JP2016102730A - 車両重量監視システム、車両重量算出方法、車両重量算出サーバ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストに車両の重量を測定できるシステムを提供する。【解決手段】本発明に係る車両重量監視システム１は、主に、車両３に設けられた車載装置５と、車載装置５と狭域通信を行う路側通信装置７ａと、路側通信装置７ａとネットワークを介して接続されたサーバ９とから構成される。そして、車載装置５に接続されたセンサ１０５により走行時の車両３の振動データを測定し、測定した振動データを、路側通信装置７ａを介してサーバ９に収集する。サーバ９は収集した振動データに基づいて車両３の固有振動数を特定し、特定した固有振動数から車両３の重量、積載量を算出する。そして、車両３が過積載か否かを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の重量を測定する技術に関する。特に、走行時の車両の振動データに基づいて車両の重量等を測定し、過積載車両を監視する技術に関する。

道路の構造を保全し又は交通の危険を防止するために、通行できる車両の幅、高さや、車両の重量が法令で制限されている。特に車両の重量に関しては、従来から高速道路の入口レーン近くに路面固定式の車両重量計が設置され、過積載車両の監視が行われている。この車両重量計は、車両が載荷台を乗り越えた際のひずみを載荷台に設けたロードセルで計測し、重量を算出するものである。また、特許文献１のように設置場所を変更できる可搬式の車両重量計も存在する。

しかしながら、上記した従来の車両重量計は非常に高コストであるため、導入時の設備費用の負担が大きい。また、車両の加重によって載荷台の破損や経年劣化が起こりやすいためメンテナンスにかかる費用も大きな負担となっていた。

特開２０１１−１９６７４３号公報

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストに車両の重量を測定できるシステムを提供することである。

前述した目的を達成するための第１の発明は、車両に設けられた車載装置と、前記車載装置とデータの授受を行うサーバと、を備えた車両重量監視システムであって、前記車載装置は、路面を走行中の前記車両の振動データを測定する測定手段を備え、前記サーバは、前記車両の固有振動数と前記車両の重量とを関係づける情報を含む車両モデル情報を記憶する記憶手段と、前記振動データに基づいて、前記車両の固有振動数を特定する固有振動数特定手段と、特定した前記固有振動数と前記車両モデル情報とに基づいて、前記車両の重量を算出する重量算出手段と、を備える車両重量監視システムである。
第１の発明によれば、車両に設けられた車載装置により振動データを測定し、サーバ側で当該振動データに基づいて車両の重量を算出する。車両の重量を算出するための振動データは、汎用の車載装置に備えた簡易な測定手段（例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ等）によって取得できるため、従来のように専用の高価な車両重量計を必要とせず、車両の重量測定のための設備コストを大幅に抑えることができる。

更に、前記サーバとネットワークを介して接続された、前記車載装置と狭域通信を行う第１の路側通信装置を備え、前記サーバは、前記第１の路側通信装置を介して、前記車載装置から前記振動データを収集する手段を更に備えることが望ましい。
これにより、高速・大容量のデータ通信が可能な路側通信装置と車載装置とが狭域通信を行うことによって、車載装置により測定されたデータを、当該路側通信装置を介してサーバへ収集させる車両重量監視システムの好適なデータ収集の仕組みが実現される。

更に、前記サーバとネットワークを介して接続された、前記車載装置と狭域通信を行う第２の路側通信装置を備え、前記サーバは、前記第２の路側通信装置を介して、前記車載装置に対し測定命令を送信する手段を更に備え、前記測定手段は、前記測定命令を受信すると、前記振動データの測定を開始することが望ましい。
これにより、車載装置が路側通信装置に通信エリアに入ったときに、所望の測定を開始する。すなわち、路側通信装置を車両重量監視システムにおける測定開始の外部トリガとして機能させることができる。

更に、前記路面に形成された所定の形状を有する外部入力を備え、前記第１の路側通信装置は、前記外部入力より前記車両の走行方向に向かって先に設置され、前記第２の路側通信装置は、前記外部入力より前記車両の走行方向に向かって手前に設置されることが望ましい。
これにより、路面を走行する車両が外部入力によって強制的に加振させられるため、車両の固有振動数を特定するための振動データを好適に取得できる。ひいては車両重量の算出精度を向上させることができる。また、車両の走行方向に向かって「第２の路側通信装置⇒外部入力⇒第１の路側通信装置」の順に設置することで、車載装置は外部入力によって生ずる車両の振動データを確実に測定でき、また、サーバは測定した当該振動データを確実に回収することができる。

前記外部入力の手前の前記路面は略平坦に形成されることが望ましい。
これにより、外部入力以外から受ける振動の影響を軽減することができる。

前記重量算出手段により算出した前記車両の重量と前記車両の最大重量とに基づいて、前記車両が過積載か否かを判定する手段を更に備えることが望ましい。
これにより、サーバは過積載車両を特定することが可能となる。

前記振動データは、前記車両の上下軸方向の加速度データを含み、前記固有振動数特定手段は、前記加速度データに基づいて、前記車両のバウンジングの固有振動数を特定することが望ましい。
これにより、車両のバウンジングの固有振動数を特定でき、特定したバウンジングの固有振動数に基づいて車両の重量を算出することができる。

前記振動データは、前記車両のピッチング角速度データを含み、前記固有振動数特定手段は、前記ピッチング角速度データに基づいて前記車両のピッチングの固有振動数を特定することが望ましい。
これにより、車両のピッチングの固有振動数を特定でき、特定したピッチングの固有振動数に基づいて車両の重量を算出することができる。

