JP2023141523A - ホイールローダ - Google Patents

Abstract

【課題】ホイールローダに積載した積載物の位置がバケット内を移動しても積載重量を取得できるようにし、ホイールローダの作業において積載物の重量測定を容易に正しく行うことができるホイールローダを提供する。【解決手段】フロントフレーム等価重量を記録して保持し、バケットシリンダ圧力センサを使用し、積荷位置の変化に対応してバケット内の積載重量を計測する。【選択図】図４

Description

本発明は、生産量管理などのために積載重量計測を行うホイールローダに関する。

ホイールローダは、車輪で走行し、駆動方式は四輪駆動で、操舵は中折れ式の機械、およびその派生機械にあたる機械であり、車輪が設けられた車両（車体ないしフレームとも呼ぶ）の前方に土砂を掬い込むバケット等の作業機を装着している。ホイールローダは、バケットの高さと角度、車両の走行する向きと速度を、運転席に搭乗したオペレータが操作し、地表面より上の土砂をバケットで掬い込む掘削作業や、掬い込んだ土砂を移動する運搬作業や、掬い込んだ土砂をダンプトラックの荷台に放土する積込み作業を行う。

ホイールローダの作業は土砂の運搬や積込であり、作業進捗を運搬や積込を行った土砂の重量で管理することが行われている。運搬中や積込中の土砂の重量を測定するため、作業中に作業機（バケット）内の土砂の重量を測定する方法として、特許文献１や特許文献２では、作業機（バケット）内の土砂の重量をシリンダ内の圧力を用いて荷重に変換する方法が開示されている。

特開２００６－０７８３４８号公報 特開２０２０－００２６９８号公報

特許文献１に記載の方法は、フロントフレームからリフトアームを支える構造がリフトシリンダだけの例に基づく方法である。ホイールローダは、リフトアームをリフトシリンダとバケットシリンダの両方で支えている構造であり、特許文献１と支持構造が異なるため、特許文献１に記載の計算式を適用できない。そこで、特許文献２では、バケットを支えるシリンダの変位毎のリフトシリンダ圧力センサ値を複数（例えば無荷重と定荷重）の積載状態で取得したマップを作成して、計測時にそのマップを参照する方法でもって、リフトシリンダ圧から荷重を算出する。しかし、特に積込作業においてはバケットの内部の土砂の位置が変化し、その変化の仕方は、積載する土砂の特性やオペレータのレバー操作で変化する。このとき、バケットの回転支持ピンと荷重中心との距離が変化すると、リフトシリンダにかかる荷重が変化するため、作業機（バケット）内の土砂の重量を正しく計測できない。

本発明は、この状況を鑑み、その目的は、煩雑なマップを作成する手間を掛けることなく、積載物の位置がバケット内を移動しても積載重量を取得できるようにし、ホイールローダの作業において積載物の重量測定を容易に正しく行うことができるホイールローダを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のホイールローダは、車体と、バケットと、前記車体に上下方向に回動可能に支持されるとともに前記バケットを上下方向に回動可能に支持するリフトアームと、前記リフトアームを上下方向に回動させて前記バケットを昇降させるためのリフトシリンダと、前記バケットを上下方向に回動させて前記バケットを傾動させるためのバケットシリンダと、前記リフトアームに回動可能に接続されるとともに前記バケットシリンダと前記バケットとの間に介設され、前記バケットシリンダのバケットシリンダ力を前記バケットに伝達するベルクランクと、前記リフトアームと前記車体との相対姿勢を計測するリフトアーム姿勢センサと、前記ベルクランクと前記リフトアームとの相対姿勢を計測するベルクランク姿勢センサと、前記リフトシリンダに作用するリフトシリンダ力を検出するリフトシリンダ圧力センサと、前記バケットシリンダに作用するバケットシリンダ力を検出するバケットシリンダ圧力センサと、コントローラと、を備え、前記コントローラは、前記バケットの空荷状態において前記バケットと前記リフトアームと前記ベルクランクの重量を合計した値に対応するフロントフレーム等価重量を保持しており、前記リフトアーム姿勢センサで計測した前記リフトアームと前記車体との相対姿勢と、前記ベルクランク姿勢センサで計測した前記ベルクランクと前記リフトアームとの相対姿勢と、前記リフトシリンダ圧力センサで検出した前記リフトシリンダ力と、前記バケットシリンダ圧力センサで検出した前記バケットシリンダ力と、前記フロントフレーム等価重量を用いて、前記バケット内の荷重を演算する。

本発明によれば、煩雑なマップを作成する手間を掛けることなく、積載物の位置がバケット内を移動しても積載重量を取得できるので、ホイールローダの作業において積載物の重量測定を容易に正しく行うことができ、ホイールローダの掘削積込作業において積込対象に適した積荷量への調整が容易になる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１におけるホイールローダの外観側面図。 実施例１におけるホイールローダの外観斜視図。 実施例１におけるホイールローダのシステム構成図。 実施例１におけるホイールローダの荷重計測システムのシステム構成図。 実施例１における荷重計測処理の説明図。 フロント部材合計重量からフロントフレーム等価重量W0へ変換する処理の補足説明図。 姿勢係数(b,c,d,e,f,L)の算出処理の説明図（バケットシリンダ関連）。 姿勢係数(b,c,d,e,f,L)の算出処理の説明図（リフトシリンダ関連）。 実施例１における荷重計測処理のフローチャート。 実施例２におけるホイールローダの荷重計測システムのシステム構成図。 実施例２における荷重計測処理のフローチャート。 実施例３におけるホイールローダの荷重計測システムのシステム構成図。 実施例３における荷重計測処理のフローチャート。 実施例４におけるホイールローダの荷重計測システムのシステム構成図。 実施例４における荷重計測処理のフローチャート。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複説明は省略する。また、以下の説明では、上下、左右、前後の方向および位置は、ホイールローダの通常の使用状態、すなわち車輪が地面に接地する状態を基準とする。

［実施例１］
まず、本発明を実施するための実施例１を説明する。

本発明が対象とするホイールローダは、車輪で走行し、駆動方式は四輪駆動、操舵は中折れ式の機械、およびその派生機械にあたる機械である。

ホイールローダの外観図を図１および図２に示す。

ホイールローダ５０は、車両部１（車体ないしフレームとも呼ぶ）の前方に作業機部２をもち、土砂を掬い込むバケット３を装着している。

ホイールローダ５０は、バケット３の高さと角度、および、車輪が設けられた車両の走る向きと速度を、車両に設置された運転席４Ｂに搭乗したオペレータが操作し、地表面上の土砂をバケット３で掬い込む掘削作業や、掬い込んだ土砂を移動する運搬作業や、掬い込んだ土砂をダンプトラックの荷台に放土する積込み作業を行う機械である。

車両部１は、作業機部２および前輪５を有するフロントフレーム６と後輪７およびエンジン室４Ａや運転席４Ｂを有するリアフレーム８が、センターピン９によって屈曲可能なように接続された構造をしており、左右の油圧シリンダ（ステアシリンダまたはステアリングシリンダとも呼ぶ）１０によってその屈曲角を可変できるようにしている。エンジン室４Ａにはエンジン４が搭載されている。

