JPH11101683A

JPH11101683A - 走行車両の軸重測定方法

Info

Publication number: JPH11101683A
Application number: JP27947597A
Authority: JP
Inventors: Hisaharu Tottori; 久治鳥取; Kengo Fukuda; 謙吾福田
Original assignee: OYO KEISOKU KOGYO KK
Current assignee: OYO KEISOKU KOGYO KK
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: JP3621816B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】走行車両の軸重測定方法に於て、走行中の車
両の正確な静止荷重値を推定できるようにする。【解決手段】軸重測定装置１は、路面30に埋設される
軸重検出器３と、車両２を１台ずつ判別する車両検知器
４と、その軸重検出器３と車両検知器４からの信号を演
算処理する演算処理部５とプリンター14と警告表示器15
と、から成り、走行中の車両２の変動軸重値を所定の微
小サンプリング時間毎に多数回計測して各車軸40毎の変
動軸重値データ列とする。変動軸重値データ列を演算し
て走行中の車両２の変動成分の周波数を推定する。次
に、その周波数を演算して共通位相を推定する。さら
に、その周波数と共通位相を用いて各車軸40の変動成分
の振幅と静止軸重値を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行車両の軸重測
定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高速道路等で使用される車両の軸
重測定装置では、走行中の車両の各軸重を順次計測して
いた。走行中の車両は上下に振動しているため、各軸重
を計測することは、静止時の軸重値に動的な変動量を加
味した値を計測していることになる。従来の軸重測定装
置は、静止時の軸重値を動的な変動量に対応して推定す
るような手段は有していなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、軸重測定装
置の載荷板の長さは車両の走行方向に約760 mmであり、
荷重変換器（ロードセル）の間隔は660 〜670 mm程度の
ものがほとんどである。車両が料金所を通過する速度は
20km/h程度が限度であり、タイヤの接地幅を250mmと仮
定すれば、タイヤが完全に載荷板に載っている時間（計
測時間）は、0.09秒程度となる。また、計測に影響を及
ぼしている車両の路面に与える接地圧変動の周波数（変
動成分の周波数）は、３Hz付近であることが経験上分か
っている。従って、変動の波形を正弦波とすると、１周
期の３分の１程度しか計測できないことになる。そし
て、従来の軸重測定装置では、一軸重だけの計測結果か
ら軸重値を推定していたため、静止軸重値を推定するの
は不可能であった。

【０００４】そこで、本発明は、上述の問題を解決し
て、走行中の車両の静止荷重値を正確に推定できる走行
車両の軸重測定方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明に係る走行車両の軸重測定方法は、走行中の
車両の変動軸重値を所定の微小サンプリング時間毎に多
数回計測して各車軸毎の変動軸重値データ列とし、該変
動軸重値データ列を演算して走行中の上記車両の変動成
分の周波数を推定し、次に、その周波数をもとに車体の
変動成分の位相である共通位相を推定し、さらに、その
周波数と共通位相を用いて各車軸の変動成分の振幅と目
的である静止軸重値を推定する。

【０００６】また、走行中の車両の変動軸重値を所定の
微小サンプリング時間毎に多数回計測して各車軸毎の変
動軸重値データ列とし、該変動軸重値データ列を演算し
て走行中の上記車両の変動成分の周波数を推定し、次
に、その周波数をもとに車体の変動成分の位相である共
通位相を推定し、さらに、その共通位相を演算して各車
軸の変動成分の振幅を推定し、その後、推定した結果過
大な振幅について振幅制限を行って、その後、各車軸の
変動成分の振幅を推定して、上記車両の静止軸重値を推
定する。

【０００７】また、走行中の車両の変動軸重値を所定の
微小サンプリング時間毎に多数回計測して各車軸毎の変
動軸重値データ列とし、該変動軸重値データ列を演算し
て走行中の上記車両の変動成分の周波数を推定し、次
に、その周波数を演算して各車軸毎に変動成分の位相と
振幅及び、目的である静止軸重値を推定する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図示の実施の形態に基き本
発明を詳説する。

