JP5254081B2 - 車輪または車軸の重量値測定システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の車輪重量や車軸重量を測定する車輪または車軸の重量値測定システムに関する。

従来、車輪の重量測定システムには、荷重センサを設けた計量台を道路面に埋め込み、計量台上にタイヤが載るタイミングで車輪重量を測定するものがある。具体的には、特許文献１や２に開示されたものがある。特許文献１の技術は、計量台の長さを車輪進行方向にタイヤの接地面長さよりも充分に長く設定し、この計量台を複数個のロードセルで支持し、道路面にタイヤが接触していない状態で車輪の重量を測定するものである。特許文献２の技術は、タイヤの進行方向に計量台の長さをタイヤの接地面長さよりも短く設定し、タイヤ接地面が常に道路面に接触しながら車輪の重量を測定するものである。

特公昭５３−２３０９９号公報 特開昭６３−２８６７２４号公報

特許文献１の技術によれば、計量台の長さをタイヤの接地面長さよりも長く設定しているので、複数個のロードセルで計量台を支持しなければならず、１つの計量台に対して多くのロードセルを使用しなければならず、製品コストが高いので、道路面に１台だけ設置することが多い。そのため、特許文献１の技術では低周期ノイズを除去できない。即ち、通常、走行車両の車輪重量信号には道路面の凹凸やサスペンションのバネに起因する長い周期のノイズ信号が重畳されている。車両の速度が少し速い場合には、重量測定データの取得期間がノイズ信号の１周期未満となることがあり、この場合、取得期間に得られた重量測定データを平均しても、効果的にノイズを除去することができない。

特許文献２の技術によって重量測定値を得るには、車両の速度を検出する必要があり、計量台を車両が通過する際に車両速度が変化すると、測定精度が大きく低下する。車輪の重量測定システムは、料金徴収ゲート近くに設けられることが多く、車両が減速中であったり、渋滞したりすることがある。このように車両が計量台上で停止したり、速度が計量台付近で大きく変化したりすると、計量台上での通過速度が正しく得られず、重量測定値を正確に求めることができない。

また、特許文献２の技術では、計量時にタイヤの接地面が道路面にも接触しており、荷重が計量台の他に道路面にも分割されるので、計量台近傍の道路面の高低の影響を受けやすく、測定精度が低い。

本発明は、ノイズの影響を低減して高精度な車輪または車軸の重量値測定システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の車輪・車軸重量測定システムは、第１の計量器と少なくとも１台の第２の計量器とを具備している。第１の計量器は、車両の進行方向に、前記車両のタイヤの接地面の長さよりも長い寸法の第１の計量台を有している。更に、第１の計量器は、前記タイヤの接地面が道路面と非接触状態において前記車両の車輪または車軸重量を測定する。第２の計量器は、前記車両の進行方向に、前記タイヤの接地面の長さよりも短い寸法の第２の計量台を有している。第２の計量器は、前記タイヤの接地面が前記道路面と接触状態において前記車両の車輪または車軸重量を測定する。前記第１及び第２の計量台は、前記車両の進行方向に沿って配列されている。前記第１の計量器と前記第２の計量器との測定ばらつきの比率に基づいて、重量算出手段が、第１及び第２の重量測定値のうち、測定ばらつきが小さいものに大きい重み係数を与え、測定ばらつきが大きいものに小さい重み係数を与えて、第１及び第２の重量測定値の重み平均を算出し、車輪または車軸重量として出力する。

このように構成された車輪・車軸重量測定システムでは、第１の計量器は、車両のタイヤの接地面の長さよりも長い寸法の第１の計量台を有しているので、車両が停止状態や低速状態では高精度で重量測定が可能である。しかし、車両が高速走行状態では車両自身が持つ振動ノイズやランダムノイズの影響を受け、第１の計量器は高精度に重量測定できない。これらノイズを減衰させるには、第１の計量器を複数台設置し、第１の計量器での重量測定値を演算処理することが考えられる。しかし、第１の計量器は、車両のタイヤの接地面の長さよりも長い寸法の第１の計量台を有している関係上、複数の荷重検出手段を設置しなければならず、高コストとなる。この欠点を補うために、少なくとも１台の第２の計量器を設置している。第２の計量器は、タイヤの接地面の長さよりも短い寸法の第２の計量台を有しているので、荷重検出手段の数が少なくてすみ、低コストである。また、第１及び第２の計量器の第１及び第２の重量測定値それぞれに重み係数を乗算して平均する重み平均することで、車両が高速走行している場合でも、振動ノイズやランダムノイズの影響を低減することができる。重み係数を決定するために、第１及び第２の計量器の測定ばらつきの比率を算出し、この比率から、第１及び第２の重量測定値のうちいずれの測定ばらつきが小さいか、大きいかを判定し、測定ばらつきが小さいものに大きい重み係数を与え、測定ばらつきが大きいものに小さい重み係数を与えて、前記車両の車輪または車軸重量を算出している。従って、ノイズの影響を低減して高精度に車輪・車軸の重量を測定することができる。

前記車輪または車軸の重量値測定システムの稼働運転中における前記第１及び第２の重量測定値に基づいて前記測定ばらつき比率を算出して、更新する測定ばらつき比率算出手段を設けることができる。車輪または車軸の重量値測定システムが稼働している間に第１及び第２の計量器の第１及び第２の重量測定値の測定ばらつきが、周囲環境の変化等に起因して変動することがある。このような場合でも、測定ばらつき比率算出手段が測定ばらつき比率を更新し、これに伴い重み係数が変化させられるので、高精度に車輪または車軸の重量を測定することができる。

前記測定ばらつき比率算出手段が算出した前記測定ばらつきの比率に基づいて前記第２の計量器に異常があるか否かを判定する異常判定手段を設けることができる。第１及び第２の重量値の測定ばらつきの比率が極端な値となる場合には、第２の計量器に異常がある可能性があるので、異常判定手段を設けている。

