JP2014126508A - Vehicle eigen frequency detector and center-of-gravity position measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の固有振動数を検出する車両固有振動数検出装置およびそれを用いた重心位置測定装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle natural frequency detection device that detects a natural frequency of a vehicle and a center-of-gravity position measurement device using the same.
従来、貨物トラックやトレーラー等の車両の重心高さを定位置で測定するものとして、例えば特許文献1にて提案されている重心高さ測定装置がある。
Conventionally, as a device for measuring the height of the center of gravity of a vehicle such as a cargo truck or a trailer at a fixed position, there is a center-of-gravity height measuring device proposed in
この特許文献1に係る重心高さ測定装置においては、複数のロードセルによって支持される載台上に車両を載せた状態でその載台を水平方向に自由振動させ、この時の載台の変位、加速度、ロードセルの荷重信号に基づいて、車両の重心高さを測定するようにされている。
In the center-of-gravity height measuring device according to
しかしながら、この重心高さ測定装置では、載台と車両の両方を一緒に自由振動させた状態で測定が行われるため、剛体とみなすことができる載台の振動成分と、サスペンション等の装備のために剛体とはみなすことができない車両の振動成分とが混在してしまい、車両の重心高さを高精度で測定することができないという問題点がある。 However, in this center-of-gravity height measurement device, the measurement is performed in a state where both the platform and the vehicle are freely vibrated together, so the vibration component of the platform that can be regarded as a rigid body and the equipment such as the suspension However, there is a problem that the vibration component of the vehicle that cannot be regarded as a rigid body is mixed, and the height of the center of gravity of the vehicle cannot be measured with high accuracy.
そこで、載台の振動成分を除いて、車両の固有の振動成分に基づく車両固有振動数を正確に検出することができれば、この車両固有振動数に基づいて重心高さを高精度で測定することができると考えられ、それを実現するための車両固有振動数検出装置およびそれを用いた重心位置測定装置の出現が望まれている。 Therefore, if the vehicle natural frequency based on the inherent vibration component of the vehicle can be accurately detected excluding the vibration component of the platform, the center of gravity height can be measured with high accuracy based on the vehicle natural frequency. Therefore, the advent of a vehicle natural frequency detection device and a center-of-gravity position measurement device using the same has been desired.
本発明は、前述のような問題点等に鑑みてなされたもので、車両の固有振動数を正確に検出することができる車両固有振動数検出装置を提供するとともに、この車両固有振動数検出装置を用いて車両の重心高さを高精度で測定することができる重心位置測定装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems and the like, and provides a vehicle natural frequency detection device capable of accurately detecting the natural frequency of the vehicle, and the vehicle natural frequency detection device. An object of the present invention is to provide a center-of-gravity position measuring apparatus that can measure the center of gravity of a vehicle with high accuracy.
前記目的を達成するために、第1発明による車両固有振動数検出装置は、
車両の固有振動数を検出する車両固有振動数検出装置であって、
荷重を検出する複数のロードセルと、
前記ロードセルによって支持され、車両を載せる載台と、
前記載台上の車両を揺り動かす揺動手段と、
前記載台の揺れを止める揺れ止め手段と、
前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両の固有振動数を算出する固有振動数演算手段と、
を備えることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a vehicle natural frequency detection device according to the first invention comprises:
A vehicle natural frequency detection device for detecting a natural frequency of a vehicle,
A plurality of load cells for detecting the load;
A platform that is supported by the load cell and carries a vehicle;
Rocking means for rocking the vehicle on the table,
Anti-sway means for stopping the shaking of the table,
A natural frequency calculating means for calculating a natural frequency of the vehicle based on a load signal from the load cell;
It is characterized by providing.
第1発明において、前記固有振動数演算手段は、前記載台上に車両が乗り込んだ際における前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両の鉛直振動数を算出するものとすることができる(第2発明)。 In the first invention, the natural frequency calculating means may calculate a vertical frequency of the vehicle based on a load signal from the load cell when the vehicle gets on the table. invention).
第1発明または第2発明において、前記載台上の車両は、前記揺動手段によってその幅方向に揺り動かされ、前記固有振動数演算手段は、前記揺れ止め手段によって前記載台の揺れが止められた状態での前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両のローリング振動数を算出するものとすることができる(第3発明)。 In the first invention or the second invention, the vehicle on the table is rocked in the width direction by the rocking means, and the natural frequency calculating means is prevented from shaking the table by the rocking means. The rolling frequency of the vehicle can be calculated on the basis of the load signal from the load cell in the state where the load cell has been turned on (third invention).
第1発明または第2発明において、前記載台上の車両は、前記揺動手段によってその全長方向に揺り動かされ、前記固有振動数演算手段は、前記揺れ止め手段によって前記載台の揺れが止められた状態での前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両のピッチング振動数を算出するものとすることができる(第4発明)。 In the first or second aspect of the invention, the vehicle on the table is rocked in the full length direction by the rocking means, and the natural frequency calculating means is prevented from shaking the table by the rocking means. The pitching frequency of the vehicle can be calculated on the basis of the load signal from the load cell in the state where the load cell is in the state (fourth invention).
次に、第5発明による車両固有振動数検出装置は、
車両の固有振動数を検出する車両固有振動数検出装置であって、
荷重を検出する複数のロードセルと、
前記ロードセルによって支持され、車両を載せる載台と、
前記載台への車両の進入によりその車両から前記載台が受ける力または前記載台上での車両の停止によりその車両から前記載台が受ける力によって車両と共に揺り動かされる前記載台の揺れを止める揺れ止め手段と、
前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両の固有振動数を算出する固有振動数演算手段と、
を備えることを特徴とするものである。
Next, the vehicle natural frequency detection device according to the fifth aspect of the present invention provides:
A vehicle natural frequency detection device for detecting a natural frequency of a vehicle,
A plurality of load cells for detecting the load;
A platform that is supported by the load cell and carries a vehicle;
Stops shaking of the preceding table that is swung with the vehicle by the force that the preceding table receives from the vehicle by the approach of the preceding table or the force that the preceding table receives from the vehicle by stopping the vehicle on the preceding table Anti-sway means,
A natural frequency calculating means for calculating a natural frequency of the vehicle based on a load signal from the load cell;
It is characterized by providing.
また、第6発明による重心位置測定装置は、
第1発明または第5発明に係る車両固有振動数検出装置を用いた重心位置測定装置であって、
前記固有振動数演算手段によって算出される車両の固有振動数に基づいて車両の重心高さを算出する重心高さ演算手段を備えることを特徴とするものである。
A center-of-gravity position measuring apparatus according to the sixth invention
A gravity center position measuring device using the vehicle natural frequency detection device according to the first or fifth invention,
It is characterized by comprising a center-of-gravity height calculating means for calculating the height of the center of gravity of the vehicle based on the natural frequency of the vehicle calculated by the natural frequency calculating means.
第6発明において、前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両の二次元重心位置を算出する二次元重心位置演算手段を備えるのが好ましい(第7発明)。 In a sixth aspect of the invention, it is preferable to include a two-dimensional center-of-gravity position calculating means for calculating a two-dimensional center-of-gravity position of the vehicle based on a load signal from the load cell (seventh aspect).
第1発明乃至第4発明の車両固有振動数検出装置においては、載台上に車両が乗り込んだ際における複数のロードセルからの荷重信号に基づいて車両の鉛直振動数が算出される。ここで、複数のロードセルによって支持される載台は、構造上、鉛直方向には揺り動かされないので、載台の振動成分を除いた、車両の鉛直方向の振動成分による荷重変化が複数のロードセルによって検出されることになり、車両の鉛直振動数を正確に検出することができる。
また、載台上に車両が乗り込んだ後において、載台上の車両は、揺動手段によってその幅方向または全長方向に揺り動かされ、その後、車両と共に揺り動かされている載台の揺れが揺れ止め手段によって止められる。これにより、載台の振動成分を除いた、車両のローリング方向またはピッチング方向の振動成分による荷重変化が複数のロードセルによって検出されることになり、車両のローリング振動数またはピッチング振動数を正確に検出することができる。
In the vehicle natural frequency detection device according to the first to fourth aspects of the invention, the vertical frequency of the vehicle is calculated based on load signals from a plurality of load cells when the vehicle gets on the platform. Here, because the platform supported by the plurality of load cells is not rocked in the vertical direction due to the structure, the load change due to the vibration component in the vertical direction of the vehicle excluding the vibration component of the platform is caused by the plurality of load cells. As a result, the vertical frequency of the vehicle can be accurately detected.
In addition, after the vehicle gets on the platform, the vehicle on the platform is swung in the width direction or the full length direction by the swinging means, and then the swinging of the mount that is swung with the vehicle is prevented from shaking. Stopped by. As a result, load changes caused by vibration components in the rolling direction or pitching direction of the vehicle, excluding vibration components of the platform, are detected by multiple load cells, and the rolling frequency or pitching frequency of the vehicle is accurately detected. can do.
