特許 6352289 積載重量検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6352289

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】積載重量検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01G 19/08 20060101AFI20180625BHJP

   G01G 19/03 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   G01G19/08 Z

   G01G19/03

【請求項の数】8

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-543872(P2015-543872)

(86)(22)【出願日】2014年10月22日

(86)【国際出願番号】JP2014078017

(87)【国際公開番号】WO2015060319

(87)【国際公開日】20150430

【審査請求日】2017年10月10日

(31)【優先権主張番号】特願2013-220098(P2013-220098)

(32)【優先日】2013年10月23日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504196300

【氏名又は名称】国立大学法人東京海洋大学

(74)【代理人】

【識別番号】100097113

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 城之

(74)【代理人】

【識別番号】100162363

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 幸彦

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 豊

【審査官】 大森 努

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第５９７３２７３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２８６３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６８２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０６１２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４９７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１４５３３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−１８９５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２３５７２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−３０４５７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｇ １９／０３，１９／０８

Ｂ６０Ｗ ４０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に積載される貨物の貨物重量の検出する積載重量検出装置であって、
前記移動体の車体重量と前記移動体における仮想バネ間の幅と前記貨物の初期設定用貨物重量との入力を受け付ける初期設定入力手段と、
前記移動体の揺動を検出する揺動検出手段と、
該揺動検出手段によって検出された揺動データに基づいて、前記移動体の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値として特定すると共に、前記移動体の車軸周りの固有振動を横揺れ固有振動値として特定する固有振動特定手段と、
前記移動体に前記初期設定用貨物重量である前記貨物を積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値及び前記横揺れ固有振動値と共に、前記初期設定入力手段によって受け付けた前記車体重量、前記仮想バネ間の幅及び前記初期設定用貨物重量を初期設定データとして記憶する記憶手段と、
前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値及び前記横揺れ固有振動値と前記初期設定データとに基づいて前記貨物を積載した前記移動体の総重量を算出する総重量算出手段とを具備することを特徴とする積載重量検出装置。

【請求項2】

前記固有振動特定手段は、前記揺動検出手段によって検出された時系列の揺動データに高速フーリエ変換をかけて前記縦揺れ固有振動値及び前記横揺れ固有振動値を特定することを特徴とする請求項１記載の積載重量検出装置。

【請求項3】

前記固有振動特定手段によって特定される前記縦揺れ固有振動値及び前記横揺れ固有振動値は、固有振動周波数であることを特徴とする請求項１又は２記載の積載重量検出装置。

【請求項4】

前記総重量算出手段は、前記移動体の動揺中心軸から重心位置までの垂直方向の高さと、前記移動体の動揺中心軸から重心位置までの水平方向の変位と、前記移動体における荷台の静止傾斜角を考慮して前記移動体の総重量を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積載重量検出装置。

【請求項5】

移動体に積載される貨物の貨物重量を検出する積載重量検出装置であって、
前記移動体の車体重量と前記貨物の初期設定用貨物重量との入力を受け付ける初期設定入力手段と、
前記移動体の揺動を検出する揺動検出手段と、
該揺動検出手段によって検出された揺動データに基づいて、前記移動体の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値として特定する固有振動特定手段と、
前記移動体に前記初期設定用貨物重量である前記貨物を積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値と共に、前記初期設定入力手段によって受け付けた前記車体重量及び前記初期設定用貨物重量を初期設定データとして記憶する記憶手段と、
前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値と前記初期設定データとに基づいて、前記貨物を積載した前記移動体の総重量を算出する総重量算出手段とを具備することを特徴とする積載重量検出装置。

【請求項6】

移動体に積載される貨物の貨物重量を検出する積載重量検出装置であって、
前記貨物の第１及び第２の初期設定用貨物重量の入力をそれぞれ受け付ける初期設定入力手段と、
前記移動体の揺動を検出する揺動検出手段と、
該揺動検出手段によって検出された揺動データに基づいて、前記移動体の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値として特定する固有振動特定手段と、
前記初期設定入力手段によって受け付けた第１及び第２の前記初期設定用貨物重量、前記移動体に第１の前記初期設定用貨物重量である前記貨物をそれぞれ積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された第１の前記縦揺れ固有振動値、及び前記移動体に第２の前記初期設定用貨物重量である前記貨物をそれぞれ積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された第２の前記縦揺れ固有振動値に基づいて前記移動体の車体重量を算出する車体重量算出手段と、
該車体重量算出手段によって算出した前記車体重量、前記初期設定入力手段によって受け付けた第１の前記初期設定用貨物重量、及び前記移動体に第１の前記初期設定用貨物重量である前記貨物をそれぞれ積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された第１の前記縦揺れ固有振動値を初期設定データとして記憶する記憶手段と、
前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値と前記初期設定データとに基づいて、前記貨物を積載した前記移動体の総重量を算出する総重量算出手段とを具備することを特徴とする積載重量検出装置。

【請求項7】

前記固有振動特定手段は、前記揺動検出手段によって検出された時系列の揺動データに高速フーリエ変換をかけて前記縦揺れ固有振動値を特定することを特徴とする請求項５又は６記載の積載重量検出装置。

【請求項8】

前記固有振動特定手段によって特定される前記縦揺れ固有振動値は、固有振動周波数であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の積載重量検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、貨物を積載する自動車、鉄道車両等の移動体の重量を検出する積載重量検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

貨物を積載する自動車、鉄道車両等の移動体の重量の検出は、ロードセルを用いた静的な環境下で行われるのが一般的である。移動体が走行中に自身の重量や積載物の重量を検出する技術も各種提案されているが、まだ確立（実用化の目途がたち製品化）されていないのが現状である。そこで、本出願人は、重心検知理論を応用してトレーラートラックに積載された貨物の重量を予測する貨物重量予測装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５１７１０７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の貨物重量予測装置は、トレーラートラックにしか適用できないと共に、多数（１０種）の入力変数が必要であるため、入力作業が繁雑で且つ誤差が累積しやすいという問題点があった。

