JP7265948B2 - 予測装置、予測方法および作業車両 - Google Patents

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Description

本発明は、予測装置、予測方法および作業車両に関する。
排ガス規制Ｔｉｅｒ４Ｆｉｎａｌ世代の建設機械ではＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；選択還元触媒）の還元剤としてＤＥＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｆｌｕｉｄ）（ＡＵＳ３２ ＪＩＳ Ｋ２２４７）が使用されている。ＤＥＦは車載タンクに保存されるが、寒冷地域では、例えば建設機械のエンジンが停止している間にＤＥＦが凍結する問題が発生する。建設機械のエンジンを始動させれば、タンク内に搭載された解凍用ヒータなどで例示される解凍装置が起動し、凍結したＤＥＦを解凍することができるが解凍には時間を要する。そのため、エンジン始動時などに例えば出力制限がかかり、建設機械による作業に制限がかかり待ち時間が生ずる。
特許文献１は、エンジンの冷却水温度と還元剤タンクの周囲温度に基づき、冷却水温度の変化率を決定し、その変化率に基づいて還元剤タンクの充填バルブの解凍時間を予測し、解凍予測時間の完了時に還元剤の充填の準備ができた旨をオペレータに通知するシステムを開示する。
米国特許出願公開第２０１６／０２８２１６７号明細書
特許文献１に記載のシステムによれば、還元剤タンクへの充填バルブの解凍時間が予測され、予測した解凍時間が完了したことが通知される。しかしながら、特許文献１に記載のシステムは、還元剤タンクに貯蔵されている還元剤に凍結するおそれがある場合や凍結してしまった場合に、凍結に至るまでの時間や解凍に要する時間を予測するものではない。例えば、凍結に至るまでの時間や解凍に要する時間が事前に予測できれば、その時間を見込んで作業計画を立案することができたり、車体を凍結しにくい場所に移動させるといった対策を講じたりすることができる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、還元剤の凍結に至るまでの時間や解凍に要する時間を予測することができる予測装置、予測方法および作業車両を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、作業車両に搭載される容器に収容された還元剤の凍結に至るまでの時間を予測する装置であって、前記容器に収容されている前記還元剤の残量を示す残量情報を取得する残量情報取得部と、前記容器の壁面温度の検出結果である壁面温度検出値を取得する壁面温度取得部と、前記還元剤の温度の検出結果である還元剤温度検出値を取得する還元剤温度取得部と、前記壁面温度検出値と、前記還元剤温度検出値と、前記残量情報とに基づいて、前記還元剤が凍結に至るまでの時間を算出する時間演算部と、を備える予測装置である。
上記態様によれば、還元剤の凍結に至るまでの時間や解凍に要する時間を予測することができる。
本実施形態に係る作業車両を示す側面図である。 図１に示すコントローラ６に係るシステム構成図である。 図１および図２に示すコントローラ６の構成例を示すブロック図である。 図３に示す形状特性ケーブル６８の構成例を示す模式図である。 図３に示すコントローラ６の動作例を示すフローチャートである。 図３に示すコントローラ６の他の動作例を示すフローチャートである。 図３に示すコントローラ６の動作例を説明するための模式図である。 図１および図２に示すサーバ１１とコントローラ６（図８ではコンローラ６ａ）の他の構成例を示すブロック図である。 図８に示すサーバ１１の動作例を示すフローチャートである。 図８に示すサーバ１１の他の動作例を示すフローチャートである。 図３に示すコントローラ６の他の動作例を示すフローチャートである。 図１１に示すコントローラ６の動作例、を説明するための模式図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る作業車両を示す側面図である。図１に示す例では、第１実施形態に係る作業車両は、ダンプトラック１００である。本実施形態において、ダンプトラック１００は、キャブ（運転室）１０８に搭乗した運転者（オペレータ）に操作される有人ダンプトラックであるが、これに限定されず無人ダンプトラックでもよい。さらに、本実施形態において、ダンプトラック１００は、例えばリジッド式のダンプトラック１００であるが、これに限定されずアーティキュレート式のダンプトラックなどの運搬車両であってもよい。
ダンプトラック１００は、車両本体１０２と、車両本体１０２に設けられるベッセル１０３とを備える。車両本体１０２は、走行装置１０４と、走行装置１０４に支持された車体１０５とを有する。走行装置１０４は、車輪１０６と、車輪１０６を回転可能に支持する車軸１０７とを有する。
