JP3357893B2 - 路面摩擦測定方法及びその装置 - Google Patents

路面摩擦測定方法及びその装置

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    • B60T8/00Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/172Determining control parameters used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02Measuring coefficient of friction between materials

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車両が
走行する一般道路の路面や空港の滑走路の路面を管理す
るために用いられる路面摩擦測定及びその装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、道路や空港の滑走路の管理のため
の路面摩擦係数の測定は、一般に測定装置を備えた計測
車を走行させて行っている。例えば、図4及び図5に示
す計測車31は、前輪駆動の自動車を改造して後部のト
ランクルーム32内に路面Gの摩擦係数を測定するため
の計測輪33を装備したものである。計測輪33は、そ
の外周に路面Gを走行する自動車や航空機のタイヤに近
似させた特性を有するタイヤで構成され、後側の走行車
輪34の車軸35に支持アーム36を介して取り付けら
れている。
【0003】支持アーム36は車軸35に前端部が回動
自在に連結され、計測輪33を支持している後端部側が
上下方向に揺動自在になっており、計測輪33は計測時
その自重と支持アーム36の重量によって路面Gに接地
された状態になっている。そして、計測輪33には支持
アーム36内に設けられている図示しない回転伝達機構
を介して後側の走行車輪34の回転が伝達され、その
際、計測輪33の周速と走行車輪34の周速を異ならせ
て、走行車輪34が路面Gに対してスリップしない状態
で回転するときに、計測輪33は路面Gに対して所定の
スリップ率で滑りながら回転するように構成されてい
る。
【0004】計測輪33が路面Gをスリップしながら走
行する時に、路面Gとの摩擦により計測輪33が受ける
回転抵抗は、前記回転伝達機構中に設けたトルク検出手
段で検出されるようになっており、前記トルク検出手段
によって検出された検出値と、支持アーム36や計測輪
33の自重によって計測輪33が路面から受ける垂直抗
力の値から演算装置37が路面Gの計測輪33に対する
滑り摩擦係数を連続的に算出し、その算出結果を計測車
31内に搭載したディスプレイに表示したり、プリンタ
に印字出力するようにしている。また、前記測定機構を
牽引車に装備した測定方法も従来実施されている。
【0005】また、従来行われている路面の摩擦係数を
測定する別の方法としては、走行方向に対して互いに反
対方向側へ斜めに向いた一対の車輪を有する牽引式の計
測車を自動車後部に連結して路面を牽引走行させる方法
が知られている。牽引式の計測車は、これらの互いに傾
いた車輪が接近離間可能に連結された一対のフレームに
それぞれ回転自在に取り付けられており、これらのフレ
ーム間にロードセルが配置され、前記ロードセルによっ
て牽引計測車が路面を走行する際に路面から傾いたそれ
ぞれの車輪の横方向に作用する摩擦力を検出し、その検
出値と、牽引計測車の自重によって路面から各車輪に作
用する垂直抗力の値に基づいて摩擦係数を算出するよう
にしている。
【0006】また、路面摩擦係数を測定するさらに別の
方法としては、自動車に加速度計を搭載して測定する路
面を走行させ、ブレーキをかけたときの減速度(負の加
速度)から摩擦係数を測定する方法が知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述した、図3及び図
4に示す計測車を用いて路面の摩擦係数を測定するもの
は、計測車がトランクルーム内部に計測輪を設けている
特殊な構造であるため、車体を改造するコストが高くな
る問題があった。また、牽引式の計測車を自動車で牽引
走行して路面の摩擦係数を測定するものは、これらの車
輪に路面からの垂直抗力を得るために計測車の重量をあ
る程度重くする必要があり、計測車が大型化し、牽引車
