JP2009192347A - 走行車両の軸重測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 様々な速度（例えば、低速度、中速度、高速度）で走行する車両の軸重および静止車両の静止軸重を正確に測定すること。
【解決手段】軸重センサ部には、中速度乃至は高速度で走行する車両の軸重計測に適する棒状型軸重計１と、低速度走行する車両の軸重計測および静止車両の軸重計測に適する載荷板型軸重計２とを組み合わせて走行車両および静止車両の軸重を検出する。棒状型軸重計１は、複数個を配置し、載荷板型軸重計２は少なくとも１個を配置するものとし、いずれの軸重計１、２においても、横幅が左右車輪の外側間隔よりも長く形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行車両の軸重測定装置に関し、より詳細には、高速道路の料金所等に設置され、被測定車両のタイヤの分布接地圧力に対応したアナログ電気信号を出力する軸重センサを備えた走行車両の軸重測定装置に関するものである。

走行車両の軸重を測定する従来の方法には、軸重検出部に関し、大別して２つの方法があり、タイヤの地面と接する、いわゆるタイヤ接地幅Lと軸重検出部の幅ｌとの長さ関係がＬ＞ｌの場合（以下、このような軸重検出部のことを「棒状型軸重計」と呼称する）と、Ｌ＜ｌの場合（以下、このような軸重検出部のことを「載荷板型軸重計」と呼称する）とで、それぞれ異なる測定方法が採られる。
一般に、載荷板型軸重計は、棒状型軸重計に比べて設備コストと設置コストが共に遙に高価なものとなるので、通常は、棒状型軸重計が用いられることが多い。棒状型軸重計を複数本配置することで走行車両の軸重を測定することができるが、車両の走行速度毎に精度のバラツキが生じる。速度が上がれば、配置関係を広げていく必要があるし、逆に車両の速度が低速になるほど、配置関係を狭めていく必要がある。さらに、低速度から静止に至る場合は、軸重計を密に設置する必要がある。しかしながら、生産コストと設置コストを抑える意味から、軸重計の数ｎは可能な限り小さくする必要がある。なお、棒状型軸重計の設置点毎に測定結果にバラツキが生じる原因は、走行車両が弾性系特有の上下振動（周期は略一定）を生じるからである。

図１３は、従来の走行車両の軸重測定装置の棒状型軸重計の典型的な配置を示す説明図である。
図１３（ａ）は、最も自然な略等間隔の棒状型軸重計の配置を示す。
同図に示すように、棒状型軸重計は、比較的短い略等間隔で配置されるが、このような配置は、車両の速度が高速の場合には適さない。
そのため、図１３（ｂ）では、棒状型軸重計を、比較的長い略等間隔で配置したものであり、車両の速度が高速である場合に、測定距離が長く取ることにより、高い精度で測定できるようにしている。
よって、車両の速度が高速の場合は、図１３（ｂ）に示すように、棒状型軸重計の配置間隔を大きく取る必要がある。また、設備コストや設置コストを考慮しても、車両の速度が高速の場合は、図１３（ａ）のような配置は不適であり、図１３（ｂ）に示す配置を採用することが好ましい。

図１３（ｃ）に示す配置では、棒状型軸重計が隣接しており、車両の速度が低速である場合に、最も高い精度で測定できる棒状型軸重計の配置を示す。
棒状型軸重計を使用する場合、車両の速度が低速度である場合は、逆に、棒状型軸重計の配置間隔を狭める必要があり、極端には、図１３（ｃ）に示すように、棒状型軸重計を隣接させて（即ち、隙間無く）配置することが最も理想的である。けれども、図１３（ｃ）に示す配置は、設備コストや設置コストが全く考慮されておらず、実際には採用できない配置である。
図１３（ｄ）に示す配置では、棒状型軸重計を、図１３（ｃ）に示すように複数個隣接して配置したものと、比較的短い略等間隔で配置したもの（図１３（ａ）参照）とが組み合わされているが、やはり車両の速度が高速の場合には適さない。もっとも、図１３（ｃ）に示すように複数個隣接して配置したものと、棒状型軸重計を比較的長い略筆間隔で配置したもの（図１３（ｂ）参照）とを組み合わせることで車両の速度が高速の場合にも適合させることが可能である。

