JP2002195870A - ペイロード測定システムの粘度補正方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、機械のペイロード測定システムの
粘度補正を行うように構成された方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 機械は、ペイロードキャリヤを昇降させ
る少なくとも１つのシリンダを有する。シリンダは、作
動流体を有する流体回路に接続される。作動流体の複数
の圧力値が第１のペイロードの上昇の間に感知される。
次に、作動流体の複数の圧力値が第２のペイロードの上
昇の間に感知される。更に、第１及び第２の上昇に関連
する流体粘度を示すパラメータが確定される。作動流体
の複数の圧力値が第３のペイロードの上昇の間に感知さ
れ、第３の上昇に関連する作動流体の粘度を示すパラメ
ータが確定される。次に、第３のペイロードのペイロー
ド重量が、粘度を示すパラメータ、及び、感知された複
数の作動流体圧力値に対応して決定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、ばら荷
材料を移送する機械に関し、更に詳しくは、移送される
ばら荷材料の重量を求める装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ローダなどの機械は、一般的に、ストッ
クパイル（山積み資材）からトラック又は貨車などの輸
送機械にばら荷材料を移送するのに使用される。このよ
うな機械による積荷用途においては、最大定格能力を超
えずに最大定格能力に合わせて、輸送機械に積荷される
ことが望ましい。過少積載は、材料運材サイクルの非効
率及び輸送機械の不充分な利用の原因となる。過大積載
は、保守経費の追加及びトラックタイヤ及び懸架装置の
磨耗の増大の原因となる。更に、積み過ぎた材料は、積
載重量を減らすために降ろす必要があり、これにより経
費が増える恐れがある。従って、正確なペイロード測定
が望ましい。

【０００３】ペイロード測定は、作業生産性を判断する
方法としても望ましい。一回のシフトの間、２４時間の
時間の間、又はその他の期間の間に積載される材料の重
量を累算することができることは、作業管理者にとって
貴重なものである。既知の重量を使用して較正し、次に
機械運転中にペイロード重量を測定することができる、
感知された上昇シリンダ圧力を利用するペイロード測定
システムが開発されてきた。この測定方法は、機械が較
正される時間と機械が未知の積載量を測定している時間
との間で一貫性を保つ重量比に対する圧力に依存してい
る。この一貫性は、作動流体粘度が較正時の流体粘度か
ら外れた場合に、失われる。１９９７年２月２５日にダ
グラス他に付与された米国特許第５，６０６，５１６号
に開示されたもののような幾つかの重量測定システムが
開発されており、これらは周囲温度の変化、又は圧力変
換器の温度の変化を補償しようとしている。ダグラスに
おいて開示されたシステムは、トラックなどの機械の重
量を測定するようになっている計量台又は秤りに適用さ
れている。ダグラスは、使用される圧力変換器及び油圧
変換器の温度を測定するための温度センサの組み込みを
開示している。圧力変換器は、そのコア温度の変化に基
づいてその感知特性を変化させることができる。変換器
の温度変化は、周囲温度の変化及び恐らくは変換器内を
通過する流体温度の変化によって起こる場合がある。し
かしながら、一部が流体温度の変化によるものであった
としても、変換器の温度の変化は、ペイロード測定中の
作動流体粘度の変化を補償する方法としては効果がな
い。例えば、流体粘度変化と圧力変換器自体の温度変化
の間には、直接的な関連はない。これは、一部は、周囲
温度が圧力変換器の温度に影響を与えるということによ
るものである。更に、作動流体温度の僅かな変化によっ
て、作動流体の粘度の著しい変化が起こる可能性がある
が、圧力変換器自体の温度変動が生じることはない。

【０００４】流体粘度の変化は、ペイロード計算に顕著
な影響を与える。作動流体が使用又は経時により品質が
低下したとき、あるいは異なる粘度の流体が油圧回路に
加えられた場合に、流体の粘度は、温度が変化するにつ
れて変化する。流体粘度の変化は、流体が油圧回路の
弁、シリンダ、ポンプ及びタンクを通って流れる時、流
体の圧力に影響を与える。従って、圧力センサは温度変
化時に圧力を正確に読み取ることができるが、圧力は、
異なる温度、即ち異なる粘度において測定された同一の
ペイロード重量とは関連がない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に述べ
た問題の１つ又はそれ以上を克服しようとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様で
は、機械のペイロード重量を動的に測定する方法を開示
する。本機械は、ペイロードキャリヤを昇降させる少な
くとも１つのシリンダを有する。シリンダは、作動流体
を有する流体回路に接続される。本方法は、第１のペイ
ロードの上昇の間に作動流体の第１の複数の圧力値を感
知する段階と、第２のペイロードの上昇の間に作動流体
の第２の複数の圧力値を感知する段階と、第３のペイロ
ードの上昇の間に作動流体の第３の複数の圧力値を感知
する段階と、第３の上昇に関連する作動流体の粘度を示
すパラメータを特定する段階と、粘度を示すパラメータ
と、第１、第２及び第３の複数の作動流体圧力値とに対
応して、第３のペイロードのペイロード重量を特定する
段階とを含む。

