JPH03107712A - 路面計測法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、計測車を走行して、波計、１ｌＩｊ路面にお
ける進行方向の路面凹凸プロフィルを計測するとともに
道幅方向の凹凸プロフィルを曲線近似して求めることに
より、波計８１１路面全体の凹凸プロフィルを得る路面
計測法に関する。

（従来の技術） 道路の表面は、非舗装道路はもとより、舗装道路におい
ても完全に平滑ではなく、さまざまな凹凸がある。その
ため、道路を走行する自動車には、それぞれの路面凹凸
の形と走行速度に応じた複雑な力が作用する。これらの
力を自動車の上下、前後、左右方向の成分に分けると、
特に上下方向の力は振動乗り心地や積荷のいたみと密接
な関係を持つ。さらに、車体の変形や破壊を招く最大の
原因となる。したがって、路面全体の凹凸の程度を把握
しておくことは自動車の開発にとって、必要不可欠なこ
とである。

路面の凹凸プロフィルを計測する方法として、従来、多
輪Ｊｌ定輪金使用する方法、サーボ振動計を使用する方
法が広く知られている。前記多輪ｎ１定車を使用する方
法は、多重リンクの平均で基準ラインを設定し、計測輪
の動きで路面の凹凸を１１−する方法であるが、装置が
複雑であり、計測速度が遅く、長距離の路面を計ｉｌＪ
するには不向きである。

また、サーボ振動計を使用する方法は、計測車に計測車
輪を取り付け、計ｎｊ車と路面間の相対距離を計測車輪
の動きで、計測車の上下変位を加速度の二重積分でそれ
ぞれ求め、それらの引き算から路面の凹凸を求める方法
である。計測速度はある程度改善されたが、計測車輪が
路面と接触して振動するために共振などに配慮が必要に
なってくる。

また、前述のような問題を解消するために、前記１１１
定車輪を持ったサーボ振動計に代わって非接触レーザ変
位計を用い、これを計測車に搭載して測定しようとする
道路を走行しながら路面に対してレーザビームを照射し
、路面からの反射ビームによって路面の凹凸プロフィル
を計測するようにした方法も知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、前述のように、非接触レーザ変位計を計測車
に搭載し、計ハ１車を走行しながら計測する方法であっ
ても１台の非接触レーザ変位計によって計測しているた
めに、路面からの入力によって車体がバウンシングする
と計１１１１１誤差が発生する。したがって、同一の被
計測道路を何回も走行して計ａ−１シ、精度を上げる必
要がある。また、計測車の走行速度が制限され、通常の
走行速度で計測することができないために、高速道路な
どの路面を計測する場合には一般車両と一緒に走行して
計測できない。

この発明は前記事情に着目してなされたもので、その目
的とするところは、通常の走行速度で迅速に計測するこ
とができ、しかも車体がバウンシングしても正確に計１
１）Ｊ　して計測データの信頼性を向上できるとともに
進行方向の計ｎ１形状から道幅方向の路面凹凸プロフィ
ルを曲線近似して求めることにより、路面全体の凹凸プ
ロフィルを得られる路面計測法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、前
記目的を達成するために、計測車に、その車体の前後方
向に沿って一直線上に３台以上の非接触レーザ変位計を
互いに異なる間隔を存して配置してなる路面針ＤＩ手段
を１組とし、この１組の路面計測手段を基準として道幅
方向に非接触レーザ変位計の台数と位置を揃えて複数組
の路面計測手段を配置し、計ａｌｌＪ車を走行しながら
前記各組の路面針ハｊ手段からの出力を演算処理し、各
組の路面針Ｊ１手段に対向する計ΔＩＩ車の進行方向に
沿う一直線上の凹凸プロフィル計Δ１１形状を得るとと
もに各組の計測形状から道幅方向の凹凸プロフィルを曲
線近似して求めることにより、被計測路面全体の凹凸プ
ロフィルを得ることを特徴とする路面計ｔＰｊ法である
。

ここで、第１図を参照して計測原理について説明すると
、１は計測車であり、この車体の前後方向に沿って一直
線上に非接触レーザ変位計とじてのＡセンサ、Ｃセンサ
、Ｂセンサをこの順序に配置し、ＡセンサとＢセンサと
の間をＬＳＡセンサとＣセンサとの間をり、、Ｃセンサ
とＢセンサとの間をＬ２とする。