【０００９】図１に於て、１は軸重測定装置であり、こ
の軸重測定装置１は、路面30に埋設される軸重検出器３
と、車両２を１台ずつ判別する車両検知器４と、その軸
重検出器３と車両検知器４からの信号を演算処理する演
算処理部５とプリンター14と警告表示器15と、から成
る。軸重検出器３は、車両２の車輪２ａを受ける載荷板
と車輪２ａから受ける荷重（軸重）を各車軸40毎に検出
する図示省略のロードセルを内有する。

【００１０】演算処理部５は、軸重検出器３からの信号
を受けるＡＤ変換器６と、そのＡＤ変換器６からの信号
と車両検知器４からの信号を受けて車両２の車軸数を検
出する車軸数検出手段７と、軸間の時間を検出する軸間
時間検出手段８と、車軸数検出手段７，軸間時間検出手
段８及びＡＤ変換器６からの信号を受けて各車軸40毎の
離散化した荷重信号を演算処理して各車軸40毎の変動軸
重値データ列とする荷重信号前処理手段９と、荷重信号
前処理手段９にて算出された変動軸重値データ列を演算
して軸重変動の周波数を推定する周波数推定手段10と、
周波数推定手段10から送られる推定周波数と変動軸重値
データ列を演算して、車体の共通位相を推定する共通位
相推定手段11と、共通位相推定手段11から送られる推定
共通位相と推定周波数を用いて変動軸重値データ列を演
算して軸重変動の振幅と静止軸重値を推定する振幅・静
止軸重値推定手段12と、振幅・静止軸重値推定手段12か
ら送られる静止軸重値から（静止軸重値の合計等の算出
方法により）静止荷重値を算出すると共にその値が許容
重量値を越えたか否かの判定を行う後処理手段13と、か
ら成る。

【００１１】また、演算処理部５の後処理手段13に、軸
重値や車両重量値等を印刷するプリンター14と、静止荷
重値が許容重量値を越えた場合に警告表示をする警告表
示器15と、許容重量値を越えた車両２の写真撮影を行う
写真撮影器16とを、電気的に接続する。なお、後処理手
段13と写真撮影器16に電送処理手段17を電気的に接続
し、その電送処理手段17に中央監視手段18が通信回線等
の接続線を介して接続してもよい。そのようにすれば、
集中管理が可能となる。

【００１２】ところで、軸重測定装置の載荷板の長さは
車両２の走行方向に約760 mmであり、荷重変換器（ロー
ドセル）の間隔は660 〜670 mm程度のものがほとんどで
ある。車両２が料金所を通過する速度は20km/h程度が限
度であり、タイヤの接地幅を250 mmと仮定すれば、タイ
ヤが完全に載荷板に載っている時間（計測時間）は、0.
09秒程度となる。また、計測に影響を及ぼしている車両
２の路面30に与える接地圧変動の周波数（変動成分の周
波数）は、３Hz付近であることが経験上分かっている。
従って、変動の波形を正弦波とすると、１周期の３分の
１程度しか計測できないことになる。

【００１３】本発明の走行車両の軸重測定方法は、この
ような１周期に満たない変動成分を有する変動軸重デー
タ列から静止軸重値（静止時の重量値）を正確に推定す
る方法である。即ち、各車軸の軸重値の変動量は剛体で
ある車体の振動影響を受けている事を考えて、一載荷板
で僅かな時間で計測している各軸重の変化を一車両分捕
らえ、計測している一車両分の路面に与えている接地圧
の波形（周波数、位相、振幅）を推定することにより、
静止軸重値を推定するものである。