上記の態様では、車両の速度を考慮していない。しかし、車輪の速度によって第１及び第２の計量器の重量値の測定ばらつきは変化する。そこで、他の態様では、車両速度の複数の範囲を予め定め、範囲ごとの測定ばらつき比率に基づいて重み係数を変更して、速度に応じて高精度に車輪または車軸の重量を算出している。また、車速によっては、単純平均する方が高精度となる場合もあるので、車速範囲ごとに単純平均するか重み平均するかを決定している。

以上のように、本発明によれば、高精度に車輪や車軸の重量を測定することができる。

本発明の１実施形態の車輪・車軸重量測定システムのブロック図である。 図１の車輪・車軸重量測定システムの計量器上をタイヤが通過するに連れての各計量器の出力信号の変化を示す図である。 図１の車輪・車軸重量測定システムの第２の計量器の構成を示す正面図、平面図及び側面図である。 図１の車輪・車軸重量測定システムの第２の計量器での計量原理の説明図である。 図１の車輪・車軸重量測定システムの第１及び第２の計量器の測定値が車両速度に応じて変化する状態を示す図である。 第１及び第２の計量器の測定値のばらつきと速度との関係を示す図である。 図１の演算回路１４に設けられたテーブルを示す図である。 図１の車輪・車軸重量測定システムにおける測定ばらつき比率と重み平均方式と単純平均方式との関係を示す図である。 図１の演算回路１４の処理の一部を示すフローチャートである。 図１の演算回路１４の処理の残りの部分を示すフローチャートである。

本発明の１実施形態の車輪または車軸の重量値測定システムでは、図１に示すように、道路面２上を、図示していない車両が矢印方向に走行することを前提とする。この道路面２に、第１の計量器４が設置されている。この計量器４は、図２（ａ）に示すように計量台６を有し、図１に示すように計量台６の下面の車両の乗り込み側を複数台、例えば２台の第１の重量値測定手段、例えばロードセル８ａが支持し、計量台６の下面の車両の降り口側を、例えば２台の第１の重量値測定手段、例えばロードセル８ｂが支持している。この計量台６は、車両の同一の軸に取り付けられている２つの車輪の重量をそれぞれ個別に測定するために、道路面２の幅方向に２台設けられている。なお、第１の計量器４によって車両の１軸に取り付けられている２つの車輪の重量を同時に測定する場合には、道路面２の幅方向の２つの車輪が同時に載る幅寸法を持つ１台の計量台６を使用する。これら計量台６は、図２（ａ）に示すように車両のタイヤ９の道路面２へ接地面における車両進行方向の長さＬ’よりも大きな長さ寸法Ｌを車両の進行方向に有している。

ロードセル８ａ、８ｂの出力信号は、増幅器１０によって増幅され、Ａ／Ｄ変換部１２によってデジタル変換され、演算回路１４に供給される。演算回路１４は、例えばＣＰＵ、メモリ、入出力回路等から構成されている。

第１の計量器４から車両の進行方向に離れた道路面２には、複数、例えば２台の第２の計量器１６、１８が車両の進行方向に間隔をおいて設けられている。第２の計量器１６、１８は、同一構造のものであるので、第２の計量器１６についてのみ説明する。第２の計量器１６は、図３（ａ）乃至（ｃ）に示すように、車両の進行方向の長さがＬ２以下で、道路面２の幅方向の長さがＬ２’の起歪体２０からなる第２の重量値測定手段、例えばロードセル２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを図１に示すように道路面２の幅方向に４台並べ、これらロードセル２２ａ乃至２２ｄ上に、車両の進行方向に沿う長さがＬ２の計量台２４を配置したものである。Ｌ２は、タイヤ９の接地面の車両進行方向の長さＬ’よりも短く設定されている。そのため、タイヤ９の接地面が計量台２４上に乗り込んだ状態であっても、タイヤ９の全荷重は、或る比率で道路面２と計量台２４とに分割して負荷される。

なお、第１の計量器４と第２の計量器１６とに跨ってタイヤ９が存在しないように、両者の間隔は設定されているし、第２の計量器１６、１８間に跨ってタイヤ９が存在しないように、両者の間隔が設定されている。

車両の１つの軸に設けられている２つの車輪の重量を個別に測定する場合には、１つの車輪用にロードセル２２ａ、２２ｂの出力を合成し、他の１つの車輪用にロードセル２２ｃ、２２ｄの出力を合成する。これらロードセル２２ａ乃至２２ｄの出力信号は、増幅器１０によって増幅され、Ａ／Ｄ変換部１２によってデジタル変換され、演算回路１４に供給される。

演算回路１４において行う第１の計量器４の出力信号の処理について図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。なお、以下の説明は、１つの車輪の重量を測定する場合であるが、以下の説明を基に、１つの軸に設けられている２つの車輪の重量（軸重）を測定することは、当業者には自明である。第１の計量器４では、動的重量測定モードと、静的重量測定モードとの２つのモードで測定可能である。

これら両モードで測定するために、計量台６上にタイヤ９が完全に乗り込み、タイヤ９の接地面と道路面２との接触が無くなった直後の位置ｐ１と、計量台６上に乗り込んだタイヤ９が計量台６上を前進して、これよりも進行すると道路面２に接触する位置ｐ２とを、ロードセル８ａ、８ｂの出力信号上で定める。位置ｐ１、ｐ２間の距離をＬ１１とすると、タイヤ９が計量台６上のＬ１１区間に滞在する時間が長く継続でき、次に計量台６に進んでくるタイヤの接地面が計量台６に触れる前に、Ｌ１１からタイヤ９が離れるように計量台６の長さＬ１と、位置ｐ１、ｐ２が設定されている。

位置ｐ１、ｐ２はロードセル８ａ、８ｂの出力信号の比率が予め定めた一定値よりも大きいという条件が成立する位置として定義されている。すなわち、ロードセル８ａの出力信号をｗ１、ロードセル８ｂの出力信号をｗ２とし、これらは時間間隔Ｔで同じタイミングでサンプリングされ、サンプリング重量測定値としてｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）を得るものとすると、上記比率Ｒｗはｗ１（ｋ）／ｗ２（ｋ）によって求められる。そして、位置ｐ１にあるときのｗ１（ｋ）をｗ１１（ｋ）、同ｗ２（ｋ）をｗ２１（ｋ）として、予め定めた値をｗ１１（ｋ）／ｗ２１（ｋ）＝ｆ１として定め、ｗ１（ｋ）が減少する過程でＲｗ＝ｗ１（ｋ）／ｗ２（ｋ）≦ｆ１が成立するとき、位置ｐ１に到達したと決定する。