前記車両モデル情報は、車検証情報、ＥＴＣセットアップ情報から取得又は算出される情報を含むことが望ましい。
これにより、車検証情報、ＥＴＣセットアップ情報から多くの車両固有の情報が得られ、車両の重量解析等をより詳細に行うことができるようになる。

前述した目的を達成するための第２の発明は、走行中の車両の振動データを測定する測定ステップと、前記振動データに基づいて、前記車両の固有振動数を特定する固有振動数特定ステップと、特定した前記固有振動数と前記車両の固有振動数と前記車両の重量とを関係づける情報を含む車両モデル情報とに基づいて、前記車両の重量を算出する重量算出ステップと、を含む車両重量算出方法である。

前述した目的を達成するための第３の発明は、走行中の車両の振動データを測定する前記車両に設けられた車載装置とデータの授受を行う、車両の重量を算出する車両重量算出サーバであって、前記車両の固有振動数と前記車両の重量との関係を対応づける情報を含む車両モデル情報を記憶する記憶手段と、前記振動データに基づいて、前記車両の固有振動数を特定する固有振動数特定手段と、特定した前記固有振動数と前記車両モデル情報とに基づいて、前記車両の重量を算出する重量算出手段と、を備える車両重量算出サーバである。

本発明によれば、低コストに車両の重量を測定できるシステムが提供される。

第１の実施形態に係る車両重量監視システム１の全体構成の例を表す概念図 車載装置５のハードウェア構成の例を示すブロック図 サーバ９のハードウェア構成の例を示すブロック図 第１の実施形態に係る車両重量監視システム１の動作を説明するフローチャート 車両の振動モデルの例を表す図 第２の実施形態に係る車両重量監視システム２０の全体構成の例を表す概念図 第２の実施形態に係る車両重量監視システム２０の動作を説明するフローチャート 第３の実施形態に係る車両重量監視システム３０の全体構成の例を表す概念図 第３の実施形態に係る外部入力４の例を表す図 第３の実施形態に係る外部入力４の例を表す図

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る車両重量監視システム１ついて、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る車両重量監視システム１全体の概念図を表す図である。図１に示すように、車両重量監視システム１は、主に、車両３に設けられた車載装置５と、車載装置５と狭域通信を行う路側通信装置７ａと、路側通信装置７ａとネットワークを介して接続されたサーバ９とから構成される。そして、車載装置５に接続されたセンサ１０５により走行時の車両３の振動データを測定し、測定した振動データを、路側通信装置７ａを介してサーバ９に収集する。サーバ９は収集した振動データに基づいて車両３の固有振動数を特定し、特定した固有振動数から車両３の重量、積載量を算出する。そして、車両３が過積載か否かを判定する。

ここで、「狭域通信」とは、所定の通信エリア内で無線通信が可能な、例えば、５．８ＧＨｚ帯の電波を使用したＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、２．４ＧＨｚ帯の電波を使用した電波ビーコン、又は赤外線を使用した光ビーコン等を利用した通信のことをいう。狭域通信の通信方式は、特定の方式に限定されないが、例えば、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）、ＥＴＣ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＶＩＣＳ（登録商標）（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）等で使用されるＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ７５で規定する通信方式や、ＣＥＮ／ＥＮ１２２５３やＩＥＥＥ８０２．１１ｐ等で規定する通信方式が使用可能である。

以下、図１に示した車両重量監視システム１の各構成について説明する。

（車両３）
車両３は、車両重量監視システム１における測定対象の車両である。車両３は任意の車両であってよいが、通常、過積載の監視対象となる大型車が想定される。また、車両３には、路側通信装置７ａと狭域通信を行う車載装置５が設置されている。

（車載装置５）
車載装置５は、路側通信装置７ａと狭域通信を行う車載器として機能するとともに、車両３の振動データを測定する測定手段として機能する。

図２は、車載装置５のハードウェア構成の例を示す図である。車載装置５は、主に、制御部１０１、記憶部１０２、通信Ｉ／Ｆ１０３、周辺機器Ｉ／Ｆ１０４等がバス１０６を介して接続されている。

制御部１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。ＣＰＵは、記憶部１０２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１０６を介して接続された各装置を駆動制御する。ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部１０２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部１０１が各種処理を行う為に使用するワークメモリ領域を備える。

記憶部１０２は、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ
Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒ
ｙ）、フラッシュメモリ、ハードディスク等のデータの読み書きが可能な記憶装置から
構成される。記憶部１０２には、制御部１０１が実行するプログラム、プログラム実行
に必要なデータ等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳに相当する制御プログラ
ムや、本実施形態の各処理を実行するプログラム等が格納されている。これらの各プロ
グラムは、制御部１０１により必要に応じて読みだされてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読
み出されて実行される。

本実施形態では、「車両情報５１」（図２参照）が、記憶部１０２に記憶されている。「車両情報５１」は、車載装置５（車載器）又は車両３を一意に特定する「ユニークＩＤ」を含む。また、車両３の現在位置を特定する「位置情報」、車両３の走行速度を特定する「車速情報」等を含んでもよい。

また、「振動データ情報５３」（図２参照）が、記憶部１０２に記憶される。「振動データ情報５３」は、測定した振動データを含む。

通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）１０３は、路側通信装置７ａと狭域通信を行うための通信装置である。通信Ｉ／Ｆ１０３は、制御部１０１の制御に従って、路側通信装置７ａにデータを送信し、また、路側通信装置７ａからデータを受信する。

