特開 2024-154698 作業機械および積荷質量算出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154698

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】作業機械および積荷質量算出方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20241024BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068670

(22)【出願日】2023-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 実

(72)【発明者】

【氏名】小山 幹

(72)【発明者】

【氏名】古賀 泰樹

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003BA02

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB04

2D003DB05

(57)【要約】

【課題】作業機械の走行時、バケット内の積荷質量を精度よく算出可能な作業機械を提供する。
【解決手段】作業機械は、走行体が取り付けられる本体と、本体に取り付けられるブームと、ブームに取り付けられるバケットとを含む作業機と、本体に対するブームの角度を変化させるブームシリンダと、ブームシリンダの推力を検出するセンサと、本体に対するブームシリンダの姿勢に基づき検出された推力の値を補正し、かつ、補正後の推力の値を用いてバケット内の積荷質量を算出するコントローラと、を備える。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行体が取り付けられる本体と、
前記本体に取り付けられるブームと、前記ブームに取り付けられるバケットとを含む作業機と、
前記本体に対する前記ブームの角度を変化させるブームシリンダと、
前記ブームシリンダの推力を検出するセンサと、
前記本体に対する前記ブームシリンダの姿勢に基づき前記検出された推力の値を補正し、かつ、前記補正後の推力の値を用いて前記バケット内の前記積荷質量を算出するコントローラと、を備える、作業機械。

【請求項2】

前記コントローラは、前記作業機械が積荷搬送工程中であると判断されたことを条件に、前記補正後の推力の値を用いて前記バケット内の前記積荷質量を算出する、請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記コントローラは、前記ブームシリンダの姿勢が水平状態であるとき、および／または、前記作業機械が後進状態にあるときに、前記作業機械が積荷搬送工程中と判断する、請求項２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記コントローラは、
前記作業機械の走行時に生じる慣性力によって前記ブームシリンダが受ける前記ブームシリンダの伸縮方向の力が最大となるときの前記ブームの角度を示した角度データを予め記憶しており、
前記角度データをさらに用いて前記検出された推力を補正することにより、前記バケット内の前記積荷質量を算出する、請求項１から３のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項5】

前記ブームを前記本体に接続するブームフートピンをさらに備え、
前記角度データは、前記ブームシリンダで発生する反力のうち前記ブームシリンダの伸縮方向の力についての前記ブームフートピン回りのモーメントが最大となるときの前記ブームの角度である、請求項４に記載の作業機械。

【請求項6】

前記コントローラは、前記ブームシリンダの推力を第１の変数として含む第１の演算式に対して前記第１の変数の値を補正するための補正係数を乗じることにより得られた第２の演算式を記憶しており、
前記補正係数は、第２の変数として、前記ブームシリンダの角度または前記ブームの角度を含み、
前記第１の演算式は、前記バケット内の積荷によるモーメントと前記作業機の重量によるモーメントとの和と、前記ブームシリンダの推力によるモーメントと前記バケットの反力によるモーメントとの和とのつり合いから導かれ、
前記コントローラは、前記第２の演算式に基づき、前記バケット内の前記積荷質量を算出する、請求項１に記載の作業機械。

【請求項7】

前記コントローラは、前記ブームシリンダの姿勢を、前記ブームシリンダの角度に基づき算出する、請求項１に記載の作業機械。

【請求項8】

前記ブームシリンダは、前記本体に取り付けられる基端部と、前記バケットに取り付けられる先端部とを有し、
前記コントローラは、前記ブームシリンダの姿勢を、前記ブームの寸法と、前記本体に対する前記基端部の取り付け位置と、前記バケットに対する前記先端部の取り付け位置と、前記本体に対する前記ブームの角度とに基づき算出する、請求項１に記載の作業機械。

【請求項9】

前記ブームシリンダの角度を検出する第１のセンサと、
前記推力を検出する第２のセンサとをさらに備え、
前記コントローラは、前記第１のセンサによる前記検出の結果と、前記第２のセンサによる前記検出の結果とをさらに取得する、請求項７に記載の作業機械。

【請求項10】

前記ブームの角度を検出する第１のセンサと、
前記推力を検出する第２のセンサとをさらに備え、
前記コントローラは、前記第１のセンサによる前記検出の結果と、前記第２のセンサによる前記検出の結果とをさらに取得する、請求項８に記載の作業機械。

【請求項11】

自走可能な作業機械の積荷質量算出方法であって、
ブームとバケットとを含む作業機が接続された本体に対するブームの角度を変化させるブームシリンダの推力を検出するステップと、
前記本体に対する前記ブームシリンダの姿勢に基づき、前記検出された推力を補正するステップと、
前記補正後の推力の値を用いて、前記バケット内の積荷質量を算出するステップと、を備える、積荷質量算出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械および作業機械における積荷質量算出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特開２０２１－９５７１０号公報（特許文献１）に開示されているように、作業機械に含まれるコントローラがバケット内の積荷質量を算出することが行われている。特許文献１では、コントローラは、ブームを動作させるブームシリンダの推力を変数として含む演算式を利用して、バケット内の積荷質量を算出する。当該演算式は、ブームフートピン周りのモーメントのつり合い式から導出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－９５７１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

作業機械の走行によってブームシリンダに一定の慣性力が加わった場合、作業機械の本体に対するブームの角度またはブームシリンダの角度に応じて、ブームシリンダの伸縮方向に加わる慣性力の成分の大きさは異なる。このため、検出されたブームシリンダの推力の値を上記演算式に代入しても、バケット内の積荷質量を精度よく算出できない場合がある。

【0005】

本開示は、作業機械の走行時、バケット内の積荷質量を精度よく算出可能な作業機械および積荷質量算出方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のある局面に従うと、作業機械は、走行体が取り付けられる本体と、本体に取り付けられるブームと、ブームに取り付けられるバケットとを含む作業機と、本体に対するブームの角度を変化させるブームシリンダと、ブームシリンダの推力を検出するセンサと、本体に対するブームシリンダの姿勢に基づき検出された推力の値を補正し、かつ、補正後の推力の値を用いてバケット内の積荷質量を算出するコントローラと、を備える。

【0007】

本開示の他の局面に従うと、自走可能な作業機械の積荷質量算出方法は、ブームとバケットとを含む作業機が接続された本体に対するブームの角度を変化させるブームシリンダの推力を検出するステップと、本体に対するブームシリンダの姿勢に基づき、検出された推力を補正するステップと、補正後の推力の値を用いて、バケット内の積荷質量を算出するステップと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

上記の開示によれば、作業機械の走行時、バケット内の積荷質量を精度よく算出可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ホイールローダの側面図である。

【図2】作業機の各部の寸法と、４つのモーメントのつり合いとを説明するための図である。

【図3】作業機の重量によるモーメントの詳細を説明するための図である。

【図4】ブームの側面図である。

【図5】ホイールローダの走行時における、力のつり合いを説明する図である。

【図6】ホイールローダの機能的構成を示した機能ブロック図である。

【図7】コントローラで実行される処理の流れを説明するためのフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。また、各実施の形態と各変形例との少なくとも一部は、互いに任意に組み合わされてもよい。

【0011】

＜Ａ．作業機械の構成＞
本実施の形態に係る作業機械の一例としてホイールローダの構成について図１を用いて説明する。なお本実施の形態における作業機械はホイールローダに限定されるものではない。本実施の形態の作業機械は、走行しながら掘削する車輪を有する作業機械であればよく、バックホーローダ、スキッドステアローダなどであってもよい。

【0012】

図１は、実施の形態１に係る作業機械の一例としてのホイールローダの側面図である。図１に示されるように、ホイールローダ１は、車体フレーム２と、作業機３と、走行装置４と、キャブ５とを有している。ホイールローダ１は、後述するバケット１４内の積荷質量を計測するコントローラ５０（図６）をさらに有している。

