JP5059519B2 - 軸重計測装置 - Google Patents

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本発明は、荷重センサを用いて車両の軸重を計測する軸重計測装置に関し、特に異なる種類の複数の荷重センサを用いて当該軸重を計測する軸重計測装置に関する。
従来から、トラックなどの車両の軸重を計測する軸重計測装置においては、車両の走行方向におけるタイヤの接地長さ以上の幅を有する荷重センサ(以下、「載荷板」という)が用いられている。載荷板には複数のロードセルが内蔵されており、この載荷板上を車軸が通過した場合に、各ロードセルが軸重に応じた出力信号を出力するように構成されている。一般に、車両の走行方向におけるタイヤの接地長さが250〜300mm程度であるのに対し、走行方向における載荷板の幅は760mm程度となっている。
これに対し、近年の軸重計測装置においては、車両の走行方向におけるタイヤの接地長さより小さい幅しか有していない荷重センサ(以下、「ウェイトバーセンサ」という)が用いられるようになっている。このウェイトバーセンサにおいても、載荷板の場合と同様に複数のロードセルが内蔵されており、これらのロードセルが軸重に応じた出力信号を出力するように構成されている。しかしながら、車両の走行方向におけるウェイトバーセンサの幅は例えば50mm程度であるため、車両のタイヤ全体がウェイトバーセンサ上に載ることはない。そのため、軸重計測装置は、次のようにして車両の軸重を計測している。
図4は、タイヤの接地面と荷重との関係を模式的に示す側面図である。走行路101上を移動する車両のタイヤ100に連結された軸にかかる荷重(軸重)Wは、タイヤの接地圧力Pと接地面積Sとの積に等しくなる。したがって、走行路101に埋設されているウェイトバーセンサ200上にタイヤ全体が載らないとしても、接地圧力P及び接地面積Sを測定することによって、軸重を求めることができる。このタイヤ101の接地面積は、次のようにして求められる。
図5は、タイヤの接地面と移動時間との関係を示す概念図である。図5に示すように、サンプリング周期毎にタイヤが移動する距離をD(i=0〜n)とし、そのDにおけるタイヤの接地長さをA(i=0〜n)とすると、タイヤの接地面積Sは、これらを掛け合わせた値を積分することで近似することができる。
以上より、軸重Wは、以下の式1によって算出される。
Figure 0005059519
また、サンプリング周期毎の移動距離Dは、車両の走行方向に配列された2本のウェイトバーセンサの通過時間から算出される車速Vと、データ計測時間(サンプリング時間)Tとの積により求められる。
このように、サンプリング周期毎の移動距離Dを求めるためには、車速V及びデータ計測時間Tが必要となる。このうち、データ計測時間Tは、サンプリングクロックの精度により正確に決めることができる。しかしながら、車速Vは、車両の走行状態により決まることになるため、その走行状態による影響を受ける。
例えば、車両が一定の速度で走行した場合、タイヤ接地面がウェイトバーセンサを通過する速度Vは変化しないため、安定して車速Vを求めることができる。他方、急ブレーキなどにより速度が変化した場合、その変化分が車速Vの誤差要因となる。
そのため、例えば、車両が急加速または急減速した場合、軸重を正しく測定することができないという事態が生じ得る。これを利用し、過積載車両の運転手が、軸重計測装置が設置されている箇所を通過するときに故意に急加速または急減速させて誤計測を起こさせる等の不正行為が行われることがある。
このような不正行為を監視する目的で、車両の急加速及び急減速を検出する軸重計測装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。この軸重計測装置は、車両の急加速または急減速を検出した場合、軸重計測に適していない走行がなされたとして当該車両を計測違反車両と認定するとともに、計測障害が発生したとして計測を中止する。
特開2001−50801号公報
しかしながら、車両が急加速または急減速したとしても、それが必ずしも不正行為によるものとはいえない。すなわち、交通状況に応じて、やむを得ず急加速または急減速する場合などもある。そのため、車両が急加速または急減速した場合においても、計測を中止するのではなく、当該車両の軸重を高精度に計測する必要性が認められる。
また、車両の急加速または急減速以外にも、例えば、渋滞などにより運転者がブレーキを踏みながら徐行した場合、またはウェイトバーセンサ上で車両が停止した場合には、従来の軸重計測装置では正確な車速を求めることができない。しかし、このような場合であっても、軸重計測を行う必要がある。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、車両の走行速度に依存することなく高精度な軸重計測を行うことができる軸重計測装置を提供することにある。
