JPH05502107A - 動的ペイロード監視装置 - 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】 動的ペイロード監視装置 技街公野 本発明は、一般には、ばら積み材料を積み込む車両、より詳細には、積み込むば ら積み材料の重量を測定し、表示する装置および方法に関するものである。

！量技街 一般に、ばら積み材料の山からトラックまたは貨車などの輸送車両へばら積み材 料を積み込むには、−ｇに、ローダーなどの車両が使用される。そのような輸送 車両へ積み込むときには、輸送車両に法定最大積載重量まで積み込むことが望ま しいＣしかし、法定最大積載重量を越えてはならない）、積載量が少なすぎると 、材料輸送サイクルの効率が悪く、また輸送車両の利用効率が低くなる。積載量 が過剰であると、整備費用が余分にかかり、またトランクのタイヤやサスペンシ ョン装置の磨耗がひどくなる。さらに、過剰に積載した場合は、せっかく積み込 んだ材料を降して積載重量を減らす必要があり、そのために余分の費用がかかる 。

また、ばら積み材料輸送作業の生産性の測度としては、ペイロード測定値が望ま しい、１交代勤務時間の間、２４時間の間、あるいは他の任意の時間間隔の間に 積み込まれたばら積み材料の重量を累算する能力は、作業監督にとって役に立つ 。

多数のペイロード測定装置が開発されている。ペイロード測定装置の１つが米国 特許第４．２３０．１９６号（１９８０年１０月ｎ日発行）に開示されている。

この特許は、ローダ−用の重量測定／累算装置を開示している。この装置は、ロ ーダ−のリフトノリンダ内の油圧を検出する圧力センサと、オペレータがリフト アームを所定の重量測定位置に容易に位１決めできるように視覚的に補助するり フトアームアライメント部材を備えている。ローダ−パケット内のペイロードを 測定するため、オペレータはアライメント部材をリフトアームおよび車体に目視 で一直線に並べて、リフトアームを位置決めする。一定時間をおいたあと、ペイ ロードの重量を測定する。

この装置は、幾つかの欠点がある。最初に、１／２秒でサンプルするデータの量 が少ないため、得られた測定値が正確でない。このことは、ローダ−をでこぼこ の地形上で使用しているときには特に重要である。リフトシリンダ圧力は、ロー ダーが地面の隆起にぶつかると上昇し、ローダーが隆起を越えて「自由落下Ｊ状 態になると減少する。また、ローダ−が地面の凹みに出会うと、始めに圧力が減 少し、そのあと上昇することを除き、同様に大きな圧力変動が生じる。

ローダーの通常の使用環境においては、地面は平坦ではない。上記米国特許の装 置は、データをサンプルするとき、ローダーのダイナミックスが定常状態である ことが必要である。しかし、これは、ローダ−が移動しているときは不可能であ る。データサンプリングウィンドウが小さいので、重量測定精度が著しく落ちる 。上記米国特許に記載されている装置は、さらに、測定のときリフトアームの位 置を維持する必要がある。この要求は２つのことを意味する。第１に、シリンダ 圧力はリフトアームの位置によって広範囲に変動するので、もしオペレータがリ フトアームのアライメントをしなければ、得られたペイロード測定値はひどく間 違ったものになるかも知れない、第２に、リフトアームを止めてアライメント部 材を使って位置決めするように、オペレータに要求することは、オペレータの作 業ペースを乱し、一連の積込み手順を混乱させるかも知れない。

米国特許第４，０５５，２５５号（１９７″７年１０月５日発行）は、所定重量 のペイロードを支持して運搬するローダ−用のペイロードを測定する装置および 方法を開示している。この装置は、パケットを支持するシリンダ内の油圧を検出 する。ローダ−１のインプルメンドリンク機構が独特な形態を有するので、パケ ットのリフトシリンダは、ペイロードをすくい入れるためパケットを下げたとき を除き、通常は直立している。したがって、この装置は、異なる通常のリンク機 構構造を有するローダーに使用するには適当でなく、特定の用途に使用するペイ ロード測定装置である。

