JP4799034B2 - 重量測定装置 - Google Patents
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車両の全車輪が同時に積載可能な長さをもつ計量台と、この計量台の車両進入側と車両退出側とにそれぞれ設けられ該計量台に加わる荷重に対応した重量信号を出力する荷重センサを有し、前記計量台上にて走行状態にある車両の重量測定を行う重量測定装置において、
前記計量台の車両進入側の荷重センサのみにより出力される重量信号であって、車輪が前記計量台上に載り込んだ後の、該車輪の前記計量台上での滞在期間中における車輪重量による信号の変化状態から車両の速度を検出する車両速度検出手段を備えることを特徴とするものである(第1発明)。
次に、本実施形態の重量測定装置1を用いて計量台3上を走行する車両2の速度を検出するための基本原理について説明する。前輪2aの接地中心にその前輪2aの重量の全てが加わるものと仮定したときに、第3のロードセル4cと第4のロードセル4dとの合計の重量信号(以下、合計重量信号Wcdという。)の波形を前輪2aの動きに合わせて描くと、理想的には図3のようになる。ここで、図3にて示される合計重量信号Wcdには、振動ノイズや、各ロードセル4c,4dの重量信号がフィルタ回路を通過することによって生じる応答遅れ等の誤差要素が含まれていないものとする。
前輪2aの接地中心(以下、単に「前輪2a」という。後輪2bについても同様とする。)が位置P0から位置P1に移動するまでの時間t1を測定すれば、位置P0と位置P1との間の距離L'と、時間t1より、車両速度V1は次式にて求められる。
V1=L'/t1
前輪2aが位置P1を通過した後、合計重量信号Wcdが変化傾向を示す区間を抽出して、車両2の速度を求める。こうするには、前輪2aが位置P1を通過してから、位置P2に至るまで(後輪2bが位置P0に差しかかるまで)の間の任意のタイミング(t=tα)にて、合計重量信号Wcdの値Wαを測定する(この際、前輪2aは、位置Pαにあるものとする。)。また、前輪2aが位置P1を通過した時刻を基準(t=0)として、前輪2aが位置Pαに至るまでの時間tαを測定するとともに、位置P1から位置Pαまでの距離Lαを求める。ここで、後輪2bの乗り込みがないものと仮定すれば、前輪2aが位置P3に到達した際に生成される合計重量信号Wcdの値は前述のように0になることから、図3中の点c、点P1、点P3を頂点とする三角形c・P1・P3と、点d、点Pα、点P3を頂点とする三角形d・Pα・P3に着目すると、その相似関係から次式(1)を得ることができる。
(L−Lα)/L=Wα/W1 …… (1)
また、前輪2aが位置P1を通過して位置Pαに至るまでの時間tαと、位置P1から位置Pαまでの距離Lαとにより車両2の速度V1は、次式(2)で表される。
V1=Lα/tα …… (2)
そして、式(1),(2)を解くことによって、計量台3上における車両2の速度V1を求めることができる。
上記速度算出法2を用いた場合、実際には、第3ロードセル4cと第4ロードセル4dとの合計重量信号Wcdは、振動ノイズを含んでいることから、測定値W1,Wαの振動誤差が大きくなり、速度V1の精度が低くなってしまう。そこで、本速度算出法3においては、合計重量信号Wcdの値を位置P1から位置Pαまでの間で、複数のタイミングで測定するようにしている。
W(t)=r・t+q …… (3)
以上、車両2の速度検出方法の原理について説明したが、実際に生成される合計重量信号Wcdには、前述の振動ノイズの他に、各ロードセル4a〜4dがフィルタ回路を通過することによって生じる応答遅れが含まれることになる。したがって、実際に車両速度の算出等を行うために、前述の速度算出法3を基本にしつつも、振動ノイズ・応答遅れを考慮に入れ、より実際の合計重量信号Wcdの変動に即した速度算出法が実行される。また、この速度算出法により求められる速度が、重量測定に適しているか否かの判定も併せて実行される。以下、実際に検出される(信号ノイズ・応答遅れを含んだ)合計重量信号Wcdに基づく、車両2の速度算出・判定法について、図面を参照しつつ説明する。
