JP5160468B2

JP5160468B2 - 建設機械の荷重計測装置

Info

Publication number: JP5160468B2
Application number: JP2009033094A
Authority: JP
Inventors: 俊和美濃島; 隆雄黒沢; 真司秋野; 隆柳生
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: AU2010200508B2; CN101806610A; CN101806610B; AU2010200508A1; US8437982B2; JP2010190617A; US20130185019A1; US20100211356A1

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。

上述した建設機械の荷重計測において、通常の積荷走行中に、荷重の計測に適した状態を得られるかは、経路に依存するところが多い。例えば、地山の切り崩しによる採石現場に見られる山の上方で採石を積込んでそのまま斜面を下る場合などは、走行路に平坦な場所がないため、精度のよい荷重計測が行えないという問題があった。

この点を改善するために、走行状態や地面の状態の影響が少ないタイミング、例えば、建設機械の放土の際に行う後進の間に、荷重を計測し、計測値を記録するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−４３２６７号公報

上述した建設機械の荷重計測においては、荷重計測データを早い段階で取り込むことがデータ管理上望まれている。このため、通常の積荷走行中に荷重を計測することが、有効である。

しかしながら、建設機械が曲線状の積荷走行経路を走行している場合、建設機械の左右のバランスが崩れることがあるので、建設機械がこのような曲線状の経路を走行している際には、荷重計測を避ける必要がある。

また、前述した特許文献１に記載の発明においても、建設機械の放土の際に行う後進の間の移動経路が、曲線状であることもあるので、このような場合にも、同様に荷重計測を控える必要があるが、このような計測環境に対する対応がなされていないのが現状である。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的とするところは、建設機械が曲線状の経路を走行している際には、その際に計測した積荷の荷重の出力を無効する建設機械の荷重計測装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、建設機械のボディに積載した積載荷重を、圧力センサによって前側サスペンションシリンダ、及び後側サスペンションシリンダのシリンダ圧を取込んで演算する処理装置を備えた建設機械の荷重計測装置において、前記建設機械の左右の後輪の速度をそれぞれ検出する後輪速度検出器と、前記各後輪速度検出器からの速度差を検出する速度差検出器と、車体の速度を検出する車体速度検出器と、前記処理装置からの積載荷重Ｗを一定の時間内で数回サンプリング計測する積載荷重Ｗの振れ幅計測部と、前記積載荷重Ｗの振れ幅計測部からの計測値の平均値を求め、この平均値に対し最大計測値と最小計測値の差が最小になったことを確認する積載荷重の最小振れ幅確認部と、前記車体速度検出器からの車体の速度が予め設定した設定値以上に達した場合（条件１）と，前記積載荷重の最小振れ幅確認部からの積載荷重が最小振れ幅内である場合（条件２）と，前記速度差検出器からの左右の後輪の速度の差が予め設定した設定値より小さい場合（条件３）とが満たされた場合に、前記処理装置で演算した積載荷重Ｗを最終の積載荷重として出力し、前記条件のいずれか１つが満たされていない場合に、前記処理装置で演算した積載荷重Ｗを最終の積載荷重の出力として無効とする最終確認演算部を有する最終積載荷重確認手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記最終積載荷重確認手段における前記最終確認演算部は、前記車体速度検出器からの車体の速度を数回取込み、その平均値処理後、数秒間の速度変化が設定値以内であれば、条件１が満たされたとして扱う手段を更に備えたことを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１の発明において、前記最終積載荷重確認手段における前記最終確認演算部は、前記速度差検出器からの後輪速度検出器からの各速度の差が前記設定値よりも小さい値で、数秒後に前述した条件１，２が満たされていれば、前記処理装置からの積載荷重Ｗを最終の積載荷重として出力する手段を更に備えたことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記建設機械は、ボディに積載した積載荷を移送するダンプトラックであることを特徴とする。