周辺機器Ｉ／Ｆ（インターフェース）１０４は、車載装置５に周辺機器を接続するためのインターフェースである。本実施形態では、振動データを測定するセンサ１０５が周辺機器Ｉ／Ｆ１０４を介して車載装置５と接続されている。そして、制御部１０１は、周辺機器Ｉ／Ｆ１０４を介して、センサ１０５を制御し振動データの測定を実行する。センサ１０５によって測定された振動データは、周辺機器Ｉ／Ｆ１０４を介して、記憶部１０２の「振動データ情報５３」に記憶される。

ここで、センサ１０５は、振動データとして少なくとも車両３の上下軸（鉛直方向）の加速度を測定可能なデバイスである。これにより、車両３のバウンジングの固有振動数を特定することができる。また、センサ１０５は、振動データとして更にピッチング角速度を検出可能なデバイスであってもよい。これにより、車両３のピッチングの固有振動数を特定することもできる。センサ１０５で測定された振動データは、周辺機器Ｉ／Ｆ１０４を介して、記憶部１０２に記憶される。例えば、デバイスとしては、３軸加速度センサやジャイロセンサなどを採用できる。

尚、センサ１０５の車両３への設置位置は何処でもよく、例えば、車載装置５の設置位置付近、車両３の重心位置付近、車両３の中心位置付近、車両３の前後軸付近、など任意に定めることができる。また、設置するセンサ１０５の数も任意に定めることができる。

また、衛星測位システム（例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やガリレオ測位システム（Ｇａｌｉｌｅｏ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等）の航法衛星からの電波を取得する位置情報取得センサ（不図示）が、周辺機器Ｉ／Ｆ１０４と接続されていてもよい。位置情報取得センサが取得した電波に含まれる情報をもとに、制御部１０１によって、車両３の「位置情報」（例えば、経度・緯度情報）が算出される。算出された「位置情報」は記憶部１０２の車両情報５１に保持される。

また、車速データを測定する車速センサ（不図示）が周辺機器Ｉ／Ｆ１０４と接続されていてもよい。この場合、車速センサから取得される車速データをもとに制御部１０１によって「車速情報」（例えば、車両３の走行速度［ｋｍ／ｈ］）が算出される。算出された「車速情報」は、同様に、記憶部１０２の車両情報５１に保持される。

（路側通信装置７ａ）
路側通信装置７ａは、高速道路、一般道路、橋梁などに設置される所謂ＩＴＳスポット（路側機）等である。この路側通信装置７ａは、路側通信装置７ａの狭域通信内（以下、「通信エリア」と呼ぶ。）に存在する車載装置５との間で高速・大容量の無線通信を行うことが可能である。路側通信装置７ａは、車載装置５が測定した振動データを通信エリアで収集し、路側通信装置７ａとネットワークを介して接続されたサーバ９へ転送する。

（サーバ９）
サーバ９は、路側通信装置７ａを介して車載装置５から収集した振動データに基づいて、車両３の固有振動数を特定し、特定した固有振動数から車両３の重量、積載量を算出する。そして、車両３が過積載か否かを判定する。図３は、サーバ９のハードウェア構成の例を示すブロック図である。サーバ９は、図３に示すように、主に、制御部２０１、記憶部２０２、通信Ｉ／Ｆ２０３、出力部２０４等が、バス２０５を介して接続された一般的なコンピュータで実現される。尚、サーバ９の設置場所は何処でもよく、例えば、オフィス内、路側などに設置することができる。

制御部２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。ＣＰＵは、記憶部２０２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス２０５を介して接続された各装置を駆動制御する。ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部２０２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部２０１が各種処理を行う為に使用するワークメモリ領域を備える。

記憶部２０２は、例えばＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部２０１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳに相当する制御プログラムや、本実施形態の各処理を実行するプログラム等が格納されている。これらの各プログラムは、制御部２０１により必要に応じて読みだされてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて実行される。

通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）２０３は、通信制御装置、通信ポート等を有し、ＬＡＮやインターネット等のネットワークとの通信を媒介する通信インターフェースである。サーバ９は、通信Ｉ／Ｆ２０３を介して、路側通信装置７ａ等と通信接続する。

出力部２０４は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、プリンタ装置を有する。本実施形態では、車両３の過積載の判定結果等を出力部２０４に出力することができる。

（車両監視情報）
サーバ９の記憶部２０２には、サーバ９の制御部２０１が算出（推定）した車両の「推定重量」、車両の「推定積載量」、過積載の判定結果を示す「過積載判定情報」などの情報を含んだ「車両監視情報９１」（図３参照）が、車載装置５の「ユニークＩＤ」と紐づいて格納される。サーバ９の制御部２０１は、車両監視情報９１を参照することによって、各車両の積載状態を監視することができる。

（車両モデル情報）
また、サーバ９の記憶部２０２には、予め「車両モデル情報９３」（図３参照）が格納されている。車両モデル情報９３には、車載装置５の「ユニークＩＤ」と紐づいて車両固有の情報が保持されている。車両固有の情報には、車両の固有振動数と車両の重量とを関係づける情報（車両の固有振動数から車両の重量を算出するための情報）である「解析パラメータ」（例えば、車両の各種ばね定数など）を含む。また、車両の過積載を判定するために用いる情報、例えば、「車両重量」（空車状態における車両の重量）、「最大重量」（「道路運送車両の保安基準」に規定されている車両総重量）、「最大積載量」（積載することができる貨物の最大限度重量）、「乗車定員」（最大の乗車人員数）などの各種情報が含まれる。これらの情報の一部又は全部は、車検証情報、ＥＴＣセットアップ情報等から取得又は算出したものであってもよい。尚、上記した情報は、あくまで例であり、必要に応じて上記以外の情報を保持してもよいし、また、上記した情報の一部は必ずしも保持しなくてもよい。

