重心位置測定装置
【課題】簡易かつ安価な構成で車両の水平面的重心位置を測定することのできる重心位置測定装置を提供する。
【解決手段】車両３の左右全ての車輪が載ることのできる計量載台１３と、計量載台１３を支持する複数のロードセル２１〜２４と、計量載台１３に対する車両３の幅方向の相対位置を検出するとともに、車両３の車輪が所定位置を通過したことを検知するトレッドセンサ１１，１２と、複数のロードセル２１〜２４からの荷重信号とトレッドセンサ１１，１２からの検出信号とに基づいて車両３の幅方向の重心位置を演算する車両幅方向重心位置演算部５０と、複数のロードセル２１〜２４からの荷重信号とトレッドセンサ１１，１２からの検知信号とに基づいて車両３の全長方向の重心位置を演算する車両全長方向重心位置演算部５１とを備えるものとする。
【解決手段】車両３の左右全ての車輪が載ることのできる計量載台１３と、計量載台１３を支持する複数のロードセル２１〜２４と、計量載台１３に対する車両３の幅方向の相対位置を検出するとともに、車両３の車輪が所定位置を通過したことを検知するトレッドセンサ１１，１２と、複数のロードセル２１〜２４からの荷重信号とトレッドセンサ１１，１２からの検出信号とに基づいて車両３の幅方向の重心位置を演算する車両幅方向重心位置演算部５０と、複数のロードセル２１〜２４からの荷重信号とトレッドセンサ１１，１２からの検知信号とに基づいて車両３の全長方向の重心位置を演算する車両全長方向重心位置演算部５１とを備えるものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平面へ射影した車両重心位置を測定する重心位置測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トラックやトレーラなどの車両は積荷荷重が大きいだけでなく、積荷を含む車両の重心位置が積荷によって前後・左右へ片寄り、また上方へ移動して車両の走行安定性に影響を及ぼすことが経験上よく知られている。また、車両の旋回中あるいは旋回開始時における横転が、上記の３次元重心位置が大きな要因となって生じることも力学的に明らかにされている。したがって、３次元重心位置の測定は重要である。３次元重心位置のうちの高さの測定装置に関しては、本出願人によって既に特許出願がなされている（特願２００９−１８３４４３号）。本明細書では、水平面へ射影した重心位置（水平面的重心位置）の測定装置の発明について述べる。
【０００３】
従来、トラックやトレーラ等の車両の重量を測定するものとして、トラックスケールが広く用いられている。トラックスケールは、車両が載ることができる載台と、この載台を支持する複数のロードセルと、これらロードセルからの荷重信号に基づいて重量測定に関する所定の演算を実行する演算装置とを備えて構成されている。
【０００４】
上記のような構成のトラックスケールにおいて、車両が載台に乗る位置を規定したり、車両の寸法諸元を演算装置に入力したりして、個々のロードセルの荷重信号を解析することにより、車両の水平面的重心位置を測定（算定）することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかし、上記のトラックスケールを用いた車両の水平面的重心位置の測定方法では、以下のような問題点がある。
（１）車両を規定位置に停止させるには手間と注意が必要である。
（２）車両諸元を調査し、その内容を演算装置に手入力するのは面倒である上に、入力ミスが起きる可能性が高い。
【０００６】
一方、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からの検知信号に基づく演算ユニットの所定の演算により、車両の３次元空間上の重心位置を求めるようにした重心検知装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
しかし、上記の重心検知装置では、以下のような問題点がある。
（１）この装置でも車両の寸法諸元を演算ユニットに入力する必要があり、車両諸元を調査し、その内容を演算ユニットに手入力するのは面倒である上に、入力ミスが起きる可能性が高い。
（２）揺動検知器や演算ユニットを各車両に搭載する必要があり、全車に普及させるためには莫大な費用と時間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１０５８４５号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０６２８６７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、簡易かつ安価な構成で車両の水平面的重心位置を測定することのできる重心位置測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明による重心位置測定装置は、
車両の水平面的重心位置を測定する重心位置測定装置であって、
（ａ）車両の左右全ての車輪が載ることのできる計量載台と、
（ｂ）車両の幅方向および全長方向に所定の間隔を存して配され、前記計量載台を支持する複数のロードセルと、
（ｃ）車両が前記計量載台に載り込む際におけるその計量載台に対する車両の幅方向の相対位置を検出する車両幅方向相対位置検出手段と、
（ｄ）車両が前記計量載台に載り込む際におけるその車両の車輪が所定位置を通過したことを検知する車輪所定位置通過検知手段と、
（ｅ）前記複数のロードセルからの荷重信号と、前記車両幅方向相対位置検出手段からの検出信号とに基づいて、車両の幅方向の重心位置を演算する車両幅方向重心位置演算手段と、
（ｆ）前記複数のロードセルからの荷重信号と、前記車輪所定位置通過検知手段からの検知信号とに基づいて、車両の全長方向の重心位置を演算する車両全長方向重心位置演算手段と
を備えることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１１】
本発明において、前記車両幅方向相対位置検出手段は、車両の各車輪が踏んで通過することができるように車両の幅方向に水平に配置される棒状部材と、この棒状部材の両端部に貼り付けられるひずみゲージとを備えて構成されるのが好ましい（第２発明）。
【００１２】
本発明において、前記車両幅方向相対位置検出手段は、車両の各車輪が踏んで通過することができるように車両の幅方向に水平に延設される導電性ゴムと、この導電性ゴムが車両の各車輪に踏まれた際の変形部分と接触可能に配置される電気抵抗線とを備えて構成されるのが好ましい（第３発明）。
【００１３】
本発明において、前記車両幅方向相対位置検出手段が前記計量載台に組み付けられるのが好ましい（第４発明）。
【００１４】
本発明において、前記計量載台は、車両の進行方向に沿って配置される複数の分割計量載台が組み合わされて構成されるのが好ましい（第５発明）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の重心位置測定装置においては、計量載台を支持する複数のロードセルからの荷重信号と、計量載台に対する車両の幅方向の相対位置を検出する車両幅方向相対位置検出手段からの検出信号とに基づいて、車両の幅方向の重心位置が車両幅方向重心位置演算手段によって演算される。これにより、車両の幅方向の重心位置を測定することができる。
また、計量載台を支持する複数のロードセルからの荷重信号と、車両の車輪が所定位置を通過したことを検知する車輪所定位置通過検知手段からの検知信号とに基づいて、車両の全長方向の重心位置が車両全長方向重心位置演算手段によって演算される。これにより、車両の全長方向の重心位置を測定することができる。
本発明の重心位置測定装置によれば、従来技術では必要とされる、車両の寸法諸元等の入力などの煩雑な作業や、別途に車両に搭載される揺動検知器や演算ユニットなどが不要であり、簡易かつ安価な構成で車両の水平面的重心位置を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＡ−Ａ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図（ｃ）
【図２】図１（ｃ）のＣ部拡大図（ａ）および（ａ）のＤ−Ｄ（Ｄ´−Ｄ´）線断面図（ｂ）
【図３】第１の実施形態の重心測定装置の制御系の概略システム構成図
【図４】マイクロプロセッサの機能ブロック図
【図５】車両と重心位置測定装置の水平面的重心位置に関する座標系の定義説明図
【図６】車両が計量載台に載る様子を表わす図
【図７】車両が計量載台に載る際の荷重変化の様子を表わす図
【図８】第１の実施形態の重心位置測定装置の計測動作を説明するフローチャート
【図９】第２の実施形態に係る重心位置測定装置に装備される感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサの構造説明図で、車両進行方向手前側から見た図（ａ）、（ａ）のＥ−Ｅ線断面図で自由状態図（ｂ）および（ａ）のＥ−Ｅ線断面図で導電性ゴム圧縮通電状態図（ｃ）
【図１０】感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサの原理を説明する模式図で、自由状態図（ａ）、動作状態図（ｂ）、（ａ）の等価回路図（ｃ）および（ｂ）の等価回路図（ｄ）
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＦ−Ｆ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＧ−Ｇ線断面図（ｃ）
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＨ−Ｈ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＪ部拡大図（ｃ）、力のつりあいを説明するための（ｂ）の簡略図（ｄ）および（ｄ）の力学的等価図（ｅ）
【図１３】分割計量載台が組み合わされてなる計量載台に車両が載る様子を表わす図
【図１４】分割計量載台が組み合わされてなる計量載台に車両が載る際の荷重変化の様子を表わす図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明による重心位置測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
図１には、本発明の第１の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＡ−Ａ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図（ｃ）がそれぞれ示されている。また、図２には、図１（ｃ）のＣ部拡大図（ａ）および（ａ）のＤ−Ｄ（Ｄ´−Ｄ´）線断面図（ｂ）がそれぞれ示されている。
【００１９】
＜第１の実施形態に係る重心位置測定装置の概略構成の説明＞
図１に示される重心位置測定装置１は、第１トレッドセンサ１１と、第２トレッドセンサ１２と、計量載台１３とを備えている。
第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２は、設置ベース２上において、トラックやトレーラ等の車両３が前進走行する際の走行経路の上流側に配置されている。
計量載台１３は、設置ベース２上において、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２に対し、車両３の前進走行経路の下流側に配置されている。
なお、本実施形態において、車両３は、左右それぞれに車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂが装着される車軸７，８，９を、運転席の下方に１本、荷台の下方に２本、合計３本有する３軸車両である（図５参照）。
また、以下の説明において、前後左右方向は車両３の前進方向を基準として定めるものとする。
【００２０】
＜第１トレッドセンサおよび第２トレッドセンサの説明＞
第１トレッドセンサ１１と第２トレッドセンサ１２とは、基本的に同じ構造のものである。代表として、第１トレッドセンサ１１の構造について説明することとし、この第１トレッドセンサ１１の構造説明をもって、第２トレッドセンサ１２の構造説明を行ったものとする。
図２（ａ）に示されるように、第１トレッドセンサ１１は、車両３の左側の車輪４ａ，５ａ，６ａが踏んで通過することができるように車両３の幅方向に水平に配置される棒状部材３１を備えている。この棒状部材３１は、車両３の進行経路上における計量載台１３の手前側の路面ＧＬに埋め込まれている。この棒状部材３１は、断面長方形状の金属棒で構成され、その両端部が支持部材３２によって支持されている。
図２（ｂ）に示されるように、この棒状部材３１の両端部には、それぞれ両側から丸穴状にくり抜かれたような窪み部３３ａ，３３ａ；３４ａ，３４ａが形成されている。また、これら両側の窪み部３３ａ，３３ａ；３４ａ，３４ａを仕切るように仕切り板部３５；３５が形成され、この仕切り板部３５；３５には、せん断ひずみを検出するひずみゲージ３６，３７が接着されている。
要するに、第１トレッドセンサ１１は、金属製の棒状部材３１の両端部にひずみゲージ３６，３７が接着されてなる一種のロードセルである。
この第１トレッドセンサ１１においては、棒状部材３１が車輪４ａ，５ａ，６ａに踏まれると、各ひずみゲージ３６，３７の信号によって車輪４ａ，５ａ，６ａが当該トレッドセンサ１１（棒状部材３１）を踏んだことを検知するとともに、２つのひずみゲージ３６，３７が検出する荷重差に基づいて車輪４ａ，５ａ，６ａが踏んだ位置を２つのひずみゲージ３６，３７に対する相対位置として求めることができるようになっている。
