JP3074464B2 - 道路縦断プロファイル測定装置 - Google Patents
道路縦断プロファイル測定装置Info
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Description
使用され、その車両が走行中に、その車両が走行する道
路の縦断プロファイルを測定する道路縦断プロファイル
測定装置に関する。
の従来例として、例えば特公平3−7882号公報に記
載されたものがある。この測定装置は車体の上下方向の
加速度を測定する加速度計と、車体から路面までの距離
を測定する距離計とを車体に取付け、加速度計によって
検出された上下動の加速度を積分して変位量を求め、こ
の変位量と距離計によって検出された車体高の変化量と
の差δを演算して、道路の縦断プロファイルを得るもの
であり、このδにより例えば路面のくぼみ(欠陥)を知
ることができるものとされている。
装置においては、加速度計はその入力軸が車体の上下方
向に固定されているため、これと直角な車両走行方向の
加速度の成分については測定することはできず、従って
例えば車両11が図8に示したように傾斜面12になら
い、傾斜して走行している場合には、走行加速度αに基
づく加速度計の出力は零となり、この傾斜面12走行に
よる車両11の鉛直方向の移動量(変位量)を測定でき
ないものとなっている。
された測定装置は路面に対して車体が上下動するような
路面の凹凸は測定できるものの、車両がその傾斜した路
面に沿って走行するような大きなうねりや傾斜(縦断起
伏)が路面に存在する場合には、その縦断起伏を測定で
きないものとなっている。この発明の目的は上記欠点を
解消し、車両がその傾斜にならって走行するような路面
のうねりや傾斜をも含め、道路の縦断プロファイルを正
確に測定することができる道路縦断プロファイル測定装
置を提供することにある。
に搭載されて、その車両が走行する道路の所定の水準面
に対する縦断プロファイルを測定する道路縦断プロファ
イル測定装置は、路面までの距離を測定する測距手段
と、鉛直方向の加速度を測定する鉛直加速度測定手段
と、その鉛直加速度測定手段で測定された加速度を積分
して鉛直方向の変位を求める積分手段と、その積分手段
で求めた変位と、測距手段で測定された距離との差を用
いて縦断プロファイルを求める手段とを具備するものと
される。
照して実施例により説明する。図1はこの発明の好適な
実施例をブロック図で示したものである。この例では道
路縦断プロファイル測定装置は、姿勢上下動センサ21
と路車間距離センサ22と演算装置23とを有するもの
とされる。姿勢上下動センサ21は水平面に対する車両
の前後方向(走行方向)の傾斜角度:ピッチ角θ、左右
方向(幅方向)の傾斜角度:ロール角φ及び車両の鉛直
方向の変位(上下動)Hを測定するもので、例えば図2
に示したように車内に搭載固定される。
の距離を測定するもので、例えばバンパー部分に取付け
られる。なお、この例では図2に示したように、車両1
1の幅方向中央及び左右タイヤの各前方に位置されて、
3つの距離センサ22がバンパー24に取付けられてお
り、即ち道路の車線中央及び左右わだちにそれぞれ対向
して距離センサ22が配置されている。距離センサ22
には例えばレーザ光や超音波を出射し、その反射を検出
して距離を測定する構成のものが用いられる。
角θ、ロール角φ、鉛直方向の変位Hと、3つの距離セ
ンサ22で測定された車体から車線中央、左わだち、右
わだちの各路面までの距離C,L,Rは演算装置23に
入力され、この演算装置23によって車線中央、左わだ
ち、右わだちの各道路縦断プロファイルPC,PL,P
Rが求められる。演算装置23は例えば姿勢上下動セン
サ21と同様に、車内に設置される。
21の構成及び機能を詳細に説明する。図3は姿勢上下
動センサ21の詳細構成をブロック図で示したものであ
る。直交3軸に取付けられた3軸ジャイロ25はX,
Y,Z軸回りの角速度を測定する。ここではX軸方向を
装置の前方、Y軸方向を右方、Z軸方向を下方とする。
一方、直交3軸に取付けられた3軸加速度計26はX,
Y,Z軸方向の加速度を測定する。
E,D座標(慣性座標)に変換するもので、3軸加速度
計26から出力されたX,Y,Z加速度はこの座標変換
手段27に入力され、N,E,D加速度に変換される。
なお、ここではNを北方向、Eを東方向、Dを地球中心
