JP7424731B2 - Deflection measurement method, deflection measurement system, and deflection measurement program - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 ・令和3年10月14日、第34回日本道路会議の論文・事例報告集(論文番号:3030) ・令和3年10月14日、第34回日本道路会議の論文・事例報告集(論文番号:3031) ・令和3年10月14日、第34回日本道路会議の論文・事例報告集(論文番号:3033) ・令和3年10月14日、第34回日本道路会議の論文・事例報告集(論文番号:3034)Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act ・October 14, 2021, collection of papers and case reports from the 34th Japan Road Conference (paper number: 3030) ・October 14, 2021, 34th Japan Road Conference Collection of papers and case reports from the Japan Road Conference (paper number: 3031) ・October 14, 2021, collection of papers and case reports from the 34th Japan Road Conference (paper number: 3033) ・October 2021 14th, collection of papers and case reports from the 34th Japan Road Conference (paper number: 3034)
本発明は、たわみ計測方法、たわみ計測システム、および、たわみ計測プログラムに関する。 The present invention relates to a deflection measurement method, a deflection measurement system, and a deflection measurement program.
舗装は、車両の走行等に伴う繰り返し荷重による路盤、路床の損傷、地震動のような偶発的な作用、または地下水の影響等により、路盤、路床、路体に空洞や不等沈下といった変状が生じる場合がある。そのため、わだち掘れやひび割れ等の破損だけでなく、舗装の支持力を計測することで、こうした変状を把握し、舗装の健全度を維持していく必要がある。このため、舗装の支持力を非破壊的に計測する舗装の健全度評価方法が従来から求められている。 Pavements are subject to changes such as cavities and uneven settlement in the roadbed, roadbed, and road body due to damage to the roadbed and roadbed due to repeated loads caused by vehicle running, accidental effects such as earthquake motion, and the influence of groundwater. Conditions may occur. Therefore, it is necessary to understand not only damage such as rutting and cracks, but also to measure the bearing capacity of the pavement to understand these deformations and maintain the health of the pavement. For this reason, there has been a need for a pavement health evaluation method that non-destructively measures the bearing capacity of pavement.
舗装の健全度評価に用いられる非破壊式計測機として、重錘落下式たわみ計測機であるFWD(Falling Weight Deflectometer:以下、単に「FWD」という。)が広く用いられている。しかしながら、FWDは静止状態で測定する必要があることから、交通規制が必要であるとともに、測定に時間を要する。そのため、広域に亘る舗装全体の健全度を評価するには、莫大な時間と費用を伴う。また、連続的な測定が困難であることから、局所的な変状を見落としてしまう恐れがある。 As a non-destructive measuring device used to evaluate the soundness of pavement, a falling weight deflectometer (FWD) is widely used. However, since FWD needs to be measured in a stationary state, traffic regulations are required and measurement takes time. Therefore, evaluating the overall soundness of pavement over a wide area involves a huge amount of time and cost. Furthermore, since continuous measurement is difficult, there is a risk that local deformations may be overlooked.
このような事情に鑑みて、特許文献1では、載荷用車両(以下、単に「車両」ということもある)を走行させながら舗装のたわみ速度を非破壊的に計測できる動的たわみ計測装置(MWD:Moving Wheel Deflectometer:以下、単に「MWD」という。)が提案されている。MWDは、連続的に車両走行面に発生するたわみを速度信号として測定可能であり、効率的に舗装の健全度を評価可能な一方で、走行させながら測定するため、測定値である速度信号に車両の動きに由来する速度が含まれてしまう。そのため、測定値から車両の動きに由来する速度を除去する必要がある。 In view of these circumstances, Patent Document 1 discloses a dynamic deflection measuring device (MWD) that can non-destructively measure the deflection speed of pavement while driving a loading vehicle (hereinafter also simply referred to as a "vehicle"). :Moving Wheel Deflectometer (hereinafter simply referred to as "MWD") has been proposed. MWD can measure the deflection that occurs continuously on the vehicle running surface as a speed signal, and can efficiently evaluate the soundness of the pavement. The speed derived from the movement of the vehicle is included. Therefore, it is necessary to remove the speed derived from the movement of the vehicle from the measured values.
上述した特許文献1に記載のたわみ計測方法では、測定値から車両の動きに由来する速度の除去を試みている。車両の動きに由来する速度には車両の上下動に由来する変動速度と車両の仰角変動に由来する変動速度等があるが、特許文献1では車両の仰角に由来する変動速度については明確に考慮されていない。また、特許文献1に記載のたわみ計測方法では解析手法にウェーブレット解析を用いているため、測定値からたわみ速度の一部が除去される可能性がある。このため、舗装の最大たわみ量をより正確に算出するための方法が求められていた。 The deflection measuring method described in Patent Document 1 mentioned above attempts to remove the speed derived from the movement of the vehicle from the measured value. Speeds derived from vehicle movement include variable speeds resulting from vertical movement of the vehicle and variable speeds resulting from changes in the elevation angle of the vehicle, etc., but Patent Document 1 clearly takes into consideration variable speeds resulting from the elevation angle of the vehicle. It has not been. Further, since the deflection measuring method described in Patent Document 1 uses wavelet analysis as an analysis method, there is a possibility that a part of the deflection velocity is removed from the measured value. For this reason, there has been a need for a method to more accurately calculate the maximum amount of pavement deflection.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、測定値から車両の動きに由来する速度を効果的に除去することで、たわみ速度に関する物理量を抽出し、算出される最大たわみ量の確度向上を可能にした、たわみ計測方法、たわみ計測システム、および、たわみ計測プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these circumstances, and by effectively removing the speed derived from the movement of the vehicle from the measured values, the physical quantity related to the deflection speed is extracted, and the calculated maximum deflection amount is calculated. The purpose of the present invention is to provide a deflection measurement method, a deflection measurement system, and a deflection measurement program that enable improved accuracy.
(1)上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、たわみが生じ得る車両走行面のたわみを動的に計測するたわみ計測方法であって、車両進行方向の車両仰角の変動を検出する仰角変動計と、たわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する複数のドップラー振動計とが剛結されたセンサ架台が、剛結された載荷用車両を走行させるステップと、前記載荷用車両の走行中に、前記仰角変動計および前記複数のドップラー振動計から測定値を取得するステップと、前記複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで、前記測定値から車両の上下動に由来する変動速度を除去するステップと、前記車両の上下動に由来する変動速度が除去された値および、前記仰角変動計から取得された車両進行方向の車両仰角の変動に基づく角速度を用いて、車両の仰角変動に由来する変動速度を除去するステップと、前記車両の上下動に由来する変動速度と車両の仰角変動に由来する変動速度が除去されたたわみ速度に関する物理量から最大たわみ量を算出するステップと、を含むことを特徴とする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. In other words, it is a deflection measurement method that dynamically measures the deflection of the vehicle running surface where deflection may occur, and the method uses an elevation angle variation meter that detects variations in the vehicle elevation angle in the vehicle traveling direction, and a relative relationship between the vehicle running surface including the deflection speed. A sensor pedestal to which a plurality of Doppler vibrometers for detecting speed is rigidly connected causes the rigidly connected loading vehicle to travel; a step of obtaining a measured value from a vibration meter; a step of removing a speed fluctuation resulting from vertical movement of the vehicle from the measured value by taking a difference between the measured values obtained from the plurality of Doppler vibrometers; The variable speed resulting from the elevation angle fluctuation of the vehicle is removed using the value from which the speed fluctuation resulting from the vertical movement of the vehicle has been removed and the angular velocity based on the fluctuation of the vehicle elevation angle in the vehicle traveling direction obtained from the elevation angle fluctuation meter. and a step of calculating the maximum deflection amount from a physical quantity related to the deflection speed from which the variable speed resulting from vertical movement of the vehicle and the variable speed resulting from elevation angle fluctuation of the vehicle are removed.
このように、本発明においては、複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで車両の上下動に由来する変動速度を除去することから、ドップラー振動計から取得された測定値から車両の上下動に由来する変動速度のみが除去されることとなり、算出される最大たわみ量の確度を向上させることができる。また、車両の上下動に由来する変動速度だけでなく、車両の仰角変動に由来する変動速度についても除去された値を用いて最大たわみ量が算出されることから、車両の仰角変動に由来する変動速度の除去を考慮していない場合と比較して、算出される最大たわみ量の確度をさらに向上させることが可能となる。 In this way, in the present invention, the fluctuation velocity resulting from the vertical movement of the vehicle is removed by taking the difference between the measured values obtained from a plurality of Doppler vibrometers, so the measured values obtained from the Doppler vibrometers are From this, only the variable speed resulting from the vertical movement of the vehicle is removed, and the accuracy of the calculated maximum deflection amount can be improved. In addition, the maximum deflection amount is calculated using a value that removes not only the speed fluctuation resulting from the vertical movement of the vehicle but also the fluctuation speed resulting from the fluctuation in the elevation angle of the vehicle. It is possible to further improve the accuracy of the calculated maximum deflection amount compared to the case where removal of the varying speed is not considered.
(2)本発明のたわみ計測方法において、前記最大たわみ量を算出するステップは、wをたわみ量とし、Vを前記載荷用車両の走行速度とし、xを距離とし、tを時間とし、
dw/dtをたわみ速度とし、aを最大たわみ量とし、bをたわみ形状に関する係数とし、dを最大たわみの発生位置としたとき、以下の数式(F1)、(F2)を用いて最大たわみ量aを算出することを特徴とする。
When dw/dt is the deflection speed, a is the maximum amount of deflection, b is the coefficient related to the shape of deflection, and d is the position where the maximum deflection occurs, calculate the maximum amount of deflection using the following formulas (F1) and (F2). It is characterized by calculating a.
このように、車両走行面のたわみ形状と類似するガウス関数を用いることから、ドップラー振動計から取得された測定値から最大たわみ量を算出することができる。また、車両の動きに由来する速度が除去された値から最大たわみ量を算出するため、算出される最大たわみ量の確度を向上させることが可能となる。 In this way, since a Gaussian function similar to the deflection shape of the vehicle running surface is used, the maximum deflection amount can be calculated from the measured value obtained from the Doppler vibration meter. Furthermore, since the maximum deflection amount is calculated from the value from which the speed derived from the movement of the vehicle has been removed, it is possible to improve the accuracy of the calculated maximum deflection amount.
(3)本発明のたわみ計測方法において、前記最大たわみ量を算出するステップは、wをたわみ量とし、Vを前記載荷用車両の走行速度とし、xを距離とし、tを時間とし、
dw/dtをたわみ速度とし、aを最大たわみ量とし、bをたわみ形状に関する係数とし、dを最大たわみの発生位置としたとき、以下の数式(F3)、(F4)を用いて最大たわみ量aを算出することを特徴とする。
When dw/dt is the deflection speed, a is the maximum amount of deflection, b is the coefficient related to the shape of deflection, and d is the position where the maximum deflection occurs, calculate the maximum amount of deflection using the following formulas (F3) and (F4). It is characterized by calculating a.
このように、車両走行面のたわみ形状と類似する関数を用いることから、ドップラー振動計から取得された測定値から最大たわみ量を算出することができる。また、車両の動きに由来する速度が除去された値から最大たわみ量を算出するため、算出される最大たわみ量の確度を向上させることが可能となる。 In this way, since a function similar to the deflection shape of the vehicle running surface is used, the maximum deflection amount can be calculated from the measured value obtained from the Doppler vibration meter. Furthermore, since the maximum deflection amount is calculated from the value from which the speed derived from the movement of the vehicle has been removed, it is possible to improve the accuracy of the calculated maximum deflection amount.
(4)本発明のたわみ計測システムは、たわみが生じ得る車両走行面のたわみを動的に計測するたわみ計測システムであって、載荷用車両に剛結されるセンサ架台と、前記センサ架台に剛結され、車両進行方向の車両仰角の変動を検出する仰角変動計と、前記センサ架台に剛結され、たわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する複数のドップラー振動計と、前記複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで、前記測定値から車両の上下動に由来する変動速度を除去すると共に、前記車両の上下動に由来する変動速度が除去された値および前記仰角変動計から取得された車両進行方向の車両仰角の変動に基づく角速度を用いて、車両の仰角変動に由来する変動速度を除去し、前記車両の上下動に由来する変動速度および車両進行方向の車両の仰角変動に由来する変動速度が除去されたたわみ速度に関する物理量から最大たわみ量を算出する演算部と、を備え、前記複数のドップラー振動計は、前記載荷用車両のいずれかの車輪の車両進行方向に対する前方または後方の少なくとも一方においてたわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する位置に設けられていることを特徴とする。 (4) The deflection measurement system of the present invention is a deflection measurement system that dynamically measures the deflection of a vehicle running surface where deflection may occur, and includes a sensor mount that is rigidly connected to a loading vehicle, and a sensor mount that is rigidly connected to the sensor mount. a plurality of Doppler vibrometers that are rigidly connected to the sensor pedestal and detect a relative speed with respect to the vehicle running surface including a deflection speed; By taking the difference between the measured values obtained from the Doppler vibrometer of Using the angular velocity based on the variation of the vehicle elevation angle in the vehicle traveling direction obtained from the elevation angle variation meter, the variation speed originating from the elevation angle variation of the vehicle is removed, and the variation speed originating from the vertical movement of the vehicle and the vehicle progress are removed. a calculation unit that calculates a maximum deflection amount from a physical quantity related to a deflection velocity from which a variation velocity resulting from elevation angle variation of the vehicle in the direction has been removed, and the plurality of Doppler vibrometers are configured to It is characterized in that it is provided at a position that detects the relative velocity with respect to the vehicle running surface, including the deflection velocity, at least one of the front side and the rear side with respect to the vehicle traveling direction.
