JP2010223755A - 軸重計測装置および軸重計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定結果の正確性の向上を図りながら、部品点数を削減し、機器コストを低減することが可能な軸重計測装置を提供する。
【解決手段】軸重計測装置は、車軸２０１に設けられた一方側の車輪２０２ａの重量を計測する輪重センサ２ａと、車軸２０１に設けられた他方側の車輪２０２ｂの重量を計測する輪重センサ２ｂと、演算部とを備えている。輪重センサ２ｂは、走行車両の走行方向Ｘ１において、輪重センサ２ａと所定の間隔Ｄを隔てて配置される。演算部は、輪重センサ２ａの計測結果を２倍することにより、車軸２０１の第１の重量値を算出するとともに、輪重センサ２ｂの計測結果を２倍することにより、車軸２０１の第２の重量値を算出し、第１の重量値と第２の重量値との平均値に基づいて、車軸２０１の重量を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行車両の車軸の重量を計測する軸重計測装置および軸重計測方法に関する。

従来、走行車両の車軸に設けられた車輪の重量を計測する輪重計を複数備えた軸重計測装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、第１計測位置に配置され、走行車両の左輪重を計測する左輪重計と、第１計測位置に配置され、走行車両の右輪重を計測する右輪重計と、第２計測位置に配置され、走行車両の左右いずれか片方の輪重を計測する片輪重計と、各輪重計の計測結果に基づいて、車軸の重量を算出する演算部とを備えた軸重計測装置が開示されている。なお、第２計測位置は、走行車両の走行方向において、第１計測位置と所定の間隔を隔てた位置である。

上記特許文献１の軸重計測装置では、演算部により、左輪重計の計測結果および右輪重計の計測結果に基づいて、左輪重および右輪重の配分値が算出される。そして、演算部は、その配分値と片輪重計の計測結果とに基づいて、第２計測位置におけるもう一方の輪重値を算出する。その後、演算部は、左輪重計の計測結果と右輪重計の計測結果とを加算することにより、第１計測位置における軸重値を算出する。また、演算部は、片輪重計の計測結果ともう一方の輪重値とを加算することにより、第２計測位置における軸重値を算出する。そして、演算部は、第１計測位置における軸重値と第２計測位置における軸重値との平均値を車軸の重量として算出する。

ここで、走行車両は、路面の材質、路面の凹凸、および、サスペンションなどに起因して振動する。このため、走行車両の軸重は、静止状態の車両の軸重から変動する。そこで、上記特許文献１の軸重計測装置では、第１計測位置における軸重値と第２計測位置における軸重値との平均値を車軸の重量として算出することにより、走行車両の振動に起因して発生する測定誤差を小さくすることを可能としている。

特開２００５−１２７９４１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の軸重計測装置では、少なくとも３つの輪重計を設ける必要があるので、部品点数を削減するのが困難であるという問題点がある。これにより、軸重計測装置の機器コストおよび設置コストの低減を図ることが困難である。

本発明は、上述した課題を解決するものであって、その目的とするところは、測定結果の正確性の向上を図りながら、部品点数を削減し、機器コストを低減することが可能な軸重計測装置および軸重計測方法を提供することである。

本発明の軸重計測装置は、走行車両の車軸の重量を計測する軸重計測装置において、車軸に設けられた一方側の車輪の重量を計測する第１計測位置に配置された第１輪重計と、車軸に設けられた他方側の車輪の重量を計測する第２計測位置に配置された第２輪重計と、第１輪重計の計測結果と第２輪重計の計測結果とに基づいて車軸の重量を算出する演算部と、を備え、第２輪重計は、走行車両の走行方向において、第１輪重計と所定の間隔を隔てて配置され、演算部は、第１輪重計の計測結果を２倍することにより、車軸の第１の重量値を算出するとともに、第２輪重計の計測結果を２倍することにより、車軸の第２の重量値を算出し、これら第１の重量値と第２の重量値との平均値に基づいて、車軸の重量を算出する。