方向とする。座標変換手段27の座標変換マトリクスは
本装置の姿勢の変化に伴ない、刻々と変化される。座標
変換マトリクス更新値計算手段28はこのマトリクスの
値を変化させる変化分を計算するものであって、マトリ
クス変化分は姿勢の変化分、即ち角速度と一対一に対応
するから、3軸ジャイロ25のX,Y,Z角速度データ
を使用して、マトリクス変化分が計算される。計算され
た変化分は座標変換手段27に入力され、刻々とマトリ
クス値が更新される。
D加速度は積分手段29に入力され、積分手段29は
N,E,D加速度を積分してN,E,D速度を出力す
る。このN,E,D速度のうち、D速度は積分手段31
に入力され、積分手段31はD速度を積分して鉛直方向
の変位Hを計算する。一方、N,E速度は積分手段32
に入力され、積分手段32はN,E速度を積分してN,
E位置(移動距離)を出力する。そして、このN,E位
置と、GPS(Global Positioning
System)33から出力されるN,E位置とが比
較手段34に入力される。比較手段34はこれら加速度
から求めたN,E位置と、GPS33のN,E位置との
差分を計算する。
するため、加速度から求めたN,E位置の誤差は段々増
加していくのに対し、GPS33の誤差は無視すること
ができ、つまりGPS33によるN,E位置には時間と
ともに誤差が増加しないため、この差分は加速度から求
めたN,E位置の誤差を示すものとなる。この誤差の主
原因は3軸ジャイロ25の誤差による座標変換マトリク
スの誤差にあり、従ってこの計算した差分(誤差分)を
座標変換マトリクス更新値計算手段28に帰還し、N,
E位置の誤差分が零となるように、座標変換マトリクス
を修正する。これにより、座標変換マトリクスの誤差が
抑えられる。
計算手段35より出力される。座標変換手段27におけ
る座標変換マトリクスはX,Y,Z座標とN,E,D座
標との関係を示しているから、この関係からピッチ角
θ、ロール角φが求められる。図4は姿勢上下動センサ
21において、GPS33の代わりに速度センサ36を
用いる例を示したものである。
Z座標をXH ,YH ,D座標に変換する。3軸加速度計
26から出力されたX,Y,Z加速度はこの座標変換手
段27により、XH ,YH ,D加速度に変換される。な
お、ここではXH を水平面上の車両前方、YH を水平面
上の車両右方、Dを地球中心方向とする。座標変換マト
リクス更新値計算手段28は3軸ジャイロ25のX,
Y,Z角速度データを使用して、座標変換マトリクスの
変化分を計算し、計算された変化分は座標変換手段27
に入力され、刻々とマトリクス値が更新される。
H ,D加速度は積分手段29に入力され、積分手段29
はXH ,YH ,D加速度を積分してXH ,YH ,D速度
を出力する。このXH ,YH ,D速度のうち、D速度は
積分手段31に入力され、積分手段31はD速度を積分
して鉛直方向の変位Hを計算する。XH 速度と、速度セ
ンサ36から出力される速度とは比較手段34に入力さ
れ、比較手段34は加速度から求めたXH 速度と、速度
センサ36の速度との差分を計算する。積分手段29は
誤差も積分するため、加速度から求めたXH 速度の誤差
は段々増加していくのに対し、速度センサ36の誤差は
無視することができ、つまり速度センサ36による速度
には時間とともに誤差が増加しないため、この差分は加
速度から求めたXH 速度の誤差を示すものとなる。
ジャイロ25の誤差による座標変換マトリクスの誤差に
あり、従ってこの計算した差分(XH 誤差分)を座標変
換マトリクス更新値計算手段28に帰還し、XH 速度の
誤差分が零となるように、座標変換マトリクスを修正す
る。一方、車両であるからYH 速度はそのまま誤差であ
り、このYH 誤差分も同様に座標変換マトリクス更新値
計算手段28に帰還される。これにより、座標変換マト
リクスの誤差が抑えられる。
計算手段35より出力される。座標変換手段27におけ
る座標変換マトリクスはX,Y,Z座標とXH ,YH ,
D座標との関係を示しているから、この関係からピッチ
角θ、ロール角φが求められる。速度センサ36は例え
ば車両の車輪回転数から速度を求めるものとされる。な
お、速度センサ36として光学式速度計を用いてもよ
く、またGPSを用い、このGPSから速度を得るよう
にしてもよい。
トリクスが得られ、即ち鉛直方向の加速度(D加速度)
