JP2008039489A - 軸重計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 既設の載荷板を交換することなく、走行車両の軸重値を車両分離する手段を実現し、軸重計測装置の改良コストも比較的小さい総重量算出可能な軸重計測装置を提供すること。
【解決手段】 通過する車両の軸重を電気信号に変換する１系統の主荷重検出器２と、その下流側に一定距離を隔てて設置され、通過する車両の軸重を電気信号に変換する２系統の補助荷重検出器３，４と、補助荷重検出器４の付近に設置され、車両が通過したか否かを電気的なＯＮ／ＯＦＦ信号に変換して出力する車両検出器５と、荷重検出器２および補助荷重検出器３，４からの情報を入力して荷重の測定に必要な判断や演算を行う処理装置１と、を備えて構成される。車両分離判定部１８は、メモリ１５に保存された軸重と車両６に関するタイムコードを読み出し、当該車両の最終軸を判定する。総重量算出部１９は、当該車両の１軸目から最終軸までの総重量と最大軸重量を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軸重計測装置に関し、特に、高速道路等の路面保全管理機器として料金所の入口等に設置され、走行中の車両の軸重および総重量を計測する軸重計測装置に関する。

従来、軸重計測装置は、路面保全管理機器の一つとして、例えば、高速道路等の料金所入口付近に配備され、車両が走行中に、この車両の軸重を検出して軸重量と総重量を計測する装置として使用されている。
このような車両の軸重を計測する軸重計測装置は、従来から、路面保全管理目的で使用されており、道路に損傷を与える要因が主として走行車両の過大な軸重に起因するとの観点から、軸重違反車に対して警報音等の警告を発したり、違反常習車を摘発したりすることで、この路面保全管理目的を達成している。
図１２は、従来の軸重計測装置（以下、「第１の従来例」という）を示すブロック図である。
図１２に示す第１の従来例に係る軸重計測装置は、通過する車両の軸重を電気信号に変換し処理装置９０に出力する１系統の荷重変換器９１と、その荷重信号から軸重値を算出し、警告信号を発信する処理装置９０と、を備えて構成されている。

処理装置９０は、１系統の荷重信号をＡＤ変換部９２でディジタル信号に変換し、メモリ９３に一旦保存した後、軸重算出部９４で有効データを切り出して軸重値を算出し、速度算出部９５で軸通過速度を算出した後、その処理結果をメモリ９３に保存すると共に、この結果から、違反であると判定した時に、外部出力部９６より警告信号を発信するように構成されている。
ところで、第１の従来例に係る軸重計測装置(図12参照)は、「軸重測定→軸重違反の検出→違反車両への警告→違反データの記録」といった単純なステップを繰り返すだけの機能しか有していなかったので、例えば或る車両について、違反軸の検出をした直後に、より悪質な違反軸が連続して検出されるケースであっても、そのことを警告することができなかった。より具体的には、第１の従来例では、例えば、車軸１本分の軸重違反を検出し、これに対して警告警報（警報音等）を発した場合には、警告禁止タイマーを作動させているため、当該車両の次の軸重がさらに重度の軸重違反しているといった悪質なケースであっても、警告を行ったり、摘発したりすることができなかった。また、第１の従来例では、効果的な車両分離手段（車両１台分を認識して、その範囲を確定する手段）を備えていなかったので、車両１台分についての全軸重を加算した結果（車両重量）に対して、違反を警告することができなかった。

近年、軸重計測への要望は更に高度化し、例えば、違反警告に対する要望も、これまでの軸重違反に対する警告だけではなく、これまでは取りこぼされてきた最大軸重の違反に対する警告や、更には、車両の総重量の違反に対する警告といった車両単位での違反警告へと移りつつあり、これらの要望を満たすには、計測する軸重値を車両単位に纏める必要があることから、前述の車両分離手段が益々必要になってきている。
なお、走行車両の軸重値を車両単位で分離する第２の従来例としては、例えば、特許文献１（特開２００２−９０２１４号公報）に示される、車両の軸構成を分析処理する手法がある。この手法は、踏み板式の荷重検出器（載荷板）を通過する走行車両の単軸や連軸、単輪や複輪を識別し、車両の軸構成データとの比較識別をすることで車両の最後軸を判別し、車両分離を実現するものである。この手法を用いた第２の従来例に係る軸重計測装置では、軸重のみならず車両の総重量まで算出できるように構成されている。

「特開２００２−９０２１４号公報」

しかしながら、上記背景技術で述べた第１の従来例に係る軸重計測装置にあっては、上述のとおり、効果的な車両分離手段（車両１台分を認識して、その範囲を確定する手段）を備えていなかったので、車両１台分についての全軸重を加算した結果（車両重量）に対して、違反を警告することができないという問題点と車両１台分についての、より悪質な違反軸重で警告することができない、という問題点があった。
一方、上記第２の従来例（特許文献１に記載の軸重計測装置）においては、車両分離を行うためには、１台の車両について、その連軸を検出しなければならないため、全長（車両進行方向の長さ）が略２〜３〔ｍ〕に渡る大型の載荷板が必要になる。
そのため、車両分離できない従来型の軸重計測装置の改良で済ませる方法を採用しようとしても、小型載荷板から大型載荷板への全面交換が必要となり、改良コストが大きくなってしまうという問題点がある。

さらに、特許文献１の大型載荷板は、単輪と複輪の識別をするため、薄型で強度を保たせるために載荷板を４つの板に分割して独立させ、各々の板を、独立したロードセルを使用して荷重検出する必要がある。このため、第１の従来例では、検出信号を処理する処理装置側の荷重信号入力が１系統で済んでいたものを、１２系統まで増設しなければならず、処理装置側の改良コストが高額になってしまうという難点がある。
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので既設の小型の載荷板を活用することが可能で、処理装置に入力される信号系統の追加を極力節減することができ、軸重計測装置の改良コストも比較的僅かで済む総重量算出可能な軸重計測装置を提供することを第１の目的としている。

