(57)【要約】【課題】より高精度に荷重を検出する。【解決手段】ブームシリンダによりバケットを有する作業ブームを上下動させて前記バケットに保持された荷役物の荷重を検出する荷重検出器であって、荷役物の荷重を演算し表示装置に表示する荷重検出コントローラ２１では、予め、ブームシリンダのロッド側およびテール側の油圧検出器１１Ａ，１１Ｂと、作業ブームの回動角を検出するブーム位置検出器１２の検出値から、荷役物の基準荷重と、作業ブームの回動角に対応する油圧検出器１１Ａ，１１Ｂの差圧に基いて基準マップが形成され、さらにこの基準マップにエンジン回転数検出器１４および車速検出器１５による補正値が追加された複数の補正マップが形成され、油圧検出器１１Ａ，１１Ｂ、ブーム位置検出器１２、エンジン回転数検出器１４および車速検出器１５の検出値により選択された補正マップに基いて荷重が演算される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両本体に、油圧ポンプから供給される油圧により駆動されるブームシリンダと、前記ブームシリンダにより上下方向に回動される作業ブームと、作業ブームの先端側に設けられた荷役具とを具備した作業用車両の荷役作業時に、前記荷役具に保持された荷役物の荷重を検出するに際し、
前記ブームシリンダのテール側油室の油圧およびロッド側油室の油圧と、前記作業ブームの傾斜角度と、作業ブームの回動速度と、エンジンの回転数と、車両本体の走行速度とを検出し、
予め形成された前記テール側油圧検出器の検出値に基いて選択された荷役物の基準荷重と、前記テール側油圧検出器とロッド側油圧検出器の検出値の差圧と、作業ブームのブーム位置検出器の検出値との関係を表した基準マップに、さらに作業ブームの回動速度と、エンジンの回転数と、車両本体の走行速度による補正データが追加された複数の補正マップを形成しておき、前記各検出値により選択された前記補正マップに基いて荷重を演算する
作業用車両の荷重検出方法。
【請求項２】
車両本体に、油圧ポンプから供給される油圧により駆動されるブームシリンダと、前記ブームシリンダにより上下方向に回動される作業ブームと、作業ブームの先端側に設けられた荷役具とを具備し、前記荷役具により保持された荷役物の荷重を検出する作業用車両の荷重検出装置であって、
前記ブームシリンダのテール側油室の油圧とロッド側油室の油圧とそれぞれ検出するテール側油圧検出器およびロッド側油圧検出器と、
前記作業ブームの傾斜角を検出するブーム位置検出器と、
前記油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、
車両本体の走行速度を検出する車速検出器とを具備し、
前記各検出器の検出値に基いて荷役物の荷重を演算し表示装置に表示する荷重検出コントローラを設け、
前記荷重検出コントローラは、前記テール側油圧検出器の検出値に基いて選択された荷役物の基準荷重と、前記テール側油圧検出器とロッド側油圧検出器の検出値の差圧と、作業ブームのブーム位置検出器の検出値との関係を表した基準マップに、作業ブームの回動速度と、エンジンの回転数と、車両本体の走行速度による補正データが追加された複数の補正マップを有し、前記検出値に基いて補正マップを選択し、該補正マップに基いて荷重を演算するように構成された
作業用車両の荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばホイールローダなどの作業用車両により、作業アームを介してバケットを駆動し土砂などの荷役物を積み込む荷役作業において、バケットにより掬い取られた荷役物の重量（荷重）を検出する作業用車両の荷重検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の荷重検出装置としては、たとえば特許文献１に示されたものがある。