【0005】

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来技術の問題を解決し、多種多様な移動体に適用可能であると共に、少ない入力変数で正確に積載重量を検出することができる積載重量検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の積載重量検出装置は、移動体に積載される貨物の貨物重量の検出する積載重量検出装置であって、前記移動体の車体重量と前記移動体における仮想バネ間の幅と前記貨物の初期設定用貨物重量との入力を受け付ける初期設定入力手段と、前記移動体の揺動を検出する揺動検出手段と、該揺動検出手段によって検出された揺動データに基づいて、前記移動体の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値として特定すると共に、前記移動体の車軸周りの固有振動を横揺れ固有振動値として特定する固有振動特定手段と、前記移動体に前記初期設定用貨物重量である前記貨物を積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値及び前記横揺れ固有振動値と共に、前記初期設定入力手段によって受け付けた前記車体重量、前記仮想バネ間の幅及び前記初期設定用貨物重量を初期設定データとして記憶する記憶手段と、前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値及び前記横揺れ固有振動値と前記初期設定データとに基づいて前記貨物を積載した前記移動体の総重量を算出する総重量算出手段とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明の積載重量検出装置は、前記固有振動特定手段は、前記揺動検出手段によって検出された時系列の揺動データに高速フーリエ変換をかけて前記縦揺れ固有振動値及び前記横揺れ固有振動値を特定しても良い。
さらに、本発明の積載重量検出装置は、前記固有振動特定手段によって特定される前記縦揺れ固有振動値及び前記横揺れ固有振動値は、固有振動周波数であっても良い。
さらに、本発明の積載重量検出装置は、前記総重量算出手段は、前記移動体の動揺中心軸から重心位置までの垂直方向の高さと、前記移動体の動揺中心軸から重心位置までの水平方向の変位と、前記移動体における荷台の静止傾斜角を考慮して前記移動体の総重量を算出しても良い。
また、本発明の積載重量検出装置は、移動体に積載される貨物の貨物重量を検出する積載重量検出装置であって、前記移動体の車体重量と前記貨物の初期設定用貨物重量との入力を受け付ける初期設定入力手段と、前記移動体の揺動を検出する揺動検出手段と、該揺動検出手段によって検出された揺動データに基づいて、前記移動体の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値として特定する固有振動特定手段と、前記移動体に前記初期設定用貨物重量である前記貨物を積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値と共に、前記初期設定入力手段によって受け付けた前記車体重量及び前記初期設定用貨物重量を初期設定データとして記憶する記憶手段と、前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値と前記初期設定データとに基づいて、前記貨物を積載した前記移動体の総重量を算出する総重量算出手段とを具備することを特徴とする。
また、本発明の積載重量検出装置は、移動体に積載される貨物の貨物重量を検出する積載重量検出装置であって、前記貨物の第１及び第２の初期設定用貨物重量の入力をそれぞれ受け付ける初期設定入力手段と、前記移動体の揺動を検出する揺動検出手段と、該揺動検出手段によって検出された揺動データに基づいて、前記移動体の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値として特定する固有振動特定手段と、前記初期設定入力手段によって受け付けた第１及び第２の前記初期設定用貨物重量、前記移動体に第１の前記初期設定用貨物重量である前記貨物をそれぞれ積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された第１の前記縦揺れ固有振動値、及び前記移動体に第２の前記初期設定用貨物重量である前記貨物をそれぞれ積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された第２の前記縦揺れ固有振動値に基づいて前記移動体の車体重量を算出する車体重量算出手段と、
該車体重量算出手段によって算出した前記車体重量、前記初期設定入力手段によって受け付けた第１の前記初期設定用貨物重量、及び前記移動体に第１の前記初期設定用貨物重量である前記貨物をそれぞれ積載した状態で前記固有振動特定手段によって特定された第１の前記縦揺れ固有振動値を初期設定データとして記憶する記憶手段と、前記固有振動特定手段によって特定された前記縦揺れ固有振動値と前記初期設定データとに基づいて、前記貨物を積載した前記移動体の総重量を算出する総重量算出手段とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明の積載重量検出装置は、前記固有振動特定手段は、前記揺動検出手段によって検出された時系列の揺動データに高速フーリエ変換をかけて前記縦揺れ固有振動値を特定しても良い。
さらに、本発明の積載重量検出装置は、前記固有振動特定手段によって特定される前記縦揺れ固有振動値は、固有振動周波数であっても良い。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、多種多様な移動体に適用可能であると共に、移動体の車体重量と貨物の初期設定用貨物重量とを入力変数として入力するだけで正確に積載重量を検出することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る積載重量検出装置の第１の実施の形態が設置された貨物車両の側面図である。

【図2】本発明に係る積載重量検出装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。

【図3】図１に示す積載重量検出装置の設置例を示す貨物車両の背面図である。

【図4】本発明に係る積載重量検出装置の第１の実施の形態における積載重量検出動作を説明するためのフローチャートである。

【図5】図２に示すタッチパネルに表示される表示画面例を示す図である。

【図6】本発明に係る積載重量検出装置の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。

【図7】本発明に係る積載重量検出装置の第２の実施の形態における積載重量検出動作を説明するためのフローチャートである。

【図8】荷重位置によるバネ定数の変化を説明するための説明図である。

【図9】本発明に係る積載重量検出装置の第３の実施の形態における積載重量検出動作を説明するためのフローチャートである。

【図10】図２に示すタッチパネルに表示される表示画面例を示す図である。

【図11】本発明に係る積載重量検出装置の第１の実施の形態の実証実験で得られた上下方向の時系列揺動データ例を示すグラフである。

【図12】本発明に係る積載重量検出装置の第２の実施の形態の実証実験で得られたＹ軸周りの時系列揺動データ例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

【0010】

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の積載重量検出装置は、図１及び図２を参照すると、移動体である貨物車両（トラック）１０の総重量Ｍを検出する装置であり、振動検出部２０と、データ処理部３０とを備えている。貨物車両１０の総重量Ｍ（厳密には総質量）は、貨物車両１０の車体重量ｍ_ａと、貨物車両１０の荷台１１に積載された貨物１の貨物重量ｍ_ｂとを加算した値であり、車体重量ｍ_ａが既知である場合には、結果として貨物重量ｍ_ｂが検出されることになる。なお、第１の実施の形態では、荷台１１に対して垂直な方向を上下方向、貨物車両１０の縦幅方向を前後方向、貨物車両１０の横幅方向を左右方向とする。また、重力が作用する自重方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向及び前後方向と直交する方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向及び左右方向と直交する方向をＹ軸方向とし、荷台１２が水平な状態では、上下方向とＺ軸方向とが、前後方向とＹ軸方向とが、左右方向とＸ軸方向とがそれぞれ一致する。

【0011】

振動検出部２０は、加速度センサ２１と、Ａ／Ｄ変換器２２とを備え、貨物車両１０の荷台１１の上下方向の揺動を検出可能な位置に設置されている。貨物車両１０は、図３に示すように、車軸１３を挟んだ両側が仮想バネ２とみなすことができるタイヤやサスペンションによる緩衝用弾性力によってそれぞれ支えられている。従って、移動体である貨物車両１０の荷台１１は、走行中に地面からの外乱により、貨物車両１０の総重量Ｍに応じた固有振動を生じる。この固有振動は、直線運動と回転運動に大別されるが、貨物車両１０の総重量Ｍに応じて直接的に固有振動を生じるのは、自重方向（Ｚ軸方向）の単振動である。

