JPS6364350B2

JPS6364350B2 -

Info

Publication number: JPS6364350B2
Application number: JP56084187A
Authority: JP
Priority date: 1981-06-01
Filing date: 1981-06-01
Publication date: 1988-12-12
Also published as: JPS57201710A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ダンプトラツク等の車輛のフレーム
に加わる応力をモニタする装置に関する。一般に、ダンプトラツク等の車輛が路面の状態
の悪い道路を走行する場合、サスペンシヨンやタ
イヤの変位に不整合が生じて車体のフレームにネ
ジリモーメントによる応力が発生することがあ
る。このように、フレームに応力が加わると、その
強さによつてはフレームが変形、破損する等の事
故が発生していた。従来、フレームにひずみゲージを直接貼り付
け、このゲージの検出出力によつてフレームに加
わる応力を検出するものがあつた。しかしながら、このような従来装置ではひずみ
ゲージの取り付けが困難であり、車体の振動等に
よつて応力の検出精度が低下するという欠点があ
つた。本発明は、上述の欠点を除去するためになされ
たものであり、フレームに加わる応力を精度よく
検出するとともにモニタ表示する作業車輛のフレ
ーム応力モニタ装置を提供することを目的とす
る。本発明によれば、フレームに配設された４つの
サスペンシヨンに加わる圧力からフレームに加わ
る応力を検出し、この検出した応力を強さによつ
て３段階に表示している。以下、本発明を添附図面の実施例に基づいて詳
細に説明する。第１図は、作業車輛のフレームおよびサスペン
シヨンの概要を示すものである。フレーム１には
サスペンシヨン２〜５が配置され、また、車輪６
〜９が配設される。このようにフレーム１はサス
ペンシヨン２〜５および車輪６〜９によつて地面
に支持される。第２図は、フレーム１の応力解析モデルを示す
ものである。サスペンシヨン２〜５の反力F₁〜
F₄は、それぞれ矢印A₁〜A₄のようにフレーム１
に加わる。この反力F₁〜F₄によりフレーム１に
加わる応力σは次式(i)であらわされる。 σ＝k₃｛（F₁−F₂）k₁−（F₃−F₄）k₂｝ …(i) ただし、係数k₁、k₂、k₃は車体の構造またはサ
スペンシヨン２〜５の特性により定まる定数であ
る。また、反力F₁〜F₄はそれぞれサスペンシヨン
２〜５に加わる圧力P₁〜P₄によつて次式(ii)のよ
うに表わされる。 F₁＝A₁P₁ F₂＝A₂P₂ F₃＝A₃P₃ F₄＝A₄P₄ …(ii) ただし、係数A₁、A₂、A₃、A₄はそれぞれサス
ペンシヨン２〜５の特性により定まる定数であ
る。式(ii)を式(i)に代入して整理すれば、応力σは次
式(iii)により表わされる。 σ＝a₁p₁−a₂p₂−a₃p₃＋a₄p₄ …(iii) ただし、a₁＝k₁k₃A₁、a₂＝k₁k₃A₂、a₃＝
k₂k₃A₃、a₄＝k₂k₃A₄である。ところで、車輛が路面の状態の悪い道路を走行
すると、第３図に示した曲線Ｍのような応力σが
フレーム１に加わる。このような応力σに対する
フレーム１の耐疲労特性に基づく管理限界線は、
第４図のフレーム応力発生頻度限界チヤートに示
した限界線Ｌのようになる。すなわち、例えば大きさσ₁の応力がフレーム１
にN₁回まで加えられてもフレーム１に異常は発
生しないが、応力σ₁が（N₁＋１）回加えられる
とフレーム１に何らかの異常が発生する。したがつて、フレーム１に応力σ₁がN₁回加え
られたときが、フレーム１の検査時期である。なお、応力σ₁はフレーム１に加わる応力の平常
値の上限の応力であり、また、応力σ₃はフレーム