また、本発明の軸重計測装置は、車両の進行方向に沿って配列された第1の荷重センサ及び複数の第2の荷重センサと、前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサからの出力に基づいて、前記車両の軸重の計測値を演算する演算装置とを備え、前記第1の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記車両のタイヤの前記進行方向における接地長さ以上であるのに対し、前記第2の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記接地長さより小さくなっており、前記演算装置は、前記車両の走行速度に応じて、前記第1の荷重センサの出力に基づいて前記車両の軸重の計測値を演算する第1の計測モードと、前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサの出力に基づいて前記計測値を演算する第2の計測モードとを切り替えるように構成され、前記第1の荷重センサ、並びに2つの前記第2の荷重センサの一方及び他方が、この順に前記進行方向に向かって配設されており、前記演算装置、前記第1の荷重センサ及び一方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度と、一方の前記第2の荷重センサ及び他方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度との差が所定値以上の場合に、前記第1の計測モードで前記計測値の演算を実行するように構成されている。
また、本発明の軸重計測装置は、車両の進行方向に沿って配列された第1の荷重センサ及び複数の第2の荷重センサと、前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサからの出力に基づいて、前記車両の軸重の計測値を演算する演算装置とを備え、前記第1の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記車両のタイヤの前記進行方向における接地長さ以上であるのに対し、前記第2の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記接地長さより小さくなっており、前記演算装置は、前記車両の走行速度に応じて、前記第1の荷重センサの出力に基づいて前記車両の軸重の計測値を演算する第1の計測モードと、前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサの出力に基づいて前記計測値を演算する第2の計測モードとを切り替えるように構成され、前記第1の荷重センサ、並びに2つの前記第2の荷重センサの一方及び他方が、この順に前記進行方向に向かって配設されており、前記演算装置、前記第1の荷重センサ及び一方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度または一方の前記第2の荷重センサ及び他方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度が所定値以下の場合に、前記第1の計測モードで前記計測値の演算を実行するように構成されている。
また、本発明の軸重計測装置は、車両の進行方向に沿って配列された第1の荷重センサ及び複数の第2の荷重センサと、前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサからの出力に基づいて、前記車両の軸重の計測値を演算する演算装置とを備え、前記第1の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記車両のタイヤの前記進行方向における接地長さ以上であるのに対し、前記第2の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記接地長さより小さくなっており、前記演算装置は、前記車両の走行速度に応じて、前記第1の荷重センサの出力に基づいて前記車両の軸重の計測値を演算する第1の計測モードと、前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサの出力に基づいて前記計測値を演算する第2の計測モードとを切り替えるように構成され、前記第1の荷重センサ、並びに2つの前記第2の荷重センサの一方及び他方が、この順に前記進行方向に向かって配設されており、前記演算装置、前記第1の荷重センサ及び一方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度及び一方の前記第2の荷重センサ及び他方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度が所定値より大きく、しかも前記第1の荷重センサ及び一方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度と、一方の前記第2の荷重センサ及び他方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度との差が所定値より小さい場合に、前記第2の計測モードで前記計測値の演算を実行するように構成されている。
本発明に係る軸重計測装置によれば、車両の走行速度に依存することなく当該車両の軸重を計測することができる。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る軸重計測装置の構成例を模式的に示す図である。また、図2は、同じく構成例を示す側面図である。
図1に示すように、本実施の形態の軸重計測装置は、CPU(Central Processing Unit)11を備えており、このCPU11は、AD変換器12、表示装置13、記憶装置14、及び通信回路15と接続されている。CPU11は、これらの各ハードウェアの動作を制御するとともに、各種の演算処理を実行する。
AD変換器12は、後述する荷重センサS1〜S3から出力されるアナログの荷重信号をデジタルの荷重信号に変換し、その変換後の荷重信号をCPU11へ出力する。
表示装置13は、CRTまたは液晶ディスプレイ等で構成され、CPU11から出力される各種の情報を画面上に表示する。
