(57)【要約】  本発明の重心検知装置（１００）は、貨物を搭載可能な、牽引車両により牽引される車両（１１、１２）と、この車両（１１、１２）の走行時の車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する揺動検知器（１４）と、演算ユニット（１５）と、を備え、演算ユニット（１５）は、上述の揺れに相関する物理量に基づいて車両（１１、１２）の３次元空間上の重心位置を導くように構成されている。
2008062867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両と、
前記車両の走行時の前記車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する揺動検知器と、
演算ユニットと、を備え、
前記演算ユニットは、前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記車両の３次元空間上の重心位置を導く、重心検知装置。
【請求項２】
前記車両は、前記貨物を搭載可能なコンテナと、前記コンテナを載せるコンテナシャーシとからなるコンテナ貨物車両である請求項１記載の重心検知装置。
【請求項３】
前記自重方向の揺れが、前記コンテナ貨物車両の重心を質点とした上下方向の往復運動に対応し、前記幅方向の揺れが、前記コンテナ貨物車両の車軸中心を支点とし、前記コンテナ貨物車両の重心を質点とした左右方向の単振子運動に対応する場合、
前記物理量は、前記往復運動の周波数と、前記単振子運動の周波数および前記単振子運動の中心角度と、を含み、
前記演算ユニットは、前記単振子運動の周波数に基づいて前記コンテナの走行方向についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導くとともに、前記往復運動の周波数、前記単振子運動の周波数および前記単振子運動の中心角度に基づいて、前記走行方向に垂直な断面についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導く請求項２記載の重心検知装置。
【請求項４】
前記コンテナシャーシの走行方向の前部近傍と前記牽引車両との間で、両者を幅方向にスイング移動可能に連結する円盤形の連結部材を備え、
前記コンテナシャーシは、前記コンテナの幅方向に延びて、前記コンテナの走行方向の後部近傍を支える横梁を含み、
前記演算ユニットは、前記揺動検知器の出力データを、前記単振子運動の周波数と振幅との間の相関を表すローリングデータに変換して、前記ローリングデータを基にして、前記横梁に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する第１の前記単振子運動の周波数と、前記連結部材に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する第２の前記単振子運動の周波数と、前記コンテナ貨物車両の重心に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する第３の前記単振子運動の周波数と、を取得し、
前記第１、第２および第３の単振子運動の周波数に基づいて前記走行方向についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導く請求項３記載の重心検知装置。
【請求項５】
前記演算ユニットは、前記揺動検知器の出力データを、前記単振子運動の周波数と振幅との間の相関を表すローリングデータに変換して、前記ローリングデータを基にして、前記コンテナ貨物車両の重心に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する前記単振子運動の周波数を取得し、
前記揺動検知器の出力データを、前記往復運動の周波数と振幅との間の相関を表すピッチングデータに変換して、前記ピッチングデータを基にして、前記往復運動の最大振幅に対応する前記往復運動の周波数を取得し、
前記揺動検知器の出力データから前記単振子運動の振幅の経時データをサンプリングし、前記経時データの平均値を前記単振子運動の中心角度として取得し、
前記単振子運動の周波数、前記往復運動の周波数および前記単振子運動の中心角度に基づいて、前記走行方向に垂直な断面についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導く請求項３記載の重心検知装置。
【請求項６】
前記コンテナ貨物車両の自重方向および幅方向の揺れは、前記コンテナ貨物車両の路面の直進走行時に、前記路面の凹凸に応じて前記コンテナ貨物車両に与えられる外乱による運動である請求項２乃至５の何れかに記載の重心検知装置。
【請求項７】
前記揺動検知器は、前記牽引車両に配置されてなり、角速度の感度軸が前記自重方向および前記幅方向に調整された角速度センサを備える請求項２乃至５の何れかに記載の重心検知装置。
【請求項８】
貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両と、
演算ユニットと、を備え、
前記演算ユニットは、前記車両の３次元空間上の重心位置および前記車両が走る曲路の曲率半径を取得し、前記３次元空間上の重心位置を用いて、前記曲率半径に応じた前記車両の前記曲路における横転限界速度を導く、横転限界速度予測装置。
【請求項９】
前記演算ユニットは、前記車両の走行方向に垂直な断面についての前記車両の重心位置を用いた、前記車両の旋回外輪を中心として前記車両が回転に至る場合の前記車両の速度と前記曲率半径との関係を表す第１の式と、前記車両の走行方向についての前記車両の重心位置を用いた、前記牽引車両と前記車両との間の連結点を中心として前記車両が回転に至る場合の前記車両の速度と前記曲率半径との関係を表す第２の式と、に基づいて、前記横転限界速度を導く、請求項８記載の横転限界速度予測装置。
【請求項１０】
前記車両は、前記貨物を搭載可能なコンテナと、前記コンテナを載せるコンテナシャーシとからなるコンテナ貨物車両である請求項８または９記載の横転限界速度予測装置。
【請求項１１】
前記車両の走行時の前記車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する揺動検知器を備え、
前記演算ユニットは、前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記３次元空間上の重心位置を導く、前記請求項８乃至１０の何れかに記載の横転限界速度予測装置。
【請求項１２】
前記曲率半径の無線情報を受信して、前記無線情報を前記演算ユニットに与える受信機を備える請求項８乃至１１の何れかに記載の横転限界速度予測装置。
【請求項１３】
貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両と、
演算ユニットと、を備え、
前記演算ユニットは、前記貨物が搭載された車両の３次元空間上の重心位置および前記貨物が搭載されていない車両の３次元空間上の重心位置を取得し、前記２つの重心位置を用いて前記貨物の重量を導く、貨物重量予測装置。
【請求項１４】
前記車両は、前記貨物を搭載可能なコンテナと、前記コンテナを載せるコンテナシャーシとからなるコンテナ貨物車両である請求項１３記載の貨物重量予測装置。
【請求項１５】
前記演算ユニットが、前記２つの重心位置、前記コンテナ貨物車両の走行方向における前記コンテナの長さ、および、前記貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量に基づいて、前記走行方向のみを考慮した前記貨物の見かけの重量を導き、
前記２つの重心位置、前記コンテナ貨物車両の幅方向における前記コンテナの長さ、および、前記貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量に基づいて、前記幅方向のみを考慮した前記貨物の見かけの重量を導き、
前記２つの重心位置、前記コンテナ貨物車両の自重方向における前記コンテナの長さ、および、前記貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量に基づいて、前記自重方向のみを考慮した前記貨物の見かけの重量を導き、
前記３方向の貨物の見かけの重量に基づいて、前記貨物の正味の重量を導く、請求項１４記載の貨物重量予測装置。
【請求項１６】
前記車両の走行時の前記車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する揺動検知器を備え、
前記演算ユニットは、前記貨物が搭載された車両の前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記貨物が搭載された車両の３次元空間上の重心位置を導くとともに、
前記貨物が搭載されていない車両の前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記貨物が搭載されていない車両の３次元空間上の重心位置を導く、請求項１３乃至１５の何れかに記載の貨物重量予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貨物を搭載可能な、牽引車両により牽引される車両の重心検知装置および横転限界速度予測装置並びに貨物重量予測装置に係り、更に詳しくは、牽引車両に牽引輸送されるコンテナ貨物車両の３次元空間上の重心位置を求める技術、および３次元空間上の重心位置を用いて曲路における車両の横転限界速度、貨物の重量を求める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際間の輸出入により商取引されるコンテナ貨物は、国内流通網においては、コンテナごとコンテナシャーシと称される台車に載せられ、このコンテナシャーシを牽引可能なトラクタや機関車等の牽引車両により牽引輸送されている。
ところで、上述のコンテナ貨物は、通常は、コンテナ内の積載状態を未確認のまま輸送されることから、従来からコンテナ輸送車両による様々な不都合が社会的に問題視されている。例えば、コンテナ内の貨物の偏荷重に依拠した、コンテナの扉開封時の貨物の荷崩れ落下やコンテナ輸送車両の曲路における走行不安定といった事態が社会問題に発展するに至っている。
その一方で、四輪トラック等の車両の貨物積載の状態を計測する技術や貨物の積載異常への対処法が既に種々提案されている。
例えば、電子制御の制動装置(ブレーキ制御装置)を有するトレーラ(上記コンテナシャーシに相当)の制動方法に関する従来技術がある（特許文献１参照）。本従来技術により、狭い曲線車道又は高速自動車道路出口の車両転倒が防止される。
また、トラックのローリング周波数を測定することにより、車両の前後の長手方向(走行方向)の慣性モーメント、質量および傾斜を導く従来技術がある（特許文献２参照）。本従来技術によれば、車両の慣性モーメント、質量および傾斜が一義的に計算でき、例えば車両の転倒可能性を事前に予知している。
また、アーティキュレート式ダンプトラックが、停止時に積載している土砂等を排出するためにダンプボディを上げた際に、偏荷重による傾斜が原因となって生じる転倒を防ぐことを意図した従来技術がある（特許文献３参照）。
また、トラックの荷台に積載される貨物の重量を荷台の表面に敷き詰められた感圧センサによって、トラックの荷台の静的な荷重分布を２次元平面的に求める従来技術がある（特許文献４参照）。本従来技術によれば、トラックの部分的積載重量超過や積載重量不均衡などの積載異常を計数的、客観的に検知することになり、貨物の荷崩れや車両転倒が未然に防止される。
また、トラックの荷台下部に姿勢制御装置を設けることにより、トラックが曲路を曲がった際の遠心力をセンサにより感知して、荷台の姿勢制御装置を操作させて、その遠心力に打ち勝てるよう荷台を自動的に傾斜させる従来技術がある（特許文献５参照）。
また、荷台の前後左右の水平面上の荷重分布および傾斜または曲路走行時の横加速度を計測することにより、トラックの荷台に積載された貨物の上下方向の重心の位置を導く従来技術がある（特許文献６参照）。本従来技術によれば、予め特定の車両により特定の積載状態で貨物を荷台に積み、直線路と曲路など異なるいくつかの路面を試験走行させ、そこで得られた傾斜値や横加速度値を計測して貨物の積載状態と路面の状況の相違による上下方向の重心の位置の行列データベースを作ることができる。このため、そのデータベースを実際の車両の運行時に携行し、貨物の積載状態ごとに荷重分布と傾斜の値を行列データベースに入力することにより、上下方向の重心の位置が推定できる。
【特許文献１】特開２００５−３１３８７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２８４２７号公報
【特許文献３】特開２０００−３０２０６３号公報
【特許文献４】特開平５−２１３１０８号公報
【特許文献５】特開平５−１２４５４３号公報
【特許文献６】特開２００１−９７０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本件発明者は、積載状態が不明なコンテナ貨物の偏荷重により、コンテナ輸送車両が引き起こす社会問題（例えば車の横転）を抜本的に解決する技術開発に取り組んでいる。この技術開発の過程において、コンテナ貨物車両についての３次元空間上の重心位置（以下、必要に応じて「３次元重心位置」と略す）の重要性および有益性に着目した。つまり、このようなコンテナ貨物車両の３次元重心位置は、コンテナ貨物の偏荷重の度合いを直接に反映する貴重なデータであり、これが正確に求まれば、コンテナの扉開封時の貨物の荷崩れ落下やコンテナ輸送車両の曲路における不安定走行の未然防止に資することができる。
例えば、このようなコンテナ貨物車両の３次元重心位置が正確に求まれば、コンテナ貨物車両が走る曲路の曲率半径に応じたコンテナ貨物車両の横転限界速度を適切に予測演算できるようになる。また、コンテナ貨物車両の３次元重心位置が正確に求まれば、コンテナ貨物の重量を適切に予測演算でき、ひいては、コンテナ貨物の過積載を予測できるようになる。
なお、本明細書において、コンテナ貨物車両とは、牽引車両以外のコンテナ輸送車両の部分、つまり、貨物を搭載可能なコンテナと、このコンテナを載せるコンテナシャーシ（台車）とからなる車両を指すものとする。
そして、鋭意研究の結果、補正係数等の理論的根拠を欠くデータを導入することなく、論理的な力学理論に基づいた、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両（例えば上述のコンテナ貨物車両）の３次元重心位置の導出法を見出すことに成功した。また、牽引車両に牽引される車両（例えば上述のコンテナ貨物車両）の３次元重心位置を用いた、上述の車両の横転限界速度の導出法を見出すことにも成功した。更には、牽引車両に牽引される車両（例えば上述のコンテナ貨物車両）の３次元重心位置を用いた、貨物の重量の導出法を見出すことにも成功した。これらの導出法は、後程詳しく解説する。
また、後述の定式化の内容から容易に理解されるとおり、これらの導出法の理論は、互いに独立して完結している。よって、車両の３次元重心位置の導出法としての独自の利用価値があり、車両の横転限界速度の導出法としての独自の利用価値があり、貨物の重量の導出法としての独自の利用価値がある。
なお、以上に述べた各従来技術は、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両の３次元重心位置の重要性すら、認識してなく、何れの従来技術も参酌に値しない。
第１の本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両の３次元重心位置を適切に導ける重心検知装置を提供することを目的とする（第１の課題）。【０００４】
また、第２の本発明は、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両の３次元重心位置を用いて、車両が走る曲路の曲率半径に応じた車両の横転限界速度を適切に導ける、横転限界速度予測装置を提供することを目的とする（第２の課題）。【０００５】
また、第３の本発明は、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両の３次元重心位置を用いて、当該貨物の重量を適切に導ける、貨物重量予測装置を提供することを目的とする（第３の課題）。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記第１の課題を解決するため、第１の本発明は、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両と、前記車両の走行時の前記輸送車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する揺動検知器と、演算ユニットと、を備え、
前記演算ユニットは、前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記車両の３次元空間上の重心位置を導く、重心検知装置を提供する。【０００７】
このような車両の一例は、前記貨物を搭載可能なコンテナと、前記コンテナを載せるコンテナシャーシとからなるコンテナ貨物車両である。
このようなコンテナ貨物車両の３次元重心位置は、積載状態が不明な貨物の、偏荷重の度合いを直接に反映する貴重なデータであり、例えば、これにより、コンテナの扉開封時の貨物の荷崩れ落下やコンテナ輸送車両の曲路における不安定走行の未然防止に資することができる。
特に第１の本発明によれば、補正係数等の理論的根拠を欠くデータを導入することなく、論理的な力学理論に基づき車両の３次元重心位置が導かれており、その演算結果の信頼性は極めて高い。
ところで、物体の重心運動の定式化には、一般的に、質点系の力学の問題として捉える方法と、剛体系の力学の問題として捉える方法と、がある。
本件発明者は、車両（ここでは、コンテナ貨物車両を例にとる）の運動を、コンテナ貨物車両の重心を質点とした質点系の力学の問題として捉えた。そして、これにより、コンテナ貨物車両の重心の運動を規律する運動方程式が、コンテナ輸送業務の実情に照らして極めて好都合な式に整理できることに気がついた。
よって、第１の本発明は、このような知見に基づいて案出されたものであり、第１の本発明の重心検知装置の一例は、前記自重方向の揺れが、前記コンテナ貨物車両の重心を質点とした上下方向の往復運動に対応し、前記幅方向の揺れが、前記コンテナ貨物車両の車軸中心を支点とし、前記コンテナ貨物車両の重心を質点とした左右方向の単振子運動に対応する場合、前記物理量は、前記往復運動の周波数と、前記単振子運動の周波数および前記単振子運動の中心角度と、を含み、前記演算ユニットは、前記単振子運動の周波数に基づいて前記コンテナの走行方向についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導くとともに、前記往復運動の周波数、前記単振子運動の周波数および前記単振子運動の中心角度に基づいて、前記走行方向に垂直な断面についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導くよう、構成された装置である。
つまり、上述の物理量には、コンテナ輸送車両の弾性係数およびコンテナ貨物車両の重量が含まれない。そして、このことは、弾性係数および重量の計測に費やされる膨大な手間を省くことを可能にするとともに、コンテナ輸送車両のメーカ、年式および老朽度等不確定要因に関係なく、任意のコンテナ輸送車両（つまり、不特定多数の牽引車両と、不特定多数のコンテナシャーシと、不特定多数のコンテナとの間の任意の組合せ）への本技術の普遍的な適用を容易にする。
より詳しくは、前記コンテナシャーシの走行方向の前部近傍と前記牽引車両との間で、両者を幅方向にスイング移動可能に連結する円盤形の連結部材を備え、前記コンテナシャーシは、前記コンテナの幅方向に延びて、前記コンテナの走行方向の後部近傍を支える横梁を含み、前記演算ユニットは、前記揺動検知器の出力データを、前記単振子運動の周波数と振幅との間の相関を表すローリングデータに変換して、前記ローリングデータを基にして、前記横梁に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する第１の前記単振子運動の周波数と、前記連結部材に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する第２の前記単振子運動の周波数と、前記コンテナ貨物車両の重心に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する第３の前記単振子運動の周波数と、を取得し、前記第１、第２および第３の単振子運動の周波数に基づいて前記走行方向についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導く装置であっても良い。【０００８】
また、前記演算ユニットは、前記揺動検知器の出力データを、前記単振子運動の周波数と振幅との間の相関を表すローリングデータに変換して、前記ローリングデータを基にして、前記コンテナ貨物車両の重心に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する前記単振子運動の周波数を取得し、前記揺動検知器の出力データを、前記往復運動の周波数と振幅との間の相関を表すピッチングデータに変換して、前記ピッチングデータを基にして、前記往復運動の最大振幅に対応する前記往復運動の周波数を取得し、前記揺動検知器の出力データから前記単振子運動の振幅の経時データをサンプリングして、前記経時データの平均値を前記単振子運動の中心角度として取得し、前記単振子運動の周波数、前記往復運動の周波数および前記単振子運動の中心角度に基づいて、前記走行方向に垂直な断面についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導く装置であっても良い。
