JP5738035B2 - 車両軸重計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、有料道路における自動料金収受システムに利用される車両軸重計測装置に関する。

現在、有料道路においてＥＴＣ（Electronic Toll Collection）に代表されるノンストップ料金収受システムが普及している。この料金収受システムにおいては、料金所側アンテナと車両側車載器との間の無線通信により通行料金を収受すると同時に、料金所側に設けられたセンサを用いて車両の車種判別が行われている。

車種判別に使用されるシステムとしては、例えば、路面に埋設されたマット状のセンサ（踏板）を用いるシステムが一般的である。このシステムは、踏板が車両のタイヤに踏まれることで、踏板に設置された接点体が通電することにより車両の軸数を検知するシステムであり、他の車両検知手段を組み合わせることで、車両の車種を判別している。

一方、車両の車種判別と同時に車両軸重を計測し、積載量を超過した車両を自動的に検知するシステムが望まれている。しかしながら、現状は、料金所に監視員を配置し、過積載と思われる車両を目視により抽出した上で、既存の軸重計測装置まで引率して車両の静荷重を計測することが一般的である。

特許文献１には、左右に配設されると共に、互いに前後にずらして配設された軸重検出部を用いて軸重を測定する踏板が記載されている。この踏板は、左右の軸重検出部に加えられた荷重を元に、軸重を算出している。

特開平７−２２５８９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の踏板は、軸重検出部を前後方向にずらして配置した上で、一定時間をおいて検出された信号を元に軸重を計算していることによって、軸重の検出にタイムラグが生じるという問題がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、より簡素な構成で、応答速度の速い車両軸重計測装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の車両軸重計測装置は、車両の通行経路の進行方向に間隔をあけて設置され、前記車両の車輪の荷重を受けて開閉される２つの第一センサと、前記２つの第一センサの間に配置され、前記車両の車輪からの荷重を受けて荷重に応じた荷重信号を出力する第二センサと、前記２つの第一センサによって出力された閉信号の間に前記第二センサによって前記荷重信号が出力された場合にのみ、車両が通過したと判断し、車両が通過したと判断した場合にのみ、前記荷重信号のピークから前記車両の軸重を演算する制御部とを備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、より簡素な構成で車両の軸重を計測することができる。また、現状の踏板の外観形状を変更することなく、軸重を計測することができる車両軸重計測装置を提供することができる。また、従来の接点検知方式と同様に、車両通行時に接点のＯＮ／ＯＦＦ電圧が第一センサから出力されるため、軸重のみならず、軸数を計測することができる。

また、前記第一センサは、前記通行経路の幅方向に延在して車輪の通過により互いに接触する一対の長尺状の平型接点体であり、前記第二センサは、前記通行経路の幅方向に延在する載荷板の下方に、該載荷板に沿って均等間隔に配置された複数のロードセルであることが好ましい。

上記構成によれば、比較的容易に荷重に応じた電気信号を出力するセンサを設置できると共に、必要に応じてロードセルの数量を変更することができる。

また、前記第一センサは、前記通行経路の幅方向に延在して車輪の通過により互いに接触する一対の長尺状の平型接点体であり、前記第二センサは、前記通行経路の幅方向に延在する載荷板の下方に配置された圧力シートであることが好ましい。

上記構成によれば、圧力シートを採用することにより、荷重に応じて電気信号を出力するセンサを通行経路の幅方向に連続して設置することができ、より幅の狭い車輪であっても通過の検知が可能となる。

また、前記第一センサは、前記通行経路の幅方向に延在して車輪の通過により互いに接触する一対の長尺状の平型接点体であり、前記第二センサは、前記通行経路の幅方向に延在する弾性変形可能な板体と、該板体のひずみを検出する複数のひずみゲージであることが好ましい。

上記構成によれば、より低コストで車両軸重計測装置を製造することができる。また、ひずみゲージの数を変更することによって、要求仕様に応じた車両軸重計測装置を製造することができる。

本発明によれば、より簡素な構成で車両の軸重を計測することができる。

本発明の第一実施形態の車両軸重計測装置を示す概略図である。 本発明の第一実施形態の車両軸重計測装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 踏板接点体及びロードセルから制御部に送信される信号のグラフである。 踏板接点体及びロードセルから制御部に送信される信号のグラフである。 本発明の第二実施形態の車両軸重計測装置の断面図である。 本発明の第三実施形態の車両軸重計測装置の平面図である。 図７のＢ−Ｂ断面図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の車両軸重計測装置１は、車両５１の通行経路５０に設置された踏板２と、この踏板２と接続される制御部３とを有する。踏板２は、通行経路５０を幅方向に跨ぐように設置されているため、通行経路５０を車両５１が通過した際、車両５１の前輪及び後輪が順に踏板２上を通過する。