このように、本発明において、複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで車両の上下動に由来する変動速度を除去することから、ドップラー振動計から取得された測定値から車両の上下動に由来する変動速度のみが除去されることとなり、算出される最大たわみ量の確度を向上させることができる。また、車両の上下動に由来する変動速度だけでなく、車両の仰角変動に由来する変動速度についても除去された値を用いて最大たわみ量が算出されることから、車両の仰角変動に由来する変動速度の除去を考慮していない場合と比較して、算出される最大たわみ量の確度をさらに向上させることが可能となる。 In this way, in the present invention, the fluctuation velocity resulting from the vertical movement of the vehicle is removed by taking the difference between the measured values obtained from multiple Doppler vibrometers. Only the variable speed resulting from the vertical movement of the vehicle is removed, and the accuracy of the calculated maximum deflection amount can be improved. In addition, the maximum deflection amount is calculated using a value that removes not only the speed fluctuation resulting from the vertical movement of the vehicle but also the fluctuation speed resulting from the fluctuation in the elevation angle of the vehicle. It is possible to further improve the accuracy of the calculated maximum deflection amount compared to the case where the removal of the varying speed is not considered.
(5)本発明のたわみ計測システムにおいて、前記複数のドップラー振動計のうち、少なくとも一つは、前記車輪の車両進行方向に対する前方のたわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する位置に設けられ、残りの一つ以上は前記車輪の車両進行方向に対する後方のたわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する位置に設けられていることを特徴とする。 (5) In the deflection measurement system of the present invention, at least one of the plurality of Doppler vibrometers is located at a position to detect the relative speed of the wheel with respect to the vehicle running surface, including the deflection speed in front of the wheel with respect to the vehicle traveling direction. The remaining one or more are provided at positions for detecting the relative speed of the wheel with respect to the vehicle running surface, including the rearward deflection speed of the wheel with respect to the vehicle traveling direction.
このように、複数あるドップラー振動計が、車輪の前方および後方のそれぞれに少なくとも1つずつ設けられることから、ドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで車両の上下動に由来する変動速度を除去した際に、たわみ速度の差が大きくなるため、正確な最大たわみ量の算出が可能となる。 In this way, since a plurality of Doppler vibration meters are installed at least one each in front and rear of the wheels, it is possible to calculate the result of vertical movement of the vehicle by taking the difference between the measured values obtained from the Doppler vibration meters. When the fluctuating speed is removed, the difference in the deflection speed increases, so it becomes possible to accurately calculate the maximum deflection amount.
(6)本発明のたわみ計測システムにおいて、前記仰角変動計は、ジャイロセンサ、変位計、および、傾斜計のいずれかであることを特徴とする。このように、仰角変動計がジャイロセンサ、変位計、および、傾斜計のいずれかから、載荷用車両における車両仰角の変動を測定することができる。また、仰角変動計がジャイロセンサである場合には、載荷用車両の角速度が直接測定できるため、測定値から角速度を算出する必要がある変位計および傾斜計と比較して、計算の手間を削減することができる。 (6) In the deflection measurement system of the present invention, the elevation angle variation meter is any one of a gyro sensor, a displacement meter, and an inclinometer. In this way, the elevation angle variation meter can measure the variation in the vehicle elevation angle of the loaded vehicle from any one of the gyro sensor, displacement meter, and inclinometer. In addition, if the elevation angle variation meter is a gyro sensor, it can directly measure the angular velocity of the loading vehicle, reducing the calculation effort compared to displacement meters and inclinometers, which require calculating the angular velocity from the measured value. can do.
(7)本発明のたわみ計測プログラムは、載荷用車両に剛結されるセンサ架台と、前記センサ架台に剛結され、車両進行方向の車両仰角の変動を検出する仰角変動計と、前記センサ架台に剛結され、たわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する複数のドップラー振動計と、を含むたわみ計測装置によって、たわみが生じ得る車両走行面のたわみを動的に測定して得られた測定値を用いて、最大たわみ量を算出するたわみ計測プログラムであって、前記たわみ計測装置から前記測定値を取得する処理と、前記複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで、前記測定値から車両の上下動に由来する変動速度を除去する処理と、前記車両の上下動に由来する変動速度が除去された値および前記仰角変動計から取得された車両進行方向の車両仰角の変動に基づく角速度を用いて、車両の仰角変動に由来する変動速度を除去する処理と、前記車両の上下動に由来する変動速度および車両の仰角変動に由来する変動速度が除去されたたわみ速度に関する物理量から最大たわみ量を算出する処理と、を含むことを特徴とする。 (7) The deflection measurement program of the present invention includes: a sensor pedestal rigidly connected to a loading vehicle; an elevation angle variation meter rigidly connected to the sensor pedestal and configured to detect fluctuations in the elevation angle of the vehicle in the vehicle traveling direction; and the sensor pedestal A deflection measuring device that includes a plurality of Doppler vibrometers that are rigidly connected to the vehicle and detects the relative velocity with the vehicle running surface, including the deflection speed, dynamically measures the deflection of the vehicle running surface where deflection may occur. A deflection measurement program that calculates the maximum amount of deflection using the measured value obtained by the deflection measuring device, the program includes a process of obtaining the measured value from the deflection measuring device, and calculating a difference between the measured values obtained from the plurality of Doppler vibrometers. A process of removing the speed fluctuation resulting from the vertical movement of the vehicle from the measured value, and a value from which the speed fluctuation resulting from the vertical movement of the vehicle is removed and the vehicle traveling direction obtained from the elevation angle fluctuation meter. A process of removing a varying speed resulting from a fluctuation in the elevation angle of the vehicle using an angular velocity based on a fluctuation in the elevation angle of the vehicle; The present invention is characterized in that it includes a process of calculating a maximum deflection amount from a physical quantity related to a deflection speed.
このように、本発明において、複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで車両の上下動に由来する変動速度を除去することから、ドップラー振動計から取得された測定値から車両の上下動に由来する変動速度のみが除去されることとなり、算出される最大たわみ量の確度を向上させることができる。また、車両の上下動に由来する変動速度だけでなく、車両の仰角変動に由来する変動速度についても除去された値を用いて最大たわみ量が算出されることから、車両の仰角変動に由来する変動速度の除去を考慮していない場合と比較して、算出される最大たわみ量の確度をさらに向上させることが可能となる。 In this way, in the present invention, the fluctuation velocity resulting from the vertical movement of the vehicle is removed by taking the difference between the measured values obtained from multiple Doppler vibrometers. Only the variable speed resulting from the vertical movement of the vehicle is removed, and the accuracy of the calculated maximum deflection amount can be improved. In addition, the maximum deflection amount is calculated using a value that removes not only the speed fluctuation resulting from the vertical movement of the vehicle but also the fluctuation speed resulting from the fluctuation in the elevation angle of the vehicle. It is possible to further improve the accuracy of the calculated maximum deflection amount compared to the case where the removal of the varying speed is not considered.
(8)本発明のたわみ計測プログラムにおいて、前記最大たわみ量を算出する処理は、wをたわみ量とし、Vを前記載荷用車両の走行速度とし、xを距離とし、
tを時間とし、dw/dtをたわみ速度とし、aを最大たわみ量とし、bをたわみ形状に関する係数とし、dを最大たわみの発生位置とするとき、以下の数式(F5)、(F6)を用いて最大たわみ量aを算出することを特徴とする。
When t is time, dw/dt is the deflection speed, a is the maximum deflection amount, b is the coefficient related to the deflection shape, and d is the position where the maximum deflection occurs, the following formulas (F5) and (F6) are It is characterized in that the maximum deflection amount a is calculated using
このように、車両走行面のたわみ形状と類似するガウス関数を用いることから、ドップラー振動計から取得された測定値から最大たわみ量を算出することができる。また、車両の動きに由来する速度が除去された値から最大たわみ量を算出するため、算出される最大たわみ量の確度を向上させることが可能となる。 In this way, since a Gaussian function similar to the deflection shape of the vehicle running surface is used, the maximum deflection amount can be calculated from the measured value obtained from the Doppler vibration meter. Furthermore, since the maximum deflection amount is calculated from the value from which the speed derived from the movement of the vehicle has been removed, it is possible to improve the accuracy of the calculated maximum deflection amount.
(9)本発明のたわみ計測プログラムにおいて、前記最大たわみ量を算出する処理は、wをたわみ量とし、Vを載荷用車両の走行速度とし、xを距離とし、
tを時間とし、dw/dtをたわみ速度とし、aを最大たわみ量とし、bをたわみ形状に関する係数とし、dを最大たわみの発生位置とするとき、以下の数式(F7)、(F8)を用いて最大たわみ量aを算出することを特徴とする。
When t is time, dw/dt is the deflection speed, a is the maximum deflection amount, b is the coefficient related to the deflection shape, and d is the position where the maximum deflection occurs, the following formulas (F7) and (F8) are The feature is that the maximum deflection amount a is calculated using
このように、車両走行面のたわみ形状と類似する関数を用いることから、ドップラー振動計から取得された測定値から最大たわみ量を算出することができる。また、車両の動きに由来する速度が除去された値から最大たわみ量を算出するため、算出される最大たわみ量の確度を向上させることが可能となる。 In this way, since a function similar to the deflection shape of the vehicle running surface is used, the maximum deflection amount can be calculated from the measured value obtained from the Doppler vibration meter. Furthermore, since the maximum deflection amount is calculated from the value from which the speed derived from the movement of the vehicle has been removed, it is possible to improve the accuracy of the calculated maximum deflection amount.
本発明によれば、算出される最大たわみ量の確度を向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the accuracy of the calculated maximum deflection amount.
[最大たわみ量を算出する原理]
図1~4を参照して、ドップラー振動計の測定値に含まれる載荷用車両の動きに由来する速度と、それを考慮した最大たわみ量の算出方法の原理について説明する。図1は、たわみ曲線および最大たわみ量を模式的に説明する説明図であり、図2Aは、ドップラー振動計の設置角度を模式的に説明する説明図であり、図2Bは、車両仰角を模式的に説明する説明図である。また、図3は、走行速度と最大たわみ発生位置との関係性を示すグラフであり、図4は、数式(1)と数式(19)の曲線形状を示すグラフである。
[Principle for calculating maximum deflection amount]
With reference to FIGS. 1 to 4, the principle of the speed derived from the movement of the loading vehicle included in the measurement value of the Doppler vibration meter and the method of calculating the maximum deflection amount taking this into consideration will be explained. FIG. 1 is an explanatory diagram schematically explaining the deflection curve and the maximum deflection amount, FIG. 2A is an explanatory diagram schematically explaining the installation angle of the Doppler vibration meter, and FIG. 2B is an explanatory diagram schematically explaining the vehicle elevation angle. FIG. Further, FIG. 3 is a graph showing the relationship between the traveling speed and the maximum deflection occurrence position, and FIG. 4 is a graph showing the curve shape of the equation (1) and the equation (19).
本実施形態では、車輪1の直下を原点とする局所座標系を定義する。この局所座標系では、載荷用車両10が走行する方向である車両進行方向TDをx軸とし、車軸1aの延伸方向をy軸とし、車両走行面Vsに荷重がかかる載荷方向LDをz軸とし、車両進行方向TDをx軸の負の方向とし、載荷方向LDをz軸の正の方向としている。 In this embodiment, a local coordinate system whose origin is directly below the wheel 1 is defined. In this local coordinate system, the x-axis is the vehicle traveling direction TD, which is the direction in which the loading vehicle 10 travels, the y-axis is the extension direction of the axle 1a, and the z-axis is the loading direction LD in which the load is applied to the vehicle running surface Vs. , the vehicle traveling direction TD is the negative direction of the x-axis, and the loading direction LD is the positive direction of the z-axis.
図1は、載荷用車両10の走行時において、車輪1によって荷重がかけられた車両走行面Vsの断面図である。車両走行面Vsは、車輪1によって凹状のたわみ曲線wを描く。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the vehicle running surface Vs on which a load is applied by the wheels 1 when the loading vehicle 10 is running. The vehicle running surface Vs draws a concave deflection curve w due to the wheels 1.
載荷用車両10が停止している場合、車軸1aの中心を通る鉛直線Ax上にたわみ曲線wの頂点Poが位置する。本発明では動的にたわみを計測するため、車軸1aの中心を通る鉛直線Axよりも後方にたわみ曲線wの頂点Poが位置する。このとき、局所座標系の原点と、たわみ曲線wの頂点Poとの間の距離を最大たわみ発生位置dとする。最大たわみ発生位置dは、「松井邦人ほか,“走行型路面たわみ測定試験機の現状と我が国における取組み”,土木技術資料55-12,2013年」の資料による。 When the loading vehicle 10 is stopped, the vertex Po of the deflection curve w is located on the vertical line Ax passing through the center of the axle 1a. In the present invention, since the deflection is measured dynamically, the apex Po of the deflection curve w is located behind the vertical line Ax passing through the center of the axle 1a. At this time, the distance between the origin of the local coordinate system and the vertex Po of the deflection curve w is defined as the maximum deflection occurrence position d. The maximum deflection occurrence position d is based on the material ``Kunito Matsui et al., ``Current situation of traveling type road surface deflection measurement test equipment and efforts in Japan'', Civil Engineering Technical Data 55-12, 2013''.
