(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行車両の軸重を計測する３本以上の軸重計を、走行車両の走行方向に沿って不均等に配置し、これらの軸重計で計測された走行車両の軸重の平均値を、該走行車両の軸重として算出する軸重計測装置における軸重計の配置方法において、
【数１】
0003700705.tif 000012
について、λを上記走行車両の速度に応じた範囲で変化させ、且つφを０〜２πの範囲にわたって変化させたシミュレーションで上記ＰEの最大値が最小となったときの配置に基いて、３本以上の上記軸重計の配置を決定する軸重計の配置方法。
【請求項２】
上記シミュレーションにおいて、上記λを変化させる範囲を、ｖを計測対象である走行車両の速度、ｆを１．５〜４．５Ｈｚの範囲とした場合に、λ＝ｖ／ｆの式から計算される範囲とした請求項１に記載の軸重計の配置方法。
【請求項３】
走行車両の軸重を計測する３本以上の軸重計を、走行車両の走行方向に沿って不均等に配置し、これらの軸重計で計測された走行車両の軸重の平均値を、該走行車両の軸重として算出する軸重計測装置において、
【数１】
0003700705.tif 000013
について、λを上記走行車両の速度に応じた範囲で変化させ、且つφを０〜２πの範囲にわたって変化させたシミュレーションで上記ＰEの最大値が最小となった配置に基いて、３本以上の上記軸重計を配置した軸重計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車軸が路面に与える垂直力、いわゆる軸重を計測する軸重計測装置における軸重計の配置方法、および軸重計測装置に関し、特に走行中の車両の軸重を計測するのに適した軸重計の配置方法、および軸重計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、道路を走行している走行車両の軸重を計測する軸重計測装置があった。従来の軸重計測装置は、道路に３本以上の軸重計を車両の走行方向に並べて埋設し、各軸重計で計測された走行車両の軸重の平均値を、この走行車両の軸重として算出する構成であった。軸重計測装置は、主に、法的に規制されている軸重を超える走行車両の取り締まりに利用されている。
【０００３】
ところで、走行車両は、路面の材質、路面の凹凸、サスペンションのバネ定数に起因する周波数で振動している。ここで、走行車両の振動周波数をｆ、走行速度をｖとすると、走行車両の振動波長λは、
λ＝ｖ／ｆ
となる。３本以上の軸重計を等間隔に埋設した場合、この間隔が振動波長λの整数倍に近似する長さである走行車両について、各軸重計において略同じ位相角φで走行車両の軸重を計測するので、計測精度が良くないという問題があった。例えば、取り締まりに利用する場合、軸重計において計測される軸重が最大になる位相角φとなった走行車両を、実際の軸重が法的に規制されていない軸重であるにもかかわらず、違反車両として検出するという問題が生じる。
【０００４】
この問題に対して、３本以上の軸重計を不均等な間隔で配置することが、すでに提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２１４１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報では、３本以上の軸重計を不均等な間隔で配置することが示されているだけで、３本以上の軸重計をどのような配置間隔で配置するかについては特に示されていなかった。言い換えれば、道路を走行している走行車両の軸重の計測精度を向上させるために、３本以上の軸重計の配置間隔を決定する方法については示されていなかった。
【０００７】
この発明の目的は、道路を走行している走行車両の軸重の計測精度を向上させることができる軸重計測装置における軸重計の配置方法、および走行車両の軸重の計測精度を向上させた軸重計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の軸重計の配置方法は、上記目的を達成するために以下の構成を備えている。
【０００９】