【００２１】
＜計量載台の説明＞
計量載台１３は、車両３の左右全ての車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂが同時に載ることのできる四角形の板状部材で構成されている。
【００２２】
＜第１〜第４ロードセルの配置説明＞
設置ベース２と計量載台１３との間には、第１ロードセル２１、第２ロードセル２２、第３ロードセル２３および第４ロードセル２４がそれぞれ介設されている。
第１ロードセル２１は、計量載台１３における車両進行経路上流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。
第２ロードセル２２は、計量載台１３における車両進行経路下流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。
第３ロードセル２３は、計量載台１３における車両進行経路上流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。
第４ロードセル２４は、計量載台１３における車両進行経路下流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。
【００２３】
＜各ロードセルの機能説明＞
各ロードセル２１〜２４は、ひずみゲージ式のロードセルで、作用した荷重をその大きさに応じて電気的な荷重信号に変換して出力する機能を有するものである。
【００２４】
＜重心位置測定装置の制御系のシステム構成の説明＞
図３に示されるように、重心測定装置１は、制御装置４０と、操作装置４１と、表示装置４２とを備えている。
【００２５】
＜制御装置の概略説明＞
制御装置４０は、主として、増幅器４３と、ローパスフィルタ４４と、マルチプレクサ４５と、Ａ／Ｄ変換器４６と、Ｉ／Ｏ回路４７と、メモリ４８と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４９とにより構成されている。
増幅器４３は、送り込まれる信号をＡ／Ｄ変換可能な大きさに増幅して送り出す機能を有している。
ローパスフィルタ４４は、低域周波数のみを信号として通過させる機能を有している。
マルチプレクサ４５は、送り込まれる複数の信号を選択制御信号の指令に基づいて選択的に送り出す機能を有している。
Ａ／Ｄ変換器４６は、マルチプレクサ４５からのアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有している。
Ｉ／Ｏ回路４７は、Ａ／Ｄ変換器４６と、操作装置４１と、表示装置４２と、メモリ４８と、ＭＰＵ４９との間で各種の信号やデータの受け渡しを行う機能を有している。
メモリ４８は、ＰＲＯＭやＲＡＭなどで構成され、所定プログラムや基本データなどを長期的に記憶したり、種々のデータや演算用数値などを一時的に記憶したりする機能を有している。
ＭＰＵ４９は、メモリ４８に格納されている所定プログラムの指示に従って、必要な信号をＩ／Ｏ回路４７を介して受け取り、また必要なデータをメモリ４８から受け取り、受け取った信号やデータに基づいて演算を実行する機能を有している。
【００２６】
＜操作装置の概略説明＞
操作装置４１は、操作スイッチや数値キーなどを備えてなり、測定開始・終了の指令や零点調整、使用モードの切り換え、数値設定などの種々の動作の際に用いられる。
【００２７】
＜表示装置の概略説明＞
表示装置４２は、例えば液晶ディスプレイからなり、測定結果や各種データの入出力画面などが表示される。
【００２８】
＜重心位置測定装置の制御系システムの処理動作の概略説明＞
重心測定装置１の制御系システムにおいては、各ロードセル２１〜２４および各トレッドセンサ１１，１２の信号が、増幅器４３、ローパスフィルタ４４、マルチプレクサ４５、Ａ／Ｄ変換器４６およびＩ／Ｏ回路４７を経由してＭＰＵ４９に送られる。ＭＰＵ４９は、メモリ４８に格納されている所定プログラムに従って、Ｉ／Ｏ回路４７からの信号を取り込み、またメモリ４８に記憶されている種々のデータを読み込み、これらの信号やデータに基づいて車両３の水平面的重心位置の演算を実行する。そして、その演算結果は表示装置４２に表示される。
【００２９】
＜制御装置の機能説明＞
ＭＰＵ４９においては、所定プログラムが実行されることにより、図４に示される、車両幅方向重心位置演算部５０、車両全長方向重心位置演算部５１および出力信号生成部５２のそれぞれの機能が実現される。
【００３０】
＜車両の重心Ｇの座標（ＸＧ，ＹＧ）の求め方の理論説明＞
次に、主として、図５〜図７を用いて、車両３の重心Ｇの座標（ＸＧ，ＹＧ）の求め方について説明する。
車両３の幅方向の中心位置を通り全長方向に延びる車両中心線に沿ってＸ軸を定め、第１車軸７に沿ってＹ軸を定め、Ｘ軸とＹ軸の交点を原点とした直交座標系Ｏ−ＸＹを定める。
計量載台１３の幅方向の中心位置を通り全長方向に延びる幅方向中心線に沿ってｘ軸を定め、計量載台１３の全長方向の中心位置を通り幅方向に延びる全長方向中心線に沿ってｙ軸を定め、両軸の交点すなわち計量載台１３の中央に原点をとって、直交座標系ｏ−ｘｙを定める。
ロードセル２１〜２４のそれぞれの出力は無負荷時において零に調整されているものとする。
【００３１】
＜記号の定義（車両関連）の説明＞
図中および理論式で用いる記号の意味を下記のとおり定義する。
Ｇ：車両３の重心
ｉ（＝１，２，・・・，ｋ）：車軸番号
ｋ：車軸数（ｋ≧２）
ＸＧ：座標系Ｏ−ＸＹにおける車両３の全長方向の重心位置
ＹＧ：座標系Ｏ−ＸＹにおける車両３の幅方向の重心位置
ｘＧ：座標系ｏ−ｘｙにおける車両３の全長方向の重心位置
ｙＧ：座標系ｏ−ｘｙにおける車両３の幅方向の重心位置
Ｂ，Ｂｉ：有効トレッド間隔
ここで、トレッド間隔とは、車両３の左右の車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂの中心間距離、つまり輪距のことである。
ｌｊ：車軸間距離
ｊ（＝１，２，・・・，ｋ−１）：車軸間番号（ｋ≧２）
ｅ：車両重心位置のＸ軸からの距離（＝ＹＧ）
【００３２】
＜記号の定義（ロードセル関連）の説明＞
ＬＣ１：第１ロードセル２１
ＬＣ２：第２ロードセル２２
ＬＣ３：第３ロードセル２３
ＬＣ４：第４ロードセル２４
ａ：第１ロードセル２１（第３ロードセル２３）と第２ロードセル２２（第４ロードセル２４）との中心間距離
ｂ：第１ロードセル２１（第２ロードセル２２）と第３ロードセル２３（第４ロードセル２４）との中心間距離
なお、上記記号のうち、ａ，ｂは既知の値であり、これらの値は予めメモリ４８に記憶される。
【００３３】
＜記号の定義（車両と載台との相対位置関連）の説明＞
ｆ：Ｘ軸とｘ軸との距離
【００３４】
＜記号の定義（力学関連）の説明＞
ＷＬｉ：輪重（左側）
ＷＲｉ：輪重（右側）
Ｗｉ：第ｉ軸の軸重
Ｗ：総重量
Ｐｉ：第ｉロードセルに作用する力（＝そのロードセルから載台に作用する力）
Ｐｊ：第ｊロードセルに作用する力（＝そのロードセルから載台に作用する力）
Ｐｉｊ：Ｐｉ＋Ｐｊ
Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４
ｔ：第１車軸７が第１トレッドセンサ１１または第２トレッドセンサ１２の車両進行方向の中央にあるときの時刻を原点にとった時間
ｔｉ：第ｉ車軸が第１トレッドセンサ１１または第２トレッドセンサ１２の車両進行方向の中央にあるときの時刻
τｉ：第ｉ車軸の軸重Ｗｉが計量載台１３に負荷された時刻
【００３５】
＜記号の定義（トレッドセンサ関連）の説明＞
ｃ：第１トレッドセンサ１１と第１ロードセル２１との距離（第２トレッドセンサ１２と第３ロードセル２３との距離）
Ｓ０：中央線３８からひずみゲージ３６までの距離
Ｓ１：ひずみゲージ３６と左側車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心との距離
Ｓ２：ひずみゲージ３７と左側車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心との距離
Ｓ３：ひずみゲージ３６とひずみゲージ３７との距離
Ｓ：中央線３８から左右側の車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂのトレッド幅中心までの距離
ＳＬ：第１トレッドセンサ１１によるＳ
ＳＲ：第２トレッドセンサ１２によるＳ
なお、上記記号のうち、ｃ，Ｓ０，Ｓ３は既知の値であり、これらの値は予めメモリ４８に記憶される。
【００３６】
＜ＸＧ，ｌｊの測定の説明：図６，７参照＞
図６（ａ）〜（ｄ）には、車両３が計量載台１３に載る様子を段階的に表わす図が示され、図７には、各段階の荷重変化の様子を表わす図が示されている。
ＸＧの測定には、ｌｊの測定が不可欠である。また、ｌｊは、第１ロードセル２１〜第４ロードセル２４の出力Ｐ１（ｔ）〜Ｐ４（ｔ）に基づいて求めることができる。
【００３７】
＜ｌ１，ｌ２の求め方の説明＞
（１）車軸間距離の計算式
車軸間距離ｌ１，ｌ２は、第１トレッドセンサ１１または第２トレッドセンサ１２が第ｉ軸車輪に踏まれて検知した時刻、ｔ＝ｔｉの各時刻におけるロードセル２２，２４の荷重の測定値Ｐ２４（ｔ）およびＷｉを用いて算出する。
【００３８】
ｌ１の算出式：
ｔ＝ｔ２（図６（ｃ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（１）で表わされる。
ａＰ２４（ｔ）−ｘ１Ｗ１＝０ ・・・（１）
ｘ１＝ｌ１−ｃであるから、ｌ１は次式（２）より求められる。
ｌ１＝ａＰ２４（ｔ）／Ｗ１＋ｃ ・・・（２）
【００３９】
ｌ２の算出式：
ｔ＝ｔ３（図６（ｄ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（３）で表わされる。
ａＰ２４（ｔ）−ｘ１Ｗ１−ｘ２Ｗ２＝０ ・・・（３）
ｘ１＝ｌ１+ｘ２であり、
ｘ２＝ｌ２−ｃであるから、ｌ２は次式（４）より求められる。
ｌ２＝（ａＰ２４（ｔ）−ｌ１Ｗ１）／（Ｗ１＋Ｗ２）＋ｃ ・・・（４）
【００４０】
（２）軸重の測定
前記式（２）で表わされるｌ１の計算式や、前記式（４）で表わされるｌ２の計算式のうち、Ｐ２４（ｔ）は各車輪がトレッドセンサ１１，１２を踏んだ時点のロードセル２２，２４の荷重Ｐ２４により求められる。また、各軸重Ｗｉは、図７に示されるような全体荷重変化に基づいて、次式（５）により求められる。
【数１】
ここで、Ｐ（ｔ）は、次式（６）で表わされる。
Ｐ（ｔ）＝Ｐ１３（ｔ）＋Ｐ２４（ｔ） ・・・（６）
また、Ｗ０＝０、τｉ＜ｔ＜τｉ＋１、ｉ＝１，２およびｔ＞τｉ，ｉ=３である。
【００４１】
＜ＸＧの求め方の説明＞
車両３の第１車輪７を原点Ｏとすると、この原点Ｏ回りのモーメントのつりあいの一般式は次式（７）で表わされる。ここで、ＸＧは負である。
ＸＧＷ＋Ｗ２ｌ１＋Ｗ３（ｌ１＋ｌ２）＋・・・＋Ｗｎ（ｌ１＋ｌ２＋・・・＋ｌｎ−１）＝０
・・・（７）
前記式（７）からＸＧは次式（８）によって求められる。
ＸＧ＝−{Ｗ２ｌ１＋Ｗ３（ｌ１＋ｌ２）＋・・・＋Ｗｎ（ｌ１＋ｌ２＋・・・＋ｌｎ−１）}／Ｗ
・・・(８)
ここで、
Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２＋・・・＋Ｗｎ
Ｗｉ＝軸重（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）
ｎ：車軸数
ｌｉ：軸間距離
である。
そして、前記式（８）において、ｎ＝３とおいて、図５に示される３軸の車両３のＸ方向重心位置ＸＧが求められる。
【００４２】
＜ＹＧの求め方の説明＞
図５において、計量載台１３に載荷物（車両３）がない状態で各ロードセル２１〜２４の出力を零に調整し、各ロードセル２１〜２４の出力感度が等しいものとすると、車両３の座標系ｏ−ｘｙにおける重心位置ｙＧは、ロードセル２１〜２４の出力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を用いて次式（９）で求めることができる。
ｙＧ＝（Ｐ１＋Ｐ２）ｂ／Ｗ−ｂ／２ ・・・（９）
ただし、Ｗ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４である。
Ｗは全車軸７，８，９が計量載台１３に載りきってから計測すればよい。また、各計測値を用いて行う演算はリアルタイムにする必要はなく、メモリ４８に記憶させておいて必要なタイミングで波形処理を施したうえで演算すればよい。
【００４３】
＜計量載台に対する車両の幅方向の相対位置の測定の説明＞
図１（ｃ）および図２（ａ）に示されるように、第１トレッドセンサ１１と第２トレッドセンサ１２とは計量載台１３の中央線３８を挟んで対称形に設置されている。前述したように、第１トレッドセンサ１１と第２トレッドセンサ１２とは同じ構造のものであり、図２（ａ）において第１トレッドセンサ１１のみ図示することとし、第２トレッドセンサ１２は図示省略する。
【００４４】
今、例えば左側の車輪４ａ，５ａ，６ａが第１トレッドセンサ１１の棒状部材３１を踏むと、ひずみゲージ３６，３７部分に左側の車輪４ａ，５ａ，６ａの荷重（輪重）ＷＬがかかり、次式（１０）（１１）で示される比率で分配される。
ひずみゲージ３６が検出する力Ｆ３６＝ＷＬ１Ｓ２／Ｓ３ ・・・（１０）
ひずみゲージ３７が検出する力Ｆ３７＝ＷＬ１Ｓ１／Ｓ３ ・・・（１１）
