JPS60108717A - 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】 本発明は通行料金を通行車両の重帯を加味して定めた有
料道路における料金収受システムに用いる車両重量測定
装置に関するものである。

車両重量に応じた通行料金を徴収する有料道路において
は車両型は測定を行う必要がある０そのための装置とし
て第１図、第２図に示すような構成の車両重量測定装置
がある。第１図はそのシステムレイアウトを示す斜視図
、第２図はその平面図であシ、図中Ｗ　Ｙは車両の通行
路である。また、Ｉｄ　はこの通行路ＷＹの両脇のアイ
ランドであシ、通行路Ｗ　Ｙを横断して路面上に軸重検
出器１が敷設されているＯこの軸重検出器１は車両の軸
重１１を検出するためのもので埋設用外枠１ａの内側に
４個のひずみゲージ式ロードセル２を並べて配設し、そ
の上に荷重を受ける載荷板３を設けて構成されるＯ 前記ひずみケージ式ロードセル２は荷重ヲ受けるとその
荷重に応じた抵抗値変化を示すもので、載荷板３の４隅
に１つずつ配され、載荷板３上に車両７かさじか＼す、
その車輪８またけ９が載荷板３を踏むと、その荷重がひ
ずみゲージ式ロードセル２に加わるようにし、これによ
って荷重検出を行う。４，５は投光器及び受光器で前記
軸重検出器１の配設位置におけるアイランドＩｄ　上に
互いに対峙して設けられておシ、この投受光器４，５の
光路を通行車両７がしゃ断することによシ軸重検出器１
の位置に該通行車両７がさじか＼ったことを検出する。

６は速度計で車両７の速度検出を行うものである。

図に示したように、軸重測定装置の＠重検出器１は路面
に埋設されており、また軸重検出器１の４個のひずみゲ
ージ式ロードセル２はホイーストンブリッジを形成させ
であるので、載荷板３上に車両の車輪が差しか＼るとそ
の車軸の荷重が載荷板３下の各≠−≠祷ロードセル２に
加わシ、これらの抵抗値が変ゎシ、ホイーストンブリッ
ジのバランスが変化する結果、軸重量に対応した電気信
号に変換され２軸車の場合、通常走行においては第３図
に示すような波形が検出される。その結果Ｐ、ｍ　、　
Ｐ２ｍで示すような前輪、後輪の最大軸重値とパルス幅
Ｔ、、Ｔ。

が検出される。

第４図は軸重検出器の上を通常走行する車両のタイヤが
通過する場合、タイヤ接地面の長さと軸重検出器の長さ
関係と最大軸重値が検出されるタイヤ位置を示す断面図
で、１０はタイヤ。

ｔはタイヤ接地面の長さ、Ｌは軸重検出器の車両走行長
であシ、第１図と同一のものは同一符号で示しである。

第４図は右方から進入したタイヤ１０が第３図に示すよ
うじ軸重値を増加させつつ、軸重ビーク値Ｐ８ｍまだは
ｐ、ｍを発生させる付近に来たことを示している。この
軸重検出器１０車両走行長りはタイヤ接地面長ｔより犬
であシ、その大きさはひずみゲージ式ロードセル２の感
度によるが、走行車両７の速度、タイヤ形状、軸重検出
器の埋設状態によシ異なるが、ひずみゲージ式ロードセ
ル２が高感度の場合、通常の使用状態で４０　ｍｇ　〜
１００ｍ５＋のＴＩｔＴ！　に示されるパルス幅となる
。又、第３図点線で示す理想的（真値）な軸重波形に重
畳しく　Ｐ、ｒｎ−ＰＩｔ）あるいは（Ｐ２ｍ−Ｐｚｔ
）の軸重測定誤差を発生する０ この誤差は、軸重検出器が重量計として応答性に優れて
いる程一般的には大きく走行車両の重量測定を難しくし
ていた。この走行車両の誤要 差のｌ因となる有害な撮動成分は、路面の凹凸や車両の
ブレーキのかけ方等による車両自身の振動が原因で真の
軸重Ｗｔ　に重畳された形で変動し、軸重検出器の検出
する軸重Ｗは、フーリエ級数展開して したがって、軸重波形を観測し、走行車両による振動分
析を繰シ返し実駿すれば正しい軸重Ｗｔ　を推定するこ
とが出来る。

