JPS62274223A - 車両用積載重量検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ホイールローダ、ペイローダ、ダンプトラ
ック等の建設機械に用いる車両用積載重量検出方法に関
し、特に油圧シリンダの油圧に含まれる脈動による影響
をとり除いて検出精度を向上させるための改良に関する
。

〔従来の技術〕

ホイールローダ、ペイローダ等の積込車両あるいはダン
プトラック等の運搬車両においては、安全管理、稼動管
理等の面で積荷重量を正確に把握することが必要である
。このため、建設機械の積荷重量を正確に検出するため
の提案が種々提出されており、その１従来技術として特
開昭５８−６４２２号公報がある。

この提案では、荷役積載部を油圧シリンダによって駆動
する建設車両において荷役積載部の傾斜角を固定すれば
油圧シリンダの油圧と積荷重量とが所定のリニヤな関係
になることに着目し、油圧シリンダの油圧を検出する圧
力センサと、荷役積載部が所定角傾斜したことを検出す
るリミットスイッチを設け、前記関係式に上記リミット
スイッチがＯＮとなったときの圧力センサの検出値を代
入することにより積荷重量を作業中に自動秤量するもの
であるが、かかる従来技術においては常に±５％程度の
誤差が含まれることが確かめられており、実用するには
問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、ホイールローダのパケットに一定重量の重り
を試せ、ブームのリフト角度とリフトシリンダのボトム
圧との関係を調べてみると、シリンダボトム圧には第６
図に示す如く、多くの脈動が含まれていることがわかっ
た。すなわち、上記従来装置においては、リミッチスイ
ッチがＯＮとなった時点の圧力センサの検出値を取り込
み、該検出値に基づき積荷ｆｆｉ量を検出するようにし
ているため、上記シリンダボトム圧の脈動が全熱考慮さ
れておらず、これが精度不良の大きな要因となっている
と考えられる。

この発明はこれら実情に鑑みてなされたもので、上記油
圧シリンダの油圧に含まれる脈動の影響をとり除くこと
により正確な油圧検出値を得、もって高精度の重量検出
をなし得る車両用樋門重量検出方法を提供しようとする
のである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕この発明は
油圧の脈動が周期関数で表わされることに着目したもの
であり、パケット等の積荷積載部が所定の高さ位置に達
したことを検出するセンサと、油圧シリンダの油圧を検
出する油圧センサとを設け、積荷積載部が所定の高さ位
置に達した時点の前後における前記油圧シリンダの油圧
を所定のサンプリング時間間隔毎に所定個数ずつ採取し
、これら採取した油圧データの平均値を算出し、該算出
した油圧平均値に基づき前記積荷積載部の重量を検出し
ようとするものである。前記算出した油圧平均値には脈
動による影響は含まれていないので、該油圧平均値に基
づき測定される積荷ＴＩＩＩＱの精度を向上させること
ができる。

〔実施例〕

まず、この発明の基本原理について説明する。

前述したように、油圧シリンダのボトム圧には第６図に
示したような脈動が含まれている。本発明では、この脈
動が周期関数として表わすことができることに着目した
。すなわち脈動は次式に示すフーリエ級数で表わすこと
ができる。

ｆ　（ｔ） したがって、第６図に示した油圧関数はブーム角が時間
軸に対してリニアに変化したとすると、Ｐ　（ｔ）−Ａ
ｔ＋Ｂ＋ａ。

・・・（２） と表わすことができる。

ところで、三角関数には次式に示す性質がある。

ただしωＯ−２π／を 又、周期関数においては、次式に示す性能がある。

したがって、成る時刻αを中心にし、Ｔを適当な値に設
定し、油圧関数Ｐ　（ｔ）を時間積分すると次のように
なる。

＋ｂｎｓｉｎ　ｎωｔ））ｄｔ ＋ｂｎ　ｓｉｎ　ｎｃｌＪｔ）　）　ｄ　ｔ・・・（６
） ここで前記（３’）（４）式から ＋ｂｎ　ｓｉｎ　ｎωｔ）　）　ｄ　ｔ−０・・・　（
７） が成立するため となる。さらに上式を時間Ｔで平均すると−Ａｔ＋Ｂ　
　　　　　　　　　　　・・・（９）となり、油圧の脈
動分を取除くことができた。

以下、かかる基本原理を具体化した本発明の一実施例を
説明する。

この実施例は本発明を第２図に示すホイールローダに適
用したものである。

ホイールローダは周知のように、ブームシリンダ１によ
ってブーム２を上下に回動するとともにパケットシリン
ダ３によってパケット４にチルトおよびダンプ動作を行
なわせるようになっており、これらブーム２およびパケ
ット４の回動動作によって土砂等の掘削および積込作業
を行なう。このホイールロードには、ブームシリンダ１
の圧油管路に圧力センサ５を配設し、該圧力センサ５に
よってブームシリンダ１の油圧を検出するとともに、ブ
ーム２の日動支点にリミットスイッチ６を設け、該リミ
ットスイッチ６によってブーム２が所定の角度回動され
たこと、すなわちパケット４が所定の高さに達したこと
を検出するようにしている。

