(57)【要約】【課題】所定位置（評価位置）で生じる応力の時間変化を高精度に算出できるダンプトラックの応力演算システムを提供すること。【解決手段】複数の外力がそれぞれダンプトラックに作用したときに当該ダンプトラックの車両評価位置に生じる応力のデータが記憶された記憶装置３２と、ダンプトラックに作用する外力の方向及び大きさを検出するための加速度センサ１１０と、加速度センサの検出値及び記憶装置に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって車両評価位置に生じる応力の時間変化を推定する演算処理装置３１とを備える。【選択図】図３
2013164396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外力がそれぞれダンプトラックに作用したときに当該ダンプトラックの所定位置に生じる応力のデータが記憶された記憶手段と、
前記ダンプトラックに作用する外力の方向及び大きさを検出するための検出手段と、
前記検出手段の検出値及び前記記憶手段に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって前記所定位置に生じる応力の時間変化を推定する演算手段とを備えることを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項２】
請求項１に記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記応力データは、前記複数の外力が前記ダンプトラックに付与する加速度の方向及び大きさと関連付けて記憶されており、
前記検出手段として、前記荷台の加速度の方向及び大きさを検出するための加速度検出手段を備えており、
前記演算手段は、前記加速度検出手段で検出される加速度及び前記記憶手段に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって、前記所定位置に生じる応力の時間変化を推定することを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項３】
請求項２に記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記応力データは、さらに、前記荷台の積荷荷重の大きさ別に記憶されており、
前記検出手段として、前記荷台の積荷重量を検出するための重量検出手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記加速度検出手段で検出される加速度、前記重量検出手段で検出される積荷重量及び前記記憶手段に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって、前記所定位置に生じる応力の時間変化を推定することを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項４】
請求項３に記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記応力データは、さらに、前記積荷の重心位置ごとに記憶されており、
前記検出手段として、前記積荷の重心位置を検出するための位置検出手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記加速度検出手段で検出される加速度、前記重量検出手段で検出される積荷重量、前記位置検出手段で検出される重心位置及び前記記憶手段に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって、前記所定位置に生じる応力の時間変化を推定することを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項５】
請求項４に記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記応力データは、さらに、前記荷台の傾斜角の大きさ別に記憶されており、
前記検出手段として、前記荷台の傾斜角を検出するための荷台角度検出手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記加速度検出手段で検出される加速度、前記重量検出手段で検出される積荷重量、前記位置検出手段で検出される重心位置、前記荷台角度検出で検出される傾斜角及び前記記憶手段に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって、前記所定位置に生じる応力の時間変化を推定することを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項６】
請求項４に記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記応力データは、さらに、前記ダンプトラックが走行する路面の傾斜角の大きさ別に記憶されており、
前記検出手段として、前記路面の傾斜角を検出するための路面角度検出手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記加速度検出手段で検出される加速度、前記重量検出手段で検出される積荷重量、前記位置検出手段で検出される重心位置、前記路面角度検出で検出される傾斜角及び前記記憶手段に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって、前記所定位置に生じる応力の時間変化を推定することを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項７】