本発明によれば、建設機械が曲線状の経路を走行している際には、その際に計測した積荷の荷重の出力を無効するようにしたので、建設機械の走行中における積載荷重の計測の精度が向上する。その結果、建設機械の生産性の管理が向上する。

本発明の荷重計測装置が適用される建設機械の一例であるダンプトラックの側面図である。本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態を示す構成図である。本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態の機能構成図である。本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態の処理フロー図である。

以下、本発明の建設機械の荷重計測装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１乃至図４は、本発明の建設機械の荷重計測装置の実施の形態を示すもので、図１は本発明の荷重計測装置が適用される建設機械の一例であるダンプトラックの側面図、図２は本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態を示す構成図、図３は本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態の機能構成図、図４は本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態の処理フロー図である。

本発明の荷重計測装置が適用されるダンプトラックは、図１に示すように、車体１と、車体１の前部に設けた運転室２と、車体１に保持され、積荷が積み込まれるボディ３と、このボディ３を一点鎖線で示すように上方向、下方向に回動させるボディ操作シリンダ４と、左右の前輪に配置され、車体１、ボディ３、及びボディ３に積み込まれた積荷を含む重量物を支持する前側の左右のサスペンションシリンダ５ａと、左右の後輪に配置され、車体１、ボディ３、及びボディ３に積み込まれた積荷を含む重量物を支持する後側の左右サスペンションシリンダ５ｂとを備えている。

各サスペンションシリンダ５ａ，５ｂには、積荷の荷重を計測する機器として、サスペンションシリンダ５ａ，５ｂのシリンダ圧力を計測するための圧カセンサ６ａ，６ｂがそれぞれ取り付けられている。車体１の運転室２内には、車体１の前後方向の傾斜角度を検出する傾斜センサ７が設けられている。左右の後輪には、左右の各後輪の回転速度を検出する後輪速度検出器８ａ，８ｂが設けられている。車体１には、車体１の速度を検出する車体速度検出器９が設けられている。これらのセンサからの計測信号は、後述する荷重の計算を行う荷重計測の処理装置へ送られる。

次に、荷重計測を行う処理装置の構成、及び機能ブロックを図２及び図３を用いて説明する。
図２は、本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態に係る処理装置の構成を示す構成図、図３は、図２に示す本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態に係る処理装置の機能構成を示すブロック図であり、これらの図において、図１に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

荷重計測装置の処理装置１０には、図２に示すように、前側の左右のサスペンションシリンダ５ａ、及び後側の左右サスペンションシリンダ５ｂの各シリンダ圧力を計測するための圧カセンサ６ａ，６ｂからの検出信号と、左右の各後輪６の回転速度を検出する後輪速度検出器８ａ，８ｂからの検出信号と、車体１の速度を検出する車体速度検出器９からの検出信号とが入力される。

処理装置１０は、図２に示すように、演算を行う演算部１１と、演算部１１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）を保存する読み込み専用のメモリ（ＲＯＭ）１４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ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）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、演算部１１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を介して管理センター又は車体１の運転室内に設置した表示装置２０に荷重量を表示することができる。

ＲＡＭ１５には、図３に示す前側の左右のサスペンションシリンダ５ａ、及び後側の左右サスペンションシリンダ５ｂの各シリンダの断面積の値Ｄと、前側の左右のサスペンションシリンダ５ａ及び後側の左右サスペンションシリンダ５ｂによって支持されている車体１側の重量Ｇと、サスペンションシリンダ５ａ，５ｂに作用する全荷重Ｐｔを傾斜センサ７からの車体１の傾斜角度θに基づいて傾斜が作用していない場合の全荷重Ｐｔとして求めるための補正全荷重Ｐｔ特性Ａと、前側のサスペンションシリンダ５ａに作用する荷重ＰＦと後側のサスペンションシリンダ５ｂに作用する荷重ＰＲとのサスペンション荷重比Ｘｔ（Ｘｔ＝ＰＦ／ＰＲ）を傾斜センサ７からの車体１の傾斜角度θに基づいて傾斜が作用していない場合の荷重比Ｘとして求めるための補正前後荷重比Ｘの特性Ｂと、補正前後荷重比Ｘに基づいて全荷重Ｐｔの偏心積込補正比率Ｘａを求めるための全荷重Ｐｔの補正比率の特性Ｃとを記憶している。

