JP2005061984A - 建設機械の荷重計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
精度の高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】
荷重計測処理Ｓ１により、圧力センサ５によって計測されたサスペンションシリンダの圧力の値から荷重を算出する。荷重量保存処理Ｓ３では、作業判定処理Ｓ２により空荷状態と判定されたとき、荷重計測処理Ｓ１により算出された空荷荷重Ｗｅを蓄積保存する。荷重補正処理Ｓ４において、空荷荷重Ｗｅと、積込み量を求めるために用いられる空荷状態での空荷補正量Ｗｏとの差が所定値以上の場合、空荷補正量Ｗｏを前記空荷荷重Ｗｅで置き換える。
【選択図】 図２

Description

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。

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。

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。

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、特許文献１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。

そこで、例えば、特許文献２や、特許文献３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。

特許第２７１９３２８号公報

特開昭６０−１６１５３２号公報 特開平６−２２１９０２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２や特許文献３に記載されているように、サスペンションのシリンダ圧により荷重を計測する方式では、サスペンションは荷重計測を目的としているものではないため、計測の精度に影響する多くの要因を持っている。従来の方式では、積荷状態の荷重を計測し、車体重量の設計値による空荷状態の荷重を差し引くことで、積荷量を求めているが、例えば、シリンダに封入したガスが洩れることによる圧力の低下や、経年劣化によるシリンダの摩擦抵抗の変化などにより、空荷状態の荷重も変化する。また、ボディに付着する土砂のために、空荷状態の荷重が変化するという問題もあった。

本発明の目的は、精度の高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。

（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と、この圧力計測手段によって計測された圧力の値から荷重を算出する荷重計測手段を有する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を判定する作業判定手段と、この判定手段により空荷状態と判定されたとき、前記荷重計測手段により算出された空荷荷重Ｗｅを蓄積保存する荷重量保存手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、精度の高い荷重計測が行えるようになるものである。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記空荷荷重Ｗｅと、積込み量を求めるために用いられる空荷状態での空荷補正量Ｗｏとの差が所定値以上の場合、空荷補正量Ｗｏを前記空荷荷重Ｗｅで置き換える荷重補正手段を備えるようにしたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記荷重計測手段は、前記作業判定手段により前記建設機械が積荷状態と判定されたときの積荷荷重Ｗｔを計測し、前記荷重量保存手段はこの積荷荷重Ｗｔを蓄積保存するとともに、前記荷重補正手段は、前記荷重量保存手段に蓄積保存された積荷荷重Ｗｔと空荷荷重Ｗｅとの間の変化に長期的な比例相関がある場合に、前記圧力計測手段で計測された圧力値から前記荷重計測手段で荷重を算出する際に用いる関係式の係数を補正するようにしたものである。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記荷重補正手段は、蓄積保存されている積荷荷重を修正するようにしたものである。

本発明によれば、精度の高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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、荷重補正処理Ｓ４と、蓄積データ補正処理Ｓ５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。

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。

積荷の荷重Ｗｐ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Ｗｔ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Ｗｅによって補正された空荷状態の補正荷重Ｗ０を減算することによって算出される。

従来は、積荷荷重Ｗｐは、積荷状態における荷重計測値Ｗｔから、車体重量の設計値による空荷状態の補正荷重Ｗｏを差し引いて求めていた。しかしながら、例えば、シリンダに封入したガスがもれることによる圧力の低下や、経年劣化によるシリンダの摩擦抵抗の変化などにより、空荷状態の荷重が変化するし、また、ボディに付着する土砂のために、空荷状体の荷重が変化するものであった。

そこで、本実施形態では、空荷の状態における空荷計測値Ｗｅを計測し、この空荷計測値Ｗｅにより補正荷重Ｗ０を補正し、積荷状態における荷重計測値Ｗｔから、補正荷重Ｗ０を減算することによって積荷の荷重Ｗｐを算出するようにしている。

次に、図３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。

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Ｗｐ、および、車体速度信号７，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。

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する。ダンプトラックが空荷状態で移動している時、本実施形態においては、荷重計測処理Ｓ１により、空荷状態の荷重Ｗｅを所定タイミングで繰り返し計測する。したがって、常に空荷状態においては、そのときの荷重Ｗｅが計測され、ＲＡＭ１５に蓄積されている。

ここで、前述したように、サスペンションシリンダ４の封入ガスの漏れによる圧力の低下や、経年劣化によるシリンダの摩擦抵抗の変化のために、空荷状態の荷重が変化する。このように、シリンダ圧力と荷重の関係式の誤差が生じると、シリンダ圧力と荷重の関係式の係数をある程度の頻度で補正する必要が生じる。また、ボディに付着する土砂によって空荷荷重が変化する場合もある。

