(57)【要約】    【課題】  走行状態や地面の状態の影響が少ないタイミングで荷重を計測して、精度の良い荷重計測が行える建設機械の荷重計測装置を提供することにある。    【解決手段】  圧力センサ５は、ダンプトラックの車体を支持する複数のサスペンションシリンダの圧力を計測する。処理装置１０の荷重計測処理Ｓ１では、圧力センサ５によって計測された圧力の値から積荷の荷重を算出する。作業判定処理Ｓ２は、車体を操作する操作信号や、車体の速度信号に基づいて、車体の揺れやシリンダの摩擦抵抗の影響が低減できる建設機械の作業状態，例えば、放土の際に行う後進の間に、荷重を計測し、計測値を記録する。    【選択図】  図３
2005043267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積荷を搭載するボディ及び建設機械の車体を支持する複数のサスペンションシリンダの圧力を計測する圧力計測手段を有し、
この圧力検出手段によって計測された圧力の値から積荷の荷重を算出する建設機械の荷重計測装置において、
前記車体を操作する操作信号と、前記車体の速度を計測する速度信号に基づいて、前記車体の揺れやシリンダの摩擦抵抗の影響が低減できる建設機械の作業状態を判定する判定手段を備え、
車体動作の安定した時点での荷重計測値を記録することを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の荷重計測装置において、
前記建設機械の作業状態は、積荷を積み移動している状態であり、移動を行っている間の荷重計測値を記録することを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械の荷重計測装置において、
前記車体の揺れやシリンダの摩擦抵抗の影響が低減できるダンプトラックの作業状態として放土の状態を判定し、放土の際に行う後進の間の荷重計測値を記録することを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械の荷重計測装置に係り、特に、ダンプトラックの荷重の計測精度を向上させるに好適な建設機械の荷重計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱山や採石現場では、ダンプトラックに積込んだ採掘物の量を計測できることが望まれる。これは、ダンプトラックヘ積込みの際にその荷重量を監視して積み過ぎを防ぐことで、ダンプトラックの故障の予防に繋げたり、また、トラックごとの積込み量を記録することで現場の生産量を管理するためである。このような目的のために現場によっては、トラックを計量するための計りを設置して、積荷状態でのトラックの重量を逐次計測し、事前に計測した空荷状態でのトラックの重量との差から積荷の量を算出するという方法がとられてきた。しかし、このように計りを用いる方法では、計りや計測に必要とする人員がいることに加え、常にトラックが計りの場所まで移動する必要があり、ダンプトラックの生産性を高める上での障害となっていた。そのため、ダンプトラックそのものに荷重計測の機能を持たせるペイロードの要望が高まってきた。
【０００３】
ダンプトラックのペイロードの一形態として、積載部であるボディを支持するサスペンションにかかる圧力から荷重を計算する方法がある。封入ガスとオイルからなる油圧シリンダをサスペンションに用いると、荷重の増減に対してこのシリンダの圧力が変動するため、このサスペンションシリンダの圧力をセンサにより計測することで計測装置では荷重を算出することが可能となる。この方法は、圧カセンサと計測装置という比較的安価な機器で装置を構成することができるため、一般的に広く行われている。
【０００４】
しかしながら、ダンプトラックのペイロードは車体の姿勢やサスペンションシリンダの状態によって影響を受けることとなる。そこで、例えば、特許第２７１９３２８号公報に記載されているように、積荷のバランスや地面の傾きといった影響を低減して積込みの際の荷重計測精度を向上する方法が知られている。しかしながら、積込みの際のシリンダが停止した状態では、シリンダの静止摩擦抵抗の影響大きいため、計測されるサスペンションのシリンダ圧力と積荷荷重の関係に誤差を生じやすく、生産量を管理する上では不都合となることがある。
【０００５】
そこで、例えば、特開昭６０−１６１５３２号公報や、特開平６−２２１９０２号公報に記載されているように、サスペンションのシリンダの摩擦抵抗によって生じる圧力の偏りの影響を減衰するため、シリンダが上下に振動する走行中のシリンダ圧の平均値を用いる方法が知られている。