前記各演算ユニット5にて合計重量信号Wcdが生成されると、合計重量信号Wcdの値Wnが、演算ユニット5のメモリ領域内に登録される第1の設定値Wztを越えているか否かの判定を行う。ここで第1の設定値Wztとしては、車両2が計量台3に乗り込んでいないときの合計重量信号Wcdの振幅よりも十分に大きな値が採用されている。したがって、合計重量信号Wcdの値Wnが第1の設定Wztを越えていない場合には、計量台3上に前輪2aが全く乗り込んでいないとみなすことができ、フラグ判定を終了する。前輪2aが前進し、合計重量信号Wcdの値Wnが第1の設定値Wztを越えると、計量台3への前輪2aの乗り込みの開始が合計重量信号Wcdに反映されたと判定し、ステップA2に進む。
前輪2a(の接地中心)が計量台3上に乗り込んだか否かを判定するフラグF1が立っているか否かを判定する。このフラグが立っていれば(F1=1)後述のステップA3に進み、立っていなければ(F1=0)ステップA21に進む。計量台3への前輪2aの乗り込みが合計重量信号Wcdに反映された直後においてはフラグF1は立っていないので、ステップA21に進む。
合計重量信号Wcdの値Wnが、第1の設定値Wztを越えた後、最初の合計重量信号Wcdのピーク値(極大値Wmax1)を迎えたか否かを判定する。具体的には、合計重量信号Wcdの値Wnと、このWnより一つ前のタイミングで生成された合計重量信号Wcdの値Wn−1との大小比較を行い、次式(4)を満たすか否かを判定する。
Wn<Wn−1 …… (4)
式(4)を満たしていない場合には、合計重量信号Wcdは、単純増加の過程にあり、極大値Wmax1を迎えていないのでフラグ判定を一旦終了し、合計重量信号Wcdが生成される毎に同様のフラグ判定を繰り返し行う。前輪2aが計量台3の位置P0に乗り込んだことが合計重量信号Wcdに反映されると、前記式(4)が成立することになる。この場合、合計重量信号Wcdの傾きの正負が逆転し、極大値Wmax1を迎えたことになるため、次のステップA22に進む。
式(4)を満たすと、合計重量信号Wcdの値Wn−1をもって極大値Wmax1とし、フラグF1を立て(F1=1)、次のステップA23に進む。なお、合計重量信号Wcdは、前述のように、フィルタ回路を通過した応答遅れを含んだ重量信号に基づいて生成されることから、前輪2aが計量台3Aに乗り込んだ時点と、その乗り込みが合計重量信号Wcdに反映される時点との間には若干のタイムラグが存在する。そのため、極大値Wmax1の検出時においては、前輪2aは位置P0にはなく、位置P0よりもやや前方の位置P0'に位置することになる。
前記演算ユニット5のメモリに記憶される第1のカウンタCx1のカウント値を(この場合は、初期値0から)+1カウントアップする。次いで、第1のカウンタCx1のカウント値と、合計重量信号Wcdの生成間隔(20msec)を用いて、極大値Wmax1の検出時点(フラグF1が立った時点)からの経過時間に変換し、経過時間測定タイマーの値として、メモリに更新・記憶させる。なお、このステップA23の処理は、ステップA2からステップA22を辿るルートのみならず、他ルートを辿った場合においても行われる。
後輪2bの計量台3への乗り込みが合計重量信号Wcdに反映される前(後述のWmaxkの検出前;フラグF4が立つ前)に、前記経過時間測定タイマーの値が、前記メモリにて記憶される最小設定時間T1に達したか否かを確認する(ステップA24)。ここで、最小設定時間T1は、以下のようにして決定される。すなわち、重量測定結果を精度良く得ることが可能な上限速度を実測等に基づき決定し、車両2がその上限速度で走行した際に、前輪2aが位置P0から位置P2に達するまでの時間を最小設定時間T1とする。位置P2に達するまでに経過時間タイマー値が最小設定時間T1より大きくなれば、車両2は精度良く測定できる速度で走行していると判断される。したがって、後輪2bの乗り込みが合計重量信号Wcdに反映される前(後述のWmaxkの検出前)に、経過時間測定タイマーの値が最小設定時間T1に到達した場合には、フラグ判定や後述のステップB3の速度算出を行うまでもなく、車両2は計量台3上を重量測定の正確性が損なわれない程度に低速で走行しているのが明らかであるとして、全てのフラグF1〜F5を立て(F1〜F5=1;ステップA25)、後述のステップB3における速度算出処理を省略する。
