JP2012208031A - 車両軸重計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の踏板の構成を大きく変更することなく軸重計測装置を構築する。
【解決手段】車両の通行経路５０上に設けられた踏板２と、踏板２の一部をなし、車両の車輪の荷重を受けて変位する踏板フレーム６，１０と、踏板フレーム１０の変位により、流体２２に圧力を与える圧力変換器７と、流体の圧力を検出するセンサ８と、センサの出力から車両の軸重を計算する演算部とを有する車両軸重計測装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、有料道路における自動料金収受システムに利用される車両軸重計測装置に関する。

近年、高速道路等の有料道路や駐車場等の料金所ゲートにおいて、料金の収受を自動化するシステムとしてＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｅｍ)が導入されている。このＥＴＣによる料金収受方法は、車両に搭載された車載器にセットしたＩＣカードと料金所に設置された料金収受システムのアンテナとの間で無線通信を行うことで当該車両の車両特定情報を取得し、通行料金を収受するものである。

この料金収受システムにおける料金所の通行処理用の通行経路には、車両の進入検知を行うための踏板が設けられている（例えば特許文献１参照）。この踏板は、通行経路に埋設されており、内部に設けられた接点体が車両に重量によって短絡されることで当該車両の押圧を検知する。押圧の有無を示す押圧信号は料金収受システムの車線サーバに出力され、車線サーバは押圧信号に基づいて車両の進入検知や前後進検知を行う。

また、この他、車両における車輪の左右間の距離（トレッド）を検知可能な踏板も知られている（例えば特許文献２参照）。
このような踏板によって検出される車両の押圧に基づく情報（以下、踏板検出情報と称する）は、アンテナが取得する車両特定情報と車線サーバにて紐付けられ、有料道路の円滑な運用に供されている。

一方、有料道路の料金所の手前には、上記料金収受システムとは別個に軸重計が設けられている(例えば特許文献３参照）。この軸重計は、道路保全等の目的から、通行する車両の軸重を測定してその過積載の可能性有無を判定するものである。
また、車両の軸重を歪ゲージ等の軸重検出部で検出するとともに当該検出された軸重情報に基づいて車両の軸数やトレッド、前後進等の踏板検出情報を取得可能な踏板も知られている（例えば特許文献４参照）。

特許第２９４１６５０号公報 特開昭６１−１６６６８８号公報 特開２００８−０３９４８９号公報 特開平０７−２２５８９１号公報

しかしながら、特許文献４に記載の踏板は、軸重検出部を前後方向にずらして配置した上で、一定時間をおいて検出された信号を元に軸重を計算する構成であるため、従来の踏板に対して構成が大きく異なり、従来の踏板からの換装に際して時間およびコストがかかるという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、従来の踏板の構成を大きく変更することなく構築することができる軸重計測装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の車両軸重計測装置は、車両の通行経路上に設けられた踏板と、前記踏板の一部をなし、前記車両の車輪の荷重を受けて変位する踏板フレームと、前記踏板フレームの変位により、流体に圧力を与える圧力変換器と、前記流体の圧力を検出するセンサと、前記センサの出力から前記車両の軸重を計算する演算部とを有することを特徴とする。

上記構成によれば、従来の踏板の一部である踏板フレームの変位を検出して車両の軸重を計算するため、従来の踏板を大きく変更することなく軸重計測装置を構築することができる。また、踏板の外部に圧力変換器を配置することによって、踏板との連動が可能となり、車両の複雑な挙動に対応することが可能となる。

また、本発明の車両軸重計測装置は、記通行経路に沿って、前記車輪の通過により開閉動作する複数のスイッチを設け、前記演算部は、前記複数のスイッチの開閉タイミングにより前記センサの出力を補正して前記車両の軸重を計算することが好ましい。

