(57)【要約】【課題】積層部に積載された荷物の重心位置を推定することが可能な汎用性が高い荷役車両の重心推定装置を提供する。【解決手段】重心推定装置３１は、ティルトシリンダ１５のロッド側の圧力を検出するティルトシリンダ用圧力センサ１７と、ティルトシリンダ１５のボトム側の圧力を検出するティルトシリンダ用圧力センサ１８と、リフトシリンダ１４の圧力を検出するリフトシリンダ用圧力センサ１９と、ティルトシリンダ１５のロッド側の圧力、ティルトシリンダ１５のボトム側の圧力、リフトシリンダ１４の圧力及び荷役装置３の構造に関するデータを用いて、フォーク１３に積載された荷物Ｗの重心の推定演算を行う電子制御ユニット２２とを備える。【選択図】図１
2020093741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の前端部にマストサポートを介して回動可能に連結され、マストに取り付けられた積載部を昇降させるリフトシリンダと前記マストを傾動させるティルトシリンダとを有する荷役装置を具備した荷役車両の重心推定装置であって、
前記ティルトシリンダのロッド側の圧力を検出する第１圧力検出部と、
前記ティルトシリンダのボトム側の圧力を検出する第２圧力検出部と、
前記リフトシリンダの圧力を検出する第３圧力検出部と、
前記第１圧力検出部により検出された前記ティルトシリンダのロッド側の圧力、前記第２圧力検出部により検出された前記ティルトシリンダのボトム側の圧力、前記第３圧力検出部により検出された前記リフトシリンダの圧力及び前記荷役装置の構造に関するデータを用いて、前記積載部に積載された荷物の重心の推定演算を行う推定演算ユニットとを備える荷役車両の重心推定装置。
【請求項２】
前記推定演算ユニットは、
前記ティルトシリンダのロッド側の圧力、前記ティルトシリンダのボトム側の圧力、前記リフトシリンダの圧力及び前記荷役装置の構造に関するデータに基づいて、前記マストサポートの周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記パラメータ算出部により算出された前記一次方程式のパラメータ及び前記荷役装置の構造に関するデータに基づいて、前記車体の前後方向における前記荷物の重心推定値を算出する重心算出部とを有する請求項１記載の荷役車両の重心推定装置。
【請求項３】
前記マストの傾動角を検出する角度検出部と、
前記積載部の高さを検出する高さ検出部とを更に備え、
前記重心算出部は、前記一次方程式のパラメータ、前記荷役装置の構造に関するデータ、前記角度検出部により検出された前記マストの傾動角及び前記高さ検出部により検出された前記積載部の高さに基づいて、前記車体の前後方向及び高さ方向における前記荷物の重心推定値を算出する請求項２記載の荷役車両の重心推定装置。
【請求項４】
前記重心算出部は、前記一次方程式のパラメータ、前記荷役装置の構造に関するデータ、前記マストの傾動角及び前記積載部の高さに基づいて、前記マストの傾動角が異なる２つの状態における前記一次方程式の係数をそれぞれ求め、前記２つの状態の一次方程式の連立方程式を解くことにより、前記車体の前後方向及び高さ方向における前記荷物の重心推定値を算出する請求項３記載の荷役車両の重心推定装置。
【請求項５】
前記重心算出部は、前記一次方程式のパラメータ及び前記荷役装置の構造に関するデータに基づいて、前記車体の前後方向における前記荷物の重心推定値を算出した後、前記一次方程式のパラメータ、前記荷役装置の構造に関するデータ及び前記車体の前後方向における前記荷物の重心推定値に基づいて、前記車体の高さ方向における前記荷物の重心推定値を算出する請求項２記載の荷役車両の重心推定装置。
【請求項６】
前記パラメータ算出部は、前記一次方程式のパラメータとして、前記ティルトシリンダの軸線方向にかかる荷重と、前記ティルトシリンダの軸線と前記マストサポートとの距離と、前記荷物にかかる荷重と、前記荷役装置の合成重心にかかる荷重と、前記荷役装置の合成重心を通り且つ前記車体の高さ方向に延びる仮想線と前記マストサポートとの距離とを算出する請求項２〜５の何れか一項記載の荷役車両の重心推定装置。
【請求項７】
前記パラメータ算出部は、前記ティルトシリンダのロッド側の圧力、前記ティルトシリンダのボトム側の圧力及び前記ティルトシリンダの構造に関するデータに基づいて、前記ティルトシリンダの軸線方向にかかる荷重を算出し、前記ティルトシリンダの構造に関するデータに基づいて、前記ティルトシリンダの軸線と前記マストサポートとの距離を算出し、前記リフトシリンダの圧力及び前記リフトシリンダの構造に関するデータに基づいて、前記荷物にかかる荷重を算出し、前記荷役装置の構造に関するデータに基づいて、前記荷役装置の合成重心にかかる荷重を算出し、前記荷役装置の構造に関するデータに基づいて、前記仮想線と前記マストサポートとの距離を算出する請求項６記載の荷役車両の重心推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷役車両の重心推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、フォークリフトの操舵車軸として形成されたリヤ側のセンタアクスルボディに固定された撓み力測定装置によってアクスル荷重を検出するという技術が記載されている。撓み力測定装置は、例えばセンタアクスルボディに設けられた測定区分の変形量（撓み）を測定する歪みゲージを有し、測定区分の撓みからアクスル荷重を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７５１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、センタアクスルボディにかかるアクスル荷重を検出することにより、車体前後方向の重心位置を推定することができる。しかし、上記従来技術では、歪みゲージを用いてアクスル荷重を検出するため、撓みと荷重との相関関係を予め測定し、その相関データをメモリに保存しておく必要がある。撓みと荷重との相関関係は、フォークリフトの形状等に依存する。従って、フォークリフトの機種毎に相関データを取得する作業が発生するため、汎用性が低い。