【０００７】本発明の別の態様では、機械のペイロード
重量を動的に測定するように構成された装置を開示す
る。本機械は、ペイロードキャリヤを昇降させる少なく
とも１つのシリンダを有する。シリンダは、作動流体を
有する流体回路に接続される。本装置は、シリンダに関
連する前記作動流体の圧力を感知するように構成され、
それに対応して圧力信号を発生する圧力センサと、シリ
ンダ伸長量を示す特性を感知するように構成され、それ
に対応して伸長量信号を発生する伸長量センサと、第１
のペイロード重量を有する第１のペイロードの第１の上
昇、第２のペイロード重量を有する第２のペイロードの
第２の上昇及び第３のペイロード重量を有する第３のペ
イロードの第３の上昇に関連する、複数の伸長量及び圧
力信号と、少なくとも１つの粘度を示すパラメータ信号
とを受信し、複数の圧力信号と、複数の伸長量信号と、
粘度を示すパラメータと、第１のペイロード重量及び第
２のペイロード重量とに対応して、第３のペイロードの
重量を決定するように構成された制御装置を備える。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１では、ペイロードモニタシス
テムを、全体を要素番号１０で示す。図１は、バケット
１６の形でペイロードキャリヤを有する車輪タイプのロ
ーダ機械の前方部分を示すが、本発明は、トラックタイ
プのローダ、及び類似の積荷用具を有するその他の機械
に同様に適用可能である。バケット１６は、上昇アーム
アセンブリ１２に接続され、上昇アームアセンブリ１２
は、車両フレームに取り付けられた一対の上昇アームピ
ボットピン１３（そのうちの１本のみを図示）を中心に
して２つの油圧上昇シリンダ１４（そのうちの１本のみ
を図示）によってピボット動される。一対の上昇アーム
荷重支持ピボットピン１９（そのうちの１本のみを図
示）が上昇アームアセンブリ１２及び油圧上昇シリンダ
１４に接続される。バケット１６はまた、バケットチル
トシリンダ１５で傾動させることができる。

【０００９】ペイロードモニタシステム１０は、シリン
ダ１４の伸長量を示す特性を感知するように構成された
伸長量センサ２０を備える。１つの実施形態では、伸長
量センサは、上昇アームアセンブリ１２の形状配置又は
上昇シリンダ１４の伸長量を引き出すことができる上昇
アームピボットピン１３の１つの回転を感知するように
構成されたロータリセンサ２０である。代わりに、同一
の回転センサ２０を、同じ情報を得るために荷重支持ピ
ボットピン１９上に設置することもできる。別の実施形
態では、伸長量センサ２０は、シリンダ１４の伸長量又
は位置を感知するように構成された位置センサである。

【００１０】圧力変換器２１は、油圧上昇シリンダ１４
の１つの油圧を感知する。2つのシリンダがあるが、シ
リンダ内の圧力は、一般的に所定のペイロード及び所定
の上昇アームアセンブリ形状配置に対して同一である。
従って、本出願では、シリンダ１４のひとつに関連する
流体圧力を感知すれば十分である。更に、シリンダ１４
は、図２に示す作動流体回路２０２に接続されて、作動
流体回路２０２から作動流体を受ける。図２は、２つの
上昇シリンダ１４とチルトシリンダ１５に接続された油
圧回路２０２の一例を示す。図２は、シリンダに組み合
わされピストン５０の位置を測定する圧力センサ２０と
して、伸長量センサ２０を示す。圧力変換器２１は、圧
力変換器２１がシリンダ１４内の流体圧力を示す圧力の
感知を可能にするように設置される限り、作動流体回路
２０２のその他の位置に設置されることができる。

【００１１】更に、図２及び図３に示す温度センサ２５
を、上昇シリンダ１４に接続された油圧回路２０２内で
使用される作動流体の温度を感知するのに使用すること
ができる。好適な実施形態では、温度センサ２５は、セ
ンサが油圧回路２０２に接続されたタンク又は流体リザ
ーバ内の作動流体の温度を感知するすることができる方
法で設置される。温度センサ２５は、作動流体の温度を
示す信号を発生する。好適な実施形態では、作動流体
は、油圧油などの油圧流体である。

【００１２】図３によれば、シリンダ圧力すなわち伸長
量センサ信号、及び温度信号は、マイクロプロセッサ又
は制御装置２４に送信される。好適な実施形態では、信
号は、制御装置２４に送信される前に、それぞれのアナ
ログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器２７によって処理され
る。更に、信号は、制御装置２４内の内部メモリ、又
は、別途の記憶装置３０内に保存される。

【００１３】図４は、本発明の１つの実施形態における
シリンダ圧力とシリンダ伸長量間の関係をグラフで示
す。圧力及び伸長量データは、垂直なＹ軸が上昇シリン
ダ圧力を示し、水平なＸ軸が上昇シリンダ伸長量を示す
グラフ上にプロットされている。第１の曲線３８は、空
のローダバケット１６の第１の重量についての圧力対伸
長量データを表した曲線である。第２の曲線４０は、既
知の重量のペイロードについての圧力対伸長量データを
表した曲線である。これらの曲線３８、４０は、較正手
順中に求めることができる。既知の重量は、機械１１の
定格積載能力に、又は能力近くにあることが好ましい。
しかしながら、それに代えて、あるいは好適な空荷重及
び最大定格積載荷重近くの荷重に関連するその他のペイ
ロード重量を、較正プロセス中に使用することができ
る。図３に示す第１及び第２の曲線３８、４０を確定す
るために、圧力変換器２１によって受信された実圧力信
号は、曲線に適合するように処理され平均化されて不規
則な圧力サージを取り除いてある。曲線３８、４０は、
以下で論じるように、較正プロセス中のペイロードモニ
タシステムの基準重量曲線として、サンプル採取して保
存することができる。図４に示すように、上昇シリンダ
圧力は、ペイロードキャリア１６の上昇の間にシリンダ
伸長量が増加するにつれて増大する。