多くの用途においては、積込み作業は、ローダーが緩斜面上または他の急斜面に あるときに行われる。もしローダ−が前後方向または左右方向に傾いていれば、 インプルメンドリンク機構がリフトシリンダに作用する力は、ローダーが水平面 で作業しているとき作用する力とは異なる。たとえば、もしリンク機構の幾何学 的配列が、パケットとリンク機構の重心がリンク機構連結ピボットビンの高さよ り上にあり、かつローダーの前部が後部の高さより相当に上の高さまで上った状 態にあれば、リンク機構ピボットビンはローダーが水平の時に受けるよりも大き な荷重を受ける。したがってリフトシリンダに作用する力は減少する。極端な場 合として、パケットとリンク機構の重心に働く重力の作用線がリンク機構連結ピ ボットビンの中心を通るとき、リフトシリンダに作用する力が最小になる。同様 に、もし車両が横に傾けば、リンク機構連結ピボットビンは横荷重を受ける。し たがって、リフトリンク機構がリフトシリンダに作用する力は小さい、上に述べ たペイロード測定装置はすべて、傾斜面で作業しているとき、間違ったペイロー ドを指示するであろう。

本発明は、上に述べた１つまたはそれ以上の問題点を解決することを目指してい る。

発四国ｌ邑云 本発明は、従来のペイロード測定装置の欠点を取り除いたペイロード監視装置を 提供する。すなわち、本発明の監視装置は、正確で、オペレータの積込み作業を 変更したり、妨げたすせず、リンク機構の構造を変更せずに既存または最新のロ ーダーに組み入れることができる。

本発明は、第１のＤＩ＃とじて、少なくとも１個のインプルメンドリンク機構と 、リンク機構の幾何学的配列を修正するための少なくとも１個のシリンダを備え たローダーのペイロード重量を測定し、表示する方法を開示する０本方法は、シ リンダ内の油圧およびリンク機構の幾何学的配列を検出するステップと、検出し た油圧および幾何学的配列に対応する第１および第２信号を発生するステップと 、傾斜値を計算するステップと、第１および第２信号と傾斜値に従って、最終ペ イロード重量を計算するステップから成る。

本発明は、第２の態様として、少なくとも１個のインプルメンドリンク機構と、 リンク機構の幾何学的配列を修正するための少なくとも１個のシリンダを備えた ローダーのペイロード重量を動的に測定し、表示する装置を提供する０本装置は 、シリンダ内の油圧を検出し、それに相当する第１信号を発生する装置と、車体 に対するリンク機構の幾何学的配列を検出し、それに相当する第２信号を発生す る装■を備えている。傾斜値を計算した後、第１および第２信号と傾斜値に従っ て、最終ペイロード重量を計算する。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面および明細書を熟読されれば明ら かになるであろう。

区ＩＱ厘！望説皿 本発明をより完全に理解してもらうため、以下の図面を参照して説明する。

第１図は、ローグー前部の側面図である。

第２図は、本発明の実施例のブロック図である。

第３図は、シリンダ圧力とシリンダ伸長量の関係を表すグラフである。

第４図は、装置の状態推移図である。

第５図は、第２図の実施例に使用したアルゴリズムの較正部分のフローチャート である。

第６図は、ローダーが異なる傾斜面で作業しているときのシリンダ圧力とシリン ダ伸長量の関係を表すグラフである。

第７Ａ図、第７８Ｅ、および第７Ｃ図は、第２図の実施例に使用したアルゴリズ ムの計算部分のフローチャートである。

日　るための　の７宵日 ペイロード監視装置は第１図に参照番号１０で表示しである。第１図にパケット １６の形式のペイロード監視装置をもつ車輪型ローダ−１１の前部を示すが、本 発明は、軌道型ローダ−や同様な積込み器具をもつ他の形式の車両にも同様に通 用できる。パケット１６は、車体に取り付けられた一対のリフトアームピボット ビン】３（１個のみを示す）のまわりに２個の油圧リフトンリンダ１４（１個の みを示す）によって旋回運動するりフトアームアセツブＵ　１２に連結されてい る。

リフトアームアセンブリ１２は、一対のリフトアーム荷重支持ピボットピン１９ によってリフトシリンダ１４に連結されている。パケット１６は、さらに、バヶ ノトチＪレトノリンダ１５によって（頃けることができる。