また、フォーク（積層部）に荷物が積載された状態のフォークリフトの重心位置を正確に推定するためには、荷物の重心位置を推定する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、積層部に積載された荷物の重心位置を推定することが可能な汎用性が高い荷役車両の重心推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、車体の前端部にマストサポートを介して回動可能に連結され、マストに取り付けられた積載部を昇降させるリフトシリンダとマストを傾動させるティルトシリンダとを有する荷役装置を具備した荷役車両の重心推定装置であって、ティルトシリンダのロッド側の圧力を検出する第１圧力検出部と、ティルトシリンダのボトム側の圧力を検出する第２圧力検出部と、リフトシリンダの圧力を検出する第３圧力検出部と、第１圧力検出部により検出されたティルトシリンダのロッド側の圧力、第２圧力検出部により検出されたティルトシリンダのボトム側の圧力、第３圧力検出部により検出されたリフトシリンダの圧力及び荷役装置の構造に関するデータを用いて、積載部に積載された荷物の重心の推定演算を行う推定演算ユニットとを備える。
【０００７】
このような重心推定装置においては、ティルトシリンダのロッド側及びボトム側の圧力とリフトシリンダの圧力とを検出し、これらの検出値及び荷役装置の構造に関するデータを用いて、積載部に積載された荷物の重心の推定演算を行う。従って、積載部に積載された荷物の重心位置を推定することができる。また、測定等により荷役車両の機種毎に相関データを予め取得する作業が不要となるため、汎用性が高い重心推定装置を実現することができる。
【０００８】
推定演算ユニットは、ティルトシリンダのロッド側の圧力、ティルトシリンダのボトム側の圧力、リフトシリンダの圧力及び荷役装置の構造に関するデータに基づいて、マストサポートの周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータを算出するパラメータ算出部と、パラメータ算出部により算出された一次方程式のパラメータ及び荷役装置の構造に関するデータに基づいて、車体の前後方向における荷物の重心推定値を算出する重心算出部とを有してもよい。このような構成では、マストが地面に対して垂直に立っていると仮定し、マストサポートの周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータ及び荷役装置の構造に関するデータを用いて、荷物の重心の推定演算を行うことにより、車体の前後方向における荷物の重心位置を推定することができる。
【０００９】
荷役車両の重心推定装置は、マストの傾動角を検出する角度検出部と、積載部の高さを検出する高さ検出部とを更に備え、重心算出部は、一次方程式のパラメータ、荷役装置の構造に関するデータ、角度検出部により検出されたマストの傾動角及び高さ検出部により検出された積載部の高さに基づいて、車体の前後方向及び高さ方向における荷物の重心推定値を算出してもよい。このような構成では、マストの傾動角及び積載部の高さを検出し、マストサポートの周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータ、荷役装置の構造に関するデータ、マストの傾動角及び積載部の高さを用いて、荷物の重心の推定演算を行うことにより、車体の前後方向及び高さ方向における荷物の重心位置を推定することができる。
【００１０】
重心算出部は、一次方程式のパラメータ、荷役装置の構造に関するデータ、マストの傾動角及び積載部の高さに基づいて、マストの傾動角が異なる２つの状態における一次方程式の係数をそれぞれ求め、２つの状態の一次方程式の連立方程式を解くことにより、車体の前後方向及び高さ方向における荷物の重心推定値を算出してもよい。このような構成では、マストの傾動角が異なる２つの状態における一次方程式の連立方程式を使用するので、車体の前後方向及び高さ方向における荷物の重心推定値を簡単に算出することができる。
【００１１】
重心算出部は、一次方程式のパラメータ及び荷役装置の構造に関するデータに基づいて、車体の前後方向における荷物の重心推定値を算出した後、一次方程式のパラメータ、荷役装置の構造に関するデータ及び車体の前後方向における荷物の重心推定値に基づいて、車体の高さ方向における荷物の重心推定値を算出してもよい。このような構成では、重心算出部の計算量が少なくて済むため、推定演算ユニットのコストを抑えることができる。
【００１２】
パラメータ算出部は、一次方程式のパラメータとして、ティルトシリンダの軸線方向にかかる荷重と、ティルトシリンダの軸線とマストサポートとの距離と、荷物にかかる荷重と、荷役装置の合成重心にかかる荷重と、荷役装置の合成重心を通り且つ車体の高さ方向に延びる仮想線とマストサポートとの距離とを算出してもよい。このような構成では、マストサポートの周りの回転モーメントに関する一次方程式として、ティルトシリンダの軸線方向にかかる荷重、荷物にかかる荷重及び荷役装置の合成重心にかかる荷重をパラメータの一部とする単純な式が使用されるので、荷物の重心の推定演算時間を短縮することができる。
【００１３】
パラメータ算出部は、ティルトシリンダのロッド側の圧力、ティルトシリンダのボトム側の圧力及びティルトシリンダの構造に関するデータに基づいて、ティルトシリンダの軸線方向にかかる荷重を算出し、ティルトシリンダの構造に関するデータに基づいて、ティルトシリンダの軸線とマストサポートとの距離を算出し、リフトシリンダの圧力及びリフトシリンダの構造に関するデータに基づいて、荷物にかかる荷重を算出し、荷役装置の構造に関するデータに基づいて、荷役装置の合成重心にかかる荷重を算出し、荷役装置の構造に関するデータに基づいて、仮想線とマストサポートとの距離を算出してもよい。このような構成では、マストサポートの周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータを簡単に算出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、積層部に積載された荷物の重心位置を推定することが可能な汎用性が高い荷役車両の重心推定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る重心推定装置を備えた荷役車両としてフォークリフトを示す側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る重心推定装置を有する車両制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ティルトシリンダの断面図である。