しかしながら、この場合でも、設置すべき棒状型軸重計の個数が多くなり、製作コスト、設置コスト、維持コスト、等が高くなるので、実用的な配置とは言えない。
なお、少ない個数の軸重計で走行車両の軸重を求める提案として、例えば、特許文献１（特開２００５−１２７９４１号公報）では、車両の進入方向の最初に設置された左右の軸重計の軸重から、その配分値を求め、以後の軸重計の設置点では、軸重計を左右いずれかだけに設置し、当該設置された軸重計の軸重と前記配分値とから、反対側（省略された方）の軸重を計算式で求める提案が開示されている
また、特許文献２（特公昭５７−２８０９３号公報）には、車両進行速度（進入速度）、軸重の線分力Ｗ_ｉ、車両進行速度Ｖ、サンプリング時間ｔ、軸重のセンサ幅ｌおよび所定の係数ｋから、軸重Wを算出する方法と演算式が提案されている。
さらに、特許文献３（特公昭５９−４４５７２号公報）には、車両の進行速度が低速度である場合に適した軸重計として、載荷板型軸重計が開発されており、例えば、車両振動周波数ｆの車両振動による影響を受けた軸重計測値Ｗの波形（軸重検出信号の出力波形）を分析して、軸重真値W_０を求める方法、および演算式が提案されている。

「特開２００５−１２７９４１号公報」 「特公昭５７−２８０９３号公報」 「特公昭５９−４４５７２号公報」

しかしながら、上記背景技術で述べた従来の走行車両の軸重測定装置にあっては、棒状型軸重計を使用する方法の場合、車両の速度が高速の場合の配置と低速の場合の配置とでは、前述のとおり、相対立する配置となるので、経済性の面からは、双方の場合を共に満足させることは困難であると共に、静止車両の静止軸重を測定することができないという問題点を有していた。
また、車輪が静止状態で停止しても静止軸重を測定できるようにするために、隣接する複数の棒状型軸重計を使用する方法を採用した場合は、前述のとおり、設置すべき棒状型軸重計の個数が多くなり、製作コスト、設置コスト、維持コスト、等が、全て高くなるので、到底採用することはできない。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、様々な速度（例えば、静止状態、低速度、中速度、高速度）で走行する車両の軸重を正確に測定することができると共に経済性を満足し得る走行車両の軸重測定装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載した本発明に係る走行車両の軸重測定装置は、上述した目的を達成するために、走行車両の軸重測定装置において、被測定車両のタイヤの分布接地圧力に対応したアナログ電気信号を検出して前記被測定車両の軸重を測定する走行車両の軸重測定装置において、横幅が左右両輪の外側間隔より長く、車両走行方向の長さが、タイヤの外周と路面が接する接地面の接地幅の長さより短く形成され、被測定車両のタイヤの分布接地圧力に対応したアナログ電気信号を検出する複数の棒状型軸重計と、横幅が左右両輪の外側間隔より長く、車両走行方向の長さが、タイヤの外周と路面が接する接地面の接地幅の長さより長く形成され、被測定車両のタイヤの分布接地圧力に対応したアナログ電気信号を検出する少なくとも１つの載荷板型軸重計と、前記棒状型軸重計と前記載荷板型軸重計から出力されるアナログ電気信号をデジタル電気信号の軸重検出信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記デジタル電気信号の軸重検出信号を入力して軸重データを取得すると共に、
前記軸重データを基に軸重を計算する軸重計算回路と、を備えたことを特徴とする。

これにより、棒状型軸重計と載荷板型軸重計とが、それぞれ不得意とする走行車両の速度領域をそれぞれ相補うことができるので、走行車両の進行速度（静止状態、低速度、中速度、高速度等）に影響されることなく、走行車両の正確な軸重を算出することができると共に、製作コスト、設置コスト、等の上昇を極力抑えることができる。
また、請求項２に記載した本発明に係る走行車両の軸重測定装置は、前記棒状型軸重計および前記載荷板型軸重計が、車両の進行方向１列に、互いに重ならないように、かつ任意の組み合わせで並べられていることを特徴とする。
このような請求項２に記載の構成によれば、載荷板型軸重計を車両の進行方向の先頭に配置することや、逆に末尾に配置すること、或いは棒状型軸重計の間に配置することができる。また、棒状型軸重計と載荷板型軸重計との間および棒状型軸重計と棒状型軸重計との間の間隔も、任意に取ることができる。
これにより、設置現場の状況および軸重計算回路の仕様に合わせた最適な配置を実現することができる。
また、請求項３に記載した本発明に係る走行車両の軸重測定装置は、前記軸重計算回路が、前記棒状型軸重計から出力されるアナログ電気信号に対応した前記軸重データをサンプリングし、サンプリング時刻Ｔ_ｉ毎の荷重Ｗ_ｉと、サンプリング時間ｔと、センサ幅ｌと、車両の進行速度Ｖと、比例定数ｋとから、（１）式で求まる軸重Ｗを計算することを特徴とする。