荷重補正Ｓ２５は、計測された空荷荷重Ｗｅが、予め車体の設計荷重等により定められている補正荷重Ｗｏに対して、規定値以上に乖離した場合に補正要求を行うことで呼び出される。ここで、規定値とは、例えば、−５％〜＋１０％としている。すなわち、計測された空荷荷重Ｗｅが、０．９５×補正荷重Ｗｏ〜１．１×補正荷重Ｗｏの範囲から外れた状態となったとき、補正要求を行うようにする。なお、規定値の範囲を、プラス側に大きくしているのは、ボディへの土砂の付着を考慮しているためである。この荷重補正Ｓ２４の処理内容は、後述する荷重補正処理Ｓ４によって実行される。空荷荷重Ｗｅによって補正荷重Ｗｏが補正されると、補正された値が新たな補正荷重Ｗｏとして、以後の処理で用いられる。

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Ｗｐを表示している。積込み量Ｗｐは、積込み中の荷重計測値Ｗｔから、補正荷重Ｗｏを減算することによって算出される。空荷荷重Ｗｅは、空荷状態で移動中に計測されるが、その計測値Ｗｅは、走行する路面の凹凸の状態，路面の傾斜，走行中の加減速の有無等で変化するため、積込み量Ｗｐを求めるために用いるには適していない。そこで、予め車体の設計荷重等により定められている補正荷重Ｗｏ若しくは、この補正荷重Ｗｏを荷重補正処理Ｓ２５で補正したところの補正荷重Ｗｏを用いて、積込み量Ｗｐ（＝Ｗｔ−Ｗｏ）を算出するようにしている。

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。

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。ダンプトラックによるホッパーへの放土時には、ダンプトラックは、ホッパーに対して背面を向けた後、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ようにしている。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。

なお、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。放土なしの判定は、ダンプトラックのボディが上昇していないことを、ボディ操作レバー８からの信号で判断することができる。なお、ボディの上昇の有無に代えて、荷重計測値Ｗｔが一定値以上減少していないことでも、放土なしを判断することができる。

放土Ｓ２４の状態において、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。放土の終了は、ダンプトラックのボディが着座したことを、ボディ操作レバー８からの信号で判断することができる。なお、ボディの着座に代えて、積載量Ｗｐがゼロ近傍（０ｔ±１０％）になったことでも、放土終了と判断することができる。

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を、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する。空荷移動から放土までの一連の作業が終了するごとに、これらのデータをＲＡＭメモリ１６に追加する。

ここで、図４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いて保存される荷重計測値データの内容について説明する。
図４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いて保存される荷重計測値データの説明図である。

図４に示すように、保存されるデータＴ０１は、開始時刻と、終了時刻と、総重量Ｗｔと、空荷荷重Ｗｅと、補正荷重Ｗ０と、積荷荷重Ｗｐと、空荷移動距離と、積荷移動距離とからなっている。開始時刻及び終了時刻は、それぞれ、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である。総重量Ｗｔから補正荷重Ｗ０を差し引いたものが積荷荷重Ｗｐである。空荷移動距離は、図３の空荷移動Ｓ２１により空荷で移動していると判断された時の移動距離である。積荷移動距離は、積込み完了後、積荷移動して、放土されるまでの移動距離である。

次に、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荷重補正処理Ｓ４の内容について説明する。
図５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荷重補正処理Ｓ４の処理内容を示すフローチャートである。

荷重補正処理Ｓ４は、荷重量保存処理Ｓ３により保存蓄積されたデータを蓄積保存するごとに呼び出される。

ステップＦ１０において、空荷荷重Ｗｅと現在の空荷補正量Ｗｏを比較し、この差（Ｗｅ−Ｗｏ）がそれまでの保存蓄積されている過去の一定期間に及んで規定値を越えるかどうかを判定する。ここで、過去の一定期間とは、例えば、１週間とか、２週間とかの期間である。規定値とは、例えば、−５％〜＋１０％としている。すなわち、計測された空荷荷重Ｗｅが、過去の一定期間に亘って、０．９５×補正荷重Ｗｏ〜１．１×補正荷重Ｗｏの範囲から外れた状態となったときは、ステップＦ２０に進み、そうでないときは処理を終了する。ここで、差（Ｗｅ−Ｗｏ）が規定値を越えてもその期間が短く、それまでの保存蓄積されている過去の一定期間に亘っては規定値を越えていない場合は処理を終了するがこのよな場合とは、ボディの上昇下降動作によって荷重計測値が一時的に変動した場合や、積荷の偏りによって荷重計測値が一時的に変動した場合や、サスペンションシリンダの摩擦抵抗により荷重計測値が一時的に変動した場合等である。

