JP2013188161A - 芝刈車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】芝刈車両において、ユーザのモード選択に応じて、省エネルギ化を図れるとともに、効率のよい作業で良好な芝状態を得られる構成を実現することである。
【解決手段】芝刈車両は、ECU50を含む。ECU50は、予め設定された所定条件の成立により、芝刈車両の少なくとも所定の車速領域で芝刈車両の車速の増加に応じてデッキモータ46のモア関係目標回転速度が増加する芝刈り走行協調関係に、車速とモア関係目標回転速度との関係を設定し、芝刈り走行協調関係に基づいてモア関係目標回転速度でデッキモータ46が駆動される芝刈り走行協調モードであるナイスモードを実行するようにデッキモータ46を制御する。
【選択図】図4
【解決手段】芝刈車両は、ECU50を含む。ECU50は、予め設定された所定条件の成立により、芝刈車両の少なくとも所定の車速領域で芝刈車両の車速の増加に応じてデッキモータ46のモア関係目標回転速度が増加する芝刈り走行協調関係に、車速とモア関係目標回転速度との関係を設定し、芝刈り走行協調関係に基づいてモア関係目標回転速度でデッキモータ46が駆動される芝刈り走行協調モードであるナイスモードを実行するようにデッキモータ46を制御する。
【選択図】図4
Description
本発明は、少なくとも1つの駆動輪を駆動する駆動輪用モータと、少なくとも1つの芝刈り機を駆動するモア関係モータと、少なくとも1つのコントローラとを備える芝刈車両に関する。
芝刈り作業を行うために駆動される作業機を備える芝刈車両が、従来から知られている。また、このような芝刈車両において、それぞれ別のまたは共通の電動モータ、油圧モータ等のモータにより走行駆動される主駆動輪である左右車輪と、キャスタ輪等の操向輪とを備える芝刈車両も考えられている。
例えば、作業者が乗り込んで走行と芝刈の操縦を車上で行う自力走行が可能な芝刈り車両があり、これは乗用型芝刈車両と呼ばれる。芝刈り機としては、例えば、芝刈回転工具等がある。
乗用型芝刈車両は、もっぱら庭等のいわゆるオフロードで用いられ、芝刈作業のために地表を移動するものである。
例えば、特許文献1には、内燃機関のエンジンシャフトにロータを連結したエンジン・発電機一体型を搭載するハイブリッド動力装置が開示されている。動力装置として例示されている芝刈機は、複数の駆動輪にそれぞれ独立の電気モータが連結され、それぞれの駆動輪を独立的に可変速度で制御でき、これによって芝刈機のスムースな始動、停止、速度変更、方向転換、旋回を行うことができると述べられている。駆動輪の独立速度変更による旋回の例としては、いずれも左右後輪にそれぞれ電気モータが連結されているものが述べられている。また、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献2から特許文献6もある。
従来から芝刈車両において、芝刈り機起動スイッチであるデッキスイッチのオンとオフとを切り換えることで芝刈り機の駆動と停止とを切り換える場合がある。ただし、デッキスイッチをオンした場合に1つのモードしか選択できない。すなわち車速にかかわらず芝刈り機が一定の回転速度で回転する。また、車速はユーザの操作による操作レバーやアクセルペダル等の操作子の操作に応じて設定される。このため、車速が高い場合に芝からの抵抗が大きくなり一度刈り取り作業を行っただけでは、十分にきれいに、すなわち大部分の芝が所望の長さに揃った良好な芝状態を得られるように刈り取ることができない可能性がある。これに対して芝刈り機の回転速度を十分に高くすることも考えられるが、その場合、無駄な過回転が発生し、燃料や電力の消費が大きくなり、省エネルギ化を図る面から好ましくない。このため、省エネルギ化を図れるとともに、効率のよい作業で良好な芝状態を得られる芝刈車両の実現が望まれている。上記の特許文献1から特許文献6には、省エネルギ化を図るとともに、効率のよい作業で良好な芝状態を実現する面から改良の余地がある。
本発明の目的は、芝刈車両において、省エネルギ化を図れるとともに、効率のよい作業で良好な芝状態を得られる構成を実現することである。
本発明に係る第1の芝刈車両は、少なくとも1つの駆動輪を駆動する駆動輪用モータと、少なくとも1つの芝刈り機を駆動するモア関係モータと、少なくとも1つのコントローラとを備える芝刈車両であって、前記少なくとも1つのコントローラは、予め設定された所定条件の成立により、少なくとも前記芝刈車両の所定の車速領域で前記芝刈車両の車速の増加に応じて前記モア関係モータのモア関係目標回転速度が増加する芝刈り走行協調関係に、前記車速と前記モア関係目標回転速度との関係を設定し、前記芝刈り走行協調関係に基づいて前記モア関係目標回転速度で前記モア関係モータが駆動される芝刈り走行協調モードを実行するように前記モア関係モータを制御することを特徴とする芝刈車両である。
また、本発明に係る第2の芝刈車両は、少なくとも1つの駆動輪を駆動する駆動輪用モータと、少なくとも1つの芝刈り機を駆動するモア関係モータと、少なくとも1つのコントローラとを備える芝刈車両であって、少なくとも1つの操作子の操作量を検出する少なくとも1つの操作子センサと、ユーザの操作により、エコノミーモードと少なくとも1つの別の運転モードとの間の切り換えを指示するモード指示装置と、ユーザの操作により前記モア関係モータの起動を指示するモア起動スイッチとを備え、前記少なくとも1つのコントローラは、前記少なくとも1つの操作子センサからの信号に応じて前記芝刈車両の目標車速を算出する車速算出部と、前記少なくとも1つの操作子センサからの信号に応じて前記駆動輪用モータの作動を制御する駆動制御部と、前記モア関係モータの作動を制御するモア関係制御部とを含み、前記モード指示装置で前記エコノミーモードに切り換えられたときであって、かつ、前記モア起動スイッチがオンされたときに、前記芝刈車両の目標車速の許可最高速度を、前記別の運転モードに切り換えられた場合よりも低くなるエコノミー最高速度に変更して、前記駆動輪用モータの回転速度を制御し、かつ、前記モア関係制御部は、予め設定された一定速度で回転させるように前記モア関係モータを制御することを特徴とする芝刈車両である。