【0012】

加速度センサ２１は、荷台１１の上下方向の揺動を検出するように感度軸が調整されており、荷台１１の上下方向の揺動を荷台１１の自重方向（Ｚ軸方向）の揺動として検出し、Ａ／Ｄ変換器２２は、加速度センサ２１からアナログ信号として出力される揺動データ（検出結果）をデジタル信号に変換してデータ処理装置３０に出力する。なお、加速度センサ２１には、特に限定はなく、例えば水晶音叉式のセンサや振動式のセンサを用いることができ、３軸（３次元）の角速度センサを用いても良い。

【0013】

データ処理装置３０は、図１に示すように、例えば、運転席１２に設置され、図２を参照すると、マイクロプロセッサ等からなる演算部３１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３２と、表示部及び入力部として機能するタッチパネル３３と、スピーカ等の報知部３４と、受信部３５とを備え、各部はバス３６によって接続されている。

【0014】

記憶部３２には、総重量Ｍを導くための演算プログラムが記憶されている。演算部３１は、一定期間、加速度センサ２１から出力を記憶部３２に記憶させ、記憶部３２に記憶されている演算プログラムに従って、記憶部３２に記憶した加速度センサ２１からの出力を演算することで、貨物車両１０の総重量Ｍを算出する。そして演算部３１は、算出した貨物車両１０の総重量Ｍから車体重量ｍ_ａを減算することで貨物重量ｍ_ｂを算出し、タッチパネル３３によって表示通知したり、報知部３４から音声通知したりして出力する。

【0015】

次に、第１の実施の形態における積載重量検出動作について図４及び図５を参照して詳細に説明する。

【0016】

図４を参照すると、例えば、貨物車両１０のエンジンの始動に連動して、積載重量検出装置の電源が投入されると、演算部３１は、まず、初期設定データが記憶部３２に記憶されているか否かを判断する（ステップＡ１）。ステップＡ１で初期設定データが記憶部３２に記憶されていない場合には、演算部３１は、図５（ａ）に示す初期設定画面４０をタッチパネル３３に表示させ（ステップＡ２）、貨物車両１０の車体重量ｍ_ａの入力と、荷台１１に載置する初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０の入力とを受け付ける（ステップＡ３）。初期設定画面４０には、貨物車両１０の車体重量ｍ_ａの入力を受け付ける車体重量受付欄４１と、荷台１１に載置する初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０の入力を受け付ける貨物重量受付欄４２と、初期設定ボタン４３とが設けられている。なお、荷台１１に積載する貨物１の貨物重量ｍ_ｂ０は、貨物車両１０の走行によって荷台１１の上下方向の揺動を生じさせる重量とする。

【0017】

操作者は、荷台１１に初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０を有する貨物１を積載すると共に、初期設定画面４０において、車体重量受付欄４１への貨物車両１０の車体重量ｍ_ａの入力と、貨物重量受付欄４２への初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０の入力とを行う。そして、既知である初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０の貨物１を積載した状態で貨物車両１０（既知の総重量ｍ_０＝車体重量ｍ_ａ＋初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０）を走行させ、貨物車両１０の走行中に、初期設定画面４０の初期設定ボタン４３を操作する。貨物車両１０が走行すると、タイヤが路面の凹凸を踏み続けることにより、ランダムな外乱がタイヤ及びサスペンションを通して貨物車両１０の車体に伝わる。なお、荷台１１自体や荷台１１に取り付けられたクレーン等の付属物に相応の重量があり、荷台１１に貨物１を積載することなく、荷台１１に十分な上下方向の揺動が生じる場合には、ステップＡ３で貨物車両１０の車体重量ｍ_ａのみの入力を受け付け、空荷の状態で貨物車両１０（既知の総重量ｍ_０＝車体重量ｍ_ａ）を走行させながら、初期設定画面４０の初期設定ボタン４３を操作するようにしても良い。

【0018】

次に、演算部３１は、初期設定ボタン４３の操作を監視し（ステップＡ４）、貨物車両１０の走行中に初期設定ボタン４３が操作されると、振動検出部２０によって検出される荷台１１の上下方向の揺動データを予め設定された所定時間の時系列揺動データとして記憶部３２に記憶させる（ステップＡ５）。

【0019】

次に、演算部３１は、記憶部３２に記憶させた時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけ、荷台１１の自重方向（Ｚ軸方向）の固有振動として縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０を特定する（ステップＡ６）。そして、演算部３１は、ステップＡ３で入力を受け付けた車両１０の車体重量ｍ_ａ及び初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０と、ステップＡ６で特定した縦揺れ固有振動周波Ｖ_ｚ０とを初期設定データとして記憶部３２に記憶させ（ステップＡ７）、ステップＡ１に戻る。ステップＡ２〜Ａ７までの処理動作は、貨物車両１０に本実施の形態の積載重量検出装置を設置した段階で初期設定動作として行われ、通常は、初期設定データを記憶部３２に記憶させた状態でユーザに提供されることになる。

【0020】

ステップＡ１で初期設定データが記憶部３２に記憶されている場合には、演算部３１は、測定指示ボタン５１が配置された図５（ｂ）に示す測定画面５０をタッチパネル３３に表示させ（ステップＡ８）、測定指示ボタン５１の操作を監視する（ステップＡ９）。

【0021】

ドライバーは、貨物重量ｍ_ｂの未知の貨物１を積載した状態で貨物車両１０（未知の総重量Ｍ＝車体重量ｍ_ａ＋未知の貨物重量ｍ_ｂ）を走行させ、貨物車両１０の走行中に、測定画面５０の測定指示ボタン５１を操作する。貨物車両１０が走行すると、タイヤが路面の凹凸を踏み続けることにより、ランダムな外乱がタイヤ及びサスペンションを通して貨物車両１０の車体に伝わる。貨物車両１０の走行中に測定指示ボタン５１が操作されると、振動検出部２０によって検出される荷台１１の上下方向の揺動データを予め設定された所定時間の時系列揺動データとして記憶部３２に記憶させる（ステップＡ１０）。

【0022】

次に、演算部３１は、記憶部３２に記憶させた時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけ、荷台１１の自重方向（Ｚ軸方向）の固有振動として縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚを特定する（ステップＡ１１）。そして、演算部３１は、特定した縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚと初期設定データとを用いて演算することで、未知の総重量Ｍを算出すると共に（ステップＡ１２）、算出した未知の総重量Ｍから車体重量ｍ_ａを減算することで未知の貨物重量ｍ_ｂを算出し（ステップＡ１３）、算出した未知の貨物重量ｍ_ｂを図５（ｃ）に示す重量通知画面６０によってタッチパネル３３で表示通知したり、報知部３４から音声通知したりして出力する（ステップＡ１４）。