同様に、位置ｐ２におけるｗ１（ｋ）をｗ１２（ｋ）、ｗ２（ｋ）をｗ２２（ｋ）とし、ｗ２２（ｋ）／ｗ１２（ｋ）をｆ２と定め、位置ｐ１が決定された後、ｗ２（ｋ）＞ｗ１（ｋ）が成立し、かつ（１／Ｒｗ）≧ｆ２が初めて成立した時点を位置ｐ２に到達した時点とする。

このようにｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）の比率によって位置ｐ１、ｐ２を定義しているので、これらの位置は、車輪重量の大きさに影響を受けない。

位置ｐ１乃至ｐ２間におけるｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）を求めることによって、タイヤ９のサンプリング重量値ｗｉは、
ｗｉ＝ｗ１（ｋ）＋ｗ２（ｋ）
によって求められ、位置ｐ１乃至ｐ２間のサンプリング重量値の個数をＮとすると、タイヤ９の動的重量測定値Ｗ１ｄは
Ｗ１ｄ＝Σｗｉ／Ｎ
によって求められる。このようにしてＷ１ｄを求めることを動的重量測定モードという。

上記の動的重量測定モードは、車両が円滑に計量台６上を通過することを前提としている。しかし、タイヤ９が計量台６上にある状態で車両が停止したり、極めて低速でタイヤ９が計量台６上を通過するように車両が走行したりすることがある。また、サンプリング時間間隔Ｔは、ｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）に重畳されたノイズを減衰させたり、比率Ｒｗを感度よく正確に測定したりするために、数ｍ秒の短い時間間隔で設定することが多い。そのため、上述したような停止または低速の場合、ΣＷｉは極めて大きい値になる。そこで、位置ｐ１が検出された時点から計時するためにタイマＴ１を設けてある。タイマＴ１は、カ位置ｐ１が検出された時点からウンタ動作を開始し、サンプリング時間間隔Ｔごとにインクリメントする。このタイマのカウント値Ｔｓが予め定めたＮｍ以上になったとき、ｗｉの累算を中止し、静的重量測定値Ｗ１ｓを、
Ｗ１ｓ＝ΣＷｉ／Ｎｍ
によって求める。このようにしてＷ１ｓを求めることを静的重量測定モードという。

なお、Ｎｍは、ｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）に低周波ノイズ信号が重畳されていても、上述したように平均化することによって充分に減衰させることができる値に設定してある。

上記の説明から明らかなように、第１の計量器４での重量測定モードは、車両の走行速度状態に応じて、自動的に切り換えられる。

演算回路１４において行う第２の計量器１６、１８の出力信号の処理について説明する。以下の説明は、１つの車輪の重量を測定する場合であるが、以下の説明を基に１つの軸に設けられている２つの車輪の重量（軸重）を測定することは、当業者には自明である。図４（ａ）は、タイヤ９の接地面を表しており、タイヤ９の接地幅をＡｉ、タイヤ９がサンプリング時間間隔Ｔごとに移動する距離をＤｉ、タイヤ９の単位面積当たりの荷重をＰ、接地面積をＳとすると、タイヤ９の接地面の全荷重Ｗは、
Ｗ＝Ｐ＊Ｓ＝Ｐ＊Σ（Ａｉ＊Ｄｉ）
である。サンプリング時間間隔Ｔごとにタイヤ９が移動する距離Ｄｉは、車両速度がＶであるとすると、図４（ａ）において
Ｄｉ＝Ｖ＊Ｔ
である。タイヤ９の接地長さＬ’は、第２の計量器１６、１８の計量台の長さＬ２よりも長いので、上述したように、タイヤ接地面全体の荷重はＬ２部と道路面２とに分割負荷され、タイヤ９の接地面全体の荷重Ｗに対して、第２の計量器１６、１８の計量台の長さＬ２の部分が荷重を受けるとすると、第２の計量器１６、１８がタイヤ９から受ける荷重の測定値、すなわち第２の計量器１６、１８の出力信号をサンプリングした重量測定値Ｗｉは、図４（ｂ）より、
Ｗｉ＝Ｐ＊Ａｉ＊Ｌ２
で表される。これを変形すると、
Ｐ＊Ａｉ＝Ｗｉ／Ｌ２
となり、上記タイヤ接地面の全荷重Ｗの式、移動距離Ｄｉの式、Ｐ＊Ａｉの式から、タイヤ９の重量であるタイヤ接地面の全荷重Ｗ２ｄは、
Ｗ２ｄ＝Ｐ＊Ｓ＝Ｐ＊Σ（Ａｉ＊Ｄｉ）＝Σ（Ｐ＊Ａｉ＊Ｄｉ）＝Σ（Ｐ＊Ａｉ＊Ｖ＊Ｔ）＝Σ［（Ｗｉ＊Ｖ＊Ｔ）／Ｌ２］＝（Ｖ＊Ｔ／Ｌ２）ΣＷｉ
の式で求められる。第２の計量器１６、１８の出力信号をｗ３とし、この出力信号を時間間隔Ｔごとにサンプリングした重量測定値をｗ３（ｋ）とすると、
Ｗ２ｄ＝（Ｖ＊Ｔ／Ｌ２）Σｗ３（ｋ）
と表される。この測定は、車両が一定の速度Ｖで進行しているときのみタイヤ９の重量を正確に測定可能であり、このようにしてＷ２ｄを求めることを第２の計量器における動的重量測定モードという。

上記のようにして、Ｗ２ｄを演算するには、Σｗ３（ｋ）の開始タイミング（図２（ｂ）に示す位置ｐ３、ｐ４）を決定する必要がある。ｐ３、ｐ４は、第２の計量器１６、１８の出力信号ｗ３（ｋ）に対して荷重負荷の方向に予め境界重量ｗｆを定め、位置ｐ２を決定後に、ｗ３（ｋ）がｗｆを超えた時点をｐ３とし、位置ｐ３を決定後であって、ｗ３（ｋ）が零点に戻った後、初めてｗ３（ｋ）がｗｆを超えた時点をｐ４とする。

