JP7124718B2 - 重心推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、重心推定装置に関する。

例えば特許文献１には、フォークリフトの操舵車軸として形成されたリヤ側のセンタアクスルボディに固定された撓み力測定装置によってアクスル荷重を検出するという技術が記載されている。撓み力測定装置は、例えばセンタアクスルボディに設けられた測定区分の変形量（撓み）を測定する歪みゲージを有し、測定区分の撓みからアクスル荷重を検出する。

特開２００９－１７５１４８号公報

上記従来技術では、センタアクスルボディにかかるアクスル荷重を検出することにより、荷役装置であるフォークリフトの重心位置を推定することができる。しかし、上記従来技術において推定される重心位置は、フォークリフトの前後方向の重心位置のみである。また、フォーク（積載部）に荷物が積載された状態のフォークリフトの重心位置を正確に推定するためには、荷物の複数方向の重心位置を推定する必要がある。

本発明の目的は、荷役車両の積載部に荷物が積載された状態において、荷役車両の複数の方向における荷物の重心位置を推定することができる重心推定装置を提供することである。

本発明の一態様は、左右２つの前輪及び後輪を有する走行装置と、走行装置の前側に配置され、マストに取り付けられた積載部を昇降させるリフトシリンダとマストを傾動させるティルトシリンダとを有する荷役装置とを具備する荷役車両に搭載され、積載部に積載された荷物の重心を推定する重心推定装置であって、左右２つの前輪にかかる荷重をそれぞれ検出する２つの荷重検出部と、リフトシリンダの圧力を検出する圧力検出部と、２つの荷重検出部により検出された左右２つの前輪にかかる荷重、圧力検出部により検出されたリフトシリンダの圧力及び荷役車両の構造に関するデータに基づいて、荷役車両の前後方向における荷物の重心推定値を算出する第１重心算出部と、２つの荷重検出部により検出された左右２つの前輪にかかる荷重及び荷役車両の構造に関するデータに基づいて、荷役車両の左右方向における荷物の重心推定値を算出する第２重心算出部とを備える。

このような重心推定装置においては、左右２つの前輪にかかる荷重とリフトシリンダの圧力とを検出し、左右２つの前輪にかかる荷重、リフトシリンダの圧力及び荷役車両の構造に関するデータに基づいて、荷役車両の前後方向における荷物の重心推定値を算出すると共に、左右２つの前輪にかかる荷重及び荷役車両の構造に関するデータに基づいて、荷役車両の左右方向における荷物の重心推定値を算出する。これにより、積載部に荷物が積載された状態において、荷役車両の前後方向及び左右方向における荷物の重心位置を推定することができる。

第１重心算出部は、左右２つの前輪にかかる荷重、リフトシリンダの圧力及び荷役車両の構造に関するデータに基づき、荷役車両の前後方向における荷役車両の全体の重心に関する一次方程式を用いて、荷役車両の前後方向における荷物の重心推定値を算出してもよい。このような構成では、マストが地面に対して垂直に立っていると仮定し、荷役車両の前後方向における荷役車両の全体の重心に関する一次方程式を用いて、荷役車両の前後方向における荷物の重心推定値を算出することにより、荷役車両の前後方向における荷物の重心位置を確実に推定することができる。

重心推定装置は、マストの傾動角を検出する角度検出部と、積載部の高さを検出する高さ検出部とを更に備え、第１重心算出部は、２つの荷重検出部により検出された左右２つの前輪にかかる荷重、圧力検出部により検出されたリフトシリンダの圧力、角度検出部により検出されたマストの傾動角、高さ検出部により検出された積載部の高さ及び荷役車両の構造に関するデータに基づいて、荷役車両の前後方向及び高さ方向における荷物の重心推定値を算出してもよい。このような構成では、左右２つの前輪にかかる荷重、リフトシリンダの圧力、マストの傾動角、積載部の高さ及び荷役車両の構造に関するデータに基づいて、荷役車両の前後方向及び高さ方向における荷物の重心推定値を算出することにより、積載部に荷物が積載された状態において、荷役車両の前後方向、左右方向及び高さ方向における荷物の重心位置を推定することができる。