【0013】

車体フレーム２およびキャブ５からホイールローダ１の機械本体９が構成されている。キャブ５内には、オペレータが着座するシート、操作装置、およびモニタなどが配置されている。操作装置は、走行（前後進）用の操作レバー（以下、「走行レバー」とも称する）、作業機３用の操作レバー、入力装置等を含む。ホイールローダ１の機械本体９には、作業機３および走行装置４が取り付けられている。作業機３は機械本体９の前方に配置されており、機械本体９の最後端にはカウンタウエイト６が設けられている。

【0014】

車体フレーム２は、前フレーム１１と後フレーム１２とを含んでいる。前フレーム１１と後フレーム１２とには、ステアリングシリンダ１３が取り付けられている。ステアリングシリンダ１３は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１３はステアリングポンプ（図示せず）からの作動油で伸縮する。ステアリングシリンダ１３の伸縮により、前フレーム１１と後フレーム１２とは互いに左右方向に揺動可能である。これにより、ホイールローダ１の進行方向が左右に変更可能である。

【0015】

本明細書中において、ホイールローダ１が直進走行する方向を、ホイールローダ１の前後方向という。ホイールローダ１の前後方向において、車体フレーム２に対して作業機３が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ１の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

【0016】

走行装置４は、走行輪４ａ、４ｂを含んでいる。走行輪４ａ、４ｂの各々は車輪であり、ゴムよりなるタイヤを有している。走行輪（前輪）４ａは、前フレーム１１に回転可能に取り付けられている。走行輪（後輪）４ｂは、後フレーム１２に回転可能に取り付けられている。ホイールローダ１は、走行輪４ａ、４ｂが回転駆動されることにより自走可能である。

【0017】

作業機３は、掘削などの作業を行うためのものである。作業機３は、前フレーム１１に取り付けられている。作業機３は、バケット１４と、ブーム１５と、ベルクランク１６と、チルトロッド１７、ブームシリンダ１８と、バケットシリンダ１９とを含んでいる。

【0018】

ブーム１５の基端部は、ブームフートピン２１によって前フレーム１１に回転自在に取付けられている。これによりブーム１５は機械本体９に回転可能に取り付けられている。バケット１４は、バケットピン２２によってブーム１５の先端に回転自在に取付けられている。

【0019】

ブームシリンダ１８はブーム１５を駆動する。ブームシリンダ１８の一端は、機械本体９の前フレーム１１にピン２３によって回転可能に取り付けられている。これによりブームシリンダ１８は、機械本体９に回転可能に取り付けられている。ブームシリンダ１８の他端は、ブーム１５にピン２４によって回転可能に取り付けられている。

【0020】

ブームシリンダ１８はたとえば油圧シリンダである。ブームシリンダ１８は、作業機ポンプ（図示せず）からの作動油によって伸縮する。これによりブーム１５が駆動し、ブーム１５の先端に取り付けられたバケット１４が昇降する。

【0021】

ブームシリンダ１８は、機械本体９に取り付けられたチューブ１８ａ（シリンダチューブ）と、ブーム１５に取り付けられ、かつチューブ１８ａに対してブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylにより移動するロッド１８ｂ（ピストンロッド）とを有する。ロッド１８ｂは、ピストン１８ｃを有する。油圧によりピストン１８ｃがチューブ１８ａ内を移動することにより、ブームシリンダ１８のストローク長が変化する。

【0022】

ベルクランク１６は、支持ピン２９によってブーム１５に回転自在に支持されている。ベルクランク１６は、支持ピン２９の一方側に位置する第１端部と、支持ピン２９に対して第１端部と反対側に位置する第２端部とを有している。ベルクランク１６の第１端部はチルトロッド１７を介在してバケット１４に接続されている。ベルクランク１６の第２端部はバケットシリンダ１９を介在して機械本体９の前フレーム１１に接続されている。

【0023】

チルトロッド１７の一端はベルクランク１６の第１端部にピン２７によって回転可能に取り付けられている。チルトロッド１７の他端はバケット１４にピン２８によって回転可能に取り付けられている。

【0024】

バケットシリンダ１９は、ブーム１５に対してバケット１４を駆動する。バケットシリンダ１９は、一端と、一端の反対側の他端とを有している。バケットシリンダ１９の一端は機械本体９の前フレーム１１にピン２５によって回転可能に取り付けられている。バケットシリンダ１９の他端はベルクランク１６の第２端部にピン２６によって回転可能に取り付けられている。

【0025】

バケットシリンダ１９はたとえば油圧シリンダである。バケットシリンダ１９は、作業機ポンプ（図示せず）からの作動油によって伸縮する。これによりバケット１４が駆動し、バケット１４がブーム１５に対して上下に回動する。

【0026】

ホイールローダ１は、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cyl（に関する情報を検知するセンサと、バケットシリンダ１９の推力に関する情報を検知するセンサ（第の２センサ）とをさらに有している。

【0027】

ブームシリンダ１８の推力に関する情報を検知するセンサは、たとえば圧力センサ３１ｂ、３１ｈである。圧力センサ３１ｂ、３１ｈの各々は、ブームシリンダ１８のシリンダ圧力を検知する。圧力センサ３１ｂは、ブームシリンダ１８のボトム圧を検知する。圧力センサ３１ｈは、ブームシリンダ１８のヘッド圧を検知する。

【0028】

ヘッド圧とは油圧シリンダのピストンに対してシリンダーロッド側の圧力を意味し、ボトム圧とはピストンに対してチューブ側の圧力を意味する。

【0029】

バケットシリンダ１９の推力に関する情報を検知するセンサは、たとえば圧力センサ３２ｂ、３２ｈである。圧力センサ３２ｂ、３２ｈの各々は、バケットシリンダ１９のシリンダ圧力を検知する。圧力センサ３２ｂは、バケットシリンダ１９のボトム圧を検知する。圧力センサ３２ｈは、バケットシリンダ１９のヘッド圧を検知する。

【0030】

ホイールローダ１は、作業機３の姿勢に関する情報を検知するセンサをさらに有している。作業機３の姿勢に関する情報を検知するセンサは、たとえばブーム角度に関する情報を検知するセンサ（第１のセンサ）と、ブームに対するバケット角度に関する情報を検知するセンサとを含む。作業機３の姿勢に関する情報の詳細については後述する（図２）。

【0031】

ブーム角度は、機械本体９の前フレーム１１に対するブーム１５の角度である。バケット角度は、ブーム１５に対するバケット１４の角度である。詳しくは、ブーム角度は、ホイールローダ１の側面視（図１）において、車体の前後方向に延びる仮想軸（詳しくは、ホイールローダ１が水平状態の場合に水平となる軸）とブーム１５とがなす角である。なお、この点については、後述するブームシリンダ１８の角度についても同様である。

【0032】

ブーム角度に関する情報を検知するセンサは、たとえばポテンショメータ３３である。ポテンショメータ３３は、ブームフートピン２１と同心となるように取り付けられている。ブーム角度に関する情報を検知するセンサとして、ポテンショメータ３３に代えて、ブームシリンダ１８のストロークセンサ３５が用いられてもよい。

【0033】

ブーム角度に関する情報を検知するセンサとして、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）３７、または撮像デバイス（たとえばカメラ）３９が用いられてもよい。ＩＭＵ３７は、たとえばブーム１５に取り付けられている。撮像デバイス３９は、機械本体９（たとえばキャブ５）に取り付けられている。

【0034】

バケット角度に関する情報を検知するセンサは、たとえばポテンショメータ３４である。ポテンショメータ３４は、支持ピン２９と同心となるように取り付けられている。バケット角度に関する情報を検知するセンサとして、ポテンショメータ３４に代えて、バケットシリンダ１９のストロークセンサ３６が用いられてもよい。

【0035】

バケット角度に関する情報を検知するセンサとして、ＩＭＵ３８、または撮像デバイス３９が用いられてもよい。ＩＭＵ３８は、たとえばチルトロッド１７に取り付けられている。