記憶装置14は、所定の記憶容量を有するメモリであり、CPU11にて発生する一時的なデータ、CPU11が実行するコンピュータプログラム、及びCPU11による演算結果等の各種の情報を記憶する。
また、通信回路15は、CPU11が図示しない上位コンピュータと通信するための通信インタフェースである。
図1及び図2に示すように、車両1が走行する走行路2には、矢符にて示される車両1の進行方向に沿って配列された荷重センサS1〜S3が埋設されている。車両1の進行方向の上流側に位置する荷重センサS1の端面と同じく荷重センサS2の端面との間の距離はL1メートルであり、同じく荷重センサS2の端面と同じく荷重センサS3の端面との間の距離はL2メートルである。これらの荷重センサS1〜S3はAD変換器12を介してCPU11と通信可能に接続されている。
荷重センサS1〜S3のうち、荷重センサS1は、車両1の進行方向における幅w1が、車両1の各軸a1〜a3に接続された各タイヤの接地長さm1〜m3以上となるように構成されている。これに対し、荷重センサS2及びS3は、車両1の進行方向における幅w2及びw3が、同じく各タイヤの接地長さm1〜m3より小さくなるようにそれぞれ構成されている。
なお、本実施の形態において、車両1の進行方向における荷重センサS1の幅w1は760mmである。他方、同じく進行方向における荷重センサS2及びS3それぞれの幅w2及びw3は50mmである。
以下では、荷重センサS1を載荷板S1と称し、荷重センサS2及びS3のそれぞれをウェイトバーセンサS2及びS3と称する。
なお、本実施の形態の軸重計測装置は、1つの載荷板及び2つのウェイトバーセンサの計3つの荷重センサを備えているが、荷重センサの数はこれに限定されるわけではない。本発明の軸重計測装置は、少なくとも1つの載荷板及び2つのウェイトバーセンサを備える必要があるものの、それよりも多くの荷重センサを備えていてもよい。
次に、本実施の形態の軸重計測装置の動作例について、図3のフローチャートを参照しながら説明する。
図3は、本実施の形態の軸重計測装置が備えるCPU11の処理手順を示すフローチャートである。なお、図3においては、便宜上、載荷板S1並びにウェイトバーセンサS2及びS3のそれぞれを単にセンサS1乃至S3と表記している。
CPU11は、通信回路15を介して上位コンピュータから軸重計測の開始の命令を受けた後、以下の処理を実行する。
CPU11は、AD変換器12を介して載荷板S1から出力される荷重信号を受けたか否かによって、載荷板S1が車両1の軸を検知したか否かを判断する(S101)。ここで、載荷板S1が車両1の軸を検知していないと判断した場合(S101でNO)、すなわち載荷板S1から荷重信号を受け取っていない場合、CPU11はステップS103に進む。他方、載荷板S1が車両1の軸を検知したと判断した場合(S101でYES)、すなわち載荷板S1から荷重信号を受け取った場合、CPU11は、その荷重信号にしたがって軸重値(W1)を算出し(S102)、その後ステップS103に進む。
次に、CPU11は、AD変換器12を介してウェイトバーセンサS2から出力される荷重信号を受けたか否かによって、ウェイトバーセンサS2が車両1の軸を検知したか否かを判断する(S103)。ここで、ウェイトバーセンサS2が車両1の軸を検知していないと判断した場合(S103でNO)、すなわちウェイトバーセンサS2から荷重信号を受け取っていない場合、CPU11はステップS105に進む。他方、ウェイトバーセンサS2が車両1の軸を検知したと判断した場合(S103でYES)、すなわちウェイトバーセンサかS2から荷重信号を受け取った場合、CPU11は、その荷重信号にしたがって軸重値(W2)を算出し(S104)、その後ステップS105に進む。
ステップS105において、CPU11は、載荷板S1から荷重信号を受けた時間とウェイトバーセンサS2から荷重信号を受けた時間との差により、載荷板S1とウェイトバーセンサS2との間における車両1の通過時間T1ミリ秒を算出し、その通過時間(T1)及び上述した既知の距離(L1)を用いて、以下の式2により車両1の走行速度(V1)を算出する。
V1=(L1/T1)×3600 …式2
次に、CPU11は、AD変換器12を介してウェイトバーセンサS3から出力される荷重信号を受けたか否かによって、ウェイトバーセンサS3が車両1の軸を検知したか否かを判断する(S106)。ここで、ウェイトバーセンサS3が車両1の軸を検知していないと判断した場合(S106でNO)、すなわちウェイトバーセンサS3から荷重信号を受け取っていない場合、CPU11はステップS109に進む。他方、ウェイトバーセンサS3が車両1の軸を検知したと判断した場合(S106でYES)、すなわちウェイトバーセンサかS3から荷重信号を受け取った場合、CPU11は、その荷重信号にしたがって軸重値(W3)を算出する(S107)。
そして、CPU11は、ウェイトバーセンサS2から荷重信号を受けた時間とウェイトバーセンサS3から荷重信号を受けた時間との差により、ウェイトバーセンサS2とS3との間における車両1の通過時間T2ミリ秒を算出し、その通過時間(T2)及び上述した既知の距離(L2)を用いて、以下の式3により車両1の走行速度(V2)を算出する(S108)。
V2=(L2/T2)×3600 …式3
次に、CPU11は、記憶装置14に予め記憶されている閾値P1を参照し、ステップS105にて算出したV1がこのP1以下であるか否かを判定する(S109)。この閾値P1は、ユーザ側にて設定可能な判定速度である。閾値P1としては、例えば0から15km/時までの範囲内の値が用いられる。