このような請求項３に記載の構成によれば、車両の進行速度が中速度又は高速度の場合にも、棒状型軸重計から信頼性の高い軸重データを得ることができる。
これにより、車両の進行速度が中速度又は高速度の場合にも、正確な軸重データを使用し、かつ正確な軸重計算が可能な（１）式を用いて計算することができるので、棒状型軸重計が得意とする中速度および高速度の場合に適合した走行車両の正確な軸重計算結果を得ることができる。
また、請求項４に記載した本発明に係る走行車両の軸重測定装置は、前記軸重計算回路が、隣り合う２個の棒状型軸重計からそれぞれ出力されるアナログ電気信号に対応した前記軸重データを分析することで前記車両の走行速度Vを計算することを特徴とする。
このような請求項４に記載の構成によれば、棒状型軸重計が複数個配置されていることを活かして、車両の走行速度（高速度であってもよい）を正確に計測することができる。
これにより、車両の走行速度の検出が容易となり、かつ（１）式に代入する車両速度Ｖの値として正確な値を使用することができる。

また、請求項５に記載した本発明に係る走行車両の軸重測定装置は、前記軸重計算回路が、前記載荷板型軸重計から出力されるアナログ電気信号に対応した前記軸重データの波形を分析することで、車両振動の影響を受けた代表的な３箇所の特異点を摘出すると共に、当該３箇所の特異点に対応する前記軸重データの軸重値Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３と、当該軸重値Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３に対応する軸重計測時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３と、車両の振動周波数ｆとから、（２）式で求まる軸重真値Ｗ_０を計算することを特徴とする。

このような請求項５に記載の構成によれば、車両の進行速度が低速度の場合にも、載荷板型軸重計から信頼性の高い軸重データを得ることができる。
これにより、車両の進行速度が低速度の場合にも、正確な軸重データを使用し、かつ正確な軸重計算が可能な（２）式を用いて計算することができるので、載荷板型軸重計が得意とする低速度の場合に適合した走行車両の正確な軸重計算結果を得ることができる。

本発明の走行車両の軸重測定装置によれば、軸重センサ手段として、複数の棒状型軸重計と、少なくとも１つの載荷板型軸重計とが任意に組み合わされたものを使用するので、棒状型軸重計と載荷板型軸重計とが、それぞれ不得意とする走行車両の速度領域をそれぞれ相補うことが可能となり、走行車両の進行速度（停止乃至は低速度、中速度、高速度等）に影響されることなく、走行車両の正確な軸重を算出することができると共に、経済性の高い走行車両の軸重測定装置とすることができる。

以下、本発明の走行車両の軸重測定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、本発明の第１の実施の形態に係る走行車両の軸重測定装置の軸重センサ（棒状型軸重計および載荷板型軸重計）の配置を例示する説明図である。
同図において白抜き矢印は、車両の進行方向を示す。また、さらに、図１において、棒状型軸重計１と載荷板型軸重計２との間隔、および任意の１つの棒状型軸重計１と他の棒状型軸重計１との間隔は、必ずしも等間隔である必要は無い。
図１（ａ）に示す配置では、車両が最初に到達する位置に載荷板型軸重計２を配置し、その後に、互いに一定の間隔を有する複数の棒状型軸重計１を配置している。このような配置により、最初に配置した載荷板型軸重計２から検出される軸重検出信号の波形を用いて車両振動波形の推定が可能となるので、後段に配した複数の棒状型軸重計１による軸重算出結果の整合性を判定することができる。