の影響が大きくなる問題があった。さらに、走行方向に
対して斜めに配置された一対の車輪を有する牽引車では
雪氷路面においては、計測車の走行方向に対して傾斜し
た車輪に路面から作用する摩擦力とともに、雪氷を掻い
て進むために生じる抵抗力が加わってしまうため、雪氷
路面の測定に適さない問題があった。
【0008】さらに、自動車に加速度計を搭載して路面
の摩擦係数の測定を行うものでは、ブレーキのかけ方に
よって測定値に差が生じる問題があり、また、自動車用
のタイヤと航空機用のタイヤとでは、その特性が極めて
異なっているため、滑走路の摩擦係数の測定には用いる
ことができず、ごく狭い範囲の測定しかできない等の問
題があった。
【0009】そこで、本発明は、前述したような従来技
術における問題を解決し、一般の自動車に簡単に取り付
けて使用することができるとともに、道路や滑走路等の
様々な路面の摩擦係数を高い精度で測定することができ
る路面摩擦測定方法及びその装置を提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の路面摩擦測定方法は、自動車の走行車輪の外側に、
該走行車輪の軸線回りに揺動可能に設けられた支持アー
ムを介して計測輪を設け、該計測輪を前記走行車輪と所
定の周速差を有するように回転駆動することにより、前
記計測輪に地面に対する摩擦力を発生させ、且つ該計測
輪に所定の垂直荷重を与えることにより、該計測輪の自
重に付加される垂直抗力を発生させ、前記摩擦力と前記
垂直抗力を測定することにより、これらの測定値から路
面摩擦係数を算出するようにしたことを特徴とするもの
である。
【0011】そして、上記路面摩擦測定方法を達成する
ための本発明の路面摩擦測定装置は、自動車の走行車輪
の外側に、その車軸に対して同軸線上に連結固定される
スピンドルと、一方の端部が前記スピンドルに対してそ
の軸線回りに回転自在に連結され、他方の端部が上下方
向に揺動自在に設けられた支持アームと、前記支持アー
ムのスピンドルから他方の端部側へ離間した位置にスピ
ンドルと平行な軸線回りに回転自在に支持された計測輪
と、前記走行車輪と計測輪との間で所定の周速差を与え
るようにスピンドルの回転を計測輪に伝達する回転伝達
機構と、前記計測輪の自重に付加される垂直抗力を発生
させる垂直抗力発生機構と、前記垂直抗力を検出する第
1検出手段と、前記計測輪が路面に対してスリップして
回転する際の摩擦力を検出する第2検出手段と、第1検
出手段と第2検出手段からそれぞれ得られる検出値とア
ームを含めた計測輪の自重に基づいて路面と計測輪に対
する滑り摩擦係数を算出する演算手段とを備えたことを
特徴とするものである。
【0012】前記スピンドルは、走行車輪のホイールに
着脱自在に取付けることができるようにすることによっ
て、通常の自動車に簡便に装置することができる。前記
回転伝達機構としては、歯車列伝動機構、チェーン伝動
機構、ベベルギア伝動機構、ベルト伝動機構等が採用で
きる。また、垂直抗力発生機構としては、例えば、スピ
ンドル側にブレーキディスクを固定し、支持アーム側に
キャリパを設けたデイスクブレーキ機構を採用し、支持
アームから走行車輪に制動力を与えて、その反力として
計測輪の自重に付加される垂直抗力を発生させるように
することができる。また、他の手段として、支持アーム
側に発電機を設けて、該発電機を前記スピンドルによっ
て回転させて発電による制動力を得るようにしてなる機
構等が好適に採用できる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の路面摩擦測
定装置を取り付けた自動車の側面図、図2はその正面
図、図3は要部の模式平面図であって、路面摩擦測定装
置1は、計測車2の片方の走行車輪3のホイールに着脱
自在に固定連結して用いられる。路面摩擦係数を測定す
るために用いる計測車2としては、乗用車等の一般車両
を用いることができる。
【0014】本実施形態の路面摩擦測定装置1は、駆動
輪である後方の走行車輪3の外側に、その車軸4(図
3)に対して同軸に取り付けられるスピンドル5を有し
ており、該スピンドル5は、前記走行車輪3の外側へ片
持ち状態で突出するように着脱自在に固定される。本実
施形態では、スピンドル5の一端に取付フランジ5’が
形成され、該取付フランジを走行車輪のホイール13に
複数本のボルト14によって着脱自在に固定されてい
て、スピンドル5が車軸4と一体に回転するようになっ
