JP4693516B2

JP4693516B2 - 重量測定方法

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Publication number: JP4693516B2
Application number: JP2005179715A
Authority: JP
Inventors: 孝橋　　徹; 年幸平田
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-06-20
Also published as: JP2006349636A

Description

本発明は、計量台上を走行する車両の全重量等を測定する重量測定方法に関し、詳しくは計量台の荷重センサから出力される重量信号から正確な重量値を求める方法に関するものである。

例えば、図６に示されるように、４個の荷重センサ５１，５２，５３，５４にて支持される計量台５０上に３個の車軸５５，５６，５７を有する車両５８が乗り込み、この計量台５０上を走行して降りる場合について考えると、４個の荷重センサ５１〜５４の出力の和で示される車両５８の重量は、図７に示されるようになる。図７において、記号Ａ〜Ｅで示される各区間は、新たな車軸の計量台５０上への乗り降りがなく、計測対象となる１個の車軸または複数個の車軸が計量台５０上に滞在している区間であり、区間Ａは第１車軸５５の荷重、区間Ｂは第１車軸５５と第２車軸５６との合計荷重、区間Ｃは第１車軸５５と第２車軸５６と第３車軸５７との合計荷重、区間Ｄは第２車軸５６と第３車軸５７との合計荷重、区間Ｅは第３車軸５７の荷重による重量信号を表している。また、図７における区間Ａ〜区間Ｅのそれぞれ時間長さを順にＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ，Ｔｅとし、区間Ａ〜区間Ｅのそれぞれの重量信号から求めた重量測定値を順にＷａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄ，Ｗｅとすると、車両５８の全重量、つまり全車軸５５〜５７の合計重量は、Ｗｃ，（Ｗａ＋Ｗｄ），（Ｗｂ＋Ｗｅ）のいずれかの値から求めることができる。

なお、一般に、車両５８が計量台５０上に乗り降りした際に生成される重量信号は、図７に示されるような減衰振動信号となり、急激に立ち上がって素早く安定するような過渡応答とはならない。すなわち、計量器は計量器構造と車両５８の質量で決まる２次の振動系をなすので、車軸５５〜５７の重量負荷がステップ信号状に入力しても出力される重量信号の過渡応答は立ち上がりに遅れを生じ、かつ振動信号が現れる。この過渡応答振動信号には、計量器と車両５８の質量とによって発生する固有振動や、車両５８のばね系に加わる衝撃力によって車両５８から与えられる成分が大きく含まれる。この過渡応答振動信号は時間の経過と共に減衰するので、計測対象となる１個の車軸または複数個の車軸の計量台５０上での滞在時間が長ければ長いほど正確な測定値を得ることができる。

従来、図７に示される重量信号に基づき車両５８の全重量（車両５８の全車軸５５〜５７の合計重量）を求めるものとして、例えば特許文献１にて提案されている自動計重システムがある。この自動計重システムでは、区間Ａ〜区間Ｅの時間長さの関係がＴａまたはＴｄ＞Ｔｃ＞ＴｂまたはＴｅである場合に、区間の時間長さが比較的長い区間Ａおよび区間Ｄの重量測定値Ｗａ，Ｗｄを合計することにより、車両５８の全重量を高精度で求めるようにされている。

特開平１−１４８９１７号公報

図７に示されるように、区間Ａおよび区間Ｄの時間長さＴａ，Ｔｄのいずれもが区間Ｃの時間長さＴｃよりも長い場合であっても、合計重量測定値（Ｗａ＋Ｗｄ）の方が重量測定値Ｗｃより高い精度であるとは限らない。例えば、区間Ａの時間長さＴａに対するＷａの繰り返し測定値の標準偏差および区間Ｄの時間長さＴｄに対するＷｄの繰り返し測定値の標準偏差がそれぞれｓで、区間Ｃの時間長さＴｃに対するＷｃの繰り返し測定値の標準偏差が１．２ｓであったとすると、合計重量測定値（Ｗａ＋Ｗｄ）のばらつきの大きさは、
（ｓ^２＋ｓ^２）^１／２＝（２ｓ^２）^１／２＝１．４１４ｓ
となり、重量測定値Ｗｃの単独のばらつきの大きさ１．２ｓよりも大きくなる。つまり、重量測定値Ｗｃの値をもって車両５８の全重量値とした方がより高い精度で車両５８の全重量を求めることができる。したがって、前記特許文献１に係る自動計重システムでは、車両５８の全重量を高い精度で求めることができない場合があるという問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、車両の全重量等をより高い精度で求めることのできる重量測定方法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による重量測定方法は、
車両の車軸が計量台上に乗り降りした際に生成される時系列サンプリング重量信号に対して安定領域を設定するとともに、この安定領域内にある時系列サンプリング重量信号の中に重量値取得区間を設定し、この重量値取得区間における時系列サンプリング重量信号から計量台上にある１個の車軸または複数個の車軸の重量測定値を求め、この重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から前記車両における特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を求める重量測定方法において、
前記重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から前記特定の車軸の重量値または前記全車軸の合計重量値を算出する算出法を複数種類設定し、前記時系列サンプリング重量信号の中に設定された重量値取得区間の時間長さに応じて現れる重量測定値のばらつきの大きさに基づいて、前記複数種類の算出法の中から前記特定の車軸の重量値または前記全車軸の合計重量値を最も高精度に求めることのできる算出法を選択し、この選択された算出法によって前記特定の車軸の重量値または複数個の前記全車軸の合計重量値を求めることを特徴とするものである。