また、車体１０５は、動力発生装置１１０を有する。動力発生装置１１０は、動力を発生させて走行装置１０４を駆動する。動力発生装置１１０は、エンジン１２を有する。本実施形態において、エンジン１２は、ディーゼルエンジンである。エンジン１２は、排気管１２Ｃを有する。排気管１２Ｃは、排気ガス後処理装置１３０のＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）装置１３１に接続される。
排気ガス後処理装置１３０は、ＤＰＦ装置１３１と、ミキシング装置１３２と、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）装置１３３とを有する。ＤＰＦ装置１３１は、排気ガス中のスス等の微粒子を除去する。ミキシング装置１３２は、ＤＰＦ装置１３１から排出された排気ガスに対して、還元剤としての尿素水を混合させてＳＣＲ装置１３３に送る。ミキシング装置１３２では、混合された尿素水が加水分解され、アンモニアが発生する。ＳＣＲ装置１３３には、排気ガスと、発生したアンモニアとが送られる。ミキシング装置１３２は、還元剤タンク３に接続されている図示していない供給管とインジェクタを有する。還元剤タンク３は、ミキシング装置１３２に供給される尿素水を貯留する。作業車両に搭載される還元剤タンク３は、還元剤としての尿素水を収容する容器である。なお、本実施形態において、作業車両としてのダンプトラック１００の排気ガス後処理装置１３０は、ＤＰＦ装置１３１とＳＣＲ装置１３３との両者を搭載するが、排気ガス後処理装置１３０がＤＰＦ装置１３１を搭載せずＳＣＲ装置１３３を搭載するものであってもよい。
ＳＣＲ装置１３３は、還元触媒を有し、還元触媒によって、排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）と、ミキシング装置１３２で発生したアンモニアとの間に触媒反応を発生させる。還元触媒は、例えば、バナジウム系触媒、ゼオライト系触媒等が用いられる。排気ガスに含まれるＮＯｘは、還元剤であるアンモニアとの触媒反応により、窒素と水とに変換される。なお、本実施形態では、尿素水とアンモニアの両者を還元剤と呼ぶ。
キャブ１０８は、コントローラ６と、モニタ８を備える。コントローラ６は、ダンプトラック１００の還元剤タンク３に収容された尿素水（還元剤）の凍結に至るまでの時間を予測したり、還元剤タンク３に収容された尿素水が凍結した場合に還元剤タンク３に設置されたヒーターチューブ（加熱部）によって加熱されて解凍されるまでの時間を予測したりする予測装置である。モニタ８は、コントローラ６が予測した結果を表示する。モニタ８は、例えば、尿素水が凍結に至るまでの時間や尿素水の温度の時間変化を表示したり、尿素水が解凍されるまでの時間や尿素水の温度の時間変化を表示したりする。
次に、図２を参照して、コントローラ６の入出力に係る構成について説明する。図２は、図１に示すコントローラ６に係るシステム構成図である。なお、図２に示す例では、尿素水２（以下、還元剤２という）を収容する還元剤タンク３の内部には、ヒーターチューブ１と、センサモジュール４が設置されている。ヒーターチューブ１には、エンジン１２の冷却水（温水）が環流し、還元剤２を加熱する。センサモジュール４は、濃度センサ４１、残量センサ４２および還元剤温度センサ４３を有する。濃度センサ４１は、還元剤２の濃度を検知して、検知結果をコントローラ６へ出力する。残量センサ４２は、還元剤２の残量（例えば満タンに対する割合（％））を検知して、検知結果をコントローラ６へ出力する。還元剤温度センサ４３は、還元剤２の温度を検知して、検知結果をコントローラ６へ出力する。また、還元剤タンク３は、タンクカバー７で覆われている。また、タンクカバー７内には、壁面温度センサ５が設けられている。壁面温度センサ５は、還元剤タンク３の壁面温度を検知して、検知結果をコントローラ６へ出力する。壁面温度センサ５は、熱電対によるセンサを用いることができるが、熱流センサを用いてもよい。熱流センサは、熱流の量と方向に応じた電気信号を出力するセンサであり、例えばサーモパイルを用いて構成されたものなどがある。
コントローラ６には、濃度センサ４１、残量センサ４２および還元剤温度センサ４３と、壁面温度センサ５と、モニタ８と、アンテナ１０と、外気温センサ１３と、図示していないエンジン１２のコントロールユニット等が接続されている。外気温センサ１３は、エンジン１２等の発熱源の影響を受けにくい車両本体１０２の所定の位置に設置され、外気温を検知して、検知結果をコントローラ６へ出力する。モニタ８は、表示装置である。あるいは、モニタ８は、表示面と操作面を備えるタッチパネル等の入力表示装置であってもよい。アンテナ１０は、ダンプトラック１００と離れた位置に設置されているサーバ１１と無線通信する際に用いられる。サーバ１１は、管理者等が、ダンプトラック１００の各部の動作状態を監視（管理）したり、遠隔操作したりする制御装置である。