また、前記コンテナ貨物車両の上下方向（自重方向）および幅方向の揺れは、前記コンテナ貨物車両の路面の直進走行時に、前記路面の凹凸に応じて前記コンテナ貨物車両に与えられる外乱による運動であっても良い。
これにより、コンテナ貨物車両を通常の車の流れに合わせて任意走行（好ましくは直進走行）させれば、重心検知装置は、コンテナ貨物車両の３次元重心位置の演算できる。よって、演算用データ取得作業が簡易に行え、曲路走行時のデータを取る必要もなく好適である。
更に、前記揺動検知器は、前記牽引車両に配置されてなり、角速度の感度軸が前記自重方向および前記幅方向に調整された角速度センサを備えても良い。
これにより、コンテナ貨物車両の３次元重心位置の演算には、牽引車両の適所に角速度センサを、簡易な手段（接着剤接合やボルト止め；不図示）により僅か１個、配置すれば足りる。言い換えれば、コンテナ輸送業務に取り扱われる多量のコンテナおよびコンテナシャーシには、何等の措置も施す必要がなく好適である。
また、上記第２の課題を解決するため、第２の本発明は、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両と、演算ユニットと、を備え、
前記演算ユニットは、前記車両の３次元空間上の重心位置および前記車両が走る曲路の曲率半径を取得し、前記３次元空間上の重心位置を用いて、前記曲率半径に応じた前記車両の前記曲路における横転限界速度を導く、横転限界速度予測装置を提供する。
なお、演算ユニットによる車両の３次元空間上の重心位置の取得の具体的な方法としては、上述の第１の本発明の重心検知装置を利用しても良いが、これに限らない。例えば、作業者自身が、車両に貨物を搭載する場合には、作業者は、車両の３次元空間上の重心位置を測定できる。この場合、演算ユニットは、作業者による重心位置入力操作により、当該車両の３次元空間上の重心位置を取得できる。
このような横転限界速度は、車両が横転に至るか否かの基準速度であり、これにより、車両の曲路における不安定走行の未然防止に資することができる。
ところで、本件発明者は、車両が曲路を走行する場合、この車両の走行方向に垂直な断面おける車両の回転運動とは独立して、車両の自重がかかる方向の面内の回転運動が同時に作用して、これらの運動力が偶然かつ瞬間的に車両を傾かせる方向に一致してしまう場合があることを見出した。このため、車両の曲路走行時の異常走行状態の適切な定式化には、車両の走行方向に垂直な断面についての車両の重心位置および車両の走行方向についての車両の重心位置の取得、つまり、上述のとおり、車両の３次元空間上の重心位置の特定が必須であると考えられる。
よって、前記演算ユニットは、前記車両の走行方向に垂直な断面についての前記車両の重心位置を用いた、前記車両の旋回外輪を中心として前記車両が回転に至る場合の前記車両の速度と前記曲率半径との関係を表す第１の式と、前記車両の走行方向についての前記車両の重心位置を用いた、前記牽引車両と前記車両との間の連結点を中心として前記車両が回転に至る場合の前記車両の速度と前記曲率半径との関係を表す第２の式と、に基づいて、前記横転限界速度を導いても良い。
これにより、補正係数等の理論的根拠を欠くデータを導入することなく、論理的な力学理論に基づき車両の横転限界速度を導くことができ、演算結果の信頼性は極めて高い。
前記車両の一例は、前記貨物を搭載可能なコンテナと、前記コンテナを載せるコンテナシャーシとからなるコンテナ貨物車両である。【０００９】
また、前記車両の走行時の前記車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する揺動検知器を備え、
前記演算ユニットは、前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記３次元空間上の重心位置を導いてもよい。
これにより、この３次元空間上の重心位置をもとにして、横転限界速度の導出に必要な各種の重心関連データ（詳細は後述）を演算でき、これらの重心関連データの測定の手間が省けるとともに、高精度なデータが得られる。更に、車両内の積載状態を未確認のまま輸送される場合（例えば、国際間の輸出入により商取引されるコンテナ貨物の場合）であっても、当該重心関連データを得ることができる。
また、前記曲率半径の無線情報を受信して、前記無線情報を前記演算ユニットに与える受信機を備えてもよい。
これにより、演算部ユニットは、受信機を用いて、車両が走る予定の曲路の曲率半径の無線情報を、例えば、地域のＩＴＳから自動的に取得でき、曲路の曲率半径の取得に費やされる手間を省ける。
また、上記第３の課題を解決するため、第３の本発明は、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両と、演算ユニットと、を備え、
前記演算ユニットは、前記貨物が搭載された車両の３次元空間上の重心位置、および、前記貨物が搭載されていない車両の３次元空間上の重心位置を取得し、これらの２つの重心位置を用いて前記貨物の重量を導く、貨物重量予測装置を提供する。
なお、演算ユニットによる車両の３次元空間上の重心位置の取得の具体的な方法としては、上述の第１の本発明の重心検知装置を利用しても良いが、これに限らない。例えば、作業者自身が、車両に貨物を搭載する場合には、作業者は、上述の２つの重心位置を測定できる。この場合、演算ユニットは、作業者による重心位置入力操作により、当該車両の３次元空間上の重心位置を取得できる。
このような貨物の重量の取得により、車両への貨物の過搭載状態を適切に知ることができ、これにより、車両の不安定走行や貨物荷崩れ落下の未然防止に資することができる。
なお、前記車両の一例は、前記貨物を搭載可能なコンテナと、前記コンテナを載せるコンテナシャーシとからなるコンテナ貨物車両である。
また、前記演算ユニットが、前記２つの重心位置、前記コンテナ貨物車両の走行方向における前記コンテナの長さ、および、前記貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量に基づいて、前記走行方向のみを考慮した前記貨物の見かけの重量を導いてもよい。【００１０】
また、前記演算ユニットが、前記２つの重心位置、前記コンテナ貨物車両の幅方向における前記コンテナの長さ、および、前記貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量に基づいて、前記幅方向のみを考慮した前記貨物の見かけの重量を導いてもよい。【００１１】
また、前記演算ユニットが、前記２つの重心位置、前記コンテナ貨物車両の自重方向における前記コンテナの長さ、および、前記貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量に基づいて、前記自重方向のみを考慮した前記貨物の見かけの重量を導いてもよい。
そして、前記演算ユニットが、前記３方向の貨物の見かけの重量に基づいて、前記貨物の正味の重量を導いてもよい。
これにより、補正係数等の理論的根拠を欠くデータを導入することなく、論理的な質点系の力学理論に基づきコンテナ貨物の見かけの重量や正味の重量を導くことができ、重量演算の信頼性は極めて高い。
また、前記車両の走行時の前記車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する揺動検知器を備え、
また、前記演算ユニットは、前記貨物が搭載された車両の前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記貨物が搭載された車両の３次元空間上の重心位置を導くとともに、
前記貨物が搭載されていない車両の前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記貨物が搭載されていない車両の３次元空間上の重心位置を導いてもよい。
これにより、これらの重心位置の測定の手間が省けるとともに、高精度なデータが得られる。更に、車両内の積載状態を未確認のまま輸送される場合（例えば、国際間の輸出入により商取引されるコンテナ貨物の場合）であっても、当該重心位置を得ることができる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１２】
第１の本発明によれば、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両の３次元重心位置を適切に導ける重心検知装置が得られる。
また、第２の本発明によれば、牽引車両に牽引される車両の３次元重心位置を用いて、車両が走る曲路の曲率半径に応じた車両の横転限界速度を適切に導ける、横転限界速度予測装置も得られる。【００１３】
また、第３の本発明によれば、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両の３次元重心位置を用いて、当該貨物の重量を適切に導ける、貨物重量予測装置も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態の重心検知装置の構成例を示した概略図である。
【図２】図２は、第１実施形態の重心検知装置中の揺動検知器および演算ユニットの内部構成の一例を示したブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態の重心検知装置によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法を説明する模式図である。
【図４】図４は、第１実施形態の重心検知装置によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法を説明する模式図である。
【図５】図５は、第１実施形態の重心検知装置によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法を説明する模式図である。
【図６】図６は、第１実施形態の重心検知装置による３次元重心位置の検知ルーチンを示したフローチャートである。
【図７】図７は、横軸に周波数（Ｈｚ）をとり、縦軸に振幅（角速度）をとって、ローリング周波数／振幅分布の一例を示した図である。
【図８】図８は、横軸に周波数（Ｈｚ）をとり、縦軸に振幅（角速度）をとって、ピッチング周波数／振幅分布の一例を示した図である。
【図９】図９は、横軸に時間（秒）をとり、縦軸にローリング角度をとって、ローリング振幅の経時変化の一例を示した図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態による横転限界速度予測装置の構成例を示した概略図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態による横転限界速度予測装置中のデータ検出部および演算ユニットの内部構成の一例を示したブロック図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の横転限界速度予測装置によるコンテナ貨物車両の横転限界速度の導出法を説明する模式図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態の横転限界速度予測装置によるコンテナ貨物車両の横転限界速度の導出法を説明する模式図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態の横転限界速度予測装置によるコンテナ貨物車両の横転限界速度の予測動作を示したフローチャートである。
【図１５】図１５は、第２検証実験の検証実験用トレーラトラックのタコメータの記録画面の写真を示した図である。
【図１６】図１６は、横軸に曲率半径をとり、縦軸に検証実験用コンテナ貨物車両の横転限界速度をとって、両者の関係を示した図である。
【図１７】図１７は、第３実施形態の貨物重量予測装置の構成例を示した概略図である。
【図１８】図１８は、第３実施形態の貨物重量予測装置によるコンテナ貨物車両の前後方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量の導出法を説明する模式図である。
【図１９】図１９は、第３実施形態の貨物重量予測装置によるコンテナ貨物車両の左右方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量の導出法を説明する模式図である。
【図２０】図２０は、第３実施形態の貨物重量予測装置によるコンテナ貨物車両の上下方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量の導出法を説明する模式図である。
【図２１】図２１は、第３実施形態の貨物重量予測装置によるコンテナ貨物の重量の予測動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００１５】
１０  トラクタ
１１  コンテナ
１２  コンテナシャーシ
１３  カプラ
１４  揺動検知器
１４ａ  角速度センサ
１４ｂ  Ａ／Ｄ変換器
１１４  データ検出部
１１４ｃ  アンテナ
１１４ｄ  受信機
１５、１１５  演算ユニット
１５ａ、１１５ａ  演算部
１５ｂ、１１５ｂ  記憶部
１５ｃ、１１５ｃ  操作設定／表示部
２０  前横梁
２１  後横梁
５０  トレーラトラック（コンテナ輸送車両）
１００  重心検知装置
１００Ａ  貨物重量予測装置
１１０  横転限界速度予測装置
２０１  垂直中心ライン
２０２  車軸位置ライン
２０７  水平中心ライン
２０４  路面
２０４ｃ  曲路
２０５  サスペンション
２０６  ローリング中心ライン
３００  旋回外輪の外端
Ｅ  連結点
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい第１、第２および第３実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の重心検知装置の構成例を示した概略図である。図１（ａ）は、この重心検知装置を、コンテナ貨物車両の幅方向（側面）から見た図であり、図１（ｂ）は、この重心検知装置を、コンテナ貨物車両の後側から見た図である。【００１７】
なお、以下に述べる説明の便宜上、図面において、コンテナ貨物車両の自重のかかる方向を「上下方向」とし、コンテナ貨物車両の幅方向を「左右方向」とし、コンテナ貨物車両の走行方向を「前後方向」とする。【００１８】
重心検知装置１００は、図１（ａ）に示す如く、コンテナ輸送車両５０と、コンテナ貨物車両の走行時の上下方向および左右方向の揺れを検知する揺動検知器１４と、演算ユニット１５と、を備える。
このようなコンテナ輸送車両５０の典型的な一形態は、トラクタを牽引車両とするトレーラトラックである。よって、本実施形態（後述の第２および第３実施形態も同じ）では、世界的な標準仕様の４０フィートの海上コンテナを搭載したコンテナシャーシをトラクタにより牽引するトレーラトラック輸送を例にとり、コンテナ輸送車両５０の構成および動作の説明を行う。但し、以下に述べる技術は、このコンテナ輸送車両５０に限らず、鉄道貨車等、他の輸送形態の車両にも適用可能である。【００１９】
トレーラトラック５０は、図１（ａ）に示す如く、コンテナ貨物（不図示）を搭載可能な直方形のコンテナ１１と、コンテナ１１を載せる台車としてのコンテナシャーシ１２と、コンテナシャーシ１２と連結してコンテナシャーシ１２を牽引または駆動させるトラクタ１０（牽引車両）と、を備える。このトラクタ１０は、コンテナシャーシ１２に連結する円盤形のカプラ１３（連結部材；後述）を有し、これにより、両者がカプラ１３を介して左右方向にスイング可能なように連結されている。
なお、本実施形態（後述の第２実施形態も同じ）の検知技術は、理論上、コンテナ１１へのコンテナ貨物の積載の有無に拘わらず適用可能であることから、本明細書においては、上述のコンテナ１１とは、コンテナ貨物積載の有無を問わないものとする。【００２０】
また、図１に示されたトレーラトラック５０の形態は、飽くまで一例に過ぎず、本実施形態（後述の第２および第３実施形態も同じ）の検知技術は、様々なタイプのトレーラトラックに対して適用できる。
図２は、本実施形態の重心検知装置中の揺動検知器および演算ユニットの内部構成の一例を示したブロック図である。
上述の揺動検知器１４は、トレーラトラック５０の左右方向の中央であって、トラクタ１０側の輸送業務に支障の無い場所（例えばカプラ１３の近傍）に固着されている。上述の演算ユニット１５は、トラクタ１０の運転室内の適所に配置されている。そして、両者は、適宜のデータ入出力ポート（不図示）を介して有線通信や無線通信等によりデータ送信可能なように接続されている。【００２１】
揺動検知器１４は、図２に示すように、トレーラトラック５０の走行時のコンテナ貨物車両の上下方向および幅方向の揺れを検知するよう、角速度の感度軸が調整された２軸（２次元）の角速度センサ１４ａと、この角速度センサ１４ａから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１４ｂと、を備える。
なお、このＡ／Ｄ変換器１４ｂによりデジタル化された角速度信号の大きさは、トレーラトラック５０の走行時のコンテナ貨物車両の上下方向または幅方向の揺れの角速度に比例している。２軸の角速度センサ１４ａには、例えば水晶音叉式のセンサや振動式のセンサがあるが、これに限らない。この角速度センサ１４ａに替えて、３軸（３次元）の角速度センサを用いても良く、速度センサを用いても良い。また、ここでは、揺動検知器１４の使用の際の利便性に配慮して、Ａ／Ｄ変換器１４ｂ内蔵型の揺動検知器１４を例示しているが、このＡ／Ｄ変換器１４ｂを外付けにしても良い。更には、揺動検知器１４には、フィルタ（不図示）やアンプ（不図示）等の各種の信号処理回路が内蔵されているが、これらは慣用技術であり、ここでは、詳細な説明は省く。
また、演算ユニット１５は、図２に示すように、マイクロプロセッサ等からなる演算部１５ａと、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）やＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等からなる記憶部１５ｂと、操作設定／表示部１５ｃと、を備える。このような演算ユニット１５としては、ノートブックタイプのパーソナルコンピュータ等の情報携帯端末がある。
記憶部１５ｂは、演算部１５ａに接続され、コンテナ貨物車両の３次元重心位置を適切に導くための演算プログラムや、当該演算に必要な各種の入力用の定数（後述）を記憶している。【００２２】
演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている演算プログラムに従って動作し、例えば、後述のとおり、揺動検知器１４（Ａ／Ｄ変換器１４ｂ）から出力されたデジタル信号に基づいてコンテナ貨物車両の３次元重心位置を導くことができる。
操作設定／表示部１５ｃは、上述の入力用定数の設定ボタンを配設した操作部（例えばキーボード；不図示）と、演算部１５ａから出力されたコンテナ貨物車両の３次元重心位置についての出力データを、作業者（運転者や同乗者）が認識できるように表示通知や音声通知する通報装置（例えば液晶パネル画面やスピーカ；不図示）と、を備える。
次に、コンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法について図面を参照しながら詳しく説明する。
図３、図４および図５は何れも、本実施形態の重心検知装置によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法を説明する模式図である。図３および図４は、トレーラトラックが走行する前後方向から見た図であり、図５は、トレーラトラックの自重のかかる上下方向から見た図である。
なお、図３、図４および図５では、重心検知装置１００の構成については、３次元重心位置の導出法を理解し易くなるように、簡略乃至省略して図示している。【００２３】
まず、図３および図４を用いて、コンテナ１１の前後方向（走行方向）に垂直な断面におけるコンテナ貨物車両の重心Ｗの位置を導く方法について説明する。
図３に示すように、コンテナ１１は、コンテナシャーシ１２に積載された状態では、トラクタ１０とコンテナシャーシ１２に配設されたサスペンション２０５（懸架装置；図４参照）の緩衝用弾性力（例えば空気圧やバネ力）に支えられ、路面２０４から一定の高さで中立する。この状態で、トレーラトラック５０が走行すると、タイヤが路面２０４の凹凸を踏み続けることにより、ランダムな外乱がサスペンション２０５を通してトレーラトラック５０の車体（コンテナ１１）に伝わる。このような外乱によって、トレーラトラック５０は、サスペンション２０５の弾性力、コンテナ貨物車両の総重量およびその重心位置に依存する固有の周期(周波数)を持つ運動に基づいて揺動する。そして、この運動は、コンテナ貨物車両の重心Ｗの上下方向の往復運動（正確には後述のトラクタ１０のピッチング）およびコンテナ貨物車両の重心Ｗの左右方向の単振子運動として揺動検知器１４により検知される。なお、本明細書において、サスペンション２０５とは、トレーラトラック５０の車体の路面２０４からの振動を緩衝できる部材を指し、例えば、車軸に連結されたバネ式の緩衝器の他、車軸の端に配されて空気が充填されているタイヤなども含むものとする。
前者の運動は、トラクタ１０のピッチングと呼ばれる挙動に対応する。コンテナ貨物車両が上下方向に往復運動すると、トラクタ１０とコンテナシャーシ１２とを連結するカプラ１３が上下に押される。カプラ１３の位置は、トラクタ１０の後方に存在するので、カプラ１３が上下に押されることにより、トラクタ１０の前部が逆に、浮き沈みする。このような現象が、トラクタ１０のピッチングである。つまり、コンテナ貨物車両の上下方向の往復運動が、カプラ１３を通じてトラクタ１０に伝わり、これにより、トラクタ１０のピッチングが起こる。