ホイールローダ５０は、走行中に、左右の油圧シリンダ１０を伸縮させることで、フロントフレーム６のリアフレーム８に対する角度（屈曲角）を変化させて操舵を行う。

作業機部２は、バケット３と、バケット３を支持するためのリフトアーム１１で構成されている。

リフトアーム１１は、左右一対で構成されており、左右方向（幅方向）に離間した支点２１で上下方向に回動可能（傾動可能）なようにフロントフレーム６（の前端部）に接続されている。リフトアーム１１の荷重をフロントフレーム６で支持してフロントフレーム６に対するリフトアーム１１の角度（高さ）を可変できるように、リフトシリンダ１２がフロントフレーム６（の前端部）とリフトアーム１１（の中間部）に接続（介設）されている。リフトシリンダ１２には、リフトシリンダ１２のボトム側の内圧を計測する圧力センサ１２ｂ（図４）とリフトシリンダ１２のロッド側の内圧を計測する圧力センサ１２ｒ（図４）が取り付けられている。これら圧力センサ１２ｂ、１２ｒは同じ圧力となる配管内の任意の場所に取り付ければ良い。

バケット３は、支点１３で上下方向に回動可能（傾動可能）なようにリフトアーム１１（の前端部）に接続されている。リフトアーム１１に対するバケット３の角度（傾き）を可変できるように、プッシュロッド１４とベルクランク１５を介して、バケットシリンダ１６がフロントフレーム６（の前端部）に接続されている。バケットシリンダ１６は、支点１７（リフトシリンダ１２のフロントフレーム６側の支点とは異なる位置）でフロントフレーム６（の前端部）に接続されている。ベルクランク１５は、支点２２で回動可能なようにバケットシリンダ１６（の先端部）に接続されている。プッシュロッド１４は、支点２４で回動可能なようにベルクランク１５（の先端部）に接続されている。また、ベルクランク１５は、接続点２５で回動可能なようにリフトアーム１１（の中間部）に接続されている。バケット３は、支点２３で回動可能なようにプッシュロッド１４（の先端部）に接続されている。プッシュロッド１４とベルクランク１５とバケットシリンダ１６は、左右一対のリフトアーム１１の中間に配設されている。バケットシリンダ１６には、バケットシリンダ１６のボトム側の内圧を計測する圧力センサ１６ｂ（図４）とバケットシリンダ１６のロッド側の内圧を計測する圧力センサ１６ｒ（図４）が取り付けられている。これら圧力センサ１６ｂ、１６ｒは同じ圧力となる配管内の任意の場所に取り付ければ良い。

バケット３の高さは、リフトシリンダ１２の伸縮により可変でき、バケット３の角度（傾き）は、バケットシリンダ１６の伸縮により可変できる構成をしている。換言すると、リフトシリンダ１２の伸縮によって、リフトアーム１１が上下方向に回動してバケット３が昇降する。また、ベルクランク１５およびプッシュロッド１４が、バケットシリンダ１６とバケット３との間に介設され、バケットシリンダ１６のバケットシリンダ力（伸縮力）が、ベルクランク１５およびプッシュロッド１４を介して、バケット３に伝達される構成をしているので、バケットシリンダ１６の伸縮によって、ベルクランク１５およびプッシュロッド１４を介して、バケット３が上下方向に回動してバケット３が傾動（クラウドまたはダンプ）する。

リフトアーム１１がフロントフレーム６に対して成す角度（言い換えると、リフトアーム１１のフロントフレーム６に対する相対姿勢）を取得するリフトアーム角度センサ１９が支点２１に取り付けてあり、ベルクランク１５がリフトアーム１１に対して成す角度（言い換えると、ベルクランク１５のリフトアーム１１に対する相対姿勢）を取得するベルクランク角度センサ２０が接続点２５に取り付けてあり、これらでリフトシリンダ１２やバケットシリンダ１６の伸縮の結果を取得することができる。すなわち、リフトアーム角度センサ１９およびベルクランク角度センサ２０は、リフトアーム１１とフロントフレーム６との相対姿勢（相対角度）およびベルクランク１５とリフトアーム１１との相対姿勢（相対角度）を計測し、この２つの角度センサによって、フロントフレーム６に対するバケット３の相対姿勢（相対角度）を計測することができる。

図３を用いて、ホイールローダ５０のシステム構成について説明する。

エンジン４の出力軸１００は、トルクコンバータ１０１、油圧ポンプ１０２、ブレーキポンプ１０３に直結されており、エンジン４の回転数は、エンジンコントローラ１０４の電気信号１０５により制御され、エンジンコントローラ１０４は、アクセルペダル１０６の踏込み量により、エンジン４の回転数を指示している。

トルクコンバータ１０１の出力軸は、トランスミッション１０７を介してドライブシャフト１０８に接続されて前後輪を駆動している。トルクコンバータ１０１からトランスミッション１０７に伝達される駆動力は、トルクコンバータ１０１の出力回転数に対してエンジン４の出力軸１００の回転数が大きいほど増大する構造であり、アクセルペダル１０６の踏込み量でエンジン４の回転数を上げることで、トルクコンバータ１０１が出力する駆動力は大きくなる。

トランスミッション１０７は、トランスミッションコントローラ１０９の電気信号１１０により、トルクコンバータ１０１の出力とドライブシャフト１０８の接続を遮断して前後輪の駆動力を落としたり、回転方向を反転させて前後輪の駆動力の方向を変えたりする。

トランスミッションコントローラ１０９の電気信号１１０は、ブレーキペダル１１２の踏込み量が一定以上の時、接続を遮断するように出力される。

トランスミッション１０７には、ドライブシャフト１０８の回転数を計測する車速センサ（不図示）が取り付けられている。

油圧ポンプ１０２は、エンジン４の出力軸１００が１回転する毎に、一定流量の圧油を出力する。油圧ポンプ１０２から出力された圧油は、バケット制御油圧回路１１３を介して、油圧アクチュエータとしてのリフトシリンダ１２とバケットシリンダ１６に供給され、リフトシリンダ１２とバケットシリンダ１６を伸縮する。

油圧ポンプ１０２から出力される圧油の量は、エンジン４の出力軸１００の回転数が大きいほど増加するので、アクセルペダル１０６の踏込み量でエンジン４の回転数を上げると、リフトシリンダ１２とバケットシリンダ１６の伸縮速度（ひいては、リフトアーム１１ないしバケット３の動作速度）は速くなる。

バケット制御油圧回路１１３は、オペレータのリフトレバー１１４の操作により、油圧ポンプ１０２の出力とリフトシリンダ１２の接続を遮断してリフトアーム１１の動作を停止したり、伸縮方向を反転してリフトアーム１１の上下方向の動作を切替えたりする。

バケット制御油圧回路１１３は、オペレータのバケットレバー１１５の操作により、油圧ポンプ１０２の出力とバケットシリンダ１６の接続を遮断してバケット３の動作を停止したり、伸縮方向を反転してバケット３の角度（傾き）の前後方向の動作を切替えたりする。