第１重心算出部は、左右２つの前輪にかかる荷重、リフトシリンダの圧力、マストの傾動角、積載部の高さ及び荷役車両の構造に関するデータに基づき、荷役車両の前後方向における荷役車両の全体の重心に関する一次方程式を用いて、荷役車両の前後方向及び高さ方向における荷物の重心推定値を算出してもよい。このような構成では、マストの傾動角が異なる複数の状態について、荷役車両の前後方向における荷役車両の全体の重心に関する一次方程式を用いて、荷役車両の前後方向及び高さ方向における荷物の重心推定値を算出することにより、荷役車両の前後方向及び高さ方向における荷物の重心位置を確実に推定することができる。

第１重心算出部は、左右２つの前輪にかかる荷重、リフトシリンダの圧力、マストの傾動角、積載部の高さ及び荷役車両の構造に関するデータに基づき、マストの傾動角が異なる２つの状態における一次方程式の係数をそれぞれ求め、２つの状態における一次方程式の連立方程式を解くことにより、荷役車両の前後方向及び高さ方向における荷物の重心推定値を算出してもよい。このような構成では、マストの傾動角が異なる２つの状態における一次方程式の連立方程式を使用するので、荷役車両の前後方向及び高さ方向における荷物の重心推定値を簡単に算出することができる。

第２重心算出部は、左右２つの前輪にかかる荷重及び左右２つの前輪のトレッド幅に基づいて、荷役車両の左右方向における荷物の重心推定値を算出してもよい。このような構成では、左右２つの前輪にかかる荷重及び左右２つの前輪のトレッド幅に基づいて、荷役車両の左右方向における荷物の重心推定値を算出することにより、荷役車両の左右方向における荷物の重心位置を簡単に且つ確実に推定することができる。

本発明によれば、荷役車両の積載部に荷物が積載された状態において、荷役車両の複数の方向における荷物の重心位置を推定することができる。

本発明の一実施形態に係る重心推定装置を備えた荷役車両としてフォークリフトを示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る重心推定装置を有する車両制御装置の構成を示すブロック図である。 前輪及び後輪の位置関係を荷物の左右方向の重心推定値と共に示す概念図である。 図２に示された第１重心算出部により実行される重心算出処理の手順を示すフローチャートである。 荷物の前後方向及び高さ方向の重心推定値を算出する際の荷役装置の各構成部品の位置関係を示す概念図である。 図２に示された制御部により実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る重心推定装置を有する車両制御装置の構成を示すブロック図である。 図７に示された第１重心算出部により実行される重心算出処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る重心推定装置を備えた荷役車両としてフォークリフトを示す側面図である。図１において、本実施形態に係る荷役車両であるフォークリフト１は、カウンター式のフォークリフトである。フォークリフト１は、走行装置２と、この走行装置２の前側に配置され、荷物Ｗの揚げ降ろしを行う荷役装置３とを具備している。

走行装置２は、車体４と、この車体４の前部に配置された左右２つの駆動輪である前輪５と、車体４の後部に配置された左右２つの操舵輪である後輪６と、前輪５を回転させる走行モータ７と、後述する油圧駆動ユニット２３（図２参照）の油圧ポンプ（図示せず）を回転駆動させる荷役モータ８と、走行モータ７及び荷役モータ８に電力を供給するバッテリ９とを有している。

荷役装置３は、車体４の前端部にマストサポート１０（図５参照）を介して回動可能に連結されている。荷役装置３は、車体４の前端部に立設されたマスト１１と、このマスト１１にリフトブラケット１２を介して取り付けられ、荷物Ｗが積載される１対のフォーク１３（積載部）と、このフォーク１３を昇降させるリフトシリンダ１４と、マスト１１を傾動させるティルトシリンダ１５とを有している。リフトシリンダ１４及びティルトシリンダ１５は、油圧駆動ユニット２３（後述）により駆動される。

図２は、本発明の第１実施形態に係る重心推定装置を有する車両制御装置の構成を示すブロック図である。図２において、車両制御装置１６は、フォークリフト１に搭載されている。車両制御装置１６は、２つの荷重センサ１７と、圧力センサ１８と、角度センサ１９と、距離センサ２０と、電子制御ユニット２１（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）と、表示器２２と、上記の走行モータ７と、油圧駆動ユニット２３とを備えている。

荷重センサ１７は、図３に示されるように、左右２つの前輪５（左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂ）にかかる荷重をそれぞれ検出する荷重検出部を構成する。左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂには、前輪軸２４がフレーム２５を介して接続されている。荷重センサ１７は、左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂのフレーム２５にそれぞれ取り付けられている。