第5発明の車両固有振動数検出装置においても、載台上に車両が乗り込んだ際における複数のロードセルからの荷重信号に基づいて車両の鉛直振動数が算出される。第1発明乃至第4発明と同様に、複数のロードセルによって支持される載台は、構造上、鉛直方向には揺り動かされないので、載台の振動成分を除いた、車両の鉛直方向の振動成分による荷重変化が複数のロードセルによって検出されることになり、車両の鉛直振動数を正確に検出することができる。
また、車両の載台への進入によって車両から載台が受ける力または車両の載台上での停止によって車両から載台が受ける力によって、車両と共に載台がその車両の全長方向に揺り動かされ、その後、車両と共に揺り動かされている載台の揺れが揺れ止め手段によって止められる。これにより、載台の振動成分を除いた、車両のピッチング方向の振動成分による荷重変化が複数のロードセルによって検出されることになり、車両のピッチング振動数を正確に検出することができる。
Also in the vehicle natural frequency detection device of the fifth aspect of the invention, the vertical frequency of the vehicle is calculated based on load signals from a plurality of load cells when the vehicle gets on the platform. Similar to the first to fourth inventions, the platform supported by the plurality of load cells is not rocked in the vertical direction because of the structure. Therefore, the vibration component in the vertical direction of the vehicle excluding the vibration component of the platform. The load change due to is detected by a plurality of load cells, and the vertical frequency of the vehicle can be accurately detected.
In addition, due to the force received by the platform from the vehicle by entering the vehicle platform or the force received by the platform from the vehicle by stopping on the vehicle platform, the platform is swung in the full length direction of the vehicle together with the vehicle, Thereafter, the shaking of the platform that is being swung with the vehicle is stopped by the shaking stopping means. As a result, the load change due to the vibration component in the pitching direction of the vehicle excluding the vibration component of the platform is detected by the plurality of load cells, and the pitching frequency of the vehicle can be accurately detected.
第1発明乃至第5発明の車両固有振動数検出装置によれば、載台の振動成分が除かれて、車両の振動成分のみによる荷重変化が複数のロードセルによって検出され、これらロードセルの検出信号に基づいて車両の鉛直振動数やローリング振動数、ピッチング振動数などの車両固有振動数が算出されるので、車両固有振動数を正確に検出することができる。 According to the vehicle natural frequency detection device of the first to fifth inventions, the vibration component of the mounting base is removed, and a load change due to only the vibration component of the vehicle is detected by a plurality of load cells. Since the vehicle natural frequency such as the vertical frequency, rolling frequency, and pitching frequency of the vehicle is calculated based on this, the vehicle natural frequency can be detected accurately.
また、第6発明の重心位置測定装置によれば、前記車両固有振動数検出装置によって検出される車両の鉛直振動数やローリング振動数、ピッチング振動数に基づいて車両の重心高さが算出されるので、車両の重心高さを高精度で測定することができる。
さらに、第7発明の重心位置測定装置によれば、複数のロードセルからの荷重信号に基づいて車両の二次元重心位置が算出されるので、重心高さも含めて車両の三次元重心位置を正確に測定することができる。
According to the center-of-gravity position measuring apparatus of the sixth aspect of the invention, the center-of-gravity height of the vehicle is calculated based on the vertical frequency, rolling frequency, and pitching frequency of the vehicle detected by the vehicle natural frequency detection device. Therefore, the height of the center of gravity of the vehicle can be measured with high accuracy.
Furthermore, according to the center-of-gravity position measurement apparatus of the seventh aspect of the invention, since the two-dimensional center of gravity position of the vehicle is calculated based on load signals from a plurality of load cells, the three-dimensional center of gravity position of the vehicle including the center of gravity height can be accurately determined. Can be measured.
次に、本発明による車両固有振動数検出装置および重心位置測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Next, specific embodiments of the vehicle natural frequency detection device and the gravity center position measurement device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
以下においては、車両固有振動数検出装置と重心位置測定装置の両方の機能を兼ね備えたトラックスケールについて説明することとする。 In the following, a description will be given of a truck scale having both functions of a vehicle natural frequency detection device and a gravity center position measurement device.
〔第1の実施形態〕
<トラックスケールの概略構成の説明>
図1(a)(b)に示されるトラックスケール1は、地面を掘り下げて形成されるピット2内に組み込まれる載台3を備えている。
載台3は、貨物トラックやトレーラー等の車両4が載ることができる大きさの平面視四角形状の板状部材からなり、その四隅がピット2の底面上に設置される第1ロードセル5、第2ロードセル6、第3ロードセル7および第4ロードセル8によって支持されている。
[First Embodiment]
<Description of schematic configuration of track scale>
A
The
<車両の説明>
本実施形態では、車両4として例えば図2(a)に示されるような貨物トラックが一例として挙げられる。図2(a)に示される車両4は、左右それぞれに第1車輪9,10が装着される第1車軸11と、左右それぞれに第2車輪12,13が装着される第2車軸14と、左右それぞれに第3車輪15,16が装着される第3車軸17とを有し、第1車軸11が運転席の下方に、第2車軸14および第3車軸17が荷台の下方に設けられてなる3軸車両である。
<Vehicle description>
In the present embodiment, for example, a cargo truck as shown in FIG. The
以下の説明において、前後左右方向は車両4の前進方向を基準として定めるものとし、車両4が前進して載台3に乗り込んだ状態における、車両4の幅方向および全長方向を載台3の幅方向および全長方向にそれぞれ一致させるものとする。
In the following description, the front-rear and left-right directions are determined based on the forward direction of the
<第1ロードセル〜第4ロードセルの基本構造の説明>
図3に示されるように、各ロードセル5〜8は、ダブルコンベックス・ローディング方式のひずみゲージを用いたコラム型ロードセルであり、弾性体21と、密封ケーシング22とを備えている。
弾性体21は、例えばアルミニウム合金やステンレス等の金属製で略円柱形状に形成され、その軸線を鉛直方向に向けて起立配置されている。
弾性体21は、軸線方向中央部に形成される起歪部23と、上端に形成される上側凸面24と、下端に形成される下側凸面25とを有している。上側凸面24および下側凸面25はいずれも、所定の曲率半径Rの部分球面形状に形成されている。
弾性体21は、起歪部23が密封ケーシング22内に気密に収められ、上端部および下端部がそれぞれ密封ケーシング22から露出させた状態で密封ケーシング22に組み込まれている。
そして、起歪部23に貼り付けられた図示されない所要のひずみゲージは、弾性体21に作用した荷重をその大きさに応じて電気的な荷重信号に変換して出力する。
<Description of basic structure of first load cell to fourth load cell>
As shown in FIG. 3, each of the
The
The
The
A required strain gauge (not shown) attached to the
弾性体21の上端部と載台3との間には、上側受け部材26が介在されている。上側受け部材26は、水平座面27を有し、この水平座面27を弾性体21の上側凸面24に接触させた状態で載台3に固定されている。
弾性体21の下端部とピット2の底面との間には、下側受け部材28が介在されている。下側受け部材28は、水平座面29を有し、この水平座面29を弾性体21の下側凸面25に接触させた状態でピット2に固定されている。
An upper receiving
A lower receiving
各ロードセル5〜8においては、載台3の水平幅方向(車両4の幅方向)の変位y0に対して復元力Fyを発生する。同様に、載台3の水平全長方向(車両4の全長方向)の変位x0に対して復元力Fxを発生する。代表として、復元力Fyについて、図4を用いて以下に説明する。
In each of the
図4には、載台3の水平幅方向(車両4の幅方向)の変位y0に伴って各ロードセル5〜8の弾性体21が垂直状態から横方向にy0だけ移動してθだけ傾斜した状態が示されている。図中記号を以下のように定める。
y0:弾性体21の上部の移動量
S:弾性体21の上部と下部の接触点長さ
H:弾性体21の高さ(ロードセル5〜8の高さ)
A:上側凸面24の曲率半径(=R)
B:下側凸面25の曲率半径(=R)
N:弾性体21に作用する垂直荷重
θ:弾性体21の傾斜角
In FIG. 4, the
y 0 : Movement amount of the upper part of the elastic body 21 S: Contact point length between the upper and lower parts of the elastic body 21 H: Height of the elastic body 21 (height of the
A: radius of curvature of upper convex surface 24 (= R)
B: radius of curvature of lower convex surface 25 (= R)
N: vertical load acting on the
図4において、弾性体21の傾斜角θの値が微小であるならば、次式(1)が成立する。
tanθ≒y0/H ・・・(1)
また、弾性体21の上部と下部の接触点長さSは、次式(2)で表わすことができる。
S≒A・tanθ+(B−H)tanθ
=(A+B−H)・y0/H ・・・(2)
そして、垂直荷重Nと復元力Fyとの比Kは、次式(3)で表わすことができる。
K=Fy/N≒S/H=(A+B−H)・y0/H2 ・・・(3)
前記式(3)より復元力Fyは、次式(4)で表わすことができる。
Fy=N・(A+B−H)・y0/H2 ・・・(4)
なお、復元力Fxは、載台3の水平全長方向(車両の全長方向)の変位x0に対して、式(4)を援用して、以下の式(5)のように表わすことができる。
Fx=N・(A+B−H)・x0/H2 ・・・(5)
In FIG. 4, if the value of the inclination angle θ of the
tan θ≈y 0 / H (1)
Further, the contact point length S between the upper and lower portions of the
S≈A · tan θ + (B−H) tan θ
= (A + B−H) · y 0 / H (2)
Then, the ratio K between the normal load N and restoring force F y can be represented by the following formula (3).