油圧ポンプ１０２から出力された圧油は、ステア制御油圧回路１１６を介して、油圧アクチュエータとしての左右のステアシリンダ１０に接続され、左右のステアシリンダ１０を伸縮する。

ステア制御油圧回路１１６は、オペレータがステアリングホイール１１７を右回転させた時は、ステアリング角度信号１１６Ｓを出力すると同時に、油圧ポンプ１０２から出力された圧油を右ステアリングシリンダ１０Ｒが縮む方向と、左ステアリングシリンダ１０Ｌが伸びる方向に接続し、車体を右旋回させる。ステア制御油圧回路１１６は、オペレータがステアリングホイール１１７を左回転させた時は、ステアリング角度信号１１６Ｓを出力すると同時に、油圧ポンプ１０２から出力された圧油を右ステアリングシリンダ１０Ｒが伸びる方向と、左ステアリングシリンダ１０Ｌが縮む方向に接続し、車体を左旋回させる。

ブレーキポンプ１０３から出力された圧油は、アキュームレータ１１８に蓄圧され、アキュームレータ１１８に蓄圧された圧油は、ブレーキ制御油圧回路１１９を介して、四輪のブレーキ力を制御する。

ブレーキ制御油圧回路１１９は、オペレータのブレーキペダル１１２の踏込み量で制御圧（ブレーキ力）が調整される。

本システム構成では、バケット３内の土砂などの積載物の重量（荷重）を計測するコントローラ１２０が配備されている。コントローラ１２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。コントローラ１２０は、ＲＯＭに格納されたプログラムコードをＣＰＵが読み出して実行することによって、後述する各機能ブロックが実現される。ＲＡＭは、ＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアとして用いられる。ただし、コントローラ１２０の具体的な構成はこれに限定されず、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアによって実現されてもよい。本実施例のコントローラ１２０は、オペレータのリフトレバー１１４の操作などにより、リフトアーム角度センサ１９、ベルクランク角度センサ２０などの情報を用いて積載重量を計測し、計測した結果をモニタ１２３に出力する（詳細は後述）。

図４を用いて、ホイールローダ５０の荷重計測システムのシステム構成を説明する。

本実施例の荷重計測システムは、リフトアーム角度センサ１９とベルクランク角度センサ２０とリフトシリンダボトム側圧力センサ１２ｂとリフトシリンダロッド側圧力センサ１２ｒとバケットシリンダボトム側圧力センサ１６ｂとバケットシリンダロッド側圧力センサ１６ｒとコントローラ１２０とモニタ１２３とで構成され、電気化された情報をやり取りする電気配線によりそれぞれ接続されている。

コントローラ１２０は、これら接続されたセンサの情報を用いて積載重量を計算し、計算した積載重量をモニタ１２３に出力する。

コントローラ１２０は、前記計算処理（荷重計測処理）を実行するための機能ブロックとして、バケットシリンダ差力計算部２０１、リフトシリンダ差力計算部２０２、姿勢係数算出部２０３、フロントフレーム全体重量算出部２０４、フロントフレーム等価重量保持部２０５、フロントフレーム重量減算部２０６を有している。

図５を用いて、コントローラ１２０が荷重計測を行う計算処理を説明する。図５は、図１および図２で示した構成を模式的に描きなおした図である。このうち、リフトシリンダ１２とバケットシリンダ１６は伸縮可能で、それ以外は伸縮しない剛体であり、それぞれがピンで回転可能に接続されている。図５の下図は、重量計算処理を行う各寸法を示した図である。図示のように生じた力が作用するピンまでの垂直距離をa,b,c,d,e,f,Lと定義する。

aは、バケット３内の荷重も含めたフロントフレーム全体重量W_allが重力加速度によって作用する力からリフトアーム１１とバケット３とのピン（支点１３）までの垂直距離である。

bは、プッシュロッド１４に作用する力からリフトアーム１１とバケット３とのピン（支点１３）までの垂直距離である。

cは、プッシュロッド１４に作用する力からリフトアーム１１とベルクランク１５とのピン（接続点２５）までの垂直距離である。

dは、バケットシリンダ１６に作用する力Fbからリフトアーム１１とベルクランク１５とのピン（接続点２５）までの垂直距離である。

eは、バケットシリンダ１６に作用する力Fbからリフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン（支点２１）までの垂直距離である。

fは、リフトシリンダ１２に作用する力Fcからリフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン（支点２１）までの垂直距離である。

Lは、リフトアーム１１とバケット３とのピン（支点１３）からリフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン（支点２１）までの垂直距離である。

フロントフレーム６とリフトアーム１１とのピン支持回りのモーメントのつり合いから、式１が得られる。なお、gは重力加速度であり、およそ9.8[m/s^2]である。
（数１）
W_all g×(L+a)=Fc×f+Fb×e・・・式１

同様に、ベルクランク１５とリフトアーム１１の接合ピン回りのモーメントのつり合いと、リフトアーム１１とバケット３との接合ピン回りのモーメントのつり合いから、式２が得られる。
（数２）
Fb=W_all g×(a/b)×(c/d)・・・式２

式１と式２からaを消去し、W_allについて解くことで、式３が得られる。
（数３）
W_all=(Fcf+Fb(e-db/c))/(L×g)・・・式３

図４に示すバケットシリンダ差力計算部２０１は、バケットシリンダ１６に作用する力（バケットシリンダ力）Fbを計算する。リフトシリンダ差力計算部２０２は、リフトシリンダ１２に作用する力（リフトシリンダ力）Fcを計算する。

ここで、バケットシリンダ差力計算部２０１で計算されるバケットシリンダ力Fbは、バケットシリンダボトム側圧力センサ１６ｂの値×バケットシリンダボトム側受圧面積－バケットシリンダロッド側圧力センサ１６ｒの値×バケットシリンダロッド側受圧面積で求められる。

リフトシリンダ差力計算部２０２で計算されるリフトシリンダ力Fcは、リフトシリンダボトム側圧力センサ１２ｂの値×リフトシリンダボトム側受圧面積－リフトシリンダロッド側圧力センサ１２ｒの値×リフトシリンダロッド側受圧面積で求められる。図２の斜視図で示したように、リフトシリンダ１２が２本ある場合はFcを２倍する。

図４に示す姿勢係数算出部２０３は、上述のフロントフレーム全体重量W_allの算出に必要な姿勢係数b,c,d,e,f,Lを計算する。ここで、姿勢係数算出部２０３で計算される姿勢係数b,c,d,e,f,Lは、リフトアーム角度センサ１９の値とベルクランク角度センサ２０の値を基に求められる。

フロントフレーム全体重量算出部２０４は、式３を用いて、Fc,Fb,b,c,d,e,f,L,gの各値から、バケット３内の荷重も含めたフロントフレーム全体重量W_allを求めることができる。

フロントフレーム重量減算部２０６は、積載重量Wをフロントフレーム全体重量W_allとフロントフレーム等価重量W0を用いて、式４で求めることができる。フロントフレーム等価重量W0は、フロントフレーム等価重量保持部２０５に保存されていて当該フロントフレーム等価重量保持部２０５から入力される値である。
（数４）
W=W_all-W0・・・式４