第２の計量器１６、１８での動的重量測定には、第２の計量器１６、１８を通過する車両の速度が必要である。また、後述する算出法において第１の計量器４を車両が通過する速度を使用することがある。そのために、演算回路１４では、これらの速度測定が行われている。

まず、第１の計量器４上を通過する速度Ｖ１の検出について述べる。第１の計量器４において、ロードセル８ａ、８ｂが計量台６を支持している点を、図２（ａ）に示すようにｑａ、ｑｂ点とし、点ｑａ、ｑｂ間の距離をＡとすると、タイヤ９の接地面の車両進行方向の長さの大小によって多少異なるが、ｗ１（ｋ）が増加から減少に転じるａ１点から、ｗ２（ｋ）が増加から減少に転じるａ２点までの距離は、ほぼＡであるので、ａ１点を検知した時点からタイマカウンタＴ１でのカウントを開始し、ａ２点でカウントを停止して、カウント値Ｃ１が得られると、車速Ｖ１は、
Ｖ１＝Ａ／（Ｃ１＊Ｔ）
によって算出される。Ａは予め設計時点で与えられている。なお、ロードセル８ａ、８ｂの出力信号によって速度Ｖ１を求めたが、第１の計量器４の両端に車両を検出するセンサを設け、センサによって車両が検出されている時間をタイマでカウントし、そのカウント値とセンサ間の距離とによって速度Ｖ１を算出することもできる。

第２の計量器１６上を通過する速度Ｖ３の検出について述べる。速度Ｖ３として、第１の計量器４の計量台６の中央ｑ０から第２の計量器１６の入力端ｑ３までを車両が通過する速度を使用する。第２の計量器１６の計量台上にタイヤ９が載る直前に速度が急速に変化する可能性は少ないからである。ｑ０点にタイヤ９が到達したとき、ロードセル８ａ、８ｂの出力信号ｗ１（ｋ）とｗ２（ｋ）とは等しくなる。そこで、ｗ１（ｋ）≦ｗ２（ｋ）が始めて成立した時点をｑ０点とする。また、第２の計量器１６の入力端ｑ３にタイヤ９が到達した時点は、位置ｐ３とほぼ一致する。そこで、位置ｐ０からタイマカウンタＴ３でカウントを開始し、上述した位置ｐ３に到達したときのカウント値Ｃ３と、予め設定しておいたｑ０、ｑ３間の距離Ｌ３１とを用いて、Ｖ３を
Ｖ３＝Ｌ３１／（Ｃ３＊Ｔ）
として検出する。Ｔは上述したサンプリング時間間隔である。

第２の計量器１６上を通過する速度Ｖ４の検出について述べる。タイマカウンタＴ３において、位置Ｐ４が検出されるまでカウントを継続する。そして、予め設定しておいたｑ３、ｑ４間の距離Ｌ４１とし、位置Ｐ４でのカウント値をＣ４とすると、Ｖ４は、
Ｖ４＝Ｌ４１／［（Ｃ４−Ｃ３）＊Ｔ］
によって検出できる。

第１の計量器４及び第２の計量器１６、１８に対して車両は様々な速度をとることがある。

第１の計量器４に対して車両が停止またはそれに近い状態では、車両が第１の計量台４上に滞在する時間を検出するようにし、滞在時間が上述したＮｍ＊Ｔを超える場合には、上述した静的重量測定モードによる重量測定値Ｗ１ｓを車輪重量測定値とする。静的重量測定モードでの重量測定値Ｗ１ｓは、車両がほぼ停止状態であって、基本的に第１及び第２のロードセル８ａ、８ｂの出力信号に含まれる各種ノイズ信号の振幅は小さい上に、ノイズ信号があっても、充分に長いサンプリング測定時間（Ｎｍ＊Ｔ）によってノイズ信号を平滑することができるので、第２の計量器１６、１８による重量測定値を使用する必要がない。

図５（ａ）に第１の計量器４、第２の計量器１６、１８に対して車両が低速走行する場合において、車両が計量台に乗り込んだときの衝撃荷重、道路面２の状態によって生じるランダムノイズ、車両のバネによって生じる低周波振動ノイズが含まれた荷重信号を示す。同図（ｂ）に第１の計量器４、第２の計量器１６、１８に対して車両が高速走行する場合において、車両が計量台に乗り込んだときの衝撃荷重、道路面２の状態によって生じるランダムノイズ、車両のバネによって生じる低周波振動ノイズが含まれた荷重信号を示す。

図５（ａ）に示すよう、車両が低速の場合、第１の計量器４では、道路面２からのノイズを直接に受けず、衝撃荷重によるランダムノイズ振幅も小さい。従って、低周波振動ノイズの周期前後の荷重信号のサンプリング値を得て、それらの平均を取ることによって低周波振動ノイズの影響を除去できる。

第２の計量器１６、１８は、タイヤ９が常に道路面２に接触した状態で車輪の重量等を測定するので、低速でも図５（ｂ）に示すように次々とタイヤ接地面が新たに計量台上に乗り込んでくる。従って、一定以上に測定精度、ばらつきは小さくならず、荷重信号をサンプリングしている時間が短いので、平均してもランダムノイズに対する減衰効果は小さくなり、図６に示すように重量測定値のばらつきは或る程度以上に大きくなる。

しかし、車速が速くなると、図５（ｂ）に示すように 各ノイズ信号の振幅が大きくなる上に、第１の計量器４の荷重信号をサンプリングしている時間も、低周波振動ノイズの１周期に満たなくなり、図６に実線同士で示すように、次第に第１の計量器４と第２の計量器１６、１８の重量測定値のばらつきは接近する。従って、車両速度が遅い場合には、重量測定値のばらつきが少ない第１の計量器４の重量測定値を主に使用して車輪の重量を算出し、車両速度が速い場合には、重量測定値のばらつきが接近している第１の計量器４と第２の計量器１６、１８の重量測定値を使用して車輪の重量を算出することが望ましい。