【0023】

次に、演算部３１による未知の総重量Ｍの算出動作（ステップＡ１２）を詳細に説明する。
移動体である貨物車両１０は、走行中に地面からの外乱により、貨物車両１０の総重量（厳密には総質量）に応じた固有振動を生じる。この固有振動は、直線運動と回転運動に大別されるが、貨物車両１０の総重量に応じて直接的に固有振動を生じるのは、自重方向（Ｚ軸方向）の単振動である。先に本出願人が特許第４５１７１０７号で提案した三次元重心検知理論を適用して、貨物車両１０における垂直方向の単振動を定式化すると、次式で表すことができる。

【0024】

【数1】

【0025】

〔数１〕において、Ｍは貨物車両１０の車体重量ｍ_ａに貨物１の未知の重量ｍ_ｂを加えた総重量、Ｖ_ｚは総重量Ｍである貨物車両１０の縦揺れ固有振動周波数、ｋ_０は仮想バネ２であるタイヤやサスペンションの弾性係数（バネ定数）、πは円周率である。

【0026】

〔数１〕を変形することで、総重量Ｍは、次式で表すことができる。

【0027】

【数2】

【0028】

〔数２〕において、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚは、加速度センサ２１から出力される自重方向（Ｚ軸方向）の揺動データを所定時間記憶した時系列揺動データに、高速フーリエ変換をかけることで算出可能である。従って、仮想バネ２の弾性係数ｋ_０が分かると、〔数２〕を用いて貨物車両１０の総重量「Ｍ」を算出することができる。

【0029】

仮想バネ２の弾性係数「ｋ_０」は、〔数１〕を変形することで、貨物車両１０の既知の総重量「ｍ_０」と、総重量「ｍ_０」である貨物車両１０の縦揺れ固有振動周波数「Ｖ_Z０」を用いて、次式で表すことができる。

【数3】

【0030】

そして、〔数２〕に〔数３〕を代入することで、次式が得られる。

【数4】

【0031】

ここで、既知の総重量ｍ_０（車体重量ｍ_ａ＋貨物重量ｍ_ｂ０）と、総重量ｍ_０である貨物車両１０の縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０とは、初期設定によって、記憶部３２に記憶させた初期設定データである。従って、未知の貨物重量ｍ_ｂの貨物１を積載した貨物車両１０の走行中に、演算部３１は、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚを求め、さらに、〔数４〕を演算することで、未知の総重量Ｍ（車体重量ｍ_ａ＋貨物重量ｍ_ｂ）を算出することができる。

【0032】

以上説明したように、第１の実施の形態は、貨物車両１０に積載される貨物１の貨物重量ｍ_ｂを検出する積載重量検出装置であって、貨物車両１０の車体重量ｍ_ａと貨物１の初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０との入力を受け付ける初期設定入力手段として機能するタッチパネル３３と、貨物車両１０の揺動を検出する揺動検出部２０と、揺動検出部２０によって検出された揺動データに基づいて、貨物車両１０の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値として特定する固有振動特定手段と機能する演算部３１と、貨物車両１０に初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０である貨物１を積載した状態で演算部３１によって特定された縦揺れ固有振動値と共に、タッチパネル３３によって受け付けた車体重量ｍ_ａ及び初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０を初期設定データとして記憶する記憶部３２とを具備し、演算部３１は、特定した縦揺れ固有振動値と初期設定データとに基づいて、貨物１を積載した貨物車両１０の総重量Ｍを算出する総重量算出手段として機能するように構成されている。
この構成により、多種多様な貨物車両１０に適用可能であると共に、貨物車両１０の車体重量ｍ_ａと貨物１の初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０とを入力変数として入力するだけで正確に積載重量を検出することができるという効果を奏する。

【0033】

さらに、第１の実施の形態において、演算部３１は、揺動検出部２０によって検出された時系列の揺動データに高速フーリエ変換をかけて縦揺れ固有振動値を特定するように構成されている。

【0034】

さらに、第１の実施の形態において、演算部３１は、貨物車両１０の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値である縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚとして特定するように構成されている。

【0035】

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の積載重量検出装置は、図６を参照すると、加速度センサ２１に加えて、角速度センサ２３を備えた振動検出部２０ａを用い、データ処理装置３０ａの演算部３１ａが車軸１３を中心とするＹ軸周りの固有振動も考慮をして、移動体である貨物車両（トラック）１０の総重量Ｍを検出する点で第１の実施の形態と異なっている。

【0036】

角速度センサ２３は、車軸１３を中心とした回転方向の角度、すなわち車軸１３を中心としたＹ軸周りの横揺れ（揺動）を検出するように感度軸が調整されている。角速度センサ２３には、特に限定はなく、例えば水晶音叉式のセンサや振動式のセンサを用いることができ、加速度センサ２１及び角速度センサ２３として３軸（３次元）の角速度センサを用いても良い。

【0037】

データ処理装置３０ａは、マイクロプロセッサ等からなる演算部３１ａを備えている。記憶部３２には、総重量Ｍを導くための演算プログラムが記憶されている。演算部３１ａは、一定期間、加速度センサ２１及び角速度センサ２３から出力を記憶部３２にそれぞれ記憶させ、記憶部３２に記憶されている演算プログラムに従って、記憶部３２に記憶した加速度センサ２１及び角速度センサ２３からの出力を演算することで、貨物車両１０の総重量Ｍを算出する。そして演算部３１ａは、算出した貨物車両１０の総重量Ｍから車体重量ｍ_ａを減算することで貨物重量ｍ_ｂを算出し、タッチパネル３３によって表示通知したり、報知部３４から音声通知したりして出力する。

【0038】

次に、第２の実施の形態における積載重量検出動作について図７を参照して詳細に説明する。なお、第１の実施の形態における積載重量検出動作と同様の処理動作については、同一のステップ番号を付して一部説明を省略している。

【0039】

図７を参照すると、貨物車両１０の走行中にステップＡ４で初期設定ボタン４３が操作されると、演算部３１ａは、振動検出部２０ａの加速度センサ２１によって検出される荷台１１の上下方向の揺動データと、角速度センサ２３によって検出されるＹ軸周りの揺動データとを予め設定された所定時間の時系列揺動データとしてそれぞれ記憶部３２に記憶させる（ステップＢ１）。なお、貨物車両１０における仮想バネ２（タイヤやサスペンション）間の幅ｂは、タッチパネル３３等の入力手段からの入力によって事前に受け付けて初期設定データとして記憶部３２に予め記憶されているものとする。

