ダンプ車両の転倒防止方法
【課題】車両の転倒を予防できるダンプ車両の転倒防止方法を提供すること。
【解決手段】車体フレーム（４）上に回動可能に支持された荷台（３）を備えるダンプ車両の転倒防止方法において、車両の後輪（２）を支点とする回転モーメントであって、車両の前輪（１）を地面（２０）から浮き上がらせるために必要な転倒限界モーメント（Ｍｌ）を算出する手順と、転倒限界モーメント（Ｍｌ）に基づいて車両の転倒可能性を判定する手順とを備える。
【解決手段】車体フレーム（４）上に回動可能に支持された荷台（３）を備えるダンプ車両の転倒防止方法において、車両の後輪（２）を支点とする回転モーメントであって、車両の前輪（１）を地面（２０）から浮き上がらせるために必要な転倒限界モーメント（Ｍｌ）を算出する手順と、転倒限界モーメント（Ｍｌ）に基づいて車両の転倒可能性を判定する手順とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷台を傾斜して運搬物を排出する際にダンプ車両が転倒することを防止するダンプ車両の転倒防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
採石現場や鉱山などでは、掘削した土砂などの運搬物（積荷）を排土場所まで運搬し、荷台を傾斜させて運搬物を排出するダンプ車両が使用されている。このダンプ車両を不整地や傾斜地に停止させると、車両全体が傾いたり地盤が脆弱だったりして、不安定な状態になることがある。このような状態で荷台を傾斜させて運搬物を排出しようとすると、その荷台の傾斜によって車両全体の重心が高くなるために、当該車両が不安定となって転倒する可能性がある。このような運搬物排出の際の転倒防止を図る技術としては、自車両の傾斜角度を角度計などの計測手段によって監視し、その傾斜角度が所定値以上になった場合に荷台傾斜の動作を規制する技術が知られている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０７９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、運搬物の粘性が高い等の理由で運搬物が荷台に付着する場合には、荷台の傾斜角度がある角度を超えたときにその運搬物が一気に滑り落ちることがあり、車体の動的なバランスが崩れて車両が転倒してしまうおそれがある。そのため、上記特許文献１に開示された技術のように、自車両の傾斜角度の監視のみをもって転倒防止を図るのでは必ずしも十分でない場合がある。
【０００５】
本発明は上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、車両の転倒を予防できるダンプ車両の転倒防止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、車体フレーム上に回動可能に支持された荷台を備えるダンプ車両の転倒防止方法において、前記車両の後輪を支点とする回転モーメントであって、前記車両の前輪を地面から浮き上がらせるために必要な転倒限界モーメントを算出する手順と、当該転倒限界モーメントに基づいて前記車両の転倒可能性を判定する手順とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車両の転倒を予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係るダンプ車両の全体構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置の全体構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の積荷排出時の側面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置における車両転倒可能性判定の処理の流れ図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の積荷排出時の側面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置の全体構成図。
【図７】本発明の第２の実施の形態における路肩強度算出の考え方の模式図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置における車両転倒可能性判定の処理の流れ図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態に係るダンプ車両の全体構成図であり、図２は本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置の全体構成図である。
【００１１】
この図に示すダンプ車両は、車体フレーム４の前方及び後方に取り付けられた前輪１及び後輪２と、車体フレーム４上に支持軸６を介して回動可能に支持された荷台３と、伸縮することで支持軸６を中心に荷台３を回動させるホイストシリンダ５と、ダンプ車両の転倒防止装置における主制御装置４０と、運転室内に設置された表示装置（報知手段）３７を主に備えている。
【００１２】
前輪１には、前輪１に作用する荷重の合計を検出する前軸荷重センサ（前軸荷重検出手段）３１Ａが取り付けられており、後輪２には、後輪２に作用する荷重の合計を検出する後軸荷重センサ（後軸荷重検出手段）３１Ｂが取り付けられている。すなわち、前軸荷重センサ３１Ａは車両前方に作用する荷重を検出しており、後軸荷重センサ３１Ｂは車両後方に作用する荷重を検出している。これらセンサ３１Ａ，３１Ｂは、例えば、前輪１、後輪２のサスペンション機構に取り付けられた力センサなどで構成すれば良い。例えば、前輪１、後輪２のサスペンション機構が油圧機構にて構成されている場合には、前輪１、後輪２にかかる荷重はそれぞれのサスペンション機構を支える油圧シリンダ内の圧力を計測することによって容易に知ることができる。
【００１３】
車体フレーム４には、駆動系や運転席等の主要構成要素が搭載されており、前輪１及び後輪２によって車両が路面上を自由に走行可能な構成となっている。ホイストシリンダ５を伸長させると、荷台３は支持軸６を中心に回動しながら前端を上昇させて傾斜角度を増していくように動作し、荷台３の上に積載した積荷（運搬物）７を荷台３の後端から排出することが可能となっている。また、支持軸６には、車体フレーム４に対する荷台３の傾斜角度を検出する角度検出手段として、支持軸６の回転角を測定するポテンショメータ（ロータリーポテンショメータ）３８が設置されている。
【００１４】
図２に示すダンプ車両の転倒防止装置において、主制御装置４０は、積荷重量推定部（積荷重量推定手段）３２と、車体回転モーメント算出部（車体回転モーメント算出手段）３３と、基準モーメント算出部（基準モーメント算出手段）３４と、判定部（判定手段）３５と、シリンダコントローラ（シリンダ制御手段）３９を備えている。
【００１５】
積荷重量推定部３２は、前軸荷重センサ３１Ａ及び後軸荷重センサ３１Ｂと接続されており、前軸荷重センサ３１Ａと後軸荷重センサ３１Ｂにより得られた荷重データ（検出値）の合計からダンプ車両の自重を減算することで積荷７の重量（積荷重量）ｍを推定する部分である。
【００１６】
基準モーメント算出部３４は、前軸荷重センサ３１Ａ及び後軸荷重センサ３１Ｂと接続されており、この前軸荷重センサ３１Ａ及び後軸荷重センサ３１Ｂより得られた荷重データに基づいて転倒限界モーメントＭｌ（後述）を算出し、さらに、その算出した転倒限界モーメントＭｌ以下の回転モーメントを基準モーメントＭｓとして設定する部分である。
【００１７】
ここで、転倒限界モーメントＭｌとは、前輪１の荷重がゼロを下回ってしまうときの車体回転モーメント、すなわち、後輪２を支点とする回転モーメントであって前輪１を地面から浮き上がらせるために必要な車体回転モーメントの最小値を示すものであり、転倒限界モーメントＭｌは、前輪荷重センサ３１Ａ及び後輪荷重センサ３１Ｂにより得られた荷重データから車両の重心位置を算出することにより算出される。また、基準モーメントＭｓとは、表示装置３７を介して車両転倒のおそれが高い旨を運転者に報知するか否かを判定する際の基準に用いられるものであり、転倒限界モーメントＭｌ以下に設定されている。基準モーメントＭｓとしては、算出された転倒限界モーメントＭｌをそのまま利用しても良いが、基準モーメントＭｓを転倒限界モーメントＭｌよりも小さく設定すればするほど車両転倒を確実に回避することができる。
【００１８】
ここで、転倒限界モーメントＭｌの算出方法の一例について説明する。ダンプ車両の前輪１と後輪２の間隔（すなわち、ホイールベース）をＬｗとし、前輪荷重センサ３１Ａ、後輪荷重センサ３１Ｂにより得られた荷重データによる車輪反力をそれぞれＦｆ、Ｆｒとし、また、総荷重をＦ（Ｆ＝Ｆｆ＋Ｆｒ）とすると、後輪２から重心までの距離Ｌｒは下記式（１）によって表される。
Ｌｒ＝Ｌｗ×（Ｆｆ／Ｆ） ・・・式（１）
一方、総荷重Ｆを後輪２周りに持ち上げる転倒限界モーメントＭｌは下記式（２）によって表される。
Ｍｌ＝Ｌｒ×Ｆ ・・・式（２）
したがって、式（２）に式（１）を代入することで、転倒限界モーメントＭｌは下記式（３）で表すことができる。
Ｍｌ＝Ｌｗ×Ｆｆ ・・・式（３）
