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1. WO2012008182 - 走行車両の重量等測定装置及び測定方法

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明 細 書

発明の名称 走行車両の重量等測定装置及び測定方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010  

先行技術文献

特許文献

0011  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0012  

課題を解決するための手段

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020  

発明の効果

0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028  

図面の簡単な説明

0029  

発明を実施するための形態

0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059  

符号の説明

0060  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2   3   4   5   6   7  

明 細 書

発明の名称 : 走行車両の重量等測定装置及び測定方法

技術分野

[0001]
 本発明は、高速道路及び有料道路のETC(登録商標、以下同じ)レーンなどに設置し、通過走行する車両の輪重、軸重及び軸数等を計測するための測定装置並びに測定方法に関するものである。

背景技術

[0002]
道路の構造を保全し又は交通の危険を防止するために、道路との関係において必要とされる車両の制限が車両制限令として規定されている。
ここで規定されている項目は、車両の幅、高さ、長さ、最小回転半径、そして、重量である。重量においては、さらに総重量、軸重、隣接車軸の合計軸重、輪荷重の項目において制限されている。
この法令に基づき取り締まるため、従来から高速道路の入口レーンにロードセルを利用した軸重計を設置し、監視している。また、車重違反をした車両については車重計が設置されている場所に誘導し取締りを実施している。
[0003]
しかし、ETC車両の増加に伴い軸重計測部分を従来より高速に走行通過するため、既存車重計に荷重される時間が短くなり、十分な測定時間の確保が出来ず、現仕様では従来の縦断(車両通過)方向寸法が約76cmから2m40cmに広げざるを得なかった。
また、走行する車両本体の揺れ幅も大きくなることにより測定誤差が大きく、取締り装置として問題が発生している。
また、料金所路面は、舗装の打ち換え等がしにくいため、通常コンクリート舗装である。そのため、縦断方向寸法が大きくなることは、コンクリート舗装掘削面積が増えるため、工事によるレーン閉鎖時間が非常に長くなり、新設のETCレーン以外では現仕様の軸重計は採用されなかった。
それに加え、ロードセルの寿命、故障による取替時間が半日程度掛かり、ETCレーンの閉鎖を伴うため対応が出来ない状況があった。
[0004]
(車重計の問題)
車重計は、大型車両1台を乗せることが出来る計りである。載荷台に大型車を静止させて計るため、料金所横のスペースに設置し、軸重がオーバーした車両をレーンからわざわざ別の場所に設置した車重計まで誘導して計測するものである。
誘導に際して、幾つかのレーンを横切る形になるため、各レーンに人を配置し、それぞれの交通を制御する必要がある。また、車重計は載荷台下を大きく掘削して設置する必要があるため、非常に高額であるため全インターチェンジ(IC)に設置することは出来ず、取り締りが出来るICが限定されてしまうという欠点がある。
[0005]
(軸数カウンタとしての問題)
高速道路などの料金を課金する道路について、料金を課金するに当たり車両の軸数により異なる料金となることから、車両の軸数を求める必要がある。
既設の軸数検知器は、圧電素子等を列上に並べたセンサーを縦断方向に複数本を路面上に設置し、車輪による荷重を電気的に検出して軸数を検知するもので、車両分離機と呼ばれる複数台の車両が連続して進入した場合でも1台ごとに車両を検知するセンサーと合わせて、1台あたりの車両軸数を計測するものである。
車両分離機は、道路両側に柱状のセンサーを立て、その柱内の一方には発光ダイオード等の投光装置を、もう一方には受光装置を上下に複数個設置したものである。
[0006]
軸数カウントは、ETCでも使用できなければならないが、ETC車両はセンサー上を高速で通過するため、従来よりも車両の揺れ幅が増加し、既存軸数検知の検知精度が悪くなり、軸抜けや多軸検知の問題が発生している。軸抜けとは実際の軸より少なく検知すること、多軸検知とは軸を多く検知することを意味する。
軸数が正確に検出できないと料金課金のミスが発生するだけでなく、ETCカード側に書かれた軸数と計測した軸数が一致していない場合、ETC車載器を載せ替えた可能性があるとして、出口側で停止させられる場合がある。
[0007]
ETCレーン上での停止は、後続車が止まることを前提としない走行をしているため、追突の可能性が高くなり、危険である。
また、軸数カウントは圧電素子等に大きな荷重をかけるものであるため、使用回数に限度があり、概ね数百万回程度で交換しなければならない。料金所によっては1日数万台利用される場所もあり、その場合、1年程度で交換しなければならない。交換に当たっては、ETCレーンを閉鎖して取り替えることになり、ETC利用者に多大な迷惑をかける結果となる。
[0008]
(進行方向検知としての問題)
ETCの入口部には、車両の進行方向を検知するセンサーがあり、これによりETCレーン上での車両管理を実施している。
これは、進入した車両がバックして当該レーンからいなくなった場合のバーの制御や無線交信の制御を取り止めるためのものである。
この実現のため、現行ETCの多くは車両分離機を縦断方向に2基並べて進行方向を検知する方法や軸カウントの縦断方向の圧電素子からの信号を解析する方法が採用されている。前者の方法は、センサーが2基必要なため高価であり、渋滞などでセンサー線上に車両端が来た場合、複数回センサーを切るような不安定な信号となり正確な車両管理が不能となる。後者においてはセンサー線上での不安定な状況は緩和されるが、車両重量による圧電素子の劣化による寿命と精度に問題が発生している。
[0009]
 以上がこれまでの状況であるが、本願発明者は、下記特許文献1及び2に開示されている通り、動揺や振動が存在する動的な状態での荷重計測に適する動的荷重測定方法及び動的荷重測定装置を提案している。
 そして特許文献1においては、この動的荷重測定装置が走行する車両の重量を測定できることの提案もなされている。
 また特許文献3においても、走行する車両の重量を高精度に計測することを目的として車重計測装置及び車重計測方法が提案されている。
[0010]
 この特許文献3に記載の車重計測装置においては、3つの実施形態が提示され、その一は、弾性体である防振ゴムと剛体である金属ブロックとを積層させた動吸収器によって計測板の振動速度に応じた粘性減衰を計測板に付加しながら車両の重量を求めるものであり、その二は、加速度センサによって計測される計測板の振動加速度に基づいて電流発生部にて計測板の振動速度に応じた電流を発生し、ボイスコイル型の動電加振器によって計測板の振動速度に応じた粘性減衰を計測板に付加しながら車両の重量を求めるものであり、その三は、演算処理装置によって、計測板に作用する荷重のステップ入力成分とインパルス入力成分とを最小二乗法によって分離し、分離されたステップ入力成分に基づいて車両の重量を算出するものである。 