特許文献１では、制御部において、無負荷時荷重補正手段により、ブームシリンダのテール圧検出部で検出した圧力からロッド圧検出部で検出した圧力を差し引くことで、バケットの無負荷時の荷重補正を行い、速度補正手段により、荷重検出開始時と荷重検出終了時の位置検出器の位置検出信号との差を測定時間で除算してブームの速度を求め、それに対する荷重の補正を行い、ブーム位置変化補正手段により、位置検出器の位置信号によりブームの位置により変化する検出荷重を補正するものであった。
【特許文献１】実公平６−７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、たとえば搬送用のダンプカーなどへの積込に対して、道路では積載量が規制されたり、また搬送量を正確に知る必要が生じることから、より高精度に積込量を検出できる荷重検出装置が求められている。
【０００４】
本発明は、任意な動作状態であっても、より高精度に荷重を検出することができる作業用車両の荷重検出方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の作業用車両の荷重検出方法は、車両本体に、油圧ポンプから供給される油圧により駆動されるブームシリンダと、前記ブームシリンダにより上下方向に回動される作業ブームと、作業ブームの先端側に設けられた荷役具とを具備した作業用車両の荷役作業時に、前記荷役具に保持された荷役物の荷重を検出するに際し、前記ブームシリンダのテール側油室の油圧およびロッド側油室の油圧と、前記作業ブームの傾斜角度と、作業ブームの回動速度と、エンジンの回転数と、車両本体の走行速度とを検出し、予め形成された前記テール側油圧検出器の検出値に基いて選択された荷役物の基準荷重と、前記テール側油圧検出器とロッド側油圧検出器の検出値の差圧と、作業ブームのブーム位置検出器の検出値との関係を表した基準マップに、さらに作業ブームの回動速度と、エンジンの回転数と、車両本体の走行速度による補正データが追加された複数の補正マップを形成しておき、前記各検出値により選択された前記補正マップに基いて荷重を演算するものである。
【０００６】
請求項２記載の作業用車両の荷重検出装置は、車両本体に、油圧ポンプから供給される油圧により駆動されるブームシリンダと、前記ブームシリンダにより上下方向に回動される作業ブームと、作業ブームの先端側に設けられた荷役具とを具備し、前記荷役具により保持された荷役物の荷重を検出する作業用車両の荷重検出装置であって、前記ブームシリンダのテール側油室の油圧とロッド側油室の油圧とそれぞれ検出するテール側油圧検出器およびロッド側油圧検出器と、前記作業ブームの傾斜角を検出するブーム位置検出器と、前記油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、車両本体の走行速度を検出する車速検出器とを具備し、前記各検出器の検出値に基いて荷役物の荷重を演算し表示装置に表示する荷重検出コントローラを設け、前記荷重検出コントローラは、前記テール側油圧検出器の検出値に基いて選択された荷役物の基準荷重と、前記テール側油圧検出器とロッド側油圧検出器の検出値の差圧と、作業ブームのブーム位置検出器の検出値との関係を表した基準マップに、作業ブームの回動速度と、エンジンの回転数と、車両本体の走行速度による補正データが追加された複数の補正マップを有し、前記検出値に基いて補正マップを選択し、該補正マップに基いて荷重を演算するように構成されたものである。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成によれば、予め、ブームシリンダのテール側油室の検出値から得られた荷重を複数に区分するとともに、この荷重区分毎に作業ブームの角度に対応するブームシリンダのテール側油室とロッド側油室の差圧の関係を示す基準マップを作成し、さらにこの基準マップのデータに、ブームの回動速度とエンジンの回転数と車速の補正データを追加した補正マップを作成しておき、テール側油室の検出値に基いて荷重区分を選択し、ブームの回動速度とエンジンの回転数と車速の検出値に対応する補正マップを選択し、前記補正マップに基いてブームシリンダの油室の差圧と作業ブームの角度から荷役物の荷重を演算するので、荷役物の重量変動やエンジンの回転数による油圧ポンプからのブームシリンダへの油圧の変動、車体速度による荷重変動に効果的に補正することができ、より高精度に荷役物の荷重を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