【００１４】第３の上昇曲線４３は、未知の重量に関連
する上昇曲線を示す。線上に重ね合わせて図示した曲線
４３は、曲線に適合するように処理され平均化されて不
規則な圧力サージを取り除いてある。曲線４２は、上昇
の一例における実際の圧力測定結果を表す線である。曲
線４３は、測定される重量についての圧力対伸長量を表
すものである。実験の結果、上昇シリンダ圧力は、特定
のシリンダ伸長量におけるペイロードの重量と直線的な
関係で変化することがわかった。従って、ペイロード重
量は、曲線４３が基準曲線３８、４０間にある場合は内
挿法によって、及び曲線４３が基準曲線３８、４０の外
側にある場合は外挿法によって算出することができる。

【００１５】更に、実験の結果、粘度が低下するにつれ
て油圧回路２０２内の流体圧力が低下することがわかっ
た。更に、流体温度が上昇するにつれて粘度は低下す
る。従って、図４に示すように、油圧回路２０２の同等
のペイロード及び同等の動作条件であれば、作動流体の
温度が上昇するにつれて流体圧力が低下する。流体温度
の変化によって圧力が変化すると、粘度変化が補正され
ない限り、重量計算に誤りが生じる。

【００１６】図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の方法の１つ
の実施形態を示す。本方法は、ペイロード重量の動的な
測定の間に、上昇シリンダに接続される油圧回路の作動
流体に関連する粘度の変化を補正するように構成され
る。本発明は、ペイロード測定システムの較正手順を含
む。較正手順は、異なる重量からなる２つのペイロード
を上昇させる段階、上昇の間に発生する圧力測定値の変
動を求める段階を含む。作動流体の粘度を示すパラメー
タが較正手順の間に確定される。例えば、１つの実施形
態では、秤量されるペイロードの粘度補正を行うために
温度が測定される。即ち、１つの実施形態では、較正手
順が行われる時から未知の重量のペイロードが上昇され
る時までの作動流体の粘度の変化を補償するために、温
度測定値が使用される。

【００１７】１つの実施形態では、オペレータが制御装
置２４に接続される画面表示（図示せず）からペイロー
ド較正選択肢を選択することによって、較正手順の初期
化を始めることができる。次に、制御装置２４は、較正
ルーチンを初期化してペイロードの上昇をモニタするこ
とができる。較正ルーチンが初期化されると、次に、第
１の制御ブロック５０２において、既知の重量からなる
第１のペイロードを上昇させる。好適な実施形態では、
較正時の上昇の１つの間ではペイロードキャリヤ１６は
空である。それ故に、空のペイロードキャリヤ１６を使
用して較正のための測定を行うことができる。第２の制
御ブロック５０４において、第１のペイロードの上昇の
間に作動流体の複数の圧力値が感知される。好適な実施
形態では、又、第１のペイロードの上昇の間に複数のシ
リンダ伸長量値が感知される。更に、流体圧力測定値及
び伸長量測定値は、お互いに相関関係があり、メモリに
保存されることが好ましい。１つの実施形態では、ペイ
ロードを地表面から最大上昇位置まで上昇させる。しか
しながら、上昇の範囲内でのその他の変形を行って、圧
力測定値を取得することができる。

【００１８】１つの実施形態では、ペイロード測定シス
テムは、シリンダ伸長量を連続的にモニタする。シリン
ダ伸長量データの分析に基づいて、ペイロードキャリヤ
１６が上昇中であるか否かに関して判断を行うことがで
きる。例えば、シリンダ伸長量がシリンダ伸長量閾値を
越えた場合、システムは、ペイロードは上昇中であると
結論付けることができ、流体圧力を感知して、関連のシ
リンダ伸長量測定値と共に保存することができる。シリ
ンダ伸長量が第２のシリンダ伸長量閾値を越えた場合、
上昇はペイロードを計算するために完了したと判断する
ことができる。もしくは、伸長量が１つの位置で所定の
時間量を超えて停止した場合、上昇は終了したと判断す
ることができる。あるいは、流体圧力の急激な低下があ
った場合、上昇は終了したと判断することができる。即
ち、ペイロードキャリア１４が材料を降ろすと、シリン
ダ１４内の流体圧力は急速に低下する。

【００１９】第３の制御ブロック５０６において、既知
の重量からなる第２のペイロードを上昇させる。好適な
実施形態では、第２のペイロードは、最大ペイロード重
量に近いものとなっている。第４の制御ブロック５０８
において、第２のペイロード重量の上昇の間に作動流体
の複数の圧力値が感知される。好適な実施形態では、第
２のペイロード上昇の間に複数のシリンダ伸長量値も感
知される。１つの実施形態では、感知された圧力値及び
伸長量値（測定された場合）がメモリに保存される。更
に、流体圧力測定値及び伸長量測定値はお互いに相関関
係があり、メモリに保存されることが好ましい。