【図４】荷役装置におけるマストサポートの周りの回転モーメントを示す概念図である。
【図５】図２に示されたパラメータ算出部及び重心算出部により実行される算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】ティルトシリンダの軸線とマストサポートとの距離を算出する際の荷役装置のＸＺ座標系を示す概念図である。
【図７】荷物の重心推定値を算出する際の荷役装置の各構成部品の位置関係を示す概念図である。
【図８】図２に示された制御部により実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る重心推定装置を有する車両制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示されたパラメータ算出部及び重心算出部により実行される算出処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る重心推定装置を備えた荷役車両としてフォークリフトを示す側面図である。図１において、本実施形態に係る荷役車両であるフォークリフト１は、カウンター式のフォークリフトである。フォークリフト１は、走行装置２と、この走行装置２の前側に配置され、荷物Ｗの揚げ降ろしを行う荷役装置３とを具備している。
【００１８】
走行装置２は、車体４と、この車体４の前部に配置された１対の駆動輪である前輪５と、車体４の後部に配置された１対の操舵輪である後輪６と、前輪５を回転させる走行モータ７と、後述する油圧駆動ユニット２４（図２参照）の油圧ポンプ（図示せず）を回転駆動させる荷役モータ８と、走行モータ７及び荷役モータ８に電力を供給するバッテリ９とを有している。
【００１９】
荷役装置３は、車体４の前端部にマストサポート１０（図４参照）を介して回動可能に連結されている。荷役装置３は、車体４の前端部に立設されたマスト１１と、このマスト１１にリフトブラケット１２を介して取り付けられ、荷物Ｗが積載される１対のフォーク１３（積載部）と、このフォーク１３を昇降させるリフトシリンダ１４と、マスト１１を傾動させるティルトシリンダ１５とを有している。リフトシリンダ１４及びティルトシリンダ１５は、油圧駆動ユニット２４（後述）により駆動される。
【００２０】
図２は、本発明の第１実施形態に係る重心推定装置を有する車両制御装置の構成を示すブロック図である。図２において、車両制御装置１６は、フォークリフト１に搭載されている。車両制御装置１６は、ティルトシリンダ用圧力センサ１７，１８と、リフトシリンダ用圧力センサ１９と、角度センサ２０と、距離センサ２１と、電子制御ユニット２２（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）と、表示器２３と、上記の走行モータ７と、油圧駆動ユニット２４とを備えている。
【００２１】
ティルトシリンダ用圧力センサ１７は、図３に示されるように、ティルトシリンダ１５のロッド側に接続された油圧配管２５に取り付けられている。ティルトシリンダ用圧力センサ１７は、ティルトシリンダ１５のロッド側の圧力を検出する第１圧力検出部を構成する。ティルトシリンダ用圧力センサ１８は、図３に示されるように、ティルトシリンダ１５のボトム側に接続された油圧配管２６に取り付けられている。ティルトシリンダ用圧力センサ１８は、ティルトシリンダ１５のボトム側の圧力を検出する第２圧力検出部を構成する。
【００２２】
リフトシリンダ用圧力センサ１９は、特に図示はしないが、リフトシリンダ１４のボトム側に接続された油圧配管に取り付けられている。リフトシリンダ用圧力センサ１９は、リフトシリンダ１４の圧力を検出する第３圧力検出部を構成する。具体的には、リフトシリンダ用圧力センサ１９は、リフトシリンダ１４のボトム側の圧力を検出する。
【００２３】
角度センサ２０は、マスト１１の傾動角（ティルト角）を検出する角度検出部を構成する。距離センサ２１は、地面からフォーク１３までの距離を検出することにより、フォーク１３の高さ（荷役高さ）を検出する高さ検出部を構成する。
【００２４】
表示器２３は、許容するティルト角及び荷役高さ等の情報を表示すると共に、荷物Ｗの重心に関する警告表示を行う。
【００２５】
油圧駆動ユニット２４は、特に図示はしないが、リフトシリンダ１４及びティルトシリンダ１５に作動油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプとリフトシリンダ１４との間に配置されたリフトバルブと、油圧ポンプとティルトシリンダ１５との間に配置されたティルトバルブとを有している。
【００２６】
電子制御ユニット２２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等からなるマイコンにより構成されている。電子制御ユニット２２は、記憶部２７と、パラメータ算出部２８と、重心算出部２９と、制御部３０とを有している。
【００２７】
記憶部２７、パラメータ算出部２８及び重心算出部２９は、ティルトシリンダ１５のロッド側の圧力、ティルトシリンダ１５のボトム側の圧力、リフトシリンダ１４の圧力及び荷役装置３の構造に関するデータを用いて、フォーク１３に積載された荷物Ｗの重心の推定演算を行う推定演算ユニットを構成している。つまり、電子制御ユニット２２の一部は、推定演算ユニットとして機能する。
【００２８】