第１図は本実施例の全体的システム構成を示すものであ
り、前記圧力センサ５およびリミットスイッチ６の検出
出力はコントローラ７に入力される。コントローラ７は
第３図に示す如＜、Ａ／Ｄ変換３１０、切替部１１、デ
ータ格納レジスタ１２、マイクロプロセッサ１３等で構
成されており、前記油圧センサ５の検出信号はＡ／Ｄ変
換器１０に入力され、ここでデジタル信号に変換されて
切替部１１に加えられる。切替部１１はこれら入力され
る検出信号をマイクロプロセッサ１３から入力される切
替制御信号ＳＬに従ってデータ格納レジスタ１２のレジ
スタ群Ａおよびレジスタ群Ｂのいずれかに切替出力する
ものであり、マイクロプロセッサ１３から入力される切
替制御信号ＳＬが“Ｏ”のとき入力データをレジスタ群
Ａへ供、給し、該切替制御信号ＳＬが“１°のとき入力
データをレジスタ群Ｂへ供給する。データ格納レジスタ
１２は２個のレジスタ群ＡおよびＢで構成されており、
各レジスタ群ＡおよびＢは夫々ｎ個の油圧データを一時
格納できる例えばｎ段のシフトレジスタあるいはＲＡＭ
等で構成されている。したがって、レジスタ群Ａまたは
Ｂに切替部１１からデータが入力されると、第１段目の
レジスタ内容が該入力された最新データで更新され、ま
た、他の段のレジスタは夫々前段のレジスタ内容で更新
されることになり、各段のレジスタには常に最新のｎ個
のデータが格納されていることになる。

データ格納レジスタ１２に格納された油圧データはその
後マイクロプロセッサ１３に入力され、演、鼻部１４で
該油圧データを用いて積荷重量算出のための演算が行な
われる。かかる演算内容については後で詳述する。マイ
クロプロセッサ１３は、リミットスイッチ６の検出信号
に基づく切替部１１の切替制御、データ格納レジスタ１
２の人出力制御、積荷重量算出のための演算等を行なう
もので、上記演算部１４の他サンプリングクロック信号
ＣＫをカウントするカウンタ手段１５等を備えている。

尚、第１図において、ブザー８は荷重計算終了を報知す
るもので、また表示器９は計測した荷重値を表示するも
のである。

以下、第４図に示すフローチャートを参照して本実施例
装置の具体的作用を説明する。

ブーム２およびパケット４による掘削作業が開始される
とコントローラ７は所定のサンプリング間隔で圧力セン
サ５の検出値を取込む（ステップ１００）。この検出信
号はＡ／Ｄ変換器１０でデジタル信号に変化された後切
替部１１に入力される。マイクロプロセッサ１３はパケ
ット４が所定の高さに達してリミットスイッチｄから検
出信号が入力されるまでは前記切替制御信号ＳＬを°０
゛とし、リミットスイッチ６から検出信号が入力される
と該切替制御信号ＳＬを“１”とする。したがって、圧
力センサ５の検出データはパケット４が所定の高さに達
するまではレジスタ群Ａに入力されることになる（ステ
ップ１１０）。マイクロプロセッサ１３には所定のサン
プリング時間間隔Δを毎にクロック信号ＣＫが人力され
ており、マイクロプロセッサ１３はリミットスイッチ６
がオンとなるまでは（ステップ１２０）、前二己サンプ
リング間隔Δを毎に圧力センサ５の検出値を取込み（ス
テップ１３０，１００）、該取込んだデータをデータ格
納レジスタ１２のレジスタ群Ａへ順次格納する。マイク
ロプロセッサ１３はこのような動作をリミットスイッチ
６がオンとなるまで繰返し実行する。したがって、リミ
ットスイッチ６がオンとなった時点においてレジスタ群
Ａには該スイッチ６がオンとなる時点以前のｎ個の最新
油圧データが格納されていることになる。