本発明に係る芝刈車両によれば、効率のよい作業で良好な芝状態を得られる芝刈車両を実現できる。例えば、第1の芝刈車両によれば、所定条件成立の場合に、芝刈車両の少なくとも所定の車速領域で車速の増加に応じてモア関係モータの回転速度が増加する。このため、車速が高い場合でも短い作業時間で所望の良好な芝状態を実現でき、しかも低車速ではモア関係モータの回転速度が低くなるので、省エネルギ化を図れる。また、効率のよい作業で良好な芝状態を得られる芝刈車両を実現できる。
また、第2の芝刈車両によれば、ユーザがモード指示装置を操作してエコノミーモードに切り換えた場合であって、モア起動スイッチがオンされたときに、モア関係モータの回転速度が一定速度に維持され、しかも最高車速が別の運転モードに切り換えられた場合よりも低いエコノミー最高速度に変更されるので、別の運転モードの場合よりも低い最高速度以下での走行を許可することにより、省エネルギ化を図れる。また、効率のよい作業で良好な芝状態を得られる芝刈車両を実現できる。
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図1〜7は、本発明の1つの実施形態を示している。図1は、本発明に係る実施形態の芝刈車両の構成を上方から見た概略図である。なお、図1では、旋回指示具及び加速指示具の両方の機能を有する構成として左右の2つの操作レバー40,42を有する左右レバー式操作子44を用いる場合を示しているが、ステアリングハンドルであるステアリング操作子を旋回指示具として使用し、座席の前側に設けられた操作子であるアクセルペダルを加速指示具として使用することもできる。また、以下では、芝刈車両10にデッキモータが3つ設けられる場合を説明するが、デッキモータは、1つまたは2つまたは4つ以上を芝刈車両に設けることもできる。
図1に示すように、エンジン非搭載型の乗用型対地作業車両である芝刈車両10は、芝刈に適した自走型のオフロード用車両であり、メインフレーム12の前後方向(図1の左右方向)に離れた位置に、2個の左右キャスタ輪14,16と、2個の左右車輪18,20とを支持して設けている。左右のキャスタ輪14,16は、前側車輪であり、操向輪である。2個の左右車輪18,20は、後側車輪であり、主駆動輪である。左右車輪18,20のそれぞれは、2個の左右の走行用回転電機であり、駆動輪用電動モータである左右駆動モータ22,24により、独立に走行駆動される。すなわち、左右車輪18,20のそれぞれに、図示しない減速機構を含む動力伝達部を介して左右駆動モータ22,24が動力の伝達可能に接続されている。
左右駆動モータ22,24により、左右車輪18,20の回転速度を一致させることで、車両の直進走行を可能とし、左右車輪18,20の回転速度差を発生させることで、車両の旋回走行を可能とする。このように、芝刈車両10は、駆動源として駆動モータ22,24を備える。また、動力伝達部に設けられる減速機構は、例えば1段または複数段の減速歯車装置を用いる。図1では、左右車輪18,20に対応して動力発生ユニット26,28が設けられ、各動力発生ユニット26,28を構成するハウジング30内に、駆動モータ22,24と、図示しない減速機構とがそれぞれ設けられている。各ハウジング30は、メインフレーム12に支持されている。なお、左右車輪18,20に、減速機構を介さず駆動モータ22,24の動力を減速することなく伝達する構成を採用してもよい。また、キャスタ輪14,16は、鉛直方向(図1の表裏方向)の軸を中心とする360度以上の自由操向を可能としている。
芝刈車両10は、メインフレーム12の前後方向中間部で下側に支持された作業機である、芝刈り機(モア)32を備える。芝刈り機は、モアデッキ34の内側に鉛直方向の軸を中心として回転可能な芝刈り回転工具である図示しない1つまたは複数の芝刈り用ブレードを含む。芝刈り用ブレードは、鉛直方向の軸の周りに配置された複数の切断用ブレード要素を含み、切断用ブレード要素が回転されることで芝等を破断して刈り取り可能とする。
また、上記の各駆動モータ22,24は、電源であるバッテリ36(図2等)から電力が供給され駆動される。バッテリ36は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウム電池等を採用でき、例えば48V等の電圧を有する。バッテリ36は、外部の商用交流電源から充電器を介して充電可能とすることもできる。
なお、芝刈車両10は、エンジン及び発電機を備えていわゆるハイブリッド式とすることもできる。この場合、エンジンの動力を用いて発電機を発電させ、発電させた電力をバッテリ36に供給可能とする。なお、電源として、外部から充電電力の供給を受けるバッテリ36とともに、燃料電池、太陽電池等のように自己発電機能を有するものを使用することもできる。また、バッテリ36の代わりにキャパシタ等の他の電源を用いることもできる。
また、モアデッキ34の内側に設けられた図示しない芝刈り用ブレードの回転軸に、対応するモア関係モータであり、電動モータであるデッキモータ46(図2)の図示しない回転軸が、動力の伝達可能に連結されている。なお、図2では、3つのデッキモータ46が設けられる場合を示している。各デッキモータ46には、バッテリ36(図2)から電力が供給される。
図2は、図1の芝刈車両のコントロールシステムの構成を示すブロック図である。図2に示すように、メインフレーム12(図1)の上側に設けられた図示しない座席の近くに、ユーザの操作によりデッキモータ46の起動を指示するモア起動スイッチであるデッキスイッチ47が設けられており、デッキスイッチ47のオンまたはオフを表す信号がコントローラユニット48(図1)を構成する上位コントローラであるECU(Electronic Control Unit)50へ入力されると、ECU50は、この信号に基づいて1つまたは複数の下位コントローラであるデッキモータコントローラ52へ指令信号を出力し、各デッキモータ46の作動状態を制御する。すなわち、デッキモータコントローラ52は、デッキモータ46を駆動するドライバであるデッキインバータ(図示せず)と、デッキインバータを制御する制御回路(図示せず)とを含む。デッキモータコントローラ52の制御回路は、CPU、メモリ等の記憶部等を含み、ECU50からデッキモータ46の目標回転速度であり、単位時間当たりの回転数である目標回転数を表す信号がデッキインバータに入力される。各デッキインバータは、対応するデッキモータ46を目標回転数で回転させるように制御する。各デッキモータコントローラ52は、ECU50にCAN通信線で接続されている。