また、後者の運動は、トレーラトラック５０のローリングと呼ばれる挙動に対応する。
トレーラトラック５０には、通常、前後左右の車軸ごとにサスペンション２０５が取り付けているが、上下方向の往復運動および左右方向の単振子運動の挙動が同時に起きることから、力学上の弾性係数（バネ定数）を考慮するに当たり、簡易的に左右に一つずつ弾性体（バネ）があると仮定して挙動解析することが妥当であると考えられる。この仮定の妥当性は、後述の実車による第１検証実験により確認されている。【００２４】
なお、付言するに、上述の従来技術の中には、サスペンションの弾性係数の測定を前提として車両の慣性モーメント等固有量を判定する例（特許文献２）や試験走行時のサスペンションの強度を予めデータベース化する例（特許文献６）が提案されているが、これらの技術は、トレーラトラック５０については、コンテナ輸送業務の実情から見て役に立たない。
つまり、サスペンション２０５の弾性係数は、トラクタ１０とコンテナシャーシ１２のメーカ、車種、年代および老朽度により変化する一方で、これらのメーカ、車種、年代および老朽度の特定は事実上、コンテナ１１の輸送業務の実情に鑑みると不可能に近い。コンテナ１１の輸送業務では、不特定多数のトラクタ１０と不特定多数のコンテナシャーシ１２との間の任意の組合（事実上、無数の組合）からなるトレーラトラック５０により、コンテナ１１が日々輸送されている。このため、両者のメーカ、車種および年式を予め特定する有効な方策はなく、まして、双方の車両の老朽度などは特定不可能である。更に、トラクタ１０にはエアサスペンションが導入されているものがほとんどであることから、個々の車軸に配設されるサスペンション２０５の弾性係数は、牽引されるコンテナシャーシ１２上のコンテナ１１の積載状態、路面２０４の状況、および走行状況によって随時可変する場合もある。
また、上述の従来技術の中には、多数の検知器をコンテナ側シャーシ(本明細書のコンテナシャーシに相当)に配設することを前提とした技術（例えば特許文献１）もあるが、コンテナ輸送業務に取り扱われる多量のコンテナシャーシの数量に鑑みれば容易に想像できるとおり、このような方策は、コスト面で成り立たない。
まず、コンテナ貨物車両の重心Ｗを質点として、コンテナ貨物車両の重心Ｗの上下方向の往復運動の周期「Ｔ'」（トラクタ１０のピッチング周期に対応する周期）を定式化する。
図３に示すように、車両の左右に二つの弾性体の弾性力が存在すると考えると、コンテナ貨物車両の往復運動の固有周期は以下の式により表される。
【００２５】
【数１】
2008062867.tif 000003
【００２６】
この式において、「Ｔ'」はコンテナ貨物車両の重心Ｗの上下方向の往復運動の周期である。「ｋ」はサスペンション２０５の左右片方の弾性係数（バネ定数）である。「ｍ」はコンテナ貨物車両の重量であり、「π」は円周率である。【００２７】
次に、コンテナ貨物車両の重心Ｗを質点として、コンテナ貨物車両の重心Ｗの左右方向の単振子運動の周期「Ｔ」（トレーラトラック５０のローリング周期）を定式化する。
図４に示すように、コンテナ貨物車両のローリングは、コンテナ貨物車両の重心Ｗの車軸の中心（図４に示した垂直中心ライン２０１と車軸位置ライン２０２との交点）を支点とした左右方向の単振子運動であることから、コンテナ貨物車両のローリング中のローリング円の接線方向における回転モーメントの釣り合いから、以下の式が得られる。
【００２８】
【数２】
2008062867.tif 000004
【００２９】
この式において、「ｆ」はコンテナ貨物車両の重心Ｗに対しローリング円（回転円）の接線方向に与えられる力である。「θ」はローリング角である。「Ｌ」は車軸の中心からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの長さである。「ｂ」はコンテナ１１の荷重を支えている部分の長さであり、コンテナ１１毎に定められる定数である。「ｌ（スモールエル）」は車軸からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの上下方向の長さであり、図１（ｂ）に示す如くコンテナ１１の前後方向に垂直な断面におけるコンテナ貨物車両の重心Ｗの垂直方向の位置を表す値である。「ｓ」は車軸の中心からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの左右方向の長さであり、図１（ｂ）に示す如くコンテナ１１の前後方向に垂直な断面におけるコンテナ貨物車両の重心Ｗの水平方向の位置を表す値である。「ｘ」は左右のサスペンションの変位量である。「ｇ」は重力加速度である。
つまり、ここでの「ｌ」および「ｓ」が求まれば、コンテナ１１の前後方向（走行方向）に垂直な断面におけるコンテナ貨物車両の重心Ｗの位置を導ける。【００３０】
ここで、ｘ＝（ｂ／２）ｓｉｎθであるから、上述の回転モーメントの釣り合い式は、式（１）のように表すことができる。
【００３１】
【数３】
2008062867.tif 000005
【００３２】
また、この式（１）は、括弧内の三角関数を合成すれば、式（２）の如く展開される。なお、上述の式（２）において、三角関数の合成により得られるサイン関数の角度（θ＋Φ）のことを、ローリング角度θ'として表している。
【００３３】
【数４】
2008062867.tif 000006
【００３４】
ところで、コンテナ貨物車両の重心Ｗの水平方向の位置が垂直中心ライン２０１上に存在すれば、重心Ｗのローリング（単振子運動）の中心角度「α」はゼロになる。本明細書において、この中心角度「α」とは、図４に示すように、垂直中心ライン２０１とローリング中心ライン２０６との間のなす角を指す。
一方、上述の位置が左右の何れかに偏倚していれば（つまり、「ｓ」≠０であれば）、このローリングの中心角度「α」はゼロ以外の一定の値を持つようになる。このような状態で、トレーラトラック５０が停止すれば、その中心角度「α」を保ったまま傾斜して中立する。そこで、式（１）のθを、重心Ｗのローリングの中心角度「α」（言い換えれば、重心Ｗの静止時の傾斜角度）に置き換えることにより、重心Ｗがローリングの中心を通る場合またはトレーラトラック５０が停止する場合を想定して、式（３）が成り立つ。
【００３５】
【数５】
2008062867.tif 000007
【００３６】
この式において、「α」は、上述のとおり、コンテナ貨物車両の重心Ｗのローリングの中心角度であり、垂直中心ライン２０１とローリング中心ライン２０６とのなす角度である。
そこで、式（３）を、式（２）に代入して整理すれば、以下のような式になる。【００３７】
【数６】
2008062867.tif 000008
【００３８】
ところで、上述のローリング角度θ'は、高々、数度程度の微小な値であると想定される。よって、「θ'」が充分に微小値である場合の三角関数の特性（つまり、ｓｉｎθ'≒θ'の関係）から上述の式の「ｆ」を、以下の式のように記述できる。
【００３９】
【数７】
2008062867.tif 000009
【００４０】
この式形は、Ｌを半径とした振子の円運動の方程式と同値であることから、【００４１】
【数８】
2008062867.tif 000010
【００４２】
と書き直せる。【００４３】
ここで、「θ'」の位相を「ω」とおくと、【００４４】
【数９】
2008062867.tif 000011
【００４５】
となる。
また、トレーラトラック５０のローリング周期をＴとおくと、Ｔ＝２π／ωであることから、
【００４６】
【数１０】
2008062867.tif 000012
【００４７】
と書き直せる。
そして、Ｌ＝√（ｌ２＋ｓ２）であることから、最終的には、リーリング周期「Ｔ」について、以下の式が得られる。
【００４８】
【数１１】
2008062867.tif 000013
【００４９】
このようにして、コンテナ貨物車両の重心Ｗの上下方向の往復運動の周期「Ｔ'」およびコンテナ貨物車両の重心Ｗの左右方向の単振子運動の周期「Ｔ」が導かれる。
ところで、揺動検知器１４（角速度センサ１４ａ）により検知される角速度は、通常は、角度／時間に相当する角周波数（以下、「周波数」と略す）であり、この周波数は、周期の逆数（１／周期）で表される。そこで、重心Ｗの上下方向の往復運動の周期「Ｔ'」に対応する、トラクタ１０のピッチングの周波数を「ν’」とおき、重心Ｗの左右方向の単振子運動の周期「Ｔ」に対応するローリングの周波数を「ν」とおくと、上述の式は各々、
【００５０】
【数１２】
2008062867.tif 000014
【００５１】
と整理できる。
ここで、式（３）、（４）および（５）の比較から理解されるとおり、中心角度「α」、周波数「ν」および周波数「ν’」が既知である場合（つまり、演算ユニット１５が、揺動検知器１４を用いてこれらの値「α」、「ν」および「ν’」を特定できた場合）、未知数は「ｌ」、「ｓ」および「ｋ／ｍ」の３個であり、解析的に解ける。
まず、式（４）および（５）は各々、式（６）および（７）に展開される。【００５２】
【数１３】
2008062867.tif 000015
【００５３】
ここで、式（７）に、式（６）を代入すれば、式（８）が得られる。【００５４】
【数１４】
2008062867.tif 000016
【００５５】
同様に、式（３）に、式（６）を代入すれば、式（９）が得られる。【００５６】
【数１５】
2008062867.tif 000017
【００５７】
なおここで、式（９）を式（８）に代入して「ｌ」による二次方程式化すれば、式（１０）のように書き直される。
【００５８】
【数１６】
2008062867.tif 000018
【００５９】
ここで、「ｌ」の二次係数、一次係数および定数項を特定すれば、「ｌ」が求まり、それを式（９）に代入すれば「ｓ」も求まる。
このようにして、これらの式（８）、（９）および（１０）によれば、コンテナ１１の前後方向に垂直な断面におけるコンテナ貨物車両の重心Ｗの位置を表す値「ｌ」および「ｓ」のみを未知数とする単純な連立方程式の問題に帰着できることが分かる。この連立方程式では、サスペンション２０５の弾性係数「ｋ」およびコンテナ貨物車両の重量「ｍ」を入力値としないように内在化させている。つまり、サスペンション２０５の弾性係数「ｋ」およびコンテナ貨物車両の重量「ｍ」が、上述の連立方程式の定式化の過程でこれらの式から除かれている。そして、このことは、弾性係数「ｋ」および重量「ｍ」の計測に費やされる膨大な手間を省くことを可能にし、不特定多数のトラクタ１０と不特定多数のコンテナシャーシ１２との間の任意の組合からなるトレーラトラック５０により、コンテナ１１が日々輸送されている状況を直視すれば、その意義は極めて大きい。
次に、図１（ａ）および図５を用いて、コンテナ貨物車両の前後方向（走行方向）の重心Ｗの位置を導く方法について説明する。
以上に述べたように、コンテナ１１の前後方向に垂直な断面におけるコンテナ貨物車両の重心Ｗの位置は、式（９）および（１０）の連立方程式を「ｌ」および「ｓ」について解くことにより導けるが、これだけでは、コンテナ貨物車両の３次元重心位置は未だ特定できていない。つまり、これらの「ｌ」および「ｓ」に加えて、コンテナ貨物車両の前後方向（走行方向）の重心Ｗの位置を求める必要がある。
このコンテナ貨物車両の前後方向の重心Ｗの位置は、以下のようにして導くことができる。
トレーラトラック５０は、図５に示すように、コンテナシャーシ１２上に載ったコンテナ１１を、コンテナシャーシ１２の後横梁２１および前横梁２０によって支える。これらの前後横梁２０、２１は、コンテナ１１の左右方向（幅方向）に延びており、前後方向に走る縦梁（不図示）に固定されている。これにより、コンテナ１１の荷重は、後横梁２１および前横梁２０並びに縦梁を介してコンテナシャーシ１２の前部に連結されているトラクタ１０と、コンテナシャーシ１２の後部のサスペンション２０５とに分散されている。
ところで、コンテナ１１を積載して走行中のトレーラトラック５０では、図１（ａ）に示すように、路面２０４の凹凸による外乱の前後方向の作用中心において、このような外乱に応じて発生するローリングの強弱（振幅）が異なる。例えば、図１（ａ）に示すように、外乱の作用中心が重心位置から離れると、外乱に対抗するトレーラトラック５０の荷重は小さくなることから、ローリングの振幅は大きくなる。逆に、外乱の作用中心が重心位置に近づくと、トレーラトラック５０の大きな荷重が抗力として機能して、ローリングの振幅は小さくなる。よって、前後方向の重心Ｗの位置は前後横梁２０、２１の間にあると見做せることから、ローリングの振幅が増加する方向にローリング現象が顕著に現れる外乱の作用中心は、コンテナ１１の前後部に対応するコンテナシャーシ１２の前後横梁２０、２１の位置であると考えられる。
ここで、コンテナシャーシ１２の前部とトラクタ１０との間は、コンテナシャーシ１２の前横梁２０より短いカプラ１３と呼ばれる円盤形の連結部材により連結されている。カプラ１３の直径は、通常は、コンテナシャーシの前横梁２０の長さの半分にも満たない。このため、コンテナ１１を積載するコンテナシャーシ１２に対するトラクタ１０との連結部支えの左右方向の長さは、実際上、コンテナシャーシ１２の前横梁２０の長さではなく、カプラ１３の直径「ｂｃ」である。
なお、ここでは、コンテナシャーシ１２が連結されるカプラ１３の直径「ｂｃ」が、３次元重心位置の導出に欠くことができない必須事項であるが、第２実施形態のコンテナ貨物車両の横転限界速度では、カプラ１３による、トラクタ１０とコンテナシャーシ１２との間の一点連結状態（図１３の連結点「Ｅ」参照）が重要な意味をなしている。つまり、上述の直径「ｂｃ」を構成する部材および上述の連結点「Ｅ」を構成する部材は何れも、カプラ１３であるが、これらの技術的な意義は異なっている。なお、連結点「Ｅ」の技術的な意義については、後程詳しく説明する。
このような状況下において、式（５）を参酌すれば、「ｋ／ｍ」が一定値であれば、ローリングの周波数「ν」は、コンテナ貨物車両の重心Ｗの位置を表す値「ｌ」および「ｓ」とコンテナ１１を支えている部分の長さ「ｂ」に依存する。上述のとおり、この長さ「ｂ」は、コンテナシャーシ１２の前後部で相違することから、ローリングの振幅が増加する方向にローリング現象が顕著に現れる極大ピーク振幅（凸状ピークの頂点）は、２つ存在すると考えられる。
つまり、このような極大ピーク振幅には、コンテナシャーシ１２の前部とトラクタ１０との連結部材としてのカプラ１３に由来する極大ピーク振幅と、コンテナシャーシ１２の後部に位置する後横梁２１に由来する極大ピーク振幅と、がある。そして、式（５）の参酌から、後者の極大ピーク振幅に対応する周波数の方が、前者のそれより大きくなる。
また、これらの周波数の間に、ローリングの振幅が減少する方向にローリング現象が現われ難い極小ピーク振幅（凹状ピークの谷間）がある。この極小ピーク振幅が、コンテナ貨物車両の前後方向の重心Ｗに由来するピークである。
次に、以上のような原理に基づいて、コンテナ貨物車両の前後方向の重心Ｗの位置を導くための定式化を図る。【００６０】
ローリングの周波数「ν」とコンテナ１１を支えている部分の左右方向の長さ「ｂ」との間の関係は、式（５）によれば、
【００６１】
【数１７】
2008062867.tif 000019
【００６２】
と表される。
ここで、ローリングの周波数「ν」と左右方向の長さ「ｂ」以下は定数項として、ＣとＣ０としてまとめてしまうと、式（１１）のように略して表される。
【００６３】
【数１８】
2008062867.tif 000020
【００６４】
よって、コンテナ１１の前後部に外乱が作用した場合の双方のローリングの周波数「ν」と、両者の位置においてコンテナ１１を支えている部分の左右方向の実質的な長さが得られれば、ＣおよびＣ０を求めることができ、式（１１）は、任意のローリングの周波数「ν」に対して、左右方向の長さ「ｂ」を導ける方程式になる。
ここで、コンテナ１１の前後部のそれぞれに対応する、左右方向の長さ「ｂ」とローリングの周波数「ν」との組合せを、それぞれ（ｂ１、ν１）、（ｂ２、ν２）とおけば、
【００６５】
【数１９】
2008062867.tif 000021
【００６６】
と組める。そして、この連立方程式を解くと、式（１２）が得られる。【００６７】
【数２０】
2008062867.tif 000022
【００６８】
この式（１２）において、「ｂ２」はコンテナ１１の後部の位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さであり、定数として決まる値である。「ｂ１」はコンテナ１１の前部の位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さであり、トラクタ１０のカプラ１３の直径「ｂｃ」とから幾何学的に定数として決まる値である。「ν１」は、コンテナ１１の前部において路面２０４から垂直方向に外乱が作用した場合に発生するローリングの周波数である。「ν２」は、コンテナ１１の後部において路面２０４から垂直方向に外乱が作用した場合に発生するローリングの周波数である。
次に、コンテナ貨物車両の前後方向の重心Ｗの位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さ「ｂｇ」を特定する。
この長さ「ｂｇ」は、周波数「ν１」、「ν２」および「νｇ」が何れも既知である場合（つまり、演算ユニット１５が、揺動検知器１４を用いて、周波数「νｇ」、「ν１」および「νｓ」を特定できた場合）、式（１３）により求まる。なお、「νｇ」は、重心Ｗの位置において路面２０４から垂直方向に外乱が作用した場合のローリングの周波数である。
【００６９】
【数２１】
2008062867.tif 000023
【００７０】
ここで、図５から理解されるとおり、コンテナ１１の前部の位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さ「ｂ１」と、トラクタ１０カプラ１３の直径「ｂｃ」と、重心Ｗの位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さ「ｂｇ」と、コンテナ１１の前部からカプラ１３の中心までの長さ「ｋｃ」と、コンテナ１１の前部から重心Ｗの位置までの長さ「ｋｇ」と、コンテナ１１の前後方向の長さ「ｐ」との間の幾何学的な関係は、線形比として表現することができる。そこで、この関係を定式化すると、式（１４）が得られる。
【００７１】
【数２２】
2008062867.tif 000024
【００７２】
式（１４）において、式（１３）により求めた、コンテナ貨物車両の前後方向の重心Ｗの位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さ「ｂｇ」を代入すれば、このコンテナ１１の前部から重心Ｗの位置までの長さ「ｋｇ」が導ける。【００７３】
更に、この長さ「ｋｇ」に対応する、コンテナ１１の前後方向に垂直な断面におけるコンテナ貨物車両の重心Ｗの位置を表す値「ｌ」および「ｓ」は、上述の長さ「ｂｇ」を、式（１０）中の「ｂ」に用いて、式（９）と併せて導ける。【００７４】
以上のような力学理論により、本実施形態の重心検知装置１００は、コンテナ貨物車両の３次元空間上の重心Ｗの位置を表す３つの数値「ｌ」、「ｓ」および「ｋｇ」を全て取得できる。
次に、本実施形態の重心検知装置１００によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置の検知動作の一例について図面を参照しながら説明する。
図６は、本実施形態の重心検知装置による３次元重心位置の検知ルーチンを示したフローチャートである。演算ユニット１５の操作設定／表示部１５ｃの電源スイッチが押されると、操作設定／表示部１５ｃの表示画面（不図示）には複数のメニューが表示される。そして、操作設定／表示部１５ｃの適宜のボタン操作により、トレーラトラック５０の走行中に、以下の３次元重心位置の検知動作を開始することができる。なお、本検知動作を以下のように実行するにあたり、作業者（例えばトラクタ１０の運転者や同乗者）が行う必要がある指示内容は、操作設定／表示部１５ｃの表示画面にメッセージ表示される。３次元重心位置の検知動作が選択されると、演算ユニット１５の演算部１５ａは、記憶部１５ｂから３次元重心位置検知用の演算プログラムおよび予め記憶された適宜の定数を読み出し、この演算プログラムが、以下の処理を演算部１５ａ、記憶部１５ｂおよび操作設定／表示部１５ｃを制御しながら実行する。
なお、この定数には、例えば、コンテナ１１の前後方向の長さ「ｐ」と、トラクタ１０のカプラ１３の直径「ｂｃ」と、コンテナ１１の前部からカプラ１３の中心までの長さ「ｋｃ」と、コンテナ１１の後部の位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さ「ｂ２」と、重力加速度「ｇ」と、円周率「π」と、がある。【００７５】
標準仕様の４０フィートの海上コンテナでは、定数「ｐ」、「ｂｃ」、「ｋｃ」および「ｂ２」は、標準値になっている場合が多く、当該定数「ｐ」、「ｂｃ」、「ｋｃ」および「ｂ２」を記憶部１５ｂに予め記憶させる方が、上述の定数の確認作業や入力作業が省けて好適である。
なお、３次元重心位置の検知動作を実行する度に、作業者が、演算ユニット１５の操作設定／表示部１５ｃを介して、これらの定数「ｐ」、「ｂｃ」、「ｋｃ」および「ｂ２」を記憶部１５ｂに入力するという制御法を採用しても良い。
まず、コンテナ貨物車両の３次元重心位置検知の準備段階動作として、貨物を搭載したコンテナ１１をコンテナシャーシ１２とともに牽引するトラクタ１０が、路面２０４を走行する（ステップＳ６０１）。揺動検知器１４による角速度データ測定中に、トレーラトラック５０が偶に交差点の曲路を通過してもデータの精度にさしたる支障はないが、コンテナ貨物車両の重心Ｗのローリングの中心角度「α」を適切に推定する観点から、トレーラトラック５０は、通常の車の流れに合わせて直進走行する方が好ましい。