請求項２に記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記応力データは、さらに、前記荷台の傾斜角の大きさ別に記憶されており、
前記検出手段として、前記荷台の傾斜角を検出するための荷台角度検出手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記加速度検出手段で検出される加速度、前記荷台角度検出で検出される傾斜角及び前記記憶手段に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって、前記所定位置に生じる応力の時間変化を推定することを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項８】
請求項２に記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記応力データは、さらに、前記ダンプトラックが走行する路面の傾斜角の大きさ別に記憶されており、
前記検出手段として、前記路面の傾斜角を検出するための路面角度検出手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記加速度検出手段で検出される加速度、前記路面角度検出で検出される傾斜角及び前記記憶手段に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって、前記所定位置に生じる応力の時間変化を推定することを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記演算手段は、前記応力データの内挿又は外挿によって推定された応力値に前記記憶手段に記憶した衝撃係数を乗じることで、積み込み時又は荷下ろし時に生じる衝撃荷重による応力を算出することを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記演算手段は、積み込み、積荷走行、荷下ろし及び空荷走行からなる前記ダンプトラックによる作業の１サイクルごとの損傷量を算出し、当該損傷量が目標値を超えたか否かを判定し、
前記演算手段によって損傷量が目標値を超えたと判定された場合に、その旨を報知するための報知手段をさらに備えることを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【請求項１１】
請求項９又は１０のいずれかに記載のダンプトラックの応力演算システムにおいて、
前記演算手段は、積み込み、積荷走行、荷下ろし及び空荷走行からなる前記ダンプトラックによる作業の１サイクルごとの損傷量又は前記ダンプトラックの損傷量の累積値を算出するとともに、当該損傷量または累積値が閾値を超えたか否かを判定し、
前記演算手段によって損傷量または累積値が前記閾値を超えたと判定された場合に、その旨を報知するための報知手段をさらに備えることを特徴とするダンプトラックの応力演算システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンプトラックの所定位置における応力の時間変化を算出するための応力演算システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
運搬対象物を運搬するダンプトラックに関する技術としては、ダンプトラックにおける所定位置（車両評価位置）に生じる応力の時間変化（例えば、応力波形の時間変化）を算出し、当該応力の時間変化に基づいてダンプトラック及びその構成部品の寿命予測等を含む強度評価を行うものがある。
【０００３】
この種の技術として、特開平２−１３８８０９号公報には、ダンプトラックの油圧サスペンションシリンダに取り付けた圧力センサ又はフレームに取り付けた加速度センサによってサンプリングしたサスペンション力又は加速度を周波数領域データに変換し、予めメモリに書き込んでおいた伝達関数（サスペンション力または加速度と車両評価位置の応力との間の周波数領域での伝達関数）を当該周波数領域データに掛け合わせることにより周波数領域の車両評価位置の応力を求め、当該応力から車両評価位置の応力の時間領域データ（時間変化）を求めるものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１３８８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献の技術のように、センサの周波数領域のサンプリングデータに伝達関数を掛け合わせることで周波数領域の車両評価位置の応力を求め、当該周波数領域のデータを時間領域のものに変換する方法を採用すると、高精度な応力波形（応力の時間変化）を得ることが難しい。つまり、周波数領域から時間領域に波形を変換する場合、変換される時間波形は無数の可能性があり一義には決まらないため、最終的に得られる応力波形の精度は劣ってしまう。
【０００６】
また、ダンプトラックの特徴的な動作に荷下ろしがあるが、サスペンション力データまたは加速度データだけでは、動作中の荷台位置を正確に把握できないため、ダンプトラックにおける一連の作業サイクル（例えば、積み込み→積荷走行→荷下ろし→空荷走行→積み込み）全体を鑑みた損傷量を計算することは困難である。つまり、サスペンション力（圧力センサ）に基づいて応力波形を得る場合には、サスペンション力を算出するシリンダ圧力変動にシリンダの摩擦抵抗やオイル粘性の誤差因子が入ってしまい、路面傾斜や車体振動を高精度に測定することは困難である。一方、加速度（加速度センサ）に基づいて応力波形を得る場合には、車体振動を高精度に測定可能であるが、積荷のバランスを考慮することは困難である。さらに、積み込み及び荷下ろし時には荷台に衝撃荷重が作用するため、サスペンション力データ及び加速度データだけでは応力を高精度に算出できない。