そこで、複数、例えば４つの車速範囲ｖ０乃至ｖ３を定め、車速範囲ｖ０を１０以上２０未満、車速範囲ｖ１を２０以上４０未満、車速範囲ｖ２を４０以上６０未満、車速範囲ｖ３を６０以上とし、車速範囲０乃至３のテスト用の車速ｖを、それぞれｖ＝１５、３０、５０、７０ｋｍ／ｈに定める。調整モードにおいて、これら車速ｖごとに、特定の重量の車輪を複数回、例えばｎ回走行させ、第１及び第２の計量器４、１６、１８で重量測定値を求める。求めた各重量測定値から、各車速ごとに第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値の標準偏差σ１ｖ（σ１０、σ１１、σ１２、σ１３）、σ２ｖ（σ２０、σ２１、σ２３）、σ３ｖ（σ３０、σ３１、σ３２、σ３３）を算出する。そして、稼働運転に備え、図７に示すテーブルを演算回路１４内に作成する。

なお、車速ｖは、第１の計量器４上で測定しても、第２の計量器１６、１８上で測定してもかまわない。或いは第１の計量器４、第２の計量器１６、１８の近傍で別の車速測定器を使用して測定しても好い。

調整モードでは、同じテスト車両を使って同じ車輪重量を測定することになるので、第１及び第２の計量器４、１６、１８共に重量測定値によって計量器として測定上のばらつきの標準偏差を求めることができる。この標準偏差を測定ばらつきと定義する。第１及び第２の計量器４、１６、１８の測定ばらつきの大小に応じてシステムとしての重量測定値を算出するための計算方式ＳＣ０乃至ＳＣ３を定義する。これについては後述する。

第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値をいかに処理すれば、測定ばらつきを少なくしてシステムとしての重量測定値を算出できるかについて以下に述べる。

車速１０ｋｍ／ｈ未満では、一般に車速に対する車速の変化の割合が大きいことが多い。従って、第２の計量器１６、１８については、測定ばらつきよりも測定精度そのものが低い。反対に、第１の計量器４については、きわめて重量測定値の測定精度が高い。従って、車速が１０ｋｍ／ｈ未満では、第１の計量器４の重量測定値をシステム重量測定とする。

車速範囲がｖである場合、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値をＷ１ｖ、Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖ、測定ばらつきをσ１ｖ、σ２ｖ、σ３ｖとすると、単純平均（Ｗ１ｖ＋Ｗ２ｖ＋Ｗ３ｖ）／３をシステムの重量測定値Ｗｖとすると、その測定ばらつきσｔｖは、
σｔｖ＝（σ１ｖ^２＋σ２ｖ^２＋σ３ｖ^２）^１／２／３
と表される。第１及び第２の計量器４、１６、１８の測定ばらつきが同じ値σ１ｖであるとすると、単純平均の測定ばらつきσｔｖは、
σｔｖ＝（３σ１ｖ^２）^１／２／３＝０．５７７３σ１ｖ
である。第１の計量器４の測定ばらつきσ１ｖに対する第２の計量器１６、１８の測定ばらつきの比率ｒ２ｖ、ｒ３ｖを
ｒ２ｖ＝σ２ｖ／σ１ｖ
ｒ３ｖ＝σ３ｖ／σ１ｖ
として、比率ｒ２ｖ、ｒ３ｖの逆数に応じた重み平均計算式によってシステム重量測定値Ｗｔｖを算出するものとする。このようにすると、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値Ｗ１ｖ、Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖのうち測定ばらつきの小さいものが重量測定値Ｗｔｖに占める割合が大きくなり、測定ばらつきの大きいものが重量測定値Ｗｔｖに占める割合が小さくなり、精度が高くなる。

即ち、重量測定値Ｗｔｖは、
Ｗｔｖ＝｛Ｗ１ｖ＋（１／ｒ２ｖ）Ｗ２＋（１／ｒ３ｖ）Ｗ３ｖ｝／｛１＋（１／ｒ２ｖ）＋（１／ｒ３ｖ）｝
で求められる。Ｗｔｖの測定ばらつきσｔｖは、
σｔｖ＝｛σ１ｖ^２＋（σ２ｖ／ｒ２ｖ）^２＋（σ３ｖ／ｒ３ｖ）^２｝^１／２／｛１＋（１／ｒ２ｖ）＋（１／ｒ３ｖ）｝
＝［３^１／２／｛１＋（１／ｒ２ｖ）＋（１／ｒ３ｖ）｝］σ１ｖ
で表される。

従って、第２の計量器１６、１８の測定ばらつきの第１の計量器４に対する比率ｒ２ｖ、ｒ３ｖが図８に示すようなものである場合、システム測定重量値を比率ｒ２ｖ、ｒ３ｖに応じた重み平均によって計算した場合と、単純平均によって計算した場合とでは、システム重量測定値のばらつきは、図８に示すように、比率ｒ２ｖ、ｒ３ｖが大きくなるにつれて、即ち第２の計量器１６、１８の測定ばらつきが第１の計量器４の測定ばらつきよりも大きくなるにつれて、重み平均による重量測定値の測定ばらつきが単純平均による重量測定値の測定ばらつきよりも小さくなる。

振動ノイズの１周期における異なる位相点の重量測定値を単純平均すれば振動振幅の相殺による測定ばらつき低減効果が期待できるので、この実施形態では、ｒ２ｖ＝ｒ３ｖ＝１．５程度に接近している場合には、単純平均方式を採用し、１．５以上であれば、比率ｒ２ｖ、ｒ３ｖに応じた重み平均を採用している。