次に、図３を参照して、図１および図２に示すコントローラ６の構成例について説明する。図１および図２に示すコントローラ６は、コンピュータとその周辺装置等（入力装置、音声出力装置等）から構成される。図３は、図１および図２に示すコントローラ６の構成例を示すブロック図であり、コントローラ６を構成するコンピュータとその周辺装置等のハードウェアと、コンピュータで実行されるプログラム等のソフトウェアとの組み合わせで構成される機能的構成要素をブロックに分けて示す。
図３に示す例においてコントローラ６は、外気温度取得部６１と、残量情報取得部６２と、壁面温度取得部６３と、還元剤温度取得部６４と、時間演算部６５と、出力部６６と、記憶部６７を備える。外気温度取得部６１は、外気温センサ１３の出力信号を入力して、外気温を取得する。また、外気温度取得部６１は、取得した外気温と還元剤２の凝固点とを比較する処理を実行する。残量情報取得部６２は、残量センサ４２の出力信号を入力して、還元剤タンク３内の還元剤の残量（残量情報）を取得する。なお、残量情報取得部６２は、残量センサ４２の出力信号を入力して、記憶部６７に記憶されている残量センサ４２の出力信号と還元剤の残量（体積）とを対応付けるテーブルなど参照して、還元剤タンク３内の還元剤の残量情報を取得するものであってもよい。壁面温度取得部６３は、壁面温度センサ５の出力信号を入力して、還元剤タンク３の壁面温度（壁面温度検出値）を取得する。還元剤温度取得部６４は、還元剤温度センサ４３の出力信号を入力して、還元剤温度（還元剤温度検出値）を取得する。時間演算部６５は、壁面温度検出値と、還元剤温度検出値と、残量情報とに基づいて、還元剤が凍結に至るまでの時間を算出したり、還元剤が解凍されるまでの時間を算出したりする。出力部６６は、時間演算部６５が算出した還元剤が凍結に至るまでの時間や還元剤が解凍されるまでの時間と還元剤の温度の時間変化をモニタ８等へ出力する。記憶部６７は、形状特性ケーブル６８と、図示していない還元剤２の特性情報（還元剤２の凝固点温度、比熱、潜熱、密度等）、還元剤タンク３の特性情報（還元剤タンク３の質量、比熱、表面積等）等を記憶する。なお、例えば、還元剤２の比熱は還元剤２の濃度と温度に依存するので、還元剤２の比熱は濃度と温度を要素とする配列（テーブル）で表すことができる。また、還元剤２の凝固点温度は還元剤２の濃度に依存するので、還元剤２の濃度を要素とする配列（テーブル）で表すことができる。
ここで、図４を参照して、図３に示す形状特性ケーブル６８の構成例について説明する。図４は、図３に示す形状特性ケーブル６８の構成例を示す模式図である。図４に示す形状特性ケーブル６８は、還元剤残量（％）と、還元剤質量（ｋｇ）、タンク触れ表面積（ｍ２）、およびヒーターチューブ触れ表面積（ｍ２）との対応関係を示す配列で構成されている。タンク触れ表面積（ｍ２）は、還元剤２が接触する還元剤タンク３の表面の面積である。ヒーターチューブ触れ表面積（ｍ２）は、還元剤２が接触するヒーターチューブ１の表面の面積である。還元剤残量（％）と、還元剤質量（ｋｇ）、タンク触れ表面積（ｍ２）、およびヒーターチューブ触れ表面積（ｍ２）との対応関係は、還元剤タンク３の形状と、ヒーターチューブ１の形状および還元剤タンク３への取り付け方とによって決定される。図４に示す形状特性ケーブル６８を参照することで、還元剤残量（％）に対応する各値（還元剤質量（ｋｇ）、タンク触れ表面積（ｍ２）、およびヒーターチューブ触れ表面積（ｍ２））を取得することができる。
次に、図５を参照して、コントローラ６の動作例について説明する。図５は、図３に示すコントローラ６が凍結時間を予測する際の動作例を示すフローチャートである。図５に示す処理は、例えばヒーターチューブ１に冷却水（温水）が環流していない状態で、コントローラ６に対してオペレータが所定の入力操作を行った場合に開始される。なお、ダンプトラック１００が無人ダンプトラックの場合は、例えば、サーバ１１から無線通信によってアンテナ１０を介し、凍結時間の予測を指示する信号をコントローラ６が受信することによってコントローラ６が動作してもよい。
コントローラ６は、図５に示す処理が開始されると、まず、外気温度取得部６１が外気温センサ１３の出力信号を入力して外気温を取得し、外気温と還元剤２の凝固点温度を比較する（ステップＳ１１）。一方、外気温が還元剤２の凝固点温度以下でない場合（ステップＳ１１で「ＮＯ」の場合）、外気温度取得部６１は、例えばモニタ８にその旨を表示し、図５に示す処理を終了する。
他方、外気温が還元剤２の凝固点温度以下の場合（ステップＳ１１で「ＹＥＳ」の場合）、還元剤温度取得部６４が還元剤温度センサ４３の出力信号を入力して還元剤温度（還元剤温度検出値）を取得するとともに、残量情報取得部６２が、残量センサ４２の出力信号を入力して還元剤タンク３内の還元剤の残量（残量情報）を取得する（ステップＳ１２）。
次に、壁面温度取得部６３が、所定の時間間隔で、複数回（少なくとも２回）、壁面温度センサ５の出力信号を入力して還元剤タンク３の壁面温度（壁面温度検出値）を取得する（ステップＳ１３）。
次に、時間演算部６５が、以下のようにして還元剤２の凍結予測時間を算出する（ステップＳ１４）。