【0036】

上記のポテンショメータ３３、３４、ストロークセンサ３５、３６、ＩＭＵ３７、３８、および撮像デバイス３９は、作業機３の重心ＧＣ１の位置に関する情報を検知するセンサとして用いられてもよい。上記のポテンショメータ３３、３４、ストロークセンサ３５、３６、ＩＭＵ３７、３８、および撮像デバイス３９は、バケット１４内の積荷の重心ＧＣ２の位置に関する情報を検知するセンサとして用いられてもよい。

【0037】

ホイールローダ１は、角度センサ４０をさらに有していてもよい。角度センサ４０は、基準である重力方向に垂直な方向（水平面）に対する機械本体９の傾斜角度（ピッチ角度）を検知する。この角度センサ４０として、たとえば機械本体９に取り付けられたＩＭＵが用いられてもよい。角度センサ４０は、機械本体９に取り付けられていれば、前フレーム１１、後フレーム１２およびキャブ５のいずれに取り付けられていてもよい。

【0038】

＜Ｂ．瞬時ペイロード値の算出＞
図２は、作業機３の各部の寸法と、４つのモーメントのつり合いとを説明するための図である。図３は、４つのモーメントのうち、作業機３の重量によるモーメントの詳細を説明するための図である。

【0039】

（ｂ１．寸法）
上述した「作業機３の姿勢に関する情報」とは、図２に示すように、寸法Ｒｌ２および寸法Ｒｂ５である。寸法Ｒｌ２は、ブームフートピン２１とピン２３との間の寸法であって、ブームシリンダ１８の延びる方向に直交する方向の寸法である。寸法Ｒｂ５は、ブームフートピン２１とピン２６との間の寸法であって、バケットシリンダ１９の延びる方向に直交する方向の寸法である。

【0040】

上述した「作業機３の重心ＧＣ１の位置に関する情報」とは、寸法Ｒｌ３である。寸法Ｒｌ３は、重心ＧＣ１とブームフートピン２１との間の寸法であって、ホイールローダ１の前後方向に沿う寸法である。寸法Ｒｌ３は、ホイールローダ１が水平な地面に載置されている状態においては、重心ＧＣ１とブームフートピン２１との間の水平方向に沿う寸法である。

【0041】

上述した「バケット１４内の積荷の重心ＧＣ２の位置に関する情報」とは、寸法Ｒｌ１である。寸法Ｒｌ１は、重心ＧＣ２とブームフートピン２１との間の寸法であって、ホイールローダ１の前後方向に沿う寸法である。寸法Ｒｌ１は、ホイールローダ１が水平な地面に載置されている状態においては、重心ＧＣ２とブームフートピン２１との間の水平方向に沿う寸法である。

【0042】

寸法Ｒｂ１は、積荷重心ＧＣ２とピン２２との間の寸法であって、ホイールローダ１の前後方向に沿う寸法である。寸法Ｒｂ１は、ホイールローダ１が水平な地面に載置されている状態においては、積荷重心ＧＣ２とピン２２との間の水平方向に沿う寸法である。

【0043】

寸法Ｒｂ２は、ピン２２とピン２７との間の寸法であって、チルトロッド１７の延びる方向に直交する方向における寸法である。寸法Ｒｂ３は、ピン２７と支持ピン２９との間の寸法であって、チルトロッド１７の延びる方向に直交する方向における寸法である。寸法Ｒｂ４は、ピン２６と支持ピン２９との間の寸法であって、バケットシリンダ１９の延びる方向に直交する方向における寸法である。

【0044】

寸法Ｒｂ６は、バケット１４の重心ＧＣ３とピン２２との間の寸法であって、ホイールローダ１の前後方向に沿う寸法である。寸法Ｒｂ６は、ホイールローダ１が水平な地面に載置されている状態においては、バケット１４の重心ＧＣ３とピン２２との間の水平方向に沿う寸法である。

【0045】

Ｒｌ１，Ｒｌ２，Ｒｂｉ（ｉ＝１～６）の値は、作業機３を構成する各部材の設計寸法、ブーム角度、バケット角度に基づき、コントローラ５０によって算出される。なお、コントローラ５０は、図３に基づき説明するように作業機３の各構成部品についての重心位置を利用した演算を行うため、Ｒｌ３の算出は必須ではない。

【0046】

（ｂ２．モーメントのつり合い）
以下では、４つのモーメントのつり合いにより、瞬時ペイロード値Ｗ_loadを算出する。図２を参照して、積荷の重量Ｆ１によるモーメントａ_Wloadは、以下の式（１）で表される。

【0047】

【数1】

【0048】

なお、式（１）において、ｇは、重力加速度である。後述する式（４）においても同様である。

【0049】

作業機３の重量Ｆ２によるモーメントｂ_Wloadは、作業機３の重量Ｆ２と、Ｒｌ３（図２）との積により求められる。詳しくは、モーメントｂ_Wloadは、図３を参照して、以下の式（２）で表される。

【0050】

【数2】

【0051】

なお、式（２）において、Ｗｇ_bucketは、バケット１４の質量である。なお、後述する式（４）でも同様である。Ｗｇ_tiltrodは、チルトロッド１７の質量である。Ｗｇ_bellcrankは、ベルクランク１６の質量である。Ｗｇ_boomは、ブーム１５の質量である。以下ではこれらの質量を、「Ｗｇ_j」とも表記する（ただし、j=bucket，tiltrod，bellcrank，boom）。

【0052】

Ｒｇ_bucketは、ブームフートピン２１からバケット１４の重心までの水平距離である。Ｒｇ_tiltrodは、ブームフートピン２１からチルトロッド１７の重心までの水平距離である。Ｒｇ_bellcrankは、ブームフートピン２１からベルクランク１６の重心までの水平距離である。Ｒｇ_boomは、ブームフートピン２１からブーム１５の重心までの水平距離である。以下では、これらの水平距離を、上記の変数ｊを用いて「Ｒｇ_j」とも表記する。

【0053】

βは、空荷補正係数である。βは、重量の異なるバケット１４をブーム１５に取り付けた場合に、空荷状態を補正する係数である。なお、後述する式（４）でも同様である。

【0054】

MassCorrectionFactorは、ハイリフト用ブーム等、作業機の仕様が異なるときに変更される係数である。標準仕様の場合には、MassCorrectionFactorの値は“１”である。

【0055】

図２を参照し、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylによるモーメントｃ_Wloadは、以下の式（３）で表される。

【0056】

【数3】

【0057】

なお、式（３）において、ηは、ブーム１５の油圧伝達効率である。

【0058】

バケット１４の反力Ｆ４によるモーメントｄ_Wloadは、以下の式（４）で表される。

【0059】

【数4】

【0060】

積荷の重量Ｆ１によるモーメントａ_Wloadと、作業機３の重量Ｆ２によるモーメントｂ_Wloadと、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylによるモーメントｃ_Wloadと、バケット１４の反力Ｆ４によるモーメントｄ_Wloadとの間には、以下の式（５）に示すような、つり合いの関係式が成立する。

【0061】

【数5】

【0062】

（ｂ３．瞬時ペイロード値の補正）
式（５）から、瞬時ペイロード値Ｗ_loadを求めると、以下の式（６）のとおりとなる。なお、瞬時ペイロード値Ｗ_loadは、式（１）と式（４）とに含まれている。

【0063】

【数6】

【0064】

式（６）で得られた瞬時ペイロード値Ｗ_loadに対して、積荷補正係数γを掛けるともに、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylに対して補正係数δ_aを掛ける。これにより、以下の式（７）に示すような、補正後の瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}を得る。

【0065】

【数7】

【0066】

ホイールローダ１のコントローラ５０（図６）は、式（７）で示した数式から得られる瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}に基づき積荷質量を算出する。詳しくは、コントローラ５０は、積荷質量を周期的に算出する。コントローラ５０は、算出された積荷質量を、キャブ５内のモニタに出力する。たとえば、コントローラ５０は、連続した演算周期によって得られた複数の瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}の平均値を、積荷質量としてモニタに表示する。典型的には、コントローラ５０は、作業機３による掘削動作が終了したと判断すると、算出された積荷質量をモニタに表示する。掘削動作終了は、後進状態、ブーム１５の上げ、ブームボトム圧の低下等に基づき、コントローラ５０によって判断される。

