JP5844555B2 - 車両横転限界速度演算装置 - Google Patents
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Description
又、実走行時の走行状態(加速度、車輪速度等)及び実走行時の車両操作状態(操舵角度、スロットル開度等)と、車両重心情報に基づいて、車両の横転限界値に対する危険度を判定する技術も、特許文献3、特許文献4で提案されている。なお、特許文献5は、本件出願時の技術水準を表す重心位置の検出装置が開示されている。
請求項5の発明によれば、気象情報に応じて、横転限界速度が可変するため、気象に応じた横転限界速度を得ることができる。
請求項9の発明によれば、走行条件設定部により設定された走行条件を拘束条件として、前記選択された各経路中に存在するカーブの中から、前記カーブの曲率半径が横転がしやすいか否かを判定する判定値以下のものを危険箇所として抽出する。このため、走行条件にあった経路において、危険箇所における横転限界速度を容易に取得できる。又、請求項9の発明によれば、走行しやすい経路の優先順位を前記経路選択部により選択した経路に付与されるため、優先順位が付与された経路を取得することが可能となる。
請求項11の発明によれば、車載の装置である車両横転限界速度演算装置が、気象情報に応じて、横転限界速度が可変するため、気象に応じた横転限界速度を得ることができる。
以下、本発明を具体化した第1実施形態の、車両横転限界速度演算装置を図1、図3〜図15を参照して説明する。図1は、車両横転限界速度演算装置としての重心位置測定装置1及びカーナビゲーション装置200(以下、カーナビという)のブロック図である。
測定部20で計量対象物の物理量を計量(測定)した結果は、通信ケーブルを介して制御装置40に出力される。制御装置40は、MPU49及びメモリ48を備えている。メモリ48は、操作装置41で入力された計量対象物の「重心高さ」を記憶する。計量対象物の「重心高さ」は、例えば、計量対象物毎に、データテーブル化された表を、オペレータが参照して手入力する。或いは、メモリ48に予め計量対象物毎にテーブル化したデータ群を格納しておいてもよい。この場合は、表示装置42で前記データ群(表)を表示し、オペレータはこの表示されたデータ群の中から、測定部20で計量する計量対象物を選択して入力することにより、メモリ48に記憶された前記テーブル化されたデータ群から自動的に「重心高さ」を選択する。又、「重心高さ」は、計量対象物にかかわらず固定値(定数)として、予め横転限界速度を演算するプログラム内に含め、このプログラムをメモリ48に格納していてもよい。
さらに、重心位置測定装置1の具体的構成を説明する。図1に示す測定部20は、図9に示すように、第1の載台11と、第2の載台12と、第3の載台13とを備えている。
第3の載台13は、設置ベース2上において、第1の載台11および第2の載台12に対し、車両3の前進走行経路の下流側に配置されている。
<第1〜第3の載台の説明>
第1の載台11は、車両3の各車軸7,8,9の左側の車輪4a,5a,6aが一つずつ載ることのできる四角形の板状部材で構成されている。
第3の載台13は、車両3の左右全ての車輪4a,5a,6a;4b,5b,6bが同時に載ることのできる四角形の板状部材で構成されている。
設置ベース2と第3の載台13との間には、第1ロードセル21、第2ロードセル22、第3ロードセル23および第4ロードセル24がそれぞれ介設されている。
第2ロードセル22は、第3の載台13における車両前進走行経路下流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。
第4ロードセル24は、第3の載台13における車両前進走行経路下流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。
設置ベース2と第1の載台11との間には、第5ロードセル25および、第6ロードセル26がそれぞれ介設されている。
第6ロードセル26は、第1の載台11の右側部を下側から支持することができるように配置されている。
設置ベース2と第2の載台12との間には、第7ロードセル27および、第8ロードセル28がそれぞれ介設されている。
第8ロードセル28は、第2の載台12の右側部を下側から支持することができるように配置されている。
各ロードセル21〜28は、ひずみゲージ式のロードセルで、作用した荷重をその大きさに応じて電気的な荷重信号に変換して出力する機能を有するものである。
設置ベース2と第2の載台12との間には、更に所要の荷重鉛直伝達機構30が介設されている。この荷重鉛直伝達機構30は、設置ベース2に固定される脚部31と、平行四辺形状のリンク部32と、第2の載台12を支持する載台支持部33とを有し、リンク部32が第2の載台12の前後方向の偏心荷重の影響を消去するロバーバル機構を金属製の弾性体で一体的に構成したものである。この荷重鉛直伝達機構30を設置ベース2と第2の載台12との間に設けることにより、車両3の右側車輪4b,5b,6bから第2の載台12を介して第7ロードセル27および第6ロードセル28に作用する荷重を鉛直方向にのみ伝達させることができる。
図10に示されるように、重心位置測定装置1は、制御装置40と、操作装置41と、表示装置42とを備えている。
制御装置40は、主として、増幅器43と、ローパスフィルタ44と、マルチプレクサ45と、A/D変換器46と、I/O回路47と、メモリ48と、マイクロプロセッサ(MPU)49とにより構成されている。
ローパスフィルタ44は、低域周波数のみを信号として通過させる機能を有している。
A/D変換器46は、マルチプレクサ45からのアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有している。
メモリ48は、PROMやRAMなどで構成され、所定プログラムや基本データなどを長期的に記憶したり、種々のデータや演算用数値などを一時的に記憶したりする機能を有している。
操作装置41は、操作スイッチや数値キーなどを備えてなり、測定開始・終了の動作や零点調整動作、使用モードの切り換え動作、数値設定動作などの種々の動作の際に用いられる。
表示装置42は、例えば液晶ディスプレイからなり、測定結果や各種データの入出力画面などが表示される。
重心位置測定装置1の制御系システムにおいては、測定部20における各ロードセル21〜28の信号が、増幅器43、ローパスフィルタ44、マルチプレクサ45、A/D変換器46およびI/O回路47を経由してMPU49に送られる。MPU49は、メモリ48に格納されている所定プログラムに従って、I/O回路47からの信号を取り込み、またメモリ48に記憶されている種々のデータを読み込み、これらの信号やデータに基づいて車両3の水平面的重心位置の演算を実行する。そして、その演算結果は表示装置42に表示される。
制御装置40においては、所定プログラムがMPU49で実行されることにより、図11に示される車両幅方向重心位置演算部50、車両全長方向重心位置演算部51および表示信号生成部53のそれぞれの機能が実現される。
<車両の重心Gの座標(XG,YG)の求め方の理論説明>
次に、主として、図12〜図15を用いて、車両3の重心Gの座標(XG,YG)の求め方について説明する。
<記号の定義(車両関連)の説明>
図中および理論式で用いる記号の意味を下記のとおり定義する。
Gi:車両3の第i車軸両輪の輪重の合力作用点
i(=1,2,・・・,k):車軸番号
k:車軸数
XG:座標系O−XYにおける車両3の全長方向の重心位置
YG:座標系O−XYにおける車両3の幅方向の重心位置
xG:座標系o−xyにおける車両3の全長方向の重心位置
yG:座標系o−xyにおける車両3の幅方向の重心位置
Bi:有効トレッド幅
lj:車軸間距離
j(=1,2,・・・,k−1):車軸間番号(k≧2)
CLT:トレッド幅の幅方向の中心位置を示す中心線
GLi:合力作用点Giを通る鉛直線
ei:中心線CLTと鉛直線GLiとの距離
<記号の定義(ロードセル関連)の説明>
LC1:第1ロードセル21
LC2:第2ロードセル22
LC3:第3ロードセル23
LC4:第4ロードセル24
LC5:第5ロードセル25
LC6:第6ロードセル26
LC7:第7ロードセル27
LC8:第8ロードセル28
a:第1ロードセル21(第3ロードセル23)と第2ロードセル22(第4ロードセル24)との中心間距離
b:第1ロードセル21(第2ロードセル22)と第3ロードセル23(第4ロードセル24)との中心間距離
bi:第5ロードセル25の中心点と第i車軸の左側輪重の作用点との距離
bi´:第8ロードセル28の中心点と第i車軸の右側輪重の作用点との距離
Ci:第5ロードセル25の中心点と鉛直線GLiとの距離
h:第2ロードセル22(第4ロードセル24)と第1車軸との中心間距離
なお、上記記号のうち、a,bは既知の値であり、これらの値は予めメモリ48に記憶される。
CLS:第1の載台11と第2の載台12との中間位置を示す中心線
b0:第1の載台11(第2の載台12)の幅寸法
L:第3の載台13の全長方向寸法
なお、上記記号のうち、b0,Lは既知の値であり、これらの値は予めメモリ48に記憶される。
f:X軸とx軸との距離(中心線CLTと中心線CLSとの距離)
<記号の定義(力学関連)の説明>
WLi:輪重(左側)
WRi:輪重(右側)
Wi:第i軸の軸重
W:総重量
Pi:第iロードセルに作用する力(=そのロードセルから載台に作用する力)
Pj:第jロードセルに作用する力(=そのロードセルから載台に作用する力)