先行技術文献

特許文献

[0011]
特許文献1 : 特許第3090686号公報
特許文献2 : 特許第3090688号公報
特許文献3 : 特開2001-83000号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0012]
 そこで、本願発明においては、上記特許文献3に記載の計測装置及び方法とは異なる方法及び装置を用いて、即ち、上記特許文献1及び2に記載の計測装置及び方法を用いてより具体的に実際の高速道路等の通行ゲート或いは道路上に設置できるものを提案することをその課題とする。
 また、本願発明に係る装置及び方法が、上記車両制限令に規定されている各項目に関連して、実際に走行し通過する車両の1つの車輪の重量(以下、輪重という。)、軸重、そして車両全重量と、車軸の数、更には車両の進行方向等をも判定できる装置及び方法を提供することがその課題となる。
 更に、かかる装置を極めてコンパクトなものとすることも本発明の課題である。

課題を解決するための手段

[0013]
 本発明の第1のものは、道路等の路面に設置することができ、車両等の左右両輪の少なくとも一方の1つの車輪が通過可能な平面視略長方形の載荷板と、この載荷板の車両通過方向の手前側と前方側の2点を支持する少なくとも2つの計測ブロックと、この計測ブロックが固定される基体部とから成り、前記計測ブロックが前記基体部に固定される固定部と、この固定部から片持ち梁状に延長する計測部とからなり、これらの計測部が前記載荷板を支持し、走行車両が載荷板を通過する際に、光センサを用いて前記計測部の瞬時変位を計測し、この瞬時変位から瞬時荷重と加速度の算出を行い、更に、計測ブロックを固定する基体部の振動変位から加速度センサにより基体部の加速度を導出し、前記計測部の瞬時荷重と加速度の算出値と共に前記基体部の加速度から走行車両の1つの車輪の静止重量を導出することを特徴とする走行車両の重量等測定装置である。
[0014]
 本発明の第2のものは、上記第1又は第2の発明において、上記重量等測定装置の近傍に光センサを設けて、1台分毎の通過車両を認識することによって1台分毎の車軸数を計測することができるようにしたことを特徴とする走行車両の重量等測定装置である。
[0015]
 本発明の第3のものは、上記第1乃至第3の何れかの発明において、少なくとも2つの上記計測ブロックによる1つの車輪の重量測定において、車両前進方向における手前側と前方側との計測ブロックにおける測定値の最大値のタイミングのずれを認識することによって走行車両の進行方向を判定できることを特徴とする走行車両の重量等測定装置である。
[0016]
 本発明の第4のものは、道路等の路面に設置することができ、車両等の左右両輪の少なくとも一方の1つの車輪が通過可能な平面視略長方形の載荷板と、この載荷板の車両通過方向の手前側と前方側の2点を支持する少なくとも2つの計測ブロックと、この計測ブロックが固定される基体部とから成る測定装置を使用し、前記計測ブロックが前記基体部に固定される固定部と、この固定部から片持ち梁状に延長する計測部とからなり、これらの計測部が前記載荷板を支持し、走行車両が載荷板を通過する際に、光センサを用いて前記計測部の瞬時変位を測定し、この瞬時変位から瞬時荷重と加速度の算出を行い、更に、計測ブロックを固定する基体部の振動変位から加速度センサにより基体部の加速度を導出し、前記計測部の瞬時荷重と加速度の算出値と共に前記基体部の加速度から走行車両の1つの車輪の静止重量を導出することを特徴とする走行車両の重量等測定方法である。
[0017]
 本発明の第5のものは、上記第4の発明において、上記重量等測定装置の近傍に光センサを設けて、1台分毎の通過車両を認識することによって1台分毎の車軸数を計測することができるようにしたことを特徴とする走行車両の重量等測定方法である。
[0018]
 本発明の第6のものは、上記第4又は第5の発明において、少なくとも2つの上記計測ブロックによる1つの車輪の重量測定において、車両前進方向における手前側と前方側との計測ブロックにおける測定値の最大値のタイミングのずれを認識することによって走行車両の進行方向を判定できることを特徴とする走行車両の重量等測定方法である。
[0019]
 本発明の第7のものは、上記第1の発明に係る走行車両の重量等測定装置を用いて、通過車両の最初の測定波形を判断し、この波形が個別車両の最初の衝撃波を感知することにより、通過車両の車軸数を計測することを特徴とする走行車両の重量等測定方法である。
[0020]
 本発明の第8のものは、上記第1の発明に係る走行車両の重量等測定装置を道路の横断方向に2台列設し、走行車両の左右両輪がそれぞれ通過走行できるようにして各車輪の重量をそれぞれ測定できるようにし、これにより、車両の各車輪の重量、軸重、軸数、全重量及び進行方向を測定することができることを特徴とする走行車両の重量等測定方法である。

