JP2005315675A - 路面平坦性測定装置 - Google Patents
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Abstract
【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
Description
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が提供される。
例えば、測定車(パトロールカーでもよい)に装置を取り付け、対象道路区間(冬期路面も含む)走行時にIRIを算出し、路面の平坦性評価を行う。
IRIの算定式は単純であり、クォーターカー・モデルにおける次式で示されることから、2対の加速度計(速度計もしくは変位計)を主体とした計測装置で算出できる。
測定装置は、例えば、加速度計2個、ピッチ角度計、速度計1個及びデータ記録装置そ備え、測定箇所の特定のためにGPSを含めることもできる。装備に際しては普通乗用車でも可能であり、コンパクトで安価な測定システム構成となる。加速度計は、基本的に左側前輪側のばね上及びばね下位置に取り付けることができる。ピッチ角度計は、加速度計の上下方向軸の傾斜角を測定できる位置に取り付けることができる。
IRIは、クォーターカー・モデルとよばれる仮想車両が、80km/hで定速走行した際の車両の上下変位を基に計算することから、一般道路を通常走行する際の速度変動に対しては補正計算が必要となる。
図1は、平坦性測定装置の装置構成ブロック図である。
平坦性測定装置は、第1の加速度検出器11と、第2の加速度検出器12と、ピッチ角(姿勢角)検出器20と、走行速度検出器30と、処理部40と、データ記録装置(記憶部)50と、GPS(Global Positioning System)60とを備える。なお、これら装置が取り付けられる車両は、例えば普通乗用車など、適宜の車を用いることができる。
図3は、IRI算出のフローチャートである。
まず、処理部40は、計算条件を設定する(S101)。例えば、処理部40は、測定道路区間長L、サンプリング時間間隔を設定する。測定道路区間長Lは、IRIを算出する間隔を示し、例えば、100mや200mとすることができる。サンプリング時間間隔は、処理部40がデータを入力してIRIを算出する処理時間の間隔を示し、処理部40は、設定されたサンプリング時間間隔ごとの時刻(サンプル時刻)に以下の処理を実行する。なお、処理部40は、サンプリング時間関数毎に処理を実行する以外にも、所定の距離毎に処理を実行するようにしてもよい。
zi’=z1−z2
ここで、パラメータiは、1〜nの整数(n:サンプルデータ数)であり、例えば、サンプル時刻に対応する。また、処理部40は、求められた相対変位zi’をパラメータiに対応して適宜記憶部50に記憶する。なお、処理部40は、サンプル時間ごとのΔzi=|zi’−z’i+1|、(又は、Δzi−1=|zi−1’−z’i|)をさらに求めて、パラメータiに対応して記憶してもよい。
まず、速度補正における周波数応答関数について説明する。速度補正では、走行速度の違いが出力(振動応答)に与える影響を補正する。IRIは、クォーターカー・モデルの振動特性から以下のような、路面入力に対する周波数応答特性を持っている。
第2の周波数応答関数は、IRI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・モデルをクォーターカー・モデル(基準車)と呼ぶ時、クォーターカー・モデル(基準車)の振動系に与えられる路面変位入力(後述する数式6でいうzp)に基づく空間周波数又は時間周波数と、IRI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振動数の関数として表現したものである。
図4は、傾斜角(ピッチ角)補正の説明図である。例えば、大きな加減速運動や路面凹凸により車両が傾くと加速度計の軸も傾き、検出される加速度は、鉛直軸方向の加速度とずれが生じる。そこで、ピッチ角検出器により検出される車両のピッチ角変位θを用いて、大きな加減速運動や路面凹凸により生じた加速度計の軸の変化を補正する。
IRIの算定条件は、クォーターカーが80km/hで定速走行した際の路面入力となっている。実路走行する際には、基本的には実勢速度での定速走行となるが、一般道では80km/hと異なるため、路面入力の補正を行う。一般乗用車を用いる場合、実用的には、25km/h〜100km/hの速度範囲を対象とすることができる。この範囲では、路面の平坦性が過度に低下していない限り、路面入力に対する車両の振動応答は線形性が確保される。
|V1(n)|=|J1(n)|/|Hs1(n)|
|V2(n)|=|J2(n)|/|Hs2(n)|
ここで、|J2(n)|は、車両の路面入力に対する第2の加速度の第1の周波数応答関数、|Hs2(n)|は、既存のクォーターカー・モデルの基準速度における第2の加速度の第2の周波数応答関数である。なお、車両の路面入力に対する第1の加速度及び第2の加速度の周波数応答関数|J1(n)|、|J2(n)|は、クォーターカー・モデルの周波数応答関数の周波数軸をシフトして作成されることができる。
A’z1=Az1/|V1(n)|
A’z2=Az2/|V2(n)|
図5は、クォーターカー・モデルの説明図である。