本発明の好ましい実施例は、一方のリフトアームビポ７）ビン１３の回転を検出 する回転センサ２０を備えており、その回転センサ２ｏがらリフトアームアセン ブリ１２の幾何学的配列すなわちリフトシリンダ１４の伸長量を導くことができ る。上記の代わりに、同し回転センサ２０を負荷支持ピボットピン１９に取り付 けて、同じ情報を得ることができる。圧力センサ２１は一方のリフトシリンダ１ ４内の油圧を検出する。２個のリフトシリンダ１４が存在するが、与えられたペ イロードおよび与えられたリフトアームアセンブリの幾何学的配列の場合、シリ ンダ内の圧力は普通は同しである。したがって、本出願のためには、一方のリフ トシリンダ１４において圧力を検出すれば十分である。

次に、第２図について説明する。シリンダ圧力センサ２１とシリンダ伸長量（回 転）センサ２０の信号は、それぞれのアナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２７ で処理されたあと、マイクロプロセッサ２４へ送られる。ペイロード監視装置１ ０の較正のため、較正制御装置２５が設置されている。オペレータは較正制御装 置２５を使って較正データをリセットし、較正ペイロード重量値を入れることが できる。また、オペレータは積込みサイクルリセット制御装置３１を使って、特 定の輸送車両またはダンプ場所への積込みサイクルの開始および終了を指示する ことができる。　較正制御装置２５および積込みサイクルリセット制御装置３１ は、液晶表示画面（図示せず）と英数字キーボード（図示せず）を使用して、ペ イロード重量表示器２６と生産性要約表示器２８と組み合わせて具体化すること が好ましい、ペイロード重量表示器２６は、測定ペイロード重量と、ローダ−１ １の積込み作業の生産性要約などの別の重量データを表示する。ペイロード監視 装置１０の好ましい実施例は、ハードコピー報告書を作成するためのプリンタ２ ９と、データ記憶装置３０たとえば不運発性メモリまたはデータディスクドライ ブに情報を記憶する能力を備えている。

第３図は、本発明の一実施例におけるシリンダ圧力とシリンダ伸長量の関係を示 すグラフである。圧力と伸長量のデータは、垂直のＹ軸にリフトシリンダ圧力が プロットされ、水平のＸ軸にリフトシリンダ伸長がプロットされる。最初の放物 線曲線３日は、パケット１６が空の場合の圧力対伸長量のデータを近イ以した曲 線を表す、第２の放物線曲線４０は、既知重量のペイロードの場合の圧力対伸長 量のデータを近似した曲線を表す、この既知重量は、ローダ−１１の定格積込み 能力またはそれに近いことが好ましい、上記放物線は二次多項式によって数学的 に表すことができる０曲線３８．４０は、制御アルゴリズムの較正部分〔第５図 〕においてペイロード監視装置のための基準重量曲線としてサンプルされ、記憶 される。

第３図に示すように、リフトシリンダの圧力はシリンダの伸長量が増すにつれて 高くなるので、測定重量は、パケット１６を地面からダンプ高さまで持ち上げた ときのリフトアームアセンブリ１２の幾何学的配列によって決まる。ロータ二は 、一般に、作業サイクルの開始時にパケット１６を掘削して、サイクルの終了時 にダンプする。したがって、シリンダ圧力は作業サイクルの両端で大きく変化す るので、装置のダイナミックスは不安定である。このため、重！測定はリフトシ リンダ伸長がり、とＤ２の間にある時に限られる（Ｄ２　＞ＤＩ　）。これによ り、作業サイクルの比較的安定な部分におけるペイロード重量を正確に表す一組 の使用可能なサンプルデータが確実に得られる。記録４２は測定シリンダ圧力対 シリンダ伸長量を表す。記録４２の不規則な変動は、ローダーの移動中および方 間転換中のリフトシリンダの圧力変動を示している。

記録４２の上に重ねて図示した曲線４３は、平均化して不規則な圧力変動を取り 除いた遺恨曲線である。滑らかな放物線４３は、重量測定時の圧力対伸長量を正 確に表している。実験によれば、一定のリフト速度のとき、特定のシリンダ伸長 量におけるリフトシリンダ圧力は、ペイロード重量と共に直線的に変化すること が判った。したがって、曲線４３が基準曲線３８と４０の間にある場合には内挿 することによって、曲線４３が基準曲線３８．４０の外側にある場合には外挿す ることによって、ペイロード重量を計算することができる。