【０００７】
本発明の目的は、所定位置（車両評価位置）で生じる応力の時間変化を高精度に算出できるダンプトラックの応力演算システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数の外力がそれぞれダンプトラックに作用したときに当該ダンプトラックの所定位置に生じる応力のデータが記憶された記憶手段と、前記ダンプトラックに作用する外力の方向及び大きさを検出するための検出手段と、前記検出手段による検出値及び前記記憶手段に記憶された応力データに基づく内挿又は外挿によって前記所定位置に生じる応力の時間変化を推定する演算手段とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、車両評価位置の応力の時間変化を算出する際に周波数領域から時間領域に変換する工程が含まれないので、車両評価位置における応力の時間変化を高精度に算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るダンプトラックの構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係るダンプトラックの荷台１０１周辺の構成図。
【図３】本発明の実施の形態に係るダンプトラックの応力演算システムの概略構成図。
【図４】ダンプトラックの積荷形状の一例を示す図。
【図５】ダンプトラックの荷台１０１の上方図。
【図６】単位重力加速度（a1g）が負荷された時の車両評価位置の応力テーブルの一例を示す図。
【図７】加速度センサ１１０により検出された作業中の車両の加速度の時間波形の一例を示す図。
【図８】ダンプトラックが傾斜した路面を走行するときの模式図。
【図９】積み込み作業時における車両評価位置での応力波形の一例を示す図。
【図１０】荷下ろし時の動作例を示す模式図。
【図１１】荷下ろし時の車両評価位置の応力波形の一例を示す図。
【図１２】ダンプトラックによる１サイクル分の作業を示した模式図。
【図１３】１サイクル分の作業を行ったときの車両評価位置における応力波形の一例を示す図。
【図１４】ダンプトラックによる作業の１サイクルごとの損傷量の推移を折れ線グラフで示した図。
【図１５】１サイクルごとの損傷量の推移について、現在ダンプトラックに搭乗中の作業者による直近の５サイクル分の損傷量と、他の作業者の１サイクル分の損傷量の平均値と、作業者全体の１サイクル分の損傷量の平均値とを棒グラフで示した図。
【図１６】本発明の実施の形態に係る表示装置３３における表示の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るダンプトラックの構成図であり、図２はその荷台１０１周辺の構成図である。図１に示したダンプトラックは、フレーム１０２と、このフレーム１０２の前部の左右両端に回転可能に一輪ずつ取り付けられた前輪２１と、フレーム１０２の後部の左右両端に回転可能に二輪ずつ設けられた一対の後輪２２と、フレーム１０２にヒンジピン１０４を介して回転可能（起伏可能）に取り付けられ、土砂や砕石等の積荷を積載するための荷台１０１を備えている。
【００１２】
フレーム１０２におけるヒンジピン１０４の前方には、フレーム１０２と荷台１０１に連結されたホイストシリンダ１０３が取り付けられている。ホイストシリンダ１０３が伸長するとフレーム１０２上で荷台１０１が起き上がり（起立状態）、ホイストシリンダ１０３が縮短するとフレーム１０２上に荷台が倒れる（倒伏状態）ように構成されている。
【００１３】
従って、ダンプトラックは、倒伏状態において荷台１０１に積載された土砂や砕石等の積荷を運搬した後、荷台１０１を倒伏状態から起立状態へ移行させることにより、荷台１０１を傾斜させて積荷を降ろしている。この際、荷台１０１の傾斜角度は、車体に取り付けられた荷台傾斜センサ（荷台角度検出手段）１１２で測定・監視している。なお、荷台１０１の下部には、図２に示すように荷台１０１が倒伏する際にフレーム１０２から受ける衝撃を和らげる緩衝部材、パッド１０５が設けられている。
【００１４】
また、ダンプトラックには、走行中の振動軽減のために、左右対称に前後各２本ずつのサスペンションシリンダ２３、２４が搭載されている。このサスペンションシリンダ２３、２４には、シリンダ圧力センサ４３,４４（図３参照）が設けられている。当該シリンダ圧力センサ４３，４４で検出されるシリンダ圧力により、積荷重量及び積荷重心位置の見積もり、積載量の監視、過積載の防止を行うことができる。すなわち、シリンダ圧力センサ４３，４４は、積荷の重量検出手段と重心位置検出手段として機能している。
【００１５】
さらに、本実施の形態に係るダンプトラックは、作業中の車両振動を計測するための加速度センサ（加速度検出手段）１１０と、ダンプトラックが走行する地面の傾斜角を計測するための路面傾斜センサ（路面角度検出手段）１１１とを、それぞれ少なくとも１つ装備している。
【００１６】