ホイールローダなどの作業用車両の荷重検出装置に関するものである。
【０００９】
図１に示すように、ホイールローダの車両本体１は、左右一対の前輪７Ｆと後輪７Ｒとを有するとともに、前部に車幅方向の支軸２に作業ブーム３が上下方向に回動自在に支持されている。前記作業ブーム３は、ブームシリンダ４により駆動され、その先端部に荷役具であるバケット５が水平軸５ａを介して上下方向に回動自在に支持されている。このバケット５は、バケット回動シリンダ６によりリンク部材６ａを介して上下に回動される。
【００１０】
このホイールローダには、バケット５に保持された土砂などの荷役物の荷重を検出するために、ブームシリンダ４のテール側油室の油圧を検出するテール側油圧検出器１１Ａと、ロッド側油室の油圧を検出するロッド側油圧検出器１１Ｂと、作業ブーム３の角度位置を検出するブーム位置検出器１２と、バケット５の角度を検出するバケット角度検出器（または後傾を検出する近接スイッチでも可）１３と、ブームシリンダ４に油圧を供給する油圧ポンプ（図示せず）を駆動するエンジンＥの回転数を検出するエンジン回転数検出器１４と、前輪７Ｆの回転数からホイールローダの走行速度（車速）を検出する車速検出器１５とが設けられている。
【００１１】
また前記各検出器１１Ａ，１１Ｂ，１２，１４，１５の検出値に基いて、荷重を演算する荷重検出コントローラ２１と、演算された荷重値を表示する表示装置２２と、前記荷重値を印字するプリンタ２３または荷重値を記録するメモリーカードと、荷重検出を開始または再開始するためのキャンセルスイッチ２４とが具備されている。
【００１２】
前記表示装置２２は、図２に示すように、各検出器１１Ａ，１１Ｂ，１２，１３，１４，１５の検出値に基いて荷重検出コントローラ２１によりそれぞれ荷重値を演算し、１度の荷役動作で複数回検出されて演算され平均化された荷重値を表示する荷重表示部２２ａと、積込回数表示部２２ｂと、累積荷重表示部２２ｃとが設けられている。
【００１３】
前記荷重検出コントローラ２１には、図３に示すように、テール側油圧検出器１１Ａとロッド側油圧検出器１１Ｂの検出値から差圧を検出する差圧検出部３１と、テール側油圧検出器１１Ａの検出値に基いて、予め設定された荷重区分（任意設定可能）［たとえば（０または）小荷重：Ａ，中荷重：Ｂ，大荷重：Ｃ］から選択する荷重区分選択部３２と、測定開示時と測定終了時のブーム位置検出器１２の検出値から作業ブーム３の昇降速度を求め、予め設定されたブーム昇降速度区分［たとえば高速上昇：Ｖｕ２，低速上昇：Ｖｕ１，停止：Ｖ０，低速下降：Ｖｄ１，高速下降：Ｖｄ２］を選択するブーム速度演算・区分選択部３３と、エンジン回転数検出器１４の検出値に基いて予め設定された回転数区分［たとえば低速アイドル回転：ＮＬｏ，Ｎ１回転：Ｎ１，Ｎ２回転：Ｎ２１，高速アイドル回転：ＮＨｉ］に選択するエンジン回転数区分選択部３４と、車速検出器１５の検出値に基いて予め設定された速度区分［たとえば高速前進：Ｈ２，低速前進：Ｈ１，停止：Ｓ，後進：Ｂ］に特定する車速区分選択部３５と、荷重演算部３０と、荷重記録部３６とを具備している。
【００１４】
前記荷重演算部３０では、予め、テール側油圧検出器１１Ａおよびロッド側油圧検出器１１Ｂの差圧と作業ブーム３の角度との関係が、荷重区分Ａ〜Ｃ毎に表された基準差圧値Ｆ０〜Ｆ２により表された基準マップＭ１が作成される。そして、前記基準マップＭ１に、作業ブーム３の昇降速度Ｖｄ２，Ｖｄ１，Ｖ０，Ｖｕ１，Ｖｕ２と、エンジンの回転数ＮＬｏ，Ｎ１，Ｎ２１，ＮＨｉと、車両本体１の走行速度Ｂ、Ｓ、Ｈ１、Ｈ２による補正データが追加されて補正差圧値が表された補正マップＭ２〜４が作成されている。これにより各検出値に基いて対応する補正マップＭ４が選択され、この補正マップＭ４に基いて荷重値が演算される。
【００１５】
