(57)【要約】【課題】バケットの積載荷重をリフトアームシリンダの圧力から精度良く演算できるホイールローダを提供する。【解決手段】演算装置（３０）は、バケット（３）の空荷状態において、圧力センサ（１５ａ，１５ｂ）にて検出されたリフトアームシリンダの圧力と、リフトアーム角度センサ１４にて検出されたリフトアームの角度と、車体情報データベース（３５）から抽出した寸法データとから、ヒンジピンＧ周りの空荷モーメント（Ｍ０）を演算し、バケットの積荷状態において、リフトアームシリンダの圧力と、リフトアームの角度と、車体情報データベースから抽出した寸法データとから、ヒンジピンＧ周りの積荷モーメント（Ｍ１）を演算し、空荷モーメントと積荷モーメントとの差をバケットの重心位置とヒンジピンとの水平距離（ＬＷ）で除算して、バケットの積載荷重（Ｗ）を演算する。【選択図】図３
2019066310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、前記車体の前部に設けられ、前記車体にヒンジピンを介して連結されるリフトアーム、前記リフトアームを上下方向に回動させるリフトアームシリンダ、前記リフトアームの先端に連結されるバケット、および前記バケットを上下方向に回動させるバケットシリンダを含む作業装置と、前記リフトアームの角度を検出するリフトアーム角度センサと、前記リフトアームシリンダの圧力を検出する圧力センサと、前記バケットの積載荷重を演算する演算装置と、前記作業装置の寸法データを含む車体情報が格納された車体情報データベースと、を備えたホイールローダにおいて、
前記演算装置は、
前記バケットの空荷状態において、前記圧力センサにて検出された前記リフトアームシリンダの圧力と、前記リフトアーム角度センサにて検出された前記リフトアームの角度と、前記車体情報データベースから抽出した前記寸法データとから、前記ヒンジピン周りのモーメントである空荷モーメントを演算し、
前記バケットの積荷状態において、前記圧力センサにて検出された前記リフトアームシリンダの圧力と、前記リフトアーム角度センサにて検出された前記リフトアームの角度と、前記車体情報データベースから抽出した前記寸法データとから、前記ヒンジピン周りのモーメントである積荷モーメントを演算し、
前記空荷モーメントと前記積荷モーメントとの差を前記バケットの重心位置と前記ヒンジピンとの水平距離で除算して、前記バケットの積載荷重を演算することを特徴とするホイールローダ。
【請求項２】
請求項１に記載のホイールローダにおいて、
前記演算装置は、
前記ホイールローダの初期運転時に、前記空荷モーメントを演算して、前記車体情報データベースに記憶させ、
前記ホイールローダの通常運転時に前記バケットの積載荷重を演算する際には、前記車体情報データベースに記憶されている前記空荷モーメントと、前記圧力センサおよび前記リフトアーム角度センサからの実測データに基づき演算された前記積荷モーメントとから、前記バケットの積載荷重を演算することを特徴とするホイールローダ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のホイールローダにおいて、
前記バケットシリンダのロッドが最も収縮された状態になるとオン動作するバケット近接スイッチをさらに備え、
前記演算装置は、前記バケット近接スイッチからのオン信号に基づき、前記空荷モーメントと前記積荷モーメントとを演算することを特徴とするホイールローダ。
【請求項４】
請求項２に記載のホイールローダにおいて、
前記車体を走行駆動させるためのエンジンと、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサと、をさらに備え、
前記演算装置は、
前記ホイールローダの初期運転時に前記エンジンの回転数に応じた前記空荷モーメントを複数演算し、前記車体情報データベースに前記空荷モーメントを前記エンジンの回転数と対応付けて記憶させ、
前記ホイールローダの通常運転時に前記バケットの積載荷重を演算する際には、前記エンジン回転数センサにて検出された前記エンジンの回転数に対応する前記空荷モーメントと、実測値に基づき演算された前記積荷モーメントとから、前記バケットの積載荷重を演算することを特徴とするホイールローダ。
【請求項５】
車体と、前記車体の前部に設けられ、前記車体にヒンジピンを介して連結されるリフトアーム、前記リフトアームを上下方向に回動させるリフトアームシリンダ、前記リフトアームの先端に連結されるバケット、および前記バケットを上下方向に回動させるバケットシリンダを含む作業装置と、前記リフトアームの角度を検出するリフトアーム角度センサと、前記リフトアームシリンダの圧力を検出する圧力センサと、前記作業装置の寸法データを含む各種の車体情報が格納された車体情報データベースと、を備えたホイールローダに使用され、前記バケットの積載荷重を演算するバケット積載荷重演算方法であって、