しかしながら実用上問題点となる点は、第５図に示す様
な波形が頻発することである。これは、車両軸輪のジャ
ンプ、雨や凍結による車両のスリップが原因で、この様
な特殊走行時は第３図に示す様な波形に比べ、検出され
る最大軸重値ｐ　、　ｔ／　、　ｐ　２ｔ／、パルス幅
Ｔ、”　、　Ｔ、’は小さな値となる。即ち、ＰＨｔ′
＜ＰＨｔ　、　Ｐ２ｔ’　＜　Ｐｚｔ　。

Ｔ＋　′＜Ｔ＋　ｔ　Ｔｚ’　＜　Ｔ２が成立つ。

第６図は、第５図に示すような軸重波形の場合のタイヤ
位置の１例を示すもので符号は第４図と同一である。

このため、第５図の様な特殊走行時の波形を除去するた
め、従来は第４図の車両走行長りを数ｍとるか、軸重検
出器を相ｍｌ後して複数個を一定間隔で設置した。しか
しこれらの方法は、（１）　軸重検出器が多数必要とな
るが、長大となシ埋設費用、保守面での負担が大きすぎ
る。

（２）通常走行での軸重は６１す定出来ても、特殊走行
時、例えば軸重検出器の性能を上まわる速度、上限３０
　ｈｔ／　ｈに対し４０ｂｎ、／ｈで通過しても補正す
ることなく重量値を出力してしまう。

等の欠点のため重量を用いた料金収受システムの実用化
を難しくしていた。

本発明は、このような従来の重量測定装置の欠点を除去
し、走行車両の軸重検出部上の通過形態による影響を補
正し、料金収受に必要な車両重量が正確に測定出来るよ
うにし、かつ料金収受に必要な車両の前、後、進、先行
車両と後とする。

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第７図は、本発明に使用する補正曲線で、速度ｖｌ　＋
Ｖ２　＊ＶＳ　ｓＶ４の関係はｖ４．　＞ｖｓ　）　ｖ
２　）ｖｌである。

真の軸重Ｗｔ　に車両振動成分が重畳してフーリエ級数
によ請求められる軸重Ｗは軸重検出器を通過する走行車
両の通過形態によシ異なるが、料金収受に必要な精度（
例えば＝ヒエ０チ）、実用上の問題という観点にたてば
通過速度とその時、得られるパルス幅の２つの要因によ
り傾向値的に定まる。すなわち、 （１）通過速度は、速度ｖ　＝　Ｏの静止状態を考えれ
ば、通過速度が大きい程車両振動成分が重畳され検出さ
れる軸重Ｗは大となる。

（２）パルス幅は、第７図でＴ。以上のノ々ルス幅が得
られた時はひずみゲージ式ロードセル２が充分応答した
第３図に示すような通過形態をと考えて良く、Ｔｏ以下
のパルス幅の時は、第５図のような通過形態と考えられ
、この場合、ひずみゲージ式ロードセル２は不充分な応
答であるが、検出される軸重Ｗはその特待られるパルス
幅に比例する０ 上記のことから、あらかじめ真の重量Ｗｔ　がわかって
いる車両を用い種々の形態で走行させて通過形態に応じ
た実験的なデータ収集を行い、サンプリングすれば第７
図の様な補正曲線が得られる。

例えば、 単位　係数 単位係数は第７図においては重量係数ｄで真の軸重Ｗｔ
　に対する検出された軸重Ｗの比、即ち、Ｗ／Ｗｔであ
る。

又、実用上重量検出器を３０＆／ｈ以下で通過するのが
通常であるが、８０Ｊｅａ／ｈで通過させた場合、ある
いは重量検出器直前で急ブレーキをかけ意図的に車両を
ジャンプさせた場合は、得られるパルス幅が小さくなシ
、例えば第７図Ｔｃ　以下のパルス幅となる。