また、最近の高速道路料金所システムには、既にＥＴＣ（自動料金収受システムを意味する「Electronic Toll Collection System」の略称）で運用されている設備機器等があり、設置上の物理的制限があって軸重計測専用の車両検出器の導入が容易でないという事情があるが、本発明にあっては、軸重計測専用の車両検出器の設置場所を厳密に限定しないでも車両分離が可能な車両分離手段の設置が可能であって、且つ軸重計測専用の車両検出器の代替信号としてＥＴＣなどに運用されている車両検出信号を導入（共有）することも可能な車両分離手段を実現し、軸重計測装置の新設および改良についてのコストを比較的小さくし得る総重量算出可能な軸重計測装置を提供することを第２の目的としている。
さらに、車両検出器と載荷板との間の設置距離が離れていると、荷重信号と車両検出信号との間に位相ずれが生じるため、渋滞により車間が詰まる走行の場合、先行車両の車両信号が切れる（検出される）前に後続車両の１軸目（最前軸）を検出することによる車両分離ずれが生じるという問題点があるが、本発明にあっては、この車両分離ずれを生じさせない解決手段を具備した車両分離手段を実現することを第３の目的としている。

請求項１に記載した本発明に係る軸重計測装置は、上述した目的を達成するために、走行中の車両の複数軸重を測定して車両の重量を算出する軸重計測装置において、
通過する車両の軸重を検出し、主荷重検出信号を出力する主荷重検出器と、
前記主荷重検出器の近くに所定の距離を離隔して通過する車両の軸重を順に検出し、第１の補助荷重検出信号および第２の補助荷重検出信号を出力する第１の補助荷重検出器および第２の補助荷重検出器と、
前記車両の最前部および最後部の通過の際に車両進入信号および車両退出信号をそれぞれ出力する車両検出器と、
前記車両検出器の車両進入信号と車両退出信号とに基づいて算出された車長移動時間と前記主荷重検出器の最前車軸の主荷重検出信号と最後車軸の主荷重検出信号とに基づいて算出された最遠軸距移動時間とを比較し、前記最後車軸が、当該車両のものであるか後続車両のものであるかを車両分離判定部で判定し、その判定に基づいて当該車両の軸重を加算して、車両の総重量を計測し得るように構成したことを特徴とする。

また、請求項２に記載した本発明に係る軸重計測装置の車両分離判定部は、前記車両検出器の前記車両進入信号と前記車両退出信号とに基づいて算出された車長移動時間ＴＬｉと、
当該車両の最前軸に基づく主荷重検出信号の発生時点から前記車両退出信号の発生時刻に最も近い時刻で且つその直前に出力した前記主荷重検出信号の発生時点までの最長軸間移動時間ＴＪｉと、を比較し、当該車両に属する全ての車軸を割り出すように構成されていることを特徴とする。
また、請求項３に記載した本発明に係る軸重計測装置は、車両走行径路の進行方向における上流から下流に向かって前記主荷重検出手段、前記第１の補助荷重検出手段、第２の補助荷重検出手段および前記車両検出手段の順に配設してなることを特徴とする。

また、請求項４に記載した本発明に係る軸重計測装置の車両分離判定部は、前記主荷重検出信号の発生時点と前記第１の補助荷重検出信号の発生時点との時間間隔に基づいて当該車両の初速度を演算し、
前記第１の補助荷重検出信号の発生時点と前記第２の補助荷重検出信号の発生時点との時間間隔に基づいて当該車両の終速度を演算し、当該車両が略定速で走行しているか、加速中であるか、減速中であるかを判断し得るように構成されていることを特徴とする。
また、請求項５に記載した本発明に係る軸重計測装置は、前記車両分離判定部により、当該車両が定速走行時または減速走行時であると判断されたとき、前記車長移動時間ＴＬｉと前記最長時間移動時間ＴＪｉとが
ＴＬｉ＞ＴＪｉ
なる関係を有するときは、前記車両退出信号の発生時点に最も近い直前の時刻で出力した主荷重検出信号が当該車両に属する最後軸によるものと判断し、前記最前軸から前記最後軸により発生した全ての軸重に対応した前記主荷重検出信号に基づき、当該車両の総重量を算出する総重量算出部を有することを特徴とする。

また、請求項６に記載した本発明に係る軸重計測装置は、前記車両分離判定部により、当該車両が加速走行中であると判断したとき、前記車長移動時間ＴＬｉと前記最長軸間移動時間ＴＪｉとが、
ＴＬｉ＜ＴＪｉ
なる関係を有するときは、前記車両退出信号の発生時刻に最も近い直前の時刻で出力した主荷重検出信号が当該車両に属する最後軸によるものと判断し、前記最前軸から前記最後軸により発生した全ての軸重に対応した前記主荷重検出信号に基づき、当該車両の総重量を算出する総重量算出部を有することを特徴とする。
また、請求項７に記載した本発明に係る軸重計測装置は、前記車両分離判定部により、当該車両が加速走行ではないと判断した場合であって、前記車長移動時間ＴＬｉと前記最長軸間移動時間ＴＪｉとが、
ＴＬｉ＜ＴＪｉ
なる関係を有するときは、前記車両退出信号の発生時刻に最も近い直前の時刻で出力した主荷重検出信号が後続車両に属する最前軸によるものと確定し、前記確定した後続車両の最前軸の１つ前の車軸を当該車両の最後軸と判断し、当該車両の最前軸から前記最後軸により発生した全ての軸重に対応した前記主荷重検出信号に基づき当該車両の総重量を算出する総重量算出部を有することを特徴とする。