Ａ：ＣＡセンサ出力） Ｂ：（Ｂセンサ出力） Ｃ：（Ｃセンサ出力） ｆ　（Ｘ）　：　　（路面関数） ｇ　（Ｘ）　　：　　（計ｉｌｌシステム出力）と仮定
する。

そして、ｇ　（Ｘ）をｆ　（Ｘ）を用いて表すと、・・
・　（１） 一方、ｇ　（Ｘ）をセンサ出力を用いて表すと、（１）
式から、ｇ　（Ｘ）とｆ　（Ｘ）との関係をフーリエ変
換すると、 Ｇ（ω）＝　Ｐ（ω）Ｘ　［１−Ｉ、２／Ｌｘ　ＥＸＰ
（−ｊωＬ＋）−１、＋　／　Ｌ　Ｘ　ＥＸＰ　（ｊ　
ωＬ２）　］−Ｆ（ω）Ｘｌ＋（ω） Ｆ（ω）−Ｇ（ω）Ｘｌ＋（ω） Ｆ（ω）は計ａｌｌ　した路面を周波数領域で表したも
のである。Ｆ（ω）を逆フーリエ変換をなし、時間領域
ｆ　（Ｘ）で表わすことで計Ｍ１車１の進行方向におけ
る路面の凹凸プロフィルを再現できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて説明する。

第２図〜第６図は車両の進行方向に沿う路面−直線上の
凹凸プロフィルを得る路面計測法を示すものである。車
両である計測車１には３台の非接触レーザ変位計２．３
および４が設けられているとともに、非接触光学速度計
６が設けられている。

前記非接触レーザ変位計２．３および４は計測車１の前
後方向に沿って一直線上に配置されている。

そして、非接触レーザ変位計２と３との間隔をＬＩ　　
３と４との間隔をＬ２とすると、Ｌ１≠Ｌ２に設定され
ている。

前記３台の非接触レーザ変位計２．３および４からの出
力信号は計１１−１車１に搭載された変位計プロセッサ
７を介してＡ／Ｄ変換器８に入力される。

また、前記非接触光学変位計６からの出力信号は速度計
プロセッサ９を介して前記Ａ／Ｄ変換器８に入力される
。Ａ／Ｄ変換器８からの出力信号はパーソナルコンピュ
ータ１０に入力され、計７１１１Ｊデータはフロッピー
に保存またはプリントされる。

したがって、計測車１が被計測道路Ｗを走行中に、各非
接触レーザ変位計２．３および４がら被計測路面Ｗにレ
ーザ光を照射し、その反射光を受光することによって、
得られた路面変位データは第４図に示すフローチャート
に示すルーチンを経て演算処理され、計測車１の進行方
向に沿う波計Δ−１路面Ｗの凹凸プロフィルが計測でき
る。

すなわち、各非接触レーザ変位計２．３および４から出
力された路面変位データは、ステップ１でシステム出力
ｇ　（Ｘ）算出し、ステップ２において非接触光学速度
計５から出力された車速データにもとづいて計１１ＦＪ
時間および計１（ＦＪ短距離算出する。さらに、ステッ
プ３でフーリエ変換［ｇ　（ω）コし、周波数領域でシ
ステム伝達関数Ｈ（ω）を考慮し、ステップ４でＦ（ω
）−Ｇ（ω）／Ｈ（ω）を求める。さらに、パワースペ
クトル密度Ｓ　（ｎ）として入力するとともに、ステッ
プ５で逆フーリエ変換［Ｆ　（ω）コすると、ステップ
６で進行方向の路面プロフィルｆ　（Ｘ）を求めること
ができる。

すなわち、Ｆ（ω）は計４１１シた路面を周波数領域で
表したものである。Ｆ（ω）を逆フーリエ変換で時間領
域ｆ　（Ｘ）で表わすことで、計＃１１１１車１の進行
方向に沿う路面の凹凸プロフィルを再現できる。

このような実施例において、非接触レーザ変位計２と３
との間隔をＬｌ、３と４との間隔をＬ２としたとき、た
とえばＬ　＋　−Ｌ　２に設定すると、伝達関数は、第
７図（ａ）に示すようになり、ａ点のところでは伝達関
数はゼロとなり、システムとしての出力はない。したが
って、連続的に計測できる範囲はｂ点〜Ｃ点の範囲であ
る。つまり、３台の非接触レーザ変位計２．３および４
で、Ｌ、−Ｌ２の場合のシステムは、計測不能な路面波
長を周期的に持つことになる。