Pij:Pi+Pj
P=P1+P2+P3+P4
Pi:第i車軸のPへの影響分
<XG,ljの測定の説明:図13参照>
図13には、車両が第3の載台に載る際の荷重変化の様子を表わす図で、第1車軸の位置xとP13(x)およびP13(t)との関係を表す図が示されている。
<l1,l2の求め方の説明>
P13(t)波形に最初にピークが生じた時刻を時間の原点(t=0)にとり、それ以降に極値が生じた時刻をt1,t2,t3とする。
P1(0)/(a+s)=W1/a ・・・(1)
ここで、W1=P1(t),0<t<t1である。
s={P1(0)/W1−1}a ・・・(2)
一方、上記の距離rと距離sとについて、次式(3)が成立する。
前記式(3)から次式(4)で示されるようにrを求めることができる。
r=L/2−a/2−s ・・・(4)
<l1の求め方の説明>
第1車軸7と第2車軸8との距離l1について、次式(5)で示される関係式が成立する。
前記式(5)からl1は次式(6)で示されるように求めることができる。
l1=(a+s){1−P1(t1)/P1(0)}+r ・・・(6)
<l2の求め方の説明>
第2車軸8と第3車軸9との距離l2を求めるにあたって、まず、P1(t2),P2(t2)を求める。
P1(0)/(a+s)=P1(t2)/(a+s−l1) ・・・(7)
前記式(7)からP1(t2)は次式(8)で示されるように求めることができる。
また、P2(t2)は次式(9)から求めることができる。
P2(t2)=P13(t2)−P1(t2) ・・・(9)
<l2の求め方の説明>
次いで、P1(t3),P2(t3)をP1(t2),P2(t2),l2で表わす。
P1(t2)−P1(t3)={(l2−r)/(a+s)}P1(0)
・・・(10)
前記式(10)からP1(t3)は次式(11)で示されるように求めることができる。
・・・(11)
また、P2(t3)について、次式(12)が成立する。
・・・(12)
前記式(12)からP2(t3)は次式(13)で示されるように求めることができる。
・・・(13)
<l2の求め方の説明>
P13(t3)は次式(14)で表わすことができる。
前記式(14)に前記式(11)および式(13)をそれぞれ代入する。
P13(t3)=P1(t2)−{(l2−r)/(a+s)}P1(0)
+P2(t2)−{(l2−r)/(a+s)}P2(t2)
・・・(15)
前記式(15)は次式(16)に示されるように変形することができる。
P1(t2)+P2(t2)−P13(t3) ・・・(16)
前記式(16)からl2は次式(17)で示されるように求めることができる。
<XGの求め方の説明>
図12(a)から明らかなように、車両3の全長方向の重心位置XGは、次式(18)で表わすことができる。
全ての車輪4a,5a,6a;4b,5b,6bが第3の載台13上に載った状態(t4<t<t5:図12(b)参照)におけるモーメントのつりあいから次式(19)が成立する。
前記式(19)からl0は次式(20)で示されるように求めることができる。
ここで、前記式(20)中のWは次式(21)で表わされるものである。
ここで、前記式(22)中のPは次式(23)で表わされるものである。
前記式(18)(20)(24)から車両3の全長方向の重心位置XGを求めることができる。
図14には、車両が第1の載台および第2の載台に載った際にそれら載台に作用する荷重の状態図(a)および車軸毎の合力作用点位置を示すスケルトン(b)がそれぞれ示されている。
<YG,Biの求め方の説明>
図14(a),(b)より明らかなように、車両3の幅方向の重心位置YGに関して次式(25)が成立する。
前記式(25)からYGは次式(26)のように表わすことができる。
図14(a)に示される状態におけるモーメントのつりあいの式からCiは次式(27)のように表わすことができる。
=bi+WRiBi/Wi ・・・(27)
ここで、WRiは次式(28)から求めることができる。
<YG,Biの求め方の説明>
図14(a)から明らかなようにeiは次式(29)のように表わすことができる。
前記式(29)に前記式(27)を代入すると、eiは次式(30)のように表わすことができる。
=Bi/2−WRiBi/Wi
=(1/2−WRi/Wi)Bi ・・・(30)
<YG,Biの求め方の説明>
YGは前記式(26)(30)から次式(31)のように表わすことができる。
biは、第5ロードセル25および第6ロードセル26に作用する荷重の比から次式(33)から求めることができる。
同様にして、bi´は第7ロードセル27および第8ロードセル28に作用する荷重の比から次式(34)から求めることができる。
前記式(31)(32)(33)(34)から車両3の幅方向の重心位置YGを求めることができる。
次に、重心位置測定装置1の計測動作について、主に、図11の機能ブロック図および図15のフローチャートを用いて以下に説明する。なお、図15において記号「S」および「T」はそれぞれステップを表わす。
車両幅方向重心位置演算部50は、第5ロードセル25〜第8ロードセル28の荷重信号を読み込み、読み込んだ荷重信号と、前記式(32)(33)(34)とに基づいて、有効トレッド幅Biを演算するとともに、求められた有効トレッド幅Biの値と、前記式(31)とに基づいて、座標系O−XYにおける車両3の幅方向の重心位置YGを演算する(S1)。前記有効トレッド幅Bi及び演算結果である重心位置YGはメモリ48に格納される。
車両全長方向重心位置演算部51は、第1ロードセル21〜第4ロードセル24の荷重信号を読み込み、読み込んだ荷重信号と、前記式(6)(17)とに基づいて、車軸間距離l1,l2を演算するとともに、算出された車軸間距離l1,l2の値と、前記式(18)(20)(24)とに基づいて、座標系O−XYにおける車両3の全長方向の重心位置XGを演算する(T1)。この演算結果である重心位置XGをメモリ48に格納される。
<横転限界速度演算部52の処理の概要>
横転限界速度演算部52は、重心位置から道路の曲率半径の横転限界速度Vを以下の計算式で求める。なお、この下記式中のh,b,fは測定部20から取得し、Rはカーナビ200から取得する。又、下記式(A1)〜式(A4)中の符号、及び本実施形態の下記において、説明に出てくる符号の意味は下記の通りである。
R:カーブの曲率半径
r:車両が走行する回転半径
V:速度(横転限界速度)
h:重心高さ(メモリ48に記憶されている。)
b:トレッド幅(すなわち、前記有効トレッド幅Bi)
f:重心偏差(図12において、車両3の幅方向の中心位置を通り全長方向に延びる車両中心線に沿ったX軸とYGの差であり、車両の前方を向いて、右は+、左を−とする。)
g:重力加速度
ここで、回転半径rと、曲率半径Rとの関係を説明する。
r=R±(道路幅×車線数)とする。
r=R+(道路幅×車線数)となる。
r=R−(道路幅×車線数)となる。
本実施形態では、2車線の高速道路の場合では、走行車線を走行する場合を想定して、rが設定されている。なお、車両が複数車線のうちのどの車線を走行するかは、限定するものではなく、適宜設定すればよい。
式(A1)から、下記式(A2)が得られる。
V2≦g(b/2 −f)・r/h ………(A2)
次式(A3)のようにkを定義すると、式(A2)から式(A4)が求まる。
V≦(g・k・r)1/2 ………(A4)
<カーナビ200の構成の説明>
次にカーナビ200について説明する。なお、カーナビは、車両に固定されるものに限らず、車両から着脱自在に取付けできるもの、或いは、人が車両に持ち込み、持ち出し可能なポータブルのものも含む趣旨である。カーナビ200は、例えば、計量対象物の車両、或いは、計量対象物のコンテナを運搬する車両(トレーラ)に搭載されているもので、制御回路210と、位置検出器220と、操作スイッチ群230と、外部記憶装置240、ディスプレイ250、及び外部情報入出力装置225を備えている。制御回路210は、コンピュータとして構成されるとともに、CPU211、ROM212、RAM213を有する。
外部情報入出力装置225は、外部のインフラ(例えばVICSの様な道路情報案内システムやインターネット、或いは気象情報案内システム)から提供される、出発地から目的地の間の経路の渋滞情報、道路工事情報、交通事故情報、気象情報等を受信し、逆に、自車位置や緊急時の救命信号等を外部へ発信する。
カーナビ200は、操作スイッチ群230を操作することにより、車両が走行する出発地から目的地までの経路を探索し、探索結果で得られた経路に関する道路情報を通信ケーブル215を介して、制御装置40に入力可能である。この場合、I/Oインターフェイス54は、道路情報取得手段、気象情報取得手段及び出力手段に相当する。
上記のように構成された、重心位置測定装置1の作用を図3〜図8を参照して説明する。
図4では、表示装置42の表示画面42aに、車両を側面視した状態を示す表示領域34、及び背面視した状態を示す表示領域35に対して算出した重心の平面重心位置と、入力された(或いは設定された)重心高さに基づいて、重心をドットDで示している。
第2実施形態について図2を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一構成又は相当する構成は、同一符号を付してその詳細説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。本実施形態では、カーナビ200の代わりに、計量所に設けられたパーソナルコンピュータ(以下、計量所PC300という)に、第1実施形態の重心位置測定装置1が接続されているところが、第1実施形態と異なっている。従って、第2実施形態では、第1実施形態で説明した重心位置測定装置1に計量所PCが接続されることにより、重心位置測定装置としての重心位置測定装置システム10が構成されている。説明の便宜上、第2実施形態では、第1実施形態の重心位置測定装置1は、以下、重心位置測定部1という。