ここで、参考までに、図６を用いて、空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔの変化の一例について説明する。
図６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空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔの変化の一例の説明図である。図６において、横軸は計測回数を示し、縦軸は符号Ａが空荷補正量Ｗｏ（ｔ）を示し、符号Ｂが空荷荷重Ｗｅ（ｔ）を示し、符号Ｃが積荷荷重Ｗｔ（ｔ）を示している。

図示するように、空荷荷重Ｗｅと現在の空荷補正量Ｗｏを比較し、この差（Ｗｅ−Ｗｏ）がそれまでの保存蓄積されている過去の一定期間に及んで規定値を越えるいる場合に、差（Ｗｅ−Ｗｏ）が規定値を越えていると判断される。

差（Ｗｅ−Ｗｏ）が規定値を越えている場合は、ステップＦ２０において、空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔとの間に一定期間比例相関があるか否かを判定し、比例相関がある場合にはステップＦ３０に進み、比例相関がない場合にはステップＦ４０に進む。

個々で、図７を用いて、空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔとの間の比例相関について説明する。
図７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空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔとの比例相関の有無の説明図である。図７（Ａ）は比例相関がある場合を示し、図７（Ｂ）は比例相関がない場合を示している。

ここで、最大荷重量Ｗstdは、その現場での積荷状態での平均的な積載量若しくはそのダンプトラックの最大積載量とする。また、空荷状態での代表荷重値Ｗｅ(av)は、規定値との差の判定に用いられるもので、一定期間の空荷荷重Ｗｅの平均値や最頻値とする。さらに、積荷状態での代表荷重値Ｗｔ(av)は、一定期間の積荷荷重Ｗｔの平均値や最頻値とする。

一般にサスペンションのシリンダオイルの温度が気候により変化したり、シリンダに封入したガスが漏れてシリンダ内の圧力が低下した場合、シリンダに掛かる加重の重さに比例して誤差も広がることになる。この場合は、図７（Ａ）に示すように、比（空荷状態での代表荷重値Ｗｅ(av)／空荷補正量Ｗｏ）が、比（空荷状態での代表荷重値Ｗｅ(av)／最大荷重量Ｗstd）に近似することとなり、このような場合を荷重に対して「比例相関がある」と称するものとする。

一方、車体への追加搭載によるシリンダにかかる車体重量の変化やシリンダブッシュの摩耗による摩擦抵抗の低下が起こると、シリンダにかかる荷重の重さと誤差とは比例しないことなる。このような場合は、図７（Ｂ）に示すように、差（空荷状態での代表荷重値Ｗｅ(av)−空荷補正量Ｗｏ）と、差（空荷状態での代表荷重値Ｗｅ(av)−最大荷重量Ｗstd）が近似することとなる。このような場合を荷重に対して「比例相関がない」と称するものとする。

比例相関がある場合には、ステップＦ３０において、荷重算出の係数を以下のようにして補正する。
シリンダ圧Ｐから荷重Ｗを計測する関係式は、簡易的に、以下の式（１）で表されるものとする。

Ｗ＝Ｋ・ｆ（Ｐ）＋Ｃ …（１）

ここで、Ｋ，Ｃは、定数である。

比例相関がある場合は、式（１）において比例係数Ｋが誤差を含むことになる。そこで、空荷状態の時の代表値Ｗｅ(av)と圧力Ｐｅとの間の、以下の式（２）で表される関係式、

Ｗｅ(av)＝Ｋ・ｆ（Ｐｅ）＋Ｃ …（２）

に対して、以下の式（３）を満たす新たな比例係数Ｋ’を求める。

Ｗｏ＝Ｋ’・ｆ（Ｐｅ）＋Ｃ …（３）

すなわち、式（２）及び式（３）から以下の式（４）により、

Ｋ’＝Ｋ・（Ｗｏ−Ｃ）／（Ｗｅ(av）−Ｃ） …（４）

新たな補正係数Ｋ’を求め、以後は、この新たな補正係数Ｋ’を用いて、シリンダ圧から荷重計測値を算出することにより、誤差を低減することができる。

一方、空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔに比例相関が見られない場合は、ステップＦ４０において、空荷補正量Ｗｏを、計測されている空荷荷重Ｗｅで置き換える。空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔに比例相関が見られない場合とは、空荷荷重Ｗｅと空荷補正量Ｗｏとが乖離している傾向がある場合であり、例えば、ボディにボディライナーを裏打ちした場合のように、空荷補正量Ｗｏ自体が、予め車体の設計荷重等により定められている値とは違っている場合であり、このような場合は、空荷荷重Ｗｅを、補正荷重Ｗｏとすることにより、空荷補正量Ｗｏと空荷荷重Ｗｅとの間の誤差を低減することができる。また、長期間にわたって、ボディに土砂が付着したままになっている場合にも、空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔに比例相関が見られないものである。