前記バケットの空荷状態において、前記圧力センサにて検出された前記リフトアームシリンダの圧力と、前記リフトアーム角度センサにて検出された前記リフトアームの角度と、前記車体情報データベースから抽出した前記寸法データとから、前記ヒンジピン周りのモーメントである空荷モーメントを演算し、前記空荷モーメントを初期学習値として前記車体情報データベースに記憶させる第１手順と、
前記バケットの積荷状態において、前記圧力センサにて検出された前記リフトアームシリンダの圧力と、前記リフトアーム角度センサにて検出された前記リフトアームの角度と、前記車体情報データベースから抽出した前記寸法データとから、前記ヒンジピン周りのモーメントである積荷モーメントを演算する第２手順と、
前記第１手順により前記車体情報データベースに記憶された前記空荷モーメントと、前記第２手順により演算された前記積荷モーメントとの差を前記バケットの重心位置と前記ヒンジピンとの水平距離で除算して、前記バケットの積載荷重を演算する第３手順を含むことを特徴とするバケット積載荷重演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールローダのバケットに作用する荷重を演算する技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、例えば特許文献１には、マグネット仕様の油圧ショベルにおいて、フロント作業装置に吸着した鉄屑やスクラップ等の荷の荷重を演算する方法が記載されている。具体的は、「各関節角および各可動部材の重量および重心位置データから、ピン11，13回りの荷重無し状態でのモーメントＭbmi，Ｍbkiを演算する。ピン11，13回りのシリンダ圧から演算した推力と、ブーム角およびバケット角とから、ピン11，13回りの荷重有り状態でのモーメントＭbma，Ｍbkaを演算する。ピン11回りの荷重有り状態でのモーメントＭbmaと荷重無し状態でのモーメントＭbmiとの差より、ピン11回りの荷重によるモーメントΔＭbmを演算する。ピン13回りの荷重有り状態でのモーメントＭbkaと荷重無し状態でのモーメントＭbkiとの差より、ピン13回りの荷重によるモーメントΔＭbkを演算する。モーメントΔＭbmと、モーメントΔＭbkとの差を、ピン11からピン13までの水平距離Ｌ1で割ることで吊上げ荷重を演算する。」という荷重測定方法が記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７８３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
油圧ショベルの作業装置は、ブームと、ブームシリンダと、アームと、アームシリンダと、バケットと、バケットシリンダと、を備えている。なお、特許文献１に記載のフロント作業装置は、バケットの代わりにマグネットを取り付けた構成である。一方、ホイールローダの作業装置は、リフトアームと、リフトアームシリンダと、バケットと、バケットシリンダと、を備えて構成されており、油圧ショベルの作業装置と構成要素が相違する。さらに、バケットを回動させるリンク機構が油圧ショベルとホイールローダとでは異なっている。
【０００５】
油圧ショベルでは、バケットに作用する荷重を最終的にブームシリンダで受けているため、ブームシリンダのシリンダ圧からバケットに作用する荷重を演算することができる。しかしながら、ホイールローダでは、バケットに作用する荷重を、リフトアームシリンダとバケットシリンダとで受けているため、油圧ショベルにおける荷重計測方法を、直ちにホイールローダに適用することはできない。特許文献１では、油圧ショベルについての荷重計測方法を開示しているが、ホイールローダに適用することについて何ら言及されていない。
【０００６】