【０００６】
【特許文献１】特許第２７１９３２８号公報
【特許文献２】特開昭６０−１６１５３２号公報
【特許文献３】特開平６−２２１９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特開昭６０−１６１５３２号公報や、特開平６−２２１９０２号公報に記載されているように、通常の走行中に荷重を計測する方法では、次の問題が生じる。すなわち、通常の積荷走行中には、荷重の計測に適した状態を得られるかは経路に依存するところが多い。例えば、地山の切り崩しによる採石現場に見られる山の上方で採石を積込んでそのまま斜面を下る場合などは、走行路に平坦な場所がないため、精度のよい荷重計測が行えないという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、走行状態や地面の状態の影響が少ないタイミングで荷重を計測して、精度の良い荷重計測が行える建設機械の荷重計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、積荷を搭載するボディ及び建設機械の車体を支持する複数のサスペンションシリンダの圧力を計測する圧力計測手段を有し、この圧力検出手段によって計測された圧力の値から積荷の荷重を算出する建設機械の荷重計測装置において、前記車体を操作する操作信号と、前記車体の速度を計測する速度信号に基づいて、前記車体の揺れやシリンダの摩擦抵抗の影響が低減できる建設機械の作業状態を判定する判定手段を備え、車体動作の安定した時点での荷重計測値を記録するようにしたものである。  
かかる構成により、走行状態や地面の状態の影響が少ないタイミングで荷重を計測して、精度の良い荷重計測を行い得るものとなる。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記建設機械の作業状態は、積荷を積み移動している状態であり、移動を行っている間の荷重計測値を記録するようにしたものである。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記車体の揺れやシリンダの摩擦抵抗の影響が低減できるダンプトラックの作業状態として放土の状態を判定し、放土の際に行う後進の間の荷重計測値を記録するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、走行状態や地面の状態の影響が少ないタイミングで荷重を計測して、精度の良い荷重計測が行えるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態による建設機械の荷重計測装置の構成及び動作について説明する。以下の例では、建設機械の荷重計測装置をダンプトラックに適用した例について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による荷重計測装置が適用されるダンプトラックの構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による荷重計測装置が適用されるダンプトラックの構成を示す側面図である。
【００１４】
図１に示すダンプトラックは、鉱山や採石現場など規模の大きな現場で稼動するものであり、例えば、車重８０ｔ，積載重量８０ｔ程度のものである。ダンプトラックの車体１には、積荷を運ぶボディ２が装着されている。オペレータがボディ操作レバーを操作してボディ操作シリンダ３を動作させることで、ボディ２は、実線の位置から一点鎖線で示す状態まで起床させることができ、これによって、ボディ２に積込まれた土砂を放土することができる。ダンプトラックの車体１には、前後の車軸上に車体を支える形で複数のサスペンション４が備えられており、ボディ２やボディ２に搭載された土砂を含め、車体１の荷重が各サスペンション４にかかることとなる。各サスペンション４には、積荷の荷重を計測する機器として、サスペンション４のシリンダ圧力を計測するためにそれぞれのシリンダに圧カセンサを取り付けてある。これらセンサの信号は、荷重の計算を行う荷重計測の処理装置へ送られる。
【００１５】
次に、図２を用いて、本実施形態による建設機械の荷重計測装置の構成について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による建設機械の荷重計測装置の構成を示すシステムブロック図である。
