JP4788612B2 - 雪上硬度測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、積雪路面など雪面上での硬度を測定する方法と装置に関し、さらに詳しくは、広い雪面上での硬度を効率よく測定することができる雪上硬度測定方法及び装置に関する。

例えば、スノータイヤの性能は雪上硬度の影響を受けるため、性能の試験を行う際に、積雪路面の雪上硬度を測定するようにしている。従来、このような雪面上での硬度を測定する装置として、矢尻状に拡開した硬度測定用部材を用いた装置（ペネトロメーター）が知られている（例えば、特許文献１参照）。測定者が矢尻状に拡開した硬度測定用部材を上方から雪面上に突き差し、その硬度測定用部材が雪面に沈下した沈下量を測定して雪上の硬さを求めるものである。

上述した装置による測定は、測定者が手作業で行うため、測定領域が広い範囲に及ぶ場合には時間がかかり、測定作業効率が悪いという問題があった。
米国特許第５，８３１，１６１号明細書

本発明の目的は、広範囲に及ぶ雪面上での硬度を効率よく測定することが可能な雪上硬度測定方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の雪上硬度測定方法は、被牽引物を牽引しながら走行する牽引車両を用いて雪上硬度を測定する方法であって、雪面上をスリップさせながら前記牽引車両を走行させた時に前記被牽引物を牽引する牽引力を検出し、該検出された牽引力から前記雪面の雪上硬度を求めることを特徴とする。

本発明の他の雪上硬度測定方法は、車両を用いて雪上硬度を測定する方法であって、雪面上をスリップさせながら前記車両を走行させた時の駆動力を検出し、該検出された駆動力から前記雪面の雪上硬度を求めることを特徴とする。

本発明の雪上硬度測定装置は、被牽引物を牽引しながら雪面上を走行可能な牽引車両と、該被牽引物を牽引する牽引力を検出する牽引力検出手段と、牽引力と雪上硬度との相関データに基づいて前記牽引力検出手段により検出された牽引力から前記雪面の雪上硬度を算出するプロセッサ手段とを具備することを特徴とする。

本発明の他の雪上硬度測定装置は、雪面上を走行可能な車両と、該車両の駆動力を検出する駆動力検出手段と、駆動力と雪上硬度との相関データに基づいて前記駆動力検出手段により検出された駆動力から前記雪面の雪上硬度を算出するプロセッサ手段とを具備することを特徴とする。

上述した本発明によれば、人手によらず、被牽引物を牽引しながら走行する牽引車両や自走する車両を用いて雪上硬度を測定することが可能になるので、広い雪面上における雪上硬度を効率よく測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１，２は、本発明の雪上硬度測定装置の一実施形態を示し、この雪上硬度測定装置は、被牽引車両１を牽引しながら雪面（積雪路面）２上を走行可能な牽引車両３と、被牽引車両１を牽引する牽引力を検出する牽引力検出手段４と、牽引力と雪上硬度との相関データに基づいて牽引力検出手段４により検出した牽引力から雪面２の雪上硬度を算出するプロセッサ手段５を備えている。

被牽引車両１はロープ６により牽引車両３に連結されている。ロープ６にはロープ６に加わる牽引力を測定するための、例えばロードセルからなる牽引力検出手段４が取り付けられ、牽引車両３が被牽引車両１を牽引した際の牽引力を牽引力検出手段４により検出できるようになっている。牽引車両３と被牽引車両１の連結は、上記したロープ６に限定されず、被牽引車両１を牽引可能であれば、いずれの連結手段を使用してもよく、例えば牽引棒などを用いてもよい。

牽引車両３は、後輪３ａが駆動輪、前輪３ｂが従動輪である後輪駆動車から構成されているが、逆の構成である前輪駆動車を用いることもできる。この牽引車両３にプロセッサ手段５が搭載され、このプロセッサ手段５に牽引力検出手段４が接続されている。牽引力検出手段４で検出した牽引力のデータがプロセッサ手段５に入力される。

牽引車両３には、更に後輪（駆動輪）３ａの回転量を検出するための第１検出手段７と前輪（従動輪）３ｂの回転量を検出するための第２検出手段８が設置されている。第１検出手段７としては、例えば、後輪３ａを駆動する車軸の回転量を検出するように設置したロータリーエンコーダを好ましく使用することができる。第２検出手段８としては、牽引車両３の速度を表示するために既に前輪３ｂの車軸の回転量を検出するように設置されているロータリーエンコーダを兼用することができる。当然のことながら、第１検出手段７と同様に、専用のロータリーエンコーダを設置するようにしてもよい。各検出手段７，８はプロセッサ手段５に接続され、検出された回転量のデータがプロセッサ手段５に入力される。