図1に戻って、芝刈車両10は、デッキモータ46(図2)の駆動により芝を刈り取り、刈り取った芝をモアデッキ34の内側から車両の幅方向片側に排出する。なお、芝刈車両10に図示しない集草タンクを搭載するとともに、集草タンクとモアデッキ34とをダクトにより接続し、刈り取った芝を集草タンクに集めることもできる。
なお、芝刈り機である芝刈用回転工具として、芝刈り用ブレード型以外に、地表に平行に回転軸を有するシリンダに例えばらせん状の刃を配置し、芝等を挟み取って刈り取る構成を有し、デッキモータにより駆動される芝刈用リール型を用いることもできる。
また、左右キャスタ輪14,16は、メインフレーム12の前側(図1の左側)の前後方向(図1の左右方向)に関して同位置に支持されている。また、メインフレーム12の前後方向中間部で、左右方向(図1の上下方向)中間部の上面側に図示しない座席が設けられている。なお、本明細書で、前側は、図1の左側となる車両の前側を言い、後側は、図1の右側となる車両の後側を言う。また、メインフレーム12の後側の前後方向に関して同位置に左右車輪18,20が支持されている。メインフレーム12は、鋼材等の金属材料を使用し、梁構造等に成形されたものを用いることができる。メインフレーム12の上側に座席や左右操作レバー40,42等の操作部等を支持するための図示しない板部等の支持部が固定されている。
なお、キャスタ輪14,16は、2個以外、例えば、1個のみを芝刈車両10に設けることもでき、3個以上の複数個を設けることもできる。また、本実施の形態では、主駆動輪である左右車輪18,20を後輪として、キャスタ輪14,16を前輪としているが、主駆動輪である左右車輪18,20を前輪として、キャスタ輪14,16を後輪とすることもできる。
また、駆動モータ22,24は、電力が供給された場合に、車輪18,20に対し回転駆動力を出力する機能を有するが、車輪に対し制動がかけられるときに回生エネルギを回収する発電機としての機能を持たせてもよい。駆動モータ22,24は、例えば永久磁石型の三相の同期電動モータまたは誘導電動モータ等とする。
芝刈車両10に上記のコントローラユニット48が設けられており、コントローラユニット48には、上位コントローラであり、駆動モータ22,24及びデッキモータ46(図2)を総合的に制御するECU50(図2)と、下位コントローラであり、左右駆動モータ22,24のそれぞれに対応する左駆動モータコントローラ54及び右駆動モータコントローラ56(図2)とが一体的に設けられている。図2に示すように、各駆動モータコントローラ54,56は、ECU50に信号ケーブルであるCAN通信線で接続されている。なお、コントローラユニット48に、デッキモータコントローラ52を一体に設けてもよく、また、各モータコントローラ52,54,56及びECU50を芝刈車両10に分離して配置することもできる。
芝刈り車両10は、図2に示すコントロールシステム58を搭載しており、コントロールシステム58は、上記の左右の駆動モータ22,24及び3つのデッキモータ46と、複数の操作子センサである左右レバーセンサ60,62と、複数のコントローラであるECU50及びモータコントローラ52,54,56と、バッテリ36と、インジケータ64とを含む。バッテリ36は、各駆動モータ22,24及び各デッキモータ46に電力を供給する。
バッテリ36の正極側、負極側にそれぞれ接続された正極線及び負極線は、それぞれリレーを介して右左用の駆動輪用ドライバ(driver)であるインバータ(図示せず)の正極側及び負極側に接続されている。右左用のインバータは、それぞれバッテリ36に接続された右駆動モータコントローラ56及び左駆動モータコントローラ54の一部として設けられている。すなわち、各駆動モータコントローラ54,56は、インバータと、インバータを制御するCPUを有するインバータ制御回路(図示せず)とを含む。各インバータは、対応する駆動モータ22,24に接続され、駆動モータ22,24を駆動する。
各インバータは、それぞれトランジスタ、IGBT等のスイッチング素子が2つずつ直列接続された3相のアームを含む。また、各インバータ制御回路は、ECU50から単位時間当たりのモータの回転数の指令信号である、回転速度指令信号が入力されることに応じて、各スイッチング素子のスイッチングを制御して、対応する駆動モータ22,24を回転速度指令信号に対応する回転速度で駆動することができる。すなわち、ECU50は駆動モータコントローラ54,56へ制御信号を送信する。ECU50は、CPUやメモリ等の記憶部等を有する制御回路部を含む。
図1に示すように、芝刈車両10の座席に対して幅方向である左右方向両側に設けられた左右2つの操作レバー40,42を有する左右レバー式操作子44が設けられている。図2のコントロールシステム58には、左右レバー式操作子44の操作量及び操作方向を検出する左右のレバーセンサ60,62が設けられており、左右のレバーセンサ60,62の検出信号がECU50に入力されている。なお、図2では、各レバーセンサ60,62がメインセンサとサブセンサとを含み、対応するレバーセンサ60,62において、メインセンサとサブセンサとの差が予め設定した閾値以上となった場合には、ECU50はセンサ値に異常が発生したと認識して、車両の速度を減速したり停止したりするように制御することもできる。また、インジケータ64は、ECU50が車両に異常が発生したと認識した場合にその異常の発生を表示したり、点灯部等でユーザに知らせることができる。また、インジケータ64は、外部交流電源によりバッテリ36を充電していることを表示する機能を持たせることもできる。なお、旋回指示具としてステアリング操作子を使用する場合には、ステアリング操作子の操作量及び操作方向を検出する操舵センサの検出信号がECU50に入力される。また、操作子である加速指示具としてアクセルペダルを使用する場合には、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサの検出信号がECU50に入力される。