発明の効果

[0021]
 本発明の第1のものにおいては、計測ブロックの自由端である計測部の少なくとも2つが載荷板の車両通過方向の手前側と前方側の2点を支持し、この載荷板の上を走行通過する車両の1つの車輪の静荷重を瞬時に測定することができる。
 即ち、各計測部の瞬時変位から瞬時荷重と加速度を算出し、同時に計測ブロックを固定する基体部の振動加速度をも計算に加えて、走行車両の1つの車輪の静荷重を導出するのであるが、この瞬時変位は、光センサを用いてマイクロ秒(10 -6秒)単位で超微少変動変位(10 -6mm)の計測が可能であるために、実現可能となったものであり、これによりより正確な1つの車輪重量(輪重)の静的値を導出することができるようになった。
[0022]
 更に詳細には、車両の前進方向の手前側と前方側に一対の計測ブロックが配置され、これら一対の計測部の瞬時変位から瞬時荷重と加速度を算出して測定を行い、更に基体部の加速度をも考慮に入れて、これを手前側と前方側のそれぞれの計測部で順次計測を行って、車両の1つの輪重を瞬時に正確に導出することができるのである。
 この測定装置を後に説明するように、道路の横断方向に2つ並べることにより、車両の左右両輪の重量をそれぞれ測定することができ、従って、前輪と後輪をも順次測定することによって、車両のその他の軸重、総重量等をも測定可能となるのである。
[0023]
 また、本発明の測定装置に係る載荷板の横幅を車両の左右両輪が同時に通過可能な大きさのものとすることにより、即ち、道路の1レーンの横幅に適合できるような大きさに載荷板を形成することにより、1つの車輪の重量でなく、1つの車軸重量を測定することも可能となるのである。
 しかし、本発明では、車両の1つの輪重を個々に測定できるようにして、個々の車輪の状態をもその測定波形によって判別できるようにしているため、1つの輪重を測定できる構成のものとしている。
 即ち例えば、その個々の車輪の荷重測定波形に基づき、その波形の現れにより、その車輪のタイヤ空気圧の多寡等をも判別することができるのである。
 また上記のようにしたのは、被測定車両として4輪車ばかりでなく、2輪車や、人や動物をも考慮に入れているからである。
[0024]
 本発明の第2のものにおいては、本発明に係る測定装置の近傍に1台分毎の通過車両を認識できる光センサを設けることにより、この1台分毎の車両の車軸数をカウントできるように構成したものである。
 これにより、より正確に車軸数をも計測できる重量測定装置を提供できる。
 尚、後述するように、この軸数カウントは、本発明に係る測定装置では、測定記録した荷重測定波形を判断することによっても可能となる。
 即ち、1台の車両の進入時最初の衝撃波は、他の波形と異なるために、この最初の衝撃波を認識することにより、輪重測定と共に軸数をもカウント可能なものである。
[0025]
 本発明の第3のものにおいては、載荷板に少なくとも2つの計測装置を設けている関係上、車両の前進方向の手前側と前方側の2つの前後方向位置に2つの計測ブロックが位置することとなり、これら2つの計測ブロックにおける輪重の測定値の最大値のタイミングがほんの僅かにずれることから、手前側の計測ブロックの最大値が先に計測された場合には車両は前進方向に、逆に前方の計測ブロックの最大値が先に計測された場合には車両は後進状態であることを判別することができることとなり、通過走行車両の進行方向を判断することができることとなるのである。
[0026]
 本発明の第4乃至第6のものにおいては、上記第1乃至第3の発明に係る測定装置を用いた測定方法について特定したものであり、その効果も上記測定装置の効果と同様の効果を発揮する測定方法を提供できたものである。
[0027]
 本発明の第7のものにおいては、上記第1の発明に係る測定装置を用いて、通過車両の最初の測定波形を判断し、この波形が個別車両の最初の衝撃波を感知することにより当該通過車両を認識することによって当該車両の車軸数を計測することができるものである。
 ここで、最初の衝撃波というのは、1台の車両が最初に本発明に係る測定装置の載荷板に乗り上げた際に測定される載荷板の車両走行方向手前側に位置する計測ブロックによって測定された最大荷重を意味しており、車両の最初の第1軸(前車輪軸)の測定波形が一番大きくなることに着目し、本請求項に係る発明が想到されたものである。
 これにより、上記第2又は第5の発明のように光センサを用いて1台分毎の通過車両を認識しなくとも当該車両の軸数を測定することができる。
[0028]
 本発明の第8のものにおいては、上記第1の発明に係る測定装置を道路の横断方向に2台並べて、通過する走行車両の左右両輪がそれぞれ通過走行できるようにしているため、走行通過車両の個々の車輪の重量、軸重、軸数、及び全重量を測定することができるものとなる。
 勿論前記した通り、本発明に係る測定装置の1台を道路1レーンの横断方向に全体に設置する場合には、つまり、左右両輪が同時に通過可能とすることにより、個々の輪重は測定できないが、それ以外の軸重、総重量及び通過方向等は測定可能なものとなる。