ているが、車軸4とスピンドル5との連結手段はそれに
限定されるものてはない。また、スピンドル5には、支
持アーム6の一方の端部がスピンドル5の軸線回りに回
転自在となるようにボールベアリング7を介して連結さ
れていて、支持アーム6の他方の端部側は計測車2の車
体前方に向けられて、スピンドル5を中心に垂直面内で
自由に揺動できるようになっている。
【0015】支持アーム6の他方の端部には、スピンド
ル5と軸線が平行になるようにして計測輪8が固定され
た計測輪軸9が回転自在に支持されている。前記計測輪
8は、その外周に路面Gを走行する車両のタイヤとほぼ
同様な特性を有するタイヤが装着されている。なお、計
測輪8は、測定する路面Gが滑走路である場合、この路
面Gを発着する航空機のタイヤの特性を有するタイヤを
装着したものが使用される。
【0016】計測輪8が固定されている計測輪軸9には
支持アーム6に組み込まれている回転伝達機構を介して
スピンドル5の回転が伝達されるように構成されてい
る。この実施形態では、前記回転伝達機構は、スピンド
ル5に固定された駆動側ベベルギア10と計測輪軸9に
固定された被駆動側ベベルギア11と、これらのベベル
ギア間に連結するドライブシャフト12に固定されたベ
ベルギア19、20によって構成されていて、計測車2
の走行によって走行車輪3が回転したときに、計測輪8
が走行車輪3よりも小さい周速で回転するようになって
いる。
【0017】また、支持アーム6とスピンドル5の間に
は、前記スピンドル5に支持アーム6側から所定の垂直
抗力を発生させる垂直抗力発生機構としてディスクブレ
ーキが設けられている。該ディスクブレーキは、スピン
ドル5に固定されているブレーキディスク15と支持ア
ーム側に支持されているキャリパー16とを有してお
り、キャリパー16と支持アーム6との間には、キャリ
パー16がブレーキディスク15を両側から挟み込んで
制動したときに受ける反力を検出する、本発明における
第1検出手段としてのロードセル21が設けられてい
る。
【0018】前記ディスクブレーキは、計測車2が路面
Gを走行する際に、スピンドル5を制動して回転抵抗を
与え、その反作用として支持アーム6に計測輪8を路面
Gに押し付けるモーメントを作用させる。したがって、
計測輪8は前記モーメントと支持アーム6及び計測輪8
の自重により路面Gに押し付けられ、その反力が路面か
ら計測輪8に垂直抗力として作用する。
【0019】一方、走行車輪3と計測輪8との周速の差
によって計測輪8は所定のすべり率で路面Gに対してス
リップし、その際、前記垂直抗力に応じて計測輪8が路
面Gから受ける摩擦力によって計測輪8に回転抵抗が加
わる。前記回転抵抗は、本実施例においては、ドライブ
シャフトにかかるトルクとして検出しており、具体的に
はシャフトに取り付けた、本発明における第2検出手段
としてのロードセル又は歪ゲージ22で検出するように
している。
【0020】前述した第1検出手段と第2検出手段の検
出出力は、図示していない信号ケーブルを介して計測車
2内のマイクロプロセッサに送られ、ここで演算処理さ
れて、路面Gの計測輪8に対する滑り摩擦係数が算出さ
れる。前記算出結果は、計測車2に搭載したディスプレ
イに表示させたり、前記マイクロプロセッサにプリンタ
を接続して印字出力させることができる。
【0021】なお、この実施形態では、前記マイクロプ
ロセッサが演算手段を構成しているが、該マイクロプロ
セッサは自動車に搭載したり、支持アーム内に内蔵する
ことができる。また、演算手段にノートパソコン等のパ
ーソナルコンピュータを利用し、第1検出手段及び第2
検出手段から出力される信号を、これらに適合したイン
ターフェースを介して入力するようにしてもよい。自動
車の車内に演算手段を搭載する場合、第1検出手段及び
第2検出と演算手段との間の信号の伝送は、信号ケーブ
ルやテレメータ等を用いて有線または無線により行うこ
とができる。
【0022】本実施形態の路面摩擦測定装置は、以上の
ように構成され、乗用車等の一般車両に特別な改造を施
すことなく、その車体に連結して道路や滑走路を走行し
て路面の摩擦係数を測定するようにしたものであり、路
面の摩擦係数の測定は、自動車の走行車輪の外側に該路
面摩擦測定装置を取り付けて自動車を走行させることに
より行う。
【0023】自動車の走行車輪3が、地面に対して滑る
ことなく回転するとこれと一体にスピンドル5が回転