図３は本発明の実施の形態に係るダンプトラックの応力演算システムの概略構成図である。この図に応力演算システムは、各種プログラムを実行するための演算手段としての演算処理装置（例えば、ＣＰＵ）３１と、当該プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶手段としての記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびフラッシュメモリ等の半導体メモリや、ハードディスクドライブ等の磁気記憶装置）３２と、演算処理装置３１の処理結果等を表示するための表示装置（例えば、液晶モニタ等）３３を備えている。
【００１７】
なお、ここでは、演算処理装置３１と、記憶装置３２と、表示装置３３は、図１に示したダンプトラックに搭載されているものとして説明するが、これら装置３１，３２，３３は、複数のダンプトラックの運行管理を行うための管理センタ内の電子計算機に搭載し、各ダンプトラックのセンサからの出力に基づいて演算処理装置３１によって各種処理を実行するように構成しても良いし、一部をダンプトラックに搭載しつつ、残りを管理センタ内の電子計算機に搭載しても良い。すなわち、各装置３１，３２，３３の設置場所は特に限定されない。
【００１８】
記憶装置３２には、方向の異なる複数の外力（例えば、ダンプトラックの動作に伴う振動や、積荷荷重）がダンプトラックにそれぞれ作用したときに当該ダンプトラックの所定位置（以下、「車両評価位置」又は単に「評価位置」と称することがある）に生じる応力のデータ（応力データ）が記憶されている。詳細は後述するが、本実施の形態の記憶装置３２には、車両の前後方向、左右方向、上下方向の３方向（３軸方向）のそれぞれに単位重力加速度（a1g）の荷重が作用したときに車両評価位置に生じる応力が応力データとして記憶されている。さらに、当該応力データは、積荷荷重の大きさ、積荷の重心位置、荷台１０１の傾斜角の大きさ及び車両の走行路面の傾斜角の大きさのうちいずれかが異なる場合について、それぞれの場合ごとに記憶されている。すなわち、これらをパラメータとして持つ上記３軸方向に係る応力が記憶装置３２に複数記憶されている。応力データは、実機での応力測定結果または解析に基づいて作成されたものであり、予め記憶装置３２に記憶しておくものとする。
【００１９】
演算処理装置３１には、荷台傾斜センサ１１２、シリンダ圧力センサ４３，４４、加速度センサ１１０及び路面傾斜センサ１１１からの出力値（検出値）が入力されている。演算処理装置３１は、これら各種センサ４３，４４,１１０，１１１，１１２の検出値の少なくとも１つと記憶装置３２に記憶された応力データとに基づく内挿又は外挿によって、車両評価位置に生じる応力の時間変化（時系列応力波形）を推定する処理を実行する（処理内容の詳細は後述）。
【００２０】
表示装置３３には、演算処理装置３１が算出した車両評価位置の応力の時間変化（時系列応力波形）及びこれに基づいて得られる種々の情報が表示される。この種の情報としては、例えば、評価位置の時系列応力波形と、当該応力波形における最大応力値、最小応力値および応力振幅と、評価位置の損傷量と、作業者毎のこれらの統計値と、評価位置の損傷量の累積値と、応力に関する閾値及び目標値と、運転操作の良し悪しと、路面状況（悪路が発生しているか否か）と、メンテナンス時期及び箇所がある（詳細は後述）。表示装置３３の設置先は前述のように特に限定されないが、ダンプトラックや管理センタの他にも、例えば、ダンプトラックに積荷を積み込む際に用いられる積み込み機械（例えば、油圧ショベルやホイールローダ）や、ダンプトラックが走行する路面の補修機械等に設置しても良い。以下、本実施の形態に係るシステムで行われる応力演算処理の詳細について説明する。
【００２１】
まず、形状に応じた積荷の重心位置の変化について説明する。図４はダンプトラックの積荷形状の一例を示す図である。図４（a）は積載物２０１が荷台１０１に理想的な状態で積載されている状態（積荷重心位置が後述する図５中の５にあるとき）を示す図であり、図４（ｂ）は積載物２０１が荷台１０１に前方及び左方に偏って積載されている状態（積荷重心位置が図５中の１にあるとき）を示す図である。なお、各図において、側面図を左に、ダンプトラックの正面に平行な面での断面図を右に示す。実際の積み込みでは、積荷形状を（a）の理想的な状態になるように目指すが、積み込み現場の地形、積み込み機械と運搬機械のミスマッチング、積み込み作業者の能力等を要因として、例えば図４（b）で示すように積荷の前後、左右のバランスが理想的な位置からずれてしまうことがある。
【００２２】
図５にダンプトラックの荷台１０１の上方図を示す。図中の１〜９の黒丸印は積荷形状を変化させた場合の積荷の重心位置を示す。例えば、図４で示した（a）の状態は位置５に対応し、（b）の状態は位置１に対応している。また、実際の積荷の重心位置を重心マーク１１で示す。
【００２３】
次に記憶装置３２に記憶された応力データについて説明する。ここでは複数の応力データをテーブルの形式でまとめたもの（応力テーブル）を例示して説明する。図６は単位重力加速度（a1g）が負荷された時の車両評価位置の応力テーブルの一例を示す図である。この図に示した応力テーブルは、荷台１０１がフレーム１０２に着座しているとき（荷台傾斜角：ゼロ）のものであり、さらに、車両が平坦路面上にある場合（路面傾斜角：ゼロ）を想定する。
【００２４】
この図において、空荷の荷台１０１による応力σ０前、σ０下、σ0右は、空荷時の車両の前後方向における前方向、上下方向における下方向、左右方向における右方向のそれぞれに単位重力加速度（a1g）が負荷された場合に車両評価位置で生じる応力を示す。車両評価位置としては、例えば、強度的に弱い箇所や応力変動の激しい箇所などが選択されることがある。
【００２５】