荷重センサ１７としては、前輪５にかかる荷重を直接計測することが可能なセンサを用いてもよいし、前輪５にかかる歪みを計測する歪みゲージを用いてもよい。歪みゲージを用いる場合には、前輪５にかかる撓みと前輪５にかかる荷重との相関関係を予め測定し、その相関データを記憶部２８（後述）に保存しておく。

なお、図３に示されるように、左右２つの後輪６（左後輪６Ａ及び右後輪６Ｂ）には、後輪軸２６がフレーム２７を介して接続されている。前輪軸２４の両端部及び後輪軸２６の中央部は、車体４に支持されている。

圧力センサ１８は、リフトシリンダ１４の圧力を検出する圧力検出部を構成する。具体的には、圧力センサ１８は、リフトシリンダ１４のボトム側の圧力を検出する。

角度センサ１９は、マスト１１の傾動角（ティルト角）を検出する角度検出部を構成する。距離センサ２０は、地面からフォーク１３までの距離を検出することにより、フォーク１３の高さ（荷役高さ）を検出する高さ検出部を構成する。

表示器２２は、許容するティルト角及び荷役高さ等の情報を表示すると共に、荷物Ｗの重心に関する警告表示を行う。

油圧駆動ユニット２３は、特に図示はしないが、リフトシリンダ１４及びティルトシリンダ１５に作動油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプとリフトシリンダ１４との間に配置されたリフトバルブと、油圧ポンプとティルトシリンダ１５との間に配置されたティルトバルブとを有している。

電子制御ユニット２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等からなるマイコンにより構成されている。電子制御ユニット２１は、記憶部２８と、第１重心算出部２９と、第２重心算出部３０と、制御部３１とを有している。

記憶部２８には、フォークリフト１の構造に関するデータと、荷物Ｗの重心の推定演算を行うための計算式とが記憶されている。フォークリフト１の構造としては、例えば走行装置２の寸法及び重量等、マスト１１、フォーク１３及びリフトシリンダ１４等といった荷役装置３の各構成部品の寸法、重量及び位置等、フォークリフト１及び荷役装置３の重心等が挙げられる。

第１重心算出部２９は、２つの荷重センサ１７により検出された左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂにかかる荷重、圧力センサ１８により検出されたリフトシリンダ１４の圧力、角度センサ１９により検出されたマスト１１の傾動角、距離センサ２０により検出されたフォーク１３の高さ及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づいて、フォークリフト１の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を算出する。

このとき、第１重心算出部２９は、左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂにかかる荷重、リフトシリンダ１４の圧力、マスト１１の傾動角、フォーク１３の高さ及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づき、フォークリフト１の前後方向におけるフォークリフト１の全体の重心に関する一次方程式を用いて、フォークリフト１の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を算出する。

図４は、第１重心算出部２９により実行される重心算出処理の手順を示すフローチャートである。なお、本処理は、フォークリフト１の始動スイッチがＯＮされた後、例えば所定時間毎に実行される。

図４において、第１重心算出部２９は、まず左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂにかかる荷重、リフトシリンダ１４の圧力、マスト１１の傾動角（ティルト角）、フォーク１３の高さ（荷役高さ）及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づいて、フォークリフト１の前後方向におけるフォークリフト１の全体の重心に関する一次方程式を生成する（手順Ｓ１０１）。フォークリフト１の全体の重心に関する一次方程式の生成方法は、以下の通りである。

即ち、まず前輪軸２４にかかる荷重Wfは、下記式で表される。
Wf＝Wfr＋Wfl …(1)
Wfr：右前輪５Ｂにかかる荷重
Wfl：左前輪５Ａにかかる荷重

また、後輪軸２６にかかる荷重Wrは、下記式で表される。
Wr＝(Mw＋Mm＋Mv)*g－Wf＝(Mw＋Mm＋Mv)*g－(Wfr＋Wfl) …(2)
Mw：荷物Ｗの重量
Mm：荷役装置３の重量
Mv：フォークリフト１の重量
g：重力加速度

荷物Ｗの重量Mwは、リフトシリンダ１４の圧力、リフトシリンダ１４の本数及びリフトシリンダ１４の受圧面積から算出される。リフトシリンダ１４の受圧面積は、既知の値である。また、荷役装置３の重量Mm及びフォークリフト１の重量Mvは、既知の値である。