しかしながら、先に説明したように３台の非接触レーザ
変位計２．３および４で、Ｌｌ≠Ｌ２とすると、伝達関
数はゼロとなる部分がなくなり、第７図（ｂ）に示すよ
うに、連続的に計Ａｌｌすることができる範囲、ｂ点〜
Ｃ点は拡大される。

このような波計ＡＰ１路面Ｗの凹凸プロフィルを得る路
面計測法は、第５図および第６図に示すように、非接触
レーザ変位計２．３．４が一直線上に配置されていると
ころから、被計測路面Ｗの道幅に対して計測車１の進行
方向に沿う非接触レーザ変位計２．３．４と対向する１
本の一直線上の路面プロフィルｆ　（Ｘ）部分のみしが
計測できないことになる。

しかしながら、計２１車１の車幅方向である被計測路面
Ｗの道幅方向においても、いわゆるわだちの跡など、複
雑な凹凸があるのが普通であり、この方向の路面凹凸プ
ロフィルも計測できれば都合がよい。

そこで第８図に示すように、計ＡＰ１車１に道幅方向に
所定間隔を存して複数組の路面針Ａ１手段Ｓ・・・を配
置する。各路面計測手段Ｓ・・・は、例えば先に説明し
たように、互いに間隔を異ならせた３台の非接触レーザ
変位計２．３．４と非接触光学速度計５との組合わせで
よい。すなわち、各列の路面計測手段Ｓ・・・とも、非
接触レーザ変位計２．３．４の台数を同一とするととも
に、その位置を車幅方向に位置ずれのないように揃える
ことが必要である。

そして、各路面計測手段Ｓ・・・とも、先に説明したよ
うな方法で路面針ΔＰ１をなし、被計測路面Ｗの進行方
向に沿う路面凹凸プロフィルを得る。４組の路面計測手
段Ｓ・・・を備えた場合であると、例えば第９図に示す
ように、道幅方向に所定間隔を存した位置で、計測車１
の進行方向に沿う４本の路面凹凸プロフィルｆ　（Ｘ）
・・・を計ｎ１できる。ついで、進行方向とは交差する
所定位置、たとえばＸｎと各凹凸プロフィルｆ　（Ｘ）
・・・との交点Ｚ・・・相互を曲線で近似して、所定位
置Ｘｎにおける道幅方向に沿った路面凹凸プロフィルを
推定する。

選択する点の間隔が狭いほど、より多くの曲線近似が得
られ、精密化する。結局、計測車１の進行方向ばかりで
なく道幅方向に亘る凹凸プロフィルから、路面全体の凹
凸プロフィル形状の計測が可能である。

具体的には、第１０図に示すように、計測車１の進行方
向に沿って、−直線上に互いの間隔を異ならせて配置す
る複数の非接触レーザ変位計２．３、・・・からなる１
組の路面計測手段Ｓ１を基準とし、道幅方向に所定間隔
を存して複数組の路面計Δ−１手段、例えばＳ２ないし
Ｓ４を配置する。各組の路面計測手段Ｓ１ないしＳ４は
、非接触レーザ変位計の台数を合せるとともにその位置
を道幅方向に揃えなければならない。

したがって、計測車１が被計測道路Ｗを走行中に、各組
の路面計測手段Ｓ１ないしＳ４は進行方向に沿って対向
する一直線上の路面変位を計測する。各組の路面計測手
段Ｓ１ないしＳ４毎に先に説明したようなフローチャー
トに沿うルーチンを経て演算処理され、第１１図に示す
ような各組毎の計測車１の進行方向に沿う路面凹凸プロ
フィルｆ＋　　（Ｘ）、ｆ２　（Ｘ）、ｆ３　（Ｘ）、
ｆ４　（Ｘ）を得る。

このような各組毎の路面計測手段Ｓ１ないしＳ４が進行
方向に沿う路面凹凸プロフィルを得るルーチンは、第１
２図に示すフローチャートのステップ１〜ステツプ６ま
での演算処理と全て同一である。ついで、同図に示すフ
ローチャートのステップ７で、各組毎の進行方向に沿う
凹凸プロフィルｆ＋　　（Ｘ）、ｆｚ　　（Ｘ）、ｆ＊
　　（Ｘ）。