そして、路面２０４の適度の凹凸により、ランダムな外乱がサスペンション２０５を通してトレーラトラック５０の車体（コンテナ１１）に伝わり、これにより、揺動検知器１４が、コンテナ貨物車両の自重方向および幅方向の揺れを検知できる。
なお、付言するに、上述の従来技術の中には、トラックの曲路走行中のデータ（例えば遠心力や横加速度）を意図的に検知しようとする例（例えば特許文献１、５および６）があるが、このような手法は、却って、トラックの曲路走行中（データ取得時）にトラックの走行不安定（最悪の場合、トラックの横転）を招く可能性があり、本当に実用可能か疑問である。
作業者（例えばトラクタ１０の運転者や同乗者）の操作設定／表示部１５ｃのボタン操作により、３次元重心位置の検知動作が開始すれば、揺動検知器１４の角速度センサ１４ａにより、重心Ｗの上下方向の往復運動に対応するピッチングおよび重心Ｗのローリング（左右方向の単振子運動）の角速度データがアナログ信号として計測される（ステップＳ６０２）。そして、このアナログの角速度データは、演算ユニット１５（演算部１５ａ）により、記憶部１５ｂに予め記憶された一定のサンプリング期間毎（例えば０．０１Ｓ（秒）毎）に、揺動検知器１４のＡ／Ｄ変換器１４ｂを経たデジタル信号としてサンプリングされ（ステップＳ６０３）、サンプリングされたデジタルの角速度データは、時系列データとともに記憶部１５ｂに記憶される（ステップＳ６０４）。なおここでは、角速度センサ１４ａによる角速度データの検知例を述べたが、車の流れに乗って車両が直進している状況では、ローリングの状態は、ｓｉｎθ＝θと仮定できるので、角速度センサに代えて、速度センサにより速度データを検知しても良い。
次に、演算部１５ａは、角速度センサ１４ａによる角速度データの計測を終了して良いか否かを判定する（ステップＳ６０５）。演算部１５ａが、角速度データの計測を終了して良いと判定した場合（ステップＳ６０５において「Ｙｅｓ」の場合）、次の処理ステップ（ステップＳ６０６以降）に進み、角速度データの計測を終了して良いと判定しなかった場合（ステップＳ６６０５において「Ｎｏ」の場合）、上述のステップＳ６０２〜６０４の動作が継続される。
このような計測終了の良否判定は、記憶部１５ｂに予め記憶された必要なトータルサンプル個数と上述のサンプル時間とから導かれる、所定の計測時間を基準にしてなされても良い。例えば、後述の第１検証実験の結果からサンプリングの統計誤差が充分に小さくなるサンプル個数が４０９６個（ＦＦＴが２の整数乗の個数を対象とした分析であることから、ここでは、２１２個を例示）であり、サンプル時間が０．０１Ｓである場合、最低限必要な計測時間は、４０９６×０．０１Ｓ≒４０Ｓとなる。よってこの場合、演算部１５ａは、角速度センサ１４ａによる角速度データの計測開始時から４０Ｓ以上、経過したら、角速度データの計測を終了して良いと判定する。なお、トレーラトラック５０の走行中、リアルタイムにコンテナ１１の３次元重心位置を更新するような使用形態を想定すれば、この計測時間はなるべく短い方が好ましい一方、短過ぎると、サンプル個数が少なく統計誤差が増える。後述の第１検証実験の結果によれば、２分間を目安としてデータ計測すれば統計誤差を抑えた安定なデータが得られた。
また、このような判定動作に代えて、作業者による操作設定／表示部１５ｃの計測終了用ボタン操作の有無に基づいて、演算部１５ａが、角速度データの計測終了の良否を判定しても良い。
なお、以上のような短時間の角速度データの測定は、角速度データの測定期間中、サスペンション２０５の弾性係数「ｋ」およびコンテナ貨物車両の重量「ｍ」が不変であるという前提条件の下、これらの数値「ｋ」、「ｍ」を、上述の連立方程式の定式化において除ける根拠になる。
つまり、仮に角速度データの測定時間が長いとすれば、路面の凹凸状態や気象条件（例えば風速）等の外乱の大幅な変化に起因して、上述の数値「ｋ」、「ｍ」が、角速度データの測定期間中、不変であるという前提条件を満たさなくなる場合がある。
角速度センサ１４ａによる角速度データの計測が終了したら、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに記憶された時系列の角速度データに対し高速フーリエ変換（ＦＦＴ）をかけて、この角速度データを周波数に対する振幅のデータに変換する（ステップＳ６０６）。
これにより、ローリングの周波数と、ローリングの振幅との相関関係を示した分布（以下、「ローリング周波数／振幅分布」と略す）から、上述の力学理論に基づき周波数「ν１」、「νｇ」および「ν２」が特定される（ステップＳ６０７）。また、ピッチングの周波数と、ピッチングの振幅との相関関係を示した分布（以下、「ピッチング周波数／振幅分布」と略す）から、上述の力学理論に基づき周波数「ν’」が特定される（ステップＳ６０７）。【００７６】
つまり、ローリングの周波数の低い方の値から見て、ローリングの極大ピーク振幅（頂点）に対応する周波数を２つ選ぶとともに、これらの極大ピーク振幅の間（本実施形態では、ほぼ中間）に位置する極小ピーク振幅（谷間）に対応する周波数を選べば良い。そうすれば、これらの選択された３つの周波数は、低い方から順番に、周波数「ν１」、周波数「νｇ」および周波数「ν２」に相当する。一方、ピッチングの最大振幅に対応する周波数を、周波数「ν’」として選べば良い。
なお、上述の周波数の数学的な抽出法は、既に多数提案されていることから、ここでは詳細な説明を省略するが、トレーラトラック５０の走行中、リアルタイムにコンテナ貨物車両の３次元重心位置を更新するような使用形態を想定すれば、周波数抽出を短時間で行える方法が好ましい。【００７７】
次に、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｂｃ」および「ｂ２」を読み出し、ステップＳ６０７により得られた周波数「ν１」「νｇ」および「ν２」を用いて、式（１３）により、重心Ｗの位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さ「ｂｇ」を演算する（ステップＳ６０８）。
【００７８】
【数２３】
2008062867.tif 000025
【００７９】
式（１３）において「ｂ２」はコンテナ１１の後部の位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さであり、定数として決まる値である。「ｂ１」はコンテナ１１の前部の位置における、コンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さであり、トラクタ１０のカプラ１３の直径「ｂｃ」とから幾何学的に定数として決まる値である。「ν１」は、コンテナ１１の前部において路面２０４から垂直方向に外乱が作用した場合に発生するローリングの周波数である。「ν２」は、コンテナ１１の後部において路面２０４から垂直方向に外乱が作用した場合に発生するローリングの周波数である。「νｇ」は、重心Ｗの位置において路面２０４から垂直方向に外乱が作用した場合のローリングの周波数である。
次に、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｐ」、「ｋｃ」および「ｂｃ」を読み出し、ステップＳ６０８により得られた長さ「ｂｇ」を用いて、式（１４）により、コンテナ１１の前部から重心Ｗの位置までの長さ「ｋｇ」を演算する（ステップＳ６０９）
【００８０】
【数２４】
2008062867.tif 000026
【００８１】
式（１４）において、「ｐ」はコンテナ１１の前後方向の長さである。「ｋｃ」はコンテナ１１の前部からカプラ１３の中心までの長さである。「ｂｃ」はトラクタ１０のカプラ１３の直径である。
次に、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに記憶された時系列の角速度データを読み出す。これにより、ローリングの振幅（角度）の時間変化を表した分布（以下、「ローリング振幅の経時変化」と略す）から、ローリング振幅の経時変化の時間平均値に相当するコンテナ貨物車両の重心Ｗのローリングの中心角度「α」が特定される（ステップＳ６１０）。
そして、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｇ」および「π」を読み出し、ステップＳ６０７により得られた周波数「νｇ」および「ν’」並びにステップＳ６１０により得られた中心角度「α」並びにステップＳ６０８により得られた長さ「ｂｇ」を用いて、上述の式（１０）に対応する式（１０'）により（つまり、式（１０）の「ν」を式（１０'）では「νｇ」とし、式（１０）の「ｂ」を式（１０'）では「ｂｇ」としている）、上述の「ｋｇ」の位置の垂直な断面における車軸からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの上下方向の長さ「ｌ」を演算する（ステップＳ６１１）。
【００８２】
【数２５】
2008062867.tif 000027
【００８３】
式（１０'）において、「ｇ」は重力加速度である。「π」は円周率である。「α」はコンテナ貨物車両の重心Ｗのローリングの中心角度である。「ν’」はピッチング周波数である。「νｇ」は重心Ｗの位置において路面２０４から垂直方向に外乱が作用した場合のローリングの周波数である。「ｂｇ」はコンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さである。
次に、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｇ」および「π」を読み出し、ステップＳ６０７により得られた周波数「ν’」並びにステップＳ６１０により得られた中心角度「α」並びにステップＳ６０８により得られた長さ「ｂｇ」並びにステップＳ６１１により得られた長さ「ｌ」を用いて、上述の式（９）に対応する式（９'）により（つまり、式（９）の「ｂ」を式（９'）では「ｂｇ」としている）、上述の「ｋｇ」の位置の垂直な断面における車軸の中心からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの左右方向の長さ「ｓ」を演算する（ステップＳ６１２）。
【００８４】
【数２６】
2008062867.tif 000028
【００８５】
式（９'）において、「ｇ」は重力加速度である。「π」は円周率である。「α」はコンテナ貨物車両の重心Ｗのローリングの中心角度である。「ν’」はピッチング周波数である。「ｂｇ」はコンテナ１１を支えている部材の左右方向の実質的な長さである。「ｌ」は「ｋｇ」の位置の垂直な断面における車軸からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの上下方向の長さである。
その後、演算部１５ａは、ステップＳ６０９により得られた長さ「ｋｇ」、ステップＳ６１１により得られた長さ「ｌ」およびステップＳ６１２により得られた長さ「ｓ」を、操作設定／表示部１５ｃの表示画面に表示させ（ステップＳ６１３）、一連の３次元重心位置の検知ルーチンを終える。
以上に述べたように、本実施形態の重心検知装置１００は、貨物を搭載可能なコンテナ１１と、コンテナ１１を載せるコンテナシャーシ１２と、コンテナシャーシ１２を牽引するトラクタ１０と、を有するトレーラトラック５０と、このトレーラトラック５０の直進走行時のコンテナ貨物車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する２軸の角速度センサ１４ａと、演算ユニット１５と、を備えてなり、この演算ユニット１５が、上述の揺れに相関する物理量（正確には揺れの周波数や中心角度）に基づいて、コンテナ貨物車両の３次元空間上の重心位置を導けるよう、構成されている。
このコンテナ貨物車両の３次元重心位置は、積載状態が不明なコンテナ貨物の、偏荷重の度合いを直接に反映する貴重なデータであり、これにより、コンテナの扉開封時の貨物の荷崩れ落下やコンテナ輸送車両の曲路における不安定走行の未然防止に資することができる。
特に重心検知装置１００によれば、補正係数等の理論的根拠を欠くデータを導入することなく、論理的な力学理論に基づきコンテナ貨物車両の３次元重心位置が導かれており、その信頼性は極めて高い。そして、このことは、後述の実車実験による第１検証結果により裏付けられている。
更に、本実施形態の重心検知装置１００は、以下のような様々な効果をも奏する。
重心検知装置１００のコンテナ貨物車両の３次元重心位置の演算には、サスペンション２０５の弾性係数「ｋ」およびコンテナ貨物車両の重量「ｍ」を考慮する必要がない。このことは、弾性係数「ｋ」および重量「ｍ」の計測に費やされる膨大な手間を省くことを可能にするとともに、トレーラトラック５０のメーカ、年式および老朽度等不確定要因に関係なく、任意のトレーラトラック５０（つまり、不特定多数のトラクタ１０と、不特定多数のコンテナシャーシ１２と、不特定多数のコンテナ１１との間の任意の組合せ）への本技術の普遍的な適用を容易にする。
また、トレーラトラック５０を通常の車の流れに合わせて任意走行（好ましくは直進走行）させれば、重心検知装置１００は、コンテナ貨物車両の３次元重心位置の演算できる。よって、演算用データ取得作業が簡易に行え、上述の従来技術（例えば特許文献１、５および６）の如く曲路走行時のデータを取る必要もなく好適である。
また、重心検知装置１００によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置の演算には、トラクタ１０の適所に２軸の角速度センサ１４ａを、簡易な手段（接着剤接合やボルト止め；不図示）により僅か１個、配置すれば足りる。言い換えれば、コンテナ輸送業務に取り扱われる多量のコンテナ１１およびコンテナシャーシ１２には、何等の措置も施す必要がなく好適である。
【実施例１】
【００８６】
第１実施形態の重心検知装置１００によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法の妥当性を裏付ける目的で、２００６年４月１２日に神戸港ポートアイランドの公道で、実車による第１検証実験（重心位置測定）を行った。なお、本検証実験では、本技術が公知にならないよう、本技術の理論式をパーソナルコンピュータの内部メモリにプログラムとして記憶させブラックボックス化してなされている。
本検証実験の手順は次のとおりである。
まず、標準的な４０フィートコンテナ中に、実験用のダミー貨物を約９．５トン（約９．５×１０３キログラム）積載する。ダミー貨物の積載状態については、コンテナの前部から重心の位置までの長さ「ｋｇ」と、この「ｋｇ」の位置の垂直な断面における車軸からコンテナ貨物車両の重心までの上下方向の長さ「ｌ」と、この「ｋｇ」の位置の垂直な断面における車軸の中心からコンテナ貨物車両の重心までの左右方向の長さ「ｓ」と、が、以下のように調整されている。
「ｋｇ」＝６．１０ｍ
「ｌ」 ＝１．９１ｍ
「ｓ」 ＝０
本重心検知装置１００による３次元重心位置の演算精度や理論的妥当性を見極める一手段として、ここでは、「ｓ」＝０としている。つまり、ほぼ全ての一般道は、センターから路端にかけて僅かに傾斜している。このため、コンテナの左右の中心位置にダミー貨物を積載したとしても、一般路を走行中のコンテナ貨物車両の重心位置は、この傾斜によりコンテナの左右中心から少しだけ逸れるはずである。このような僅かな傾斜が、本検証実験において検知されれば、本重心検知装置１００による３次元重心位置の優れた演算精度を間接的に証明することになる。
なおここでは、詳細な説明は省略するが、ダミー貨物の積載状態を順次変えて実験を繰り返し、ダミー貨物の重心位置を左右にずらしている場合（つまり、「ｓ」≠０の場合）であっても、信頼性の高い３次元重心位置を検知可能であることを確認している。
次に、このダミー貨物をコンテナとともにコンテナシャーシに載せ、これをトラクタにより牽引させる。なお、トラクタは、神戸港ポートアイランド内のコンテナ輸送車両が行き来する一般道の直線路を、車の流れに合わせて数分間走った。そして、この走行中、パーソナルコンピュータにより、トラクタに配置された角速度センサから出力される角速度のデジタル信号がサンプリングされ、このデジタル信号はこのパーソナルコンピュータの内部メモリに、時系列データとともに順次記憶される。なお、サンプリングは、０．０１秒間隔でなされた。
次に、パーソナルコンピュータにより、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）をかけた後の角速度のデジタル信号を用いて、ローリング周波数／振幅分布、ピッチング周波数／振幅分布およびローリング振幅の経時変化がコンピュータ画面に表示される。
図７は、横軸に周波数（Ｈｚ）をとり、縦軸に振幅（角速度）をとって、ローリング周波数／振幅分布の一例を示した図である。図８は、横軸に周波数（Ｈｚ）をとり、縦軸に振幅（角速度）をとって、ピッチング周波数／振幅分布の一例を示した図である。図９は、横軸に時間（秒）をとり、縦軸にローリング振幅とって、ローリング振幅の経時変化の一例を示した図である。
図７および図８に示すように、パーソナルコンピュータは、適宜の数学的な抽出法により、ピーク振幅に対応する周波数として、コンテナの前部において路面から垂直方向に外乱が作用した場合に発生するローリングの周波数「ν１」と、コンテナの後部において路面から垂直方向に外乱が作用した場合に発生するローリングの周波数「ν２」と、重心の位置において路面から垂直方向に外乱が作用した場合のローリングの周波数「νｇ」と、ピッチングの最大振幅に対応する周波数「ν’」と、以下のように抽出している。また、図９に示すように、パーソナルコンピュータは、重心のローリングの中心角度「α」を、以下のように算出している。
「ν１」 ＝０．１９５Ｈｚ
「νｇ」 ＝０．５５０Ｈｚ
「ν２」 ＝１．１６０Ｈｚ
「ν’」＝１．４８９Ｈｚ
「α」  ＝１．０３０ｄｅｇ
次に、パーソナルコンピュータは、コンテナ、トラクタおよびコンテナシャーシに固有の定数を用いて、内部メモリに記憶された理論式により、コンテナの前部から重心の位置までの長さ「ｋｇ」と、この「ｋｇ」の位置の垂直な断面における車軸からコンテナ貨物車両の重心までの上下方向の長さ「ｌ」と、この「ｋｇ」の位置の垂直な断面における車軸の中心からコンテナ貨物車両の重心までの左右方向の長さ「ｓ」と、を推定演算する。この推定演算の結果は、ダミー貨物の実測値と比較可能なように、下記の表１にまとめられている。
なお、上述の定数には、コンテナの前後方向の長さ「ｐ」と、トラクタのカプラの直径「ｂｃ」と、コンテナの前部からカプラの中心までの長さ「ｋｃ」と、コンテナの後部の位置における、コンテナを支えている部材の左右方向の実質的な長さ「ｂ２」と、がある。各々の具体的な数値は以下のとおりである。
「ｐ」 ＝１２．１９２ｍ
「ｂｃ」＝０．９１５ｍ
「ｂ２」＝２．４３８ｍ
「ｋｃ」＝０．０７６ｍ【００８７】
【表１】
2008062867.tif 000029
【００８８】
表１に示した推定演算値と実測値との比較から理解されるとおり、本実施例の推定演算値は、実測値の測定誤差範囲内で実測値とほぼ完全に一致している。よって、第１実施形態の重心検知装置１００によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置導出法の妥当性が、本検証実験により裏付けられた。【００８９】
実測値の測定誤差には、例えば、ダミー貨物寸法やコンテナ内の積載位置をメジャーで測った際の読み取り誤差がある。そうであれば、寧ろ、純粋な力学理論に基づく本実施例の推定演算値の方が、実測値に比べて誤差混在の可能性が少ないと考えられることから、実測値よりも真の重心位置を表しているようにも推定される。【００９０】
また、車軸の中心からコンテナ貨物車両の重心までの左右方向の長さ「ｓ」が、７センチと演算された理由のひとつとして、上述の一般道の僅かな傾斜が想定される。これにより、本重心検知装置１００の高い演算精度が間接的に証明され、仮に路面が傾斜しても、そのまま、何等補正を行う必要なく、本技術を適用できると期待される。
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態による横転限界速度予測装置の構成例を示した概略図である。図１０（ａ）は、この予測装置を、コンテナ貨物車両の幅方向（側面）から見た図であり、図１０（ｂ）は、この予測装置を、コンテナ貨物車両の後側から見た図である。
なお、以下に述べる説明の便宜上、図面において、コンテナ貨物車両の自重のかかる方向を「上下方向」とし、コンテナ貨物車両の幅方向を「左右方向」とし、コンテナ貨物車両の走行方向を「前後方向」とする。【００９１】
また、本実施形態による横転限界速度予測装置１１０については、第１実施形態の重心検知装置１００と同じ構成要素には、同一の符号を付している。よって、第１実施形態で述べた重心検知装置１００の内容と重複する記載については、適宜省略する。
横転限界速度予測装置１１０は、図１０に示す如く、トレーラトラック５０と、データ検出部１１４と、演算ユニット１１５と、を備える。【００９２】
図１１は、本実施形態による横転限界速度予測装置中のデータ検出部および演算ユニットの内部構成の一例を示したブロック図である。
データ検出部１１４は、トレーラトラック５０の左右方向の中央であって、トラクタ１０側の輸送業務に支障の無い場所（例えば、図１０に示したカプラ１３の近傍）に固着されている。演算ユニット１１５は、トラクタ１０の運転室内の適所に配置されている。そして、両者は、適宜のデータ入出力ポート（不図示）を介して有線通信や無線通信等によりデータ送信可能なように接続されている。
データ検出部１１４には、第１実施形態で述べた揺動検知器１４の構成要素と同じ機器が内蔵されている。つまり、データ検出部１１４は、図１１に示すように、トレーラトラック５０の走行時のコンテナ貨物車両の上下方向および幅方向の揺れを検知するよう、角速度の感度軸が調整された２軸（２次元）の角速度センサ１４ａと、この角速度センサ１４ａから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１４ｂと、を備える。