また、車両モデル情報９３の一部又は全部の情報は、サーバ９とネットワークを介して接続された別途のサーバ（例えば、ＭＯＴＡＳ等）によって記憶管理されているものであってもよい。この場合、サーバ９は、ネットワークを介して、当該別途のサーバから必要な情報を取得する。

＜車両重量監視システム１の動作＞
次に、図４を参照しながら、車両重量監視システム１の具体的な動作フローを説明する。

まず、車載装置５の制御部１０１が、センサ１０５を制御し、路面を走行中の車両３の振動データを測定する（ステップＳ１０１）。そして、車載装置５の制御部１０１は、測定した振動データを記憶部１０２の「振動データ情報５３」に記憶する。

第１の実施形態では、振動データの測定を実行するタイミングや測定時間等の測定条件は、車載装置５の制御部１０１が任意に定めてよい。例えば、車載装置５の制御部１０１は、振動データの時系列波形をモニタリングしながら、波形の振幅が所定の閾値を超えたタイミング（つまり、車両３に大きな振動が生じたタイミング）をトリガとして測定を実行することができる。この場合、プリトリガ機能等を用いて波形の振幅が所定の閾値を超えた前後の振動データを確実に記憶部１０２に保存するのが望ましい。また、車載装置５の制御部１０１は、所定のタイミングで、測定を終了することができる。例えば、予め定められた所定の測定時間の経過後、測定を終了してもよいし、振動データの振幅が所定の閾値を継続して下回ったタイミング（つまり、車両３の振動が減衰したタイミング）等で、測定を終了するようにしてもよい。
いずれにしても、車載装置５の制御部１０１は、任意の手段により、車両３の振動データを測定する。測定した振動データは記憶部１０２の振動データ情報５３に記憶される。

そして、走行している車両３が、図１に示す路側通信装置７ａの通信エリアに入ると、車両３に設けられた車載装置５と路側通信装置７ａとの間で通信が確立する（ステップＳ１０２、ステップＳ１０３）。

具体的には、車載装置５の制御部１０１は、路側通信装置７ａから発信されるビーコン信号を検出したか否かを判別する等して、車載装置５が路側通信装置７ａの通信エリアに入ったか否かを判断する。通信エリアに入っていると判断した場合、車載装置５の制御部１０１は、通信Ｉ／Ｆ１０３を介して、路側通信装置７ａと接続処理を実行し、車載装置５と路側通信装置７ａとの接続が確立する。

そして、通信が確立すると、車載装置５の制御部１０１は、測定した振動データを含む振動データ情報５３と車載装置５の車両情報５１（「ユニークＩＤ」を含む）を、路側通信装置７ａを介して、サーバ９へ送信する（ステップＳ１０４、Ｓ１０５）。サーバ９の制御部２０１は、路側通信装置７ａを介して、車載装置５から振動データ情報５３と車両情報５１を収集（受信）し、記憶部２０２に記憶する（ステップＳ１０６）。

そして、サーバ９の制御部２０１は、路側通信装置７ａを介して収集した振動データ情報５３に含まれる振動データに基づいて、車両３のバウンジング及び／又はピッチングの固有振動数を特定する（ステップＳ１０７）。ここで、制御部２０１は、種々の手段を用いて、固有振動数を特定できる。例えば、振動データの時刻歴波形に対しＦＦＴ解析を実行し、フーリエスペクトルのピーク値に対応する周波数から固有振動数を特定してもよい。また、振動データの時刻歴波形に基づいてモーダルパラメータを同定可能な実稼働モード解析を適用することで、車両３の固有振動数を特定するようにしてもよい。その他種々の公知手段を用いて固有振動数を特定できる。

次に、サーバ９の制御部２０１は、特定した固有振動数に基づいて、車両３の重量を算出する（ステップＳ１０８）。まず、サーバ９の制御部２０１は、ステップＳ１０６において受信した車載装置５の「ユニークＩＤ」と紐づいた「解析パラメータ」を車両モデル情報９３から取得する。そして、サーバ９の制御部２０１は、ステップＳ１０７において特定した固有振動数と、当該解析パラメータとに基づいて、車両３の重量を算出する。前述したように、解析パラメータとは、車両３の固有振動数と車両３の重量とを関係づける情報（車両３の固有振動数から車両３の重量を算出するための情報）であり、例えば車両３の各種ばね定数等が含まれる。尚、この解析パラメータには、想定する車両の振動モデルに応じて異なる情報が保持される。本発明は、特に振動モデルを一意に限定するものではないが、以下に２軸車両の振動モデルを例に挙げて、固有振動数から重量を算出する概要を説明する。

図５は、２軸車両の振動モデルと各パラメータの内容を示す図である。
ここで、図５の振動モデルにおける「ばね上の垂直運動のつりあい式」と「ばね上のピッチング運動のついあい式」は、

のように表せる。また、前後軸のばね下運動のつりあい式は、

のように表せる。ここで、固有振動を考える際は、減衰や外乱は無視できるため、上記式から減衰項等を無視すると、「ばね上の垂直運動のつり合い式」と「ばね上のピッチング運動つりあい式」は、