車体回転モーメント算出部３３は、積荷重量推定部３２と接続されており、積荷重量推定部３２で推定された積荷重量に基づいて、積荷排出時における積荷７の移動によって生じる車体の回転モーメント（車体回転モーメント）を算出する部分である。車体回転モーメントとは、運搬物である積荷７の排出時に荷台３が支持軸６を中心に回転させられるときのモーメントであり、荷台３から積荷７が一気に滑り落ちるときには大きなモーメントとなる。本実施の形態における車体回転モーメント算出部３３では、その積荷７が一気に滑り落ちるときに発生すると予測される車体回転モーメントを算出している。次に、図３を用いて、その車体回転モーメントの算出方法の一例について説明する。
【００１９】
図３は本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両において積荷７を排出する際の側面図である。この図において、荷台３は、支持軸６を支点に回動可能であるので、積荷７が一気に荷台３の後方に移動したときには、その積荷７の重量によって図３における時計回りの方向に回動されるモーメントを受ける。ここで、積荷重量推定部３２において推定された積荷重量をｍ、重力加速度をｇ、水平面に対する荷台３の傾斜角度をθとし、運搬物の排出時に積荷７が一気に滑り落ちると仮定すると、最大でｍ×ｇ×ｃｏｓθの荷重を荷台３の後端に受ける。すなわち、荷台３から積荷７が一気に滑り落ちるときの車体回転モーメントＭｂは、支持軸６から荷台３後端までの距離をＬｂとすると、下記式（４）によって表すことができる。なお、水平面に対する荷台３の傾斜角度θを取得する方法としては、例えば、水平面に対する荷台３の傾斜角度を検出する角度センサを利用するものや、水平面に対する車体フレーム４の傾斜角度を検出する角度センサとポテンショメータ３８の検出値を合計するものなどがある。
Ｍｂ＝Ｌｂ×ｍ×ｇ×ｃｏｓθ ・・・式（４）
図２に戻り、判定部３５は、車体回転モーメント算出部３３及び基準モーメント算出部３４と接続されており、これらから入力される車体回転モーメントＭｂ及び基準モーメントＭｓの値に基づいて、車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを超えたか否かを判定する部分である。基準モーメント算出部３４において、基準モーメントＭｓを転倒限界モーメントＭｌと設定したときには、判定部３５は、上記式（３）及び（４）から、下記式（５）を用いて車両転倒の可能性を判定する。
Ｌｂ×ｍ×ｇ×ｃｏｓθ＞Ｌｗ×Ｆｆ・・・式（５）
判定部３５は、式（５）が成り立つと判定した場合には、積荷７が一気に排出されたときに車両の前後重量配分が後側に集中することで前輪１が浮き上がり車両が不安定な状態になる可能性が高いので、表示装置３７に車両転倒のおそれが高い旨を表示させるための信号を送信する。また、この表示装置３７への信号とともに又は当該信号に代えて、ホイストシリンダ５の伸長速度を抑制する又は伸長を停止する信号をシリンダコントローラ３９に送信するように構成しても良い。
【００２０】
表示装置３７は、例えば、高精細な液晶モニターであり、判定部３５と接続されている。表示装置３７は、運転席内の運転者から見易い位置に設置されており、判定部３５において車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを超えたと判定された場合に、車両転倒のおそれが高い旨が文字、図形、記号又はこれらの組合せ等で表示される。このように表示装置３７により車両転倒のおそれが高い旨報知すると、運転者に車両が転倒する可能性がある旨を認識させることが可能となる。なお、本実施の形態では、車両転倒のおそれが高い旨を報知する手段（報知手段）として、表示装置３７を挙げたが、この他にも、運転席のメータパネル内に設けた警告ランプによってその旨を報知したり、ブザー等の警告音声によってその旨を報知したりしても良い。
【００２１】
シリンダコントローラ３９は、判定部３５と接続されており、判定部３５において車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを超えたと判定された場合に、ホイストシリンダ５の伸長速度の抑制又は伸長の停止を行う部分である。シリンダコントローラ３９による制御後のホイストシリンダ５の伸長速度の目安としては、積荷７が一気に排出されない速度より小さい速度を設定すれば良い。
【００２２】
また、判定部３５と表示装置３７及びシリンダコントローラ３９との間において、図２示すようにスイッチ３６を設置してもよい。このスイッチ３６は、角度判定部１１と接続されており、ポテンショメータ３８で検出される荷台３の傾斜角度に応じて適宜開閉される。
【００２３】
角度判定部１１は、ポテンショメータ３８と接続されており、ポテンショメータ３８で検出された傾斜角度が設定角度を超えたか否かを判定する部分である。ここで、設定角度とは、角度判定部１１（または主制御装置４０の記憶部（図示せず）等）に記憶されている角度であり、車両転倒が発生する程度の車体回転モーメントが生じ得ない荷台３の傾斜角度を示すものである。例えば、設定角度として、荷台３を傾斜させたときに土砂等の粘性の低い積荷が自然に崩れ落ちて荷台３から排出される角度を設定した場合には、当該設定角度以上に荷台３を傾斜させてもまだ積荷が残っているときには、積荷は粘性の高いものと推定することができる。すなわち、積荷がまとまって一気に滑り落ちる可能性が高く、さらには車両転倒のおそれに配慮する必要性が高くなることが分かる。
【００２４】
また、角度判定部１１は、ポテンショメータ３８で検出された傾斜角度が当該設定角度を超えたと判定した場合にはスイッチ３６を閉じ、それ以外の場合にはスイッチ３６を開くように構成されている。これにより、ポテンショメータ３８の検出値が当該設定角度より大きいときにのみ、車両転倒のおそれが高い旨が表示装置３７に表示されることになり、また、シリンダコントローラ３９によるホイストシリンダ５の速度制御が行われることになる。
【００２５】
次に上記のように構成されるダンプ車両の転倒防止装置の動作について説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置における車両転倒可能性判定の処理の流れを示す図である。
【００２６】
積荷７の排出のために荷台３を傾斜させるスイッチ（図示せず）が操作されると図の処理が開始され、主制御装置４０は、まず、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂにより得られた荷重データ（センサ値）を積荷重量推定部３２及び基準モーメント算出部３４に入力する（ステップ６１）。次いで、積荷重量推定部３２は、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂの荷重データから積荷荷重ｍを推定し（ステップ６２）、車体回転モーメント算出部３３は、積荷重量推定部３２で推定された積荷荷重ｍを利用して車体回転モーメントＭｂを算出する（ステップ６３）。
【００２７】
一方、基準モーメント算出部３４は、ステップ６１で取得した軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂの荷重データから車両重心位置の算出し、その重心位置を利用して転倒限界モーメントＭｌを算出し、さらにその転倒限界モーメントＭｌを基準にして基準モーメントＭｓを設定する（ステップ６４）。
【００２８】
ステップ６４が終了したら、比較部３５は、ステップ６３で算出された車体回転モーメントＭｂとステップ６４で算出された基準モーメントＭｓとを比較する（ステップ６５）。ここで、車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを下回っていれば、ステップ６１に戻ってその後の処理が繰り返される。一方、ステップ６５において車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを上回っていた場合には、運転者に対し車両転倒のおそれが高い旨を表示装置３７に表示し（ステップ６６）、これ以後はステップ６１以降の処理を繰り返す。このように、本実施の形態によれば、車両転倒リスクに対して合理的な状況判断を運転者に促すことができる情報を提示することができる。
【００２９】
上記のように、本発明のダンプ車両の転倒防止装置では、荷台３を傾斜させて土砂などの積荷（運搬物）７を排出するときに、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂにより計測された荷重配分から求まる重心位置と既知の車輪１，２の位置データとから、車体が転倒に至る際（すなわち、重心位置移動により前輪１の垂直荷重がゼロを下回る際）のモーメントである転倒限界モーメントＭｌを算出し、基準モーメントＭｓを設定している。さらに、積荷重量推定部３２で推定した積荷重量ｍと既知の荷台３の形状データ及び荷台支持軸６の位置データとから、排出時の積荷移動により発生する荷台支持軸６の回りの車体回転モーメントＭｂを算出し、基準モーメントＭｓと車体回転モーメントＭｂの両者の大小関係を判定している。これにより、重心位置移動によりいずれかの車輪１，２が地面から浮き上がって転倒してしまうという静的なつり合いに加え、積荷排出時の積荷移動で発生する回転モーメントにより前輪１が浮き上がって転倒してしまうという動的なつり合いも同時に考慮した車両転倒のおそれに関する情報を表示装置３７を介して運転者に報知できる。これにより、表示装置３７を介して転倒のおそれがある旨の報知を受けた運転者は、ホイストシリンダ５の伸長速度の低減や伸長の停止などの対策を講じることができるので、荷台３から積荷７が一気に滑り落ちることに起因する車両の転倒を予防することができる。