第４図は、本発明の実施例の状態推移図を示す。リフトンリング伸長量ｄが所定 の第１設定点Ｄ０以下（ｄ＜Ｄｏ）のとき、ペイロード監視装置１０は状態「準 備未了」から状！３「準備完了」へ推移する。シリンダ伸長量ｄがＤ０以下のと きに、パケット１６がばら積み材料の山を掘削している（すなわち、パケットを 押し出している）ことが最も好ましい、シリンダ伸長量ｄが第２の設定点ＤＩ以 上（ｄ＞ＤＩ）のとき、ローダ−１１はパケット１６を持ち上げている。この状 態が「持上げｊである６状態「持上げ」のとき、シリンダ圧力と位置データがサ ンプルされる。

３つの条件が、状態「持上げ」から状態「計算」へ推移を起こさせることができ る。シリンダ伸長量ｄが第３の設定点Ｄｚを越えると（ｄ＞Ｄｚ）（バケ７）１ ６が持ち上げられ、ダンプ高さに近づいていることを意味する）、上記の推移が 起きる。もし１秒後に設定点Ｄ２に達していなければ（ｔ＞Ｔ）、上記の推移が 起きる。第３の推移条件は、シリンダ伸長量が変化しないときである　（Δｄ− Ｏ）。この条件は、はとんどの積込み／運搬作業（ローダ−１１は運搬車として 振る舞い、バケツ目６を一定レベルに保持して目的地へ移動する）を意味する。

パケット１６を下げるべきであると判断すると（ｄｉ　ｄ＋、＋＜ＯＬペイロー ド重量測定アルゴリズムは中断する（状Ｂｒ中断」）、値Ｄｏ　、Ｄ７．Ｄ２お よび時間Ｔは、特定のローダーに応して、測定と経験によって決定することがで きる。

次に、第４図の状態推移図を念頭において、第５図の較正フローチャートについ て説明する。ブロック５０に示すように、空負荷と既知負荷の両方について順次 較正を行う。較正を行う順序は重要でないが、上記２つの基準重量値についてシ リンダ圧力と位置データをサンプルしなければならない。

次に、ブロック５２において、シリンダ圧力センサ２０と位置（回転）センサ２ １を読み取る。ブロック５３において、「持上げ」状態フラグを検査し、もしペ イロードを持ち上げていれば、ブロック５５において、その特定圧力と位置のサ ンプルに対する多項式の係数Ａａ、Ｂａ、Ｃｏ、Ａ＋、Ｂ＋、Ｃ＋を計算する。

これは、サンプルしたセンサのデータ点を二次多項式の曲線で近似することであ る。

もしペイロードを持ち上げていなければ（「持上げ」状態フラグは偽である）、 ブロック５４において、持上げが終了したかどうか検査する。もし状態「持上げ ノから状態ｒ計算」へ推移させるどれかの条件が真であれば（第４図）、「持上 げブロック５６において、ペイロード重量（空パケットの場合は零、既知重量の 場合は零でない）と共に上記の係数を記憶する。最後に、較正アルゴリズムを終 了する前に、ブロック５７において、空または既知のペイロード重量の両方がサ ンプルされたか否かを確かめるため検査する。

第６図は、ローダ−がそれぞれ水平面、前後方向に正の傾斜面、および前後方向 に負の傾斜面で作業している場合のリフトシリンダ圧力対伸長量を示すグラフで ある。正の傾斜はローダーの前輪が後輪より高い位Ｉにあると定義される。

リフトシリンダ伸長量が比較的小さいところでは、正の傾斜のときの測定圧力は 、水平面のときの測定圧力より大きいが、リフトシリンダ伸長量が比較的大きい ところでは、これが逆になる。この現象は、リフトアームピボットビン１３で支 えられるペイロード重量の比率のせいである。任意の決められたりフトンリング 伸長量の場合、リフ）・アームピボットビン１３で支えられるペイロード重量の 比率は、リフトアームピボットビン１３と、パケット１６とリフトアームアセン ブリ１２の重心間の高さの差によって決まる。極端な場合、リフトアームピボッ トビン１３で支えられるペイロード重量の比率は、パケット１６とリフトアーム アセンブリ１２の重心に働く重力の作用線がリフトアームピボットビン１３の中 心を通るとき、最大になる。任意の決められたリフトシリンダ伸長量においてリ フトシリンダ１４に作用する力の大きさは、パケット１６とリフトアームアセン ブリ１２の重心がリフトアームピボットビン１３と同し高さにあるとき、最大に なる。