ここで、マスト１１の回動中心であるマストサポート１０（図５参照）を原点とし、マスト１１が地面に対して垂直に立った状態（ティルト角が０度の状態）を基本姿勢とした際、フォークリフト１の前後方向をＸ軸方向、フォークリフト１の左右方向をＹ軸方向、フォークリフト１の高さ方向をＺ軸方向と定義すると、フォークリフト１全体の重心位置のＸ座標Xallは、下記式で表される。
Xall＝Lwheel*({(Mw＋Mm＋Mv)－(Wfr＋Wfl)/g}／(Mw＋Mm＋Mv)) …(3)

Lwheelは、図３に示されるように、フォークリフト１のホイールベースである。ホイールベースLwheelは、前輪軸２４と後輪軸２６との距離である。

一方、合成重心の公式から、フォークリフト１全体の重心位置のＸ座標Xallは、下記式でも表すことができる。
Xall＝(Xw*Mw＋Xm*Mm＋Xv*Mv)／(Mw＋Mm＋Mv) …(4)
Xw：荷物Ｗの重心位置のＸ座標
Xm：荷役装置３の重心位置のＸ座標
Xv：フォークリフト１の重心位置のＸ座標

（３）式及び（４）式を連立させ、Xwについて解くと、下記式となる。
Xw＝(Lwheel/Mw)*({(Mw＋Mm＋Mv)－(Wfr＋Wfl)/g}－(Xm*Mm＋Xv*Mv) …(5)

また、マスト１１が垂直に立っている状態から傾動した後の荷物Ｗの重心位置のＸ座標Xwは、下記式で表される。
Xw＝X*cosθ－Z*sinθ
＝(Xoh＋Xlc－Xoffset)*cosθ－(Height＋Zwini－Rft－Zoffset)*sinθ …(6)

図５に示されるように、Xohは、前輪５の中心からバックレスト１２Ａの前端面までのＸ座標距離である。Xlcは、バックレスト１２Ａの前端面から荷物Ｗの中心（重心）までのＸ座標距離である。Xoffsetは、前輪５の中心からマストサポート１０までのＸ座標距離である。Heightは、地面からフォーク１３の積載面までのＺ座標距離（荷役高さ）である。Zwiniは、フォーク１３の積載面から荷物Ｗの中心までのＺ座標距離である。Rftは、前輪５のタイヤ半径である。Zoffsetは、前輪５の中心からマストサポート１０までのＺ座標距離である。また、θは、ティルト角である。

（５）式及び（６）式により、下記式が得られる。
(Lwheel/Mw)*({(Mw＋Mm＋Mv)－(Wfr＋Wfl)/g}－(Xm*Mm＋Xv*Mv)＝(Xoh＋Xlc－Xoffset)*cosθ－(Height＋Zwini－Rft－Zoffset)*sinθ …(7)

（７）式は、未知数が２つの一次方程式である。未知数は、Xlc及びZwiniである。（７）式をａＸ＋ｂＺ＋ｃ＝０（Ｘ，Ｚが未知数）の形式に変形すると、下記式で表される。
Xlc*cosθ－Zwini*sinθ＋(Xoh－Xoffset)*cosθ－(Height－Rft－Zoffset)*sinθ－[(Lwheel/Mw)*({(Mw＋Mm＋Mv)－(Wfr＋Wfl)/g}－(Xm*Mm＋Xv*Mv)]＝０ …(8)
ａ＝cosθ
ｂ＝－sinθ
ｃ＝(Xoh－Xoffset)*cosθ－(Height－Rft－Zoffset)*sinθ－[(Lwheel/Mw)*({(Mw＋Mm＋Mv)－(Wfr＋Wfl)/g}－(Xm*Mm＋Xv*Mv)]

（８）式は、フォークリフト１の前後方向におけるフォークリフト１の全体の重心に関する一次方程式である。ａ，ｂ，ｃは、その一次方程式の係数である。なお、（８）式及び係数ａ，ｂ，ｃの計算式は、記憶部２８に予め記憶されている。θは、角度センサ１９により得られる。Wfl、Wfrは、荷重センサ１７により得られる。Mwは、圧力センサ１８により得られる。Heightは、距離センサ２０により得られる。Xoh、Xoffset、Rft、Zoffset、Lwheel、Mm、Mv、Xm、Xvは、フォークリフト１の構造に関するデータとして記憶部２８に予め記憶されている。

フォークリフト１の重心Xvとしては、ティルト角θに依存せず、測定値または設計時データである既知の値がそのまま利用される。荷役装置３の合成重心Xmとしては、荷役高さ、フリーリフト量及び荷役高さに依存した構成部品毎の高さ移動量、構成部品単体の初期重心を考慮して、重心の合成公式及び回転公式により算出されるが、測定値または設計時データである既知の値が利用される。