上記構成によれば、制御部が複数のスイッチの開閉タイミングを参照することにより、車両の軸重の誤検出を防止することができる。

また、前記演算部は、最も手前のスイッチより車両前方に向かって順に全てのスイッチから閉信号が発信された場合のみ、前記センサの出力より軸重を計算することが好ましい。

上記構成によれば、制御部が複数のスイッチの出力順を参照して車両の進行方向を判断する為、車両の軸重の誤検出の防止がより確実となる。

また、前記圧力変換器は、前記流体が充填された筒形状のシリンダ体と、ピストンロッドが連結されたピストンとから構成され、前記踏板フレームの変位により前記ピストンロッド及び前記ピストンが押圧され、前記ピストンが前記流体に圧力を与えることにより前記シリンダ体が前記センサを押圧し、前記流体の圧力を検出することが好ましい。

上記構成によれば、シリンダ体等にセンサなどの電気部材がないことにより、雨水などの環境条件に対して耐性のある車両軸重計測装置を構築することができる。

また、前記踏板は、前記踏板フレーム内に支持され、前記複数のスイッチを内蔵した踏板本体と、前記踏板フレームとから構成され、前記踏板フレームは、その一部が独立して変位することが好ましい。

上記構成によれば、踏板フレームの一部のみを変位させる構成としたため、軸重計測の際、踏板フレームの変位がスイッチの動作に影響を及ぼすことなく、スイッチの信頼性を確保することができる。

本発明によれば、より小型な構成で軸重を算出する軸重計測装置を構築することができる。これにより、既存の踏板の直近に軸重計測装置を設置することが可能となる。

本発明の第一実施形態の車両軸重計測装置を示す概略図である。 本発明の第一実施形態の車両軸重計測装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 制御部に送信される信号のグラフである。 制御部に送信される信号のグラフである。

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。
図１に示すように、本実施形態の車両軸重計測装置１は、車両の通行経路５０上に設けられた踏板２と、通行経路５０を挟み、対峙して設置された車両分離器３と、踏板２及び車両分離器３と接続される制御部４とを有する。

踏板２は、車両分離器３の光軸下の路面５２に埋設され、通行経路５０を幅方向に跨ぐように設置されているため、通行経路５０を車両５１が通過した際、車両５１の前輪及び後輪が順に車両軸重計測装置１上を通過する。
車両分離器３は、光透過方式の光センサが用いられており、車両５１が、車両分離器３間を通過している間に、車両検知信号を発信する。

図２及び図３に示すように、踏板２は、踏板本体５と、踏板本体５を支持する踏板フレーム６と、車両５１が踏板フレーム６上を通過した際、圧力を出力する圧力シリンダ７とを有する。また、図２の矢印は車両５１の進行方向（前方）である。

踏板フレーム６は鉄からなる剛体であり、路面５２に形成された凹溝５３に組み込まれるものである。踏板フレーム６は、上に開口を有する断面コ字状で、かつ、通行経路５０の幅方向に延在する本体部９と、本体部９の上端より前方に延在する第一フランジ部１０と、後方に延在する第二フランジ部１１とからなる。なお、前方とは、車両の進行方向（図２の上方）であり、後方はその反対方向である。第一フランジ部１０は、本体部９とは分割され独立しており、車両５１の車輪の荷重を受けて上下方向に変位するように構成されている。

踏板本体５の内部には、３つの長尺形状の踏板接点体１３が内蔵されている。３つの踏板接点体１３は、車両５１の通行経路に沿って等間隔に設置されており、車両５１の通過によって開閉動作するように構成されているセンサである。以下、３つの踏板接点体１３を、進行方向の順に第一踏板接点体１３ａ、第二踏板接点体１３ｂ、第三踏板接点体１３ｃと称する。

圧力シリンダ７は、円筒形状のシリンダ体１８と、ピストンロッド１９が連結されたピストン２０とから構成されている。シリンダ体１８は、軸方向が鉛直方向に沿うように、第一フランジ部１０の下方であって第一フランジ部１０の左右方向中央に配置されている。ピストン２０は、シリンダ体１８の内部に上下方向に往復移動可能に組み込まれており、ピストンロッド１９は、ピストン２０の中央部より上方に設けられ、シリンダ体１８の外部に延在している。