リフトシリンダの伸長量が比較的小さく、ローダ−１１が正の方向に傾斜してい る場合には、パケット１６とリフトアームアセンブリ１２の重心はリフトアーム ピボットビン１３の高さにより接近する。この結果、測定圧力は、ローダ−１１ が水平な地面にあるとき測定された圧力より大きい。また、リフトシリンダの伸 長量が比較的大きく、ローダ−１１が正の方向に傾斜している場合には、パケッ ト１６とリフトアームアセンブリ１２の重心はリフトアームピボットビン１３の 高さからより遠ざかる。この結果、測定圧力はローダ−１１が水平面上にあると き測定された圧力より小さい。

同様に、リフトノリング伸長量が比較的小さく、測定圧力は、ローダ−１１が水 平面上にあるとき測定された圧力より小さい。また、リフトシリンダの伸長量が 大きく、ローダ−１１が負の方向に傾斜している場合には、測定圧力はローダ− １１が水平面上にあるとき測定された圧力より大きい。

また、横領斜面での作業とか、長時間の作業（熱が発生するので、リフトアーム ピボットビン１３に大きな摩擦力を生しる）、その他の要因によって、リフトシ リンダ圧力対伸長量の曲線が歪む。

次に、第７Ａ図、第７Ｂ図、および第７Ｃ図を参照して、ペイロード重量計算ア ルゴリズムについて説明する。ペイロード重量は、装置の状態が「持上げ」のと き（第４図参照）計算する。最初に、ブロック６０において、リフトシリンダ圧 力センサ２０と位置センサ２１を読み取る０次に、ブロック６１において、この 時点での「持上げＪ状態フラグを検査する。もしローダ−１１が「持上げ」状態 であれば、ブロック６９において、測定圧力と伸長量をメモリに記憶する。もし ローダ−１１がパケット１６を依然として持ち上げていれば、ブロック６３にお いて、較正のとき計算した係数値を用いて、そのシリンダ伸長量Ｘにおける空パ ケット（ペイロード重量が零）の場合のシリンダ圧力Ｐ０を計算する。同様に、 ブロック６４において、そのシリンダ伸長量Ｘにおける既知のペイロードの場合 のシリンダ圧力Ｐ１を計算する。次に、ブロック６５において、以下の内挿公式 と外挿公式を用いて、推定ペイロード重ｔｗ−＝ｔを計算する。

Ｗ、、ｔ−（Ｗ、−Ｗ。）・　（（Ｐ−Ｐｏ　）／　（Ｐ、−ｐｏ　）］ここで 、Ｗ１−既知のペイロード重量、Ｗｏ−空ペイロード重量、 Ｐ　−現在ザツブル圧力、 Ｐ、−既知のペイロードのときの圧力、およびｐｏ＝空ペイロードのときの圧力 、 である。上記の値は、すべて測定伸長量Ｘのときの値である。次に、ブロック６ ６において、すべての推定ペイロード重量ＷａｔＬについて、平均値ｗ、Ｖ９を 計算する。平均値Ｗａｖ９は、これから決定すべき予備二次多項式の正規化積分 の近似値を表す。

もしブロック６７において、平均重量が所定時間の間はぼ変わらなければ、持上 げは終了し、サンプリング期間を延長する利益がないか、あるいは持上げサイク ルは順調で、測定に影響を及ぼすほどのノイズが測定されたパラメータに存在し ないかのどちらかである。もしブロック６１において、「持上げ」状態フラグが もはや真でないことが検出されれば、ブロック６２において、「持上げ終了」フ ラグを検査する。もし［持上げ」から「計算」への状態遷移の条件のどれかが真 であれば、このフラグは真である。もしブロックロアまたは６１の１つにおいて 、「持上げ終了ｊ条件に合致しなければ、アルゴリズムはブロック６０へ戻って 、センサ入力の読取りを続ける。