記憶部２７には、リフトシリンダ１４及びティルトシリンダ１５を含む荷役装置３の構造に関するデータと、荷物Ｗの重心の推定演算を行うための計算式とが記憶されている。リフトシリンダ１４の構造としては、リフトシリンダ１４の寸法、重量及び位置等が挙げられる。ティルトシリンダ１５の構造としては、ティルトシリンダ１５の寸法、重量、位置及び姿勢等が挙げられる。その他の荷役装置３の構造としては、例えばマスト１１及びフォーク１３等といった荷役装置３の各構成部品の寸法、重量、位置及び重心座標等が挙げられる。
【００２９】
パラメータ算出部２８は、ティルトシリンダ用圧力センサ１７，１８により検出されたティルトシリンダ１５のロッド側及びボトム側の圧力、リフトシリンダ用圧力センサ１９により検出されたリフトシリンダ１４の圧力、角度センサ２０により検出されたマスト１１の傾動角、距離センサ２１により検出されたフォーク１３の高さ及び荷役装置３の構造に関するデータに基づいて、マストサポート１０（図４参照）の周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータを算出する。
【００３０】
重心算出部２９は、パラメータ算出部２８により算出された一次方程式のパラメータ、荷役装置３の構造に関するデータ、マスト１１の傾動角及びフォーク１３の高さに基づいて、車体４の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を算出する。
【００３１】
制御部３０は、重心算出部２９により算出された車体４の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値に基づいて、表示器２３、走行モータ７及び油圧駆動ユニット２４を制御する。
【００３２】
以上において、ティルトシリンダ用圧力センサ１７，１８、リフトシリンダ用圧力センサ１９、角度センサ２０、距離センサ２１、電子制御ユニット２２の記憶部２７、パラメータ算出部２８及び重心算出部２９は、本実施形態の重心推定装置３１を構成している。
【００３３】
このような重心推定装置３１において、フォーク１３に積載された荷物Ｗの重心を推定する手法の概要について説明する。マスト１１は、図４に示されるように、ティルトシリンダ１５に支えられ、マストサポート１０と称する点を支点として回動可能である。このため、マストサポート１０の周りの回転モーメントを考えると、下記式が成り立つ。なお、図４において、Ｘ方向は、車体４の前後方向であり、Ｚ方向は、車体４の高さ方向（上下方向）である。
Ftilt×Ltilt＝Fw×Lw＋Fm×Lm    …(1)
【００３４】
Ftiltは、ティルトシリンダ１５の軸線方向にかかる荷重である。Ltiltは、ティルトシリンダ１５の軸線とマストサポート１０との距離である。具体的には、Ltiltは、マストサポート１０を通り且つティルトシリンダ１５の軸線に垂直な直線とティルトシリンダ１５の軸線との交点におけるマストサポート１０からの距離である。
【００３５】
Fwは、荷物Ｗにかかる荷重である。Lwは、荷物Ｗにかかる荷重Fwとの直交成分のアーム長であり、マストサポート１０を原点とする際のＸ座標絶対値と等価である。具体的には、Lwは、荷物Ｗの重心を通り且つ車体４の高さ方向に延びる仮想線Ｓ１とマストサポート１０との距離である。
【００３６】
Fmは、マスト１１及びフォーク１３を含む荷役装置３の合成重心にかかる荷重である。Lmは、荷役装置３の合成重心にかかる荷重Fmとの直交成分のアーム長であり、マストサポート１０を原点とする際のＸ座標絶対値と等価である。具体的には、Lmは、荷役装置３の合成重心を通り且つ車体４の高さ方向に延びる仮想線Ｓ２とマストサポート１０との距離である。
【００３７】
このようなFtilt、Ltilt、Fw、Lw、Fm及びLmは、マストサポート１０の周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータである。上記の（１）式のうち、未知の値はLwのみである。
【００３８】
Ftiltは、ティルトシリンダ用圧力センサ１７，１８の検出値から算出可能である。Ltiltは、荷役装置３の構造から幾何学的に計算可能である。Fwは、リフトシリンダ用圧力センサ１９の検出値から算出可能である。Fmは、荷役装置３の構造から幾何学的に計算された値に対し、ティルト角及び荷役高さを考慮して算出可能である。Lmは、荷役装置３の構造から幾何学的に計算された値に対し、ティルト角及び荷役高さを考慮して算出可能である。
【００３９】
Lwは、マストサポート１０を原点とする際の荷物Ｗの重心のＸ座標である。Lwは、マスト１１が地面に対して垂直に立っている状態から傾動しているときは、回転の公式に基づき、初期のＸ座標成分と初期のＺ座標成分とマスト１１の傾動角（ティルト角）とが含まれた値となる。マスト１１が垂直に立っている状態の荷物Ｗの初期重心座標を（Xini，Zini）とし、マスト１１が垂直に立っている状態から傾動した後の荷物Ｗの重心座標を（Xrot，Zrot）とし、ティルト角をθとすると、下記式が得られる。
Lw＝Xrot＝Xini×cosθ−Zini×sinθ
Zrot＝Xini×sinθ＋Zini×cosθ
【００４０】
Lwには、未知の値が２つ含まれている。従って、ティルト角θが異なる２つの状態における一次方程式の係数をそれぞれ求め、２つの状態の一次方程式の連立方程式を解くことにより、荷物Ｗの初期重心座標を算出することが可能である。
【００４１】
図５は、パラメータ算出部２８及び重心算出部２９により実行される算出処理の手順を示すフローチャートである。なお、本処理は、フォークリフト１の始動スイッチがＯＮされた後、例えば所定時間毎に実行される。
【００４２】
図５において、パラメータ算出部２８は、まずティルトシリンダ１５のロッド側の圧力、ティルトシリンダ１５のボトム側の圧力及びティルトシリンダ１５の構造に関するデータに基づいて、ティルトシリンダ１５の軸線方向にかかる荷重Ftiltを算出する（手順Ｓ１０１）。ティルトシリンダ１５の軸線方向にかかる荷重Ftiltは、下記式により算出される。
Ftilt＝(Prod×Srod−Pbtm×Sbtm)×Ｋ    …(2)
【００４３】
Prodは、ティルトシリンダ１５のロッド側の圧力であり、ティルトシリンダ用圧力センサ１７の検出値から得られる。Srodは、ティルトシリンダ１５のロッド側の受圧面積であり、下記式により算出される。図３に示されるように、Φcylは、ティルトシリンダ１５のシリンダ内径である。Φrodは、ティルトシリンダ１５のロッド径である。