プロセッサ手段５は、第１検出手段７により検出された回転量Ｒ１（回転／分）と第２検出手段８により検出された回転量Ｒ２（回転／分）を用いて、スリップ率Ｓｄ（％）をＳｄ＝１００（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１の式により算出可能になっている。後輪３ａと前輪３ｂには同じサイズのタイヤが装着されているため、回転量を用いてスリップ率Ｓｄを求めるようにしているが、外周長が異なるサイズのタイヤが前輪と後輪に装着されている場合には、タイヤ外周長のデータを用いて回転量Ｒ１，Ｒ２から更に回転速度Ｖ１，Ｖ２（ｋｍ／ｈ）を算出し、これを用いてスリップ率Ｓｄ（＝１００（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ１）を求めるようになっている。

また、プロセッサ手段５は、スリップ率Ｓｄが５％に満たない時に検出された牽引力、及び８０％を超えた時に検出された牽引力を除き、５〜８０％までの検出された牽引力のデータのみを採用し、その平均値を算出可能にしてある。この算出されたスリップ率及び牽引力の平均値は、牽引車両３に搭載した表示手段９に表示される。

また、プロセッサ手段５には牽引力と雪上硬度との相関データが入力されており、算出された牽引力の平均値から、それに対応する雪上硬度が相関データを用いて算出されるようになっている。算出された雪上硬度の値が表示手段９に表示され、更にプロセッサ手段５に接続された記憶手段１０に記憶される。

以下、被牽引車両１を牽引しながら走行する牽引車両３を用いて雪上硬度を測定する本発明の方法を上述した雪上硬度測定装置を用いて説明する。

被牽引車両１を連結した牽引車両３のエンジンを始動させる。アクセルを全開にして牽引車両３を発進させ、後輪３ａのスリップ率が８０％以上となるまで雪面２上を牽引車両３をスリップ走行させる。その際に、牽引車両３の走行速度を一定の範囲に維持するため、被牽引車両１は適宜ブレーキを付与して牽引走行させる。牽引車両３の走行速度としては、５ｋｍ／ｈ±２ｋｍ／ｈを一例として挙げることができる。このように一定の速度範囲とすることにより、同じ走行条件下での測定ができるので、雪上硬度の測定精度を高めることができる。

他方、牽引車両３のスリップ走行中、牽引力検出手段４により検出された牽引力のデータがプロセッサ手段５に逐次入力される。プロセッサ手段５では、スリップ率が５〜８０％までの牽引力の平均値を算出し、その平均値から対応する相関データ（相関式）を用いて雪面２の雪上硬度を算出する。得られた雪上硬度の値が表示手段９に表示される一方、記憶手段１０に記憶される。

スリップ率が８０％以上に達し、雪上硬度の算出が終了すると、再びアクセルを全開にして牽引車両３を発進させ、後輪３ａのスリップ率が８０％以上となるまで雪面２上を牽引車両３をスリップ走行させる上記工程を、測定領域における測定が終了するまで繰り返し行う。

本発明者の研究によれば、牽引車両３による牽引力とペネトロメータで測定した積雪路面の雪上硬度には相関関係があることが判明した。図３に、後輪に加わる荷重を４０５ｋｇｆ（略４０Ｎ）にし、速度を５ｋｍ／ｈ±２ｋｍ／ｈで、雪上硬度の異なる積雪路面上をスリップ走行させた時の相関関係を表すグラフ図を示す。横軸がスリップ率５〜８０％までの牽引力の平均値、縦軸がペネトロメータの雪上硬度である。牽引力の平均値をｘ、雪上硬度をｙとすると、ｙ＝０．２２ｘ＋３２．３２の式で両者の相関を示すことができ、相関係数Ｒは０．９６で高い相関がある。

スリップ率が５％より低い領域では、スリップ率の変動に伴い牽引力が大きく変動し、相関を得ることができない。スリップ率の上限は、８０％を超える範囲でもよいが、実際上、スリップ率が８０％を超える状態で牽引車両３を走行させるのが難しいので、８０％としたのである。

上述した本発明によれば、人手によらず、牽引車両３を走行させて雪面２の雪上硬度を測定することが可能になるので、広範囲に及ぶ雪面２上の硬度を測定する作業効率を大幅に高めることができる。

上記実施形態において、牽引力を検出するために牽引車両３が牽引する物は、上記した被牽引車両１に限定されない。牽引車両３がスリップ率を上記のように変化させて牽引走行可能、即ち牽引力検出手段４により牽引力を検出することができれば、いずれの被牽引物を使用してもよい。好ましくは、上記したように被牽引車両１を使用するのが、牽引車両３の走行速度を一定の範囲に維持できるので好ましい。

図４，５は、本発明の雪上硬度測定装置の他の実施形態を示し、この雪上硬度測定装置は、雪面（積雪路面）２１上を走行可能な車両２２と、車両２２の駆動力を検出する駆動力検出手段２３と、駆動力と雪上硬度との相関データに基づいて駆動力検出手段２３により検出した駆動力から雪面２１の雪上硬度を算出するプロセッサ手段２４を備えている。