【００２０】１つの実施形態では、油圧回路条件は、上
昇のそれぞれについては同じである。例えば、上昇のそ
れぞれの粘度は、同じであることが好ましい。

【００２１】第５の制御ブロック５１０において、第１
及び第２の上昇の間に流体の粘度を示す第１のパラメー
タが確定される。好適な実施形態では、作動流体温度が
粘度を示すパラメータとして感知される。それ故に、第
１及び第２の上昇に関連する作動流体の温度が確定され
る。第１及び第２の上昇は、作動流体の温度の変化が最
少になるように、時間的な観点から比較的近づけて行わ
れることが好ましい。それ故に、作動流体の温度は、第
２の上昇の間に感知して、第１及び第２の上昇に関連す
る温度として保存し利用することができる。１つの実施
形態では、温度が互いに比較される。第１及び第２の上
昇時の温度間の差が温度閾値、例えば２℃を越えた場
合、較正工程を破棄して最初からやり直すことができ
る。温度差が温度閾値を下回る場合、温度値の１つを使
用して上昇の間の温度を表すことができるか、又は温度
を合わせて平均化することができる。別の実施形態で
は、温度を単に合わせて平均化することができる。いず
れの場合でも、第１及び第２の上昇に関連する温度が確
定され、メモリに保存される。１つの実施形態では、較
正用の測定値が取得されており、ペイロードシステム
は、今や運転準備完了の状態となっている。

【００２２】第６の制御ブロック５１２において、機械
運転中に、未知の重量からなる第３のペイロードを上昇
させる。第７の制御ブロック５１４において、未知の重
量の上昇の間に複数の圧力値が感知される。第８の制御
ブロック５１６において、作動流体の粘度を示すパラメ
ータが確定される。好適な実施形態では、確定されたパ
ラメータは、作動流体の温度である。それ故に、未知の
重量の上昇の間にその温度が感知される。先に論じたよ
うに、上昇開始又は終了時期の決定は、シリンダの伸長
量及びその変化のモニタ、並びに／又は流体圧力及びそ
の変化のモニタに基づいて行うことができる。それ故
に、１つの実施形態では、ペイロード測定システムは、
機械が上昇を行っていない時には、連続的にペイロード
重量を決定しようとはしていない。

【００２３】第９の制御ブロック５１８において、第１
及び第２の粘度を示すパラメータ（例えば、第１及び第
２の温度）と、第１、第２及び第３の複数の流体圧力値
と、第１及び第２のペイロード重量と対応して、第３の
ペイロードのペイロード重量が確定される。好適な実施
形態では、第３のペイロードのペイロード重量は、第３
のペイロードの上昇が完了するまで確定されない。もし
くは、ペイロードは、データが収集されるとき、又は所
望のデータが全て収集されるとすぐに測定することがで
きる。更に、好適な実施形態では、伸長量センサデータ
を使用して第３のペイロードのペイロード重量を測定す
ることが好ましい。

【００２４】好適な実施形態では、第３のペイロード重
量の確定には、ペイロードの未補正重量値の測定が含ま
れる。それで、未補正ペイロード重量は、ペイロードシ
ステムの較正時と運転時との間の粘度の変化を補正する
ように修正される。従って、未知の重量の上昇の間に感
知された流体圧力と、空のバケット（即ち、第１の上
昇）の上昇の間に感知された流体圧力との間の第１の圧
力差が求められる。既知の重量の上昇の間に感知された
流体圧力と、空のペイロード重量の上昇の間に感知され
た流体圧力との間の第２の圧力差が求められる。第１の
圧力差を第２の圧力差で除し、その結果に既知のペイロ
ード重量を乗じる。好適な実施形態では、次の方程式を
使用して未補正の未知のペイロード重量を求める。 ここで、ペイロードは未知の重量である。Ｃａｌ＿Ｗｔ
は、較正時の既知の重量、即ち第２の重量から第１の重
量を差引いたものである。Ｐｄは、未知の重量の上昇の
間の任意のシリンダ伸長量における感知された流体圧力
と空のバケットの上昇の間に感知された関連の圧力との
間の差である。Ｃｄは、既知の重量の上昇の間の任意の
シリンダ伸長量における感知された流体圧力と空のバケ
ットの上昇の間の任意のシリンダ伸長量における関連の
感知された圧力との間の差である。ｎは、ペイロード重
量を求める際に使用される圧力測定値の数である。１つ
の実施形態では、受信された有効圧力測定値は全て使用
される。もしくは、１つ又はそれ以上の測定値のサブセ
ットを使用することができる。

【００２５】第３のペイロードの未補正の重量が求めら
れると、その重量は、粘度変化を補正するために修正す
ることができる。先に触れたように、好適な実施形態で
は、粘度変化は、流体温度測定値を組み込むことによっ
て補正することができる。好適な実施形態では、温度の
関数としてペイロード重量を修正する方程式は以下の通
りである。 Ｐｌｄ＿ｕｐｄｔ＝ペイロード+（ｍ^*ｄＴｅｍｐ） ここで、ｄＴｅｍｐは、未知の重量の上昇の間に感知さ
れた作動流体の温度と較正時の流体温度との間の差であ
る。ｍは、実験的に求めた値であり実施内容次第であ
る。例えば、この値は、機械の種類又は構成により別の
値に変わる可能性がある。

【００２６】図６は、温度差に基づいて望まれる代表的
なペイロード調整の1つの実施形態を示すグラフであ
る。値ｍは、図6の温度（又は粘度）補正曲線に近付け
るために実験的に求められる。