となる。ここで、数式３を

とおくと、次の式が導出される。

そして、数式５の解として、以下のバウンジングの固有振動数ω_１と、ピッチングの固有振動数ω_２が求まる。

数式６によれば、左辺の固有振動数が与えられると、右辺に含まれる重量ｍ_ｓを逆算して算出することができる。つまり、サーバ９の制御部２０１は、ステップＳ１０７において特定したバウンジング及び／又はピッチングの固有振動数に基づいて車両３の重量を算出できる。ここで、重量を算出する際に必要な各種パラメータ、例えば「前後軸の懸架ばね定数」（ｋ_ｓｆ，ｋ_ｓｒ）、「重心から前軸までの距離」（ｌ_ｆ）、「重心から後軸までの距離ｌ_ｒ」（図５参照）などは、予め、車両モデル情報９３（「解析パラメータ」）に保持されているものとする。但し、これらのパラメータは、必ずしも厳密な値である必要はなく、所望する車両重量の算出精度等に応じて適宜定めることができる。

また、車両の固有振動数から車両の重量を算出する方法は上記例に限られない。例えば、予め、記憶部２０２の車両モデル情報９３（「解析パラメータ」）に既知の固有振動数パターンＷ＝（ω_１、ω_２、・・・、ω_Ｎ）^Ｔと既知の重量パターンＭ＝（ｍ_１、ｍ_２、・・・、ｍ_Ｎ）^Ｔの「対応テーブル」を保持しておいてもよい。この場合、サーバ９の制御部２０１は、ステップＳ１０７において特定した固有振動数ωと最も近い固有振動数を固有振動数パターンＷの中から選択し、選択した固有振動数に対応する重量を重量パターンＭから選択することで、車両３の重量を算出することができる。尚、予め用意する既知の車両の固有振動数パターンＷと既知の車両の重量パターンＭの値は、実測値であってもよいし、固有振動シミュレーション等により設定又は算出された値であってもよい。

また、上記のように固有振動数パターンＷと重量パターンＭの対応テーブルを記憶部２０２に保持しておくのではなく、固有振動数パターンＷを重量パターンＭへ写像する「関数Ｆ」のみを保持しておいてもよい。この場合、サーバ９の制御部２０１は、ステップＳ１０７において特定した固有振動数ωを関数Ｆに代入し、車両の重量（＝Ｆ（ω））を算出することができる。ここで、関数Ｆは、Ｍ＝ＦＷの関係を満たすように設計されたものである。

以上のような手段により、車両３の重量が算出される。算出した車両３の重量は、記憶部２０２の車両監視情報９１（「推定重量」）に保持される。

また、サーバ９の制御部２０１は、算出した推定重量に基づいて、車両３の積載量を算出する。例えば、制御部２０１は、車両モデル情報９３から取得される「車両重量」（空車状態における車両の重量）、及び「乗車定員」（最大の乗車人員数）を用いて次のように積載量を算出することができる。

ここで、ａは一人当たりの体重であり、道路運送車両法等で定められた値などを用いることができる。算出した車両３の積載量は、記憶部２０２の車両監視情報９３（「推定積載量」）に保持される。

そして、ステップＳ１０９において、サーバ９の制御部２０１は、ステップＳ１０８において算出した推定重量又は推定積載量に基づいて、車両３が過積載か否かを判定する。例えば、制御部２０１は、記憶部２０２の車両モデル情報９３から車両３の「最大重量」を取得し、推定重量が最大重量を超えた場合、若しくは、推定重量と最大重量との差が所定の閾値を超えた場合に、車両３が過積載の疑いがあると判定する。

また同様に、記憶部２０２の車両モデル情報９３から車両３の「最大積載量」を取得し、推定積載量が最大積載量を超えた場合、若しくは、推定積載量と最大積載量との差が所定の閾値を超えた場合に、過積載の疑いがあると判定してもよい。

そして、過積載の判定結果は、サーバ９の記憶部２０２の車両監視情報９１（「過積載判定情報」）に保持される。サーバ９の制御部２０１は、以上のように算出した「推定重量」「推定積載量」「過積載判定情報」などの車両監視情報９３を、出力部２０４の表示画面等に表示出力することができる。

以上、車両重量監視システム１の具体的な動作ついて説明をした。

（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態によれば、車載装置５（車載器）に接続されたセンサ１０５（加速度センサ、ジャイロセンサ等）により測定した振動データに基づいて、車両３の重量を算出する。従来のように専用の高価な車両重量計を必要としないため、車両の重量測定のための設備コストを大幅に抑えることができる。
また、第１の実施形態によれば、高速・大容量通信が可能な路側通信装置７ａを備えることによって、車載装置５が測定した振動データを、路側通信装置７ａを介してサーバ９に収集させる車両重量監視システムの好適なデータ収集の仕組みが実現される。そして、サーバ９は、収集した振動データに基づいて車両の固有振動数を特定し、特定した固有振動数から車両の重量を算出し、車両の過積載判定を行う。このように、一連のデータ解析をサーバ側で行うことによって、車載装置５の処理負担を軽減させることができる。また、サーバ９では、車載装置５が設置された各車両の固有情報を保持しているため、任意の車両の過積載状況を一元的に管理することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る車両重量監視システム２０ついて、図面を参照しながら説明する。

＜車両重量監視システム２０＞
図６は、本発明の第２の実施形態に係る車両重量監視システム２０全体の概念図を表す図である。図６に示すように、車両重量監視システム２０は、第１の実施形態の車両重量監視システム１に、更に、路側通信装置７ｂの構成を加えたものである。この路側通信装置７ｂは、ネットワークを介してサーバ９と接続されている。