ステップS109において、V1がP1以下であると判定した場合(S109にてYES)、CPU11は、ステップS102にて算出したW1を軸重値(W)に設定する(S110)。以下、このように、載荷板S1からの出力により得られたW1により軸重の計測値である軸重値(W)を演算する軸重計測装置の動作モードを「第1計測モード」という。
他方、ステップS109においてV1がP1より大きいと判定した場合(S109でNO)、CPU11は、ステップS110を実行することなく、ステップS111へ進む。
CPU11は、記憶装置14に予め記憶されている閾値P2を参照し、ステップS108にて算出したV2がこのP2以下であるか否かを判定する(S111)。この閾値P2は、閾値P1と同様に、ユーザ側にて設定可能な判定速度である。閾値P2としては、例えば0から15km/時までの範囲内の値が用いられる。
ステップS111において、V2がP2以下であると判定した場合(S111にてYES)、CPU11は、第1計測モードにより軸重値を演算する。すなわち、CPU11は、ステップS102にて算出したW1を軸重値(W)に設定する(S112)。
他方、ステップS111においてV2がP2より大きいと判定した場合(S111でNO)、CPU11は、ステップS112を実行することなく、ステップS113へ進む。
次に、CPU11は、記憶装置14に予め記憶されている閾値P3を参照し、ステップS105にて算出したV1とステップS108にて算出したV2との差がこのP3以上であるか否かを判定する(S113)。この閾値P3は、閾値P1及びP2と同様に、ユーザ側にて設定可能な判定速度である。V1とV2との差は、車両1の加減速の速度に対応する値であるため、ステップS113の処理は、車両1がP3で表される速度以上の加減速を行ったか否かを判定するものであるといえる。
ステップS113において、V1とV2との差がP3以上であると判定した場合(S113でYES)、CPU11は、第1計測モードにより軸重値を演算する。すなわち、CPU11は、ステップS102にて算出したW1を軸重値(W)に設定する(S114)。
他方、V1とV2との差がP3より小さいと判定した場合(S113でNO)、CPU11は、W1のみではなく、ステップS104及びS105にてそれぞれ算出したW2及びW3をも用いて、軸重値(W)を算出する(S115)。具体的には、W1乃至W3の平均値を算出することにより、軸重値(W)を得る。以下、このように、載荷板S1並びにウェイトバーセンサS2及びS3からの出力によりそれぞれ得られたW1乃至W3により軸重の計測値である軸重値(W)を演算する軸重計測装置の動作モードを「第2計測モード」という。
CPU11は、第1計測モードまたは第2計測モードにより得られた軸重値を車両1の軸重値(W)として確定し、その軸重値(W)を表示装置13に対して出力する(S116)。表示装置13が、この軸重値(W)を画面上に表示することにより、ユーザは軸重計測の結果を確認することができる。
以上のように、本実施の形態の軸重計測装置は、第1計測モードと第2計測モードとを適宜切り替えることにより軸重計測を実行する。より具体的には、(1)載荷板S1とウェイトバーセンサS2との間における車両1の走行速度V1またはウェイトバーセンサS2とS3との間における車両1の走行速度V2が所定の判定速度以下であった場合、若しくは(2)これらの走行速度V1とV2との差が所定の判定速度以上であった場合は、載荷板S1からの出力のみに基づいて軸重計測を行う第1計測モードを採用し、他方、(3)走行速度V1及び走行速度V2が所定の判定速度より大きく、しかも走行速度V1とV2との差が所定の判定速度より小さい場合は、載荷板S1並びにウェイトバーセンサS2及びS3からの出力に基づいて軸重計測を行う第2計測モードを採用する。
上記(1)または(2)の場合、ウェイトバーセンサS2及びS3の出力を用いると軸重計測に誤差が生じやすい。そのため、これらの場合においては、載荷板S1からの出力のみを用いる第1計測モードで軸重計測を行う。これに対し、上記(3)の場合では、ウェイトバーセンサS2及びS3の出力を用いて精度良く軸重計測を行うことができる。そのため、この場合においては、載荷板S1からの出力に加えて、これらのウェイトバーセンサS2及びS3の出力をも用いる第2計測モードで軸重計測を行う。
また、車両1の走行速度が比較的小さい場合(例えば15km/時以下の場合など)ではウェイトバーセンサS2及びS3のみの出力では高精度な軸重計測を行うことができないものの、その走行速度が比較的大きい場合(例えば15〜80km/時の場合など)ではウェイトバーセンサS2及びS3の出力を用いて精度良く軸重計測を行うことができる。そこで、車両1の走行速度V1とV2との差については考慮せず、上記(1)の場合は第1計測モードにより軸重計測を実行し、上記(1)以外の場合は第2計測モードにより軸重計測を実行するようにしてもよい。
このように、載荷板S1による出力とウェイトバーセンサS2及びS3による出力とを適宜使い分けることにより、車両1の走行速度に依存することなく高精度な軸重計測を行うことが可能になる。
本発明の軸重計測装置は、簡易な構成で高精度な軸重計測が可能になるため、トラックなどの車両の軸重を計測する装置等として有用である。
本発明の実施の形態に係る軸重計測装置の構成例を模式的に示す図。 本発明の実施の形態に係る軸重計測装置の構成例を示す側面図。 本発明の実施の形態に係る軸重計測装置が備えるCPUの処理手順を示すフローチャート。 タイヤの接地面と荷重との関係を模式的に示す側面図。 タイヤの接地面と移動時間との関係を示す概念図。