まず、時間演算部６５は、下式（Ａ１）によって、単位時間に還元剤タンク３の単位面積を横切る熱量である、タンク熱流束を算出する。なお、壁面温度センサ５として熱流センサを用いる場合、熱流センサが検知した値そのものが、下式（Ａ１）の左辺に示すタンク熱流束として用いることができる。
Figure 0007265948000001
式（Ａ１）において、壁面温度変化量は、単位時間当たりの温度変化であり、ステップＳ１３で取得した還元剤タンク３の壁面温度の複数回の計測結果に基づいて算出される。式（Ａ１）に示される、タンク質量、タンク比熱、およびタンク表面積は、還元剤タンク３の質量、比熱および表面積である。
次に、時間演算部６５は、下式（Ａ２）によって、単位時間当たりの還元剤２の温度変化である、時間当たりの温度変化を算出する。
Figure 0007265948000002
式（Ａ２）において、タンク触れ表面積と還元剤質量は、残量情報に基づき形状特性テーブル６８から得た値である。還元剤比熱は、記憶部６７に特性情報として保存されている還元剤２の比熱を読み出して用いる。タンク熱流束は、式（Ａ１）によって求められたものを用いる。
次に、時間演算部６５は、下式（Ａ３－１）によって、液体の還元剤２の温度が凝固点温度まで降下する時間である、凍結予測時間（液体領域）を算出する。
Figure 0007265948000003
式（Ａ３－１）において、還元剤温度は、ステップＳ１２で取得された値である。なお、時間演算部６５は、式｛任意の時間の還元剤温度＝還元剤温度の初期値－（時間当たりの温度変化×任意の時間）｝にて、液体領域での還元剤２の温度降下カーブを算出することができる。図７に、還元剤２の温度降下カーブの予測値と実測値の例を示す。図７は、図３に示すコントローラ６の動作例を説明するための模式図であり、横軸に時間、縦軸に還元剤２の温度をとり、還元剤２の温度変化を示したものである。図７に示す例において還元剤２の凝固点温度は－１１℃である。
次に、時間演算部６５は、下式（Ａ３－２）によって、凝固点温度まで低下した還元剤２が固液共存領域で維持される時間である、凍結予測時間（固液共存領域）を算出する。ただし、固液共存領域では、還元剤温度が、凝固点温度一定であるとしている。還元剤潜熱は、特性情報として記憶部６７に保存されている還元剤２の潜熱を読み出して用いる。タンク熱流束は、式（Ａ１）によって求められたものを用いる。
Figure 0007265948000004
次に、時間演算部６５は、下式（Ａ３－３）によって、固体となった還元剤２が、任意の還元剤温度まで低下するのに要する時間である、凍結予測時間（固体領域）を算出する。
Figure 0007265948000005
例えば、式（Ａ３－３）の還元剤温度を外気温とすれば、式（Ａ３－３）によって外気温まで低下する時間（外気との間で熱平衡となるまでの時間）を求めることができる。なお、時間演算部６５は、式｛任意の時間の還元剤温度＝還元剤温度の凝固点温度－（時間当たりの温度変化×任意の時間）｝にて、固体領域での還元剤２の温度降下カーブを算出することができる。
図７に示すように、本実施形態で算出された凍結予測時間は、液体領域、固液共存領域および固体領域において、おおむね実測値に近い値となった。
次に、出力部６６が、ステップＳ１４で算出された凍結予測時間をモニタ８に出力して、図５に示す処理を終了する（ステップＳ１５）。出力する凍結予測時間としては、例えば、凍結予測時間（液体領域）のみでもよいし、凍結予測時間（液体領域）と凍結予測時間（固液共存領域）と凍結予測時間（固体領域）の全部または一部としてもよい。
次に、図６を参照して、コントローラ６の他の動作例について説明する。図６は、図３に示すコントローラ６が解凍時間を予測する際の動作例を示すフローチャートである。図６に示す処理は、例えばヒーターチューブ１に冷却水（温水）の環流が開始した状態で、コントローラ６に対してオペレータが所定の入力操作を行った場合に開始される。
コントローラ６は、図６に示す処理が開始されると、まず、例えば還元剤温度取得部６４が、エンジン１２のコントロールユニット等から得た情報に基づき、還元剤タンク３の凍結が検知されていて、かつ、ヒーターチューブ１への冷却水（温水）の環流が開始しているか否かを判断する（ステップＳ２１）。一方、還元剤タンク３の凍結が検知されていないか、または、ヒーターチューブ１への冷却水（温水）の環流が開始していない場合（ステップＳ２１で「ＮＯ」の場合）、例えば還元剤温度取得部６４は、例えばモニタ８にその旨を表示し、図６に示す処理を終了する。
他方、還元剤タンク３の凍結が検知されていて、かつ、ヒーターチューブ１への冷却水（温水）の環流が開始している場合（ステップＳ２１で「ＹＥＳ」の場合）、還元剤温度取得部６４が還元剤温度センサ４３の出力信号を入力して還元剤温度（還元剤温度検出値）を取得するとともに、残量情報取得部６２が、残量センサ４２の出力信号を入力して還元剤タンク３内の還元剤の残量（残量情報）を取得する（ステップＳ２２）。
次に、壁面温度取得部６３が、所定の時間間隔で、複数回（少なくとも２回）、壁面温度センサ５の出力信号を入力して還元剤タンク３の壁面温度（壁面温度検出値）を取得する（ステップＳ２３）。