(4) 本実施形態の重心位置測定装置システム10(重心位置測定装置)は、道路情報を参照して車両の出発地から目的地までの経路を選択する計量所PC300のCPU311(経路選択手段)を備える。又、I/Oインターフェイス54(道路情報取得手段)が取得した前記道路情報は、計量所PC300のCPU311(経路選択手段)により選択して得られた経路の道路情報である。そして、MPU49(演算手段)は、現在地から目的地までの経路に出現するカーブの曲率半径に基づいて横転限界速度を演算する。そして、プリンタ39、表示装置42、I/Oインターフェイス54(出力手段)は、横転限界速度を前記車両の出発地から目的地までの経路のカーブに関連付けて出力する。
第2実施形態の変形態様1として、MPU49は、抽出手段として機能してもよい。
すなわち、MPU49は、I/Oインターフェイス54が計量所PC300から取得した経路から、カーブの曲率半径が横転がしやすいか否かを判定する判定値以下のものを危険箇所として抽出する。なお、判定値以下のものを危険箇所として抽出するとは、MPU49が判定値より大きなものを安全なカーブとして抽出し、残りのものを危険箇所とすることも含む趣旨である。この判定値は、曲率半径が、低速度でも横転しやすい、例えば、低速度として40km/hの場合、曲率半径は60mを判定値とする。なお、前記判定値は例であり、限定するものではない。なお、上記の例は、道路構造令によれば、第4種第3級道路では、設計速度が40km/hの場合、通常許容最小曲率半径は60mとなっている。このような場合において、低速度とは40km/h程度をいう。
第2実施形態の変形態様2として下記のようにしてもよい。
第2実施形態において、キーボード330の入力操作により、出発地(例えば、車両の現在地)と目的地、走行条件(短い距離優先、一般道路優先、有料道路優先、広い道路優先等)の設定が可能であることから、キーボード330は、走行条件設定手段に相当する。
第2実施形態の変形態様3として下記のようにしてもよい。なお、変形態様3は、変形態様2をさらに変形したものである。
(第1、第2実施形態、及び変形態様1〜3の変形例)
次に、第1、第2実施形態、及び変形態様1〜3のさらなる変形例1〜変形例4について説明する。これらの変形例は、主に測定部20が第1実施形態、第2実施形態、変形態様と異なるが、他の異なる構成は、以下の詳細な説明で示す。
図16に示される重心位置測定装置1Aは、第1の載台11Aと、第2の載台12Aと、第3の載台13Aと、設置ベース2上に設置されて第3の載台13Aを支持する第1ロードセル21A、第2ロードセル22A、第3ロードセル23Aおよび第4ロードセル24Aと、第3の載台13A上に設置されて第1の載台11Aを支持する第6ロードセル26Aと、第3の載台13A上に設置されて第2の載台12Aを支持する第7ロードセル27Aとを備えている。
第1の載台11Aは、車両3の各車軸7,8,9の左側の車輪4a,5a,6aが一つずつ載ることのできる四角形の板状部材で構成されている。
第3の載台13Aは、車両3の左右全ての車輪4a,5a,6a;4b,5b,6bが同時に載ることのできる四角形の板状部材で構成されている。
図17(a)に示されるように、第3の載台13Aにおける車両前進走行経路上流側端部には、第1凹部56aと、第2凹部56bと、第3凹部56cとが形成されている。
第1の載台11Aは、第3の載台13Aの第1凹部56aと第3凹部56cの略左半分に亘って収容されている。この第1の載台11Aの左端部と第3の載台13Aとは、弾性支持体57によって結合されている。
第1ロードセル21Aは、第3の載台13Aにおける車両前進走行経路上流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。ここで、第1ロードセル21Aの中心点と弾性支持体57による第1の載台11Aの弾性支持点とは鉛直方向における位置が一致されている。
第3ロードセル23Aは、第3の載台13Aにおける車両前進走行経路上流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。ここで、第3ロードセル23Aの中心点と弾性支持体57による第2の載台12Aの弾性支持点とは鉛直方向における位置が一致されている。
<第6、第7ロードセルの配置説明>
第6ロードセル26Aは、第3凹部56cに設置され、第1の載台11Aの右側部を下側から支持することができるように配置されている。
<YG,B1の測定の説明>
第1の載台11Aおよび第2の載台12Aがそれぞれ第3の載台13Aと弾性支持体57を介して一体的に結合されている構造のものでは、第1車軸7のBi(B1)しか求めることができない。その理由は、第3の載台13A上の全ての軸重が第1ロードセル21Aおよび第3ロードセル23Aに作用するからである。
<B1の求め方の説明:図17(a)参照>
第1の載台11Aおよび第2の載台12Aに作用する荷重とロードセル21A,23A,26A,27Aからの反力に関して次式(41)(42)(43)(44)が成立する。
P7=WR1b1´/b0 ・・・(42)
P1=WL1(b1´+B1)/b+WR1b1´/b ・・・(43)
P3=WR1(b1+B1)/b+WL1b1/b ・・・(44)
前記式(41)〜(44)より、b1は次式(45)から、b1´は次式(46)からそれぞれ求めることができる。
b1´=αbP7/{P3+α(P7−P6)} ・・・(46)
ここで、α=b0/bである。
B1=b−(b1+b1´) ・・・(47)
<YGの求め方の説明:図12,図17(a),(b)参照>
図12(a)より明らかなように、YGは次式(48)から求めることができる。
ここでfは、近似的にf1と等しいと仮定して次式(49)から求める。
f=b/2−(b1+B1/2)
=(b1´−b1)/2 ・・・(49)
図20(a)において、モーメントのつりあいから次式(50)が成立する。
前記式(50)からyGは次式(51)のように表わすことができる。
yG=b(P12/P−1/2) ・・・(51)
前記式(48)(49)(51)から車両3の幅方向の重心位置YGを求めることができる。
次に、重心位置測定装置1の計測動作について、主に、図11の機能ブロック図および図18のフローチャートを用いて以下に説明する。なお、図18において記号「S」および「T」はそれぞれステップを表わす。
車両幅方向重心位置演算部50は、第1ロードセル21A、第3ロードセル23A、第6ロードセル26Aおよび第7ロードセル27Aの荷重信号を読み込み、読み込んだ荷重信号と、前記式(45)(46)(47)とに基づいて、有効トレッド幅B1を演算するとともに、前記式(45)(46)(49)とに基づいて、X軸とx軸との距離(中心線CLTと中心線CLSとの距離)f1を演算する(S11)。
車両幅方向重心位置演算部50は、ステップS11で算出されたf1と、ステップT11で算出されたyGと、前記式(48)とに基づいて、座標系O−XYにおける車両3の幅方向の重心位置YGを演算する(S12)。
併せて、表示信号生成部53は、車両幅方向重心位置演算部50による演算結果を表示装置42に表示させる表示信号を生成し、かかる表示信号を表示装置42へ送信する(S13)。これにより、表示装置42には、車両3の幅方向の重心位置の値が表示される(S14)。
<ステップT11〜ステップT13の処理内容の説明>
車両全長方向重心位置演算部51は、第1ロードセル21A〜第4ロードセル24Aの荷重信号を読み込み、読み込んだ荷重信号と、前記式(6)(17)とに基づいて、車軸間距離l1,l2を演算するとともに、算出された車軸間距離l1,l2の値と、前記式(18)(20)(24)とに基づいて、座標系O−XYにおける車両3の全長方向の重心位置XGを算出する(T11)。
変形例1の重心位置測定装置1Aによれば、第1実施形態の重心位置測定装置1と同様の作用を得ることができる。
図19には、変形例2に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図(a)、側面図(b)、(b)のE−E線断面図(c)および(b)のF部拡大図(d)がそれぞれ示されている。
なお、変形例2において、前記各実施形態と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略し、以下においては第1実施形態と異なる点を中心に説明することとする。
図19に示される重心位置測定装置1Bは、第1の載台11Bと、第2の載台12Bとを備えている。
第2の載台12Bは、設置ベース2上において、第1の載台11Bに対し、車両3の前進走行経路の下流側に配置されている。
第1の載台11Bは、車両3の各車軸7,8,9の左側の車輪4a,5a,6aが一つずつ載ることのできる四角形の板状部材で構成されている。
<第1〜第4ロードセルの配置説明>
設置ベース2と第2の載台12Bとの間には、第1ロードセル21B、第2ロードセル22B、第3ロードセル23Bおよび第4ロードセル24Bがそれぞれ介設されている。
第2ロードセル22Bは、第2の載台12Bにおける車両前進走行経路下流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。