（路側通信装置７ｂ）
路側通信装置７ｂは、路側通信装置７ａと同様に、所謂ＩＴＳスポット（路側機）等である。この路側通信装置７ｂは、路側通信装置７ｂの通信エリアに存在する車載装置５との間で無線通信を行う。特に、路側通信装置７ｂは、通信エリアに存在する車載装置５に対し、振動データの測定の実行を指示する外部トリガとして機能する。

＜車両重量監視システム２０の動作＞
図７を参照しながら、第２の実施形態に係る車両重量監視システム２０の具体的な動作フローを説明する。

路面を走行している車両３が、路側通信装置７ｂの通信エリアに入ると、車両３に設けられた車載装置５と路側通信装置７ｂとの間で通信が確立する（ステップＳ２０１、ステップＳ２０２）。

具体的には、車載装置５の制御部１０１は、路側通信装置７ｂから発信されるビーコン信号を検出したか否かを判別する等して、車載装置５が路側通信装置７ｂの通信エリアに入ったか否かを判断する。通信エリアに入っていると判断した場合、車載装置５の制御部１０１は、通信Ｉ／Ｆ１０３を介して、路側通信装置７ｂと接続処理を実行し、車載装置５と路側通信装置７ｂとの接続が確立する。

このとき、車載装置５の車両情報５１を含む「測定指示要求」が、サーバ９へ送信される。この測定指示要求を送信する主体は、車載装置５であってもよいし、路側通信装置７ｂであってもよい。

そして、サーバ９の制御部２０１は、測定指示要求を受信すると、路側通信装置７ｂを介して、車載装置５に対し「測定命令」を送信する（ステップＳ２０３、ステップＳ２０４）。この測定命令には、例えば「測定時間」又は「測定距離」などの測定条件を含んでいてもよい。

車載装置５の制御部１０１は、測定命令を受信すると、周辺機器Ｉ／Ｆ１０４を介して接続されたセンサ１０５を制御し、振動データの測定を実行する（ステップＳ２０５）。そして、制御部１０１は、時々刻々測定した振動データを記憶部１０２の「振動データ情報５３」に蓄積記憶していく。

ここで、車載装置５の制御部１０１は、前述した測定命令に含まれる測定条件に基づいて、所定のタイミングで測定を終了することができる。例えば、測定命令に「測定時間」の情報が含まれる場合には、制御部１０１は、当該測定時間の経過後、測定を終了してもよい。

また、測定命令に「測定距離」の情報が含まれる場合には、当該測定距離に基づいて測定時間を算出し、当該測定時間の経過後、測定を終了してもよい。例えば、走行している路面の法定速度から測定時間（＝測定距離／法定速度）を算出してもよいし、車速センサから取得した車両３の実速度に基づいて測定時間（＝測定距離／実速度）を算出してもよい。

また、車載装置５の制御部１０１が、位置情報取得センサから取得される車両３の位置情報に基づいて、測定命令を受信したときの位置情報を起点として測定距離分を走行したと判断した場合に、測定を終了するようにしてもよい。その他、車載装置５が車両３の走行方向先に設置された路側通信装置７ａの通信エリアに入ると測定を強制終了するようにしてもよい。

次に、測定した振動データは、路側通信装置７ａを介して、サーバ９によって収集される。図６に示すように、路面を走行している車両３が走行方向先に設置されている路側通信装置７ａの通信エリアに入ると、車両３に設けられた車載装置５と路側通信装置７ａとの間で通信が確立する（ステップＳ２０６、ステップＳ２０７）。

そして、通信が確立すると、車載装置５の制御部１０１は、測定した振動データと車載装置５の車両情報５１（ユニークＩＤを含む）を、路側通信装置７ａを介して、サーバ９へ送信する（ステップＳ２０８、Ｓ２０９）。サーバ９の制御部２０１は、路側通信装置７ａを介して、車載装置５から振動データ情報５３と車両情報５１を収集（受信）し、記憶部２０２に記憶する（ステップＳ２１０）。

サーバ９の制御部２０１は、収集した振動データ情報５３に含まれる振動データに基づいて、固有振動数を特定し（ステップＳ２１１）、特定した固有振動数に基づいて、車両３の重量を算出する（ステップＳ２１２）。そして、制御部２０１は、車両３が過積載か否かを判定する（ステップＳ２１３）。これらの処理は、第１の実施形態と同様であるため、記載を省略する。

以上、第２の実施形態に係る車両重量監視システム２０の動作ついて説明をした。

（第２の実施形態の効果）
第２の実施形態によれば、路側通信装置７ｂを、車載装置５に対し振動データの測定の実行を指示する外部トリガとして機能させることができる。そして、第１の実施形態と同様に路側通信装置７ａによって測定した振動データを回収する。このように、路側通信装置７ｂによって車載装置５に測定指示を与え、路側通信装置７ａによって車載装置５が測定したデータを回収するように構成することで、必然的に、路側通信装置７ｂと路側通信装置７ａとの間で測定された振動データに基づいて解析が行われることになる。つまり、第２の実施形態では、路側通信装置７ａと路側通信装置７ｂによって、振動データを測定する区間（測定区間）が規定されるため、各車両の振動データを一律の測定条件のもとで取得できる。これにより、データ間の解析結果のばらつき等が低減され、解析結果の信頼性が向上する。また、車載装置５は自らが測定を開始するタイミング等を決定する必要がないため、車載装置５の機能を一層簡便とすることができ、車載装置５の低コスト化に繋がる。