前記基準マップＭ１と補正マップＭ２〜４を作成するための初期データの取得モードについて、図４，図６，図７を参照して説明する。
図７に示すように、作業ブーム３を０°〜９０°にわたって上昇させ、この時のブームシリンダ４のテール側油圧検出器１１Ａおよびロッド側油圧検出器１１Ｂの検出値の差圧を、たとえばブーム位置検出器１２により検出された作業ブーム３の角度毎、たとえば３°毎に基準差圧値Ｆ０〜Ｆ２が記録される。この時、バケット５の荷重を複数たとえば３つの荷重区分Ａ〜Ｃが任意に設定されて、荷重区分Ａ〜Ｃ毎に基準差圧値Ｆ０〜Ｆ２が表され、基準マップＭ１が作成される［図４，図７（ａ）］。
次いで、作業ブーム３を０°〜９０°にわたって上昇させるとともに、ブーム位置検出器１２により測定開示時と測定終了時の検出して、ブーム速度演算・区分選択部３３で選択された作業ブーム３の昇降速度Ｖｄ２，Ｖｄ１，Ｖ０，Ｖｕ１，Ｖｕ２毎に、ブーム角度に対する差圧の補正値が取得される。そして、基準差圧値Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２に補正データを追加した補正差圧値Ｆ０−１，Ｆ１−１，Ｆ２−１が表された補正マップＭ２が、各荷重区分毎に作成される［図７（ｂ）］。
【００１６】
同様にして、エンジン回転数検出器１４により検出されたエンジンの回転数ＮＬｏ，Ｎ１，Ｎ２１，ＮＨｉ毎に、ブーム角度に対する差圧の補正値を取得し、前記補正差圧値Ｆ０−１，Ｆ１−１，Ｆ２−１に補正データを追加した補正差圧値Ｆ０−２，Ｆ１−２，Ｆ２−２が表された補正マップＭ３が、各荷重区分毎および速度区分毎に作成される［図７（ｃ）］。
【００１７】
さらに同様に、車速検出器１５により検出された車両本体１の走行速度Ｂ、Ｓ、Ｈ１、Ｈ２毎に、車速に対する補正差圧値を取得し、補正差圧値Ｆ０−２，Ｆ１−２，Ｆ２−２に補正データを追加した補正差圧値Ｆ０−３，Ｆ１−３，Ｆ２−３が表された補正マップＭ４が、各荷重区分毎および速度区分毎ならびにエンジン回転数区分毎に作成される［図７（ｄ）］。
【００１８】
運転時の荷重演算方法を図４を参照して説明する。
基準マップＭ１により［実際には選択された補正マップＭ４を使用するが、ここでは便宜上基準マップＭ１を使用して説明する］荷重区分Ａ〜Ｃにおいて、それぞれ演算式（１）〜（３）式を用いて荷重値Ｗ１〜Ｗ３が演算される。
【００１９】
Ａ）荷重区分Ａの場合、
Ｗ１＝Ｆ１／（Ｐ２−Ｐ１）×（ＰＤ１−Ｐ１）…（１式）
ここで、ＰＤ１：検出差圧値、Ｐ１：ブーム角度α上のＦ０の差圧値、
Ｐ２：ブーム角度α上のＦ２の基準差圧値である。
【００２０】
Ｂ）荷重区分Ｂの場合、
Ｗ２＝［Ｆ１＋（Ｆ２−Ｆ１）］／（Ｐ３−Ｐ２）×（ＰＤ２−Ｐ２）…（２式）
ここで、ＰＤ２：検出差圧値、Ｐ２：ブーム角度α上のＦ２の差圧値、
Ｐ３：ブーム角度α上のＦ３の基準差圧値である。
【００２１】
Ｃ）荷重区分Ｃの場合、
Ｗ３＝［Ｆ２＋（Ｆ２−Ｆ１）］／（Ｐ３−Ｐ２）×（ＰＤ３−Ｐ３）…（３式）
ここで、ＰＤ２：検出差圧値、Ｐ２：ブーム角度α上のＦ２の差圧値、Ｐ３：ブーム角度α上のＦ３の基準差圧値である。
【００２２】
次に上記構成における荷重検出の手順を図８を参照して説明する。
１）バケット角度検出器１３によりバケット５が後傾姿勢であることが確認される（STEP1）と、ブーム位置検出器１２により検出開始時の作業ブーム３の位置が検出される（STEP2）。
【００２３】
２）ロッド側油圧検出器１１Ｂによりブームシリンダ４のロッド側油室の油圧が検出され（STEP3）、ついでテール側油圧検出器１１Ａによりブームシリンダ４のロッド側油室の油圧が検出される（STEP4）。
【００２４】
３）エンジン回転数検出器１４により、エンジンの回転数が検出され（STEP5）、車速検出器１５により車両本体１の車速（走行速度）が検出される（STEP6）。
４）ブーム位置検出器１２により検出終了時の作業ブーム３の位置が検出される（STEP7）。
【００２５】