この様な通過形態は実用１希であシ、このような時はア
ラーム信号等を出力し、人手にょシ、１を未満、３を未
満＋　８　を未満、１２を未満。

１２ｔ　以上といった設定釦を目視にょシ押下げれば料
金収受上業務的に差しつかえない。

したがって、第７図に示す補正曲線が得られれば、近似
的に真の軸重をめることが可能である。

第８図は本発明の重量測定装置全体の一実施例の構成を
示すブロック図で、１１はホイートストンブリッジを組
んだ第１図に示した軸重検出器１と同様の軸重検出器、
１２は軸重検出器１１よシの信号を増幅する増幅器、１
３はこの増幅器１２よシの信号をＡ／Ｄ　変換するＡ／
］）変換器、１４はこのＡ／ｌ）変換器１３よシのデー
タ信号を時系列に蓄積し、フーリエ級数に展開した最大
値を検出する最大値検出回路、１５は前記増幅器１２よ
りの信号よシパルス幅を検出するパルス幅検出回路で１
１．１２，１３゜Ｊ４，１５で軸重検出装置を構成する
。１６は車両の速度検出を行う速度計、１７はこの速度
計１６よシの信号を一定時間間＠（例えば１０ｍ５等）
ごとにディジタル化して出力する速度検出回路でこれら
１６．７７で速度検出装置を構成する。１８は車両検知
部、１９は車両判別回路で、車両通過路を介してアイラ
ンド上に投受光器を対向して配設した車両検知用の車両
検知部１８の投受光器によ多形成される光路の遮へいに
よシ、車両通過オン状態のパルス信号を出力する回路で
あシ、これら１８．１９で車両判別装置を構成する。２
０は実験的にめた第７図に示す補正曲線を記憶している
補正回路、２ノは最大値検出回路１４の出力信号に対１
７、パルス幅検出回路１５の出力信号と速度検出回路１
７よシの出力信号に対応して補正回路２０よシ得られる
データを用い演算によシ補正して近似的真値の軸重をめ
るようにし、車両判別回路１９がオン状態の間、各軸輪
に対し、各々軸重量め積算して車両の重量を出力するか
あるいは演算途中に演算不可能な状態（速度オーバ。

パルス幅が極小）あるいは機器の故障等の場合アラーム
信号を出力する重量演算用の演算回路で、２０．２１で
重量演算装置を構成する。

次に上記構成の本装置の作用について説明する。本装置
は軸重検出器１１．車両検知部１８の投受光器、速度計
１６は第１図、第２図と同じ配設形態としである。

このような本装置においては、車両が進入して来て車両
の先端が車両検知部１８の投受光器の形成する光路をし
ゃ断した時点でこのしゃ断によシ車両検知部１８は車両
を検知し、車両判別回路１９に検知出力を与える。

これによシ車両判別回路１９は前記車両検知部１８が車
両検知している期間、すなわち、光路しゃ断が続く間、
車両通過中を示すパルス信号（例えばＩｔ　ＨＩＩレベ
ルの信号）を出力して演算回路２１に与える〇 一方、車両検知部１８の投受光器設置位置近傍には速度
計１６が設けられており、この速度計１６は該車両検知
部１８の投受光器位置近傍での上記車両の速度を検出し
てその検出出力を速度検出回路１７に送る。するとこの
速度検出回路１７はこの検出出力よシ速度データをめ、
これを演算回路２１に与える。

また、車両のタイヤが軸重検出器１１の載荷板を踏圧す
るとその踏圧電量に応じホイートストンブリッジを形成
した軸重検出器１ノのロードセルから出力が発生し、こ
の出力は増幅器１２によシ増幅されてパルス幅検出回路
１５及びＡ／Ｄ変換器１３に送られる。