【0067】

＜Ｃ．補正係数δ_a＞
次に、式（７）における補正係数δ_aについて説明する。以下の式（８）に示すように、ホイールローダ１が積荷搬送工程中（ホイールローダ１の状態が積荷搬送状態）の場合には、コントローラ５０は、式（８）内の上の行の数式（分数式）を用いて、ブームシリンダの１８の推力Ｆ_cylを補正する。本例では、コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の姿勢が水平状態であるとき、および／または、ホイールローダ１が後進状態であるときに、ホイールローダ１が積荷搬送工程中と判断する。

【0068】

それ以外の場合（ホイールローダ１が積荷搬送工程中でない場合）には、式（８）内の下の行に示すように、コントローラ５０は、補正係数δ_aの値を“１”とする。すなわち、コントローラ５０は、ブームシリンダの１８の推力Ｆ_cylを補正しない。

【0069】

【数8】

【0070】

なお、式（８）において、Ａは定数である。θ_lowBoomは、ブーム角度に関する定数である。θ_boomは、ブーム角度（変数）である。ａ_vehicleは、機械本体９の水平方向の加速度（変数）を表している。

【0071】

定数Ａの値は、ブーム角度毎の加速度ａ_vehicleと、ブームシリンダの推力Ｆ_cylとの関係に基づき事前に算出される。定数Ａの値は、１未満の小数とし得る。具体的には、以下のような手法により定数Ａの値を事前に算出する。なお、定数Ａの値の算出は、コントローラ５０に限らず、他の情報処理装置が行ってもよい。

【0072】

バケット満杯重量水準の簡易試験結果を用いて、ブーム１５を停止させた状態での積荷更新区間における加速度ａ_vehicleと、ブームシリンダの１８の推力Ｆ_cylとの関係を見る。積荷後進かつブーム１５の停止区間において、検出される加速度ａ_vehicleに対する推力Ｆ_cylが区間平均の何倍かをプロットすることにより、近似直線の傾きを求める。

【0073】

当該傾きは加速度ａ_vehicleの影響度合いの大小を示す。一回掘削動作毎に当該傾きと、その時のブーム角度とを求め、縦軸に傾き、横軸にブーム角度をプロットする。この点群は、積荷後進時のブーム角度が－３０°（下限値）のときに傾きが最小、ブーム角度が０°(水平)の時に傾きが０である余弦関数（ｃｏｓ関数）におおよそ沿う。このため、ブーム角度と慣性の影響の大きさとの関係は、当該余弦関数によって決定するものとする。このときの余弦関数の振幅をＡとする。なお、ホイールローダ１の機種によって積荷が受けるモーメントは異なるため、定数Ａは、ホイールローダの機種毎に設定することが好ましい。

【0074】

図４および図５を参照して、θ_lowBoomの算出方法について説明する。図４は、ブーム１５の側面図である。なお、θ_lowBoomは、本発明の「角度データ」の一例である。

【0075】

図４に示されるように、ブーム１５の側面視において、ブームフートピン２１が挿入される貫通穴の中心を位置Ｐａとする。バケットピン２２が挿入される貫通穴の中心を位置Ｐｂとする。ブームシリンダ１８をブーム１５に固定するピン２４（図１）が挿入される貫通穴の中心を位置Ｐｃとする。支持ピン２９が挿入される貫通穴の中心を位置Ｐｄとする。さらに、ブームシリンダ１８を機械本体９に固定するピン２３（図１）が挿入される貫通穴の中心を位置Ｐｅとする。

【0076】

図４に示すとおり、位置Ｐａと位置Ｐｂとの間の距離をＬ１とする。なお、以下では、位置Ｐａから位置Ｐｂに向かう方向をＰ方向とする。Ｐ方向に直交する方向をＱ方向とする。同様に、位置Ｐａと位置Ｐｃとの間のＰ方向の距離をＬ２とする。位置Ｐａと位置Ｐｃとの間のＱ方向の距離をＬ３とする。位置Ｐａと位置Ｐｄとの間のＰ方向の距離をＬ４とする。位置Ｐｂと位置Ｐｄとの間のＱ方向の距離をＬ５とする。なお、距離Ｌ１～Ｌ５の各々は、一定の値であり、変化しない。

【0077】

θ_lowBoomの算出の際には、距離Ｌ１～Ｌ５のうち、距離Ｌ２と距離Ｌ３とが用いられる。以下では、位置Ｐａと位置Ｐｃとの間の距離をＬとする。なお、距離Ｌは、三平方の定理から、距離Ｌ２の二乗と距離Ｌ３の二乗とを足し合わせた値の平方根の値（すなわち、Ｌ＝（Ｌ２^２＋Ｌ３^２）^１／２）となる。

【0078】

以下では、位置Ｐａを原点としたＸＹ座標系を用いて説明する。当該ＸＹ座標系は、鉛直上向きがＹ軸とし、ホイールローダ１の進行方向かつ水平方向の向きをＸ軸とする２次元座標系である。

【0079】

ブーム角度θ_boomを用いて、位置ＰｃのＸ座標であるＣ_ｘとＹ座標であるＣ_ｙとは、それぞれ、以下の式（９）と式（１０）とで表される。なお、式（９）および式（１０）におけるλは、以下の式（１１）で示される定数である。

【0080】

【数9】

【0081】

【数10】

【0082】

【数11】

【0083】

ブームシリンダ１８の機械本体９への取付位置（すなわち、位置Ｐｅ）のｘ座標とｙ座標とを、それぞれ、ｘ_cmt，ｙ_cmtとすると、機械本体９に対するブームシリンダ１８の角度α（変数）は、以下の式（１２）によって求められる。

【0084】

【数12】

【0085】

したがって、ブームシリンダ１８の角度αは、ブーム角度θ_boomの関数であることが分かる。

【0086】

ブーム１５の機械本体９への取付位置（すなわち、位置Ｐａ）のｘ座標とｙ座標とを、それぞれ、ｘ_bmt，ｙ_bmtとすると、上述した寸法Ｒｌ２（図２）は、以下の式（１３）で求められる。なお、本例では、上述したように位置Ｐａを原点としているため、ｘ_bmt，ｙ_bmtは、それぞれ、ゼロとなる。

【0087】

【数13】

【0088】

したがって、寸法Ｒｌ２についても、ブーム角度θ_boomの関数であることが分かる。

【0089】

このように、ブームシリンダ１８の角度αと、寸法Ｒｌ２とは、ブーム角度θ_boomが与えられると、ブーム１５とブームシリンダ１８との幾何学的関係に基づき、一意に決定される。それゆえ、ホイールローダ１とは異なる車格のホイールローダであっても、ブームシリンダ１８の角度αと寸法Ｒｌ２とを、ブーム角度θ_boomに応じて一意に決定できる。ホイールローダの車格に関わらず、ブームシリンダ１８の角度αと寸法Ｒｌ２とは一般化できる。

【0090】

コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の角度を、ブーム１５とブームシリンダ１８との幾何学的関係に基づき算出する。詳しくは、コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の角度を、ブーム１５の寸法と、機械本体９に対するブームシリンダ１８の基端部の取り付け位置と、バケット１４に対するブームシリンダ１８の先端部の取り付け位置と、機械本体９に対するブーム角度θ_boomとに基づき算出する。なお、上記基端部は、ブームシリンダ１８における、機械本体９に取り付けられる端部（上述した一端）である。上記先端部は、ブームシリンダ１８における、ブーム１５に取り付けられる端部（上述した他端）である。