また、第２発明による重量測定方法は、
車両の車軸が計量台上に乗り降りした際に生成される時系列サンプリング重量信号に対して安定領域を設定するとともに、この安定領域内にある時系列サンプリング重量信号の中に重量値取得区間を設定し、この重量値取得区間における時系列サンプリング重量信号から計量台上にある１個の車軸または複数個の車軸の重量測定値を求め、この重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から前記車両における特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を求める重量測定方法において、
前記重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から求められる複数個の前記特定の車軸の重量値または複数個の前記全車軸の合計重量値と、この複数個の前記特定の車軸の重量値または複数個の前記全車軸の合計重量値の組み合わせ平均演算によって求められる平均値とにおけるそれぞれの値のばらつきの大きさを比較してそのばらつきの大きさが最小である値を選択することを特徴とするものである。

第１発明または第２発明において、前記ばらつきの大きさの比較は、前記重量値取得区間の時間長さに応じて設定される基準ばらつき量を基にして行われるのが好ましい（第３発明）。

第３発明において、前記基準ばらつき量は、前記重量値取得区間における時系列サンプリング重量信号に含まれる振動信号の周期数の大きさに応じて決定されるのが好ましい（第４発明）。

第１発明においては、例えば、図７に示される重量信号に基づく重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から車両の全車軸の合計重量値としてＷｃ，（Ｗａ＋Ｗｄ）が求められるとともに、このＷｃと（Ｗａ＋Ｗｄ）との平均値（Ｗｃ＋Ｗａ＋Ｗｄ）／２が求められる。ここで、区間Ａの時間長さＴａに対するＷａの繰り返し測定値の標準偏差および区間Ｄの時間長さＴｄに対するＷｄの繰り返し測定値の標準偏差がそれぞれｓで、区間Ｃの時間長さＴｃに対するＷｃの繰り返し測定値の標準偏差が１．２ｓであったとすると、（Ｗａ＋Ｗｄ）のばらつきの大きさは、
（ｓ^２＋ｓ^２）^１／２＝（２ｓ^２）^１／２＝１．４１４ｓ
となる。さらに、Ｗｃと（Ｗａ＋Ｗｄ）との平均値のばらつきの大きさは、
[{（１．２ｓ）^２＋２ｓ^２}^１／２]／２＝（３．４４ｓ^２）^１／２／２＝１．８５ｓ／２＝０．９２５ｓ
となり、Ｗｃ単独のばらつきの大きさ（＝１．２ｓ）や、（Ｗａ＋Ｗｄ）のばらつきの大きさ（＝１．４１４ｓ）よりも小さくなる。したがって、車両の全重量を従来よりも高い精度で求めることができる。なお、これと同様の考え方により、車両の特定の車軸重量を従来よりも高い精度で求めることができる。この第１発明によれば、重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を算出する算出法が数種類設定され、この複数種類の算出法の中から特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を最も高精度に求めることのできる算出法が選択され、この選択された算出法によって特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値が求められるので、特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値をより高い精度で求めることができる。

第２発明によれば、重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から求められる複数個の特定の車軸の重量値または複数個の全車軸の合計重量値と、この複数個の特定の車軸の重量値または複数個の全車軸の合計重量値の組み合わせ平均演算によって求められる平均値とにおけるそれぞれの値のばらつきの大きさが比較されてそのばらつきの大きさが最小である値が選択されるので、特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値をより高い精度で求めることができる。ここで、重量値取得区間の時間長さに応じて設定される基準ばらつき量、より具体的に言えば重量値取得区間における時系列サンプリング重量信号に含まれる振動信号の周期数の大きさに応じて決定される基準ばらつき量を基にして前記ばらつきの大きさの比較が行われるようにすることにより、車軸間距離や計量台寸法、車両の走行速度等の変化に応じて特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値をより高い精度で求めることができる。

次に、本発明による重量測定方法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。

図１には、本発明の一実施形態に係る重量測定装置のブロック図が示されている。本実施形態は、図６に示される従来装置と同様、４個の荷重センサにて支持される計量台上に３個の車軸を有する車両が乗り降りした際に生成される時系列サンプリング重量信号波形を例に挙げ、特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値の求め方を説明するものである。なお、装置構成図については図６に示される従来例と同様であるため省略する。

本実施形態の重量測定装置１は、図１に示されるように、４個の荷重センサ（ロードセル）５１，５２，５３，５４にて検出された歪み量に応じたアナログ荷重信号をそれぞれ増幅する増幅器２，３，４，５と、そのアナログ荷重信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）６，７，８，９と、それらデジタル信号がＩ／Ｏ回路１０を介して入力される計測ユニットとしての演算処理装置（ＣＰＵ）１１とを備えている。ここで、演算処理装置１１は、所定プログラムを実行することにより所要の演算処理を行うように構成されている。

前記演算処理装置１１は、前記プログラムおよび各種データを記憶するＲＯＭ，ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭ等からなるメモリ１２に接続されるとともに、Ｉ／Ｏ回路１０を介して、各種データの入力等を行うキースイッチ（入力手段）１３および各種のデータを表示する表示器１４に接続されている。