そこで、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値を適用して、システム重量測定値を算出する計算方式を次のように定めている。
（１）車速ｖ＜１０ｋｍ／ｈの場合には、
Ｃ１ システム重量測定値Ｗｔｖ＝第１の計量器４の重量測定値Ｗ１ｖとする。
（２）車速ｖ≧１０ｋｍ／ｈの場合
Ｃ２１ １＋（１／ｒ２ｖ）＋（１／ｒ３ｖ）＞２．３の場合
単純平均方式を採用して
Ｗｔｖ＝（Ｗ１ｖ＋Ｗ２ｖ＋Ｗ３ｖ）／３
とする。
Ｃ２２ １＋（１／ｒ２ｖ）＋（１／ｒ３ｖ）≦２．３の場合
重み平均方式を採用して
Ｗｔｖ＝｛Ｗ１ｖ＋（１／ｒ２ｖ）Ｗ２＋（１／ｒ３ｖ）Ｗ３ｖ｝／｛１＋（１／ｒ２ｖ）＋（１／ｒ３ｖ）｝
とする。

上述した調整モードにおいて第１及び第２の計量器４、１６、１８の各車速ｖでの重量測定値を得て、測定ばらつきσ１ｖ乃至σ３ｖを求め、比率ｒ２ｖ、ｒ３ｖを算出した後、車速範囲ｖ０乃至ｖ３において、上記の原理に従ってシステム重量測定値計算方式ＳＣ０乃至ＳＣ３をＣ１、Ｃ２１、Ｃ２２のいずれかに決定し、テーブルに書き込む。

ただし、車速ｖ≧１０ｋｍ／ｈの場合にｒ２ｖ及び（または）ｒ３ｖが対応する車速範囲ｖ０乃至ｖ３において一定限度よりも大きい場合には、保守または補修の必要があると思われるので、演算回路１４内で警報信号を作成し、表示器４０で表示を行わせる。

第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値のばらつきは、図６に示すように車速ｖが小さいときには大きく離れ、車速ｖが大きくなると接近するので、１＋（１／ｒ２ｖ）＋（１／ｒ３ｖ）＝Ｒと置いて、
車速範囲ｖ０では１．５、車速範囲ｖ１では１．７、車速範囲ｖ２では１．８、車速範囲ｖ３では２．０をそれぞれ警報境界値とし、車速範囲ｖ０でＲ＜１．５、車速範囲ｖ１でＲ＜１．７、車速範囲ｖ２でＲ＜１．８、車速範囲ｖ３でＲ＜２．０を満足していないとき、警報信号を発生する。

このようにして調整モードを終了した後、実際に車両が第１及び第２の計量器４、１６、１８上を通過する際に、車速ｖと、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値Ｗ１ｖ、Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖを測定する。車速ｖが車速範囲ｖ０乃至ｖ３のいずれに該当するか判断する。そして、該当すると判断された車速範囲の比率ｒ２ｖ、ｒ３ｖを図７のテーブルから選択する。さらに、Ｃ１、Ｃ２１、Ｃ２２のうち、その車速範囲におけるシステム重量測定値計算方式ＳＣｖに該当するものを決定し、そのシステム重量測定値計算方式に従って、システム車輪重量値を算出する。Ｃ２２の計算方式を使用する場合、その車速範囲では、ｒ２ｖ、ｒ３ｖは、テーブルに記憶されているものを使用する。

ところで、同じ車輪を繰り返し測定する場合を考えると、第１及び第２の計量器４、１６、１８を据え付けた直後には、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量値の測定ばらつきは、図６に実線で示すような関係である。しかし、第１及び第２の計量器４、１６、１８が長期間にわたって稼働すると、その間に道路面の状況が変化する。特に、第２の計量器１６、１８では、その影響が大きい。例えば、同面の摩滅、破壊、土砂の堆積などによって計量台近傍の道路面の凹凸や計量台に対する傾斜や高低差が増えると、道路面と計量台との荷重分担比率が連続的、振動的に変化するので、直接的に重量測定値に大きい影響を受け、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量値の測定ばらつきは、図６に点線で示すように。据え付け時よりも次第に増加する傾向がある。

従って、調整モードで決定したｒ２ｖ、ｒ３ｖに基づいて決定したシステム重量測定値計算方式ＳＣｖを使用していると、測定誤差が大きくなる可能性がある。例えば今まで単純平均を用いていた速度範囲で、そのまま単純平均を用いていると精度が低くなり、重み平均に変更する必要が生じることがある。

そこで、上述したように車両が第１乃至第２の計量器４、１６、１８を通過するごとに、システム車輪重量値を求めながら、車速範囲ｖ０乃至ｖ３のうち車速が対応するものとして第１乃至第２の計量器４、１６、１８の重量測定値Ｗ１ｖ、Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖを記憶させる。ただし、車両が第１乃至第２の計量器４、１６、１８を通過時に変速したものは除く。同時に、その車速範囲で第１乃至第２の計量器４、１６、１８の重量測定値Ｗ１ｖ、Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖが記憶された回数をカウントする。このようにしていずれかの車速範囲において第１乃至第２の計量器４、１６、１８の重量測定値Ｗ１ｖ、Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖそれぞれが予め定めた個数Ｎ個分集まると、第１の計量器４の重量測定値Ｗ１ｖの標準偏差、第２の計量器１６の重量測定値Ｗ２ｖの標準偏差、第２の計量器１８の重量測定値Ｗ３ｖの標準偏差を求め、後述するようにして図７に示すテーブルを更新する。

また、上述したのと同様に、車速範囲ｖ０では１．５、車速範囲ｖ１では１．７、車速範囲ｖ２では１．８、車速範囲ｖ３では２．０をそれぞれ警報境界値とし、車速範囲ｖ０でＲ＜１．５、車速範囲ｖ１でＲ＜１．７、車速範囲ｖ２でＲ＜１．８、車速範囲ｖ３でＲ＜２．０を満足していないとき、警報信号を発生する。この更新及び警報判定が終了すると、上述したのと同様にデータの収集を行う。なお、標準偏差の公式から、図１０に示すフローチャートのように、重量測定値が得られるごとに、累積値と二乗した値の累積値とを求めるようにしてもよい。