ｆ、（Ｘ）を、第１１図に示すように一つの図面上に作
図する。そして、ステップ８では第１１図における進行
方向の所定位置Ｘｎと各路面プロフィルｆｌ　　（Ｘ）
、ｆ２　　（Ｘ）、ｆ３　　（Ｘ）。

ｆ、（Ｘ）との交点Ｚ、、Ｚ２．Ｚ、、ｚ４を求めて曲
線近似する。したがって、所定位置Ｘｎにおける道幅方
向の路面凹凸プロフィルを推定できる。このような曲線
近似を多数得ることにより、ステップ９で波計？＃１路
面Ｗ全体の凹凸プロフィルが計ｉ４Ｎできることとなる
。

結局、計測車１の進行方向に沿う路面凹凸プロフィルば
かりでなく、車幅方向である道幅方向の路面凹凸プロフ
ィルを推定して、路面全体の凹凸プロフィルを略正確に
計測可能である。

なお、上記実施例においては３台の非接触レーザ変位計
を備えたが、これに限定されるものではなく、たとえば
非接触レーザ変位計を４台とすることによって、４通り
のシステムで計測することと同じとなり、１回の走行で
同一路面を同じ条件で４回計１１１１　したことに相当
する。したがって、計測時間の大幅な短縮を図ることが
できるとともに、計１１−１精度が向上し、信頼性を向
上できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、計Δ１１車に、
その車体の前後方向に沿って一直線上に３台以上の非接
触レーザ変位計を互いに異なる間隔を存して配置してな
る路面計測手段を１組とし、この１組の路面計測手段を
基準として道幅方向に非接触レーザ変位計の台数と位置
を揃えて複数組の路面計測手段を配置し、計測車を走行
しながら前記各組の路面計測手段からの出力を演算処理
し、各組の路面計測手段に対向する計Ａｐ１車の進行方
向に沿う一直線上の凹凸プロフィル計測形状を得るとと
もに各組の計ΔＮ形状から道幅方向の凹凸プロフィルを
曲線近似して求めることにより、波計Ａ−１路面全体の
凹凸プロフィルを得ることができ、計測データが拡大し
て信頼性の向上化を図れるとともに、たとえ高速道路に
おいても通常の高速走行速度で計１ｆｌ１１することが
でき、しかも車体のバウンシングに関係なく、正確に計
Ａｐ１できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための計ＡＦＪ車の側
面図、第２図以下は本発明の一実施例を示すもので、第
２図は計測車の側面図、第３図は計ｉｌｌシステムのブ
ロック図、第４図は進行方向に沿う一直線上の路面プロ
フィルを得るためのフローチャート図、第５図はその計
１ｉｌｌｌ状態を概略的に示す横断面図、第６図は進行
方向に沿う一直線上の路面プロフィル図、第７図（ａ）
（ｂ）は路面波長と振幅（システムの伝達関数）との関
係を示すグラフ、第８図は進行方向に沿う路面プロフィ
ルから道幅方向に沿う路面プロフィルを得るための計Δ
―１状態を概略的に示す横断面図、第９図は第８図の計
測システムによって得られる路面プロフィル図、第１０
図は進行方向に沿う路面凹凸プロフィルから道幅方向に
沿う路面プロフィルを得るための計ｉ１１手段を備えた
計測車の概略平面図、第１１図は路面全体の路面プロフ
ィル図、第１２図はそのフローチャート図である。 １・・・計測車、２．３．４・・・非接触レーザ変位計
、ＳＩないしＳ４・・・路面計測手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 計測車に、その車体の前後方向に沿って一直線上に３台
   以上の非接触レーザ変位計を互いに異なる間隔を存して
   配置してなる路面計測手段を１組とし、この１組の路面
   計測手段を基準として道幅方向に非接触レーザ変位計の
   台数と位置を揃えて複数組の路面計測手段を配置し、計
   測車を走行しながら前記各組の路面計測手段からの出力
   を演算処理し、各組の路面計測手段に対向する計測車の
   進行方向に沿う一直線上の凹凸プロフィル計測形状を得
   るとともに各組の計測形状から道幅方向の凹凸プロフィ
   ルを曲線近似して求めることにより、被計測路面全体の
   凹凸プロフィルを得ることを特徴とする路面計測法。