また、データ検出部１１４は、地域のＩＴＳ（Intelligent Transport Systems；高度道路交通システム）から、アンテナ１１４ｃを介して各種の交通無線情報を受信し、この無線情報を演算ユニット１１５に与える受信機１１４ｄも備える。本実施形態の交通無線情報として、トレーラトラック５０が走る予定の路面２０４の状態、例えば、曲路２０４ｃの曲率半径の無線情報がある。【００９３】
演算ユニット１１５は、図１１に示すように、マイクロプロセッサ等からなる演算部１１５ａと、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）やＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等からなる記憶部１１５ｂと、操作設定／表示部１１５ｃと、を備える。このような演算ユニット１１５としては、ノートブックタイプのパーソナルコンピュータ等の情報携帯端末がある。
記憶部１１５ｂは、第１実施形態で述べたコンテナ貨物車両の３次元重心位置を適切に導くための演算プログラムや当該演算に必要な各種の入力用の定数の他、後述のコンテナ貨物車両の横転限界速度を適切に導くための演算プログラムや当該演算に必要な各種の入力用の定数（後述）を記憶している。【００９４】
演算部１１５ａは、第１実施形態で述べた内容と同様に、記憶部１１５ｂに予め記憶されている３次元重心位置検知用の演算プログラムに従って動作し、角速度センサ１４ａ（Ａ／Ｄ変換器１４ｂ）から出力されたデジタル信号に基づいてコンテナ貨物車両の３次元重心位置を導くことができるが、ここでは、その詳細な説明は省略する。
また、演算部１１５ａは、後述のとおり、記憶部１１５ｂに予め記憶されている横転限界速度予測用の演算プログラムに従って動作し、例えば、上述の３次元重心位置を用いて、コンテナ貨物車両が走る曲路２０４ｃの曲率半径に応じたコンテナ貨物車両の横転限界速度を導くことができる。更に、演算部１１５ａは、トレーラトラック５０が走る予定の曲路２０４ｃの曲率半径の無線情報を、逐次、受信機１１４ｄから取得することができる。【００９５】
操作設定／表示部１１５ｃは、上述の入力用の定数の設定ボタンを配設した操作部（例えばキーボード；不図示）と、演算部１１５ａから出力されたコンテナ貨物車両の横転限界速度についての出力データを、作業者が認識できるように表示通知や音声通知する通報装置（例えば液晶パネル画面やスピーカ；不図示）と、を備える。つまり、演算部１１５ａは、上述の横転限界速度を、操作設定／表示部１１５ｃを用いて作業者（運転者や同乗者）に予め通報するように構成されている。
次に、コンテナ貨物車両の横転限界速度の導出法について図面を参照しながら詳しく説明する。
図１２および図１３は何れも、本実施形態の横転限界速度予測装置によるコンテナ貨物車両の横転限界速度の導出法を説明する模式図である。図１２は、トレーラトラックが曲路を右旋回する場合について、トレーラトラック（コンテナ貨物車両）を後から見た図である。つまり、トレーラトラック５０の左側の車輪が旋回外輪に相当し、トレーラトラック５０の右側の車輪が旋回内輪に相当している。
また、図１３（ａ）は、トレーラトラックが曲路を右旋回する場合について、トレーラトラックの自重のかかる上下方向から見た図であり、同図（ｂ）は、トレーラトラックの幅方向に相当する左右方向から見た図である。
なお、図１２および図１３では、横転限界速度予測装置１１０の構成については、横転限界速度の導出法が理解し易くなるように、簡略乃至省略して図示している。
まず、図１２を用いて、コンテナ貨物車両の前後方向（走行方向）に垂直な断面において、コンテナ貨物車両が傾く（最悪の場合、横転する）場合の速度条件について説明する。
トレーラトラック５０が、曲路２０４ｃを曲がる際に、コンテナ貨物車両の重心Ｗに横向きにかかる力Ｆ（遠心力Ｆ）が、コンテナ貨物車両の重力との関係で一定の値を超えれば、トレーラトラック５０が、トレーラトラック５０の旋回外輪の幅方向の外端３００を中心とし、外端３００から重心Ｗまでの距離「Ｒ」を半径とした円の周囲に沿って傾くと考えられる。
コンテナ貨物車両にかかる遠心力Ｆとコンテナ貨物車両の重力との間のモーメントの釣り合いから、トレーラトラック５０が、上述の外端３００を中心とし、距離「Ｒ」を半径とした円運動（回転）し始める場合の以下の不等式（１）が得られる。
【００９６】
【数２７】
2008062867.tif 000030
【００９７】
不等式（１）において、「ｍ」はコンテナ貨物車両の重量であり、「ｇ」は重力加速度である。また、「ｂ」はコンテナ貨物車両の幅寸法であり、第１実施形態で述べた、コンテナ１１の荷重を支えている部分の長さと等価な値である。なお、この幅寸法「ｂ」は、コンテナ貨物車両の固有値（コンテナ貨物車両毎に特定される固有の数値；以下、同じ）である。
また、「Ｖ」はトレーラトラック５０（コンテナ貨物車両）の走行速度であり、「ｒ」は曲路２０４ｃの曲率半径であり、「ａ」は曲路２０４ｃの路面２０４から重心Ｗまでの高さであり、「ｓ」は垂直中心ライン２０１からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの左右方向の長さである。【００９８】
上述の不等式（１）によれば、コンテナ貨物車両の旋回外輪の外端３００を中心としてコンテナ貨物車両が回転に至る場合の速度が、コンテナ貨物車両の走行方向に垂直な断面についてのコンテナ貨物車両の重心位置を用いて、曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」との関係で求まることになる。
なお、車軸位置ライン２０２からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの上下方向の長さ「ｌ」と、垂直中心ライン２０１からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの左右方向の長さ「ｓ」と、が、第１実施形態で述べたコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法に基づいて既知とすれば、距離「Ｒ」の垂直成分に相当する路面２０４から重心Ｗまでの高さ「ａ」は、コンテナ貨物車両の固有値（車輪の幅や車軸の高さ）を基にして幾何学的に容易に導出できる。
次に、図１３を用いて、コンテナ貨物車両の自重方向に垂直な断面（この面を、以下、便宜上、「水平面」という）において、コンテナ貨物車両が回転に至る速度条件について説明する。
トレーラトラック５０が、曲路２０４ｃを曲がる際に、トレーラトラック５０の水平中心ライン２０７に沿って、トレーラトラック５０に遠心力「Ｆ」が均等に与えられれば、仮に曲路２０４ｃの路面２０４が滑り易い状態であっても、トレーラトラック５０は、曲路２０４ｃの水平面内を横滑りするに過ぎない。この場合、最終的には、トレーラトラック５０の曲路２０４ｃからのコースアウトの問題に帰結すると考えられる。
ところが、トレーラトラック５０の水平中心ライン２０７に沿って、トレーラトラック５０に与えられる遠心力「Ｆ」のバランスが、何等かの要因（例えば、前後のブレーキのかかり具合の違いや前後のタイヤの状態の違い）により崩れた場合、水平面内のトレーラトラック５０の走行運動形態は複雑になる。
本件発明者は、鋭意研究の結果、このような走行運動の場合、トラクタ１０とコンテナ貨物車両（コンテナシャーシ１２）の折れ曲がり(ジャックナイフ)の誘発の他、上述のコンテナ貨物車両の走行方向に垂直な断面おけるコンテナ貨物車両の回転運動とは独立して、水平面内の回転運動が同時に作用して、これらの運動力が偶然かつ瞬間的にコンテナ貨物車両を傾かせる方向に一致してしまう場合があることを見出した。
このような水平面内の回転運動の定式化について、図１３を参照しながら順を追って述べる。
まず、図１３に記載した各符号の意味合いについて説明する。
図１３において、「Ｗ」は、コンテナ貨物車両の重心である。また、「Ｉ（ラージアイ）」は、トラクタ１０の前輪の路面２０４への接地点である。つまり、この接地点「Ｉ」は、トラクタ１０の前輪の車軸中心部直下の路面２０４上に位置している。【００９９】
「Ｃ（ラージシー）」は、トラクタ１０の後輪の路面２０４への接地点である。つまり、この接地点「Ｃ」は、トラクタ１０の後輪の車軸中心部直下の路面２０４上に位置している。
「Ｄ」は、コンテナシャーシ１２の車輪の前後方向中央部の、路面２０４への接地点である。つまり、接地点「Ｄ」は、前後方向に２列に並んだ車輪の前後方向中央部直下の路面２０４上に位置している。なお、ここでは、コンテナシャーシ１２の車輪が、前後方向に２列に並んだ構成を例示しているが、これに限らない。コンテナシャーシ１２の車輪が、前後方向に１列であってもよく、前後方向に３列以上並んでもよい。このような場合にも、接地点「Ｄ」を、前後方向に並んだ車輪の前後方向中心部（１列の場合は、車軸中心部）を基準にして定めればよい。
「Ｅ」は、トラクタ１０とコンテナシャーシ１２（コンテナ貨物車両）との間の連結点であり、上述のとおり、図１および図１０に図示したカプラ１３の点状の連結位置に対応するものである。「ａ」は曲路２０４ｃの路面２０４から重心Ｗまでの高さである。「ｓ」はコンテナ貨物車両の水平面における水平中心ライン２０７（図１２の垂直中心ライン２０１）から重心Ｗまでの左右方向の長さである。「ｂ」はコンテナ貨物車両の幅寸法である。
また、「ｃ（スモールシー）」は、接地点「Ｃ」から重心Ｗまでの前後方向の長さである。「ｄ」は接地点「Ｄ」から重心Ｗまでの前後方向の長さである。「ｅ」は連結点「Ｅ」から接地点「Ｃ」までの前後方向の長さである。「ｆ」は接地点「Ｉ」から連結点「Ｅ」までの前後方向の長さである。「Ｌ」は接地点「Ｃ」から接地点「Ｄ」までの前後方向の長さ（言い換えれば、接地点「Ｃ」および重心Ｗ間の距離と、重心Ｗおよび接地点「Ｄ」間の距離と、の和；長さ「ｃ」＋長さ「ｄ」）である。これらの前後方向の長さのうちの長さ「ｅ」、長さ「ｆ」および長さ「Ｌ」は、コンテナ貨物車両の固有値である。
なお、コンテナ１１の前部から重心Ｗの位置までの長さ「ｋｇ」が、第１実施形態で述べたコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法に基づいて既知とすれば、接地点「Ｃ」から重心Ｗまでの前後方向の長さ「ｃ」、および、接地点「Ｄ」から重心Ｗまでの前後方向の長さ「ｄ」は、コンテナ貨物車両の固有値（車輪の位置など）を基にして幾何学的に容易に導出できる。
また、図１３（ａ）には、コンテナ貨物車両の重心Ｗにかかる遠心力「Ｆ」が、接地点「Ｉ」にかかる遠心力「Ｆｉ」の成分と、接地点「Ｃ」にかかる遠心力「Ｆｃ」の成分と、接地点「Ｄ」にかかる遠心力「Ｆｄ」の成分と、連結点「Ｅ」にかかる遠心力「Ｆｅ」の成分と、に分けられるようにして示されている。また、これらの遠心力「Ｆｉ」、遠心力「Ｆｃ」、遠心力「Ｆｄ」および遠心力「Ｆｅ」に対する路面２０４や連結点「Ｅ」のカプラ１３（図１３では図示せず）からの抗力（反力）も点線矢印により示されている。
上述の遠心力「Ｆ」は、Ｆ＝ｍＶ２／ｒ（ｍ：コンテナ貨物車両の重量、ｒ：曲路２０４ｃの曲率半径、Ｖ：コンテナ貨物車両の走行速度）であり、この遠心力「Ｆ」が、コンテナシャーシ１２における接地点「Ｄ」での反力、および、連結点「Ｅ」を通してトラクタ１０に伝わる接地点「Ｉ」および接地点「Ｃ」での反力の和に釣り合っている場合、トレーラトラック５０を水平面内において回転させるモーメントは何等生じない。  
ところが、逆に、この釣り合いのバランスが崩れると、トレーラトラック５０の可動部である連結点「Ｅ」を中心として、コンテナ貨物車両が水平面内を円運動するような回転要素が生まれる。これにより、コンテナ貨物車両の重心Ｗにおけるその円運動軌跡の接線方向が、上述のコンテナ貨物車両の走行方向に垂直な断面における、コンテナ貨物車両を傾かせる力の方向に瞬間かつ偶発的に一致する場合がある。つまり、水平面内のコンテナ貨物車両の回転運動と、コンテナ貨物車両の走行方向に垂直な断面におけるコンテナ貨物車両の回転運動と、が、コンテナ貨物車両を傾かせる方向に重畳的に作用する場合があると考えられる。このため、コンテナ貨物車両の横転の適切な予測には、水平面内のコンテナ貨物車両の回転運動を考慮に入れることが不可欠であるとの結論に至った。
換言すれば、コンテナ貨物車両の横転現象を適切に定式化するには、コンテナ貨物車両の走行方向に垂直な断面についての重心Ｗの位置を用いた、コンテナ貨物車両の回転運動の定式化（不等式（１）参照）の他、後述のとおり、コンテナ貨物車両の走行方向についての重心Ｗの位置を用いた、コンテナ貨物車両の回転運動の定式化が必要であると考えられる。そして、このことが、コンテナ貨物車両の３次元重心位置検知の重要性を何等認識できていない上述の従来技術に対し、本実施形態による横転限界速度予測装置１１０の課題解決原理を特徴づける決定的な相違点であると言える。
図１３において、トレーラトラック５０に与えられる力とモーメントのバランスを考慮すると、トレーラトラック５０のうちのコンテナシャーシ１２（コンテナ貨物車量）にかかる遠心力とその反力とが釣り合っている場合には、以下の関係が成り立つ。
【０１００】
【数２８】
2008062867.tif 000031
【０１０１】
よって、これらの式を展開すると、遠心力「Ｆｄ」は以下のように表される。【０１０２】
【数２９】
2008062867.tif 000032
【０１０３】
また、遠心力「Ｆｅ」は、以下のように表される。【０１０４】
【数３０】
2008062867.tif 000033
【０１０５】
次に、トレーラトラック５０のうちのトラクタ１０にかかる遠心力とその反力とが釣り合っている場合には、以下の関係が成り立つ。
【０１０６】
【数３１】
2008062867.tif 000034
【０１０７】
よって、遠心力「Ｆｉ」は、以下のように表される。【０１０８】
【数３２】
2008062867.tif 000035
【０１０９】
また、遠心力「Ｆｃ」は、以下のように表される。【０１１０】
【数３３】
2008062867.tif 000036
【０１１１】
以上により、コンテナ貨物車両の重心Ｗにかかる遠心力「Ｆ」の各成分である遠心力「Ｆｄ」、遠心力「Ｆｅ」、遠心力「Ｆｉ」および遠心力「Ｆｃ」が、遠心力「Ｆ」およびコンテナ貨物車両の走行方向についての重心Ｗの位置により定式化された。
次に、トレーラトラック５０を水平面内で回転させようとするモーメントが生じる場合について検討する。
以上に述べた定式化の段階においては、トレーラトラック５０のモーメントのバランスにより、上述の遠心力「Ｆｄ」、遠心力「Ｆｅ」、遠心力「Ｆｉ」および遠心力「Ｆｃ」を割り出している。つまり、トレーラトラック５０が水平面内で回転しない段階では、トレーラトラック５０のモーメントの釣り合いが成立していると仮定しており、この場合、各遠心力「Ｆｄ」、「Ｆｅ」、「Ｆｉ」、「Ｆｃ」とそれらの抗力も当然釣り合っている。
次に、トレーラトラック５０が水平面内で回転し始める段階では、トレーラトラック５０のモーメントの釣り合いが崩れることになるが、このモーメントを崩す要因を正確に見極める必要がある。仮にトレーラトラック５０の長さが伸縮するとすれば、理論的には、各遠心力「Ｆｄ」、「Ｆｅ」、「Ｆｉ」、「Ｆｃ」の大きさが変化しなくても、トレーラトラック５０のモーメントのバランスが崩れるかもしれない。しかしながら、常識的に、トレーラトラック５０の各部の長さは不変であるので、トレーラトラック５０のモーメントのバランスを崩す唯一の要因として、各遠心力「Ｆｄ」、「Ｆｅ」、「Ｆｉ」、「Ｆｃ」の大きさが、モーメントの釣り合いの状態のそれから変化した場合が残るだけになる。
このようなモーメントの発生要因としての力のバランスが崩れた場合には、トレーラトラック５０の可動部である連結点「Ｅ」が、トレーラトラック５０の水平面内の回転軸になる。よって、以下の不等式が成り立つと、トレーラトラック５０を水平面内で回転させる要素が生まれることになる。
【０１１２】
【数３４】
2008062867.tif 000037
【０１１３】
または【０１１４】
【数３５】
2008062867.tif 000038
【０１１５】
つまり、Ｆｃ＋Ｆｄ−Ｆｉ＞０の場合には、コンテナ貨物車両の横転を誘発させる方向にコンテナ貨物車両が水平面内を回転すると考えられる。これに対し、Ｆｃ＋Ｆｄ−Ｆｉ＜０の場合には、トラクタ１０とコンテナ貨物車両（コンテナシャーシ１２）との間のジャックナイフ的な動きを誘発させる方向にコンテナ貨物車両が水平面内を回転すると考えられる。よって、絶対値をとった以下の不等式を満足すれば、コンテナ貨物車両は、水平面内を回転することになる。
【０１１６】
【数３６】
2008062867.tif 000039
【０１１７】
この絶対値をとった不等式に、遠心力「Ｆｃ」、遠心力「Ｆｄ」、および遠心力「Ｆｉ」の成分を代入すると、以下の不等式（２）が得られる。
【０１１８】
【数３７】
2008062867.tif 000040
【０１１９】
この不等式（２）において、「ｍ」はコンテナ貨物車両の重量である。「Ｖ」はコンテナ貨物車両の走行速度である。「ｒ」は曲路２０４ｃの曲率半径である。
上述の不等式（２）によれば、トラクタ１０とコンテナ貨物車両との間の連結点を中心としてコンテナ貨物車両が回転に至る場合の速度が、コンテナ貨物車両の水平方向についての重心位置を用いて、曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」との関係で求まることになる。
次に、コンテナ貨物車両の横転に至ると予測されるコンテナ貨物車両の走行速度の導出法について説明する。
コンテナ貨物車両が、曲路２０４ｃを走行中に最も横転し易くなる状態は、コンテナ貨物車両の走行方向に垂直な断面におけるコンテナ貨物車両の回転運動（不等式（１））と、水平面内のコンテナ貨物車両の回転運動（不等式（２））と、が同時に作用する場合である。
このような場合のコンテナ貨物車両の速度は、不等式（１）および不等式（２）からなる以下の連立不等式をコンテナ貨物車両の走行速度「Ｖ」で解くことにより得られる。
【０１２０】
【数３８】
2008062867.tif 000041
【０１２１】
上述の両式の和を取り移行すると、次のように展開される。【０１２２】
【数３９】
2008062867.tif 000042
【０１２３】
この不等式（３）において、「ｇ」は重力加速度である。「ｂ」はコンテナ貨物車両の幅寸法である。「ｒ」は曲路２０４ｃの曲率半径である。「ａ」は曲路２０４ｃの路面２０４から重心Ｗまでの高さである。「ｓ」は水平中心ライン２０７（垂直中心ライン２０１）からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの左右方向の長さである。「ｃ」は、接地点「Ｃ」から重心Ｗまでの前後方向の長さである。「ｄ」は接地点「Ｄ」から重心Ｗまでの前後方向の長さである。「ｅ」は連結点「Ｅ」から接地点「Ｃ」までの前後方向の長さである。「ｆ」は接地点「Ｉ」から連結点「Ｅ」までの前後方向の長さである。「Ｌ」は接地点「Ｃ」から接地点「Ｄ」までの前後方向の長さである。
この不等式（３）が、コンテナ貨物車両の横転に至ると予測されるコンテナ貨物車両の横転速度の範囲を求める式である。よって、コンテナ貨物車両の３次元重心位置さえ既知であれば、コンテナ貨物車両の走行速度「Ｖ」のうちの不等式（３）が成り立つような速度の範囲、つまり、コンテナ貨物車両の横転速度の範囲を適切に予測することができる。【０１２４】
ところで、本明細書において、不等式（３）の左辺のコンテナ貨物車両の走行速度「Ｖ」がこれ以上速度を増せば、コンテナ貨物車両が傾き始めると予測される限界（臨界）速度のことを、横転限界速度「Ｖ１」というものとする。つまり、コンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」は、不等式（３）の右辺と左辺を等号で結んだ、以下の等式（４）で与えられる。
【０１２５】
【数４０】
2008062867.tif 000043
【０１２６】
コンテナ貨物車両が、この横転限界速度「Ｖ１」で曲率半径「ｒ」の曲路２０４ｃに差し掛かると、僅かの外乱により、コンテナ貨物車両が傾き始め、最悪の場合、コンテナ貨物車両の横転に至ることが懸念される。このため、この横転限界速度「Ｖ１」は、コンテナ貨物車両が横転に至るか否かの基準速度であり、コンテナ貨物車両の曲路２０４ｃにおける異常な速度を適切に判定するための貴重なデータである。
次に、本実施形態の横転限界速度予測装置１１０によるコンテナ貨物車両の横転限界速度の予測動作例について図面を参照しながら説明する。
図１４は、本実施形態の横転限界速度予測装置によるコンテナ貨物車両の横転限界速度の予測動作を示したフローチャートである。
演算ユニット１１５の操作設定／表示部１１５ｃの電源スイッチが押されると、操作設定／表示部１１５ｃの表示画面（不図示）には複数のメニューが表示される。そして、操作設定／表示部１１５ｃの適宜のボタン操作により、トレーラトラック５０の走行中に、以下のコンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」の予測動作を開始することができる。なお、本予測動作を以下のように実行するにあたり、作業者（例えばトラクタ１０の運転者や同乗者）が行う必要がある指示内容は、操作設定／表示部１１５ｃの表示画面にメッセージ表示される。コンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」の演算動作が選択されると、演算ユニット１１５の演算部１１５ａは、記憶部１１５ｂから横転限界速度予測用の演算プログラムおよび予め記憶された適宜の定数を読み出し、この演算プログラムが、以下の処理を演算部１１５ａ、記憶部１１５ｂおよび操作設定／表示部１１５ｃを制御しながら実行する。