K = F y / N≈S / H = (A + B−H) · y 0 / H 2 (3)
From the above equation (3), the restoring force F y can be expressed by the following equation (4).
F y = N · (A + B−H) · y 0 / H 2 (4)
The restoring force F x can be expressed as the following formula (5) with the aid of the formula (4) with respect to the displacement x 0 of the mounting table 3 in the horizontal full length direction (the full length direction of the vehicle). it can.
F x = N · (A + B−H) · x 0 / H 2 (5)
<揺動手段、振れ止め手段の説明>
図5(a)に示されるように、載台3の下面には、当て金具31が突設され、ピット2の内部には、油圧シリンダ32が設置され、この油圧シリンダ32のシリンダロッドの先端部には、当て金具31に当接可能な押し金具33が装着されている。
載台3の一側面には、ピット2の壁面との間に所定隙間を存してストッパ34が突設されている。
<Description of swinging means and steadying means>
As shown in FIG. 5 (a), a
A
油圧シリンダ32の伸長作動により、油圧シリンダ32の推力が押し金具33から当て金具31を介して載台3に伝達され、図5(a)〜(b)に示されるように、載台3がピット2の壁面に向かって車両4の幅方向の一方側(図5(b)中記号X1矢印方向)に押進される。そして、図5(b)に示されるように、油圧シリンダ32は、ストッパ34を介して載台3をピット2の壁面に押し付け、その状態を保持する。
油圧シリンダ32の伸長作動によって載台3がその載台3上の車両4と共にその車両4の幅方向の一方側に向かって揺り動かされた後に、載台3がストッパ34を介してピット2の壁面に押し付けられ、その状態が油圧シリンダ32によって保持されると、載台3の揺れが止められる一方で、載台3上の車両4のみが幅方向に揺り動かされることになる。
油圧シリンダ32は、載台3上の車両4を揺り動かす揺動手段として機能するとともに、車両4と共に揺り動かされる載台3の揺れを止める揺れ止め手段としても機能する。
なお、油圧シリンダ32が収縮されて載台3に対する押動力が作用しなくなると、各ロードセル5〜8の復元力Fyの作用により、載台3が元の位置に戻される。
By the extension operation of the
After the
The
Incidentally, when the
<制御システムの説明>
次に、トラックスケール1の制御システムについて、図6を用いて以下に説明する。
図6に示される制御システムにおいて、各ロードセル5,6,7,8から出力されるそれぞれの信号は、増幅器35でA/D変換可能な大きさに増幅された後、ローパスフィルタ36で低域周波数のみが信号として通過されて、マルチプレクサ37に送り込まれる。マルチプレクサ37に送り込まれた複数の信号は、選択制御信号の指令に基づいて選択的にA/D変換器38へと送られ、このA/D変換器38でデジタル信号に変換された後、I/O回路39を介してMPU40へと送られる。
MPU40は、メモリ41に格納されている所定プログラムに従って、I/O回路39からの信号を取り込み、またメモリ41に記憶されている種々のデータを読み込み、これらの信号やデータに基づいて所定の演算を実行する。そして、その演算結果は表示装置42に表示される。
MPU40が本発明の「固有振動数演算手段」、「重心高さ演算手段」および「二次元重心位置演算手段」に対応する。
<Description of control system>
Next, the control system of the
In the control system shown in FIG. 6, each signal output from each
The
The
<重心高さの求め方の理論説明>
次に、図7を用いて、車両4の重心Gの重心高さの求め方について説明する。
ここで、図7中および理論式で用いる記号の意味を下記のとおり定義する。
HG:車両4の重心高さ
Tr:車両4のトレッド幅(有効トレッド幅)
m:車両4の総重量
k:車両4のサスペンションばね定数
h1:載台3から車両4のサスペンションばね上までの高さ(ばね下高さ)
h2:車両4のサスペンションばね上から重心Gまでの高さ
g:重力加速度
θ:車両4のローリング方向の回転角度
Δ:車両4のサスペンション変形量
ω:車両4の鉛直振動数
ωθ:車両4の幅方向の重心G回りの回転振動であるローリング振動数
<Theoretical explanation of how to find the height of the center of gravity>
Next, how to obtain the height of the center of gravity of the center of gravity G of the
Here, the meanings of symbols used in FIG. 7 and in the theoretical formula are defined as follows.
H G : Height of center of gravity of vehicle 4 T r : Tread width of vehicle 4 (effective tread width)
m: total weight of the vehicle 4 k: suspension spring constant of the vehicle 4 h 1 : height from the
h 2 : Height from above the suspension spring of the
まず、図7(a)において、鉛直方向について運動方程式を立てると、次のようになる。
次に、図7(b)において、ローリング振動についてモーメントのつり合いを考えると、以下のようになる。
θが微小なとき、sinθ≒θとなるので、
Since sin θ≈θ when θ is very small,
前記式(6),(7)において、k/mが共通しているので消去する。
前記式(6)より、
前記式(7)より、
前記式(8)の計算結果の正の値(h2>0)と、車両4の車種によってある程度決まった値であるばね下高さh1とから下記式(9)を用いて車両4の重心高さHGを求めることができる。
HG=h1+h2 ・・・(9)
In the above formulas (6) and (7), k / m is common, so it is deleted.
From the formula (6),
From the equation (7),
From the positive value (h 2 > 0) of the calculation result of the equation (8) and the unsprung height h 1 that is a value determined to some extent depending on the vehicle type of the
H G = h 1 + h 2 (9)
次に、前記式(8)を用いて計算する上で必要とされる鉛直振動数ω、ローリング振動数ωθおよび車両4のトレッド幅(左右の車輪中心間距離)Trのそれぞれの値の求め方について以下に順を追って説明する。
Next, the values of the vertical frequency ω, the rolling frequency ω θ and the tread width (distance between the center of the left and right wheels) Tr of the
<鉛直振動数ωの求め方の説明>
図8(a)には、車両4の全軸が載台3に乗り込んだ直後からのロードセル5〜8の荷重信号の波形が示されている。また、図8(b)には、同図(a)の波形をFFT(Fast Fourier Transform)解析した結果が示されている。
車両4の重心高さHGを計算するためには、車両4の鉛直方向の振動数が必要であり(前記式(8)参照)、車両4の載台3への乗り込み時に、図8(a)に示される波形データを取得する。
この図8(a)のFFT解析の結果である同図(b)のデータに基づいて、鉛直振動数ωを求めることができる。
<Explanation of how to find the vertical frequency ω>
FIG. 8A shows the waveforms of the load signals of the
To calculate the center of gravity height H G of the
The vertical frequency ω can be obtained based on the data in FIG. 8B, which is the result of the FFT analysis in FIG.
<ローリング振動数ωθの求め方の説明>
図9には、車両4を載せた載台3の水平幅方向の変位に対するロードセル5,6(7,8)の荷重信号の波形で、車両4の重心高さが高い場合(a)および低い場合(b)がそれぞれ示されている。
図9(a)(b)において、記号Ly0で示されるラインは、載台3の水平幅方向の変位量を表わし、記号LLCで示されるラインは、載台3の左側列のロードセル5,6の荷重信号の波形データを表わしている。なお、載台3の左側列のロードセル5,6の荷重信号の波形データに代えて、載台3の右側列のロードセル7,8の荷重信号の波形データを用いてもよい。また、左側列のロードセル5,6(または右側列のロードセル7,8)の出力ではなく、左側または右側の任意の1個以上のロードセルの出力を使用してもよい。
図9(a)(b)におけるロードセル5,6の荷重信号の波形を比較して明らかなように、車両4の重心高さが高い場合(図9(a))は振動周期が長くなり、言い換えれば振動数が低くなり、車両4の重心高さが低い場合(図9(b))は振動周期が短くなり、言い換えれば振動数が高くなる。
<Explanation of how to find rolling frequency ω θ >
FIG. 9 shows the waveform of the load signal of the
In FIG. 9 (a) (b), the line indicated by the symbol L y0 represents the displacement amount in the horizontal width direction of the
As is clear from comparison of the load signal waveforms of the
車両4の重心高さを計算するためには、車両4のローリング方向の振動数が必要である(前記式(8)参照)。
そこで、図5(a)〜(b)に示されるように、油圧シリンダ32の伸長作動によって載台3をその載台3上の車両4と共にその車両4の幅方向の一方側(図5(b)中記号X1矢印方向)に向かって揺り動かし、載台3をストッパ34を介してピット2の壁面に押し付け、その状態を油圧シリンダ32によって保持して載台3の揺れを止めた後、所定の安定時間を待ってから波形データを取得し、これにフィルタ処理を施して、FFT解析を行う。
このFFT解析の結果に基づいて、ローリング振動数ωθを求めることができる。
In order to calculate the height of the center of gravity of the
Therefore, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
Based on the result of the FFT analysis, the rolling frequency ω θ can be obtained.