また、比例相関がない場合は、式（１）において定数Ｃが誤差を含むことになる。そこで、空荷補正量Ｗｏを空荷荷重Ｗｅで置き換える代わりに、次のようにして補正することも可能である。すなわち、比例相関がない場合、式（２）に対して、以下の式（５）を満たす新たな定数Ｃ’を求める。

Ｗｏ＝Ｋ・ｆ（Ｐｅ）＋Ｃ’ …（５）

すなわち、式（２）及び式（５）から以下の式（６）により、

Ｃ’＝Ｃ−（Ｗｅ(av）−Ｗｏ） …（６）

新たな定数Ｃ’を求め、以後は、この新たな定数Ｃ’を用いて、シリンダ圧から荷重計測値を算出することにより、誤差を低減することができる。

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、荷重算出の係数を補正し、また、空荷補正量Ｗｏを変更し、積荷荷重を算出するようにしてもよいものである。

なお、上述の方法では、新たな補正係数Ｋ’や定数Ｃ’を求めているが、比（Ｗｅ／Ｗｏ）に対して、事前に用意してある補正値テーブルを用いて補正するようにしてもよいものである。

ここで、図８を用いて、補正値テーブルを用いる補正方法について説明する。 図８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いて用いる補正値テーブルの説明図である。図８（Ａ）は式（１）の補正係数Ｋの補正値テーブルを示し、図８（Ｂ）は式（１）の定数Ｃの補正値テーブルを示している。

図８（Ａ），（Ｂ）において、縦の行は空荷状態の荷重Ｗｅと荷重補正量Ｗｏとの比（Ｗｅ／Ｗｏ）の値を示し、横の行は積荷状態の荷重Ｗｔと積荷状態での平均的な積載量Ｗstdとの比（Ｗｔ／Ｗstd）の値を示している。

空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔに比例相関がある場合は、図８（Ａ）のテーブルを用いて、比（Ｗｅ／Ｗｏ）と比（Ｗｔ／Ｗstd）の値から、対応する数値Ｔｋを抽出し、以下の式（７）により、

Ｋ’＝Ｋ／Ｔｋ …（７）

新たな補正係数Ｋ’を求める。

また、空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔに比例相関がない場合は、図８（Ｂ）のテーブルを用いて、比（Ｗｅ／Ｗｏ）と比（Ｗｔ／Ｗstd）の値から、対応する数値Ｔｃを抽出し、以下の式（８）により、

Ｃ’＝Ｃ＋Ｔｃ・Ｗｏ …（８）

新たな定数Ｃ’を求める。

例えば、比（Ｗｅ／Ｗｏ）＝１．２で、比（Ｗｔ／Ｗstd）＝１．１の場合には、数値Ｔｋ＝１．２となり、数値Ｔｃ＝０となり、補正係数Ｋのみが、Ｋ’＝Ｋ／１．２と補正されることになる。

このように補正テーブルを用いる方法であれば、積込状態の荷重Ｗｔが毎回変動が多い現場には、Ｗｔ／Ｗstdの影響を少なくするように数値Ｔｋを設定するなど、状況に合わせて調整を行い易くなるものである。

なお、縦の行の空荷状態の荷重Ｗｅに代えて、空荷状態での代表荷重値Ｗｅ(av)を用い、また、横の行の積荷状態の荷重Ｗｔに代えて、積荷状態での代表荷重値Ｗｔ(av)を用いるようにしてもよいものである。

次に、図９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蓄積データ補正処理Ｓ５の内容について説明する。
図９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蓄積データ補正処理Ｓ５の処理内容を示すフローチャートである。

荷重補正処理Ｓ４において、係数の補正や空荷補正量の修正が行われた場合、蓄積データ補正処理Ｓ５では、荷重の保存蓄積データＴ１に対して、すでに蓄積されたデータを補正する。

図９のステップＧ１において、蓄積データＴ１に保存された空荷荷重Ｗｅと空荷補正量Ｗｏの差が連続して規定値以上の区間を検出する。

そして、ステップＧ２において、該当する区間が検出できたか否かを判定し、検出できない場合には補正処理は終了する。

該当する区間が検出されると、ステップＧ３において、その区間Ｉｃに含まれる空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔから、それぞれ空荷の代表荷重Ｗｅ(av)と積荷の代表荷重Ｗｔ(av)を算出する。そして、図８に示した補正テーブルを用いて、補正係数Ｋ’及び補正定数Ｃ’を算出する。