このように構成される重量測定装置１において、荷重センサ５１〜５４より出力される重量信号は、被計量物の質量を含む計量台５０（図６参照）の固有振動数および車両５８のばねによる振動ノイズ信号の周期に比べて、十分短い時間間隔でＡ／Ｄ変換器６〜９から生ずるサンプリング重量信号（サンプリング重量値）Ｗｓとして連続的に生成されているものとする。また、このサンプリング重量値Ｗｓは、予め計量台５０の自重等の風袋分が差し引かれ、計量台５０上の被計量物そのものの重量値を示すものとする。

車両５８の車軸が計量台５０上に乗り降りした際に４個の荷重センサ５１〜５４の出力の和で表される時系列サンプリング重量信号は、図７のグラフで示されるようになる。本実施形態では、この図７に示される時系列サンプリング重量信号に対して安定領域を設定するとともに、この安定領域内にある時系列サンプリング重量信号の中に重量値取得区間を設定し、この重量値取得区間における時系列サンプリング重量信号から計量台上にある１個の車軸または複数個の車軸の重量測定値が求められる。この図７において、記号Ａ〜Ｅで示される各区間は、新たな車軸の計量台５０上への乗り降りがなく、計測対象となる１個の車軸または複数個の車軸が計量台５０上に滞在している区間であり、区間Ａは第１車軸５５の荷重、区間Ｂは第１車軸５５と第２車軸５６との合計荷重、区間Ｃは第１車軸５５と第２車軸５６と第３車軸５７との合計荷重、区間Ｄは第２車軸５６と第３車軸５７との合計荷重、区間Ｅは第３車軸５７の荷重による重量信号を表している。ここで、図７における区間Ａ〜区間Ｅのそれぞれ時間長さを順にＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ，Ｔｅとし、区間Ａ〜区間Ｅのそれぞれの重量信号から求めた重量測定値を順にＷａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄ，Ｗｅとする。なお、安定領域と重量値取得区間の設定方法については後に詳述することとする。

前記重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から車両５８における特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を複数個求めることができる。すなわち、複数個の全車軸の合計重量値ｍ０１，ｍ０２，ｍ０３は次の（１）〜（３）式により、また複数個の第１車軸重量値ｍ１１，ｍ１２，ｍ１３は次の（４）〜（６）式により、また複数個の第２車軸重量値ｍ２１，ｍ２２，ｍ２３は次の（７）〜（９）式により、また複数個の第３車軸重量値ｍ３１，ｍ３２，ｍ３３は次の（１０）〜（１２）式により、それぞれ求められる。
ｍ０１＝Ｗｃ・・・（１）
ｍ０２＝Ｗａ＋Ｗｄ・・・（２）
ｍ０３＝Ｗｂ＋Ｗｅ・・・（３）
ｍ１１＝Ｗａ・・・（４）
ｍ１２＝Ｗｃ−Ｗｄ・・・（５）
ｍ１３＝Ｗｂ−（Ｗｄ−Ｗｅ）・・・（６）
ｍ２１＝Ｗｄ−Ｗｅ・・・（７）
ｍ２２＝Ｗｂ−Ｗａ・・・（８）
ｍ２３＝Ｗｃ−（Ｗａ＋Ｗｅ）・・・（９）
ｍ３１＝Ｗｅ・・・（１０）
ｍ３２＝Ｗｃ−Ｗｂ・・・（１１）
ｍ３３＝Ｗｄ−（Ｗｂ−Ｗａ）・・・（１２）

さらに、複数個の前記全車軸の合計重量値ｍ０１，ｍ０２，ｍ０３の組み合わせ平均演算によって求められる平均値は次の（１３）〜（１６）式で表される。
（ｍ０１＋ｍ０２）／２・・・（１３）
（ｍ０１＋ｍ０３）／２・・・（１４）
（ｍ０２＋ｍ０３）／２・・・（１５）
（ｍ０１＋ｍ０２＋ｍ０３）／３・・・（１６）
また、複数個の前記第１車軸重量値ｍ１１，ｍ１２，ｍ１３の組み合わせ平均演算によって求められる平均値は、次の（１７）〜（２０）式で表される。
（ｍ１１＋ｍ１２）／２・・・（１７）
（ｍ１１＋ｍ１３）／２・・・（１８）
（ｍ１２＋ｍ１３）／２・・・（１９）
（ｍ１１＋ｍ１２＋ｍ１３）／３・・・（２０）
また、複数個の前記第２車軸重量値ｍ２１，ｍ２２，ｍ２３の組み合わせ平均演算によって求められる平均値は、次の（２１）〜（２４）式で表される。
（ｍ２１＋ｍ２２）／２・・・（２１）
（ｍ２１＋ｍ２３）／２・・・（２２）
（ｍ２２＋ｍ２３）／２・・・（２３）
（ｍ２１＋ｍ２２＋ｍ２３）／３・・・（２４）
また、複数個の前記第３車軸重量値ｍ３１，ｍ３２，ｍ３３の組み合わせ平均演算によって求められる平均値は、次の（２５）〜（２８）式で表される。
（ｍ３１＋ｍ３２）／２・・・（２５）
（ｍ３１＋ｍ３３）／２・・・（２６）
（ｍ３２＋ｍ３３）／２・・・（２７）
（ｍ３１＋ｍ３２＋ｍ３３）／３・・・（２８）