フロントフレーム等価重量W0は、例えばベルクランク１５、リフトアーム１１、プッシュロッド１４、バケット３、リフトシリンダ１２のロッド部分、バケットシリンダ１６のロッド部分の合計重量である。言い換えると、フロントフレーム等価重量W0は、バケット３内の荷重が無い場合（空荷）に掛かるバケットシリンダ力Fbとリフトシリンダ力Fcを合計した値である。フロントフレーム等価重量W0は、それらの合計重量から、シリンダの内部に生じる摩擦やリフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン支持部に生じる力を引いた値であり、バケット３の姿勢に影響される。よって、それらの合計重量からフロントフレーム等価重量W0へ変換する処理として、リフトシリンダ１２やバケットシリンダ１６の角度を用いてもよい。フロント部材合計重量からフロントフレーム等価重量W0へ変換する処理に関する補足説明を図６に示す。図６の上図のように、リフトアーム１１が水平でありバケット３がフロントフレーム６から遠い姿勢のとき（換言すると、リフトアーム１１を上げる前、バケット３を起こす前）は、リフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン支持部に生じる力が小さい。図６の下図のように、リフトアーム１１が垂直でありバケット３が高い姿勢のとき（換言すると、リフトアーム１１を上げた後、バケット３を起こした後）は、リフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン支持部に生じる力が大きい。よって、リフトアーム角度センサ１９の値に応じてフロントフレーム全体重量からフロントフレーム等価重量W0を求めると良く、簡易的には、例えば図８で示した∠JAIを用いて（JはAに対して重力作用方向）、フロントフレーム等価重量保持部２０５から呼び出される値W0を、式５で計算できる。
（数５）
W0＝フロントフレーム合計重量×Sin∠JAI・・・式５

この式５を用いると、リフトアーム１１の重量がリフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン支持部にて鉛直方向に与える力が大きいほど、フロントフレーム等価重量W0が小さくなる（減少する）ことを、リフトアーム角度センサ１９の値から計算することができる。換言すると、フロントフレーム合計重量（バケット３の空荷状態においてバケット３などの重量を合計した値）に対して、リフトアーム角度センサ１９で計測したリフトアーム１１とフロントフレーム６との相対姿勢（相対角度）に基づいて、リフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン支持部において鉛直方向に与える力（Sin∠JAIに相当）が大きいほど、減少する処理を行って、フロントフレーム等価重量W0を演算することができる。

より精度が高い値が必要な場合は、リフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン支持部に生じる力は、鉛直方向の力のつり合いから求めることができるため、式６で計算できる。
（数６）
リフトアームとフロントフレームとのピン支持部に生じる力＝W0g－Fbの鉛直方向成分－Fcの鉛直方向成分・・・式６

フロントフレーム等価重量W0は、空荷を前提とした値であるため、既知の重量や寸法を用いてリフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン支持部に生じる力を計算することができ、リフトアーム角度とベルクランク角度の各値におけるリフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン支持部に生じる力を式６で計算できる。よって、その結果を関数hとすると、例えば式７で計算できる。
（数７）
W0＝フロントフレーム合計重量‐h（リフト角度，ベルクランク角度）／g・・・式７

ここではリフトアーム１１とフロントフレーム６とのピン支持部に生じる力で補正する方法を説明したが、同様に計算か実験値で記録した値でシリンダに掛かる摩擦力の大きさを加味しても良い（図６参照）。

図７および図８を用いて、フロントフレーム全体重量算出に必要な姿勢係数b,c,d,e,f,Lの計算処理を説明する。図７および図８は、ピン支持にA,B,C,D,G,H,I,K,Mの符号を振り、フロントフレーム６から先の構造から剛体部分とピンを抽出した図である。

これら姿勢係数b,c,d,e,f,Lの計算は、上述のように図４で示した姿勢係数算出部２０３で行われ、リフトアーム角度センサ１９とベルクランク角度センサ２０の値と、各部材の寸法を用いることで、姿勢係数b,c,d,e,f,Lを計算することができる。例えばeは、ABCDの関係から求めることができる。ADの長さを△ACDの余弦定理から求め、∠DACを△DACの余弦定理から求め、∠DABを∠DACと∠CABの和で求め、BDを△DABの余弦定理から求め、∠ADBを△DABの余弦定理から求め、eをAD×sin∠ADBで求めることができる（図７）。同様に、b,c,d,f,Lについても、ピンや剛体や角度センサの関係から求めることができる。このように各部材の寸法や相対角度が分かれば各姿勢係数b,c,d,e,f,Lを算出できるため、例えばアタッチメント交換に伴って各部材の寸法や相対角度の設定を変更できるようにしておくと良い。

以上の通り、姿勢係数をリフトアーム角度センサ１９とベルクランク角度センサ２０の値から求める例で説明したが、姿勢係数を算出する（換言すると、姿勢を検出する）ために必要なセンサはこれら２つの角度センサに限らない。代わりに、可変する２つのシリンダの長さをそれぞれセンサで検出しても良い。一例で、シリンダのロッド側とボトム側に両端を固定したワイヤ変位計を取り付けてシリンダの長さを取得する方法がある。他の代わりとして、IMU（慣性計測ユニット）を取り付けて角度を測定しても良い。一例で、フロントフレーム６とリフトアーム１１にIMUを取り付けると、重力作用方向の相対変化からリフト角度センサ相当の値を取得できる。

図９に、荷重計測処理のフローチャートを示す。

コントローラ１２０は、図９に示すように、リフトシリンダ差力算出Ｓ１０１、バケットシリンダ差力算出Ｓ１０２、姿勢係数算出Ｓ１０３、フロントフレーム全体重量計算Ｓ１０４、フロントフレーム等価重量減算Ｓ１０５、モニタ１２３へ表示Ｓ１０６、の順に処理をして処理を終了する。各処理Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５およびＳ１０６は、図４で示した各機能ブロック２０２、２０１、２０３、２０４、２０６で行われる。

（実施例１の作用効果）
以上説明した構成及び方法により、煩雑なマップを作成する手間を掛けることなく、積載物の位置がバケット内を移動しても積載重量を取得できるので、ホイールローダの作業において積載物の重量測定を容易に正しく行うことができ、ホイールローダの掘削積込作業において積込対象に適した積荷量への調整が容易になる効果がある。

［実施例２］
本発明における実施例１とは別の実施例２について、上述した実施例１から追加や変更される点を説明する。実施例２におけるシステム構成は、実施例１で用いた図４ではなく、図１０のシステム構成を用いて説明する。実施例２におけるフローチャートは、実施例１で用いた図９ではなく、図１１のフローチャートを用いて説明する。図１０は、図４と比べると、姿勢係数算出部２０３とフロントフレーム等価重量保持部２０５の間に空荷判定部２０７が追加されている。図１１は、図９と比べると、処理の１番目に空荷判定Ｓ１０７と処理の後半にフロントフレーム等価重量保持Ｓ１０８が追加されている。

