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路面平坦性測定装置 コモンズ

国内特許コード P05P002701
整理番号 Y2003-P543
掲載日 2006年1月27日
出願番号 特願2004-132554
公開番号 特開2005-315675
登録番号 特許第4220929号
出願日 平成16年4月28日(2004.4.28)
公開日 平成17年11月10日(2005.11.10)
登録日 平成20年11月21日(2008.11.21)
発明者
  • 川村 彰
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 路面平坦性測定装置 コモンズ
発明の概要 【課題】 国際ラフネス指数(IRI)を簡易な装置により測定する。
【解決手段】 第1の検出器11は、車両の車軸に取り付けられ、バネ下における上下方向の第1の加速度又は速度を検出する。第2の検出器12は、第1の検出器11側のサスペンションが支持する車体に取り付けられ、バネ上における上下方向の第2の加速度又は速度を検出する。処理部40は、第1及び第2の加速度又は速度について、ピッチ角検出器20からのピッチ角に基づき、加速度検出方向の軸と鉛直軸のずれによる、検出された方向と鉛直方向との相違を補正する(姿勢角補正)。また、処理部40は、IRI算定の基準速度と、走行速度検出器30により検出された走行速度との相違を補正する(速度補正)。処理部40は、IRI算定の基準車と測定車両との相違を補正する(車両補正)。処理部40は、補正された第1及び第2の加速度又は速度に基づきIRIを求める。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


道路における維持管理は、平坦性、わだち掘れ、ひびわれの主として3項目により行われているが、道路利用者の快適性(例えば、乗り心地)、走行費用(例えば、燃費、車両の耐久性等)及び沿道住民の環境(例えば、振動、騒音等によるもの)に最も影響を与えるのは平坦性であり、平坦性指標により評価がなされている。



従来、わが国における路面の平坦性(σ)指標としては、3mプロフィロメータによるσ(標準偏差:mm)や8mプロフィロメータによるPrI(Profile Index:cm/km)があるが、工事の出来形管理のために作成された指標であり、乗り心地との相関が見られないことや海外との比較が困難であるなどの課題がある。



現在、国際的には世界銀行で提案された国際ラフネス指数(IRI:International Roughness Index:m/km)が用いられるようになっており、乗り心地との相関も良いとされている。例えば、路面の縦断プロファイルと乗り心地の関係に注目し、IRIの高速道路路面での適用性について、乗り心地評価試験などを実施して、IRIの乗り心地の関連性が示された文献が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。また、道路を管理する事業者では、IRIによる高速道路の管理を検討する所もあり、IRIを容易に求める測定装置が望まれている。さらに、コンクリート舗装の示方書では、乗り心地評価指標としてIRIが導入されている。



IRIは、路面の平坦性を表す指標である。これまで、路面平坦性の測定方法は、世界各国で様々な装置が使用されていたが、各測定装置相互の関連性や物理的意味が不明確なものが多かった。そこで、世界銀行が中心となって路面平坦性の測定評価方法についての研究により、1986年に得られた指標がIRIである。クォーターカーシミュレーションに対し、適宜の方法で測定された路面の縦断プロファイル(縦断形状)を与えることにより、誰が計算しても同一の値が得られるという優れた点を持っている。また、IRIは、数値が大きい程平坦性が悪いことを表す。



従来、IRIを算出するには、路面性状測定車などで測定された縦断プロファイルデータをもとに、乗用車の一輪を取り出したクォーターカー・モデルと呼ばれる仮想車両が、80km/hで走行する際の上下方向変位をシミュレーションにより求め、求められた変位に基づいてIRIが算出さている。



縦断プロファイルは、例えば、レーザ変位計と加速度計によるシステムにより測定できることが開示されている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。図6は、縦断プロファイル測定の概略図である。縦断プロファイルの測定原理は、レーザ変位計で路面高を測定し、加速度計で測定した上下方向の振動加速度を積分して得られる変位量に基づいて車両自体の上下動を相殺して、路面の縦断プロファイル(高さ)を求めている。また、速度検出器の出力に基づき走行距離を算出し、所定間隔(例えば、10cm)で測定する。
【特許文献1】
特開昭61-83907号公報
【非特許文献1】
大野滋也、佐藤正和、鈴木一隆、「乗り心地に着目した路面管理指標に関する研究、IRI(国際ラフネス指数)の適用性」、EXTEC No.61、2002年6月発行、p.37―40