図面の簡単な説明

[0029]
[図1] 本発明に係る走行車両の重量測定装置の一実施形態を図示する分解説明図である。
[図2] 上記実施形態に係る計測ブロックの全体斜視図である。
[図3] 上記計測ブロックの設置状態の説明図である。
[図4] 上記実施形態に係る載荷板を示す正面図、平面図及び左側面図である。
[図5] 上記実施形態に係る重量測定装置の全体を示す正面図、平面図及び左側面図である。
[図6] 上記実施形態に係る重量測定装置によって3軸のトラックが通過した際の測定結果を示すグラフである。
[図7] 本発明に係る重量等測定装置の他の実施形態を示しており、その(A)が横断面概略図、その(B)が平面概略図、その(C)が縦断面概略図である。

発明を実施するための形態

[0030]
 以下、添付の図面と共に本発明の実施形態について説明する。
 図1は、本発明に係る走行車両の重量等測定装置の一実施形態を図示する分解説明図である。
 本発明に係る走行車両の重量等測定装置は、平面視略長方形を有し、上面部が開放された箱体状の基体部10と、基体部10の内部の略四隅に固定される4つの計測ブロック15と、この計測ブロック15に支持される載荷板20とからなる。
[0031]
 この実施形態では、4つの計測ブロックを使用したものを提示しているが、請求項1に記載の通り、載荷板20の手前側と前方側に2つのみ設けて実施することも可能である。この後者の装置については後に図7を用いて説明する。
 また、これら基体部10と、計測ブロック15と、載荷板20の組合せからなる測定装置は、現実の設置に際しては、例えば図1のコンクリート製ブロックの凹所40内に嵌め入れられるのであるが、この図1からも解る通り、この測定装置が2台左右に前記凹所40内に嵌め込まれるのである。
 このようにして、道路の横断方向に2台並列した測定装置の各々が車両の左右の両輪のそれぞれの車輪の重量を個別に測定することができるのである。
[0032]
 基体部10は、車両前進方向Vを短辺とする略長方形を有しており、上面部が開放された箱体形状の金属製のものから形成されている。
 この基体部10の内部の略四隅に、前記計測ブロック15を固定するための固定部受部11が設けられている。
 この固定部受部11は、計測ブロック15の固定部16を固定するもので、計測ブロック15の計測部17を片持ち梁状に固定するためのものであって、基体部10底面から所定高さに計測ブロック15の固定部16を固定できるような略直方体形状を有する台状のものである。
 この固定部受部11に計測ブロック15の固定部16をボルト等により固定する。
[0033]
 計測ブロック15は、次図により詳しく説明するが、基端側の固定部16と、この固定部16から延長するように計測部17が形成されており、つまりこの計測部17は鉛直方向に変位可能な自由端となっている。
 この計測部17の略中央部位において載荷板20と連結固定されて、載荷板20を支持することとなるのである。
[0034]
 載荷板20も、基体部10とほぼ同様の平面視形状を有し、車両の前進方向Vの方向を短辺とする平面視略長方形を有し、その長辺方向(横方向)長さは、この実施形態では道路の1レーンの略半分程度であり、金属製板材から形成されている。
 載荷板20の略四隅には、ボルト穴21が4つ設けられ、これらボルト穴21の位置が計測ブロック15の計測部17の略中央部位に設けられた螺子穴18と合致し、ボルト等により相互に螺着され、固定される。
[0035]
 これら基体部10、4つの計測ブロック15及び載荷板20とにより本発明に係る測定装置(荷重センサ及び加速度センサについては後述する。)が形成されて、これらがコンクリート製ブロックの凹所40内に2台並列して嵌め入れられ(図1では右側のもののみ示している。)、載荷板20の上面が路面と同一平面となるように埋設される。
 勿論、上記測定装置を路面に形成した凹所に直接埋設することも可能である。
[0036]
 荷重センサは、図示はしていないが、計測ブロック15の計測部17に対応する基体部10の位置に設置しておき、計測部17の瞬間変位を光学的に測定して、瞬時荷重を測定し、同時に前記瞬間変位から加速度をも算出する。
 これら瞬間荷重と加速度と、後述する基体部の振動加速度から、走行通過車両の輪重を瞬時に測定することができるのである。
 荷重センサを設ける位置については、後の図3において説明する。
[0037]
 本発明においては、計測ブロック15を左右一対ずつ前後方向に2組設けているために、載荷板20の車両前進方向Vの手前側のボルト穴21f、21fと、前方側21r、21rの前後2箇所の部位で測定を行って輪重を測定するようにしており、これによりより精密に輪重を測定可能としている。
 またこれにより、手前側の一対の計測ブロック15、15と、前方側の一対の計測ブロック15、15の測定により、その測定値の最大値が現れるタイミングが少しずれることにより、車両の進行方向をも判定することが可能となる。
[0038]
 即ち、車両前進方向Vの手前側の計測部の最大値が前方側の計測部の最大値よりも先に測定された場合には、車両は前進方向Vに進行していることが判別でき、その逆に、手前側よりも前方側の最大値が先に測定された場合には、通過車両は後進していることと判別する事ができるのである。
