CN107250737B - 工程机械的载荷计测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过监视悬架缸的状态而能够进一步提高计测精度的新型的工程机械的载荷计测装置。具备：基于多个悬架缸(51)的负荷来运算装载载荷的装载载荷运算单元(111)；和装载载荷确认单元(112)，其在悬架缸(51)的负荷均为规定值以上时，将运算出的装载载荷输出，只要有一个少于规定值时，就不将运算出的装载载荷输出，而是使其无效化。由此，只要在各悬架缸(51)的负荷中的一个少于规定值时，也判断为车身(10)的前后左右平衡并不良好，不将运算出的装载载荷输出，而是使其无效化，因此，能够避免进行误差大的计测。

Description

工程机械的载荷计测装置
技术领域
本发明涉及以提高自卸卡车等工程机械的载荷计测精度为目的的工程机械的载荷计测装置。
背景技术
在矿山和采石现场等活动的自卸卡车上，搭载有用于防止装载过量或掌握现场生产量等的载荷计测装置。例如以下专利文献1所示，该载荷计测装置从支承车身的多个(通常在车身的前后左右合计四个)悬架所承载的压力来进行载荷计测，并随时进行计测值的记录、显示。
在这种载荷计测装置中，能否在通常的载货行驶中获得适于载荷计测的状态大多取决于行驶路线。例如，在进行山地炸崩的采石现场可见的在山的上方装载采石并直接从斜面下去的情况下等，由于行驶路面没有平坦之处，所以无法进行精度良好的载荷计测。因此，例如以下专利文献2所示，在行驶状态或地面状态的影响小的定时、例如在自卸卡车卸载时进行的倒车期间，计测载荷并记录计测值。
另外，如以下专利文献3所示，还提出了一种为了抑制行驶中的摇晃和悬架缸的摩擦阻力的影响而将各悬架的压力进行平均化处理的技术。进一步地，如以下专利文献3所示，在自卸卡车沿着曲线状的行驶路线行驶的情况下，由于左右平衡性失衡的情况很多，所以在这种情况下还提出了一种通过控制载荷计测来提高计测精度的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-298449号公报
专利文献2：日本特开2005-43267号公报
专利文献3：日本特开昭60-161532号公报
专利文献4：日本专利第5160468号公报
发明内容
然而，前述的以往的载荷计测装置使用的四个悬架缸在其内部封入有被称为NEOCON(硅类油)的油分和氮气。这种悬架缸内的压力总是处于有规定内压(充气设定压力)的状态，但有时会因车身上扬时或保养不当等而变成规定的充气设定压力以下。在这种状态下，车身前后左右的平衡变得不稳定，载荷计测的误差变大。
另外，即使将所有悬架缸的充气设定压力都设为规定值的充气设定压力，但有时因装载时的姿态而使得载荷平衡变得不稳定，四个悬架缸中仅有三个或两个来承受载荷，因此也不能判断为所有悬架缸均匀地承载了载荷。
于是，本发明是为了解决这些课题而提出的，其目的在于，提供一种通过考虑悬架缸的状态而能够提高装载载荷的计测精度的新型的工程机械的载荷计测装置。
为了解决所述课题，第1方案是一种工程机械的载荷计测装置，其具备基于多个悬架缸的负荷来运算装载载荷的装载载荷运算单元，该工程机械的载荷计测装置的特征在于，具备装载载荷确认单元，其在各所述悬架缸的负荷均为规定值以上时，将由所述装载载荷运算单元运算出的装载载荷输出，只要在各所述悬架缸的负荷中有一个少于规定值时就不将由所述装载载荷运算单元运算出的装载载荷输出，而是使其无效化。
根据这种结构，装载载荷确认单元只要在各悬架缸的负荷中有一个少于规定值时就判断为车身的前后左右平衡并不良好，不将由所述装载载荷运算单元运算出的装载载荷输出，而是使其无效化，因此，能够避免进行了误差大的计测。由此，由于仅输出准确的计测值，所以能够提高装载载荷的计测精度。