本発明は、バケットの積載荷重をリフトアームシリンダの圧力から精度良く演算できるホイールローダおよびホイールローダに好適なバケット積載荷重演算方法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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、代表的な本発明は、車体と、前記車体の前部に設けられ、前記車体にヒンジピンを介して連結されるリフトアーム、前記リフトアームを上下方向に回動させるリフトアームシリンダ、前記リフトアームの先端に連結されるバケット、および前記バケットを上下方向に回動させるバケットシリンダを含む作業装置と、前記リフトアームの角度を検出するリフトアーム角度センサと、前記リフトアームシリンダの圧力を検出する圧力センサと、前記バケットの積載荷重を演算する演算装置と、前記作業装置の寸法データを含む車体情報が格納された車体情報データベースと、を備えたホイールローダにおいて、前記演算装置は、前記バケットの空荷状態において、前記圧力センサにて検出された前記リフトアームシリンダの圧力と、前記リフトアーム角度センサにて検出された前記リフトアームの角度と、前記車体情報データベースから抽出した前記寸法データとから、前記ヒンジピン周りのモーメントである空荷モーメントを演算し、前記バケットの積荷状態において、前記圧力センサにて検出された前記リフトアームシリンダの圧力と、前記リフトアーム角度センサにて検出された前記リフトアームの角度と、前記車体情報データベースから抽出した前記寸法データとから、前記ヒンジピン周りのモーメントである積荷モーメントを演算し、前記空荷モーメントと前記積荷モーメントとの差を前記バケットの重心位置と前記ヒンジピンとの水平距離で除算して、前記バケットの積載荷重を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バケットの積載荷重をリフトアームシリンダの圧力から精度良く演算できる。なお、前述した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るホイールローダの側面図である。
【図２】図１に示すホイールローダの運転室の内部構造を示す平面図である。
【図３】第１実施形態に係る演算装置のブロック図である。
【図４】バケットの積載荷重を演算するための計算モデル図である。
【図５】バケットの積載荷重を演算するための計算モデル図である。
【図６】バケットの積載荷重を演算するための計算モデル図である。
【図７】初期学習演算処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】積載荷重演算処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態に係る演算装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係るホイールローダの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るホイールローダ１の側面図である。図１に示すように、ホイールローダ１は、作業装置２７、タイヤ４等を有する前フレーム（車体）５と、運転室６、エンジン室７、タイヤ８等を有する後フレーム（車体）９とで構成される。エンジン室７にはエンジン（不図示）が搭載されており、後フレーム９の後方にはカウンタウェイト１０が取り付けられている。
【００１２】
作業装置２７は、前フレーム５の前部にリフトアームヒンジピンＧ（図４参照）を介して連結されるリフトアーム２と、リフトアーム２を上下方向に回動させるリフトアームシリンダ１１と、リフトアーム２の先端に連結されるバケット３と、バケット３を上下方向に回動させるバケットシリンダ１２とを含んで構成される。
【００１３】
リフトアーム２はリフトアームシリンダ１１の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット３はバケットシリンダ１２の駆動により上下方向に回動（クラウドまたはダンプ）する。前フレーム５と後フレーム９とはセンタピン１３により互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ（不図示）の伸縮により後フレーム９に対し前フレーム５が左右に屈折する。
【００１４】
リフトアーム２と前フレーム５の連結部分にはリフトアーム角度センサ１４が取り付けられており、このリフトアーム角度センサ１４によってリフトアーム２の回動角度が検出される。リフトアームシリンダ１１は圧力センサ１５ａ，１５ｂを備えており、圧力センサ１５ａによってリフトアームシリンダ１１のボトム圧が検出され、圧力センサ１５ｂによってリフトアームシリンダ１１のロッド圧が検出される。バケットシリンダ１２とバケット３の間にはベルクランク１６、プッシュロッド２３を含むリンク機構が介設されており、このリンク機構を介してバケットシリンダ１２はバケット３を回動させる。バケットシリンダ１２はバケット近接スイッチ１７を備えており、バケットシリンダ１２のロッドが最も収縮された状態になると、このバケット近接スイッチ１７がオン動作するようになっている。