【0091】

ブームシリンダ１８の角度の算出方法は、上記に限定されるものではない。ホイールローダ１に、ブームシリンダ１８の角度を検知するセンサ（第１のセンサ）を搭載し、当該センサからの出力に基づき、コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の角度を取得（算出）する構成としてもよい。

【0092】

ブームシリンダ１８の角度に関する情報を検知するセンサとしては、ブームシリンダ１８のストロークセンサ３５を用いてもよい。ブームシリンダ１８の角度に関する情報を検知するセンサとして、撮像デバイス３９が用いられてもよい。また、ポテンショメータ（図示せず）をピン２３と同心となるように取り付け、当該ポテンショメータをブームシリンダ１８の角度に関する情報を検知するセンサとして用いてもよい。

【0093】

図５は、ホイールローダ１の走行時における、力のつり合いを説明する図である。図５に示されるように、作業機３の重心ＧＣ１に係る水平方向の力Ｆ_ma（すなわち慣性力）は、ブームシリンダ１８で発生する反力Ｆ_cとつり合う。

【0094】

反力Ｆ_cのうちブームシリンダ１８の伸縮方向の力（反力Ｆ_cの成分）によるブームフートピン２１回りのモーメントＭは、以下の式（１４）で表される。ブームシリンダ１８の角度αと寸法Ｒｌ２とは、上述したように、ブーム角度θ_boomの関数であるため、モーメントＭも、ブーム角度θ_boomの関数となる。

【0095】

【数14】

【0096】

以下の式（１５）に示すように、モーメントＭが最大となるときのブーム角度θ_boomの値をθ_lowBoomとする。

【0097】

【数15】

【0098】

θ_lowBoomの値は、本例では、３０°である。ホイールローダ１の走行時に生じる慣性力によってブームシリンダ１８が受けるブームシリンダ１８の伸縮方向の力が最大となるときのブーム角度が約－３０°となるため、θ_lowBoomが３０°となっている。具体的には、ブームシリンダ１８の姿勢が水平となるときのブーム角度が約－３０°となるため、θ_lowBoomが３０°となっている。なお、θ_lowBoomの値は、ホイールローダの機種ごとに適宜設定される。

【0099】

なお、ブームシリンダ１８の角度を検知するセンサがホイールローダ１に搭載されていれば、上記のようにブーム角度を用いてθ_lowBoomを算出するよりも、簡単にθ_lowBoomを算出することができる。

【0100】

＜Ｄ．小括＞
〔１〕上述した式（７）に示すように、コントローラ５０は、補正係数δ_aを掛けることによりブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylの値を補正する。積荷搬送工程中のとき、補正係数δ_aは、式（８）の上の行の数式に示すように、ブーム角度θ_boomを変数として含む。補正係数δ_aの値は、加速度ａ_vehicleがゼロのときには“１”となる。詳しくは、機械本体９が一定速度で移動しており、加速度ａ_vehicleの値が０となる場合には、補正係数δ_aは、積荷搬送工程中でないときに用いられるδ_aの値“１”と同じとなる。このように、式（８）の補正係数δ_aは、機械本体９の加速または減速しているときに作用する係数である。それゆえ、加速度ａ_vehicleがゼロのとき、結果的に、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylの値は補正されない。

【0101】

このように、コントローラ５０は、機械本体９に対するブーム角度θ_boomに基づき、センサにて検出されたブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylの値を補正する。さらに、コントローラ５０は、補正後の推力（Ｆ_cyl×δ_a）の値を用いてバケット１４内の積荷質量を算出する。

【0102】

ホイールローダ１では、ブームシリンダ１８の姿勢（本例では、ブームシリンダ１８の角度）に基づき、ブーム角度θ_boomが定まる。ブームシリンダ１８の姿勢とブーム角度θ_boomとの間には、このような相関関係がある。よって、ブーム角度θ_boomが分かれば、上述したように、幾何学的関係を用いてブームシリンダ１８の姿勢（本例では、ブームシリンダ１８の角度）を特定し得る。

【0103】

このように、ブーム角度θ_boomを規定するのは、ブームシリンダ１８の姿勢である。それゆえ、コントローラ５０は、機械本体９に対するブームシリンダ１８の姿勢に基づき、センサにて検出されたブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylの値を補正していると言える。

【0104】

詳しくは、ブームシリンダ１８の姿勢とブーム角度θ_boomとの間の関係から、式（８）における補正係数δ_aのブーム角度θ_boom（第２の変数）を、ブームシリンダ１８の角度（第２の変数）を含む数式に置き換えることができる。このことからも明らかなように、コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の姿勢に基づき、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylの値を補正していると言える。

【0105】

なお、積荷搬送工程中でないときには、コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylの値を補正せずに、検出された推力Ｆ_cylを用いて積荷質量を算出する。

【0106】

ところで、ホイールローダ１の走行によってブームシリンダ１８に一定の慣性力が加わった場合、ホイールローダ１の機械本体９に対するブームシリンダ１８の姿勢に応じて、ブームシリンダ１８の伸縮方向に加わる慣性力の成分の大きさは異なる。このため、特に積荷搬送工程中では、検出されたブームシリンダの推力Ｆ_cylの値を補正せずにそのまま用いても、バケット内の積荷質量を精度よく算出できない。

【0107】

コントローラ５０は、上述したように、ブームシリンダ１８の姿勢に基づきブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylの値を補正し、かつ、補正後の推力（Ｆ_cyl×δ_a）の値を用いてバケット１４内の積荷質量を算出する。このように、コントローラ５０は、ホイールローダ１の走行時、ブームシリンダ１８の姿勢を考慮して、バケット１４内の積荷質量を算出する。

【0108】

したがって、ホイールローダ１によれば、ホイールローダ１の走行時、バケット内の積荷質量を精度よく算出可能となる。詳しくは、ホイールローダ１によれば、瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}が精度よく算出されるため、結果として、バケット内の積荷質量を精度よく算出可能となる。

【0109】

〔２〕詳しくは、コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の姿勢が水平状態であると判断したことに基づき、補正後の推力（Ｆ_cyl×δ_a）の値を用いてバケット１４内の積荷質量を算出する。なお、上述したように、ブームシリンダ１８の角度は、ブーム角度θ_boomに基づき算出し得る。コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の角度が－１０°以上かつ１０°以下の範囲にあるとき、ブームシリンダ１８の姿勢が水平状態と判断する。

【0110】

〔３〕同様に、コントローラ５０は、ホイールローダ１が後進状態であると判断したことに基づき、補正後の推力（Ｆ_cyl×δ_a）の値を用いてバケット１４内の積荷質量を算出する。本例では、コントローラ５０は、走行レバー５３（図６）の操作情報（操作状態）に基づき、ホイールローダ１の進行方向が後進方向であるか否かを判断する。詳しくは、コントローラ５０は、走行レバー５３の位置が後進位置にあれば、ホイールローダ１の進行方向が後進方向であると判断する。なお、コントローラ５０は、走行輪４ａの回転方向に基づき、ホイールローダ１の進行方向が後進方向であるか否かを判断してもよい。

【0111】

〔４〕より詳しくは、ホイールローダ１は、掘削工程（掬込み）によってバケット１４に掘削対象物（土砂等）が掬い込まれた後に、ホイールローダ１を後進させる積荷後進工程を実行する。積荷後進工程では、ホイールローダ１は、通常、ブーム１５の角度を一定（具体的には、－４０°～－２０°の間の角度）としたまま後進する。その後、ホイールローダ１は、バケット１４を上昇させながら、または途中から上昇させた状態を維持しながら、ホイールローダ１を前進させてダンプトラック（図示せず）に接近させる積荷前進工程を実行する。次いで、ホイールローダ１は、所定位置でバケット１４をダンプして掘削対象物をダンプトラック荷台上に積み込む排土工程を実行する。

【0112】

ブーム１５の角度が－４０°～－２０°の間のときには、ブームシリンダ１８の角度が－１０°～１０°になる。このように、積荷後進工程では、ブームシリンダ１８の姿勢が水平となった状態でホイールローダ１が後進する。