【0040】

次に、演算部３１ａは、記憶部３２に記憶させた上下方向の時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけ、荷台１１の縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０を特定すると共に（ステップＡ６）、記憶部３２に記憶させたＹ軸周りの時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけ、Ｙ軸周りの固有振動として横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０を特定する（ステップＢ２）。そして、演算部３１ａは、ステップＡ３で入力を受け付けた車両１０の車体重量ｍ_ａ及び初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０と、ステップＡ６で特定した縦揺れ固有振動周波Ｖ_ｚ０と、ステップＢ２で特定した横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０とを初期設定データとして記憶部３２に記憶させ（ステップＢ３）、ステップＡ１に戻る。ステップＡ２〜Ｂ３までの処理動作は、貨物車両１０に本実施の形態の積載重量検出装置を設置した段階で行われ、通常は、初期設定データを記憶部３２に記憶させた状態でユーザに提供されることになる。

【0041】

また、総重量Ｍが未知である貨物車両１０の走行中にステップＡ９で測定指示ボタン５１が操作されると、演算部３１ａは、振動検出部２０ａの加速度センサ２１によって検出される荷台１１の上下方向の揺動データと、角速度センサ２３によって検出されるＹ軸周りの揺動データとを予め設定された所定時間の時系列揺動データとしてそれぞれ記憶部３２に記憶させる（ステップＢ４）。

【0042】

次に、演算部３１ａは、記憶部３２に記憶させた上下方向の時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけ、荷台１１の縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚを特定すると共に（ステップＡ１１）、記憶部３２に記憶させたＹ軸周りの時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけ、Ｙ軸周りの固有振動として横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘを特定する（ステップＢ５）。そして、演算部３１ａは、特定した縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚと横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘと初期設定データとを用いて演算することで、未知の総重量Ｍを算出する（ステップＢ６）。以降、第１の実施の形態と同様に算出した未知の総重量Ｍから車体重量ｍ_ａを減算することで未知の貨物重量ｍ_ｂを算出し（ステップＡ１３）、算出した未知の貨物重量ｍ_ｂを図５（ｃ）に示す重量通知画面６０によってタッチパネル３３で表示通知したり、報知部３４から音声通知したりして出力する（ステップＡ１４）。

【0043】

次に、演算部３１ａによる未知の総重量Ｍの算出動作（ステップＢ６）について図８を参照して詳細に説明する。

【0044】

第１の実施の形態における未知の総重量Ｍの算出は、貨物車両１０を支える左右のばね定数ｋ_０が同じであるという仮定に基づいている。すなわち、貨物１を含む貨物車両１０の重心位置が左右の中央にあるという前提である。しかしながら現実には、貨物車両１０上の乗員や貨物１は任意に配置されるため、重心位置が左右の中央にあるという保証はない。例えば、貨物１を含む貨物車両１０の総合的なばね定数の値は、図８に示すように、貨物車両１０の重心位置に応じて変化し、次式で表せる。

【0045】

【数5】

【0046】

〔数５〕において、ｋ_（ｓ）は貨物１を含む貨物車両１０の総合的なばね定数、ｂは貨物車両１０における仮想バネ２（タイヤやサスペンション）間の幅、ｓは貨物車両１０の左右中心から重心位置までの水平方向の変位である。

【0047】

また、先に本出願人が特許第４５１７１０７号で提案した三次元重心検知理論を適用すると、貨物車両１０の重心位置とＹ軸周りの固有振動との関係は、次式で表すことができる。

【0048】

【数6】

【0049】

〔数６〕において、Ｖ_ｘは貨物車両１０のＹ軸周り（車軸１３周り）の横揺れ固有振動周波数、ｌ_ｘは貨物車両１０の車軸１３から重心位置までの上下方向の高さ、ｓ_ｘは貨物車両１０の車軸１３から重心位置までの左右方向の変位、α_ｘは荷台１１の静止傾斜角（水平面と動揺中の中立面とがなす角で位相に相当する）である。

【0050】

〔数６〕を〔数５〕と合わせて未知の総重量Ｍで展開すると、次式で表すことができる。

【0051】

【数9a】

【0052】

同様に、既知の総重量ｍ_０で〔数６〕を展開し、ばね定数ｋ_０を求める形にすると、次式が得られる。

【0053】

【数10a】

【0054】

ここで、Ｖ_ｘ０は、既知の総重量ｍ_０である貨物車両１０の横揺れ固有振動周波数を、ｌ_ｘ０は、既知の総重量ｍ_０である貨物車両１０の動揺中心軸から重心位置までの垂直方向の高さを、ｓ_ｘ０は、既知の総重量ｍ_０である貨物車両１０の動揺中心軸から重心位置までの水平方向の変位を、α_ｘ０は、既知の総重量ｍ_０である貨物車両１０における荷台１１の静止傾斜角（動揺中心角）をそれぞれ示す。

【0055】

そして、〔数９ａ〕に〔数１０ａ〕を代入すると、次式が得られる。

【0056】

【数11a】

【0057】

〔数１１ａ〕において、貨物車両１０における仮想バネ２（タイヤやサスペンション）
間の幅ｂは、初期設定データとして記憶部３２に予め記憶されており、既知の総重量ｍ_０（車体重量ｍ_ａ＋初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０）と、総重量ｍ_０である貨物車両１０の横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０と、総重量ｍ_０である貨物車両１０の縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０は、初期設定によって、記憶部３２に記憶させた初期設定データである。そして、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０と、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０とにより、高さｌ_ｘ０と、水平方向の変位ｓ_ｘ０と、静止傾斜角α_ｘ０をそれぞれ求め、これらも初期設定データとして記憶させる。なお、仮想バネ２間の幅ｂも初期設定時の入力によって受け付けるようにしても良い。また、車体重量ｍ_ａは、タッチパネル３３等の入力手段からの入力によって事前に受け付けて初期設定データとして記憶部３２に予め記憶させておいても良い。

【0058】

静止傾斜角α_ｘ０は、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０と、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０とを用いて、先に本出願人が提案したＷＯ２０１１０６７９３９Ａ１に記載されている〔式１２〕と〔式１４〕と連立して解くことで、求めることができる。この連立方程式は超越関数を含むため、解析的には解けないが、広く一般に公知の応用数学の手法を用いれば、数値解として解くことができ、ｖに横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０を、ｖ’に縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０をそれぞれ代入し、αを解として求めることで、静止傾斜角α_ｘ０が算出される。

【0059】

なお、静止傾斜角α_ｘ０は、水準器を用いて走行を開始する前に計っても良く、高性能な船舶航空機用のジャイロ等を設置して計ることもできる。

【0060】

高さｌ_ｘ０と、水平方向の変位ｓ_ｘ０とは、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０と、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０と、静止傾斜角α_ｘ０とを用いて、先に本出願人が提案した特許４５１７１０７に記載されている〔数１５〕と〔数１６〕と連立して解くことで、求めることができる。この連立方程式は超越関数を含むため、解析的には解けないが、広く一般に公知の応用数学の手法を用いれば、数値解として解くことができ、ｖに横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０を、ｖ’に縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０を、αに静止傾斜角α_ｘ０をそれぞれ代入し、ｌとｓを解として求めることで、高さｌ_ｘ０と、水平方向の変位ｓ_ｘ０とがそれぞれ算出される。