【００１５】
なお、詳しくは後述するが、本実施形態では、圧力センサ１５ａ，１５ｂ、バケット近接スイッチ１７、およびリフトアーム角度センサ１４からの検出信号に基づいて、バケット３の積載荷重Ｗが演算される構成となっている。
【００１６】
図２は運転室６の内部構造を示す平面図である。図２に示すように、運転室６には、オペレータが座る運転席１８と、ホイールローダ１の操舵角を制御するステアリングホイール１９と、ホイールローダ１を始動・停止させるキースイッチ２０と、オペレータへの情報を提示する表示装置（モニタ）２１等が設置されている。表示装置２１には、ホイールローダ１のエンジン回転数や車速が表示されるだけでなく、後述する演算装置３０によって演算されるバケット３の積載荷重Ｗも表示される。
【００１７】
次に、バケット３の積載荷重Ｗを演算する演算装置３０について説明する。演算装置３０は、例えば運転室６内に設置されるコントローラから成る。演算装置３０は、バケット３の積載荷重Ｗを演算し、表示装置２１に積載荷重Ｗａｖｇ（平均値）を表示させるための各種処理を実行する。図３は演算装置３０のブロック図である。図３に示すように、演算装置３０は、モーメント演算部３１と、積載荷重演算部３２と、荷重値平均化処理部３３と、車体パラメータ抽出部３４と、車体情報データベース（ＤＢ）３５と、を含む。演算装置３０による各種処理は、ＨＤＤ等の記憶装置などに記憶されたプログラムを、図示しないＣＰＵがメモリにロードして実行することにより実現される。なお、車体情報データベース３５は、記憶装置に設けられている。
【００１８】
モーメント演算部３１には、リフトアーム角度センサ１４の検出信号と、圧力センサ１５ａ，１５ｂの検出信号と、バケット近接スイッチ１７のオン／オフ信号と、車体パラメータ抽出部３４にて抽出された作業装置２７の寸法データとが入力され、ホイールローダ１の通常運転時には、後述する演算式に従ってバケット３の積荷状態におけるリフトアームヒンジピンＧ周りのモーメントＭ１（以下、積荷モーメントＭ１という）を演算する。また、ホイールローダ１の初期運転時には、モーメント演算部３１は、バケット３の空荷状態におけるリフトアームヒンジピンＧ周りのモーメントＭ０（以下、空荷モーメントＭ０という）を演算し、空荷モーメントＭ０を初期学習値として車体情報データベース３５に記憶させる。
【００１９】
積載荷重演算部３２には、モーメント演算部３１にて演算された積荷モーメントＭ１と、車体パラメータ抽出部３４にて抽出された作業装置２７の寸法データおよび初期学習値（空荷モーメントＭ０）が入力され、後述する演算式に従ってバケット３の積載荷重Ｗを演算する。
【００２０】
荷重値平均化処理部３３には、積載荷重演算部３２により演算されたバケット３の積載荷重Ｗが入力され、入力されたバケット３の積載荷重Ｗの値を平均化する処理を行う。そして、平均化したバケット３の積載荷重Ｗａｖｇのデータを表示装置２１に出力する。
【００２１】
車体パラメータ抽出部３４は、リフトアーム角度センサ１４からの検出信号が入力され、リフトアーム角度θｇ（図５参照）に応じた作業装置２７の寸法データを車体情報データベース３５から抽出して、モーメント演算部３１に出力する。
【００２２】
車体情報データベース３５には、バケット３の積載荷重Ｗを演算するために必要な作業装置２７の各種寸法データや、空荷モーメントＭ０の値（初期学習値）等が記憶されている。
【００２３】
次に、バケット３の積載荷重Ｗの演算方法について説明する。図４〜図６は、バケット３の積載荷重Ｗを演算するための計算モデル図である。
【００２４】
（モーメントを用いた荷重演算式の概要と導出）
本実施形態で用いるバケット３の積載荷重Ｗの演算式を導出するためには、まずリフトアームヒンジピンＧ周りのモーメントＭから、リフトアームシリンダ圧力と積載荷重Ｗの関係式が必要になる。そのために、まず各シリンダ１１，１２にかかる力とモーメントの関係を明確化する。リフトアームヒンジピンＧ周りのモーメントＭは、図４のようにバケットシリンダ１２とリフトアームシリンダ１１に支えられており、その関係式は以下の式（１）となる。
【００２５】
【数１】
2019066310.tif 000003
【００２６】
次に、バケット３の積載荷重Ｗ、リフトアームヒンジピンＧと積載荷重Ｗの重心位置との間の水平長ＬＷ、空荷モーメントＭ０、積荷モーメントＭ１との関係は、モーメントの釣り合いから、以下の式（２）となる。
【００２７】
【数２】
2019066310.tif 000004
【００２８】
式（２）の右辺を計算することで、積載荷重Ｗを演算することができる。なお、積載荷重Ｗの重心位置の水平長ＬＷの演算方法については後述する。