図１（ｂ），（ｃ），（ｄ）では、載荷板型軸重計２の前後を棒状型軸重計１で鋏み込む配置であり、このような配置により、載荷板型軸重計２の前後の棒状型軸重計１から検出される軸重検出信号から、車両が載荷板型軸重計２を通過する時の平均速度を計算することができるので、載荷板型軸重計２の波形演算精度、ひいては車両振動波形を正確に計算することができる。
図１（ｅ）に示す配置では、車両が最初に到達する位置から、互いに間隔を有する複数の棒状型軸重計１を配置し、その後に、載荷板型軸重計２を配置している。このような配置により、載荷板型軸重計２の前に配置した棒状型軸重計１から検出される軸重検出信号から、車両が載荷板型軸重計２を通過する時の平均速度を計算することができるので、載荷板型軸重計２の演算処理を正確に行うことができる。
もっとも、本実施形態では、軸重検出信号から軸重を計算する軸重計算手段には、後述するようにMPU、RAM、タイマ、等を含む軸重計算回路を使用するので、各検出信号とその検出時刻等はRAMに一時記憶しておくことが可能であり、よって、その演算処理に際して、前述の軸重センサ（棒状型軸重計および載荷板型軸重計）の配置が影響することはない（図１１参照）。

図２は、走行車両のタイヤと棒状型軸重計１との関係をサイズ比較で示す説明図である。
同図に示すように、棒状型軸重計１の縦幅（車両走行方向の長さ）はｌであるが、その上に跨がる走行車両のタイヤの接地面の長さはＬであり、ここに、ｌ＜Ｌの関係がある。なお、棒状型軸重計１の横幅は、車両の左右両輪の外側間隔より長いものとする。よって、通常、棒状型軸重計１は、左右両輪用として、横１列に２個が並べられて使用される（図１２参照）。
図３は、車両の進入速度（低速度、中速度、高速度）毎の車両振動荷重の大きさと、棒状型軸重計１のみで計測される軸重のプロット点とを示すグラフ図である。
ここで、低速度とは、例えば０〜１０〔ｋｍ／ｈ〕等、中速度とは、例えば２０〜４０〔ｋｍ／ｈ〕等、高速度とは、例えば４０〔ｋｍ／ｈ以上〕をいうものとするが、明確な範囲があるわけではなく、大凡の区分である。

図３において、車両の総重量は、車両の進入速度（低速度、中速度、高速度）の各々の場合について、全て等しい。
同図に示すように、車両振動荷重（車両振動による見掛け上の荷重変動を含めた軸重）は、車両の速度と共に波数が減少する略正弦波を描くことを特徴とし、複数（ここでは５個）の棒状型軸重計１のみから検出される軸重検出信号からは、図３に示すプロット点のような計測値が得られる。
これらの計測値から、その単純平均値を算出し、さらに波形演算結果を用いて、プロット点から外れた位置の車両振動荷重を算出する。この時、中速度乃至は高速度の場合には、１波長乃至１／４波長を計測できるので、車両振動荷重の波形を推定することができるが、低速度の場合には、棒状型軸重計１の設置間隔に複数の波長が入るので、正確な振幅値の推定が困難であるまた、棒状型軸重計１の設置間隔によっては、棒状型軸重計１の各プロット点が全て同じ荷重値（例えば、振幅の頂点）となる場合があり、棒状型軸重計１の設置間隔を不均等にすることが必要になる。さらに、車両が棒状型軸重計１上に停止している場合は、車両速度は０〔ｋｍ／ｈ〕となり、また、図２に示すように、ｌ＜Ｌの関係があるので、軸重の算出が不可能となる。さらに、棒状型軸重計１による軸重の算式には、後述するように、車両速度がパラメータ値となっているため、車両速度に急激な変化が生じた場合にも軸重算出は困難であり、誤差が多くなる。

図４は、走行車両のタイヤと載荷板型軸重計２との関係をサイズ比較で示す説明図である。
同図に示すように、載荷板型軸重計２の縦幅（車両走行方向の長さ）はｌであるが、その上に乗り上げる走行車両のタイヤの接地面の長さはＬであり、ここに、ｌ＞Ｌの関係がある。
図５は、車両の進入速度（低速度、中速度、高速度）毎の車両振動荷重の大きさと、載荷板型軸重計２のみで計測される軸重のプロット点とを示すグラフ図である。
ここで、上述したように、低速度とは、例えば０〜１０〔ｋｍ／ｈ〕等、中速度とは、例えば２０〜４０〔ｋｍ／ｈ〕等、高速度とは、例えば４０〔ｋｍ／ｈ以上〕をいうものとするが、このような明確な区別があるわけではなく、大凡の区分である。
同図において、車両の総重量は、車両の進入速度（低速度、中速度、高速度）の各々の場合について、全て等しい。