符号の説明
1 車両
2 走行路
11 CPU
12 AD変換器
13 表示装置
14 記憶装置
15 通信回路
a1〜a3 車軸
S1〜S3 荷重センサ

Claims (3)

  1. 両の進行方向に沿って配列された第1の荷重センサ及び複数の第2の荷重センサと、
    前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサからの出力に基づいて、前記車両の軸重の計測値を演算する演算装置とを備え、
    前記第1の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記車両のタイヤの前記進行方向における接地長さ以上であるのに対し、前記第2の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記接地長さより小さくなっており、
    前記演算装置は、前記車両の走行速度に応じて、前記第1の荷重センサの出力に基づいて前記車両の軸重の計測値を演算する第1の計測モードと、前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサの出力に基づいて前記計測値を演算する第2の計測モードとを切り替えるように構成され、
    前記第1の荷重センサ、並びに2つの前記第2の荷重センサの一方及び他方が、この順に前記進行方向に向かって配設されており、
    前記演算装置は、前記第1の荷重センサ及び一方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度と、一方の前記第2の荷重センサ及び他方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度との差が所定値以上の場合に、前記第1の計測モードで前記計測値の演算を実行するように構成されている、軸重計測装置。
  2. 車両の進行方向に沿って配列された第1の荷重センサ及び複数の第2の荷重センサと、
    前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサからの出力に基づいて、前記車両の軸重の計測値を演算する演算装置とを備え、
    前記第1の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記車両のタイヤの前記進行方向における接地長さ以上であるのに対し、前記第2の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記接地長さより小さくなっており、
    前記演算装置は、前記車両の走行速度に応じて、前記第1の荷重センサの出力に基づいて前記車両の軸重の計測値を演算する第1の計測モードと、前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサの出力に基づいて前記計測値を演算する第2の計測モードとを切り替えるように構成され、
    前記第1の荷重センサ、並びに2つの前記第2の荷重センサの一方及び他方が、この順に前記進行方向に向かって配設されており、
    前記演算装置は、前記第1の荷重センサ及び一方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度または一方の前記第2の荷重センサ及び他方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度が所定値以下の場合に、前記第1の計測モードで前記計測値の演算を実行するように構成されている、軸重計測装置。
  3. 車両の進行方向に沿って配列された第1の荷重センサ及び複数の第2の荷重センサと、
    前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサからの出力に基づいて、前記車両の軸重の計測値を演算する演算装置とを備え、
    前記第1の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記車両のタイヤの前記進行方向における接地長さ以上であるのに対し、前記第2の荷重センサの前記進行方向における幅が、前記接地長さより小さくなっており、
    前記演算装置は、前記車両の走行速度に応じて、前記第1の荷重センサの出力に基づいて前記車両の軸重の計測値を演算する第1の計測モードと、前記第1の荷重センサ及び前記複数の第2の荷重センサの出力に基づいて前記計測値を演算する第2の計測モードとを切り替えるように構成され、
    前記第1の荷重センサ、並びに2つの前記第2の荷重センサの一方及び他方が、この順に前記進行方向に向かって配設されており、
    前記演算装置は、前記第1の荷重センサ及び一方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度及び一方の前記第2の荷重センサ及び他方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度が所定値より大きく、しかも前記第1の荷重センサ及び一方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度と、一方の前記第2の荷重センサ及び他方の前記第2の荷重センサ間における前記車両の走行速度との差が所定値より小さい場合に、前記第2の計測モードで前記計測値の演算を実行するように構成されている、軸重計測装置。
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