一方、荷台１０１の積荷による応力σｋ前、σｋ下、σk右（k＝１〜９）は、積荷重心位置が図５に示した位置１〜９のそれぞれのときについて、定格最大積載量（Wmax）の積載物２０１を積んだ車両における前方向、下方向、右方向のそれぞれに単位重力加速度（a1g）が負荷された場合に、積載物２０１が荷台１０１の内壁面に負荷する圧力によって生じる車両の評価位置の応力を示す。なお、積荷の応力σｋ前、σｋ下、σk右（k＝１〜９）における添字の数字は、図５の重心位置１〜９に対応している。例えば、σ1前は、位置１に重心があるときの積荷による応力（定格最大積載量）を示す。
【００２６】
なお、ここでは、荷台１０１がフレーム１０２に着座した場合（荷台傾斜角：ゼロ）の応力テーブルのみを示したが、荷台１０１がフレーム１０２から起立した数種類の荷台角度（例えば、１０度ごと）に係る応力テーブルが記憶装置３２に記憶されているものとする。
【００２７】
本発明では、このように予め求めておいた数種類の応力テーブルの応力値を内挿・外挿することで、センサ４３，４４,１１０，１１１，１１２から計測される荷台傾斜角度、積荷重心位置、積荷重量、車体振動（加速度）、路面傾斜に応じて評価部位の応力の時間変化を算出することを特徴とする。
【００２８】
次に、図３を利用して、ダンプトラック実働時の具体的な評価部応力の算出手順について説明する。図３に示した演算制御装置３１は、荷台傾斜角度及び積荷重心位置に基づいて応力を補正するための１次補正部３１ａと、積荷重量に基づいて応力を補正するための２次補正部３１ｂと、加速度に基づいて応力を補正する３次補正部３１ｃと、路面傾斜角度に基づいて応力を補正する４次補正部３１ｄを備えている。先述のように、記憶装置３２には車両評価位置の応力データが予め保存されている。
【００２９】
演算制御装置３１は、１次補正部３１ａにおいて、荷台傾斜センサ１１２から測定される荷台傾斜角度と、シリンダ圧力センサ４３，４４から計算される現状の積荷重心位置と、記憶装置３２に記憶された数点の応力データとに基づく内挿又は外挿により1次補正応力を算出する処理を実行する。
【００３０】
まず、積荷重心位置と応力データに基づく応力補正の具体例を示す。図５に示すように、シリンダ圧力センサ４３，４４の検出値から算出される積荷の実際の重心位置１１が、理想的な重心位置５から左にzg、前にxgずれているとする。この場合には、積荷による応力を、実際の重心位置１１に近接する複数の重心位置（具体的には図５における位置１，２，４，５）の応力データの内挿近似により求める。ここでは、図５中に示したように、位置１，４の左右方向における位置が位置５から左にzoだけずれており、位置１，２の前後方向における位置が位置５から前にxoだけずれているとする。
【００３１】
このとき、位置５から左方向にzgずれている実際の重心位置１１の応力は、位置１，２及び位置４，５の応力σ１ｎ，σ２ｎ，σ４ｎ，σ5nから、それぞれ次式（１）（２）より求まる。なお、下記式（１）（２）における添え字nには、前、下、右が入り、３軸方向ごとに補正応力を求める。
2013164396.tif 000003
【００３２】
2013164396.tif 000004
【００３３】
これら式（１）（２）から求まる応力より、さらに重心位置５から前方向にxgずれている位置１１の応力を内挿により求めると、実際の積荷重心位置での積荷分の応力を次式（３）のように見積もることができる。
2013164396.tif 000005
【００３４】
なお、ここでは、実際の重心位置１１の応力を位置１，２，４，５の応力データの内挿近似より求めたが、実際の重心位置１１が応力テーブルで用意した重心位置の範囲（図５において位置１，３，７，９で規定される長方形内の範囲）から外れている場合には外挿近似で求めても良い。なお、以下に説明する２次補正部３１ｂ、３次補正部３１ｃ及び４次補正部３１ｄで行われる演算についても内挿及び外挿のいずれを用いても良い。また、積荷重心位置の補正のために予め用意する応力データの数は、図示した９つに限られず、内挿・外挿できる個数であれば他の数でも良い。
【００３５】
次に、荷台傾斜角度と応力データに基づく応力補正の具体例を示す。荷台傾斜角度に基づく補正をした応力を求める場合には、荷台傾斜センサ１１２で実際の荷台傾斜角度を求め、当該実際の傾斜角度に近い角度の応力テーブルを記憶装置３２から複数抽出し、当該抽出した複数の応力テーブル内の応力データの内挿又は外挿近似により求める。なお、後続の２次補正（式（４）参照）で必要になるため、積荷による応力（積荷分の応力）だけでなく、荷台による応力（空荷分の応力）も内挿又は外挿により同様に求めるものとする。また、荷台傾斜角度と積荷重心位置の両方を考慮する場合は、まず荷台傾斜角度の補正を行うことで実際の荷台傾斜角度の応力テーブルを算出し、当該算出した応力テーブルに基づいて、積荷による応力のみに先述の積荷重心位置に基づく補正を行えば良い。
【００３６】
次に、演算制御装置３１は、２次補正部３１ｂにおいて、シリンダ圧力センサ４３，４４で検出される積荷重量と１次補正応力に基づく内挿又は外挿により２次補正応力を算出する処理を実行する。２次補正応力は空荷分と積荷分の応力を合算したものになる。先述のように、１次補正応力のうち積荷分の応力は、積荷重量を定格最大積載量（Wmax）で計算したものである。そこで、ここでは、シリンダ圧力センサ４３，４４の検出値から計算される実際の積荷重量をwとし、当該積荷重量wを定格最大積載量Wmaxで除した重量係数（w/Wmax）を積荷分の応力に乗じることで補正する。したがって、２次補正応力は次式（４）で示すように、空荷分の応力と、重量係数で補正した積荷分の応力とを足し合わせた応力となる。これにより、２次補正応力は、単位重力加速度（a1g）が負荷時の車両評価位置に生じる応力に荷台傾斜角度、積荷重心位置、積荷重量が考慮されたものとなる。なお、ここで添え字nには、前、下、右が入り、３軸方向ごとに補正応力を求める。