５）ブーム速度演算・区分選択部３３により、検出開始時と検出終了時の作業ブーム３の位置（角度）からブーム速度が演算されてブーム速度区分が選択される。そして荷重区分選択部３２による荷重区分データと、エンジン回転数区分選択部３３によるエンジン回転数区分データと、前記ブーム速度区分選択部３４によるブーム速度区分データとに対応する補正マップＭ４が選択される（STEP8）。そして、選択された補正マップＭ４に基いて荷重値が演算される（STEP9）。
【００２６】
６）実際の計測荷重は、保持直後では実荷重より大きい値を示し、時間が経過すると、実荷重より一旦小さくなった後に、実荷重に接近するため、サンプリング２回目以後の演算値が、前回の演算値より大きくなるまでサンプリングを複数回実施し、前回の演算値と今回の演算値の差が最も小さくなるまでサンプリングし（STEP10,11）、演算値の変動幅が最も小さくなった複数回の演算値を平均化し（STEP12）、表示装置２２の荷重表示部２２ａに表示する（STEP13）。さらに荷重記録部３６に記録される（STEP14）。そしてこれらの計測値はプリンタ２３により印字されるか、または記録媒体であるメモリカードに記録される。
【００２７】
上記荷役作業において、バケット５に荷役物を規定以上に積み込んだ場合や、荷重表示部２２ａに表示された荷重値が明らかに誤測であるとオペーレータが判断した場合には、キャンセルスイッチ２４が押され、演算値がキャンセルされて再測定に移行される。
【００２８】
上記構成によれば、ブームシリンダ４のテール側油室の油圧を、テール側油圧検出器１１Ａにより検出し、荷重検出コントローラ２１により、バケット５に保持された荷役物の荷重を、複数の荷重区分Ａ〜Ｃから選択して演算するので、計測精度をより向上させることができる。
【００２９】
また、作業ブーム３の角度位置や回動速度に加えて、エンジンＥの回転数に対応して基準値を補正するとともに、車両本体１の移動速度に対応して基準値を補正した補正マップＭ４を使用して荷重値を演算するので、エンジンＥの回転数により油圧ポンプの吐出油圧が変動することがあっても、高精度に荷重値を演算することができる。また車両本体１が停止状態や高速または低速での前進移動、あるいは後進移動している状態であっても、荷重値の精度が低下することがない。
【００３０】
したがって、バケット５により保持された土砂などの荷役物の荷重を、あらゆる作業状態で、従来に比較してより高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る作業用車両の荷重検出装置の実施の形態を示す構成図である。
【図２】同荷重検出装置の表示装置を示す正面図である。
【図３】同荷重検出装置の荷重検出コントローラを示す構成図である。
【図４】同荷重検出コントローラの荷重演算部で作成された基準マップを示す図である。
【図５】同マップに基く荷重の演算式を説明する説明図である。
【図６】同基準マップおよび補正マップを作成するデータ取得手順の説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、補正マップの一部を示す説明図である。
【図８】同荷重検出装置の測定動作を説明するフロー図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    車両本体
２    支軸
３    作業ブーム
４    ブームシリンダ
５    バケット
５ａ  水平軸
６    バケット回動シリンダ
７Ｆ  前輪
７Ｒ  後輪
１１Ａ  テール側油圧検出器
１１Ｂ  ロッド側油圧検出器
１２    ブーム位置検出器
１３    バケット角度検出器
１４    エンジン回転数検出器
１５    車速検出器
２１    荷重検出コントローラ
２２    表示装置
２３    プリンタ
２４    キャンセルスイッチ
３０    荷重演算部
【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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