図６に示すように、車両振動荷重（車両振動による見掛け上の荷重変動を含めた軸重）は、車両の速度の上昇と共に波数が減少する略正弦波を描くことを特徴とする。
同図に示す検出区間は、載荷板型軸重計２が検出する検出信号の出力期間を示すものであり、この検出区間において、車両振動荷重は、連続データとして得ることができる（但し、図５では、車両タイヤの載荷板型軸重計２への正確な乗り降り区間を考慮しない）。
ここで、例えば、載荷板の縦幅（＝ｌ）を１〔ｍ〕以下とすると、低速度（例えば１０〔ｋｍ／ｈ〕）では１波長、中速度（例えば２０〔ｋｍ／ｈ〕）では１／４波長の計測データを得ることが可能であり、後述するように、このような計測データを用いて軸重を算出するなお、低速度（例えば１０〔ｋｍ／ｈ〕）の場合には、１波長分の計測データの単純平均を用いることも可能である。一方、高速度の場合には、得られる計測データは、１波長分の計測データの１／８以下であるので、軸重計算に必要なデータは得られないことになる。但し、載荷板型軸重計２は、車両が載荷板型軸重計２上で完全に停止している場合には、計測可能である。

前述の説明で理解されるように、一般に、軸重測定装置は、軸重検出に使用する軸重センサが、棒状型軸重計１のみか、または載荷板型軸重計２のみで構成されている場合には、車両速度に関わらず常に広範囲適用可能な装置であるとは言えず、即ち、低速度、中速度、高速度の、いずれかの車両速度において計測不可能となる。
図６は、車両の進入速度（低速度、中速度、高速度）毎の車両振動荷重の大きさと、棒状型軸重計１および載荷板型軸重計２の組み合わせで計測される軸重のプロット点とを示すグラフである。
ここで、低速度、中速度および高速度とは、上述した通りである。
図６において、車両の総重量は、車両の進入速度（低速度、中速度、高速度）の各々の場合について、全て等しい。
同図に示すように、車両振動荷重（車両振動による見掛け上の荷重変動を含めた軸重）は、車両の速度と共に波数が減少する（低周波数へ移行する）略正弦波を描くことを特徴とする。同図に示す検出区間は、載荷板型軸重計２が検出する検出信号の出力期間を示すものであり、この検出区間において、車両振動荷重は、連続データとして得ることができる（但し、図５では、車両タイヤの載荷板型軸重計２への正確な乗り降り区間ではなく、センサ区間のみとしている）。

ここで、例えば、載荷板の縦幅（＝ｌ）を１〔ｍ〕以下とすると、低速度（例えば１０〔ｋｍ／ｈ〕）では１波長、中速度（例えば２０〔ｋｍ／ｈ〕）では１／４波長の計測データを得ることが可能であり、後述するように、このような計測データを用いて軸重を算出する。なお、低速度（例えば１０〔ｋｍ／ｈ〕）の場合には、１波長分の計測データの単純平均を用いることも可能である（図５参照）。一方、高速度の場合には、得られる計測データは、１波長分の計測データの１／８以下であるので、軸重計算に必要なデータは得られないことになるが、棒状型軸重計１を共用しているので、高速度の場合の車両振動荷重は、棒状型軸重計１の検出信号から算出することができる。即ち、図６に示すようなプロット点の計測値から、その単純平均値を算出し、さらに波形演算結果を用いて、プロット点から外れた位置の車両振動荷重を算出する。即ち、高速度の場合にも、プロット点の１区間で１／４波長のデータを計測できるので、車両振動荷重の波形を推定することができる（図３参照）。
なお、本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置における軸重センサの配置（図１）も、図６に示す軸重センサの配置と同様、棒状型軸重計１および載荷板型軸重計２の組み合わせを採用している