また、請求項８に記載した本発明に係る軸重計測装置は、前記車両分離判定部により、当該車両が前記車両進入信号の発生から前記車両退出信号の発生までの間に停車していることを判断した場合であって、前記車両退出信号の発生時刻に最も近い時刻で出力した最後の主荷重検出信号が、前記車両退出信号の発生時刻から、所定の停止判定速度で換算して１ｍを通過するのに要する時間内に発生したときは、前記最後の主荷重検出信号は、後軸車両の最前軸によるものと確定し、
前記確定した後続車軸の最前軸の１つ前の車軸を当該車両の最後軸と判断し、当該車両の最前軸から前記最後軸により発生した全ての軸重に対応した前記主荷重検出信号に基づき当該車両の総重量を算出する総重量算出部を有することを特徴とする。
また、請求項９に記載した本発明に係る軸重計測装置は、車両走行径路の進行方向における上流から下流に向かって前記主荷重検出器、前記第１の補助荷重検出器、第２の補助荷重検出器の順に配設すると共に、前記主荷重検出器の上流近傍から前記第２の補助検出器の下流近傍の区間のいずれかの位置の側方に前記車両検出器を配設してなることを特徴とする。

また、請求項１０に記載した本発明に係る軸重計測装置は、前記車両検出器を、前記主荷重検出器の近傍の側方位置に配置してなることを特徴とする。
また、請求項１１に記載した本発明に係る軸重計測装置は、前記総重量算出部で算出された当該車両の総重量と最大軸重量が、規定重量を超過する場合は、外部出力部から警報音、警報光等を範疇に含む警告を出力することを特徴とする請求項１０記載の軸重計測装置。

本発明によれば、従来の軸重計測装置に本発明で提供される新たな車両分離判定部を追加することにより、既設の荷重検出器をそのまま使用することも可能となる。即ち、第１、第２の補助荷重検出器と車両検出器を追加するだけで処理装置に入力される信号系統の追加を比較的節減することが可能となり、従来の軸重計測装置からの改良コストを抑えた軸重計測装置を提供することができる。
また、本発明の構成要素をなす追加の車両検出器の信号系統を、ＥＴＣ用に開発された車両検出器の信号系統と共有することを可能にしているので、やはり、改良コストを抑えた軸重計測装置を提供することができる。
さらに、車両分離判定部において、最長軸間と車長との大小関係の判定を、最長軸間移動時間と前記車長移動時間の大小関係の判定に置換して行うと共に、渋滞走行時であるか否かを推測して車両の最後軸判定処理を行うので、通過車両の車種を判別することなく、車両分離を行うことが可能となり、正確に総重量を算出することができるので、車両の総重量の算出が可能で且つ比較的低コストの軸重計測装置を提供することができる。

以下、本発明の軸重計測装置の最良の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る軸重計測装置の主要な構成を示すブロック図である。
同図に示す軸重計測装置は、通過する車両の軸重を電気信号に変換する１系統の主荷重検出器２と、主荷重検出器２の下流側（図１において右方側）に一定距離を隔てて設置され、通過する車両の軸重を電気信号に変換する２系統の補助荷重検出器３，４と、主荷重検出器２、補助荷重検出器３，４の付近（図１の実施の形態にあっては、補助荷重検出器４の下流付近）に設置され、車両が通過したか否かを電気的なＯＮ／ＯＦＦ信号（車両信号または車両進入信号および車両退出信号）に変換して出力する車両検出器５と、主荷重検出器２および第１、第２の補助荷重検出器３，４からの情報を入力して荷重の測定に必要な判断や演算を行う処理装置１と、を備えて構成される。

処理装置１は、入力された３系統の荷重信号をディジタル荷重信号に変換するＡＤ変換部１１と、経時した時刻を対応するタイムコードに変換して出力するタイムコード発生部１２と、３系統の荷重信号各々を検出した時のタイムコードをタイムコード発生部１２から読み出して３系統のディジタル荷重信号に付与すると共に後述するメモリ１５に格納する軸重タイムコード付与部１３と、車両の最前部と最後部を検出した時のタイムコードをタイムコード発生部１２から読み出して後述するメモリ１５に格納する車両タイムコード付与部１４と、各タイミングを示すタイムコードや軸重等の計算データを記憶するメモリ１５と、軸重を計算する軸重算出部１６と、車両の走行速度を計算する速度算出部１７と、車両１台分の範囲を判定する車両分離判定部１８と、車両の総重量を算出する総重量算出部１９と、違反検出時の警報音等を出力する外部出力部２０と、を備える。
主荷重検出器２は、高速道路等の路面保全管理機器として料金所の入口等に設置される荷重検出手段であり、通過する車両６の軸重を１系統の電気信号に変換する（図２参照）。

図２は、第１の実施の形態に係る軸重計測装置に使用される３つの荷重検出器からなる荷重検出ユニットの一構成例を示す説明図である。
同図に示す荷重検出ユニット２４は、主荷重検出器２と、第１、第２の補助荷重検出器３，４とを備える。
主荷重検出器２は、載置される車輪の荷重を検知する載荷板２１の外枠２２に沿って複数個（この例の場合２個）が配置されている。
主荷重検出器２は、剛性の大きな金属製の厚板からなる載荷板２１を２枚長手方向（車両の進行方向に対し直角）に直列に並べて配置され、この２枚の載荷板２１の底部には、各々６個ずつ合計１２個のロードセル（荷重変換器）２３が配置されている。
各ロードセル２３には、少なくとも４枚のひずみゲージが、せん断ひずみ、曲げひずみ、圧縮（引張）ひずみのいずれかを検出して、その抵抗値が変化するように接着され、４枚のひずみゲージは、ホイートストンブリッジに構成されている。