【００１４】しかして、図１のブロック図と図２のフロ
ーチャート図を参照しつつこの走行車両の軸重測定方法
を説明する。先ず、車両検知器４が車両２を検出して軸
重検出器３により走行中の車両２の軸重値の測定を開始
する。このとき、所定の微小サンプリング時間毎に多数
回計測する。そして、荷重信号前処理手段９にて、車輪
２ａが軸重検出器３の載荷板に完全に載っているときの
データのみを抽出して多数の離散化した軸重値データか
ら成る変動軸重値データ列とする。また、車軸数もカウ
ントしておく。必要があればフィルタリング・平滑化等
を用いて信号雑音を除去しておく。

【００１５】次に、周波数推定手段10にて、変動成分の
周波数を推定する。これを詳しく説明すると、荷重信号
前処理手段９からの変動軸重値データ列の各データを、ｙ_m(k) ｍ＝1,2,…，N k ＝0,1,2 … とする。Ｎは軸数、ｍは軸番号、ｋは一軸毎のサンプリ
ング数である。ｙ_m(k)は変動成分ｆ_m(k) 、静止軸重
値Ｓ_m（静的成分）の和として次のように表すことがで
きる。ｙ_m(k) ＝ｆ_m(k) ＋Ｓ_m

【００１６】ここで、ｆ_m(k) は持続的振動であると仮
定し、ｆ_m(k) を定係数差分方程式で表現し、その振動
成分を推定する。第ｍ軸の軸重検出器出力の定係数ｎ次
差分方程式は次の数式１のようになる。

【００１７】

【数１】

【００１８】静的成分Ｓ_i≠Ｓ_j，ｉ≠ｊであるので、
差分により、その影響を除くと、次の数式２のようにな
る。

【００１９】

【数２】

【００２０】そして、次の数式３を満たすパラメータ
｛ａ₁,ａ₂,…, ａ_n｝を線形最小２乗法により当てはめ
る。

【００２１】

【数３】

【００２２】上記当てはめにより得られたパラメータ
｛ａ₁,ａ₂,…, ａ_n｝により、各軸の変動成分ｆ_m(k)
に共通な特徴である定係数線形差分方程式は、次の数式
４のようになる。

【００２３】

【数４】

【００２４】さらに、 (1−ａ₁ ・Ｚ^-1−ａ₂ ・Ｚ^-2−…−ａ_p・Ｚ^-n) ｙ(k)
＝０となり、この差分方程式の特性方程式は、 1−ａ₁ ・Ｚ^-1−ａ₂ ・Ｚ^-2−…−ａ_p・Ｚ^-n＝０となる。

【００２５】上述の数式４の特性方程式の解をＰ_i、i
＝1,2,…，ｎとすると、（Ｚ−Ｐ₁ ）（Ｚ−Ｐ₂ ）…（Ｚ−Ｐ_n）＝０となる。これらの解の中で、ｚ平面の上半面に位置する
解は、｛Ｐ_i｜Ｐ_i＝ａ_i＋ｊｂ_i，ｂ_i＞0,ｉ∈（1,2,…,
n）｝となり、この解の位相を周波数成分とみなす。即ち、サ
ンプリングの周期（微小サンプリング時間）をＴとする
と、｛ω_i＝∠Ｐ_i／Ｔ｝が、車体の振動成分の周波数
であるとみなす。つまり、この｛ω_i＝∠Ｐ_i／Ｔ｝の
周波数を、上述の演算手法を用いて周波数推定手段10に
て演算・推定する。

【００２６】なお、３本の車軸40…を有する車両２の変
動成分の周波数の推定手順を図３と図４のグラフ図にて
簡単に説明すると、図３に示すように、車両前端の第１
軸の変動軸重値データ列を示すグラフ線19と、その次の
第２軸に対応するグラフ線20と、後端の第３軸に対応す
るグラフ線21の夫々について、前記数式１に示した定係
数差分方程式を当てはめて、図４に示すように差分・オ
フセット分をキャンセルし、周波数を推定する。なお、
図４に於て、22は第１軸の変動成分のグラフ線、23は第
２軸の変動成分のグラフ線、24は第３軸の変動成分のグ
ラフ線である。