このように構成することによって、２つの輪重計を用いて車軸の重量を算出することにより、３つの輪重計を設ける場合に比べて、部品点数を削減することができる。また、第１の重量値と第２の重量値との平均値に基づいて、車軸の重量を算出することにより、走行車両の振動に起因して発生する測定誤差を小さくすることができるので、測定結果の正確性の向上を図ることができる。

上記軸重計測装置において、第１輪重計および第２輪重計は、走行車両の走行方向と直交する方向において、路面の中央部から互いに逆方向へ延びるように配置されているのが望ましい。なお、走行方向と直交する方向には、走行方向と実質的に直交する方向も含む。

上記軸重計測装置において、車軸の重量は、第１の重量値と第２の重量値との平均値として算出することができる。

また、本発明の軸重計測方法は、走行車両の車軸の重量を計測する軸重計測方法において、第１計測位置に配置された第１輪重計により、車軸に設けられた一方側の車輪の重量を計測する工程と、演算部により、第１輪重計の計測結果を２倍することによって、車軸の第１の重量値を算出する工程と、走行車両の走行方向において、第１輪重計と所定の間隔を隔てて配置された第２輪重計により、車軸に設けられた他方側の車輪の重量を計測する工程と、演算部により、第２輪重計の計測結果を２倍することによって、車軸の第２の重量値を算出する工程と、演算部により、これら第１の重量値と第２の重量値との平均値に基づいて、車軸の重量を算出する工程と、を備える。

このように構成することによって、２つの輪重計を用いて車軸の重量を算出することにより、３つの輪重計を用いる場合に比べて、部品点数を削減することができる。また、第１の重量値と第２の重量値との平均値に基づいて、車軸の重量を算出することにより、走行車両の振動に起因して発生する測定誤差を小さくすることができるので、測定結果の正確性の向上を図ることができる。

本発明によれば、測定結果の正確性の向上を図りながら、部品点数を削減し、機器コストを低減することが可能な軸重計測装置および軸重計測方法を提供することができる。

本発明の一実施形態による走行車両の重量計測装置の全体構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態による走行車両の重量計測装置における輪重センサの配置を示した平面図である。 本発明の一実施形態による走行車両の重量計測装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、走行車両の重量計測装置に本発明を適用した場合について説明する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による走行車両の重量計測装置１００の構成について説明する。

本実施形態による走行車両の重量計測装置１００は、図１に示すように、ループコイル１ａおよび１ｂと、輪重センサ２ａおよび２ｂと、演算装置３とを備えている。なお、以下の説明では、ループコイル１ａおよび１ｂと、輪重センサ２ａおよび２ｂとが、図２に示すように、走行車両２００が通行する路面３００に設けられた場合について説明する。

走行車両２００は、路面３００上を矢印Ｘ１方向に走行する。また、走行車両２００は、複数（本実施形態では、２本）の車軸２０１を有している。この車軸２０１には、矢印Ｙ１方向側（一方側）に車輪２０２ａが設けられるとともに、矢印Ｙ２方向側（他方側）に車輪２０２ｂが設けられている。

ループコイル１ａおよび１ｂは、矢印Ｘ１方向に延びる路面３００の計測領域Ｒに埋設されている。このループコイル１ａおよび１ｂは、走行車両２００の走行方向と実質的に直交する方向（矢印Ｙ１方向および矢印Ｙ２方向）に、路面３００の矢印Ｙ１方向側の端部近傍から矢印Ｙ２方向側の端部近傍まで延びるように形成されている。ループコイル１ａは、計測領域Ｒの矢印Ｘ２方向側の端部に配置されており、走行車両２００が計測領域Ｒに進入したことを検出するために設けられている。ループコイル１ｂは、計測領域Ｒの矢印Ｘ１方向側の端部に配置されており、走行車両２００が計測領域Ｒから退出したことを検出するために設けられている。