次に、時間演算部６５が、以下のようにして還元剤２の解凍予測時間を算出する（ステップＳ２４）。
まず、時間演算部６５は、下式（Ｂ１）によって、単位時間に還元剤タンク３の単位面積を横切る熱量である、タンク熱流束を算出する。なお、壁面温度センサ５として熱流センサを用いる場合、熱流センサが検知した値そのものが、下式（Ｂ１）の左辺に示すタンク熱流束として用いることができる。
Figure 0007265948000006
式（Ｂ１）において、壁面温度変化量は、単位時間当たりの温度変化であり、ステップＳ２３で取得した還元剤タンク３の壁面温度の複数回の計測結果に基づいて算出される。式（Ｂ１）に示される、タンク質量、タンク比熱、およびタンク表面積は、還元剤タンク３の質量、比熱および表面積である。
次に、時間演算部６５は、下式（Ｂ２）によって、単位時間当たりの還元剤２の温度変化である、時間当たりの温度変化を算出する。
Figure 0007265948000007
式（Ｂ２）において、タンク触れ表面積と還元剤質量とヒーターチューブ（ＨＴ）触れ表面積は、残量情報に基づき形状特性テーブル６８から得た値である。ヒーターチューブ（ＨＴ）熱流束は、例えば、還元剤温度、冷却水温度、冷却水流量等をパラメータとして、実験的にあるいはシミュレーション計算によって設定した経験式やテーブルを用いて決定することができる。なお、還元剤比熱は、特性情報として記憶部６７に保存されている還元剤２の比熱を読み出して用いる。タンク熱流束は、式（Ｂ１）によって求められたものを用いる。
次に、時間演算部６５は、下式（Ｂ３－１）によって、固体領域の還元剤２が、任意の還元剤温度分、上昇するのに要する時間である、解凍予測時間（固体領域）を算出する。
Figure 0007265948000008
例えば、式（Ｂ３－１）の還元剤温度を、現在の還元剤温度と凝固点温度の差分に対応する温度とすれば、式（Ｂ３－１）によって凝固点温度まで上昇するのに要する時間を求めることができる。なお、時間演算部６５は、式｛任意の時間の還元剤温度＝還元剤温度（初期値）＋（時間当たりの温度変化×任意の時間）｝にて、固体領域での還元剤２の温度上昇カーブを算出することができる。
次に、時間演算部６５は、下式（Ｂ３－２）によって、凝固点温度まで上昇した還元剤２が固液共存領域で維持される時間である、解凍予測時間（固液共存領域）を算出する。タンク熱流束は、式（Ｂ１）によって求められたものを用いる。還元剤潜熱は、記憶部６７に特性情報として保存されている還元剤２の潜熱を読み出して用いる。ただし、固液共存領域では、還元剤温度が、凝固点温度一定であるとしている。
Figure 0007265948000009
次に、時間演算部６５は、下式（Ｂ３－３）によって、液体の還元剤２の温度が任意の還元剤温度まで上昇する時間である、解凍予測時間（液体領域）を算出する。
Figure 0007265948000010
式（Ｂ３－３）において、還元剤温度は、任意の温度である。式（Ｂ３－３）を用いて、例えば、液体の還元剤２の温度が一定に維持されるまでの時間（冷却水から得る熱量と外気に奪われる熱量とが釣り合うまでの時間）を求めることができる。なお、時間演算部６５は、式｛任意の時間の還元剤温度＝凝固点温度＋（時間当たりの温度変化×任意の時間）｝にて、液体領域での還元剤２の温度上昇カーブを算出することができる。
次に、出力部６６が、ステップＳ２４で算出された解凍予測時間をモニタ８に出力して、図６に示す処理を終了する（ステップＳ２５）。出力する解凍予測時間としては、例えば、解凍予測時間（固体領域）のみでもよいし、解凍予測時間（固体領域）と解凍予測時間（固液共存領域）と解凍予測時間（液体領域）の全部または一部としてもよい。
以上のように本実施形態によれば、還元剤タンク３に貯蔵されている還元剤２に凍結するおそれがある場合や凍結してしまった場合に、凍結に至るまでの時間や解凍に要する時間を予測することができる。したがって、本実施形態によれば、例えば、凍結に至るまでの時間や解凍に要する時間を事前に予測して、その時間を見込んで作業車両の稼働計画を立案することができたり、作業車両を休車させる前に作業車両を凍結しにくい場所に移動させるといった対策を講じたりすることができる。
（第２実施形態）
次に、図８～図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、図１および図２に示すサーバ１１とコントローラ６の他の構成例（第２実施形態の構成例）を示す（図８ではコントローラ６ａとして示す）ブロック図である。図９は、図８に示すサーバ１１の動作例を示すフローチャートである。図１０は、図８に示すサーバ１１の他の動作例を示すフローチャートである。
第１実施形態ではダンプトラック１００に搭載されているコントローラ６で凍結予測時間と解凍予測時間を算出したのに対して、第２実施形態では、サーバ１１において凍結予測時間と解凍予測時間を算出する。以下、第２実施形態ついて、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