これら式（１０）（１１）から、Ｆ３６／Ｆ３７＝Ｓ２／Ｓ１となり、Ｆ３６，Ｆ３７を計測すると、ひずみゲージ間距離Ｓ３に対する左側の車輪４ａ，５ａ，６ａの接地点の距離Ｓ１，Ｓ２を計算することができる。
ここで、ひずみゲージ間距離Ｓ３は、ひずみゲージ３６とひずみゲージ３７との距離であり、距離Ｓ１は、ひずみゲージ３６と左側車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心との距離であり、距離Ｓ２は、ひずみゲージ３７と左側車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心との距離である。
また、２個のトレッドセンサ１１，１２の中央線（＝計量載台１３の中央線）３８からひずみゲージ３６までの距離Ｓ０は設計上定まっているので、計算により、中央線３８から左側の車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心までの距離Ｓが求められる。以上は車両進行方向に向かって左側の第１トレッドセンサ１１について述べたが、車両進行方向に向かって右側の第２トレッドセンサ１２についても同じことが言える。
【００４５】
第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２のそれぞれのＳ（=Ｓ１＋Ｓ０）を合計すればトレッド間隔Ｂを求めることができる。そして、Ｓ−Ｂ／２を計算すると、車両３のＹ方向位置偏差ｆが求められる。
ところで、トレッド間隔Ｂｊは各車軸７，８，９ごとに求められるが、ｆの計算に用いられるのはＢｊの決定法に基づいて決定される１つの値（＝Ｂ）である。なお、Ｂｊの決定法については後述する。
第１トレッドセンサ１１によるＳをＳＬ、第２トレッドセンサ１２によるＳをＳＲとして区別して書くと、次式（１２）（１３）（１４）（１５）が成立する。
ＳＬ＝ＳＬ１＋Ｓ０ ・・・（１２）
ＳＲ＝ＳＲ１＋Ｓ０ ・・・（１３）
Ｂ＝ＳＬ＋ＳＲ ・・・（１４）
ｆ＝ＳＬ−Ｂ／２ ・・・（１５）
そして、車両３のＹ方向の重心位置ＹＧは次式（１６）で求めることができる。
ＹＧ＝ｙＧ−ｆ ・・・（１６）
【００４６】
この構造のトレッドセンサ１１，１２の車両進行方向の幅寸法は小さく、車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂの踏面はトレッドセンサ１１，１２の車両進行方向において前後が路面ＧＬに跨り、車輪荷重全体がトレッドセンサ１１，１２にかかるわけではない。しかしながら、「荷重の比率＝長さの比率」およびそれにより車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂの踏面の位置とトレッド間隔Ｂを求める上で荷重の絶対値は不要であり、その意味で輪重の計測精度を必要としないので、この構造で実用に供することができる。
図２およびその説明では金属製の棒状部材３１の両端部にひずみゲージ３６，３７を貼り付けて一種のロードセルとして一体型に製作する方式のものを示したが、この構造にこだわる必要はなく、単純な棒状部材の両端部を通常のロードセルで受ける構造のものを採用してもよい。
また、このトレッドセンサ１１，１２または上記で述べたロードセルで受ける構造のものにおけるロードセルの取付部にばね等を介設し、一定以上の荷重がかかるとそのばね等が撓んでセンサに限界以上の荷重が確実にかからな構造のものとしても前述の機能および精度にほとんど変わりはない。こうすることによってトレッドセンサ１１，１２自体を軽量化して安価なものとすることができる。
【００４７】
＜重心位置測定装置の計測動作の説明＞
次に、重心位置測定装置１の計測動作について、主に、図４の機能ブロック図および図８のフローチャートを用いて以下に説明する。なお、図８において記号「Ｓ」および「Ｔ」はそれぞれステップを表わす。
【００４８】
＜ステップＳ１の処理内容の説明＞
車両幅方向重心位置演算部５０は、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２のトレッド検出信号を読み込み、読み込んだ検出信号と、前記式（１４）とに基づいて、有効トレッド幅Ｂを演算するとともに、求められた有効トレッド幅Ｂの値と、前記式（１５）とに基づいて、車両３のＹ方向偏差ｆを演算する。
また、一方でロードセル２１〜２４からの荷重信号に基づいて計量載台１３と計量載台１３上の車両３を合わせた全体のｙ方向重心位置ｙＧを演算する。
さらに、前記式（１６）を用いてｙＧと車両３のＹ方向偏差ｆとから車両重心位置ＹＧを確定する。
【００４９】
＜ステップＳ２〜ステップＳ３の処理内容の説明＞
そして、出力信号生成部５３は、車両幅方向重心位置演算部５０による演算結果を表示装置４２に表示させる表示信号を生成し、かかる表示信号を表示装置４２へ送信する（Ｓ２）。これにより、表示装置４２には、車両３の幅方向の重心位置の値が表示される（Ｓ３）。同時に信号として車両幅方向の重心位置ＹＧとトレッド幅Ｂが出力される。
【００５０】
＜ステップＴ１〜ステップＴ３の処理内容の説明＞
車両全長方向重心位置演算部５１は、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２のそれぞれの検出信号を読み込むとともに、ロードセル２１〜２４の荷重信号を読み込み、読み込んだ信号と、前記式（２）（４）とに基づいて、車軸間距離ｌ１，ｌ２を演算するとともに、算出された車軸間距離ｌ１，ｌ２の値と、前記式（８）とに基づいて、座標系Ｏ−ＸＹにおける車両３の全長方向の重心位置ＸＧを演算する（Ｔ１）。
そして、出力信号生成部５３は、車両全長方向重心位置演算部５１による演算結果を表示装置４２に表示させる表示信号を生成し、かかる表示信号を表示装置４２へ送信する（Ｔ２）。これにより、表示装置４２には、車両３の全長方向の重心位置の値が表示される（Ｔ３）。また、かかる演算結果の信号を出力する。
【００５１】
＜第１の実施形態の重心位置測定装置の作用効果の説明＞
第１の実施形態の重心位置測定装置１によれば、簡易かつ安価な構成で車両３の水平面的重心位置Ｇ（ＸＧ，ＹＧ）を測定することができ、車両３の横転防止に資する有効なデータを運転者等に提供することができる。
【００５２】
〔第２の実施形態〕
図９には、第２の実施形態に係る重心位置測定装置に装備される感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサの構造説明図で、車両進行方向手前側から見た図（ａ）、（ａ）のＥ−Ｅ線断面図で自由状態図（ｂ）および（ａ）のＥ−Ｅ線断面図で導電性ゴム圧縮通電状態図（ｃ）がそれぞれ示されている。
また、図１０には、感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサの原理を説明する模式図で、自由状態図（ａ）、動作状態図（ｂ）、（ａ）の等価回路図（ｃ）および（ｂ）の等価回路図（ｄ）がそれぞれ示されている。
この第２の実施形態の重心位置測定装置１Ａは、第１の実施形態の重心位置測定装置１に装備されているひずみゲージ式のトレッドセンサ１１，１２に代えて、感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサ１１Ａ，１２Ａを採用した点が異なるのみで、その他の構成については第１の実施形態の重心位置測定装置１と基本的に同じである。
したがって、第２の実施形態の重心位置測定装置１Ａにおいて、第１の実施形態の重心位置測定装置１と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略し、以下においては第１の実施形態の重心位置測定装置１と異なる点を中心に説明することとする。
【００５３】
＜第２の実施形態に係るトレッドセンサの検出原理の説明＞
感圧ゴムと電気抵抗線を組み合わせて車両３のトレッド間隔Ｂを検出する方法について述べる。
これに類似した従来の方法は、特開昭５３−１９８６０〜１９８６３号公報に記載されている。
しかし、これらの従来の方法は回路中にスイッチ、またはダイオード、または交流電源などを組み込む必要があり、または電気抵抗式検出器を複数列用意する必要があった。そのうえ、従来の方法はトレッド幅とトレッド間隔とを測定するのが目的であって、本実施形態に係るトレッドセンサ１１Ａ，１２Ａのように２個のセンサの接合部（計量載台中心）から左右別々にトレッド（踏面）の位置を知ることができるものではない。また、トレッド間隔Ｂを検出するためには導線中央に抵抗やスイッチ、ダイオードなどを挿入する必要が述べられている。本実施形態の重心位置測定装置１Ａに装備されるトレッドセンサ１１Ａ，１２Ａはこれらの欠点を排除し簡単な回路で、しかもスイッチング動作なしに中央点から左右の車輪踏面中心までの距離、およびトレッド間隔Ｂを求めるものである。
【００５４】
図９（ａ）（ｂ）に示される、感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサ１１Ａ，１２Ａにおいては、路面ＧＬの溝６０に埋め込まれたカバーゴム６１の中にリボン状の導電線６２と感圧導電性ゴム６３と電気抵抗線６４がサンドイッチ状態で設置されている。
この上面をトラックなどの車両３が通過するとき、カバーゴム６１が例えば第１車軸７の左側の車輪４ａに踏まれると、図９（ｃ）に示されるように、車輪４ａの踏面の部分のみ感圧導電性ゴム６３が圧縮され、上部の導電線６２と下部の電気抵抗線６４が短絡されて感圧導電性ゴム６３が通電状態となる。
図１０（ａ）は車輪に踏まれる前の状態図で、同図（ｃ）はそのときの等価回路図であり、同図（ｂ）は車輪に踏まれた状態図で、同図（ｄ）はそのときの等価回路図である。
以後、各電圧計により電圧を計測し、ＡＤ変換してデジタル値として各種演算を行うものとして説明する。
【００５５】
図１０（ｃ）に示される等価回路の状態のとき、抵抗Ｒｄには電圧Ｅｄ０と抵抗Ｒ０、Ｒｄに関連して電流Ｉ０が流れている。これは電圧計Ｖｄにより電圧Ｅ０を計測することで求められる。
Ｉ０＝Ｅｄ／Ｒｄ
また、
Ｉ０＝Ｅ０／（Ｒ０＋Ｒｄ）
これから抵抗Ｒ０が導き出される。
Ｒ０＝Ｅ０／Ｉ０−Ｒｄ
ここで、Ｒ０は中央線３８から外へ半分の距離に相当する抵抗値である。
【００５６】
次に、図１０（ｄ）に示される等価回路図の状態のときのようにＲｔの部分が短絡されて導通状態となり抵抗Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒｄに電流Ｉ１が流れる。これは電圧計Ｖｄにより電圧Ｅｄ１を計測することで求められる。
Ｉ１＝Ｅｄ１／Ｒｄ
また、
Ｉ１＝Ｅ０／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）
これから抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）が導きだされる。
（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｅ０／Ｉ１−Ｒｄ
（Ｒ１＋Ｒ２）は計量載台１３の幅寸法の半分（Ｌ０，Ｒ０）からトレッド幅（Ｌｔ，Ｒｔ）を差し引いた距離に相当する抵抗値である。
【００５７】
次に、図１０（ｄ）に示される等価回路図の状態のときの電圧を測定し抵抗値を導き出す。
電圧Ｖ１により計測された電圧Ｅ１より、
Ｒ１＝Ｅ１／Ｉ２
電圧計Ｖ２により計測された電圧Ｅ２より
Ｒ２＝Ｅ２／Ｉ２
これらを距離に換算すると、
Ｌ１＝Ｌ０Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｌ２＝Ｌ０Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｌｔ＝Ｌ０−Ｌ１−Ｌ２
＝Ｒ０−Ｒ１−Ｒ２
となる。
【００５８】
計量載台１３の中心からトレッド中心までの距離ＳはＳ＝Ｌｔ＋Ｌｔ／２で求めることができ、車両３のトレッド間隔Ｂは反対側トレッドセンサのＳ（＝Ｌｔ＋Ｌｔ／２）を足し算することで求められる。
車両３の中心すなわちトレッド間隔Ｂの中心と計量載台１３の中心との偏心量ｆはｆ＝Ｓ−Ｂ／２として求める。
【００５９】
なお、車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂに踏まれる前の定常状態のときに抵抗と距離の関係を補正して合せておくと、抵抗値が温度で変化しても距離との関係は正しいものとすることができる。
上記説明では、原理を明らかにするために抵抗値を求めてから抵抗値を距離に換算したが、抵抗値Ｒ１、Ｒ２は電圧値Ｅ１、Ｅ２と比例するので実際の装置では電圧値のままで演算してもよい。
厳密には電圧計Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および分流抵抗Ｒｄは誤差要因となるが電圧部は内部抵抗が抵抗線Ｒ０に比べて十分に抵抗値の大きいものを、また、分流抵抗Ｒｄは抵抗線Ｒ０に比べて十分小さい抵抗値のもの（例えば、Ｒｄ／Ｒ０＝１／１０００）を用いることで実用上の誤差は無視できるものとなる。また演算の過程でこれらを数値的に補正してもよい。
感圧導電性ゴム６３自体に適当な抵抗を持たせて製作すると、下部の電気抵抗線６４を省略することができる。また、電気抵抗線６４を連続した抵抗線としたが、抵抗部品を連ねて接合部のみを感圧導電性ゴム６３に接するようにしても抵抗が段階的に変化して精度が若干落ちることが許容されるならば採用可能である。
【００６０】
〔第３の実施形態〕