このように本実施形態においては、車両５８の全車軸の合計重量値の求め方として前記（１）〜（３）式および前記（１３）〜（１６）式で表される７通りの算出法が設定され、車両５８の第１車軸重量値の求め方として前記（４）〜（６）式および前記（１７）〜（２０）式で表される７通りの算出法が設定され、車両５８の第２車軸重量値の求め方として前記（７）〜（９）式および前記（２１）〜（２４）式で表される７通りの算出法が設定され、車両５８の第３車軸重量値の求め方として前記（１０）〜（１２）式および前記（２５）〜（２８）式で表される７通りの算出法が設定される。なお、これら（１）〜（２８）式は予めメモリ１２に記憶される。

次に、図７に示される時系列サンプリング重量信号に対する安定領域と重量値取得区間の設定方法について以下に説明することとする。

本実施形態において、４個の荷重センサ５１〜５４の出力の和で表されるサンプリング重量値Ｗｓは、前述したように、図７のグラフで示されるようになる。図２には、本実施形態の重量測定装置において、被計量物（車両５８）の重量値の零付近の状態と、第１車軸が計量台上に乗り込んだときの重量信号の変化状態が示されている。

前記メモリ１２内に最大値レジスタｗｍａｘと最小値レジスタｗｍｉｎとを設けるとともに、計量台５０上の被計量物（車両５８）のサンプリング重量値Ｗｓの零値近傍に±Ｗｚｕの範囲を設定する。そして、サンプリング重量値Ｗｓが次式
｜Ｗｓ｜＜Ｗｚｕ・・・（２９）
を満たせば、計量台上には被計量物がない状態であると判定する。そして、この（２９）式が成立すると、サンプリング重量値Ｗｓは零付近にあるとし、その場合に、最大値レジスタｗｍａｘにＷｓを入れ、最小値レジスタｗｍｉｎに−Ｗｚｕを入れる。こうして、新たなサンプリング重量値Ｗｓが測定されるたびに、最大値レジスタｗｍａｘに記憶されているｗｍａｘの値とサンプリング重量値Ｗｓの値とを比較し、Ｗｓ＞ｗｍａｘなら、そのサンプリング重量値Ｗｓを最大値レジスタｗｍａｘに入れて最大値レジスタｗｍａｘを更新する。なお、最小値レジスタｗｍｉｎについては、更新せずに−Ｗｚｕのまま固定しておく。

また、最大値レジスタｗｍａｘの値が更新されるたびに、その値ｗｍａｘと最小値レジスタｗｍｉｎの値との偏差が設定値Ｗｈを越えるか否かの判定、言い換えれば（３０）式が成立するか否かの判定を行う。
ｗｍａｘ−ｗｍｉｎ＞Ｗｈ・・・（３０）
ここで、設定値Ｗｈは、車軸が計量台５０上へ乗り込んだこと、あるいは計量台５０から降りたことを判定するのに十分な大きさの重量値（例えば、最も軽い車軸重量の１／２の値）が設定される。

図２において、ｔ＝ｔ_１で（３０）式が成立したとすると、第１車軸５５が計量台５０上に乗り込んだと判定し、この時点から時間経過とともに計量台５０上に第１車軸５５が完全に乗り込んだときに現れるサンプリング重量信号（サンプリング重量値）の極大値Ｗｍａｘ１（図３参照；以下、「第１極大値Ｗｍａｘ１」という。）を検出する作業に入る。すなわち、時間経過に応じて生成されて時系列に記憶されるサンプリング重量値Ｗｓの大小比較を行うことにより第１極大値Ｗｍａｘ１を検出する。なお、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）には、計量台上に車両が走行しながら乗り込んだときの車両の速度（もしくは第１車軸５５と第２車軸５６との距離、または計量台寸法）によってサンプリング重量値Ｗｓの波形が変化する様子が示されている。（ａ）は車軸の乗り込みが遅い場合で、（ｂ）は（ａ）より速い場合、（ｃ）は（ｂ）より速い場合をそれぞれ示している。

本実施形態においては、車軸の乗り込み時に生じるピーク信号である第１極大値Ｗｍａｘ１を回避し、この第１極大値Ｗｍａｘ１の次に生成される極小値（第１極小値）Ｗｍｉｎ１を安定領域の始端（ｔ＝０）に定めている。その理由は、第１極小値Ｗｍｉｎ１以前に生成される重量信号は、車軸の乗り込みによる大きな衝撃外乱ノイズを含んでいるからである。ただし、第１極小値Ｗｍｉｎ１は、重量値取得区間の開始点ではなく終了限界点とする。