を正確に測定することができるため、正確な鉛直方向の
変位Hを得ることができ、かつ正確なピッチ角θ、ロー
ル角φを得ることができる。なお、積分による誤差発散
を極力避けるため、図3及び4中に破線で示したよう
に、HPF(ハイパスフィルタ)30を積分手段31の
前段に設けて直流分をカットするようにしてもよい。こ
の場合、さらに正確な鉛直方向の変位Hを得ることがで
きる。
いて説明する。今、走行する車両11が図5,6に示す
ような路面37上にあるとする。この路面37は登り勾
配を持ち、また左右わだち部37a,37bには車線中
央部37cに対して不均一な段差がある。従って、車両
11にはピッチ角θ、ロール角φの傾斜が生じている。
なお、図6は図5におけるGG断面を示しており、車両
11のバンパー24のみを模式的に示している。
22(図5,6においては、点で示す)間の距離をそれ
ぞれtとする。一方、姿勢上下動センサ21(同様に、
点で示す)は中央の距離センサ22と同じく車両の幅方
向中央にあるとし、かつ距離センサ22と車両の前後方
向に距離m、高さ方向に距離nずれた位置にあるとす
る。
直方向の変位Hは、図5中に示したように、基準面38
を基準とする姿勢上下動センサ21の高さとして表わさ
れる。なお、基準面38は例えば道路の測定起点におけ
る水準面とされる。道路の車線中央部、左わだち部、右
わだち部の各縦断プロファイルPC,PL,PRは共
に、この基準面38からの各路面の高さを表わすもので
あり、図5中にはこの図の状態で測定される車線中央部
の縦断プロファイルPCが示されている。
勢上下動センサ21から各距離センサ22の距離測定路
面までの鉛直距離を、それぞれHから減算することによ
って求められる。車線中央部、左わだち部、右わだち部
におけるこの鉛直距離をそれぞれFC,FL,FRとす
れば、これらは下記のように表わされる。 FC=(C+n−m・tanθ)cosθcosφ FL=(L+n−m・tanθ−t・tanφ)cos
θcosφ FR=(R+n−m・tanθ+t・tanφ)cos
θcosφ 従って、各縦断プロファイルPC,PL,PRは下式に
より求めることができる。
変動プロファイルDL,DRは、 DL=PC−PL =(L−C−t・tanφ)cosθcosφ DR=PC−PR =(R−C+t・tanφ)cosθcosφ で表わされる。
を車両11が走行してゆく状態を示したものであり、図
中、破線は姿勢上下動センサ21によって測定される鉛
直方向の変位Hの軌跡を示している。なお、H0 ,
H1 ,H2 ,…Hi は順次測定されるデータを模式的に
示したものである。このように、図1に示した道路縦断
プロファイル測定装置を車両に搭載し、車両を走行させ
ながら順次測定を行うことにより、正確な道路縦断プロ
ファイルを得ることができる。なお、図1には示してい
ないが、演算装置23によって求められた縦断プロファ
イルPC,PL,PRは例えば記録装置によって記録さ
れる。
明したが、この発明の基本は道路に縦断起伏があり、車
両がその路面に沿い、前後方向(走行方向)に傾斜して
走行する場合においても、鉛直方向の加速度を測定する
ことによって、車両の鉛直方向の変位Hを求めることが
できるようにし、その道路の縦断プロファイルを正確に
測定できるようにしたことにある。
センサ22と同様に、バンパー24上にあるとすれば、
m=0,n=0より、上記〜式は、 PC=H−C・cosθcosφ …′ PL=H−(L−t・tanφ)cosθcosφ …′ PR=H−(R+t・tanφ)cosθcosφ …′ となり、これらは姿勢上下動センサ21から路面までの
鉛直距離と、車両の鉛直方向の変位Hとの差より縦断プ
ロファイルPC,PL,PRを求めるものとなる。
さく、cosθ≒1、cosφ≒1、tanφ≒0とす
れば、これら′〜′式は、 PC≒H−C …″ PL≒H−L …″ PR≒H−R …″ と表わされ、即ち鉛直方向の変位Hと、距離C,L,R
との差より縦断プロファイルPC,PL,PRを求める
ものとなる。
路面に対して車体が上下動するような路面の凹凸の測定
に加え、車体が路面に沿い、傾斜して走行するような路
面の縦断起伏をも正確に測定することができ、よって正
確な道路縦断プロファイルを得ることができる。
数設けることにより、例えば道路の車線中央部、左右わ
だち部の、同一基準面に対する各縦断プロファイルを同