次に、処理装置１０における演算部１１の処理機能の構成を、図３を用いて説明する。演算部１１は、大略的にボディ３に積み込まれた積荷量（積載量）を演算する積載荷重演算手段１１０と、最終積載量を確認する最終積載量確認手段１３０とを備えている。

積載荷重演算手段１１０は、前側の左右のサスペンションシリンダ５ａの各シリンダ圧力を計測するための圧カセンサ６ａからのシリンダ圧と予め記憶したシリンダ５ａの断面積の値Ｄとをそれぞれ掛け算して前側の左右のサスペンションシリンダ５ａにそれぞれ作用する荷重を演算する各掛算器１１１と、後側の左右のサスペンションシリンダ５ｂの各シリンダ圧力を計測するための圧カセンサ６ｂからのシリンダ圧と予め記憶したシリンダ５ｂの断面積の値Ｄとをそれぞれ掛け算して後側の左右のサスペンションシリンダ５ｂにそれぞれ作用する荷重を演算する各掛算器１１２と、各掛算器１１１からの前側の左右のサスペンションシリンダ５ａの荷重を加算して前側のサスペンションシリンダ５ａに作用する前側荷重ＰＦを演算する加算器１１３と、各掛算器１１２からの後側の左右のサスペンションシリンダ５ｂに作用する後側荷重ＰＲを演算する加算器１１４と、加算器１１３からの前側荷重ＰＦと加算器１１４からの後側荷重ＰＲとを加算してサスペンションシリンダ５ａ，５ｂの全荷重Ｐｔａを演算する加算器１１５と、加算器１１５からのサスペンションシリンダ５ａ，５ｂの全荷重Ｐｔａを傾斜センサ７からの傾斜角度θと予め記憶した補正全荷重Ｐｔ特性Ａとに基づいて車体１が傾斜していない場合の補正全荷重Ｐｔを演算する全荷重補正演算部１１６と、加算器１１３からの前側荷重ＰＦと加算器１１４からの後側荷重ＰＲとの前後荷重比Ｘｔ（Ｘｔ＝ＰＦ／ＰＲ）を演算する除算器１１７と、除算器１１７からの前後荷重比Ｘｔを傾斜センサ７からの傾斜角度θと予め記憶した補正前後荷重比Ｘの特性Ｂとに基づいて車体１が傾斜していない場合の補正前後荷重比Ｘを演算する前後荷重比補正演算部１１８と、前後荷重比補正演算部１１８からの補正前後荷重比Ｘと全荷重Ｐｔの偏心積込補正比率の特性Ｃとに基づいて全荷重Ｐｔの偏心積込補正比率Ｘａを演算する全荷重補正比率演算部１１９と、全荷重補正演算部１１６からの補正全荷重Ｐｔに全荷重補正比率演算部１１９からの全荷重Ｐｔの偏心積込補正比率Ｙを除算する除算器１２０と、除算器１２０からの全荷重Ｐｔから前側の左右のサスペンションシリンダ５ａ及び後側の左右サスペンションシリンダ５ｂによって支持されている車体１側の重量Ｇを減算して積載荷重Ｗを演算する減算器１２１とを備えている。