ECU50は、後述する図4に示すように駆動制御部66を有する。駆動制御部66は、左右のレバーセンサ60,62(図2)(または操舵センサ及びアクセルセンサ)の検出信号に応じて、対応する方向に対応する速度で車両を走行させるために、左右の駆動モータ22,24の目標回転速度を算出する。また、駆動制御部66は、各駆動モータ22,24の目標回転速度を対応する駆動モータコントローラ54,56に送信し、各駆動モータコントローラ54,56は、対応するインバータを介して対応する駆動モータ22,24の作動を制御する。このように駆動制御部66は、少なくとも1つの操作子センサであるレバーセンサ60,62からの信号に応じて、各駆動モータコントローラ54,56を介して左右の駆動モータ22,24の作動を制御する。なお、ECU50は、左右のレバーセンサ60,62(または操舵センサ及びアクセルセンサ)の検出信号に応じて、対応する方向に対応する速度で車両を走行させるために、左右の駆動モータ22,24の目標トルクを目標トルク算出部で算出するように構成することもできる。この場合、ECU50は、各駆動モータコントローラ54,56に対応する駆動モータ22,24の目標トルクを送信し、各駆動モータ22,24の作動を制御する。なお、本願で、「回転速度」には、一般的な回転速度の意味と、単位時間当たりの回転数の意味との両方を含む(以下、同様である。)。
また、図2に示すように、バッテリ36は、DC/DCコンバータ70と、メインスイッチであるキースイッチ68に接続された図示しないスイッチ接続リレーとを介してECU50に接続されており、バッテリ36の電圧がDC/DCコンバータ70で降圧されてECU50に供給される。例えば、バッテリ36の電圧が48Vである場合、DC/DCコンバータ70で12Vに降圧されてECU50に供給され、ECU50が作動する、すなわちオンされる。また、バッテリ36とECU50との間に、キースイッチ68と並列に接続され、ECU50からの制御信号によりオンとオフとが切り換えられる自己保持リレー(self holding relay)72が設けられている。キースイッチ68は、ユーザによりキーが挿入され、キーが回された場合にオン(またはオフ)され、オン(またはオフ)されたことを表す信号をECU50に送信する。例えば、キースイッチがオンされたときにはバッテリ36からDC/DCコンバータ70及びスイッチ接続リレーを介してECU50に電力が供給され、ECU50は自己保持リレー72をオンする。これによって、自己保持リレー72は、バッテリ36とECU50との間で、バッテリ36の電力をECU50に供給可能に接続される。一方、キースイッチ68がオンからオフに切り換えられたときには、スイッチ接続リレーは遮断されるが、各駆動モータ22,24及び各デッキモータ46のすべてが停止したときにのみ、自己保持リレー72をオンからオフに切り換えて、バッテリ36からECU50への電力供給を遮断する。このため、各駆動モータ22,24及び各デッキモータ46のいずれか1つでも駆動中であれば、誤ってキースイッチ68がオフされてもECU50の電力がすぐに遮断されることはない。勿論、自己保持リレー72を備えず、バッテリ36からDC/DCコンバータ70とキースイッチ68とを介してECU50に電力を供給することもできる。
後述する図4に示すように、ECU50はモア関係制御部74を有する。モア関係制御部74は、デッキスイッチ47(図2)がオンされているときであって、後述するモードスイッチ76で「エコノミーモード」が選択されているときに、3つのデッキモータ46を予め設定された高効率一定回転速度で回転させるように、各デッキモータコントローラ52へ制御信号を送信する。モア関係制御部74は、各デッキモータ46の作動を、対応するデッキモータコントローラ52を介して制御する。
図2に示すように、バッテリ36の正極側、負極側にそれぞれ接続された正極線及び負極線は、それぞれリレーを介して、3つのデッキモータコントローラ52に設けられた3つのデッキインバータ(図示せず)の正極側及び負極側に接続されている。各デッキインバータは、対応するデッキモータ46に接続され、各デッキモータ46を駆動する。例えば、各デッキモータ46は、各駆動モータ22,24と同様の、三相の電動モータ等とすることができる。
各デッキインバータは、上記の各駆動モータコントローラ54,56が有するインバータと同様に構成できる。各デッキモータコントローラ52の制御回路は、ECU50からデッキモータ46の目標回転速度に対応する回転速度指令信号が入力されることに応じて、各スイッチング素子のスイッチングを制御して、対応するデッキモータ46を対応する回転速度で駆動することができる。
また、コントロールシステム58は、各車輪18,20(図1)の制動を行うために、各車輪18,20に対応する左右の電磁ブレーキ78を含んでいる。また、メインフレーム12の上面側に、図示しないプレーキペダルが設けられており、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサの検出信号がECU50に入力されている。ブレーキセンサの信号に応じて、ECU50は各電磁ブレーキ78とバッテリ36との間に接続されたブレーキリレーをオフまたはオンすることで、各車輪18,20の車軸の周辺部に設けられた電磁ブレーキ78をオンまたはオフし、制動の実行または解除を行う。
図3は、本実施形態において、ECU、駆動モータコントローラ及び駆動モータの接続構成を示すブロック図である。図4は、図3において、ECUの構成を詳しく示すブロック図である。なお、図3では、複数のレバーセンサ60,62(図2)を総称して操作子センサ80として示している。
図3に示すように、操作子センサ80の検出信号と、デッキスイッチ47及びキースイッチ68のオンオフ状態を表す信号とはECU50に入力されている。また、図4に示すように、各駆動モータ22,24及び各デッキモータ46の回転角度を検出する回転角度センサ82,84が設けられている。各回転角度センサ82,84の検出信号は、対応するモータコントローラ(駆動モータコントローラ54,56またはデッキモータコントローラ52)に入力されている。各モータコントローラ52,54,56は、回転角度の検出値から駆動モータ22,24またはデッキモータ46の回転速度を算出する算出部を含む。そして、各モータコントローラ52,54,56の算出部と対応する回転角度センサとにより、対応する回転速度検出部が構成される。なお、各駆動モータ22,24及び各デッキモータ46の回転速度を検出する回転速度検出部である回転速度センサを設けて、その検出信号を対応するモータコントローラ54,56,52に入力することもできる。なお、各デッキモータ46の回転角度を検出する回転角度センサ84を省略することもできる。