走行車両の軸重を計測する３本以上の軸重計を、走行車両の走行方向に沿って不均等に配置し、これらの軸重計で計測された走行車両の軸重の平均値を、該走行車両の軸重として算出する軸重計測装置における軸重計の配置方法において、
【００１０】
【数１】
0003700705.tif 000002
【００１１】
について、λを上記走行車両の速度に応じた範囲で変化させ、且つφを０〜２πの範囲にわたって変化させたシミュレーションで上記ＰEの最大値が最小となったときの配置に基いて、３本以上の上記軸重計の配置を決定する。
【００１２】
この構成では、３本以上の軸重計の配置を、
【００１３】
【数１】
0003700705.tif 000003
【００１４】
について、λを上記走行車両の速度に応じた範囲で変化させ、且つφを０〜２πの範囲にわたって変化させたシミュレーションで得られる上記ＰEの最大値が最小となるＸｎの組み合わせに基いて決定する。
【００１５】
具体的に説明すると、道路を走行している走行車両は、路面の材質、路面の凹凸、サスペンションのバネ定数に起因する周波数ｆで振動している。多くの場合、走行車両の振動周波数ｆは、ｆ＝１．５Ｈｚ〜４．５Ｈｚである。
【００１６】
図２に示すように、走行車両の振動荷重は、この走行車両の振動波形に応じて変化する。図２に示すＡ、Ｂ，Ｃ点で計測される軸重が、この走行車両の軸重である。走行車両の振動波長λは、振動周波数ｆと、走行速度ｖにより決まる。
【００１７】
軸重計測装置は、走行車両の軸重を複数の地点ｘnで計測し、これらの平均値を走行車両の軸重として算出する。
【００１８】
ここで、ｎ本の軸重計の配置位置ｘ1、ｘ2、・・・ｘnを決め、上記［数１］について、λを上記走行車両の速度に応じた範囲で変化させ、且つφを０〜２πの範囲にわたって変化させることにより、今回決めたｎ本の軸重計の配置についてのシミュレーションが行える。
【００１９】
このシミュレーションで得られた上記ＰEの最大値が最小となったときのｎ本の軸重計の配置位置が、最適な軸重計の配置である。この最適な配置に基いて軸重計の配置を決定することにより、道路を走行している走行車両の軸重の計測精度の向上が図れる。
【００２０】
また、上記シミュレーションでは、走行車両の振動波形の波長λは、ｖを計測対象である走行車両の速度、ｆを１．５〜４．５Ｈｚの範囲とした場合に、λ＝ｖ／ｆの式から計算される範囲で変化させればよい。これにより、計測対象の走行車両の速度に応じた、軸重計の配置を得ることができる。例えば、一般道路における走行車両を計測対象とした場合、殆どの走行車両の速度が時速１０ｋｍ〜８０ｋｍの範囲に含まれるので、上記波長λを６００ｍｍ〜１５０００ｍｍの範囲で変化させたシミュレーションにより、一般道路における走行車両の軸重を計測するのに適した軸重計の配置を得ることができる。また、高速道路における走行車両を計測対象とした場合、殆どの走行車両の速度が時速８０ｋｍ〜１２０ｋｍの範囲に含まれるので、上記波長λを４９００ｍｍ〜２２３００ｍｍの範囲で変化させたシミュレーションにより、高速道路における走行車両の軸重を計測するのに適した軸重計の配置を得ることができる。
【００２１】
さらに、この発明にかかる軸重計測装置は、上記軸重計の配置方法を適用した装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態である軸重計測装置について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、この発明の実施形態である軸重計測装置の構成を示す図である。この実施形態の軸重計測装置１は、道路に埋設されたｎ本（ｎ≧３本以上）の軸重計２（２−１〜２−ｎ）を備えている。軸重計２は、枠体の中央部に走行車両の軸重を受ける積荷板を収納した構成である。ｎ本の軸重計２は、走行車両の走行方向に沿って配置されている。また、隣り合う軸重計２間の間隔は均一ではなく、不均等である。軸重計２は、計測した走行車両の軸重（瞬間荷重）をアナログ信号で出力する。３は、各軸重計２から出力されたアナログ信号（瞬間荷重）をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部である。４は、各軸重計２で計測された走行車両の軸重の平均値を算出する演算部である。
【００２４】