１に加わる応力の限界値に近い応力であり、ま
た、応力σ₂は応力σ₁とσ₃との中間値の応力であ
る。第５図は、本発明に係る車輛のフレーム応力モ
ニタ装置の一実施例を示すものである。ところで、サスペンシヨン２〜５は窒素ガス等
の気体が封入されたガス封入式サスペンシヨンで
あり、強度調整等のためにエア抜きバルブが形成
されている。圧力センサ１１〜１４は、それぞれサスペンシ
ヨン２〜５に加わる圧力P₁〜P₄を検出する半導
体圧力センサで、サスペンシヨン２〜５のエア抜
きバルブに感圧部が配設される。圧力センサ１１
〜１４の圧力検出値は、それぞれ所定増幅率の増
幅回路１５〜１８およびフイルタ１９〜２２を介
して加算器２３に加えられる。なお、増幅回路１５〜１８の増幅率はそれぞれ
式(iii)の係数a₁（＝k₁k₃A₁）、a₂（＝k₁k₃A₂）、a₃（
＝
k₂k₃A₃）、a₄（＝k₂k₃A₄）と同じくされており、
さらに、増幅回路１６，１７は位相反転増幅回路
である。また、フイルタ１９〜２２は、車両に発
生する高周波ノイズを除去するローパスアクテイ
ブフイルタである。加算器２３の出力信号は、応力検出信号Sσと
して絶対値形成回路２４を介してサンプル−ホー
ルド回路２５に加えられる。サンプル−ポールド回路２５は、発振回路２６
から加えられるサンプリング周期△Ｔ（sec）、デ
ユーテイタイムTa（sec）のサンプリングパルス
信号PS（第６図ａ参照）に同期して信号S〓をホー
ルドし、その出力ホールド信号S_hは、コンパレー
タ２７〜２９の一側入力にそれぞれ加えられる。レベル設定器３０には、応力σの平常値の上限
（σ₁）に対応するレベル信号が設定され、その出
力設定信号S_l1はコンパレータ２７の＋側入力に
加えられる。レベル設定器３２には、応力σの限
界値（σ₃）に対応するレベル信号が設定され、そ
の出力設定信号S_l3はコンパレータ２９の＋側入
力に加えられる。レベル設定器３１には、応力σ
の平常値の上限（σ₁）と限界値（σ₃）との中間の
応力値（σ₂）に対応するレベル信号が設定され、
その出力設定信号S_l2はコンパレータ２８の＋側
入力に加えられる。コンパレータ２７は、S_l1＞S_hのとき信号S₁を
形成し、この信号S₁はインバータ回路３３を介し
てアンド回路３６，３７，３８にそれぞれ加えら
れる。コンパレータ２８は、S_l2＞S_hのとき信号
S₂を形成し、この信号S₂はアンド回路３８に加え
られるとともに、インバータ回路３４を介してア
ンド回路３６，３７にそれぞれ加えられる。コン
パレータ２９は、S_l3＞S_hのとき信号S₃を形成し、
この信号S₃はアンド回路３７，３８にそれぞれ加
えられるとともに、インバータ回路３５を介して
アンド回路３６に加えられる。また、アンド回路
３６〜３８には発振回路３９の出力パルス信号
PO（第６図ｂ参照）が加えられる。したがつて、
信号S₁〜S₃によりアンド回路３６〜３８が動作可
能になると、アンド回路３６〜３８を介してパル
ス信号POがそれぞれ単安定マルチバイブレータ
４０〜４２に加えられ、これにより、単安定マル
チバイブレータ４０〜４２はトリガされる。単安
定マルチバイブレータ４０〜４２の出力信号は、
それぞれ電磁カウンタ４３〜４５を駆動する駆動
回路４６〜４８に加えられる。第７図に示すように、カウンタ４３は２つの表
示部４３ａ，４３ｂを有しており、表示部４３ａ
には前述の回数N₃に対応する予設定値CTが表示
され、表示部４３ｂにはカウンタ４３の計数値
CCが表示され、また、計数値CCと予設定値CT
とが等しくなると一致信号S₁₁を形成する。また、
カウンタ４４，４５も同様に構成され、それぞれ
予設定値として回数N₂、N₁に対応する値が設定
され、計数値と予設定値とが等しくなつたときに
一致信号S₁₂，S₁₃をそれぞれ形成する。これらの