次いで、第１極小値Ｗｍｉｎ１を検出した後は、時間経過に応じて生成されるサンプリング重量値Ｗｓをメモリ１２に時系列に記憶させる。そして、最小値レジスタｗｍｉｎと最大値レジスタｗｍａｘにその第１極小値Ｗｍｉｎ１の値を入れ、順次生成されるサンプリング重量値Ｗｓと最小値レジスタｗｍｉｎ、最大値レジスタｗｍａｘの値とをそれぞれ比較し、Ｗｓ＞ｗｍａｘであればＷｓの値を最大値レジスタｗｍａｘに入れ、Ｗｓ＜ｗｍｉｎであればＷｓの値を最小値レジスタｗｍｉｎに入れる。なお、最小値レジスタｗｍｉｎについては、第１極小値Ｗｍｉｎ１の値を入れるとそれ以降は更新させずに固定させても良い。また、第１極小値Ｗｍｉｎ１が検出されると、この第１極小値Ｗｍｉｎ１に適当な係数ｋ（例えばｋ＝１．０５）を掛けた値ｋ・Ｗｍｉｎ１を最小値レジスタｗｍｉｎに入れてそれ以降は更新させずに固定させても良い。

前述の操作を繰り返しながら、第１極小値Ｗｍｉｎ１以降のサンプリング重量値Ｗｓにその第１極小値Ｗｍｉｎ１より一定値Ｗｈを越える大きな値ｗ〈ｐ〉を検出すれば（（３０）式が成立すれば）、第２車軸５６が計量台５０上に乗り込んだと判断して、サンプリング重量値Ｗｓの記憶操作を終了させる。

続いて、メモリ１２に記憶されている時系列サンプリング重量値Ｗｓを時間経過と反対方向に遡って、直前の極小値ｗｍｉｎ０を検出する。そして、この極小値ｗｍｉｎ０が生成された時点（あるいはその極小値の周辺の値、またはそれより時間的に古い記憶サンプリング重量値）を安定領域の終端と定義するとともに、重量値取得区間の開始点（一方端）と定義する。なお、この重量値取得区間の開始点は、車軸が計量台５０上から降りることによって生ずる立下り信号の場合には極大値となる。

ここで、重量値ｗ〈ｐ〉を検出した後に極小値ｗｍｉｎ０を検出するには、重量値ｗ〈ｐ〉が検出された時点から時系列に記憶されたサンプリング重量値のデータを時間的に古い方向へと逐次比較しながら遡り、単調減少していた古い時点の値が初めて増加に転じたとき、この増加に転じる直前のデータが極小値ｗｍｉｎ０であるとする。以下、同様にしてｗｍｉｎ１，ｗｍａｘ１，・・・を検出するようにする。Ｗｍｉｎ１をｔ＝０のタイミングに置いておけば、ｗｍｉｎｘ（ｘ＝１，２，３，・・・）を検出したタイミングがｔ＝０であれば、ｗｍｉｎｘ＝Ｗｍｉｎｘであることを判定することができる。

安定領域の終端を上述のように定めるのは、次の車軸が新たに計量台上に乗り込むことによって重量信号が増加すると、この増加した重量信号はもはや重量測定に使用することができないからである。すなわち、新たな車軸が計量台上に乗り込むとサンプリング重量値は大きく単調増加するので、この単調増加する直前の極小値を検出すれば、少なくともその極小値の現れた時点においては、まだ次の車軸によってサンプリング重量値が確実に影響を受けていない最終の領域にあると判定することができるからである。

安定領域に入った重量信号が通常のノイズによる振動でなく大きく変化するのは車軸の乗り降りの場合のみであり、この車軸の乗り降りによって一旦重量信号が大きく変化を開始してしまえば、重量信号は単調減少または単調増加となって極値が現れることはない。したがって、重量信号が大きく変化する直前の極値は、少なくとも未だ計量台に対する車軸の乗り降りがない状態であることが確実に判定でき、しかも過渡応答振動が最小限に収束している最終のタイミングであると判定できる。

一方、重量値取得区間の終了点（他方端）は、重量値取得区間の開始点（極小値ｗｍｉｎ０生成時点）から順次時間経過と反対方向に遡り、ｎ（本実施形態においてはｎ＝２）個目の極小値ｗｍｉｎ２の生成時点とする。なお、ｎの値は任意の整数を設定できるものとする。こうして、過渡応答の開始点からできるだけ時間的に離れ、外乱信号ができるだけ収束する領域のサンプリング重量値を得ることができる。

なお、図３（ｂ）に示されるように、極小値ｗｍｉｎ０から遡って２個目の極小値ｗｍｉｎ２が、終了限界点である第１極小値Ｗｍｉｎ１と一致すればその終了限界点を重量値取得区間の終了点とし、また、図３（ｃ）に示されるように、２個目の極小値を検出できない場合には、強制的に第１極小値Ｗｍｉｎ１の生成時点を終了点に定めることとする。

また、次の車軸が乗り込むことによって重量信号が単調増加するタイミングは、振動信号の周期とは非同期であるため、図４の記号ａにて示されるように振動信号が次の極小値に向う途中に生ずる場合がある。この場合、重量値取得区間の開始点ｗｍｉｎ０と、その直前の極小値ｗｍｉｎ１との間隔ｂは振動信号の１周期分ｃよりも短くなる。これを考慮し、重量値取得区間の開始点をｗｍｉｎ０ではなく、ｗｍｉｎ１に指定する方が好ましい。しかし、終了限界点Ｗｍｉｎ１から十分な時間が経過しておらず、しかも図３（ｃ）に示されるように安定領域が短く、Ｗｍｉｎ１＝ｗｍｉｎ１の場合にはｗｍｉｎ０を開始点とせざるを得ない。