第2方案的工程机械的载荷计测装置的特征在于，在第1方案中，各所述悬架缸的负荷基于各悬架缸的内部承载的压力来运算。根据这种结构，在因车身上扬时或保养不当等而使悬架缸的内部承载的压力变成规定压力以下的情况下，装载载荷确认单元能够不将由所述装载载荷运算单元运算出的装载载荷输出，而是使其无效化。
第3方案的工程机械的载荷计测装置的特征在于，在第2方案中，对所述悬架缸承载的压力是封入在所述悬架缸内的流体的压力(充气设定压力)。根据这种结构，在因车身上扬时或保养不当等而使悬架缸内的流体压力变成规定压力以下的情况下，装载载荷确认单元能够不将由所述装载载荷运算部运算出的装载载荷输出，而是使其无效化。
第4方案的工程机械的载荷计测装置的特征在于，在第1方案中，各所述悬架缸的负荷基于各悬架缸的行程(伸缩量)来运算。根据这种结构，在因车身上扬时或保养不当等而使悬架缸的行程超过规定范围时，装载载荷确认单元能够不将由所述装载载荷运算部运算出的装载载荷输出，而是使其无效化。
第5方案的工程机械的载荷计测装置的特征在于，在第1至4的任一方案中，所述悬架缸的负荷的规定值在前轮侧的悬架缸中与在后轮侧的悬架缸中不同。通常，在自卸卡车的结构上，很多情况下在前轮侧的悬架缸与后轮侧的悬架缸中承载的负荷不同。因此，根据这种结构，能够进行与各悬架缸对应的最佳的输出无效的判断。
第6方案的工程机械的载荷计测装置的特征在于，在第1至4的任一方案中，所述悬架缸的负荷的规定值在前后左右各悬架缸中不同。通常，在自卸卡车的结构上，存在各悬架缸分别承载的负荷不同的情况。因此，根据这种结构，能够进行与各悬架缸对应的最佳的输出无效的判断。
发明效果
根据本发明，只要在各悬架缸的负荷中有一个少于规定值时就判断为车身的前后左右平衡并不良好，不将由所述装载载荷运算部运算出的装载载荷输出，而是使其无效化，因此，能够避免进行误差大的计测。由此，由于仅输出准确的计测值，所以能够进一步提高计测精度。
附图说明
图1是应用了本发明的载荷计测装置100的工程机械的一例即自卸卡车200的侧视图。
图2是表示悬架缸51、61的简略构造的纵剖视图。
图3是本发明的载荷计测装置100的硬件结构图。
图4是本发明的载荷计测装置100的功能框图。
图5是表示本发明的载荷计测装置100进行的处理的流程的一例的流程图。
图6是本发明的载荷计测装置100的功能框图。
图7是表示本发明的载荷计测装置100进行的处理的流程的一例的流程图。
具体实施方式
接着，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1至图5表示本发明的工程机械的载荷计测装置100的一个实施方式。图1是应用了本发明的载荷计测装置100的工程机械的一例即自卸卡车200的侧视图。图2是表示设置在该自卸卡车200上的悬架缸51、61的简略构造的纵剖视图。图3是本发明的载荷计测装置100的结构图。图4同样是本发明的载荷计测装置100的功能框图。图5同样是本发明的载荷计测装置100的处理流程图。
如图1所示，应用了本发明的载荷计测装置100的自卸卡车200具备：车身10；设于该车身10的前部的驾驶室20；用于装载砂土和采石等载货的主体30；使该主体30如点划线所示的那样在上下方向上转动的主体操作缸40；配置在车身10的前侧左右的前轮50(另一方未图示)；分别支承该前轮50、50的前侧左右的悬架缸51(另一方未图示)；配置在车身10的后侧左右的后轮60(另一方未图示)；和分别支承该后轮60、60的后侧左右的悬架缸61(另一方未图示)。此外，后轮60、60在车身10的后侧左右分别设置有一组，每组两个合计具备四个。
另外，如图1所示，在车身10的驾驶室20内设有检测车身10的前后方向上的倾斜角度的倾斜传感器70。另外，在左右的后轮60、60上设有分别检测它们的旋转速度的后轮速度检测器80、80，另外，在车身10上设有检测车身10的速度的车身速度检测器90。
在这些配置在车身10的前后左右的四个悬架缸51、51、61、61上，如图2所示，作为对载货的载荷进行计测的设备而分别安装有用于计测各缸承载的载荷的压力传感器52、52、62、62。