【００２７】次に、共通位相推定手段11にて、共通位相
を推定する。ここで、走行中の車両２の運動は、前述の
変動軸重値データ列に含まれているため、共通の時間軸
をとれば各振動成分ω_iの位相ψ_iは各車軸40で共通の
はずである。先ず、変動軸重値データ列の平均値と差分
を計算する。各車軸40毎の振幅の大きさは、各軸重量に
比例するので振幅の大きさを合わせる。つまり、差分デ
ータ列を変動軸重値データ列の平均値Ｓ′_mで除す。厳
密には、Ｓ′_m≠Ｓ_mであるが、この時点ではＳ_mは未
知であるので、Ｓ′_m≒Ｓ_mと考えて、振幅をほぼ同じ
高さ（大きさ）にする。それを数式で表すと次の数式５
のようになる。

【００２８】

【数５】

【００２９】上記数式５のｙ_m ^d(k) の回帰式を次の数
式６とする。

【００３０】

【数６】

【００３１】上記数式６に於て、Ｓ_min＝０となるよう
に拘束式を加えることにより回帰式の当てはめ精度の向
上を図る。即ち、Ｖ_min＝Ｓ_min という条件を付加する。ただし、Ｖ_minは十分小さい値
であり、０としても差し支えない。そして、数式６の正
規方程式を構成し、その正規方程式にて｛Ａ_i，Ｂ_i｝
を導く。そして位相ψ_iは、 ψ_i＝ tan^-1（Ｂ_i／Ａ_i）となる。

【００３２】以上がピッチングのないバウンシングのみ
の共通位相推定方法であるが、走行中の車両２にはピッ
チングが現れる。これを考慮するため、前記数式６にお
ける車両検知器４の出力の推定式をバウンシングの位相
とピッチングの位相を考えて、数式６の代わりにピッチ
ングを考慮した回帰式にて位相ψ_iを推定する。その回
帰式は次の数式７となる。

【００３３】

【数７】

【００３４】この数式７から正規方程式（記載省略）を
構成し、その正規方程式にて｛Ａ_i，Ｂ_i｝と、次の数
式８を導く。そしてピッチングを考慮した共通位相ψ_i
を推定する。即ち、この共通位相ψ_iを、上述の計算方
法に基づいて共通位相推定手段11にて演算・推定する。

【００３５】

【数８】

【００３６】なお、３本の車軸40…を有する車両２の変
動成分の共通位相推定手順を図４と図５のグラフ図にて
簡単に説明すると、図４に示すように変動軸重値データ
列の差分・オフセット分をキャンセルし、次に、図５に
示すように、静的成分（変動軸重値データ列の平均値）
にて規制化して振幅の高さをほぼ同一にすることによ
り、共通位相（各軸に共通する位相）を推定する。な
お、図５に於て、25は第１軸に対応するグラフ線、26は
第２軸に対応するグラフ線、27は第３軸に対応するグラ
フ線である。

【００３７】次に、振幅・静止軸重値推定手段12にて、
各軸の変動成分の振幅を推定する。ここまでに、周波数
と共通位相が推定されており、（ω_i，ψ_i），i ＝1,
2,…，ｐは既知であるから、次の数式９に示した式(15)
について線形最小２乗法で当てはめを行う。

【００３８】

【数９】

【００３９】具体的には上記数式９より正規方程式（記
載省略）を構成し、その正規方程式にて振幅と各軸重の
静的成分を推定する。つまり、周波数推定手段10から送
られる周波数と共通位相のデータを振幅・静止軸重値推
定手段12にて、数式９について線形最小２乗法を適用す
る。

【００４０】なお、３本の車軸40…を有する車両２の変
動成分の共通位相推定手順を図６のグラフ図にて簡単に
説明すると、破線にて示すグラフ線28は周波数推定手段
10にて推定した周波数ωと共通位相推定手段11にて推定
した共通位相ψを有するサインカーブであり、その共通
位相ψに合わせて、第１軸（グラフ線19）、第２軸（グ
ラフ線20）と、第３軸（グラフ線21）の夫々について振
幅と軸重の静的成分を車軸毎に推定する。