図２に示す例では、載荷板２１を左右に２分割して各輪重を測定できるようにしているが、測定される軸重は、載荷板２１で測定される左右の輪重を合算することにより求められる。
載荷板２１の進行方向の寸法は、上述した第２の従来例に示される２，２５０ｍｍに渡る載荷板に比べて大幅に小型のものであり、２つの隣接軸の車輪が同時に載らない長さ（この例の場合、６５０ｍｍ）に設定されている。補助荷重検出器３および補助荷重検出器４は、図２に示すように、主荷重検出器２よりも、車両走行径路の進行方向におけるさらに下流側に設置されるが、これら３系統の荷重検出器２、３、４は、それぞれ、２つの隣接軸の車輪が同時に載らない間隔を置いて配設されている。
補助荷重検出器３，４は、主荷重検出器２を補助すると共に、車両の走行速度や加速／減速、停車等を検知するための荷重検出器であり、主荷重検出器２の下流側に一定距離を隔てて設置され、通過する車両の軸重を２系統の電気信号に変換した出力を、処理装置１に送出する。

図２に示す荷重検出ユニット２４の構成例で、主荷重検出器２と補助荷重検出器３との間隔および補助荷重検出器３と補助荷重検出器４との間隔を、それぞれ１０００〔ｍｍ〕とした根拠は、既知の隣接軸間距離１３００〔ｍｍ〕より十分小さく、かつ車両速度の測定を高精度に行うことができる、より大きな距離としているからである。
また、主荷重検出器２の車両進行方向長さを６５０〔ｍｍ〕とした根拠は、仮に車両のタイヤの接地長を３００〔ｍｍ〕とした時、隣接軸間距離１３００〔ｍｍ〕において、車両のタイヤが同時に載らない最大距離を７００〔ｍｍ〕と計算し、５０〔ｍｍ〕だけ短くして余裕を持たせた長さとしているからである。
即ち、１３００〔ｍｍ〕−（２×３００〔ｍｍ〕）−５０〔ｍｍ〕＝６５０〔ｍｍ〕として計算される長さを採用しているのである。
また、補助荷重検出器３および補助荷重検出器４の車両進行方向の長さを、それぞれ５０〔ｍｍ〕とした根拠は、仮に、軸重３０〔トン〕でタイヤ接地長を３００〔ｍｍ〕とした時の補助荷重検出定格５〔トン〕で荷重を受ける場合から計算される長さ、即ち、（３００〔ｍｍ〕÷３０〔トン〕）×５〔トン〕＝５０〔ｍｍ〕として計算される長さを採用しているのである。

さらに、各荷重検出器２、３、４の幅（車両進行方向に直行する方向の寸法）については、仮に道路幅を３０００〔ｍｍ〕として、この道路幅を全て荷重検出するための長さとしている。その必要条件は、道路幅３０００〔ｍｍ〕以上であればよい。
図１に戻って、車両検出器５は、主荷重検出器２、補助荷重検出器３，４の付近に設置されるが、図１の例の場合、補助荷重検出器４の近くの下流に配置され、車両の最前部および最後部が通過したか否かを電気的なＯＮ／ＯＦＦ信号（車両信号）に変換した出力を、処理装置１に送出する。
処理装置１は、主荷重検出器２および補助荷重検出器３，４からの情報（検出信号）を入力して、後述するように、荷重の測定に必要な判断や演算を行う。
処理装置１のＡＤ変換部１１は、３系統の荷重信号（主荷重検出器２および補助荷重検出器３，４からの荷重信号）を、ディジタル荷重信号に変換し、軸重タイムコード付与部１３に出力する。
軸重タイムコード付与部１３は、各荷重信号検出時のタイムコードを、タイムコード発生部１２から読み出し、このタイムコードを前記ディジタル荷重信号に付与してメモリ１５に出力し、メモリ１５は、これを保存する。

また、車両タイムコード付与部１４は、車両の最前部と最後部を検出した時のタイムコードをタイムコード発生部１２から読み出し、このタイムコードをメモリ１５に出力し、メモリ１５はこれを保存する。
軸重算出部１６は、メモリ１５から有効データを切り出して軸重値を算出し、メモリ１５に再び保存する。
速度算出部１７は、詳しくは図１０を用いて詳しく説明するが、軸初速度Ｖｎ（ｉｎ）と軸終速度Ｖｎ（ｏｕｔ）とを算出し、この算出結果を車両分離判定部１８に出力する。
車両分離判定部１８は、メモリ１５に保存された前述の軸重と車両に関するタイムコードを読み出し、このタイムコードから判定して、当該車両に属する最終の車軸（最後軸）を確定する。
総重量算出部１９は、当該車両の１軸目から最後軸までの軸重値から総重量を算出し、軸重値または総重量が違反であると判定した時に、外部出力部２０に警告信号を送出する。

外部出力部２０は、この警告信号を受けて、警報音等の出力や、警告ランプの点灯を行う。
ここで、前述の課題の一つ、即ち、「既設の載荷板を交換することなく、走行車両の軸重値を車両分離する手段を実現し、軸重計測装置の改良コストも比較的低廉な総重量算出可能な軸重計測装置を提供する」という課題を達成するための主要な手段は、車両分離を行うための信号取得手段であるが、この第１の実施の形態では、これを、主荷重検出器２に加えて、他の３つのセンサ（補助荷重検出器３、補助荷重検出器４および車両検出器５）を追加的に設置して軸重検出ユニット２４を構成することで達成しており、ここで、主荷重検出器２の代わりに、従来の荷重検出器（例えば、図１２に示す荷重検出器９１）を、そのまま使用することも可能であるように構成している。しかし、主荷重検出器２の進行方向の長さは、従来の荷重検出器９１よりも、小さな寸法で足りる。