フラグF2が立っているか否かを判定する。ここで、フラグF2は、車両2の計量台3への乗り込みが合計重量信号Wcdに反映された後(極大値Wmax1の検出の後)、最初の合計重量信号Wcdの極小値を検出したか否かを判定するフラグである。フラグF2が立っていれば、ステップA4に進む。説明の流れにおいては(極大値Wmax1の検出直後)、フラグF2は立っていないので、ステップA4に進むことなく、ステップA31に進む。
このステップA31では、前のステップA21において、合計重量信号Wcdの極大値Wmax1が検出された後、合計重量信号Wcdの最初の極小値を検出したか否かの判定を行う。具体的には、極大値Wmax1検出後に発生した合計重量信号Wcdの値Wnと、その一個前のタイミングにて発生する合計重量信号Wcdの値Wn−1との大小比較を行い、次式(5)を満たすか否かを確認する。
Wn>Wn−1 …… (5)
式(5)を満たしていない場合には、合計重量信号Wcdは、単純減少の過程にあり、極小値を迎えていないとみなされステップA23、ステップA24に進み、前述と同様の処理・判定を行う。ステップA24にて、経過時間測定タイマーの値が最小設定時間T1に達していない場合には、ステップA25に進むことなくフラグ判定を終了する(以下、車両2は、ある程度の速度でもって走行しており、ステップA25の処理は行われないものとして説明する。)。ステップA31、ステップA23以下の判定・処理は、前式(5)が満たされるまでの間、合計重量信号Wcdが生成される毎に繰り返し行われる。前式(5)が満たされると次のステップA32に進む。
前式(5)が満たされると、合計重量信号Wcdの値Wn−1が発生したタイミングをもって、極大値max1の検出の後、最初に合計重量信号Wcdの傾きの正負が逆転したものと、すなわち、極大値Wmax1の検出の後、最初の合計重量信号Wcdの極小値を迎えたものと判定し、フラグF2が立つ(F2=1)。
次いで、合計重量信号Wcdの値Wn−1をもって極小値Wmin1とし、この極小値Wmin1と、前記メモリに登録される第2の設定値Watと、次の演算式(6)を用いて、初期最小値Wminkを求め(ステップA33)メモリに記憶しておく(ステップA34)。
Wmink=Wmin1(Wn−1)−Wat …(6)
合計重量信号Wcdが減少傾向に移行したか否かを判定するフラグF3が立っているか否かを判定する。フラグF3が立っているときには、後述するステップA5に進む。現段階においては(フラグF2が立った直後においては)、フラグF3は立っていないので、次のステップA41に進む。
合計重量信号Wcdの値Wnが、前記初期最小値Wminkを下回っているか否かを判定する。合計重量信号Wcdの値Wnが、初期最小値Wminkを下回っていない場合には、前述のステップA23以下の処理を行う。
合計重量信号Wcdの値Wnが初期最小値Wminkを下回った場合、前輪2aが位置P1よりも前方に移動したことが、合計重量信号Wcdに反映されたと判定する。なお、前述のように、合計重量信号Wcdには、応答遅れが含まれるため、合計重量信号Wcdの値Wnが初期最小値Wminkを下回った時点においては、前輪2aは位置P1ではなく、位置P1よりも前方の位置P1'に位置することになる。これ以降、合計重量信号Wcdは振動しながら全体として減少傾向に移行するものとみなされ、フラグF3が立つ(F3=1;ステップA42)。次に、初期最小値Wminkを下回った際の合計重量信号Wcdの値Wnを新たな最小値Wminkとして更新し、前記メモリに記憶する(ステップA43)。
次いで、合計重量信号Wcdの値Wnを、第2のカウンタCx2の値(この場合初期値1)で示される所定のメモリ領域に記憶する(ステップA44)とともに、その第2のカウンタCx2のカウント値を+1カウントアップする(ステップA45)。
後輪2bが計量台3上に乗り込んだか否かを判定するためのフラグF4が立っているか否かを判定する。説明の流れにおいては、フラグF4が立っていないため、ステップA51に進む。