図１１には、本発明の第３の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＦ−Ｆ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＧ−Ｇ線断面図（ｃ）がそれぞれ示されている。
【００６１】
＜第３の実施形態に係る重心位置測定装置の概略構成の説明＞
図１１に示される重心位置測定装置１Ｂは、図１に示される第１の実施形態の重心位置測定装置１と同様に第１トレッドセンサ１１と、第２トレッドセンサ１２と、計量載台１３とを備えているが、その設置場所が車両進行方向において異なる。
すなわち、第１の実施形態の重心位置測定装置１では、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２がそれぞれ路面ＧＬに埋め込まれる態様例で、車両３が前進走行する際の走行経路の上流側に配置されている。これに対して、第３の実施形態の重心位置測定装置１Ｂでは、図１１に示されるように、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２が、計量載台１３上であって車両３が前進走行する際の走行経路の上流側に組み付けられている。なお、これらトレッドセンサ１１，１２を計量載台１３における車両３の前進走行経路の上流側端面に配置してもよい。また、第１ロードセル２１と第３ロードセル２３の中心線を結ぶ線上に配置してもよい。これらの場合、トレッドセンサ１１，１２の検知信号とロードセル２１〜２４のタイミングｔ１を変更することで対応可能である。
上記以外の構成は第１の実施形態の重心位置測定装置１と同様であり、基本的に第１の実施形態の重心位置測定装置１と同様にＸＧ，ＹＧを求めることができ、同様の作用効果を得ることができる。
さらに、第３の実施形態の重心位置測定装置によれば、トレッドセンサ１１，１２の設置に際して、第１の実施形態の重心位置測定装置１では必要とされる路面ＧＬに対する基礎コンクリート工事を必要としないので、簡便である上に既設のトラックスケール等の計量装置への後付けも可能であるという利点がある。
【００６２】
〔第４の実施形態〕
図１２には、本発明の第４の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＨ−Ｈ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＪ部拡大図（ｃ）、力のつりあいを説明するための（ｂ）の簡略図（ｄ）および（ｄ）の力学的等価図（ｅ）がそれぞれ示されている。
第１の実施形態の重心位置測定装置１は４点ロードセル支持の計量載台１３を備えたものである。全長の短い車両等を計量する場合の計量装置としては第１の実施形態の重心位置測定装置１で十分であるが、例えばトレーラ連結車両のように全長が長いものを計量する場合、４点ロードセル支持では強度上計量載台の部材を大きくしなければならず不経済である。
かかる不具合を解消するために、第４の実施形態の重心位置測定装置１Ｃにおいては、図１２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、計量載台１３Ｃの中間点に更にロードセル２２，２５を設けて支持荷重を分担し、計量載台１３Ｃの部材を軽量化して経済的な設計を採用するようにされている。この場合、計量載台１３Ｃが１本ものでは全ロードセル２１〜２６に荷重を分担させるための高さレベルを調整するのが難しい。その解決策として計量載台１３Ｃを車両進行方向の中間位置で分割計量載台１３Ｃ１と分割計量載台１３Ｃ２とに分割して、載台梁の撓みの影響なしにロードセル２１〜２６に分担荷重がかかるようにしている。第４の実施形態の重心位置測定装置１Ｃは、このような構成の計量載台１３Ｃにおいても水平面的重心位置を求めることができるようにしたものである。
【００６３】
図１２（ｃ）に示されるように、分割計量載台１３Ｃ１の車両進行方向下流側端部が分割計量載台１３Ｃ２の車両進行方向上流側端部の上に載せられており、これら端部の重ね合わされた部分がまとめて第２ロードセル２２および第５ロードセル２５によって支えられている。これら端部の重合部分は力学上明解になるようにピンポイントで接触されている態様例を示しているが、実際にはピンポイントに接触させる必要はなく、また重合部分がロードセル２２，２５の直上でなくでも以下に示す力学的性質は成立する。
【００６４】
次に、第４の実施形態の重心位置測定装置１Ｃにおける力学的性質について、主に図１２（ｄ）（ｅ）を用いて以下に説明する。
【００６５】
いま、軸重を集中荷重と仮定し、ｘ１＞ｘ２＞ｘ３＞ｘ４，ｄ≦ｘ３，ｘ４＜ａ＋ｄ，ａ＋ｄ≦ｘ１，ｘ２＜２ａ＋ｄとする。また、以下において、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を次のように再定義して用いる。
Ｐ１：第１ロードセル２１と第４ロードセル２４の出力の和
Ｐ２：第２ロードセル２２と第５ロードセル２５の出力の和
Ｐ３：第３ロードセル２３と第６ロードセル２６の出力の和
【００６６】
点Ｏ２に作用する力
Ｐ２＝Ｐ２１＋Ｐ２２
Ｐ２１：分割計量載台１３Ｃ１上の荷重がＰ２に寄与している分
Ｐ２２：分割計量載台１３Ｃ２上の荷重がＰ２に寄与している分
Ｐ２１＝Ｗ３ｘ３／ａ＋Ｗ４ｘ４／ａ
Ｐ２２＝Ｗ１（２ａ−ｘ１）／ａ＋Ｗ２（２ａ−ｘ２）／ａ
点Ｏ３に作用する力
Ｐ３＝Ｗ１（ｘ１−ａ）／ａ＋Ｗ２（ｘ２−ａ）／ａ
ａＰ２＋２ａＰ３＝｛（２ａ−ｘ１）＋２（ｘ１−ａ）｝Ｗ１＋｛（２ａ−ｘ２）＋２（ｘ２−ａ）｝Ｗ２＋ｘ３Ｗ３＋ｘ４Ｗ４＝ｘ１Ｗ１＋ｘ２Ｗ２＋ｘ３Ｗ３＋ｘ４Ｗ４
これは図１２（ｄ）が力学的に図１２（ｅ）と等価であることを意味する。
【００６７】
上記の力学的性質は、集中荷重が計量載台１３Ｃ１にｍ個、載台１３Ｃ２に（ｎ−ｍ）個ある場合（ｍ，ｎ：自然数、ｍ≦ｎ）で成り立つことを示すことができる。以下はその証明である。
【数２】
ここで、ｉは１〜ｎの自然数である
【００６８】
＜ｌ１，ｌ２，ｌ３の求め方の説明：図１３参照＞
（１）車軸間距離の計算式
車軸間距離ｌ１，ｌ２は、第１トレッドセンサ１１または第２トレッドセンサ１２が第ｉ軸車輪に踏まれて検知した時刻、ｔ＝ｔｉの各時刻におけるロードセル荷重の測定値Ｐ２（ｔ），Ｐ３（ｔ）およびＷｉを用いて算出する。
【００６９】
ｌ１の算出式：
ｔ＝ｔ２（図１３（ｂ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（２１）で表わされる。
ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ）−ｘ１Ｗ１＝０ ・・・（２１）
ｘ１＝ｌ１−ｃであるから、ｌ１は次式（２２）より求められる。
ｌ１＝（ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ））／Ｗ１＋ｃ ・・・（２２）
【００７０】
ｌ２の算出式：
ｔ＝ｔ３（図１３（ｃ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（２３）で表わされる。
ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ）−ｘ１Ｗ１−ｘ２Ｗ２＝０ ・・・（２３）
ｘ１＝ｌ１＋ｌ２−ｃであり、
ｘ２＝ｘ１−ｌ１＝ｌ２−ｃであるから、ｌ２は次式（２４）より求められる。
ｌ２＝（ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ）−ｌ１Ｗ１）／（Ｗ１＋Ｗ２）＋ｃ
・・・（２４）
【００７１】
ｌ３の算出式：
ｔ＝ｔ４（図１３（ｄ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（２５）で表わされる。
ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ）−ｘ１Ｗ１−ｘ２Ｗ２−ｘ３Ｗ３＝０
・・・（２５）
ｘ１＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３−ｃであり、
ｘ２＝ｘ１−ｌ１＝ｌ２＋ｌ３−ｃであり、
ｘ３＝ｘ２−ｌ２＝ｌ３−ｃであるから、ｌ３は次式（２６）より求められる。
【数３】
【００７２】
（２）軸重の測定
軸重は、第１の実施形態のときと同様に図１４に示されるように、Ｐ（ｔ）＝Ｐ１（ｔ）＋Ｐ２（ｔ）＋Ｐ３（ｔ）の時間経過に伴うステップ状変化から次式（２７）によって求められる。
【数４】
ここで、Ｗ０＝０、τｉ＜ｔ＜τｉ＋１、ｉ＝１，２，３およびｔ＞τｉ，ｉ＝４である。
【００７３】
＜ＸＧの求め方の説明＞
第１の実施形態のときに述べた計算方法がここでも適用することができる。
４軸の車両３Ｃの第１車輪７を原点Ｏとすると、この原点Ｏ回りのモーメントのつりあいの一般式は次式（２８）で表わされる。ここで、ＸＧは負である。
ＸＧＷ＋Ｗ２ｌ１＋Ｗ３（ｌ１＋ｌ２）＋・・・＋Ｗｎ（ｌ１＋ｌ２＋・・・＋ｌｎ−１）＝０
・・・（２８）
前記式（２８）からＸＧは次式（２９）によって求められる。
ＸＧ＝−{Ｗ２ｌ１＋Ｗ３（ｌ１＋ｌ２）＋・・・＋Ｗｎ（ｌ１＋ｌ２＋・・・＋ｌｎ−１）}／Ｗ
・・・(２９)
ここで、
Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２＋・・・＋Ｗｎ
Ｗｉ＝軸重（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）
ｎ：車軸数
ｌｊ：軸間距離
である。
そして、前記式（２９）において、ｎ＝４とおいて、図１２〜１３に示される４軸の車両３ＣのＸ方向重心位置ＸＧが求められる。
【００７４】
＜ＹＧの求め方の説明＞
前述の４点ロードセル支持の場合と同様に求めることができる。
図１２において、計量載台１３Ｃに載荷物（車両３Ｃ）がない状態で各ロードセル２１〜２６の出力を零に調整し、各ロードセル２１〜２６の出力感度が等しいものとすると、車両３Ｃの座標系ｏ−ｘｙにおける重心位置ｙＧは、ロードセル２１〜２６の出力Ｐ１，Ｐ２，・・・，Ｐ６を用いて次式（３０）で求めることができる。
ｙＧ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）ｂ／Ｗ−ｂ／２ ・・・（３０）
ただし、Ｗ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６である。
Ｗは全車軸が計量載台１３Ｃに載りきってから計測すればよい。また、各計測値を用いて行う演算はリアルタイムにする必要はなく、メモリ４８に記憶させておいて必要なタイミングで波形処理を施したうえで演算すればよい。
そして、前記式（２９）から求められるｙＧと前記式（１５）から求められるｆとから前記式（１６）を用いて車両３ＣのＹ方向の重心位置ＹＧを求めることできる。
【００７５】
前記各実施形態において、車両３，３Ｃの中心Ｘ軸と計量載台１３，１３Ｃの中心ｘ軸のずれｆは各車軸ごとに計算することができるが、これらの計算結果のうちの代表的なものを採用してもよいし、平均値をとって採用してもよい。
【００７６】
＜本発明との用語の対応関係の説明＞
第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２を含む構成が、本発明の「車両幅方向相対位置検出手段」、「車輪所定位置通過検知手段」に対応する。
車両幅方向重心位置演算部５０が本発明の「車両幅方向重心位置演算手段」に対応する。
車両全長方向重心位置演算部５０が本発明の「車両全長方向重心位置演算部」に対応する。
【００７７】
以上、本発明の重心位置測定装置について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の重心位置測定装置は、簡易かつ安価な構成で車両の水平面的重心位置を測定することができるという特性を有していることから、車両の横転防止に資する有効なデータの提供の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 重心位置測定装置
１１ 第１トレッドセンサ
１２ 第２トレッドセンサ
１３ 計量載台
２１ 第１ロードセル
２２ 第２ロードセル
２３ 第３ロードセル
２４ 第４ロードセル
５０ 車両幅方向重心位置演算部
５１ 車両全長方向重心位置演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平面へ射影した車両重心位置を測定する重心位置測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トラックやトレーラなどの車両は積荷荷重が大きいだけでなく、積荷を含む車両の重心位置が積荷によって前後・左右へ片寄り、また上方へ移動して車両の走行安定性に影響を及ぼすことが経験上よく知られている。また、車両の旋回中あるいは旋回開始時における横転が、上記の３次元重心位置が大きな要因となって生じることも力学的に明らかにされている。したがって、３次元重心位置の測定は重要である。３次元重心位置のうちの高さの測定装置に関しては、本出願人によって既に特許出願がなされている（特願２００９−１８３４４３号）。本明細書では、水平面へ射影した重心位置（水平面的重心位置）の測定装置の発明について述べる。
【０００３】
従来、トラックやトレーラ等の車両の重量を測定するものとして、トラックスケールが広く用いられている。トラックスケールは、車両が載ることができる載台と、この載台を支持する複数のロードセルと、これらロードセルからの荷重信号に基づいて重量測定に関する所定の演算を実行する演算装置とを備えて構成されている。