補助荷重検出器３と補助荷重検出器４は、その進行方向長さや軸重測定精度を厳密に規定する必要はなく、軸通過を電圧信号等で検出できるものでありさえすれば、小容積のものでも路面設置することが可能であり、また、車両検出器５は、道路脇に設置可能な光学式の検出器が使用できるため、ここに、上記の追加的な検出器（補助荷重検出器３、補助荷重検出器４および車両検出器５）の設置コストを低廉に抑えることが可能となる。
前述のとおり、第２の従来例では、大型載荷板は、単輪と複輪の識別をする必要があることと、薄型で強度を保たせるために載荷板を４つの板に独立させ、各々の板では、独立したロードセルを使用して荷重検出する必要があり、このため、検出信号を処理する処理装置側の荷重信号入力が１２系統まで増設しなければならなかったのであるが、本実施の形態に係る軸重計測装置の場合は、前述の追加的な検出器による処理装置への入力数の増加分は３系統であるので、処理装置１への入力増加数は３系統であって、処理装置１への入力数は計４系統に留まり、車両分離を実施するための改良コストを抑えることも可能となる。

次に、前述の課題の他の一つ、即ち、「軸重計測専用の車両検出器５の設置場所を厳密に限定しないでも車両分離が可能な車両分離手段、且つ軸重計測専用の車両検出器の代替信号としてＥＴＣなどに使用されている車両検出信号を導入することも可能な車両分離手段を実現し、軸重計測装置の新設および改良についてのコストを比較的小さく抑制できる総重量算出可能な軸重計測装置を提供すること」を達成する鍵となる手段は車両分離手段であり、以下、その原理を説明する。
図３は、第１の実施の形態に係る軸重計測装置で軸重が測定される車両の機械的寸法を示す説明図である。
同図において、車長Ｌi（ここでは車長Ｌ１，Ｌ２の例を示す）は、車両i（ここでは車両６Ａ、車両６Ｂ）の最前部から最後部までの長さを表しており、最遠軸距Ｊi（ここでは最遠軸距Ｊ１，Ｊ２の例を示す）は、車両ｉの第１軸から最後軸までの軸間距離を表している。
個々の車両の機械的寸法において、車長Ｌiと１軸目から最後軸までの最遠軸距Ｊiとの間には、Ｌi＞Ｊiなる大小関係がある。

車両と車軸は機械的に結合しているため、車両が走行している場合には、車両の移動速度と車軸の移動速度は等しい。
速度Ｖｉ（ここでは速度Ｖｉの例を示す）で移動していると仮定して上式を書き換えると、（１）式となる。

Ｌｉ／Ｖｉ ＞ Ｊｉ／ｖｉ
ＴＬｉ ＞ ＴＪｉ ・・・・・・・・（１）
ここで、ＴＬiは車両ｉの車長移動時間を示し、ＴＪiは車両ｉの最遠軸距移動時間を示す。
ＴＬiとしては、車両検出器５から得られる信号の時間幅を適用する。また、ＴＪiとしては、主荷重検出器２の軸荷重信号から得られる軸の検出時間から最遠軸距移動時間を適用する。
以下、（１）式を用いた車両分離判定部を具体例で説明する。
図４の（ａ）は、定速走行時の一定時間における車両位置を示す説明図であり、（ｂ）は、各種センサによる検出信号を示すタイムチャートである。
図５の（ａ）は、減速走行時の一定時間における車両位置を示す説明図であり、（ｂ）は、各種センサによる検出信号のタイムチャートである。
図４、図５に示すように、主荷重検出器２より下流側の離れた位置に車両検出器５を設置した場合、荷重信号と車両信号とでは、検出時間にずれが生じるため、検出中の車両速度が一定速乃至は減速の場合では（１）式が成立し、この時に、第１軸を検出してからＴＬiが確定するまで取得した全ての軸重信号のＴＪiについて（１）式を満たす最遠軸を判別することで最後軸を特定することが可能となり、この点が本発明の特徴である。

図６のうち、（ａ）は、加速走行時の一定時間における車両位置を示す説明図であり、（ｂ）は、各種センサによる検出信号の出力状況を示すタイムチャートである。
図６（ａ）に示すように、車両が加速しながら通過する場合には、（１）式の不等号がＴＬｉ＜ＴＪｉとなって逆転する場合があり、上記のような単純な判別はできないが、車両が加速走行している場合は、後続車との車間は離れる方向となるので車長分の移動時間が経過した時点の最後軸をその車両の最後軸と判別することができる。
図７は、車両検出器の設置位置と検出信号のタイムチャートとの関係を示す図であり、このうち、（ａ）は、車両検出器を、荷重検出器の下流側に設置した場合を実線で示し、上流側に設置した場合を破線で示す説明図であり、（ｂ）は、各種センサの検出信号のタイミングを示すタイムチャートである。

図７に示すように、実線で示す車両検出器５の位置から、破線で示す車両検出器５１に移動させて主荷重検出器２に近づけた場合には、それだけ荷重信号と車両信号の検出時間ずれが小さくなる上、（１）式の走行適用範囲が広がる方向になる。従って、本発明に係る車両分離手段は、時間ＴＬiとＴＪiの長さを比べる時間比較のみで走行車両の最後軸を特定することが可能となり、車両検出器の設置位置は、主荷重検出器２の上流端部に破線と符号５１をもって示す位置から荷重検出器４の下流側付近に実線と符号５をもって示す位置までの広範囲に亘って選ぶことができるため、荷重検出器の下流に位置するＥＴＣ車両検出器の信号を代替信号として使用することも可能となる。
次に、第３の課題は、車両分離ずれを回避する手段であり、以下にその説明をする。

