JPS63222226A - 車両重量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分腎〕 本発明は車両重量測定装置に関し、特に車両の走行時に
、その積荷自体又は積荷を含めた車両の重量を測定する
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

最近の自動車には、運転車にギヤ操作方法（シフトアッ
プ、シフトダウン）を指示する装置が取付けられている
が、これを正確に実行するには車両の重量を正確に知る
必要がある。

また、車両の積載重量が過大になると車両自体の運転性
能に支障を来し、交通事故の原因になるばかりでなく車
両や道路の傷みの要因となるので、常に車両の重量を知
っておく必要がある。

車両の重量を測定する方法としては、高速道路の料金所
等において車両をのせる軸重計（例えば特開昭５９−２
０４７２４号公報）があるが、車両の移動中には測定で
きず、貨物車両のように車両の規模が大きくなればなる
ほど測定設備が大規模になってしまい費用も嵩むので一
般的な方法ではない。

そこで、車高を測定することによって荷重を求める方法
や、例えば特開昭５９−１５５７２２号公報のように車
両の車軸に生じた歪量を測定して積載重量を測定する自
重計が提案されている。

一方、特開昭５９−１６０７２０号公報では、走行中の
車両の変速機のギヤ段制御のために車両の重量を測定し
ている。即ち、アクセルペダルの踏み込み量及びエンジ
ンの回転数を検出し、予め記憶しておいたエンジン特性
曲線から２地点での車両の駆動力Ｆ、、Ｆ、を求め、ま
た、車輪の回転数から車両の加速度α１、α２を２つの
時点において求める。そして、求めた２つの駆動力Ｆ、
　、Ｆ、の差と２つの加速度α１、α２の差との比（Ｆ
、−Ｆｉ／（α１−α２）から車両の質量Ｍを求めてい
る。

［発明が解決しようとする問題点〕 上記の車高を測定することによって荷重を求める方法や
特開昭５９−１５５７２２号公報等に示された車両の車
軸に生じた歪量を測定して積載重量を測定する自重計は
、いずれも停車中で然も振動の少ない場合にのみ測定可
能な方法であり、車両の走行中には測定不可能である。

また特開昭５９−１６０７２０号公報では、駆動力Ｆと
、走行抵抗Ｒと、車両の質ｆ１Ｍと、加速度αとで表さ
れる運動方程式 ％式％ に基づいて車両の質ｉ１Ｍを上記のように、Ｍ＝（Ｆｌ
−Ｆり／（α１−αｔ）として求めているが、その前提
には、２つの時点において走行抵抗Ｒが等しいと仮定し
ており、この走行抵抗Ｒが、Ｒ−Ｍｇｓｉｎθ＋ｋＩＶ
”　＋ｋｚＭで表される（但し、ｇは重力加速度、θは
道路勾配、ｋｌは空気抵抗係数、■は車速、ｋ２はころ
がり抵抗係数）ことを考えると、この従来技術は車両が
走行中であっても道路勾配を考慮しておらず、走行抵抗
Ｒが２つの時点で等しいと仮定することは正確な車両重
量の測定を行うことができない。

また、特開昭５９−１６０７２０号公報では、２つの加
速度を、車両がエンジンにより駆動されている時点（加
減速時点）と、車両がエンジンにより駆動されていない
時点（加減速されていない時点）と、で検出しなければ
ならならず、これは、それぞれクラッチを接続した時と
クラッチを切った時に相当しており、また、２つの時点
の駆動力の差は運転者がアクセルペダルを大きく変化さ
せる必要があり、このように人為的な行為を必要とする
ため、正確な車両の重量が測定できないという問題点が
あった。

従って、本発明の目的は、道路勾配があっても走行中の
車両の重量を自動的に且つ正確に測定できる装置を提供
することに在る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決する手段として、本発明に係る車両
型！１測定装置においては、車両のバネの定数を申告す
るスイッチと、該バネの変位センサーと、該センサーか
らの変位信号の交流成分を抽出するフィルタと、該交流
成分から振動基本周波数を求め、該周波数と前記バネ定
数とから車両の重層を演算する演算手段と、を備えてい
る。

〔作　　用〕

本発明の車両重量測定装置においては、車両を懸架する
バネの定数を運転者のスイッチ操作により演算手段に入
力しておく、車両の走行中におけるバネの変位量が変位
センサーからの変位信号によって与えられ、この変位信
号がフィルタに入力されてその交流成分のみが抽出され
る。