時に測定することができ、この測定より例えばわだち掘
れ等の道路横断方向のプロファイルをも正確に測定する
ことが可能となる。
載した車両の側面図、Bはその正面図。
ロック図。
めの図。
直方向の変位の軌跡を示す図。
を説明するための図。
Claims (9)
- 【請求項1】 車両に搭載されて、その車両が走行する
道路の所定の水準面に対する縦断プロファイルを測定す
る装置であって、 路面までの距離を測定する測距手段と、 鉛直方向の加速度を測定する鉛直加速度測定手段と、 その鉛直加速度測定手段で測定された加速度を積分して
鉛直方向の変位を求める積分手段と、 その積分手段で求めた変位と、上記測距手段で測定され
た距離との差を用いて上記縦断プロファイルを求める手
段と、 を具備することを特徴とする道路縦断プロファイル測定
装置。 - 【請求項2】 車両に搭載されて、その車両が走行する
道路の所定の水準面に対する縦断プロファイルを測定す
る装置であって、 路面までの距離を測定する測距手段と、 鉛直方向の加速度を測定する鉛直加速度測定手段と、 その鉛直加速度測定手段で測定された加速度を積分して
鉛直方向の変位を求める積分手段と、 上記車両の姿勢角を測定する姿勢測定手段と、 その姿勢測定手段で測定された姿勢角と上記測距手段で
測定された距離とから上記路面までの鉛直距離を算出
し、その算出した鉛直距離と上記積分手段で求めた変位
との差を用いて上記縦断プロファイルを求める手段と、 を具備することを特徴とする道路縦断プロファイル測定
装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の道路縦断プロファイル測
定装置において、 上記測距手段が上記車両の幅方向に配列されて複数設け
られていることを特徴とする道路縦断プロファイル測定
装置。 - 【請求項4】 請求項2乃至3記載の何れかの道路縦断
プロファイル測定装置において、 上記姿勢測定手段が3軸ジャイロを用いるものであるこ
とを特徴とする道路縦断プロファイル測定装置。 - 【請求項5】 請求項2乃至3記載の何れかの道路縦断
プロファイル測定装置において、 上記姿勢測定手段は3軸ジャイロと3軸加速度計とGP
Sとを用いるものであり、上記3軸加速度計で測定され
た加速度を上記3軸ジャイロで測定された角速度を用い
て慣性座標系における加速度に座標変換し、その座標変
換された加速度から求めた慣性位置と上記GPSより得
られる慣性位置との差分により、上記3軸ジャイロの誤
差を補正して姿勢角を求める構成とされていることを特
徴とする道路縦断プロファイル測定装置。 - 【請求項6】 請求項2乃至3記載の何れかの道路縦断
プロファイル測定装置において、 上記姿勢測定手段は3軸ジャイロと3軸加速度計と速度
センサとを用いるものであり、上記3軸加速度計で測定
された加速度を上記3軸ジャイロで測定された角速度を
用いて慣性座標系における加速度に座標変換し、その座
標変換された加速度から求めた慣性速度と上記速度セン
サより得られる速度との差分により、上記3軸ジャイロ
の誤差を補正して姿勢角を求める構成とされていること
を特徴とする道路縦断プロファイル測定装置。 - 【請求項7】 請求項6記載の道路縦断プロファイル測
定装置において、 上記速度センサは上記車両の車輪回転数から速度を求め
る構成とされていることを特徴とする道路縦断プロファ
イル測定装置。 - 【請求項8】 請求項6記載の道路縦断プロファイル測
定装置において、 上記速度センサはGPSを用いて構成されていることを
特徴とする道路縦断プロファイル測定装置。 - 【請求項9】 請求項1乃至8記載の何れかの道路縦断
プロファイル測定装置において、 上記鉛直加速度測定手段は3軸加速度計と3軸ジャイロ
と座標変換手段とを用いて構成されていることを特徴と
する道路縦断プロファイル測定装置。
Priority Applications (3)
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JP08325683A Expired - Lifetime JP3074464B2 (ja) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | 道路縦断プロファイル測定装置 |
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