【０００４】
上記のような構成のトラックスケールにおいて、車両が載台に乗る位置を規定したり、車両の寸法諸元を演算装置に入力したりして、個々のロードセルの荷重信号を解析することにより、車両の水平面的重心位置を測定（算定）することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかし、上記のトラックスケールを用いた車両の水平面的重心位置の測定方法では、以下のような問題点がある。
（１）車両を規定位置に停止させるには手間と注意が必要である。
（２）車両諸元を調査し、その内容を演算装置に手入力するのは面倒である上に、入力ミスが起きる可能性が高い。
【０００６】
一方、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からの検知信号に基づく演算ユニットの所定の演算により、車両の３次元空間上の重心位置を求めるようにした重心検知装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
しかし、上記の重心検知装置では、以下のような問題点がある。
（１）この装置でも車両の寸法諸元を演算ユニットに入力する必要があり、車両諸元を調査し、その内容を演算ユニットに手入力するのは面倒である上に、入力ミスが起きる可能性が高い。
（２）揺動検知器や演算ユニットを各車両に搭載する必要があり、全車に普及させるためには莫大な費用と時間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１０５８４５号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０６２８６７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、簡易かつ安価な構成で車両の水平面的重心位置を測定することのできる重心位置測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明による重心位置測定装置は、
車両の水平面的重心位置を測定する重心位置測定装置であって、
（ａ）車両の左右全ての車輪が載ることのできる計量載台と、
（ｂ）車両の幅方向および全長方向に所定の間隔を存して配され、前記計量載台を支持する複数のロードセルと、
（ｃ）車両が前記計量載台に載り込む際におけるその計量載台に対する車両の幅方向の相対位置を検出する車両幅方向相対位置検出手段と、
（ｄ）車両が前記計量載台に載り込む際におけるその車両の車輪が所定位置を通過したことを検知する車輪所定位置通過検知手段と、
（ｅ）前記複数のロードセルからの荷重信号と、前記車両幅方向相対位置検出手段からの検出信号とに基づいて、車両の幅方向の重心位置を演算する車両幅方向重心位置演算手段と、
（ｆ）前記複数のロードセルからの荷重信号と、前記車輪所定位置通過検知手段からの検知信号とに基づいて、車両の全長方向の重心位置を演算する車両全長方向重心位置演算手段と
を備えることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１１】
本発明において、前記車両幅方向相対位置検出手段は、車両の各車輪が踏んで通過することができるように車両の幅方向に水平に配置される棒状部材と、この棒状部材の両端部に貼り付けられるひずみゲージとを備えて構成されるのが好ましい（第２発明）。
【００１２】
本発明において、前記車両幅方向相対位置検出手段は、車両の各車輪が踏んで通過することができるように車両の幅方向に水平に延設される導電性ゴムと、この導電性ゴムが車両の各車輪に踏まれた際の変形部分と接触可能に配置される電気抵抗線とを備えて構成されるのが好ましい（第３発明）。
【００１３】
本発明において、前記車両幅方向相対位置検出手段が前記計量載台に組み付けられるのが好ましい（第４発明）。
【００１４】
本発明において、前記計量載台は、車両の進行方向に沿って配置される複数の分割計量載台が組み合わされて構成されるのが好ましい（第５発明）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の重心位置測定装置においては、計量載台を支持する複数のロードセルからの荷重信号と、計量載台に対する車両の幅方向の相対位置を検出する車両幅方向相対位置検出手段からの検出信号とに基づいて、車両の幅方向の重心位置が車両幅方向重心位置演算手段によって演算される。これにより、車両の幅方向の重心位置を測定することができる。
また、計量載台を支持する複数のロードセルからの荷重信号と、車両の車輪が所定位置を通過したことを検知する車輪所定位置通過検知手段からの検知信号とに基づいて、車両の全長方向の重心位置が車両全長方向重心位置演算手段によって演算される。これにより、車両の全長方向の重心位置を測定することができる。
本発明の重心位置測定装置によれば、従来技術では必要とされる、車両の寸法諸元等の入力などの煩雑な作業や、別途に車両に搭載される揺動検知器や演算ユニットなどが不要であり、簡易かつ安価な構成で車両の水平面的重心位置を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＡ−Ａ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図（ｃ）
【図２】図１（ｃ）のＣ部拡大図（ａ）および（ａ）のＤ−Ｄ（Ｄ´−Ｄ´）線断面図（ｂ）
【図３】第１の実施形態の重心測定装置の制御系の概略システム構成図
【図４】マイクロプロセッサの機能ブロック図
【図５】車両と重心位置測定装置の水平面的重心位置に関する座標系の定義説明図
【図６】車両が計量載台に載る様子を表わす図
【図７】車両が計量載台に載る際の荷重変化の様子を表わす図
【図８】第１の実施形態の重心位置測定装置の計測動作を説明するフローチャート
【図９】第２の実施形態に係る重心位置測定装置に装備される感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサの構造説明図で、車両進行方向手前側から見た図（ａ）、（ａ）のＥ−Ｅ線断面図で自由状態図（ｂ）および（ａ）のＥ−Ｅ線断面図で導電性ゴム圧縮通電状態図（ｃ）
【図１０】感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサの原理を説明する模式図で、自由状態図（ａ）、動作状態図（ｂ）、（ａ）の等価回路図（ｃ）および（ｂ）の等価回路図（ｄ）
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＦ−Ｆ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＧ−Ｇ線断面図（ｃ）
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＨ−Ｈ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＪ部拡大図（ｃ）、力のつりあいを説明するための（ｂ）の簡略図（ｄ）および（ｄ）の力学的等価図（ｅ）
【図１３】分割計量載台が組み合わされてなる計量載台に車両が載る様子を表わす図
【図１４】分割計量載台が組み合わされてなる計量載台に車両が載る際の荷重変化の様子を表わす図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明による重心位置測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
図１には、本発明の第１の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＡ−Ａ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図（ｃ）がそれぞれ示されている。また、図２には、図１（ｃ）のＣ部拡大図（ａ）および（ａ）のＤ−Ｄ（Ｄ´−Ｄ´）線断面図（ｂ）がそれぞれ示されている。
【００１９】
＜第１の実施形態に係る重心位置測定装置の概略構成の説明＞
図１に示される重心位置測定装置１は、第１トレッドセンサ１１と、第２トレッドセンサ１２と、計量載台１３とを備えている。
第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２は、設置ベース２上において、トラックやトレーラ等の車両３が前進走行する際の走行経路の上流側に配置されている。
計量載台１３は、設置ベース２上において、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２に対し、車両３の前進走行経路の下流側に配置されている。
なお、本実施形態において、車両３は、左右それぞれに車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂが装着される車軸７，８，９を、運転席の下方に１本、荷台の下方に２本、合計３本有する３軸車両である（図５参照）。
また、以下の説明において、前後左右方向は車両３の前進方向を基準として定めるものとする。
【００２０】
＜第１トレッドセンサおよび第２トレッドセンサの説明＞
第１トレッドセンサ１１と第２トレッドセンサ１２とは、基本的に同じ構造のものである。代表として、第１トレッドセンサ１１の構造について説明することとし、この第１トレッドセンサ１１の構造説明をもって、第２トレッドセンサ１２の構造説明を行ったものとする。
図２（ａ）に示されるように、第１トレッドセンサ１１は、車両３の左側の車輪４ａ，５ａ，６ａが踏んで通過することができるように車両３の幅方向に水平に配置される棒状部材３１を備えている。この棒状部材３１は、車両３の進行経路上における計量載台１３の手前側の路面ＧＬに埋め込まれている。この棒状部材３１は、断面長方形状の金属棒で構成され、その両端部が支持部材３２によって支持されている。
図２（ｂ）に示されるように、この棒状部材３１の両端部には、それぞれ両側から丸穴状にくり抜かれたような窪み部３３ａ，３３ａ；３４ａ，３４ａが形成されている。また、これら両側の窪み部３３ａ，３３ａ；３４ａ，３４ａを仕切るように仕切り板部３５；３５が形成され、この仕切り板部３５；３５には、せん断ひずみを検出するひずみゲージ３６，３７が接着されている。
要するに、第１トレッドセンサ１１は、金属製の棒状部材３１の両端部にひずみゲージ３６，３７が接着されてなる一種のロードセルである。
この第１トレッドセンサ１１においては、棒状部材３１が車輪４ａ，５ａ，６ａに踏まれると、各ひずみゲージ３６，３７の信号によって車輪４ａ，５ａ，６ａが当該トレッドセンサ１１（棒状部材３１）を踏んだことを検知するとともに、２つのひずみゲージ３６，３７が検出する荷重差に基づいて車輪４ａ，５ａ，６ａが踏んだ位置を２つのひずみゲージ３６，３７に対する相対位置として求めることができるようになっている。
【００２１】
＜計量載台の説明＞
計量載台１３は、車両３の左右全ての車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂが同時に載ることのできる四角形の板状部材で構成されている。
【００２２】
＜第１〜第４ロードセルの配置説明＞
設置ベース２と計量載台１３との間には、第１ロードセル２１、第２ロードセル２２、第３ロードセル２３および第４ロードセル２４がそれぞれ介設されている。
第１ロードセル２１は、計量載台１３における車両進行経路上流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。
第２ロードセル２２は、計量載台１３における車両進行経路下流側の左角部を下側から支持することができるように配置されている。
第３ロードセル２３は、計量載台１３における車両進行経路上流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。
第４ロードセル２４は、計量載台１３における車両進行経路下流側の右角部を下側から支持することができるように配置されている。
【００２３】
＜各ロードセルの機能説明＞
各ロードセル２１〜２４は、ひずみゲージ式のロードセルで、作用した荷重をその大きさに応じて電気的な荷重信号に変換して出力する機能を有するものである。
【００２４】
＜重心位置測定装置の制御系のシステム構成の説明＞
図３に示されるように、重心測定装置１は、制御装置４０と、操作装置４１と、表示装置４２とを備えている。
【００２５】
＜制御装置の概略説明＞
制御装置４０は、主として、増幅器４３と、ローパスフィルタ４４と、マルチプレクサ４５と、Ａ／Ｄ変換器４６と、Ｉ／Ｏ回路４７と、メモリ４８と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４９とにより構成されている。
増幅器４３は、送り込まれる信号をＡ／Ｄ変換可能な大きさに増幅して送り出す機能を有している。
ローパスフィルタ４４は、低域周波数のみを信号として通過させる機能を有している。
マルチプレクサ４５は、送り込まれる複数の信号を選択制御信号の指令に基づいて選択的に送り出す機能を有している。
Ａ／Ｄ変換器４６は、マルチプレクサ４５からのアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有している。
Ｉ／Ｏ回路４７は、Ａ／Ｄ変換器４６と、操作装置４１と、表示装置４２と、メモリ４８と、ＭＰＵ４９との間で各種の信号やデータの受け渡しを行う機能を有している。