輪重センサ２ａおよび２ｂは、路面３００の計測領域Ｒに埋設されている。なお、輪重センサ２ａおよび２ｂは、それぞれ、本発明の「第１計測位置に配置された第１輪重計」および「第２計測位置に配置された第２輪重計」の一例である。輪重センサ２ｂは、走行車両２００の走行方向（矢印Ｘ１方向）において、輪重センサ２ａと所定の間隔Ｄを隔てて配置されている。また、輪重センサ２ａ、２ｂは、走行車両２００の走行方向と実質的に直交する方向において、路面３００の中央部から互いに逆方向へ延びるように配置されている。すなわち、輪重センサ２ａは、走行車両２００の走行方向と実質的に直交する方向に、路面３００の中央部から矢印Ｙ１方向側の端部近傍まで延びるように形成されている。また、輪重センサ２ｂは、走行車両２００の走行方向と実質的に直交する方向に、路面３００の中央部から矢印Ｙ２方向側の端部近傍まで延びるように形成されている。したがって、輪重センサ２ａおよび２ｂは、走行車両２００から見て、計測領域Ｒにおいてそれぞれ左側および右側に片寄って配置されている。これにより、輪重センサ２ａは、走行車両２００の矢印Ｙ１方向側の車輪２０２ａの重量を計測するように配置されるとともに、輪重センサ２ｂは、走行車両２００の矢印Ｙ２方向側の車輪２０２ｂの重量を計測するように配置されている。

演算装置３は、図１に示すように、車両検出部３１と、信号変換部３２と、演算部３３と、記憶部３４とを含んでいる。演算装置３は、たとえば、路側に設けられている。なお、輪重センサ２ａおよび２ｂと、信号変換部３２と、演算部３３と、記憶部３４とにより、軸重計測部５０が構成されている。

車両検出部３１は、ループコイル１ａおよび１ｂのインダクタンスの変化を検出することにより、走行車両２００の計測領域Ｒに対する進入および退出を検出する。そして、車両検出部３１は、走行車両２００の計測領域Ｒに対する進入および退出についての情報（以下、「入退情報」という）を演算部３３に出力する。

信号変換部３２は、輪重センサ２ａおよび２ｂから入力された信号に対して、電流／電圧変換、増幅、およびＡ／Ｄ変換を行う。そして、信号変換部３２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を演算部３３に出力する。すなわち、信号変換部３２は、輪重センサ２ａの計測値に対応するデジタル信号と、輪重センサ２ｂの計測値に対応するデジタル信号とを演算部３３に出力する。

演算部３３は、車両検出部３１から入力された入退情報を記憶部３４に記録する。また、演算部３３は、信号変換部３２から入力されたデジタル信号に基づいて、車輪２０２ａの重量値および車輪２０２ｂの重量値を算出し、これらの重量値を記憶部３４に記録する。そして、演算部３３は、走行車両２００の車軸２０１の数、各車軸２０１の重量（軸重）、走行車両２００の総重量、および車軸２０１間の距離などを算出する。なお、詳細については後述する。

次に、図１〜図３を参照して、本実施形態による走行車両の重量計測装置１００の動作について説明する。なお、このフローチャートの各ステップは、演算部３３（図１参照）により実行される。また、走行車両の重量計測装置１００（図１参照）では、以下の動作が繰り返し行われる。

まず、走行車両の重量計測装置１００では、図３のステップＳ１において、車両検出部３１（図１参照）でループコイル１ａ（図２参照）が走行車両の計測領域Ｒ（図２参照）への進入を検出したか否かが判断される。そして、走行車両が計測領域Ｒに進入していないと判断された場合には、ステップＳ１が繰り返し行われる。すなわち、重量計測装置１００は、走行車両が計測領域Ｒに進入するまで待機する。そして、走行車両が計測領域Ｒに進入したと判断された場合には、入退情報が記憶部３４（図１参照）に記録され、ステップＳ２に移る。