これによシパルス幅検出回路１５は車両が載荷板を踏圧
した際の形態に対応して軸重検出器１ノの出力する信号
のパルス幅を検出し、データとして演算回路２１に送る
。

また、Ａ／ｌ）変換器１３は軸重検出器１ノの検出軸重
に対応した信号をＡ／Ｄ　変換してディジタル化した後
、最大値検出回路１４に与える。

す°ると最大値検出回路１４はこのディジタル化された
データ信号を受けてこれを時系列に蓄積し、フーリエ級
数に展開して最大値を検出し、演算回路２ノに与える。

ここで最大値を検出するのは軸重検出器１１の載荷板上
を車軸が通過する際、タイヤの位置が載荷板の中央に来
るまでは正しい軸重を反映した出力とならず、低い値を
示すためで、従って最大値を検出することによシ正しい
軸重を反映した出力を得るようにする。すると演算回路
２ノは車両判別回路１９がオン状態の間、前記パルス幅
検出回路１５の検出パルス幅と速度検出回路１７よ多出
力される所定時間刻み毎の車両速度データに基づき、第
７図の関係で予め補正データを記憶しである補正回路２
０の対応データを読み出し、この補正データで前記最大
値検出回路１４の出力データを補正する。そして、この
補正後のデータを軸重量の検出データとしてａｉｌ記通
過車両の通過完了までの間、蓄積する。すなわち、二軸
車であれば前軸と後軸の二軸分の上記検出データが軸重
検出器１１の通過に対応してそれぞれ前後し且つ軸重に
独立して順次得られることから投受光器の光路しゃ断の
間に該順次得られた検出データを蓄積（積算）して上記
光路しゃ断が解消された時点でこの積算した検出データ
を上記通過車両のｉｔデータとして出力する。

これによって車両の通行形態に影響されることなく正し
い車両重量の測定が行える。重量デ−タの出力が終ると
次の車両が車両検知部１８の光路をしゃ断する時点まで
の間にシステムのリセットが行われる。

また、演算回路２１は車両の速度オーバやパルス幅極小
などのために演算が不可能となった場合やシステムを構
成している機器の故障などの振動による軸重変動と通過
形態にょるＩｌηむ重変動を補正して料金収受に必要な
正しい重量値を確実に得ることができるようになシ、又
重量測定不可能な時あるいは機械故障時はアラームを出
し、手動設定をうながすことにょ多重量による料金収受
を可能とするものである。

尚、車両の前、後進は速度検出回路１７が一定時間間隔
で前号出力していることにょシ、前進は車両の速度信号
が発生したのちにパルス幅検出回路１５の信号が検出さ
れるが、後進の場合、速度信号とパルス幅信号が同時と
なることから、速度検出回路１７とパルス幅検出回路１
５との信号出力タイミングで判１所出来る。又通過重量
の惚累計を７１１労する等の糾古１処Ｐｒも可能となる
ことも容易に推Ｃ１１ｌ出来る。

また、本発明は上証し、旧つ南面に示す実施例に限定す
ることなくその要旨を変更しない範囲内で適宜変形して
実施し得るものであり、例えば軸重検出器は用いる検出
素子としてロードセルのみに特定さ」するもので）：ｉ
ない。