たわみ曲線wは、最大たわみ量をaとし、たわみ形状に関する係数をbとし、最大たわみ発生位置をdとし、距離をx、走行速度をVとしたとき、数式(1)によって、求められる。また、数式(2)によって、たわみ速度dw/dtが求められる。
図2Aは、載荷用車両10が有する車輪1周辺に設けられたドップラー振動計LDVを模式的に示した模式図である。本実施形態では、1つのたわみ計測装置100に対して、車輪1の前方に1つ、後方に2つ、合計3つのドップラー振動計LDV1~3が設けられている場合について説明する。 FIG. 2A is a schematic diagram schematically showing a Doppler vibration meter LDV provided around the wheel 1 of the loading vehicle 10. In this embodiment, a case will be described in which one deflection measuring device 100 is provided with a total of three Doppler vibration meters LDV1 to LDV3, one in front of the wheel 1 and two in the rear.
3つのドップラー振動計LDV1~3について、車両進行方向TDの前方から順に、第1のドップラー振動計LDV1、第2のドップラー振動計LDV2、第3のドップラー振動計LDV3とする。また、第1のドップラー振動計LDV1と第2のドップラー振動計LDV2との間に車輪1が配置されている。 The three Doppler vibrometers LDV1 to 3 are referred to as a first Doppler vibrometer LDV1, a second Doppler vibrometer LDV2, and a third Doppler vibrometer LDV3 in order from the front in the vehicle traveling direction TD. Further, a wheel 1 is arranged between the first Doppler vibration meter LDV1 and the second Doppler vibration meter LDV2.
各ドップラー振動計LDV1~3は、照射口IP1~3から車両走行面Vsに対してレーザー光を照射する。ここで、ドップラー振動計LDV1において、設置角度θLDV1とは、図2Aに示すように、二点鎖線で示すレーザー光と、レーザーの照射口IP1を通る鉛直線SPとの間の角度である。ドップラー振動計LDV1においてレーザー光の光路長r1は、数式(3)によって示すことができ、光路長r1を時間tで微分した値dr1/dtについては、数式(4)によって示される。また、r1同様にr2においては数式(5)(6)、r3においては数式(7)(8)によって示される。
このとき、光路長がr1であり、測定時間がtであり、ドップラー振動計LDV1の照射口IP1から交点Iまでの距離がLxである。また、設置高さがhであり、車両仰角がθMであり、設置角度がθLDV1である。r2、r3も同様に変数を定義している。 At this time, the optical path length is r1, the measurement time is t, and the distance from the irradiation port IP1 of the Doppler vibrometer LDV1 to the intersection I is Lx. Further, the installation height is h, the vehicle elevation angle is θ M , and the installation angle is θ LDV1 . Similarly, variables are defined for r2 and r3.
設置高さhとは、車両仰角θMが0°のときにおけるドップラー振動計が設置される高さのことであり、ドップラー振動計LDV1~3の照射口IP1~3を通る線SLと、たわみが発生していない車両走行面Vsとの間の距離のことを指す。交点Iとは、車両仰角θMが0°のときにおけるドップラー振動計1~3の照射口IP1~3を通ってx軸に沿って伸びる線と、回転中心Mを通ってz軸に沿って伸びる線との交点のことである。 The installation height h is the height at which the Doppler vibrometer is installed when the vehicle elevation angle θ M is 0°, and the line SL passing through the irradiation ports IP1-3 of the Doppler vibrometers LDV1-3 and the deflection This refers to the distance between the vehicle running surface Vs and the vehicle running surface Vs on which no occurrence occurs. Intersection I is a line extending along the x-axis through the irradiation ports IP1-3 of Doppler vibration meters 1-3 when the vehicle elevation angle θ M is 0°, and a line extending along the z-axis through the center of rotation M. It is the point of intersection with the extending line.
車両仰角θMとは、図2Bに示すように、車両走行面Vsと載荷用車両10のなす角度のことであり、ドップラー振動計LDV1~3の照射口IP1~3を通る線SLと、車両走行面Vsとの間の角度のことを指す。なお、車両仰角θMは、図2Bで示される矢印の向きを正とする。車両仰角θMは、載荷用車両10の走行時に変動する。 As shown in FIG. 2B, the vehicle elevation angle θ M is the angle formed between the vehicle running surface Vs and the loading vehicle 10, and the angle between the line SL passing through the irradiation ports IP1-3 of the Doppler vibration meters LDV1-3 and the vehicle This refers to the angle between the vehicle and the running surface Vs. Note that the vehicle elevation angle θ M assumes that the direction of the arrow shown in FIG. 2B is positive. The vehicle elevation angle θ M changes when the loading vehicle 10 travels.
上記の数式(1)~(4)を用いて、ドップラー振動計LDV1から取得される測定値u1について、以下の数式(9)で表すことができる。なお、載荷用車両10の上下動に由来する変動速度をVzとする。また、数式(9)の通り、測定値u1には、車両走行面Vsのたわみ速度dw/dt以外の値が含まれている。
また、たわみ計測装置100に設けられたドップラー振動計が3つの場合、各ドップラー振動計LDV1~3から取得される測定値u1~3は以下の数式(10)の通りである。なお、L12は、第1のドップラー振動計の照射口IP1および第2のドップラー振動計の照射口IP2間の距離であり、L23は、第2のドップラー振動計の照射口IP2および第3のドップラー振動計の照射口IP3間の距離である。すなわち、ドップラー振動計LDV2から取得される測定値u2については、上述したように、Lxを(Lx+L12)に置き換え、θLDV1をθLDV2に置き換えることによって示すことができる。ドップラー振動計LDV3から取得される測定値u3については、上述したように、Lxを(Lx+L12+L23)に置き換え、θLDV1をθLDV3に置き換えることによって示すことができる。
上述した通り、ドップラー振動計LDV1~3から取得される測定値u1~3には、車両走行面Vsのたわみ速度dw/dt以外の値が含まれている。具体的には、車両仰角θMの変動に由来する変動速度と、車両の上下動に由来する変動速度Vzと、走行速度Vとが含まれている。車両仰角θMの変動に由来する変動速度とは、載荷用車両10が車両仰角方向に変動する速度のことである。車両の上下動に由来する変動速度Vzとは、載荷用車両10が上下方向に変動する速度のことである。走行速度Vとは、載荷用車両10が車両進行方向TDに直進する動きに由来する速度のことである。すなわち、車両仰角θMの変動に由来する変動速度と、車両の上下動に由来する変動速度Vzと走行速度Vに由来する速度とは、いずれも載荷用車両10の動きに基づく速度であり、車両走行面Vsのたわみには起因しない。このことから、車両仰角θMの変動に由来する変動速度と、車両の上下動に由来する変動速度Vzと、走行速度Vは、測定値u1~3から除去する必要があるといえる。 As described above, the measured values u 1 to 3 obtained from the Doppler vibration meters LDV 1 to 3 include values other than the deflection speed dw/dt of the vehicle running surface Vs. Specifically, it includes a variable speed resulting from a change in the vehicle elevation angle θ M , a variable speed Vz resulting from vertical movement of the vehicle, and a running speed V. The fluctuation speed derived from the fluctuation of the vehicle elevation angle θ M is the speed at which the loading vehicle 10 fluctuates in the vehicle elevation angle direction. The fluctuating speed Vz derived from the vertical movement of the vehicle is the speed at which the loading vehicle 10 fluctuates in the vertical direction. The traveling speed V is the speed resulting from the movement of the loading vehicle 10 moving straight in the vehicle traveling direction TD. That is, the fluctuation speed derived from the fluctuation of the vehicle elevation angle θ M , the fluctuation speed Vz derived from the vertical movement of the vehicle, and the speed derived from the running speed V are all speeds based on the movement of the loading vehicle 10, This is not caused by the deflection of the vehicle running surface Vs. From this, it can be said that the fluctuating speed resulting from the fluctuation of the vehicle elevation angle θ M , the fluctuating speed Vz resulting from the vertical movement of the vehicle, and the traveling speed V need to be removed from the measured values u 1 to 3 .
次に、車両仰角θMの変動に由来する変動速度と、車両の上下動に由来する変動速度Vzと、走行速度Vとを除去したうえで、最大たわみ量aを算出する原理について説明する。初めに、各ドップラー振動計LDV1~3から取得された測定値u1~3の差をとることで車両の上下動に由来する変動速度Vzを除去する。以下の数式(11)、(12)は、車両進行方向TDの最前に位置する第1のドップラー振動計LDV1から取得された測定値u1から、他のドップラー振動計LDV2、LDV3から取得された測定値u2、u3をそれぞれ減算した式を示している。
また、cosθは、角度θの変動に応じてあまり値が変動しないことから、cosθM、cosθLDV1およびcosθLDV2について1.0として計算してもよい。さらに、sinθLDV1・sinθM、sinθLDV2・sinθMおよびsin2θMについても、かなり小さい値となり、算出されるたわみ量への影響が小さいことから、0.0として計算してもよい。 Furthermore, since the value of cos θ does not change much in accordance with changes in angle θ, cos θ M , cos θ LDV1 , and cos θ LDV2 may be calculated as 1.0. Furthermore, sin θ LDV1 ·sin θ M , sin θ LDV2 ·sin θ M , and sin 2 θ M are also considerably small values, and since their influence on the calculated amount of deflection is small, they may be calculated as 0.0.
ここで、車両走行面Vsのたわみ速度dw/dtの差について、数式(2)を用いて表すと以下の数式(13)となり、数式(11)を用いて表すと数式(14)となる。ここでx1、2は図2Aの車輪直下を原点とする局所座標系において、ドップラー振動計LDV1、2のx軸上におけるレーザー光照射位置である。
数式(13)と数式(14)とは等号で繋げられる関係であることから、以下の数式(15)のように変形することで最大たわみ量aを算出する式となる。
また、第2のドップラー振動計LDV2の測定値u2の代わりに第3のドップラー振動計LDV3の測定値u3を用いると、以下の式(16)の通りとなる。ここでx3は図2Aの車輪直下を原点とする局所座標系において、ドップラー振動計LDV3のx軸上におけるレーザー光照射位置である。
数式(15)と数式(16)とを等号で繋げると以下の数式(17)となる。この式から、たわみ形状に関する係数bを求めることができる。
このとき、最大たわみ発生位置dについては、例えば、図3に示すグラフに基づいて算出された近似式から算出することができる。図3は、走行速度Vと最大たわみ発生位置dとの関係性を示したグラフである(松井邦人ほか,“走行型路面たわみ測定試験機の現状と我が国における取組み”,土木技術資料55-12,2013年より抜粋)。この場合の近似式としては、例えば、以下の数式(18)が挙げられる。
算出されたたわみ形状に関する係数bと、最大たわみ発生位置dとを、数式(15)または数式(16)に代入することで、最大たわみ量aが算出される。 The maximum deflection amount a is calculated by substituting the calculated coefficient b regarding the deflection shape and the maximum deflection occurrence position d into Equation (15) or Equation (16).
なお、上記では、ガウス関数を用いた最大たわみ量aの算出方法について述べたが、最大たわみ量aの算出に用いる関数は、たわみ曲線wの形状に近似した曲線であればよく、例えば、数式(19)で示される関数であってもよい。図4に示すように、数式(19)はガウス関数に近似した曲線を描く関数である。
なお、ドップラー振動計が2つの場合については、過去の測定実績等から仮定したたわみ形状に関する係数bと、最大たわみ発生位置dとを、数式(15)または数式(16)に代入することで、最大たわみ量aが算出される。 In addition, in the case of two Doppler vibrometers, by substituting the coefficient b related to the deflection shape assumed from past measurement results and the maximum deflection occurrence position d into formula (15) or formula (16), The maximum deflection amount a is calculated.
上述した通り、本発明者らは、鋭意研究の結果、ドップラー振動計から取得された測定値のなかには、載荷用車両の動きに由来する速度として、車両の上下動に由来する変動速度と、車両の仰角変動に由来する変動速度と、走行速度とが含まれることをまず発見した。そして、本発明者らは、車両の上下動に由来する変動速度については、複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで除去し、車両の仰角変動に由来する変動速度については、仰角変動計から取得された仰角の変動に基づく角速度を用いて除去し、走行速度に由来する速度については、ドップラー振動計の設置角を用いて除去し、車両の上下動に由来する変動速度、車両の仰角変動に由来する変動速度、および走行速度を除去したたわみ速度に関する物理量から、最大たわみ量を算出する方法を見出し、本発明に至った。 As mentioned above, as a result of intensive research, the present inventors found that among the measured values obtained from the Doppler vibration meter, there are two types of speeds that are derived from the movement of the loading vehicle: a variable speed that is derived from the vertical movement of the vehicle, and a variable speed that is derived from the vertical movement of the vehicle. First, we discovered that the fluctuation speed derived from the elevation angle fluctuation and the traveling speed are included. The present inventors removed the fluctuation speed resulting from the vertical movement of the vehicle by taking the difference between the measured values obtained from multiple Doppler vibrometers, and removed the fluctuation speed resulting from the elevation angle fluctuation of the vehicle. is removed using the angular velocity based on the elevation angle variation obtained from the elevation angle variation meter, and the velocity originating from the running speed is removed using the installation angle of the Doppler vibration meter, and the variation originating from the vertical movement of the vehicle is removed. The present invention has been achieved by discovering a method for calculating the maximum amount of deflection from physical quantities related to the deflection speed excluding the speed, the varying speed resulting from the elevation angle fluctuation of the vehicle, and the traveling speed.