【0061】

次に、未知の貨物重量ｍ_ｂの貨物１を積載した貨物車両１０の走行中に、演算部３１は、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚと、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘとを求め、さらに、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚと、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘとを用いて、高さｌ_ｘ０、水平方向の変位ｓ_ｘ０及び静止傾斜角α_ｘ０を求めた同様の方法で、高さｌ_ｘと、水平方向の変位ｓ_ｘと、静止傾斜角α_ｘをそれぞれ求める。

【0062】

そして、演算部３１は、初期設定データ（横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０、高さｌ_ｘ０、水平方向の変位ｓ_ｘ０、静止傾斜角α_ｘ０）と、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ、高さｌ_ｘ、水平方向の変位ｓ_ｘ、静止傾斜角α_ｘを〔数１１ａ〕に代入する。これにより、〔数１１ａ〕において、未知数は、未知の総重量Ｍのみとなり、〔数１１ａ〕を演算することで、未知の総重量Ｍ（車体重量ｍ_ａ＋貨物重量ｍ_ｂ）を算出することができる。そして、そして演算部３１ａは、算出した貨物車両１０の総重量Ｍから車体重量ｍ_ａを減算することで貨物重量ｍ_ｂを算出し、タッチパネル３３によって表示通知したり、報知部３４から音声通知したりして出力する。

【0063】

ここで、〔数１１ａ〕において、ｓ_ｘ０とｓ_ｘを０と置くと、つまり、重心が左右方向の中心にあると仮定すると、〔数１１ａ〕は〔数４〕に帰着する。つまり、〔数４〕は、〔数１１ａ〕の理論体系に包含されたものである。したがって、〔数１１ａ〕は、任意の重心位置における重量の割り出しに、理論的に適切に用いることができる。

【0064】

以上説明したように、第２の実施の形態では、貨物車両１０に積載される貨物１の貨物重量ｍ_ｂを検出する積載重量検出装置であって、貨物車両１０の車体重量ｍ_ａと貨物車両１０における仮想バネ２間の幅ｂと貨物１の初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０との入力を受け付ける初期設定入力手段として機能するタッチパネル３３と、貨物車両１０の揺動を検出する揺動検出部２０ａと、揺動検出部２０ａによって検出された揺動データに基づいて、貨物車両１０の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値として特定すると共に、貨物車両１０の車軸周りの固有振動を横揺れ固有振動値として特定する固有振動特定手段と機能する演算部３１ａと、貨物車両１０に初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０である貨物１を積載した状態で演算部３１ａによって特定された縦揺れ固有振動値及び横揺れ固有振動値と共に、タッチパネル３３によって受け付けた車体重量ｍ_ａ、仮想バネ２間の幅ｂ及び初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０を初期設定データとして記憶する記憶部３２とを具備し、演算部３１ａは、特定した縦揺れ固有振動値及び横揺れ固有振動値と初期設定データとに基づいて、貨物１を積載した貨物車両１０の総重量Ｍを算出する総重量算出手段として機能するように構成されている。
この構成により、多種多様な移動体に適用可能であると共に、貨物車両１０の車体重量ｍ_ａと貨物１の初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０とを入力変数として入力するだけで、重心位置を考慮してより正確に積載重量を検出することができるという効果を奏する。

【0065】

さらに、第２の実施の形態において、演算部３１ａは、揺動検出部２０ａによって検出された時系列の揺動データに高速フーリエ変換をかけて縦揺れ固有振動値及び横揺れ固有振動値をそれぞれ特定するように構成されている。

【0066】

さらに、第２の実施の形態において、演算部３１ａは、貨物車両１０の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値である縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚとして特定すると共に、貨物車両１０の車軸周りの固有振動を横揺れ固有振動値である横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘとして特定するように構成されている。

【0067】

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の積載重量検出装置は、第１の実施の形態と初期設定動作が異なって
おり、初期設定データとして車体重量ｍ_ａを入力することなく、車体重量ｍ_ａを算出可能である。従って、貨物車両１０が不明であったり、大きすぎて測りようがなかったりした場合にも対応することができる。

【0068】

以下、第３の実施の形態における積載重量検出動作について図９及び図１０を参照して詳細に説明する。

【0069】

図９を参照すると、例えば、貨物車両１０のエンジンの始動に連動して、積載重量検出装置の電源が投入されると、演算部３１は、まず、初期設定データが記憶部３２に記憶されているか否かを判断する（ステップＡ１）。ステップＡ１で初期設定データが記憶部３２に記憶されていない場合には、演算部３１は、図１０（ａ）に示す第１初期設定画面７０をタッチパネル３３に表示させ（ステップＣ１）、貨物車両１０の荷台１１に載置する第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１の入力を受け付ける（ステップＣ２）。第１初期設定画面７０には、荷台１１に載置する第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１の入力を受け付ける貨物重量受付欄７１と、第１初期設定ボタン７２とが設けられている。なお、荷台１１に積載する貨物１の第１貨物重量ｍ_ｂ１は、貨物車両１０の走行によって荷台１１の上下方向の揺動を生じさせる重量とする。

【0070】

操作者は、荷台１１に第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１を有する貨物１を積載すると共に、第１初期設定画面７０において、貨物重量受付欄７１への第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１の入力とを行う。そして、既知である第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ1の貨物１を積載した状態で貨物車両１０を走行させ、貨物車両１０の走行中に、第１初期設定画面７０の第１初期設定ボタン７２を操作する。貨物車両１０が走行すると、タイヤが路面の凹凸を踏み続けることにより、ランダムな外乱がタイヤ及びサスペンションを通して貨物車両１０の車体に伝わる。

【0071】

次に、演算部３１は、第１初期設定ボタン７２の操作を監視し（ステップＣ３）、貨物車両１０の走行中に第１初期設定ボタン７２が操作されると、振動検出部２０によって検出される荷台１１の上下方向の揺動データを予め設定された所定時間の時系列揺動データとして記憶部３２に記憶させる（ステップＣ４）。

【0072】

次に、演算部３１は、記憶部３２に記憶させた時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけ、荷台１１の自重方向（Ｚ軸方向）の固有振動として第１縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ１を特定する（ステップＣ５）。

【0073】

次に、演算部３１は、図１０（ｂ）に示す第２初期設定画面８０をタッチパネル３３に表示させ（ステップＣ６）、貨物車両１０の荷台１１に載置する第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２の入力を受け付ける（ステップＣ７）。第２初期設定画面８０には、荷台１１に載置する第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２の入力を受け付ける貨物重量受付欄８１と、第２初期設定ボタン８２とが設けられている。なお、荷台１１に積載する貨物１の第２貨物重量ｍ_ｂ２は、貨物車両１０の走行によって荷台１１の上下方向の揺動を生じさせる重量とする。なお、荷台１１自体や荷台１１に取り付けられたクレーン等の付属物に相応の重量があり、荷台１１に貨物１を積載することなく、荷台１１に十分な上下方向の揺動が生じる場合には、第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１と第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２とのいずれかを「０ｋｇ」として入力しても良い。