<トレッド幅Trの求め方の説明>
車両4のトレッド幅Trを求めるにあたっては、図10に示されるような、左右の各車輪9,10;12,13;15,16までの距離を計測する例えばレーザ光線式の距離センサ43,44の計測値が用いられる。
距離センサ43,44は、車両4の載台3への乗り込み位置側の左右両側に所定間隔を存して地面に設置されている。これら距離センサ43,44の計測信号は、I/O回路39を介してMPU40に与えられる(図6参照)。
ここで、左右の距離センサ43,44の設置間隔をD、左側の距離センサ43による左側車輪9,12,15までの計測値をd1、右側の距離センサ44による右側車輪10,13,16までの計測値をd2、左右各車輪9,10;12,13;15,16の幅寸法をu、左側車輪9,12,15の外側面と右側車輪10,13,16の外側面との距離をUとすると、図10より明らかなように、以下の式(10),(11)が成り立つ。
D=d1+U+d2 ・・・(10)
U=Tr+(u/2)+(u/2) ・・・(11)
前記式(10),(11)からトレッド幅Trは以下の式(12)で表わすことができる。
Tr=D−u−(d1+d2) ・・・(12)
左右の距離センサ43,44の設置間隔Dの値は既知であり、左右各車輪9,10;12,13;15,16の幅寸法uの値は車種等によって略決まった値であるため、左右の距離センサ43,44の計測値が得られればトレッド幅Trの値を前記式(12)から求めることができる。
<Description of how to obtain tread width Tr >
In obtaining the tread width Tr of the
The
Here, D a space set between the left and
D = d 1 + U + d 2 (10)
U = T r + (u / 2) + (u / 2) (11)
From the formulas (10) and (11), the tread width Tr can be expressed by the following formula (12).
T r = D−u− (d 1 + d 2 ) (12)
Since the value of the installation interval D of the left and
本実施形態では、車両4の載台3への乗り込み時に前述したトレッド幅Tr以外に、車両4の軸重や輪重、二次元重心位置などを算出するようにされている。これら軸重、輪重、および二次元重心位置のそれぞれの求め方について、以下に説明することとする。
In this embodiment, in addition to the tread width Tr described above when the
<軸重の求め方の説明>
各ロードセル5〜8の合計荷重と時間との関係は、図11に示されるようなステップ状のグラフになる。
第1車軸11が載台3に載ったときの荷重値PL1と、第1車軸11と第2車軸14の両方が載台3に載ったときの荷重値PL2と、全車軸11,14,17が載台3に載ったときの荷重値PL3とに基づいて、第1車軸11の軸重W1と、第2車軸14の軸重W2と、第3車軸17の軸重W3とを以下の式(13),(14),(15)のように求めることができる。
W1=PL1 ・・・(13)
W2=PL2−PL1 ・・・(14)
W3=PL3−PL2−PL1 ・・・(15)
<Explanation of how to calculate axle load>
The relationship between the total load of each
The load value PL 1 when the
W 1 = PL 1 (13)
W 2 = PL 2 −PL 1 (14)
W 3 = PL 3 -PL 2 -PL 1 (15)
<輪重の求め方の説明>
載台3に乗り込んできた車両4の輪重を正確に求めるには、車両4の幅方向の乗り込み位置の情報が必要となる。車両4の載台3への乗り込み位置は、図12に示される左右の距離センサ43,44の計測値d1,d2を用いて以下のようにして求めることができる。
ここで、第1ロードセル5と第3ロードセル7との中間位置(第2ロードセル6と第4ロードセル8との中間位置)を示す中心線をCLSとし、トレッド幅Trの幅方向の中心位置を示す中心線をCLTとし、これら中心線CLTと中心線CLSとの距離をfとすると、図12より明らかなように、以下の式(16)が成り立つ。
D/2=d1+U/2+f ・・・(16)
Dはd1+d2+Uであるので(前記式(10)参照)、fは、以下の式(17)のように表わすことができる。
f=|d2−d1|/2 ・・・(17)
<Description of how to calculate wheel load>
In order to accurately obtain the wheel load of the
Here, the center line showing the a CL S, the center position in the width direction of the tread width T r (intermediate position between the
D / 2 = d 1 + U / 2 + f (16)
Since D is d 1 + d 2 + U (see the above formula (10)), f can be expressed as the following formula (17).
f = | d 2 −d 1 | / 2 (17)
図13に示されるように、第1ロードセル5と第3ロードセル7との間の距離(第2ロードセル6と第4ロードセル8との間の距離)をbWとし、例えば第1車軸11の左車輪9および右車輪10の輪重をそれぞれWL1およびWR1とし、第1ロードセル5と第2ロードセル6の合計荷重をP12とし、第3ロードセル7と第4ロードセル8の合計荷重をP34とすると、以下の式が成り立つ。
すなわち、上下方向の荷重の釣り合いから、次式(18)が成り立つ。
P12+P34=WL1+WR1 ・・・(18)
第1ロードセル5の回りのモーメントの釣り合いから、次式(19)が成り立つ。
WL1×{bW/2−(Tr/2+f)}+WR1×{bW/2+(Tr/2−f)}}=P34×bW ・・・(19)
これら式(18),(19)より、次式(20),(21)が得られる。
WL1={P12(bW/2+Tr/2−f)−P34(bW/2−Tr/2+f)}/Tr
・・・(20)
WR1={−P12(bW/2−Tr/2−f)+P34(bW/2+Tr/2+f)}/Tr
・・・(21)
As shown in FIG. 13, the distance between the
That is, the following equation (18) is established from the balance of loads in the vertical direction.
P 12 + P 34 = W L1 + W R1 (18)
From the balance of moments around the
W L1 × {b W / 2− (T r / 2 + f)} + W R1 × {b W / 2 + (T r / 2−f)}} = P 34 × b W (19)
From these equations (18) and (19), the following equations (20) and (21) are obtained.
W L1 = {P 12 (b W / 2 + T r / 2-f) −P 34 (b W / 2−T r / 2 + f)} / T r
... (20)
W R1 = {− P 12 (b W / 2−T r / 2−f) + P 34 (b W / 2 + T r / 2 + f)} / T r
(21)
前記式(20)(21)において、距離bWは設置された載台3に対して固有の値であり、荷重P12,P34は各ロードセル5〜8による測定値であり、トレッド幅Trは前記式(12)による計算値であり、距離fは前記式(17)による計算値であるから、これらの値を代入して、各輪重値WL1,WR1を求めることができる。
In the formulas (20) and (21), the distance b W is a value inherent to the installed
<車両の重心Gの二次元重心位置の求め方の説明>
次に、主として、図14〜15を用いて、車両4の重心Gの二次元重心位置(水平面的重心位置)の座標(XG,YG)の求め方について説明する。
図14において、車両4の幅方向の中心位置を通り全長方向に延びる車両中心線に沿ってX軸を定め、第1車軸11に沿ってY軸を定め、車両4の第1車軸11と車両中心線との交点に原点をとって、直交座標系O−XYを定める。
載台3の幅方向の中心位置を通り全長方向に延びる中心線に沿ってx軸を定め、載台3の全長方向の中心位置を通り幅方向に延びる中心線に沿ってy軸を定め、載台3の中央に原点をとって、直交座標系o−xyを定める。
ロードセル5〜8のそれぞれの出力は無負荷時において零に調整されているものとする。
<Explanation of how to obtain the two-dimensional center of gravity position of the center of gravity G of the vehicle>
Next, how to obtain the coordinates (X G , Y G ) of the two-dimensional center of gravity position (horizontal center of gravity position) of the center of gravity G of the
In FIG. 14, the X axis is defined along the vehicle center line that passes through the center position in the width direction of the
An x-axis is defined along the center line extending in the full length direction through the center position in the width direction of the mounting table 3, a y axis is defined along the center line extending in the width direction through the center position in the full length direction of the mounting table 3, An orthogonal coordinate system o-xy is determined by taking the origin at the center of the
Assume that the outputs of the
<記号の定義の説明>
図14〜15中および理論式で用いる記号の意味を下記のとおり定義する。
G:車両4の重心
XG:座標系O−XYにおける車両4の全長方向の重心位置
YG:座標系O−XYにおける車両4の幅方向の重心位置
xG:座標系o−xyにおける車両4の全長方向の重心位置
yG:座標系o−xyにおける車両4の幅方向の重心位置
aL:第1ロードセル5と第2ロードセル6との中心間距離(第3ロードセル7と第4ロードセル8との中心間距離)
V:載台3の全長方向寸法
l0:第2ロードセル6(第4ロードセル8)と第1車軸11との中心間距離
l1,l2:車軸間距離
f:X軸とx軸との距離(中心線CLTと中心線CLSとの距離)
W:総重量(=W1+W2+W3)
Pi:第iロードセルに作用する力(静荷重)〔=そのロードセルから載台3に作用する力(静荷重)〕
Pj:第jロードセルに作用する力(静荷重)〔=そのロードセルから載台3に作用する力(静荷重)〕
Pij:Pi+Pj
P=P1+P2+P3+P4
Pi:第i車軸のPへの影響分
<Explanation of symbol definitions>
The meanings of symbols used in FIGS. 14 to 15 and in the theoretical formula are defined as follows.