以下、本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置における軸重の計算方法について説明する。
図７は、本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の、一方の軸重センサである棒状型軸重計１で車両の軸重を計算する方法の一例を示す説明図である。
まず、棒状型軸重計１における計測区間Ｔのうち、車両のタイヤが棒状型軸重計１に掛かって（乗り始めて）最初の検出信号が出力されてから、車両のタイヤが棒状型軸重計１から脱して（降り終わって）検出信号が途絶えるまでの計測区間の軸重を、サンプリング時間ｔでサンプリングして、その各々の計測値（図７では線分力Ｗ_ｉとしている）を得る。
次に、後述する方法で車両進行速度（進入速度）Ｖを算出した後、計測時間Ｔ_ｉ毎の線分力Ｗ_ｉの総和（面積）を求め、それにサンプリング時間ｔをセンサ幅ｌで除したものに速度Ｖと比例定数ｋとを掛けたものが、軸重Ｗとなる。
即ち、軸重Ｗは、次の（１）式により、求めることができる。

次に、棒状型軸重計１による車両進行速度Ｖの計測方法について説明する。
図８は、本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の、一方の軸重センサである棒状型軸重計１と車両のタイヤとの位置関係を示す説明図である。
同図では、間隔Ｓを隔てて配置された２個の棒状型軸重計１を示し、その上を、接地幅がＬ（Ｌ＜Ｓ）のタイヤが通過する様子を示している。このタイヤが、当該２個の棒状型軸重計１の各々を通過する時刻は異なる時刻であるので、その時間差Δｔと、上記の間隔Ｓとから、この車両の進行速度Ｖは、Ｓ／Δｔとして求めることができる。
実際には、このΔｔを求めるに際して、棒状型軸重計１の検出信号から判定される複数の事象の検出タイミングを考慮している。以下に、このΔｔを求める具体的な方法について説明する。

図９は、本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の、一方の軸重センサである棒状型軸重計１を用いて車両の進行速度を計算する方法の一例を示す説明図である。
図９に示すとおり、本実施形態では、上記のΔｔを求めるに際し、上記の複数の事象の検出タイミングを、２個の棒状型軸重計１の各々において下記の３点としている。
即ち、本実施形態では、２個の棒状型軸重計１の各々において、最初の検出タイミングを軸重測定値Ｗが所定の閾値に達した最初の時刻とし、２番目の検出タイミングを軸重Ｗの計測値が中央値（ここでは最大値としている）に達した時刻とし、３番目の検出タイミングを軸重Ｗの計測値が所定の閾値を下回った最初の時刻としている。
２個の棒状型軸重計１からのそれぞれの軸重検出信号により、２つの最初の検出タイミング同士の時間間隔からは時間差Δｔ_１が求まり、２つの２番目の検出タイミング同士の時間間隔からは時間差Δｔ_２が求まり、２つの３番目の検出タイミング同士の時間間隔からは時間差Δｔ_３が求まるが、求める時間差Ｔは、これら時間差Δｔ_１，Δｔ_２，Δｔ_３の単純平均としている。但し、これら時間差Δｔ_１，Δｔ_２，Δｔ_３のデータのうち、極端に大小が存在するデータは除外しており、また、これら３つのデータにも大きな差が存在する場合は、計算不可能な場合（車両の停止状態又は故障と推定される）としている。
このようにして上記のΔｔを求め、（１）式のＶを、Ｖ＝Ｓ／Δｔとして算出している。

図１０は、本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の、他方の軸重センサである載荷板型軸重計２を用いて車両の進行速度を計算する方法の一例を示す説明図である。
図１０において、周波数ｆは、車両振動の周波数を示す。同図に示すように、載荷板型軸重計２の軸重検出信号は、車両振動の影響を受け、軸重計測値Ｗを略正弦波とみなすことで、この軸重計測値Ｗの波形から軸重真値Ｗ_０を求めることが可能である。即ち、このような車両振動周波数ｆの車両振動による影響を受けた軸重計測値Ｗの波形（軸重検出信号の出力波形）を分析して、軸重真値Ｗ_０を求める方法、および算式は既に知られている（特許文献３参照）。
車両振動周波数ｆを固定として、まず、軸重計測値Ｗの波形を分析して、軸重計測値Ｗの波形が特異な箇所として示される点の３つの波形軸重計測値（＝Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３）を
求める。次に、この波形軸重計測値Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３に対応する計測時刻（＝ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３）を求める。その後、求める軸重真値Ｗ_０を（２）式で算出する。