一致信号S₁₁〜S₁₃はオア回路４９を介してリレー
５０を駆動する駆動回路５１に加えられ、これに
より、リレー５０が駆動し、フレーム１の異常警
報用ランプ５２が点灯する。なお、ランプ５２に
は電源電圧V_Dが加えられる。なお、単安定マルチバイブレータ４０〜４２の
動作時間は、カウンタ４３〜４５の計数動作に必
要な時間に対応して定められる。また、第６図に示すように、信号POは信号PS
の立ち下がり時に立ち上がるパルス信号であり、
周期が△Ｔ（sec）、デユーテイ時間がT_b（sec）の
パルス信号である。さて、フレーム１に加わる応力σの大きさと動
作するアンド回路との関係は、以下に示す第１表
のようになる。

【表】ただし、信号₁，₂，₃はそれぞれインバータ
回路３３，３４，３５の出力が高電位信号の場合
の信号である。したがつて、応力σの大きさがσ≦σ₁の場合は
いづれのアンド回路３８〜３９も動作可能とはな
らず、これにより、いづれのカウンタ４３〜４５
も動作しない。また、応力σの大きさがσ₁＜σ≦
σ₂の場合はアンド回路３８が動作可能となり、こ
れによりカウンタ４５が動作する。また、応力σ
の大きさがσ₂＜σ≦σ₃の場合はアンド回路３７が
動作可能となり、これにより、カウンタ４４が動
作する。また、応力σの大きさがσ＞σ₃の場合は
アンド回回３８が動作可能となり、これにより、
カウンタ４３が動作する。このように、応力σの大きさに対応してカウン
タ４３〜４５のいづれかが動作し、したがつて、
カウンタ４３〜４５の計数値は、カウンタ４３〜
４５にそれぞれ対応する応力範囲の応力がフレー
ム１に加わつた頻度に相当する。さらに、カウンタ４３〜４５の少なくとも１つ
で計数値が予設定値と等しくなると、いづれかの
一致信号S₁₁〜S₁₃が形成され、これにより、ラン
プ５２が点灯する。このように、前述の管理限界線Ｌ（第４図参照）
に基づいて、フレーム１のメンテナンス時期が報
知される。ところで、第１図に示すように、作業車輛にお
いては後輪の間隔は前輪の間隔に較べて狭く（例
えば、後輪の間隔は前輪の間隔の約３分の１であ
る）、また、前輪はおのおの独立に懸架されてい
るのに対し、後輪は独立に懸架されていない。ま
た、後輪は動輪であり、デフレンシヤルギア等を
介して２つの後輪は接続されている。これらのこ
とから、サスペンシヨン４およびサスペンシヨン
５にそれぞれ加わる圧力P₃およびP₄には強い相
関関係が生じている。したがつて、サスペンシヨン５の圧力P₄はサ
スペンシヨン４の圧力P₃を用いて次式(iv)のよう
に表わされる。 P₄＝k₄＋k₅P₃ …(iv) ただし、k₄、k₅はそれぞれ所定の定数である。この式(iv)を前式(iii)に代入し整理すると、応力σ
は次式(v)によつて表わされる。 σ＝a₀＋a₁p₁−a₂p₂＋a₅p₃ …(v) ただし、a₀＝k₂k₃k₄A₄、a₅＝k₃（k₂k₅A₄−
k₂A₃）である。第８図は、本発明に係る車輛のフレーム応力モ
ニタ装置の他の実施例を示すものである。この実
施例は、上述した後輪のサスペンシヨンに加わる
圧力間に強い相関関係がある場合のものである。圧力センサ１１〜１３の検出値は、それぞれ所
定の増幅率を有する増幅回路１５，１６，１７′
およびフイルタ１９〜２１を介して加算器２３に
加えられる。一方、式(v)の定数a₀があらかじめ設定された定
数設定器６０の出力設定値が、加算器２３に加え
られる。加算器２３はこれら４入力信号を加算
し、その結果は応力検出信号S〓として出力され
る。なお、増幅回路１８′の増幅率は式(v)の係数a₅
（＝k₃（k₂k₅A₄−k₂A₃））に等しくされている。なお、他の部分は前述の実施例と同じなので同
一符号を付して説明を省略する。なお、上述の実施例においては、応力検出値を
大きさの異なる３つの応力設定値で比較している