【００１６】
荷重計測装置の処理装置１０には、サスペンションのシリンダ圧力を計測するためにそれぞれのシリンダに取り付けられたシリンダ圧カセンサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが接続される。なお、図１に示した例では、車体は４個のサスペンションで支持されているものとして、圧力センサ５も４個備えられている。また、車体の操作信号としてトランスミッションのシフトギヤ位置信号６、車体速度信号７、ボディの昇降操作レバー８の状態信号が、処理装置１０に入力する。シリンダ圧カセンサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから圧力信号，トランスミッションのシフトギヤ位置信号６，車体速度信号７，ボディの昇降操作レバー８の状態信号などの車体の操作信号は、入力インターフェース１６を介して、処理装置１０に取り込まれる。なお、シフトギヤ位置信号、車体速度信号、ボディの昇降状態信号は、トランスミッションやボディを制御する別のコントローラから通信によって取得する構成でよいものである。
【００１７】
処理装置１０は、演算を行うＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１を駆動するタイマ１２と、時刻を取得するための時計１３と、各種処理（プログラム）を保存するＲＯＭ１４と、変数値や荷重計測の結果である荷重データを保存するＲＡＭメモリ１５と、センサ入力や通信を行う入力インターフェース１６と、ＣＰＵ１１の演算結果を表示装置や外部装置へ出力を行う出力インターフェース１７とを有している。また、処理装置１０は、出力インターフェース１７を介して表示装置２０に荷重量を表示することができ、キャブ内もしくは積込み機のオペレータヘ荷重量を知らせることができる。
【００１８】
ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１５に格納された各種処理（プログラム）を実行する。これらの処理は、荷重計測処理Ｓ１と、作業判定処理Ｓ２と、荷重量保存処理Ｓ３とがあり、それぞれの処理内容については以下に説明する。
【００１９】
荷重計測処理Ｓ１では、処理装置１０は、サスペンションのシリンダ圧カセンサ５ａ，…，５ｄの出力信号を所定のサンプリング周期で読み込み、荷重を算出する。４個のシリンダ圧力センサ５ａ，…，５ｄによって算出された荷重の総和が全体の荷重となる。この荷重は、積荷に車体０１やボディ０２も含めたサスペンションにかかる全ての荷重である。この荷重計測処理は、積荷の有無に関わらず常時行われている。
【００２０】
積荷の荷重は、積荷状態におけるシリンダ圧力値から計算される荷重計測値から、空荷の状態におけるシリンダ圧力値から計算された空荷計測値を減算することによって算出される。
【００２１】
次に、図３〜図５を用いて、本実施形態による建設機械の荷重計測装置における作業判定処理Ｓ２の処理内容について説明する。  
図３は、本発明の一実施形態による建設機械の荷重計測装置における作業判定処理Ｓ２の状態遷移図である。図４は、ダンプトラックによる放土時の経路説明図である。図５は、ダンプトラックによる放土時のタイミングチャートである。図５（Ａ）は車体の進行方向を示すトランスミッションのギヤを示し、図５（Ｂ）はボディの起伏と着座を判定するボディ操作レバーの状態を示し、図５（Ｃ）は車体速度を示し、図５（Ｄ）はサスペンションの圧力から計測される荷重計測値を示している。
【００２２】
作業判定処理Ｓ２では、処理装置１０は、荷重計測処理で算出された荷重値、および、車体速度信号５，シフトギヤの位置信号６，ボディの昇降状態であるボディ操作レバー８の状態信号からダンプトラックの作業の判定を行う。
【００２３】
ここで、図３を用いて、作業判定処理Ｓ２における作業判定とその推移について説明する。図３は、ダンプトラックの作業状態の遷移と遷移の際に行う荷重計測の算出タイミングをＵＭＬ（Unified  Modeling  Language統一モデリング言語）にて記載している。
【００２４】
ここでは、説明の便宜のために、空荷移動Ｓ２１から開始するものととする。空荷状態Ｓ２１から積込み状態Ｓ２２への推移は、積込みが開始されたと判断された時点で行われる。処理装置１０は、停止中に荷重が一定量増加した場合に積込みの開始と判断することができる。処理装置１０は、積込み中は、キャブ内や車外に搭載された表示装置２０へ常に現在の積込み量を表示している。