【0074】

操作者は、荷台１１に第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２を有する貨物１を積載すると共に、第２初期設定画面８０において、貨物重量受付欄８１への第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２の入力を行う。そして、既知である初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２の貨物１を積載した状態で貨物車両１０を走行させ、貨物車両１０の走行中に、第２初期設定画面８０の第２初期設定ボタン８２を操作する。貨物車両１０が走行すると、タイヤが路面の凹凸を踏み続けることにより、ランダムな外乱がタイヤ及びサスペンションを通して貨物車両１０の車体に伝わる。

【0075】

次に、演算部３１は、第２初期設定ボタン８２の操作を監視し（ステップＣ８）、貨物車両１０の走行中に第２初期設定ボタン８２が操作されると、振動検出部２０によって検出される荷台１１の上下方向の揺動データを予め設定された所定時間の時系列揺動データとして記憶部３２に記憶させる（ステップＣ９）。

【0076】

次に、演算部３１は、記憶部３２に記憶させた時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけ、荷台１１の自重方向（Ｚ軸方向）の固有振動として第２縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ２を特定する（ステップＣ１０）。

【0077】

次に、演算部３１は、車体重量ｍ_ａを算出する（ステップＣ１１）。すなわち、〔数４〕は、次式〔数１４〕で表すことができ、これに第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１及び第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２と、第１縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ１及び第２縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ２とを代入することで車体重量ｍ_ａを算出することができる。

【0078】

【数14】

【0079】

そして、演算部３１は、ステップＣ１１で算出した車両１０の車体重量ｍ_ａと、ステップＣ２で入力を受け付けた第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１と、ステップＣ５で特定した第１縦揺れ固有振動周波Ｖ_ｚ１とを初期設定データとして記憶部３２に記憶させ（ステップＣ１２）、ステップＡ１に戻る。ステップＣ２〜Ｃ１２までの処理動作は、貨物車両１０に本実施の形態の積載重量検出装置を設置した段階で初期設定動作として行われ、通常は、初期設定データを記憶部３２に記憶させた状態でユーザに提供されることになる。なお、ステップＣ１２では、ステップＣ７で入力を受け付けた第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２と、ステップＣ１０で特定した第２縦揺れ固有振動周波Ｖ_ｚ２とを初期設定データとして記憶部３２に記憶させるようにしても良い。

【0080】

以上説明したように、第３の実施の形態は、貨物車両１０に積載される貨物１の貨物重量ｍ_ｂを検出する積載重量検出装置であって、貨物１の第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１及び第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２との入力を受け付ける初期設定入力手段として機能するタッチパネル３３と、貨物車両１０の揺動を検出する揺動検出部２０と、揺動検出部２０によって検出された揺動データに基づいて、貨物車両１０の自重方向の固有振動を縦揺れ固有振動値として特定する固有振動特定手段と機能する演算部３１とを備え、演算部３１は、タッチパネル３３によって受け付けた第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１及び第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２、貨物車両１０に第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１である貨物１を積載した状態で特定した第１縦揺れ固有振動値、及び貨物車両１０に第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２である貨物１を積載した状態で特定した第２縦揺れ固有振動値に基づいて貨物車両１０の車体重量ｍ_ａを算出する車体重量算出手段として機能し、算出した車体重量ｍ_ａ、第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１、及び第１縦揺れ固有振動値を初期設定データとして記憶部３２に記憶する。そして、演算部３１は、特定した縦揺れ固有振動値と初期設定データとに基づいて、貨物１を積載した貨物車両１０の総重量Ｍを算出する総重量算出手段として機能するように構成されている。
この構成により、貨物車両１０が不明であったり、大きすぎて測りようがなかったりした場合にも、正確に積載重量を検出することができるという効果を奏する。

【0081】

なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態で未知の総重量Ｍの算出に用いた〔数４〕に基づいて、車体重量ｍ_ａを算出するように構成したが、第２の実施の形態で未知の総重量Ｍの算出に用いた〔数９ａ〕〜〔数１１ａ〕に基づいて、車体重量ｍ_ａを算出するようにしても良い。この場合には、演算部３１ａによって、荷台１１に第１初期設定用貨物重量ｍ_ｂ１を有する貨物１を積載した状態で、第１縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ１と第１横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ１とを特定すると共に、荷台１１に第２初期設定用貨物重量ｍ_ｂ２を有する貨物１を積載した状態で、第２縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ２と第２横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ２とを特定させる。そして、演算部３１ａによって車体重量ｍ_ａを算出させる。すなわち、〔数１１ａ〕は、次式〔数１５〕で表すことができ、より正確な車体重量ｍ_ａを算出することができる。

【0082】

【数15】

【0083】

次に、第１の実施の形態の実証実験を貨物車両１０として１２トン車を用いて行った。この実験車両の車体重量ｍ_ａは、13,000ｋｇであり、台貫秤によって静的に重量計測した10,000ｋｇの分銅を貨物１として荷台１１に積載した。これにより、既知の総重量ｍ_０＝23,000ｋｇとなる。そして、初期設定動作として、図５（ａ）に示すように、タッチパネル３３に表示された初期設定画面４０において、車体重量受付欄４１に車体重量ｍ_ａの値（13,000ｋｇ）を、貨物重量受付欄４２に初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０の値（10,000ｋｇ）をそれぞれ入力した。

【0084】

次に、公道上を車の流れに沿って走行しながら、測定画面５０の測定指示ボタン５１を操作し、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０を特定した。図１１（ａ）は、初期設定動作で記憶部３２に記憶された上下方向の時系列揺動データであり、図１１（ｂ）は、初期設定動作で記憶部３２に記憶された上下方向の時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけて得られたグラフである。図１１（ｂ）において、最大振幅の周波数が縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０として特定され、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０＝2.83203Ｈｚが得られた。これにより、初期設定データとして、車体重量ｍ_ａ＝13,000ｋｇと初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０＝10,000ｋｇと縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０＝2.83203Ｈｚとが記憶されることになる。