が、比較基準の応力設定値の数あるいは大きさは
これに限るものではない。例えば、比較の基準を
４以上の多段階に設定すれば、さらに細かく応力
をモニタできる。また、圧力センサとして半導体圧力センサを用
いているがこれに限るものではなく、その他の圧
力センサを用いても同様に構成できる。また、応力の頻度計数手段として電磁カウンタ
を用いたがこれに限るものではない。例えば、プ
リセツト可能なダウンカウンタを用いても同様に
構成できる。また、表示手段は、電磁カウンタの表示部を用
いているがこれに限らない。例えば、計数手段と
して上述のダウンカウンタを用いた場合は、応力
頻度をデジタル表示することができる。また、フレームに加わる応力が頻度限界に達し
たときはランプで報知しているが、これに限るも
のではない。例えば、ランプを点滅点灯するとと
もにブザを鳴らすようにすれば、さらにオペレー
タの注意を喚起することになる。以上説明したように、本発明によれば、サスペ
ンシヨンのエア抜きバルブに配設した圧力センサ
によりサスペンシヨンに加わる圧力を検出し、こ
の検出圧力を用いてフレームに加わる応力を算出
しているから、検出部の取り付けが容易かつ堅固
になり、したがつて、応力の検出精度が向上し、
精度のよい応力モニタ表示が可能となる。また、いわゆる管理図の手法を用い、応力頻度
限界に基づく警報を発生するためにフレームのメ
ンテナンス時期を適確に報知できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は作業車輛のフレームの概要を示す斜視
図、第２図はフレームの応力解析モデルを示す斜
視図、第３図はフレームに加わる応力σの時間的
推移例を示す線図、第４図はフレーム応力発生頻
度限界を示す管理図、第５図は本発明に係る車輛
のフレーム応力モニタ装置の一実施例を示すブロ
ツク図、第６図ａはパルス信号PSの一例を示す
タイムチヤート、第６図ｂはパルス信号POの一
例を示すタイムチヤート、第７図は電磁カウンタ
の一例を示す正面図、第８図は本発明に係る車輛
のフレーム応力モニタ装置の他の実施例を示すブ
ロツク図である。１……フレーム、２〜５……サスペンシヨン、
１１〜１４……圧力センサ、１５〜１８，１８′
……増幅回路、２３……加算器、２７〜２９……
コンパレータ、３０〜３２……レベル設定器、３
６〜３８……アンド回路、４３〜４５……電磁カ
ウンタ、５２……ランプ、６０……定数設定器。

Claims

【特許請求の範囲】１４本のサスペンシヨンによりフレームが支持
される車輛のフレーム応力モニタ装置において、
少なくとも３本のサスペンシヨンに加わる圧力を
それぞれ検出する圧力センサと、該圧力センサの
検出値から所定の演算を実行してフレームに加わ
る応力を求める演算器と、該演算器出力が所定の
応力範囲にはいつている間所定周期のパルス信号
を計数する計数手段と、該計数手段の計数値を表
示する表示手段と、前記計数手段の計数値とフレ
ーム応力頻度限界に対応する数値との比較に基づ
き所定の警報をなす警報器とを具える車輛のフレ
ーム応力モニタ装置。２前記サスペンシヨンは、ガス封入式サスペン
シヨンであり、前記圧力センサは、該サスペンシ
ヨンのエア抜きバルブに感圧部が配設される特許
請求の範囲第１項記載の車輛のフレーム応力モニ
タ装置。３前記圧力センサは、半導体圧力センサである
特許請求の範囲第１項記載の車輛のフレーム応力
モニタ装置。４前記応力範囲は、フレームに加わる応力の平
常値上限から該平常値上限とフレームに加わる応
力の限界近傍値との中間値までの第１の範囲およ
び該中間値からフレームに加わる応力の限界近傍
値までの第２の範囲および該限界近傍値以上の第
３の範囲からなり、前記計数手段は、前記応力範
囲にそれぞれ対応して設けられる特許請求の範囲
第１項記載の車輛のフレーム応力モニタ装置。