【００２７】別の実施形態では、第３のペイロード重量
の確定には、第１の上昇の間に感知される圧力値の平均
を求める段階が含まれる。この平均圧力は、第１の上昇
の完了後に感知され、その時点でメモリに保存される。
更に、第２の上昇の間に感知される圧力値の平均を平均
することができる。この平均はまた、第２の上昇後に求
めて保存することができる。平均圧力差を求めるため
に、平均圧力値が互いに比較される。第３の上昇に関連
する圧力値はまた、共に平均化される。第１すなわち空
荷重の上昇、及び第３の上昇の平均圧力値は、第２の平
均圧力差を求めるために互いに比較される。更に、第１
及び第２の上昇の間の作動流体の温度に関連する第１の
温度と、第３の上昇の間の作動流体に関連する感知され
た温度との間で、温度差を求めることができる。次ぎ
に、第１及び第２の上昇の平均圧力差、第１及び第３の
上昇の平均圧力差、及び温度差の関数として、ペイロー
ド重量を決定することができる。この関係は、次の方程
式で特徴付けることができる。 Ｐｌｄ＿ｕｐｄｔ＝（Ｃａｌ＿Ｗｔ＊ｄＰ２／ｄＰ３）
+（ｍ＊ｄＴｅｍｐ） ここで、Ｃａｌ＿Ｗｔは、較正時の既知の重量、つま
り、第２の重量から第１の重量を差引いたものである。 ｄＰ２＝第１及び第２の上昇に関連する平均圧力差 ｄＰ３＝第１及び第３の上昇に関連する平均圧力差 ｍは、実験的に求められる値であり、実施内容に依存す
る。定数ｍは、図６の温度（又は粘度）補正曲線に近づ
けるために実験的に求められる。

【００２８】ローダ１１の一般的な積載サイクルには、
順次、ストックパイルを掘削し及び／又はクラウディン
グする段階、バケット１６を戻して荷重を維持する段
階、反転してバケット１６を上げながらパイルから後退
する段階、バケット１６を連続的に上げながら積載サイ
ト又は輸送車両まで走行する段階、最後に上昇位置から
荷重を放下する段階が含まれる。機械は、通常、上昇サ
イクルの開始時に掘削していて、上昇サイクル終了時に
放下を行っている。それ故に、シリンダ圧力は、上昇サ
イクルの各終了時には大幅に変動し、上昇される実ペイ
ロードを示さないデータを感知する可能性がある。更
に、シリンダ伸長量は、材料が放下される場所によって
は動作中に変動する可能性がある。例えば、積載トラッ
クが異なれば、トラックに材料を積み込む前に得なけれ
ばならない高さが異なる可能性がある。更に、放下パイ
ルの大きさによっては、放下パイルに必要な上昇伸長量
が材料を放下されるトラックの高さと異なる可能性があ
る。それ故に、好適な実施形態では、感知された圧力値
が上昇時のペイロードを示していると考えることができ
る、つまり、感知された圧力値が有効データであると考
えることができる所望の上昇範囲が確定される。例え
ば、１つの実施形態では、所望の上昇範囲は、上昇シリ
ンダの最大伸長量の５０％（所望最小上昇閾値）から８
０％（所望最大上昇閾値）までの間である。それ故に、
好適な実施形態では、第１、第２及び第３の上昇のいず
れについても感知された圧力値は、関連の感知されたシ
リンダ伸長量が所望上昇範囲内である場合に限り用いら
れる。

【００２９】もしくは、所望の上昇範囲は、感知された
圧力の分析に基づいて確定することができる。例えば、
感知された圧力値を分析して、２つ又は幾つかの圧力読
取値間の圧力差が許容圧力差未満となる時期を決定する
ことができる。例えば、連続的な圧力値がシリンダ伸長
量の小さな変動発生時に広範な圧力変動を示した場合、
その圧力読取値をペイロード測定較正、又は測定プロセ
スから省くことができる。その他のデータフィルタリン
グ及び分析手法を用いて、データが有効であり上昇を表
す時期を決定することができる。このようにして、シス
テムは、データ安定性と上昇開始及び終了時期を自動的
に勘案することができる。もしくは、感知された圧力が
処理中に考慮すべき圧力範囲内になければならないよう
に、所望の圧力範囲を確定してもよい。

【００３０】好適な実施形態では、作動流体温度が較正
温度閾値を上回ったとき、較正プロセスが実施される。
実験の結果、作動流体が温度閾値を下回るとき、例え
ば、５０℃のとき圧力読取値は較正中に劇的に変動し、
ペイロード測定値が不正確になることがわかった。１つ
の実施形態では、システムは、作動流体が較正温度閾値
にあるか又は較正温度閾値を超えているときに、安定状
態に達すると言われている。それ故に、好適な実施形態
では、流体温度が較正温度閾値を下回る場合にはシステ
ムは構成を行わない。過去の較正値が利用できる場合に
は、ペイロード測定値として過去の値を引き続き利用す
ることができる。もしくは、機械のオペレータは、較正
を行うことができるように作動流体温度が上昇するま
で、高いアイドリング回転数でエンジンを回転させる
か、又は、一回又はそれ以上の回数バケット16を上昇さ
せるなどにより、エンジンを暖気することができる。

【００３１】1つの実施形態では、作動流体温度が所望の
流体較正温度を下回るときに構成を行うことができる。
1つの実施形態では、温度が所望の温度閾値を下回ると
き、温度の関数としてペイロード重量を修正するための
方程式は以下の通りである。 Ｐｌｄ＿ｕｐｄｔ＝ペイロード+（ｍ＊ｄＴｅｍｐ+Ｂ） ここで、ｄＴｅｍｐは、未知の重量の上昇の間に感知さ
れた作動流体温度と較正時の流体温度との差である。ｍ
及びＢは、実験的に求めた値であり実施内容次第であ
る。例えば、この値は、機械の種類又は構成により別の
値に変わる可能性がある。