2013164396.tif 000006
【００３７】
次に、演算制御装置３１は、３次補正部３１ｃにおいて、加速度センサ１１０で検出される加速度と２次補正応力に基づく内挿又は外挿により、車両動作中に生じる車体振動を考慮した３次補正応力を算出する処理を実行する。
【００３８】
図７は加速度センサ１１０により検出された作業中の車両の加速度の時間波形の一例を示す図である。ここでの加速度は相対加速度を考える。すなわち、重力加速度分は考慮せず、停止状態を基準とし作業中の動作振動のみ考慮するものとする。例えば、時刻t1の時の３軸方向における加速度の実測値をそれぞれa前、a下、a右とする（図７参照）。この時刻t1時の３次補正応力は、これらの実測加速度a前、a下、a右を単位重力加速度（a1g）でそれぞれ除した加速度係数（aｎ/a1g）を求め、当該加速度係数をそれぞれの２次補正応力に乗じて足し合わせることで補正する（式（５）参照）。
2013164396.tif 000007
【００３９】
なお、この３次補正応力は作業中の車体振動成分の応力であり、後述する路面傾斜による慣性加速度の影響を含まない。測定する加速度を絶対加速度にすれば路面傾斜による慣性加速度の影響も同時に評価可能であるが、走行路面状況を把握するには、車体振動と路面傾斜の影響を別に求めた方が好ましい。
【００４０】
次に、演算制御装置３１は、４次補正部３１ｄにおいて、路面傾斜センサ１１１で検出される路面傾斜と２次補正応力に基づく内挿又は外挿により、路面傾斜による車体に負荷される慣性加速度（例えば、重力加速度）の影響を考慮した４次補正応力算出する処理を実行する。
【００４１】
図８にダンプトラックが傾斜した路面を走行するときの模式図を示す。この図に示した場合、平坦路面（応力データ算出時の路面）に対して傾斜角度θ1の上り坂に車両があり、実線矢印で示す慣性加速度（aG）が平坦路面の垂直方向に対して角度θ2で負荷されている。そこで、この慣性加速度が車両評価位置に及ぼす応力（４次補正応力）は次式で示される。
2013164396.tif 000008
【００４２】
なお、ここでは、車両の前後方向の路面傾斜のみを考慮したが、左右方向の路面傾斜に対しても、また前後方向と左右方向の路面傾斜が重畳する場合に対しても、同様の手法で４次補正応力を算出可能である。
【００４３】
そして、演算制御装置３１は、最終的に前述した３次補正応力と４次補正応力を足し合わせることにより、車両実働時の評価位置で生じる応力を算出する（式（７）参照）。
2013164396.tif 000009
【００４４】
以上より、作業中のある時点の荷台傾斜角度、積荷重心位置、積荷重量、車体振動（加速度）、路面傾斜に対応した評価位置の応力を算出することが可能となる。これにより各センサ４３，４４，１１０，１１１，１１２による検出値の時間変化に基づいて、車両評価位置に生じる応力の時間変化を算出することができる。したがって、本実施の形態によれば、車両評価位置の応力の時間変化を算出する際に周波数領域から時間領域に変換する工程が含まれないので、車両評価位置における応力の時間変化を高精度に算出できる。
【００４５】
なお、上記の説明では、最終的に算出される応力の精度を向上させる観点から、加速度、積荷重量、荷台傾斜、路面傾斜及び積荷重心位置を変数として扱い、加速度センサ１１０、シリンダ圧力センサ４３，４４、荷台傾斜センサ１１２及び路面傾斜センサ１１１からの入力値に基づいて１次〜４次補正を行うことで車両評価位置における応力の時間変化を算出した。しかし、加速度、積荷重量、荷台傾斜、路面傾斜及び積荷重心位置の少なくとも１つを変数として扱いつつ、残りのものを定数として扱うことで上記補正を簡素化して応力の時間変化を算出しても良い。すなわち、各種センサ１１０、１１１、１１２、４３，４４の検出値のうち少なくとも１つと応力データとに基づく内挿又は外挿によって、車両評価位置の応力の時間変化を算出しても良い。例えば、積荷重量、積荷重心位置、荷台傾斜角度および路面傾斜角度に所定の定数を代入することで、１次補正、２次補正及び４次補正を省略し、加速度センサ１１０の検出値のみに基づいて車両評価位置の応力を算出しても良い（すなわち、３次補正のみを行うことになる）。また、積荷重量、荷台傾斜角度及び路面傾斜角度のうちのいずれか１つをセンサで検出するとともに加速度をセンサ１１０で検出し、残りのものについては所定の定数を代入することで応力を算出しても良い（すなわち、１次補正のうち荷台傾斜角による補正、２次補正及び４次補正のうちのいずれか１つと３次補正のみを行うことになる）。さらに、１次補正における重心位置による補正と、２次補正と、３次補正のみを行っても良い。
【００４６】
また、上記の説明では、車両が平坦路面にあり、積荷重量が定格最大積載量Wmax、負荷加速度が単位重力加速度の場合の応力データを用いたが、他の路面傾斜、積荷荷重及び負荷加速度を利用して作成した応力テーブルを利用しても良いことは言うまでもない。
【００４７】
ところで、演算処理装置３１を用いて上記のように算出した車両評価位置における応力の時間変化のデータを利用すれば、積み込み、積荷走行、荷下ろし及び空荷走行を１サイクルとするダンプトラックの一連の作業における車両評価位置の時系列応力波形（応力の時間変化）を算出・取得できる。次にその具体例を以下に説明する。
【００４８】