空荷判定Ｓ１０７は、バケット３の内部に重量が無いこと（つまり、空荷状態）を作業中に判定する処理である。例えば、リフトアーム角度センサ１９やベルクランク角度センサ２０の値を用いてバケット３の底面の地面に対する傾斜角度を計算し、バケット３の内部に土砂が残らない角度であることで、空荷と判定すると良い。具体的には、バケット３の底面の地面に対する傾斜角度が所定の閾値より大きい値か否かで判定する。閾値は、掘削対象物として想定する土砂や砂の安息角より十分大きい値として、例えば４５°と設定する。さらには、その後にリフトアーム角度が増加した後（言い換えれば、リフトシリンダ１２が伸長した後）であり、ベルクランク角度が増加した後（言い換えれば、バケットシリンダ１６が伸長した後）であることでもって、空荷と判定すると良い。こうすることで、リフトシリンダ１２やバケットシリンダ１６にヒステリシスがある場合、同じ伸長の履歴状態でフロントフレーム合計重量（フロントフレーム等価重量W0）を正しく計算できる。例えば掘削作業はリフトシリンダ１２が伸長後でありバケットシリンダ１６も伸長後であるため、そのときにフロントフレーム合計重量（フロントフレーム等価重量W0）を正しく計算できる。フロントフレーム合計重量（フロントフレーム等価重量W0）をリフトシリンダ１２とバケットシリンダ１６が伸長したときと縮退したときの組み合わせのそれぞれで保持しておき、シリンダ状態に合わせて呼び出してもよい。この空荷判定Ｓ１０７は、図１０で示した空荷判定部２０７で行われる。

フロントフレーム等価重量保持（空荷更新）Ｓ１０８は、Ｓ１０５で計算した積載重量が０になるように、フロントフレーム等価重量W0を式８で処理して更新して保持する。このフロントフレーム等価重量保持（空荷更新）Ｓ１０８は、図１０で示したフロントフレーム等価重量保持部２０５で行われる。
（数８）
W0=W0+W・・・式８

こうすることで、Ｓ１０５で計算した積載重量が０となると同時に、以後積荷を積載したとき、その差分を計算することができるようになる。つまり、本実施例では、リフトアーム角度センサ１９で計測したリフトアーム１１とフロントフレーム６との相対姿勢（相対角度）やベルクランク角度センサ２０で計測したベルクランク１５とリフトアーム１１との相対姿勢（相対角度）が所定範囲内（バケット３の内部に積載物が残らない角度）のとき、バケット３内の荷重の演算結果が０となるように、フロントフレーム等価重量W0を更新して保持する。また、フロントフレーム等価重量W0を更新する条件に、リフトアーム角度が増加した後であること、または、ベルクランク角度が増加した後であることの少なくとも１つを含むようにする。

なお、式５の変換を用いる場合は、式８に代わり式９とすればよい。
（数９）
W0=(W0+W)×arcsin∠JAI・・・式９

（実施例２の作用効果）
以上説明した構成及び方法により、この実施例２は、例えばバケット３が経年劣化して重量が変化した場合でも、バケット３内の荷重を正しく計算できるという効果がある。

［実施例３］
本発明における実施例１とは別の実施例３について、上述した実施例１から追加や変更される点を説明する。実施例３におけるシステム構成は、実施例１で用いた図４ではなく、図１２のシステム構成を用いて説明する。実施例３におけるフローチャートは、実施例１で用いた図９ではなく、図１３のフローチャートを用いて説明する。図１２は、図４と比べると、算出可能姿勢判定部３０１、空荷マップ呼出し部３０２、荷重計測部３０３、積載重量補正部３０４が追加されている。図１３は、図９と比べると、処理の後半にＳ１１０からＳ１１９が追加されている。

Ｓ１１０からＳ１１１では公知の方法でバケット３内の荷重を計測する。

Ｓ１１０では、算出可能姿勢判定部３０１により、バケット３が後傾（チルト）した状態でリフト上げが行われているかどうかを判定し、肯定されればＳ１１１に進む。具体的には、姿勢係数算出部２０３の値を用いて、バケットシリンダ１６の長さが最長に近い状態であること、かつ、リフトシリンダ１２の長さが長い状態から短い状態になる過程であることを判定する。

Ｓ１１１では、空荷マップ呼出し部３０２で、空荷マップからリフトアーム角度センサ１９の値を用いて空荷リフトシリンダ力を呼び出し、荷重計測部３０３で、バケット３内の荷重計測値W_inを計測する。ここで、空荷マップ呼出し部３０２で保持する空荷マップとは、リフトアーム角度（詳しくは、空荷状態でリフトシリンダ１２を伸長させたときのリフトアーム角度）と空荷リフトシリンダ力のテーブルである。リフトアーム角度が取りうる値、例えば１度刻みで、リフトアーム角度（∠JAI）が６０°から８０°の範囲、すなわち地上水平に対して３０°から１０°の範囲の各リフトアーム角度（計２１個の値）に対し、空荷リフトシリンダ力が各々（計２１個が）記録されている。空荷リフトシリンダ力とは、バケット３内に土砂が無い状態で測定したリフトシリンダ力のことである。Ｓ１１１において、荷重計測部３０３では、リフトアーム角度におけるリフトシリンダ力と空荷マップからリフトアーム角度を用いて呼び出した空荷リフトシリンダ力の差分を求め、リフトヒンジピン（A）と荷重中心との距離（図８のL、すなわちAIsin∠JAI）と重力加速度Gで割る。それをリフトシリンダ１２の長さが長い状態から短い状態にかけて求めた各計算結果（計２１個の値）を平均した値を荷重計測値W_inとする。

なお、上述のリフトアーム角度におけるリフトシリンダ力と空荷マップからリフトアーム角度を用いて呼び出した空荷リフトシリンダ力の差分がA点回りの積荷荷重によるモーメントである。この差分をLとGで割ることで荷重となる。数値の個数（２１個）は一例であり、例えば特定の１つの角度だけで荷重を計測しても良い。

Ｓ１１２では、チルト側補正係数（チルト側補正ゲインとも呼ぶ）Ktを算出して記録（保持）する。算出には式１０を用いる。ここで式１０中のW_inは、Ｓ１１１で前述した公知の方法で算出した荷重計測値であり、Wは、Ｓ１０５で計算した積載重量Wであり、Kをチルト側補正係数Ktとして記録する。
（数１０）
K=W_in/W・・・式１０

Ｓ１１２でチルト側補正係数Ktの記録後、または、Ｓ１１０でバケット３が後傾（チルト）した状態でリフト上げが行われていることが否定されれば、Ｓ１１３に進む。

Ｓ１１３では、荷重計測値W_in記録後の初回のダンプ操作が開始されたか否かを判定し、肯定されればＳ１１４へ進む。ダンプ操作の開始は、例えばダンプ操作によって引き起こされるバケットシリンダ１６の縮退をベルクランク角度センサ２０の値が所定角度（例えば１度）以上減少したことで判定する。