【００３０】
ところで、上記の実施の形態において、角度判定部１１を作動させて、荷台３の傾斜角度に応じてスイッチ３６の開閉を制御する場合の効果について説明する。この場合には、角度判定部１１において荷台３の傾斜角度が設定角度を超えたと判定された場合にはじめてスイッチ３６が閉じられるので、荷台３が傾斜角度が設定角度以上であって車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを超えた場合にのみ、表示装置３７に車両転倒のおそれが高い旨の警告が表示されることになる。すなわち、荷台３の傾斜角度が小さい間は大きな車体回転モーメントＭｂが発生する可能性が低いので警告の報知を停止し、荷台３の傾斜角度が大きくかつ積荷７が残っている場合には積荷７が一気に落下して基準モーメントＭｓ（転倒限界モーメントＭｌ）を超える車体回転モーメントＭｂが発生する可能性が高くなるので警告の報知を行うようにする。これにより、不必要な場合に警告が報知されることが軽減され、必要性が高いときにのみ警告を報知することができる。
【００３１】
さらに、上記の実施の形態において、シリンダコントローラ３９を作動させて、車体回転モーメントＭｂに応じてホイストシリンダ５の伸長速度を制御する場合の効果について説明する。この場合には、判定部３５において車両転倒のおそれが高いと判定されたことをきっかけにして、荷台３の傾斜速度の低減又は停止を自動的に行うことができる。これにより、積荷７が一気に落下して大きな車体回転モーメントＭｂを発生する可能性が高くなる場合には、自動的に車体の安定化を図ることが可能となり、確実に車両転倒を防止することができる。
【００３２】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の積荷排出時の側面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００３３】
この図において、路肩は、路面部２０と、その路面部２０に対して下り勾配に設けられた法面部２１を有している。ダンプ車両は、路面部２０上においてその後方（車両における積荷の排出側）を法面部２１に向けて停車しており、路肩形状計測センサ（路肩形状計測手段）８を備えている。
【００３４】
路肩形状計測センサ８は、車両から当該車両後方の法面部２０までの距離及び路肩の形状を計測するもので、ダンプ車両の後方に取り付けられている。より具体的には、本実施の形態における路肩形状計測センサ８は、後輪２の接地位置から法面部２１までの距離及びその路肩（路面部２０及び法面部２１）の形状を計測し、これらをデータ化している（以下において、これら距離及び形状に関するデータを「路肩形状データ」と称することがある）。路肩形状計測センサ８で計測された路肩形状データは、主制御装置４０Ａ内の路肩強度算出部５４（後述）に出力されている。
【００３５】
ところで、路肩形状計測センサ８としては、例えば、レーザレーダを利用することができる。これは、赤外レーザ光等を利用してセンサ８から路肩までの距離を光学的に測定し、これによって得られる点列に基づいて路肩形状データを取得するものである。また、この他にも、ミリ波アレイまたは超音波アレイを用いた距離検出装置や、撮像素子（カメラ）を用いて撮影した画像を処理することによって距離情報を抽出する画像認識装置などを利用しても良い。なお、路肩形状計測センサ８は、路面部２０及び法面部２１の形状の計測を容易ならしめるために、車両後方のできるだけ高い位置に設置することが好ましい。
【００３６】
図６は本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置の全体構成図である。この図に示す転倒防止装置は主制御装置４０Ａを備えており、主制御装置４０Ａには、先述した積荷重量推定部３２、車体回転モーメント算出部３３、角度判定部１１及びシリンダコントローラ３９の他に、荷重移動量算出部（荷重移動量算出手段）５１と、路肩強度算出部（路肩強度算出手段）５４と、荷重比較判定部（荷重比較判定手段）５２が設けられている。
【００３７】
荷重移動量算出部５１は、車体回転モーメント算出部３３と接続されており、ここで算出された車体回転モーメントＭｂに基づいて、当該車体回転モーメントＭｂにより生じる後輪２の荷重移動量ΔＦｒを算出する部分である。本実施の形態における荷重移動量算出部５１は、車体回転モーメントＭｂをホイールベースＬｗで除することで後輪２の荷重移動量ΔＦｒ（ΔＦｒ＝Ｍｂ／Ｌｗ）を算出しており、その算出された荷重移動量ΔＦｒは、荷重移動量算出部５１と接続された荷重比較判定部５２に出力されている。
【００３８】
路肩強度算出部５４は、路肩形状計測センサ８と接続されており、路肩形状計測センサ８で計測された路肩形状データに基づいて車両が位置する路肩の耐荷重（路肩耐荷重Ｗ）を算出する部分である。ここで路肩耐荷重Ｗとは、路肩に任意の荷重を作用させる場合に当該路肩が崩落しない荷重の最大値であり、路肩耐荷重Ｗの大きさは、路肩を形成する土砂の種類によってほぼ決定される内部摩擦角φ（図７参照）を利用して次のように算出される。
【００３９】
図７は本発明の路肩強度算出の考え方を模式的に表した図である。この図における内部摩擦角φは、土砂が崩れる時に自然に現れる角度であり滑り面４５を規定する。滑り面４５よりも上側の部分の土砂４４が崩落しないためには、垂直荷重４３で発生する摩擦４２の大きさが、土砂４４による荷重４６と車両の後輪２による軸荷重４１との合力の滑り面４５方向の分力よりも大きければ良い。すなわち、当該合力の分力の大きさが摩擦４２と等しくなるときの軸荷重４１の大きさが算出すべき路肩耐荷重Ｗである。ここで、先述のように内部摩擦角φは土砂の種類により決まる値なので、路肩形状計測センサ８から入力される路肩形状データから得られる法面部２１の角度及び後輪２から法面部２１までの距離を利用すれば、土砂４４による荷重４６を計算することができ、これにより路肩耐荷重Ｗを算出することができる。算出された路肩耐荷重Ｗは、路肩強度算出部５４と接続された荷重比較判定部５２へ入力される。
【００４０】
荷重比較判定部５２は、後軸荷重センサ３１Ｂで検出された後軸荷重Ｆｒと荷重移動量算出部５１で算出された荷重移動量ΔＦｒとに基づいて算出した最大後軸荷重ＦＲが、路肩強度算出部５４で算出された路肩耐荷重Ｗを超えたか否かを判定する部分である。本実施の形態における荷重比較判定部５２は、荷重移動量算出部５１で算出された荷重移動量ΔＦｒと後軸荷重センサ３１Ｂで測定された後軸荷重Ｆｒとを加算することで最大後軸荷重ＦＲ（ＦＲ＝Ｆｒ＋ΔＦｒ）とし、その最大後軸荷重ＦＲと路肩強度算出部５４で算出された路肩耐荷重Ｗの大きさと比較することで、路肩強度の余裕の有無を判定している。すなわち、荷重比較判定部５２は、下記式（６）を用いて車両転倒の可能性を判定している。
Ｆｒ＋ΔＦｒ＞Ｗ ・・・式（６）
荷重比較判定部５２は、式（６）が成り立つと判定した場合には、積荷７が一気に排出されたときには路肩が崩落して車両が転倒する可能性が高いので、表示装置３７に車両転倒のおそれが高い旨を表示させるための信号を送信する。また、第１の実施の形態と同様に、この表示装置３７への信号とともに又は当該信号に代えて、ホイストシリンダ５の伸長速度を抑制する又は伸長を停止する信号をシリンダコントローラ３９に送信するように構成しても良い。
【００４１】
次に上記のように構成されるダンプ車両の転倒防止装置の動作について説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置における車両転倒可能性判定の処理の流れを示す図である。
【００４２】
積荷７の排出のために荷台３を傾斜させるスイッチ（図示せず）が操作されると図の処理が開始され、主制御装置４０Ａは、まず、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂ及び路肩形状センサ８により得られた荷重データ及び路肩形状データ（センサ値）を積荷重量推定部３２、路肩強度算出部５４及び荷重比較判定部５２に入力する（ステップ８１）。
【００４３】
次いで、積荷重量推定部３２は、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂの荷重データから積荷荷重ｍを推定し（ステップ８２）、車体回転モーメント算出部３３は、積荷重量推定部３２で推定された積荷荷重ｍを利用して車体回転モーメントＭｂを算出する（ステップ８３）。そして、荷重移動量算出部５１は、車体回転モーメント算出部３３で算出された車体回転モーメントＭｂを車両のホイールベースＬｗで除して荷重移動量ΔＦｒを算出する（ステップ８４）。
【００４４】
一方、路肩強度算出部５４は、ステップ８１で取得した路肩形状データから法面部２１の角度及び後輪２から法面部２１までの距離を抽出し、これらと内部摩擦角φ等を利用することで路肩耐荷重Ｗを算出する（ステップ８５）。
【００４５】