このように芝刈車両10は、少なくとも1つの駆動輪である車輪18,20を駆動する駆動モータ22,24と、少なくとも1つの芝刈り機32を駆動するデッキモータ46と、少なくとも1つのコントローラであるECU50及び複数のモータコントローラ52,54,56と、少なくとも1つの操作子である左右レバー式操作子44の操作量を検出する少なくとも1つの操作子センサである左右レバーセンサ60,62とを備える。
また、図4に示すように、ECUは、車速算出部86、駆動制御部66、及びモア関係制御部74を有する。車速算出部86は、芝刈車両10(図1)の車速を算出する。例えば、車速算出部86は、各駆動モータコントローラ54,56等の回転速度検出部からの各駆動モータ22,24の回転速度の検出信号に応じて実車速を算出する。また、車速算出部86は、各レバーセンサ60,62からの信号に応じて芝刈車両10の目標車速を算出する。そして、車速算出部86は、目標車速と実車速との速度差があらかじめ設定した車速算出用閾値速度以下のときには、目標車速または実車速を、後述するモードスイッチ76の指示により芝刈り走行協調モードである、「ナイスモード」が実行される場合のデッキモータ46の回転速度を制御するための車速として算出し、目標車速と実車速との速度差が上記の車速算出用閾値速度を越えるときには、実車速を、「ナイスモード」が実行される場合のデッキモータ46の回転速度を制御するための車速として算出する。
なお、各駆動モータ22,24及び各デッキモータ46と、対応するインバータとを接続する各相の一部または全部の相の電流を検出する電流センサを設けて、電流センサの検出信号を対応するモータコントローラ54,56,52に入力することもできる。なお、ECU50の各機能は、記憶されたプログラムの実行等によりソフトウェアで実現することもできるが、一部または全部をハードウェアで実現することもできる。
このような芝刈車両10によれば、左右レバー式操作子44の各操作レバー40,42を車両の幅方向に向かう水平軸を中心に揺動させることで、前進側または後進側に車両を加速させることができる。左右の操作レバー40,42を前側に倒すことで、左右の駆動モータ22,24の正方向の回転により車両を前進させることができ、左右の操作レバー40,42を後側に倒すことで、左右の駆動モータ22,24の逆方向の回転により車両を後進させることができる。左右の操作レバー40,42の倒し量を変えることで左右の車輪18,20の回転数差を生じさせ、車両を旋回させることができる。
特に、本実施形態の芝刈車両10のコントロールシステム58は、予め設定された所定条件の成立により、芝刈車両10の少なくとも所定の車速領域で芝刈車両10の車速の増加に応じてデッキモータ46のモア関係目標回転速度が増加する「芝刈り走行協調関係」に、車速とモア関係目標回転速度との関係を設定し、上記の「芝刈り走行協調関係」に基づいてモア関係目標回転速度でデッキモータ46を駆動する芝刈り走行協調モードである、「ナイスモード」を実行するように各デッキモータ46を制御する。
より具体的には、ユーザの操作可能な位置、例えば座席の前側、左右片側等の座席の周辺部に設けられた操作盤等に、図2、図4に示すモードスイッチ76を備えている。図5は、図2に示すモードスイッチ76の1例を示す図である。図5に示すように、モードスイッチ76は、指でひねることが可能な摘み部88を有し、ユーザの操作により、芝刈り走行協調モードであるナイスモード(図5のNice位置)と、別の運転モードであるエコノミーモード(図5のEco位置)との間の切り換えが可能であり、ユーザの操作によりその切り換えを指示し、指示されたモードを表す指示信号をECU50(図2等)に出力する。なお、以下の説明では、図1〜4に示した要素と同一または対応する要素に同一の符号を付して説明する。
ECU50が有するモア関係制御部74(図4)は、モードスイッチ76でナイスモードに切り換えられたときに上記の所定条件が成立したとして、各デッキモータ46の車速とモア関係目標回転速度との関係を上記の「芝刈り走行協調関係」に設定する。そしてモア関係制御部74は、この芝刈り走行協調関係と上記の車速算出部86で算出された車速とに基づいてモア関係目標回転速度でデッキモータ46が駆動される「ナイスモード」を実行するように、各デッキモータ46を制御する。すなわち、モア関係制御部74は、ナイスモードに切り換えられたときに、上記の芝刈り走行協調関係と車速とに基づくモア関係目標回転速度を表す指令信号を各デッキモータコントローラ52へ送信し、各デッキモータコントローラ52を介して各デッキモータ46を制御する。すなわちECU50はモードスイッチ76の指示信号に応じて、選択されたモードの制御ロジックを選択する。
また、モードスイッチ76でナイスモードが指示された場合には、モア関係制御部74は、予め設定され、記憶部にマップ等のデータで記憶された上記の芝刈り走行協調関係に基づいて、上記の車速算出部86で算出された車速に応じてモア関係目標回転速度を算出する。
図6は、本実施形態において、ナイスモードで設定される芝刈り走行協調関係に対応する車速とデッキブレードの周速との関係の1例を示す図である。なお、デッキブレードの周速は、車両に設けられたデッキブレードの長さ、すなわち各切断用ブレード要素の回転中心から先端までの長さと、デッキモータ46の回転速度とに応じて決定される。すなわち、デッキブレードの周速である各切断用ブレード要素の先端の周速Bv(m/s)は、デッキモータ46の回転速度である単位時間当たりの回転数DMn(min-1)と、デッキブレードの長さVL(m)とを用いて次式で求められる。
Bv=(DMn×π×VL)/60 ・・・(1)
また、本発明者は、刈り取られた芝のきれいさ、すなわち芝状態の良好さを表す係数として、次の「ナイス係数」と呼ぶ係数を定義した。ナイス係数Nkは、車速をCV(m/s)とすると、各切断用ブレード要素の周速Bv(m/s)を用いて次式で定義する。
Nk=Bv/CV ・・・(2)
このため、ナイス係数Nkは車速CVが低くなるほど高くなり、各切断用ブレード要素の周速Bvが高くなるほど高くなり、ナイス係数Nkが高くなる、すなわち図6の実線Xの傾きが大きくなれば、効率のよい、すなわち短時間の芝刈り作業で良好さが高い芝状態を得られる。また、車速が低い場合にデッキブレードの周速は低くなるので、車速にかかわらずデッキブレードの周速を高くする場合に比べてエネルギ消費の低減を図れる。