図８の（ａ）は、車両分離ずれが生じる車両走行における２台の車両位置関係を示す説明図であり、（ｂ）は、各種センサから発せられる検出信号のタイミングを示すタイムチャートである。
一台目の車両６Ａの最後部が車両検出器５を通過し切らないで途中停車し、後続の車両６Ｂが車両６Ａとの車間を詰めながら進入停車した時に、車両６Ａが再度前進して渋滞が生じる時の特徴的な走行である。
このような走行パターンでは、（１）式のＴＪiを決定する最後軸に後続の車両６Ｂの第１軸目の軸重値が取り込まれることにより、分離条件式を満足させてしまう場合があり、この時、車両６Ｂの第１軸目が車両６Ａの最後軸として確定されてしまうことにより、車両の分離ずれを起こす。
このような現象を回避するため、本発明では、車両６Ａが車両検出器５を通過してから、さらに一定時間画経過したことを示すタイムコードＴ（Ｃ）までの間に、後続の車両が進入したことを示すタイムコードＴ（Ａ）’を検出したか否かを判断することにより、車両６Ａが車両検出器５を通過した（退出した）ことを示すタイムコードＴ（Ｂ）を検知した時に検出した最後軸が、当該車両に属するものであるか、若しくは後続車両に属するものであるかの判定を行う。以下、この判定方法について説明する。

渋滞時の車両走行では、およそ１〔ｍ〕の車間距離で車両が進入してくることを想定し、車両６Ａの最後尾が車両検出器５を退出したことを示すタイムコードＴ（Ｂ）から車両６Ｂが進入したことを示すタイムコードＴ（Ａ）’を補足するまでの時間の目安となる一定時間（１／Ｖ３）が経過した時刻Ｔｃ（Ｃ）を（２）式で定義する（ここで、Ｖ３は所定の停止判定速度であり、一定時間（１／Ｖ３）は車両６Ａがこの停止判定速度で１〔ｍ〕を通過するのに要する時間である）。
Ｔ（Ｃ）＝Ｔ（Ｂ）＋（１／Ｖ３）・・・・・・・・（２）
これにより、車両渋滞時の走行であるか否かを（３）式で判定する。
Ｔ（Ｂ） ＜ Ｔ（Ａ）’ ＜ Ｔ（Ｃ）・・・・・・・（３）
ここで、（３）式が満たされる時には、車両渋滞時の走行であると判定する。この判定により、タイムコードＴ（Ａ）’を発生させた車軸は、後続車両（ここでは車両６Ｂ）の第１軸目であると見做し、当該車両（ここでは車両６Ａ）の最後軸は、このタイムコードＴ（Ａ）’を発生させた車軸の１つ前の車軸であるとして計算処理する。
この判定方法は、車両の渋滞走行を前提条件としているため、停車判定速度（Ｖ３）を設けることにより、狭車間走行（車間距離の短い走行）がなされたか否かを推定しているのである。

図９は、本実施形態に係る軸重計測装置の一動作例を示すフローチャートである。
まず、処理装置１は、各種センサーからのいずれか１つの検出信号が入力されるまで待機する（ステップＳ１）。
主荷重検出器２が１つの荷重（例えば、先頭軸の軸重）を検出した場合、処理装置１は、主荷重検出器２からの当該荷重検出信号（荷重情報を含む）Ｗ１ｎを入力する（ステップＳ２）。
引続いて、補助荷重検出器３が１つの荷重（先頭軸の軸重）を検出した場合、処理装置１は、荷重検出器３からの当該荷重検出信号（荷重情報を含む）Ｗ２ｎを入力する（ステップＳ３）。
続いて補助荷重検出器４が前記１つの荷重を検出した場合、処理装置１は、荷重検出器４からの当該荷重検出信号（荷重情報を含む）Ｗ３ｎを入力する（ステップＳ４）。
処理装置１は、上記荷重検出と併行して、ＡＤ変換部１１により、主荷重検出器２および補助荷重検出器３，４が検出した荷重信号（アナログの荷重情報）を、ディジタルの荷重情報に変換し、軸重算出部１６を介して、当該荷重情報に基づく軸重値Ｗｎを算出する（ステップＳ５）。

次に、車両検出器５が車両最前部Ａまたは車両最後部Ｂの通過信号を検出した場合、処理装置１は、車両検出器５からの当該車両進入信号ＰＡおよび車両退出信号ＰＢを入力する（ステップＳ６）。
処理装置１は、軸重タイムコード付与部１３および車両タイムコード付与部１４により、入力した各荷重検出信号Ｗ１ｎ〜Ｗ３ｎおよび車両検出信号ＰＡ、ＰＢに対して入力時の時刻を示すタイムコードをそれぞれ付与する（ステップＳ７）。
次に、処理装置１は、入力した各荷重検出信号Ｗ１ｎ〜Ｗ３ｎおよび車両検出信号ＰＡ、ＰＢ並びに付与したタイムコードＴ（１ｎ）〜Ｔ（３ｎ）およびＴ（Ａ）、Ｔ（Ｂ）をメモリ１５に一時記憶する（ステップＳ８）。
処理装置１は、ステップＳ９において、車両最後部Ｂの通過情報Ｔ（Ｂ）が入力されたか否かを検証し、車両最後部Ｂの通過情報Ｔ（Ｂ）が入力された場合はステップＳ１０に進み、また、車両最後部Ｂの通過情報Ｔ（Ｂ）が未だ入力されていない場合はステップＳ１に戻って、次の検出信号が入力されるまで待機する。

ステップＳ１０では、処理装置１は、速度算出部１７が備えるサブルーチン、即ち、後述の速度分析ルーチン（図１０）を使用して速度に関する車両の走行状況（加速、減速等）を分析する。
処理装置１は、この速度分析結果により、ステップ１１において、車両が加速していない場合はステップＳ１２に進み、加速している場合はステップＳ１６に移る。
ステップＳ１２では、処理装置１は、主荷重検出器２の検出信号間隔（最前部車軸と最後部車軸（最終軸：ｎ軸）との間隔、即ち、最遠軸距に対応）と、車両検出器５による車両最前部Ａと車両最後部Ｂとの時間差（車両の全長、即ち車長に対応）とを比較し、前者が後者よりも大である場合は（ｎ軸目は、後続車の車軸であるので）ステッブＳ１５に進み、前者が後者よりも大でない場合はステップＳ１３に移る。
ステップＳ１３では、処理装置１は、車両が停車中であるか否かを検証し、車両が停車中の場合はステップＳ１４に進み、車両が進行中の場合はステップＳ１６に移る。