【0113】

したがって、ホイールローダ１が積荷後進状態にあるとき、コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の姿勢を考慮して、バケット１４内の積荷質量を算出する。具体的には、コントローラ５０は、補正後の推力（Ｆ_cyl×δ_a）の値を用いてバケット１４内の積荷質量を算出する。それゆえ、ホイールローダ１によれば、積荷後進工程において、バケット１４内の積荷質量を精度よく算出可能となる。ホイールローダ１によれば、積荷前進工程よりも前段階の積荷後進工程において、バケット１４内の積荷質量を精度よく算出可能となる。したがって、ホイールローダ１のオペレータは、早いタイミングで、精度の高い積荷質量を知ることができる。

【0114】

〔５〕コントローラ５０は、ホイールローダ１の走行時に生じる慣性力によってブームシリンダ１８が受けるブームシリンダ１８の伸縮方向の力が最大となるときのブーム角度θ_boomを示したθ_lowBoomの値（角度データ）を予め記憶している。コントローラ５０は、式（７）および式（８）に示すように、ブーム角度θ_boomに加え、θ_lowBoomの値をさらに用いてブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylの値を補正することにより、バケット１８内の積荷質量を算出する。このような構成によれば、θ_lowBoomの値を用いずに推力Ｆ_cylの値を補正する場合に比べて、積荷質量を精度よく算出することができる。

【0115】

〔６〕θ_lowBoomの値（角度データ）は、ブームシリンダ１８で発生する反力Ｆ_cのうちブームシリンダ１８の伸縮方向の力についてのブームフートピン２２回りのモーメントが最大となるときのブーム角度θ_boomである。このようなブーム角度θ_boomの場合に、走行時に生じる慣性力によってブームシリンダ１８が受けるブームシリンダ１８の伸縮方向の力が最大となる。

【0116】

〔７〕コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylを変数（第１の変数）として含む第１の演算式に対して当該変数の値を補正するための補正係数δaを乗じることにより得られた第２の演算式を記憶している。第２の演算式は、上述した式（７）である。第１の演算式は、上述した式（６）に対して積荷補正係数γを乗じた式である。

【0117】

補正係数δaは、変数（第２の変数）として、ブーム角度θ_boomを含む。上記第１の演算式は、上述した式（５）に示したように、バケット１４内の積荷によるモーメントａ_Wloadと作業機３の重量によるモーメントｂ_Wloadとの和と、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylをによるモーメントｃ_Wloadとバケット１４の反力によるモーメントｄ_Wloadとの和とのつり合いから導かれる。コントローラ５０は、上記第２の演算式（式（７））に基づき、バケット１４内の積荷質量を算出する。

【0118】

このように、コントローラ５０は、上記４つのモーメントのつり合いから導かれる第１の演算式に含まれるブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylを補正係数δaによって補正した第２の演算式を用いて、バケット１４内の積荷質量を算出する。それゆえ、このような構成によれば、第１の演算式をそのまま用いる場合に比べて、積荷質量を精度よく算出することができる。なお、補正係数δaは、変数（第２の変数）として、ブーム角度θ_boomの代わりに、ブームシリンダ１８の角度を含んでいてもよい。

【0119】

＜Ｅ．機能的構成＞
次に、ホイールローダ１の機能的構成について説明する。特に、図１に示すホイールローダ１のバケット１４内の積荷質量を計測するコントローラ５０の機能ブロックについて図６を用いて説明する。

【0120】

図６は、ホイールローダ１の機能的構成を示した機能ブロック図である。図６に示されるように、ホイールローダ１は、コントローラ５０と、入力部５１と、表示部５２とを備える。入力部５１は、操作パネル等の入力装置に対応する。操作パネルは、ハードキー、および／またはソフトウェアキーを含んで構成され得る。表示部５２は、モニタに対応する。入力部５１と表示部５２とは、キャブ５内に設置される。

【0121】

コントローラ５０は、記憶部５００と、ブームシリンダ推力算出部５０１と、油圧伝達効率算出部５０２と、寸法値算出部５０３と、水平距離算出部５０４と、積荷搬送工程判定部５０５と、水平加速度取得部５０７と、補正係数決定部５０８と、瞬時ペイロード値算出部５０９と、積荷質量算出部５１０と、表示制御部５１１とを備える。

【0122】

記憶部５００には、入力部５１を介して入力された各種のデータが予め記憶されている。記憶部５００には、バケット１４の質量Ｗｇ_bucketと、チルトロッド１７の質量Ｗｇ_tiltrodと、ベルクランク１６の質量Ｗｇ_bellcrankと、ブーム１５の質量Ｗｇ_boomと、MassCorrectionFactorと、空荷補正係数βと、積荷補正係数γと、作業機設計寸法値と、作業機設計重心位置とが記憶されている。

【0123】

なお、作業機設計寸法値とは、バケット１４、ブーム１５、ベルクランク１６、チルトロッド１７等の作業機３を構成する各部品の設計寸法値である。当該設計寸法値は、たとえばブーム１５に関しては、ブームフートピン２１が挿入される貫通穴と、バケットピン２２が挿入される貫通穴との間の距離、ブームフートピン２１が挿入される貫通穴と、ピン２４が挿入される貫通穴との間の距離等である。

【0124】

作業機設計重心位置とは、バケット１４、ブーム１５、ベルクランク１６、チルトロッド１７等の作業機３を構成する各部品における重心位置（理論値）である。作業機設計重心位置は、各部品における固有の座標系における重心位置である。作業機設計重心位置は、当該各部品に関し、当該部品の特定の位置を原点としたときの座標値として示される。作業機設計重心位置が２次元の座標系で表記可能なように原点の位置を設定できる。この場合、たとえばブーム１５については、ブーム１５の側面視においてブームフートピン２１が挿入される貫通穴の中心を上記特定の位置（原点）とすることができる。

【0125】

作業機設計寸法値は、寸法値算出部５０３で利用される。作業機設計重心位置は、水平距離算出部５０４で利用される。バケット１４の質量Ｗｇ_bucketと、チルトロッド１７の質量Ｗｇ_tiltrodと、ベルクランク１６の質量Ｗｇ_bellcrankと、ブーム１５の質量Ｗｇ_boomと、MassCorrectionFactorと、空荷補正係数βと、積荷補正係数γとは、瞬時ペイロード値算出部５０９で利用される。

【0126】

ブームシリンダ推力算出部５０１は、圧力センサ３１ｂ、３１ｈにより検知されたシリンダ圧力に基づいて、上述したブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylを算出する。具体的には、ブームシリンダ推力算出部５０１は、圧力センサ３１ｂから取得したブームシリンダ１８のボトム圧と、圧力センサ３１ｈから取得したからヘッド圧とに基づいて推力Ｆ_cylを周期的に算出する。ブームシリンダ推力算出部５０１は、取得したブームシリンダ１８のボトム圧のみから推力Ｆ_cylを算出してもよい。算出された推力Ｆ_cylの値は、瞬時ペイロード値算出部５０９に送られる。

【0127】

油圧伝達効率算出部５０２は、上述したブーム角度に関する情報を検知するセンサによって検知されたブーム角度θ_boomの値に基づいて、ブーム１５の油圧伝達効率ηを計算する。詳しくは、油圧伝達効率算出部５０２は、ブーム角度θ_boomの値の単位時間当たりの変化量を算出し、当該変化量に基づき油圧伝達効率ηを決定する。油圧伝達効率算出部５０２は、算出された油圧伝達効率ηを瞬時ペイロード値算出部５０９に送る。算出された油圧伝達効率ηは、上述した式（７）に代入される。

【0128】

なお、ブーム角度θ_boomの値の単位時間当たりの変化量がゼロの場合には油圧伝達効率ηを算出できないため、油圧伝達効率算出部５０２は、たとえば、直前に算出された油圧伝達効率ηを瞬時ペイロード値算出部５０９に送る。