もしブロック６１において、「持上げ終了」条件に合致すれば、ブロックロ８に おいて、理論的二次多項式のパラメータを検索する。理論的二次多項式は、ｗ、 Ｖ９の値および較正された曲線に基づく予想曲線に相当する。理論的二次多項式 は第６図の水平面の場合の曲線に相当する。しかし、もしローダ−１１を傾斜面 で較正すれば、理論的二次多項式はローダーを較正した傾斜面での予想曲線に相 当する。その場合、ローダ−を較正した傾斜面について正の傾斜と負の傾斜が定 義される。

次に、ブロック７０において、メモリから保存された圧力データを検索し、誤差 最小化法（最小自乗誤差が好ましい）を使って予備二次多項式へ近似する。次に 、ブロック７２において、予備二次多項式と理論的二次多項式を微分し、事前選 定した伸長量における微係数を評価する。事前選定した伸長量は、最小伸長量と 最大伸長量の間の中央値に近い値を選ぶことが好ましい。しかし、全持上げ動作 を通じてペイロード重量を連続的に計算することができるペイロード監視装置の 場合には、各伸長値において微係数を評価する。

ブロック７４において、次式を使って傾斜値をめる。

（頃斜−Ｋ　（ｄＰ／ｄＸ、、。−ｄＰ／ｄＸ＋ｄ−０）　、ここで、ｄＰ／ｄ Ｘ、、。−予備二次多項式の傾斜、ｄＰ／ｄＸｔ４ｅａ＋−理論的二次多項式の 傾斜、Ｋ−所定の定数、 である、には伸長値に従って変化する比例定数であり、経験的に決められる。

傾斜値は、一般に、ローダ−が作業する前後方向の傾斜の大きさに相当する。

しかし、傾斜値は、そのほかに、横方向の傾斜の大きさ、リフトアームピボット ビンの追加摩擦力、あるいはリフトシリンダ圧力対伸長量の曲線の形状を変える 諸要因の組合せを表すこともできる。

もし傾斜値が２つの所定の定数（Ｓ１０ρｅｌと５ｌｏｐｅｚ　）の間にあれば 、ブロック７６において、傾斜の関数を零に設定する。もし傾斜値が２つの所定 の定数の間にあれば、測定された圧力は、そのペイロードにおける理論的測定圧 力に十分に近いので、ｗ、Ｖ９の値は変わらない。実際には、これらの値は、所 望する正確さの度合いに基づいて選定され、一定の場合には完全に削除すること もできる。

もし傾斜値＞５ｌｏｐｅ、であれば、ブロック７８において、次式を評価する。

Ｆ（Ｓｌｏｐｅ）　−Ｃ＋　（Ｓｌｏｐｅ）＋Ｃｚここで、Ｃ１と　Ｃ２は経験 的に決められた定数である。

もし傾斜値＜　５１ｏｐｅｚであれば、ブロック８０において、Ｃ１と　Ｃ！　 の代わりに異なる定数Ｃ１と　Ｃ４をもつ上式を評価する。

次に、ブロック８１．８２において、傾斜とＷ、ｖ、の関数を評価する０次式の 係数は経験的に決められ、正の傾斜と負の傾斜とでは異なる。好ましい実施例の 場合、傾斜とＷａｖｅの関数の値は＋１と−１の間にある。

Ｆ（Ｓｌｏｐｅ、Ｗｍ、＊　）　−Ｆ（Ｓｌｏｐｅ）　［α（Ｗｍｖ＋＋　）” ＋β（Ｗａｖｖ　）　＋　Ｔ　）ここで、α、β、Ｔは定数である。

次に、ブロック８４において、ペイロードを計算する。

ペイロード−Ｗｌｖｇ　（１ｐ（ｓｔｏｐｅ、Ｗｍｖｇ　）　）もしブロック６ ７の最後の「持上げ」条件に合致していれば、ペイロード−Ｗ、、、に設定する 。

次に、ブロック８６において、シリンダ１４の伸長距離を所要時間で割ることに よって、平均リフト速度■、１．を計算する。

前に述べたように、シリンダ圧力対伸長量の曲線（すなわち、それらがら導かれ ペイロード重量）はリフト速度と線形関係がある（すなわち、持上げが速ければ 速いほど、ペイロード重量値は大きい）、シたがって、調整を行って線形ソフト を補償する必要があり、ブロック８８において、計算したペイロード重量を、計 算した平均リフト速度に対応する値で調整する。