如图2所示，该悬架缸51、51、61、61由支承车轮50、50、60、60侧的缸54和支承车身10侧的活塞55构成。活塞55由在缸54内上下滑动的活塞主体55a和与该活塞主体55a连结的活塞筒55b构成。
而且，通过该活塞主体55a将缸54内划分成上室56和下室57，油经由形成在活塞主体55a上的节流孔55c而在上室56与下室57之间流通。在与下室57连通的活塞筒55b内与油一起封入有氮气，该氮气的压力由设置在活塞筒55b上的气压传感器53随时进行计测。如图3所示，来自这些传感器52、53、62、70的计测信号被输入本发明的载荷计测装置100。
图3表示本发明的载荷计测装置100的硬件结构。如图所示，向该载荷计测装置100内输入以下信号：来自检测车身10的前后的倾斜角度的倾斜传感器70的检测信号；来自检测车身10的速度的车身速度检测器90的检测信号；来自分别检测左右的后轮60、60的旋转速度的后轮速度检测器80、80的检测信号；来自对各悬架缸51、51、61、61的各载荷进行计测的压力传感器52、52、62、62的检测信号；以及来自对各悬架缸51、51、61、61内的气压进行计测的气压传感器53、53、63、63的检测信号。
该载荷计测装置100具有按照各种处理程序进行运算的运算部(CPU)110；驱动该运算部110的定时器120；用于获取时刻的计时器130；保存各种处理程序的读入专用存储器(ROM)140；临时保存变量值和载荷计测的结果即载荷数据的随机存取存储器(RAM)150；进行传感器输入或通信的输入接口160；以及将运算部110的运算结果向设置在驾驶室20内的显示装置180和管理中心等外部装置(未图示)输出的输出接口170。
在ROM140中，除了各种处理程序外，如图4所示，还存储有前轮侧悬架缸51、51及后轮侧悬架缸61、61的各缸的截面面积的值D；由前轮侧悬架缸51、51及后轮侧悬架缸61、61支承的车身10侧的重量G；修正全载荷Pt特性A，其用于求出作用于所有悬架缸51、51、61、61的全载荷Pt来作为在基于来自倾斜传感器70的车身10的倾斜角度θ而检测出倾斜没有作用的情况下的全载荷Pt；修正前后载荷比X的特性B，其用于求出作用于前轮侧悬架缸51、51的载荷PF与作用于后轮侧悬架缸61、61的载荷PR的悬架载荷比Xt(Xt＝PF/PR)来作为在基于来自倾斜传感器70的车身10的倾斜角度θ而检测出倾斜没有作用的情况下的载荷比X；以及全载荷Pt的修正比率的特性C，其用于基于修正前后载荷比X来求出全载荷Pt的偏心装载修正比率Xa。
接着，利用图3及图4的功能框图以及图5的流程图对这种结构的本发明的载荷计测装置100中的具体处理的流程进行说明。如图4所示，图3所示的载荷计测装置100的运算部110根据存储在ROM14内的各种处理程序作为对装载入主体30内的载货量(装载量)进行运算的装载载荷运算单元111；和确认是否将由该装载载荷运算单元111运算出的载货量(装载量)输出的装载载荷确认单元112发挥作用。
如图4所示，首先，装载载荷运算单元111具有：第一乘法器11a、11a，其将来自用于对前轮侧悬架缸51、51的各缸压进行计测的压力传感器52、52的缸压与预先存储的悬架缸51的截面面积的值D分别相乘，来运算分别作用于前轮侧悬架缸51、51的载荷；第二乘法器12a、12a，其同样将来自用于对后轮侧悬架缸61、61的各悬架缸压进行计测的压力传感器62、62的悬架缸压与预先存储的悬架缸62的截面面积的值D分别相乘，来运算分别作用于后轮侧悬架缸61、61的载荷；第一加法器11c，其将来自第一乘法器11a、11a的前轮侧悬架缸51、51的载荷相加，来运算作用于前轮侧悬架缸51、51的前侧载荷PF；第二加法器11d，其同样运算来自第二乘法器11b、11b的作用于后轮侧悬架缸61、61的后侧载荷PR；和第三加法器11e，其将来自第一加法器11c的前侧载荷PF与来自第二加法器11d的后侧载荷PR相加，来运算悬架缸51、51、61、61的全载荷Pt。