次に、走行車両の振動荷重Ｐについて説明する。
【００２５】
走行車両は、路面の材質、路面の凹凸、サスペンションのバネ定数に起因する振動周波数ｆで振動しながら走行している。この走行車両の静荷重をＰ０、振動周波数をｆとすると、任意の時刻ｔにおける走行車両の振動荷重Ｐ（ｔ）は、図２に示すように変化しており、
【００２６】
【数２】
0003700705.tif 000004
【００２７】
で示される。この［数２］における、走行車両の振動振幅に相当する係数ｋは、路面材質（ｋｍ）、路面凹凸（ｋｒ）、サスペンション特性（ｋｓ）の積であり、
ｋ＝ｋｍ×ｋｒ×ｋｓ
である。
【００２８】
このことから、上記［数２］は、
【００２９】
【数３】
0003700705.tif 000005
【００３０】
に書き換えられる。
【００３１】
ここで、走行車両の速度をｖ（ｍ／ｓ）とすると、任意の位置ｘにおける走行車両の振動荷重Ｐ（ｘ）は、
【００３２】
【数４】
0003700705.tif 000006
【００３３】
で示される。
【００３４】
さらに、上記サスペンション特性ｋｓは、走行車両の振動波長λの平方根に比例することから、
【００３５】
【数５】
0003700705.tif 000007
【００３６】
で示され、上記［数４］は、
【００３７】
【数６】
0003700705.tif 000008
【００３８】
になる。
【００３９】
上記［数６］から明らかなように、走行車両の静荷重Ｐ０に対して、任意の位置ｘに配置された軸重計２で計測される走行車両の軸重の誤差Ｐｅ（ｘ）は、
【００４０】
【数７】
0003700705.tif 000009
【００４１】
である。
【００４２】
ここで、ｎ本の軸重計２を走行車両の走行方向に沿って配置し、各軸重計２で計測された走行車両の軸重の平均値に含まれる計測誤差ＰEは、
【００４３】
【数８】
0003700705.tif 000010
【００４４】
で示される。
【００４５】
ここで、ｎ本の軸重計２は、それぞれｘ１、ｘ２、ｘ３・・・ｘｎに配置されているものと仮定する（図３参照）。
【００４６】
なお、ｘ１を基準位置（ｘ１＝０）とし、ｘ２、ｘ３・・・ｘｎをそれぞれｘ１からの距離である。
【００４７】
上記［数７］において、ｋｍ、ｋｒ、ｋ’ｓ、および、Ｐ０は、任意の位置ｘに配置された軸重計２で計測される走行車両の軸重の誤差Ｐｅ（ｘ）の比例定数であり、ｎ本の軸重計２で計測された走行車両の軸重の平均値と、走行車両の静荷重Ｐ０と、の誤差の相対的な関係に影響を及ぼさないことから、１にすることで、上記［数７］を、
【００４８】
【数９】
0003700705.tif 000011
【００４９】
に書き換えることができる。したがって、上記［数８］、および［数９］を用いて、ｎ本の軸重計２を、それぞれｘ１、ｘ２、ｘ３・・・ｘｎに配置した場合について、軸重計測装置１における計測誤差をシミュレーションすることができる。具体的には、走行車両の振動波長λと位相差φをパラメータとして変化させることで、ｎ本の軸重計２を、それぞれｘ１、ｘ２、ｘ３・・・ｘｎに配置した軸重計測装置１のシミュレーションが行える。
【００５０】
このシミュレーションでは、走行車両の振動周波数ｆを、１．５Ｈｚ〜４．５Ｈｚとした。また、この実施形態の軸重計測装置１が設置される一般道における走行車両の速度ｖを、１０ｋｍ／ｈ〜８０ｋｍ／ｈとした。速度が１０ｋｍ／ｈで、振動周波数ｆが４．５Ｈｚである走行車両の振動波長λは約６１７ｍｍであり、速度が８０ｋｍ／ｈで、振動周波数ｆが１．５Ｈｚである走行車両の振動波長λは約１４８１５ｍｍである。
【００５１】
上記［数８］、および［数９］を用いて、ｎ本の軸重計２を、それぞれｘ１、ｘ２、ｘ３・・・ｘｎに配置した場合におけるシミュレーションを行った。このシミュレーションにおいて、振動波長λについては６００ｍｍ〜１５０００ｍｍの範囲で変化させ、且つ位相差φについては０〜２πの範囲で変化させた。具体的には、振動波長λを１．０５n毎に分割した６７パターン（６００×１．０５n（ｎは０〜６６））で、且つ位相差φを均等に分割した３２パターンからなる、合計２１４４（６７×３２）パターンについて、ＰEを算出した。
【００５２】