Srod＝(Φcyl/2)×(Φcyl/2)×π−(Φrod/2)×(Φrod/2)×π。
【００４４】
Pbtmは、ティルトシリンダ１５のボトム側の圧力であり、ティルトシリンダ用圧力センサ１８の検出値から得られる。Sbtmは、ティルトシリンダ１５のボトム側の受圧面積であり、下記式により算出される。
Sbtm＝(Φcyl/2)×(Φcyl/2)×π
【００４５】
Ｋは、荷重圧力係数であり、概ね０．８５〜１．００である。なお、（２）式、Srod、Sbtm及びＫは、記憶部２７に予め記憶されている。
【００４６】
続いて、パラメータ算出部２８は、ティルト角及びティルトシリンダ１５の構造に関するデータに基づいて、ティルトシリンダ１５の軸線とマストサポート１０との距離Ltiltを算出する（手順Ｓ１０２）。
【００４７】
ティルトシリンダ１５の軸線とマストサポート１０との距離Ltiltを算出するにあたり、図６に示されるように、下記のように座標を定義する。なお、ティルト角が０度のときに、マスト１１が地面に対して垂直に立った状態であるとする。
(X1ini, Z1ini)：ティルト角が０度でのティルトシリンダ１５のマスト１１側支点
(X2, Z2)：ティルトシリンダ１５の車体４側支点
(0, 0)：原点（マストサポート１０）
(X1rot，Z1rot)：ティルト後のティルトシリンダ１５のマスト１１側支点
【００４８】
回転公式により、マスト１１が地面に対して垂直に立った状態から傾動した後（ティルト後）のティルトシリンダ１５のマスト１１側支点は、下記式により算出される。
X1rot＝X1ini×cosθ−Z1ini×sinθ    …(3)
Z1rot＝X1ini×sinθ＋Z1ini×cosθ    …(4)
【００４９】
(X1rot, Z1rot)及び(X2, Z2)の２座標を通る直線式ＰをＺ＝ａＸ＋ｂとすると、傾きａ及び切片ｂは下記のように表される。
ａ＝(Z1rot−Z2)／(X1rot−X2)    …(5)
ｂ＝−{(Z1rot−Z2)／(X1rot−X2)}×X1rot＋Z1rot    …(6)
【００５０】
マストサポート１０を通り、ティルトシリンダ１５の軸線（直線式Ｐ）と直交する直線式ＱをＺ＝ｃＸ＋ｄとすると、傾きｃ及び切片ｄは下記のように表される。
ｃ＝π／２−[ATAN{(Z1rot−Z2)／(X1rot−X2)}]    …(7)
ｄ＝０    …(8)
【００５１】
（３）式〜（８）式より、直線式Ｐと直線式Ｑとの交点座標(Xcross, Zcross)は、下記のように表される。
Xcross＝（ｄ−ｂ）／（ａ−ｃ）    …(9)
Zcross＝ｃ×Xcross    …(10)
【００５２】
そして、（９）式及び（１０）式より、ティルトシリンダ１５の軸線とマストサポート１０との距離Ltiltは、下記式で算出される。
Ltilt＝√（Xcross２＋Zcross２）    …(11)
【００５３】
なお、(X1ini, Z1ini)、(X2, Z2)及び（３）式〜（１１）式は、記憶部２７に予め記憶されている。
【００５４】
続いて、パラメータ算出部２８は、リフトシリンダ１４の圧力及びリフトシリンダ１４の構造に関するデータに基づいて、荷物Ｗにかかる荷重Fwを算出する（手順Ｓ１０３）。荷物Ｗにかかる荷重Fwは、下記式で表される。
Fw＝Mw×Ｇ    …(12)
【００５５】
Mwは、荷物Ｗの重量であり、リフトシリンダ１４の圧力、リフトシリンダ１４の本数及びリフトシリンダ１４の受圧面積から算出される。Ｇは、重力加速度である。なお、リフトシリンダ１４の受圧面積及び（１２）式は、記憶部２７に予め記憶されている。
【００５６】
続いて、パラメータ算出部２８は、荷役装置３の構造に関するデータに基づいて、マスト１１及びフォーク１３を含む荷役装置３の合成重心にかかる荷重Fmを算出する（手順Ｓ１０４）。
【００５７】
荷役装置３の合成重心にかかる荷重Fmの算出においては、フォークリフト１の設計時における荷役装置３のデータを用いてもよいし、荷役装置３の構成部品毎に測定したデータを積算して用いてもよい。
【００５８】
続いて、パラメータ算出部２８は、ティルト角及び荷役装置３の構造に関するデータに基づいて、荷役装置３の合成重心を通り且つ車体４の高さ方向に延びる仮想線Ｓ２（図４参照）とマストサポート１０との距離Lmを算出する（手順Ｓ１０５）。
【００５９】
距離Lmの算出においては、手順Ｓ１０４と同様に、フォークリフト１の設計時における荷役装置３のデータを用いてもよいし、荷役装置３の構成部品毎に測定したデータを積算して用いてもよい。
【００６０】
荷役装置３の構成部品毎に測定したデータを用いる場合、荷役高さ、フリーリフト量及び荷役高さに依存した構成部品毎の高さ移動量を考慮して、マスト１１及びフォーク１３を含む荷役装置３の合成重心座標(Xmast_total, Zmast_total)が下記のように算出される。なお、Mnは、構成部品の重量である。Xnは、マストサポート１０からの構成部品のＸ座標成分の距離である。Znは、マストサポート１０からの構成部品のＺ座標成分の距離である。
Xmast_total＝(X1*M1＋X2*M2＋…＋Xn*Mn)／(M1＋M2＋…＋Mn)    …(13)
Zmast_total＝(Z1*M1＋Z2*M2＋…＋Zn*Mn)／(M1＋M2＋…＋Mn)    …(14)
【００６１】
さらに、回転公式により、ティルト後の荷役装置３の合成重心座標(Xmast_total_tilt, Zmast_total_tilt)が下記のように算出される。
Lm＝Xmast_total_tilt＝Xmast_total*cosθ−Zmast_total*sinθ    …(15)
Zmast_total_tilt＝Zmast_total*sinθ＋Zmast_total*cosθ
【００６２】
この場合、Mn、Xn、Zn及び（１３）式〜（１５）式は、記憶部２７に予め記憶されている。
【００６３】