例えば車速範囲ｖ０において第１乃至第２の計量器４、１６、１８の重量測定値Ｗ１ｖ、Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖそれぞれがＮ個収集され、第１の計量器４の標準偏差がσ１０ｘａ、第２の計量器１６の標準偏差がσ２０ｘａ、第２の計量器１８の標準偏差がσ３０ｘａであるとする。第１及び第２の計量器４、１６、１８自体の測定ばらつきを順にσ１０ｘ、σ２０ｘ、σ３０ｘとし、車輪自身の重量のばらつきがσ０ｉｘであるとすると、第１の計量器４については、
σ１０ｘａ^２＝σ１０ｘ^２＋σ０ｉｘ^２
の関係がある。第２の計量器１６については、同様に
σ２０ｘａ^２＝σ２０ｘ^２＋σ０ｉｘ^２
の関係がある。第２の計量器１８については、同様に
σ３０ｘａ^２＝σ３０ｘ^２＋σ０ｉｘ^２
がある。従って、
σ２０ｘａ^２−σ１０ｘａ^２＝σ２０ｘ^２−σ１０ｘ^２
σ３０ｘａ^２−σ１０ｘａ^２＝σ３０ｘ^２−σ１０ｘ^２
が導かれる。ここで、調整モードにおいて予め記憶しておいた車速範囲ｖ０の第１の計量器４の測定ばらつきσ１０からσ１０^２を求め、
｛（σ２０ｘａ^２−σ１０ｘａ^２）／σ１０^２｝＝Ｒ２
と置くと、
｛（σ２０ｘａ^２−σ１０ｘａ^２）／σ１０^２｝＝（σ２０ｘ^２−σ１０ｘ^２）／σ１０^２＝Ｒ２
である。第１の計量器４の測定ばらつきの稼働期間中の変化は、図６に実線で示す第１の計量器（据え付け時）と点線で示す第１の計量器（長期稼働時）とから明らかなように、小さいので、
σ１０ｘ^２≒σ１０^２
である。車速範囲ｖ０における稼働運転中の第１の計量器４、第２の計量器１６の測定ばらつきの比率ｒ２０は、σ１０ｘ^２の代わりに調整モードで記憶しているσ１０^２を使用して、
Ｒ２＝（σ２０ｘ^２−σ１０ｘ^２）／σ１０^２
≒（σ２０ｘ^２−σ１０ｘ^２）／σ１０ｘ^２
＝（σ２０ｘ^２／σ１０ｘ^２）−１
であるので、
（σ２０ｘ^２／σ１０ｘ^２）＝Ｒ２＋１
（σ２０ｘ／σ１０ｘ）＝（Ｒ２＋１）^１／２＝ｒ２０
として得られる。同様に、第２の計量器１８についても、比率ｒ３０が、
ｒ３０＝（σ３０ｘ／σ１０ｘ）＝（Ｒ３＋１）^１／２
で得られる。

このようにして比率ｒ２０、ｒ３０が得られると、これらが図７のテーブルの車速範囲ｖ０の該当部分に記憶され、さらにｒ２０、ｒ３０の大きさに応じて車速範囲ｖ０のシステム重量測定方式ＳＣ０が、Ｃ２１またはＣ２２に決定され、図７のテーブルの車速範囲ｖ０の該当部分に記憶される。このようにしてテーブルが更新されると、以後、車速範囲Ｖ０において第１の計量器４、第２の計量器１６、１８の重量測定値Ｗ１ｖ、Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖがそれぞれＮ個収集されるまで、ｒ２０、ｒ３０の大きさによって決定した車速範囲ｖ０のシステム重量測定方式ＳＣ０が使用される。そのＳＣＯがＣ２１の場合、Ｃ２１において更新ｓなれたｒ２０、ｒ３０が使用される。

他の速度範囲ｖ１乃至ｖ３においても第１の計量器４、第２の計量器１６、１８の重量測定値Ｗ１ｖ、Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖがそれぞれＮ個収集されると、上記と同様にしてシステム重量測定方式ＳＣｖ及びｒ２ｖ、ｒ３ｖが更新される。

このように、システム重量測定値は、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値の測定のばらつきに応じた重み係数によって重み平均を求めることによって、ばらつきの大きい計量器の重量測定値はシステムの重量測定値への影響度合いを少なくして測定ばらつきが少なくなるようにし、かつ、常に測定ばらつきの変動に応じて最新の計算方式によってシステム測定値を求めることができるので、第２の計量器１６、１８の測定ばらつきが稼働運転中の道路面変化によって変動しても、常に最適な計算方式を用いてばらつきが少なくなる。

上述した稼働中での演算回路１４の動作を図９及び図１０にフローチャートで示す。なお、図７に示すテーブルはテストモードにおいて構成されているとする。

まず、図９に示すように、第１及び第２の計量器４、１６、１８で荷重信号を測定し（ステップＳ２）、車速ｖを測定する（ステップＳ４）。第１の計量器４の荷重信号から重量測定値Ｗ１ｖを求める（ステップＳ６）。

次に、ステップＳ４で求めた車速ｖが１０ｋｍ／ｈよりも小さいかまたは変速しているか判断する（ステップＳ８）。この判断の答えがイエスの場合には、第１の計量器４の重量測定値Ｗ１ｖをシステムの重量測定値Ｗｔｖとして表示、出力し（ステップＳ１０）、処理を終了する。

ステップＳ８の判断の答えがノーの場合、第２の計量器１６、１８の荷重信号から重量測定値Ｗ２ｖ、Ｗ３ｖを求める（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ４で測定した車速ｖが車速範囲ｖ０乃至ｖ３のいずれに該当するか判断する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４で車速ｖ０であると判断されると、図７のテーブルの車速範囲ｖ０のシステム重量測定値計算方式に従ってシステムの重量測定値Ｗｔｖを算出し（ステップＳ１６）、このシステムの重量測定値Ｗｔｖを表示、出力する（ステップＳ１８）。なお、図示省略したが、他の車速範囲ｖ１乃至ｖ３と判断された場合も、図７のテーブルの該当すると判断された車速範囲のシステム重量測定値計算方式に従ってシステムの重量測定値Ｗｔｖを算出し、このシステムの重量測定値Ｗｔｖを表示、出力する。