IRIは、図5(a)に示すように、2軸4輪の乗用車の1輪を取り出して、「質量−ばね−ダッシュポット」で構成される2自由度の力学モデルで抽象化された仮想車両モデルにより算定される。この仮想車両モデルはクォーターカー・モデル(基準車)と呼ばれる。本実施の形態における平坦性測定装置は、例えば乗用車等に備えられることもでき、この場合、クォーターカー・モデル(基準車)と、測定車両とのシステムパラメータが異なるため、それによる周波数特性の相違を補正する。
c1/m1=6.0(s−1)
c2/m1=0.0
k1/m1=653(s−2)
k2/m1=63.3(s−2)
m2/m1=0.15
|W1(n)|=|G1(n)|/|Hc1(n)|
|W2(n)|=|G2(n)|/|Hc2(n)|
ここで、|G2(n)|は、路面入力に対するバネ下の第2の加速度の第3の周波数応答関数、|Hc2(n)|は、基準車における同じ個所の第4の周波数応答関数である。
例えば、処理部40は、記憶部50を参照して、車両補正重み関数|W1(n)|、|W2(n)|を読み出し、速度補正された加速度A’z1及びA’z2と、読み出された車両補正重み関数に基づき、次式に従い加速度A’’z1及びA’’z2を求める。
A’’z1=A’z1/|W1(n)|
A’’z2=A’z2/|W2(n)|
また、本実施の形態では、測定車両が路面を走行中にリアルタイムにIRIを求めることができる。
また、姿勢角補正、速度補正、車両補正の各補正計算は、予め定められた適宜の順序で行うこともできる。この場合、補正された第1及び第2の加速度が次の補正の計算に順次用いられる。例えば、上述の第1の加速度についての補正計算の式を、一般的に表すと、以下のようになる。
B’1=B1/|V1(n)| (2)
ここで、B1:検出された又は補正された第1の加速度、|V1(n)|:第1の加速度に対する速度補正重み関数
(車両補正)
C’1=C1/|W1(n)| (3)
ここで、C1:検出された又は補正された第1の加速度、|W1(n)|:第1の加速度に対する車両補正重み関数
(装置構成)
図1に示す平坦性測定装置において、第1の検出器11及び第2の検出器12は、加速度計以外にも速度計であっても良い。速度計を用いる場合、一度の積分により変位を求めることができるので累積誤差を小さくできる。処理部40は、第1の検出器11及び第2の検出器で検出された第1の速度及び第2の速度に対して、姿勢角補正、車両補正、速度補正を適宜行い、補正された第1及び第2の速度に基づく相対変位Z’と測定道路区間長Lとに基づきIRIを求めることができる。
この場合、図3に示すフローチャートにおいて、処理部40は、以下の処理を実行する。
まず、処理部40は、上述のステップS101と同様の処理を実行する。また、処理部40は、ステップS103で、加速度の代わりに速度を第1及び第2の検出器から入力する。処理部40は、ステップS105と同様の処理を実行する。ステップS107〜S111は、一例として、処理部40は入力された速度を微分して加速度を求め、求められた加速度について上述と同様に姿勢角補正、速度補正、車両補正を行うことができる。また、処理部40は、上述のステップS115〜S119の処理を実行する。
12 第2の加速度検出器(第2の検出器)
20 ピッチ角(姿勢角)検出器
30 走行速度検出器
40 処理部
50 データ記録装置(記憶部)
60 GPS
Claims (12)
- 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。 - 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|V1(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|V2(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|V1(n)|及び|V2(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’1及びB’2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’1=B1/|V1(n)|
B’2=B2/|V2(n)|
ここで、B1、B2: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、|V1(n)|、|V2(n)|:第1及び第2の速度補正重み関数 - 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|W1(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|W2(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|W1(n)|及び|W2(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’1及びC’2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’1=C1/|W1(n)|
C’2=C2/|W2(n)|
ここで、C1、C2: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|W1(n)|、|W2(n)|:第1及び第2の車両補正重み関数 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
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