また、本実施形態においては、上記構成に加えて圧力センサ８を備えている。
圧力センサ８は、シリンダ体１８の外部に設けられており、ピストン２０の下方の空間２２を検出空間として、この検出空間の圧力を検出するセンサであって、例えば空間２２内に挿入された気圧プローブ２３によって空間２２内の気体の圧力を検出可能とされている。圧力センサ８は制御部４の筐体内に設置されている。
この圧力センサ８が検出する空間２２の圧力の値は制御部４に出力される。なお、圧力センサ８は、空間２２の気圧を測定可能であればいかなる形式のものであってもよい。

第一フランジ部１０、圧力シリンダ７は、上方から第一フランジ部１０、圧力シリンダ７の順で、鉛直方向に直列に配置されている。ピストンロッド１９の上端は、第一フランジ部１０の下面１０ａに突き当てられている。よって、第一フランジ部１０が上下方向に変位すると、ピストンロッド１９及びピストン２０が押圧され、ピストン２０が空間２２に圧力を与える。

次に、本実施形態の車両軸重計測装置１の作用について説明する。
車両５１が前方に移動しながら踏板２を踏圧すると、踏板本体５及び第一フランジ部１０が押圧される。まず、車両５１が踏板２の踏板本体５上を通過すると踏板接点体１３より閉信号が発信される。具体的には、第一踏板接点体１３ａ、第二踏板接点体１３ｂ、第三踏板接点体１３ｃが順に閉信号を制御部４に発信する。

さらに、車両５１が前方に移動すると、車両５１によって、第一フランジ部１０が上方より押圧され、ピストンロッド１９を介してピストン２０がシリンダ体１８の内部で下方に移動する。次いで、ピストン２０の下方の空間２２が圧縮されることによって圧力が上昇する。これにより、空間２２の気体の圧力は、気圧プローブ２３を介して圧力センサ８によって計測され、荷重に応じた電力が制御部４に送信される。
また、車両分離器３により、車両検知信号が制御部４に送信される。

制御部４は、複数の踏板接点体１３の開閉タイミングにより、圧力センサ８の出力を補正して車両５１の軸重を計算する。以下に、図４を参照して、そのプロセスを説明する。
図４（ａ）に示すように、大型車両５４が通常走行した場合は、車両分離器３、踏板接点体１３、及び圧力センサ８から制御部４に図４（ｂ）のグラフに示されるような信号が出力される。このグラフにおいて、横軸は時間である。縦軸は車両分離器３及び踏板接点体１３がＯＮ／ＯＦＦ、圧力センサ８が荷重である。

制御部４は、所定時間内、例えば、車両分離器３の間を標準的な速度で車両５１が通過する時間内において、第一踏板接点体１３ａ、第二踏板接点体１３ｂ、第三踏板接点体１３ｃの順に、閉信号（ＯＮ）が出力された後に、圧力センサ８から、荷重の信号が出力された場合に、車両５１が通過したと判断する機能を有している。つまり、所定時間内に、車両軸重計測装置１に進入する車両５１に対して最も手前の踏板接点体１３ａより、車両５１前方に向かって順に全ての踏板接点体１３から閉信号が発信された場合のみ、圧力センサ８の荷重出力を有効な入力として軸重を計算する。
よって、図４（ｂ）のような出力を検知することによって、車両５１が通過したと判断し、圧力センサ８の出力より、車両の軸重を演算する。車両５１と判断された場合、荷重信号の最大値を荷重Ｆとして採用する。

また、制御部４は、入力される信号に応じて、車両か否かを選別する機能を有する。
図５（ａ）に示すように、大型車両５４の前輪のみが車両軸重計測装置１に一旦進入し後進した場合は、車両分離器３、踏板接点体１３、及び圧力センサ８から制御部４に対して、図５（ｂ）のグラフに示されるような信号が出力される。
制御部４は、第一踏板接点体１３ａ、第二踏板接点体１３ｂ、第三踏板接点体１３ｃの順に、閉信号（ＯＮ）が出力されることによって、前進を検知するが、その後に、第三踏板接点体１３ｃ、第二踏板接点体１３ｂ、第一踏板接点体１３ａの順に、閉信号（ＯＮ）が出力されることによって、車両５１の後進を検知する。これにより、対象の車両が進入していないと判断し、車両計測をキャンセルする。