例えば、1例として図6の実線Xのように、ナイスモードで、車速とデッキブレードの周速との関係を規定し、この関係に基づいて車速とデッキモータ46の回転数との関係である「芝刈り走行協調関係」を設定する。すなわち、車両ではデッキブレードの長さVLが一義的に決まるので、デッキブレードの周速Bvに対応して、デッキモータ46の回転数が一義的に決まる。すなわち、図6の縦軸をデッキモータ46の回転数と置き換えることもできる。
この場合、図6から明らかなように、車速が予め設定された閾値速度a(m/s)未満ではデッキモータ46の回転数を、図6のデッキブレードの周速bに対応する一定回転数とする。また、車速が閾値速度a(m/s)以上では、車速の増加に応じてデッキモータ46の回転数を直線的に増加させる。図6の車速a以上がナイス係数Nkの適用範囲(図6の範囲α)である。すなわち、予め設定した一定のナイス係数Nkにしたがって、車速a以上での車速に対するデッキモータ46の回転数の比率を予め設定する。そして、ECU50は、図6の実線Xで示す車速とデッキブレードの周速との関係に応じて、車速とデッキモータ46の回転数との関係を表す「芝刈り走行協調関係」を記憶部に記憶させている。
ECU50のモア関係制御部74は、ナイスモードに切り換えられたときに、上記の「芝刈り走行協調関係」に応じてデッキモータ46のモア関係目標回転速度を設定し、設定したモア関係目標回転速度で各デッキモータ46を駆動するように制御する。このため、車速がa未満では各デッキモータ46は一定の回転速度で回転するが、車速がa以上では車速の増加にしたがって各デッキモータ46の回転速度が増加する。なお、車速とデッキブレードの周速との関係は、図6に破線βで示すように、車両が前進している場合に、車速が0から増加するのにしたがってナイス係数に応じて直線的に増加させることもできる。なお、上記の図6で規定した閾値速度a及び一定回転速度のbは、予め車両メーカーや部品メーカー等が性能仕様で決定することができる。また、ナイス係数Nkは、予め車両メーカーや部品メーカー等が試験を行う等により設定することができる。
また、図6ではナイス係数Nkにしたがって車速とデッキブレードの周速及びデッキモータ46の回転数との関係を規定する場合を説明したが、車速の増加にしたがって別の係数でデッキブレードの周速及びデッキモータ46の回転数を直線的に増加させることもできる。また、車速の増加にしたがって曲線的にデッキブレードの周速及びデッキモータ46の回転数を増加させることもできる。いずれにしても、ナイスモードで設定される芝刈り走行協調関係では、デッキモータ46のモア関係目標回転速度と車速との関係を、少なくとも車速に対する所定の速度領域で、車速の増加に応じてモア関係目標回転速度が増加するように設定する。
また、上記では、車速算出部86は、目標車速と実車速とを算出するようにしているが、常に目標車速と実車速との一方のみを車速として算出するように構成することもできる。
一方、上記の図5のモードスイッチ76でエコノミーモードに切り換えられたときであって、かつ、デッキスイッチ47がオンされたときに、ECU50が有する駆動制御部66は、上記の目標車速の許可最高速度を、上記のナイスモードに切り換えられた場合よりも低くなるように予め設定されたエコノミー最高速度に変更して、すなわち低下させ、各駆動モータ22,24の回転速度を車両の最高速度がこのエコノミー最高速度になるように制御し、かつ、モア関係制御部74は、予め設定された高効率一定速度で回転させるように各デッキモータ46を制御する。
図7は、本実施形態において、エコノミーモードで設定されるデッキモータ46の高効率一定速度に対応する回転数を説明するための図である。図7では、NLで従来の芝刈車両の1例で設定されていた運転モードで設定される従来モア関係目標回転速度である回転数を示している。また、図7では、等高線でデッキモータ46の複数の効率を示しており、黒で塗りつぶした部分に最も効率が高くなる領域がある最高効率領域であることを表している。このように、デッキモータ46の効率は回転数及びトルクで変化する。従来の芝刈車両では、図7のNLのように最高効率領域から外れた部分にデッキモータ46の回転数が設定される場合がある。
これに対して、本実施形態では、エコノミーモードがモードスイッチ76により指示された場合に、モア関係制御部74は、最高効率領域に入る可能性がある高効率一定速度(図7のNX)にモア関係目標回転速度を設定する。なお、最高効率領域中にモータ効率が最大となる1点の最高効率点がある場合に、高効率一定速度はこの最高効率点の速度としてもよい。また、駆動制御部66は、上記の(1)(2)の式を用いて、予め設定されるナイス係数Nkが得られるように、モア関係目標回転速度が高効率一定速度になる場合の車速を算出し、その算出された車速を、許可最高速度であるエコノミー最高速度として設定する。このため、直進走行時及び旋回走行時のいずれでも、各駆動モータ22,24の回転速度の許可される最高回転速度がナイスモードの場合よりも低くなり、ナイスモードの場合と比べて車両の許可最高速度が低下する。
このような芝刈車両10によれば、効率のよい作業で良好な芝状態を得られる芝刈車両10を実現できる。すなわち、ユーザのモードスイッチ76の切り換えにより、ナイスモードが選択された所定条件成立の場合に、芝刈車両10の少なくとも所定の車速領域で車速の増加に応じてデッキモータ46の回転速度が増加する。このため、車速が高い場合でも短い作業時間で所望の良好な芝状態を実現でき、しかも低車速ではデッキモータ46の回転速度が低くなるので、省エネルギ化を図れる。また、効率のよい作業で良好な芝状態を得られる芝刈車両10を実現できる。この結果、ユーザによる車両性能の選択の自由度が高くなり、芝刈車両10の機能性が豊富になる。例えば、雨が降る前にユーザが早く作業を終了したい場合にナイスモードを選択することで早く作業を終了でき、しかも芝のきれいさを確保できる。また、従来はユーザが刈られた後の芝状況を見ながら車速を調整することを行う場合があるが、この機能を車両に任せることで、ユーザの負担低減を図れる。
また、ユーザがモードスイッチ76を操作してエコノミーモードに切り換えた場合であって、かつデッキスイッチ47がオンされたときに、デッキモータ46の回転速度が高効率一定速度(図7のNX)に維持され、しかも最高車速がナイスモード選択時の場合よりも低いエコノミー最高速度に変更される。このため、ナイスモードの場合よりも低い最高速度以下での走行を許可することにより、省エネルギ化を図れる。また、効率のよい作業で所望の良好な芝状態を得られる。