なお、この定数には、重力加速度「ｇ」と、コンテナ貨物車両の幅寸法「ｂ」と、連結点「Ｅ」から接地点「Ｃ」までの前後方向の長さ「ｅ」と、接地点「Ｉ」から連結点「Ｅ」までの前後方向の長さ「ｆ」と、接地点「Ｃ」から接地点「Ｄ」までの前後方向の長さ「Ｌ」と、がある。
重力加速度「ｇ」以外の上述の定数は、何れもトレーラトラック５０の固有値であることから、以下に述べる動作の如く、トレーラトラック５０の機種毎に当該定数が記憶部１１５ｂに入力されるものとする。また、記憶部１１５ｂに入力された定数は、その後、トレーラトラック５０の機種が変更されない限りは、再入力することなく、そのまま使用できる。
まず、作業者（運転者や同乗者）が、トレーラトラック５０の車検証やメーカ仕様書などの適宜の資料を用いて、上述の定数「ｅ」、「ｆ」、「ｂ」、「Ｌ」を特定する。そして、作業者による操作設定／表示部１１５ｃの操作により、演算ユニット１１５の記憶部１１５ｂに、これらの定数「ｅ」、「ｆ」、「ｂ」、「Ｌ」が入力される（ステップＳ１４０１）。定数としての重力加速度「ｇ」については、普遍的な値であることから、予め記憶部１１５ｂに記憶されている。これにより、演算部１１５ａは、これらの定数「ｅ」、「ｆ」、「ｂ」、「Ｌ」、「ｇ」を取得できる。
次に、演算部１１５ａは、以下に述べる何れかの方法により、コンテナ貨物車両の重心関連データを取得する。つまり、演算部１１５ａは、曲路２０４ｃの路面２０４から重心Ｗまでの高さ「ａ」と、水平中心ライン２０７（垂直中心ライン２０１）からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの左右方向の長さ「ｓ」と、接地点「Ｃ」から重心Ｗまでの前後方向の長さ「ｃ」と、接地点「Ｄ」から重心Ｗまでの前後方向の長さ「ｄ」と、を取得する（ステップＳ１４０２）。
第１の方法として、例えば、コンテナ１１内の積載状態を未確認のまま輸送される場合、演算部１１５ａは、記憶部１１５ｂに予め記憶されている３次元重心位置検知用の演算プログラムに従って動作し、第１実施形態で述べた角速度センサ１４ａ（Ａ／Ｄ変換器１４ｂ）から出力されたデジタル信号に基づいてコンテナ貨物車両の３次元重心位置を取得してもよい。そうすれば、演算部１１５ａは、この３次元重心位置のデータをもとに、簡易な幾何学的計算により上述の重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」を演算できる。これにより、演算部１１５ａは、論理的な力学理論に基づいて導かれたコンテナ貨物車両の３次元重心位置から高精度のデータを自動的に取得でき好適である。なお、コンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法は、第１実施形態で詳しく述べたので、ここでは、省略する。
第２の方法として、国内流通の一般貨物輸送の如く、トレーラトラック５０の作業者がコンテナ１１へのコンテナ貨物の積載を行う場合には、作業者が、上述の重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」を実測してもよい。そうすれば、演算部１１５ａは、作業者による操作設定／表示部１１５ｃを用いた重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」の入力により、これらの重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」を取得できる。但し、この第２の方法では、重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」の測定誤差により、第１の方法に比べてコンテナ貨物車両の３次元重心位置の精度が劣る場合がある。
次に、演算部１１５ａは、以下に述べる何れかの方法により、曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」を取得する（ステップＳ１４０３）。
第１の方法として、演算部１１５ａは、受信機１１４ｄを用いて、トレーラトラック５０が差し掛かる予定の曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」の無線情報を地域のＩＴＳから自動的に取得してもよい。
第２の方法として、トレーラトラック５０の運行計画をもとにして、トレーラトラック５０の走行が予定されている曲路２０４ｃの曲率半径を事前調査してもよい。そうすれば、演算部１１５ａは、作業者による操作設定／表示部１１５ｃを用いた曲率半径「ｒ」の入力により、この値「ｒ」を取得できる。
第３の方法として、演算部１１５ａが、曲路２０４ｃの曲率半径として想定される数値範囲（例えば、交差点の屈曲カーブの数値から高速道路のなだらかなカーブの数値までの範囲）を所定の数値毎に刻み、これを連続的に取得してもよい。
次に、演算部１１５ａは、記憶部１１５ｂに記憶された定数「ｅ」、「ｆ」、「ｂ」、「Ｌ」、「ｇ」を読み出し、ステップＳ１４０２により得られたコンテナ貨物車両の３次元重心位置に関係する重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」およびステップＳ１４０３により得られた曲率半径「ｒ」を用いて、以下の等式（４）により、曲率半径「ｒ」に応じたコンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」（予測値）を演算する（ステップＳ１４０４）。
【０１２７】
【数４１】
2008062867.tif 000044
【０１２８】
この等式（４）において、「ｇ」は重力加速度である。「ｂ」はコンテナ貨物車両の幅寸法である。「ｒ」は曲路２０４ｃの曲率半径である。「ａ」は曲路２０４ｃの路面２０４から重心Ｗまでの高さである。「ｓ」は水平中心ライン２０７（垂直中心ライン２０１）からコンテナ貨物車両の重心Ｗまでの左右方向の長さである。「ｃ」は、接地点「Ｃ」から重心Ｗまでの前後方向の長さである。「ｄ」は接地点「Ｄ」から重心Ｗまでの前後方向の長さである。「ｅ」は連結点「Ｅ」から接地点「Ｃ」までの前後方向の長さである。「ｆ」は接地点「Ｉ」から連結点「Ｅ」までの前後方向の長さである。「Ｌ」は接地点「Ｃ」から接地点「Ｄ」までの前後方向の長さである。
そして、演算部１１５ａは、ステップＳ１４０４により得られた横転限界速度「Ｖ１」を、作業者に通知するよう、演算ユニット１１５の操作設定／表示部１５ｃの表示画面に表示させ、および／または、操作設定／表示部１５ｃのスピーカにより音声発信させる（ステップＳ１４０５）。
例えば、演算部１１５ａは、トレーラトラック５０が差し掛かる予定の曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」の無線情報を地域のＩＴＳから受信機１１４ｂを介して逐次取得しつつ、操作設定／表示部１５ｃを用いて『次の交差点を左折するなら、「Ｖ１」以下で曲がれ』や『この高速道路の次のカーブは、「Ｖ１」以下に保て』などの通知を作業者に発信してもよい。
ここで、演算部１１５ａは、曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」を変更するか否かを判定する（ステップＳ１４０６）。曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」を変更する場合（ステップＳ１４０６において「Ｙｅｓ」の場合）、上述のステップＳ１４０３〜ステップＳ１４０５の処理が反復される。
一方、曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」を変更しない場合（ステップＳ１４０６において「Ｎｏ」の場合）、次の判定ステップに進み、演算部１１５ａは、上述の重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」の何れかを変更するか否かを判定する（ステップＳ１４０７）。これらの重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」のうちの少なくとも何れか一つを変更する場合（ステップＳ１４０７において「Ｙｅｓ」の場合）、上述のステップＳ１４０２〜ステップＳ１４０６の処理が反復される。
一方、これらの重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」の何れも変更しない場合（ステップＳ１４０７において「Ｎｏ」の場合）、次の判定ステップに進み、演算部１１５ａは、トレーラトラック５０の固有値である上述の定数「ｅ」、「ｆ」、「ｂ」、「Ｌ」を変更するか否かを判定する（ステップＳ１４０８）。これらの定数「ｅ」、「ｆ」、「ｂ」、「Ｌ」のうちの少なくとも何れか一つを変更する場合（ステップＳ１４０８において「Ｙｅｓ」の場合）、上述のステップＳ１４０１〜ステップＳ１４０７の処理が反復される。
一方、これらの定数「ｅ」、「ｆ」、「ｂ」、「Ｌ」の何れも変更しない場合（ステップＳ１４０８において「Ｎｏ」の場合）、横転限界速度予測装置１１０は、一連のコンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」の予測ルーチンを終える。
以上に述べたように、本実施形態の横転限界速度予測装置１１０は、貨物を搭載可能なコンテナ１１、コンテナ１１を載せるコンテナシャーシ１２およびコンテナシャーシ１２を牽引するトラクタ１０を有するトレーラトラック５０と、演算ユニット１１５と、を備える。
そして、横転限界速度予測装置１１０は、演算ユニット１１５が、コンテナ貨物車両の３次元空間上の重心位置およびコンテナ貨物車両が走る予定の曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」を取得し、この３次元空間上の重心位置を用いて、曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」に応じたコンテナ貨物車両の曲路２０４ｃにおける横転限界速度「Ｖ１」を適切に導けるよう、構成されている。
このような横転限界速度「Ｖ１」は、コンテナ貨物車両が横転に至るか否かの基準速度であり、これにより、トレーラトラック５０の曲路２０４ｃにおける不安定走行の未然防止に資することができる。
より詳しくは、演算ユニット１１５は、コンテナ貨物車両の走行方向に垂直な断面についての重心位置を用いた、コンテナ貨物車両の旋回外輪の幅方向の外端３００を中心としてコンテナ貨物車両が回転に至る場合の車両速度「Ｖ」と曲率半径「ｒ」との関係を表す不等式（１）と、コンテナ貨物車両の走行方向についての重心位置を用いた、トラクタ１０とコンテナ貨物車両との間の連結点「Ｅ」を中心としてコンテナ貨物車両が回転に至る場合の車両速度「Ｖ」と曲率半径「ｒ」との関係を表す不等式（２）と、に基づいて、横転限界速度「Ｖ１」を導くことができる
これにより、補正係数等の理論的根拠を欠くデータを導入することなく、論理的な力学理論に基づきコンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」を導くことができ、その演算結果の信頼性は極めて高い。そして、このことは、後述の実車実験による第２検証結果により裏付けられている。
また、本実施形態の横転限界速度予測装置１１０によれば、上述の不等式（１）および不等式（２）の入力値としての各種の重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」を、第１実施形態の重心検知装置１００によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置を用いて導くこともできる。この場合、重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」の測定の手間が省けるとともに、第１実施形態で実証したとおり、高精度な重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」が得られる。更に、コンテナ１１内の積載状態を未確認のまま輸送される場合（例えば、国際間の輸出入により商取引されるコンテナ貨物の場合）であっても、重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」を得ることができる。
また、本実施形態の横転限界速度予測装置１１０によれば、演算部１１５ａは、受信機１１４ｄを用いて、トレーラトラック５０が走る予定の曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」の無線情報を地域のＩＴＳから自動的に取得できる。これにより、曲路２０４ｃの曲率半径「ｒ」の取得に費やされる手間を省ける。
【実施例２】
【０１２９】
第２実施形態の横転限界速度予測装置１１０によるコンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」の導出法の妥当性を裏付ける目的で、２００５年４月１３日に神戸港摩耶埠頭にて実車による第２検証実験（横転実験）を行った。なお、本検証実験では、本技術が公知にならないよう、本技術の理論式をパーソナルコンピュータの内部メモリにプログラムとして記憶させブラックボックス化してなされている。
本検証実験の手順は次のとおりである。
まず、検証実験用トレーラトラックの固有値が取得された。この固有値には、コンテナ貨物車両の幅寸法「ｂ」と、連結点「Ｅ」から接地点「Ｃ」までの前後方向の長さ「ｅ」と、接地点「Ｉ」から連結点「Ｅ」までの前後方向の長さ「ｆ」と、接地点「Ｃ」から接地点「Ｄ」までの前後方向の長さ「Ｌ」と、がある。
次に、適宜のダミー貨物を積載させた検証実験用コンテナ貨物車両の重心関連データが取得された。この重心関連データには、曲路２０４ｃの路面２０４から重心までの高さ「ａ」と、水平中心ライン２０７（垂直中心ライン２０１）からコンテナ貨物車両の重心までの左右方向の長さ「ｓ」と、接地点「Ｃ」から重心までの前後方向の長さ「ｃ」と、接地点「Ｄ」から重心までの前後方向の長さ「ｄ」と、がある。
次に、検証実験用トレーラトラックの走行速度を制御しながら、このトレーラトラックを曲線状に走らせ、横転させた。なお、本検証実験は、生身のドライバーの運転により、現実のトレーラトラック（実車）を横転させるという画期的な取り組みとして、関係者の注目を集めた。【０１３０】
次に、本検証実験の現場のトレーラトラック横転前の事前計測と横転後の事後検査とにより、検証実験用トレーラトラックが、その横転時に通った道筋（横転側の旋回外輪の道筋）の曲率半径が見積もられた。その結果、この曲率半径は、約３５ｍであった。
次に、本検証実験の検証実験用トレーラトラック内のタコメータの記録から、検証実験用トレーラトラックの横転時の車両速度が見積もられた。【０１３１】
図１５は、本検証実験の検証実験用トレーラトラックのタコメータの記録画面の写真を示した図である。
図１５から容易に認識できるとおり、検証実験用トレーラトラックが横転に至ったと考えられる速度が、約３７Ｋｍ／ｈ（時速約３７キロメートル）であったと判断できる。
次に、検証実験用トレーラトラックの固有値としての、定数「ｂ」、「ｅ」、「ｆ」、「Ｌ」、および、検証実験用コンテナ貨物車両の重心関連データ「ａ」、「ｓ」、「ｃ」、「ｄ」を用いて、以下の等式（４）に基づいて、曲率半径「ｒ」に対応した検証実験用コンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」を求めた。
【０１３２】
【数４２】
2008062867.tif 000045
【０１３３】
図１６は、横軸に曲率半径をとり、縦軸にコンテナ貨物車両の横転限界速度をとって、両者の関係を示した図である。なお、ここでは、便宜上、曲率半径「ｒ」とコンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」の関係を表した図１６の実線のことを、「曲率半径−横転限界速度の相関線」と称する。
図１６によると、横軸の曲率半径「ｒ」が３５ｍである場合に対応する曲率半径−横転限界速度の相関線の縦軸の値は、約３７Ｋｍ／ｈと読み取れる。これにより、横転限界速度予測装置１１０により得られた検証実験用コンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」の値と、上述のタコメータにより得られた検証実験用トレーラトラックが横転したと考えられる値と、が、ほぼ完全に一致した。その結果、第２実施形態の横転限界速度予測装置１１０によるコンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」の導出法の妥当性が、本検証実験により裏付けられた。【０１３４】
このような曲率半径−横転限界速度の相関線により、曲率半径「ｒ」に応じたトレーラトラック（コンテナ貨物車両）の曲路における横転速度の範囲が適切に見積もれる。例えば、当該曲率半径−横転限界速度の相関線によれば、検証実験用トレーラトラックが、曲率半径「ｒ」が３５ｍである曲路を走行する場合（このような曲路は、一般道ではごく普通に遭遇する）において、検証実験用トレーラトラックの走行速度が３７Ｋｍ／ｈを超えると（この速度は、ごく普通の制限速度内の値である）、この検証実験用トレーラトラックが横転に至る可能性が高いと判断できる。
つまり、トレーラトラックが、車の流れに合わせて制限速度以下で走行していても、コンテナへのコンテナ貨物の積載状態の如何により、コンテナ貨物車両の横転限界速度「Ｖ１」を超える場合がある。そして、このような事実が、以上に述べたコンテナ貨物車両の３次元重心位置検知の重要性および有益性を如実に物語っている。
（第３実施形態）
図１７は、第３実施形態の貨物重量予測装置の構成例を示した概略図である。図１７（ａ）は、この貨物重量装置を、コンテナ貨物車両の幅方向（側面）から見た図であり、図１７（ｂ）は、この貨物重量装置を、コンテナ貨物車両の後側から見た図である。なお、図面において、コンテナ貨物車両の自重のかかる方向を「上下方向」とし、コンテナ貨物車両の幅方向を「左右方向」とし、コンテナ貨物車両の走行方向を「前後方向」とする。
また、この貨物重量予測装置１００Ａのハードウェア構成は、第１実施形態の重心検知装置１００のハードウェア構成と同じである。よって、図１７では、貨物重量予測装置１００Ａの構成要素には、これに対応する重心検知装置１００の構成要素と同一の符号を付しており、貨物重量予測装置１００Ａの構成の詳細な説明は省略する。つまり、本実施形態の貨物重量予測装置１００Ａについては、演算ユニット１５の記憶部１５ｂ（図２参照）に、コンテナ１１に積載されたコンテナ貨物の重量を適切に導くための演算プログラム（詳細は後述）が記憶されている点で、このような演算プログラムが記憶部１５ｂに記憶されていない第１実施形態の重心位置装置１００と区別されるが、ハードウェア上、重心位置装置１００をそのまま使用することができる。
次に、コンテナ１１に積載されたコンテナ貨物の重量の導出法について図面を参照しながら詳しく説明する。
本導出法は、後述のとおり、コンテナ貨物車両の３次元重心位置を入力値として用い、コンテナ貨物車両の３方向（前後方向、左右方向および上下方向）のそれぞれの方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量を理論的根拠に基づいて幾何学的に導くことに特徴がある。また、本導出法は、後述のとおり、これらの見かけの重量を用いて、コンテナ貨物の正味の重量を幾何平均により理論的に導くことにも特徴がある。
まず、コンテナ貨物の重量を導く場合に必要となる入力値（初期情報）の取得方法について述べる。
このような入力値には、コンテナ貨物車両の走行方向（前後方向）におけるコンテナ１１の長さ「ｐ」（図１８参照）と、コンテナ貨物車両の幅方向（左右方向）におけるコンテナ１１の長さ「ｂ」（図１９参照）と、コンテナ貨物がコンテナ１１に積載されていないコンテナ貨物車両の重量「ｍ０」（以下、必要に応じて、重量「ｍ０」と略す）と、車軸位置ライン２０２からコンテナ１１の上端部までの長さ「ｚ」（図２０参照）と、がある。
これらのコンテナ１１の長さ「ｐ」、「ｂ」、「ｚ」や重量「「ｍ０」については、トレーラトラック５０の車検証やメーカ仕様書などの適宜の資料を用いて容易に知ることができる。
また、上述の入力値には、コンテナ貨物がコンテナ１１に積載されたコンテナ貨物車両の３次元空間上の重心「Ｗ」の位置（以下、必要に応じて、重心「Ｗ」の位置と略す）、および、コンテナ貨物がコンテナ１１に積載されていないコンテナ貨物車両の３次元空間上の重心「Ｗ０」の位置（以下、必要に応じて、重心「Ｗ０」の位置と略す）もある。
重心「Ｗ」の位置については、第１実施形態に述べたコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法により精度良く導くことができる。
また、重心「Ｗ０」の位置については、コンテナ１１やコンテナシャーシ１２の型式を特定できれば、適宜の解析技術や計測技術を駆使して車検場などにおいて求めることも可能である。しかしながら、ここでは、第１実施形態のコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法を用いて、簡便かつ高精度に重心「Ｗ０」の位置を導ける方法を述べる。
上述のとおり、第１実施形態で述べたコンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法は、コンテナ１１へのコンテナ貨物の積載の有無に拘わらず適用できる。そこで、コンテナ型式（例えば、４０フィートコンテナや冷凍コンテナなど）が異なる各種の空のダミーコンテナを載せたコンテナシャーシ１１を、標準的なトラクタ１０により牽引させると、上述の導出法により、様々な型式のコンテナの重心「Ｗ０」の位置が得られる。このため、コンテナ型式毎のコンテナの重心「Ｗ０」の位置をデータベース化して予め記憶部１５ｂに記憶すれば、演算ユニット１５は、コンテナ貨物が積載されたコンテナと同一型式のコンテナの重心「Ｗ０」の位置のデータを適宜、記憶部１５ｂから読み出して、このデータを入力値として使用できる。