メモリ４８は、ＰＲＯＭやＲＡＭなどで構成され、所定プログラムや基本データなどを長期的に記憶したり、種々のデータや演算用数値などを一時的に記憶したりする機能を有している。
ＭＰＵ４９は、メモリ４８に格納されている所定プログラムの指示に従って、必要な信号をＩ／Ｏ回路４７を介して受け取り、また必要なデータをメモリ４８から受け取り、受け取った信号やデータに基づいて演算を実行する機能を有している。
【００２６】
＜操作装置の概略説明＞
操作装置４１は、操作スイッチや数値キーなどを備えてなり、測定開始・終了の指令や零点調整、使用モードの切り換え、数値設定などの種々の動作の際に用いられる。
【００２７】
＜表示装置の概略説明＞
表示装置４２は、例えば液晶ディスプレイからなり、測定結果や各種データの入出力画面などが表示される。
【００２８】
＜重心位置測定装置の制御系システムの処理動作の概略説明＞
重心測定装置１の制御系システムにおいては、各ロードセル２１〜２４および各トレッドセンサ１１，１２の信号が、増幅器４３、ローパスフィルタ４４、マルチプレクサ４５、Ａ／Ｄ変換器４６およびＩ／Ｏ回路４７を経由してＭＰＵ４９に送られる。ＭＰＵ４９は、メモリ４８に格納されている所定プログラムに従って、Ｉ／Ｏ回路４７からの信号を取り込み、またメモリ４８に記憶されている種々のデータを読み込み、これらの信号やデータに基づいて車両３の水平面的重心位置の演算を実行する。そして、その演算結果は表示装置４２に表示される。
【００２９】
＜制御装置の機能説明＞
ＭＰＵ４９においては、所定プログラムが実行されることにより、図４に示される、車両幅方向重心位置演算部５０、車両全長方向重心位置演算部５１および出力信号生成部５２のそれぞれの機能が実現される。
【００３０】
＜車両の重心Ｇの座標（ＸＧ，ＹＧ）の求め方の理論説明＞
次に、主として、図５〜図７を用いて、車両３の重心Ｇの座標（ＸＧ，ＹＧ）の求め方について説明する。
車両３の幅方向の中心位置を通り全長方向に延びる車両中心線に沿ってＸ軸を定め、第１車軸７に沿ってＹ軸を定め、Ｘ軸とＹ軸の交点を原点とした直交座標系Ｏ−ＸＹを定める。
計量載台１３の幅方向の中心位置を通り全長方向に延びる幅方向中心線に沿ってｘ軸を定め、計量載台１３の全長方向の中心位置を通り幅方向に延びる全長方向中心線に沿ってｙ軸を定め、両軸の交点すなわち計量載台１３の中央に原点をとって、直交座標系ｏ−ｘｙを定める。
ロードセル２１〜２４のそれぞれの出力は無負荷時において零に調整されているものとする。
【００３１】
＜記号の定義（車両関連）の説明＞
図中および理論式で用いる記号の意味を下記のとおり定義する。
Ｇ：車両３の重心
ｉ（＝１，２，・・・，ｋ）：車軸番号
ｋ：車軸数（ｋ≧２）
ＸＧ：座標系Ｏ−ＸＹにおける車両３の全長方向の重心位置
ＹＧ：座標系Ｏ−ＸＹにおける車両３の幅方向の重心位置
ｘＧ：座標系ｏ−ｘｙにおける車両３の全長方向の重心位置
ｙＧ：座標系ｏ−ｘｙにおける車両３の幅方向の重心位置
Ｂ，Ｂｉ：有効トレッド間隔
ここで、トレッド間隔とは、車両３の左右の車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂの中心間距離、つまり輪距のことである。
ｌｊ：車軸間距離
ｊ（＝１，２，・・・，ｋ−１）：車軸間番号（ｋ≧２）
ｅ：車両重心位置のＸ軸からの距離（＝ＹＧ）
【００３２】
＜記号の定義（ロードセル関連）の説明＞
ＬＣ１：第１ロードセル２１
ＬＣ２：第２ロードセル２２
ＬＣ３：第３ロードセル２３
ＬＣ４：第４ロードセル２４
ａ：第１ロードセル２１（第３ロードセル２３）と第２ロードセル２２（第４ロードセル２４）との中心間距離
ｂ：第１ロードセル２１（第２ロードセル２２）と第３ロードセル２３（第４ロードセル２４）との中心間距離
なお、上記記号のうち、ａ，ｂは既知の値であり、これらの値は予めメモリ４８に記憶される。
【００３３】
＜記号の定義（車両と載台との相対位置関連）の説明＞
ｆ：Ｘ軸とｘ軸との距離
【００３４】
＜記号の定義（力学関連）の説明＞
ＷＬｉ：輪重（左側）
ＷＲｉ：輪重（右側）
Ｗｉ：第ｉ軸の軸重
Ｗ：総重量
Ｐｉ：第ｉロードセルに作用する力（＝そのロードセルから載台に作用する力）
Ｐｊ：第ｊロードセルに作用する力（＝そのロードセルから載台に作用する力）
Ｐｉｊ：Ｐｉ＋Ｐｊ
Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４
ｔ：第１車軸７が第１トレッドセンサ１１または第２トレッドセンサ１２の車両進行方向の中央にあるときの時刻を原点にとった時間
ｔｉ：第ｉ車軸が第１トレッドセンサ１１または第２トレッドセンサ１２の車両進行方向の中央にあるときの時刻
τｉ：第ｉ車軸の軸重Ｗｉが計量載台１３に負荷された時刻
【００３５】
＜記号の定義（トレッドセンサ関連）の説明＞
ｃ：第１トレッドセンサ１１と第１ロードセル２１との距離（第２トレッドセンサ１２と第３ロードセル２３との距離）
Ｓ０：中央線３８からひずみゲージ３６までの距離
Ｓ１：ひずみゲージ３６と左側車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心との距離
Ｓ２：ひずみゲージ３７と左側車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心との距離
Ｓ３：ひずみゲージ３６とひずみゲージ３７との距離
Ｓ：中央線３８から左右側の車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂのトレッド幅中心までの距離
ＳＬ：第１トレッドセンサ１１によるＳ
ＳＲ：第２トレッドセンサ１２によるＳ
なお、上記記号のうち、ｃ，Ｓ０，Ｓ３は既知の値であり、これらの値は予めメモリ４８に記憶される。
【００３６】
＜ＸＧ，ｌｊの測定の説明：図６，７参照＞
図６（ａ）〜（ｄ）には、車両３が計量載台１３に載る様子を段階的に表わす図が示され、図７には、各段階の荷重変化の様子を表わす図が示されている。
ＸＧの測定には、ｌｊの測定が不可欠である。また、ｌｊは、第１ロードセル２１〜第４ロードセル２４の出力Ｐ１（ｔ）〜Ｐ４（ｔ）に基づいて求めることができる。
【００３７】
＜ｌ１，ｌ２の求め方の説明＞
（１）車軸間距離の計算式
車軸間距離ｌ１，ｌ２は、第１トレッドセンサ１１または第２トレッドセンサ１２が第ｉ軸車輪に踏まれて検知した時刻、ｔ＝ｔｉの各時刻におけるロードセル２２，２４の荷重の測定値Ｐ２４（ｔ）およびＷｉを用いて算出する。
【００３８】
ｌ１の算出式：
ｔ＝ｔ２（図６（ｃ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（１）で表わされる。
ａＰ２４（ｔ）−ｘ１Ｗ１＝０ ・・・（１）
ｘ１＝ｌ１−ｃであるから、ｌ１は次式（２）より求められる。
ｌ１＝ａＰ２４（ｔ）／Ｗ１＋ｃ ・・・（２）
【００３９】
ｌ２の算出式：
ｔ＝ｔ３（図６（ｄ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（３）で表わされる。
ａＰ２４（ｔ）−ｘ１Ｗ１−ｘ２Ｗ２＝０ ・・・（３）
ｘ１＝ｌ１+ｘ２であり、
ｘ２＝ｌ２−ｃであるから、ｌ２は次式（４）より求められる。
ｌ２＝（ａＰ２４（ｔ）−ｌ１Ｗ１）／（Ｗ１＋Ｗ２）＋ｃ ・・・（４）
【００４０】
（２）軸重の測定
前記式（２）で表わされるｌ１の計算式や、前記式（４）で表わされるｌ２の計算式のうち、Ｐ２４（ｔ）は各車輪がトレッドセンサ１１，１２を踏んだ時点のロードセル２２，２４の荷重Ｐ２４により求められる。また、各軸重Ｗｉは、図７に示されるような全体荷重変化に基づいて、次式（５）により求められる。
【数１】
ここで、Ｐ（ｔ）は、次式（６）で表わされる。
Ｐ（ｔ）＝Ｐ１３（ｔ）＋Ｐ２４（ｔ） ・・・（６）
また、Ｗ０＝０、τｉ＜ｔ＜τｉ＋１、ｉ＝１，２およびｔ＞τｉ，ｉ=３である。
【００４１】
＜ＸＧの求め方の説明＞
車両３の第１車輪７を原点Ｏとすると、この原点Ｏ回りのモーメントのつりあいの一般式は次式（７）で表わされる。ここで、ＸＧは負である。
ＸＧＷ＋Ｗ２ｌ１＋Ｗ３（ｌ１＋ｌ２）＋・・・＋Ｗｎ（ｌ１＋ｌ２＋・・・＋ｌｎ−１）＝０
・・・（７）
前記式（７）からＸＧは次式（８）によって求められる。
ＸＧ＝−{Ｗ２ｌ１＋Ｗ３（ｌ１＋ｌ２）＋・・・＋Ｗｎ（ｌ１＋ｌ２＋・・・＋ｌｎ−１）}／Ｗ
・・・(８)
ここで、
Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２＋・・・＋Ｗｎ
Ｗｉ＝軸重（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）
ｎ：車軸数
ｌｉ：軸間距離
である。
そして、前記式（８）において、ｎ＝３とおいて、図５に示される３軸の車両３のＸ方向重心位置ＸＧが求められる。
【００４２】
＜ＹＧの求め方の説明＞
図５において、計量載台１３に載荷物（車両３）がない状態で各ロードセル２１〜２４の出力を零に調整し、各ロードセル２１〜２４の出力感度が等しいものとすると、車両３の座標系ｏ−ｘｙにおける重心位置ｙＧは、ロードセル２１〜２４の出力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を用いて次式（９）で求めることができる。
ｙＧ＝（Ｐ１＋Ｐ２）ｂ／Ｗ−ｂ／２ ・・・（９）
ただし、Ｗ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４である。
Ｗは全車軸７，８，９が計量載台１３に載りきってから計測すればよい。また、各計測値を用いて行う演算はリアルタイムにする必要はなく、メモリ４８に記憶させておいて必要なタイミングで波形処理を施したうえで演算すればよい。
【００４３】
＜計量載台に対する車両の幅方向の相対位置の測定の説明＞
図１（ｃ）および図２（ａ）に示されるように、第１トレッドセンサ１１と第２トレッドセンサ１２とは計量載台１３の中央線３８を挟んで対称形に設置されている。前述したように、第１トレッドセンサ１１と第２トレッドセンサ１２とは同じ構造のものであり、図２（ａ）において第１トレッドセンサ１１のみ図示することとし、第２トレッドセンサ１２は図示省略する。
【００４４】
今、例えば左側の車輪４ａ，５ａ，６ａが第１トレッドセンサ１１の棒状部材３１を踏むと、ひずみゲージ３６，３７部分に左側の車輪４ａ，５ａ，６ａの荷重（輪重）ＷＬがかかり、次式（１０）（１１）で示される比率で分配される。
ひずみゲージ３６が検出する力Ｆ３６＝ＷＬ１Ｓ２／Ｓ３ ・・・（１０）
ひずみゲージ３７が検出する力Ｆ３７＝ＷＬ１Ｓ１／Ｓ３ ・・・（１１）
これら式（１０）（１１）から、Ｆ３６／Ｆ３７＝Ｓ２／Ｓ１となり、Ｆ３６，Ｆ３７を計測すると、ひずみゲージ間距離Ｓ３に対する左側の車輪４ａ，５ａ，６ａの接地点の距離Ｓ１，Ｓ２を計算することができる。
ここで、ひずみゲージ間距離Ｓ３は、ひずみゲージ３６とひずみゲージ３７との距離であり、距離Ｓ１は、ひずみゲージ３６と左側車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心との距離であり、距離Ｓ２は、ひずみゲージ３７と左側車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心との距離である。
また、２個のトレッドセンサ１１，１２の中央線（＝計量載台１３の中央線）３８からひずみゲージ３６までの距離Ｓ０は設計上定まっているので、計算により、中央線３８から左側の車輪４ａ，５ａ，６ａのトレッド幅中心までの距離Ｓが求められる。以上は車両進行方向に向かって左側の第１トレッドセンサ１１について述べたが、車両進行方向に向かって右側の第２トレッドセンサ１２についても同じことが言える。
【００４５】
第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２のそれぞれのＳ（=Ｓ１＋Ｓ０）を合計すればトレッド間隔Ｂを求めることができる。そして、Ｓ−Ｂ／２を計算すると、車両３のＹ方向位置偏差ｆが求められる。
ところで、トレッド間隔Ｂｊは各車軸７，８，９ごとに求められるが、ｆの計算に用いられるのはＢｊの決定法に基づいて決定される１つの値（＝Ｂ）である。なお、Ｂｊの決定法については後述する。
第１トレッドセンサ１１によるＳをＳＬ、第２トレッドセンサ１２によるＳをＳＲとして区別して書くと、次式（１２）（１３）（１４）（１５）が成立する。
ＳＬ＝ＳＬ１＋Ｓ０ ・・・（１２）
ＳＲ＝ＳＲ１＋Ｓ０ ・・・（１３）
Ｂ＝ＳＬ＋ＳＲ ・・・（１４）
ｆ＝ＳＬ−Ｂ／２ ・・・（１５）
そして、車両３のＹ方向の重心位置ＹＧは次式（１６）で求めることができる。
ＹＧ＝ｙＧ−ｆ ・・・（１６）
【００４６】
この構造のトレッドセンサ１１，１２の車両進行方向の幅寸法は小さく、車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂの踏面はトレッドセンサ１１，１２の車両進行方向において前後が路面ＧＬに跨り、車輪荷重全体がトレッドセンサ１１，１２にかかるわけではない。しかしながら、「荷重の比率＝長さの比率」およびそれにより車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂの踏面の位置とトレッド間隔Ｂを求める上で荷重の絶対値は不要であり、その意味で輪重の計測精度を必要としないので、この構造で実用に供することができる。