【0085】

次に、荷台１１に積載する貨物１を台貫秤によって静的に重量計測した5,000ｋｇの分銅に載せ代えて、公道上を車の流れに沿って走行しながら、測定画面５０の測定指示ボタン５１を操作し、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚを特定した。図１１（ｃ）は、重量測定動作で記憶部３２に記憶された上下方向の時系列揺動データであり、図１１（ｄ）は、重量測定動作で記憶部３２に記憶された上下方向の時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけて得られたグラフである。図１１（ｄ）において、最大振幅の周波数が縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０として特定され、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ＝3.1250Ｈｚが得られた。そして、得られた縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚと初期設定データとを〔数４〕に代入することで、未知の車体重量Ｍ＝18,889.6ｋｇが算出され、この値から車体重量ｍ_ａを減算すると、未知の貨物重量ｍ_ｂ＝5,889.6ｋｇとなり、１０％強の誤差となった。この誤差の大きな要因は、重心位置が、正確に左右中心には置かれていなかったことが考えられる。

【0086】

そこで、第２の実施の形態の実証実験を第１の実施の形態と同様に貨物車両１０として１２トン車を用いて行った。この実験車両の車体重量ｍ_ａは、13,000ｋｇであり、台貫秤によって静的に重量計測した10,000ｋｇの分銅を貨物１として荷台１１に積載した。これにより、既知の総重量ｍ_０＝23,000ｋｇとなる。また、貨物車両１０における仮想バネ２（タイヤやサスペンション）間の幅ｂ＝１．０５ｍである。そして、初期設定動作として、図５（ａ）に示すように、タッチパネル３３に表示された初期設定画面４０において、車体重量受付欄４１に車体重量ｍ_ａの値（13,000ｋｇ）を、貨物重量受付欄４２に初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０の値（10,000ｋｇ）をそれぞれ入力した。

【0087】

次に、公道上を車の流れに沿って走行しながら、測定画面５０の測定指示ボタン５１を操作し、自重方向（Ｚ軸方向）の縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０に加えて、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０を特定した。図１２（ａ）は、初期設定動作で記憶部３２に記憶されたＹ軸周りの時系列揺動データであり、図１２（ｂ）は、初期設定動作で記憶部３２に記憶されたＹ軸周りの時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけて得られたグラフである。図１２（ｂ）において、最大振幅の周波数が横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０として特定され、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０＝1.172Ｈｚが得られた。そして、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０と、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０とにより、高さｌ_ｘ０＝1.18ｍ、水平方向の変位ｓ_ｘ０＝0.077ｍ、静止傾斜角α_ｘ０＝0.01がそれぞれ得られた。これにより、初期設定データとして、仮想バネ２間の幅ｂ＝１．０５ｍと、車体重量ｍ_ａ＝13,000ｋｇと、初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０＝10,000ｋｇと、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚ０＝2.83203Ｈｚと、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ０＝1.172Ｈｚと、高さｌ_ｘ０＝1.18ｍと、水平方向の変位ｓ_ｘ０＝0.077ｍと、静止傾斜角α_ｘ０＝0.01とが記憶部３２に記憶されることになる。

【0088】

次に、荷台１１に積載する貨物１を台貫秤によって静的に重量計測した5,000ｋｇの分銅に載せ代えて、公道上を車の流れに沿って走行しながら、測定画面５０の測定指示ボタン５１を操作し、自重方向（Ｚ軸方向）の縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚに加えて、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘを特定した。図１２（ｃ）は、重量測定動作で記憶部３２に記憶されたＹ軸周りの時系列揺動データであり、図１２（ｄ）は、重量測定動作で記憶部３２に記憶されたＹ軸周りの時系列揺動データに高速フーリエ変換をかけて得られたグラフである。図１２（ｄ）において、最大振幅の周波数が横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘとして特定され、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ＝1.270Ｈｚが得られた。そして、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘと、縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚとにより、高さｌ_ｘ＝1.21ｍ、水平方向の変位ｓ_ｘ＝0.096ｍ、静止傾斜角α_ｘ＝0.01がそれぞれ得られた。得られた縦揺れ固有振動周波数Ｖ_ｚと、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘと、高さｌ_ｘと、水平方向の変位ｓ_ｘと、静止傾斜角α_ｘと、初期設定データとを〔数１１ａ〕に代入することで、未知の車体重量Ｍ＝18,650ｋｇが算出され、この値から車体重量ｍ_ａを減算すると、未知の貨物重量ｍ_ｂ＝5,650ｋｇとなった。第１の実施の形態に比べて、誤差が改善されたことが分かる。なお、実験時において初期設定用貨物重量ｍ_ｂ０として載せた分銅は10,000ｋｇであり、未知の貨物重量ｍ_ｂとして載せた分銅は5,000ｋｇであった。この状況から考えると、前者の方が低い位置に重さが集中するので、高さｌ_ｘ０＜高さｌ_ｘとなるのは妥当である。また、両者共に積載状態は荷台に低く左右均等になるように敷き詰めた。従って水平方向の変位ｓ_ｘ０、静止傾斜角α_ｘ０、水平方向の変位_ｓｘ、静止傾斜角α_ｘがごく小さな値となったことも妥当である。

【0089】

なお、本実施の形態では、縦揺れ固有振動周波数と横揺れ固有振動周波数とを特定する際に高速フーリエ変換を用いているため、最小周波数単位の限界から誤差が生じる。上述の実証実験では、サンプリング間隔は、0.005秒であった。この場合、高速フーリエ変換時の最小周波数単位は、0.0049Ｈｚとなり、これより細かい固有周波数の特定はできない。仮に、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘに最小周波数単位の半分の誤差が生じていと仮定して、横揺れ固有振動周波数Ｖ_ｘ＝1.270＋（0.0049/2）Ｈｚとして〔数４〕に代入すると、未知の車体重量Mは、約63kg程度小さくなる。従って、第２の実施の形態の実証実験で生じた誤差は許容範囲内であると考えられ、加速度センサ２１及び角速度センサ２３による計測時間をより長くしたり、数学的に最小周波数間にある真の周波数を特定したり、或いは走行中の計測を繰り返して平均化したりすることで、誤差を小さくすることが可能である。

【0090】

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。例えば、本実施の形態では、移動体である貨物車両１０をトラックとして説明したが、貨物車両１０である鉄道車両にも本発明を適用することができる。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

【符号の説明】

【0091】

１ 貨物
２ 仮想バネ
１０ 貨物車両
１１ 荷台
１２ 運転席
１３ 車軸
２０、２０ａ 振動検出部
２１ 加速度センサ
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ 角速度センサ
３０、３０ａ データ処理部
３１、３１ａ 演算部
３２ 記憶部
３３ タッチパネル
３４ 報知部
３５ 受信部
３６ バス
４０ 初期設定画面
４１ 車体重量受付欄
４２ 貨物重量受付欄
４３ 初期設定ボタン
５０ 測定画面
５１ 測定指示ボタン
６０ 重量通知画面
７０ 第１初期設定画面
７１ 貨物重量受付欄
７２ 第１初期設定ボタン
８０ 第２初期設定画面
８１ 貨物重量受付欄
８２ 第２初期設定ボタン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】