第4ロードセル24Bは、第2の載台12Bにおける車両前進走行経路下流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。
設置ベース2と第1の載台11Bとの間には、第5ロードセル25Bおよび、第6ロードセル26Bがそれぞれ介設されている。
第6ロードセル26Bは、第1の載台11Bの右側部を下側から支持することができるように配置されている。
設置ベース2と第1の載台11Bとの間には、前述した荷重鉛直伝達機構30が介設されている。
YGは、前述したように、次式(61)から求めることができる。
YG=(W1e1+W2e2+W3e3)/(W1+W2+W3) ・・・(61)
また、図20(a)より明らかなように、eiは次式(62)から求めることができる。
biは次式(63)で求めることができる。
bi=(P6/P56)b0 ・・・(63)
Ciは次式(64)で表わすことができる。
=bi+WRiBi/Wi ・・・(64)
ところで、WiおよびWLiはそれぞれ次式(65)および次式(66)で表わすことができる。
WLi=Pi 56 ・・・(66)
前記式(65)(66)からWRiは次式(67)で求めることができる。
したがって、bi,Ciを求めることができる。そこで、Biが求められれば、前記式(62)からeiを求めることができ、このeiを用いて、前記式(61)からYGを求めることができることになる。
第2の載台12Bにおける第i軸輪重に関するモーメントのつりあいから次式(68)(69)が成立する。
biWLi+(bi+Bi)(Wi−WLi)−bPi 34=0 ・・・(69)
これら式(68)(69)からBiは次式(70)で示されるように求めることができる。
ただし、
P1 34=P34(t) (0<t<t1)
P2 34=P34(t)−P1 34 (t2<t<t3)
P3 34=P34(t)−P2 34 (t4<t<t5)
である。
<重心位置測定装置の計測動作の説明>
次に、重心位置測定装置1Bの計測動作について、主に、図11の機能ブロック図および図21のフローチャートを用いて以下に説明する。なお、図21において記号「S」および「T」はそれぞれステップを表わす。
車両幅方向重心位置演算部50は、第1ロードセル21B〜第6ロードセル26Bの荷重信号をそれぞれ読み込み、読み込んだ荷重信号と、前記式(70)とに基づいて、有効トレッド幅Biを演算するとともに、算出された有効トレッド幅Biの値と、前記式(62)からeiを演算し、算出されたeiに基づいて、前記式(61)から座標系O−XYにおける車両3の幅方向のYGを演算する(S21)。
そして、表示信号生成部53は、車両幅方向重心位置演算部50による演算結果を表示装置42に表示させる表示信号を生成し、かかる表示信号を表示装置42へ送信する(S22)。これにより、表示装置42には、車両3の幅方向の重心位置の値が表示される(S23)。
<ステップT21〜ステップT23の処理内容の説明>
車両全長方向重心位置演算部51は、第1ロードセル21B〜第4ロードセル24Bの荷重信号を読み込み、読み込んだ荷重信号と、前記式(6)(17)とに基づいて、車軸間距離l1,l2を演算するとともに、算出された車軸間距離l1,l2の値と、前記式(18)(20)(24)とに基づいて、座標系O−XYにおける車両3の全長方向の重心位置XGを演算する(T21)。
変形例2の重心位置測定装置1Bによれば、簡易かつ安価な構成で車両3の平面的な重心位置G(XG,YG)を測定することができ、車両3の横転防止に資する有効なデータを運転者等に提供することができる。
図22には、変形例3に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図(a)、側面図(b)、(a)のG−G線断面図(c)および(b)のH−H線断面図(d)がそれぞれ示されている。
図22に示される重心位置測定装置1Cは、第1の載台11Cと、第2の載台12Cと、設置ベース2上に設置されて第2の載台12Cを支持する第1ロードセル21C、第2ロードセル22C、第3ロードセル23Cおよび第4ロードセル24Cと、第2の載台12C上に設置されて第1の載台11Cを支持する第6ロードセル26Cとを備えている。
第1の載台11Cは、車両3の各車軸7,8,9の左側の車輪4a,5a,6aが一つずつ載ることのできる四角形の板状部材で構成されている。
第1の載台11Cは、第2の載台12C上において、車両3が前進走行する際の走行経路の上流側に配置され、第2の載台12Cに一体的に組み込まれている。
第2の載台12Cにおける車両前進走行経路上流側端部には、第1凹部58aと、第2凹部58bとが形成されている。
第1の載台11Cは、第2の載台12Cの第1凹部58aから第2凹部58bに亘って収容されている。この第1の載台11Cの左端部と第2の載台12Cとは、やはり弾性支持体57によって結合されている。
第1ロードセル21Cは、第2の載台12Cにおける車両前進走行経路上流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。ここで、第1ロードセル21Cの中心点と弾性支持体57による第1の載台11Cの弾性支持点とは鉛直方向における位置が一致されている。
第3ロードセル23Cは、第2の載台12Cにおける車両前進走行経路上流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。
<第6ロードセルの配置説明>
第6ロードセル26Cは、第2凹部58bに設置され、第1の載台11Cの右側部を下側から支持することができるように配置されている。
変形例3の重心位置測定装置1Cによれば、変形例2の重心位置測定装置1Bと同様の作用効果を得ることができる。
図23には、本発明の変形例4に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図(a)、(a)のJ−J線断面図(b)がそれぞれ示されている。
図23に示される重心位置測定装置1Dは、第1の載台11Dと、第2の載台12Dとを備えている。
第1の載台11Dは、車両3の左側の全ての車輪4a,5a,6aが同時に載ることのできる四角形の板状部材で構成されている。
<第1〜第4ロードセルの配置説明>
設置ベース2と第1の載台11Dとの間には、第1ロードセル21D、第2ロードセル22D、第3ロードセル23Dおよび第4ロードセル24Dがそれぞれ介設されている。
第2ロードセル22Dは、第1の載台11Dにおける車両前進走行経路下流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。
第4ロードセル24Dは、第1の載台11Dにおける車両前進走行経路下流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。
設置ベース2と第2の載台12Dとの間には、第5ロードセル25D、第6ロードセル26D、第7ロードセル27Dおよび第8ロードセル28Dがそれぞれ介設されている。
第6ロードセル26Dは、第2の載台12Dにおける車両前進走行経路下流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。
第8ロードセル28Dは、第2の載台12Dにおける車両前進走行経路下流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。
B1は、次式(81)で表わすことができる。
B1=b−(b1+b1´) ・・・(81)
b1およびb1´は、それぞれ次式(82)および(83)から求めることができる。
b1´={P56/(P56+P78)}b0 ・・・(83)
車両3のX軸のx軸からの距離fを次式(84)から求める。
なお、上式(84)はfをf1で近似したものである。
<YGの求め方の説明:図23参照>
図24(a)より明らかなように、YGは次式(85)で表わされる。
また、図24(b)に示されるように、第1ロードセル21Dおよび第2ロードセル22Dの支点回りのモーメントのつりあいから次式(86)が成立する。
この式(86)からCGは次式(87)で表わすことができる。
CG={bGWL+(b−bG´)WR}/W ・・・(87)
ここで、bG,bG´,WL,WRはそれぞれ次式(88),(89),(90)および(91)から求められる。
bG´=b0P56/WR ・・・(89)
WL=P1234 ・・・(90)
WR=P5678 ・・・(91)
そして、前記式(85)に、前記式(84)から求められるfと、前記式(87)から求められるCGを代入することにより、車両3の幅方向の重心位置YGを求めることができる。
変形例4の重心位置測定装置1Dによっても、簡易かつ安価な構成で車両3の水平面的重心位置G(XG,YG)を測定することができる。
この荷重鉛直伝達機構60は、第2の載台12と設置ベース2との間に配される第1リンク61および第2リンク62をそれぞれ備えている。
第1リンク61の前端部には、第2の載台12の前端部の下面に接触する第1ローラ65が第2ピン66によって前後方向に転動可能に連結されている。
第2リンク62の前端部には、第2の載台12の前端部の下方において設置ベース2に接触する第2ローラ69が第4ピン70によって前後方向に転動可能に連結されている。
これら第1リンク61、第2リンク62、第1ローラ65、第2ローラ69および各種ピン64,66,68,70,71よりなるリンク機構は、車両3の幅方向に所定の間隔を存して一対配置されており、第2ピン66と第4ピン70とによって互いのリンク機構が互いに連動するように接続されている。