[たわみ計測装置の構成]
図5~11を参照して、本実施形態のたわみ計測装置、たわみ計測システム、たわみ計測方法を具現化した一実施形態について説明する。以下では、最大たわみ量の算出にガウス関数を用いる場合について説明するが、上述の通りガウス関数以外の関数によって算出されてもよい。
[Configuration of deflection measuring device]
An embodiment that embodies the deflection measuring device, deflection measuring system, and deflection measuring method of this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 11. In the following, a case will be described in which a Gaussian function is used to calculate the maximum deflection amount, but as described above, the calculation may be performed using a function other than the Gaussian function.
まず、図5~8を参照して、たわみ計測装置について説明する。たわみ計測装置100は、たわみが生じ得る車両走行面Vsのたわみを動的に測定する。車両走行面Vsとは、車両が走行可能であり、健全度を評価する対象として、たわみを測定することが有効である走行面のことを指し、例えば、アスファルトコンクリートまたはセメントコンクリート等で舗装された舗装路面、鉄道のレール、建物の床などが挙げられる。 First, the deflection measuring device will be explained with reference to FIGS. 5 to 8. The deflection measuring device 100 dynamically measures the deflection of the vehicle running surface Vs where deflection may occur. The vehicle running surface Vs refers to a running surface on which a vehicle can run and on which it is effective to measure deflection as a target for evaluating soundness. Examples include paved roads, railway rails, and building floors.
図5は、センサ架台20および車輪1周辺におけるたわみ計測装置100を模式的に表した部分拡大図である。図5に示すように、たわみ計測装置100は、載荷用車両10の車体2に剛結されるセンサ架台20と、センサ架台20に剛結され、車両仰角θMの変動を検出する仰角変動計21と、センサ架台20に剛結され、車両走行面Vsのたわみ速度を含む車両走行面との相対速度を測定値として検出する複数のドップラー振動計LDV1~3と、を含む。剛結とは、部材同士をぶれなく結合させることを指し、例えば、ボルトナットによる締結、はめ込み、溶接、接着等の手法が挙げられる。 FIG. 5 is a partially enlarged view schematically showing the sensor mount 20 and the deflection measuring device 100 around the wheel 1. As shown in FIG. 5, the deflection measuring device 100 includes a sensor mount 20 rigidly connected to the vehicle body 2 of the loading vehicle 10, and an elevation angle variation meter that is rigidly connected to the sensor mount 20 and detects fluctuations in the vehicle elevation angle θ M. 21, and a plurality of Doppler vibrometers LDV1 to LDV3 which are rigidly connected to the sensor frame 20 and detect relative speeds with respect to the vehicle running surface, including the deflection speed of the vehicle running surface Vs, as measured values. Rigid connection refers to joining members together without shaking, and includes methods such as fastening with bolts and nuts, fitting, welding, and gluing.
載荷用車両10は、車体2にセンサ架台20を剛結可能であり、車両走行面Vsに荷重をかける車輪1を有していればよく、例えば、中型車両などが挙げられる。このとき、車両走行面Vsに対して車輪1が荷重をかける方向を載荷方向LDとする。載荷用車両10は、必ずしも載荷用車両10自体が動力源を有している必要はなく、図6に示すように、けん引式の装置であってもよい。この場合、他の車両を動力源として、載荷用車両10を走行させてもよいし、手動で走行させてもよい。 The loading vehicle 10 may be a medium-sized vehicle as long as it has wheels 1 that can rigidly connect the sensor frame 20 to the vehicle body 2 and apply a load to the vehicle running surface Vs. At this time, the direction in which the wheels 1 apply a load to the vehicle running surface Vs is defined as the loading direction LD. The loading vehicle 10 does not necessarily need to have a power source itself, and may be a towed device as shown in FIG. 6 . In this case, the loading vehicle 10 may be driven using another vehicle as a power source, or may be driven manually.
上述した通り、仰角変動計21と、ドップラー振動計LDVとが剛結されたセンサ架台20は、車体2に剛結されている。センサ架台20の形状は特に限定されないが、仰角変動計21やドップラー振動計LDV等のセンサを剛結して一体化させ、センサとセンサ架台20とが同じ動きをさせる必要があるため、剛性の高い材料を用いて変形しない構造となるようにする必要がある。例えば、鉄が挙げられる。 As described above, the sensor mount 20 to which the elevation angle variation meter 21 and the Doppler vibration meter LDV are rigidly connected is rigidly connected to the vehicle body 2. Although the shape of the sensor mount 20 is not particularly limited, it is necessary to rigidly connect and integrate sensors such as the elevation angle variation meter 21 and the Doppler vibration meter LDV so that the sensor and the sensor mount 20 move in the same manner. It is necessary to use high-quality materials to create a structure that does not deform. An example is iron.
ドップラー振動計LDV1~3は、レーザー光によって、下方に位置する車両走行面Vsのたわみ速度を含む車両走行面との相対速度を測定する。図2Aに示すように、車輪1の前方に位置するドップラー振動計LDV1は、下方に向いたたわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出し、後方に位置するドップラー振動計LDV2および3は、上方に向いたたわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する位置に設置することが望ましい。 The Doppler vibrometers LDV1 to LDV3 use laser light to measure the relative speed of the vehicle running surface Vs located below, including the deflection speed, with respect to the vehicle running surface. As shown in FIG. 2A, the Doppler vibration meter LDV1 located in front of the wheel 1 detects the relative speed with the vehicle running surface, including the downward deflection speed, and the Doppler vibration meters LDV2 and 3 located in the rear detect the velocity relative to the vehicle running surface, including the downward deflection speed. , it is desirable to install it at a position that detects the relative velocity with respect to the vehicle running surface, including the upward deflection velocity.
ドップラー振動計LDVは複数あればよく、3つ以上あればなおよく、ドップラー振動計LDVの数が多いほど算出される最大たわみ量aの確度が向上する。一方、ドップラー振動計LDVの数が少ないほど最大たわみ量aの算出に要する計算量を減らすことができる。 It is sufficient to have a plurality of Doppler vibrometers LDV, and it is even better to have three or more Doppler vibrometers LDV, and the greater the number of Doppler vibrometers LDV, the higher the accuracy of the calculated maximum deflection amount a. On the other hand, the smaller the number of Doppler vibrometers LDV, the more the amount of calculation required to calculate the maximum deflection amount a can be reduced.
ドップラー振動計LDVの取付位置と取付数については、図5に示すように、車両進行方向TDに対して、車輪1の前方および後方のそれぞれにおいて、少なくとも1つ以上ドップラー振動計LDVが設けられていることが望ましい。車輪1の前方および後方のそれぞれにおいて、少なくとも1つ以上ドップラー振動計LDVが設けられていることから、ドップラー振動計LDVから取得された測定値uの差をとることで車両の上下動に由来する変動速度による影響を除去した後の値が大きくなる。 Regarding the mounting position and number of Doppler vibration meters LDV, as shown in FIG. It is desirable to be present. Since at least one Doppler vibration meter LDV is provided at each of the front and rear sides of the wheel 1, the difference between the measured values u obtained from the Doppler vibration meter LDV can be calculated to determine the result of the vertical movement of the vehicle. The value becomes larger after removing the influence of fluctuation speed.
また、ドップラー振動計LDV1~3は、図7に示すように、車輪1の後方だけに設けられてもよいし、前方だけに設けられてもよい。要は、載荷用車両10のいずれかの車輪1の車両進行方向TDに対する前方または後方において車両走行面Vsのたわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出できる位置に設けられていればよい。 Further, the Doppler vibration meters LDV1 to LDV3 may be provided only at the rear of the wheel 1, as shown in FIG. 7, or may be provided only at the front. In short, it is only necessary that the wheel 1 of the loading vehicle 10 be provided at a position where the relative speed with respect to the vehicle running surface, including the deflection speed of the vehicle running surface Vs, can be detected in front or behind with respect to the vehicle traveling direction TD. .
仰角変動計21は、例えば、ジャイロセンサ、変位計、傾斜計である。仰角変動計21は、車両仰角θMの変動、すなわち、車両仰角方向における載荷用車両10の仰角θMの変動を測定できればよい。 The elevation angle variation meter 21 is, for example, a gyro sensor, a displacement meter, or an inclinometer. The elevation angle variation meter 21 only needs to be able to measure the variation in the vehicle elevation angle θ M , that is, the variation in the elevation angle θ M of the loading vehicle 10 in the vehicle elevation angle direction.
なお、仰角変動計21がジャイロセンサまたは傾斜計である場合には、センサ架台20に1つ設けられていればよい。一方、仰角変動計21が変位計である場合には、たわみ計測装置100の前方および後方に設ける必要がある。 In addition, when the elevation angle variation meter 21 is a gyro sensor or an inclinometer, it is sufficient that one is provided in the sensor mount 20. On the other hand, when the elevation angle variation meter 21 is a displacement meter, it is necessary to provide it in front and behind the deflection measuring device 100.
仰角変動計21が変位計または傾斜計の場合には、以下の数式(21)から角速度Gを算出する必要がある。このとき、θd12は、架台20と車両走行面Vsとの角度である。なお、θd12は、図8で示される矢印の向きを正とする。
数式(21)は、図8から導き出せる以下の数式(22)に基づく。図8は、仰角変動計21が変位計である場合のたわみ計測装置100を示している。図8では、ドップラー振動計LDV、速度計22、歪み計25等について省略している。図8に示すように、車両10の前方に位置する変位計21の底面から車両走行面Vsまでの距離をhd1とし、後方に位置する変位計21の底面から車両走行面Vsまでの距離をhd2とし、変位計21間のx軸方向における距離をLd12とする。
なお、図5に示すように、たわみ計測装置100には、速度計22と、2つ以上の歪み計25とがさらに設けられていても良い。速度計22は、載荷用車両10の走行速度Vを測定する。歪み計25は、車両走行面Vsにかかる荷重を計測するために設けられ、車両走行面Vsに荷重をかける車輪1の車軸1aを中心として、上下方向において互いに向き合うように取り付けられる。 Note that, as shown in FIG. 5, the deflection measuring device 100 may further include a speed meter 22 and two or more strain gauges 25. The speedometer 22 measures the traveling speed V of the loading vehicle 10. The strain gauges 25 are provided to measure the load applied to the vehicle running surface Vs, and are mounted so as to face each other in the vertical direction centering on the axle 1a of the wheel 1 that applies the load to the vehicle running surface Vs.
[たわみ計測システムの構成]
図9に示すように、たわみ計測システム500は、上述したたわみ計測装置100によって測定された測定データに基づいて、車両走行面Vsの最大たわみ量aを算出する。
[Deflection measurement system configuration]
As shown in FIG. 9, the deflection measurement system 500 calculates the maximum deflection amount a of the vehicle running surface Vs based on the measurement data measured by the deflection measurement device 100 described above.
図9に示すように、たわみ計測システム500は、たわみ計測装置100と、たわみ算出装置200と、表示部300とから構成される。たわみ計測装置100は、最大たわみ量aの算出に要するデータを収集し、たわみ算出装置200へ出力する。 As shown in FIG. 9, the deflection measurement system 500 includes a deflection measurement device 100, a deflection calculation device 200, and a display section 300. The deflection measuring device 100 collects data required to calculate the maximum deflection amount a, and outputs the data to the deflection calculating device 200.
たわみ算出装置200は、たわみ計測装置100から出力された測定データから最大たわみ量aを算出する。図9に示すように、たわみ算出装置200は、信号処理部201、記憶部202、演算部203および操作部204を備える。なお、たわみ算出装置200は、1つまたは複数のたわみ計測装置100から測定データが入力されてもよい。 The deflection calculation device 200 calculates the maximum deflection amount a from the measurement data output from the deflection measurement device 100. As shown in FIG. 9, the deflection calculation device 200 includes a signal processing section 201, a storage section 202, a calculation section 203, and an operation section 204. Note that measurement data may be input to the deflection calculation device 200 from one or more deflection measurement devices 100.
信号処理部201は、たわみ計測装置100から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。 The signal processing unit 201 converts the analog signal output from the deflection measuring device 100 into a digital signal.
記憶部202は、フラッシュメモリ等から構成され、演算部203の処理に必要なプログラムやデータを記憶している。記憶部202は、信号処理部201にて変換されたデジタル信号の値について、計測日時と対応づけて記憶する。また、演算部の最大たわみ量算出に関するデータを記憶する。 The storage unit 202 is composed of a flash memory or the like, and stores programs and data necessary for processing by the calculation unit 203. The storage unit 202 stores the value of the digital signal converted by the signal processing unit 201 in association with the measurement date and time. It also stores data related to calculation of the maximum deflection amount by the calculation unit.
演算部203は、CPUやRAMを含み、記憶部202に記憶されたプログラムやデータに基づいて、信号処理部201によって変換されたデジタル信号の値から、最大たわみ量aを算出する。 The calculation unit 203 includes a CPU and a RAM, and calculates the maximum deflection amount a from the value of the digital signal converted by the signal processing unit 201 based on the program and data stored in the storage unit 202.