【0129】

上記のように、油圧伝達効率ηを都度計算するのではなく、油圧伝達効率ηとして、事前に決定された一定の値を用いてもよい。

【0130】

寸法値算出部５０３は、記憶部５００に記憶された上記作業機設計寸法値と、バケット角度と、ブーム角度θ_boomとを用いて、上述した各寸法Ｒｌ１，Ｒｌ２，Ｒｂｉ（ｉ＝１～６）の値を算出する。寸法値算出部５０３は、各寸法Ｒｌ１，Ｒｌ２，Ｒｂｉ（ｉ＝１～６）の値を周期的に算出する。寸法値算出部５０３は、算出結果を、瞬時ペイロード値算出部５０９に送る。

【0131】

水平距離算出部５０４は、記憶部５００に記憶された上記作業機設計重心位置と、バケット角度と、ブーム角度θ_boomとを用いて、上述した水平距離Ｒｇ_jを算出する。具体的には、水平距離算出部５０４は、各水平距離Ｒｇ_bucket，Ｒｇ_tiltrod，Ｒｇ_bellcrank，Ｒｇ_boomを周期的に算出する。水平距離算出部５０４は、算出結果を、瞬時ペイロード値算出部５０９に送る。

【0132】

積荷搬送工程判定部５０５は、ホイールローダ１が積荷搬送工程中か否かを判定する。詳しくは、積荷搬送工程判定部５０５は、ブームシリンダ１８の姿勢が水平状態、および、ホイールローダ１が後進状態のうちの少なくとの一方の状態にあるときに、ホイールローダ１が積荷搬送工程中であると判定する。

【0133】

より詳しくは、積荷搬送工程判定部５０５は、走行レバー５３の操作状態に基づき、ホイールローダ１が後進状態か否かを判断する。本例では、積荷搬送工程判定部５０５は、走行レバー５３が後進位置であれば、後進状態と判断する。積荷搬送工程判定部５０５は、走行レバー５３が前進位置または中立位置であれば、後進状態でないと判断する。

【0134】

さらに詳しくは、積荷搬送工程判定部５０５は、上述したように、ブーム１５とブームシリンダ１８との幾何学的関係に基づき、ブームシリンダ１８の角度を算出する。積荷搬送工程判定部５０５は、ブームシリンダ１８の角度に基づき、ブームシリンダ１８の姿勢が水平状態となっているか否かを判定する。積荷搬送工程判定部５０５は、ブームシリンダ１８の角度が－１０°以上かつ１０°以下の範囲のときに、ブームシリンダ１８の姿勢が水平状態となっていると判断する。なお、ブームシリンダ１８の角度に基づく判定に限定されず、コントローラ５０は、ブーム角度θ_boomが予め定められた角度範囲（たとえば、－４０°以上かつ－２０°以下の範囲）のときに、積荷搬送工程中と判定してもよい。

【0135】

積荷搬送工程判定部５０５は、後進状態と判断した場合、積荷搬送工程中と判断する。積荷搬送工程判定部５０５は、ブームシリンダ１８の姿勢が水平状態となっていると判断した場合も、積荷搬送工程中と判断する。積荷搬送工程判定部５０５は、後進状態でなく、かつ、ブームシリンダ１８の姿勢が水平状態でなければ、積荷搬送工程中でないと判断する。

【0136】

積荷搬送工程判定部５０５は、「積荷搬送工程中」または「積荷搬送工程中でない」ことを表す判定結果を補正係数決定部５０８に周期的に送る。

【0137】

水平加速度取得部５０７は、機械本体９の水平方向の加速度ａ_vehicleを周期的に取得する。水平加速度取得部５０７は、加速度ａ_vehicleの値を補正係数決定部５０８に周期的に送る。

【0138】

加速度ａ_vehicleの取得方法は、特に限定されない。たとえば、水平加速度取得部５０７は、加速度センサ（図示せず）によって検出された水平方向の加速度ａ_vehicleを取得する。あるいは、水平加速度取得部５０７は、ＩＭＵによって検出されたデータから、加速度ａ_vehicleを算出してもよい。あるいは、水平加速度取得部５０７は、機械本体９の速度を時間微分することにより、加速度ａ_vehicleを算出してもよい。機械本体９の速度から加速度ａ_vehicleを算出する場合、当該速度をローパスフィルタによって平滑化した後に、加速度ａ_vehicleを算出することが好ましい。

【0139】

補正係数決定部５０８は、ブームシリンダ１８の姿勢に基づき、補正係数δ_aを決定する。詳しくは、補正係数決定部５０８は、ブームシリンダ１８の角度と相関関係にあるブーム角度θ_boomを用いて、補正係数δ_aを決定する。具体的には、補正係数決定部５０８は、ブーム角度θ_boomと、積荷搬送工程判定部５０５の判定結果と、水平加速度取得部５０７によって取得された加速度ａ_vehicleとに基づき、補正係数δ_aを決定する。具体的には、補正係数決定部５０８は、上述した式（８）を用いて、補正係数δ_aを決定する。

【0140】

積荷搬送工程判定部５０５の判定結果が「積荷搬送工程中」である場合、補正係数決定部５０８は、式（８）の上側の行の数式を用いて補正係数δ_aを周期的に決定する。この場合、補正係数決定部５０８は、数式（８）に示されるように、加速度ａ_vehicleを用いて補正係数δ_aを決定する。

【0141】

補正係数決定部５０８は、積荷搬送工程判定部５０５の判定結果が「積荷搬送工程中でない」場合、式（８）の下側の行に示すように、補正係数δ_aの値を“１”とする。具体的には、ブームシリンダ１８が動いている場合、走行レバー５３が前進位置または中立位置にある場合には、補正係数決定部５０８によって、補正係数δ_aの値が“１”に設定される。

【0142】

補正係数決定部５０８は、式（８）を用いて計算した補正係数δ_aの値を、周期的に瞬時ペイロード値算出部５０９に送る。

【0143】

瞬時ペイロード値算出部５０９は、各質量Ｗｇ_bucket，Ｗｇ_tiltrod，Ｗｇ_bellcrank，Ｗｇ_boomと、MassCorrectionFactorと、各補正係数β，γと、推力Ｆ_cylと、油圧伝達効率ηと、各寸法Ｒｌ１，Ｒｌ２，Ｒｂｉ（ｉ＝１～６）と、各水平距離Ｒｇ_bucket，Ｒｇ_tiltrod，Ｒｇ_bellcrank，Ｒｇ_boomと、補正係数δ_aとに基づき、瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}を周期的に算出する。

【0144】

詳しくは、瞬時ペイロード値算出部５０９は、上述した式（７）を用いて、瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}を算出する。なお、各質量Ｗｇ_bucket，Ｗｇ_tiltrod，Ｗｇ_bellcrank，Ｗｇ_boomと、MassCorrectionFactorとは、上述した式（２）に示されるように、式（７）の分子に含まれる“ｂ_Wload”の算出に利用される。瞬時ペイロード値算出部５０９は、瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}を周期的に積荷質量算出部５１０に送る。

【0145】

積荷質量算出部５１０は、連続して送られてきた複数の瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}の平均値を算出し、当該平均値を積荷質量に決定する。たとえば、積荷質量算出部５１０は、連続して送られてきた５つの瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}の平均値を積荷質量とする。積荷質量算出部５１０は、決定した積荷質量を表示制御部５１１に送る。

【0146】

表示制御部５１１は、積荷質量を表示部５２に表示させる。表示制御部５１１は、積荷質量を積荷質量算出部５１０から取得する都度、表示部５２に表示される積荷質量の値を更新する。

【0147】

＜Ｆ．制御構造＞
図７は、コントローラ５０で実行される処理の流れを説明するためのフロー図である。なお、図７においては、瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}の算出までの処理を記載している。また、図７に示す一連処理は、周期的に繰り返し実行される。