【００２９】
（シリンダボトム圧を用いたモーメント演算式）
次に、圧力センサ１５ａ，１５ｂにより実測したリフトアームシリンダ１１のボトム圧とロッド圧から、リフトアームヒンジピンＧ周りのモーメントＭを演算する式を導出する。まず、リフトアームシリンダ１１にかかる力Ｆは、リフトアームシリンダ１１のボトム圧とロッド圧から以下の式（３）を用いて演算することができる。
【００３０】
【数３】
2019066310.tif 000005
【００３１】
また、バケットシリンダ１２にかかる力Ｆｂは、モーメントの釣り合い式より、以下の式（４）と置くことができる。
【数４】
2019066310.tif 000006
【００３２】
式（１）、式（３）、式（４）から、積荷モーメントＭ１は以下の式（５）により演算できる。なお、バケット３が空荷状態のときはＷ＝０であるため、空荷モーメントＭ０を演算する際、バケットシリンダ１２に対する影響は考えないものとする。
【数５】
2019066310.tif 000007
【００３３】
（荷重演算式）
式（２）に式（５）を代入することで、リフトアームシリンダ圧と積載荷重Ｗの関係式を以下の式（６）のように導くことができる。この式（６）を解くことにより、バケット３の積載荷重Ｗを求めることができる。
【数６】
2019066310.tif 000008
【００３４】
式（６）において、Ｐｂには圧力センサ１５ａにて検出されたリフトアームシリンダ１１のボトム圧、Ｐｒには圧力センサ１５ｂにて検出されたリフトアームシリンダ１１のロッド圧、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ＬＷには車体情報データベース３５に予め記憶されている寸法データ（定数データ）から求めた各リンク間距離の値、Ｍ０にはホイールローダ１の初期運転時に車体情報データベース３５に初期学習値として記憶された空荷モーメントの値が、それぞれ代入される。なお、本実施形態では、記憶装置の容量を削減するため、変数である式（６）の分母の値は、リフトアーム角度センサ１４の値（リフトアーム角度θｇ）と予め対応付けられたテーブルデータとして車体情報データベース３５に記憶されている。よって、演算装置３０は、圧力センサ１５ａ，１５ｂとリフトアーム角度センサ１４からのセンサデータが入力されれば、式（６）によりバケット３の積載荷重Ｗを演算することができる。
【００３５】
ここで、各リンク間距離ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ＬＷは、リフトアーム角度θｇに依存する変数であり、三角関数を用いて演算することができる。以下、各リンク間距離の演算方法について説明する。
【００３６】
まず、以下の式に用いられる変数、定数の定義を表１に示す。表１に示す定数は、車体情報データベース３５に予め記憶されている。一方、表１に示す変数は、リフトアーム角度θｇによって変化する値であり、以下の式により求められる。
【表１】
2019066310.tif 000009
【００３７】
（リンク間距離の演算式）
各リンク間距離ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ＬＷは、三角関数を用いて式（７）〜式（１３）により導かれる。
【００３８】
【数７】
2019066310.tif 000010
【００３９】
ただし、θｉは式（１４）により求められる。
【数８】
2019066310.tif 000011
【００４０】
（リンク姿勢角の演算式）
上記式（７）〜（１３）に用いられる各リンクの姿勢角（以下、リンク角という）θｆ，θｅ，θｃ，θｂの演算方法について説明する。各リンク角は、車体情報データベース３５に記憶されている作業装置２７の寸法データ（定数）と、リフトアーム角度センサ１４にて検出されたリフトアーム角度θｇとに基づき、余弦定理を用いて幾何学的に演算できる。
【００４１】
リンク間距離ＬｄｆおよびＬａｆは余弦定理により、それぞれ式（１５）、式（１６）のように決定される。
【数９】
2019066310.tif 000012
【００４２】
このとき、リンク角θｆおよびθｅは、それぞれ式（１７）、式（１８）のように導出される。
【数１０】
2019066310.tif 000013
【００４３】
また、式（１５）、式（１６）で求めたリンク間距離ＬｄｆおよびＬａｆによって、角度∠ＡＤＣおよび距離Ｌａｃが、それぞれ余弦定理により式（１９）、式（２０）のように決定される。
【数１１】
2019066310.tif 000014
【００４４】