車両２２は後輪２２ａを駆動輪、前輪２２ｂを従動輪にした後輪駆動車が使用され、ブレーキが前輪２２ｂのみに付与される構造になっている。この車両２２にプロセッサ手段２４が搭載され、プロセッサ手段２４に駆動力検出手段２３が接続されている。

駆動力検出手段２３は、後輪２２ａを駆動する車軸のトルクを検出するトルクメータなどから構成され、駆動力検出手段２３で検出した駆動力のデータがプロセッサ手段２４に入力される。

車両２２には、上述した牽引車両３と同様に、後輪２２ａの回転量を検出するための第１検出手段２５と前輪２２ｂの回転量を検出するための第２検出手段２６が設置されている。第１検出手段２５としては、後輪２２の車軸の回転量を検出するように設置したロータリーエンコーダを好ましく使用することができ、第２検出手段２６としては、車両２２の速度を表示するために既に前輪２２ｂの車軸の回転量を検出するように設置されているロータリーエンコーダを兼用することができる。当然のことながら、第１検出手段２５と同様に、専用のロータリーエンコーダを設置するようにしてもよい。各検出手段２５，２６はプロセッサ手段２４に接続され、検出された回転量のデータがプロセッサ手段２４に入力される。

プロセッサ手段２４は、牽引力に代えて駆動力を使用する以外は、上述したプロセッサ手段５と同様である。即ち、第１検出手段２５により検出された回転量Ｒ１（回転／分）と第２検出手段２６により検出された回転量Ｒ２（回転／分）を用いて、スリップ率Ｓｄ（％）をＳｄ＝１００（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１の式により算出可能になっている。後輪２２ａと前輪２２ｂには同じサイズのタイヤが装着されているため、回転量を用いてスリップ率Ｓｄを求めるようにしているが、外周長が異なるサイズのタイヤが装着されている場合には、タイヤ外周長のデータを用いて回転量Ｒ１，Ｒ２から更に回転速度Ｖ１，Ｖ２（ｋｍ／ｈ）を算出し、これを用いてスリップ率Ｓｄ（＝１００（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ１）を求めるようになっている。

プロセッサ手段２４は、スリップ率Ｓｄが５％に満たない時に検出された駆動力、及び８０％を超えた時に検出された駆動力を除き、５〜８０％までの検出された駆動力のデータのみを採用して、その平均値を算出可能にしてある。この算出されたスリップ率及び駆動力の値は、車両２２に搭載した表示手段２７に表示される。

プロセッサ手段２４には駆動力と雪上硬度との相関データが入力されており、算出された駆動力の平均値から、それに対応する雪上硬度が相関データを用いて算出されるようになっている。算出された雪上硬度の値が表示手段２７に表示され、更にプロセッサ手段２４に接続された記憶手段２８に記憶される。図４中２９は、車両２２にスリップを付与するために荷台２２Ｘに載置した重量体である。

以下、車両２２を用いて雪上硬度を測定する本発明の方法を上述した図４，５の雪上硬度測定装置を用いて説明する。

車両２２のエンジンを始動させた後、アクセルを全開にして車両２２を発進させ、後輪２２ａのスリップ率が８０％以上となるまで雪面２１上を車両２２をスリップ走行させる。その際に、車両２２の走行速度を一定の範囲に維持するため、ブレーキを前輪２２ｂに付与しながら車両２２を走行させる。車両２２の走行速度としては、上記と同様に５ｋｍ／ｈ±２ｋｍ／ｈを一例として挙げることができる。このように一定の速度範囲とすることにより、同じ走行条件での測定ができるので、雪上硬度の測定精度を高めることができる。

他方、車両２２のスリップ走行中、駆動力検出手段２３により検出された駆動力のデータがプロセッサ手段２４に逐次入力される。プロセッサ手段２４では、スリップ率が５〜８０％までの駆動力の平均値を算出し、その平均値から対応する相関データ（相関式）を用いて雪面２１の雪上硬度を算出する。得られた雪上硬度の値が表示手段２７に表示される一方、記憶手段２８に記憶される。

スリップ率が８０％以上に達し、雪上硬度の算出が終了すると、再びアクセルを全開にして車両２２を発進させ、後輪２２ａのスリップ率が８０％以上となるまで雪面２１上を車両２２をスリップ走行させる上記工程を、測定領域における測定が終了するまで繰り返し行う。