以上詳述したように本発明は車両通過路の所定位置を車
両が通過する間、車両検出出力を発生する車両判別手段
と、上記所定位置通過時の車両の速度を検出する速度検
出手段と、車両通過路の上記所定位置における路面に敷
設され、車輪の踏圧を受けてその重量に応じた信号を発
生する軸重検出手段と、この軸重検出手段の出力信号を
受け、そのパルス幅を検出するパルス幅検出手段と、上
記軸重検出手段の出力信号の最大値を検出する最大値検
出手段と、予めめた車両速度と１ｉｉ１重検ｌｉｔ手段
の出力信号のパルス幅に基づく車両重量の補正係数を保
持する手段と、上；Ｃ車両検出出力を受けている間ｊ二
１いて上記速度検出手段の検出速度と検出パルス幅に対
応する補正係数を上記１１０正係数保持手段より得ると
共に１゛１り記最大値庖この補正係数で補正して・１（
（１重をめ、・：曲毎のｉ！１１重値を積算して車両型
１予のデータを得る演算手段とより構成し、所定位置に
車両が到達するとこれを検出して該所定位置を通過完了
するまでの間、車両の検出出力を発生させ、また、この
位置を通過する際の車両の速度を検出し、まだ該位置の
路面上に設置した車軸重量検出用の手段によシ該通過車
両の車Ｉｌ！ｉ１１重者の検出出力を得、この車軸重量
の検出出力のパルス幅と最大値を得ると共に予め得だ車
両の、速度と上記パルス幅に基づく補正係数のうち上記
検出速度とパルス幅に対応する補正係数を得て、これに
より前記最大値を補正し、上記車軸の重量データとし、
且つ前記通過完了までの間に順次得られる各Ｉ軸重の重
量データを積算して車両重量のデータを得るようにした
ので、車両の走行形態に応じて変化する軸重の検出値を
その走行形態に応じて補正することができ、この補正さ
れた値より正しい１１両重量が得られるので、有料道路
等において車両重量別料金体系をとる場合の自動重量測
定が可能となり、従って、自動利金収受システム等の実
現が可能になる他、従来、走行１１７両の軸重測定を行
う場合、車両の振動分による重ｆｉｔ変動を重縫割のみ
で吸収しようとしていたため、重４．■（が大きくなる
かあるいは複数台必要とし、しかも不正確であったのを
小形で正確、旧つ重量計は一台で済むようになり、また
軸筋に検出出力が得られるので軸数情報（２軸車、３軸
Ｉｆ　、　４軸車等）も得ることができ軸数をも含めた
料金体系に対処することができる等の特徴を有する車両
重量測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は車両重量測定装置のシステムレイアウトを示す
図、第２図は第１図の平面図、第３図は通常走行時の２
軸車両が軸重検出器を通過した時の軸重波形、第４図は
通常走行時の軸重検出器上を通過する場合の最大値検出
タイヤ位置とタイヤ接地面と軸重検出器の長さとの関係
を示す断面図、第５回は特殊走行時の２軸車両７図は本
発明に用いろ補正曲線の説明図、第８図は、本発明の重
量測定装置の一実施例のブロック図である。 １・・・埋設用外枠、２・・・ひずみゲージ式ロードセ
ル、３・・・載荷板、４・・・投光器、５・・・受光器
、６・・・速度計、７・・・走行車両、８・・・走行車
両の前輪、９・・・走行車両の後輪、１０・・・走行車
両のタイヤ、１ノ・・・Ｓ＋重検出器、１２・・・増幅
器、１３・・・Ａ／Ｄ　変換器、１４・・・最大値検出
回路、１５・・・パルス幅検出回路、１６・・・速度計
、１７・・・速度検出回路、１８・・・車両検知器、１
９°°°車両判別回路、２０・・・補正回路、２１・・
・演算回路。 出願人復代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 鞠醸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車両通過路の所定位置を車両が通過する間、車両検出出
   力を発生する車両判別手段と、上記所定位置通過時の車
   両の速度を検出する速度検出手段と、車両通過路の上記
   所定位置における路面に敷設され、車輪の踏圧を受けて
   その重量に応じた信号を発生する軸重検出手段と、この
   軸重検出手段の出力信号を受け、そのパルス幅を検出す
   るパルス幅検出手段と、上記軸重検出手段の出力信号の
   最大値を検出する最大値検出手段と、予めめた車両速度
   と軸重検出手段の出力信号のパルス幅：二基づく車両重
   量の補正係数を保持する手段と、上記車両検出出力を受
   けている間において上記速度検出手段の検出速度と検出
   パルス幅に対応する補正係数を上記補正係数保持手段よ
   シ得ると共に前記最大値をこの補正係数で補正して軸重
   をめ、軸重の軸重値を積算して車両重量のデータを得る
   演算手段とを備えて成る車両重量゛測定装置。