このとき、リンク角θｃおよびθｂは、それぞれ式（２１）、式（２２）のように導出される。
【数１２】
2019066310.tif 000015
【００４５】
式（１５）〜式（２２）により求められた各変数を、式（７）〜式（１３）に代入することで、各リンク間距離ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ＬＷは求まる。
【００４６】
次に、演算装置３０により演算処理の手順について説明する。まず、ホイールローダ１の初期運転時に行う初期学習演算処理について説明する。図７は、初期学習演算処理の手順を示すフローチャートである。図７に示す処理は、例えばホイールローダ１の出荷時において演算装置３０が初期学習設定モードに設定されている場合にのみ実行され、ホイールローダ１を始動・停止させるキースイッチ２０がオンされると処理が開始される。なお、初期学習設定モードへの設定変更は、例えばオペレータが専用端末装置から演算装置３０にモード変更指令を出力することにより可能である。
【００４７】
図７に示すように、モーメント演算部３１は、圧力センサ１５ａ，１５ｂ、リフトアーム角度センサ１４からセンサデータを取得する（Ｓ１）。モーメント演算部３１は、バケット近接スイッチ１７からオン信号が入力されると（Ｓ２／Ｙｅｓ）、バケット３が土砂等の積載物を積載可能な姿勢にあると判断し、車体パラメータ抽出部３４に作業装置２７の寸法データの抽出を要求する。車体パラメータ抽出部３４は、リフトアーム角度センサ１４からのリフトアーム角度θｇに基づいて、車体情報データベース３５の中からリフトアーム角度θｇに対応する寸法データを抽出し、モーメント演算部３１に出力する。モーメント演算部３１は、入力されたセンサデータ、寸法データに基づき、空荷モーメントＭ０を演算する（Ｓ３）。そして、モーメント演算部３１は、空荷モーメントＭ０を車体情報データベース３５に初期学習値として記憶させる（Ｓ４）。なお、バケット近接スイッチ１７からオン信号が入力されない場合（Ｓ２／Ｎｏ）、オン信号の入力があるまでステップＳ２で待機する。
【００４８】
次に、バケット３の積載荷重Ｗの演算処理について説明する。図８は、積載荷重演算処理の手順を示すフローチャートである。図８に示す処理は、通常運転時において、ホイールローダ１を始動・停止させるキースイッチ２０がオンされると開始され、所定の周期（例えば数秒毎）でステップＳ１〜Ｓ４の処理が繰り返し実行される。
【００４９】
図８に示すように、モーメント演算部３１は、圧力センサ１５ａ，１５ｂ、リフトアーム角度センサ１４からセンサデータを取得する（Ｓ１１）。モーメント演算部３１は、バケット近接スイッチ１７からオン信号が入力されると（Ｓ１２／Ｙｅｓ）、バケット３が土砂等の積載物を積載可能な姿勢にあると判断し、車体パラメータ抽出部３４に作業装置２７の寸法データの抽出を要求する。車体パラメータ抽出部３４は、リフトアーム角度センサ１４からのリフトアーム角度θｇに基づいて、車体情報データベース３５の中からリフトアーム角度θｇに対応する寸法データを抽出し、モーメント演算部３１に出力する。モーメント演算部３１は、入力されたセンサデータ、寸法データに基づき、積荷モーメントＭ１を演算し、積荷モーメントＭ１を積載荷重演算部３２に出力する（Ｓ１３）。
【００５０】
積載荷重演算部３２は、車体パラメータ抽出部３４を介して車体情報データベース３５に記憶されている寸法データを取得し、さらに、車体情報データベース３５から空荷モーメントＭ０を取得する。そして、積載荷重演算部３２は、上記式（６）を用いて、積荷モーメントＭ１と空荷モーメントＭ０との差からバケット３の積載荷重Ｗを演算し、積載荷重Ｗを荷重値平均化処理部３３に出力する（Ｓ１４）。
【００５１】
荷重値平均化処理部３３は、積載荷重演算部３２から周期的に入力される積載荷重Ｗを平均化し（Ｓ１５）、平均化された積載荷重Ｗａｖｇを表示装置２１に出力する（Ｓ１６）。こうして、ホイールローダ１の積込み作業中におけるバケット３の積載荷重が表示装置２１に表示される。なお、バケット近接スイッチ１７からオン信号が入力されない場合（Ｓ１２／Ｎｏ）、処理は終了する。
【００５２】
以上説明したように、第１実施形態によれば、バケット３の荷重をリフトアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とにより支えるホイールローダ１に対して、上記した演算式を用いることで、バケットシリンダ１２の圧力を検出することなく、作業装置２７の寸法データと、リフトアームシリンダ１１のボトム圧とロッド圧と、リフトアーム２の角度とからバケット３の積載荷重Ｗを高精度に演算することができる。