次に、ステップＳ２において、輪重センサ２ａまたは２ｂ（図２参照）が走行車両の輪重を計測したか否かが判断される。具体的には、信号変換部３２（図１参照）からある一定の閾値を超えたデジタル信号が入力されたか否かが判断される。そして、輪重センサ２ａまたは２ｂが走行車両の輪重を計測したと判断された場合には、輪重値が時間情報などとともに記憶部３４に記録され、ステップＳ３に移る。その一方、輪重センサ２ａおよび２ｂが走行車両の輪重を計測していないと判断された場合には、ステップＳ４に移る。

次に、ステップＳ３において、信号変換部３２から入力されたデジタル信号（計測結果）が記憶部３４に正常に記録されたか否かが判断される。そして、計測結果が記憶部３４に正常に記録されたと判断された場合には、ステップＳ４に移る。その一方、計測結果が記憶部３４に正常に記録されていないと判断された場合には、ステップＳ８において、計測が失敗したと判断され、一連の動作が終了する。

次に、ステップＳ４において、車両検出部３１でループコイル１ｂが走行車両の計測領域Ｒからの退出を検出したか否かが判断される。そして、走行車両が計測領域Ｒから退出していないと判断された場合には、ステップＳ５に移る。その一方、走行車両が計測領域Ｒから退出したと判断された場合には、入退情報が記憶部３４に記録され、ステップＳ６に移る。

次に、ステップＳ５において、走行車両が計測領域Ｒに進入してから所定の時間が経過したか否かが判断される。そして、所定の時間が経過していないと判断された場合には、ステップＳ２に戻る。その一方、所定の時間が経過したと判断された場合には、ステップＳ８において、計測が失敗したと判断されることにより計測結果が消去され、一連の動作が終了する。

また、ステップＳ４において走行車両が計測領域Ｒから退出したと判断された場合には、ステップＳ６において、記憶部３４に記録された計測結果があるか否かが判断される。そして、計測結果があると判断された場合には、ステップＳ７に移る。その一方、計測結果がないと判断された場合には、ステップＳ８において、計測が失敗したと判断され、一連の動作が終了する。

次に、ステップＳ７において、記憶部３４に記録された計測結果や時間情報などに基づいて、走行車両の車軸の数、各車軸の重量、走行車両の総重量、および車軸間の距離などが演算部３３で算出され、一連の動作が終了する。

ここで、ステップＳ７における軸重などの算出方法について説明する。この説明では、図２に示すように、走行車両２００が路面３００の計測領域Ｒを通行した場合について説明する。

この場合には、走行車両２００が計測領域Ｒに進入してから退出するまでの間に、輪重センサ２ａにより、走行車両２００の前方（矢印Ｘ１方向側）の車軸２０１に設けられた車輪２０２ａの重量が計測されるとともに、走行車両２００の後方（矢印Ｘ２方向側）の車軸２０１に設けられた車輪２０２ａの重量が計測されている。また、輪重センサ２ｂにより、走行車両２００の前方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ｂの重量が計測されるとともに、走行車両２００の後方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ｂの重量が計測されている。

したがって、記憶部３４には、走行車両２００の前方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ａの重量値が、その車輪２０２ａが輪重センサ２ａ上を通過した時間情報とともに記録されている。また、記憶部３４には、走行車両２００の前方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ｂの重量値が、その車輪２０２ｂが輪重センサ２ｂ上を通過した時間情報とともに記録されている。また、記憶部３４には、走行車両２００の後方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ａの重量値が、その車輪２０２ａが輪重センサ２ａ上を通過した時間情報とともに記録されている。また、記憶部３４には、走行車両２００の後方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ｂの重量値が、その車輪２０２ｂが輪重センサ２ｂ上を通過した時間情報とともに記録されている。

そして、走行車両２００の車軸２０１の数は、走行車両２００が計測領域Ｒに進入してから退出するまでの間に、輪重センサ２ａにより２つの車輪２０２ａが計測されるとともに、輪重センサ２ｂにより２つの車輪２０２ｂが計測されていることから、２本と算出される。