G: Center of gravity of vehicle 4 X G : Position of center of gravity of
V: the
W: Total weight (= W 1 + W 2 + W 3 )
P i : force acting on the i-th load cell (static load) [= force acting on the loading table 3 from the load cell (static load)]
P j : force acting on the jth load cell (static load) [= force acting on the
P ij : P i + P j
P = P 1 + P 2 + P 3 + P 4
Pi : Effect of the i-th axle on P
<XG,ljの測定の説明>
図15には、車両が載台に載る際の荷重変化の様子を表わす図で、第1車軸の位置xとP13(x)およびP13(t)との関係を表す図が示されている。
XGの測定には、ljの測定が不可欠である。また、ljは、第1ロードセル5〜第4ロードセル8の出力P1(t)〜P4(t)の波形により求めることができる。
<Explanation of measurement of X G , l j >
FIG. 15 is a diagram showing the state of load change when the vehicle is placed on the platform, and shows the relationship between the position x of the first axle and P 13 (x) and P 13 (t). Yes.
For the measurement of X G, it is essential to measure the l j. L j can be obtained from the waveforms of the outputs P 1 (t) to P 4 (t) of the
<l1,l2の求め方の説明>
P13(t)波形に最初にピークが生じた時刻を時間の原点(t=0)にとり、それ以降に極値が生じた時刻をt1,t2,t3とする。
P13(0)に対応する第1車軸11の位置xと、載台3の車両前進走行経路上流側端との距離をrとする。このrはタイヤ接地長の半分に相等する。また、P13(0)に対応する第1車軸11の位置xと、第1ロードセル5(第3ロードセル7)の中心点との距離をsとする。
前記の距離sについて、次式(22)が成立する。
P1(0)/(aL+s)=W1/aL ・・・(22)
ここで、W1=P1(t),0<t<t1である。
前記式(22)から次式(23)で示されるようにsを求めることができる。
s={P1(0)/W1−1}aL ・・・(23)
一方、前記の距離rと距離sとについて、次式(24)が成立する。
r+s=V/2−aL/2 ・・・(24)
前記式(24)から次式(25)で示されるようにrを求めることができる。
r=V/2−aL/2−s ・・・(25)
<Description of how to obtain l 1 and l 2 >
The time when the peak first occurs in the P 13 (t) waveform is taken as the time origin (t = 0), and the time when the extreme value occurs after that is defined as t 1 , t 2 , and t 3 .
Let r be the distance between the position x of the
For the distance s, the following equation (22) is established.
P 1 (0) / (a L + s) = W 1 / a L (22)
Here, W 1 = P 1 (t), 0 <t <t 1 .
S can be obtained from the equation (22) as shown in the following equation (23).
s = {P 1 (0) / W 1 −1} a L (23)
On the other hand, the following equation (24) is established for the distance r and the distance s.
r + s = V / 2−a L / 2 (24)
From the above equation (24), r can be obtained as shown by the following equation (25).
r = V / 2−a L / 2−s (25)
第1車軸11と第2車軸14との距離l1について、次式(26)で示される関係式が成立する。
P1(0)/(aL+s)=P1(t1)/(aL+s−l1+r) ・・・(26)
前記式(26)からl1は次式(27)で示されるように求めることができる。
l1=(aL+s){1−P1(t1)/P1(0)}+r ・・・(27)
With respect to the distance l 1 between the
P 1 (0) / (a L + s) = P 1 (t 1 ) / (a L + s−l 1 + r) (26)
From the above equation (26), l 1 can be obtained as shown in the following equation (27).
l 1 = (a L + s) {1−P 1 (t 1 ) / P 1 (0)} + r (27)
第2車軸14と第3車軸17との距離l2を求めるにあたって、まず、P1(t2),P2(t2)を求める。
P1(t2)について、次式(28)で示される関係式が成立する。
P1(0)/(aL+s)=P1(t2)/(aL+s−l1) ・・・(28)
前記式(28)からP1(t2)は次式(29)で示されるように求めることができる。
P1(t2)={(aL+s−l1)/(aL+s)}P1(0) ・・・(29)
また、P2(t2)は次式(30)から求めることができる。
P2(t2)=P13(t2)−P1(t2) ・・・(30)
In obtaining the distance l 2 between the
For P 1 (t 2 ), the relational expression shown by the following expression (28) is established.
P 1 (0) / (a L + s) = P 1 (t 2 ) / (a L + s−l 1 ) (28)
From the formula (28), P 1 (t 2 ) can be obtained as shown in the following formula (29).
P 1 (t 2 ) = {(a L + s−l 1 ) / (a L + s)} P 1 (0) (29)
Further,
P 2 (t 2 ) = P 13 (t 2 ) −P 1 (t 2 ) (30)
次いで、P1(t3),P2(t3)をP1(t2),P2(t2),l2で表わす。
P1(t3)について、次式(31)が成立する。
P1(t2)−P1(t3)={(l2−r)/(aL+s)}P1(0)
・・・(31)
前記式(31)からP1(t3)は次式(32)で示されるように求めることができる。
P1(t3)=P1(t2)−{(l2−r)/(aL+s)}P1(0)
・・・(32)
また、P2(t3)について、次式(33)が成立する。
P2(t2)−P2(t3)={(l2−r)/(aL+s)}P2(t2)
・・・(33)
前記式(33)からP2(t3)は次式(34)で示されるように求めることができる。
P2(t3)=P2(t2)−{(l2−r)/(aL+s)}P2(t2)
・・・(34)
Next, P 1 (t 3 ) and P 2 (t 3 ) are represented by P 1 (t 2 ), P 2 (t 2 ), and l 2 .
For P 1 (t 3 ), the following equation (31) is established.
P 1 (t 2 ) −P 1 (t 3 ) = {(l 2 −r) / (a L + s)} P 1 (0)
... (31)
From the equation (31), P 1 (t 3 ) can be obtained as shown in the following equation (32).
P 1 (t 3 ) = P 1 (t 2 ) − {(l 2 −r) / (a L + s)} P 1 (0)
... (32)
Further, the following equation (33) is established for P 2 (t 3 ).
P 2 (t 2) -P 2 (t 3) = {(l 2 -r) / (a L + s)} P 2 (t 2)
... (33)
From the equation (33), P 2 (t 3 ) can be obtained as shown by the following equation (34).
P 2 (t 3 ) = P 2 (t 2 ) − {(l 2 −r) / (a L + s)} P 2 (t 2 )
... (34)
P13(t3)は次式(35)で表わすことができる。
P13(t3)=P1(t3)+P2(t3) ・・・(35)
前記式(35)に前記式(32)および式(34)をそれぞれ代入する。
P13(t3)=P1(t2)−{(l2−r)/(aL+s)}P1(0)
+P2(t2)−{(l2−r)/(aL+s)}P2(t2)
・・・(36)
前記式(36)は次式(37)に示されるように変形することができる。
{(l2−r)/(aL+s)}・(P1(0)+P2(t2))=
P1(t2)+P2(t2)−P13(t3) ・・・(37)
前記式(37)からl2は次式(38)で示されるように求めることができる。
l2=(aL+s)[{(P1(t2)+P2(t2)−P13(t3)}/{(P1(0)+P2(t2)}]+r ・・・(38)
P 13 (t 3 ) can be expressed by the following equation (35).
P 13 (t 3 ) = P 1 (t 3 ) + P 2 (t 3 ) (35)
The formula (32) and the formula (34) are substituted into the formula (35), respectively.
P 13 (t 3 ) = P 1 (t 2 ) − {(l 2 −r) / (a L + s)} P 1 (0)
+ P 2 (t 2 ) − {(l 2 −r) / (a L + s)} P 2 (t 2 )
... (36)
The equation (36) can be modified as shown in the following equation (37).
{(L 2 −r) / (a L + s)} · (P 1 (0) + P 2 (t 2 )) =
P 1 (t 2 ) + P 2 (t 2 ) −P 13 (t 3 ) (37)
From the equation (37), l 2 can be obtained as shown by the following equation (38).
l 2 = (a L + s) [{(P 1 (t 2 ) + P 2 (t 2 ) −P 13 (t 3 )} / {(P 1 (0) + P 2 (t 2 )}] + r.・ (38)
<XGの求め方の説明>
図14(a)から明らかなように、車両4の全長方向の重心位置XGは、次式(39)で表わすことができる。
XG=−{(aL/2−l0)−xG} ・・・(39)
全ての車輪9,10;12,13;15,16が載台3上に載った状態(t4<t<t5:図7(b)参照)におけるモーメントのつりあいから次式(40)が成立する。
WV10+W2(l0+l1)+W3(l0+l1+l2)−P13aL=0
・・・(40)
前記式(40)からl0は次式(41)で示されるように求めることができる。
l0={P13aL−W2l1−W3(l1+l2)}/W ・・・(41)
<Determination of the description of X G>
As is clear from FIG. 14 (a), the center-of-gravity position X G in the overall length direction of the
X G = − {(a L / 2−l 0 ) −x G } (39)
From the moment balance in a state where all the
WV1 0 + W 2 (l 0 + l 1 ) + W 3 (l 0 + l 1 + l 2 ) −P 13 a L = 0
... (40)
From the equation (40), l 0 can be obtained as shown by the following equation (41).