また、車両軸重計測装置１は、従来の踏板と同様に、自動料金収受システムに使用される車両５１の軸数計測機能を有する。車両５１の軸数計測機能は、車両５１の軸数を計測する機能であり、上述した方法で計測された荷重の入力の大きさ、及びタイミングに基づき、通過する車両５１の軸数を計測し、例えば、車両５１の車種の判別に利用される。

上記実施形態によれば、従来の踏板の一部である踏板フレーム６の変位を検出して車両５１の軸重を計算するため、従来の踏板を大きく変更することなく軸重計測装置１を構築することができる。また、踏板２の内部（フレーム部分）に圧力シリンダ７を配置することによって、踏板２との連動が可能となり、車両の複雑な挙動に対応することが可能となる。

また、制御部４が複数の踏板接点体１３の開閉タイミングを参照することにより、車両５１の軸重の誤検出を防止することができる。さらに、制御部４が複数の踏板接点体１３の出力順を参照して車両５１の進行方向を判断する為、車両５１の軸重の誤検出の防止がより確実となる。

また、圧力シリンダ７を構成するシリンダ体１８等にセンサなどの電気部材がないことにより、雨水などの環境条件に対して耐性のある車両軸重計測装置１を構築することができる。
さらに、踏板フレーム６の一部である第一フランジ部１０のみを変位させる構成としたため、軸重計測の際、踏板フレーム６の変位が踏板接点体１３の動作に影響を及ぼすことなく、踏板接点体１３の信頼性を確保することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、圧縮性流体（気体）を利用した圧力シリンダ７の代替として、不凍液やジェルなどの非圧縮性流体（液体）を封入した液圧シリンダを用いる構成としてもよい。不凍液を用いることによって、積雪地帯など冬季に凍結してしまうことを予想される環境においても車両軸重計測装置を稼働させることができる。また、ジェルのような半固形物を用いることによって、液漏れ防止効果、蒸発防止効果など、取り扱いやすさを向上させることができる。

また、踏板接点体１３の数は進行方向に３つと限ることはなく、４つ以上としてもよい。４つ以上とした場合、より詳細に荷重のデータを収集することができるため、軸重の精度を向上させることができる。

１…車両軸重計測装置、２…踏板、４…制御部（演算部）、５…踏板本体、６…踏板フレーム、７…圧力シリンダ（圧力変換器）、８…圧力センサ（センサ）、１０…第一フランジ部、１３…踏板接点体（スイッチ）、１８…シリンダ体、１９…ピストンロッド、２０…ピストン、２２…空気（流体）、５０…通行経路、５１…車両。

Claims (5)

1. 車両の通行経路上に設けられた踏板と、
   前記踏板の一部をなし、前記車両の車輪の荷重を受けて変位する踏板フレームと、
   前記踏板フレームの変位により、流体に圧力を与える圧力変換器と、
   前記流体の圧力を検出するセンサと、
   前記センサの出力から前記車両の軸重を計算する演算部とを有することを特徴とする車両軸重計測装置。
2. 前記通行経路に沿って、前記車輪の通過により開閉動作する複数のスイッチを設け、
   前記演算部は、前記複数のスイッチの開閉タイミングにより前記センサの出力を補正して前記車両の軸重を計算することを特徴とする請求項１に記載の車両軸重計測装置。
3. 前記演算部は、最も手前のスイッチより車両前方に向かって順に全てのスイッチから閉信号が発信された場合のみ、前記センサの出力より軸重を計算することを特徴とする請求項２に記載の車両軸重計測装置。
4. 前記圧力変換器は、前記流体が充填された筒形状のシリンダ体と、ピストンロッドが連結されたピストンとから構成され、
   前記踏板フレームの変位により前記ピストンロッド及び前記ピストンが押圧され、前記ピストンが前記流体に圧力を与えることにより前記シリンダ体が前記センサを押圧し、前記流体の圧力を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両軸重計測装置。
5. 前記踏板は、前記踏板フレーム内に支持され、前記複数のスイッチを内蔵した踏板本体と、前記踏板フレームとから構成され、
   前記踏板フレームは、その一部が独立して変位することを特徴とする請求項４に記載の車両軸重計測装置。

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