ステップＳ１４では、処理装置１は、車両分離判定部１８により、前述の（３）式（Ｔ（Ｂ）＜Ｔ（Ａ）’＜Ｔ（Ｃ））の成立／不成立を検証することにより、渋滞・停車時の走行状況を分析し、仮に、（３）式が成立する場合はステップＳ１５に進み、（３）式が不成立の場合はステップＳ１６に移る。
ステップＳ１５では渋滞走行と判定し、処理装置１は、この場合の最後軸は、このタイムコードＴ（Ａ）’を発生させた後続の車両６Ｂの第１軸目であると判断し、当該車両の最後軸は１つ前の車軸であるとして計算処理し、その後、ステップＳ１７に移る。
ステップＳ１６では、処理装置１は通常走行と判定し、車両の最後軸は、このタイムコードＴ（Ａ）’を発生させた当該車両の最後軸であると判断して計算処理し、その後、ステップＳ１７に移る。
ステップＳ１７では、処理装置１は、総重量算出部１９により、１車両分の全車軸の最大軸重量と軸荷重をトータルした車両の総重量を算出する。

次に、処理装置１は、算出した車両の総重量と最大軸重量が規定を超える場合は、外部出力部２０を介して警報音等を出力する（ステップＳ１８）。
次に、処理装置１は、測定経過の情報や算出した車両の総重量等をメモリ１５に記録（ステップＳ１９）した後、ステップＳ１に戻る。
図１０は、第１の実施の形態に係る軸重計測装置の速度算出部の一動作例を示すフローチャートである。
まず、速度算出部１７は、第ｎ軸の初速（＝Ｖｎ(in)）を計算する（ステップＳ２１）。この初速は、主荷重検出器２から補助荷重検出器３までの距離と、車両の通過時間から算出する。
次に、速度算出部１７は、第ｎ軸の終速（＝Ｖｎ(out) ）を計算する（ステップＳ２２）。この終速は、補助荷重検出器３から補助荷重検出器４までの距離と、車両の通過時間から算出する。
最後に、速度算出部１７は、速度分析結果を速度分析ルーチンの出力パラメータに含める（ステップＳ２３）。この速度分析結果は、Ｖｎ(out) ＞Ｖｎ(in)の場合は加速、Ｖｎ(out) ≦Ｖｎ(in)の場合は定速乃至は減速として与えられる。

図１１は、第１の実施の形態に係る軸重計測装置の渋滞走行時のタイムチャートを示すものであり、図１１（ａ）は、単独車両が通過（通常減速走行）する場合（比較のために掲載）、図１１（ｂ）は、単独車両が通過（通常減速走行から途中停車）する場合、図１１（ｃ）は、２車両が通過（通常減速走行から途中停車）する場合（即ち、渋滞走行時）のタイムチャートを、それぞれ示すものである。
図１１（ｂ）は、より具体的には、車両検出器５からの検出信号において、車両が停止判定速度で約１〔ｍ〕進む間に、次の車両進入が検出されない場合を示し、この場合、車両分離判定部１８は、最後検出軸を当該車両の最後軸と判断する。
図１１（ｃ）は、より具体的には、車両検出器５からの検出信号において、車両が停止判定速度で約１〔ｍ〕進む間に、次の車両進入が検出した場合を示し、この場合、車両分離判定部１８は、最後検出軸を次の車両（後続車両）の先頭軸と判断し、最後検出軸の一つ前の車軸を当該車両の最後軸とする。

なお、本発明に係る軸重計測装置の各構成要素の処理の少なくとも一部をコンピュータ制御により実行するものとし、かつ、上記処理を、図９のフローチャートで示した手順によりコンピュータに実行せしめるプログラムは、半導体メモリを始め、ＣＤ−ＲＯＭや磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配付してもよい。そして、少なくともマイクロコンピュータ，パーソナルコンピュータ，汎用コンピュータを範疇に含むコンピュータが、上記の記録媒体から上記プログラムを読み出して、実行するものとしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る軸重計測装置の主要な構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る軸重計測装置の荷重検出ユニットの一構成例を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る軸重計測装置で軸重が測定される車両の機械的寸法を示す説明図である。 （ａ）は、定速走行時の一定時間における車両位置各種センサの設置位置との関係を示す説明図、（ｂ）は、各種センサから発せられる検出信号のタイムチャートである。 （ａ）は、減速走行時の一定時間における車両位置各種センサの設置位置との関係を示す説明図、（ｂ）は、各種センサから発せられる検出信号のタイムチャートである。 （ａ）は、加速走行時の一定時間における車両位置と各種センサの設置位置との関係示す説明図、（ｂ）は、各種センサから発せられる検出信号のタイムチャートである。 （ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る車両検出器の設置位置を示す説明図、（ｂ）は、各種センサから発せられる検出信号のタイムチャートである。 （ａ）は、車両分離ずれが生じる車両走行における車両位置各種センサの設置位置との関係を示す説明図、（ｂ）は、各種センサから発せられる検出信号のタイムチャートである。 第１の実施の形態に係る軸重計測装置の一動作例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態に係る軸重計測装置の速度分析ルーチンの一動作例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態に係る軸重計測装置の速度算出部の一動作例を示すフローチャートである。 従来の軸重計測装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 処理装置
２ 主荷重検出器
３，４ 補助荷重検出器
５，５１ 車両検出器
６，６Ａ，６Ｂ 車両
１１ ＡＤ変換部
１２ タイムコード発生部
１３ 軸重タイムコード付与部
１４ 車両タイムコード付与部
１５ メモリ
１６ 軸重算出部
１７ 速度算出部
１８ 車両分離判定部
１９ 総重量算出部
２０ 外部出力部
２１ 載荷板
２２ 外枠
２３ ロードセル
２４ 荷重検出ユニット