前述した最終積載荷重確認手段１３０は、積載荷重演算手段１１０からの積載荷重Ｗを一定の時間内で数回サンプリング計測する積載荷重Ｗの振れ幅計測部１３１と、積載荷重Ｗの振れ幅計測部１３１からの計測値の平均値を求め、この平均値に対し最大計測値と最小計測値の差が最小になったことを確認する積載荷重の最小振れ幅確認部１３２と、左右の各後輪の回転速度を検出する後輪速度検出器８ａ，８ｂからの各速度の差を演算する速度差検出器１３３と、車体速度検出器９からの車体１の速度が予め設定した設定値（例えば、数ｋｍ／ｈ）以上に達した場合、所謂、荷重計測可能な走行状態の場合（条件１）と，積載荷重の最小振れ幅確認部１３２からの積載荷重が最小振れ幅内である場合（条件２）と，速度差検出器１３３からの後輪速度検出器８ａ，８ｂからの各速度の差が予め設定した設定値より小さい場合、所謂、曲線状の経路ではなく直線状の経路を走行していると判断できる場合（条件３）とが満たされた場合に、減算器１２１からの積載荷重Ｗを最終の積載荷重として出力し、条件が満たされない場合には、減算器１２１からの積載荷重Ｗを最終の積載荷重の出力として無効とする最終確認演算部（論理積演算部）１３４とを備えている。

次に、上述した本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態の処理動作を、図２乃至図４を用いて説明する。
なお、図４は、本発明の建設機械の荷重計測装置の一実施の形態の処理フローを示す図である。

図３に示す処理装置１０における演算部１１の積載荷重演算手段１１０における各掛算器１１１は、積載荷重演算手段１１０に取り込まれた圧カセンサ６ａからの前側の左右のサスペンションシリンダ５ａの各シリンダ圧力（図４の手順Ｓ１）と予め記憶したシリンダ５ａの断面積の値Ｄとをそれぞれ掛け算して、前側の左右のサスペンションシリンダ５ａにそれぞれ作用する荷重を演算する（図４の手順Ｓ２）。

また、各掛算器１１２は、積載荷重演算手段１１０に取り込まれた後側の左右のサスペンションシリンダ５ｂの各シリンダ圧力を計測するための圧カセンサ６ｂからのシリンダ圧（図４の手順Ｓ１）と予め記憶したシリンダ５ｂの断面積の値Ｄとをそれぞれ掛け算して後側の左右のサスペンションシリンダ５ｂにそれぞれ作用する荷重を演算する（図４の手順Ｓ２）。

加算器１１３は、各掛算器１１１からの前側の左右のサスペンションシリンダ５ａの荷重を加算して前側のサスペンションシリンダ５ａに作用する前側荷重ＰＦを演算する。また、加算器１１４は、各掛算器１１２からの後側の左右のサスペンションシリンダ５ｂに作用する後側荷重ＰＲを演算する。加算器１１５は、加算器１１３からの前側荷重ＰＦと加算器１１４からの後側荷重ＰＲとを加算してサスペンションシリンダ５ａ，５ｂの全荷重Ｐｔａを演算する（図４の手順Ｓ３）。

除算器１１７は、加算器１１３からの前側荷重ＰＦと加算器１１４からの後側荷重ＰＲとの前後荷重比Ｘｔ（Ｘｔ＝ＰＦ／ＰＲ）を演算する（図４の手順Ｓ４）。

全荷重補正演算部１１６は、加算器１１５からのサスペンションシリンダ５ａ，５ｂの全荷重Ｐｔａを傾斜センサ７からの傾斜角度θ（図４の手順Ｓ５）と予め記憶した補正全荷重Ｐｔ特性Ａとに基づいて車体１が傾斜していない場合の補正全荷重Ｐｔを演算する（図４の手順Ｓ６）。

前後荷重比補正演算部１１８は、除算器１１７からの前後荷重比Ｘｔを傾斜センサ７からの傾斜角度θ（図４の手順Ｓ５）と予め記憶した補正前後荷重比Ｘの特性Ｂとに基づいて車体１が傾斜していない場合の補正前後荷重比Ｘを演算する（図４の手順Ｓ６）。

全荷重補正比率演算部１１９は、前後荷重比補正演算部１１８からの補正前後荷重比Ｘと全荷重Ｐｔの偏心積込補正比率の特性Ｃとに基づいて全荷重Ｐｔの偏心積込補正比率Ｘａを演算する（図４の手順Ｓ６）。