また、前方の車軸２０１の重量については、まず、前方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ａの重量値を２倍することにより、前方の車軸２０１の第１の重量値が算出されるとともに、前方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ｂの重量値を２倍することにより、前方の車軸２０１の第２の重量値が算出される。そして、前方の車軸２０１の第１の重量値と、前方の車軸２０１の第２の重量値との平均値を演算することにより、前方の車軸２０１の重量が算出される。

また、後方の車軸２０１の重量については、まず、後方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ａの重量値を２倍することにより、後方の車軸２０１の第１の重量値が算出されるとともに、後方の車軸２０１に設けられた車輪２０２ｂの重量値を２倍することにより、後方の車軸２０１の第２の重量値が算出される。そして、後方の車軸２０１の第１の重量値と、後方の車軸２０１の第２の重量値との平均値を演算することにより、後方の車軸２０１の重量が算出される。

また、走行車両２００の総重量は、前方の車軸２０１の重量と、後方の車軸２０１の重量とを加算することにより算出される。

本実施形態では、上記のように、２つの輪重センサ２ａおよび２ｂを用いて車軸２０１の重量を算出することによって、３つの輪重センサを設ける場合に比べて、部品点数を削減することができる。これにより、走行車両の重量計測装置１００の機器コストおよび設置コストの低減を図ることができる。

また、本実施形態では、輪重センサ２ａおよび２ｂが間隔Ｄを隔てて配置され、輪重センサ２ａの計測結果と輪重センサ２ｂの計測結果とに基づいて、車軸２０１の重量を算出することによって、走行車両２００の振動に起因して発生する測定誤差を小さくすることができるので、測定結果の正確性の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、輪重センサ２ａが車輪２０２ａの重量を計測するとともに、輪重センサ２ｂが車輪２０２ｂの重量を計測することにより、走行車両２００の片荷率などに起因して、測定結果の正確性が低下するのを抑制することができる。なお、片荷率とは、左右方向（矢印Ｙ１方向および矢印Ｙ２方向）における走行車両２００の重量のバランスの違いの割合のことをいう。また、このバランスの違いは、走行車両２００に積載する荷物などの影響により発生する。

次に、輪重センサ２ａおよび２ｂの間隔Ｄについて説明する。ここで、ｎ本の軸重計の計測結果の平均値を算出した際に、その算出された平均値に含まれる測定誤差Ｐ_Ｅは、以下の［数１］および［数２］に示す計算式により求められる（特開２００４−２７１３７８号公報参照）。なお、この測定誤差Ｐ_Ｅは、路面の材質、路面の凹凸、および、サスペンションなどに起因して走行車両が振動することにより発生する。

Ｘｎは、ｎ本目の軸重計の配置位置であり、λは、走行車両の振動波長であり、φは、位相角である。そして、本発明では、２本の輪重センサ（２ａおよび２ｂ）が配置されるので、測定誤差Ｐ_Ｅは、以下の［数３］に示す計算式により求められる。

そして、λを走行車両の速度に応じた範囲で変化させ、かつ、φを０〜２πの範囲で変化させたシミュレーションによって測定誤差Ｐ_Ｅが小さくなる間隔Ｄを求めた。

ここで、走行車両の振動周波数ｆを、１．５Ｈｚ〜４．５Ｈｚとした。また、走行車両の速度ｖを、１０ｋｍ／ｈ〜８０ｋｍ／ｈとした。そうすると、λ＝ｖ／ｆであることから、速度が１０ｋｍ／ｈで、振動周波数ｆが４．５Ｈｚである走行車両の振動波長λは約６１７ｍｍであり、速度が８０ｋｍ／ｈで、振動周波数ｆが１．５Ｈｚである走行車両の振動波長λは約１４８１５ｍｍである。