Ｓ１１４では、式１０で求めたKをダンプ側補正係数（ダンプ側補正ゲインとも呼ぶ）Kdとして記録する。

Ｓ１１４でダンプ側補正係数Kdの記録後、または、Ｓ１１３で荷重計測値W_in記録後の初回のダンプ操作が開始されたことが否定されれば、Ｓ１１５に進む。

Ｓ１１５では、ダンプ側補正係数Kd記録後の放土中か否かを判定し、放土中であればＳ１１６に進む。一方、放土中でなければＳ１１７に進む。放土中か否かは、前述したダンプ側補正係数Kdを記録してから、全放土されるまでとするとよい。全放土の判定は、例えば、リフトアーム角度センサ１９やベルクランク角度センサ２０の値を用いてバケット３の傾斜角度を計算し、バケット３の内部に土砂が残らない角度であることで判定すると良い。

Ｓ１１６では、直近の操作履歴がダンプ操作側であるか否かを判定し、そうであればＳ１１９に進む。直近の操作履歴がダンプ操作側であるというのは、オペレータからのダンプ操作入力が行われている状態と、ダンプ操作入力が行われなくなったがチルト操作入力が行われていない状態である。一方、オペレータからチルト操作入力が行われた場合は、Ｓ１１７に進む。例えばベルクランク角度センサ２０の値の直近の所定角度（例えば１度）以上の変化量が、減少側すなわちバケットシリンダ１６が縮退した状態であればダンプ操作側であり、増加側すなわちバケットシリンダ１６が伸長した状態であればチルト操作側である。

Ｓ１１９では、式１１のKにダンプ側補正係数Kdを用いて補正後積載重量W’を計算する。すなわち、リフト上げによる荷重計測部３０３の値が確定後の１回目にベルクランク角度が減少したときに、リフト上げによる荷重計測部３０３の値とバケット３内の荷重演算結果とからダンプ側補正係数Kdを算出して保持し、ベルクランク角度が所定の閾値（バケット３の内部に積載物が残らない角度）以下になるまで、バケット３内の荷重を演算するにあたりダンプ側補正係数Kdを用いる。
（数１１）
W’=K*W…式１１

Ｓ１１７では、チルト側補正係数Ktの記録が有るか否かを判定する。

Ｓ１１８では、つまりＳ１１５～Ｓ１１７をまとめると、チルト側補正係数Ktを記録した状態かつダンプ側補正係数Kdを記録してから全放土するまでの間ではないかチルト側の操作が行われた後でチルト側補正係数Ktがあるときは、式１１のKにチルト側補正係数Ktを用いて補正後積載重量W’を計算する。すなわち、リフト上げによる荷重計測部３０３の値が確定した際、リフト上げによる荷重計測部３０３の値とバケット３内の荷重演算結果とからチルト側補正係数Ktを算出して保持し、ベルクランク角度が所定の閾値（バケット３の内部に積載物が残らない角度）以下になってからリフト上げによる荷重計測部３０３の値が再び確定するまでバケット３内の荷重を演算するにあたりチルト側補正係数Ktを用いる。

上述したＳ１１２～Ｓ１１９の処理は、図１２で示した積載重量補正部３０４で行われる。

このようにすることで、前述したシリンダの伸縮方向によるヒステリシスによる影響を考慮してバケット３内の荷重を計算することができる。

（実施例３の作用効果）
以上説明した構成及び方法により、この実施例３は、チルト時やダンプ時に積載重量の取得精度を油圧センサに含まれるヒステリシスの分高めることができ、前述したシリンダの伸縮方向によるヒステリシスによる影響を考慮してバケット３内の荷重を計算できるという効果がある。

［実施例４］
本発明における実施例３とは別の実施例４について、上述した実施例３から追加や変更される点を説明する。実施例４におけるシステム構成は、実施例３で用いた図１２ではなく、図１４のシステム構成を用いて説明する。実施例４におけるフローチャートは、実施例３で用いた図１３ではなく、図１５のフローチャートを用いて説明する。図１４は、図１２と比べると、加速度センサ４０１、掘削開始判定部４０２が追加されている。図１５は、図１３と比べると、Ｓ１１６が無くなり、Ｓ２０１とＳ２０２が追加されている。

Ｓ２０１では、公知方法で掘削開始されたか否かを判定する。Ｓ２０１では、掘削開始判定部４０２により、掘削開始判定されていなければ、Ｓ１１９へ進む。一方、掘削開始判定されていれば、Ｓ１１７へ進む。掘削開始判定は、バケット３の向き、加速度、リフトシリンダ力の全てが掘削判定状態であれば掘削開始と判定する。バケット３の向きは、姿勢係数算出部２０３の値を用いて、バケット３の底面の角度が地上水平の所定の角度（例えば±10度）以内であり前方に向いていることで、掘削判定状態とする。加速度は、加速度センサ４０１の値を用いて、進行方向を正として所定の値（例えば-3m/s^2）未満であることで、掘削判定状態とする。これは、バケット３が土砂に接触すると反力を受けて、車体が急減速することを反映している。リフトシリンダ力は、リフトシリンダ差力計算部２０２の値を用いて、バケット３内に土砂が無い状態の値の例えば１．３倍より大きいことで、掘削判定状態とする。これも、バケット３が土砂に接触すると反力を受けて上昇することを反映している。

なお、バケット３の角度は、作業終了時の姿勢で誤判定リスクが有り、リフトシリンダ力は、バケット３内に土砂が残っている時や凹凸路面の重力作用で誤判定リスクが有り、車速は、ブレーキや急な登り坂で誤判定リスクがある。よって、いずれかの判定では誤判定リスクが高いため、３条件をAND条件として掘削開始を判定するようにしている。

そして、Ｓ１１９の後にＳ２０２が有り、Ｓ２０２では、積載重量補正部３０４により、ダンプ側補正係数Kdを用いて計算した補正後積載重量W’が放土開始時の値から単調に減少するように処理する。すなわち、例えば出力の最大値の初期値をW_inとし、Ｓ１１９の出力値W’が最大値より小さいときはその出力値W’を出力すると同時に最大値として更新し続けることで、Ｓ１１９の出力値W’が最大値と比べて高い値となった場合は代わりに最大値を出力する。その結果、放土開始時からＳ１０６へ出力される補正後積載重量W’が単調に減少する結果となる。

このように、掘削開始判定がされていない状態におけるダンプ側補正係数Kdを用いたバケット３内の荷重の演算結果（補正後積載重量W’）を単調減少した値に限定することで、例えばチルト操作時において、ヒステリシスによる影響で計算結果である補正後積載重量W’が不必要に変化することを防ぐことができる。

（実施例４の作用効果）
以上説明した構成及び方法により、この実施例４は、例えばチルト操作時において、ヒステリシスによる影響で計算結果（補正後積載重量W’）が不必要に変化することを防ぐことができるという効果がある。