第1実施形態においては第1の載台11および第2の載台12は第3の載台13と別に設置したが、第1の載台11と第2の載台12とを第3の載台13上に、第3の載台13の上面レベルに合わせるようにして埋め込む形で設置してもよい。
このヒンジ支持体80は、第1の載台11Aの左端部に対応させるように第3の載台13Aに設けられるブラケット81と、このブラケット81と第1の載台11Aの左端部とを連結するピン82と備えて構成され、車両3の左側車輪4a,5a,6aから第1の載台11Aを介して第6ロードセル26Aに作用する荷重を鉛直方向にのみ伝達させることができるようになっている。
〔第3実施形態〕
次に、第3実施形態を図28、図30〜39を参照して説明する。なお、本実施形態において、カーナビ200については、同一構成のため、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
第1実施形態では、重心高さは、操作装置で入力したり、予め設定された値としてのメモリ48に記憶するようにしていたが、第3実施形態では、平面的重心座標と重心高さを計測することに特徴がある。
図30および図31に示されるように、重心位置測定装置101の測定部138は、設置ベース102上に組み付けられた計量台103を備えている。計量台103は、重心高さの測定の対象である測定対象物104(本例では、貨物トラック)が載ることのできる四角形の板状部材からなる載台105と、この載台105の四隅を下方から支持する4個のロードセル111,112,113,114とにより構成されている。
図32に示されるように、ロードセル111〜114は、ダブルコンベックス・ローディング方式のコラム型ロードセルであり、弾性体115と、密封ケーシング116とを備えている。
弾性体115は、軸線方向中央部に形成される起歪部117と、上端に形成される上側凸面118と、下端に形成される下側凸面119とを有している。上側凸面118および下側凸面119はいずれも、所定の曲率半径Rの部分球面形状に形成されている。
弾性体115の上端部と載台105との間には、上側受け部材120が介在されている。上側受け部材120は、水平座面121を有し、この水平座面121を弾性体115の上側凸面118に接触させた状態で載台105に固定されている。
復元力発生機構は、弾性体115の上側凸面118および上側受け部材120の水平座面121と、弾性体115の下側凸面119および下側受け部材122の水平座面123とにより構成されている。復元力発生機構は、載台105の水平方向の変位y0に対して復元力Fを発生する。この復元力Fについて、図33を用いて以下に説明する。
図33には、載台105の水平方向の変位y0に伴ってロードセル111〜114の弾性体115が垂直状態から横方向にy0だけ移動してθだけ傾斜した状態が示されている。図中記号を以下のように定める。
S:弾性体115の上部と下部の接触点長さ
H:弾性体115の高さ(ロードセル111〜114の高さ)
A:上側凸面118の曲率半径(=R)
B:下側凸面119の曲率半径(=R)
N:弾性体115に作用する垂直荷重
θ:弾性体115の傾斜角
<復元力の発生の理論説明>
図33において、弾性体115の傾斜角θの値が微小であるならば、次式(92)が成立する。
また、弾性体115の上部と下部の接触点長さSは、次式(93)で表わすことができる。
=(A+B−H)・y0/H ・・・(93)
そして、垂直荷重Nと復元力Fとの比Kは、次式(94)で表わすことができる。
上記式(94)より復元力Fは、次式(95)で表わすことができる。
F=N・(A+B−H)・y0/H2 ・・・(95)
<自由振動の初期条件を与えるアクチュエータの説明>
図31に示されるように、載台105におけるロードセル113,114が設置されている側の近傍には、油圧シリンダ124が配置されている。油圧シリンダ124は、伸長作動時にピストンロッド25で載台105の側面を押して、載台105に対し水平方向の力を加えることにより、載台105に水平方向の変位と速度を与えることができようになっている。油圧シリンダ124は、載台105に対し自由振動の初期条件を与えるアクチュエータとして機能する。なお、油圧シリンダ124に代えて、例えば空圧シリンダや磁性流体シリンダなどを用いることもできる。
<油圧シリンダの油圧回路の説明>
油圧シリンダ124は、電磁弁126を介して油圧ポンプ127に接続されている。油圧ポンプ127が電動モータ128の作動によって駆動されると、油圧ポンプ127からの圧油が電磁弁126の切換動作に応じて油圧シリンダ124のヘッド側油室またはボトム側油室に供給されるようになっている。
油圧シリンダ124の伸長指令を示すバルブ切換信号が後述する制御装置140から電磁弁126に送信されると、電磁弁126はそのバルブ切換信号に応じて次のような油路切換動作を実行する。すなわち、電磁弁126は、油圧ポンプ127からの圧油を油圧シリンダ124のボトム側油室に供給すると同時に、油圧シリンダ124のヘッド側油室の内部の油をタンク129に還流させるような油路の切り換えを行う。これにより、油圧シリンダ124が伸長作動され、載台105の側面がピストンロッド125に押されて載台105に水平方向の変位と速度が与えられる。
載台105を水平方向(y方向)に自由振動させるために、まず油圧シリンダ124の伸長・収縮動作により、載台105に初期条件(初期変位と初期速度)を与える。載台105には、水平方向の変位に対する復元力発生機構からの復元力Fが作用する。こうして、載台105の水平方向の変位に対して復元力Fを作用させることで、載台105を水平方向に自由振動させることができる。
載台105におけるロードセル111,112が設置されている側の近傍には、油圧シリンダ124と対向するように変位センサ130が配置されている。変位センサ130は、自由振動状態にある載台105の変位を検出する変位検出手段として機能する。なお、変位センサ130としては、種々の方式のものを採用することができ、例えば光学式変位センサ、渦電流式変位センサ、差動変圧式変位センサなどが挙げられる。
載台105におけるロードセル111,112が設置されている側の近傍には、油圧シリンダ124と対向するように加速度センサ131が配置されている。加速度センサ131は、自由振動状態にある載台105の加速度を検出する加速度検出手段として機能する。なお、加速度センサ131としては、種々の方式のものを採用することができ、例えば静電容量形加速度センサや、金属ひずみゲージ式加速度センサ、半導体ひずみゲージ式加速度センサ、圧電式加速度センサなどが挙げられる。
図34に示されるように、重心位置測定装置101は、制御装置140と、操作装置141と、表示装置142とを備えている。
制御装置140は、主として、増幅器143と、ローパスフィルタ144と、マルチプレクサ145と、A/D変換器146と、I/O回路147と、メモリ148と、マイクロプロセッサ(MPU)149とにより構成されている。
ローパスフィルタ144は、低域周波数のみを信号として通過させる機能を有している。
A/D変換器146は、マルチプレクサ145からのアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有している。
操作装置141は、操作スイッチや数値キーなどを備えてなり、測定開始・終了の動作や零点調整動作、使用モードの切り換え動作、数値設定動作などの種々の動作の際に用いられる。
表示装置142は、例えば液晶ディスプレイからなり、測定結果や各種データの入出力画面などが表示される。
重心位置測定装置101の制御系システムにおいては、ロードセル111〜114、変位センサ130および加速度センサ131のそれぞれの信号は、増幅器143、ローパスフィルタ144、マルチプレクサ145、A/D変換器146およびI/O回路147を経由してMPU149に送られる。MPU149は、メモリ148に格納されている所定プログラムに従って、I/O回路147からの信号を取り込み、またメモリ148に記憶されている種々のデータを読み込み、これらの信号やデータに基づいて測定対象物104の平面的重心座標の演算や重心高さの演算を実行する。そして、その演算結果は表示装置142に表示される。
制御装置140においては、所定プログラムがMPU149で実行されることにより、図35に示される平面的重心座標演算部150および重心高さ演算部151のそれぞれの機能が実現される。
次に、図36および図37を用いて、測定対象物104の平面的重心座標、すなわち載台105に載せられた測定対象物104の重心Gを水平面(O−xy平面)に射影したときのその面上における重心Gの座標(xG,yG)の求め方について説明する。
G0:載台105の重心
a:ロードセル111(113)とロードセル112(114)との間の距離
b:ロードセル111(112)とロードセル113(114)との間の距離
c:載台105の高さ
H:ロードセル111〜114の高さ(弾性体115の高さ)
Wi:各ロードセル111〜114に作用する静荷重(i=1,2,3,4)
W:測定対象物104の自重(=W1+W2+W3+W4)
W12:W1+W2
W24:W2+W4
なお、上記記号のうち、a,b,c,H,Rは既知の値であり、これらの値は予めメモリ148に記憶される。
モーメントのつりあい条件として次式(96),(97)が成り立つ。
W24a−W・(a/2+xG)=0 ・・・(96)
W12b−W・(b/2+yG)=0 ・・・(97)
上記式(96),(97)より次式(98),(99)が得られる。
yG=b・(W12/W−1/2) ・・・(99)