Claims (11)

1. 走行中の車両の複数軸重を測定して車両の重量を算出する軸重計測装置において、
   通過する車両の軸重を検出し、主荷重検出信号を出力する主荷重検出器と、
   前記主荷重検出器の近くに所定の距離を離隔して通過する車両の軸重を順に検出し、第１の補助荷重検出信号および第２の補助荷重検出信号を出力する第１の補助荷重検出器および第２の補助荷重検出器と、
   前記車両の最前部および最後部の通過の際に車両進入信号および車両退出信号をそれぞれ出力する車両検出器と、
   前記車両検出器の車両進入信号と車両退出信号とに基づいて算出された車長移動時間と前記主荷重検出器の最前車軸の主荷重検出信号と最後車軸の主荷重検出信号とに基づいて算出された最遠軸距移動時間とを比較し、前記最後車軸が、当該車両のものであるか後続車両のものであるかを車両分離判定部で判定し、その判定に基づいて当該車両の軸重を加算して、車両の総重量を計測し得るように構成してなる軸重計測装置。
2. 前記車両分離判定部は、
   前記車両検出器の前記車両進入信号と前記車両退出信号とに基づいて算出された車長移動時間ＴＬｉと、
   当該車両の最前軸に基づく主荷重検出信号の発生時点から前記車両退出信号の発生時刻に最も近い時刻で且つその直前に出力した前記主荷重検出信号の発生時点までの最長軸間移動時間ＴＪｉと、を比較し、当該車両に属する全ての車軸を割り出すように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸重計測装置。
3. 車両走行径路の進行方向における上流から下流に向かって前記主荷重検出手段、前記第１の補助荷重検出手段、第２の補助荷重検出手段および前記車両検出手段の順に配設してなることを特徴とする請求項１または２に記載の軸重計測装置。
4. 前記車両分離判定部は、
   前記主荷重検出信号の発生時点と前記第１の補助荷重検出信号の発生時点との時間間隔に基づいて当該車両の初速度を演算し、
   前記第１の補助荷重検出信号の発生時点と前記第２の補助荷重検出信号の発生時点との時間間隔に基づいて当該車両の終速度を演算し、当該車両が略定速で走行しているか、加速中であるか、減速中であるかを判断し得るように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸重計測装置。
5. 前記車両分離判定部により、当該車両が定速走行時または減速走行時であると判断されたとき、前記車長移動時間ＴＬｉと前記最長軸間移動時間ＴＪｉとが
   ＴＬｉ＞ＴＪｉ
   なる関係を有するときは、前記車両退出信号の発生時点に最も近い直前の時刻で出力した主荷重検出信号が当該車両に属する最後軸によるものと判断し、前記最前軸から前記最後軸により発生した全ての軸重に対応した前記主荷重検出信号に基づき、当該車両の総重量を算出する総重量算出部を有することを特徴とする請求項４に記載の軸重計測装置。
6. 前記車両分離判定部により、当該車両が加速走行中であると判断したとき、前記車長移動時間ＴＬｉと前記最長軸間移動時間ＴＪｉとが、
   ＴＬｉ＜ＴＪｉ
   なる関係を有するときは、前記車両退出信号の発生時刻に最も近い直前の時刻で出力した主荷重検出信号が当該車両に属する最後軸によるものと判断し、前記最前軸から前記最後軸により発生した全ての軸重に対応した前記主荷重検出信号に基づき、当該車両の総重量を算出する総重量算出部を有することを特徴とする請求項４に記載の軸重計測装置。
7. 前記車両分離判定部により、当該車両が加速走行ではないと判断した場合であって、前記車長移動時間ＴＬｉと前記最長軸間移動時間ＴＪｉとが、
   ＴＬｉ＜ＴＪｉ
   なる関係を有するときは、前記車両退出信号の発生時刻に最も近い直前の時刻で出力した主荷重検出信号が後続車両に属する最前軸によるものと確定し、前記確定した後続車両の最前軸の１つ前の車軸を当該車両の最後軸と判断し、当該車両の最前軸から前記最後軸により発生した全ての軸重に対応した前記主荷重検出信号に基づき当該車両の総重量を算出する総重量算出部を有することを特徴とする請求項４に記載の軸重計測装置。
8. 前記車両分離判定部により、当該車両が前記車両進入信号の発生から前記車両退出信号の発生までの間に停車していることを判断した場合であって、前記車両退出信号の発生時刻に最も近い時刻で出力した最後の主荷重検出信号が、前記車両退出信号の発生時刻から、所定の停止判定速度で換算して１ｍを通過するのに要する時間内に発生したときは、前記最後の主荷重検出信号は、後続車両の最前軸によるものと確定し、
   前記確定した後続車両の最前軸の１つ前の車軸を当該車両の最後軸と判断し、当該車両の最前軸から前記最後軸により発生した全ての軸重に対応した前記主荷重検出信号に基づき当該車両の総重量を算出する総重量算出部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸重計測装置。
9. 車両走行径路の進行方向における上流から下流に向かって前記主荷重検出器、前記第１の補助荷重検出器、第２の補助荷重検出器の順に配設すると共に、前記主荷重検出器の上流近傍から前記第２の補助検出器の下流近傍の区間のいずれかの位置の側方に前記車両検出器を配設してなることを特徴とする請求項１または２に記載の軸重計測装置。
10. 前記車両検出器を、前記主荷重検出器の近傍の側方位置に配置してなることを特徴とする請求項９に記載の軸重計測装置。
11. 前記総重量算出部で算出された当該車両の総重量と最大軸重量が、規定重量を超過する場合は、外部出力部から警報音、警報光等を範疇に含む警告を出力することを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の軸重計測装置。

Images