ａ  ：左輪給電部
７１ｂ  ：右輪給電部
８１    ：左モータ
８２    ：右モータ
９１    ：操縦状態検出部
９１ａ  ：左操縦角検出センサ
９１ｂ  ：右操縦角検出センサ
９２    ：走行状態検出部
９２ａ  ：左モータ回転検出センサ
９２ｂ  ：右モータ回転検出センサ
９２ｃ  ：角速度センサ
【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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【図７】
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