l 0 = {P 13 a L −W 2 l 1 −W 3 (l 1 + l 2 )} / W (41)
また、同様に車両4の時刻t(t4<t<t5)におけるモーメントのつりあいから次式(42)が成立する。
(aL/2+xG)P=aLP24 ・・・(42)
前記式(42)からxGは次式(43)で示されるように求めることができる。
xG=aL(P24/P−1/2) ・・・(43)
前記式(39)(41)(43)から車両4の全長方向の重心位置XGを求めることができる。
Similarly, the following equation (42) is established from the moment balance of the
(A L / 2 + x G ) P = a L P 24 (42)
Wherein x G from formula (42) can be obtained as shown in the following equation (43).
x G = a L (P 24 /
Formula (39) (41) (43) to be able to determine the center of gravity position X G in the overall length direction of the
<YGの求め方の説明>
図14において、車両4の座標系o−xyにおける重心位置yGは、ロードセル5〜8の出力P1,P2,P3,P4を用いて次式(44)で求めることができる。
yG=(P1+P2)bW/W−bW/2 ・・・(44)
ただし、W=P1+P2+P3+P4である。
Wは全車軸11,14,17が載台3に載りきってから計測すればよい。また、各計測値を用いて行う演算はリアルタイムにする必要はなく、メモリ41に記憶させておいて必要なタイミングで波形処理を施したうえで演算すればよい。
そして、車両4のY方向の重心位置YGは次式(45)で求めることができる。
YG=yG−f ・・・(45)
この式(45)に、前記式(44)の計算値と、前記式(17)の計算値とを代入することにより、車両4の重心位置YGの値を求めることができる。
<Description of the method of obtaining the Y G>
In FIG. 14, the center-of-gravity position y G in the coordinate system o-xy of the
y G = (P 1 + P 2 ) b W / W−b W / 2 (44)
However, W = P 1 + P 2 + P 3 + P 4 .
W may be measured after all the
Then, the gravity center position Y G in the Y direction of the
Y G = y G −f (45)
By substituting the calculated value of the equation (44) and the calculated value of the equation (17) into the equation (45), the value of the gravity center position Y G of the
<トラックスケールの計測動作の説明>
以上に述べたように構成されるトラックスケールの計測動作時におけるMPUの処理内容について、図16のフローチャートを用いて以下に説明する。なお、図16において記号「S」はステップを表わす。
<Description of track scale measurement operation>
The processing contents of the MPU during the track scale measurement operation configured as described above will be described below with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 16, the symbol “S” represents a step.
<ステップS11〜S14の処理内容の説明>
車両4が載台3に進入するに伴いトレッド幅や軸重、輪重、二次元重心位置、鉛直振動数などの演算に必要なデータを取得する(S1)。
次いで、車両4の停止後で所定の安定時間が経過した時刻以降において、前記式(39),(41),(43)を用いてXGを,前記式(17),(44),(45)を用いてYGをそれぞれ演算する(S2)。
次いで、油圧シリンダ32の駆動装置(図示省略)に向けて所定の駆動制御信号を出力する(S3)。これにより、油圧シリンダ32の伸長作動によって載台3がその載台3上の車両4と共にその車両4の幅方向の一方側(図5(b)中記号X1矢印方向)に向かって揺り動かされた後に、載台3がストッパ34を介してピット2の壁面に押し付けられ、その状態が油圧シリンダ32によって保持されて、載台3の揺れが止められる一方で、載台3上の車両4のみが幅方向に揺り動かされる。
次いで、ローリング振動数ωθの演算に必要なデータを取得し(S4)、前記式(8),(9)から重心高さHGを演算する(S5)。
そして、ステップS2での二次元重心位置(XG,YG)の演算結果と、ステップS5での重心高さHGの演算結果とから車両4の三次元重心位置の測定結果を表示装置42に表示させる(S6)。
<Description of Processing Contents of Steps S11 to S14>
As the
Next, after a time when a predetermined stabilization time has elapsed after the
Next, a predetermined drive control signal is output toward a drive device (not shown) for the hydraulic cylinder 32 (S3). As a result, by the extension operation of the
Then, to get the data required for the operation of the rolling angular frequency omega theta (S4), the equation (8), calculates the center of gravity height H G of (9) (S5).
Then, the measurement result of the three-dimensional center of gravity position of the
<作用効果の説明>
第1の実施形態のトラックスケール1においては、載台3上に車両4が乗り込んだ際における各ロードセル5,6,7,8からの荷重信号に基づいて車両4の鉛直振動数ωが算出される。ここで、各ロードセル5〜8によって支持される載台3は、構造上、鉛直方向には揺り動かされないので、載台3の振動成分を除いた、車両4の鉛直方向の振動成分による荷重変化が各ロードセル5〜8によって検出されることになり、車両4の鉛直振動数ωを正確に検出することができる。
また、載台3上に車両4が乗り込んだ後において、油圧シリンダ32の伸長作動によって載台3がその載台3上の車両4と共にその車両4の幅方向の一方側(図5(b)中記号X1矢印方向)に向かって揺り動かされた後に、載台3がストッパ34を介してピット2の壁面に押し付けられ、その状態が油圧シリンダ32によって保持されて、載台3の揺れが止められる一方で、載台3上の車両4のみが幅方向に揺り動かされる。これにより、載台3の振動成分を除いた、車両4のローリング方向の振動成分による荷重変化が各ロードセル5〜8によって検出されることになり、車両4のローリング振動数ωθを正確に検出することができる。
<Description of effects>
In the
Further, after the
第1の実施形態のトラックスケール1によれば、載台3の振動成分が除かれて、車両4の振動成分のみによる荷重変化が各ロードセル5〜8によって検出され、これらロードセル5〜8の検出信号に基づいて車両4の鉛直振動数ωやローリング振動数ωθなどの車両固有振動数が算出されるので、車両固有振動数を正確に検出することができるとともに、これら車両固有振動数に基づいて車両4の重心高さHGが算出されるので、車両4の重心高さHGを高精度で測定することができる。さらに、各ロードセル5〜8からの荷重信号に基づいて車両の二次元重心位置(XG,YG)が算出されるので、重心高さHGも含めて車両4の三次元重心位置を正確に測定することができる。
According to the
<ピッチング振動数ωαを用いて重心高さHGを求める方法の説明>
第1の実施形態では、前記式(8)において、車両4の幅方向の重心G回りの回転振動であるローリング振動数ωθを用いて重心高さHGを求める上で必要な車両4のサスペンションばね上から重心までの高さh2を求める例を示したが、このローリング振動数ωθに代えて、車両4の全長方向の重心G回りの回転振動であるピッチング振動数ωαを用いてそのh2の値を求めるようにしてもよい。
この場合、油圧シリンダ32の伸長作動によって載台3がピット2の壁面に向かって車両4の全長方向の一方側に押進されるようにその油圧シリンダ32の配置等が変更されるのは言うまでもない。また、計算式は、前記式(8)を援用して、次式(46)を用いるものとする。
この式(46)中のLWは、車両4のホイールベースである。
ホイールベースLWは、車両4の第2車軸14と第3車軸17との中間に仮想の第2車軸があるものとして、次式(47)から求めることができる。
LW=l1+l2/2 ・・・(47)
<Description of a method for determining the center of gravity height H G with pitching vibration frequency omega alpha>
In the first embodiment, in the above equation (8), the
In this case, it goes without saying that the arrangement or the like of the
L W in the formula (46) is a wheel base of the
Wheelbase L W include, but are in the middle of the
L W = l 1 + l 2 /2 ··· (47)
<揺動・揺れ止め手段の別態様例の説明>
第1の実施形態では、油圧シリンダ32がピット2の内部に設置された例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、油圧シリンダ32をピット2の外部に設けてもよい。また、油圧シリンダ32を載台3側に取り付けて、押し金具33をピット2の側壁に直接的に押し当てることにより、載台3を動かして変位させるようにしてもよい。
油圧シリンダ32を用いる以外にも、例えば電動シリンダを用いてもよく、また、載台3に力を作用させてピット2の壁面に押し付ける、あるいは引き寄せることができればよいので、電動モータを駆動源とする直動機構を用いてもよい。
<Explanation of another example of swinging / swaying prevention means>
In the first embodiment, an example in which the
In addition to using the
第1の実施形態における油圧シリンダ32に代えて、図17(a)に示されるように、載台3の他側面に可動ストッパ45を設け、この可動ストッパ45を伸長させることにより、同図(b)に示されるように、載台3をもう一方のストッパ34を介してピット2の壁面に押し付けるようにしてもよい。ここで、可動ストッパ45を伸縮させる機構としては、油圧シリンダや電動シリンダを用いたものや、電動モータを駆動源とする直動機構などが挙げられる。なお、可動ストッパ45が収縮されて載台3に対する押動力が作用しなくなると、各ロードセル5〜8の復元力Fyの作用により、載台3が元の位置に戻される。
In place of the
また、第1の実施形態における油圧シリンダ32に代えて、図18(a)に示されるように、電磁石46を用いてもよい。すわなち、例えば載台3の一側面とそれに対向するピット2の壁面との間に電磁石46を配設し、この電磁石46の磁力でピット2の壁面に載台3を引き寄せることにより、載台3を、図18(b)に示されるように、電磁石46を介してピット2の壁面に押し付けるようにしてもよい。あるいは、載台3の一側面とピット2の壁面との間に電磁石46の磁力で反発力を作用させることにより、載台3の他側面をピット2の壁面に押し付けるようにしてもよい。なお、電磁石46の励磁を解除すると、各ロードセル5〜8の復元力Fyの作用により、載台3が元の位置に戻される。
Further, instead of the
さらに、第1の実施形態における油圧シリンダ32に代えて、図19(a)に示されるように、載台3とピット2とを連結する所要のリンク47と、電磁石46とを組み合わせた機構を採用してもよい。
ここで、リンク47は、図19(b)に示されるように、x座標軸に対しθの傾きを持って配置されている。このリンク47により、載台3のx方向とy方向の変位x0,y0は、次式(48)で示されるような関係に拘束される。
y0=αx0,α=1/tanθ(既知) ・・・(48)
一方、電磁石46は、載台3のy軸の正方向の側面とそれに対向するピット2の壁面との間に配設されている。
そして、x軸の正方向に走行している車両4が載台3に進入し程なくして停止する際に、リンク47による載台3の運動方向の拘束により、その車両4から受ける力を利用して載台3がy軸の正方向に揺り動かされ、載台3がピット2の壁面に向かって車両4の幅方向の一方側(図19(b)中記号y矢印方向)に押進されてピット2の壁面に押し付けられ、その状態が電磁石46によって保持されると、載台3の揺れが止められる一方で、載台3上の車両4のみが幅方向に揺り動かされることになる。
本例において、リンク47は、載台3上の車両4をその幅方向に揺り動かす揺動手段として機能し、電磁石46は、車両4と共に揺り動かされる載台3の揺れを止める揺れ止め手段として機能する。
なお、電磁石46としては、載台3がピット2の壁面に押し付けられた状態を保持することができる程度の性能のものでよい。また、電磁石46の励磁を解除すると、各ロードセル5〜8の復元力Fyの作用により、載台3が元の位置に戻される。
Further, instead of the
Here, as shown in FIG. 19B, the
y 0 = αx 0 , α = 1 / tan θ (known) (48)
On the other hand, the
Then, when the
In this example, the
The
〔第2の実施形態〕
図20には、本発明の第2の実施形態に係るトラックスケールの説明図で、(a)は平面図、(b)は(a)のC−C線断面図で載台が揺り動かされる前の状態図、(c)は(a)のC−C線断面図で載台が揺り動かされた後にピットの壁面に押し付けられている状態図である。
なお、この第2の実施形態において、先に述べた第1の実施形態と同一または同様のものについては、図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては、第1の実施形態と異なる点を中心に説明することとする。
[Second Embodiment]
20A and 20B are explanatory views of a track scale according to the second embodiment of the present invention, in which FIG. 20A is a plan view and FIG. 20B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. (C) is a cross-sectional view taken along the line C-C of (a) and is a state diagram in which the mounting table is pressed against the wall surface of the pit after being shaken.