次に、コンテナ貨物車両の前後方向（走行方向）のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量を幾何学的に導く方法について図１８を参照しながら説明する。
図１８は、本実施形態の貨物重量予測装置によるコンテナ貨物車両の前後方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｕ」（以下、必要に応じて、重量「ｍｕ」と略す）の導出法を説明する模式図であり、コンテナ貨物車両を上下方向（正確には上方向）から見た各重心位置の状態を模式的に示した図である。
なお、図１８（図１９も同じ）において、コンテナ貨物車両の幅方向を「左右方向」とし、コンテナ貨物車両の走行方向を「前後方向」としている。
図１８では、重心「Ｗ０」の位置および重心「Ｗ」の位置の他、コンテナ１１の内部に積載された貨物の３次元空間上の重心「Ｗｘ」の位置（以下、必要に応じて、重心「Ｗｘ」の位置と略す）も描かれている。
ところで、質点系の力学からの当然の結果として、図１８に示すように、重心「Ｗ０」および重心「Ｗｘ」の間に重心「Ｗ」が存在することになり、これらの三者は同一直線上に配されている。このとき、重心「Ｗｘ」は、重心「Ｗ」を挟んで重心「Ｗ０」の前後および左右どちらも反対側になるように位置している。そして、このような重心「Ｗ」、「Ｗ０」、「Ｗｘ」の位置関係が、既知の重量「ｍ０」を用いて未知の重量「ｍｕ」を幾何学的に導く際に好都合であることに、本件発明者は気がついた。
つまり、コンテナ１１の内部の個々のコンテナ貨物の積載状態が不明であったとしても、コンテナ１１の底面全体に荷重されている前後方向の重量配分を重量「ｍｕ」および重量「ｍ０」を用いて把握でき、その結果、重量「ｍｕ」は、幾何学的に以下の如く定式化される。
【０１３５】
【数４３】
2008062867.tif 000046
【０１３６】
式（１）および式（２）において、「ｐ」はコンテナ１１の前後方向の長さであり、「ｍ０」はコンテナ貨物がコンテナ１１に積載されていないコンテナ貨物車両の重量であり、「ｍｕ」はコンテナ貨物車両の前後方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量である。また、「ｋｇ」はコンテナ１１の前部（前横梁２０）を基準とした重心「Ｗ」の位置を、後述の座標系を用いた前後方向の長さで記述した値であり、「ｋｇ０」はコンテナ１１の前部（前横梁２０）を基準とした重心「Ｗ０」の位置を、後述の座標系を用いた前後方向の長さで記述した値である。
なお、第１実施形態では、上述の「ｋｇ」をコンテナ１１の前部から重心「Ｗ」の位置までの単純な長さ（正の値）として取り扱っていたが、本実施形態では、この「ｋｇ」は、座標系の取り方に依存して正の値や負の値をとることになる。
図１８に示した座標系によれば、座標軸の原点（０、０）を前横梁２０の左右方向の中央に置くことにより、前後方向に平行なＸ軸と左右方向に平行なＹ軸とを、互いに原点において直交するように引くことができる。このような座標系を用いると、重心「Ｗ」と重心「Ｗ０」と重心「Ｗｘ」との間の前後方向の位置関係が如何様に変わろうとも、重量「ｍｕ」を最小限の数式により扱えるので都合がよい。なお、この座標系の取り方は、飽くまで一例に過ぎず、任意に定めることができる。
このように座標系を取ると、重心「Ｗ０」は第２象限に位置するので、「ｋｇ０」は負の値となる。また、重心「Ｗ」は第３象限に位置するので、「ｋｇ」も負の値となる。この場合、コンテナ１１の前部と重心「Ｗ」との間の長さは、図１８に示すように、「−ｋｇ」として記述され、コンテナ１１の後部（後梁部２１）と重心「Ｗ」との間の長さは、「ｐ＋ｋｇ」として記述される。よって、コンテナ貨物がコンテナ１１の底面を均一に荷重していると仮定すると、コンテナ貨物車両の前後方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｕ」を、重心「Ｗ０」の位置、重心「Ｗ」の位置、長さ「ｐ」、および、重量「ｍ０」に基づいて、前後方向の重量配分の考え方により上述の式（１）および式（２）の如く定式化できる。
次に、コンテナ貨物車両の左右方向（幅方向）のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量を幾何学的に導く方法について図１９を参照しながら説明する。
図１９は、本実施形態の貨物重量予測装置によるコンテナ貨物車両の左右方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｂ」（以下、必要に応じて、重量「ｍｂ」と略す）の導出法を説明する模式図であり、コンテナ貨物車両の上下方向（正確には上方向）から見た各重心位置の状態を模式的に示した図である。【０１３７】
図１９でも同様に、重心「Ｗ０」の位置および重心「Ｗ」の位置の他、重心「Ｗｘ」の位置が描かれている。そして、これらの重心「Ｗ」、「Ｗ０」、「Ｗｘ」の位置関係が、既知の重量「ｍ０」を用いて未知の重量「ｍｂ」を幾何学的に導く際に好都合であることは、上述の重量「ｍｕ」を幾何学的に導く場合と同じである。【０１３８】
つまり、コンテナ１１の内部の個々のコンテナ貨物の積載状態が不明であったとしても、コンテナ１１の底面全体に荷重されている左右方向の重量配分を重量「ｍｂ」および重量「ｍ０」を用いて把握でき、その結果、重量「ｍｂ」は、幾何学的に以下の如く定式化される。
【０１３９】
【数４４】
2008062867.tif 000047
【０１４０】
式（３）および式（４）において、「ｂ」はコンテナ１１を支えている部分（横梁）の左右方向の長さであり、「ｍ０」はコンテナ貨物がコンテナ１１に積載されていないコンテナ貨物車両の重量であり、「ｍｂ」はコンテナ貨物車両の左右方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量である。また、「ｓ」は水平中心ライン２０７を基準とした重心「Ｗ」の位置を、後述の座標系を用いて左右方向の長さで記述した値であり、「ｓ０」は水平中心ライン２０７を基準とした重心「Ｗ０」の位置を、後述の座標系を用いて左右方向の長さで記述した値である。
なお、第１実施形態では、上述の「ｓ」を車軸の中心（水平中心ライン２０７）からコンテナ貨物車両の重心「Ｗ」までの左右方向の単純な長さ（正の値）として扱っていたが、本実施形態では、この「ｓ」は、座標系の取り方に依存して正の値や負の値をとることになる。
図１９に示した座標系によれば、図１８の座標系と同様に、座標軸の原点（０、０）を前横梁２０の左右方向の中央に置くことにより、前後方向に平行なＸ軸と左右方向に平行なＹ軸とを、互いに原点において直交するように引くことができる。このような座標系を用いると、重心「Ｗ」と重心「Ｗ０」と重心「Ｗｘ」との間の左右の位置関係が如何様に変わろうとも、重量「ｍｂ」を最小限の数式により扱えるので都合がよい。なお、この座標系の取り方は、飽くまで一例に過ぎず、任意に定めることができる。
このように座標系を取ると、重心「Ｗ０」は第２象限に位置するので、「ｓ０」は正の値となる。また、重心「Ｗ」は第３象限に位置するので、「ｓ」は負の値となる。この場合、コンテナ１１の左端部と重心「Ｗ」との間の長さは、図１９に示すように、「ｂ／２−ｓ」として記述され、コンテナ１１の右端部と重心「Ｗ」との間の長さは、「ｂ／２＋ｓ」として記述される。よって、コンテナ貨物がコンテナ１１の底面を均一に荷重していると仮定すると、コンテナ貨物車両の左右方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｂ」を、重心「Ｗ０」の位置、重心「Ｗ」の位置、長さ「ｂ」、および、重量「ｍ０」に基づいて、左右方向の重量配分の考え方により上述の式（３）および式（４）の如く定式化できる。
次に、コンテナ貨物車両の上下方向（自重方向）のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量を幾何学的に導く方法について図２０を参照しながら説明する。
図２０は、本実施形態の貨物重量予測装置によるコンテナ貨物車両の上下方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｚ」（以下、必要に応じて、重量「ｍｚ」と略す）の導出法を説明する模式図であり、コンテナ貨物車両の前後方向（正確には後方向）から見た各重心位置の状態を模式的に示した図である。
なお、図２０において、コンテナ貨物車両の自重のかかる方向を「上下方向」とし、コンテナ貨物車両の幅方向を「左右方向」としている。
図２０でも同様に、重心「Ｗ０」の位置および重心「Ｗ」の位置の他、重心「Ｗｘ」の位置が描かれている。そして、これらの重心「Ｗ」、「Ｗ０」、「Ｗｘ」の位置関係が、既知の重量「ｍ０」を用いて未知の重量「ｍｚ」を幾何学的に導く際に好都合であることは、上述の重量「ｍｕ」、「ｍｂ」を幾何学的に導く場合と同じである。【０１４１】
つまり、コンテナ１１の内部の個々のコンテナ貨物の積載状態が不明であったとしても、コンテナ１１の底面全体に荷重されている上下方向の重量配分を重量「ｍｚ」および重量「ｍ０」を用いて把握でき、その結果、重量「ｍｚ」は、幾何学的に以下の如く定式化される。
【０１４２】
【数４５】
2008062867.tif 000048
【０１４３】
式（５）および式（６）において、「ｚ」は車軸位置ライン２０２からコンテナ１１の上端部までの長さであり、「ｍ０」はコンテナ貨物がコンテナ１１に積載されていないコンテナ貨物車両の重量であり、「ｍｚ」はコンテナ貨物車両の上下方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量である。また、「ｌ」は車軸位置ライン２０２を基準とした重心「Ｗ」の位置を、後述の座標系を用いて上下方向の長さで記述した値であり、「ｌ０」は車軸位置ライン２０２を基準とした重心「Ｗ０」の位置を、後述の座標系を用いて上下方向の長さで記述した値である。
なお、第１実施形態では、上述の「ｌ」を車軸（車軸位置ライン２０２）からコンテナ貨物車両の重心「Ｗ」までの上下方向の単純な長さ（正の値）として扱っていたが、本実施形態では、この「ｌ」は、座標系の取り方に依存して正の値や負の値をとることになる。
図２０に示した座標系によれば、座標軸の原点（０、０）を車軸位置ライン２０２および垂直中心ライン２０１の交点に置くことにより、左右方向に平行なＸ軸（車軸位置ライン２０２に一致）と上下方向に平行なＹ軸（垂直中心ライン２０１に一致）とを、互いに原点において直交するように引くことができる。このような座標系を用いると、重心「Ｗ」と重心「Ｗ０」と重心「Ｗｘ」との間の左右の位置関係が如何様に変わろうとも、重量「ｍｚ」を最小限の数式により扱えるので、都合がよい。なお、この座標系の取り方は、飽くまで一例に過ぎず、任意に定めることができる。
このように座標系を取ると、重心「Ｗ０」は第２象限に位置するので、「ｌ０」は正の値となる。また、重心「Ｗ」は第１象限に位置するので、「ｌ」も正の値となる。この場合、車軸位置ライン２０２と重心「Ｗ」との間の長さは、図２０に示すように、「ｌ」として記述され、コンテナ１１の上端部と重心「Ｗ」との間の長さは、「ｚ−ｌ」として記述される。よって、コンテナ貨物がコンテナ１１の底面を均一に荷重していると仮定すると、コンテナ貨物車両の上下方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｚ」を、重心「Ｗ０」の位置、重心「Ｗ」の位置、長さ「ｚ」、および、重量「ｍ０」に基づいて、上下方向の重量配分の考え方により上述の式（５）および式（６）の如く定式化できる。
次に、上述の重量「ｍｕ」、重量「ｍｂ」および重量「ｍｚ」を用いて、コンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」（以下、必要に応じて、重量「Ｍ」と略す）を導く方法について説明する。
上述の重量「ｍｕ」重量「ｍｂ」および重量「ｍｚ」はそれぞれ、コンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」に各方向相互に依存する誤差を足すことにより記述できると考えられる。【０１４４】
よって、重量「ｍｕ」、重量「ｍｂ」および重量「ｍｚ」はそれぞれ、以下の式により表される。
【０１４５】
【数４６】
2008062867.tif 000049
【０１４６】
これらの３つの式において、「α」は重量「ｍｕ」に介在する誤差であり、「β」は重量「ｍｂ」に介在する誤差であり、「γ」重量「ｍｚ」に介在する誤差である。これらは誤差「α」、「β」、「γ」は何れも未知数であるが、それぞれ相互に影響し合う性質を持っていると考えられる（つまり、正負の符号を持つ）
ここで、上記の３つの式の両辺を掛け合わせて展開すると、以下の式が得られる。【０１４７】
【数４７】
2008062867.tif 000050
【０１４８】
更に、上記の式の両辺を「ｍｕｍｂｍｚ」で割ると、以下の式となる。【０１４９】
【数４８】
2008062867.tif 000051
【０１５０】
ここで、誤差「α」、「β」、「γ」は、「ｍｕｍｂｍｚ」に対して充分に微小な値であると考えられるので、以下の式のように近似しても差し支えない。
【０１５１】
【数４９】
2008062867.tif 000052
【０１５２】
このようにして、コンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」を、以下の式（７）の如く、３方向のそれぞれのみを考慮した見かけの重量「ｍｕ」、重量「ｍｂ」および重量「ｍｚ」の幾何平均の考え方によって定式化できる。
【０１５３】
【数５０】
2008062867.tif 000053
【０１５４】
以上のようにして、本実施形態では、重心「Ｗ」の位置および重心「Ｗ０」の位置を入力値（初期情報）として用いて、幾何学的な重量配分のアプローチおよび幾何平均のアプローチによりコンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」を理論的に導くことができる。
次に、本実施形態の貨物重量予測装置１００Ａによるコンテナ貨物の重量の予測動作例について図面を参照しながら説明する。
図２１は、本実施形態の貨物重量予測装置によるコンテナ貨物の重量の予測動作を示したフローチャートである。
演算ユニット１５の操作設定／表示部１５ｃの電源スイッチが押されると、操作設定／表示部１５ｃの表示画面（不図示）には複数のメニューが表示される。そして、操作設定／表示部１５ｃの適宜のボタン操作により、トレーラトラック５０の走行中に、以下のコンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」の予測動作を開始することができる。なお、本予測動作を以下のように実行するにあたり、作業者（例えばトラクタ１０の運転者や同乗者）が行う必要がある指示内容は、操作設定／表示部１５ｃの表示画面にメッセージ表示される。コンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」の演算動作が選択されると、演算ユニット１５の演算部１５ａは、記憶部１５ｂから貨物重量予測用の演算プログラムおよび予め記憶された適宜の定数を読み出し、この演算プログラムが、以下の処理を演算部１５ａ、記憶部１５ｂおよび操作設定／表示部１５ｃを制御しながら実行する。
なお、この定数には、コンテナ貨物車両の走行方向（前後方向）におけるコンテナ１１の長さ「ｐ」と、コンテナ貨物車両の幅方向（左右方向）におけるコンテナ１１の長さ「ｂ」と、車軸位置ライン２０２からコンテナ１１の上端部までの長さ「ｚ」と、コンテナ貨物がコンテナ１１に積載されていないコンテナ貨物車両の重量「ｍ０」と、がある。【０１５５】
上述の定数は、何れもトレーラトラック５０の固有値であることから、以下に述べる動作の如く、トレーラトラック５０の機種（コンテナ１１の型式）毎に当該定数が記憶部１５ｂに入力されるものとする。また、記憶部１５ｂに入力された定数は、その後、トレーラトラック５０の機種が変更されない限りは、再入力することなく、そのまま使用できる。
まず、作業者（運転者や同乗者）が、トレーラトラック５０の車検証やメーカ仕様書などの適宜の資料を用いて、上述の定数「ｐ」、「ｂ」、「ｚ」、「ｍ０」を特定する。そして、作業者による操作設定／表示部１５ｃの操作により、演算ユニット１５の記憶部１５ｂに、これらの定数「ｐ」、「ｂ」、「ｚ」、「ｍ０」が入力される。これにより、演算ユニット１５は、これらの定数「ｐ」、「ｂ」、「ｚ」、「ｍ０」を取得できる（ステップＳ２１０１）。
次に、演算部１５ａは、以下に述べる何れかの方法により、重心「Ｗ０」の関連データを取得する。具体的には、演算部１５ａは、コンテナ１１の前部（前横梁２０）を基準とした重心「Ｗ０」の位置を、上述の座標系を用いて前後方向の長さで記述した値「ｋｇ０」と、水平中心ライン２０７を基準とした重心「Ｗ０」の位置を、上述の座標系を用いて左右方向の長さで記述した値「ｓ０」と、車軸位置ライン２０２を基準とした重心「Ｗ０」の位置を、上述の座標系を用いて上下方向の長さで記述した値「ｌ０」と、を取得する（ステップＳ２１０２）。
第１の方法として、上述の如く、これらの重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」を、予めコンテナの型式毎にデータベース化し、記憶部１５ｂに記憶してもよい。この場合、演算部１５ａは、コンテナ１１と同一型式のコンテナに対応する「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」のデータを記憶部１５ｂのデータベースから読み出すことにより、これらの数値「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」を、重心関連データとして取得できる。
第２の方法として、国内流通の一般貨物輸送の如く、トレーラトラック５０の作業者がコンテナ１１へのコンテナ貨物の積載を行う場合には、作業者が、上述の重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」を実測してもよい。これにより、演算部１５ａは、作業者による操作設定／表示部１５ｃを用いた重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」の入力により、これらの重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」を取得できる。但し、この第２の方法では、重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」の測定誤差により、第１の方法に比べてコンテナ貨物車両の３次元重心位置の精度が劣る場合がある。
次に、演算部１５ａは、以下に述べる何れかの方法により、重心「Ｗ」の関連データを取得する。具体的には、演算部１５ａは、コンテナ１１の前部（前横梁２０）を基準とした重心「Ｗ」の位置を、上述の座標系を用いて前後方向の長さで記述した値「ｋｇ」と、水平中心ライン２０７を基準とした重心「Ｗ」の位置を、上述の座標系を用いて左右方向の長さで記述した値「ｓ」と、車軸位置ライン２０２を基準とした重心「Ｗ」の位置を、上述の座標系を用いて上下方向の長さで記述した値「ｌ」と、を取得する（ステップ２１０３）。
第１の方法として、例えば、コンテナ１１内の積載状態を未確認のまま輸送される場合、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている３次元重心位置検知用の演算プログラムに従って動作し、第１実施形態で述べた角速度センサ１４ａ（Ａ／Ｄ変換器１４ｂ）から出力されたデジタル信号に基づいてコンテナ貨物車両の重心「Ｗ」の関連データ「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」を取得してもよい。これにより、演算部１５ａは、論理的な力学理論に基づいて導かれたコンテナ貨物車両の３次元重心位置から高精度のデータを自動的に取得でき好適である。なお、コンテナ貨物車両の３次元重心位置の導出法は、第１実施形態で詳しく述べたので、ここでは、省略する。
第２の方法として、国内流通の一般貨物輸送の如く、トレーラトラック５０の作業者がコンテナ１１へのコンテナ貨物の積載を行う場合には、作業者が、上述の重心関連データ「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」を実測してもよい。これにより、演算部１５ａは、作業者による操作設定／表示部１５ｃを用いた重心関連データ「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」の入力により、これらの重心関連データ「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」を取得できる。但し、この第２の方法では、重心関連データ「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」の測定誤差により、第１の方法に比べてコンテナ貨物車両の３次元重心位置の精度が劣る場合がある。
次に、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに記憶されている重心関連データ「ｋｇ」、「ｋｇ０」を読み出し、重心関連データ「ｋｇ０」が重心関連データ「ｋｇ」以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１０４）。