そして、演算手段では、フィルタからの交流信号成分か
ら振動基本周波数を算出するとともに、この周波数と予
め入力しておいたバネ定数とから車両の重量を演算する
。

このようにして、走行中の車両において自動的に車両ｉ
ｉ量を測定することができる。

〔実　施　例〕

以下、本発明に係る車両重量測定装置の一実施例を説明
する。

まず最初に、本発明の基礎となる原理について説明する
。

本発明は車体（例えば荷台）の振動の基本周波数を求め
るものであり、第３図に示すように、バネ定数ｋ［Ｎ／
ｍ　）のバネと、質量Ｍ　［Ｋｇ）の質点から成る振動
系で発生する単振動の基本周波数ｒは、 で表される。

従って、振動の基本周波数ｆを求めることにより、バネ
に掛かる荷重Ｍｇ　［：Ｎ）（ｇは重力加速度（ｍ／ｓ
”）を示す〕は、式（１）より、Ｍｇ＝に−ｇ／（２π
ｆ）寞　　　　　式（２）として求められる。

そして、車両の積み荷の荷重がｎ個の複数の場所に分散
している場合は、それぞれの場所ｉでの荷重Ｍｇｉを求
めて加算することにより全荷重Ｗ（Ｎ）を、 Ｗ−、ΣＭ　ｇ　ｔ　　　　　　　　　　　　　式（３
）として求めることができる。

また、車両が停車していて車体が振動していない場合は
、車体の荷重によるバネの変位量Ｘから荷重Ｍｇを、 Ｍｇ−ｋ　（ｘ、−ｘ）　　　　　　　　　式（４）と
して求める。ここで、ｘｏは荷重が無いときの変位量で
ある。

この場合においても、荷重が複数の場所に分散している
ときには、式（３）と同様にして求める。

以上、説明した原理に基づいて車両の重量を測定する本
発明装置のハードウェア構成図を第１図に示す、１は車
体の荷重によりバネが変位したときの変位量を検出する
変位センサーで具体的には例えば車高センサーが用いら
れ、第４図に示すように車体（荷台）１０と車輪１１と
の間をつなぐバネ１２（図示の例ではコイル・スプリン
グ）と平行にアクスル１３と車体１０との間に取り付け
られている。

この変位センサー１は第４図の側面断面図である第５図
に示すように車体１０を固定点■としてブラケット１４
により固定され、アクスル１３を固定点■として蝶番１
４により固定され、両者の間をロッド１５が上下するこ
とにより中の可変抵抗（図示せず）が変化するもので、
その可変抵抗信号をリード線１６により取り出し、車体
の変位量に対応した電気信号を例えばブリッジ回路（図
示せず）を介して発生するようになっている。

変位センサー１の出力信号はローパスフィルタ２及びバ
ンドパスフィルタ３に入力され、ローパスフィルタ２か
らは直流信号が、バンドパスフィルタ３からは交流信号
が抽出される。バンドパスフィルタ３を用いることによ
り、バネ上共振のみを取り出すことができ、フレームの
曲げ共振やバネ上共振の影響を排除することができる。

そして、フィルタ３からの交流信号は増幅器４で増幅さ
れる。

そして、フィルタ２からの直流信号及び増幅器４で増幅
された交流信号はＡ／Ｄ変換器５でディジタル信号に変
換される。この場合、アナログ信号をディジタル信号に
変換するために、一定の周期でサンプリングを行ってい
るが、停車状態でも荷重を求めるので、サンプリングの
ための車速信号は必要としない。

Ａ／Ｄ変換器５から出力されるディジタル信号は演算手
段としてのプロセッサ（ＣＰＵ）６に入力され、所定の
演算処理を行って荷重表示器７に車両の荷重を表示する
。

尚、８は各車両に対応した一定のバネ定数を運転車が申
告入力するためのボリュームスイッチであり、９はスイ
ッチ８の位置に対応するバネ定数ｋを読み出すためのメ
モリである。このメモリ９には、荷重がないときのバネ
の長さｘｏも記憶しておく。

第２図はプロセッサ６により実行されるプログラムのフ
ローチャートを示す図で、このフローチャートを参照し
ながら、本発明の車両重量測定装置の動作を説明する。

まず、変位センサー１からの変位信号はフィルタ２及び
３でそれぞれ直流及び交流信号に分離されてＡ／Ｄ変換
器５に送られ、このＡ／Ｄ変換器５からはディジタル化
された直流成分及び交流成分信号がプロセッサ６に入力
され、最初にその直流成分Ｘが第６図に示す所定領域内
（Ｘｔ％Ｘｘ）に収まっているか否かを判定する（第２
図のステップＳ２）、これは、車両の荷重が過大でバネ
が極端に下がった場合や、荷重が少な過ぎてバネが殆ど
下がらない場合には振動解析から荷重を求めることがで
きないからである。従って、変位信号Ｘがその領域Ｘｃ
””Ｘ＋＋内にないときは、上記の式（４）に従ってそ
の変位量Ｘに基づく荷重Ｍｇを算出する（同ステップＳ
７）、但し、この算出された荷重はあくまでも参考値に
過ぎない。