【００２５】
積込み状態Ｓ２２から積荷移動Ｓ２３の状態への推移は、積込み完了が判定された時点で行われる。処理装置１０は、走行が開始された、もしくは、一定距離以上移動した時点で、積込み完了と判断することができる。この積込み完了と判断された時点で、処理装置１０は、積込み停止時に算出されていた荷重計測値を積込み量としてＲＡＭ１６に保存する。
【００２６】
次に、積荷移動Ｓ２３から放土Ｓ２４への推移は、車両を後進した場合に行う。ここで、図４を用いて、ダンプトラック１によるホッパー３０への放土時の経路について説明する。
【００２７】
ダンプトラック１は、経路（１）を走行することで、ホッパー３０に対して背面を向ける。次に、経路（２）のように後進することで、ホッパー３０にボディ２を近づけて放土を行う。そして、経路（３）によりホッパー３０の位置から離脱する。そのダンプトラックの放土場所が変更されない限り、これらの経路パターンは同じであり、特に、経路（２）で後進が必要となることは共通となる。
【００２８】
したがって、積荷移動Ｓ２３から放土Ｓ２４への推移は、車両を後進した場合に行うことができる。
【００２９】
なお、図３において、放土Ｓ２４の状態に推移した後でも、放土なしに一定距離以上の前進を行った場合は、処理装置１０は、放土のための後進ではなかったと判断し、積荷移動Ｓ２３の状態に戻る。
【００３０】
放土Ｓ２４の状態では、処理装置１０は、車体が後進している時の荷重のログを規定の間隔で行い、放土が終了した時点で、そのログを解析することで積載荷重の算出を行う。なお、通常の積荷走行と比べて後進移動を行う時間は短く、この間の荷重計測値を時系列データとして記録しても制御装置のメモリ１６を使用する量も少なく済むため、時系列データを保存し、放土後に時系列データから振動や偏りを解析して荷重を算出するようにしてもよいものである。
【００３１】
ここで、図４及び図５を用いて、放土時の荷重計測について説明する。図５の時刻ｔ０〜ｔ２が図４の経路（１）を走行中の各種状態を示している。図５（Ａ）に示すように、トランスミッションギヤは２速を保持している。図５（Ｂ）に示すように、ボディ操作レバーは操作されていないものである。そして、図５（Ｃ）に示すように、車体速度は減速され、時刻ｔ１においては、経路（１）から経路（２）に切り換えるため、車体速度は零となる。
【００３２】
時刻ｔ２において、図５（Ａ）に示すように、トランスミッションギヤが後進位置となると、この時点ｔ２から荷重計測を開始する。そして、後進位置が保持されている時刻ｔ３までの間、所定時間間隔で、荷重計測を継続する。
【００３３】
その後、時刻ｔ３において、図５（Ａ）に示すように、トランスミッションギヤをニュートラル（中立）とした後、図５（Ｂ）に示すように、ボディ操作レバーを操作して、ボディを起床して放土を行う。時刻ｔ５において放土が終了したとすると、図５（Ａ）に示すようにトランスミッションギヤを１速として前進しながら、同時に図５（Ｂ）に示すように、ボディを降下する。
【００３４】
最後に、図３において、放土が終了したと判断した時点で、放土Ｓ２４から再び空荷移動Ｓ２１に状態を推移する。
【００３５】
荷重量保存処理Ｓ３は、作業判定処理Ｓ２によって算出された荷重計測値をＲＡＭメモリ１６へ保存する。荷重計測値としては、積込み完了時の荷重計測値、空荷状態での荷重計測値、そして、放土前の後進の間の荷重計測値のそれぞれを保存する。この空荷移動から放土までの一連の作業の開始時刻と終了時刻を時計のタイムスタンプとして同時に保存し、また、空荷移動の距離と時間、積荷移動の距離と時間も同様に記録してもよいものである。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態では、放土Ｓ２４の状態，すなわち、車体が後進している時の荷重のログを規定の間隔で行い、放土が終了した時点で、そのログを解析することで積載荷重の算出を行っている。ここで、ログの解析としては、例えば、図５（Ｄ）に示す荷重計測値の中で、時刻ｔ２〜ｔ３までの間の荷重計測値の平均を得て、その平均値から空荷荷重を引いて、積載荷重を求める。また、図５（Ｄ）の時刻ｔ２〜ｔ３の間に示すように、後進状態においても、時刻ｔ２の直後は、後進開始直後であるため、計測される荷重値が安定しない場合もあり、また、時刻ｔ３の直前は、停止のためにブレーキにより減速されている状態であるため、計測される荷重値が安定しない場合もあるので、時刻ｔ２の直後と、時刻ｔ３の直前の値を除いて平均値を取るようにすることもできる。
