JP2712537B2 - 路面計測法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、道路の表面の凹凸プロフィルを計測する
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、
多輪測定車を使用する方法、サーボ振動計を使用する方
法が広く知られている。前記多輪測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測る方法であるが、装置が複雑であ
り、計測速度が遅く、長距離の路面を計測するには不向
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、計測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、前記測定
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、計測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、路面から入力によって車体がバウシングすると計
測誤差が発生する。したがって、同一の被計測道路を何
回も走行して計測し、制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る。

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、通常の走行速度で計測することが
でき、しかも車体がバウシングしても正確に計測できる
計測データの信頼性を向上できるとともに迅速に計測で
き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） この発明は、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すると
ともに非接触光学速度計を設け、前記計測車を走行しな
がら前記非接触レーザ変位計および非接触光学速度計か
らの出力を演算処理し、前記３台の非接触レーザ変位計
を１組として、非計測路面の凹凸プロフィルを計測する
ことにある。

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しての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Ｌ、ＡセンサとＣセンサとの間をL₁、Ｃセンサ
とＢセンサとの間をL₂とする。

A:（Ａ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）：（計測システム出力） そして、ｇ（Ｘ）をｆ（Ｘ）を用いて表すと、 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
ェ変換すると、 Ｇ（ω）＝Ｆ（ω）×［１−L₂/L ×EXP（−ｊωL₁）−L₁ /L×EXP（ｊωL₂）］ ＝Ｆ（ω）×Ｈ（ω） Ｆ（ω）＝Ｇ（ω）/H（ω） Ｆ（ω）は計測した路面を周波数領域で表したもので
ある。Ｆ（ω）を逆フーリェ変換で時間領域ｆ（Ｘ）で
表わすことで路面のプロフィルを再現できる。

（実施例） 以下、この発明の各実施例を図面に基づいて説明す
る。

第２図〜第４図は第１の実施例を示すもので、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L₁、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
出力信号は計測車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、計測デ
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が被計測道路を走行中に、各非
接触レーザ変位計２、３および４から被計測路面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
に示すルーチンを得て演算処理され、被計測路面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基づいて計測時間およ
び計測距離を算出する。さらにステップ３でフーリェ変
換［ｇ（ω）］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
ェ変換［Ｆ（ω）］とすると、ステップ６で路面プロフ
ィルｆ（Ｘ）を求めることができる。

すなわち、Ｆ（ω）は計測した路面を周波数領域で表
したものである。Ｆ（ω）を逆フーリェ変換で時間領域
ｆ（Ｘ）で表わすことで路面のプロフィルを再現でき
る。

この第１の実施例において、非接触レーザ変位計２と
３との間隔をL₁、３と４との間隔をL₂としたとき、L₁＝
L₂に設定すると、伝達関数は、第５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、L₁＝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、３台の非接触レーザ変位計２、３および４
で、L₁≠L₂とすると、伝達関数はゼロとなる部分がなく
なり、第５図（ｂ）に示すように、連続的に計測するこ
とができる範囲、ｂ点〜ｃ点は拡大される。

第６図は第２の実施例であり、４台の非接触レーザ変
位計２、３、４および５を配置するとともに、これらの
間隔L₁、L₂、L₃をL₁＞L₂＞L₃とすることによって、３台
を１組として（2,3,4）（2,4,5）（3,4,5）（2,3,5）の
４つの組合わせができる。

このように、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回計測したこ
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、計測精度が向上し、信頼性を
向上できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、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すると
ともに非接触光学速度計を設け、前記計測車を走行しな
がら前記非接触レーザ変位計および非接触光学速度計か
らの出力を演算処理し、前記３台の非接触レーザ変位計
を１組として被計測路面の凹凸プロフィルを計測するよ
うにしたから、通常の走行速度で計測することができ、
しかも車体のバウンシングに関係なく、正確に計測がで
き、計測データの信頼性を向上できるとともに迅速に計
測できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を説明するための計測車の側面
図、第２図〜第５図はこの発明の第１の実施例を示すも
ので、第２図は計測車の側面図、第３図は計測システム
のブロック図、第４図はフローチャート、第５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６図はこの発明の第２の実施例を示
す計測車の側面図である。 １……計測車、２、３、４、５……非接触レーザ変位
計、６……非接触光学速度計。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   間隔を存して配置するとともに非接触光学速度計を設
   け、前記計測車を走行しながら前記非接触レーザ変位計
   および非接触光学速度計から出力を演算処理し、前記３
   台の非接触レーザ変位計を１組として被計測路面の凹凸
   プロフィルを計測することを特徴とする路面計測法。