【００３２】値Ｂは、ペイロードオフセット調整値を表
す。ペイロードオフセットは、1つの形態のペイロード
偏差又はペイロード移動補正である。即ち、例えば、エ
ンジンを始動したときシステムは過渡状態である。ペイ
ロードシステムは、作動流体の温度が上がり始めると作
動流体粘度が変化し始めるなど、幾つかの問題による変
動を経験しているかもしれない。図7は、較正が所望の
温度閾値を下回って行われる時システム状態が変動する
ことによる、或るペイロードについて発生するペイロー
ド変動を示す。システム状態の変動の一例は、流体温度
が変化する時発生する作動流体粘度の変動である。その
結果、この例では、ペイロード測定値は、所望の温度閾
値を下回る温度でシステムを較正したことを考慮して、
相殺されるか、又は、シフトされる必要があろう。それ
故に、本発明の１つの実施形態では、温度が較正閾値を
下回るときに発生するペイロードシフトを補償するため
に、上記の方程式で示した値Ｂを利用している。シフト
変数Ｂは、較正を行った流体温度に依存する変数である
かもしれない。それ故に、Ｂの異なる値を保存して、較
正温度に基づいて使用することができる。

【００３３】好適な実施形態では、ペイロードシステム
が安定状態に達すると較正手順が行われる。上述のよう
に、好適な実施形態では、流体温度が約５０°Ｃに達す
ると定常状態に達する、つまり少なくとも、システムは
安定して所望の状態となり、例えば、矛盾する圧力読取
値が少なくなる。しかしながら、その他のパラメータを
感知して、エンジン冷却液温度又は伝達装置油温など、
システムが定常状態に達する時期を決定することができ
る。

【００３４】上記のペイロード測定較正及びモニタ手法
の代替手法として、又は、それに関連して、その他の粘
度補正手法を使用することができる。例えば、１つの実
施形態では、較正プロセスの間に作動流体の粘度を測定
することができる。オペレータは、機械及び関連の油圧
回路を、例えば低いアイドリング運転、地面に置いたペ
イロードキャリヤ及び油圧回路上の一貫した負荷などの
定められた位置に配置することができる。ペイロードキ
ャリヤ１６に、オペレータによって移動するように指令
することができ、又、キャリヤ１６の応答時間を測定し
てどのような遅延（ある場合）が存在するか決定するこ
とができる。伸長量センサを使用して、即ち、キャリヤ
１６の指令された動きと実際の動きとの間の遅れをモニ
タして応答時間を決定することができる。応答時間は、
異なる流体等級の標準応答時間と比較することができ
る。応答時間の比較に基づいて、作動流体の現行の粘度
を決定するか又は見積もることができる。又、温度読取
値を粘度の決定に組み込むことができる。次に、ペイロ
ード測定中に粘度による変数を用いて測定値を向上させ
ることができる。例えば、図６に示す曲線など、複数の
粘度補正曲線を実験的に作成して、異なる粘度に対する
異なる温度に基づいた所望のペイロード調整を表すこと
ができる。更に、確定された流体粘度、温度差、及び絶
対流体温度読取値のペイロード測定における変化を表す
ために、補正曲線で実際の温度を補償することができ
る。このようにして、ペイロード測定値に更なる精度を
与えることができる。

【００３５】本発明の作用を、ペイロード重量を知るこ
とが重要である積載用途に使用することに関して詳しく
説明した。本ペイロード測定システムは、又、ローダ車
両生産性をモニタすることが望ましい作業において貴重
である。

【００３６】ペイロードモニタ１０を使用する前に、シ
ステムを構成すべきである。又、異なるバケット１６へ
の切り替え、又は、上昇アームアセンブリサブシステム
のいずれかの実質的なオーバホールなど、上昇アームア
センブリ構成に変化があったときは常に較正を繰り返す
べきである。好適な実施形態では、ペイロードモニタ１
０の較正には、空のバケット１６を用いて地面レベルか
ら放下レベルまで上昇アームアセンブリ１２を上昇させ
ること、ペイロード重量を確定すること、バケット１６
に既知の重量の材料を入れて手順を繰り返すことが含ま
れる。既知の重量は、ローダ車両１１の定格能力近く
か、又は、ローダ車両１１の定格能力にあることが好ま
しい。更に、バケット１６は、確実にペイロード重量の
重心（Ｃ．Ｇ．）がバケット１６の中心近くに常に保た
れるように、上昇プロセスの間に戻すことが好ましい。
戻されたバケット１６に関する制約は、重心移動を補正
するためにバケットの傾度を感知するようにチルトシリ
ンダ１５内に位置センサを含めることによって取り除く
ことができる。

【００３７】ローダ１１の一般的な積載サイクルには、
順次、ストックパイルを掘削し及び／又はクラウディン
グする段階、バケット１６を戻して荷重を維持する段
階、反転してバケット１６を上げながらパイルから後退
する段階、バケット１６を連続的に上げながら積載サイ
ト又は輸送車両まで走行する段階、最後に上昇位置から
荷重を放下する段階が含まれる。この積載サイクルは、
動的なペイロードモニタ１０を使用しても阻害されな
い。なぜならば、機械１０の停止は必要とされず、バケ
ット１６は、一定の期間特定の高さに位置決めする必要
がないからである。

【００３８】本発明は、リンク構成の違いを補正するこ
とによって、異なるリンク構成を有するその他の機械に
拡大使用することができる。予想される適用可能な機械
の種類には、掘削機、フロントショベル、バックホウロ
ーダ、及び少なくとも１つのリンク構成とそのリンク構
成を変更するための少なくとも１つの油圧回路を有する
機械が含まれる。これらの車両のリンク構成について
は、作業サイクル中のシリンダ圧力及びリンク形状配置
を検出するために、圧力センサ及び伸長量センサが更に
必要であろう。しかしながら、基本的なペイロード重量
計算は同じである。