操作部204は、例えば、キーボード、タッチパネル、マウスなどである。ユーザは、操作部204によって、最大たわみ量aを算出する際に用いられるパラメータや計算式等を任意に変更可能である。 The operation unit 204 is, for example, a keyboard, a touch panel, a mouse, or the like. Using the operation unit 204, the user can arbitrarily change parameters, calculation formulas, etc. used when calculating the maximum deflection amount a.
表示部300は、たわみ算出装置200によって算出された最大たわみ量aを含む情報を表示する。表示部300は、たわみ算出装置200から出力された情報を視覚的に出力可能であればよく、例えば、モニターやタブレット等である。表示部300は、有線もしくは無線通信を介して、たわみ算出装置200から情報を受け取る。 The display unit 300 displays information including the maximum deflection amount a calculated by the deflection calculation device 200. The display unit 300 may be a monitor, a tablet, or the like as long as it can visually output the information output from the deflection calculation device 200. The display unit 300 receives information from the deflection calculation device 200 via wired or wireless communication.
[最大たわみ量の計測方法]
次に、図10を参照して、最大たわみ量の計測方法の一例を説明する。図10は、本発明の最大たわみ量の計測方法を示すフローチャートである。
[Measurement method of maximum deflection]
Next, with reference to FIG. 10, an example of a method for measuring the maximum amount of deflection will be described. FIG. 10 is a flowchart showing a method for measuring the maximum amount of deflection according to the present invention.
最初に、載荷用車両10を走行させ、車両走行面Vsのたわみを動的に測定する(ステップS1)。このとき、載荷用車両10の走行速度Vは、一定であってもよいし、不定であってもよい。走行速度が不定である場合には、速度計22によって、走行速度Vが測定されている必要がある。これにより、供用中の道路における交通の流れを乱すことなく測定が可能となる。 First, the loading vehicle 10 is driven and the deflection of the vehicle running surface Vs is dynamically measured (step S1). At this time, the traveling speed V of the loading vehicle 10 may be constant or may be indefinite. If the running speed is indefinite, the running speed V needs to be measured by the speedometer 22. This allows measurements to be taken without disturbing the flow of traffic on roads in service.
このとき、各種測定値の補正係数の設定に要する測定を行なっても良い。具体的には、仰角変動計に関する補正係数k12、k13を算出するための測定を行っていても良い。以下に、仰角変動計21に関する補正係数の設定方法について詳述する。 At this time, measurements required for setting correction coefficients for various measured values may be performed. Specifically, measurements may be performed to calculate correction coefficients k12 and k13 regarding the elevation angle variation meter. The method of setting the correction coefficient regarding the elevation angle variation meter 21 will be described in detail below.
まず、たわみ計測装置100を搭載した車両を停止させた状態で、走行時の車両仰角θMの変動を想定して、車両を仰角方向に動かし、車両の仰角θMのみを変動させ、各ドップラー振動計1~3の測定値u1~3と、角速度Gとを測定する。仰角変動計21が変位計または傾斜計の場合には、前述の通り、測定値から角速度Gを算出する。そして、以下の数式(23)、(24)によって、仰角変動計に関する補正係数k12、k13を算出する。なお、振幅値は、片振幅であっても両振幅であってもよい。
k12=u1-u2の振幅値/角速度Gの振幅値 …(23)
k13=u1-u3の振幅値/角速度Gの振幅値 …(24)
First, while the vehicle equipped with the deflection measuring device 100 is stopped, the vehicle is moved in the elevation direction assuming a variation in the vehicle elevation angle θ M during driving, and only the elevation angle θ M of the vehicle is varied, and each Doppler Measure the measured values u 1 to 3 of the vibration meters 1 to 3 and the angular velocity G. When the elevation angle variation meter 21 is a displacement meter or an inclinometer, the angular velocity G is calculated from the measured value as described above. Then, correction coefficients k12 and k13 regarding the elevation angle variation meter are calculated using the following equations (23) and (24). Note that the amplitude value may be one amplitude or both amplitudes.
k12=amplitude value of u1-u2/amplitude value of angular velocity G...(23)
k13=amplitude value of u1-u3/amplitude value of angular velocity G...(24)
次に、たわみ算出装置200は、たわみ計測装置100から測定データを取得する(ステップS2)。このとき、アナログ信号については、その値をデジタル信号に変換する。 Next, the deflection calculation device 200 acquires measurement data from the deflection measurement device 100 (step S2). At this time, the value of the analog signal is converted into a digital signal.
たわみ算出装置200は、各ドップラー振動計の設置角度θLDV1~3を用いて、ドップラー振動計LDV1~3から取得された測定値u1~3における設置角度θLDV1~3の影響を補正してもよい。この際に、走行速度Vにより重畳された速度成分の除去を同時に行なっても良い。たわみ算出装置200は、以下の数式(25)によって測定値u1~3の補正値WV1~3を算出する。これにより、走行速度Vを除去することができる。
WV1=u1-V・sin(θLDV1)
WV2=u2-V・sin(θLDV2)
WV3=u3-V・sin(θLDV3) …(25)
The deflection calculation device 200 uses the installation angles θ LDV1 to 3 of each Doppler vibrometer to correct the influence of the installation angles θ LDV1 to 3 on the measured values u 1 to 3 obtained from the Doppler vibrometers LDV1 to 3 . Good too. At this time, the speed component superimposed by the traveling speed V may be removed at the same time. The deflection calculation device 200 calculates correction values WV1 to WV3 of the measured values u1 to 3 using the following equation (25). Thereby, the traveling speed V can be removed.
WV1=u1-V・sin( θLDV1 )
WV2=u2-V・sin( θLDV2 )
WV3=u3-V・sin( θLDV3 )...(25)
次に、たわみ算出装置200は、ドップラー振動計LDVから取得された測定値uの差をとることによって、測定値uから車両の上下動に由来する変動速度を除去し、車両の上下動に由来する変動速度が除去された値および仰角変動計から取得された車両仰角の変動に基づく角速度を用いて、車両の仰角変動に由来する変動速度を除去する(ステップS3)。 Next, the deflection calculation device 200 removes the fluctuation speed derived from the vertical movement of the vehicle from the measured value u by taking the difference between the measured values u acquired from the Doppler vibration meter LDV, and The variable speed resulting from the elevation angle variation of the vehicle is removed using the value from which the variation speed has been removed and the angular velocity based on the vehicle elevation angle variation obtained from the elevation angle variation meter (step S3).
すなわち、第1のドップラー振動計LDV1から取得された測定値u1の補正値をWV1とし、第2のドップラー振動計LDV2から取得された測定値u2の補正値をWV2とし、第3のドップラー振動計LDV3から取得された測定値u3の補正値をWV3とし、仰角変動計に関する補正係数をk12、k13とし、ジャイロセンサにより測定された角速度をGYROとするとき、第1のドップラー振動計LDV1の測定値u1と第2のドップラー振動計LDV2の測定値u2の差から車両の仰角変動に由来する変動速度を除去した値であるSIG12が数式(26)から算出され、第1のドップラー振動計LDV1の測定値u1と第3のドップラー振動計LDV3の測定値u3の差から車両の仰角変動に由来する変動速度を除去した値であるSIG13が数式(27)から算出される。これにより、ドップラー振動計LDV1~3から取得された測定値u1~3から、走行速度と車両の上下動に由来する変動速度と車両の仰角変動に由来する変動速度とが除去される。
SIG12=WV1-WV2-k12・GYRO …(26)
SIG13=WV1-WV3-k13・GYRO …(27)
That is, the correction value of the measurement value u 1 obtained from the first Doppler vibrometer LDV1 is set as WV1, the correction value of the measurement value u 2 obtained from the second Doppler vibrometer LDV2 is set as WV2, and the correction value of the measurement value u 1 obtained from the second Doppler vibrometer LDV2 is set as WV2. When the correction value of the measured value u3 obtained from the vibration meter LDV3 is WV3, the correction coefficients regarding the elevation angle variation meter are k12 and k13, and the angular velocity measured by the gyro sensor is GYRO, the first Doppler vibration meter LDV1 SIG12, which is a value obtained by removing the fluctuation speed derived from the elevation angle fluctuation of the vehicle, is calculated from the difference between the measured value u 1 of the second Doppler vibrometer LDV2 and the measured value u 2 of the second Doppler vibrometer LDV2, SIG13, which is a value obtained by removing the fluctuation speed resulting from the elevation angle fluctuation of the vehicle, is calculated from the difference between the measurement value u 1 of the vibration meter LDV1 and the measurement value u 3 of the third Doppler vibration meter LDV3 from equation (27). As a result, from the measured values u 1 to 3 obtained from the Doppler vibrometers LDV 1 to 3 , the traveling speed, the fluctuation speed resulting from the vertical movement of the vehicle, and the fluctuation speed resulting from the elevation angle fluctuation of the vehicle are removed.
SIG12=WV1-WV2-k12・GYRO...(26)
SIG13=WV1-WV3-k13・GYRO...(27)
次に、最大たわみ発生位置dを求める(ステップS4)。前述の通り、最大たわみ発生位置dは近似式である数式(18)から算出してもよい。 Next, the maximum deflection occurrence position d is determined (step S4). As described above, the maximum deflection occurrence position d may be calculated from equation (18), which is an approximate equation.
次に、たわみ算出装置200は、以下の数式(28)を用いて、たわみ形状に関する係数bを求める(ステップS5)。ここでx1~3は図2Aの車輪直下を原点とする局所座標系において、ドップラー振動計LDV1~3のx軸上におけるレーザー光照射位置である。
次に、たわみ算出装置200は、以下の数式(29)を用いて、最大たわみ量aを算出する(ステップS6)。算出された最大たわみ量aは、計測日時と対応づけられて記憶部202に記録される。
ドップラー振動計LDVは複数あればよく、3つ以上あればなおよく、ドップラー振動計LDVの数が多いほど算出される最大たわみ量aの確度が向上する。一方、ドップラー振動計LDVの数が少ないほど最大たわみ量aの算出に要する計算量を減らすことができる。 It is sufficient to have a plurality of Doppler vibrometers LDV, and it is even better to have three or more Doppler vibrometers LDV, and the greater the number of Doppler vibrometers LDV, the higher the accuracy of the calculated maximum deflection amount a. On the other hand, the smaller the number of Doppler vibrometers LDV, the more the amount of calculation required to calculate the maximum deflection amount a can be reduced.
なお、ドップラー振動計が2つの場合については、たわみ形状に関する係数bを過去の測定実績などから仮定して数式(29)を用いて、最大たわみ量aを算出する。 Note that in the case of two Doppler vibrometers, the maximum deflection amount a is calculated using equation (29), assuming a coefficient b regarding the deflection shape based on past measurement results.
たわみ算出装置200は、最大たわみ量aに対して、荷重補正を行なっても良い(ステップS7)。荷重補正とは、車両走行面Vsにかかる荷重を任意の値に補正することである。最大たわみ量aに補正係数kwを乗算することによって、車両走行面Vsにかかる荷重が任意の値であるときの最大たわみ量aに補正できる。補正係数kwは、任意の荷重値をEとし、傾きをαとし、切片をβとし、車軸1a上側に位置する歪み計25で測定されたひずみをε1とし、車軸1a下側に位置する歪み計25で測定されたひずみをε2としたとき、以下の数式(30)によって算出される。これにより、車両走行面Vsにかかる荷重を任意の荷重値Eに補正することができ、車両走行面Vsのたわみを評価しやすくなる。また、車両走行面Vsにかかる荷重が異なる他のたわみ計測装置100で計測されたデータとの比較が容易となる。
kw=E/(α(ε1-ε2)+β) …(30)
The deflection calculation device 200 may perform load correction on the maximum deflection amount a (step S7). Load correction is to correct the load applied to the vehicle running surface Vs to an arbitrary value. By multiplying the maximum deflection amount a by the correction coefficient kw, it is possible to correct the maximum deflection amount a when the load applied to the vehicle running surface Vs is an arbitrary value. For the correction coefficient kw, let E be an arbitrary load value, let α be the slope, let β be the intercept, let ε1 be the strain measured by the strain gauge 25 located above the axle 1a, and let the strain gauge 25 located below the axle 1a be the correction coefficient kw. When the strain measured in 25 is set to ε2, it is calculated by the following equation (30). Thereby, the load applied to the vehicle running surface Vs can be corrected to an arbitrary load value E, and the deflection of the vehicle running surface Vs can be easily evaluated. Moreover, comparison with data measured by other deflection measuring devices 100 with different loads applied to the vehicle running surface Vs is facilitated.
kw=E/(α(ε1−ε2)+β)…(30)
なお、傾きαと切片βは、図11に示す一次関数の傾きと切片である。図11はy軸を車輪1の荷重とし、x軸を上下ひずみの差ε1-ε2とした関係式の一例を示すグラフである。傾きαと切片βは載荷用車両10に応じて変動するため、載荷用車両10を変更する場合には、車輪1の荷重と、上下ひずみの差ε1-ε2との関係式を新たに求める必要がある。 Note that the slope α and the intercept β are the slope and intercept of the linear function shown in FIG. FIG. 11 is a graph showing an example of a relational expression in which the y-axis is the load of the wheel 1 and the x-axis is the vertical strain difference ε1−ε2. Since the slope α and the intercept β vary depending on the loading vehicle 10, when changing the loading vehicle 10, it is necessary to newly find a relational expression between the load on the wheels 1 and the vertical strain difference ε1−ε2. There is.