本発明者の研究によれば、車両２２の駆動力とペネトロメータで測定した積雪路面の雪上硬度にも相関関係があることが判明した。図６に、後輪に加わる荷重を４０５ｋｇｆ（略４０Ｎ）にし、速度を５ｋｍ／ｈ±２ｋｍ／ｈで、雪上硬度の異なる積雪路面上をスリップ走行させた時の相関関係を表すグラフ図を示す。横軸がスリップ率５〜８０％までの駆動力の平均値、縦軸がペネトロメータの雪上硬度である。

スリップ率の範囲を５〜８０％にしたのは、上記と同じ理由であり、スリップ率が５％より低い領域では、スリップ率の変動に伴い駆動力が大きく変動し、相関を得ることができないためであり、スリップ率が８０％を超える範囲では実際上車両２２を走行させるのが難しいからである。

上述した図４，５の実施形態に示す本発明も、人手によらず、車両２２を走行させて雪上硬度を測定することが可能になるので、広範囲に及ぶ雪面２１上の硬度を効率よく測定することができる。

本発明の雪上硬度測定装置の一実施形態を示す側面図である。 図１の雪上硬度測定装置のブロック図である。 牽引力と雪上硬度との相関を示すグラフ図である。 本発明の雪上硬度測定装置の他の実施形態を示す側面図である。 図４の雪上硬度測定装置のブロック図である。 駆動力と雪上硬度との相関を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 被牽引車両（被牽引物）
２ 雪面
３ 牽引車両
３ａ 後輪（駆動輪）
３ｂ 前輪（従動輪）
４ 牽引力検出手段
５ プロセッサ手段
７ 第１検出手段
８ 第２検出手段
２１ 雪面
２２ 車両
２２ａ 後輪（駆動輪）
２２ｂ 前輪（従動輪）
２３ 駆動力検出手段
２４ プロセッサ手段
２５ 第１検出手段
２６ 第２検出手段

Claims (12)

1. 被牽引物を牽引しながら走行する牽引車両を用いて雪上硬度を測定する方法であって、雪面上をスリップさせながら前記牽引車両を走行させた時に前記被牽引物を牽引する牽引力を検出し、該検出された牽引力から前記雪面の雪上硬度を求める雪上硬度測定方法。
2. 駆動輪のスリップ率が８０％以上になるまで前記牽引車両をスリップ走行させた時の牽引力を検出し、該検出されたスリップ率５〜８０％までの牽引力の平均値から前記雪面の雪上硬度を求める請求項１に記載の雪上硬度測定方法。
3. 前記被牽引物が被牽引車両である請求項１または２に記載の雪上硬度測定方法。
4. 前記牽引車両が一定の速度範囲でスリップ走行する請求項１，２または３に記載の雪上硬度測定方法。
5. 車両を用いて雪上硬度を測定する方法であって、雪面上をスリップさせながら前記車両を走行させた時の駆動力を検出し、該検出された駆動力から前記雪面の雪上硬度を求める雪上硬度測定方法。
6. 駆動輪のスリップ率が８０％以上になるまで前記車両をスリップ走行させた時の駆動力を検出し、該検出されたスリップ率５〜８０％までの駆動力の平均値から前記雪面の雪上硬度を求める請求項５に記載の雪上硬度測定方法。
7. 前記車両が一定の速度範囲でスリップ走行する請求項５または６に記載の雪上硬度測定方法。
8. 被牽引物を牽引しながら雪面上を走行可能な牽引車両と、該被牽引物を牽引する牽引力を検出する牽引力検出手段と、牽引力と雪上硬度との相関データに基づいて前記牽引力検出手段により検出された牽引力から前記雪面の雪上硬度を算出するプロセッサ手段とを具備する雪上硬度測定装置。
9. 前記牽引車両の駆動輪の回転量を検出するための第１検出手段と、前記牽引車両の従動輪の回転量を検出するための第２検出手段とを有し、前記プロセッサ手段は第１検出手段により検出された回転量と第２検出手段により検出された回転量を用いてスリップ率を算出でき、かつ検出されたスリップ率５〜８０％までの牽引力の平均値から前記雪面の雪上硬度を算出する請求項８に記載の雪上硬度測定装置。
10. 前記被牽引物が被牽引車両である請求項８または９に記載の雪上硬度測定装置。
11. 雪面上を走行可能な車両と、該車両の駆動力を検出する駆動力検出手段と、駆動力と雪上硬度との相関データに基づいて前記駆動力検出手段により検出された駆動力から前記雪面の雪上硬度を算出するプロセッサ手段とを具備する雪上硬度測定装置。
12. 前記車両の駆動輪の回転量を検出するための第１検出手段と、前記車両の従動輪の回転量を検出するための第２検出手段とを有し、前記プロセッサ手段は第１検出手段により検出された回転量と第２検出手段により検出された回転量を用いてスリップ率を算出でき、かつ検出されたスリップ率５〜８０％までの駆動力の平均値から前記雪面の雪上硬度を算出する請求項１１に記載の雪上硬度測定装置。

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