本実施形態では、過渡応答信号の立ち上がり完了時点から時間が経過した領域であって、次に新たに車軸が計量台上へ乗り込む直前の測定対象車軸の重量信号が最も安定しているサンプリング重量値を捉えて、この重量値を重量値取得区間の開始点とし、この開始点から時間経過を遡る方向に重量値取得区間を定めるようにされている。これにより、過渡応答開始付近の衝撃外乱ノイズの影響が大きい時間領域のサンプリング重量信号を排除することができ、測定精度をより高めることができる。

本実施形態においては、振動波の整数周期分を重量値取得区間に取り、この重量値取得区間におけるサンプリング重量値の平均値を求めることで、振動成分を効率良く除去することができるので、この重量値取得区間として、開始点が極小値の場合には終了点も極小値にし、開始点が極大値の場合には終了点も極大値にするように区間を設定するのが好ましい。こうすることで、高い精度で重量値を求めることができる。

上述の説明では、計量台５０上へ車軸が乗り込む場合に計量台５０上にある車軸重量を求める場合、すなわち区間Ａ、区間Ｂおよび区間Ｃの重量測定値を求める場合の考え方を述べているが、計量台５０から車軸が降りる場合に計量台上に残っている車軸の重量を求める場合、すなわち区間Ｄおよび区間Ｅの重量測定値を求める場合にも同様の考え方を適用することができる。

図５に示されるように、計量台５０上から前の車軸が降りると、重量信号は大きく下降し、マイナス方向のピーク値（第１極小値）Ｗｍｉｎ１が現れ、続いてプラス方向に第１極大値Ｗｍａｘ１が現れる。この場合には、第１極大値Ｗｍａｘ１以降を安定領域と定め、この安定領域以降のサンプリング重量値を時系列にメモリ１２へ記憶させる。この後、計量対象になっている車軸が計量台５０上から降りると、第１極大値Ｗｍａｘ１に対して設定値Ｗｈ以上小さいサンプリング重量値ｗ〈ｐ〉が現れるので、ここでサンプリング重量値の記憶を終了させ、メモリ１２に記憶されているデータでもって時系列に時間経過を遡って極大値ｗｍａｘ０を検出し、この極大値ｗｍａｘ０を重量値取得区間の開始点とし、この極大値ｗｍａｘ０から遡って２番目の極大値ｗｍａｘ２までの間のサンプリング重量値から重量値を算出する。なお、安定領域の開始点は、もう１周期遅らせて第２極大値ｗｍａｘ２としても良い。

さらに、本実施形態においては、適当な荷重の荷物を積載したテスト車両を種々の速度で計量台５０上を繰り返し走行させるテスト走行を実施することにより、重量値取得区間の時間長さと、その重量値取得区間の重量信号から求められる重量測定値のばらつき量との関係が予め求められる。すなわち、例えば、重量値取得区間の時間長さを、（ａ）振動信号の１周期未満の時間長さ、（ｂ）振動信号の１周期分を確保できる時間長さ、（ｃ）振動信号の２周期分以上を確保できる時間長さ、の３通りの場合に分けて定義する。区間Ａ〜区間Ｅのいずれかの区間、例えばＢ区間における重量値取得区間が前記定義した（ａ）〜（ｃ）の時間長さをそれぞれ複数回取るようにテスト車両の走行速度を変化させ、各時間長さ別に重量測定値の平均標準偏差を求める。過渡応答信号の性質から、前記（ｃ）の時間長さの場合の重量信号が最も安定しているので、前記（ｃ）の時間長さの場合における重量測定値の平均標準偏差σを基準にして、前記（ａ）の時間長さおよび前記（ｂ）の時間長さのそれぞれの場合における重量測定値の平均標準偏差と比較する。これにより、前記（ａ）の時間長さの場合における重量測定値のばらつき量ｓ１（以下、「基準ばらつき量ｓ１」と称する。）、前記（ｂ）の時間長さの場合における重量測定値のばらつき量ｓ２（以下、「基準ばらつき量ｓ２」と称する。）および前記（ｃ）の時間長さの場合における重量測定値のばらつき量ｓ３（以下、「基準ばらつき量ｓ３」と称する。）はそれぞれ次の（３１）式、（３２）式および（３３）式で表される。
ｓ１＝ｐ２・σ ・・・（３１）
ｓ２＝ｐ１・σ ・・・（３２）
ｓ３＝σ ・・・（３３）
ここに、ｐ１，ｐ２は係数である。

なお、重量値取得区間の時間長さの場合分けとして、更に（ｄ）振動信号の３周期分以上を確保できる時間長さの場合を設けて、その場合の平均標準偏差を基準にしてより詳細にばらつき量の程度を定義してもよい。

こうして、ある車両の重量信号を測定したときに現れる区間Ａ〜区間Ｅにおける重量値取得区間の時間長さが前記（ａ）〜（ｃ）の時間長さのいずれに属するかを判定することによって重量値取得区間の重量信号から求められる重量測定値Ｗａ〜Ｗｅのばらつき量を判定することができる。