車輪1の荷重と、上下ひずみの差ε1-ε2との関係式は、車輪1の荷重が異なる条件で複数回ひずみを測定して求める。具体的には、平坦な地面の上に車両重量計を設置し、設置した車両重量計の上に車輪1が位置するように載荷用車両10を移動させ、歪み計25が設置された車輪1付近のフレームをジャッキアップ等により車輪1に作用する荷重を変化させ、車輪1の荷重および車軸1aの上側と下側におけるひずみを測定する。ジャッキアップ等により車輪1に生じる荷重を変えながら、同様の手順で車輪1の荷重および車軸1aの上側と下側におけるひずみを複数回測定する。測定結果から回帰直線の傾きαと切片βを求める。 The relational expression between the load on the wheel 1 and the vertical strain difference ε1−ε2 is obtained by measuring the strain multiple times under conditions where the load on the wheel 1 is different. Specifically, a vehicle weight scale is installed on a flat ground, the loading vehicle 10 is moved so that the wheel 1 is positioned above the installed vehicle weight scale, and the wheel 1 on which the strain gauge 25 is installed is moved. The load acting on the wheel 1 is varied by jacking up a nearby frame, etc., and the load on the wheel 1 and the strain on the upper and lower sides of the axle 1a are measured. While changing the load generated on the wheel 1 by jacking up or the like, the load on the wheel 1 and the strain on the upper and lower sides of the axle 1a are measured multiple times in the same manner. Obtain the slope α and intercept β of the regression line from the measurement results.
たわみ算出装置200は、算出された最大たわみ量aと計測時間とが対応づいたデータに対して、メディアンフィルタをかけてもよい。このとき、フィルタ長は、評価したい車両走行面Vsの距離、サンプリングレート、走行速度V等を考慮して定められる。例えば、走行速度Vが20km/h、サンプリングレートが2000Hzという条件で測定された測定データについて、評価区間長5mにおける車両走行面Vsの最大たわみ量aを評価したい場合、フィルタ長は1500~2000が望ましい。 The deflection calculation device 200 may apply a median filter to data in which the calculated maximum deflection amount a and measurement time are associated. At this time, the filter length is determined in consideration of the distance of the vehicle running surface Vs to be evaluated, the sampling rate, the running speed V, etc. For example, if you want to evaluate the maximum deflection a of the vehicle running surface Vs in an evaluation section length of 5 m with respect to measurement data measured under the conditions that the traveling speed V is 20 km/h and the sampling rate is 2000 Hz, the filter length should be 1500 to 2000. desirable.
たわみ算出装置200は、最大たわみ量aに対して温度補正を行なっても良い(ステップS8)。温度補正とは、測定対象面がアスファルト混合物層の場合においてはアスファルト混合物層のたわみ量が測定時の温度によって異なるため、測定した最大たわみ量より、標準温度で測定した場合の最大たわみ量aに補正するものである。温度補正する方法としては、たとえば、「(公社)日本道路協会、“舗装性能評価法”、平成25年4月」に記載されている、測定時のアスファルト混合物層の温度およびアスファルト混合物層の層厚から補正する方法などがある。 The deflection calculation device 200 may perform temperature correction on the maximum deflection amount a (step S8). Temperature correction means that when the surface to be measured is an asphalt mixture layer, the amount of deflection of the asphalt mixture layer differs depending on the temperature at the time of measurement. This is a correction. As a method for temperature correction, for example, the temperature of the asphalt mixture layer at the time of measurement and the layer of the asphalt mixture layer are There are methods of correcting based on thickness.
次に、たわみ算出装置200は、データの出力を行なう(ステップS9)。たわみ算出装置200は、算出した最大たわみ量aを含むデータを表示部300に出力する。表示部300は、たわみ算出装置200から出力されたデータを表示する。 Next, the deflection calculation device 200 outputs data (step S9). The deflection calculation device 200 outputs data including the calculated maximum deflection amount a to the display unit 300. The display unit 300 displays data output from the deflection calculation device 200.
このように算出された最大たわみ量は、車両の上下動に由来する変動速度と車両の仰角変動に由来する変動速度とを考慮せずに算出された場合と比較して、最大たわみ量aの算出の確度が向上されており、車両走行面のたわみを正確に把握することを可能にする。 The maximum amount of deflection calculated in this way is compared to the case where the maximum amount of deflection a is calculated without taking into account the speed of fluctuation resulting from vertical movement of the vehicle and the speed of fluctuation resulting from elevation angle fluctuation of the vehicle. The accuracy of calculation has been improved, making it possible to accurately grasp the deflection of the vehicle running surface.
(実施例1)
まず、発明者らは、ドップラー振動計LDVの設置角度と車両仰角の和(θLDV+θM)が変動する範囲と、sin(θLDV+θM)およびcos(θLDV+θM)に対する影響について検証した。設置角度θLDVが2.0°程度となるように、ドップラー振動計LDVを設置した。
(Example 1)
First, the inventors investigated the range in which the sum of the installation angle of the Doppler vibrometer LDV and the vehicle elevation angle (θ LDV + θ M ) fluctuates, and the relationship between sin (θ LDV + θ M ) and cos (θ LDV + θ M ). The impact was verified. The Doppler vibrometer LDV was installed so that the installation angle θ LDV was about 2.0°.
図12に示すように、約1400m走行し、その間のドップラー振動計LDVの設置角度と仰角の和(θLDV+θM)の変動を変位計によって計測した結果、1.3°~2.5°の間で変動することが分かった。これを鑑みて、θが0.0°~3.0°の範囲におけるsinθとcosθの変動についてグラフで示した。図13は、sinθの変動を示し、図14は、cosθの変動を示している。図13および図14で示す結果から、sinθは、θの変動に影響を受けやすいことに対して、cosθは、θの変動にあまり影響を受けないことが分かった。このことから、cosθの変動は、最大たわみ量aの算出にほぼ影響を与えないことから、cosθ=1.0として計算しても支障はない。 As shown in Figure 12, the displacement meter measured the variation in the sum of the installation angle and elevation angle (θ LDV + θ M ) of the Doppler vibration meter LDV during the course of approximately 1400 m, and the result was 1.3° to 2.5°. It was found that it fluctuates between. In view of this, the fluctuations of sin θ and cos θ in the range of θ from 0.0° to 3.0° are shown graphically. FIG. 13 shows the variation in sin θ, and FIG. 14 shows the variation in cos θ. From the results shown in FIGS. 13 and 14, it was found that sin θ is easily affected by fluctuations in θ, whereas cos θ is not so affected by fluctuations in θ. From this, the variation in cos θ has almost no effect on the calculation of the maximum deflection amount a, so there is no problem in calculating with cos θ = 1.0.
(実施例2、3)
次に、本発明者らは、仰角変動計21に関する補正係数k12、k13の要否について検討した。
(Examples 2 and 3)
Next, the present inventors considered whether or not the correction coefficients k12 and k13 regarding the elevation angle variation meter 21 are necessary.
実施例2および実施例3における最大たわみ量aを算出するために、第1のドップラー振動計LDV1、第2のドップラー振動計LDV2を設置した。なお、第1のドップラー振動計の設置角度θLDV1は2.31°であり、第2のドップラー振動計の設置角度θLDV2は2.09°であった。そして、たわみ計測装置100を停止させた状態で、走行時の車両仰角θMの変動を想定して、車両の仰角方向に車両を動かした。図15、図16に示すように、10秒の間、各ドップラー振動計によって測定値uを測定し、ジャイロセンサによって角速度Gを測定した。 In order to calculate the maximum deflection amount a in Examples 2 and 3, a first Doppler vibrometer LDV1 and a second Doppler vibrometer LDV2 were installed. Note that the installation angle θ LDV1 of the first Doppler vibrometer was 2.31°, and the installation angle θ LDV2 of the second Doppler vibrometer was 2.09°. Then, with the deflection measuring device 100 stopped, the vehicle was moved in the direction of the elevation angle of the vehicle, assuming a variation in the vehicle elevation angle θ M during running. As shown in FIGS. 15 and 16, the measurement value u was measured by each Doppler vibrometer for 10 seconds, and the angular velocity G was measured by the gyro sensor.
実施例2は、第1のドップラー振動計LDV1の測定値u1と第2のドップラー振動計LDV2の測定値u2との差をとったものをu1-u2とし、ジャイロセンサにより測定された角速度Gに対して補正係数k12を乗算しない場合である。図15は、このようなドップラー振動計の速度差および補正前の角速度を示したものである。 In the second embodiment, the difference between the measured value u1 of the first Doppler vibrometer LDV1 and the measured value u2 of the second Doppler vibrometer LDV2 is defined as u1-u2, and the angular velocity G measured by the gyro sensor is This is a case where the correction coefficient k12 is not multiplied. FIG. 15 shows the velocity difference and the angular velocity before correction of such a Doppler vibrometer.
実施例3は、第1のドップラー振動計LDV1の測定値u1と第2のドップラー振動計LDV2の測定値u2との差をとったものをu1-u2とし、ジャイロセンサにより測定された角速度に対して補正係数k12を乗算したものを角速度Gとした場合である。補正係数k12を0.438とし、補正係数k13を0.703とした。図16は、このようなドップラー振動計の速度差および補正後の角速度を示すグラフである。 In the third embodiment, the difference between the measured value u1 of the first Doppler vibrometer LDV1 and the measured value u2 of the second Doppler vibrometer LDV2 is defined as u1-u2, and the difference is calculated with respect to the angular velocity measured by the gyro sensor. In this case, the angular velocity G is obtained by multiplying the correction coefficient k12 by the correction coefficient k12. The correction coefficient k12 was set to 0.438, and the correction coefficient k13 was set to 0.703. FIG. 16 is a graph showing the velocity difference and corrected angular velocity of such a Doppler vibrometer.
上述したように、図15は、実施例2の結果を示し、図16は実施例3の結果を示している。このとき、左側の縦軸は速度(m/s)であり、右側の縦軸は角速度(rad/s)であり、横軸は計測時間(s)である。図15と図16とを比較すると、図15では、位相については一致しているが、値は一致していない。これに対し、図16では、第1のドップラー振動計LDV1の測定値u1と第2のドップラー振動計LDV2の測定値u2との差と、角速度Gと、が一致していることが分かる。このことから、補正係数k12が必要であることが分かる。なお、補正係数k13も同様である。 As mentioned above, FIG. 15 shows the results of Example 2, and FIG. 16 shows the results of Example 3. At this time, the left vertical axis is velocity (m/s), the right vertical axis is angular velocity (rad/s), and the horizontal axis is measurement time (s). Comparing FIG. 15 and FIG. 16, in FIG. 15, the phases match, but the values do not match. On the other hand, in FIG. 16, it can be seen that the difference between the measured value u1 of the first Doppler vibrometer LDV1 and the measured value u2 of the second Doppler vibrometer LDV2 and the angular velocity G match. From this, it can be seen that the correction coefficient k12 is necessary. Note that the same applies to the correction coefficient k13.
(実施例4~7、比較例1)
次に、本発明者らは、FWDによる計測結果と、本発明による計測結果とを比較した。また、補正係数k12、k13を用いた車両の仰角変動に由来する変動速度の除去の有効性についても合わせて検証した。
(Examples 4 to 7, Comparative Example 1)
Next, the present inventors compared the measurement results by FWD and the measurement results by the present invention. Furthermore, the effectiveness of removing speed fluctuations resulting from fluctuations in the elevation angle of the vehicle using the correction coefficients k12 and k13 was also verified.
実施例4は、図5のように、3つのドップラー振動計LDV1~3とジャイロセンサ21とをたわみ計測装置100に設置した。このとき、第1のドップラー振動計LDV1の設置角度θLDV1は2.31°であり、第2のドップラー振動計LDV2の設置角度θLDV2は2.09°であり、第3のドップラー振動計LDV3の設置角度θLDV3は2.12°であった。また、走行速度Vを20km/hとして測定を行なった。また、最大たわみ量aの算出の際には、補正係数k12、k13を用いた車両の仰角変動に由来する変動速度の除去を行った。補正係数k12を0.438とし、補正係数k13を0.703とした。また、サンプリングレートを2000Hzとし、荷重補正後の荷重を49kNとし、メディアンフィルタのフィルタ長を1600とした。また、ドップラー振動計1~3による車両走行面の照射位置を、車輪直下を0.000mとしてそれぞれ-0.207m、+0.205m、+0.615mとした。 In Example 4, as shown in FIG. 5, three Doppler vibrometers LDV1 to LDV3 and a gyro sensor 21 were installed in the deflection measuring device 100. At this time, the installation angle θ LDV1 of the first Doppler vibrometer LDV1 is 2.31°, the installation angle θ LDV2 of the second Doppler vibrometer LDV2 is 2.09°, and the third Doppler vibrometer LDV3 The installation angle θLDV3 was 2.12°. Further, the measurement was performed at a running speed V of 20 km/h. Furthermore, when calculating the maximum deflection amount a, the variation speed resulting from the elevation angle variation of the vehicle was removed using correction coefficients k12 and k13. The correction coefficient k12 was set to 0.438, and the correction coefficient k13 was set to 0.703. Further, the sampling rate was 2000 Hz, the load after load correction was 49 kN, and the filter length of the median filter was 1600. In addition, the irradiation positions of the vehicle running surface by Doppler vibrometers 1 to 3 were set to -0.207 m, +0.205 m, and +0.615 m, respectively, with the point directly below the wheels being 0.000 m.