［実施例１～４のまとめ］
以上説明したように、本実施例１のホイールローダ５０は、車体（フロントフレーム６、リアフレーム８）と、バケット３と、前記車体に上下方向に回動可能に支持されるとともに前記バケット３を上下方向に回動可能（クラウドまたはダンプ可能）に支持するリフトアーム１１と、前記リフトアーム１１を上下方向に回動させて前記バケット３を昇降させるためのリフトシリンダ１２と、前記バケット３を上下方向に回動させて前記バケット３を傾動させるためのバケットシリンダ１６と、前記リフトアーム１１に回動可能に接続されるとともに前記バケットシリンダ１６と前記バケット３との間に介設され、前記バケットシリンダ１６のバケットシリンダ力（伸縮力）を前記バケット３に伝達するベルクランク１５と、前記リフトアーム１１と前記車体との相対姿勢（相対角度）を計測するリフトアーム姿勢センサ（リフトアーム角度センサ１９）と、前記ベルクランク１５と前記リフトアーム１１との相対姿勢（相対角度）を計測するベルクランク姿勢センサ（ベルクランク角度センサ２０）と、前記リフトシリンダ１２に作用するリフトシリンダ力を検出するリフトシリンダ圧力センサ（１２ｂ、１２ｒ）と、前記バケットシリンダ１６に作用するバケットシリンダ力を検出するバケットシリンダ圧力センサ（１６ｂ、１６ｒ）と、コントローラ１２０と、を備える。
前記コントローラ１２０は、前記バケット３の空荷状態において前記バケット３と前記リフトアーム１１と前記ベルクランク１５の重量を合計した値に対応するフロントフレーム等価重量を保持しており、前記リフトアーム姿勢センサ（リフトアーム角度センサ１９）で計測した前記リフトアーム１１と前記車体との相対姿勢（相対角度）と、前記ベルクランク姿勢センサ（ベルクランク角度センサ２０）で計測した前記ベルクランク１５と前記リフトアーム１１との相対姿勢（相対角度）と、前記リフトシリンダ圧力センサ（１２ｂ、１２ｒ）で検出した前記リフトシリンダ力と、前記バケットシリンダ圧力センサ（１６ｂ、１６ｒ）で検出した前記バケットシリンダ力と、前記フロントフレーム等価重量とを用いて、前記バケット３内の荷重（積載重量）を演算する。

これにより（具体的には、バケットシリンダ１６に作用するバケットシリンダ力を検出するバケットシリンダ圧力センサを設けることにより）、煩雑なマップを作成する手間を掛けることなく、積載物の位置がバケット内を移動しても積載重量を取得できるので、ホイールローダの作業において積載物の重量測定を容易に正しく行うことができ、ホイールローダの掘削積込作業において積込対象に適した積荷量への調整が容易になる。

また、本実施例１のホイールローダ５０において、前記リフトアーム１１は、前記車体に対して上下方向に回動可能にピン支持される構造であり、前記コントローラ１２０は、前記バケット３の空荷状態において前記バケット３と前記リフトアーム１１と前記ベルクランク１５の重量を合計した値（フロントフレーム合計重量）に対して、前記リフトアーム姿勢センサ（リフトアーム角度センサ１９）で計測した前記リフトアーム１１と前記車体との相対姿勢（相対角度）に基づいて、前記リフトアーム１１と前記車体とのピン支持部において鉛直方向に与える力（Sin∠JAIに相当）が大きいほど、減少する処理を行って、前記フロントフレーム等価重量を演算する。

これにより、積載重量の取得精度を、リフトアーム１１が回動可能にピン支持される構造でも保つことができる。

また、本実施例２のホイールローダ５０において、前記コントローラ１２０は、前記リフトアーム姿勢センサ（リフトアーム角度センサ１９）で計測した前記リフトアーム１１と前記車体との相対姿勢（相対角度）または前記ベルクランク姿勢センサ（ベルクランク角度センサ２０）で計測した前記ベルクランク１５と前記リフトアーム１１との相対姿勢（相対角度）の少なくとも１つが所定範囲内（バケット３の内部に荷重が残らない角度）のとき、前記バケット３内の荷重の演算結果が０となるように、前記フロントフレーム等価重量を更新する。

これにより、例えばバケット３が経年劣化して重量が変化した場合でも（バケット３が錆びるなどの重量変化が起きても）、バケット３内の荷重を正しく計算できる。

また、本実施例２のホイールローダ５０において、前記フロントフレーム等価重量を更新する条件に、前記リフトアーム１１と前記車体との相対角度であるリフトアーム角度が増加した後であること、または、前記ベルクランク１５と前記リフトアーム１１との相対角度であるベルクランク角度が増加した後であることの少なくとも１つが含まれる。

これにより、積載重量の取得精度を、空荷重量更新時に油圧センサに含まれるヒステリシスの分高めることができ、バケット３内の荷重を正しく計算できる。

また、本実施例３のホイールローダ５０において、前記コントローラ１２０は、前記バケット３内の積載重量が無い状態で前記リフトシリンダ１２を伸長させたとき（バケット３が後傾（チルト）した状態でリフト上げのとき）の前記リフトアーム１１と前記車体との相対姿勢と前記リフトシリンダ力の関係を示す空荷マップを保持しており、前記バケット３内の積載重量が有る状態で前記リフトシリンダ１２を伸長させたとき（バケット３が後傾（チルト）した状態でリフト上げのとき）に前記リフトアーム１１と前記車体との相対姿勢と前記リフトシリンダ力と前記空荷マップの値を参照して前記バケット３内の積載重量を計測するリフト上げによる荷重計測部３０３を有する。

そして、前記コントローラ１２０は、前記リフト上げによる荷重計測部３０３の値が確定した際、前記リフト上げによる荷重計測部３０３の値と前記バケット３内の荷重演算結果とからチルト側補正ゲイン（チルト側補正係数）を算出して保持し、（前記ベルクランク角度が所定の閾値（バケット３の内部に積載物が残らない角度）以下になってから）前記リフト上げによる荷重計測部３０３の値が再び確定するまで前記バケット３内の荷重を演算するにあたり前記チルト側補正ゲイン（チルト側補正係数）を用いる。

また、前記コントローラ１２０は、前記リフト上げによる荷重計測部３０３の値が確定後に前記ベルクランク１５と前記リフトアーム１１との相対角度であるベルクランク角度が減少したときに、前記リフト上げによる荷重計測部３０３の値と前記バケット内の荷重演算結果とからダンプ側補正ゲイン（ダンプ側補正係数）を算出して保持し、（前記ベルクランク角度が所定の閾値（バケット３の内部に積載物が残らない角度）以下になるまで、）前記バケット３内の荷重を演算するにあたり前記ダンプ側補正ゲイン（ダンプ側補正係数）を用いる。

これにより、チルト時やダンプ時に積載重量の取得精度を油圧センサに含まれるヒステリシスの分高めることができ、前述したシリンダの伸縮方向によるヒステリシスによる影響を考慮してバケット３内の荷重を計算できる。

また、本実施例４のホイールローダ５０において、前記コントローラ１２０は、掘削開始を判定する掘削開始判定部４０２を有し、前記掘削開始判定がされていない状態における前記ダンプ側補正ゲイン（ダンプ側補正係数）を用いた前記バケット３内の荷重の演算結果は単調減少した値に限定する。