次に、図8は、モードスイッチ76の別例の第1例を示す図である。図8の別例のモードスイッチ76を使用する本実施形態の芝刈車両の場合、上記の図1〜7の実施形態において、モードスイッチ76は、ユーザの操作により、ナイスモードとエコノミーモードと別の運転モードであるユーザモード(図7のUser位置)との3つの運転モード間の切り換えを可能としている。そして、モードスイッチ76は、ユーザの操作によりその切り換えを指示し、指示されたモードを表す指示信号をECU50(図2等参照)に出力する。なお、以下の説明では、上記の図1〜5に示した要素と同一の要素または対応する要素には同一の符号を付して説明する。
図8のモードスイッチ76でユーザモードに切り換えられたときであって、かつデッキスイッチ47がオンされたときに、モア関係制御部74は、予め設定された上記の高効率一定速度(図7のNX)にモア関係目標回転速度を維持するように、デッキモータ46の作動を制御する。この高効率一定速度は、上記の図7で説明したものと同様である。
ユーザモードでは、エコノミーモードと異なり、各駆動モータ22,24の回転速度の許可される最高回転速度がナイスモードの場合よりも低くなることがなく、ナイスモードの場合と比べて車両の許可最高速度が低下することがない。このため、ユーザがモードスイッチ76を操作してユーザモードに切り換えた場合に、上記のエコノミーモードに比べて同じ作業後での芝の良好さがエコノミーモードに比べて低下する可能性はあるが、車両の最高速度がエコノミーモードの場合よりも高くなるので、ユーザの運転意思にしたがってより快適に走行しやすくなり、運転の自由度が高くなる。また、ユーザモードでもエコノミーモードと同様に、デッキモータ46を高効率一定速度で回転できるため、省エネルギ化を図れる。例えば、芝刈り作業を趣味とするユーザに省エネルギ化を行いながら快適走行を提供できる。その他の構成及び作用は、上記の図1〜7の実施形態と同様である。
なお、モードスイッチ76は、図9のように構成することもできる。例えば、図9では、通常モード(図9のNormal位置)とナイスモードとエコノミーモードとユーザモードとの4つの運転モード間の切り換えを指示することができる。この場合、通常モードに切り換えたときであって、かつデッキスイッチ47がオンされたときに、各デッキモータ46の速度をエコノミーモード及びユーザモードの場合の速度である高効率一定速度(図7のNX)よりも高い通常一定速度(図7のNL)に維持する。このため、エコノミーモード及びユーザモードの場合に対して省エネルギ化の効果が低下する可能性はあるが、デッキモータ46の速度が高くなることでより早く作業を終了することができる。なお、上記の図9のモードスイッチ76において、いずれか2つまたは3つの運転モード間の切り換えを可能とするように構成することもでき、ECU50はその切り換えに応じて運転モードを切り換えるように構成することもできる。例えば、芝刈車両は、エコノミーモードと、通常モードまたはユーザモードとの間で切り換え可能に構成することもできる。
また、モード指示装置は、上記のようなモードスイッチ76(図5等)に限定するものではなく、例えば、図10で示すように、ナイスモードとエコノミーモードとユーザモードとの押しボタン90を有するモード設定装置92を採用することもできる。モード設定装置92も例えば操作盤に設けられる。図10の例では、ナイスモード、エコノミーモード、ユーザモードのいずれか1つが常に押されるように押しボタン90の機構を協調させることができる。また、すべての押しボタン90が押されていない場合に通常モードが指示されたとして、ECU50は上記の通常モードに切り換えられた場合の制御を行うようにすることもできる。なお、図10でいずれか1つまたは2つのボタンを省略し、芝刈車両は、2つまたは3つの運転モード間の切り換えを可能とすることもできる。また、図示は省略するが、座席の周辺部に揺動可能に車両に支持されたモード切換レバーの操作位置等により上記の各モードのいずれか1つを指示するように構成することもできる。
なお、上記では、モードスイッチ76でナイスモードに切り換えられたときに、所定条件が成立したとして、ナイスモードを実行するようにしているが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、所定条件成立は、キースイッチ68がオンされたことを条件とする、すなわち、車両の起動時には、ECU50は常にナイスモードが実行されるように制御することもできる。また、上記ではコントローラとして、ECU50と各駆動モータコントローラ54,56及び各デッキモータコントローラ52との複数のコントローラを設ける場合を説明したが、モータコントロールシステム及び芝刈車両では、ECU50と、各駆動モータコントローラ54,56または各デッキモータコントローラ52とを1つのコントローラで統合するか、またはECU50と、各駆動モータコントローラ54,56及び各デッキモータコントローラ52とを1つのコントローラで統合するように構成することもできる。また、上記では駆動モータ22,24及びデッキモータ46が電動モータである場合を説明したが、両者のモータのいずれか一方または両方を油圧モータにより構成する場合でも本発明を適用できる。
10 芝刈車両、12 メインフレーム、14 左キャスタ輪、16 右キャスタ輪、18 左車輪、20 右車輪、22 左駆動モータ、24 右駆動モータ、26,28 動力発生ユニット、30 ハウジング、32 芝刈り機(モア)、34 モアデッキ、36 バッテリ、40 左操作レバー、42 右操作レバー、44 左右レバー式操作子、46 デッキモータ、47 デッキスイッチ、50 ECU、58 コントロールシステム、60 左レバーセンサ、62 右レバーセンサ、66 駆動制御部、74 モア関係制御部、76 モードスイッチ、80 操作子センサ、82,84 回転角度センサ、86 車速算出部。
Claims (10)
- 少なくとも1つの駆動輪を駆動する駆動輪用モータと、少なくとも1つの芝刈り機を駆動するモア関係モータと、少なくとも1つのコントローラとを備える芝刈車両であって、
前記少なくとも1つのコントローラは、