実施例5は、走行速度を40km/hとしたことを除いて、実施例4と同様である。
実施例6は、最大たわみ量aの算出の際に、補正係数k12、k13を用いた車両の仰角変動に由来する変動速度の除去をしないことを除いて、実施例4と同様である。
Example 5 is the same as Example 4 except that the running speed was 40 km/h.
Embodiment 6 is similar to Embodiment 4, except that when calculating the maximum deflection amount a, the variation speed resulting from the elevation angle variation of the vehicle is not removed using the correction coefficients k12 and k13.
実施例7は、走行速度を40km/hとし、最大たわみ量aの算出の際に補正係数k12、k13を用いた車両の仰角変動に由来する変動速度の除去をしないことを除いて、実施例4と同様である。 In Example 7, the running speed is 40 km/h, and the variations in speed due to elevation angle fluctuations of the vehicle using correction coefficients k12 and k13 are not removed when calculating the maximum deflection amount a. It is the same as 4.
また、比較例1として、FWDにより測定を行なった。比較例1は、車両走行面Vsにかかる荷重を49kNとし、5mおきに測定した。 Moreover, as Comparative Example 1, measurement was performed by FWD. In Comparative Example 1, the load applied to the vehicle running surface Vs was 49 kN, and measurements were taken every 5 m.
図17~20は、比較例1であるFWDによる計測結果と、各実施例の計測結果とを表したグラフである。図17は、実施例4の結果を示しており、図18は、実施例5の結果を示している。図19は、実施例6の結果を示しており、図20は実施例7の結果を示している。縦軸は算出された最大たわみ量aを示し、横軸は走行距離を示している。 FIGS. 17 to 20 are graphs showing the measurement results by FWD of Comparative Example 1 and the measurement results of each example. FIG. 17 shows the results of Example 4, and FIG. 18 shows the results of Example 5. FIG. 19 shows the results of Example 6, and FIG. 20 shows the results of Example 7. The vertical axis shows the calculated maximum deflection amount a, and the horizontal axis shows the travel distance.
実施例4および実施例5は、図17、図18に示すように、FWDによる計測結果とほぼ相違ない結果を示していることが分かる。 As shown in FIGS. 17 and 18, it can be seen that Examples 4 and 5 show results that are almost the same as the results measured by FWD.
これに対して、実施例6および実施例7は、図19、図20に示すように、FWDによる計測結果と似た傾向を示しているが、最大たわみ量aの変動が激しく、車両走行面Vsのたわみを把握しにくい。 On the other hand, Examples 6 and 7, as shown in FIGS. 19 and 20, show a tendency similar to the FWD measurement results, but the maximum deflection amount a fluctuates sharply, and the vehicle running surface It is difficult to understand the deflection of Vs.
(実施例4、実施例8~10、比較例1)
次に、本発明者らは、ドップラー振動計を設置する位置と、荷重補正が与える影響について検証した。
(Example 4, Examples 8 to 10, Comparative Example 1)
Next, the inventors verified the position where the Doppler vibration meter is installed and the influence of load correction.
実施例8は、荷重補正を行なわなかったことを除いて、実施例4と同様である。
実施例9は、図7に示すように、車軸1aの後方に3つのドップラー振動計LDVが設けられていることを除いて、実施例4と同様である。
実施例10は、荷重補正を行なわなかったことを除いて、実施例9と同様である。
Example 8 is the same as Example 4 except that no load correction was performed.
Embodiment 9 is the same as Embodiment 4, except that three Doppler vibration meters LDV are provided behind the axle 1a, as shown in FIG.
Example 10 is the same as Example 9 except that no load correction was performed.
図21および図22において、比較例1の結果を実線で示している。また、図21では、実施例4の結果を二点鎖線で示しており、実施例8の結果を点線で示しており、図22では、実施例9の結果を二点鎖線で示しており、実施例10の結果を点線で示している。なお、図21、図22の縦軸は最大たわみ量aであり、横軸は走行距離である。 In FIGS. 21 and 22, the results of Comparative Example 1 are shown by solid lines. In addition, in FIG. 21, the results of Example 4 are shown with a chain double-dashed line, the results of Example 8 are shown with a dotted line, and in FIG. 22, the results of Example 9 are shown with a chain double-dashed line, The results of Example 10 are shown by the dotted line. Note that the vertical axis in FIGS. 21 and 22 is the maximum deflection amount a, and the horizontal axis is the traveling distance.
図21では、FWDの結果である比較例1を示す実線と、実施例4,8の結果を示す二点鎖線および点線との差が小さいことに対し、図22では、実線とそれ以外の線との差が大きい。このことから、ドップラー振動計を車輪の前方および後方に少なくとも1つ設けるように設置することで車両走行面に由来するたわみ速度の差を大きくすることができ、FWDによる測定結果とほぼ同様の結果を得ることができる。 In FIG. 21, the difference between the solid line showing Comparative Example 1, which is the FWD result, and the two-dot chain line and dotted line showing the results of Examples 4 and 8 is small, whereas in FIG. There is a big difference between From this, by installing at least one Doppler vibration meter in front and behind the wheel, it is possible to increase the difference in deflection speed originating from the vehicle running surface, and the results are almost the same as those measured by FWD. can be obtained.
また、図21において、荷重補正を行なった実施例4を示す二点鎖線と、荷重補正を行なっていない実施例8を示す点線とを比較すると、実施例4の方が、最大たわみ量aの変動や大きさが比較例1と近い。このことから、荷重補正を行なうことで、算出される最大たわみ量aの確度を向上させ、車両走行面の最大たわみ量aを正確に評価することができる。 In addition, in FIG. 21, when comparing the two-dot chain line showing Example 4 with load correction and the dotted line showing Example 8 without load correction, Example 4 has a higher maximum deflection amount a. Fluctuations and magnitudes are similar to those of Comparative Example 1. Therefore, by performing load correction, the accuracy of the calculated maximum deflection amount a can be improved, and the maximum deflection amount a of the vehicle running surface can be accurately evaluated.
(実施例4、比較例1、2)
次に、本発明者らは、従来の動的たわみ計測装置による最大たわみ量aの計測方法(特開2016-23537号公報)と、本発明の計測方法とを比較した。また、FWDによる計測結果とそれぞれの結果を比較することで、最大たわみ量aの確度を評価した。本発明の計測方法としては、実施例4と同様の条件で行なった。FWDによる計測は、比較例1と同様の条件で行なった。
(Example 4, Comparative Examples 1 and 2)
Next, the present inventors compared a method of measuring the maximum deflection amount a using a conventional dynamic deflection measuring device (Japanese Patent Application Laid-open No. 2016-23537) with the measuring method of the present invention. In addition, the accuracy of the maximum deflection amount a was evaluated by comparing the results measured by FWD and each result. The measurement method of the present invention was carried out under the same conditions as in Example 4. Measurement by FWD was performed under the same conditions as in Comparative Example 1.
比較例2は、従来技術(特開2016-23537号公報)であるウェーブレット解析によって、最大たわみ量aを算出した点とドップラー振動計1~3による車両走行面の照射位置が実施例4と異なる。すなわち、測定については、ドップラー振動計1~3による車両走行面の照射位置が異なる以外は実施例4と同様の条件で行った。また、ウェーブレット逆変換時のウェーブレット係数(フィルタレベル)を12とし、ドップラー振動計1~3の照射位置について、車輪直下を0.000mとして、それぞれ+0.155m、+0.357m、+0.560mとした。 Comparative Example 2 differs from Example 4 in that the maximum deflection amount a was calculated by wavelet analysis, which is a conventional technique (Japanese Patent Application Publication No. 2016-23537), and in the irradiation position of the vehicle running surface by Doppler vibrometers 1 to 3. . That is, the measurements were carried out under the same conditions as in Example 4, except that the irradiation positions of the vehicle running surface by Doppler vibrometers 1 to 3 were different. In addition, the wavelet coefficient (filter level) during wavelet inverse transformation was set to 12, and the irradiation positions of Doppler vibration meters 1 to 3 were set to +0.155 m, +0.357 m, and +0.560 m, respectively, with the point directly below the wheel being 0.000 m. .
図23、図24は、最大たわみ量aを示すグラフである。縦軸は最大たわみ量aを示し、横軸は走行距離を示す。図23は、実施例4と比較例1とを比較したグラフであり、図24は、比較例1と比較例2とを比較したグラフである。図23、図24において、実施例4と比較例2の計測結果は、実線で示されており、比較例1の計測結果は、点線で示されている。 23 and 24 are graphs showing the maximum deflection amount a. The vertical axis shows the maximum deflection amount a, and the horizontal axis shows the traveling distance. FIG. 23 is a graph comparing Example 4 and Comparative Example 1, and FIG. 24 is a graph comparing Comparative Example 1 and Comparative Example 2. In FIGS. 23 and 24, the measurement results of Example 4 and Comparative Example 2 are shown by solid lines, and the measurement results of Comparative Example 1 are shown by dotted lines.
図25、図26は、比較例1との相関関係を示す散布図である。図25の縦軸は、実施例4における最大たわみ量aを示し、図26の縦軸は、比較例2の最大たわみ量aを示す。図25および図26の横軸は、比較例1の最大たわみ量aを示す。 25 and 26 are scatter diagrams showing the correlation with Comparative Example 1. The vertical axis in FIG. 25 indicates the maximum deflection amount a in Example 4, and the vertical axis in FIG. 26 indicates the maximum deflection amount a in Comparative Example 2. The horizontal axis in FIGS. 25 and 26 indicates the maximum deflection amount a of Comparative Example 1.
また、図25、図26では、近似直線が点線で示されている。また、近似直線の式と決定係数R2が右下に示されている。図25の通り、実施例4における近似直線は、y=1.0606x-0.2502であり、決定係数R2は、0.7582である。図26の通り、比較例2における近似直線は、y=0.7981x+0.0871であり、決定係数R2は、0.4104である。 Furthermore, in FIGS. 25 and 26, the approximate straight line is shown as a dotted line. Furthermore, the equation of the approximate straight line and the coefficient of determination R2 are shown at the lower right. As shown in FIG. 25, the approximate straight line in Example 4 is y=1.0606x−0.2502, and the coefficient of determination R 2 is 0.7582. As shown in FIG. 26, the approximate straight line in Comparative Example 2 is y=0.7981x+0.0871, and the coefficient of determination R2 is 0.4104.
実施例4は、図23に示すように、外れ値の数が少なく、比較例1と近い値を示している。また、図25における近似直線の傾きが1に近いことが分かる。 As shown in FIG. 23, Example 4 has a small number of outliers and exhibits values close to those of Comparative Example 1. It can also be seen that the slope of the approximate straight line in FIG. 25 is close to 1.
これに対して、比較例2は、図24においてばらつきが多いことや、図26における近似直線の傾きや決定係数R2の値が1より遠いことから、FWDの計測結果である比較例1との相関が実施例4よりも弱いことが分かる。また、図26からも、比較例2は、比較例1と極端にずれた値が見受けられる。 On the other hand, Comparative Example 2 is different from Comparative Example 1, which is the FWD measurement result, because there are many variations in FIG. 24 and the slope of the approximate straight line and the value of the coefficient of determination R2 in FIG. It can be seen that the correlation is weaker than in Example 4. Further, from FIG. 26, it can be seen that the values of Comparative Example 2 are extremely different from those of Comparative Example 1.
このことから、比較例2よりも実施例4の方がFWDの計測結果と相関関係が強いことから、従来技術と比較して本発明の計測方法では、車両走行面のたわみを動的に計測しつつ、FWDで計測した場合と近い結果が得られるといえる。また、比較例2のウェーブレット解析では、車両の動きに由来する速度をウェーブレット解析によって除去することから計算が複雑になりやすいが、実施例4ではドップラー振動計の測定値の差をとる等して車両の動きに由来する速度を除去するため、最大たわみ量aの算出にかかる計算量を減らすことができる。 From this, Example 4 has a stronger correlation with the FWD measurement results than Comparative Example 2. Therefore, compared to the conventional technology, the measurement method of the present invention dynamically measures the deflection of the vehicle running surface. However, it can be said that results close to those obtained when measuring with FWD can be obtained. In addition, in the wavelet analysis of Comparative Example 2, the calculation tends to be complicated because the speed derived from the movement of the vehicle is removed by the wavelet analysis, but in Example 4, the calculation is likely to be complicated by taking the difference between the measured values of the Doppler vibration meter, etc. Since the speed derived from the movement of the vehicle is removed, the amount of calculation required to calculate the maximum deflection amount a can be reduced.
また、実施例4では、ある時刻に測定されたデータが1つでもあれば、最大たわみ量aを算出可能である。これに対して、比較例2では、ウェーブレット解析に基づいて車両の動きに由来する速度を除去するため、ある時間幅における連続した測定データが必要である。実施例4によれば、ドップラー振動計の測定値の差をとる等して車両の動きに由来する速度を除去するため、ある測定時刻における1点の測定データから最大たわみ量aを算出可能となる。 Furthermore, in the fourth embodiment, if there is at least one piece of data measured at a certain time, the maximum deflection amount a can be calculated. On the other hand, in Comparative Example 2, continuous measurement data over a certain time period is required in order to remove the speed derived from the movement of the vehicle based on wavelet analysis. According to the fourth embodiment, the maximum deflection amount a can be calculated from the measurement data at one point at a certain measurement time, since the speed derived from the movement of the vehicle is removed by taking the difference between the measured values of the Doppler vibration meter, etc. Become.