ダンプトラックの積荷走行では、路面の凹凸及び車両の加減速に起因した車体振動、路面傾斜、積荷重心位置の変化により評価位置の応力変動が主に生じる。そのため、前述の１次補正、３次補正及び４次補正を繰り返すことで、積荷走行時における応力波形は算出できる。一方、空荷走行（w＝０）では、２次補正の説明箇所で示した重量係数（w/Wmax）がゼロになって積荷分の応力が省略されるので、空荷分の応力のみで最終的な応力が算出される。すなわち、この場合も応力波形は算出できる。
【００４９】
ダンプトラックへの積み込み作業では、ショベル等の積み込み機械から数回に分けて積載物２０１が積み込まれることで、空荷状態から積荷状態になる。図９に積み込み作業時における車両評価位置での応力波形の一例を示す。この図に示すように、積み込み作業時は主に積荷重心位置と積荷重量が変化し、特に、積み込み初期（1、2杯目）において大きな衝撃荷重（積み込み衝撃）が生じやすい。積荷重心位置及び積荷重量の変化に関しては、先に示した応力データの内挿又は外挿により応力波形を算出できる。しかし、積み込み時の衝撃荷重に関しては、積載物２０１の種類と、荷台１０１への積荷量及び積荷投下位置とによって、積み込みによる車両に与える衝撃振動が異なる場合がある。そのため、応力データの内挿又は外挿だけでは実際の応力波形に近づけることが難しい。
【００５０】
そこで、本実施の形態では、荷台１０１に積荷を積み込む際に生じる応力を算出するための衝撃係数（第１衝撃係数）を利用する。具体的には、積み込み時の加速度センサ１１０による加速度波形と評価位置における衝撃係数との関係を予め求めておき、当該衝撃係数を記憶装置３２に記憶しておく。そして、各センサ値に基づいて算出される積み込み時の応力（応力データの内挿又は外挿により推定された応力値）に対して当該衝撃係数を乗じることで積み込み時の応力を算出している。
【００５１】
次に荷下ろし作業について図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は荷下ろし時の動作例を示す模式図であり、図１１は荷下ろし時の評価位置の応力波形の例である。図１１中の時刻a〜eのときの荷台の状態は図１０に示したa〜eの状態に対応している。なお、図１０では、時刻ｃの状態を放土直前と放土直後に分けて示している。
【００５２】
荷下ろし前（時刻a）は、荷台１０１は積荷状態でフレーム１０２に着座している。荷下ろし初期（時刻ｂ）には、ホイストシリンダ１０３が伸びることで荷台１０１がヒンジピン１０４を中心に回動し、着座状態から徐々に起立状態に移行する。そして、荷台１０１の傾斜角度がある角度に到達した時（時刻c：放土直前）に、荷台１０１から積荷２０１はすべり落ちる（時刻ｃ：放土直後）。そして、荷台１０１を最大傾斜角度に達するまで回動させる（時刻ｄ）。その後、ホイストシリンダ１０３が縮むことで荷台１０１が徐々に起立姿勢から着座姿勢に戻り、最終的には着座状態になる（時刻e）。
【００５３】
ここで、時刻aから時刻cの積荷が落ち始める前までの評価位置の応力波形は、積荷状態の応力算出と捉えることができるので、先に示した応力データの内挿又は外挿により算出できる。また、時刻ｃの積荷が落ち切った後から時刻eまでの評価位置の応力波形についても、空荷状態の応力算出と捉えることができるので、先に示した方法で算出できる。しかし、積荷が落ちる際には衝撃荷重が発生することがあるので、積み込みの場合と同様に応力データの内挿又は外挿だけでは実際の応力波形に近づけることが難しい。そこで、ここでも荷台１０１から積荷が落ちる際に生じる応力を算出するための衝撃係数（第２衝撃係数）を利用する。具体的には、積み込み時の加速度センサ１１０による加速度波形と評価位置における衝撃係数との関係を予め求めておき、当該衝撃係数を記憶装置３２に記憶しておく。そして、時刻ｃの荷台傾斜角度での積荷時と空荷時の応力差に当該衝撃係数を乗じることで荷下ろし時の応力を算出している。
【００５４】
図１２はダンプトラックによる１サイクル分の作業（積み込み、積荷走行、荷下ろし及び空荷走行）を示した模式図であり、図１３は１サイクル分の作業を行ったときの評価位置における応力波形の一例を示す図である。図１２に示すように、ダンプトラックは、（１）積み込み→（２）積荷走行→（３）荷下ろし→（４）空荷走行→（１）積み込み…という作業を繰り返すが、各作業中の評価位置の応力を前述の方法により求めることができる。これにより、作業中に取得した評価位置の応力波形から、１サイクル分の作業に相当する応力波形を抽出することが可能となる。この抽出した応力波形により、例えば、１サイクル中における最大応力値、最小応力値、最大応力振幅および損傷量を計算し、保存管理することができる。なお、上記における損傷量は、例えば、レインフロー法による応力頻度解析とマイナー則による累積損傷則等の公知の方法を用いて算出できる。
【００５５】
図１３に示した例では、（１）積み込み作業時は積荷の積み込みによって段階的に応力が上昇しており、（２）積荷走行では車体振動によって応力も振動しており、（３）荷下ろし時には放土に伴い急激に応力が減少しており、（４）空荷走行では積荷走行より振幅の小さい応力が発生している。このように各作業における応力波形には独特の特徴があるため、演算処理装置３１によって応力波形の変化を分析することにより、ダンプトラックによって行われていた作業内容を判別することができ、さらには、１サイクルの開始（積み込みの開始）から終了（次の積み込みの直前）を判別することもできる。
【００５６】