In the second embodiment, the same or similar parts as those of the first embodiment described above are designated by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof will be omitted. The description will focus on differences from the first embodiment.
第2の実施形態のトラックスケール1Aにおいては、第1の実施形態のトラックスケール1では設けられていた油圧シリンダ32等が省略される一方で、載台3のx軸の正方向(車両4の進行方向)の側面と、それに対向するピット2の壁面との間に電磁石46が配設されている。それ以外の構成については、第1の実施形態と基本的に同じである。
In the
第2の実施形態のトラックスケール1Aにおいても、載台3上に車両4が乗り込んだ際における各ロードセル5,6,7,8からの荷重信号に基づいて車両4の鉛直振動数ωが算出される。第1の実施形態と同様に、各ロードセル5〜8によって支持される載台3は、構造上、鉛直方向には揺り動かされないので、載台3の振動成分を除いた、車両4の鉛直方向の振動成分による荷重変化が各ロードセル5〜8によって検出されることになり、車両4の鉛直振動数ωを正確に検出することができる。
また、図20(b)〜(c)に示されるように、車両4の載台3への進入によって車両4から載台3が受ける力または車両4の載台3上での停止によって車両4から載台3が受ける力によって、車両4と共に載台3がその車両4の全長方向に揺り動かされ、その後、車両4と共に揺り動かされている載台3の揺れが電磁石46によって止められる。これにより、載台3の振動成分を除いた、車両4のピッチング方向の振動成分による荷重変化が各ロードセル5〜8によって検出されることになり、車両4のピッチング振動数を正確に検出することができる。なお、この場合、h2を求めるための計算式としては前記式(46)が用いられるのは言うまでもない。
この第2の実施形態においては、第1の実施形態では設けられる油圧シリンダ32のような特別な揺動手段が不要であり、電磁石46は車両4と共に揺り動かされる載台3の揺れを止める揺れ止め手段としてのみ機能する。
Also in the
Further, as shown in FIGS. 20B to 20C, the
In the second embodiment, special swinging means such as the
第2の実施形態のトラックスケール1Aによれば、載台3の振動成分が除かれて、車両4の振動成分のみによる荷重変化が各ロードセル5〜8によって検出され、これらロードセル5〜8の検出信号に基づいて車両4の鉛直振動数ωやピッチング振動数ωαなどの車両固有振動数が算出されるので、第1の実施形態のトラックスケール1と同様の作用効果を得ることができる。
According to the
以上、本発明の車両固有振動数検出装置および重心位置測定装置について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。 As described above, the vehicle natural frequency detection device and the gravity center position measurement device of the present invention have been described based on a plurality of embodiments. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiments, The configuration can be changed as appropriate without departing from the scope.
<距離fやトレッド幅Trの測定手段の別態様例の説明>
上記の各実施形態では、車両4の載台3への乗り込み位置の位置情報である距離fやトレッド幅Trを測定する手段として、距離センサ43,44を用いたものを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば図21に示されるような感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサ60を用いてもよい。
図21(a)(b)に示される、感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサ60においては、載台3に進入する側の手前の路面の溝に埋め込まれたカバーゴム61の中にリボン状の導電線62と感圧導電性ゴム63と電気抵抗線64がサンドイッチ状態で設置されている。
このカバーゴム61の上面を車両4が通過するとき、カバーゴム61が例えば第1車軸11の左側の車輪9に踏まれると、図21(c)に示されるように、車輪9の踏面の部分のみ感圧導電性ゴム63が圧縮され、上部の導電線62と下部の電気抵抗線64が短絡されて感圧導電性ゴム63が通電状態となる。
図22(a)は車輪に踏まれる前の状態図で、同図(c)はそのときの等価回路図であり、同図(b)は車輪に踏まれた状態図で、同図(d)はそのときの等価回路図である。
以後、各電圧計により電圧を計測し、AD変換してデジタル値として各種演算を行うものとして説明する。
<Description of another example of measuring means for distance f and tread width Tr >
In each of the above-described embodiments, the
In the
When the
FIG. 22A is a state diagram before being stepped on a wheel, FIG. 22C is an equivalent circuit diagram at that time, and FIG. 22B is a state diagram when being stepped on a wheel. ) Is an equivalent circuit diagram at that time.
In the following description, it is assumed that the voltage is measured by each voltmeter, AD conversion is performed, and various calculations are performed as digital values.
図22(c)に示される等価回路の状態のとき、抵抗Rdには電圧Ed0と抵抗R0、Rdに関連して電流I0が流れている。これは電圧計Vdにより電圧E0を計測することで求められる。
I0=Ed/Rd
また、
I0=E0/(R0+Rd)
これから抵抗R0が導き出される。
R0=E0/I0−Rd
ここで、R0は中心線CLSから外へ半分の距離に相当する抵抗値である。
When the state of the equivalent circuit shown in FIG. 22 (c), the current I 0 flows associated with voltage E d0 to
I 0 = E d / R d
Also,
I 0 = E 0 / (R 0 + R d )
From this, the resistance R 0 is derived.
R 0 = E 0 / I 0 −R d
Here, R 0 is a resistance value corresponding to the distance half out of the center line CL S.
次に、図22(d)に示される等価回路図の状態のときのようにRtの部分が短絡されて導通状態となり抵抗R1+R2+Rdに電流I1が流れる。これは電圧計Vdにより電圧Ed1を計測することで求められる。
I1=Ed1/Rd
また、
I1=E0/(R1+R2+R3)
これから抵抗(R1+R2)が導きだされる。
(R1+R2)=E0/I1−Rd
(R1+R2)は載台3の幅寸法の半分(L0,R0)からトレッド幅(Lt,Rt)を差し引いた距離に相当する抵抗値である。
Next, as in the state of the equivalent circuit diagram shown in FIG. 22D , the portion of Rt is short-circuited and becomes conductive, and the current I 1 flows through the resistor R 1 + R 2 + R d . This is obtained by measuring the voltage E d1 with the voltmeter V d .
I 1 = E d1 / R d
Also,
I 1 = E 0 / (R 1 + R 2 + R 3 )
From this, the resistance (R 1 + R 2 ) is derived.
(R 1 + R 2 ) = E 0 / I 1 −R d
(R 1 + R 2 ) is a resistance value corresponding to a distance obtained by subtracting the tread width (L t , R t ) from half the width dimension (L 0 , R 0 ) of the mounting table 3.