なお、ｎ本の軸重計２の配置位置ｘ１、ｘ２、ｘ３・・・ｘｎについては、無作為に決定したパターン毎に、上記シミュレーションを行った。
【００５３】
その結果、図４示すシミュレーション結果が得られた。図４において、横軸は上記［数８］により算出された値ＰEである。また、縦軸は２１４４パターンにおける発生頻度である。図４（Ａ）に示すシミュレーション結果が得られたｎ本の軸重計２の配置では、走行車両の多くについて、その計測誤差が比較的小さいが、誤差が比較的大きい走行車両もある。この軸重計２の配置は、各走行車両の軸重を計測し、道路の損傷度等を推定し、道路の保全を図る場合に有効である。しかし、法的に規制されている軸重を超える車両の取り締まりに利用する場合、走行車両の軸重を実際よりも重く計測し、実際の軸重が法的に規制されていない軸重であるにもかかわらず、違反車両として検出する可能性が高い。このため、法的に規制されている軸重を超えるの車両の取り締まりに利用する軸重計測装置１における軸重計２の配置としては、あまり好ましくない。
【００５４】
一方、図４（Ｂ）に示すシミュレーション結果が得られたｎ本の軸重計２の配置は、図４（Ａ）に示した配置に比べて、その計測誤差が小さい走行車両の台数が少なくなっているが、計測誤差がある値を超える走行車両については計測されないので、法的に規制されている軸重を超える車両の取り締まりに使用する場合、取り締まりに対する信頼性を低下させることがなく、適した軸重計２の配置である。言い換えれば、法的に規制されている軸重を超える車両の取り締まりに使用する場合、上記シミュレーションで得た計測誤差の最大値ＰEが最小であったときの軸重計の配置位置が最適な配置位置である。
【００５５】
なお、軸重計測装置１で計測された車両の軸重から、計測誤差の最大値に相当する重量を、差し引いた軸重を走行車両の軸重とし、法的に規制されている軸重を超える車両であるかどうかを判断し、違反車両の取り締まりを行うことにより、法的に規制されている軸重を超える車両を違反車両として検出することがなく、取り締まりに対する信頼性を低下させない。
【００５６】
参考までに、図５〜図８に、軸重計２が３本、４本、５本、６本であるそれぞれの場合についてのシミュレーション結果を示す。
【００５７】
図５（Ａ）は、３本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝２７００ｍｍ、ｘ３＝７５００ｍｍとしたシミュレーション結果であり、図５（Ｂ）は、３本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝２７００ｍｍ、ｘ３＝６３００ｍｍとしたシミュレーション結果であり、図５（Ｃ）は、３本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝３７５０ｍｍ、ｘ３＝７５００ｍｍとしたシミュレーション結果である。
【００５８】
図６（Ａ）は、４本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝２０００ｍｍ、ｘ３＝５０００ｍｍ、ｘ４＝８８００ｍｍとしたシミュレーション結果であり、図６（Ｂ）は、４本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝２０００ｍｍ、ｘ３＝４０００ｍｍ、ｘ４＝８８００ｍｍとしたシミュレーション結果であり、図６（Ｃ）は、４本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝２９５０ｍｍ、ｘ３＝５８９０ｍｍ、ｘ４＝８８５０ｍｍとしたシミュレーション結果である。
【００５９】
図７（Ａ）は、５本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝１７００ｍｍ、ｘ３＝４２００ｍｍ、ｘ４＝６８００ｍｍ、ｘ５＝１０１００ｍｍとしたシミュレーション結果であり、図７（Ｂ）は、５本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝１７００ｍｍ、ｘ３＝３２００ｍｍ、ｘ４＝６８００ｍｍ、ｘ５＝１０１００ｍｍとしたシミュレーション結果であり、図７（Ｃ）は、５本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝２５２５ｍｍ、ｘ３＝５０５０ｍｍ、ｘ４＝７５７５ｍｍ、ｘ５＝１０１００ｍｍとしたシミュレーション結果である。