除算器１２０は、全荷重補正演算部１１６からの補正全荷重Ｐｔに全荷重補正比率演算部１１９からの全荷重Ｐｔの偏心積込補正比率Ｙを除算する（図４の手順Ｓ６）。減算器１２１は、除算器１２０からの全荷重Ｐｔから前側の左右のサスペンションシリンダ５ａ及び後側の左右サスペンションシリンダ５ｂによって支持されている車体１側の重量Ｇを減算して積載荷重Ｗを演算する（図４の手順Ｓ６）。

次に、最終積載荷重確認手段１３０における積載荷重Ｗの振れ幅計測部１３１は、積載荷重演算手段１１０からの積載荷重Ｗを一定の時間内で数回サンプリング計測する。積載荷重の最小振れ幅確認部１３２は、積載荷重Ｗの振れ幅計測部１３１からの計測値の平均値を求め、この平均値に対し最大計測値と最小計測値の差が最小になったことを確認する（図４の手順Ｓ７）。また、速度差検出器１３３は、左右の各後輪の回転速度を検出する後輪速度検出器８ａ，８ｂからの各速度（図４の手順Ｓ８）の差を演算する（図４の手順Ｓ９）。

最終確認演算部１３４は、車体速度検出器９からの車体１の速度が予め設定した設定値（例えば、数ｋｍ／ｈ）以上に達した場合、所謂、荷重計測可能な走行状態の場合（条件１）と，積載荷重の最小振れ幅確認部１３２からの積載荷重が最小振れ幅内である場合（条件２）と，速度差検出器１３３からの後輪速度検出器８ａ，８ｂからの各速度の差が予め設定した設定値より小さい場合、所謂、曲線状の経路ではなく直線状の経路を走行していると判断できる場合（条件３）とが満たされた場合（図４の手順Ｓ１０）に、減算器１２１からの積載荷重Ｗを最終の積載量として出力する（図４の手順Ｓ１１）。また、最終確認演算部１３４は、条件１乃至３が満たされない場合には、減算器１２１からの積載荷重Ｗを最終の積載荷重の出力として無効とする。
上述した本発明の実施の形態によれば、建設機械が曲線状の経路を走行している際には、その際に計測した積載荷重の出力を無効にするので、建設機械の走行中における積載荷重の計測の精度が向上する。その結果、建設機械の生産性の管理が向上する。

なお、上述の実施の形態においては、最終確認演算部１３４は、車体速度検出器９からの車体１の速度が予め設定した設定値（例えば、数ｋｍ／ｈ）以上に達した場合、所謂、荷重計測可能な走行状態の場合（条件１）と、積載荷重の最小振れ幅確認部１３２からの積載荷重が最小振れ幅内である場合（条件２）と、速度差検出器１３３からの後輪速度検出器８ａ，８ｂからの各速度の差が予め設定した設定値より小さい場合、所謂、曲線状の経路ではなく直線状の経路を走行していると判断できる場合（条件３）との条件が満たされた場合に、減算器１２１からの積載荷重Ｗを最終の積載荷重として出力するようにしたが、前述した条件３が満たされた場合に、最終確認演算部１３４は、減算器１２１からの積載荷重Ｗを最終の積載量として出力することも可能である。

また、最終確認演算部１３４において、車体速度検出器９からの車体１の速度が予め設定した設定値（例えば、数ｋｍ／ｈ）以上に達した場合、所謂、荷重計測可能な走行状態の場合（条件１）として設定したが、車体速度を数回取込み、その平均値処理後、数秒間の速度変化が設定値以内であれば、条件１が満たされたとして扱うことも可能である。