次に、図22(d)に示される等価回路図の状態のときの電圧を測定し抵抗値を導き出す。
電圧V1により計測された電圧E1より、
R1=E1/I2
電圧計V2により計測された電圧E2より
R2=E2/I2
これらを距離に換算すると、
L1=L0R1/(R1+R2)
L2=L0R2/(R1+R2)
Lt=L0−L1−L2
=R0−R1−R2
となる。
Next, the voltage in the state of the equivalent circuit diagram shown in FIG. 22D is measured to derive the resistance value.
From the voltage E 1 measured by the voltage V 1 ,
R 1 = E 1 / I 2
From voltage E 2 measured by voltmeter V 2 R 2 = E 2 / I 2
When these are converted into distance,
L 1 = L 0 R 1 / (R 1 + R 2 )
L 2 = L 0 R 2 / (R 1 + R 2 )
L t = L 0 -L 1 -L 2
= R 0 -R 1 -R 2
It becomes.
載台3の中心からトレッド幅Trの中心までの距離SはS=Lt+Lt/2で求めることができ、車両4のトレッド幅Trは反対側トレッドセンサのS(=Lt+Lt/2)を足し算することで求められる。
車両4の中心すなわちトレッド幅Trの中心と載台3の中心との偏心量fはf=S−Tr/2として求める。
The distance S from the center of the mounting table 3 to the center of the tread width Tr can be obtained by S = L t + L t / 2, and the tread width Tr of the
The amount of eccentricity f between the center of the
ところで、トレッド幅Trは、車種によってある程度決まった値をとるため、車両4の諸元表等の車両情報に基づいて予めトレッド幅Trを入力しておき、入力されたトレッド幅Trの値を用いて重心高さ等の演算を行うようにしてもよい。
また、車両4の諸元表等の車両情報からサスペンションばね定数kが既知である場合、ばね上から重心までの高さh2は、鉛直振動数ωを用いることなく求めることができる。
By the way, since the tread width Tr takes a value determined to some extent depending on the vehicle type, the tread width Tr is input in advance based on the vehicle information such as the specification table of the
Also, if the suspension spring constant k from the vehicle information such as the specifications Table of the
上記の各実施形態では、車両4の載台3への乗り込み位置の位置情報である距離fを求めるために、2つの距離センサ43,44を設ける例を示したが、車両4の車幅あるいはトレッド幅Trに関するデータが既知であるものとするならば、当該距離fを求めるための距離センサとしては2つの距離センサ43,44のうちの一方だけでもよい。
In each of the above-described embodiments, the example in which the two
<二次元重心位置の算出の別方法の説明>
上記の各実施形態における2つの距離センサ43,44に代えて、載台3上に載せた車両4の前輪位置と後輪位置とをそれぞれ検出し得る距離センサを用い、載台3における各ロードセル5,6,7,8で支持される基準領域(平面視で各ロードセル5,6,7,8で囲まれる領域)に対する車両4の前後方向の変位量SFRおよび左右方向の変位量SLRをそれぞれ求め、各ロードセル5,6,7,8からの荷重信号に基づいて載台3の基準領域上に投影した車両3の見かけの二次元重心位置を求め、この見かけの二次元重心位置に対して、前記変位量SFRおよび変位量SLRで補正して、車両4の二次元重心位置を求めるようにしてもよい。
<Description of another method for calculating the two-dimensional center of gravity position>
Instead of the two
<4車軸以上の車両についての計算法の説明>
上記の各実施形態では、計測対象が図2(a)に示されるような3軸車両の場合について説明したが、同図(b)に示される4軸車両やそれ以上の車軸数の車両についても、上記の実施形態で述べた計算法と同様にして各軸重や軸間距離を求めることができる。
なお、例えば、図2(b)に示される4軸車両のトレーラーにおいて、第3車軸17と第4車軸18との距離が短すぎるなどの条件で各軸重や軸間距離を求めることが困難な場合には、これら第3車軸17と第4車軸18との中間位置に仮想の第3車軸を設定して、同図(a)に示される3軸車両とみなして上記の実施形態の同様にして各軸重や軸間距離を求めればよい。
<Description of calculation method for vehicles with 4 axles or more>
In each of the above-described embodiments, the case where the measurement target is a three-axis vehicle as shown in FIG. 2A has been described. However, the four-axis vehicle shown in FIG. In addition, each axle load and inter-axis distance can be obtained in the same manner as the calculation method described in the above embodiment.
For example, in the trailer of the four-axis vehicle shown in FIG. 2B, it is difficult to obtain the axle weights and the inter-shaft distances on the condition that the distance between the
本発明の車両固有振動数検出装置および重心位置測定装置は、車両の振動成分のみによる荷重変化を複数のロードセルによって検出し、これらロードセルの検出信号に基づいて車両の鉛直振動数やローリング振動数、ピッチング振動数を算出するという特性を有していることから、車両固有振動数の検出の用途やそれを用いた車両の重心高さの測定の用途に好適に用いることができる。 The vehicle natural frequency detection device and the center-of-gravity position measurement device of the present invention detect a load change due to only the vibration component of the vehicle by a plurality of load cells, and based on the detection signals of these load cells, the vertical frequency and rolling frequency of the vehicle, Since it has the characteristic of calculating the pitching frequency, it can be suitably used for the purpose of detecting the natural frequency of the vehicle and the purpose of measuring the height of the center of gravity of the vehicle using it.
1 トラックスケール(車両固有振動数検出装置、重心位置測定装置)
3 載台
4 車両
5,6,7,8 ロードセル
32 油圧シリンダ(揺動手段、揺れ止め手段)
40 MPU(固有振動数演算手段、重心高さ演算手段、二次元重心位置演算手段)
45 可動ストッパ(揺動手段、揺れ止め手段)
46 電磁石(揺動手段、揺れ止め手段)
47 リンク(揺動手段)
1 Truck scale (vehicle natural frequency detection device, center of gravity position measurement device)
3 Mounting
40 MPU (natural frequency calculation means, centroid height calculation means, two-dimensional centroid position calculation means)
45 Movable stopper (swinging means, shaking prevention means)
46 Electromagnet (oscillating means, anti-sway means)
47 Link (swinging means)
Claims (7)
荷重を検出する複数のロードセルと、
前記ロードセルによって支持され、車両を載せる載台と、
前記載台上の車両を揺り動かす揺動手段と、
前記載台の揺れを止める揺れ止め手段と、
前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両の固有振動数を算出する固有振動数演算手段と、
を備えることを特徴とする車両固有振動数検出装置。 A vehicle natural frequency detection device for detecting a natural frequency of a vehicle,
A plurality of load cells for detecting the load;
A platform that is supported by the load cell and carries a vehicle;
Rocking means for rocking the vehicle on the table,
Anti-sway means for stopping the shaking of the table,
A natural frequency calculating means for calculating a natural frequency of the vehicle based on a load signal from the load cell;
A vehicle natural frequency detection device comprising:
前記固有振動数演算手段は、前記揺れ止め手段によって前記載台の揺れが止められた状態での前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両のローリング振動数を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の車両固有振動数検出装置。 The vehicle on the table is swung in the width direction by the swinging means,
2. The natural frequency calculating means calculates a rolling frequency of a vehicle based on a load signal from the load cell in a state where the shaking of the table is stopped by the shaking preventing means. Or the vehicle natural frequency detection apparatus of 2 or 2.
前記固有振動数演算手段は、前記揺れ止め手段によって前記載台の揺れが止められた状態での前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両のピッチング振動数を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の車両固有振動数検出装置。 The vehicle on the table is swung in the full length direction by the swinging means,
2. The natural frequency calculating means calculates a pitching frequency of a vehicle based on a load signal from the load cell in a state in which the shaking of the table is stopped by the shaking preventing means. Or the vehicle natural frequency detection apparatus of 2 or 2.
荷重を検出する複数のロードセルと、
前記ロードセルによって支持され、車両を載せる載台と、
前記載台への車両の進入によりその車両から前記載台が受ける力または前記載台上での車両の停止によりその車両から前記載台が受ける力によって車両と共に揺り動かされる前記載台の揺れを止める揺れ止め手段と、
前記ロードセルからの荷重信号に基づいて車両の固有振動数を算出する固有振動数演算手段と、
を備えることを特徴とする車両固有振動数検出装置。 A vehicle natural frequency detection device for detecting a natural frequency of a vehicle,
A plurality of load cells for detecting the load;
A platform that is supported by the load cell and carries a vehicle;
Stops shaking of the preceding table that is swung with the vehicle by the force that the preceding table receives from the vehicle by the approach of the preceding table or the force that the preceding table receives from the vehicle by stopping the vehicle on the preceding table Anti-sway means,
A natural frequency calculating means for calculating a natural frequency of the vehicle based on a load signal from the load cell;
A vehicle natural frequency detection device comprising:
前記固有振動数演算手段によって算出される車両の固有振動数に基づいて車両の重心高さを算出する重心高さ演算手段を備えることを特徴とする重心位置測定装置。 A center-of-gravity position measurement device using the vehicle natural frequency detection device according to claim 1,
A center-of-gravity position measuring device comprising center-of-gravity height calculating means for calculating the height of the center of gravity of the vehicle based on the natural frequency of the vehicle calculated by the natural frequency calculating means.
The center-of-gravity position measuring device according to claim 6, further comprising a two-dimensional center-of-gravity position calculating unit that calculates a two-dimensional center-of-gravity position of the vehicle based on a load signal from the load cell.
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