よって、W24,W12およびWの測定値を上記式(98),(99)に代入して計算することにより、重心Gの平面座標(xG,yG)を求めることができる。
次に、測定対象物104の重心高さhの求め方について、主に図37を用いて以下に説明する。以下の理論説明では、測定対象物104が載せられた載台105が自由振動状態にあることが前提となる。油圧シリンダ124にて自由振動の初期条件を与えるとともに、復元力発生機構からの復元力Fを作用させることにより、測定対象物104が載せられた載台105を水平方向(y方向)に自由振動させる。なお、図37では、静止時における測定対象物104の重心Gのy座標yGをdで表わしている。また、0−yz座標系は空間に固定した座標系とする。
ここで、以下の説明で用いる新しい記号を定義しておく。
測定対象物104が剛体であるならば、測定対象物104の重心Gと載台105の重心G0とのZ方向の相対変位は零である。測定対象物104が非剛体の場合、その相対変位は零ではないが、その量は微小である。よって、その相対変位の量は以下の運動方程式において無視することとする。すなわち、Z0(t)=ZG(t)とおく。このとき、系の運動方程式は次式(100),(101)で表わされる。
<測定対象物の重心高さhの求め方の理論説明>
<式(102)>
<式(103)>
<式(104)>
前述した復元力Fを求める式(95)において、弾性体115に作用する垂直荷重NはMg(g:重力加速度)、弾性体115の上側凸面118および下側凸面119の曲率半径A,Bはいずれも所定半径Rであるから、ロードセル111〜114によって支持される載台105の復元力Fは、次式(105)で表わすことができる。
<式(105)>
<式(106)(107)>
<式(108),式(108)´>
ところで、載台105の水平方向の自由振動に伴って、ロードセル111〜114は回転振動となる。これにより、ロードセル111〜114の軸方向に作用する荷重は、回転角θの関数となる。今、ロードセル111〜114で検出される荷重Wi´(t)が上記の軸方向荷重であると仮定する。
<重心位置測定装置101の計測動作の説明>
以上に述べたように構成される重心位置測定装置101の計測動作について、主に、図35の機能ブロック図、図38のフローチャートおよび図39のタイムチャートを用いて以下に説明する。なお、図38において記号「S」はステップを表わす。
<ステップS31〜S34の処理内容の説明>
載台105に進入した貨物トラックが停止するまで待機する(S31)。
yG=b・(W12/W−1/2) ・・・(99)
<ステップS35の処理内容の説明>
時刻t2において、制御装置140は、油圧シリンダ124の伸長作動を示すバルブ切換信号を電磁弁126に送信する。これにより、油圧シリンダ124が伸長作動され、載台105の側面がピストンロッド125に押されて載台105に水平方向の変位と速度が与えられる。その後、あらかじめ定められた変位において、制御装置140は、油圧シリンダ124の収縮作動を示すバルブ切換信号を電磁弁126に送信する。これにより、油圧シリンダ124が収縮作動され、載台105とピストンロッド125との接触が解除され、載台105に自由振動の初期条件が与えられる。そして、載台105には水平方向の変位に対する復元力発生機構からの復元力Fが作用するため、載台105は水平方向(y方向)に自由振動する。
載台105が静止した時刻t4以降から時刻t5の間において、重心高さ演算部151は、ステップS32で取得した静荷重信号WiとステップS36で収得した動荷重信号Wi(t)とに基づいてΔW(t)およびΔW34(t)をそれぞれ演算する。
<式(106)>
時刻t5以降から時刻t6の間において、重心高さ演算部151は、次式(106)に基づいて測定対象物104の重心Gの重心高さhを演算する。なお、hの測定値は、あらかじめ定めた時間区間内の各サンプリング時刻において式(106)で計算されたhの平均値とする。
そして、制御装置140は、ステップS39の演算の結果得られた重心高さhの値を表示させる表示信号を表示装置142に送信する。これにより、ステップS39の演算で求められた重心高さhの値が表示装置142に表示される。
第3実施形態の重心位置測定装置101によれば、貨物トラック(測定対象物104)が載せられた載台105を水平方向に自由振動させることにより、貨物トラックの重心高さを求める上で必要とされる載台105の水平方向の変位と加速度とが得られるので、貨物トラックの重心高さを定位置で測定することができる。
次に、第3実施形態の変形態様に係る重心位置測定装置101Aについて図40〜図43を用いて説明する。なお、第3実施形態の変形態様の重心位置測定装置101Aにおいて、第3実施形態の重心位置測定装置101と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては、第3実施形態の重心位置測定装置101と異なる点を中心に説明することとする。
第3実施形態の変形態様の重心位置測定装置101Aにおいては、第3実施形態の重心位置測定装置101において設けられている油圧シリンダ124に代えて、図40(a)に示されるように、載台105と設置ベース102とを連結する所要のリンク155が設けられている。
<式(113)>
リンク155は、図40(b)に示されるように、x座標軸に対しθの傾きを持って配置されている。このリンク155により、載台105のx方向とy方向の変位x0,y0は、次式(113)で示されるような関係に拘束される。
<載台の自由振動の説明>
リンク155は、x軸の正方向に走行している貨物トラック(測定対象物104)が載台105に進入し程なくして停止する際に、その貨物トラックから受ける力を利用して載台105の自由振動の方向を、リンク155と直角を成す水平方向(特定方向u)に拘束する(図40(b)参照)。載台105には、u方向変位に対する復元力発生機構からの復元力Fが作用する。こうして、載台105の水平方向(u方向)の変位に対して復元力Fを作用させることで、載台105を水平方向(u方向)に自由振動させることができる。
<式(114)>
載台105の自由振動が水平方向(u方向)に拘束されているとき、y方向の振動成分によりロードセル111〜114に作用する力を、添字yを付してΔWy(t)(=ΔW1y(t)+・・・+ΔW4y(t)),ΔW34y(t)(=ΔW3y(t)+ΔW4y(t))と書く。このとき、重心高さhの理論式は、次式(114)で表わされる。
ΔWy(t)は、ΔW(t)(=ΣΔWi(t))を用いて表わすことができる。
すなわち、
ΔW(t)=ΔWx(t)+ΔWy(t)=(1+1/α2)・ΔWy(t)
であるから、ΔWy(t)は次式(115)で表わすことができる。
また、ΔWx(t)は次式(116)で表わすことができる。
ΔWx(t)=ΔW(t)/(1+α2) ・・・(116)
<ΔW34y(t)の求め方の理論説明>
ΔW34y(t)は、ΔW34(t)とΔW(t)を用いて表わすことができる。
ΔW34(t)=ΔW34x(t)+ΔW34y(t)
であるから、ΔW34y(t)は次式(117)で表わすことができる。
≒ΔW34(t)−ΔWx(t)/2 (∵b/2>>d)
=ΔW34(t)−ΔW(t)/2(1+α2) ・・・(117)
<重心位置測定装置101Aの計測動作の説明>
次に、第3実施形態の変形態様の重心位置測定装置101Aの計測動作について、主に、図41の機能ブロック図、図42のフローチャートおよび図43のタイムチャートを用いて以下に説明する。なお、図42において記号「T」はステップを表わす。
載台105に進入した貨物トラックが停止するまで待機する(T1)。
このとき、リンク155は、貨物トラックが載台105に進入・停止する際にその貨物トラックから受ける力を利用して載台105に対し自由振動を特定方向(u方向)に与える。そして、載台105にはu方向変位に対する復元力発生機構からの復元力Fが作用するため、載台105はu方向に自由振動する。
載台105が自由振動状態から静止状態に移行した時刻t3以降から時刻t4において、平面的重心演算部150は、ロードセル111〜114からの静荷重信号Wiを読み込むとともに、読み込んだ静荷重信号Wiから測定対象物104の質量(重量)を求める(T4)。
yG=b・(W12/W−1/2) ・・・(99)
<ステップT7の処理内容の説明>
時刻t4から時刻t5の間において、重心高さ演算部151は、ステップT4で取得した静荷重信号Wiと、メモリ148に記憶されている動荷重信号Wi(t)とに基づいてΔW(t)およびΔW34(t)をそれぞれ演算する。
時刻t5から時刻t6の間において、重心高さ演算部151は、次式(114),(115),(117)に基づいて測定対象物104の重心Gの重心高さhを演算する。
ΔW34y(t)=ΔW34(t)−ΔW(t)/2(1+α2) ・・・(117)
<ステップT9の処理内容の説明>
そして、制御装置140は、ステップT8の演算の結果得られた重心高さhの値を表示させる表示信号を表示装置142に送信する。これにより、ステップT8の演算で求められた重心高さhの値が表示装置142に表示される。
第3実施形態の変形態様の重心位置測定装置101Aによれば、第3実施形態の重心位置測定装置101と同様の作用効果を得ることができるのは言うまでもない。さらに、第3実施形態の変形態様の重心位置測定装置101Aによれば、貨物トラックが載台105に進入・停止する際に載台105が貨物トラックから受ける力を利用して載台105をリンク155にてu方向に自由振動させるようにされているので、第3実施形態の重心位置測定装置101において必要とされる油圧シリンダ124や電磁弁126、油圧ポンプ127、これらを繋ぐ油圧配管、電動モータ128などを省略することができ、装置構成の簡素化を図ることができる。