第１重心算出部２９は、手順Ｓ１０１を実行した後、ティルト角が異なる２つの状態における一次方程式の係数ａ，ｂ，ｃを求める（手順Ｓ１０２）。このとき、１状態目の係数をａ１，ｂ１，ｃ１とし、２状態目の係数をａ２，ｂ２，ｃ２とする。

続いて、第１重心算出部２９は、ティルト角が異なる２つの状態における一次方程式の係数ａ，ｂ，ｃを用いて、フォークリフト１の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を算出する（手順Ｓ１０３）。

フォークリフト１の前後方向における荷物Ｗの重心推定値（以下、荷物Ｗの前後方向の重心推定値）は、バックレスト１２Ａの前端面からのＸ座標距離Xlcとして算出される。フォークリフト１の高さ方向における荷物Ｗの重心推定値（以下、荷物Ｗの高さ方向の重心推定値）は、フォーク１３の積載面からのＺ座標距離Zwiniとして算出される。具体的には、下記の２つの連立方程式を解くことにより、Xlc及びZwiniが算出される。
ａ１＊Xlc＋ｂ１＊Zwini＋ｃ１＝０
ａ２＊Xlc＋ｂ２＊Zwini＋ｃ２＝０

図２に戻り、第２重心算出部３０は、２つの荷重センサ１７により検出された左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂにかかる荷重及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づいて、フォークリフト１の左右方向における荷物Ｗの重心推定値（以下、荷物Ｗの左右方向の重心推定値）を算出する。

上記の（１）式を参照して、荷物Ｗの左右方向の重心位置は、左右２つの前輪５のトレッド幅Wtredの逆比となる。トレッド幅Wtredは、図３に示されるように、左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂの中心線の間の距離である。従って、前輪軸２４の左右方向の中心を原点Ｏとすると、荷物Ｗの左右方向の重心推定値Ｙは、下記式で表される。
Ｙ＝Wtred×{Wfl／(Wfl＋Wfr)}－(Wtred／2)

Wfl、Wfrは、荷重センサ１７により得られる。Wtredは、フォークリフト１の構造に関するデータとして記憶部２８に予め記憶されている。

制御部３１は、第１重心算出部２９により算出された荷物Ｗの前後方向及び高さ方向の重心推定値と第２重心算出部３０により算出された荷物Ｗの左右方向の重心推定値とに基づいて、表示器２２、走行モータ７及び油圧駆動ユニット２３を制御する。

図６は、制御部３１により実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、本処理も、フォークリフト１の始動スイッチがＯＮされた後、例えば所定時間毎に実行される。

図６において、制御部３１は、まず第１重心算出部２９により算出された荷物Ｗの重量と、第１重心算出部２９により算出された荷物Ｗの前後方向及び高さ方向の重心推定値と、第２重心算出部３０により算出された荷物Ｗの左右方向の重心推定値とを取得する（手順Ｓ２０１）。

続いて、制御部３１は、予め用意された荷重表を用いて、荷物Ｗの前後方向、左右方向及び高さ方向の重心許容値を算出する（手順Ｓ２０２）。荷物Ｗの前後方向の重心許容値は、荷物Ｗの重量Mw及び荷物Ｗの前後方向の重心推定値Xlcから算出される。荷物Ｗの左右方向の重心許容値は、荷物Ｗの重量Mw及び荷物Ｗの左右方向の重心推定値Ｙから算出される。荷物Ｗの高さ方向の重心許容値は、荷物Ｗの重量Mw及び荷物Ｗの高さ方向の重心推定値Zwiniから算出される。

続いて、制御部３１は、荷物Ｗの前後方向、左右方向及び高さ方向の重心推定値が何れも重心許容値×Ｋよりも小さいかどうかを判断する（手順Ｓ２０３）。Ｋは、１よりも小さい定数である。制御部３１は、手順Ｓ２０３の条件を満足するときは、許容する荷役高さ及びティルト角を表示器２２に表示させる（手順Ｓ２０４）。

制御部３１は、手順Ｓ２０３の条件を満足しないときは、荷物Ｗの前後方向、左右方向及び高さ方向の重心推定値の何れかが重心許容値×Ｋ以上であり且つ重心許容値よりも小さいかどうかを判断する（手順Ｓ２０５）。