ステップ８５が終了したら、荷重比較判定部５２は、ステップ８１で取得した後軸荷重Ｆｒにステップ８４で算出された荷重移動量ΔＦｒを加算することで最大後軸荷重ＦＲを算出し、その算出した最大後軸荷重ＦＲとステップ８５で算出された路肩耐荷重Ｗとを比較する（ステップ８６）。ここで、最大後軸荷重ＦＲが路肩耐荷重Ｗを下回っていれば、ステップ８１に戻ってその後の処理が繰り返される。一方、ステップ８６において最大後軸荷重ＦＲが路肩耐荷重Ｗを上回っていた場合には、運転者に対し車両転倒のおそれが高い旨を表示装置３７に表示し（ステップ８７）、これ以後はステップ８１以降の処理を繰り返す。このように、本実施の形態によれば、車両転倒リスクに対して合理的な状況判断を運転者に促すことができる情報を提示することができる。
【００４６】
ところで、本実施の形態は次の点に着目してなされたものである。
ダンプ車両がその積荷を排出する場所は、一般に縦坑と呼ばれる放土用の縦穴の縁に位置することが多く、場合によっては路肩の地盤が脆弱な場合も考えられる。特に未舗装であって路肩法面に何ら補強などの措置が取られていない縦坑であれば、第１の実施の形態のように荷台から積荷が一気に滑り落ちた場合には、後輪を介して路肩に作用する荷重が突然大きくなるので、路肩崩落による車両転倒のおそれが高くなる。この点に関し、特許文献１記載の転倒防止装置は、このような路肩崩落リスクに対応する仕組みを持たないため、路肩が崩落して初めて動作することになり、その効果が限定的になってしまうという課題があった。すなわち、本実施の形態に係る発明の目的とするところは、荷台から運搬物が一気に滑り落ちることに起因する車両の転倒を予防できるダンプ車両の転倒防止装置を提供することにある。
【００４７】
この目的に対して、本実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置にあっては、路肩強度算出部５４において、路肩形状計測センサ８で計測した路肩形状データ（後輪２から法面部２１までの距離、法面部２１の角度等）に基づいて路肩耐荷重Ｗを算出し、荷重比較判定部５２において、後輪２における軸荷重Ｆｒと荷台傾斜による荷重移動量ΔＦｒを加算して算出した最大後軸荷重ＦＲを路肩耐荷重Ｗと比較することで、土木工学的な根拠に基づいた合理的な路肩崩落リスク状況を推定し、そのリスクが高い場合には表示装置３７を介して車両転倒のおそれが高い旨報知している。すなわち、本実施の形態によれば、路面強度まで含めた総合的かつ合理的な状況判断を運転者に行なわせ得る情報を報知することができるので、荷台から運搬物が一気に滑り落ちることに起因する車両の転倒を予防できる。
【００４８】
また、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、角度判定部１１を作動させて、荷台３の傾斜角度に応じてスイッチ３６の開閉を制御しても良い。このように構成すれば、第１の実施の形態と同様に、不必要な場合に警告が報知されることが軽減され、必要性が高いときにのみ警告を報知することができる。さらに、第１の実施の形態と同様に、シリンダコントローラ３９を作動させて、荷重比較判定部５２における判定結果に応じてホイストシリンダ５の伸長速度を制御しても良い。このように構成すれば、第１の実施の形態と同様に、大きな後軸荷重が発生する可能性が高くなる場合には、自動的に車体の安定化を図ることが可能となり、確実に車両転倒を防止することができる。
【００４９】
またさらに、第１の実施の形態に係るダンプ車両に対し、荷重移動量算出部５１、路肩形状計測センサ８、路肩強度算出部５４及び荷重比較判定部５２を追設し、第１の実施の形態と第２の実施の形態の特徴を併せ持つダンプ車両の転倒防止装置を構成しても良い。この場合には、第１の実施の形態の効果に加え、路肩崩落による車両転倒のおそれについても判断対象に含めることができるので、さらに効果的に車両転倒を防止することができる。
【００５０】
なお、以上では、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明の具体的な構成は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等は当然に本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
２ 後輪
３ 荷台
５ ホイストシリンダ
７ 積荷
８ 路肩形状計測センサ
１１ 角度判定部
２１ 法面部
３１Ａ 前軸荷重センサ
３１Ｂ 後軸荷重センサ
３２ 積荷重量推定部
３３ 車体回転モーメント算出部
３４ 基準モーメント算出部
３５ 判定部
３７ 表示装置
３８ ポテンショメータ（角度センサ）
３９ シリンダコントローラ
４０ 主制御装置
５１ 荷重移動量算出部
５２ 荷重比較判定部
５４ 路肩強度算出部
ｍ 積荷荷重
Ｍｂ 車体回転モーメント
Ｍｌ 転倒限界モーメント
Ｍｓ 基準モーメント
Ｆｒ 後軸荷重
ΔＦｒ 後軸荷重移動量
ＦＲ 最大後軸荷重
Ｗ 路肩耐荷重
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷台を傾斜して運搬物を排出する際にダンプ車両が転倒することを防止するダンプ車両の転倒防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
採石現場や鉱山などでは、掘削した土砂などの運搬物（積荷）を排土場所まで運搬し、荷台を傾斜させて運搬物を排出するダンプ車両が使用されている。このダンプ車両を不整地や傾斜地に停止させると、車両全体が傾いたり地盤が脆弱だったりして、不安定な状態になることがある。このような状態で荷台を傾斜させて運搬物を排出しようとすると、その荷台の傾斜によって車両全体の重心が高くなるために、当該車両が不安定となって転倒する可能性がある。このような運搬物排出の際の転倒防止を図る技術としては、自車両の傾斜角度を角度計などの計測手段によって監視し、その傾斜角度が所定値以上になった場合に荷台傾斜の動作を規制する技術が知られている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０７９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、運搬物の粘性が高い等の理由で運搬物が荷台に付着する場合には、荷台の傾斜角度がある角度を超えたときにその運搬物が一気に滑り落ちることがあり、車体の動的なバランスが崩れて車両が転倒してしまうおそれがある。そのため、上記特許文献１に開示された技術のように、自車両の傾斜角度の監視のみをもって転倒防止を図るのでは必ずしも十分でない場合がある。
【０００５】
本発明は上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、車両の転倒を予防できるダンプ車両の転倒防止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、車体フレーム上に回動可能に支持された荷台を備えるダンプ車両の転倒防止方法において、前記車両の後輪を支点とする回転モーメントであって、前記車両の前輪を地面から浮き上がらせるために必要な転倒限界モーメントを算出する手順と、当該転倒限界モーメントに基づいて前記車両の転倒可能性を判定する手順とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車両の転倒を予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係るダンプ車両の全体構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置の全体構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の積荷排出時の側面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置における車両転倒可能性判定の処理の流れ図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の積荷排出時の側面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置の全体構成図。
【図７】本発明の第２の実施の形態における路肩強度算出の考え方の模式図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置における車両転倒可能性判定の処理の流れ図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態に係るダンプ車両の全体構成図であり、図２は本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置の全体構成図である。
【００１１】
この図に示すダンプ車両は、車体フレーム４の前方及び後方に取り付けられた前輪１及び後輪２と、車体フレーム４上に支持軸６を介して回動可能に支持された荷台３と、伸縮することで支持軸６を中心に荷台３を回動させるホイストシリンダ５と、ダンプ車両の転倒防止装置における主制御装置４０と、運転室内に設置された表示装置（報知手段）３７を主に備えている。
【００１２】
前輪１には、前輪１に作用する荷重の合計を検出する前軸荷重センサ（前軸荷重検出手段）３１Ａが取り付けられており、後輪２には、後輪２に作用する荷重の合計を検出する後軸荷重センサ（後軸荷重検出手段）３１Ｂが取り付けられている。すなわち、前軸荷重センサ３１Ａは車両前方に作用する荷重を検出しており、後軸荷重センサ３１Ｂは車両後方に作用する荷重を検出している。これらセンサ３１Ａ，３１Ｂは、例えば、前輪１、後輪２のサスペンション機構に取り付けられた力センサなどで構成すれば良い。例えば、前輪１、後輪２のサスペンション機構が油圧機構にて構成されている場合には、前輪１、後輪２にかかる荷重はそれぞれのサスペンション機構を支える油圧シリンダ内の圧力を計測することによって容易に知ることができる。