 このように、本発明においては、計測ブロック15を4つ、即ち、左右一対、前後方向に2組設けたために、通過走行車両の進行方向をも判断することが可能となるものである。より厳密には、この進行方向の判別は、前後方向の2つの計測ブロックがあれば判別可能である。
[0039]
 図2は、上記実施形態における計測ブロックの全体斜視図である。
 この計測ブロック15は、平面視略長方形形状を有する金属製のもので、所定の厚みを有しており、その図中左上側に固定部16が位置し、この固定部16から図中右下方向に延長する計測部17が位置している。
 計測部17の先端側17sはその厚みが少し薄く形成され、その中央部分には基端側から先端側に向けて突出部17tが形成され、その突出部17tの先端側に螺子穴18が設けられている。
 この螺子穴18に載荷板のボルト穴が合致し、ボルトによって載荷板が計測ブロック15の計測部17に固定され支持される。
 固定部16には、2列に6個のボルト挿通穴19が設けられ、ボルトによってこの固定部16が基体部の固定部受部に固定されるのである。
[0040]
 図3は、上記実施形態に係る一つの計測ブロックの設置状態を図示する車両進行方向の断面説明図である。図中ハッチングは省略している。
 まず、本発明に係る重量測定装置は、道路の凹所又は道路に埋設されるコンクリートブロックの凹所内に設置されて、路面Rに載荷板20の上面20Rが同一平面となるように埋設される。
[0041]
 計測ブロック15の固定部16は、ボルトにより基体部10の固定部受部11に固定される。これにより計測ブロック15が片持ち梁状に固定され、その計測部17が自由端と成り、鉛直方向に変位可能となる。
 そして、計測部17の螺子穴18の部位で、ボルトによって載荷板20が固定され支持される。
 従って、車両が載荷板20を通過すると、載荷板20を支持する計測ブロック15の計測部17が下方に瞬間変位し、この瞬間変位を光学的に荷重センサ33により測定して瞬間荷重を導出し、同時にこの瞬間変位から加速度をも算出し、これら瞬間荷重と加速度、そして後述する基体部の振動加速度により通過車両の1つの車輪の重量を即時に算出することができるものである。
[0042]
 ここで、荷重センサについて説明するが、実際には特許文献1に記載のものと同様である。
 即ち、この荷重センサは、計測ブロック15の計測部17の先端端面中央部にマスク部材17hを設け(図2参照)、このマスク部材17hに対向する基体部10の内壁面に一次元位置検出用の半導体位置検出素子及び発光素子33を設けて、マスク部材17hを半導体位置検出素子と発光素子との間に突出させたものから(図3)形成したものである。この半導体位置検出素子及び発光素子33の発光部と読取部により前記計測部17の瞬間変位を読み取るのである。
[0043]
 図4は、上記実施形態に係る載荷板を示す正面図、平面図及び左側面図である。
 この載荷板20は、既に説明した通り、車両前進方向Vに短辺を有する略長方形形状の金属製板材から成り、その略四隅に計測ブロック15の計測部17に固定されるためのボルト穴21が設けられている。
 左側及び右側において車両前進方向Vに並ぶボルト穴が左右にずれているのは、車両前進方向Vの短辺の長さをより短くするために、計測ブロック15を図中上下方向に一列に並べるのではなく、左右にずらした状態に配置したためである。
 尚、載荷板20の裏面中央に接合されている矩形形状の金属製板材は、載荷板20の剛性を高め、車両通過によって生ずる振動をより小さくするために設けたものである。
[0044]
 図5は、上記実施形態に係る重量測定装置の全体を示す正面図、平面図及び左側面図である。
 この図から解る通り、本発明に係る走行車両の重量等測定装置は、その全体が略直方体形状の一つのユニットを形成し、その全体を例えばETC等の通行ゲートの手前側路面の凹所に埋設することができる。
 そして、上記した通り、車両前進方向Vの長さを極めて短く形成することができるために、従来の測定装置に比較すると極めてコンパクトなものとすることができ、設置のための労力や時間等を大幅に縮減することができるのである。
[0045]
 このようなコンパクト化の理由は、既に述べたように、左右一対の計測ブロック15を車両前進方向Vに二列に配置し、しかも左右それぞれの側で、前後に位置する計測ブロック15、15を前後方向に一列に並べるのではなく、左右にずらした位置に配列したためである。
 そして、車両前進方向Vの手前側の左右一対の計測部17、17が先に1つの車輪重量を計測し、その後前方側の左右一対の計測部17、17によって同様に1つの車輪重量を計測し、これら2回の計測値から1つの車輪重量を算出するように構成している。
[0046]
 更に、この図5から解る通り、30は加速度センサを示しており、基体部10内部の2箇所にこの加速度センサ30、30を設け、車両通過により生じる基体部10の振動の加速度を測定している。
 これにより、計測ブロック15の計測部17の瞬間変位から導出される瞬間荷重と加速度と、上記基体部10の、即ち計測ブロック15の固定部16の振動加速度の値から走行通過車両の静止車輪重量を算出して導出するように構成している。
 以下の数式1が上記測定値から静止重量を導出するためのものである。
[0047]
[数1]