重心関連データ「ｋｇ０」が重心関連データ「ｋｇ」以上である場合（ステップＳ２１０４において「ＹＥＳ」の場合）、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｐ」、「ｍ０」を読み出し、重心関連データ「ｋｇ」および定数「ｐ」、「ｍ０」を用いて、式（１）により、コンテナ貨物車両の前後方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｕ」を演算する（ステップＳ２１０５）。
【０１５６】
【数５１】
2008062867.tif 000054
【０１５７】
一方、重心関連データ「ｋｇ０」が重心関連データ「ｋｇ」未満である場合（ステップＳ２１０４において「ＮＯ」の場合）、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｐ」、「ｍ０」を読み出し、重心関連データ「ｋｇ」および定数「ｐ」、「ｍ０」を用いて、式（２）により、コンテナ貨物車両の前後方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｕ」を演算する（ステップＳ２１０６）。
【０１５８】
【数５２】
2008062867.tif 000055
【０１５９】
次に、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに記憶されている重心関連データ「ｓ」、「ｓ０」を読み出し、重心関連データ「ｓ０」が重心関連データ「ｓ」以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１０７）。
重心関連データ「ｓ０」が重心関連データ「ｓ」以上である場合（ステップＳ２１０７において「ＹＥＳ」の場合）、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｂ」、「ｍ０」を読み出し、重心関連データ「ｓ」および定数「ｂ」、「ｍ０」を用いて、式（３）により、コンテナ貨物車両の左右方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｂ」を演算する（ステップＳ２１０８）。
【０１６０】
【数５３】
2008062867.tif 000056
【０１６１】
一方、重心関連データ「ｓ０」が重心関連データ「ｓ」未満である場合（ステップＳ２１０７において「ＮＯ」の場合）、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｂ」、「ｍ０」を読み出し、重心関連データ「ｓ」および定数「ｂ」、「ｍ０」を用いて、式（４）により、コンテナ貨物車両の左右方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｂ」を演算する（ステップＳ２１０９）。
【０１６２】
【数５４】
2008062867.tif 000057
【０１６３】
次に、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに記憶されている重心関連データ「ｌ」、「ｌ０」を読み出し、重心関連データ「ｌ０」が重心関連データ「ｌ」以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１１０）。
重心関連データ「ｌ０」が重心関連データ「ｌ」以下である場合（ステップＳ２１１０において「ＹＥＳ」の場合）、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｚ」、「ｍ０」を読み出し、重心関連データ「ｌ」および定数「ｚ」、「ｍ０」を用いて、式（５）により、コンテナ貨物車両の上下方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｚ」を演算する（ステップＳ２１１１）。
【０１６４】
【数５５】
2008062867.tif 000058
【０１６５】
重心関連データ「ｌ０」が重心関連データ「ｌ」超える場合（ステップＳ２１１０において「ＮＯ」の場合）、演算部１５ａは、記憶部１５ｂに予め記憶されている定数「ｚ」、「ｍ０」を読み出し、重心関連データ「ｌ」および定数「ｚ」、「ｍ０」を用いて、式（６）により、コンテナ貨物車両の上下方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｚ」を演算する（ステップＳ２１１２）。
【０１６６】
【数５６】
2008062867.tif 000059
【０１６７】
次に、演算部１５ａは、ステップＳ２１０５またはステップＳ２１０６により得られた重量「ｍｕ」、ステップＳ２１０８またはステップＳ２１０９により得られた重量「ｍｂ」、および、ステップＳ２１１１またはステップＳ２１１２により得られた重量「ｍｚ」を用いて、式（７）により、コンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」を演算して取得する。そして、演算部１５ａは、この重量「Ｍ」を操作設定／表示部１５ｃの表示画面に表示させる（ステップＳ２１１３）。このようにして、演算部１５ａは、一連のコンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」の予測ルーチンを終える。
【０１６８】
【数５７】
2008062867.tif 000060
【０１６９】
以上に述べたように、本実施形態の貨物重量予測装置１００Ａは、貨物を搭載可能なコンテナ１１、コンテナ１１を載せるコンテナシャーシ１２およびコンテナシャーシ１２を牽引するトラクタ１０を有するトレーラトラック５０と、演算ユニット１５と、を備える。
そして、貨物重量予測装置１００Ａは、演算ユニット１５が、コンテナ貨物が搭載されたコンテナ貨物車両の３次元空間上の重心「Ｗ」の位置およびコンテナ貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の３次元空間上の重心「Ｗ０」の位置を取得し、これらの２つの重心「Ｗ」、「Ｗ０」の位置を用いて、コンテナ貨物の見かけの重量「ｍｕ」、「ｍｂ」、「ｍｚ」や正味の重量「Ｍ」を導けるよう、構成されている。
このようなコンテナ貨物の重量を取得することにより、コンテナ貨物の過積載を適切に知ることができ、これにより、トレーラトラック５０の不安定走行やコンテナ１１の扉開封時の貨物荷崩れ落下の未然防止に資することができる。
より詳しくは、演算ユニット１５は、２つの重心「Ｗ０」、「Ｗ」の位置、コンテナ貨物車両の走行方向におけるコンテナ１１の長さ「ｐ」、および、コンテナ貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量「ｍ０」に基づいて、コンテナ貨物車両の走行方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｕ」を、走行方向の幾何学的な重量配分の考え方により導くことができる。【０１７０】
また、演算ユニット１５は、２つの重心「Ｗ０」、「Ｗ」の位置、コンテナ貨物車両の幅方向におけるコンテナの長さ「ｂ」、および、コンテナ貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量「ｍ０」に基づいて、コンテナ貨物車両の幅方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｂ」を、幅方向の幾何学的な重量配分の考え方により導くこともできる。【０１７１】
更に、演算ユニット１５は、２つの重心「Ｗ０」、「Ｗ」の位置、コンテナ貨物車両の自重方向におけるコンテナの長さ「ｚ」、および、コンテナ貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量「ｍ０」に基づいて、コンテナ貨物車両の自重方向のみを考慮したコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｚ」を、自重方向の幾何学的な重量配分の考えたかにより導くこともできる。
その結果、演算ユニット１５は、これらの３方向のそれぞれのコンテナ貨物の見かけの重量「ｍｕ」「ｍｂ」「ｍｚ」に基づいて、幾何平均の考え方により、コンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」を導くことができる。
これにより、補正係数等の理論的根拠を欠くデータを導入することなく、論理的な質点系の力学理論に基づきコンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」を導くことができ、重量演算の信頼性は極めて高い。そして、このことは、後述の実車実験による第３検証の結果により裏付けられている。
また、本実施形態の貨物重量予測装置１００Ａによれば、各種の重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」、「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」を、第１実施形態の重心検知装置１００によるコンテナ貨物車両の３次元重心位置を用いて導くことができる。この場合、重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」、「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」の測定の手間が省けるとともに、第１実施形態で実証したとおり、高精度な重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」、「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」が得られる。更に、コンテナ１１内の積載状態を未確認のまま輸送される場合（例えば、国際間の輸出入により商取引されるコンテナ貨物の場合）であっても、重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」、「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」を得ることができる。
【実施例３】
【０１７２】
第３実施形態の貨物重量予測装置１００Ａによるコンテナ貨物の重量の導出法の妥当性を実車実験により検証した（第３検証実験）。
ここでは、上述の第１検証実験において、重心関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」、「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」の数値および定数「ｐ」、「ｂ」、「ｚ」、「ｍ０」の数値並びに実車実験に用いたダミー貨物（防災用の砂袋）の重量の数値が記録されているので、この第１検証実験の際に記録されたデータを用いて、この重量「Ｍ」の導出法の妥当性の検証がなされた。
なお、重量関連データ「ｋｇ０」、「ｓ０」、「ｌ０」、「ｋｇ」、「ｌ」、「ｓ」および定数「ｐ」、「ｂ」、「ｚ」、「ｍ０」の具体的な記録値は以下のとおりであった。
「ｋｇ０」＝−６．０９ｍ（コンテナ貨物車両の実測による）
「ｓ０」＝０ｍ（コンテナ貨物車両の仕様書による）
「ｌ０」＝１．２８ｍ（コンテナ貨物車両の仕様書による）
「ｋｇ」＝−６．１７ｍ（第１検証実験での３次元重心位置の演算結果による）
「ｌ」＝１．９０ｍ（第１検証実験での３次元重心位置の演算結果による）
「ｓ」＝−０．０７ｍ（第１検証実験での３次元重心位置の演算結果による）
「ｐ」＝１２．１９ｍ（コンテナ貨物車両の仕様書による）
「ｂ」＝２．４４ｍ（コンテナ貨物車両の仕様書による）
「ｚ」＝３．３４ｍ（コンテナ貨物車両の仕様書による）
「ｍ０」＝７．５トン（コンテナ貨物車両の仕様書による）
上記各記録値を、貨物重量予測用の演算プログラムを内蔵するパーソナルコンピュータに入力することにより、当該演算プログラムによるコンテナ貨物の重量の計算が実行された。その結果、幾何平均によるコンテナ貨物の正味の重量「Ｍ」の計算値は、約８．６トンとなり、この値は、ダミー貨物の重量（約９．５トン）とほぼ一致している。よって、第３実施形態の貨物重量予測装置１００Ａによるコンテナ貨物の重量の導出法の妥当性が、本検証により裏付けられた。【０１７３】
ところで、詳細な検討結果の記載は省略するが、本実施形態でのコンテナ貨物の重量の演算では、飽くまで、初期情報（入力値）としての重心「Ｗ」、「Ｗ０」の位置が正確であることが前提となる。そうでなければ、上述の誤差「α」、「β」、「γ」が極端な数値となる可能性があり、この場合、コンテナ貨物の適切な重量を求めることができない。これにより、以上に述べたコンテナ貨物車両の３次元重心位置の高精度検知の重要性および有益性を容易に理解することができる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
本発明の重心検知装置は、貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両の３次元重心位置を適切に導ける。また、本発明の横転限界速度予測装置は、牽引車両に牽引される車両の横転限界速度を適切に導ける。また、本発明の貨物重量予測装置は、牽引車両に牽引される車両に搭載された貨物の重量を適切に導ける。よって、これらの発明は、例えば、コンテナを搭載したコンテナシャーシをトラクタにより牽引するトレーラトラックの輸送に利用できる。
【図１３】
2008062867.tif 000061
【図１４】
2008062867.tif 000062
【図１６】
2008062867.tif 000063
【図１７】
2008062867.tif 000064
【図１８】
2008062867.tif 000065
【図１９】
2008062867.tif 000066
【図２０】
2008062867.tif 000067
【図２１】
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【図１】
2008062867.tif 000069
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月18日(2008.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両と、
前記車両の走行時の前記車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する揺動検知器と、
演算ユニットと、を備え、
前記演算ユニットは、前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記車両の３次元空間上の重心位置を導く、重心検知装置。
【請求項２】
前記車両は、前記貨物を搭載可能なコンテナと、前記コンテナを載せるコンテナシャーシとからなるコンテナ貨物車両である請求項１記載の重心検知装置。
【請求項３】
前記自重方向の揺れが、前記コンテナ貨物車両の重心を質点とした上下方向の往復運動に対応し、前記幅方向の揺れが、前記コンテナ貨物車両の車軸中心を支点とし、前記コンテナ貨物車両の重心を質点とした左右方向の単振子運動に対応する場合、
前記物理量は、前記往復運動の周波数と、前記単振子運動の周波数および前記単振子運動の中心角度と、を含み、
前記演算ユニットは、前記単振子運動の周波数に基づいて前記コンテナの走行方向についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導くとともに、前記往復運動の周波数、前記単振子運動の周波数および前記単振子運動の中心角度に基づいて、前記走行方向に垂直な断面についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導く請求項２記載の重心検知装置。
【請求項４】
前記コンテナシャーシの走行方向の前部近傍と前記牽引車両との間で、両者を幅方向にスイング移動可能に連結する円盤形の連結部材を備え、
前記コンテナシャーシは、前記コンテナの幅方向に延びて、前記コンテナの走行方向の後部近傍を支える横梁を含み、
前記演算ユニットは、前記揺動検知器の出力データを、前記単振子運動の周波数と振幅との間の相関を表すローリングデータに変換して、前記ローリングデータを基にして、前記横梁に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する第１の前記単振子運動の周波数と、前記連結部材に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する第２の前記単振子運動の周波数と、前記コンテナ貨物車両の重心に由来す
る前記単振子運動のピーク振幅に対応する第３の前記単振子運動の周波数と、を
取得し、
前記第１、第２および第３の単振子運動の周波数に基づいて前記走行方向についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導く請求項３記載の重心検知装置。
【請求項５】
前記演算ユニットは、前記揺動検知器の出力データを、前記単振子運動の周波数と振幅との間の相関を表すローリングデータに変換して、前記ローリングデータを基にして、前記コンテナ貨物車両の重心に由来する前記単振子運動のピーク振幅に対応する前記単振子運動の周波数を取得し、
前記揺動検知器の出力データを、前記往復運動の周波数と振幅との間の相関を表すピッチングデータに変換して、前記ピッチングデータを基にして、前記往復運動の最大振幅に対応する前記往復運動の周波数を取得し、
前記揺動検知器の出力データから前記単振子運動の振幅の経時データをサンプリングし、前記経時データの平均値を前記単振子運動の中心角度として取得し、
前記単振子運動の周波数、前記往復運動の周波数および前記単振子運動の中心角度に基づいて、前記走行方向に垂直な断面についての前記コンテナ貨物車両の重心位置を導く請求項３記載の重心検知装置。
【請求項６】
前記コンテナ貨物車両の自重方向および幅方向の揺れは、前記コンテナ貨物車両の路面の直進走行時に、前記路面の凹凸に応じて前記コンテナ貨物車両に与えられる外乱による運動である請求項２乃至５の何れかに記載の重心検知装置。
【請求項７】
前記揺動検知器は、前記牽引車両に配置されてなり、角速度の感度軸が前記自重方向および前記幅方向に調整された角速度センサを備える請求項２乃至５の何れかに記載の重心検知装置。
【請求項８】
請求項１記載の重心検知装置が組み込まれており、
前記演算ユニットは、前記揺れに相関する物理量に基づいて導かれた前記車両の３次元空間上の重心位置、および前記車両が走る曲路の曲率半径を取得し、前記３次元空間上の重心位置を用いて、前記曲率半径に応じた前記車両の前記曲路における横転限界速度を導く、横転限界速度予測装置。
【請求項９】
前記演算ユニットは、前記車両の走行方向に垂直な断面についての前記車両の重心位置を用いた、前記車両の旋回外輪を中心として前記車両が回転に至る場合の前記車両の速度と前記曲率半径との関係を表す第１の式と、前記車両の走行方向についての前記車両の重心位置を用いた、前記牽引車両と前記車両との間の連結点を中心として前記車両が回転に至る場合の前記車両の速度と前記曲率半径との関係を表す第２の式と、に基づいて、前記横転限界速度を導く、請求項８記載の横転限界速度予測装置。
【請求項１０】
前記車両は、前記貨物を搭載可能なコンテナと、前記コンテナを載せるコンテナシャーシとからなるコンテナ貨物車両である請求項８または９記載の横転限界速度予測装置。
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
前記曲率半径の無線情報を受信して、前記無線情報を前記演算ユニットに与える受信機を備える請求項８乃至１０の何れかに記載の横転限界速度予測装置。
【請求項１３】
貨物を搭載可能な、牽引車両に牽引される車両と、
演算ユニットと、を備え、
前記演算ユニットは、前記貨物が搭載された車両の３次元空間上の重心位置および前記貨物が搭載されていない車両の３次元空間上の重心位置を取得し、前記２つの重心位置を用いて前記貨物の重量を導く、貨物重量予測装置。
【請求項１４】
前記車両は、前記貨物を搭載可能なコンテナと、前記コンテナを載せるコンテナシャーシとからなるコンテナ貨物車両である請求項１３記載の貨物重量予測装置。
【請求項１５】
前記演算ユニットが、前記２つの重心位置、前記コンテナ貨物車両の走行方向における前記コンテナの長さ、および、前記貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量に基づいて、前記走行方向のみを考慮した前記貨物の見かけの重量を導き、
前記２つの重心位置、前記コンテナ貨物車両の幅方向における前記コンテナの長さ、および、前記貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量に基づいて、前記幅方向のみを考慮した前記貨物の見かけの重量を導き、
前記２つの重心位置、前記コンテナ貨物車両の自重方向における前記コンテナの長さ、および、前記貨物が搭載されていないコンテナ貨物車両の重量に基づいて、前記自重方向のみを考慮した前記貨物の見かけの重量を導き、
前記３方向の貨物の見かけの重量に基づいて、前記貨物の正味の重量を導く、請求項１４記載の貨物重量予測装置。
【請求項１６】
前記車両の走行時の前記車両の自重方向および幅方向の揺れを検知する揺動検知器を備え、
前記演算ユニットは、前記貨物が搭載された車両の前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記貨物が搭載された車両の３次元空間上の重心位置を導くとともに、
前記貨物が搭載されていない車両の前記揺れに相関する物理量に基づいて、前記貨物が搭載されていない車両の３次元空間上の重心位置を導く、請求項１３乃至１５の何れかに記載の貨物重量予測装置。
【国際調査報告】
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