【００１３】
車体フレーム４には、駆動系や運転席等の主要構成要素が搭載されており、前輪１及び後輪２によって車両が路面上を自由に走行可能な構成となっている。ホイストシリンダ５を伸長させると、荷台３は支持軸６を中心に回動しながら前端を上昇させて傾斜角度を増していくように動作し、荷台３の上に積載した積荷（運搬物）７を荷台３の後端から排出することが可能となっている。また、支持軸６には、車体フレーム４に対する荷台３の傾斜角度を検出する角度検出手段として、支持軸６の回転角を測定するポテンショメータ（ロータリーポテンショメータ）３８が設置されている。
【００１４】
図２に示すダンプ車両の転倒防止装置において、主制御装置４０は、積荷重量推定部（積荷重量推定手段）３２と、車体回転モーメント算出部（車体回転モーメント算出手段）３３と、基準モーメント算出部（基準モーメント算出手段）３４と、判定部（判定手段）３５と、シリンダコントローラ（シリンダ制御手段）３９を備えている。
【００１５】
積荷重量推定部３２は、前軸荷重センサ３１Ａ及び後軸荷重センサ３１Ｂと接続されており、前軸荷重センサ３１Ａと後軸荷重センサ３１Ｂにより得られた荷重データ（検出値）の合計からダンプ車両の自重を減算することで積荷７の重量（積荷重量）ｍを推定する部分である。
【００１６】
基準モーメント算出部３４は、前軸荷重センサ３１Ａ及び後軸荷重センサ３１Ｂと接続されており、この前軸荷重センサ３１Ａ及び後軸荷重センサ３１Ｂより得られた荷重データに基づいて転倒限界モーメントＭｌ（後述）を算出し、さらに、その算出した転倒限界モーメントＭｌ以下の回転モーメントを基準モーメントＭｓとして設定する部分である。
【００１７】
ここで、転倒限界モーメントＭｌとは、前輪１の荷重がゼロを下回ってしまうときの車体回転モーメント、すなわち、後輪２を支点とする回転モーメントであって前輪１を地面から浮き上がらせるために必要な車体回転モーメントの最小値を示すものであり、転倒限界モーメントＭｌは、前輪荷重センサ３１Ａ及び後輪荷重センサ３１Ｂにより得られた荷重データから車両の重心位置を算出することにより算出される。また、基準モーメントＭｓとは、表示装置３７を介して車両転倒のおそれが高い旨を運転者に報知するか否かを判定する際の基準に用いられるものであり、転倒限界モーメントＭｌ以下に設定されている。基準モーメントＭｓとしては、算出された転倒限界モーメントＭｌをそのまま利用しても良いが、基準モーメントＭｓを転倒限界モーメントＭｌよりも小さく設定すればするほど車両転倒を確実に回避することができる。
【００１８】
ここで、転倒限界モーメントＭｌの算出方法の一例について説明する。ダンプ車両の前輪１と後輪２の間隔（すなわち、ホイールベース）をＬｗとし、前輪荷重センサ３１Ａ、後輪荷重センサ３１Ｂにより得られた荷重データによる車輪反力をそれぞれＦｆ、Ｆｒとし、また、総荷重をＦ（Ｆ＝Ｆｆ＋Ｆｒ）とすると、後輪２から重心までの距離Ｌｒは下記式（１）によって表される。
Ｌｒ＝Ｌｗ×（Ｆｆ／Ｆ） ・・・式（１）
一方、総荷重Ｆを後輪２周りに持ち上げる転倒限界モーメントＭｌは下記式（２）によって表される。
Ｍｌ＝Ｌｒ×Ｆ ・・・式（２）
したがって、式（２）に式（１）を代入することで、転倒限界モーメントＭｌは下記式（３）で表すことができる。
Ｍｌ＝Ｌｗ×Ｆｆ ・・・式（３）
車体回転モーメント算出部３３は、積荷重量推定部３２と接続されており、積荷重量推定部３２で推定された積荷重量に基づいて、積荷排出時における積荷７の移動によって生じる車体の回転モーメント（車体回転モーメント）を算出する部分である。車体回転モーメントとは、運搬物である積荷７の排出時に荷台３が支持軸６を中心に回転させられるときのモーメントであり、荷台３から積荷７が一気に滑り落ちるときには大きなモーメントとなる。本実施の形態における車体回転モーメント算出部３３では、その積荷７が一気に滑り落ちるときに発生すると予測される車体回転モーメントを算出している。次に、図３を用いて、その車体回転モーメントの算出方法の一例について説明する。
【００１９】
図３は本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両において積荷７を排出する際の側面図である。この図において、荷台３は、支持軸６を支点に回動可能であるので、積荷７が一気に荷台３の後方に移動したときには、その積荷７の重量によって図３における時計回りの方向に回動されるモーメントを受ける。ここで、積荷重量推定部３２において推定された積荷重量をｍ、重力加速度をｇ、水平面に対する荷台３の傾斜角度をθとし、運搬物の排出時に積荷７が一気に滑り落ちると仮定すると、最大でｍ×ｇ×ｃｏｓθの荷重を荷台３の後端に受ける。すなわち、荷台３から積荷７が一気に滑り落ちるときの車体回転モーメントＭｂは、支持軸６から荷台３後端までの距離をＬｂとすると、下記式（４）によって表すことができる。なお、水平面に対する荷台３の傾斜角度θを取得する方法としては、例えば、水平面に対する荷台３の傾斜角度を検出する角度センサを利用するものや、水平面に対する車体フレーム４の傾斜角度を検出する角度センサとポテンショメータ３８の検出値を合計するものなどがある。
Ｍｂ＝Ｌｂ×ｍ×ｇ×ｃｏｓθ ・・・式（４）
図２に戻り、判定部３５は、車体回転モーメント算出部３３及び基準モーメント算出部３４と接続されており、これらから入力される車体回転モーメントＭｂ及び基準モーメントＭｓの値に基づいて、車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを超えたか否かを判定する部分である。基準モーメント算出部３４において、基準モーメントＭｓを転倒限界モーメントＭｌと設定したときには、判定部３５は、上記式（３）及び（４）から、下記式（５）を用いて車両転倒の可能性を判定する。
Ｌｂ×ｍ×ｇ×ｃｏｓθ＞Ｌｗ×Ｆｆ・・・式（５）
判定部３５は、式（５）が成り立つと判定した場合には、積荷７が一気に排出されたときに車両の前後重量配分が後側に集中することで前輪１が浮き上がり車両が不安定な状態になる可能性が高いので、表示装置３７に車両転倒のおそれが高い旨を表示させるための信号を送信する。また、この表示装置３７への信号とともに又は当該信号に代えて、ホイストシリンダ５の伸長速度を抑制する又は伸長を停止する信号をシリンダコントローラ３９に送信するように構成しても良い。
【００２０】
表示装置３７は、例えば、高精細な液晶モニターであり、判定部３５と接続されている。表示装置３７は、運転席内の運転者から見易い位置に設置されており、判定部３５において車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを超えたと判定された場合に、車両転倒のおそれが高い旨が文字、図形、記号又はこれらの組合せ等で表示される。このように表示装置３７により車両転倒のおそれが高い旨報知すると、運転者に車両が転倒する可能性がある旨を認識させることが可能となる。なお、本実施の形態では、車両転倒のおそれが高い旨を報知する手段（報知手段）として、表示装置３７を挙げたが、この他にも、運転席のメータパネル内に設けた警告ランプによってその旨を報知したり、ブザー等の警告音声によってその旨を報知したりしても良い。
【００２１】
シリンダコントローラ３９は、判定部３５と接続されており、判定部３５において車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを超えたと判定された場合に、ホイストシリンダ５の伸長速度の抑制又は伸長の停止を行う部分である。シリンダコントローラ３９による制御後のホイストシリンダ５の伸長速度の目安としては、積荷７が一気に排出されない速度より小さい速度を設定すれば良い。
【００２２】
また、判定部３５と表示装置３７及びシリンダコントローラ３９との間において、図２示すようにスイッチ３６を設置してもよい。このスイッチ３６は、角度判定部１１と接続されており、ポテンショメータ３８で検出される荷台３の傾斜角度に応じて適宜開閉される。
【００２３】
角度判定部１１は、ポテンショメータ３８と接続されており、ポテンショメータ３８で検出された傾斜角度が設定角度を超えたか否かを判定する部分である。ここで、設定角度とは、角度判定部１１（または主制御装置４０の記憶部（図示せず）等）に記憶されている角度であり、車両転倒が発生する程度の車体回転モーメントが生じ得ない荷台３の傾斜角度を示すものである。例えば、設定角度として、荷台３を傾斜させたときに土砂等の粘性の低い積荷が自然に崩れ落ちて荷台３から排出される角度を設定した場合には、当該設定角度以上に荷台３を傾斜させてもまだ積荷が残っているときには、積荷は粘性の高いものと推定することができる。すなわち、積荷がまとまって一気に滑り落ちる可能性が高く、さらには車両転倒のおそれに配慮する必要性が高くなることが分かる。
【００２４】
また、角度判定部１１は、ポテンショメータ３８で検出された傾斜角度が当該設定角度を超えたと判定した場合にはスイッチ３６を閉じ、それ以外の場合にはスイッチ３６を開くように構成されている。これにより、ポテンショメータ３８の検出値が当該設定角度より大きいときにのみ、車両転倒のおそれが高い旨が表示装置３７に表示されることになり、また、シリンダコントローラ３９によるホイストシリンダ５の速度制御が行われることになる。