【００５３】
また、従来のホイールローダでは、バケットシリンダ１２の圧力を検出するセンサが設けられていないことが多いが、本実施形態ではバケットシリンダ１２の圧力を検出する必要がないので、従来のホイールローダのコントローラに本発明の積載荷重演算プログラムを組み込むだけで、簡単にバケット３の積載荷重Ｗを演算することが可能である。
【００５４】
また、本実施形態では、ホイールローダ１の初期運転時に１度だけ空荷モーメントＭ０を求めておけば、バケット３の積載荷重Ｗを演算して表示装置２１に表示させることができる。ちなみに、従来であれば、校正ウェイトなど重量が正確な積載物をバケットに積み、リフトアームシリンダの圧力とリフトアームの角度と積載物の重量との関係を初期学習させる必要があるが、この初期学習は積載物の重量を代えて何度も行う必要があった。そのため、初期学習が非常に手間であった。しかも、現場でバケットを交換した場合には、再度同様の初期学習が必要であるが、現場では校正ウェイトなどの重量物を準備できない場合が殆どで、初期学習が困難であった。
【００５５】
これに対して、第１実施形態に係るホイールローダ１では、リフトアーム２を上げて、バケット３をクラウド姿勢に保持すれば、演算装置３０が自動的に空荷モーメントＭ０を演算するので、そもそも校正ウェイト等の積載物を用いて初期学習する必要はない。よって、バケット３を現場で交換した場合であっても、バケット交換後の初期運転時に１度だけ、圧力センサ１５ａ，１５ｂにより検出されるリフトアームシリンダ１１のボトム圧およびロッド圧と、リフトアーム角度センサ１４により検出されるリフトアーム角度θｇとから、空荷モーメントＭ０を一度演算しておけば、交換したバケット３の積載荷重Ｗを高精度に演算できる。
【００５６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るホイールローダについて説明する。第２実施形態は第１実施形態と演算装置の構成が相違する。よって、以下の説明は、主に演算装置の相違点を説明し、第１実施形態と同一の構成についての説明は省略する。
【００５７】
図９は第２実施形態に係る演算装置１３０のブロック図である。図９に示すように、第２実施形態に係るホイールローダでは、エンジンの回転数を検出するために、エンジン回転数検出センサ２５が設けられており、空荷モーメントＭ０の値をエンジン回転数に応じて複数、車体情報データベース３５に格納している点が第１実施形態と相違する。そのため、モーメント演算部３１は、初期学習として、エンジン回転数に応じた複数の空荷モーメントＭ０を演算して車体情報データベース３５に記憶させる。積載荷重演算部３２は、バケット３の積載荷重Ｗを演算する際に、エンジン回転数センサ２４から入力されるエンジン回転数に応じた空荷モーメントＭ０を抽出するよう初期学習値選択部３６に要求する。そして、初期学習値選択部３６から出力された、エンジン回転数に対応する空荷モーメントＭ０を用いて積載荷重演算部３２が積載荷重Ｗを演算する。
【００５８】
この第２実施形態によれば、エンジン回転数に対応する空荷モーメントＭ０を用いることができるため、バケット３の積載荷重Ｗを第１実施形態と比べてより精度良く演算することができる。より詳細に説明すると、圧力センサ１５ａ，１５ｂによって検出されるリフトアームシリンダ１１のボトム圧、ロッド圧は、エンジンの回転数によっても変化する。そのため、エンジンの回転数に応じた空荷モーメントＭ０を複数、車体情報データベース３５に格納しておくことで、エンジンの回転数を考慮して、より正確にバケット３の積載荷重Ｗを演算することができる。
【００５９】
なお、上記した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  ホイールローダ
２  リフトアーム
３  バケット
５  前フレーム（車体）
９  後フレーム（車体）
１１  リフトアームシリンダ
１２  バケットシリンダ
１４  リフトアーム角度センサ
１５ａ，１５ｂ  圧力センサ
１６  ベルクランク
１７  バケット近接スイッチ
２１  表示装置
２３  プッシュロッド
２５  エンジン回転数センサ
３０  演算装置
３１  モーメント演算部
３２  積載荷重演算部
３３  荷重値平均化処理部
３４  車体パラメータ抽出部
３５  車体情報データベース（ＤＢ）
３６  初期学習値選択部
１３０  演算装置
【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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