まず、図８を参照して、図１および図２に示すサーバ１１とコントローラ６の第２実施形態（コントローラ６ａ）における構成例について説明する。図１および図２に示すサーバ１１は、コントローラ６（コントローラ６ａ）と同様に、コンピュータとその周辺装置等（入力装置、音声出力装置等）から構成される。図８は、図１および図２に示すサーバ１１とコントローラ６ａの構成例を示すブロック図であり、サーバ１１およびコントローラ６ａを構成するコンピュータとその周辺装置等のハードウェアと、コンピュータで実行されるプログラム等のソフトウェアとの組み合わせで構成される機能的構成要素をブロックに分けて示す。
図８に示すコントローラ６ａは、図３に示すコントローラ６に対して、時間演算部６５と記憶部６７が除かれ、あらたに通信部６９が設けられている。通信部６９は、外気温度取得部６１、残量情報取得部６２、壁面温度取得部６３、および還元剤温度取得部６４が取得した情報をサーバ１１へ送信したり、エンジン１２のコントロールユニットから取得した情報（例えば温水解凍が開始されているか否かを示す情報等）をサーバ１１へ送信したり、サーバ１１から受信した情報を、出力部６６を介してモニタ８に表示したりする。
図８に示すサーバ１１は、解凍状態受信部１１１と、外気温度受信部１１２と、残量情報受信部１１３と、壁面温度受信部１１４と、還元剤温度受信部１１５と、時間演算部１１６と、送信部１１７と、記憶部１１８を備える。
解凍状態受信部１１１は、エンジン１２のコントロールユニットから温水解凍が開始されているか否かを示す情報を、通信部６９を介して（あるいはエンジン１２のコントロールユニットから所定の通信部を介して通信部６９を介さずに）受信する。外気温度受信部１１２は、外気温度取得部６１が取得した外気温の情報を通信部６９から受信する。残量情報受信部１１３は、残量情報取得部６２が取得した還元剤タンク３内の還元剤の残量（残量情報）を通信部６９から受信する。壁面温度受信部１１４は、壁面温度取得部６３が取得した還元剤タンク３の壁面温度（壁面温度検出値）を通信部６９から受信する。還元剤温度受信部１１５は、還元剤温度取得部６４が取得した還元剤温度（還元剤温度検出値）を通信部６９から受信する。時間演算部１１６は、図３に示す第１実施形態の時間演算部６５と同様にして、壁面温度検出値と、還元剤温度検出値と、残量情報とに基づいて、還元剤が凍結に至るまでの時間を算出したり、還元剤が解凍されるまでの時間を算出したりする。送信部１１７は、時間演算部１１６が算出した還元剤が凍結に至るまでの時間や還元剤が解凍されるまでの時間と還元剤の温度の時間変化を、コントローラ６ａの通信部６９へ送信する。記憶部１１８は、図３に示す記憶部６７と同様に、形状特性ケーブル６８と、図示していない還元剤２の特性情報（還元剤２の凝固点温度、比熱、潜熱、密度等）、還元剤タンク３の特性情報（還元剤タンク３の質量、比熱、表面積等）等を記憶する。なお、例えば、還元剤２の比熱は還元剤２の濃度と温度に依存するので、還元剤２の比熱は濃度と温度を要素とする配列（テーブル）で表すことができる。また、還元剤２の凝固点温度は還元剤２の濃度に依存するので、還元剤２の濃度を要素とする配列（テーブル）で表すことができる。
次に、図９を参照して、図８に示すサーバ１１の動作例について説明する。図９は、図８に示すサーバ１１が凍結時間を予測する際の動作例を示すフローチャートである。図９に示す処理は、例えばヒーターチューブ１に冷却水（温水）が環流していない状態で、サーバ１１に対して管理者等のサーバ１１のオペレータが所定の入力操作を行った場合に開始される。
サーバ１１は、図９に示す処理が開始されると、まず、外気温受信部１１２が、外気温度取得部６１が取得した外気温を受信する（ステップＳ３１）。次に、例えば外気温受信部１１２が、外気温と還元剤２の凝固点温度を比較する（ステップＳ３２）。一方、外気温が還元剤２の凝固点温度以下でない場合（ステップＳ３２で「ＮＯ」の場合）、外気温受信部１１２は、例えばサーバ１１の所定のモニタにその旨を表示し、図９に示す処理を終了する。
他方、外気温が還元剤２の凝固点温度以下の場合（ステップＳ３２で「ＹＥＳ」の場合）、還元剤温度受信部１１５が、還元剤温度取得部６４が取得した還元剤温度（還元剤温度検出値）を受信するとともに、残量情報受信部１１３が、残量情報取得部６２が取得した還元剤タンク３内の還元剤の残量（残量情報）を受信する（ステップＳ３３）。
次に、壁面温度受信部１１４が、壁面温度取得部６３が所定の時間間隔で複数回（少なくとも２回）取得した還元剤タンク３の壁面温度（壁面温度検出値）を受信する（ステップＳ３４）。
次に、時間演算部１１６が、第１実施形態の時間演算部６５と同様にして還元剤２の凍結予測時間を算出する（ステップＳ３５）。
次に、送信部１１７が、ステップＳ３５で算出された凍結予測時間を通信部６９へ送信して、図９に示す処理を終了する（ステップＳ３６）。これに対し、コントローラ６ａの通信部６９は、受信した凍結予測時間を表す情報をモニタ８に出力させる。