【００２５】
次に上記のように構成されるダンプ車両の転倒防止装置の動作について説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置における車両転倒可能性判定の処理の流れを示す図である。
【００２６】
積荷７の排出のために荷台３を傾斜させるスイッチ（図示せず）が操作されると図の処理が開始され、主制御装置４０は、まず、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂにより得られた荷重データ（センサ値）を積荷重量推定部３２及び基準モーメント算出部３４に入力する（ステップ６１）。次いで、積荷重量推定部３２は、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂの荷重データから積荷荷重ｍを推定し（ステップ６２）、車体回転モーメント算出部３３は、積荷重量推定部３２で推定された積荷荷重ｍを利用して車体回転モーメントＭｂを算出する（ステップ６３）。
【００２７】
一方、基準モーメント算出部３４は、ステップ６１で取得した軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂの荷重データから車両重心位置の算出し、その重心位置を利用して転倒限界モーメントＭｌを算出し、さらにその転倒限界モーメントＭｌを基準にして基準モーメントＭｓを設定する（ステップ６４）。
【００２８】
ステップ６４が終了したら、比較部３５は、ステップ６３で算出された車体回転モーメントＭｂとステップ６４で算出された基準モーメントＭｓとを比較する（ステップ６５）。ここで、車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを下回っていれば、ステップ６１に戻ってその後の処理が繰り返される。一方、ステップ６５において車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを上回っていた場合には、運転者に対し車両転倒のおそれが高い旨を表示装置３７に表示し（ステップ６６）、これ以後はステップ６１以降の処理を繰り返す。このように、本実施の形態によれば、車両転倒リスクに対して合理的な状況判断を運転者に促すことができる情報を提示することができる。
【００２９】
上記のように、本発明のダンプ車両の転倒防止装置では、荷台３を傾斜させて土砂などの積荷（運搬物）７を排出するときに、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂにより計測された荷重配分から求まる重心位置と既知の車輪１，２の位置データとから、車体が転倒に至る際（すなわち、重心位置移動により前輪１の垂直荷重がゼロを下回る際）のモーメントである転倒限界モーメントＭｌを算出し、基準モーメントＭｓを設定している。さらに、積荷重量推定部３２で推定した積荷重量ｍと既知の荷台３の形状データ及び荷台支持軸６の位置データとから、排出時の積荷移動により発生する荷台支持軸６の回りの車体回転モーメントＭｂを算出し、基準モーメントＭｓと車体回転モーメントＭｂの両者の大小関係を判定している。これにより、重心位置移動によりいずれかの車輪１，２が地面から浮き上がって転倒してしまうという静的なつり合いに加え、積荷排出時の積荷移動で発生する回転モーメントにより前輪１が浮き上がって転倒してしまうという動的なつり合いも同時に考慮した車両転倒のおそれに関する情報を表示装置３７を介して運転者に報知できる。これにより、表示装置３７を介して転倒のおそれがある旨の報知を受けた運転者は、ホイストシリンダ５の伸長速度の低減や伸長の停止などの対策を講じることができるので、荷台３から積荷７が一気に滑り落ちることに起因する車両の転倒を予防することができる。
【００３０】
ところで、上記の実施の形態において、角度判定部１１を作動させて、荷台３の傾斜角度に応じてスイッチ３６の開閉を制御する場合の効果について説明する。この場合には、角度判定部１１において荷台３の傾斜角度が設定角度を超えたと判定された場合にはじめてスイッチ３６が閉じられるので、荷台３が傾斜角度が設定角度以上であって車体回転モーメントＭｂが基準モーメントＭｓを超えた場合にのみ、表示装置３７に車両転倒のおそれが高い旨の警告が表示されることになる。すなわち、荷台３の傾斜角度が小さい間は大きな車体回転モーメントＭｂが発生する可能性が低いので警告の報知を停止し、荷台３の傾斜角度が大きくかつ積荷７が残っている場合には積荷７が一気に落下して基準モーメントＭｓ（転倒限界モーメントＭｌ）を超える車体回転モーメントＭｂが発生する可能性が高くなるので警告の報知を行うようにする。これにより、不必要な場合に警告が報知されることが軽減され、必要性が高いときにのみ警告を報知することができる。
【００３１】
さらに、上記の実施の形態において、シリンダコントローラ３９を作動させて、車体回転モーメントＭｂに応じてホイストシリンダ５の伸長速度を制御する場合の効果について説明する。この場合には、判定部３５において車両転倒のおそれが高いと判定されたことをきっかけにして、荷台３の傾斜速度の低減又は停止を自動的に行うことができる。これにより、積荷７が一気に落下して大きな車体回転モーメントＭｂを発生する可能性が高くなる場合には、自動的に車体の安定化を図ることが可能となり、確実に車両転倒を防止することができる。
【００３２】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の積荷排出時の側面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００３３】
この図において、路肩は、路面部２０と、その路面部２０に対して下り勾配に設けられた法面部２１を有している。ダンプ車両は、路面部２０上においてその後方（車両における積荷の排出側）を法面部２１に向けて停車しており、路肩形状計測センサ（路肩形状計測手段）８を備えている。
【００３４】
路肩形状計測センサ８は、車両から当該車両後方の法面部２０までの距離及び路肩の形状を計測するもので、ダンプ車両の後方に取り付けられている。より具体的には、本実施の形態における路肩形状計測センサ８は、後輪２の接地位置から法面部２１までの距離及びその路肩（路面部２０及び法面部２１）の形状を計測し、これらをデータ化している（以下において、これら距離及び形状に関するデータを「路肩形状データ」と称することがある）。路肩形状計測センサ８で計測された路肩形状データは、主制御装置４０Ａ内の路肩強度算出部５４（後述）に出力されている。
【００３５】
ところで、路肩形状計測センサ８としては、例えば、レーザレーダを利用することができる。これは、赤外レーザ光等を利用してセンサ８から路肩までの距離を光学的に測定し、これによって得られる点列に基づいて路肩形状データを取得するものである。また、この他にも、ミリ波アレイまたは超音波アレイを用いた距離検出装置や、撮像素子（カメラ）を用いて撮影した画像を処理することによって距離情報を抽出する画像認識装置などを利用しても良い。なお、路肩形状計測センサ８は、路面部２０及び法面部２１の形状の計測を容易ならしめるために、車両後方のできるだけ高い位置に設置することが好ましい。
【００３６】
図６は本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置の全体構成図である。この図に示す転倒防止装置は主制御装置４０Ａを備えており、主制御装置４０Ａには、先述した積荷重量推定部３２、車体回転モーメント算出部３３、角度判定部１１及びシリンダコントローラ３９の他に、荷重移動量算出部（荷重移動量算出手段）５１と、路肩強度算出部（路肩強度算出手段）５４と、荷重比較判定部（荷重比較判定手段）５２が設けられている。
【００３７】
荷重移動量算出部５１は、車体回転モーメント算出部３３と接続されており、ここで算出された車体回転モーメントＭｂに基づいて、当該車体回転モーメントＭｂにより生じる後輪２の荷重移動量ΔＦｒを算出する部分である。本実施の形態における荷重移動量算出部５１は、車体回転モーメントＭｂをホイールベースＬｗで除することで後輪２の荷重移動量ΔＦｒ（ΔＦｒ＝Ｍｂ／Ｌｗ）を算出しており、その算出された荷重移動量ΔＦｒは、荷重移動量算出部５１と接続された荷重比較判定部５２に出力されている。
【００３８】
路肩強度算出部５４は、路肩形状計測センサ８と接続されており、路肩形状計測センサ８で計測された路肩形状データに基づいて車両が位置する路肩の耐荷重（路肩耐荷重Ｗ）を算出する部分である。ここで路肩耐荷重Ｗとは、路肩に任意の荷重を作用させる場合に当該路肩が崩落しない荷重の最大値であり、路肩耐荷重Ｗの大きさは、路肩を形成する土砂の種類によってほぼ決定される内部摩擦角φ（図７参照）を利用して次のように算出される。
【００３９】
図７は本発明の路肩強度算出の考え方を模式的に表した図である。この図における内部摩擦角φは、土砂が崩れる時に自然に現れる角度であり滑り面４５を規定する。滑り面４５よりも上側の部分の土砂４４が崩落しないためには、垂直荷重４３で発生する摩擦４２の大きさが、土砂４４による荷重４６と車両の後輪２による軸荷重４１との合力の滑り面４５方向の分力よりも大きければ良い。すなわち、当該合力の分力の大きさが摩擦４２と等しくなるときの軸荷重４１の大きさが算出すべき路肩耐荷重Ｗである。ここで、先述のように内部摩擦角φは土砂の種類により決まる値なので、路肩形状計測センサ８から入力される路肩形状データから得られる法面部２１の角度及び後輪２から法面部２１までの距離を利用すれば、土砂４４による荷重４６を計算することができ、これにより路肩耐荷重Ｗを算出することができる。算出された路肩耐荷重Ｗは、路肩強度算出部５４と接続された荷重比較判定部５２へ入力される。