制御部３１は、手順Ｓ２０５の条件を満足するときは、許容する荷役高さ及びティルト角を表示器２２に表示させる（手順Ｓ２０６）。そして、制御部３１は、荷物Ｗの重心推定値が重心許容値に近い状態である旨を表示器２２に警告表示させる（手順Ｓ２０７）。このとき、制御部３１は、表示器２２に警告音を発生させてもよい。

また、制御部３１は、荷役及び走行に対する制限を行うように走行モータ７及び油圧駆動ユニット２３を制御する（手順Ｓ２０８）。例えば、制御部３１は、加速時の走行加速度、減速時の走行減速度、及び旋回時の走行速度を制限するように走行モータ７を制御する。また、制御部３１は、荷物上昇時の加速度及び減速度、荷物下降時の加速度及び減速度、マスト１１の前傾時及び後傾時の加速度及び減速度、及び荷物上昇時の荷役高さを制限するように油圧駆動ユニット２３を制御する。

制御部３１は、手順Ｓ２０５の条件を満足しないとき、具体的には、荷物Ｗの前後方向、左右方向及び高さ方向の重心推定値の何れかが重心許容値以上であると判断したときは、許容する荷役高さ及びティルト角を表示器に表示させる（手順Ｓ２０９）。そして、制御部３１は、荷物Ｗの重心推定値が重心許容値を超えている旨を表示器２２に警告表示させる（手順Ｓ２１０）。このとき、制御部３１は、手順Ｓ２０７の実行時よりも大きな警告音を表示器２２に発生させてもよい。

また、制御部３１は、荷役及び走行に対する制限を行うように走行モータ７及び油圧駆動ユニット２３を制御する（手順Ｓ２１１）。例えば、制御部３１は、前進及び後進を禁止するように走行モータ７を制御する。また、制御部３１は、荷物Ｗの上昇動作及びマスト１１の前傾動作を禁止したり、荷物下降時の加速度及び減速度を制限するように油圧駆動ユニット２３を制御する。

なお、制御部３１は、上記の手順Ｓ２０３では、荷物Ｗの前後方向、左右方向及び高さ方向の重心推定値の何れかが重心許容値×Ｋよりも小さいかどうかを判断してもよい。

以上において、２つの荷重センサ１７、圧力センサ１８、角度センサ１９、距離センサ２０、電子制御ユニット２１の記憶部２８、第１重心算出部２９及び第２重心算出部３０は、本実施形態の重心推定装置３２を構成している。

以上のように本実施形態にあっては、左右２つの前輪５にかかる荷重とリフトシリンダ１４の圧力とマスト１１の傾動角とフォーク１３の高さとを検出し、左右２つの前輪５にかかる荷重、リフトシリンダ１４の圧力、マスト１１の傾動角、フォーク１３の高さ及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づいて、フォークリフト１の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を算出すると共に、左右２つの前輪５にかかる荷重及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づいて、フォークリフト１の左右方向における荷物Ｗの重心推定値を算出する。これにより、フォーク１３に荷物Ｗが積載された状態において、フォークリフト１の前後方向、左右方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心位置を推定することができる。従って、荷物Ｗの重心位置を高精度に推定することができる。

また、本実施形態では、マスト１１の傾動角が異なる複数の状態について、フォークリフト１の前後方向におけるフォークリフト１の全体の重心に関する一次方程式を用いて、フォークリフト１の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を算出することにより、フォークリフト１の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心位置を確実に推定することができる。

また、本実施形態では、マスト１１の傾動角が異なる２つの状態における一次方程式の連立方程式を使用するので、フォークリフト１の前後方向及び高さ方向における荷物Ｗの重心推定値を簡単に算出することができる。

また、本実施形態では、左右２つの前輪５にかかる荷重及び左右２つの前輪５のトレッド幅に基づいて、フォークリフト１の左右方向における荷物Ｗの重心推定値を算出することにより、フォークリフト１の左右方向における荷物Ｗの重心位置を簡単に且つ確実に推定することができる。

図７は、本発明の第２実施形態に係る重心推定装置を有する車両制御装置の構成を示すブロック図である。図７において、車両制御装置１６は、角度センサ１９及び距離センサ２０を備えていない点で、上記の第１実施形態と異なっている。

電子制御ユニット２１は、上記の第１実施形態と同様に、記憶部２８、第１重心算出部２９、第２重心算出部３０及び制御部３１を有している。記憶部２８及び第２重心算出部３０の機能については、上記の第１実施形態と同様である。