[0048]
 この数式において、Weが静止輪重を、Wiが計測部の瞬時荷重を、yiが計測部の瞬時変位を、Δg(A/L)iが計測部の自由端の加速度を、Δg(G/L)iが基体部の加速度を、gが重力加速度を、kがバネ定数を示している。
 瞬時荷重Wiは、Wi=k・yiにより求められる。
 このようにして、基体部10及び固定部16の振動をも考慮に入れてより正確な走行通過車両の輪重を測定することを可能としているのである。
[0049]
 以上、走行車両の重量等測定装置について説明したが、本発明に係る走行車両の重量等測定方法については上記測定装置を用いて通過走行車両の輪重等を測定することとなる。
 即ち、高速道路等の入口通行ゲート手前側の路面に設置することができ、車両等の左右両輪の少なくとも一方の1つの車輪が通過可能な平面視略長方形の載荷板と、この載荷板の四隅を支持する4つの計測ブロックと、この計測ブロックが固定される基体部とから成る測定装置を使用し、前記計測ブロックが前記基体部に固定される固定部と、この固定部から片持ち梁状に延長する計測部とからなり、これらの計測部が前記載荷板を支持し、走行車両が載荷板を通過する際に、光センサを用いて前記計測部の瞬時変位を測定し、この瞬時変位から瞬時荷重と加速度の算出を行い、計測部が固定されている基体部の加速度をも測定して、前記数式1に基づき1つの車輪の静止重量を導出することを特徴とする走行車両の重量測定方法である。
[0050]
 この測定方法においては、4つの計測部による計測がその特徴となるが、左右一対の計測部と、これら左右一対の計測部をさらに車両前進方向に2列設けて測定することにより、計測部の瞬間変位から瞬間荷重と加速度を算出し、且つ基体部の振動をも考慮に入れて基体部の振動加速度をも加速度センサによって計測し、これらの値から数式1によって、1つの車輪の静止重量を導出するようにしたものである。
 尚、上記実施形態では、4つの計測部を利用したが、この計測部は、車両の通過方向の手前側と前方側の2つのみあれば測定可能なことは、上記測定装置の場合と同様である。
[0051]
 次に図示はしていなが、軸数を測定する方法について説明する。
 上記実施形態に係る重量等測定装置において、この装置の例えば短辺側の側方位置に、一対の柱状の光センサ(車両分離機)を設ける。
 一方の柱状センサからは、縦方向所定間隔に投光部を設け、他方の柱状センサには、前記投光部からの光信号を受光できる受光センサをやはり縦方向所定間隔に設けておき、この一対の柱状センサによって受光センサの感知が遮断されることによって走行通過車両1台分を認識できるように構成する。
 そして、この1台分の通過時間に対応させて上記重量測定装置が測定する軸数をカウントすることによって当該走行車両の軸数を計測することが可能となる。
[0052]
 尚、本発明においては、上記のような車両分離機を使用せずに軸数をカウントすることもできるのである。
 即ち、本発明に係る測定装置におていは、通過走行車両の個々の車輪の荷重を超微少時間で測定するためその測定荷重の波形の記録を判別することにより個々の通過車両を識別することができる。
 その車両の最初の衝撃波を認識することにより、これを内部トリガーとして、1台分の通過を確認でき、それ故、その車両の軸数もカウント可能なのである。
[0053]
 ここで、車両の最初の衝撃波というは、個々の車両の重量を最初に測定する装置の手前側の計測部が測定した最大荷重を意味するものである。
 個々の車両は、本発明に係る測定装置に進入した最初の測定荷重が最大値を示すため、この最大値(ピーク値)を認識することにより、個々の車両の通過を確認することができ、これにより軸数をカウントできるのである。
 より詳細には、上記内部トリガーでは、常時1個の計測部の荷重センサの出力値をモニタしており、この値が設定値以上になると、決められた時間値をさかのぼり、その点からのシグナルを解析ルーチンに出力し、質量、軸数値を解析計算し、その後データを下流コンピュータに出力するシステムである。
 また、本発明においては、車輪の1つ1つの重量を測定できるため、その車両の総重量はそれら輪重の総和で算出されるため、軸数のカウントとは別に総重量を算定可能となる。
[0054]
 図6は、車軸数3軸のトラックが上記本発明の重量測定装置を通過した際の測定結果を示すグラフである。