上記第3実施形態、変形態様では、図32に示されるように、ダブルコンベックス・ローディング方式のコラム型のロードセル111〜114とそのロードセル111〜114の上側受け部材120および下側受け部材122によって載台105を支持する構造を採用したが、これに限定されるものではなく、図44に示されるような載台支持構造を採用してもよい。
図44に示される載台支持構造は、載台105から垂設される一対の脚部材161,161と、一対の脚部材161,161の間に位置するように設置ベース102上に立設される一対の支柱部材162,162と、一対の支柱部材162,162の上端部同士を繋ぐ軸形ロードセル163と、一対の脚部材161,161の下端部同士を繋ぐ下部ピン164と、軸形ロードセル163と下部ピン164とに掛け渡される吊り環部材165とを備えて構成されている。
また、図44に示される載台支持構造に代えて、図45に示される載台支持構造を採用することもできる。
この載台支持構造においては、上部ピン168の軸線回りの振り子の作用により、載台105の前後方向(上部ピン168の軸線と直交する水平方向)の変位に対する復元力が作用する。また、上部ピン168の窪み部170に吊り環部材169の上部が掛け止められているので、吊り環部材169が上部ピン168の軸線方向に移動した際に、吊り環部材169を窪み部170の最低部へと戻す揺り戻し力が作用する。この揺り戻し力の作用により、載台105の左右方向(上部ピン168の軸線方向)の変位に対する復元力が作用する。
また、図44に示される載台支持構造に代えて、図46に示される載台支持構造を採用することもできる。
復元力発生機構は、鋼球184の球面184aおよび上側受け座185の凹座面186と、鋼球184の球面184aおよび下側受け座187の凹座面188とにより構成され、載台105の水平方向の変位に対して復元力を発生する。
油圧シリンダ124が「アクチュエータ」に相当する。
変位センサ130および加速度センサ131を含む構成は「振動状態量検出手段」に相当する。
脚部材161と、支柱部材162と、上部ピン168と、下部ピン164と、吊り環部材169とを含む構成は「復元力発生機構」に相当する。
上記第3実施形態等においては、自由振動状態にある載台105の加速度を検出する加速度検出手段として、加速度センサ131を用いる例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、重心高さ演算部151は、変位センサ130の検出信号に基づいて2回微分演算を実行することで、載台105の加速度を求めることができる。この場合、加速度センサ131は不要になる。なお、上記微分演算を重心高さ演算部151に実行させるのではなく、別途に加速度演算部を設け、この加速度演算部に上記微分演算を実行させる態様もあり得る。
次に第4実施形態の重心位置測定装置101について図29を参照して説明する。
第4実施形態では、第2実施形態の重心位置測定装置1の構成に代えて、第3実施形態の重心位置測定装置101の構成に変更したものである。
<第5実施形態>
次に第5実施形態の車両横転限界速度演算装置について、図47を参照して説明する。本実施形態の車両横転限界速度演算装置は、車載の装置であって、車両に搭載されるカーナビ200Aに具体化したものである。具体的には、重心位置測定装置1Eは、図1の重心位置測定装置1の構成中、MPU49の機能ブロックにおいて、横転限界速度演算部52が省略され、その代わりに、カーナビ200AのCPU211の機能ブロックとして横転限界速度演算部216が設けられているところが異なっている。重心位置測定装置1Eの他の構成は、第1実施形態の重心位置測定装置1と同一である、又、カーナビ200Aの構成は、CPU211の前記機能ブロックが追加されたことが異なっているだけであり、他の構成は同一である。このため、第1実施形態の構成と同一構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。
CPU211の横転限界速度演算部216は、車両3の幅方向の重心位置YGに基づいて、車両3の幅方向の中心位置を通り全長方向に延びる車両中心線に沿うX軸との重心偏差fを算出し、この重心偏差f、及びメモリ217に記憶した重心高さhと式(A4)を使用して、横転限界速度Vを算出する。
又、カーナビ200Aでは、操作スイッチ群230が操作されて、出発地(例えば、車両の現在地)と目的地、走行条件(短い距離優先、一般道路優先、有料道路優先、広い道路優先等)の設定が可能である。前記した出発地・目的地、及び走行条件が設定された状態で、操作スイッチ群230の検索スイッチ(又はキー)が押下されると、カーナビ200AのCPU211は、設定された走行条件、すなわち拘束条件に適した1つ以上の経路を、ROM212に記憶された探索プログラムに従って外部記憶装置240の道路マップから探索し、その探索結果をRAM213に記憶する。すなわち、得られた経路におけるカーブの曲率半径Rを含む道路情報をRAM313に格納する。
本実施形態では、下記の特徴がある。
次に、第5実施形態の変形例(1)について説明する。
この変形例(1)は、経路選択部としてのCPU211は、さらに、抽出部として選択した前記経路から、カーブの曲率半径が横転がしやすいか否かを判定する判定値以下のものを危険箇所として抽出するものである。なお、判定値以下のものを危険箇所として抽出するとは、MPU49が判定値より大きなものを安全なカーブとして抽出し、残りのものを危険箇所とすることも含む趣旨である。この判定値は、カーブの曲率半径が、低速度でも横転しやすい、例えば、200mを判定値とする。なお、前記判定値は例であり、限定するものではない。この場合、CPU211は、演算手段として、抽出された危険箇所のカーブの曲率半径に基づいて横転限界速度を演算する。このように判定値でスクリーニングされた危険箇所をとりわけて、横転限界速度を演算するようにしてもよい。出力例は、すでに説明した例と同様に行えば良い。この結果、本変形態様では、抽出された危険箇所における横転限界速度を容易に取得できる。
次に、第5実施形態の変形例(2)について説明する。この変形例(2)では、第5実施形態において、操作スイッチ群230の入力操作により、出発地(例えば、車両の現在地)と目的地、走行条件(短い距離優先、一般道路優先、有料道路優先、広い道路優先等)の設定が可能であることから、操作スイッチ群230を、走行条件設定部としている。
次に、第5実施形態の変形例(3)について説明する。本変形例(3)では、カーナビ200AのCPU211は、抽出部として、抽出した危険箇所の数が、走行禁止判定値よりも多い経路を走行禁止経路と判定するようにしている。そして、CPU211は、例えばディスプレイ250に、走行禁止経路と判定された経路を、又は走行禁止経路と判定されなかった非走行禁止経路を判定結果として表示させる。
<第5実施形態の変形例(4)>
次に、第5実施形態の変形例(4)について説明する。本変形例(4)では、気象情報取得部としての外部情報入出力装置225から、気象情報を取得するようにしているところが、第5実施形態と異なっている。本変形例(4)では、操作スイッチ群230からの気象情報要求指令があると、CPU211は、外部情報入出力装置225を介して前記選択された経路に関する気象情報を取得する。
次に、第6実施形態の車両横転限界速度演算装置について、図48を参照して説明する。第6実施形態では、第5実施形態のカーナビ200Aの代わりに、車両に搭載されるパーソナルコンピュータ(以下、車載PC300Aという)が、第6実施形態の重心位置測定装置1Eに対して通信ケーブル215を介して着脱自在に接続されるところが、第5実施形態と異なっている。
又、車載PC300Aは、パーソナルコンピュータであるため、機能的には、第2実施形態の計量所PCと実質的に異なるところがない。従って、第2実施形態での計量所PCと機能的に同じ構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
又、CPU311の機能ブロックとして横転限界速度演算部316が設けられている。CPU311の横転限界速度演算部316は、前記車両3の幅方向の重心位置YGに基づいて、車両3の幅方向の中心位置を通り全長方向に延びる車両中心線に沿うX軸との重心偏差fを算出し、この重心偏差f、及びメモリ217に記憶した重心高さhと式(A4)を使用して、横転限界速度Vを算出する。そして、車載PC300Aは、横転限界速度Vに関して、前記第1実施形態で説明したプリンタ360に印刷し、或いは、ディスプレイ350に表示出力する。
<第7実施形態>
次に第7実施形態の車両横転限界速度演算装置について、図49を参照して説明する。第7実施形態では、第5実施形態のカーナビ200Aの代わりに、車両横転限界速度演算装置としてのカーナビ200Bが設けられている。カーナビ200Bは、カーナビ200Aとは、メモリ217が省略されているとともにCPU211には機能ブロックで横転限界速度演算部216が設けられているところが異なっているのみであるため、同一構成については同一符号を付す。
カーナビ200Bと重心位置測定装置101Bとは、通信ケーブル215により着脱自在に接続される。
<第8実施形態>