なお、載荷板型軸重計２の軸重検出信号は、図１０に部分的に示すような波形とは限らないので、全ての波形が予め把握されて、波形軸重計測値Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３に対応する計測時刻（＝ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３）の摘出に使用される。
図１１は、本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の全体構成の一例を示す構成図である。
図１１に示す本実施形態に係る走行車両の軸重測定装置は、一方の軸重センサである複数の棒状型軸重計１と、他方の軸重センサである少なくとも１個の載荷板型軸重計２と、棒状型軸重計１の各々および載荷板型軸重計２が出力する軸重検出信号をそれぞれデジタル信号の軸重データに変換するＡ／Ｄ変換部３と、前記データから走行車両の軸重を算出する軸重計算部４と、軸重計算結果を表示する表示装置５と、から構成される。

軸重計算部４の軸重計算回路４１は、回路全体を制御すると共に軸重の計算を行うＭＰＵ４１１と、制御プログラムおよび軸重の計算に必要な処理プログラム並びに必要データを格納するＲＯＭ４１２と、軸重の計算過程で使用されるデータや、計算結果等を一時記憶するＲＡＭ４１３と、検出信号の検出時刻や、時計を備えて軸重検出信号の検出時刻を報知すると共にサンプリング期間等を計時するタイマ４１４と、を含む。なお、軸重計算部４は、表示装置５を制御する回路等も含むが図示を省略している。
棒状型軸重計１および載荷板型軸重計２は、各々が検出した軸重検出信号を、Ａ／Ｄ変換部３にそれぞれ送出する。Ａ／Ｄ変換部３は、この軸重検出信号をデジタル信号の軸重データに変換し、軸重計算部４の軸重計算回路４１に送出する。軸重計算部４の軸重計算回路４１は、タイマ４１４によって、それらの検出時刻を取得し、各々の軸重データと対応付けてＲＡＭ４１３に記録するまた、軸重データをサンプリングする場合には、サンプリング時間ｔ（図７，図９）を計時して、ＭＰＵ４１１に軸重データをサンプリングするタイミングを合図する。

軸重計算に必要な軸重データ一式が得られると、軸重計算回路４１は、棒状型軸重計１からの軸重データに対しては、車両の進行速度Ｖを算出（図９参照）した後、上記（１）式を適用して軸重を計算し、載荷板型軸重計２からの軸重データに対しては、上記（２）式を適用して軸重を計算し、いずれの場合も、これらの計算結果を表示装置５に表示出力する。

また、この表示には、車両の進行速度Ｖを含めることも可能であるし、上記いずれの軸重計算結果がより正確であるのかを、当該進行速度Ｖから判定し、正確な方の軸重計算結果だけを表示することも可能である。さらには、全軸重の総和である車両重量の計算結果を表示することも可能である。
なお、軸重計算回路４１は、本実施形態ではストアードプログラム方式で制御されるＭＰＵ４１１を備える回路構成としたが、一般に、本発明の軸重計算回路４１は、ワイヤードロジックを備えた専用のハードウェア回路によっても構成可能である。
図１２は、本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の設置場所の一例を示す説明図である。
同図に示すように、本実施形態に係る走行車両の軸重測定装置（図１２では棒状型軸重計１および載荷板型軸重計２のみを明示している）は、高速道路の入口等に設置される。