【００３９】本発明のその他の態様、目的、及び利点
は、図面、開示内容、及び特許請求の範囲を詳細に検討
すれば得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ローダ機械の前部分の側面図である。

【図２】本発明に関連する油圧回路の例を示す図であ
る。

【図３】本発明の実施形態のブロック図である。

【図４】シリンダ伸長量に対するシリンダ圧力を示すグ
ラフである。

【図５Ａ】本発明の方法の１つの実施形態を示す図であ
る。

【図５Ｂ】本発明の方法の１つの実施形態を示す図であ
る。

【図６】流体温度差に対するペイロード調整値を示すグ
ラフである。

【図７】ペイロード重量推移を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ ペイロードモニタシステム １１ ローダ １２ 上昇アームアセンブリ １３ 上昇アームピボットピン １４ 油圧上昇シリンダ １５ バケットチルトシリンダ １６ バケット １９ 上昇アーム荷重支持ピボットピン ２０ 伸長量センサ ２１ 圧力変換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドゥガン ウム アメリカ合衆国 イリノイ州 61614 ピ オーリア ノース ユニヴァーシティー 6516 Ｆターム(参考） 3H089 AA73 AA74 BB30 CC01 DA02 DB46 DB49 EE31 FF03 FF07 GG02 JJ01