次に第8実施形態の車両横転限界速度演算装置について、図50を参照して説明する。第8実施形態では、第6実施形態の車載PC300Aの代わりに、車両横転限界速度演算装置としての車載PC300Bが設けられている。車載PC300Bは、車載PC300Aとは、メモリ317が省略されているとともにCPU311には機能ブロックで横転限界速度演算部316が設けられているところが異なっているのみであるため、同一構成については同一符号を付す。
車載PC300Bと重心位置測定装置101Bとは、通信ケーブル215により着脱自在に接続される。
・ 第1実施形態等では、測定部20は、計量対象物の重心位置を検出(算出)するために必要な物理量を計量するようにしている。この場合、測定部20は、測定対象物として、トラック(単車)、トラクタ&トレーラ(コンテナシャーシ)、コンテナ単体、トラクタ単体、フルトラクタのいずれであってもよい。
・ 第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、及び第8実施形態において、重心位置取得部をI/Oインターフェイス214としたが、この代わりに、重心位置取得部として重心位置取得装置を、車載形式で設けるようにしてもよい。例えば、塵埃車に採用されているゴミ重量を取得するために車両シャーシの複数箇所に設けられて使用されている複数の重量取得手段(重心位置取得装置)を、コンテナシャーシに設けて、コンテナの重心位置を測定するようにしてもよい。このような重量取得手段を車載の形で設けることにより、その重量取得手段の出力に基づいて重心位置情報を取得する。
第1実施形態を変形した例で説明する。この例では、図3に示すフローチャートの中で、気象情報の要求指令の代わりに、気象設定情報入力手段として設けられたカーナビ200の操作スイッチ群230の中から気象設定情報としての「晴れ」、「曇り」、「雨」、「雪」等の気象設定条件を入力するキー群の内のいずれかを、運転者が選択入力するものとする。なお、本例において、図3のステップU1〜U7、及びステップU9〜U11は同じである。
Claims (12)
- 非車載の装置であって、車両が走行する道路のカーブの曲率半径を少なくとも含む道路情報を取得する道路情報取得手段と、前記車両の平面重心位置及び重心高さを検出し、検出結果を前記車両の重心情報として出力する重心位置検出手段と、前記車両のトレッド幅を取得するトレッド幅取得手段と、前記道路情報を参照して車両の出発地から目的地までの経路を選択する経路選択手段とを備え、
前記道路情報取得手段が取得した前記道路情報は、前記経路選択手段により選択して得られた経路の道路情報であり、
前記車両の重心情報、前記車両のトレッド幅、前記車両が走行する道路の出発地から目的地までの経路に出現するカーブの曲率半径に基づいて、前記車両が横転する速度の下限である横転限界速度を演算する演算手段と、
前記演算手段が算出した前記横転限界速度を前記車両の出発地から目的地までの経路の全てのカーブに関連付けて出力する出力手段を備えることを特徴とする車両横転限界速度演算装置。 - 非車載の装置であって、車両が走行する道路のカーブの曲率半径を少なくとも含む道路情報を取得する道路情報取得手段と、前記車両の平面重心位置及び重心高さを検出し、検出結果を前記車両の重心情報として出力する重心位置検出手段と、前記車両のトレッド幅を取得するトレッド幅取得手段と、前記道路情報を参照して車両の出発地から目的地までの経路を選択する経路選択手段とを備え、
前記道路情報取得手段が取得した前記道路情報は、前記経路選択手段により選択して得られた経路の道路情報であり、
前記車両の重心情報、前記車両のトレッド幅、前記車両が走行する道路の出発地から目的地までの経路に出現するカーブの曲率半径に基づいて、前記車両が横転する速度の下限である横転限界速度を演算する演算手段と、
前記演算手段が算出した前記横転限界速度を前記車両の出発地から目的地までの経路のカーブに関連付けて出力する出力手段と、
前記道路情報取得手段が取得した前記経路から、前記カーブの曲率半径が横転がしやすいか否かを判定する判定値以下のものを危険箇所として抽出する抽出手段を備え、
前記演算手段は、前記抽出手段により抽出された危険箇所のカーブの曲率半径に基づいて横転限界速度を演算することを特徴とする車両横転限界速度演算装置。 - 前記車両の走行条件を設定する走行条件設定手段を備え、
前記経路選択手段は、車両の出発地から目的地までの経路を前記走行条件設定手段により設定された走行条件を拘束条件として複数選択し、
前記抽出手段は、前記選択された各経路中に存在するカーブの中から、前記カーブの曲率半径が横転がしやすいか否かを判定する判定値以下のものを危険箇所として抽出し、
前記抽出手段が、抽出した危険箇所の数の多少に応じて、走行しやすい経路の優先順位を前記経路選択手段により選択した経路に付与する優先順位付与手段を備え、
前記出力手段は、前記横転限界速度を前記車両の出発地から目的地までの前記選択された経路のカーブに関連付けて出力する際に、前記経路に前記優先順位を付して出力することを特徴とする請求項2に記載の車両横転限界速度演算装置。 - 前記抽出手段が、抽出した危険箇所の数が、走行禁止判定値よりも多い経路を走行禁止経路と判定し、
前記出力手段は、前記判定結果を出力することを特徴とする請求項3に記載の車両横転限界速度演算装置。 - 前記車両が走行する道路上の気象情報を取得する気象情報取得手段を備え、
前記演算手段は、取得した気象情報に応じて、前記横転限界速度を可変することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の車両横転限界速度演算装置。 - 前記車両が走行する道路上の気象設定情報を入力する気象設定情報入力手段を備え、
前記演算手段は、入力された気象設定情報に応じて、前記横転限界速度を可変することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の車両横転限界速度演算装置。 - 車載の装置であって、車両の平面重心位置及び重心高さを含む車両の重心情報を取得する重心位置取得部と、前記車両のトレッド幅を取得するトレッド幅取得部と、道路のカーブの曲率半径を有した道路情報を含む道路マップデータを記憶する道路マップ記憶部と、前記道路マップデータを参照して車両の出発地から目的地までの経路を選択する経路選択部とを備え、
前記重心位置取得部が取得した前記車両の重心情報、前記トレッド幅取得部が取得した前記車両のトレッド幅、及び前記経路選択部が選択した経路である前記車両が走行する道路の出発地から目的地までの経路に出現するカーブの曲率半径に基づいて、前記車両が横転する速度の下限である横転限界速度を演算する演算手段と、
前記演算手段が算出した前記横転限界速度を前記車両の出発地から目的地までの経路の全てのカーブに関連付けて出力する出力手段を備えることを特徴とする車両横転限界速度演算装置。 - 車載の装置であって、車両の平面重心位置及び重心高さを含む車両の重心情報を取得する重心位置取得部と、前記車両のトレッド幅を取得するトレッド幅取得部と、道路のカーブの曲率半径を有した道路情報を含む道路マップデータを記憶する道路マップ記憶部と、前記道路マップデータを参照して車両の出発地から目的地までの経路を選択する経路選択部とを備え、
前記重心位置取得部が取得した前記車両の重心情報、前記トレッド幅取得部が取得した前記車両のトレッド幅、及び前記経路選択部が選択した経路である前記車両が走行する道路の出発地から目的地までの経路に出現するカーブの曲率半径に基づいて、前記車両が横転する速度の下限である横転限界速度を演算する演算手段と、
前記演算手段が算出した前記横転限界速度を前記車両の出発地から目的地までの経路のカーブに関連付けて出力する出力手段と、
前記経路選択部が選択した前記経路から、前記カーブの曲率半径が横転がしやすいか否かを判定する判定値以下のものを危険箇所として抽出する抽出部を備え、
前記演算手段は、前記抽出部により抽出された危険箇所のカーブの曲率半径に基づいて横転限界速度を演算することを特徴とする車両横転限界速度演算装置。 - 前記車両の走行条件を設定する走行条件設定部を備え、
前記経路選択部は、車両の出発地から目的地までの経路を前記走行条件設定部により設定された走行条件を拘束条件として選択し、
前記抽出部は、前記選択された各経路中に存在するカーブの中から、前記カーブの曲率半径が横転がしやすいか否かを判定する判定値以下のものを危険箇所として抽出し、
前記抽出部が、抽出した危険箇所の数の多少に応じて、走行しやすい経路の優先順位を前記経路選択部により選択した経路に付与する優先順位付与部を備え、
前記横転限界速度を前記車両の出発地から目的地までの前記選択された経路のカーブに関連付けて表示する際に、前記経路に前記優先順位を付して表示する表示部を有することを特徴とする請求項8に記載の車両横転限界速度演算装置。 - 前記抽出部が、抽出した危険箇所の数が、走行禁止判定値よりも多い経路を走行禁止経路と判定し、
前記表示部は、前記判定結果を表示することを特徴とする請求項9に記載の車両横転限界速度演算装置。 - 前記経路上の気象情報を取得する気象情報取得部を備え、
前記演算手段は、取得した気象情報に応じて、前記横転限界速度を可変することを特徴とする請求項7乃至請求項10のうちいずれか1項に記載の車両横転限界速度演算装置。 - 前記経路上の気象設定情報を入力する気象設定情報入力手段を備え、
前記演算手段は、入力された気象設定情報に応じて、前記横転限界速度を可変することを特徴とする請求項7乃至請求項10のうちいずれか1項に記載の車両横転限界速度演算装置。
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