重心算出部２９は、手順Ｓ１０１〜Ｓ１０５が実行された後、ティルト角、荷役高さ及び荷役装置３の構造に関するデータに基づいて、マストサポート１０の周りの回転モーメントに関する一次方程式を生成する（手順Ｓ１０６）。
【００６４】
マスト１１が地面に対して垂直に立った状態であるときの荷物Ｗの重心座標(Lw, Zw)は、下記式により算出される。重心座標(Lw, Zw)は、マストサポート１０を原点とした際の座標である。
Lw＝Xoh＋Xlc
Zw＝Height＋Zhigh−Zoffset
【００６５】
図７に示されるように、Xohは、マストサポート１０からバックレスト１２Ａの前端面までの距離（Ｘ座標成分）である。Xlcは、バックレスト１２Ａの前端面から荷物Ｗの重心までの距離（Ｘ座標成分）である。Heightは、地面からフォーク１３の積載面までの距離（荷役高さ）である。Zhighは、フォーク１３の積載面から荷物Ｗの重心までの距離（Ｚ座標成分）である。Zoffsetは、地面からマストサポート１０までの距離（Ｚ座標成分）である。
【００６６】
マスト１１が垂直に立った状態から傾動した後の荷物Ｗの重心座標(Lw, Zw)は、下記式により算出される。
Lw＝(Xoh＋Xlc)cosθ−(Height＋Zhigh−Zoffset)sinθ    …(16)
Zw＝(Xoh＋Xlc)sinθ＋(Height＋Zhigh−Zoffset)cosθ
【００６７】
上記の（１）式に上記の（２）式〜（１６）式を代入することで、下記式が得られる。      Ftilt×Ltilt＝Fw×{(Xoh＋Xlc)cosθ−(Height＋Zhigh−Zoffset)sinθ}＋Fm×Lm    …(17)
【００６８】
（１７）式は、未知数が２つの一次方程式である。未知数は、Xlc及びZhighである。（１７）式をａＸ＋ｂＺ＋ｃ＝０（Ｘ，Ｚが未知数）の形式に変形すると、下記式で表される。
(Ftilt×Ltilt−Fm×Lm)／Fw＝(Xoh＋Xlc)cosθ−(Height＋Zhigh−Zoffset)sinθ    …(18)
【００６９】
（１８）式を変形すると、
Xlc*cosθ−Zhigh*sinθ＋Xoh*cosθ−(Height−Zoffset)sinθ−(Ftilt×Ltilt−Fm×Lm)／Fw＝０    …(19)
ａ＝cosθ
ｂ＝−sinθ
ｃ＝Xoh*cosθ−(Height−Zoffset)sinθ−(Ftilt×Ltilt−Fm×Lm)／Fw
となる。
【００７０】
（１９）式は、マストサポート１０の周りの回転モーメントに関する一次方程式である。Ftilt、Ltilt、Fw、Fm及びLmは、その一次方程式のパラメータである。ａ，ｂ，ｃは、その一次方程式の係数である。なお、（１９）式及び係数ａ，ｂ，ｃの計算式は、記憶部２７に予め記憶されている。
【００７１】
続いて、重心算出部２９は、ティルト角が異なる２つの状態における一次方程式の係数ａ，ｂ，ｃを求める（手順Ｓ１０７）。このとき、１状態目の係数をａ１，ｂ１，ｃ１とし、２状態目の係数をａ２，ｂ２，ｃ２とする。
【００７２】
続いて、重心算出部２９は、ティルト角が異なる２つの状態における一次方程式の係数ａ，ｂ，ｃを用いて、車体４の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を算出する（手順Ｓ１０８）。
【００７３】
車体４の前後方向における荷物Ｗの重心推定値（以下、荷物Ｗの前後方向の重心推定値）は、バックレスト１２Ａの前端面からの距離（Ｘ座標成分）Xlcとして算出される。車体４の高さ方向における荷物Ｗの重心推定値（以下、荷物Ｗの高さ方向の重心推定値）は、フォーク１３の積載面からの距離（Ｚ座標成分）Zhighとして算出される。具体的には、下記の２つの連立方程式を解くことにより、Xlc及びZhighが算出される。
ａ１＊Xlc＋ｂ１＊Zhigh＋ｃ１＝０
ａ２＊Xlc＋ｂ２＊Zhigh＋ｃ２＝０
【００７４】
図８は、制御部３０により実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、本処理も、フォークリフト１の始動スイッチがＯＮされた後、例えば所定時間毎に実行される。
【００７５】
図８において、制御部３０は、まずパラメータ算出部２８により算出された荷物Ｗの重量と、重心算出部２９により算出された荷物Ｗの前後方向及び高さ方向の重心推定値とを取得する（手順Ｓ２０１）。
【００７６】
続いて、制御部３０は、予め用意された荷重表を用いて、荷物Ｗの前後方向の重心許容値LClimit及び荷物Ｗの高さ方向の重心許容値Hlimitを算出する（手順Ｓ２０２）。荷物Ｗの前後方向の重心許容値LClimitは、荷物Ｗの重量Mw及び荷物Ｗの前後方向の重心推定値Xlcから算出される。荷物Ｗの高さ方向の重心許容値Hlimitは、荷物Ｗの重量Mw及び荷物Ｗの高さ方向の重心推定値Zhighから算出される。
【００７７】
続いて、制御部３０は、荷物Ｗの前後方向の重心推定値Xlcが（重心許容値LClimit×Ｋ）よりも小さく、且つ荷役高さHeight（図７参照）＋荷物Ｗの高さ方向の重心推定値Zhighが（重心許容値Hlimit×Ｋ）よりも小さいかどうかを判断する（手順Ｓ２０３）。Ｋは、１よりも小さい定数である。制御部３０は、手順Ｓ２０３の条件を満足するときは、許容する荷役高さ及びティルト角を表示器２３に表示させる（手順Ｓ２０４）。
【００７８】
制御部３０は、手順Ｓ２０３の条件を満足しないときは、荷物Ｗの前後方向の重心推定値Xlcが（重心許容値LClimit×Ｋ）以上であり且つ重心許容値LClimitよりも小さい、または荷役高さHeight＋荷物Ｗの高さ方向の重心推定値Zhighが（重心許容値Hlimit×Ｋ）以上であり且つ重心許容値Hlimitよりも小さいかどうかを判断する（手順Ｓ２０５）。
【００７９】
制御部３０は、手順Ｓ２０５の条件を満足するときは、許容する荷役高さ及びティルト角を表示器２３に表示させる（手順Ｓ２０６）。そして、制御部３０は、荷物Ｗの重心推定値が重心許容値に近い状態である旨を表示器２３に警告表示させる（手順Ｓ２０７）。このとき、制御部３０は、表示器２３に警告音を発生させてもよい。
【００８０】