[第３の実施形態]
次に、本発明の第３の実施形態に係る車両重量監視システム３０ついて、図面を参照しながら説明する。

＜車両重量監視システム３０＞
図８は、本発明の第３の実施形態に係る車両重量監視システム３０全体の概念図を表す図である。図８に示すように、車両重量監視システム３０は、第２の実施形態の車両重量監視システム２０に加え、１以上の外部入力４を路面に形成したものである。このように、外部入力４を路面に形成することによって、当該路面を走行する車両３を強制的に加振させる。そして、測定実行の指示を与える路側通信装置７ｂを、外部入力４より車両３の走行方向に向かって手前に設置し、測定データを収集する路側通信装置７ａを、外部入力４より車両３の走行方向に向かって先に設置する。このように、車両３の走行方向に向かって「路側通信装置７ｂ⇒外部入力４⇒路側通信装置７ａ」の順に各構成を配置することで、車載装置５は外部入力４によって生ずる車両３の振動データを確実に測定でき、また、サーバ９は当該振動データを確実に回収することができる。

以下、外部入力４について説明をする。
外部入力４は、所定の形状を有する段差等のインフラ設備であり、走行中の車両３にバウンジング振動及び／又はピッチング振動を強制的に生じさせる役割を果たす。このように、路面を走行する車両３を強制的に加振させることで、車両３の固有振動数を特定するための振動データを高Ｓ／Ｎで取得できる。

ここで、様々な重量の車両に応じた固有振動数を特定するために、外部入力４は、車両３に様々な周波数振動を与える形状で路面に形成されることが望ましい。
図９は外部入力４の例を示す図である。例えば、図９（ａ）は、複数の区間ごとに異なる周波数で変位するサイン形状を路面に形成した例である。これにより、車両に様々な周波数振動を与えることができる。また、図９（ｂ）のように、周波数が連続的に上昇(又は下降)していく、所謂ＴＳＰ信号のようなサイン形状を路面に形成してもよい。さらに、図９（ｃ）のように、路面性状を粗面とすることで、車両にランダム振動（広帯域特性を有する）を与える外部入力４を形成してもよい。

また、車両に衝撃力的な振動を与えるような外部入力４を形成してもよい。衝撃力は、それだけで広帯域な周波数成分を含むため、図９（ａ）（ｂ）のように周波数が変位する複数のサイン形状を路面に形成する必要がない。このため、１つの外部入力４を路面に形成するだけでも、車両の固有振動数を特定するために十分な振動データを取得することができる。
図１０は、このような外部入力４の例を示す図である。例えば、図１０（ａ）のように路面の段差が急激に落ちるようなステップダウン形状の外部入力４を形成することができる。また、図１０（ｂ）のように、狭幅に形成したパルス形状型の外部入力４を設けてもよい。

尚、外部入力４より手前の路面は、略平坦に形成されることが望ましい。例えば、外部入力４の直前の路面の平坦性が低い場合、当該路面で受けた振動と外部入力４から受けた振動が時間的に混ざって測定される状況等が発生し、測定された振動データに基づく解析の精度が落ちる可能性がある。したがって、外部入力４を走行する前になるべく車の振動が発生しにくい状況を作るため、上記したように、外部入力４の手前の路面は、略平坦に形成されることが望ましい。これにより、外部入力４以外から受ける振動の影響を軽減でき、外部入力４に起因した振動のみに着目したデータ解析を行うことができるようになる。

（第３の実施形態の効果）
第３の実施形態によれば、外部入力４を路面に形成することによって、車両３を強制的に加振させる。これにより、車両３の振動データを好適に取得することができる。特に、図９及び図１０に例示したように、外部入力４は広帯域特性を有するように路面に形成されるため、様々な車両重量に応じた固有振動数を特定することができる。また、車両３の走行方向に向かって「路側通信装置７ｂ⇒外部入力４⇒路側通信装置７ａ」の順に各構成を配置することで、車載装置５は外部入力４によって生ずる車両３の振動データを確実に測定でき、また、サーバ９は当該振動データを確実に回収することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る車両重量監視システム１、２０、３０等の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、本発明は以下のような種々の変形例をも包含する。

＜変形例＞
前述したように、サーバ９の記憶部２０２に保持されている車両モデル情報９３の一部又は全部の情報は、他のサーバ等から提供を受けたものであってもよい。近年、自動車登録検査業務電子情報処理システム（ＭＯＴＡＳ）等から、世の中の多くの車両に関する登録情報等を取得することができるようになりつつある。このような既存の情報資源を有効活用してもよい。

また、第２及び第３の実施形態に係る路側通信装置７ｂは、必ずしも、図６、８に示すようにサーバ９に接続されていなくてもよい。この場合、サーバ９を介さずに、路側通信装置７ｂが直接、車載装置５に対し測定指示を与える。

また、第３の実施形態に係る車両重量監視システム３０において、路側通信装置７ｂの構成を省略してもよい。この場合、路側通信装置７ｂに依らず車載装置５が自ら測定のタイミングを制御する。

また、車載装置５が測定したデータを１つの路側通信装置７ａで全て収集できないような場合には、複数の路側通信装置で複数回に分けて、測定データを収集するようにしてもよい。例えば、路側通信装置７ａで測定データを全て収集できなかった場合、路側通信装置７ａの先に設置される別の路側通信装置で残りの測定データを収集するようにしてもよい。また、サーバ９が測定データの全てが正しく受信できたことを確認できるように、車載装置５の制御部１０１は、振動データの総データ数の情報や振動データの後ろに振動データの終わりを示すデータ終了情報を付加して、振動データ情報５３を送信するようにしてもよい。