図２及び図３に示すように、踏板２は、路面５２に埋設されるフレーム４に組み込まれている。フレーム４は鉄からなる剛体であり、路面５２に形成された凹溝５３に組み込まれるものである。フレーム４は、上に開口を有する断面コ字状で、かつ、通行経路５０の幅方向に延在する本体部４ａと、本体部４ａの上端より前方及び後方に延在するフランジ部４ｂとからなる。なお、前方とは、車両５１の進行方向（図２の上方）であり、後方はその反対方向である。

踏板２は、ゴム板により形成された踏板本体５と、踏板本体５の内部に格納された２つの踏板接点体９、載荷板１２、及び載荷板１２の下方に配置された複数のロードセル６からなる。
踏板本体５は、その外形がフレーム４の内部空間に嵌合するような長尺の四角柱形状を有している。踏板本体５には３つの空洞７が形成されている。空洞７は、通行経路５０の幅方向に延在する断面矩形の貫通孔である。３つの空洞７は、車両５１の進行方向に沿って等間隔に設けられている。

２つの踏板接点体９は、３つの空洞７のうち、前後方向両端の空洞７にそれぞれ格納されている。踏板接点体９は、通行経路５０の幅方向に延在する長尺状のセンサであり、上下一対の電極板１０，１０と、これら電極板を覆うケーシング１１から構成されている。この構成により踏板接点体９は、上下からの押圧力により開閉信号を発する。以下、２つの踏板接点体９を、進行方向の順に第一接点体９ａ、第二接点体９ｂと呼ぶ。

３つの空洞７のうち、中央の空洞７には、載荷板１２及び複数のロードセル６が列状に格納されている。ロードセル６は、荷重変換機とも呼ばれ、力を電気信号に変換して出力するセンサである。以下、列状に配置された複数のロードセル６の列をロードセル列６ａと呼ぶ。載荷板１２は、平面視における形状が空洞７と略同一の金属製の板状部材である。つまり、載荷板１２は、空洞７と同様に通行経路５０の幅方向に延在する部材である。載荷板１２は、一面が空洞７の上面に接するように配置されている。

ロードセル列６ａは、空洞７の下面上であって載荷板１２の下方に、載荷板１２に沿って配置されている。ロードセル列６ａを構成するロードセル６同士は、均等間隔に配置されている。これにより、車両５１が踏板２を通過した際、載荷板１２を介してロードセル６に荷重が伝達される。

つまり、２つの踏板接点体９とロードセル列６ａは、車両５１の進行方向にそって、踏板接点体９、ロードセル列６ａ、踏板接点体９の順で、等間隔で配置されている。よって、車両５１が踏板２の上方を通過すると、車両５１の車輪によって踏板接点体９、ロードセル列６ａ、踏板接点体９の順に押圧される。

ロードセル列６ａと踏板接点体９の上方であって、踏板本体５の上面には、長手方向に沿って突条８が形成されている。突条８は、側面視において台形形状を有しており、車両５１が突条８の上方を通過した際に、ロードセル６及び踏板接点体９により力を加える機能を果たす。

次に、本実施形態の車両軸重計測装置１の作用について説明する。
車両５１が踏板２を踏圧し、踏板２を構成する踏板本体５が撓んで、ロードセル６が加圧されると、ロードセル６から荷重に応じた電力が出力され、制御部３に送信される。また、同様に踏板接点体９が荷重を受けると、踏板接点体９を構成する上下一対の電極板１０が接することにより、閉信号が発信される。

図４に、車両５１が通常走行した際にロードセル６及び踏板接点体９から制御部３に送信される信号のグラフを示す。このグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸は電圧（踏板接点体９）、及び荷重（ロードセル６）である。
制御部３は、第一接点体９ａと第二接点体９ｂによって出力された閉信号Ｃ１，Ｃ２の間にロードセル６の荷重信号Ｐが出力された場合に、車両５１が通過したと判断する。
車両５１と判断された場合、ロードセルによって検出されたピークＰの最大値を荷重Ｆとして採用する。

荷重Ｆは、ピークの値に、補正係数Ａを乗ずることによって算出する。例えば、ピークの荷重がＦであった場合、軸重Ｆ’＝Ａ×Ｆで算出される。補正係数Ａは、車種によって定められた係数であり、車種によるタイヤの接地圧力等に基づいて定められる。

また、制御部３は、入力されるピークＰのタイミングパターンに応じて、車両か否かを選別する機能を有する。図５に示すように、例えば、第一接点体９ａ及びロードセル６のみが反応している場合は、車両と認識しない。同様に、第二接点体９ｂとロードセル６のみが反応している場合、及び第一接点体９ａと第二接点体９ｂのみが反応している場合は、車両と認識しない。つまり、全てのセンサから信号が検出されない場合は、車両と認識しない。また、所定の時間内に全てのセンサから信号が検出されない場合も、車両と認識しない。