し、その回転は回転伝達機構を介して計測輪8に伝達さ
れる。該計測輪8は、自動車の走行車輪3に対して予め
設定されている周速に差が生じるような回転速度で回転
する。従って、自動車の走行車輪と計測輪の間の周速差
によって一定のスリップ率が与えられ、走行中の計測輪
8には路面から摩擦力が作用し、これが計測輪8の回転
抵抗となる。この滑り率を与える力は、地面摩擦力に比
例する。
【0024】該滑り率を与える力は、第2検出手段によ
って検出される。本実施形態ではドライブシャフトに貼
った歪ゲージ22を第2検出手段として用い、該歪ゲー
ジにより伝動ロッドに作用する回転トルクを検出するこ
とにより、計測輪の回転抵抗が計測され、路面から計測
輪に作用する地面摩擦力が間接的に測定される。
【0025】また、路面の摩擦係数の測定中、支持アー
ム6側からスピンドル5に垂直抗力を発生させる垂直抗
力発生機構(本実施形態ではディスクブレーキ)によっ
てスピンドル5が制動され、この反作用によって走行方
向前方に向いて設けられている支持アーム6に計測輪8
を路面Gに押し付ける向きのモーメントが作用する。但
し、垂直抗力を発生させる垂直抗力発生機構によってス
ピンドルの制動力は、走行車輪3に大きなスリップを与
えることのない範囲内で行う必要がある。路面には、前
記モーメントによる荷重に加えて、支持アーム6と計測
輪8の自重による荷重が作用し、これらの荷重の反力が
路面の摩擦係数の測定に必要な垂直抗力として与えられ
る。支持アーム6に設けられたキャリパー16が受ける
反力を第1検出手段で検出することによって、計測輪8
に付加される垂直抗力が間接的に測定される。
【0026】前述した第1検出手段の検出値は、計測輪
が路面から受ける垂直抗力の大きさに関係し、また、第
2検出手段の検出値は計測輪に路面から作用する摩擦力
に関係しているので、これらの検出値を計測輪自重を加
味した演算手段に入力することによって、演算手段は、
第1検出手段の検出値に対して、支持アームや計測輪の
重量分を補正して計測輪が路面から受ける付加垂直抗力
を演算するとともに、第2検出手段の検出値からこれに
対応する路面から計測輪に作用する摩擦力を演算し、路
面の計測輪に対する滑り摩擦係数を算出する。
【0027】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでな
く、その技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能で
ある。例えば、前記回転伝達機構としては、前記実施形
態のベベルギア−ロッド機構に限らず、前述したように
チェーン伝動機構、歯車列による伝動機構、タイミング
ベルト等によるベルト伝動機構等を用いることができ
る。また、垂直抗力発生機構としては、支持アーム側か
ら走行車輪側に制動力を与えその反力で垂直抗力を発生
させる機構に限らず、支持アームに計測輪を走行面に押
しつける方向の回転モーメントを発生させる適宜の機
構、あるいは重錘によって直接垂直荷重を付与する機構
等が採用できる。また、支持アーム側から走行車輪側に
制動力を与えその反力で垂直抗力を発生させる機構とし
ては、前記ディスクブレーキ機構の外に、例えば、支持
アーム側に発電機を設けて、これをスピンドルによって
回転させて発電による制動力を得る構造の電気的なブレ
ーキ等を用いることができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の路面摩擦
測定方法及び装置によれば、路面摩擦係数を測定するた
めに高価な費用をかけて改造した特殊な専用車両を用い
る必要がなく、乗用車等の一般車両の走行車輪に連結し
て用いることができるため、路面摩擦係数の測定作業を
容易且つ低コストに実施することができる。
【0029】計測輪の自重に付加される所定の垂直抗力
を加えることができるので、計測輪のハネ上がりを少な
くするとともにそれによる計測輪の垂直抗力変化を検出
することが可能となり、路面摩擦測定装置の重量を軽減
でき小型化が可能であると共に精度を向上させることが
できる。
【0030】また、路面摩擦係数は、常に走行方向に向
いている計測車輪に路面から作用する垂直抗力と回転抵
抗に基づいて算出しているので、加速度計を用いて自動
車の減速度から路面摩擦係数を測定する場合のように、
測定を行う自動車自体の走行車輪の特性やブレーキ操作
に影響されるようなことがなく、また、雪氷路等におい