 このグラフにおいて、一番上の折れ線が、測定装置の車両前進方向の手前側計測部(「フロント・センサ」という。)での計測結果を示しており、上から二番目の折れ線が、測定装置の車両前進方向の前方側の計測部(「リア・センサ」という。)での計測結果を示しており、最下段の折れ線が、基体部の加速度センサの計測値を示している。
 フロント・センサ及びリア・センサにおいて、左側から最初の山が第1軸を、2番目の山が第2軸を、3番目の山が第3軸を示している。
 そして、本発明における現実の実施態様としては、測定装置を2台道路横断方向に並べているために、フロント・センサとリア・センサの車両進行方向の1組が、横断方向に4組並んで配置していることとなる。これにより、図6に示すデータは、4つ収集され、これら4つの計測データ(輪重と波形)から、軸重、総重量、軸数、進行方向が導出されることとなるのである。
[0055]
 それぞれの車輪重量は、これらフロント・センサとリア・センサ及び基体部の加速度センサの計測値から数式1によって算出されることとなる。
 この図6からは、明瞭には判別できないが、フロント・センサの最大値がリア・センサの最大値よりも先に来ていることにより、この被測定車両であるトラックは前方に進行していることが判別されるのである。
 後進している場合には、上記と逆にリア・センサの最大値がフロント・センサの最大値よりも先に来る事になり、これにより車両の進行方向を判別できる。
 更に、個々の車両の最初の衝撃波は、この図6では、一番上の左、第1軸に関するフロント・センサの最大値(ピーク値)がそれを示しており、この最大値の認識によって、個々の車両の軸数がカウントされるものである。
[0056]
 図7は、本発明に係る重量等測定装置の他の実施形態を示しており、その(A)が横断面概略図、その(B)が平面概略図、その(C)が縦断面概略図である。
 この測定装置では、基体部10の車両進行方向の手前側Fと前方側Rの前後方向に1対の計測ブロック15、15をその略中央部に設けたものである。
 これら計測ブロック15、15は、基体部10の固定部受部11にその固定部16が固定され、片持ち梁状に固定部16から延長する計測部17が載荷板20をその略中央部で支持し固定する。固定はボルトB,B,…によって固定される。
[0057]
 より詳細には、最上面の載荷板20の裏面に四角形フレームを取り付け、これを左右2個取り付け、中央部4本の縦フレーム中央部に荷重センサ取り付け用平板を設置する。これを2個の計測ブロックの計測部上面にボルトBにて固定するのである。
 これらの構成は、航空機の翼構造を採用したもので、仮に載荷板20の片側片隅に集中荷重が作用した場合であっても、曲げ荷重による載荷板平板の変形を最小に抑え、端部のたれを防止することができ、尚且つ荷重センサに法線方向荷重のみ作用させるようにしている。
 このように、本発明においては、計測ブロックは、装置の車両進行方向の略中央部の手前側と前方側の2箇所に、つまり一組のみ設けて実施することもできるのである。
[0058]
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明においては特許請求の範囲に記載した範囲内でその形態を種々変更することができる。
 載荷板の道路横断方向のサイズ(横幅)は、適宜自由に設計することとができ、その横幅は、少なくとも車両の左右両輪の一方の車輪が通過できる幅があればよく、またその横幅を道路の1レーンの幅と同等としてもよいものである。
 また、上記実施形態における測定装置においては、1つの車輪の重量を測定するために、4つの計測ブロックを使用したが、載荷板の支持方法を考慮すれば、図7にて示した通り、載荷板の手前側と前方側に少なくとも2つ設けられていればよい。
[0059]
 計測ブロックの配置も全く自由であり、上記実施形態では、載荷板の車両進行方向の長さを短くするために、計測ブロックを互い違いに配置しているが、車両進行方向に一列に並べてもよいし、計測ブロックを横向き(道路の横断方向)に配置してもよい。
 この場合には、荷重センサを計測ブロックの先端部のマスク部材に対向するように半導体位置検出素子及び発光素子を基体部に配置すればよい。
 基体部に設けた加速度センサを設ける位置も全く自由である。
 以上、本発明は、走行車両の静止輪重、軸重、軸数、総重量、及び進行方向を測定することができる極めて著大な効果を発揮する走行車両の重量等測定装置及び測定方法を提供することができたものである。