第１重心算出部２９は、２つの荷重センサ１７により検出された左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂにかかる荷重、圧力センサ１８により検出されたリフトシリンダ１４の圧力及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づいて、フォークリフト１の前後方向における荷物Ｗの重心推定値を算出する。

図８は、第１重心算出部２９により実行される重心算出処理の手順を示すフローチャートであり、図４に対応する図である。

図８において、第１重心算出部２９は、まず左前輪５Ａ及び右前輪５Ｂにかかる荷重、リフトシリンダ１４の圧力及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づいて、フォークリフト１の前後方向におけるフォークリフト１の全体の重心に関する一次方程式を生成する（手順Ｓ１１１）。フォークリフト１の全体の重心に関する一次方程式の生成方法は、以下の通りである。

即ち、マスト１１が地面に対して垂直に立った状態では、cosθ＝１であり、sinθ＝０である。このため、上記の（８）式は、下記式のように簡略化される。
Xlc＋(Xoh－Xoffset)－[(Lwheel/Mw)*({(Mw＋Mm＋Mv)－(Wfr＋Wfl)/g}－(Xm*Mm＋Xv*Mv)]＝０ …(9)

（９）式は、フォークリフト１の前後方向におけるフォークリフト１の全体の重心に関する一次方程式である。Wfl、Wfrは、荷重センサ１７により得られる。Mwは、圧力センサ１８により得られる。Xoh、Xoffset、Lwheel、Mm、Mv、Xm、Xvは、フォークリフト１の構造に関するデータとして記憶部２８に予め記憶されている。

続いて、第１重心算出部２９は、（９）式を用いて、フォークリフト１の前後方向における荷物Ｗの重心推定値（荷物Ｗの前後方向の重心推定値）を算出する（手順Ｓ１１２）。荷物Ｗの前後方向の重心推定値は、バックレスト１２Ａの前端面からのＸ座標距離Xlcとして算出される。具体的には、（９）式をXlcについて整理すると、下記式のようになる。
Xlc＝[(Lwheel/Mw)*({(Mw＋Mm＋Mv)－(Wfr＋Wfl)/g}－(Xm*Mm＋Xv*Mv)]－(Xoh－Xoffset)

図７に戻り、制御部３１は、第１重心算出部２９により算出された荷物Ｗの前後方向の重心推定値と第２重心算出部３０により算出された荷物Ｗの左右方向の重心推定値とに基づいて、表示器２２、走行モータ７及び油圧駆動ユニット２３を制御する。

制御部３１により実行される制御処理の手順については、特に図示はしないが、制御部３１は、荷物Ｗの前後方向及び左右方向の重心許容値（前述）を用い、荷物Ｗの前後方向及び左右方向の重心推定値を重心許容値×Ｋ及び重心許容値と比較し、その結果に応じて表示器２２、走行モータ７及び油圧駆動ユニット２３を制御する。

以上において、２つの荷重センサ１７、圧力センサ１８、電子制御ユニット２１の記憶部２８、第１重心算出部２９及び第２重心算出部３０は、本実施形態の重心推定装置４０を構成している。

このような本実施形態においては、左右２つの前輪５にかかる荷重とリフトシリンダ１４の圧力とを検出し、左右２つの前輪５にかかる荷重、リフトシリンダ１４の圧力及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づいて、フォークリフト１の前後方向における荷物Ｗの重心推定値を算出すると共に、左右２つの前輪５にかかる荷重及びフォークリフト１の構造に関するデータに基づいて、フォークリフト１の左右方向における荷物Ｗの重心推定値を算出する。これにより、フォーク１３に荷物Ｗが積載された状態において、フォークリフト１の前後方向及び左右方向における荷物Ｗの重心位置を推定することができる。