そして、このシミュレーションでは、間隔Ｄをある一定の基準に従って決定し（例えば、１０ｍｍピッチで１００〜１００００ｍｍの間から決定）、振動波長λを６００ｍｍ〜１５０００ｍｍの範囲で変化させ、かつ、位相角φを０〜２πの範囲で変化させた。具体的には、振動波長λを１．０５^ｎ毎に分割した６７パターン（６００×１．０５^ｎ（ｎは０〜６６））に変化させた。そして、位相角φを均等に分割した３２パターンに変化させた。したがって、合計２１４４（６７×３２）パターンについて、間隔Ｄ毎に測定誤差Ｐ_Ｅを算出した。その結果、間隔Ｄが４．３ｍ〜４．９ｍの場合に、測定誤差Ｐ_Ｅが小さくなることが判明した。すなわち、間隔Ｄが４．３ｍ〜４．９ｍであることが好ましいことが判明した。

また、発明者が行った実験により、重量計測装置１００の計測対象である走行車両２００の速度は、４０ｋｍ／ｈ以下であることが好ましいことが判明した。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、上記実施形態では、路面３００の計測領域Ｒに２つのループコイル（１ａおよび１ｂ）を設ける例を示したが、これに限らず、路面３００の計測領域Ｒに１つのループコイルを設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、車軸の重量を、第１の重量値と第２の重量値との平均値として算出したが、この平均値に所定の演算を施した結果をもって車軸の重量としてもよい。例えば、平均値に一定の係数を乗じた値を車軸の重量としてもよい。

また、上記実施形態において、輪重センサ２ａ（２ｂ）は、車輪２０２ａ（２０２ｂ）の接地幅よりも矢印Ｘ１方向の幅が広い載荷板型の圧電センサであってもよいし、車輪２０２ａ（２０２ｂ）の接地幅よりも矢印Ｘ１方向の幅が狭い棒型の圧電センサであってもよい。

２ａ 輪重センサ（第１輪重計）
２ｂ 輪重センサ（第２輪重計）
３３ 演算部
５０ 軸重計測部（軸重計測装置）
２００ 走行車両
２０１ 車軸
２０２ａ、２０２ｂ 車輪

Claims (4)

1. 走行車両の車軸の重量を計測する軸重計測装置において、
   前記車軸に設けられた一方側の車輪の重量を計測する第１計測位置に配置された第１輪重計と、
   前記車軸に設けられた他方側の車輪の重量を計測する第２計測位置に配置された第２輪重計と、
   前記第１輪重計の計測結果と、前記第２輪重計の計測結果とに基づいて、前記車軸の重量を算出する演算部と、を備え、
   前記第２輪重計は、走行車両の走行方向において、前記第１輪重計と所定の間隔を隔てて配置され、
   前記演算部は、
   前記第１輪重計の計測結果を２倍することにより、前記車軸の第１の重量値を算出するとともに、
   前記第２輪重計の計測結果を２倍することにより、前記車軸の第２の重量値を算出し、
   前記第１の重量値と前記第２の重量値との平均値に基づいて、前記車軸の重量を算出する、ことを特徴とする軸重計測装置。
2. 請求項１に記載の軸重計測装置において、
   前記第１輪重計および第２輪重計は、走行車両の走行方向と直交する方向において、路面の中央部から互いに逆方向へ延びるように配置されている、ことを特徴とする軸重計測装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の軸重計測装置において、
   前記演算部は、前記第１の重量値と前記第２の重量値との平均値を前記車軸の重量として算出する、ことを特徴とする軸重計測装置。
4. 走行車両の車軸の重量を計測する軸重計測方法において、
   第１計測位置に配置された第１輪重計により、前記車軸に設けられた一方側の車輪の重量を計測する工程と、
   演算部により、前記第１輪重計の計測結果を２倍することによって、前記車軸の第１の重量値を算出する工程と、
   走行車両の走行方向において、前記第１輪重計と所定の間隔を隔てて配置された第２輪重計により、前記車軸に設けられた他方側の車輪の重量を計測する工程と、
   前記演算部により、前記第２輪重計の計測結果を２倍することによって、前記車軸の第２の重量値を算出する工程と、
   前記演算部により、前記第１の重量値と前記第２の重量値との平均値に基づいて、前記車軸の重量を算出する工程と、を備えることを特徴とする軸重計測方法。

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