Ｍ−Ｖ、、、＋ｂ 上の線形方程式中の値Ｍとｂは、経験的に導かれる。そのあと、ブロック９ｏに おいて、計算した最終ペイロード値が保存し、表示する。最終ペイロード値は、 さらに、生産性を計算するため使用することもできるし、あるいは特定の輸送車 両やダンプ場所について累算することもできる。

星栗上例朽里可能性 次に、積込み作業（ペイロード重量を知ることが重要である）に使用した場合の 本発明のペイロード監視装置の作用を詳しく説明する。このペイロード監視装置 は、そのほかに、ローダーの生産性を監視することが望ましい作業にも有益であ る。

ペイロード監視装置１０を使用する前に、装置を較正しなければならない。また 、パケット１６を別なものに交換するとか、あるいはリフトアームアセンブリの どれかのサブシステムを実質上オーバホールするとが、リフトアームアセンブリ の形状が変わるたびに、較正を繰り返さなければならない。ペイロード監視装置 １０の較正は、パケット１６が空の状態で、リフトアームアセンブリ１２を地面 上からダンプ高さまで持ち上げるステップ、ペイロードをすくい入れるステップ 、およびパケット１６内の既知重量のばら積み材料について上記手順を繰り返す ことを含む、既知重量は、ローダ−１１の定格積載重量か、それに近いことが好 ましい、持上げ動作のときペイロード重量の重心がパケット１６の中心付近から 変化しないように、パケット１６を引き戻すべきである。このパケット１６の引 き戻しの制約は、チルトシリンダ１５に位置センサを組み入れて、パケットの１ 引きの度合いを検出して重心移動を補償することにより、除くことができる。

ローダ−１１の典型的な作業サイクルは、順次、ばら積み材料の山を掘削し、（ または）押し出すこと、負荷を保持するためパケット１６を引き戻すこと、パケ ット１６を持ち上げながらばら積み材料の山から後退すること、パケット１６を 持ち上げた状態で、ダンプ場所または輸送車両まで移動すること、最後に、持ち 上げた位置から負荷をダンプすることから成る。ローダ−１１を停止させる必要 がなく、またパケット１６をある時間の間特定の高さに位置決めする必要がない ので、動的ペイロード監視装置１０を使用することにより、積込みサイクルが妨 げられることはない。オペレータは単に積込みサイクルをリセットし、指定され たダンプカーまたはダンプ場所の番号を記入しくそのような仕事が要求された場 合）、通常の作業サイクルに従って積込みおよびダンプを行うだけである。さら に、ペイロード監視装置１０から生産性要約と、上記および他のペイロード情報 のハードコピーを作成することができる。また、ペイロードデータをオフィスで 保存し、分析するため、データディスクへダウンロードすることもできる。

本発明は、異なるリンク機構構造を有する他の車両に対しても、その差異を補償 することによって拡張することができる。予想される適用可能車両の種類は、掘 削機、フロントンヨベル、バックホーローダ−１少なくとも１個のリンク機構と そのリンク機構構造を修正する少なくとも１個の油圧シリンダを有するあらゆる 車両である。それらの車両のリンク機構構造については、作業サイクルのときシ リンダ圧力とリンク機構の幾何学的配列を検出する余分の圧力センサと位置セン サが必要であるかも知れない、しかし、曲線近似法および２つの基準重量放物線 方程式を用いた基本的ペイロード重量計算は変わらない。