次に、図１０に示すように、車速範囲ｖ０での第１の計量器４の重量測定値Ｗ１０を累積している累積レジスタΣＷ１０にステップＳ６で測定したＷ１ｖをＷ１０として加算し、Ｗ１０の二乗値を累積している累積レジスタΣＷ１０^２にステップＳ６で測定したＷ１ｖの二乗値をＷ１０^２として加算し、車速ｖ０での第２の計量器１６の重量測定値Ｗ２０を累積している累積レジスタΣＷ２０にステップＳ１２で測定したＷ２ｖをＷ２０として加算し、Ｗ２０の二乗値を累積している累積レジスタΣＷ２０^２にステップＳ１２で測定したＷ２ｖの二乗値をＷ２０^２として加算し、車速ｖ０での第２の計量器１８の重量測定値Ｗ３０を累積している累積レジスタΣＷ３０にステップＳ１２で測定したＷ３ｖをＷ３０として加算し、Ｗ３０の二乗値を累積している累積レジスタΣＷ３０^２にステップＳ１２で測定したＷ３ｖの二乗値をＷ３０^２として加算する（ステップＳ２０）。

次に、カウンタＣｏの値を１つ増加させ（ステップＳ２２）、カウンタＣｏの値が予め定めた数Ｎに等しいか判断する（ステップＳ２４）。即ち、ステップＳ２０の各累積レジスタΣＷ１０、ΣＷ１０^２、ΣＷ２０、ΣＷ２０^２、ΣＷ３０、ΣＷ３０^２がそれぞれＮ個のデータを累積したか判断している。この判断の答えがノーの場合、この処理を終了する。

この判断の答えがイエスであると、ステップＳ２０で集めたデータに基づいて上述したようにσ１０ｘａ、σ２０ｘａ、σ３０ｘａを算出する（ステップＳ２６）。そして、上述したように比率ｒ２０、ｒ３０を算出する（ステップＳ２８）。

そして、算出されたｒ２０、ｒ３０に基づいて警報判定を行う（ステップＳ３２）。即ち、上述したように１＋（１／ｒ２０）＋（１／ｒ３０）＝Ｒと置いて、Ｒ＜１．５であるか判定し、Ｒ＜１．５を満足しないとき、警報を発生する。

次に、ｒ２０、ｒ３０を更新し（ステップＳ３４）、更新したｒ２０、ｒ３０によって、掲載方式Ｃ２１、Ｃ２２のいずれを車速範囲ｖ０での新しいシステム重量測定値計算方式ＳＣ０とするか決定し、図７のテーブルの車速範囲ｖ０のシステム重量測定値計算方式ＳＣ０に登録する（ステップＳ３６）。そして、各累積レジスタ累積レジスタΣＷ１０、ΣＷ１０^２、ΣＷ２０、ΣＷ２０^２、ΣＷ３０、ΣＷ３０^２、カウンタＣｏをリセットし（ステップＳ３８）、この処理を終了する。なお、図示を省略したが、他の車速範囲ｖ１乃至ｖ３それぞれにおいても、図１０に示す処理に対応する処理が実行される。

上記の実施形態では、２台の第２の計量器１６、１８を使用したが、１台以上の第２の計量器を使用することもできる。第２の計量器の台数を増加させれば増加させるほど、ランダムノイズの影響を軽減することができる。

２ 道路面
４ 第１の計量器
１４ 演算回路（重量算出手段）
１６ １８ 第２の計量器

Claims (6)

1. 車両の進行方向にタイヤ接地面長さよりも長い寸法の第１の計量台を持ち、前記タイヤ接地面が道路面と非接触状態において車輪または車軸重量を測定して、第１の重量測定値を出力する１台の第１の計量器と、
   前記車両の進行方向に前記タイヤ接地面よりも短い寸法の第２の計量台を持ち、前記タイヤ接地面が前記道路と接触状態において前記車輪または車軸重量を測定して、第２の重量測定値を出力する少なくとも１台の第２の計量器とを、
   具備し、第１及び第２の計量器が前記車両の進行方向に沿って配置され、
   予め測定した前記第１の計量器と前記第２の計量器との測定ばらつきの比率に基づいて、第１及び第２の計量器のうち、測定ばらつきが小さいものの重量測定値に大きい重み係数を与え、測定ばらつきが大きいものの重量測定値に小さい重み係数を与えて、第１及び第２の重量測定値の重み平均を算出する重量算出手段とを、
   備える車輪または車軸の重量値測定システム。
2. 請求項１記載の車輪または車軸の重量値測定システムにおいて、
   前記車輪または車軸の重量値測定システムの稼働運転中における前記第１及び第２の重量測定値に基づいて前記測定ばらつき比率を算出して、更新する測定ばらつき比率算出手段が設けられている
   車輪または車軸の重量値測定システム。
3. 請求項２記載の車輪または車軸の重量測定値システムにおいて、
   前記測定ばらつき比率算出手段が算出した前記測定ばらつきの比率に基づいて前記第２の計量器に異常があるか否かを判定する異常判定手段を有する
   車輪または車軸の重量値測定システム。
4. 請求項１記載の車輪または車両の重量測定システムにおいて、
   第１若しくは第２の計量台上またはそれらの近傍を通過する前記車輪の速度を測定する車速測定手段と、
   この車速測定手段で測定された前記車輪の速度が予め定めた複数の速度範囲のいずれに該当するか判定する車速範囲判定手段とを、
   具備し、
   前記車速測定手段が測定した前記車輪の速度が属する前記速度範囲に対応する前記車速別の前記測定ばらつき比率が、前記第１及び第２の重量値の重み平均のばらつきよりも単純平均のばらつきが小さくなる値であるとき、前記重量算出手段が、前記第１及び第２の重量値の単純平均を算出する
   車輪または車軸の重量値測定システム。
5. 請求項４記載の車輪または車軸の重量測定システムにおいて、稼働運転中における前記第１及び第２の重量測定値に基づいて前記測定ばらつき比率を更新する速度範囲別ばらつき比率算出手段が設けられている
   車輪または車軸の重量値測定システム。
6. 請求項５記載の車輪または車軸の重量測定システムにおいて、前記車速範囲別測定ばらつき比率算出手段が算出した前記車速範囲別の測定ばらつきの比率に基づいて前記第２の計量器に異常があるか否かを判定する異常判定手段を有する
   車輪または車軸の重量値測定システム。

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