産業上の利用分野


本発明は、路面平坦性測定装置に係り、特に、簡易な構成で国際ラフネス指数を算出する路面平坦性測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
車両の車軸側又はサスペンション下側に取り付けられ、路面の凹凸により生ずる車体を支えるバネ下又はサスペンション下における、サスペンションの軸方向に対して上下方向の第1の加速度又は速度を検出するための第1の検出器と、
サスペンションが支持する車体側又はサスペンション上側に取り付けられ、路面の凹凸により生ずる車体を支えるバネ上又はサスペンション上における、サスペンションの軸方向に対して上下方向の第2の加速度又は速度を検出するための第2の検出器と、
車両のピッチ角を検出するピッチ角検出器と、
車両の走行速度を検出する走行速度検出器と、
前記第1及び第2の検出器により検出された第1及び第2の加速度又は速度と、前記ピッチ角検出器により検出されたピッチ角を入力し、第1及び第2の加速度又は速度を補正し、補正された第1及び第2の加速度又は速度に基づき国際ラフネス指数を求めるための処理部と、
前記処理部により読み込まれ及び書き込まれる記憶部と
を備え、
前記記憶部は、
国際ラフネス指数の算出に用いられるクォーターカー・パラメータの諸元を有するクォーターカー・モデルを基準車と呼ぶ時、基準車の振動系に与えられる路面変位入力に基づく空間周波数又は時間周波数と、車両の走行速度で走行する場合に路面変位入力によって生じる系の第1及び第2の加速度若しくは速度又はこれら加速度若しくは速度に対応する変位に関しての振動応答との関係を示す走行速度毎の第1の周波数応答関数と、
基準車の振動系に与えられる路面変位入力に基づく空間周波数又は時間周波数と、国際ラフネス指数算定の基準速度で走行する場合に路面変位入力によって生じる系の第1及び第2の加速度若しくは速度又はこれら加速度若しくは速度に対応する変位に関しての振動応答との関係を示す第2の周波数応答関数と、
前記車両をクォーターカー・モデルで表現したものを測定車と呼ぶ時、測定車の振動系に与えられる路面変位入力に基づく空間周波数又は時間周波数と、路面変位入力によって生じる系の第1及び第2の加速度若しくは速度又はこれら加速度若しくは速度に対応する変位に関しての振動応答との関係を示す第3の周波数応答関数と、
基準車の振動系に与えられる路面変位入力に基づく空間周波数又は時間周波数と、路面変位入力によって生じる系の第1及び第2の加速度若しくは速度又はこれら加速度若しくは速度に対応する変位に関しての振動応答との関係を示す第4の周波数応答関数と
が記憶され、
前記処理部は、
第1及び第2の加速度又は速度を、検出されたピッチ角に基づき、鉛直方向の加速度又は速度に補正するための姿勢角補正手段と、
第1及び第2の加速度又は速度を、前記記憶部に記憶された第1の周波数応答関数と、前記走行速度検出器により検出された走行速度に対応する第2の周波数応答関数との比に基づき、基準速度と走行速度の相違を補正して速度補正された第1及び第2の加速度又は速度を求めるための速度補正手段と、
第1及び第2の加速度又は速度を、前記記憶部に記憶された第3の周波数応答関数と、第4の周波数応答関数との比に基づき、基準車と前記車両との相違を補正して車両補正された第1及び第2の加速度又は速度を求めるための車両補正手段と
を有し、
前記処理部は、前記姿勢角補正手段、前記速度補正手段及び前記車両補正手段により補正された第1及び第2の加速度又は速度に基づく相対変位と、予め定められた測定道路区間長との比に基づいて、国際ラフネス指数を求める平坦性測定装置。

【請求項2】
前記処理部は、
前記姿勢角補正手段、前記速度補正手段、前記車両補正手段により補正された第1の加速度又は速度に基づく第1の変位と、補正された第2の加速度又は速度に基づく第2の変位との差をとることで相対変位を求め、
車両の走行距離が予め設定された測定道路区間長に達するまで、所定時間又は所定距離毎に相対変位を求めることを繰り返し、
走行距離が予め設定された測定道路区間長に達した場合に、次式に従い国際ラフネス指数IRIを算出する請求項1に記載の平坦性測定装置。
【数1】


ここで、z’:所定時間毎の相対変位、L:測定道路区間長、n:求められた相対変位の数

【請求項3】
前記処理部は、次式に従い国際ラフネス指数IRIを算出する請求項1に記載の平坦性測定装置。
【数2】


ここで、L:測定道路区間長、v:検出された走行速度、z:第2の加速度に対応する変位、z:第1の加速度に対応する変位

【請求項4】
前記姿勢角補正手段は、
前記速度検出器により検出された走行速度の時間変化に基づき走行方向の加速度Axを求め、
検出された第1及び第2の加速度、速度補正された第1及び第2の加速度、車両補正された第1及び第2の加速度のいずれかについて、次式に従い鉛直方向の姿勢角補正された第1及び第2の加速度Az1及びAz2を求めることを含む請求項1乃至3のいずれかに記載の平坦性測定装置。
【数3】