また、車両軸重計測装置１は、従来のマット状のセンサと同様に、車両５１の進入検知機能、車両５１の前後進判別機能、車両５１の軸数計測機能を有する。

車両５１の進入検知機能は、上述した方法で荷重を計測した際、車両５１が通行経路５０に進入したしたと判断する機能であり、例えば、進入を検知した段階で、自動料金収受システムを待機モードにするものである。
車両５１の前後進判別機能は、閉信号Ｃ１，Ｃ２、及びピークＰの入力順により、車両５１の進行方向を検知する機能であり、例えば、自動料金収受システムの特定区域内の車両台数を認識するものである。
車両５１の軸数計測機能は、車両５１の軸数を計測する機能であり、上述した方法で計測された荷重の入力の大きさ、及びタイミングに基づき、通過する車両５１の軸数を計測し、例えば、車両５１の車種の判別に利用される。

上記実施形態によれば、例えば、従来の接点体を挿入する空洞７に踏板接点体９、ロードセル列６ａ、及び載荷板１２を挿入することで車両の軸重を計測することができる車両軸重計測装置を提供することができる。また、従来の接点検知方式と同様に、車両通行時に接点のＯＮ／ＯＦＦ電圧が踏板接点体９から出力されるため、軸重のみならず、軸数を計測することができる。

次に、他の実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一実施形態と異なる構成について説明する。

（第二実施形態）
図６に示すように、第二実施形態による車両軸重計測装置１Ｂを構成する踏板２Ｂは、第一実施形態のロードセル６の代わりに、圧力シート１３を配置したことを特徴としている。圧力シート１３は、フィルム状のセンサシートであり、シートに加わる力の分布と大きさを出力可能なセンサである。圧力シート１３は、通行経路５０の幅方向に延在するように設置されている。圧力シート１３の上方に載荷板１２を設置する点は第一実施形態と同様である。

上記実施形態によれば、圧力シート１３を採用することにより、荷重に応じて電気信号を出力するセンサを通行経路５０の幅方向に連続して設置することができ、より幅の狭い車輪であっても通過の検知が可能となる。

（第三実施形態）
図７、図８に示すように、第三実施形態による車両軸重計測装置１Ｃを構成する踏板２Ｃは、第一実施形態のロードセル６と載荷板１２の代わりに、荷重検知板１４とひずみゲージ１５を配置したことを特徴としている。
荷重検知板１４は、空洞７の上面に配置された金属製の長尺板であり、車両５１が踏板２上を走行し、突条８に荷重がかかることによって弾性変形する程度の強度を有している。
ひずみゲージ１５は、荷重検知板１４の下面に所定間隔をおいて貼り付けられており、荷重検知板１４の寸法の微小な変化を電機信号として検出し、制御部３（図１参照）に送信する。車両５１の軸重は、ひずみ量から計算される。

上記実施形態によれば、より低コストで車両軸重計測装置を製造することができる。また、ひずみゲージ１５の数を変更することによって、要求仕様に応じた車両軸重計測装置を製造することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、踏板接点体９の数は２つに限ることはなく、車両の前後進等の判別方法の仕様によって数を増やしてもよい。中央のロードセル６等のセンサも同様に数を増やすことによって精度を向上させるなどしてよい。

１…車両軸重計測装置、３…制御部、６…ロードセル（第二センサ）、９…踏板接点体（第一センサ）、１２…載荷板、１３…圧力シート（第二センサ）、１４…荷重検知板（板体）、１５…ひずみゲージ（第二センサ）、５０…通行経路、５１…車両。

Claims (4)

1. 車両の通行経路の進行方向に間隔をあけて設置され、前記車両の車輪の荷重を受けて開閉される２つの第一センサと、
   前記２つの第一センサの間に配置され、前記車両の車輪からの荷重を受けて荷重に応じた荷重信号を出力する第二センサと、
   前記２つの第一センサによって出力された閉信号の間に前記第二センサによって前記荷重信号が出力された場合にのみ、車両が通過したと判断し、車両が通過したと判断した場合にのみ、前記荷重信号のピークから前記車両の軸重を演算する制御部とを備えたことを特徴とする車両軸重計測装置。
2. 前記第一センサは、前記通行経路の幅方向に延在して車輪の通過により互いに接触する一対の長尺状の平型接点体であり、
   前記第二センサは、前記通行経路の幅方向に延在する載荷板の下方に、該載荷板に沿って均等間隔に配置された複数のロードセルであることを特徴とする請求項１に記載の車両軸重計測装置。
3. 前記第一センサは、前記通行経路の幅方向に延在して車輪の通過により互いに接触する一対の長尺状の平型接点体であり、
   前記第二センサは、前記通行経路の幅方向に延在する載荷板の下方に配置された圧力シートであることを特徴とする請求項１に記載の車両軸重計測装置。
4. 前記第一センサは、前記通行経路の幅方向に延在して車輪の通過により互いに接触する一対の長尺状の平型接点体であり、
   前記第二センサは、前記通行経路の幅方向に延在する弾性変形可能な板体と、該板体のひずみを検出する複数のひずみゲージであることを特徴とする請求項１に記載の車両軸重計測装置。

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