また、最終確認演算部１３４において、速度差検出器１３３からの後輪速度検出器８ａ，８ｂからの各速度の差が予め設定した設定値以上の場合、条件３を満たしていないとして、無効にしたが、無効後、後輪速度検出器８ａ，８ｂからの各速度の差が設定値よりも小さい値で、数秒後に前述した条件１，２が満たされていれば、減算器１２１からの積載荷重Ｗを最終の積載荷重として出力することも可能である。

なお、上述の実施の形態においては、建設機械であるダンプトラッックが曲線状の経路を走行している状態を、後輪速度検出器８ａ，８ｂからの各速度の差から求めるようにしたが、建設機械の左右の前輪の操舵角度をそれぞれ検出する操舵角度検出器で求めることも可能である。

この場合、最終積載荷重確認手段１３０における最終確認演算部１３４は、前記操舵角度検出器からの操舵角度が予め設定した設定値（例えば、直線状の経路走行時における操舵角）と同じ場合、前記処理装置で演算した積載荷重Ｗを最終の積載荷重として出力し、予め設定した設定値以上に達した場合には、前記処理装置で演算した積載荷重Ｗを最終の積載荷重の出力として無効とする手順を実行する。

１車体
２運転室
３ボディ
４ボディ操作シリンダ４
５ａ前側のサスペンションシリンダ
５ｂ後側のサスペンションシリンダ
６ａ圧カセンサ
６ｂ圧カセンサ
８ａ後輪速度検出器
８ｂ後輪速度検出器
９車体速度検出器
１０荷重計測装置の処理装置
１１演算部
１４読み込み専用のメモリ（ＲＯＭ）
１５ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
１１０積載荷重演算手段
１３０最終積載量確認手段
１３４最終確認演算部

Claims

建設機械のボディに積載した積載荷重を、圧力センサによって前側サスペンションシリンダ、及び後側サスペンションシリンダのシリンダ圧を取込んで演算する処理装置を備えた建設機械の荷重計測装置において、
前記建設機械の左右の後輪の速度をそれぞれ検出する後輪速度検出器と、
前記各後輪速度検出器からの速度差を検出する速度差検出器と、
車体の速度を検出する車体速度検出器と、
前記処理装置からの積載荷重Ｗを一定の時間内で数回サンプリング計測する積載荷重Ｗの振れ幅計測部と、
前記積載荷重Ｗの振れ幅計測部からの計測値の平均値を求め、この平均値に対し最大計測値と最小計測値の差が最小になったことを確認する積載荷重の最小振れ幅確認部と、
前記車体速度検出器からの車体の速度が予め設定した設定値以上に達した場合（条件１）と，前記積載荷重の最小振れ幅確認部からの積載荷重が最小振れ幅内である場合（条件２）と，前記速度差検出器からの左右の後輪の速度の差が予め設定した設定値より小さい場合（条件３）とが満たされた場合に、前記処理装置で演算した積載荷重Ｗを最終の積載荷重として出力し、前記条件のいずれか１つが満たされていない場合に、前記処理装置で演算した積載荷重Ｗを最終の積載荷重の出力として無効とする最終確認演算部を有する最終積載荷重確認手段とを備えた
ことを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
請求項１に記載の建設機械の荷重計測装置において、
前記最終積載荷重確認手段における前記最終確認演算部は、前記車体速度検出器からの車体の速度を数回取込み、その平均値処理後、数秒間の速度変化が設定値以内であれば、条件１が満たされたとして扱う手段を更に備えた
ことを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
請求項１に記載の建設機械の荷重計測装置において、
前記最終積載荷重確認手段における前記最終確認演算部は、前記速度差検出器からの後輪速度検出器からの各速度の差が前記設定値よりも小さい値で、数秒後に前述した条件１，２が満たされていれば、前記処理装置からの積載荷重Ｗを最終の積載荷重として出力する手段を更に備えた
ことを特徴とする建設機械の荷重計測装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の建設機械の荷重計測装置において、
前記建設機械は、ボディに積載した積載荷を移送するダンプトラックである
ことを特徴とする建設機械の荷重計測装置。