次に、図１０を参照して、サーバ１１の他の動作例について説明する。図１０は、図８に示すサーバ１１が解凍時間を予測する際の動作例を示すフローチャートである。図１０に示す処理は、例えばヒーターチューブ１に冷却水（温水）の環流が開始した状態で、サーバ１１に対して管理者等のサーバ１１のオペレータが所定の入力操作を行った場合に開始される。
サーバ１１は、図１０に示す処理が開始されると、まず、還元剤温度受信部１１５が、還元剤温度取得部６４が取得した還元剤温度（還元剤温度検出値）を受信する（ステップＳ４１）。次に、解凍状態受信部１１１がエンジン１２のコントロールユニット等からヒーターチューブ１への冷却水（温水）の環流が開始しているか否かを示す情報を受信する（ステップＳ４２）。
次に、例えば解凍状態受信部１１１が、ステップＳ４１とステップＳ４２で取得された情報に基づき、還元剤タンク３の凍結が検知されていて、かつ、ヒーターチューブ１への冷却水（温水）の環流が開始しているか否かを判断する（ステップＳ４３）。一方、還元剤タンク３の凍結が検知されていないか、または、ヒーターチューブ１への冷却水（温水）の環流が開始していない場合（ステップＳ４３で「ＮＯ」の場合）、例えば解凍状態受信部１１１は、例えばサーバ１１の所定のモニタにその旨を表示し、図１０に示す処理を終了する。
他方、還元剤タンク３の凍結が検知されていて、かつ、ヒーターチューブ１への冷却水（温水）の環流が開始している場合（ステップＳ４３で「ＹＥＳ」の場合）、還元剤温度受信部１１５が、還元剤温度取得部６４が取得した還元剤温度（還元剤温度検出値）を受信するとともに、残量情報受信部１１３が、残量情報取得部６２が取得した還元剤タンク３内の還元剤の残量（残量情報）を受信する（ステップＳ４４）。
次に、壁面温度受信部１１４が、壁面温度取得部６３が所定の時間間隔で複数回（少なくとも２回）取得した還元剤タンク３の壁面温度（壁面温度検出値）を受信する（ステップＳ４５）。
次に、時間演算部１１６が、第１実施形態の時間演算部６５と同様にして還元剤２の解凍予測時間を算出する（ステップＳ４６）。
次に、送信部１１７が、ステップＳ４６で算出された解凍予測時間を通信部６９へ送信して、図１０に示す処理を終了する（ステップＳ４７）。これに対し、コントローラ６ａの通信部６９は、受信した解凍予測時間を表す情報をモニタ８に出力させる。
以上のように、第２実施形態によれば、サーバ１１側で、還元剤２の凍結予測時間や解凍予測時間を予測することができる。
（第３実施形態）
次に、図１１および図１２を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図１１は、図１および図２に示すコントローラ６の他の動作例（第３実施形態の動作例）を示すフローチャートである。図１２は、図１および図２に示すコントローラ６の他の動作例を説明するための模式図である。なお、第３実施形態は、第１実施形態と比較して、コントローラ６の動作の一部が異なる。
図１１を参照して、第３実施形態におけるコントローラ６の動作例について説明する。図１１は、図３に示すコントローラ６が凍結時間を予測する際の動作例を示すフローチャートである。図１１に示す処理は、例えばヒーターチューブ１に冷却水（温水）が環流していない状態で、コントローラ６に対してオペレータが所定の入力操作を行った場合に開始される。
コントローラ６は、図１１に示す処理が開始されると、まず、外気温度取得部６１が外気温センサ１３の出力信号を入力して外気温を取得し、外気温と還元剤２の凝固点温度を比較する（ステップＳ５１）。一方、外気温が還元剤２の凝固点温度以下でない場合（ステップＳ５１で「ＮＯ」の場合）、外気温度取得部６１は、例えばモニタ８にその旨を表示し、図１１に示す処理を終了する。
他方、外気温が還元剤２の凝固点温度以下の場合（ステップＳ５１で「ＹＥＳ」の場合）、還元剤温度取得部６４が還元剤温度センサ４３の出力信号を入力して還元剤温度（還元剤温度検出値）を取得するとともに、残量情報取得部６２が、残量センサ４２の出力信号を入力して還元剤タンク３内の還元剤の残量（残量情報）を取得する（ステップＳ５２）。
次に、壁面温度取得部６３が、所定の時間間隔で、複数回（少なくとも２回）、壁面温度センサ５の出力信号を入力して還元剤タンク３の壁面温度（壁面温度検出値）を取得する（ステップＳ５３）。
次に、時間演算部６５が、図５のステップＳ１４と同様にして還元剤２の凍結予測時間を算出するとともに、上述したようにして還元剤２の温度変化（温度降下予測に係る情報）を算出する（ステップＳ５４）。
次に、出力部６６が、ステップＳ５４で算出された凍結予測時間と温度降下カーブ（温度の時間変化）を例えば図１２に示すようにしてモニタ８に出力して、図１１に示す処理を終了する（ステップＳ５５）。