また、本実施形態では、マスト１１が地面に対して垂直に立っていると仮定し、フォークリフト１の前後方向におけるフォークリフト１の全体の重心に関する一次方程式を用いて、フォークリフト１の前後方向における荷物Ｗの重心推定値を算出することにより、フォークリフト１の前後方向における荷物Ｗの重心位置を確実に推定することができる。また、第１重心算出部２９はフォークリフト１の前後方向における荷物Ｗの重心位置のみを推定するので、第１重心算出部２９による荷物Ｗの重心の推定演算時間を短縮することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、荷物Ｗの前後方向の重心推定値として、バックレスト１２Ａの前端面から荷物Ｗの重心までのＸ座標距離Xlcを用い、荷物Ｗの高さ方向の重心推定値として、フォーク１３の積載面から荷物Ｗの重心までのＺ座標距離Zwiniを用いているが、特にその形態には限られない。例えば、荷物Ｗの前後方向の重心推定値を、マストサポート１０から荷物Ｗの重心までのＸ座標距離とし、荷物Ｗの高さ方向の重心推定値を、マストサポート１０から荷物Ｗの重心までのＺ座標距離としてもよい。

また、上記実施形態の重心推定装置は、走行モータ７により駆動輪である前輪５が回転するバッテリ式のフォークリフト１に適用されているが、本発明は、エンジンにより駆動輪が回転するエンジン式のフォークリフトにも適用可能である。

また、上記実施形態の重心推定装置は、左右２つの前輪５と左右２つの後輪６とを有するフォークリフト１に適用されているが、本発明は、左右２つの前輪と１つの後輪とを有する３輪式のフォークリフトにも適用可能である。

また、上記実施形態の重心推定装置は、荷物Ｗが積載されるフォーク１３を具備したフォークリフト１に搭載されているが、本発明は、荷物Ｗが積載される他のアタッチメントを具備したフォークリフト等の荷役車両にも適用可能である。

１…フォークリフト（荷役車両）、２…走行装置、３…荷役装置、５…前輪、６…後輪、１１…マスト、１３…フォーク（積載部）、１４…リフトシリンダ、１５…ティルトシリンダ、１７…荷重センサ（荷重検出部）、１８…圧力センサ（圧力検出部）、１９…角度センサ（角度検出部）、２０…距離センサ（高さ検出部）、２９…第１重心算出部、３０…第２重心算出部、３２…重心推定装置、４０…重心推定装置、Ｗ…荷物。

Claims (4)

1. 左右２つの前輪及び後輪を有する走行装置と、前記走行装置の前側に配置され、マストに取り付けられた積載部を昇降させるリフトシリンダと前記マストを傾動させるティルトシリンダとを有する荷役装置とを具備する荷役車両に搭載され、前記積載部に積載された荷物の重心を推定する重心推定装置であって、
   前記左右２つの前輪にかかる荷重をそれぞれ検出する２つの荷重検出部と、
   前記リフトシリンダの圧力を検出する圧力検出部と、
   前記マストの傾動角を検出する角度検出部と、
   前記積載部の高さを検出する高さ検出部と、
   前記２つの荷重検出部により検出された前記左右２つの前輪にかかる荷重、前記圧力検出部により検出された前記リフトシリンダの圧力、前記角度検出部により検出された前記マストの傾動角、前記高さ検出部により検出された前記積載部の高さ及び前記荷役車両の構造に関するデータに基づいて、前記荷役車両の前後方向及び高さ方向における前記荷物の重心推定値を算出する第１重心算出部と、
   前記２つの荷重検出部により検出された前記左右２つの前輪にかかる荷重及び前記荷役車両の構造に関するデータに基づいて、前記荷役車両の左右方向における前記荷物の重心推定値を算出する第２重心算出部とを備える重心推定装置。
2. 前記第１重心算出部は、前記左右２つの前輪にかかる荷重、前記リフトシリンダの圧力、前記マストの傾動角、前記積載部の高さ及び前記荷役車両の構造に関するデータに基づき、前記荷役車両の前後方向における前記荷役車両の全体の重心に関する一次方程式を用いて、前記荷役車両の前後方向及び高さ方向における前記荷物の重心推定値を算出する請求項１記載の重心推定装置。
3. 前記第１重心算出部は、前記左右２つの前輪にかかる荷重、前記リフトシリンダの圧力、前記マストの傾動角、前記積載部の高さ及び前記荷役車両の構造に関するデータに基づき、前記マストの傾動角が異なる２つの状態における前記一次方程式の係数をそれぞれ求め、前記２つの状態における一次方程式の連立方程式を解くことにより、前記荷役車両の前後方向及び高さ方向における前記荷物の重心推定値を算出する請求項２記載の重心推定装置。
4. 前記第２重心算出部は、前記左右２つの前輪にかかる荷重及び前記左右２つの前輪のトレッド幅に基づいて、前記荷役車両の左右方向における前記荷物の重心推定値を算出する請求項１～３の何れか一項記載の重心推定装置。

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