【００３７】
鉱山や採石現場で稼動するダンプトラックの作業は、１）積込み場所への空荷での移動、２）積込み機による土砂の積込み、３）積込まれた土砂を放土場所へ運ぶ積荷での移動、４）ホッパー等のある放土場所での土砂の放土という４つに分別することができる。ここで、積荷荷重の計測は、土砂が積み込まれた後、土砂が放土される前に行う必要がある。また、停止中はシリンダの静止摩擦抵抗の影響で誤差が生じやすいので、走行中に計測する必要がある。さらに、路面に傾斜がなく、平地であり、しかも、路面の凹凸が少ない場所の方が測定精度が向上する。
【００３８】
このような条件を満たす中で、放土においては、トラックのボディが後方に土砂を放土する構造であるため、通常は後進でホッパーに位置付けをした後にボディを上昇させ放土する。後進速度は低速で行われるために、ボディの揺れも少なくサスペンションのシリンダ圧の変動は小さい。そこで、本実施形態では、この放土における後進の間のシリンダ圧からダンプトラックの積載荷重を算出するようにしている。また、放土場所というのは場所が限定されているため、ダンプトラックの走行路の状態が一定であり、車体の傾斜によって生じる影響があったとしても、補正が容易である。
【００３９】
以上の説明では、放土の際の後進を行う際に荷重計測して、積荷荷重を算出するものとしたが、本発明は、放土時の後進の際に限らず、車体の揺れやシリンダの摩擦抵抗の影響が低減できるダンプトラックの作業状態の時に、荷重を計測して、積荷荷重を算出する場合でもよいものである。このようなダンプトラックの作業状態とは、より具体的には、積荷を積み移動している状態であり、移動を行っている間の荷重計測値を記録して、積荷荷重を求めるようにする。このような作業状態としては、放土の際の後進だけでなく、例えば、放土場所において前進している際に、所定の計測区間を設けることも可能である。図４に示した例において、経路（２）は放土の際に後進している経路であるが、経路（１）は放土場所において前進している状態である。放土場所は、ダンプトラックの走行路の状態が一定であるため、安定した測定に適しており、例えば、経路（１）において、所定の前進低速定速走行区間を設け、所定の速度以下で所定の時間以上前進走行していることを判定して、荷重を計測し、積荷荷重を算出するようにしてもよいものである。
【００４０】
なお、処理装置１０は、荷重計測値の記録のみ行い、記録された荷重計測値をメモリカード等に記録する方法をとるようにしてもよいものである。そして、メモリカードに記録された荷重計測値を外部の管理装置で読み出して、予め登録してある空荷荷重のデータを用いて、積荷荷重を算出するようにしてもよいものである。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、ダンプトラックの作業のうち、車体の揺れやシリンダの摩擦抵抗の低減が望まれる放土前の後進時での荷重計測が可能であり、荷重計測値の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態による荷重計測装置が適用されるダンプトラックの構成を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態による建設機械の荷重計測装置の構成を示すシステムブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による建設機械の荷重計測装置における作業判定処理Ｓ２の状態遷移図である。
【図４】ダンプトラックによる放土時の経路説明図である。
【図５】ダンプトラックによる放土時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１…車体
２…ボデイ
３…ボディ操作シリンダ
４…サスペンションシリンダ
５…シリンダ圧カセンサ
６…シフトギヤ位置信号
７…車体速度信号
８…ボディ操作レバー
１０…処理装置
２０…表示装置
Ｓ１…荷重計測処理
Ｓ２…作業判定処理
Ｓ３…荷重量保存処理
【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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