また、制御部３０は、荷役及び走行に対する制限を行うように走行モータ７及び油圧駆動ユニット２４を制御する（手順Ｓ２０８）。例えば、制御部３０は、加速時の走行加速度、減速時の走行減速度、及び旋回時の走行速度を制限するように走行モータ７を制御する。また、制御部３０は、荷物上昇時の加速度及び減速度、荷物下降時の加速度及び減速度、マスト１１の前傾時及び後傾時の加速度及び減速度、及び荷物上昇時の荷役高さを制限するように油圧駆動ユニット２４を制御する。
【００８１】
制御部３０は、手順Ｓ２０５の条件を満足しないとき、具体的には、荷物Ｗの前後方向の重心推定値Xlcが重心許容値LClimit以上、または荷役高さHeight＋荷物Ｗの高さ方向の重心推定値Zhighが重心許容値Hlimit以上であると判断したときは、許容する荷役高さ及びティルト角を表示器に表示させる（手順Ｓ２０９）。そして、制御部３０は、荷物Ｗの重心推定値が重心許容値を超えている旨を表示器２３に警告表示させる（手順Ｓ２１０）。このとき、制御部３０は、手順Ｓ２０７の実行時よりも大きな警告音を表示器２３に発生させてもよい。
【００８２】
また、制御部３０は、荷役及び走行に対する制限を行うように走行モータ７及び油圧駆動ユニット２４を制御する（手順Ｓ２１１）。例えば、制御部３０は、前進及び後進を禁止するように走行モータ７を制御する。また、制御部３０は、荷物Ｗの上昇動作及びマスト１１の前傾動作を禁止したり、荷物下降時の加速度及び減速度を制限するように油圧駆動ユニット２４を制御する。
【００８３】
なお、制御部３０は、上記の手順Ｓ２０３では、荷物Ｗの前後方向の重心推定値Xlcが（重心許容値LClimit×Ｋ）よりも小さい、または荷役高さHeight＋荷物Ｗの高さ方向の重心推定値Zhighが（重心許容値Hlimit×Ｋ）よりも小さいかどうかを判断してもよい。
【００８４】
以上のように本実施形態にあっては、ティルトシリンダ１５のロッド側及びボトム側の圧力とリフトシリンダ１４の圧力とを検出し、これらの検出値及び荷役装置３の構造に関するデータを用いて、フォーク１３に積載された荷物Ｗの重心の推定演算を行う。従って、フォーク１３に積載された荷物Ｗの重心位置を推定することができる。また、測定等によりフォークリフト１の機種毎に相関データを予め取得する作業が不要となるため、汎用性が高い重心推定装置３１を実現することができる。
【００８５】
また、本実施形態では、マスト１１の傾動角及びフォーク１３の高さを検出し、マストサポート１０の周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータ、荷役装置３の構造に関するデータ、マスト１１の傾動角及びフォーク１３の高さを用いて、荷物Ｗの重心の推定演算を行うことにより、車体４の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心位置を推定することができる。
【００８６】
また、本実施形態では、マスト１１の傾動角が異なる２つの状態における一次方程式の連立方程式を使用するので、車体４の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を簡単に算出することができる。
【００８７】
また、本実施形態では、マストサポート１０の周りの回転モーメントに関する一次方程式として、ティルトシリンダ１５の軸線方向にかかる荷重、荷物Ｗにかかる荷重及び荷役装置３の合成重心にかかる荷重をパラメータの一部とする単純な式が使用されるので、荷物Ｗの重心の推定演算時間を短縮することができる。
【００８８】
また、本実施形態では、マストサポート１０の周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータを簡単に算出することができる。
【００８９】
図９は、本発明の第２実施形態に係る重心推定装置を有する車両制御装置の構成を示すブロック図である。図９において、車両制御装置１６は、角度センサ２０及び距離センサ２１を備えていない点で、上記の第１実施形態と異なっている。電子制御ユニット２２は、上記の第１実施形態と同様に、記憶部２７、パラメータ算出部２８、重心算出部２９及び制御部３０とを有している。
【００９０】
パラメータ算出部２８は、ティルトシリンダ用圧力センサ１７，１８により検出されたティルトシリンダ１５のロッド側及びボトム側の圧力、リフトシリンダ用圧力センサ１９により検出されたリフトシリンダ１４の圧力及び荷役装置３の構造に関するデータに基づいて、マストサポート１０の周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータを算出する。
【００９１】
重心算出部２９は、パラメータ算出部２８により算出された一次方程式のパラメータ及び荷役装置３の構造に関するデータに基づいて、車体４の前後方向における荷物Ｗの重心推定値を算出する。
【００９２】
制御部３０は、重心算出部２９により算出された車体４の前後方向における荷物Ｗの重心推定値に基づいて、表示器２３、走行モータ７及び油圧駆動ユニット２４を制御する。
【００９３】
以上において、ティルトシリンダ用圧力センサ１７，１８、リフトシリンダ用圧力センサ１９、電子制御ユニット２２の記憶部２７、パラメータ算出部２８及び重心算出部２９は、本実施形態の重心推定装置４１を構成している。
【００９４】
図１０は、パラメータ算出部２８及び重心算出部２９により実行される算出処理の手順を示すフローチャートであり、図５に対応する図である。図１０において、パラメータ算出部２８は、上記の第１実施形態と同様に、手順Ｓ１０１〜手順Ｓ１０５を実行する。
【００９５】
手順Ｓ１０２では、パラメータ算出部２８は、マスト１１が地面に対して垂直に立った状態で荷物Ｗを持ち上げると仮定して、ティルトシリンダ１５の軸線とマストサポート１０との距離Ltiltを算出する。マスト１１が地面に対して垂直に立った状態では、cosθ＝１であり、sinθ＝０である。このため、上記の（３）式及び（４）式は、下記の通りとなる。
X1rot＝X1ini
Z1rot＝Z1ini
【００９６】
手順Ｓ１０５では、パラメータ算出部２８は、マスト１１が地面に対して垂直に立った状態で荷物Ｗを持ち上げると仮定して、荷役装置３の合成重心を通り且つ車体４の高さ方向に延びる仮想線Ｓ２とマストサポート１０との距離Lmを算出する。このとき、cosθ＝１、sinθ＝０であるため、上記の（１５）式は下記の通りとなる。