【００４１】その後、後処理手段13にて、静止荷重値を
算出する。つまり、静止軸重値Ｓ_mが得られているの
で、静止荷重値Ｗは、次の数式10のようになる。

【００４２】

【数10】

【００４３】また、後処理手段13は、軸重値または荷重
値を後段の装置に出力する。

【００４４】上述のように、この走行車両の軸重測定方
法によれば、走行中の車両２の静止時の重量（静止荷重
値）を高精度に推定することができる。従って、高速道
路の料金所等における車重の超過の判定を精度よく行う
ことができる。また、軸重を検出するための載荷板やロ
ードセル等の部品（軸重検出器３）として、従来から使
用されていたものをそのまま利用できるという利点があ
る。

【００４５】なお、図１〜図６にて説明した軸重測定方
法では、軸重値を精度良く測定することができない場合
がある。

【００４６】これに対応するため、一旦、数式９で表さ
れる各車軸40の変動成分の振幅を推定した後、過大な振
幅について振幅制限を行って、その後、各車軸40の変動
成分の振幅を推定して、車両２の静止軸重値を推定す
る。

【００４７】例えば、第３軸の振幅が過大であった場
合、最大振幅をとるべき第２軸の振幅を基準として、静
的成分の代用として、平均値法で得られた平均値Ｓ′_m
を使用して、制限式Ａ₃ ＝Ａ₂ ・Ｓ′₃ ／Ｓ′₂ を正規方程式に追加して振幅の制限を行った後、再度振
幅の推定を行って、静止軸重値を推定する。

【００４８】また、ピッチングが顕著なときは、数式９
の合成の前段階の形である次の数式11において、Ａ₃ ＝Ａ₂ ・Ｓ′₃ ／Ｓ′₂ Ｂ₃ ＝Ｂ₂ ・Ｓ′₂ ／Ｓ′₃ を正規方程式に追加し、同様の再推定を行えばよい。た
だし、数式11におけるＡ_iはバウンシングの振幅，Ｂ_i
はピッチングの振幅である。

【００４９】

【数11】

【００５０】また、予期せぬ車両の挙動により、振幅制
限を行っても、静止軸重値が信頼できないことがあるた
め、静止軸重値の推定にあたって、変動軸重値データ列
の平均値Ｓ′_mをそのまま代用するのも安全策として好
ましい。

【００５１】具体的には、振幅の推定と共に得られる静
止軸重値について（静止軸重値−平均値）／平均値≧Ｒとなった場合に、推定静止軸重値として平均値を採用す
ればよい。ここで、Ｒは定数であり、例えば、Ｒ＝0.25
とするのが好ましいが、それ以外の数値としても良い場
合がある。

【００５２】次に、本発明に係る走行車両の軸重測定方
法の他の実施の形態について説明する。この場合、図７
のフローチャート図に示すように、先ず、変動軸重値デ
ータ列を作成し、その後、変動成分の周波数を推定し、
次に、その周波数を演算して各車軸40毎に変動成分の位
相と振幅及び静止軸重値を推定する。

【００５３】この軸重測定方法に於て、変動軸重値デー
タ列の作成と変動成分の周波数の推定は、図１〜図４に
て説明した方法と同様の方法にて行う。しかして、各車
軸40毎の変動成分の位相と振幅の推定方法を説明する
と、既に、変動成分がｐ個の周波数成分をもつことが分
かっていると仮定し、軸重計の出力の推定値ｙ′_m(k)
をｐ個の正弦波で次の数式12として表現する。

【００５４】

【数12】

【００５５】これを最小２乗法を用いて、次の数式13の
値となるように、パラメータ｛Ａ_i，Ｂ_i，Ｓ_m｝，ｉ
＝１，２，…，ｐを推定する。Ｓ_mは第ｍ軸の静的成分
（静止軸重値）である。即ち、当てはめにより各軸毎に
変動成分の位相と振幅及び静止軸重値を同時に推定す
る。