【００６０】
さらに、図８（Ａ）は、６本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝２７００ｍｍ、ｘ３＝５８００ｍｍ、ｘ４＝７１００ｍｍ、ｘ５＝９３００ｍｍ、ｘ６＝１１０００ｍｍとしたシミュレーション結果であり、図８（Ｂ）は、６本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝２７００ｍｍ、ｘ３＝４８００ｍｍ、ｘ４＝７１００ｍｍ、ｘ５＝９３００ｍｍ、ｘ６＝１１０００ｍｍとしたシミュレーション結果であり、図８（Ｃ）は、６本の軸重計の配置を、ｘ１＝０、ｘ２＝２２００ｍｍ、ｘ３＝４４００ｍｍ、ｘ４＝６６００ｍｍ、ｘ５＝８８００ｍｍ、ｘ６＝１１０００ｍｍとしたシミュレーション結果である。
【００６１】
図５〜図８の各図（Ａ）が、シミュレーション結果から、違反車両の取り締まりに適した軸重計２の配置であると推定した。また、図５〜図８の各図（Ｂ）が、上記違反車両の取り締まりに適した軸重計２の配置に対して、ｘ３を１０００ｍｍずらしたときのシミュレーション結果であり、図４〜図７の各図（Ｃ）が、上記軸重計２の配置間隔を均等にしたときのシミュレーション結果である。
【００６２】
なお、ｎ本の軸重計２の配置に対する車両の走行方向は、軸重計２−１から２−ｎに向かう方向であっても、反対方向であっても、上記シミュレーションで得られる結果については同じである。したがって、軸重計２の配置間隔は、車両の走行方向に影響されない。
【００６３】
また、軸重計２の本数については、７本以上であってもよい。
【００６４】
さらに、上記説明では、走行車両の速度ｖを１０ｋｍ／ｈ〜８０ｋｍ／ｈであるという条件でシミュレーションを行っているが、例えば走行車両の速度ｖが８０ｋｍ／ｈ〜１２０ｋｍ／ｈである高速道路に軸重計２を設置するような場合には、軸重を計測する対象である走行車両の速度に応じて、振動波長λを変化させたシミュレーションを行えばよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、車両の走行方向に沿って道路に埋設する３本以上の軸重計の適正な配置をシミュレーションにより得ることができ、信頼性の高い軸重計測装置を簡単に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態である軸重計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】道路を走行している走行車両の振動を説明する図である。
【図３】軸重計の配置について説明する図である。
【図４】軸重計の配置に対して得られるシミュレーション結果について説明する図である。
【図５】３本の軸重計を配置した軸重計測装置についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図６】４本の軸重計を配置した軸重計測装置についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】５本の軸重計を配置した軸重計測装置についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】６本の軸重計を配置した軸重計測装置についてのシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１−軸重計測装置
２（２−１〜２−ｎ）−軸重計
３−Ａ／Ｄ変換回路
４−演算部
【図１】
0003700705.tif 000014
【図２】
0003700705.tif 000015
【図３】
0003700705.tif 000016
【図４】
0003700705.tif 000017
【図５】
0003700705.tif 000018
【図６】
0003700705.tif 000019
【図７】
0003700705.tif 000020
【図８】
0003700705.tif 000021