図２およびその説明では金属製の棒状部材３１の両端部にひずみゲージ３６，３７を貼り付けて一種のロードセルとして一体型に製作する方式のものを示したが、この構造にこだわる必要はなく、単純な棒状部材の両端部を通常のロードセルで受ける構造のものを採用してもよい。
また、このトレッドセンサ１１，１２または上記で述べたロードセルで受ける構造のものにおけるロードセルの取付部にばね等を介設し、一定以上の荷重がかかるとそのばね等が撓んでセンサに限界以上の荷重が確実にかからな構造のものとしても前述の機能および精度にほとんど変わりはない。こうすることによってトレッドセンサ１１，１２自体を軽量化して安価なものとすることができる。
【００４７】
＜重心位置測定装置の計測動作の説明＞
次に、重心位置測定装置１の計測動作について、主に、図４の機能ブロック図および図８のフローチャートを用いて以下に説明する。なお、図８において記号「Ｓ」および「Ｔ」はそれぞれステップを表わす。
【００４８】
＜ステップＳ１の処理内容の説明＞
車両幅方向重心位置演算部５０は、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２のトレッド検出信号を読み込み、読み込んだ検出信号と、前記式（１４）とに基づいて、有効トレッド幅Ｂを演算するとともに、求められた有効トレッド幅Ｂの値と、前記式（１５）とに基づいて、車両３のＹ方向偏差ｆを演算する。
また、一方でロードセル２１〜２４からの荷重信号に基づいて計量載台１３と計量載台１３上の車両３を合わせた全体のｙ方向重心位置ｙＧを演算する。
さらに、前記式（１６）を用いてｙＧと車両３のＹ方向偏差ｆとから車両重心位置ＹＧを確定する。
【００４９】
＜ステップＳ２〜ステップＳ３の処理内容の説明＞
そして、出力信号生成部５３は、車両幅方向重心位置演算部５０による演算結果を表示装置４２に表示させる表示信号を生成し、かかる表示信号を表示装置４２へ送信する（Ｓ２）。これにより、表示装置４２には、車両３の幅方向の重心位置の値が表示される（Ｓ３）。同時に信号として車両幅方向の重心位置ＹＧとトレッド幅Ｂが出力される。
【００５０】
＜ステップＴ１〜ステップＴ３の処理内容の説明＞
車両全長方向重心位置演算部５１は、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２のそれぞれの検出信号を読み込むとともに、ロードセル２１〜２４の荷重信号を読み込み、読み込んだ信号と、前記式（２）（４）とに基づいて、車軸間距離ｌ１，ｌ２を演算するとともに、算出された車軸間距離ｌ１，ｌ２の値と、前記式（８）とに基づいて、座標系Ｏ−ＸＹにおける車両３の全長方向の重心位置ＸＧを演算する（Ｔ１）。
そして、出力信号生成部５３は、車両全長方向重心位置演算部５１による演算結果を表示装置４２に表示させる表示信号を生成し、かかる表示信号を表示装置４２へ送信する（Ｔ２）。これにより、表示装置４２には、車両３の全長方向の重心位置の値が表示される（Ｔ３）。また、かかる演算結果の信号を出力する。
【００５１】
＜第１の実施形態の重心位置測定装置の作用効果の説明＞
第１の実施形態の重心位置測定装置１によれば、簡易かつ安価な構成で車両３の水平面的重心位置Ｇ（ＸＧ，ＹＧ）を測定することができ、車両３の横転防止に資する有効なデータを運転者等に提供することができる。
【００５２】
〔第２の実施形態〕
図９には、第２の実施形態に係る重心位置測定装置に装備される感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサの構造説明図で、車両進行方向手前側から見た図（ａ）、（ａ）のＥ−Ｅ線断面図で自由状態図（ｂ）および（ａ）のＥ−Ｅ線断面図で導電性ゴム圧縮通電状態図（ｃ）がそれぞれ示されている。
また、図１０には、感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサの原理を説明する模式図で、自由状態図（ａ）、動作状態図（ｂ）、（ａ）の等価回路図（ｃ）および（ｂ）の等価回路図（ｄ）がそれぞれ示されている。
この第２の実施形態の重心位置測定装置１Ａは、第１の実施形態の重心位置測定装置１に装備されているひずみゲージ式のトレッドセンサ１１，１２に代えて、感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサ１１Ａ，１２Ａを採用した点が異なるのみで、その他の構成については第１の実施形態の重心位置測定装置１と基本的に同じである。
したがって、第２の実施形態の重心位置測定装置１Ａにおいて、第１の実施形態の重心位置測定装置１と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略し、以下においては第１の実施形態の重心位置測定装置１と異なる点を中心に説明することとする。
【００５３】
＜第２の実施形態に係るトレッドセンサの検出原理の説明＞
感圧ゴムと電気抵抗線を組み合わせて車両３のトレッド間隔Ｂを検出する方法について述べる。
これに類似した従来の方法は、特開昭５３−１９８６０〜１９８６３号公報に記載されている。
しかし、これらの従来の方法は回路中にスイッチ、またはダイオード、または交流電源などを組み込む必要があり、または電気抵抗式検出器を複数列用意する必要があった。そのうえ、従来の方法はトレッド幅とトレッド間隔とを測定するのが目的であって、本実施形態に係るトレッドセンサ１１Ａ，１２Ａのように２個のセンサの接合部（計量載台中心）から左右別々にトレッド（踏面）の位置を知ることができるものではない。また、トレッド間隔Ｂを検出するためには導線中央に抵抗やスイッチ、ダイオードなどを挿入する必要が述べられている。本実施形態の重心位置測定装置１Ａに装備されるトレッドセンサ１１Ａ，１２Ａはこれらの欠点を排除し簡単な回路で、しかもスイッチング動作なしに中央点から左右の車輪踏面中心までの距離、およびトレッド間隔Ｂを求めるものである。
【００５４】
図９（ａ）（ｂ）に示される、感圧ゴム・電気抵抗線式のトレッドセンサ１１Ａ，１２Ａにおいては、路面ＧＬの溝６０に埋め込まれたカバーゴム６１の中にリボン状の導電線６２と感圧導電性ゴム６３と電気抵抗線６４がサンドイッチ状態で設置されている。
この上面をトラックなどの車両３が通過するとき、カバーゴム６１が例えば第１車軸７の左側の車輪４ａに踏まれると、図９（ｃ）に示されるように、車輪４ａの踏面の部分のみ感圧導電性ゴム６３が圧縮され、上部の導電線６２と下部の電気抵抗線６４が短絡されて感圧導電性ゴム６３が通電状態となる。
図１０（ａ）は車輪に踏まれる前の状態図で、同図（ｃ）はそのときの等価回路図であり、同図（ｂ）は車輪に踏まれた状態図で、同図（ｄ）はそのときの等価回路図である。
以後、各電圧計により電圧を計測し、ＡＤ変換してデジタル値として各種演算を行うものとして説明する。
【００５５】
図１０（ｃ）に示される等価回路の状態のとき、抵抗Ｒｄには電圧Ｅｄ０と抵抗Ｒ０、Ｒｄに関連して電流Ｉ０が流れている。これは電圧計Ｖｄにより電圧Ｅ０を計測することで求められる。
Ｉ０＝Ｅｄ／Ｒｄ
また、
Ｉ０＝Ｅ０／（Ｒ０＋Ｒｄ）
これから抵抗Ｒ０が導き出される。
Ｒ０＝Ｅ０／Ｉ０−Ｒｄ
ここで、Ｒ０は中央線３８から外へ半分の距離に相当する抵抗値である。
【００５６】
次に、図１０（ｄ）に示される等価回路図の状態のときのようにＲｔの部分が短絡されて導通状態となり抵抗Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒｄに電流Ｉ１が流れる。これは電圧計Ｖｄにより電圧Ｅｄ１を計測することで求められる。
Ｉ１＝Ｅｄ１／Ｒｄ
また、
Ｉ１＝Ｅ０／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）
これから抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）が導きだされる。
（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｅ０／Ｉ１−Ｒｄ
（Ｒ１＋Ｒ２）は計量載台１３の幅寸法の半分（Ｌ０，Ｒ０）からトレッド幅（Ｌｔ，Ｒｔ）を差し引いた距離に相当する抵抗値である。
【００５７】
次に、図１０（ｄ）に示される等価回路図の状態のときの電圧を測定し抵抗値を導き出す。
電圧Ｖ１により計測された電圧Ｅ１より、
Ｒ１＝Ｅ１／Ｉ２
電圧計Ｖ２により計測された電圧Ｅ２より
Ｒ２＝Ｅ２／Ｉ２
これらを距離に換算すると、
Ｌ１＝Ｌ０Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｌ２＝Ｌ０Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｌｔ＝Ｌ０−Ｌ１−Ｌ２
＝Ｒ０−Ｒ１−Ｒ２
となる。
【００５８】
計量載台１３の中心からトレッド中心までの距離ＳはＳ＝Ｌｔ＋Ｌｔ／２で求めることができ、車両３のトレッド間隔Ｂは反対側トレッドセンサのＳ（＝Ｌｔ＋Ｌｔ／２）を足し算することで求められる。
車両３の中心すなわちトレッド間隔Ｂの中心と計量載台１３の中心との偏心量ｆはｆ＝Ｓ−Ｂ／２として求める。
【００５９】
なお、車輪４ａ，５ａ，６ａ；４ｂ，５ｂ，６ｂに踏まれる前の定常状態のときに抵抗と距離の関係を補正して合せておくと、抵抗値が温度で変化しても距離との関係は正しいものとすることができる。
上記説明では、原理を明らかにするために抵抗値を求めてから抵抗値を距離に換算したが、抵抗値Ｒ１、Ｒ２は電圧値Ｅ１、Ｅ２と比例するので実際の装置では電圧値のままで演算してもよい。
厳密には電圧計Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および分流抵抗Ｒｄは誤差要因となるが電圧部は内部抵抗が抵抗線Ｒ０に比べて十分に抵抗値の大きいものを、また、分流抵抗Ｒｄは抵抗線Ｒ０に比べて十分小さい抵抗値のもの（例えば、Ｒｄ／Ｒ０＝１／１０００）を用いることで実用上の誤差は無視できるものとなる。また演算の過程でこれらを数値的に補正してもよい。
感圧導電性ゴム６３自体に適当な抵抗を持たせて製作すると、下部の電気抵抗線６４を省略することができる。また、電気抵抗線６４を連続した抵抗線としたが、抵抗部品を連ねて接合部のみを感圧導電性ゴム６３に接するようにしても抵抗が段階的に変化して精度が若干落ちることが許容されるならば採用可能である。
【００６０】
〔第３の実施形態〕
図１１には、本発明の第３の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＦ−Ｆ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＧ−Ｇ線断面図（ｃ）がそれぞれ示されている。
【００６１】
＜第３の実施形態に係る重心位置測定装置の概略構成の説明＞
図１１に示される重心位置測定装置１Ｂは、図１に示される第１の実施形態の重心位置測定装置１と同様に第１トレッドセンサ１１と、第２トレッドセンサ１２と、計量載台１３とを備えているが、その設置場所が車両進行方向において異なる。
すなわち、第１の実施形態の重心位置測定装置１では、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２がそれぞれ路面ＧＬに埋め込まれる態様例で、車両３が前進走行する際の走行経路の上流側に配置されている。これに対して、第３の実施形態の重心位置測定装置１Ｂでは、図１１に示されるように、第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２が、計量載台１３上であって車両３が前進走行する際の走行経路の上流側に組み付けられている。なお、これらトレッドセンサ１１，１２を計量載台１３における車両３の前進走行経路の上流側端面に配置してもよい。また、第１ロードセル２１と第３ロードセル２３の中心線を結ぶ線上に配置してもよい。これらの場合、トレッドセンサ１１，１２の検知信号とロードセル２１〜２４のタイミングｔ１を変更することで対応可能である。
上記以外の構成は第１の実施形態の重心位置測定装置１と同様であり、基本的に第１の実施形態の重心位置測定装置１と同様にＸＧ，ＹＧを求めることができ、同様の作用効果を得ることができる。
さらに、第３の実施形態の重心位置測定装置によれば、トレッドセンサ１１，１２の設置に際して、第１の実施形態の重心位置測定装置１では必要とされる路面ＧＬに対する基礎コンクリート工事を必要としないので、簡便である上に既設のトラックスケール等の計量装置への後付けも可能であるという利点がある。
【００６２】
〔第４の実施形態〕
図１２には、本発明の第４の実施形態に係る重心位置測定装置の構造説明図で、平面図（ａ）、（ａ）のＨ−Ｈ線断面図（ｂ）、（ｂ）のＪ部拡大図（ｃ）、力のつりあいを説明するための（ｂ）の簡略図（ｄ）および（ｄ）の力学的等価図（ｅ）がそれぞれ示されている。
第１の実施形態の重心位置測定装置１は４点ロードセル支持の計量載台１３を備えたものである。全長の短い車両等を計量する場合の計量装置としては第１の実施形態の重心位置測定装置１で十分であるが、例えばトレーラ連結車両のように全長が長いものを計量する場合、４点ロードセル支持では強度上計量載台の部材を大きくしなければならず不経済である。