次に、ステップＧ４において、区間Ｉｃに含まれる全ての処理が終了したか否かを判定し、全て終了するまで処理Ｇ１〜Ｇ３を繰り返し、全て終了するとステップＧ５に進む。

ステップＧ５において、区間Ｉｃに含まれるそれぞれの積荷荷重Ｗｔ[n]に対して、補正された積荷荷重Ｗ’ｔ[n]を算出する。なお、添え字の[n]は、区間ＩＣに含まれる個数を示している。積荷荷重Ｗｔを算出した時の関数ｆ（Ｐｔ）の値は、式（１）から、

ｆ（Ｐｔ）＝（Ｗｔ−Ｃ）／Ｋ …（９）

として求められる。式（９）を補正後の荷重の計算式

Ｗ’ｔ＝Ｋ’・ｆ（Ｐ）＋Ｃ’ …（１０）

に代入することで、補正された総重量は、既知の係数Ｋ，Ｃ、補正された係数Ｋ’，Ｃ’及び蓄積データに保存された積荷荷重Ｗｔより、以下の式（１１）のように、

Ｗ’ｔ[n]＝Ｋ’・（Ｗｔ[n]−Ｃ）／Ｋ＋Ｃ’ …（１１）

荷重の補正値Ｗ’[n]を算出できる。式（１１）では、荷重計測時の圧力Ｐｔが保存されていなくても補正値Ｗ’ｔを求めることができるため、装置のＲＡＭ領域に影響を与えることがないものである。

最後にステップＧ６において、荷重の補正値Ｗ’ｔ[n]を補正前の積荷荷重Ｗｔに替えて蓄積データＴ１に保存する。

なお、この蓄積データの補正処理は、車体に搭載した図２の処理装置１０の内部で実行してもよいし、無線によって積荷荷重Ｗｔが収集され、保存されている場合には、その蓄積されたデータに対して行ってもよいものである。

このように、蓄積データに対して遡って修正することで、蓄積データから生産量を管理する際に、生産量を高精度に管理することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、空荷移動から積込み、放土までのダンプトラックの一連の作業ごとに、空荷での荷重量を蓄積保存し、その空荷荷重の長期的な変化によって、荷重計測の関係式の補正を行うことにより、高精度な荷重計測値を得ることができる。また、この補正に伴い、保存してある積込み量を修正して、生産量の高精度な管理を行えるものとなる。

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。 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。 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。 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いて保存される荷重計測値データの説明図である。 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荷重補正処理Ｓ４の処理内容を示すフローチャートである。 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空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔの変化の一例の説明図である。 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空荷荷重Ｗｅと積荷荷重Ｗｔとの比例相関の有無の説明図である。 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いて用いる補正値テーブルの説明図である。 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蓄積データ補正処理Ｓ５の処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

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
７…車体速度
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
Ｓ４…荷重補正処理
Ｓ５…蓄積データ補正処理

Claims (4)

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と、
   この圧力計測手段によって計測された圧力の値から荷重を算出する荷重計測手段を有する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を判定する作業判定手段と、
   この作業判定手段により空荷状態と判定されたとき、前記荷重計測手段により算出された空荷荷重Ｗｅを蓄積保存する荷重量保存手段を備えたことを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
2. 請求項１記載の建設機械の荷重計測装置において、
   前記空荷荷重Ｗｅと、積込み量を求めるために用いられる空荷状態での空荷補正量Ｗｏとの差が所定値以上の場合、空荷補正量Ｗｏを前記空荷荷重Ｗｅで置き換える荷重補正手段を備えたことを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
3. 請求項２記載の建設機械の荷重計測装置において、
   前記荷重計測手段は、前記作業判定手段により前記建設機械が積荷状態と判定されたときの積荷荷重Ｗｔを計測し、前記荷重量保存手段はこの積荷荷重Ｗｔを蓄積保存するとともに、
   前記荷重補正手段は、前記荷重量保存手段に蓄積保存された積荷荷重Ｗｔと空荷荷重Ｗｅとの間の変化に長期的な比例相関がある場合に、前記圧力計測手段で計測された圧力値から前記荷重計測手段で荷重を算出する際に用いる関係式の係数を補正することを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
4. 請求項３記載の建設機械の荷重計測装置において、
   前記荷重補正手段は、蓄積保存されている積荷荷重を修正することを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
   
   

Images