符号の説明

[0060]
 10 基体部
 11 固定部受部
 15 計測ブロック
 16 固定部
 17 計測部
 17h マスク部材
 20 載荷板
 21 ボルト穴
 30 加速度センサ
 33 半導体位置検出素子及び発光素子

請求の範囲

[請求項1]
 道路等の路面に設置することができ、車両等の左右両輪の少なくとも一方の1つの車輪が通過可能な平面視略長方形の載荷板(20)と、この載荷板(20)の車両通過方向の手前側と前方側の2点を支持する少なくとも2つの計測ブロック(15, 15)と、この計測ブロック(15)が固定される基体部(10)とから成り、
 前記計測ブロック(15)が前記基体部(20)に固定される固定部(16)と、この固定部(16)から片持ち梁状に延長する計測部(17)とからなり、これらの計測部(17)が前記載荷板(20)を支持し、
 走行車両が載荷板(20)を通過する際に、光センサを用いて前記計測部(17)の瞬時変位を計測し、この瞬時変位から瞬時荷重と加速度の算出を行い、
 更に、計測ブロックを(15)固定する基体部(10)の振動変位から加速度センサ(30)により基体部(10)の加速度を導出し、
 前記計測部(17)の瞬時荷重と加速度の算出値と共に前記基体部(10)の加速度から走行車両の1つの車輪の静止重量を導出することを特徴とする走行車両の重量等測定装置。
[請求項2]
 上記重量等測定装置の近傍に光センサを設けて、1台分毎の通過車両を認識することによって1台分毎の車軸数を計測することができるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の走行車両の重量等測定装置。
[請求項3]
 少なくとも2つの上記計測ブロック(15, 15)による1つの車輪の重量測定において、車両前進方向における手前側と前方側との計測ブロック(15, 15)における測定値の最大値のタイミングのずれを認識することによって走行車両の進行方向を判定できることを特徴とする請求項1又は2に記載の走行車両の重量等測定装置。
[請求項4]
 道路等の路面に設置することができ、車両等の左右両輪の少なくとも一方の1つの車輪が通過可能な平面視略長方形の載荷板(20)と、この載荷板(20)の車両通過方向の手前側と前方側の2点を支持する少なくとも2つの計測ブロック(15, 15)と、この計測ブロック(15)が固定される基体部(10)とから成る測定装置を使用し、
 前記計測ブロック(15)が前記基体部(10)に固定される固定部(16)と、この固定部(16)から片持ち梁状に延長する計測部(17)とからなり、これらの計測部(17)が前記載荷板(20)を支持し、
 走行車両が載荷板(20)を通過する際に、光センサを用いて前記計測部(17)の瞬時変位を測定し、この瞬時変位から瞬時荷重と加速度の算出を行い、
 更に、計測ブロック(15)を固定する基体部(10)の振動変位から加速度センサ(30)により基体部(10)の加速度を導出し、
 前記計測部(17)の瞬時荷重と加速度の算出値と共に前記基体部(10)の加速度から走行車両の1つの車輪の静止重量を導出することを特徴とする走行車両の重量等測定方法。
[請求項5]
 上記重量等測定装置の近傍に光センサを設けて、1台分毎の通過車両を認識することによって1台分毎の車軸数を計測することができるようにしたことを特徴とする請求項4に記載の走行車両の重量等測定方法。
[請求項6]
 少なくとも2つの上記計測ブロック(15, 15)による1つの車輪の重量測定において、車両前進方向における手前側と前方側との計測ブロック(15, 15)における測定値の最大値のタイミングのずれを認識することによって走行車両の進行方向を判定できることを特徴とする請求項4又は5に記載の走行車両の重量等測定方法。
[請求項7]
 請求項1に記載の走行車両の重量等測定装置を用いて、通過車両の最初の測定波形を判断し、この波形が個別車両の最初の衝撃波を感知することにより、通過車両の車軸数を計測することを特徴とする走行車両の重量等測定方法。
[請求項8]
 請求項1に記載の走行車両の重量等測定装置を道路の横断方向に2台列設し、走行車両の左右両輪がそれぞれ通過走行できるようにして各車輪の重量をそれぞれ測定できるようにし、
 これにより、車両の各車輪の重量、軸重、軸数、全重量及び進行方向を測定することができることを特徴とする走行車両の重量等測定方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]