本実施形態によれば、凍結予測時間に関するより詳細な情報を作業車両のオペレータや作業車両の管理者、あるいは作業車両が稼働する作業現場の管理者に対して提供することができる。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して説明してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、各取得部６４は、各センサを含んだ機能的構成要素として把握してもよい。また、式（Ａ１）、式（Ｂ１）で示した熱流束は、熱流センサで計測して求めてもよい。また、壁面温度変化量については、予め実験あるいはシミュレーションによって、外気温、壁面温度、還元剤残量、還元剤温度等に基づいて壁面温度変化量を決定するテーブルを用いて求めてもよい。また、出力部６６や送信部１１７が予測結果や温度変化を表す情報を出力したり送信したりする出力先もしくは送信先は、モニタ８等に限らず、音声出力装置、携帯端末装置などであってもよい。また、ヒーターチューブ１（加熱部）が、作業車両に搭載したバッテリの電力を用いて電熱線を加熱させ、還元剤タンク３に収容されている還元剤２を加熱できるような構成とする場合、サーバ１１からの指示でバッテリの電力を電熱線に通電させるようにして還元剤２の解凍を開始してもよい。作業車両は、ダンプトラック１００に限定されず、例えばＳＣＲ装置を有する車両一般とすることができる。また、作業車両は、ＳＣＲ装置を有するものであって、例えば、油圧ショベル、ホイールローダ、ブルドーザ、モータグレーダといった車両であってもよい。
１００ ダンプトラック、１ ヒーターチューブ、２ 還元剤、３ 還元剤タンク、４ センサモジュール、５ 壁面温度センサ、６ コントローラ、８ モニタ、１１ サーバ、１２ エンジン、１３ 外気温センサ、４１ 濃度センサ、４２ 残量センサ、４３ 還元剤温度センサ、６２ 残量情報取得部、６３ 壁面温度取得部、６４ 還元剤温度取得部、６５ 時間演算部、６６ 出力部、１３３ ＳＣＲ装置

Claims (10)

  1. 作業車両に搭載される容器に収容された還元剤の凍結に至るまでの時間を予測する装置であって、
    前記容器に収容されている前記還元剤の残量を示す残量情報を取得する残量情報取得部と、
    前記容器の壁面温度の検出結果である壁面温度検出値を取得する壁面温度取得部と、
    前記還元剤の温度の検出結果である還元剤温度検出値を取得する還元剤温度取得部と、
    前記壁面温度検出値と、前記還元剤温度検出値と、前記残量情報とに基づいて、前記還元剤が凍結に至るまでの時間を算出する時間演算部と、
    を備える予測装置。
  2. 前記時間演算部が算出した前記還元剤が凍結に至るまでの時間と前記還元剤の温度の時間変化を出力する出力部を
    さらに備える請求項１に記載の予測装置。
  3. 前記作業車両から離れた場所に設けられている
    請求項１または２に記載の予測装置。
  4. 請求項１に記載の容器と、請求項１または２に記載の予測装置を備える
    作業車両。
  5. 作業車両に搭載される容器に収容された還元剤の凍結に至るまでの時間を予測する方法であって、
    前記容器に収容されている前記還元剤の残量を示す残量情報を取得するステップと、
    前記容器の壁面温度の検出結果である壁面温度検出値を取得するステップと、
    前記還元剤の温度の検出結果である還元剤温度検出値を取得するステップと、
    前記壁面温度検出値と、前記還元剤温度検出値と、前記残量情報とに基づいて、前記還元剤が凍結に至るまでの時間を算出するステップと、
    を含む予測方法。
  6. 作業車両に搭載される容器に収容された還元剤が前記容器に設置された加熱部によって加熱されて解凍されるまでの時間を予測する装置であって、
    前記容器に収容されている前記還元剤の残量を示す残量情報を取得する残量情報取得部と、
    前記容器の壁面温度の検出結果である壁面温度検出値を取得する壁面温度取得部と、
    前記還元剤の温度の検出結果である還元剤温度検出値を取得する還元剤温度取得部と、
    前記壁面温度検出値と、前記還元剤温度検出値と、前記残量情報とに基づいて、前記還元剤が解凍されるまでの時間を算出する時間演算部と、
    を備える予測装置。
  7. 前記時間演算部が算出した前記還元剤が解凍されるまでの時間と前記還元剤の温度の時間変化を出力する出力部を
    さらに備える請求項６に記載の予測装置。
  8. 前記作業車両から離れた場所に設けられている
    請求項６または７に記載の予測装置。
  9. 請求項６に記載の容器と、請求項６または７に記載の予測装置を備える
    作業車両。
  10. 作業車両に搭載される容器に収容された還元剤が前記容器に設置された加熱部によって加熱されて解凍されるまでの時間を予測する方法であって、
    前記容器に収容されている前記還元剤の残量を示す残量情報を取得する残量情報取得部と、
    前記容器の壁面温度の検出結果である壁面温度検出値を取得する壁面温度取得部と、
    前記還元剤の温度の検出結果である還元剤温度検出値を取得する還元剤温度取得部と、
    前記壁面温度検出値と、前記還元剤温度検出値と、前記残量情報とに基づいて、前記還元剤が解凍されるまでの時間を算出する時間演算部と、
    を含む予測方法。
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