【００４０】
荷重比較判定部５２は、後軸荷重センサ３１Ｂで検出された後軸荷重Ｆｒと荷重移動量算出部５１で算出された荷重移動量ΔＦｒとに基づいて算出した最大後軸荷重ＦＲが、路肩強度算出部５４で算出された路肩耐荷重Ｗを超えたか否かを判定する部分である。本実施の形態における荷重比較判定部５２は、荷重移動量算出部５１で算出された荷重移動量ΔＦｒと後軸荷重センサ３１Ｂで測定された後軸荷重Ｆｒとを加算することで最大後軸荷重ＦＲ（ＦＲ＝Ｆｒ＋ΔＦｒ）とし、その最大後軸荷重ＦＲと路肩強度算出部５４で算出された路肩耐荷重Ｗの大きさと比較することで、路肩強度の余裕の有無を判定している。すなわち、荷重比較判定部５２は、下記式（６）を用いて車両転倒の可能性を判定している。
Ｆｒ＋ΔＦｒ＞Ｗ ・・・式（６）
荷重比較判定部５２は、式（６）が成り立つと判定した場合には、積荷７が一気に排出されたときには路肩が崩落して車両が転倒する可能性が高いので、表示装置３７に車両転倒のおそれが高い旨を表示させるための信号を送信する。また、第１の実施の形態と同様に、この表示装置３７への信号とともに又は当該信号に代えて、ホイストシリンダ５の伸長速度を抑制する又は伸長を停止する信号をシリンダコントローラ３９に送信するように構成しても良い。
【００４１】
次に上記のように構成されるダンプ車両の転倒防止装置の動作について説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置における車両転倒可能性判定の処理の流れを示す図である。
【００４２】
積荷７の排出のために荷台３を傾斜させるスイッチ（図示せず）が操作されると図の処理が開始され、主制御装置４０Ａは、まず、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂ及び路肩形状センサ８により得られた荷重データ及び路肩形状データ（センサ値）を積荷重量推定部３２、路肩強度算出部５４及び荷重比較判定部５２に入力する（ステップ８１）。
【００４３】
次いで、積荷重量推定部３２は、軸荷重センサ３１Ａ，３１Ｂの荷重データから積荷荷重ｍを推定し（ステップ８２）、車体回転モーメント算出部３３は、積荷重量推定部３２で推定された積荷荷重ｍを利用して車体回転モーメントＭｂを算出する（ステップ８３）。そして、荷重移動量算出部５１は、車体回転モーメント算出部３３で算出された車体回転モーメントＭｂを車両のホイールベースＬｗで除して荷重移動量ΔＦｒを算出する（ステップ８４）。
【００４４】
一方、路肩強度算出部５４は、ステップ８１で取得した路肩形状データから法面部２１の角度及び後輪２から法面部２１までの距離を抽出し、これらと内部摩擦角φ等を利用することで路肩耐荷重Ｗを算出する（ステップ８５）。
【００４５】
ステップ８５が終了したら、荷重比較判定部５２は、ステップ８１で取得した後軸荷重Ｆｒにステップ８４で算出された荷重移動量ΔＦｒを加算することで最大後軸荷重ＦＲを算出し、その算出した最大後軸荷重ＦＲとステップ８５で算出された路肩耐荷重Ｗとを比較する（ステップ８６）。ここで、最大後軸荷重ＦＲが路肩耐荷重Ｗを下回っていれば、ステップ８１に戻ってその後の処理が繰り返される。一方、ステップ８６において最大後軸荷重ＦＲが路肩耐荷重Ｗを上回っていた場合には、運転者に対し車両転倒のおそれが高い旨を表示装置３７に表示し（ステップ８７）、これ以後はステップ８１以降の処理を繰り返す。このように、本実施の形態によれば、車両転倒リスクに対して合理的な状況判断を運転者に促すことができる情報を提示することができる。
【００４６】
ところで、本実施の形態は次の点に着目してなされたものである。
ダンプ車両がその積荷を排出する場所は、一般に縦坑と呼ばれる放土用の縦穴の縁に位置することが多く、場合によっては路肩の地盤が脆弱な場合も考えられる。特に未舗装であって路肩法面に何ら補強などの措置が取られていない縦坑であれば、第１の実施の形態のように荷台から積荷が一気に滑り落ちた場合には、後輪を介して路肩に作用する荷重が突然大きくなるので、路肩崩落による車両転倒のおそれが高くなる。この点に関し、特許文献１記載の転倒防止装置は、このような路肩崩落リスクに対応する仕組みを持たないため、路肩が崩落して初めて動作することになり、その効果が限定的になってしまうという課題があった。すなわち、本実施の形態に係る発明の目的とするところは、荷台から運搬物が一気に滑り落ちることに起因する車両の転倒を予防できるダンプ車両の転倒防止装置を提供することにある。
【００４７】
この目的に対して、本実施の形態に係るダンプ車両の転倒防止装置にあっては、路肩強度算出部５４において、路肩形状計測センサ８で計測した路肩形状データ（後輪２から法面部２１までの距離、法面部２１の角度等）に基づいて路肩耐荷重Ｗを算出し、荷重比較判定部５２において、後輪２における軸荷重Ｆｒと荷台傾斜による荷重移動量ΔＦｒを加算して算出した最大後軸荷重ＦＲを路肩耐荷重Ｗと比較することで、土木工学的な根拠に基づいた合理的な路肩崩落リスク状況を推定し、そのリスクが高い場合には表示装置３７を介して車両転倒のおそれが高い旨報知している。すなわち、本実施の形態によれば、路面強度まで含めた総合的かつ合理的な状況判断を運転者に行なわせ得る情報を報知することができるので、荷台から運搬物が一気に滑り落ちることに起因する車両の転倒を予防できる。
【００４８】
また、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、角度判定部１１を作動させて、荷台３の傾斜角度に応じてスイッチ３６の開閉を制御しても良い。このように構成すれば、第１の実施の形態と同様に、不必要な場合に警告が報知されることが軽減され、必要性が高いときにのみ警告を報知することができる。さらに、第１の実施の形態と同様に、シリンダコントローラ３９を作動させて、荷重比較判定部５２における判定結果に応じてホイストシリンダ５の伸長速度を制御しても良い。このように構成すれば、第１の実施の形態と同様に、大きな後軸荷重が発生する可能性が高くなる場合には、自動的に車体の安定化を図ることが可能となり、確実に車両転倒を防止することができる。
【００４９】
またさらに、第１の実施の形態に係るダンプ車両に対し、荷重移動量算出部５１、路肩形状計測センサ８、路肩強度算出部５４及び荷重比較判定部５２を追設し、第１の実施の形態と第２の実施の形態の特徴を併せ持つダンプ車両の転倒防止装置を構成しても良い。この場合には、第１の実施の形態の効果に加え、路肩崩落による車両転倒のおそれについても判断対象に含めることができるので、さらに効果的に車両転倒を防止することができる。
【００５０】
なお、以上では、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明の具体的な構成は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等は当然に本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
２ 後輪
３ 荷台
５ ホイストシリンダ
７ 積荷
８ 路肩形状計測センサ
１１ 角度判定部
２１ 法面部
３１Ａ 前軸荷重センサ
３１Ｂ 後軸荷重センサ
３２ 積荷重量推定部
３３ 車体回転モーメント算出部
３４ 基準モーメント算出部
３５ 判定部
３７ 表示装置
３８ ポテンショメータ（角度センサ）
３９ シリンダコントローラ
４０ 主制御装置
５１ 荷重移動量算出部
５２ 荷重比較判定部
５４ 路肩強度算出部
ｍ 積荷荷重
Ｍｂ 車体回転モーメント
Ｍｌ 転倒限界モーメント
Ｍｓ 基準モーメント
Ｆｒ 後軸荷重
ΔＦｒ 後軸荷重移動量
ＦＲ 最大後軸荷重
Ｗ 路肩耐荷重
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体フレーム上に回動可能に支持された荷台を備えるダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両の後輪を支点とする回転モーメントであって、前記車両の前輪を地面から浮き上がらせるために必要な転倒限界モーメントを算出する手順と、
当該転倒限界モーメントに基づいて前記車両の転倒可能性を判定する手順とを備えることを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項２】
請求項１に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記転倒限界モーメントを算出する手順では、前記後輪から前記車両の重心までの距離と前記車両に作用する総荷重、または、前記車両のホイールベースと前記前輪に作用する荷重、に基づいて前記転倒限界モーメントを算出することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項３】