合計重量信号Wcdの値Wnが、最小値Wminkを下回ったか否かを判定する(ステップA51)。合計重量信号Wcdの値Wnが最小値Wminkを下回っている場合には、その合計重量信号Wcdの値を、新たな最小値Wminkとして更新し、メモリに記憶して(ステップA52)ステップA53に進む。下回っていない場合には、ステップA52の処理を行うことなく、やはりステップA53に進む。このステップA51の判定および、ステップA51の判定を満たした場合におけるステップA52の更新処理は、フラグF4が立つまでの間、合計重量信号Wcdが生成される毎に行われ、メモリには、常に最新の最小値Wminkが記憶されることになる。
ステップA53においては、合計重量信号Wcdの値Wnが、最新の最小値Wminkに前記演算ユニット5のメモリに記憶される第3の設定値Wutを加えた値以上になっているか否か、すなわち、次式(7)を満たしているか否かを判定する。
Wn≧Wmink+Wut … (7)
ここで、第3の設定値Wutは、合計重量信号Wcdの振幅に比べ、十分に大きな値が設定され、後輪2bの乗り込みが反映され合計重量信号Wcdが急激に立ち上がる場合を除き、前式(7)が成立しないようになっている。説明の段階(前輪2aが位置P1'を越えた直後の段階)においては、当然前式(7)は成り立たない。この場合は、前述のステップA44,ステップA45,ステップA23,ステップA24の処理・判定を行う。なお、こうした、ステップA44,ステップA45,ステップA23,ステップA24の処理は、フラグ判定が終了するまでの間、合計重量信号Wcdが生成される毎に繰り返し行う。
車両2の前進に伴い、後輪2bの計量台3上への乗り込みが合計重量信号Wcdの波形に反映されて前記合計重量信号Wcdが急激に立ち上がると、前式(7)が成立する。前式(7)が成立するとフラグF4が立つ(F4=1)。その後、ステップA44,ステップA45の処理がなされて、前式(7)の成立時の合計重量信号Wcdの値Wn(図4中、Wmaxkで示す。)が、その成立時の第2のカウンタCx2のカウント値で示される所定のメモリに記憶される。これ以降、ステップA44、A45の処理は行われず、前式(7)の成立時の合計重量信号Wcdの値Wnが、メモリに記憶される最後の合計重量信号Wcdの値Wn(Wmaxk)となる。したがって、前記メモリの所定の領域には、合計重量信号Wcdの下降傾向が認められた(フラグF3が立った)時から、合計重量信号Wcdの急激な立ち上がり(前式(7)の成立)が認められるに至る間に生成された、各合計重量信号Wcdの値Wnが、それぞれの値Wnに対応する第2のカウンタCx2のカウント値と共に、時系列順に記憶されていることになる。また、前記第2のカウンタCx2も第1のカウンタCx1と同様、合計重量信号Wcdが生成される毎に+1ずつカウントアップされるものであるため、合計重量信号Wcdの生成間隔を参照することで、各カウント値から、各合計重量信号Wcdの生成タイミングに、容易に変換することができる。以下、第2のカウンタCx2のカウント値と共に、メモリに最初に記憶された合計重量信号Wcdの生成タイミングをt=t0とし、最後にストされた合計重量信号Wcd(値Wmaxk)の生成タイミングをt=tmとし、最後から一つ前に記憶された合計重量信号Wcdの生成タイミングをt=tm−1で表すこととする。
まず、計量台3上における車両2の速度算出・判定が完了した否かを判定するためのフラグF5が立っているか否かを判定する。フラグF5が立っている場合(車両2の速度算出・判定が終了している場合、あるいは前述のステップA25の処理を経ていた場合)には、後述するステップB11に進む。後輪2bが計量台3上に乗り込む直前の段階においては、フラグF5は立っていないので、次のステップB2に進む。
フラグF4が立っているか否かを判定する。説明の段階においては、フラグF4は立っていない。この場合、車両2の速度を算出するに足る十分なデータがないとして、このフローを一旦終了する。車両2が前進することにより、フラグF4が立った場合には、計量台3上での車両2の速度を算出するに足る十分なデータ(合計重量信号Wcdの値Wn)がメモリに記憶されているとして次のステップB3に進む。