これにより、例えばチルト操作時において、ヒステリシスによる影響で計算結果（補正後積載重量W’）が不必要に変化することを防ぐことができる。

なお、上記実施例のホイールローダ５０において、前記コントローラ１２０は、前記バケット３は前記リフトアーム１１に対して回動可能なピン支持される構造であり、前記ベルクランク１５と前記バケット３のそれぞれに対して回動可能なピン支持されるプッシュロッド１４を有し、前記バケット３が前記リフトアーム１１に対して回動するピン（支点１３）と前記バケット３が前記プッシュロッド１４に対して回動するピン（支点２３）との間の距離を変数として保有し、前記変数を用いて前記バケット３内の荷重を演算する。

これにより、積載重量の取得精度を、アタッチメントとしてのバケット３を交換する場合でも保つことができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 車両部
２ 作業機部
３ バケット
４ エンジン
４Ａ エンジン室
４Ｂ 運転席
５ 前輪
６ フロントフレーム
７ 後輪
８ リアフレーム
９ センターピン
１０ 油圧シリンダ（ステアシリンダまたはステアリングシリンダ）
１１ リフトアーム
１２ リフトシリンダ
１２ｂ リフトシリンダボトム側圧力センサ
１２ｒ リフトシリンダロッド側圧力センサ
１４ プッシュロッド
１５ ベルクランク
１６ バケットシリンダ
１６ｂ バケットシリンダボトム側圧力センサ
１６ｒ バケットシリンダロッド側圧力センサ
１９ リフトアーム角度センサ（リフトアーム姿勢センサ）
２０ ベルクランク角度センサ（ベルクランク姿勢センサ）
５０ ホイールローダ
１２０ コントローラ
１２３ モニタ

Claims (7)

1. 車体と、
   バケットと、
   前記車体に上下方向に回動可能に支持されるとともに前記バケットを上下方向に回動可能に支持するリフトアームと、
   前記リフトアームを上下方向に回動させて前記バケットを昇降させるためのリフトシリンダと、
   前記バケットを上下方向に回動させて前記バケットを傾動させるためのバケットシリンダと、
   前記リフトアームに回動可能に接続されるとともに前記バケットシリンダと前記バケットとの間に介設され、前記バケットシリンダのバケットシリンダ力を前記バケットに伝達するベルクランクと、
   前記リフトアームと前記車体との相対姿勢を計測するリフトアーム姿勢センサと、
   前記ベルクランクと前記リフトアームとの相対姿勢を計測するベルクランク姿勢センサと、
   前記リフトシリンダに作用するリフトシリンダ力を検出するリフトシリンダ圧力センサと、
   前記バケットシリンダに作用するバケットシリンダ力を検出するバケットシリンダ圧力センサと、
   コントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記バケットの空荷状態において前記バケットと前記リフトアームと前記ベルクランクの重量を合計した値に対応するフロントフレーム等価重量を保持しており、
   前記リフトアーム姿勢センサで計測した前記リフトアームと前記車体との相対姿勢と、
   前記ベルクランク姿勢センサで計測した前記ベルクランクと前記リフトアームとの相対姿勢と、
   前記リフトシリンダ圧力センサで検出した前記リフトシリンダ力と、
   前記バケットシリンダ圧力センサで検出した前記バケットシリンダ力と、
   前記フロントフレーム等価重量とを用いて、前記バケット内の荷重を演算することを特徴とするホイールローダ。
2. 請求項１に記載のホイールローダにおいて、
   前記リフトアームは、前記車体に対して上下方向に回動可能にピン支持される構造であり、
   前記コントローラは、前記バケットの空荷状態において前記バケットと前記リフトアームと前記ベルクランクの重量を合計した値に対して、前記リフトアーム姿勢センサで計測した前記リフトアームと前記車体との相対姿勢に基づいて、前記リフトアームと前記車体とのピン支持部において鉛直方向に与える力が大きいほど、減少する処理を行って、前記フロントフレーム等価重量を演算することを特徴とするホイールローダ。
3. 請求項１に記載のホイールローダにおいて、
   前記コントローラは、前記リフトアーム姿勢センサで計測した前記リフトアームと前記車体との相対姿勢または前記ベルクランク姿勢センサで計測した前記ベルクランクと前記リフトアームとの相対姿勢の少なくとも１つが所定範囲内のとき、前記バケット内の荷重の演算結果が０となるように、前記フロントフレーム等価重量を更新することを特徴とするホイールローダ。
4. 請求項３に記載のホイールローダにおいて、
   前記フロントフレーム等価重量を更新する条件に、前記リフトアームと前記車体との相対角度であるリフトアーム角度が増加した後であること、または、前記ベルクランクと前記リフトアームとの相対角度であるベルクランク角度が増加した後であることの少なくとも１つが含まれることを特徴とするホイールローダ。
5. 請求項１に記載のホイールローダにおいて、
   前記コントローラは、
   前記バケット内の積載重量が無い状態で前記リフトシリンダを伸長させたときの前記リフトアームと前記車体との相対姿勢と前記リフトシリンダ力の関係を示す空荷マップを保持しており、
   前記バケット内の積載重量が有る状態で前記リフトシリンダを伸長させたときに前記リフトアームと前記車体との相対姿勢と前記リフトシリンダ力と前記空荷マップの値を参照して前記バケット内の積載重量を計測するリフト上げによる荷重計測部を有し、
   前記リフト上げによる荷重計測部の値が確定した際、前記リフト上げによる荷重計測部の値と前記バケット内の荷重演算結果とからチルト側補正ゲインを算出して保持し、
   前記リフト上げによる荷重計測部の値が再び確定するまで前記バケット内の荷重を演算するにあたり前記チルト側補正ゲインを用いることを特徴とするホイールローダ。
6. 請求項１に記載のホイールローダにおいて、
   前記コントローラは、
   前記バケット内の積載重量が無い状態で前記リフトシリンダを伸長させたときの前記リフトアームと前記車体との相対姿勢と前記リフトシリンダ力の関係を示す空荷マップを保持しており、
   前記バケット内の積載重量が有る状態で前記リフトシリンダを伸長させたときに前記リフトアームと前記車体との相対姿勢と前記リフトシリンダ力と前記空荷マップの値を参照して前記バケット内の積載重量を計測するリフト上げによる荷重計測部を有し、
   前記リフト上げによる荷重計測部の値が確定後に前記ベルクランクと前記リフトアームとの相対角度であるベルクランク角度が減少したときに、前記リフト上げによる荷重計測部の値と前記バケット内の荷重演算結果とからダンプ側補正ゲインを算出して保持し、
   前記バケット内の荷重を演算するにあたり前記ダンプ側補正ゲインを用いることを特徴とするホイールローダ。
7. 請求項６に記載のホイールローダにおいて、
   前記コントローラは、掘削開始を判定する掘削開始判定部を有し、前記掘削開始判定がされていない状態における前記ダンプ側補正ゲインを用いた前記バケット内の荷重の演算結果は単調減少した値に限定することを特徴とするホイールローダ。

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