予め設定された所定条件の成立により、少なくとも前記芝刈車両の所定の車速領域で前記芝刈車両の車速の増加に応じて前記モア関係モータのモア関係目標回転速度が増加する芝刈り走行協調関係に、前記車速と前記モア関係目標回転速度との関係を設定し、前記芝刈り走行協調関係に基づいて前記モア関係目標回転速度で前記モア関係モータが駆動される芝刈り走行協調モードを実行するように前記モア関係モータを制御することを特徴とする芝刈車両。 - 請求項1に記載の芝刈車両において、
少なくとも1つの操作子の操作量を検出する少なくとも1つの操作子センサと、
ユーザの操作により、芝刈り走行協調モードと少なくとも1つの別の運転モードとの間の切り換えを指示するモード指示装置とを備え、
前記少なくとも1つのコントローラは、
前記少なくとも1つの操作子センサからの信号に応じて前記駆動輪用モータの作動を制御する駆動制御部と、
前記芝刈車両の車速を算出する車速算出部と、
前記モア関係モータの作動を制御するモア関係制御部とを含み、
前記モード指示装置で前記芝刈り走行協調モードに切り換えられたときに、前記モア関係制御部は、前記所定条件が成立したとして、前記車速と前記モア関係目標回転速度との関係を前記芝刈り走行協調関係に設定し、前記芝刈り走行協調モードを実行するように前記モア関係モータを制御することを特徴とする芝刈車両。 - 請求項2に記載の芝刈車両において、
前記芝刈り走行協調関係は、前記芝刈車両の車速が閾値速度未満で前記モア関係モータのモア関係目標回転速度を一定に維持し、かつ、前記車速が閾値速度以上で前記芝刈車両の車速の増加に応じて前記モア関係モータのモア関係目標回転速度が増加する関係であることを特徴とする芝刈車両。 - 請求項2に記載の芝刈車両において、
ユーザの操作により前記モア関係モータの起動を指示するモア起動スイッチを備え、
前記モード指示装置は、ユーザの操作により、前記芝刈り走行協調モードとエコノミーモードの間の切り換えを指示し、
前記車速算出部は、前記少なくとも1つの操作子センサからの信号に応じて前記芝刈車両の目標車速を算出し、
前記モード指示装置で前記エコノミーモードに切り換えられたときであって、かつ、前記モア起動スイッチがオンされたときに、前記駆動制御部は、前記目標車速の許可最高速度を、前記芝刈り走行協調モードに切り換えられた場合よりも低くなるエコノミー最高速度に変更して、前記駆動輪用モータの回転速度を制御し、かつ、前記モア関係制御部は、予め設定された一定速度で回転させるように前記モア関係モータを制御することを特徴とする芝刈車両。 - 請求項2に記載の芝刈車両において、
ユーザの操作により前記モア関係モータの起動を指示するモア起動スイッチを備え、
前記モード指示装置は、ユーザの操作により、前記芝刈り走行協調モードとユーザモードの間の切り換えを指示し、
前記モード指示装置からの指示信号の入力により前記ユーザモードに切り換えられたときであって、かつ、前記モア起動スイッチがオンされたときに、前記モア関係制御部は、予め設定された一定速度で回転させるように前記モア関係モータを制御することを特徴とする芝刈車両。 - 請求項2に記載の芝刈車両において、
ユーザの操作により前記モア関係モータの起動を指示するモア起動スイッチを備え、
前記モード指示装置は、ユーザの操作により、前記芝刈り走行協調モードとエコノミーモードとユーザモードとの間の切り換えを指示し、
前記車速算出部は、前記少なくとも1つの操作子センサからの信号に応じて前記芝刈車両の目標車速を算出し、
前記モード指示装置で前記エコノミーモードに切り換えられたときであって、かつ、前記モア起動スイッチがオンされたときに、前記駆動制御部は、前記目標車速の許可最高速度を、前記芝刈り走行協調モードに切り換えられた場合よりも低くなるエコノミー最高速度に変更して、前記駆動輪用モータの回転速度を制御し、かつ、前記モア関係制御部は、予め設定された一定速度で回転させるように前記モア関係モータを制御し、
前記モード指示装置で前記ユーザモードに切り換えられたときであって、かつ、前記モア起動スイッチがオンされたときに、前記モア関係制御部は、予め設定された一定速度で回転させるように前記モア関係モータを制御することを特徴とする芝刈車両。 - 請求項2に記載の芝刈車両において、
前記車速算出部は、前記少なくとも1つの操作子センサからの信号に応じて前記車速を算出することを特徴とする芝刈車両。 - 請求項2に記載の芝刈車両において、
前記駆動輪用モータの回転速度を検出する回転速度検出部を備え、
前記車速算出部は、前記回転速度検出部からの検出信号に応じて前記車速を算出することを特徴とする芝刈車両。 - 請求項2に記載の芝刈車両において、
前記駆動輪用モータの回転速度を検出する回転速度検出部を備え、
前記車速算出部は、前記少なくとも1つの操作子センサからの信号に応じて前記芝刈車両の目標車速を算出するとともに、前記回転速度検出部からの検出信号に応じて前記芝刈車両の実車速を算出し、前記目標車速と前記実車速との速度差が車速算出用閾値速度以下のときには、前記目標車速または前記実車速を前記車速として算出し、前記目標車速と前記実車速との速度差が前記車速算出用閾値速度を越えるときには、前記実車速を前記車速として算出することを特徴とする芝刈車両。 - 少なくとも1つの駆動輪を駆動する駆動輪用モータと、少なくとも1つの芝刈り機を駆動するモア関係モータと、少なくとも1つのコントローラとを備える芝刈車両であって、
少なくとも1つの操作子の操作量を検出する少なくとも1つの操作子センサと、
ユーザの操作により、エコノミーモードと少なくとも1つの別の運転モードとの間の切り換えを指示するモード指示装置と、
ユーザの操作により前記モア関係モータの起動を指示するモア起動スイッチとを備え、
前記少なくとも1つのコントローラは、
前記少なくとも1つの操作子センサからの信号に応じて前記芝刈車両の目標車速を算出する車速算出部と、
前記少なくとも1つの操作子センサからの信号に応じて前記駆動輪用モータの作動を制御する駆動制御部と、
前記モア関係モータの作動を制御するモア関係制御部とを含み、
前記モード指示装置で前記エコノミーモードに切り換えられたときであって、かつ、前記モア起動スイッチがオンされたときに、前記芝刈車両の目標車速の許可最高速度を、前記別の運転モードに切り換えられた場合よりも低くなるエコノミー最高速度に変更して、前記駆動輪用モータの回転速度を制御し、かつ、前記モア関係制御部は、予め設定された一定速度で回転させるように前記モア関係モータを制御することを特徴とする芝刈車両。
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