进一步地，该装载载荷运算单元111具备：全载荷修正运算部11f，其针对来自加法器11e的悬架缸51、51、61、61的全载荷Pt，基于来自倾斜传感器70的倾斜角度θ和预先存储的修正全载荷Pt的特性A来运算在车身10没有倾斜的情况下的修正全载荷Pt；第一除法器11g，其对来自第一加法器11c的前侧载荷PF与来自第二加法器11d的后侧载荷PR的前后载荷比Xt(Xt＝PF/PR)进行运算；前后载荷比修正运算部11h，其针对来自该第一除法器11g的前后载荷比Xt，基于来自倾斜传感器70的倾斜角度θ和预先存储的修正前后载荷比X的特性B，运算出在车身10未倾斜的情况下的修正前后载荷比X；车身停止修正部11i，其基于车身速度信号判定车身10是行驶还是停止；全载荷修正比率运算部11j，其基于来自前后载荷比修正运算部11h的修正前后载荷比X和全载荷Pt的偏心装载修正比率的特性C来运算全载荷Pt的偏心装载修正比率Xa；第二除法器11k，其将来自该全载荷修正运算部11f的修正全载荷Pt除以来自全载荷修正比率运算部11j的全载荷Pt的偏心装载修正比率Y；第三乘法器11m，其将来自该第二除法器11k的全载荷Pt乘以悬架载荷比；以及减法器11n，其从来自该第三乘法器11m的全载荷Pt减去由前轮侧悬架缸51、51及后轮侧悬架缸61、61支承的车身10侧的重量即悬架上框架质量，以运算装载质量。
另一方面，装载载荷确认单元112具备：装载质量的振幅计测部12a，其在规定的时间内对来自装载载荷运算单元111的装载质量进行数次采样计测；装载质量的振幅确认部12b，其求出来自该装载质量的振幅计测部12a的计测值的平均值，并相对于该平均值确认最大计测值与最小计测值的差变成最小的情况；速度差检测器12e，其对来自检测左右的各后轮60、60的旋转速度的左右后轮速度检测器62、62的各速度之差进行运算；以及第一确认运算部(逻辑积运算部：AND(与))12c，其在满足以下三个条件的的情况下，将来自所述装载载荷运算单元111的装载质量输出，只要这些条件中的任意一条不满足的情况下，设为将来自装载载荷运算单元111的装载质量作为最终的装载质量的输出是无效的，这三个条件是：来自车身速度检测器90的车身速度达到预先设定的设定值(例如数km/h)以上的情况，即所谓的能够进行载荷计测的行驶状态的情况(条件1)；来自装载载荷的最小振幅确认部12b的装载质量在振幅内的情况(条件2)；来自后轮速度检测器62、62的各速度之差比预先设定的设定值小的情况，即所谓的能够判断为不是在曲线状的路线上而是在直线状的路线上行驶的情况(条件3)。
进一步地，该装载载荷确认单元112在具备该第一确认运算部12c的基础上，还具备第二确认运算部(逻辑积运算部：AND)12d。该第二确认运算部12d基于来自前述各悬架缸51、51、61、61所具备的各气压传感器53、53、63、63的检测值，判断各悬架缸51、51、61、61内的气压，在所有这些气压为规定值以上时(条件4)，保持由所述第一确认运算部12c运算出的装载质量并向外部的显示装置180进行最终输出，只要在这些气压中的一个少于规定值时，就不将由所述第一确认运算部12c运算出的装载载荷向外部的显示装置180进行最终输出，而是使其无效化。此外，该悬架缸51、51、61、61的气压的规定值并不限于全部相同(数MPa～十数MPa)的情况，也有前轮与后轮不同、或者各车轮均各不相同的情况。
接着，参照图5的流程图对这种结构的本发明的工程机械的载荷计测装置100的处理动作的一例进行说明。若打开发动机开关启动了本装置100，转移到最初的步骤S100，装载载荷运算单元111的第一及第二乘法器11a、11a、11b、11b对从压力传感器52、52、62、62读入的前轮50、50侧的悬架缸51、51及后轮60侧的悬架缸61、61的各缸压进行计测，并向下一步骤S102转移。在步骤S102中，将这些各缸压与预先存储的缸51、51、61、61的截面面积的值D分别相乘，来运算分别作用于该悬架缸51、51、61、61的载荷，并向下一步骤S204转移。