この高速道路の入口に設置される軸重測定装置は、棒状軸重計１と載荷板型軸重計２に付随して、これら軸重計を指示制御装置に接続する接続箱、車両が進入あるいは退出を検知し、所定の信号を出力する車両検知器、進入車両が、例えば、車両重量が法定値に対し、超過している場合に、当該車両のナンバー、運転者の顔、車両の前部等を撮影する撮影装置、車両重量が、法定重量を超過した場合に、運転者に、その旨を告知する警報標識板およびプリンタ装置、その他の機器が設置され、各々の機能を発揮している。
図１２では、通常の高速道路の入口を示したが、本実施形態に係る走行車両の軸重測定装置は、この他、ＥＴＣ設備を有する高速道路の入口にも好適に設置可能であり、これにより、高速道路入口機能の全自動化を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る走行車両の軸重測定装置の軸重センサ（棒状型軸重計および載荷板型軸重計）の配置を例示する説明図（平面図）である。 走行車両のタイヤと棒状型軸重計との関係をサイズ比較で示す説明図である。 棒状型軸重計の上を車両が走行した場合における進入速度（低速度、中速度、高速度）毎の車両振動荷重の大きさを、走行距離との関係でプロットして示すグラフである。 走行車両のタイヤと載荷板型軸重計との関係をサイズ比較で示す説明図である。 載荷板型軸重計のみの上を、車両が走行した場合における進入速度（低速度、中速度、高速度）毎の車両振動荷重の大きさを走行距離との関係でプロットしてプロットを示すグラフ図である。 車両の進入速度（低速度、中速度、高速度）毎の車両振動荷重の大きさと、棒状型軸重計および載荷板型軸重計の組み合わせで計測される軸重のプロット点とを示すグラフ図である。 本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の、一方の軸重センサである棒状型軸重計で車両の軸重を計算する方法の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の、一方の軸重センサである２つの棒状型軸重計の配置間隔と車両のタイヤとの位置関係を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の、一方の軸重センサである棒状型軸重計を２つ用いて車両の進行速度を計算する方法の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の、他方の軸重センサである載荷板型軸重計を用いて車両の進行速度を計算する方法の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の全体構成の一例を模式的に示す構成図である。 本発明の実施形態に係る走行車両の軸重測定装置の設置場所の一例を示す説明図である。 従来の走行車両の軸重測定装置の棒状型軸重計の典型的な配置を示す説明図である。

符号の説明

１ 棒状型軸重計
２ 載荷板型軸重計
３ Ａ／Ｄ変換部
４ 軸重計算部
４１ 軸重計算回路
５ 表示装置

Claims (5)

1. 被測定車両のタイヤの分布接地圧力に対応したアナログ電気信号を検出して前記被測定車両の軸重を測定する走行車両の軸重測定装置において、
   横幅が左右両輪の外側間隔より長く、車両走行方向の長さが、タイヤの外周と路面が接する接地面の接地幅の長さより短く形成され、被測定車両のタイヤの分布接地圧力に対応したアナログ電気信号を検出する複数の棒状型軸重計と、
   横幅が左右両輪の外側間隔より長く、車両走行方向の長さが、タイヤの外周と路面が接する接地面の接地幅の長さより長く形成され、被測定車両のタイヤの分布接地圧力に対応したアナログ電気信号を検出する少なくとも１つの載荷板型軸重計と、
   前記棒状型軸重計および前記載荷板型軸重計から出力されるアナログ電気信号をデジタル電気信号の軸重検出信号に変換するA／D変換手段と、
   前記デジタル電気信号の軸重検出信号を入力して軸重データを取得すると共に、前記軸重データを基に軸重を計算する軸重計算回路と、
   を備えたことを特徴とする走行車両の軸重測定装置。
2. 前記棒状型軸重計および前記載荷板型軸重計は、車両の進行方向１列に、互いに重ならないように、かつ任意の組み合わせで並べられていることを特徴とする請求項１記載の走行車両の軸重測定装置。
3. 前記軸重計算回路は、前記棒状型軸重計から出力されるアナログ電気信号に対応した前記軸重データをサンプリングし、サンプリング時刻Ｔ_ｉ毎の荷重Ｗ_ｉと、サンプリング時間ｔと、センサ幅ｌと、車両の進行速度Ｖと、比例定数ｋとから、軸重Ｗを、次式（１）
   

   

   
   をもって計算することを特徴とする請求項１または請求項２記載の走行車両の軸重測定装置。
4. 前記軸重計算回路は、隣り合う２個の棒状型軸重計からそれぞれ出力されるアナログ電気信号に対応した前記軸重データを分析することで前記車両の走行速度Ｖを計算することを特徴とする請求項３記載の走行車両の軸重測定装置。
5. 前記軸重計算回路は、前記載荷板型軸重計から出力されるアナログ電気信号に対応した前記軸重データの波形を分析することで、車両振動の影響を受けた代表的な３箇所の特異点を摘出すると共に、当該３箇所の特異点に対応する前記軸重データの軸重値をＷ_１，Ｗ_２，Ｗ_３とし、当該軸重値Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３に対応する軸重計測時刻をｔ_１，ｔ_２，ｔ_３とし、車両の振動周波数fとしたとき、次式（２）
   

   

   
   により軸重真値Ｗ_０を計算することを特徴とする請求項１または請求項２記載の走行車両の軸重測定装置。

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