【0148】

ステップＳ１において、コントローラ５０は、各寸法Ｒｌ１，Ｒｌ２，Ｒｂｉ（ｉ＝１～６）の値を算出する。ステップＳ２において、コントローラ５０は、各水平距離Ｒｇ_bucket，Ｒｇ_tiltrod，Ｒｇ_bellcrank，Ｒｇ_boomを算出する。ステップＳ３において、コントローラ５０は、作業機重量によるモーメントｂ_Wloadの値を算出する。なお、算出されたｂ_Wloadの値は、式（７）に代入される。

【0149】

ステップＳ４において、コントローラ５０は、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylを算出する。ステップＳ５において、コントローラ５０は、ブーム角度θ_boomの単位時間当たりの変化量に基づき、油圧伝達効率ηを算出する。なお、上述したように、ブーム角度θ_boomの値の単位時間当たりの変化量がゼロの場合には、コントローラ５０は、たとえば、直前に算出された油圧伝達効率ηを用いる。

【0150】

ステップＳ６において、コントローラ５０は、積荷搬送工程中であるか否かを判定する。積荷搬送工程中でないと判定された場合（ステップＳ６においてＮＯ）、コントローラ５０は、ステップＳ７において、補正係数δ_aの値を“１”に設定する。詳しくは、コントローラ５０は、上述した式（８）を参照して、補正係数δ_aの値を“１”に設定する。

【0151】

積荷搬送工程中であると判定された場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、コントローラ５０は、ステップＳ９において、コントローラ５０は、加速度ａ_vehicleの値を取得する。さらに、ステップＳ１０において、コントローラ５０は、加速度ａ_vehicleの値を用いて、補正δ_aの値を算出する。具体的には、コントローラ５０は、式（８）の上側の行の数式を用いて、補正係数δ_aの値を算出する。

【0152】

ステップＳ７またはステップＳ１０の後、ステップＳ８において、コントローラ５０は、補正係数δ_aの値を上述した式（７）に代入することにより、瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}を算出する。

【0153】

＜Ｇ．変形例＞
（１）上記においては、コントローラ５０は、図７のステップＳ６に示したように、積荷搬送工程中のときに、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylを式（８）の上の行の数式（補正係数δ_a，変数）を乗じて補正し、かつ補正後の推力の値（Ｆ_cyl×δ_a）を用いてバケット１４内の積荷質量を算出した。しかしながら、これに限定されるものではない。コントローラ５０は、積荷搬送工程中であるか否かにかかわらず、ブームシリンダ１８の推力Ｆ_cylを数式（８）の上の行の数式（補正係数δ_a）を乗じて補正し、かつ補正後の推力の値（Ｆ_cyl×δ_a）を用いてバケット１４内の積荷質量を算出してもよい。

【0154】

（２）コントローラ５０は、瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}を積荷質量として、表示部５２に出力してもよい。コントローラ５０は、瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}の平均を算出せずに、瞬時ペイロード値Ｗ_{load_CR}を表示部５２に表示してもよい。

【0155】

＜付記＞
［項目１］
走行体が取り付けられる本体と、
前記本体に取り付けられるブームと、前記ブームに取り付けられるバケットとを含む作業機と、
前記本体に対する前記ブームの角度を変化させるブームシリンダと、
前記ブームシリンダの推力を検出するセンサと、
前記本体に対する前記ブームシリンダの姿勢に基づき前記検出された推力の値を補正し、かつ、前記補正後の推力の値を用いて前記バケット内の前記積荷質量を算出するコントローラと、を備える、作業機械。

【0156】

［項目２］
前記コントローラは、前記作業機械が積荷搬送工程中であると判断されたことを条件に、前記補正後の推力の値を用いて前記バケット内の前記積荷質量を算出する、項目１に記載の作業機械。

【0157】

［項目３］
前記コントローラは、前記ブームシリンダの姿勢が水平状態であるとき、および／または、前記作業機械が後進状態にあるときに、前記作業機械が積荷搬送工程中であると判断する、項目２に記載の作業機械。

【0158】

［項目４］
前記コントローラは、
前記作業機械の走行時に生じる慣性力によって前記ブームシリンダが受ける前記ブームシリンダの伸縮方向の力が最大となるときの前記ブームの角度を示した角度データを予め記憶しており、
前記角度データをさらに用いて前記検出された推力を補正することにより、前記バケット内の前記積荷質量を算出する、項目１から３のいずれか１項に記載の作業機械。

【0159】

［項目５］
前記ブームを前記本体に接続するブームフートピンをさらに備え、
前記角度データは、前記ブームシリンダで発生する反力のうち前記ブームシリンダの伸縮方向の力についての前記ブームフートピン回りのモーメントが最大となるときの前記ブームの角度である、項目４に記載の作業機械。

【0160】

［項目６］
前記コントローラは、前記ブームシリンダの推力を第１の変数として含む第１の演算式に対して前記第１の変数の値を補正するための補正係数を乗じることにより得られた第２の演算式を記憶しており、
前記補正係数は、第２の変数として、前記ブームシリンダの角度または前記ブームの角度を含み、
前記第１の演算式は、前記バケット内の積荷によるモーメントと前記作業機の重量によるモーメントとの和と、前記ブームシリンダの推力によるモーメントと前記バケットの反力によるモーメントとの和とのつり合いから導かれ、
前記コントローラは、前記第２の演算式に基づき、前記バケット内の前記積荷質量を算出する、項目１から５のいずれか１項に記載の作業機械。

【0161】

［項目７］
前記コントローラは、前記ブームシリンダの姿勢を、前記ブームシリンダの角度に基づき算出する、項目１から６のいずれか１項に記載の作業機械。

【0162】

［項目８］
前記ブームシリンダは、前記本体に取り付けられる基端部と、前記バケットに取り付けられる先端部とを有し、
前記コントローラは、前記ブームシリンダの姿勢を、前記ブームの寸法と、前記本体に対する前記基端部の取り付け位置と、前記バケットに対する前記先端部の取り付け位置と、前記本体に対する前記ブームの角度とに基づき算出する、項目１から６のいずれか１項に記載の作業機械。

【0163】

［項目９］
前記ブームシリンダの角度を検出する第１のセンサと、
前記推力を検出する第２のセンサとをさらに備え、
前記コントローラは、前記第１のセンサによる前記検出の結果と、前記第２のセンサによる前記検出の結果とをさらに取得する、項目８に記載の作業機械。

【0164】

［項目１０］
前記ブームの角度を検出する第１のセンサと、
前記推力を検出する第２のセンサとをさらに備え、
前記コントローラは、前記第１のセンサによる前記検出の結果と、前記第２のセンサによる前記検出の結果とをさらに取得する、項目８に記載の作業機械。

【0165】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0166】

１ ホイールローダ、２ 車体フレーム、３ 作業機、４ 走行装置、４ａ 走行輪、５ キャブ、６ カウンタウエイト、９ 機械本体、１１ 前フレーム、１２ 後フレーム、１３ ステアリングシリンダ、１４ バケット、１５ ブーム、１６ ベルクランク、１７ チルトロッド、１８ ブームシリンダ、１８ａ チューブ、１８ｂ ロッド、１８ｃ ピストン、１９ バケットシリンダ、２１ ブームフートピン、２２ バケットピン、２９ 支持ピン、３１ｂ，３１ｈ，３２ｂ，３２ｈ 圧力センサ、３３，３４ ポテンショメータ、３５，３６ ストロークセンサ、３９ 撮像デバイス、４０ 角度センサ、５０ コントローラ、５１ 入力部、５２ 表示部、５３ 走行レバー、５００ 記憶部、５０１ ブームシリンダ推力算出部、５０２ 油圧伝達効率算出部、５０３ 寸法値算出部、５０４ 水平距離算出部、５０５ 積荷搬送工程判定部、５０７ 水平加速度取得部、５０８ 補正係数決定部、５０９ 瞬時ペイロード値算出部、５１０ 積荷質量算出部、５１１ 表示制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】