また、サーバ９の制御部２０１は、ステップＳ１０８、ステップＳ２１２において算出した車両３の推定重量に基づいて、車両３の前軸重量及び後軸重量を算出してもよい。これにより、前後軸重が車両法等の規制制限を満たしているかを監視することもできる。例えば、前軸重量及び後軸重量は次のように算出される。
前軸重量 ＝ 重心位置 ／ ホイールベース × 推定重量
後軸重量 ＝ 推定重量 ― 前軸重量
ここで、ホイールベース（前輪軸と後輪軸との距離）、及び重心位置は、車両モデル情報９３の「解析パラメータ」に予め保持されているものとする。
また、制御部２０１は、算出した前軸重量及び後軸重量から更に前輪重量及び後軸重量を算出し（例えば単純には、推定前輪重量＝推定前後軸重量／２、推定後輪重量＝推定後軸重量／２のように算出される）、輪荷重が車両法等の規制制限を満たしているか監視してもよい。

また、車両の固有振動数の特定、車両の重量の算出、過積載の判定を行うサーバ９の制御部２０１の一連の機能は、車載装置５の制御部１０１の機能として含まれてもよい。つまり、車載装置５を、測定から車両重量の算出、過積載の判定までを実行するオールインワンの車両重量測定装置として構成してもよい。この場合、車載装置５を、専用のハードウェアで実現してもよいが、例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ等を有する汎用の携帯端末等で実現してもよい。

また、上記した変形例以外にも、当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、２０、３０・・・・・車両重量監視システム
３ ・・・・・・・・・・車両
４ ・・・・・・・・・・外部入力
５ ・・・・・・・・・・車載装置
７ａ、７ｂ・・・・・・・路側通信装置
９ ・・・・・・・・・・サーバ
５１ ・・・・・・・・・車両情報
５３ ・・・・・・・・・振動データ情報
９１ ・・・・・・・・・車両監視情報
９３ ・・・・・・・・・車両モデル情報

Claims (11)

1. 車両に設けられた車載装置と、前記車載装置とデータの授受を行うサーバと、を備えた車両重量監視システムであって、
   前記車載装置は、
   路面を走行中の前記車両の振動データを測定する測定手段を備え、
   前記サーバは、
   前記車両の固有振動数と前記車両の重量とを関係づける情報を含む車両モデル情報を記憶する記憶手段と、
   前記振動データに基づいて、前記車両の固有振動数を特定する固有振動数特定手段と、
   特定した前記固有振動数と前記車両モデル情報とに基づいて、前記車両の重量を算出する重量算出手段と、
   を備える車両重量監視システム。
2. 更に、前記サーバとネットワークを介して接続された、前記車載装置と狭域通信を行う第１の路側通信装置を備え、
   前記サーバは、前記第１の路側通信装置を介して、前記車載装置から前記振動データを収集する手段を更に備える請求項１に記載の車両重量監視システム。
3. 更に、前記サーバとネットワークを介して接続された、前記車載装置と狭域通信を行う第２の路側通信装置を備え、
   前記サーバは、前記第２の路側通信装置を介して、前記車載装置に対し測定命令を送信する手段を更に備え、
   前記測定手段は、前記測定命令を受信すると、前記振動データの測定を開始する請求項２に記載の車両重量監視システム。
4. 更に、前記路面に形成された所定の形状を有する外部入力を備え、
   前記第１の路側通信装置は、前記外部入力より前記車両の走行方向に向かって先に設置され、
   前記第２の路側通信装置は、前記外部入力より前記車両の走行方向に向かって手前に設置される請求項３に記載の車両重量監視システム。
5. 前記外部入力の手前の前記路面は略平坦に形成される請求項４に記載の車両重量監視システム。
6. 前記重量算出手段により算出した前記車両の重量と前記車両の最大重量とに基づいて、前記車両が過積載か否かを判定する手段を更に備える請求項１乃至請求５のいずれか１項に記載の車両重量監視システム。
7. 前記振動データは、前記車両の上下軸方向の加速度データを含み、
   前記固有振動数特定手段は、前記加速度データに基づいて、前記車両のバウンジングの固有振動数を特定する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両重量監視システム。
8. 前記振動データは、前記車両のピッチング角速度データを含み、
   前記固有振動数特定手段は、前記ピッチング角速度データに基づいて前記車両のピッチングの固有振動数を特定する請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の車両重量監視システム。
9. 前記車両モデル情報は、車検証情報、ＥＴＣセットアップ情報から取得又は算出される情報を含む請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の車両重量監視システム。
10. 走行中の車両の振動データを測定する測定ステップと、
    前記振動データに基づいて、前記車両の固有振動数を特定する固有振動数特定ステップと、
    特定した前記固有振動数と前記車両の固有振動数と前記車両の重量とを関係づける情報を含む車両モデル情報とに基づいて、前記車両の重量を算出する重量算出ステップと、
    を含む車両重量算出方法。
11. 走行中の車両の振動データを測定する前記車両に設けられた車載装置とデータの授受を行う、車両の重量を算出する車両重量算出サーバであって、
    前記車両の固有振動数と前記車両の重量とを関係づける情報を含む車両モデル情報を記憶する記憶手段と、
    前記振動データに基づいて、前記車両の固有振動数を特定する固有振動数特定手段と、
    特定した前記固有振動数と前記車両モデル情報とに基づいて、前記車両の重量を算出する重量算出手段と、
    を備える車両重量算出サーバ。

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