重量測定値Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄ，Ｗｅのばらつき量をそれぞれｓａ，ｓｂ，ｓｃ，ｓｄ，ｓｅとすると、例えば全車軸の合計重量を求める場合の各種算出法（前記（１）〜（３）式および前記（１３）〜（１６）式）によるばらつきの大きさｑ０１，ｑ０２，ｑ０３，ｑ０４，ｑ０５，ｑ０６，ｑ０７は次の（３４）〜（４０）式で表される。
ｑ０１＝ｓｃ・・・（３４）
ｑ０２＝（ｓａ^２＋ｓｄ^２）^１／２・・・（３５）
ｑ０３＝（ｓｂ^２＋ｓｅ^２）^１／２・・・（３６）
ｑ０４＝（ｓｃ^２＋ｓａ^２＋ｓｄ^２）^１／２／２・・・（３７）
ｑ０５＝（ｓｃ^２＋ｓｂ^２＋ｓｅ^２）^１／２／２・・・（３８）
ｑ０６＝（ｓａ^２＋ｓｄ^２＋ｓｂ^２＋ｓｅ^２）^１／２／２・・・（３９）
ｑ０７＝（ｓｃ^２＋ｓａ^２＋ｓｄ^２＋ｓｂ^２＋ｓｅ^２）^１／２／３・・・（４０）
なお、これら（３４）〜（４０）式も予めメモリ１２に記憶される。

車両速度（もしくは車軸間距離または計量台寸法）によって重量値取得区間の長さは変化し、この変化した重量値取得区間の重量信号から求められる重量測定値Ｗａ〜Ｗｅのばらつき量ｓａ〜ｓｅは変化する。ただし、重量測定値Ｗａ〜Ｗｅのばらつき量ｓａ〜ｓｅは車軸重量の大きさによっても変化するが、この場合は各軸の重量値がほぼ同時に増減するのでばらつき量ｓａ〜ｓｅは相対的に同じ傾向をもって変化するとみなす。本実施形態においては、ばらつき量ｓａ〜ｓｅを相対的に評価するのでそのばらつき量ｓａ〜ｓｅが同じ傾向をもって増減する場合を考慮に入れない。しかし、より厳密な精度補償を目指す場合には、車両の積載荷重を増減させてＡ〜Ｅの各区間の重量測定値のばらつき量の増減を調べ、前記（ａ）〜（ｃ）の各時間長さについてのばらつき量を測定した車軸重量の関数として取り扱っても良い。

前記（ａ）〜（ｃ）の時間長さに対応する重量測定値の基準ばらつき量ｓ１〜ｓ３の値（ｐ２・σ，ｐ１・σ，σ）をメモリ１２に記憶させた上で任意の車両に対して測定を開始する。３個の車軸を有する車両が計量台を乗り降りした際には図７に示されるような重量信号が現れる。しかし、車軸間距離や走行速度の状態、計量台の寸法によってＡ〜Ｅの各区間における重量値取得区間の時間長さは前記（ａ）〜（ｃ）の時間長さのいずれであるかは個々の事例によって異なる。個々の事例毎に、Ａ〜Ｅの各区間における重量値取得区間の時間長さが前記（ａ）〜（ｃ）の時間長さのいずれであるかを判定し、その判定結果に対応する基準ばらつき量ｓ１〜ｓ３の値（ｐ２・σ，ｐ１・σ，σ）に基づいて重量測定値Ｗａ〜Ｗｅのばらつき量ｓａ〜ｓｅを求め、求められたばらつき量の値を（３４）式〜（４０）に代入し、全車軸の合計重量を求める各種算出法（（１）〜（３）式および前記（１３）〜（１６）式）によるばらつきの大きさを比較する。ばらつきの大きさが最も小さい算出法が、今回の合計重量値を求める算出法として最適であるので、この算出法によって求められた合計重量値を最終的な計測結果として選択して表示器１４等に出力する。

例えば、区間Ａの時間長さＴａに対するＷａの繰り返し測定値の標準偏差および区間Ｄの時間長さＴｄに対するＷｄの繰り返し測定値の標準偏差がそれぞれｓで、区間Ｃの時間長さＴｃに対するＷｃの繰り返し測定値の標準偏差が１．２ｓであったとすると、合計重量測定値（Ｗａ＋Ｗｄ）のばらつきの大きさは、
（ｓ^２＋ｓ^２）^１／２＝（２ｓ^２）^１／２＝１．４１４ｓ
となり、重量測定値Ｗｃの単独のばらつきの大きさ１．２ｓよりも大きくなる。つまり、重量測定値Ｗｃの値をもって車両５８の全重量値とした方がより高い精度で車両５８の全重量を求めることができる。さらに、Ｗｃと（Ｗａ＋Ｗｄ）との平均値のばらつきの大きさは、
[{（１．２ｓ）^２＋２ｓ^２}^１／２]／２＝（３．４４ｓ^２）^１／２／２＝１．８５ｓ／２＝０．９２５ｓ
となり、重量測定値Ｗｃの単独のばらつきの大きさ（＝１．２ｓ）や、（Ｗａ＋Ｗｄ）のばらつきの大きさ（＝１．４１４ｓ）よりも小さくなる。したがって、この場合は、車両５８の全重量値としてＷｃと（Ｗａ＋Ｗｄ）との平均値が選択される。しかし、車両速度等の変化によって区間Ｃの時間長さが先の例よりも短くなり、Ｗｃの繰り返し測定値の標準偏差が先の例の１．２ｓから３ｓに変化した場合に、Ｗｃと（Ｗａ＋Ｗｄ）との平均値のばらつきの大きさは、
[{（３ｓ）^２＋２ｓ^２}^１／２]／２＝１．６５８ｓ
となり、（Ｗａ＋Ｗｄ）のばらつきの大きさ（＝１．４１４ｓ）よりも大きくなる。したがって、この場合は、車両５８の全重量値として（Ｗａ＋Ｗｄ）の値が選択される。