【００５６】

【数13】

【００５７】この測定方法によれば、走行車両のピッチ
ングやバウンシングの関係を考慮する必要が無く、演算
を簡素化できる。

【００５８】なお、本発明によれば、車軸の本数が３本
の場合以外にも、適用可能であり、２本，４本，５本は
勿論のこと、６本以上の整数本であっても適用できる。

【００５９】

【発明の効果】本発明は上述の構成により、次のような
著大な効果を奏する。

【００６０】請求項１記載の走行車両の軸重測定方法に
よれば、走行中の車両２の静止時の重量（静止荷重値）
を高精度に推定することができる。従って、高速道路の
料金所等に於て、車重の超過等の判定を精度よく行うこ
とができる。また、軸重を検出するための載荷板やロー
ドセル等の部品として、従来から使用されていたものを
そのまま利用できるという利点がある。また、ピッチン
グやバウンシングの関係を考慮した静止荷重値を推定で
きる。

【００６１】請求項２記載の走行車両の軸重測定方法に
よれば、走行中の車両２の静止荷重値を一層高精度に推
定することができる。従って、車重の超過等の判定を一
層精度よく行うことができる。

【００６２】請求項３記載の走行車両の軸重測定方法に
よれば、走行中の車両２の静止時の重量（静止荷重値）
を高精度に推定することができる。従って、高速道路の
料金所等に於て、車重の超過等の判定を精度よく行うこ
とができる。また、軸重を検出するための載荷板やロー
ドセル等の部品として、従来から使用されていたものを
そのまま利用できるという利点がある。また、ピッチン
グやバウンシングの関係を考慮する必要が無く、演算を
簡素化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】軸重測定装置とそれに接続される機器を説明す
るブロック図である。

【図２】本発明の走行車両の軸重測定方法の実施の一形
態のフローチャート図である。

【図３】３軸の車両の変動軸重値データ列を説明するグ
ラフ図である。

【図４】周波数の推定方法を説明するグラフ図である。

【図５】共通位相の推定方法を説明するグラフ図であ
る。

【図６】振幅の推定方法を説明するグラフ図である。

【図７】本発明の走行車両の軸重測定方法の他の実施の
形態のフローチャート図である。

【符号の説明】

２車両 40 車軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行中の車両２の変動軸重値を所定の微
小サンプリング時間毎に多数回計測して各車軸40毎の変
動軸重値データ列とし、該変動軸重値データ列を演算し
て走行中の上記車両２の変動成分の周波数を推定し、次
に、その周波数をもとに車体の変動成分の位相である共
通位相を推定し、さらに、その周波数と共通位相を用い
て各車軸40の変動成分の振幅と静止軸重値を推定するこ
とを特徴とする走行車両の軸重測定方法。
【請求項２】走行中の車両２の変動軸重値を所定の微
小サンプリング時間毎に多数回計測して各車軸40毎の変
動軸重値データ列とし、該変動軸重値データ列を演算し
て走行中の上記車両２の変動成分の周波数を推定し、次
に、その周波数をもとに車体の変動成分の位相である共
通位相を推定し、さらに、その共通位相を演算して各車
軸40の変動成分の振幅を推定し、その後、過大な振幅に
ついて振幅制限を行って、その後、各車軸40の変動成分
の振幅を推定して、上記車両２の静止軸重値を推定する
ことを特徴とする走行車両の軸重測定方法。
【請求項３】走行中の車両２の変動軸重値を所定の微
小サンプリング時間毎に多数回計測して各車軸40毎の変
動軸重値データ列とし、該変動軸重値データ列を演算し
て走行中の上記車両２の変動成分の周波数を推定し、次
に、その周波数を演算して各車軸40毎に変動成分の位相
と振幅及び静止軸重値を推定することを特徴とする走行
車両の軸重測定方法。