ここで、A、A:検出された第1及び第2の加速度、速度補正された第1及び第2の加速度、車両補正された第1及び第2の加速度のいずれか、g:重力加速度、θ:検出された傾斜角(ピッチ角)、A:走行方向の加速度

【請求項5】
前記記憶部は、
第1の加速度の第1の周波数応答関数と、第1の加速度の第2の周波数応答関数との周波数成分ごとの比をとることにより予め求められた第1の加速度に対する第1の速度補正重み関数|V(n)|(nは周波数)と、
第2の加速度の第1の周波数応答関数と、第2の加速度の第2の周波数応答関数との周波数成分ごとの比をとることにより予め求められた第2の加速度に対する第2の速度補正重み関数|V(n)|と
が車両の走行速度毎に記憶され、
前記速度補正手段は、
前記記憶部を参照して、前記速度検出器により検出された走行速度に対応する第1及び第2の速度補正重み関数|V(n)|及び|V(n)|をそれぞれ読み出し、姿勢角補正された第1及び第2の加速度、車両補正された第1及び第2の加速度、検出された第1及び第2の加速度のいずれかと、読み出された第1及び第2の速度補正重み関数とに基づき、次式に従い速度補正された第1及び第2の加速度B’及びB’を求めることを含む請求項1乃至4のいずれかに記載の平坦性測定装置。
B’=B/|V(n)|
B’=B/|V(n)|
ここで、B、B:姿勢角補正された第1及び第2の加速度、車両補正された第1及び第2の加速度、検出された第1及び第2の加速度のいずれか、|V(n)|、|V(n)|:第1及び第2の速度補正重み関数

【請求項6】
前記記憶部は、
第1の加速度の第3の周波数応答関数を、第1の加速度の第4の周波数応答関数で除すことにより予め求められた第1の加速度に対する第1の車両補正重み関数|W(n)|(nは周波数)と、
第2の加速度の第3の周波数応答関数を、第2の加速度の第4の周波数応答関数で除すことにより予め求められた第2の加速度に対する第2の車両補正重み関数|W(n)|と
が記憶され、
前記車両補正手段は、
前記記憶部を参照して、第1及び第2の車両補正重み関数|W(n)|及び|W(n)|をそれぞれ読み出し、速度補正された第1及び第2の加速度、姿勢角補正された第1及び第2の加速度、検出された第1及び第2の加速度のいずれかと、読み出された第1及び第2の車両補正重み関数とに基づき、次式に従い車両補正された第1及び第2の加速度C’及びC’を求めることを含む請求項1乃至5のいずれかに記載の平坦性測定装置。
C’=C/|W(n)|
C’=C/|W(n)|
ここで、C、C:速度補正された第1及び第2の加速度、姿勢角補正された第1及び第2の加速度、検出された第1及び第2の加速度のいずれか|W(n)|、|W(n)|:第1及び第2の車両補正重み関数

【請求項7】
前記処理部は、前記姿勢角補正手段による姿勢角補正、前記速度補正手段による速度補正、前記車両補正手段による車両補正を所定の順序で行い、補正された第1及び第2の加速度が次の補正の計算に用いられる請求項1乃至6のいずれかに記載の平坦性測定装置。

【請求項8】
車両の走行位置の位置情報を求めるためのGPS
をさらに備え、
前記処理部は、前記GPSにより求められる測定道路区間内の所定位置の位置情報に対応して、求められた国際ラフネス指数を記憶する、及び/又は、該位置情報に対応して求められた国際ラフネス指数を表示する請求項1乃至7のいずれかに記載の平坦性測定装置。

【請求項9】
前記処理部は、予め設定された測定道路区間長毎に国際ラフネス指数を求めることを繰り返す請求項1乃至8のいずれかに記載の平坦性測定装置。

【請求項10】
前記処理部は、検出された走行速度が予め定められた速度以下でないこと、及び、定速走行であること、及び、走行距離が停止状態から予め定められた距離以上であることのいずれか又は複数が満たされた場合に、国際ラフネス指数の算出を開始する請求項1乃至9のいずれかに記載の平坦性測定装置。

【請求項11】
前記処理部は、前記第1及び第2の検出器からの第1及び第2の加速度をローパスフィルタ処理し、
前記姿勢角補正手段、速度補正手段及び/又は車両補正手段は、ローパスフィルタ処理後の第1及び第2の加速度に対して、姿勢角補正、速度補正及び/又は車両補正を行う請求項1乃至10のいずれかに記載の平坦性測定装置。

【請求項12】
前記処理部は、前記車両が路面を走行中にリアルタイムに国際ラフネス指数を算出する請求項1乃至11のいずれかに記載の平坦性測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 登録
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