次に、演算処理装置３１によって、上記の方法で得た応力波形から１サイクルごとの損傷量の推移を算出し、当該算出したデータ及びその関連データを表示装置３３に表示する場合について説明する。ここでは、演算処理装置３１は、上記の方法で得た時系列応力波形に基づいて、評価位置における最大応力値、最小応力値、応力振幅および損傷量のうち少なくとも１つを算出し、さらに、当該算出した値の少なくとも１つが閾値を超えたか否かを判定する。そして、当該算出された最大応力値、最小応力値、応力振幅および損傷量のうち少なくとも１つが当該閾値を超えたと演算処理装置３１に判定された場合には、その旨が表示装置３３に表示されるものとする。なお、ここで利用される閾値は、最大応力値、最小応力値、応力振幅および損傷量のそれぞれに設定されるものとする。
【００５７】
図１４はダンプトラックによる作業の１サイクルごとの損傷量の推移を折れ線グラフで示した図である。図１５は１サイクルごとの損傷量の推移について、現在ダンプトラックに搭乗中の作業者による直近の５サイクル分の損傷量と、他の作業者の１サイクル分の損傷量の平均値と、作業者全体の１サイクル分の損傷量の平均値とを棒グラフで示した図である。図１４，１５には、損傷量の閾値が１点鎖線で示されており、損傷量の目標値が点線で示されている。損傷量の閾値としは、例えば、ダンプトラックの走行経路に悪路が存在することを報知するための閾値、メンテナンス時期到来の目安を報知するための閾値がある。前者の閾値は１サイクル分の損傷量の閾値であり、後者のものはダンプトラックの使用開始時からの損傷量の累積値の閾値である。なお、図１４に示した閾値は、前者のものである。一方、損傷量の目標値は、搭乗中の作業者の操作目標や技量評価に関するものであり、例えば、模範的な技量を有する作業者による損傷量の平均値や、全作業者についての損傷量の平均値が利用可能である。図１４，１５に示したグラフは、例えば図１６に示すように表示装置３３に表示されることがある。
【００５８】
演算処理装置３１は、ダンプトラックに搭乗中の作業者による損傷量（例えば、１回の損傷量又は直近数回の平均値）が目標値を超えると判定した場合には、当該作業者に注意喚起をするために、損傷量が目標値を超えている旨等を表示装置３３に表示する処理を実行する。図１４，１５に示した例では、ダンプトラックに搭乗中の作業者による損傷量は、目標値を超えているため、損傷量が目標値を超えている旨の警告表示３５（図１６参照）が表示装置３３に表示される。
【００５９】
また、演算処理装置３１は、直近の数回の損傷量が連続して閾値を超え、または同現場で作業している複数のダンプトラックの損傷量が同様のタイミングで閾値を超える場合には、路面状況が悪化していると認定し、ダンプトラックの通行経路に悪路が発生している旨又は路面補修が必要な旨等を表示装置３３に表示する処理を実行する。このとき、応力波形から悪路と推定される箇所を特定し、当該推定箇所を表示装置３３に表示しても良い。図１４，１５では、図中の３及び４を付したサイクルで損傷量が閾値を超えているので、このときに表示装置３３に悪路が発生している旨が表示される。
【００６０】
さらに、演算処理装置３１は、ダンプトラックの使用開始時からの損傷量の累積値が閾値を超えると判定した場合には、メンテナンス時期が到来した旨を表示装置３３に表示する処理を実行する。このとき、評価位置に基づいてメンテナンスが必要な箇所を、メンテナンス時期到来の旨と合わせて表示しても良い。
【００６１】
なお、上記では、目標値及び閾値が超えた旨を表示装置３３に表示することで報知する場合について説明したが、警告灯や音声等、他の報知手段を用いて報知しても良い。また、これらの報知手段は、表示装置３３と同様にどの場所に設置するかは問わないものとする。
【００６２】
以上のように、本実施の形態によれば、車体振動、荷台傾斜、路面傾斜、積荷状態を考慮し、荷下ろしを含めた一連の作業サイクル（積み込み→積荷走行→荷下ろし→空荷走行）中の車体評価部位の応力波形を高精度に見積もることが可能となる。これにより、より高精度な損傷量を作業サイクル毎で算出することができ、作業者の運転の良し悪し比較や、悪路路面発生状況の把握がより正確にできるようになる。更には、ダンプトラックの損傷量の累積値に基づいて、当該部品等の残存寿命やメンテナンス時期及び箇所をより正確に報知することができる。
【符号の説明】
【００６３】
２１…前輪、２２…後輪、２３…サスペンションシリンダ（前）、２４…サスペンションシリンダ（後）、３１…演算処理装置（演算手段）、３２…記憶装置（記憶手段）、３３…表示装置（報知手段）、４３，４４…シリンダ圧力センサ、１０１…荷台、１０２…フレーム、１０３…ホイストシリンダ、１０４…ヒンジピン、１１０…加速度センサ、１１１…路面傾斜センサ、１１２…荷台傾斜センサ、２０１…積載物
【図１】
2013164396.tif 000010
【図２】
2013164396.tif 000011
【図３】
2013164396.tif 000012
【図４】
2013164396.tif 000013
【図５】
2013164396.tif 000014
【図６】
2013164396.tif 000015
【図７】
2013164396.tif 000016
【図８】
2013164396.tif 000017
【図９】
2013164396.tif 000018
【図１０】
2013164396.tif 000019
【図１１】
2013164396.tif 000020
【図１２】
2013164396.tif 000021
【図１３】
2013164396.tif 000022
【図１４】
2013164396.tif 000023
【図１５】
2013164396.tif 000024
【図１６】
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