本発明の上記以外の特徴、目的、および利点は、添付図面、明細書、および請求 の範囲をＭすれば理解できるであろう。

リフトノリンダ伸長量 要　約　書 リフトアームシリンダ（１４）内の油圧と位置を検出することにより、傾斜面で 作業するローグー（１１）のペイロード重量を測定し、表示する動的ペイロード 監視装置（１０）である。検出したシリンダ圧力データと位置データを二次多項 式へ曲線近似し、次に較正の際にめた一対の圧力対位置の基準放物線で内挿また は外挿することによりペイロードを計算する。次にローグー（１１）を傾斜面で 使用することによって生した誤差について、ペイロード重量を補正する。動的ペ イロード′監視装宜（１０）で使用する重量計算アルゴリズムは、少なくとも１ 個のインプルメンドリンク機構と前記リンク機構の幾何学的配列を修正する少な くとも１個の油圧シリンダを備えているさまざまの作業車両に適用できる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１個のインプルメントリンク機構（１２）と前記インプルメント リンク機構（１２）の幾何学的配列を修正する少なくとも１個のシリンダ（１４ ）を備えた車両（１１）のペイロード重量を動的に測定し、表示する方法であっ て、 前記シリンダ（１４）内の油圧を検出し、それに相当する第１信号を発生するス テップ、 前記インプルメントリンク機構の幾何学的配列を検出し、それに相当する第２信 号を発生するステップ、 前記第１および第２信号を受け取り、前記第１および第２信号に応じて、予備ペ イロード重量を導くステップ、 傾斜値を導くステップ、および 前記予備ペイロード重量と傾斜値に応じて、最終ペイロード重量を計算するステ ップ、 の諸ステップから成ることを特徴とする方法。 ２．前記予備ペイロード重量を導くステップは、リフトシリンダ伸長量に対する リフトシリンダ圧力を表す予備二次多項式を導くステップを含むことを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．前記傾斜値を導くステップは、 前記予備二次多項式を積分するステップ、前記予備二次多項式の積分に応じて、 理論的二次多項式を求めるステップ、および 決められたリフトシリンダ伸長量における前記予備および理論的二次多項式をそ れぞれ微分することにより、決められたリフトシリンダ伸長量における前記予備 および理論的二次多項式の傾斜を求めるステップ、の諸ステップを含むことを特 徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。 ４．さらに、前記傾斜値に応じて、傾斜関数を計算するステップを含むことを特 徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。 ５．前記傾斜関数は、前記予備二次多項式の傾斜と前記理論的二次多項式の傾斜 の差の一次関数であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。 ６．さらに、前記傾斜関数および前記予備ペイロード重量に応じて、補正係数を 計算するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。 ７．前記補正係数は、前記予備ペイロード重量の二次関数であることを特徴とす る請求の範囲第６項に記載の方法。 ８．前記インプルメントリンク機構（１２）は、リンク機構連結ピボットピン（ １３）を有しており、前記インプルメントリンク機構の幾何学的配列を検出する ステップは、リンク機構連結ピボットピン（１３）のまわりのインプルメントリ ンク機構の回転を検出するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の方法。 ９．少なくとも１個のインプルメントリンク機構（１２）と前記インプルメント リンク機構（１２）の幾何学的配列を修正する少なくとも１個のシリンダ（１４ ）を備えた車両（１１）のペイロード重量を動的に測定し、表示する装置（１０ ）であって、 前記シリンダ（１４）内の油圧を検出し、それに相当する第１信号を発生する手 段（２１）、 前記インプルメントリンク機構の幾何学的配列を検出し、それに相当する第２信 号を発生する手段（２０）、 前記第１および第２信号を受け取り、前記第１および第２信号に応じて予備ペイ ロード重量を導く手段（２４）、 傾斜値を生成する手段（６８，７０，７２，７４）、および前記予備ペイロード 重量と傾斜値に応じて、最終ペイロード重量を計算する手段（８８）、 を備えていることを特赦とする装置（１０）。 １０．前記第１および第２信号を受け取り、それらの信号に応じて予備ペイロー ド重量を導く手段（２４）は、リフトシリンダ伸長量に対するリフトシリンダ圧 力を表す予備二次多項式を導く手段（７０）を有しており、前記傾斜値を生成す る手段（６８，７０，７２，７４）は、前記予備二次多項式を積分する手段（６ ６）、前記予備二次多項式の積分に応じて理論的二次多項式を求める手段（６８ ）、決められたリフトシリンダ伸長量において前記予備二次多項式および理論的 二次多項式をそれぞれ微分することにより、決められたリフトシリンダ伸長量に おける前記予備二次多項式および理論的二次多項式の傾斜を求める手段（７２） 、および 前記予備二次多項式および理論的二次多項式のそれぞれの傾斜に応じて、傾斜関 数を計算する手段（７４）、 を有することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置（１０）。 １１．前記インプルメントリンク機構（１２）は、リンク機構連結ピボットピン （１３）を有しており、前記インプルメントリンク機構の幾何学的配列を検出す る手段（２０）は、リンク機構連結ピボットピン（１３）のまわりのインプルメ ントリンク機構の回転を検出することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装 置（１０）。