次に、リミットスイッチ６がある時点でオンとなったと
すると、マイクロコンピュータ１３はこれを検知し、前
記切替制御信号ＳＬを°１”とするとともに、カウンタ
手段１５をｒＯＪにイニシャライズする（ステップ１４
０）。このカウンタ手段１５はサンプリング信号ＣＫを
カウントしており、マイクロコンピュータは該カウンタ
手段１５のカウント値を参照することによりｎ個のデー
タのサンプリング終了時点を検知する。したがって、リ
ミットスイッチ６がオンとなった後は圧　　゛力センサ
５の検出データは今度はレジスタ群Ｂへ入力される（ス
テップ１５０．　１６０）。この際、データが１個取込
まれる毎にカウント手段１５のカウント値は＋１される
（ステップ１７０）。マイクロコンピュータ１３はカウ
ンタ手段のカウント値がｎとなるまでは（ステップ１８
０）、サンプリング間隔Δを毎に圧力センサ５の検出値
を取込み（ステップ１９０，１５０）、該取込んだデー
タをデータ格納レジスタ１２のレジスタ群Ｂへ順次格納
していく。したがってカウント手段１５のカウント値が
ｎとなった時点においてレジスタ群Ｂには前記リミット
スイッチ６がオンとなった時点以降のｎ個の油圧データ
が格納されていることになり、マイクロコンピュータ１
３はカウント手段１５のカウント値がｎとなった時点で
圧力データの取込みを終了する（ステップ２００）。

次に、マイクロコンピュータ１３はレジスタ群Ａに格納
されているｎ個の圧力データを全て読出し、これらを演
算部１４で加算し総和Ｓ１を求め（ステップ２１０）、
さらにレジスタ群Ｂに格納されているｎ個の圧力データ
を全て読出しこれらを演算部１４で加算して総和Ｓ２を
求める（ステップ２２０）。さらに演算部１４において
前記求めた総和ｓ、、ｓ２を加算し、該加算値を２０で
割ることにより、前記２０個の圧力データの平均値Ｓ１
＋３２／２ｎを求める。

このようにして求められた平均値Ｓ＋＋５２／２ｎは結
果的に前記基本原理で説明した（６）式から（９）式ま
での処理を行ったのと同じことになり、この平均値デー
タには脈動分が含まれていない。

そしてマイクロコンピュータ１３は該算出した平均値デ
ータＳｌ　＋Ｓ２／２ｎに基づき積荷重量を計算するよ
うにする（ステップ２４０）。

ここで、シリンダ油圧をＸ、積荷重量をＹとすると、こ
れらには第５図に示すような Ｙ＝ＣＸ＋Ｄ なる関係が成立する。なお、ＣおよびＤはパケットの地
上高さおよび車両の機種等によって決められる定数であ
り、パケットの所定の上昇位置におけるシリンダ油圧を
検出することで前記ＣおよびＤを特定することができる
。

マイクロコンピュータ１３内には、かかるシリンダ油圧
Ｘと積荷重ＷＹとの関係を記憶したメモリテーブルが備
えられており、該メモリテーブルから前記算出した油圧
平均値Ｓ＋＋Ｓ２／２ｎに対応する積荷重量値を読出す
ことにより当該積荷重量を検出する。

その後、マイクロコンピュータ１３は該測定した積荷重
量を表示器９へ出力し表示するとともに、ブザー８を鳴
らし測定が終了したことを報知するようにする（ステッ
プ２５０）。

上記の演算処理は通常、マイクロプロセッサ内の所定の
プログラムに従って遂行される。

以上は本発明をホイールローダに適用した場合であるが
、本発明はペイローダやダンプトラック等積荷積載部を
有する他の建設機械にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、積荷積載部が所
定高さ位置になったときの油圧シリンダの油圧を脈動に
影響されることなく正確に検知することができるように
なり、該油圧値に基づき算出されるｆａ、１ｔｌｉ重量
値の精度を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はこの発明を適用するホイールローダへのセンサ配置例
を示す側面図、第３図はコントローラの内部構成例を示
すブロック図、第４図は同実施例の具体的作用例を説明
するためのフローチャート、第５図はシリンダ油圧と積
載荷重との関係を示すグラフ、第６図はシリンダ油圧に
含まれる脈動を示すグラフである。 １・・・ブームシリンダ、２・・・ブーム、３・・・バ
ケ・ノドシリンダ、４・・・パケット、５・・・油圧セ
ンサ、６・・・リミットスイッチ、７・・・コントロー
ラ、８・・・ブザー、９・・・表示器、１０・・・Ａ／
Ｄ変換器、１１・・・切替部、１２・・・データ格納レ
ジスタ、１３・・・マイクロプロセッサ。 第１図 第２図 第３図 潰圧　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　フ゛−ム角度第５図　　　　　　第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 積荷積載部が油圧シリンダで昇降駆動される車両に用い
   られる車両用積載重量検出方法において、前記積荷積載
   部が所定の高さ位置に達した時点の前後における前記油
   圧シリンダの油圧を所定のサンプリング時間間隔毎に所
   定個数ずつ採取し、これら採取した油圧データの平均値
   を算出し、該算出した油圧平均値に基づき前記積荷積載
   部の重量を検出するようにしたことを特徴とする車両用
   積載重量検出方法。