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動流体を有する流体回路に接続され
   た、ペイロードキャリヤを昇降させるための少なくとも
   １つのシリンダを有する機械のペイロード重量を動的に
   測定する方法であって、 第１のペイロード重量を有する第１のペイロードを上昇
   させる段階と、 前記第１のペイロードの前記上昇の間に、前記作動流体
   の第１の複数の圧力値を感知する段階と、 第２のペイロード重量を有する第２のペイロードを上昇
   させる段階と、 前記第２のペイロードの前記上昇の間に、前記作動流体
   の第２の複数の圧力値を感知する段階と、 前記第１の上昇及び前記第２の上昇に関連する前記作動
   流体の第１の温度を特定する段階と、 第３のペイロード重量を有する第３のペイロードを上昇
   させる段階と、 前記第３のペイロードの前記上昇の間に、前記作動流体
   の第３の複数の圧力値を感知する段階と、 前記第３の上昇に関連する前記作動流体の第２の温度を
   特定する段階と、 前記第１の作動流体温度と、前記第２の作動流体温度
   と、前記第１、第２及び第３の複数の作動流体圧力値
   と、前記第１及び第２のペイロード重量とに対応して、
   前記第３のペイロードのペイロード重量を確定する段階
   と、を含むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 ペイロード重量を確定する前記段階は、 前記第１及び前記第２の複数の圧力値間の第１の平均圧
   力差を求める段階と、 前記第１及び前記第３の複数の圧力値間の第２の平均圧
   力差を求める段階と、 前記第１の流体温度と前記第２の流体温度間の流体温度
   差を求める段階と、 前記第１の作動流体温度と、前記第２の作動流体温度
   と、前記第１及び第２の平均圧力差と、前記第１及び第
   ２のペイロード重量とに対応して、前記第３のペイロー
   ド重量を確定する段階と、を更に含むことを更に特徴と
   する請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記第３の複数の圧力値の第３の平均圧
   力を求める前記段階は、 所望の上昇範囲を前記第３の上昇内に確定する段階と、 前記所望の上昇範囲の間に感知される前記第３の複数の
   圧力値の第３の平均圧力を求める段階と、を更に含むこ
   とを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 所望の上昇範囲を確定する前記段階は所
   望の最小上昇閾値を確定する段階と、 所望の最大上昇閾値を確定する段階と、を更に含むこと
   を特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 所望の上昇範囲を確定する前記段階は、
   前記第３の上昇の間に複数のシリンダの伸長量を測定す
   る段階を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記第３の複数の圧力値の第３の平均圧
   力を求める前記段階は、 所望の圧力範囲を前記第３の上昇内に確定する段階と、 前記所望の圧力範囲内で感知される前記第３の複数の圧
   力値の第３の平均圧力を求める段階と、を含むことを特
   徴とする請求項２に記載の方法。
7. 【請求項７】 第１の複数の圧力値を感知する前記段階
   は、 温度閾値を確定する段階と、 前記作動流体の温度を感知する段階と、 前記温度閾値を越える前記感知された温度に対応して、
   前記第１の複数の圧力値を感知する段階と、を含むこと
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記第１の温度を確定する前記段階は、 前記第１の上昇の間に、前記作動流体の第１の上昇時温
   度を感知する段階と、 前記第２の上昇の間に、前記作動流体の第２の上昇時温
   度を感知する段階と、 前記第１の上昇時温度と前記第２の上昇時温度との平均
   値を得る段階と、 前記平均値に対応して前記第１の温度を特定する段階
   と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記第１の温度を特定する前記段階は、 前記第１の上昇の間に、前記作動流体の第１の上昇時温
   度を感知する段階と、 前記第２の上昇の間に前記作動流体の第２の上昇時温度
   を感知する段階と、 前記第２の上昇時温度の温度閾値内にある前記第１の上
   昇時温度に対応して、前記第１の温度を特定する段階
   と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 【請求項１０】 作動流体を有する流体回路に接続され
    た、ペイロードキャリヤを昇降させるための少なくとも
    １つのシリンダを有する機械のペイロード重量を動的に
    測定するように構成された装置であって、 前記シリンダに関連する前記作動流体の圧力を感知する
    ように構成され、それに対応して圧力信号を発生する圧
    力センサと、 前記シリンダの伸長量を示す特性を感知するように構成
    され、それに対応して伸長量信号を発生する伸長量セン
    サと、 前記作動流体の温度を感知するように構成され、それに
    対応して温度信号を発生する温度センサと、 第１のペイロード重量を有する第１のペイロードの第１
    の上昇、第２のペイロード重量を有する第２のペイロー
    ドの第２の上昇及び第３のペイロード重量を有する第３
    のペイロードの第３の上昇の間に、複数の前記伸長量信
    号及び複数の前記圧力信号を受信し、前記第１の上昇及
    び前記第２の上昇の間に少なくとも１つの温度信号を受
    信し、前記第３の上昇の間に温度信号を受信して、前記
    複数の圧力信号と、前記複数の伸長量信号と、前記少な
    くとも１つの較正温度信号と、前記第３の上昇時温度信
    号と、前記第１のペイロード重量と、前記第２のペイロ
    ード重量とに対応して、前記第３のペイロードの重量を
    決定するように構成された制御装置と、を含むことを特
    徴とする装置。
11. 【請求項１１】 前記少なくとも１つの較正温度と前記
    第３の上昇時温度とに対応して温度差を求め、前記複数
    の圧力信号と、前記複数の伸長量信号と、前記温度差
    と、前記第１のペイロード重量と、前記第２のペイロー
    ド重量とに対応して、前記第３のペイロード重量を決定
    するように更に構成されたことを特徴とする請求項１０
    に記載の制御装置。
12. 【請求項１２】 前記制御装置は、前記第１の上昇及び
    第２の上昇に関連する前記複数の圧力信号に対応して第
    １の圧力差と、前記第１の上昇及び前記第２の上昇に関
    連する前記複数の圧力信号に対応して第２の圧力差とを
    求め、前記第１及び前記第２のペイロード重量間の重量
    差を求め、前記第１及び第２の圧力差と前記重量差とに
    対応して未補正の第３の重量を求め、前記未補正重量及
    び前記温度差に対応して前記第３のペイロード重量を決
    定するように更になっていることを特徴とする請求項１
    １に記載の装置。
13. 【請求項１３】 作動流体を有する流体回路に接続され
    た、ペイロードキャリヤを昇降させるための少なくとも
    １つのシリンダを有する車両のペイロード重量を動的に
    測定する方法であって、 第１のペイロード重量を有する第１のペイロードを上昇
    させる段階と、 第２のペイロード重量を有する第２のペイロードを上昇
    させる段階と、 前記第１及び第２の上昇の少なくとも１つの間に、前記
    作動流体の第１の粘土を確定する段階と、 第３のペイロード重量を有する第３のペイロードを上昇
    させる段階と、 前記第３の上昇の間に第１の作動流体温度を感知する段
    階と、 前記第１の流体温度に対応して前記粘度の変化を求める
    段階と、 前記第１のペイロード重量と、前記第２のペイロード重
    量と、前記粘度変化とに対応して、前記第３のペイロー
    ド重量を決定する段階と、を含む方法。
14. 【請求項１４】 前記第１のペイロードの前記上昇の間
    に前記作動流体の第１の複数の圧力値を感知する前記段
    階と、 前記第２のペイロードの前記上昇の間に前記作動流体の
    第２の複数の圧力値を感知する段階と、 前記第３のペイロードの前記上昇の間に前記作動流体の
    第３の複数の圧力値を感知する段階と、を更に含むこと
    を特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記第３のペイロードの重量を決定す
    る前記段階は、前記粘度変化と、前記第１、第２及び第
    ３の複数の作動流体圧力値と、前記第１及び第２のペイ
    ロード重量とに対応して、第３のペイロードに対応する
    前記第３のペイロード重量を決定する段階を更に含むこ
    とを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記第１の上昇及び前記第２の上昇に
    関連する前記作動流体の第２の流体温度を特定する段階
    を更に含み、 前記粘度変化を求める前記段階は、前記第１及び第２の
    温度に対応して前記粘度変化を求める段階を含む、こと
    を特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 作動流体を有する流体回路に接続され
    た、ペイロードキャリヤを昇降させるための少なくとも
    １つのシリンダを有する機械のペイロード重量を動的に
    測定する方法であって、 第１のペイロード重量を有する第１のペイロードを上昇
    させる段階と、 前記第１のペイロードの前記上昇の間に、前記作動流体
    の第１の複数の圧力値を感知する段階と、 第２のペイロード重量を有する第２のペイロードを上昇
    させる段階と、 前記第２のペイロードの前記上昇の間に、前記作動流体
    の第２の複数の圧力値を感知する段階と、 前記第１の上昇及び前記第２の上昇に関連する前記作動
    流体の粘度を示すパラメータを特定する段階と、 第３のペイロード重量を有する第３のペイロードを上昇
    させる段階と、 前記第３のペイロードの前記上昇の間に、前記作動流体
    の第３の複数の圧力値を感知する段階と、 前記第３の上昇に関連する前記作動流体の前記粘度を示
    す第２のパラメータを特定する段階と、 前記第１の粘度パラメータと、前記第２の粘度パラメー
    タと、前記第１、第２及び第３の複数の作動流体圧力値
    と、前記第１及び第２のペイロード重量とに対応して、
    前記第３のペイロードのペイロード重量を特定する段階
    と、を含むことを特徴とする方法。