Lm＝Xmast_total_tilt＝Xmast_total
【００９７】
重心算出部２９は、手順Ｓ１０１〜Ｓ１０５が実行された後、マストサポート１０の周りの回転モーメントに関する一次方程式を生成する（手順Ｓ１１１）。上述したように、cosθ＝１、sinθ＝０であるため、上記の（１８）式は、下記式のように簡略化される。
(Ftilt×Ltilt−Fm×Lm)／Fw＝Xoh＋Xlc    …(20)
【００９８】
続いて、重心算出部２９は、車体４の前後方向における荷物Ｗの重心推定値（荷物Ｗの前後方向の重心推定値）を算出する（手順Ｓ１１２）。具体的には、（２０）式をXlcについて整理すると、下記式のようになる。
Xlc＝{(Ftilt×Ltilt−Fm×Lm)／Fw}−Xoh
【００９９】
制御部３０により実行される制御処理の手順については、特に図示はしないが、制御部３０は、荷物Ｗの前後方向の重心許容値LClimit（前述）を用い、荷物Ｗの前後方向の重心推定値XlcをLClimit×Ｋ及びLClimitと比較し、その結果に応じて表示器２３、走行モータ７及び油圧駆動ユニット２４を制御する。
【０１００】
このような本実施形態においては、ティルトシリンダ１５のロッド側及びボトム側の圧力とリフトシリンダ１４の圧力とを検出し、これらの検出値及び荷役装置３の構造に関するデータを用いて、フォーク１３に積載された荷物Ｗの重心の推定演算を行う。従って、フォーク１３に積載された荷物Ｗの重心位置を推定することができる。また、測定等によりフォークリフト１の機種毎に相関データを予め取得する作業が不要となるため、汎用性が高い重心推定装置４１を実現することができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、マスト１１が地面に対して垂直に立っていると仮定し、マストサポート１０の周りの回転モーメントに関する一次方程式のパラメータ及び荷役装置３の構造に関するデータを用いて、荷物Ｗの重心の推定演算を行うことにより、車体４の前後方向における荷物Ｗの重心位置を推定することができる。このように車体４の前後方向における荷物Ｗの重心位置のみを推定するので、荷物Ｗの重心の推定演算時間を短縮することができる。
【０１０２】
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記の第２実施形態において、ティルト角を検出する角度センサ２０を設け、上記の（１５）式を用いて、荷役装置３の合成重心を通り且つ車体４の高さ方向に延びる仮想線Ｓ２とマストサポート１０との距離Lmを算出してもよい。この場合には、距離Lmの算出精度を向上させて、荷物Ｗの前後方向の重心の推定精度を向上させることができる。
【０１０３】
また、上記の第１実施形態では、ティルト角が異なる２つの状態における一次方程式の係数をそれぞれ求め、２つの状態の一次方程式の連立方程式を解くことにより、荷物Ｗの前後方向の重心推定値Xlc及び荷物Ｗの高さ方向の重心推定値Zhighを算出しているが、特にその形態には限定されない。
【０１０４】
例えば、上記の第２実施形態において算出された荷物Ｗの前後方向の重心推定値Xlcを、ティルト角が異なる別の状態における上記の（１８）式に代入することで、荷物Ｗの高さ方向の重心推定値Zhighを算出してもよい。つまり、一次方程式のパラメータ及び荷役装置３の構造に関するデータに基づいて、車体４の前後方向における荷物Ｗの重心推定値を算出した後、一次方程式のパラメータ、荷役装置３の構造に関するデータ及び車体４の前後方向における荷物Ｗの重心推定値に基づいて、車体４の高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を算出してもよい。この場合には、重心算出部２９の計算量が少なくて済むため、電子制御ユニット２２として安価なマイコンを使用し、電子制御ユニット２２のコストを抑えることができる。
【０１０５】
また、上記実施形態では、荷物Ｗの前後方向の重心推定値として、バックレスト１２Ａの前端面から荷物Ｗの重心までの距離Xlcを用い、荷物Ｗの高さ方向の重心推定値として、フォーク１３の積載面から荷物Ｗの重心までの距離Zhighも用いているが、特にその形態には限られず、荷物Ｗの前後方向の重心推定値として、マストサポート１０から荷物Ｗの重心までの距離Lwを用い、荷物Ｗの高さ方向の重心推定値として、マストサポート１０から荷物Ｗの重心までの距離Zwを用いてもよい。
【０１０６】
また、上記実施形態の重心推定装置は、走行モータ７により駆動輪である前輪５が回転するバッテリ式のフォークリフト１に適用されているが、本発明は、エンジンにより駆動輪が回転するエンジン式のフォークリフトにも適用可能である。
【０１０７】
また、上記実施形態の重心推定装置は、荷物Ｗが積載されるフォーク１３を具備したフォークリフト１に搭載されているが、本発明は、荷物Ｗが積載される他のアタッチメントを具備したフォークリフト等の荷役車両にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…フォークリフト（荷役車両）、３…荷役装置、４…車体、１０…マストサポート、１１…マスト、１３…フォーク（積載部）、１４…リフトシリンダ、１５…ティルトシリンダ、１７…ティルトシリンダ用圧力センサ（第１圧力検出部）、１８…ティルトシリンダ用圧力センサ（第２圧力検出部）、１９…リフトシリンダ用圧力センサ（第３圧力検出部）、２０…角度センサ（角度検出部）、２１…距離センサ（高さ検出部）、２２…電子制御ユニット（推定演算ユニット）、２７…記憶部（推定演算ユニット）、２８…パラメータ算出部（推定演算ユニット）、２９…重心算出部（推定演算ユニット）、３１…重心推定装置、４１…重心推定装置、Ｓ２…仮想線、Ｗ…荷物。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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