なお、第１車軸重量値〜第３車軸重量値のそれぞれの求め方についても、前述の全車軸の合計重量を求める場合と同様の考え方を適用することができる。すなわち、第１車軸重量値の求め方を例に挙げて説明すると、個々の事例毎に、Ａ〜Ｅの各区間における重量値取得区間の時間長さが前記（ａ）〜（ｃ）の時間長さのいずれであるかを判定し、その判定結果に対応する基準ばらつき量ｓ１〜ｓ３の値（ｐ２・σ，ｐ１・σ，σ）に基づいて重量測定値Ｗａ〜Ｗｅのばらつき量ｓａ〜ｓｅを求め、求められたばらつき量の値を基にして第１車軸重量値を求める各種算出法（（４）〜（６）式および（１７）〜（２０）式）によるばらつきの大きさを比較する。そして、ばらつきの大きさが最も小さい算出法によって求められた第１車軸重量値を最終的な計測結果として選択して表示器１４等に出力する。

また、前述の説明では３個の車軸を有する車両を例に挙げて車両重量の求め方を述べているが、車軸数が変化しても計量台寸法が変化しても同様の考え方を適用することができるのは言うまでもない。

本実施形態によれば、車両における特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を求めるにあたり、予め重量値取得区間の時間長さ別にその重量値取得区間から得られる重量測定値の基準ばらつき量を求めて定義しておき、また予め特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を求める各種算出法も定めておき、実際の計測時には得られた重量値取得区間毎に時間長さを判定して基準ばらつき量を決定し、決定した基準ばらつき量を基にして前記各種算出法によるばらつきの大きさを求め、このばらつきの大きさが最も小さい算出法によって求められた特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を最終的な計測結果として選択するようにされているので、車軸間距離や計量台寸法、走行速度等によって重量値取得区間の時間長さが変化したとしても、特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値をより高い精度で求めることができる。

本発明の一実施形態に係る重量測定装置のブロック図車両の第１車軸が計量台に乗り込む前後の重量信号の変化を示す波形図計量台上に車両が走行しながら乗り込んだときの車両の速度等によって重量信号が変化する様子を示す波形図重量信号が極小値を迎える前に急激に立ち上がる場合を説明する波形図車軸が計量台から降りる場合の重量信号の変化を示す波形図従来の重量測定装置の概略構成図車両が走行して計量台上を移動する際の重量信号の変化を示す波形図

符号の説明

１重量測定装置
１１演算処理装置
１２メモリ
５０計量台
５１〜５４荷重センサ
５５第１車軸
５６第２車軸
５７第３車軸
５８車両

Claims

車両の車軸が計量台上に乗り降りした際に生成される時系列サンプリング重量信号に対して安定領域を設定するとともに、この安定領域内にある時系列サンプリング重量信号の中に重量値取得区間を設定し、この重量値取得区間における時系列サンプリング重量信号から計量台上にある１個の車軸または複数個の車軸の重量測定値を求め、この重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から前記車両における特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を求める重量測定方法において、
前記重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から前記特定の車軸の重量値または前記全車軸の合計重量値を算出する算出法を複数種類設定し、前記時系列サンプリング重量信号の中に設定された重量値取得区間の時間長さに応じて現れる重量測定値のばらつきの大きさに基づいて、前記複数種類の算出法の中から前記特定の車軸の重量値または前記全車軸の合計重量値を最も高精度に求めることのできる算出法を選択し、この選択された算出法によって前記特定の車軸の重量値または複数個の前記全車軸の合計重量値を求めることを特徴とする重量測定方法。
車両の車軸が計量台上に乗り降りした際に生成される時系列サンプリング重量信号に対して安定領域を設定するとともに、この安定領域内にある時系列サンプリング重量信号の中に重量値取得区間を設定し、この重量値取得区間における時系列サンプリング重量信号から計量台上にある１個の車軸または複数個の車軸の重量測定値を求め、この重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から前記車両における特定の車軸の重量値または全車軸の合計重量値を求める重量測定方法において、
前記重量測定値もしくはその重量測定値の組み合わせ演算結果から求められる複数個の前記特定の車軸の重量値または複数個の前記全車軸の合計重量値と、この複数個の前記特定の車軸の重量値または複数個の前記全車軸の合計重量値の組み合わせ平均演算によって求められる平均値とにおけるそれぞれの値のばらつきの大きさを比較してそのばらつきの大きさが最小である値を選択することを特徴とする重量測定方法。
前記ばらつきの大きさの比較は、前記重量値取得区間の時間長さに応じて設定される基準ばらつき量を基にして行われる請求項１または２に記載の重量測定方法。
前記基準ばらつき量は、前記重量値取得区間における時系列サンプリング重量信号に含まれる振動信号の周期数の大きさに応じて決定される請求項３に記載の重量測定方法。