直流信号が領域Ｘ、〜ｘ、内に収まっているときには、
プロセッサ６は今度は、ディジタル化された交流信号ｙ
の実効値を演算する（同ステップ３２）。そして、この
実効値を所定値りと比較する（同ステップＳ３）。実効
値が所定値りより小さい時は、やはり振動解析の精度が
悪くなるので、上記と同様にステップＳ７を実行して参
考値を得る。

交流信号ｙの実効値が所定値しより大きい時には、振動
の周波数解析を行う（同ステップ３４）。

即ち、まず交流信号ｙの自己相関関数 Ｃ（τ）　＝ｙ　Ｄ）　ｙ　Ｄ−τ） を求め、これをフーリエ変換してパワースペクトラムＳ
（ω）を求める。

このようにして求めたパワースペクトラムＳ（ω）が最
大となる周波数、即ち振動の基本周波数ｆ０を求める（
同ステップＳ５）。

この周波数ｆ。を上記の式（２）に代入して車両の重量
Ｍｇを算出する（同ステップＳ６）。

ステップＳ６又はＳ７で算出した車両型ｉｔＭｇは一箇
所に設置した変位センサーにより得た値であるが、通常
は複数の変位センサーを用いるので、車両全体の重量は
複数場所の重量を合計する（同ステップＳ８）。

尚、上記の実施例においては、パワースペクトラムを求
めてその最大となる周波数を演算したが、バンドパスフ
ィルタを種々用い、その内の最大出力信号を発生するフ
ィルタの中心周波数（基本振動周波数）により車両の重
量を測定してもよい。

また、スイッチ８が特定の位置にある場合は、非線形バ
ネとして第２＠のパワースペクトラム演算をせずに直流
信号と周波数とのマツプを予め作成し、これをメモリ９
に記憶しておくことにより、荷重Ｍｇを求めるようにし
てもよい。

更に、通常、バネにはシリツクアブソーバが用いられる
が、これは単に振動の幅を小さくするだけであり、振動
周波数には影響を及ぼさない、そして、減衰力の強弱を
悪路と良路とでシリツクアブソーバをハード／ソフトに
切り替えて用いる場合にバネ上共振が発生しなくなった
場合は上述の第２図のステップＳ３及びＳ７により参考
荷重を求めるので問題はない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の車両重量測定装置では、車両を
懸架するバネの変位を求め、その交流成分から振動基本
周波数を演算して車両重量を測定するように構成したの
で、走行中の車両がどのような位置にあっても自動的に
正確な車両重量を測定することができる。これにより、
トラック等の積載重量の運行管理が実施できるとともに
、このような車両重量測定装置をシフト変更装置に応用
すれば、正確な道路勾配と積載重量とを知ることにより
、正確なシフト変更の指示ができ、急坂路における走行
安全性が確保でき、最適なギヤ段が選定されて燃費が改
善される効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る車両重量測定装置の一実施例を
示すハードウェア構成図、 第２図は、本発明のプロセッサで実行されるプログラム
のフローチャート図、 第３図は、バネを用いた振動系を示す図、第４図及び第
５図は、変位センサーを車両に取り付けたところを示す
概略図、 第６図は、本発明の周波数解析に適切な直流信号におけ
るレベルを示す図、である。 第１図において、１は変位センサー、２はローパスフィ
ルタ、３はバンドパスフィルタ、５はＡ／Ｄ変換器、６
はプロセッサ、８はバネ定数申告スイッチ、１０は車体
（荷台）、１１は車輪、１２はバネである。 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両のバネの定数を申告するスイッチと、該バネ
   の変位センサーと、該センサーからの変位信号の交流成
   分を抽出するフィルタと、該交流成分からバネの振動基
   本周波数を求め、該周波数と前記バネ定数とから車両の
   重量を演算する演算手段と、を備えたことを特徴とする
   車両重量測定装置。
2. （２）前記演算手段は、前記振動基本周波数を、前記交
   流成分のパワースペクトラムが最大となる周波数により
   求めるものである特許請求の範囲第１項に記載の車両重
   量測定装置。
3. （３）前記演算手段は、前記変位信号の直流成分により
   前記バネの変位が上下端部に位置する場合には該変位か
   ら車両の重量を演算するものである特許請求の範囲第１
   項に記載の車両重量測定装置。
4. （４）前記演算手段は、前記交流成分の実効値が所定値
   より小さいとき、前記バネ変位から車両の重量を演算す
   るものである特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれ
   か１項に記載の車両重量測定装置。
5. （５）前記センサーは、車両の複数箇所に分散して配置
   されている特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
   １項に記載の車両重量測定装置。