請求項２に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両の後輪を支点として前記車両に作用する回転モーメントであって、積荷排出時の積荷移動によって生じる車体回転モーメントを、前記荷台の積荷荷重に基づいて算出する手順をさらに備え、
前記車両の転倒可能性を判定する手順では、前記車体回転モーメントと前記転倒限界モーメントとに基づいて前記車両の転倒可能性を判定することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項４】
請求項３に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両の転倒可能性を判定する手順では、前記転倒限界モーメント以下に設定された基準モーメントと、前記車体回転モーメントを比較することで前記車両の転倒可能性を判定することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項５】
請求項４に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車体回転モーメントを算出する手順では、前記荷台の回動軸から後端までの距離と、前記積荷荷重と、前記荷台の傾斜角とに基づいて、前記車体回転モーメントを算出することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項６】
請求項４に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両が走行する路肩の内部摩擦角と、当該路肩の形状とに基づいて、当該路肩の耐荷重を算出する手順と、
前記車体回転モーメントと、前記路肩の耐荷重とに基づいて、前記路肩の崩落可能性を判定する手順とをさらに備えることを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項７】
請求項６に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記路肩の崩落可能性を判定する手順では、前記車体回転モーメントから算出される前記後輪の移動荷重に、前記後輪に作用する荷重を加算した値と、前記路肩の耐荷重とを比較することで、前記路肩の崩落可能性を判定することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項８】
車体フレーム上に回動可能に支持された荷台を備えるダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両が走行する路肩の内部摩擦角と、当該路肩の形状とに基づいて、当該路肩の耐荷重を算出する手順と、
前記車両の車輪が前記路肩に作用させる荷重を算出する手順と、
当該車輪が前記路肩に作用させる荷重と、前記路肩の耐荷重とに基づいて、前記路肩の崩落可能性を判定する手順とをさらに備えることを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項９】
請求項８に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両の後輪を支点とする回転モーメントであって、前記荷台の積荷移動によって生じる車体回転モーメントに基づいて前記後輪の移動荷重を算出する手順をさらに備え、
前記車輪が前記路肩に作用させる荷重を算出する手順では、前記後輪に作用する荷重に前記後輪の移動荷重を加算した値を、前記車輪が前記路肩に作用させる荷重として算出し、
前記路肩の崩落可能性を判定する手順では、前記車輪が前記路肩に作用させる荷重と、前記路肩の耐荷重とを比較することで、前記路肩の崩落可能性を判定することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項１】
車体フレーム上に回動可能に支持された荷台を備えるダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両の後輪を支点とする回転モーメントであって、前記車両の前輪を地面から浮き上がらせるために必要な転倒限界モーメントを算出する手順と、
当該転倒限界モーメントに基づいて前記車両の転倒可能性を判定する手順とを備えることを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項２】
請求項１に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記転倒限界モーメントを算出する手順では、前記後輪から前記車両の重心までの距離と前記車両に作用する総荷重、または、前記車両のホイールベースと前記前輪に作用する荷重、に基づいて前記転倒限界モーメントを算出することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項３】
請求項２に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両の後輪を支点として前記車両に作用する回転モーメントであって、積荷排出時の積荷移動によって生じる車体回転モーメントを、前記荷台の積荷荷重に基づいて算出する手順をさらに備え、
前記車両の転倒可能性を判定する手順では、前記車体回転モーメントと前記転倒限界モーメントとに基づいて前記車両の転倒可能性を判定することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項４】
請求項３に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両の転倒可能性を判定する手順では、前記転倒限界モーメント以下に設定された基準モーメントと、前記車体回転モーメントを比較することで前記車両の転倒可能性を判定することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項５】
請求項４に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車体回転モーメントを算出する手順では、前記荷台の回動軸から後端までの距離と、前記積荷荷重と、前記荷台の傾斜角とに基づいて、前記車体回転モーメントを算出することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項６】
請求項４に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両が走行する路肩の内部摩擦角と、当該路肩の形状とに基づいて、当該路肩の耐荷重を算出する手順と、
前記車体回転モーメントと、前記路肩の耐荷重とに基づいて、前記路肩の崩落可能性を判定する手順とをさらに備えることを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項７】
請求項６に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記路肩の崩落可能性を判定する手順では、前記車体回転モーメントから算出される前記後輪の移動荷重に、前記後輪に作用する荷重を加算した値と、前記路肩の耐荷重とを比較することで、前記路肩の崩落可能性を判定することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項８】
車体フレーム上に回動可能に支持された荷台を備えるダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両が走行する路肩の内部摩擦角と、当該路肩の形状とに基づいて、当該路肩の耐荷重を算出する手順と、
前記車両の車輪が前記路肩に作用させる荷重を算出する手順と、
当該車輪が前記路肩に作用させる荷重と、前記路肩の耐荷重とに基づいて、前記路肩の崩落可能性を判定する手順とをさらに備えることを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【請求項９】
請求項８に記載のダンプ車両の転倒防止方法において、
前記車両の後輪を支点とする回転モーメントであって、前記荷台の積荷移動によって生じる車体回転モーメントに基づいて前記後輪の移動荷重を算出する手順をさらに備え、
前記車輪が前記路肩に作用させる荷重を算出する手順では、前記後輪に作用する荷重に前記後輪の移動荷重を加算した値を、前記車輪が前記路肩に作用させる荷重として算出し、
前記路肩の崩落可能性を判定する手順では、前記車輪が前記路肩に作用させる荷重と、前記路肩の耐荷重とを比較することで、前記路肩の崩落可能性を判定することを特徴とするダンプ車両の転倒防止方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５２８６８（Ｐ２０１３−５２８６８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４９９１８（Ｐ２０１２−２４９９１８）
【出願日】平成２４年１１月１４日（２０１２．１１．１４）
【分割の表示】特願２００９−２８０７０９（Ｐ２００９−２８０７０９）の分割
【原出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月１４日（２０１２．１１．１４）
【分割の表示】特願２００９−２８０７０９（Ｐ２００９−２８０７０９）の分割
【原出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
[ Back to top ]