かかる不具合を解消するために、第４の実施形態の重心位置測定装置１Ｃにおいては、図１２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、計量載台１３Ｃの中間点に更にロードセル２２，２５を設けて支持荷重を分担し、計量載台１３Ｃの部材を軽量化して経済的な設計を採用するようにされている。この場合、計量載台１３Ｃが１本ものでは全ロードセル２１〜２６に荷重を分担させるための高さレベルを調整するのが難しい。その解決策として計量載台１３Ｃを車両進行方向の中間位置で分割計量載台１３Ｃ１と分割計量載台１３Ｃ２とに分割して、載台梁の撓みの影響なしにロードセル２１〜２６に分担荷重がかかるようにしている。第４の実施形態の重心位置測定装置１Ｃは、このような構成の計量載台１３Ｃにおいても水平面的重心位置を求めることができるようにしたものである。
【００６３】
図１２（ｃ）に示されるように、分割計量載台１３Ｃ１の車両進行方向下流側端部が分割計量載台１３Ｃ２の車両進行方向上流側端部の上に載せられており、これら端部の重ね合わされた部分がまとめて第２ロードセル２２および第５ロードセル２５によって支えられている。これら端部の重合部分は力学上明解になるようにピンポイントで接触されている態様例を示しているが、実際にはピンポイントに接触させる必要はなく、また重合部分がロードセル２２，２５の直上でなくでも以下に示す力学的性質は成立する。
【００６４】
次に、第４の実施形態の重心位置測定装置１Ｃにおける力学的性質について、主に図１２（ｄ）（ｅ）を用いて以下に説明する。
【００６５】
いま、軸重を集中荷重と仮定し、ｘ１＞ｘ２＞ｘ３＞ｘ４，ｄ≦ｘ３，ｘ４＜ａ＋ｄ，ａ＋ｄ≦ｘ１，ｘ２＜２ａ＋ｄとする。また、以下において、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を次のように再定義して用いる。
Ｐ１：第１ロードセル２１と第４ロードセル２４の出力の和
Ｐ２：第２ロードセル２２と第５ロードセル２５の出力の和
Ｐ３：第３ロードセル２３と第６ロードセル２６の出力の和
【００６６】
点Ｏ２に作用する力
Ｐ２＝Ｐ２１＋Ｐ２２
Ｐ２１：分割計量載台１３Ｃ１上の荷重がＰ２に寄与している分
Ｐ２２：分割計量載台１３Ｃ２上の荷重がＰ２に寄与している分
Ｐ２１＝Ｗ３ｘ３／ａ＋Ｗ４ｘ４／ａ
Ｐ２２＝Ｗ１（２ａ−ｘ１）／ａ＋Ｗ２（２ａ−ｘ２）／ａ
点Ｏ３に作用する力
Ｐ３＝Ｗ１（ｘ１−ａ）／ａ＋Ｗ２（ｘ２−ａ）／ａ
ａＰ２＋２ａＰ３＝｛（２ａ−ｘ１）＋２（ｘ１−ａ）｝Ｗ１＋｛（２ａ−ｘ２）＋２（ｘ２−ａ）｝Ｗ２＋ｘ３Ｗ３＋ｘ４Ｗ４＝ｘ１Ｗ１＋ｘ２Ｗ２＋ｘ３Ｗ３＋ｘ４Ｗ４
これは図１２（ｄ）が力学的に図１２（ｅ）と等価であることを意味する。
【００６７】
上記の力学的性質は、集中荷重が計量載台１３Ｃ１にｍ個、載台１３Ｃ２に（ｎ−ｍ）個ある場合（ｍ，ｎ：自然数、ｍ≦ｎ）で成り立つことを示すことができる。以下はその証明である。
【数２】
ここで、ｉは１〜ｎの自然数である
【００６８】
＜ｌ１，ｌ２，ｌ３の求め方の説明：図１３参照＞
（１）車軸間距離の計算式
車軸間距離ｌ１，ｌ２は、第１トレッドセンサ１１または第２トレッドセンサ１２が第ｉ軸車輪に踏まれて検知した時刻、ｔ＝ｔｉの各時刻におけるロードセル荷重の測定値Ｐ２（ｔ），Ｐ３（ｔ）およびＷｉを用いて算出する。
【００６９】
ｌ１の算出式：
ｔ＝ｔ２（図１３（ｂ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（２１）で表わされる。
ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ）−ｘ１Ｗ１＝０ ・・・（２１）
ｘ１＝ｌ１−ｃであるから、ｌ１は次式（２２）より求められる。
ｌ１＝（ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ））／Ｗ１＋ｃ ・・・（２２）
【００７０】
ｌ２の算出式：
ｔ＝ｔ３（図１３（ｃ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（２３）で表わされる。
ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ）−ｘ１Ｗ１−ｘ２Ｗ２＝０ ・・・（２３）
ｘ１＝ｌ１＋ｌ２−ｃであり、
ｘ２＝ｘ１−ｌ１＝ｌ２−ｃであるから、ｌ２は次式（２４）より求められる。
ｌ２＝（ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ）−ｌ１Ｗ１）／（Ｗ１＋Ｗ２）＋ｃ
・・・（２４）
【００７１】
ｌ３の算出式：
ｔ＝ｔ４（図１３（ｄ）参照）においてロードセル２１，２３を支点とするモーメントのつりあい式は次式（２５）で表わされる。
ａＰ２（ｔ）＋２ａＰ３（ｔ）−ｘ１Ｗ１−ｘ２Ｗ２−ｘ３Ｗ３＝０
・・・（２５）
ｘ１＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３−ｃであり、
ｘ２＝ｘ１−ｌ１＝ｌ２＋ｌ３−ｃであり、
ｘ３＝ｘ２−ｌ２＝ｌ３−ｃであるから、ｌ３は次式（２６）より求められる。
【数３】
【００７２】
（２）軸重の測定
軸重は、第１の実施形態のときと同様に図１４に示されるように、Ｐ（ｔ）＝Ｐ１（ｔ）＋Ｐ２（ｔ）＋Ｐ３（ｔ）の時間経過に伴うステップ状変化から次式（２７）によって求められる。
【数４】
ここで、Ｗ０＝０、τｉ＜ｔ＜τｉ＋１、ｉ＝１，２，３およびｔ＞τｉ，ｉ＝４である。
【００７３】
＜ＸＧの求め方の説明＞
第１の実施形態のときに述べた計算方法がここでも適用することができる。
４軸の車両３Ｃの第１車輪７を原点Ｏとすると、この原点Ｏ回りのモーメントのつりあいの一般式は次式（２８）で表わされる。ここで、ＸＧは負である。
ＸＧＷ＋Ｗ２ｌ１＋Ｗ３（ｌ１＋ｌ２）＋・・・＋Ｗｎ（ｌ１＋ｌ２＋・・・＋ｌｎ−１）＝０
・・・（２８）
前記式（２８）からＸＧは次式（２９）によって求められる。
ＸＧ＝−{Ｗ２ｌ１＋Ｗ３（ｌ１＋ｌ２）＋・・・＋Ｗｎ（ｌ１＋ｌ２＋・・・＋ｌｎ−１）}／Ｗ
・・・(２９)
ここで、
Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２＋・・・＋Ｗｎ
Ｗｉ＝軸重（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）
ｎ：車軸数
ｌｊ：軸間距離
である。
そして、前記式（２９）において、ｎ＝４とおいて、図１２〜１３に示される４軸の車両３ＣのＸ方向重心位置ＸＧが求められる。
【００７４】
＜ＹＧの求め方の説明＞
前述の４点ロードセル支持の場合と同様に求めることができる。
図１２において、計量載台１３Ｃに載荷物（車両３Ｃ）がない状態で各ロードセル２１〜２６の出力を零に調整し、各ロードセル２１〜２６の出力感度が等しいものとすると、車両３Ｃの座標系ｏ−ｘｙにおける重心位置ｙＧは、ロードセル２１〜２６の出力Ｐ１，Ｐ２，・・・，Ｐ６を用いて次式（３０）で求めることができる。
ｙＧ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）ｂ／Ｗ−ｂ／２ ・・・（３０）
ただし、Ｗ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６である。
Ｗは全車軸が計量載台１３Ｃに載りきってから計測すればよい。また、各計測値を用いて行う演算はリアルタイムにする必要はなく、メモリ４８に記憶させておいて必要なタイミングで波形処理を施したうえで演算すればよい。
そして、前記式（２９）から求められるｙＧと前記式（１５）から求められるｆとから前記式（１６）を用いて車両３ＣのＹ方向の重心位置ＹＧを求めることできる。
【００７５】
前記各実施形態において、車両３，３Ｃの中心Ｘ軸と計量載台１３，１３Ｃの中心ｘ軸のずれｆは各車軸ごとに計算することができるが、これらの計算結果のうちの代表的なものを採用してもよいし、平均値をとって採用してもよい。
【００７６】
＜本発明との用語の対応関係の説明＞
第１トレッドセンサ１１および第２トレッドセンサ１２を含む構成が、本発明の「車両幅方向相対位置検出手段」、「車輪所定位置通過検知手段」に対応する。
車両幅方向重心位置演算部５０が本発明の「車両幅方向重心位置演算手段」に対応する。
車両全長方向重心位置演算部５０が本発明の「車両全長方向重心位置演算部」に対応する。
【００７７】
以上、本発明の重心位置測定装置について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の重心位置測定装置は、簡易かつ安価な構成で車両の水平面的重心位置を測定することができるという特性を有していることから、車両の横転防止に資する有効なデータの提供の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 重心位置測定装置
１１ 第１トレッドセンサ
１２ 第２トレッドセンサ
１３ 計量載台
２１ 第１ロードセル
２２ 第２ロードセル
２３ 第３ロードセル
２４ 第４ロードセル
５０ 車両幅方向重心位置演算部
５１ 車両全長方向重心位置演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の水平面的重心位置を測定する重心位置測定装置であって、
（ａ）車両の左右全ての車輪が載ることのできる計量載台と、
（ｂ）車両の幅方向および全長方向に所定の間隔を存して配され、前記計量載台を支持する複数のロードセルと、
（ｃ）車両が前記計量載台に載り込む際におけるその計量載台に対する車両の幅方向の相対位置を検出する車両幅方向相対位置検出手段と、
（ｄ）車両が前記計量載台に載り込む際におけるその車両の車輪が所定位置を通過したことを検知する車輪所定位置通過検知手段と、
（ｅ）前記複数のロードセルからの荷重信号と、前記車両幅方向相対位置検出手段からの検出信号とに基づいて、車両の幅方向の重心位置を演算する車両幅方向重心位置演算手段と、
（ｆ）前記複数のロードセルからの荷重信号と、前記車輪所定位置通過検知手段からの検知信号とに基づいて、車両の全長方向の重心位置を演算する車両全長方向重心位置演算手段と
を備えることを特徴とする重心位置測定装置。
【請求項２】
前記車両幅方向相対位置検出手段は、車両の各車輪が踏んで通過することができるように車両の幅方向に水平に配置される棒状部材と、この棒状部材の両端部に貼り付けられるひずみゲージとを備えて構成されるものである請求項１に記載の重心位置測定装置。
【請求項３】
前記車両幅方向相対位置検出手段は、車両の各車輪が踏んで通過することができるように車両の幅方向に水平に延設される導電性ゴムと、この導電性ゴムが車両の各車輪に踏まれた際の変形部分と接触可能に配置される電気抵抗線とを備えて構成されるものである請求項１に記載の重心位置測定装置。
【請求項４】
前記車両幅方向相対位置検出手段が前記計量載台に組み付けられる請求項１〜３のいずれかに記載の重心位置測定装置。
【請求項５】
前記計量載台は、車両の進行方向に沿って配置される複数の分割計量載台が組み合わされて構成されるものである請求項１〜４のいずれかに記載の重心位置測定装置。
【請求項１】
車両の水平面的重心位置を測定する重心位置測定装置であって、
（ａ）車両の左右全ての車輪が載ることのできる計量載台と、
（ｂ）車両の幅方向および全長方向に所定の間隔を存して配され、前記計量載台を支持する複数のロードセルと、
（ｃ）車両が前記計量載台に載り込む際におけるその計量載台に対する車両の幅方向の相対位置を検出する車両幅方向相対位置検出手段と、
（ｄ）車両が前記計量載台に載り込む際におけるその車両の車輪が所定位置を通過したことを検知する車輪所定位置通過検知手段と、
（ｅ）前記複数のロードセルからの荷重信号と、前記車両幅方向相対位置検出手段からの検出信号とに基づいて、車両の幅方向の重心位置を演算する車両幅方向重心位置演算手段と、
（ｆ）前記複数のロードセルからの荷重信号と、前記車輪所定位置通過検知手段からの検知信号とに基づいて、車両の全長方向の重心位置を演算する車両全長方向重心位置演算手段と
を備えることを特徴とする重心位置測定装置。
【請求項２】
前記車両幅方向相対位置検出手段は、車両の各車輪が踏んで通過することができるように車両の幅方向に水平に配置される棒状部材と、この棒状部材の両端部に貼り付けられるひずみゲージとを備えて構成されるものである請求項１に記載の重心位置測定装置。
【請求項３】
前記車両幅方向相対位置検出手段は、車両の各車輪が踏んで通過することができるように車両の幅方向に水平に延設される導電性ゴムと、この導電性ゴムが車両の各車輪に踏まれた際の変形部分と接触可能に配置される電気抵抗線とを備えて構成されるものである請求項１に記載の重心位置測定装置。
【請求項４】
前記車両幅方向相対位置検出手段が前記計量載台に組み付けられる請求項１〜３のいずれかに記載の重心位置測定装置。
【請求項５】
前記計量載台は、車両の進行方向に沿って配置される複数の分割計量載台が組み合わされて構成されるものである請求項１〜４のいずれかに記載の重心位置測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−５２９４２（Ｐ２０１２−５２９４２Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９６４１２（Ｐ２０１０−１９６４１２）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００２０８４４４）大和製衡株式会社 (535)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００２０８４４４）大和製衡株式会社 (535)
【Ｆターム（参考）】
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