前記演算ユニット5のメモリに時系列順に記憶される合計重量信号Wcdの値Wnに基づき計量台3上での車両2の速度を算出する。こうするには、合計重量信号Wcdの値Wnが、第2のカウンタCxのカウント値と共に、最初にメモリに記憶されるタイミング(t=t0)から、前式(7)の成立(t=tmのタイミング)より一つ前のタイミング(図4中t=tm−1)までの区間(図4中、Xにて示す。)を、合計重量信号Wcdが減少傾向にある区間(速度検出区間)として抽出する。そして、この抽出された区間内において生成される各合計重量信号Wcdの値Wnと、各合計重量信号Wcdの生成のタイミングに基づき、最小自乗法による近似演算を行う。これにより、前式(3)で表される直線が推定される。
その後、前述の速度算出法3と同様にして、前式(3)で表される直線と、前式(1)(2)と用いた演算を行い、計量台3上における車両2の速度を算出する(ステップB4)。次いで、算出された車両2の速度が、予め、演算ユニット5のメモリ領域に記憶されている許容上限速度を上回っているか否かを判定し(ステップB5)、上回っている場合には、重量測定結果の正確性を確保することができないとして、前記表示装置6に、車両を停止して再計量を行う旨の警報信号を発信し表示させる。また、その際、表示装置6には、許容上限速度と、算出された速度を併せて表示させる(ステップB6)。これにより、車両2の運転手に、車両速度が適正でないことを認識させることができ、車両2の計量台3手前までの後進および、計量台3への適正速度での乗り込みを促すことができる。その後、フラグF5を立て(F5=1;ステップB7)、このフローを終了する。所要時間経過後、再度このフローを行う。
前述と同様、フラグF5が立っているか否か(車両2の速度算出が終了したか否か)の判定を行う。説明の流れにおいては、フラグF5は立っているので、ステップB2に進まずに、ステップB11に進む。
ステップB11においては、合計重量信号Wcdの値Wnが第1の設定値Wztを下回っているか否かを判定する。下回っていない場合には、車両2の一部が未だ計量台3上にあるものとみなし一旦このフローを終了する。以降、合計重量信号Wcdの値Wnが第1の設定値Wztを下回るまで同様のフローを繰り返し実行する。合計重量信号Wcdの値Wnが第1の設定値Wztを下回った場合は、車両2は計量台3から降りたものとみなし、ステップB12〜ステップB14の処理を行う。
車両2が計量台3から降りたとみなされると、全てのフラグF1〜F5をクリアし(F1〜F5=0;ステップB12)、第1・第2のカウンタCx1,Cx2をクリアし(ステップB13)、演算ユニット5のメモリに記憶される合計重量信号Wcdの値Wnおよびカウント値をクリアする(ステップB14)。以上をもって、当該車両2についての速度検出工程が全て終了し、後続車両の速度検出に備えられる。
2 車両
2a 前輪
3 計量台
3A 始端
3B 終端
4a〜4d ロードセル
5 演算ユニット
6 表示装置
Claims (3)
- 車両の全車輪が同時に積載可能な長さをもつ計量台と、この計量台の車両進入側と車両退出側とにそれぞれ設けられ該計量台に加わる荷重に対応した重量信号を出力する荷重センサを有し、前記計量台上にて走行状態にある車両の重量測定を行う重量測定装置において、
前記計量台の車両進入側の荷重センサのみにより出力される重量信号であって、車輪が前記計量台上に載り込んだ後の、該車輪の前記計量台上での滞在期間中における車輪重量による信号の変化状態から車両の速度を検出する車両速度検出手段を備えることを特徴とする重量測定装置。 - 前記車両速度検出手段は、前記計量台上を車両の車輪が移動することにより生じる前記荷重センサからの重量信号の変化する区間を速度検出区間として抽出し、この速度検出区間の重量信号から前記計量台上の車両の速度を検出するものである請求項1に記載の重量測定装置。
- 所定の許容速度を設定する許容速度設定手段と、前記車両速度検出手段により検出される車両の速度と前記許容速度設定手段にて設定された許容速度とを比較して、車両の速度が許容速度を越えている場合に警報信号を出力する警報信号発信手段を備える請求項1または2に記載の重量測定装置。
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