ても精度の高い測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の路面摩擦測定装置を取り付けた自動車
の概略構造を示す側面図である。
【図2】本発明の路面摩擦測定装置を取り付けた自動車
の概略構造を示す正面図である。
【図3】その要部の平面概略図である。
【図4】従来の路面摩擦測定装置を搭載した自動車の概
略構造を示す側面図である。
【図5】従来の路面摩擦測定装置を搭載した自動車の概
略構造を示す平面図である。
【符号の説明】
1 路面摩擦測定装置 2 計測車 3 走行車輪 4 車軸 5 スピンドル 6 支持アーム 8 計測輪 9 計測輪軸 10 駆動側ベベルギア 11 被駆動側
ベベルギア 12 ドライブシャフト 15 ブレーキ
ディスク 16 キャリパー 17 ロードセ
ル(第1検出手段) 18 歪ゲージ(第2検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−2946(JP,A) 特開 平4−102034(JP,A) 特開 昭51−146287(JP,A) 特開 平4−83147(JP,A) 特開 昭52−141681(JP,A) 特公 平7−6856(JP,B2) 特公 平3−63012(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 19/02 G01L 5/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自動車の走行車輪の外側に、該走行車輪
    の軸線回りに揺動可能に設けられた支持アームを介して
    計測輪を設け、該計測輪を前記走行車輪と所定の周速差
    を有するように回転駆動することにより、前記計測輪に
    地面に対する摩擦力を発生させ、且つ該計測輪に所定の
    垂直荷重を与えることにより、該計測輪の自重に付加さ
    れる垂直抗力を発生させ、前記摩擦力と前記垂直抗力を
    測定することにより、これらの測定値から路面摩擦係数
    を算出するようにしたことを特徴とする路面摩擦係数測
    定方法。
  2. 【請求項2】 自動車の走行車輪の外側に、その車軸に
    対して同軸線上に連結固定されるスピンドルと、 一方の端部が前記スピンドルに対してその軸線回りに回
    転自在に連結され、他方の端部が上下方向に揺動自在に
    設けられた支持アームと、 前記支持アームのスピンドルから他方の端部側へ離間し
    た位置にスピンドルと平行な軸線回りに回転自在に支持
    された計測輪と、 前記走行車輪と計測輪との間で所定の周速差を与えるよ
    うにスピンドルの回転を計測輪に伝達する回転伝達機構
    と、 前記計測輪の自重に付加される垂直抗力を発生させる垂
    直抗力発生機構と、 前記垂直抗力を検出する第1検出手段と、 前記計測輪が路面に対してスリップして回転する際の摩
    擦力を検出する第2検出手段と、 第1検出手段と第2検出手段からそれぞれ得られる検出
    値とアームを含めた計測輪の自重に基づいて路面と計測
    輪に対する滑り摩擦係数を算出する演算手段とを備えた
    ことを特徴とする路面摩擦測定装置。
  3. 【請求項3】 前記スピンドルは、走行車輪のホイール
    に着脱自在に取付けられている請求項2記載の路面摩擦
    測定装置。
  4. 【請求項4】 前記回転伝達機構が、歯車列伝動機構、
    チェーン伝動機構、ベベルギア伝動機構、ベルト伝動機
    構の何れかである請求項2又は3記載の路面摩擦測定装
    置。
  5. 【請求項5】 前記垂直抗力発生機構が、前記スピンド
    ル側にブレーキディスクを固定し、支持アーム側にキャ
    リパを設けたデイスクブレーキ機構からなリ、前記支持
    アームから前記走行車輪に制動力を与え、その反力とし
    て計測輪の自重に付加される垂直抗力を発生させること
    を特徴とする請求項2、3又は4記載の路面摩擦測定装
    置。
  6. 【請求項6】 前記垂直抗力発生機構が、前記支持アー
    ム側に発電機を設けて、該発電機を前記スピンドルによ
    って回転させて発電による制動力を得るようにしてなる
    請求項2、3又は4記載の路面摩擦測定装置。
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