在下一步骤S104中，通过第一加法器11c将来自第一乘法器11a、11a的前轮侧悬架缸51、51的载荷相加，来运算作用于前轮侧悬架缸51、51的前侧载荷PF。另外，同样地，第二加法器11d也运算来自第二乘法器11b、11b的作用于后轮侧悬架缸61、61的后侧载荷PR。然后，第三加法器11e将来自第一加法器11c的前侧载荷PF与来自第二加法器11d的后侧载荷PR相加，来运算悬架缸51、51、61、61的全载荷Pt。
与此并行地，在步骤S106中，通过第一除法器11g运算来自第一加法器11c的前侧载荷PF与来自第二加法器11d的后侧载荷PR的前后载荷比Xt(Xt＝PF/PR)，并向步骤S110转移。同样地，在步骤S108中，基于来自倾斜传感器70的信号对倾斜角度θ进行计测，并向步骤S110转移。
在步骤S110中，运算重量的修正量。即，全载荷修正运算部11f针对来自第三加法器11e的悬架缸51、51、61、61的全载荷Pt，基于倾斜角度θ和预先存储的修正全载荷Pt特性A运算出车身10未倾斜的情况下的修正全载荷Pt。另外，前后载荷比修正运算部11h针对来自第一除法器11g的前后载荷比Xt，基于来自倾斜传感器70的倾斜角度θ和预先存储的修正前后载荷比X的特性B，运算出车身10未倾斜的情况下的修正前后载荷比X。
全载荷修正比率运算部11j基于来自前后载荷比修正运算部11h的修正前后载荷比X和全载荷Pt的偏心装载修正比率的特性C来运算全载荷Pt的偏心装载修正比率Xa。另外，第二除法器11k将来自全载荷修正运算部11f的修正全载荷Pt除以来自全载荷修正比率运算部11j的全载荷Pt的偏心装载修正比率Y。此时，读入车速信号，在判定为车身停止时，不进行这些处理。然后，减法器11n从来自第二除法器11k的全载荷Pt减去由前轮侧悬架缸51、51及后轮侧悬架缸61、61支承的车身10侧的框架质量，来运算装载质量，并向下一步骤S116转移。
接着，在步骤S116中，通过装载载荷确认单元112中的装载质量的振幅计测部12a，在规定的时间内对来自装载载荷运算单元111的装载质量进行数次采样计测。装载质量的振幅确认部12b求出来自振幅计测部12a的计测值的平均值，且相对于该平均值确认最大计测值与最小计测值的差变成最小的情况，并向步骤S120转移。另外，与此同时，在步骤S112、114、118中，通过速度差检测器12e运算来自后轮速度检测器62、62的各速度之差。
在步骤S120中，通过第一确认运算部12c在以下三个条件得到满足的情况(是)下将来自装载载荷运算单元111的装载质量作为装载量输出，并向下一步骤S122转移，这三个条件是：来自车身速度检测器90的车身10的速度达到预先设定的设定值(例如数km/h)以上的情况，即所谓的能够进行载荷计测的行驶状态的情况(条件1)；来自装载质量的振幅确认部12b的装载质量在最小振幅内的情况(条件2)；来自速度差检测器12e的后轮速度检测器62、62的各速度之差比预先设定的设定值小的情况，即所谓的能够判断为不是在曲线状的路线上而是在直线状的路线上行驶的情况(条件3)。另一方面，只要在条件1～3中的任意一条得不到满足的情况(否)下，就使来自装载载荷运算单元111的装载质量的输出无效，并返回步骤S116。
在步骤S122中，第二确认运算部12d基于来自气压传感器53、53、63、63的计测值判断所有悬架缸51、51、61、61的气压是否超过既定值。然后，在判断为超过的情况(是)下，将从第一确认运算部12c输出的装载质量作为装载量输出，并向下一步骤S124转移，只要在任意一个被判断为低于既定值的情况(否)下，就使从第一确认运算部12c输出的装载质量无效，并返回步骤S116。
然后，在步骤S124中，将以满足所有这些条件1～4的状态得到的来自装载载荷运算单元111的装载质量保持、输出，并显示在显示装置180上。
这样，本发明要求不仅满足了自卸卡车200的行驶路线和装载质量的振幅等条件，即使各悬架缸51、51、61、61的充气设定压力中有一个少于规定值时，就判断为车身的前后左右平衡并不良好，不将由装载载荷运算部111运算出的装载进行质量输出，而是使其无效化，因此，能够避免保持并显示误差大的计测值。由此，由于仅输出准确的计测值，所以能够进一步提高计测精度。
此外，在本实施方式中，在最初通过第一确认运算部12c确认到满足了条件1～3时，第二确认运算部12d判断悬架缸的气压是否全部满足既定值(条件4)，但也可以先判断该条件4，然后在该条件满足时再判断所述条件1～3是否满足。另外，作为该判断的阶段，不仅限于在第一确认运算部12c的紧前面，也能够是更早的阶段，例如在步骤S100的紧后进行。
另外，在本实施方式中，基于悬架缸51、51、61、61的气压判断了载荷计测的可靠性，但如图2所示，也可以代替该悬架缸51、51、61、61的气压传感器53、53、63、63或者与该气压传感器53、53、63、63一并地，设有对悬架缸51、51、61、61的行程量(伸缩量)进行计测的行程传感器58。这是因为，只要在悬架缸51、51、61、61中任一个的伸缩量变得极大的情况下就能判断为车身的前后左右平衡不稳定。而且，在该情况下也如图6及图7所示，在由该行程传感器58计测出的悬架缸51、51、61、61的行程量超过既定范围的情况下，也可以判断为车身的前后左右平衡变得不稳定、或者判断为悬架缸51、51、61、61发生了异常，并使其输出无效。
附图标记说明
10…车身
50…前轮
51…前轮侧悬架缸
52、62…压力传感器
53、63…气压传感器
58…行程传感器
60…后轮
61…后轮侧悬架缸
62…后轮速度检测器
70…倾斜传感器
90…车身速度检测器
100…载荷计测装置
111…装载载荷运算单元
112…装载载荷确认单元
12c…第一确认运算部
12d…第二确认运算部
180…显示装置
200…自卸卡车

Claims (6)

1.一种工程机械的载荷计测装置，其具备基于前后左右四个悬架缸的负荷来运算装载载荷的装载载荷运算单元，该工程机械的载荷计测装置的特征在于，
具备装载载荷确认单元，其通过前后左右四个所述悬架缸各自所具备的各气压传感器来检测各悬架缸内的气压，在检测到的四个所述气压均为规定值以上时，将由所述装载载荷运算单元运算出的装载载荷输出，只要在检测到的四个所述气压中有一个少于规定值时就不将由所述装载载荷运算单元运算出的装载载荷输出，而是使其无效化。
2.根据权利要求1所述的工程机械的载荷计测装置，其特征在于，
所述悬架缸内的气压的规定值在前轮侧的悬架缸中与后轮侧的悬架缸中不同。
3.根据权利要求1所述的工程机械的载荷计测装置，其特征在于，
所述悬架缸内的气压的规定值在前后左右各悬架缸中不同。
4.一种工程机械的载荷计测装置，其具备基于前后左右四个悬架缸的负荷来运算装载载荷的装载载荷运算单元，该工程机械的载荷计测装置的特征在于，
具备装载载荷确认单元，其通过前后左右四个所述悬架缸各自所具备的各行程传感器来检测各悬架缸的行程，在检测到的四个所述行程均为规定值以上时，将由所述装载载荷运算单元运算出的装载载荷输出，只要在检测到的四个所述行程中有一个少于规定值时就不将由所述装载载荷运算单元运算出的装载载荷输出，而是使其无效化。
5.根据权利要求4所述的工程机械的载荷计测装置，其特征在于，
所述悬架缸的行程的规定值在前轮侧的悬架缸中与后轮侧的悬架缸中不同。
6.根据权利要求4所述的工程机械的载荷计测装置，其特征在于，
所述悬架缸的行程的规定值在前后左右各悬架缸中不同。
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