(実施例4、実施例5、実施例11、実施例12)
次に、発明者らは、走行速度の変動が最大たわみ量aの計測に及ぼす影響を検討した。
(Example 4, Example 5, Example 11, Example 12)
Next, the inventors investigated the influence of fluctuations in running speed on the measurement of the maximum deflection amount a.
走行速度が一定な実施例として、実施例4と実施例5と同様の条件でそれぞれ2回ずつ計測した。走行速度が不定な実施例として、走行速度を10~25km/hの範囲で変動させた実施例11と、10~40km/hの範囲で変動させた実施例12とを、それぞれ2回ずつ計測した。なお、実施例11、実施例12は、走行速度を除いて、実施例4と同様の条件である。 As an example in which the traveling speed was constant, measurements were each made twice under the same conditions as in Example 4 and Example 5. As an example in which the running speed is unstable, Example 11 where the running speed was varied in the range of 10 to 25 km/h and Example 12 where the running speed was varied in the range of 10 to 40 km/h were measured twice each. did. Note that Examples 11 and 12 have the same conditions as Example 4 except for the traveling speed.
図27は、実施例4と実施例5の最大たわみ量aの計測結果を示しており、図28Aは、実施例11と実施例12の最大たわみ量aの計測結果を示しており、図28Bは、実施例11および実施例12の走行速度の測定結果を示している。 27 shows the measurement results of the maximum deflection amount a of Example 4 and Example 5, FIG. 28A shows the measurement result of the maximum deflection amount a of Example 11 and Example 12, and FIG. 28B shows the measurement results of the running speed of Example 11 and Example 12.
図27と図28Aとを比較すると、最大たわみ量aはほぼ同じ値を示している。このことから、走行速度の変化の有無は、算出される最大たわみ量aの値にほぼ影響がないことが分かった。また、図27または図28Aにおいて、1回目と2回目の計測における差異がほぼないことから、再現性が高い結果が得られることが分かった。また、走行速度が異なる実施例4および5間と、実施例11および12間とにおける計測結果の差異がほぼないことから、どのような走行速度であっても、ほぼ変わりない結果を得られるといえる。また、図28Bに示すように、実施例11および12では、走行速度の変動の仕方に多少の差異があるが、算出される最大たわみ量aの値にほぼ影響がないことが分かった。 Comparing FIG. 27 and FIG. 28A, the maximum deflection amount a shows almost the same value. From this, it was found that the presence or absence of a change in running speed has almost no effect on the value of the calculated maximum deflection amount a. Furthermore, in FIG. 27 or FIG. 28A, there was almost no difference between the first and second measurements, indicating that highly reproducible results were obtained. Furthermore, since there is almost no difference in the measurement results between Examples 4 and 5, which have different running speeds, and between Examples 11 and 12, it can be assumed that almost the same results can be obtained regardless of the running speed. I can say that. Furthermore, as shown in FIG. 28B, it was found that although there was a slight difference in the manner in which the traveling speed fluctuated in Examples 11 and 12, it had almost no effect on the value of the calculated maximum deflection amount a.
つまり、走行速度の大小や変動の有無は、計測結果にほぼ影響を与えないことから、走行速度を変動させたとしても、車両走行面Vsのたわみを計測可能である。そのため、交通規制をせずとも、たわみの計測を可能であるから、実道におけるたわみの計測が容易となる。 In other words, the magnitude of the traveling speed and the presence or absence of fluctuation have almost no influence on the measurement results, so even if the traveling speed is varied, the deflection of the vehicle traveling surface Vs can be measured. Therefore, deflection can be measured without traffic regulation, making it easy to measure deflection on an actual road.
(実施例13~15、比較例3~5)
次に、異なる場所において検証した。実施例13~15として、つくば市内の実道の様々な場所において2回ずつ計測を行なった。図29は実施例13(測定箇所A)と比較例3の結果を示しており、図30は実施例14(測定箇所B)と比較例4の結果を示しており、図31は実施例15(測定箇所C)と比較例5の結果を示している。なお、比較例3~5は、測定場所が異なる以外は比較例1と同様である。
(Examples 13 to 15, Comparative Examples 3 to 5)
Next, it was tested in different locations. As Examples 13 to 15, measurements were performed twice at various locations on actual roads in Tsukuba City. FIG. 29 shows the results of Example 13 (measurement point A) and Comparative Example 3, FIG. 30 shows the results of Example 14 (measurement point B) and Comparative Example 4, and FIG. 31 shows the results of Example 15. (Measurement point C) and the results of Comparative Example 5 are shown. Note that Comparative Examples 3 to 5 are the same as Comparative Example 1 except that the measurement locations are different.
実施例13~15において、それぞれ、比較例3~5と最大たわみ量aがほぼ同じ値を示していることから、異なる場所であっても、最大たわみ量aを正確に計測できていることを確認した。 In Examples 13 to 15, the maximum deflection amount a has almost the same value as Comparative Examples 3 to 5, which indicates that the maximum deflection amount a can be accurately measured even at different locations. confirmed.
(実施例4、実施例16)
次に、本発明者らは、最大たわみ量の算出にガウス関数以外のたわみ曲線wの形状に近似した関数を用いても、ガウス関数と同様の結果を得られるか検証した。
(Example 4, Example 16)
Next, the present inventors verified whether the same results as the Gaussian function could be obtained even if a function other than the Gaussian function that approximated the shape of the deflection curve w was used to calculate the maximum amount of deflection.
実施例16は、数式(19)を用いて最大たわみ量aを算出した点が実施例4と異なる。図32は、実施例4と実施例16の最大たわみ量aの計測結果を示している。図32に示すように、関数が異なってもほぼ同様の値を示していることを確認した。 Example 16 differs from Example 4 in that the maximum deflection amount a was calculated using Equation (19). FIG. 32 shows the measurement results of the maximum deflection amount a of Example 4 and Example 16. As shown in FIG. 32, it was confirmed that the values were almost the same even if the functions were different.
以上説明したように、本実施形態によれば、複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで車両の上下動に由来する変動速度を除去することから、ドップラー振動計から取得された測定値から車両の上下動に由来する変動速度のみが除去されることとなり、算出される最大たわみ量の確度を向上させることができる。また、車両の上下動に由来する変動速度だけでなく、車両の仰角変動に由来する変動速度についても除去された値を用いているため、算出される最大たわみ量の確度をさらに向上させることが可能となる。さらに、走行速度に変動があっても、最大たわみ量aを算出可能であることから、実道での計測が容易となる。 As explained above, according to the present embodiment, the fluctuation velocity resulting from the vertical movement of the vehicle is removed by taking the difference between the measured values obtained from a plurality of Doppler vibration meters. Only the fluctuation speed resulting from the vertical movement of the vehicle is removed from the measured values, and the accuracy of the calculated maximum deflection amount can be improved. In addition, since we use values that have been removed not only for the speed fluctuations resulting from the vertical movement of the vehicle, but also for the speed fluctuations resulting from the fluctuations in the elevation angle of the vehicle, it is possible to further improve the accuracy of the calculated maximum deflection amount. It becomes possible. Furthermore, since the maximum deflection amount a can be calculated even if the traveling speed varies, measurement on the actual road becomes easy.
1 車輪
1a 車軸
2 車体
10 載荷用車両
20 センサ架台
21 仰角変動計
22 速度計
25 歪み計
100 たわみ計測装置
200 たわみ算出装置
201 信号処理部
202 記憶部
203 演算部
204 操作部
300 表示部
500 たわみ計測システム
a 最大たわみ量
b たわみ形状に関する係数
d 最大たわみ発生位置
h 設置高さ
r 光路長
t 計測時間
u 測定値
V 走行速度
w たわみ曲線
x 距離
dw/dt たわみ速度
dr/dt 光路長rを時間微分した値
Ax 車軸の中心を通る鉛直線
I 交点
IP 照射口
LD 載荷方向
Ld1 車両10の前方に位置する変位計の底面から車両走行面Vsまでの距離
Ld2 車両10の後方に位置する変位計の底面から車両走行面Vsまでの距離
Ld12 変位計12間のx軸方向における距離
LDV ドップラー振動計
LDV1 第1のドップラー振動計
LDV2 第2のドップラー振動計
LDV3 第3のドップラー振動計
Lo 各ドップラー振動計間の距離
Lx ドップラー振動計の照射口IPから交点Iまでの距離
Lz 回転中心Mから交点Iまでの距離がLz
L12 第1のドップラー振動計および第2のドップラー振動計間の距離
L23 第2のドップラー振動計および第3のドップラー振動計間の距離
M 仰角中心
Po たわみ曲線の頂点
SP 照射口IPを通る鉛直線
SL ドップラー振動計LDVの照射口IPを通る線
TD 車両進行方向
Vs 車両走行面
Vz 車両の上下動に由来する変動速度
θLDV 設置角度
θM 車両仰角
1 Wheel 1a Axle 2 Vehicle body 10 Loading vehicle 20 Sensor mount 21 Elevation angle variation meter 22 Speed meter 25 Strain meter 100 Deflection measurement device 200 Deflection calculation device 201 Signal processing section 202 Storage section 203 Calculation section 204 Operation section 300 Display section 500 Deflection measurement System a Maximum amount of deflection b Coefficient related to deflection shape d Maximum deflection occurrence position h Installation height r Optical path length t Measurement time u Measured value V Traveling speed w Deflection curve x Distance dw/dt Deflection speed dr/dt Time differentiation of optical path length r Value Ax Vertical line I passing through the center of the axle Intersection IP Irradiation port LD Loading direction L d1 Distance L from the bottom of the displacement meter located at the front of the vehicle 10 to the vehicle running surface Vs d2 Displacement meter located at the rear of the vehicle 10 Distance L from the bottom of the vehicle to the vehicle running surface Vs d12 Distance in the x-axis direction between the displacement meters 12 LDV Doppler vibration meter LDV1 First Doppler vibrometer LDV2 Second Doppler vibrometer LDV3 Third Doppler vibrometer Lo Each Doppler Distance between vibration meters Lx Distance from irradiation port IP of Doppler vibration meter to intersection I Lz Distance from rotation center M to intersection I is Lz
L 12 Distance between the first Doppler vibrometer and the second Doppler vibrometer L 23 Distance M between the second Doppler vibrometer and the third Doppler vibrometer Elevation center Po Vertex SP of the deflection curve Passes through the irradiation port IP Vertical line SL Line TD passing through the irradiation port IP of the Doppler vibration meter LDV Vehicle traveling direction Vs Vehicle running surface Vz Variation speed due to vertical movement of the vehicle θ LDV installation angle θ M Vehicle elevation angle
Claims (9)
車両進行方向の車両仰角の変動を検出する仰角変動計と、たわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する複数のドップラー振動計とが剛結されたセンサ架台が剛結された載荷用車両を走行させるステップと、
前記載荷用車両の走行中に、前記仰角変動計および前記複数のドップラー振動計から測定値を取得するステップと、
前記複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで、前記測定値から車両の上下動に由来する変動速度を除去するステップと、
前記車両の上下動に由来する変動速度が除去された値および前記仰角変動計から取得された車両進行方向の車両仰角の変動に基づく角速度を用いて、車両の仰角変動に由来する変動速度を除去するステップと
前記車両の上下動に由来する変動速度および車両の仰角変動に由来する変動速度が除去されたたわみ速度から最大たわみ量を算出するステップと、を含むことを特徴とするたわみ計測方法。 A deflection measurement method for dynamically measuring deflection of a vehicle running surface where deflection may occur, the method comprising:
For loading, a sensor frame is rigidly connected to which an elevation angle variation meter that detects changes in the vehicle elevation angle in the vehicle traveling direction and multiple Doppler vibrometers that detect relative speeds with the vehicle running surface including deflection speed. a step of driving the vehicle;
acquiring measurements from the elevation angle variation meter and the plurality of Doppler vibrometers while the cargo vehicle is traveling;
removing a varying speed resulting from vertical movement of the vehicle from the measured values by taking a difference between the measured values obtained from the plurality of Doppler vibrometers;
Using the value from which the speed fluctuations resulting from the vertical movement of the vehicle have been removed and the angular velocity based on the fluctuations in the vehicle elevation angle in the vehicle traveling direction obtained from the elevation angle fluctuation meter, the speed fluctuations resulting from the fluctuations in the elevation angle of the vehicle are removed. and calculating a maximum amount of deflection from a deflection velocity from which a velocity variation resulting from vertical movement of the vehicle and a variation velocity originating from variation in elevation angle of the vehicle are removed.
wをたわみ量とし、Vを前記載荷用車両の走行速度とし、xを距離とし、
tを時間とし、dw/dtをたわみ速度とし、aを最大たわみ量とし、bをたわみ形状に関する係数とし、dを最大たわみの発生位置とするとき、以下の数式(F1)、(F2)を用いて最大たわみ量aを算出することを特徴とする請求項1記載のたわみ計測方法。
w is the amount of deflection, V is the traveling speed of the aforementioned cargo vehicle, x is the distance,
When t is time, dw/dt is the deflection speed, a is the maximum deflection amount, b is the coefficient related to the deflection shape, and d is the position where the maximum deflection occurs, the following formulas (F1) and (F2) are 2. The method for measuring deflection according to claim 1, wherein the maximum deflection amount a is calculated using the following method.
wをたわみ量とし、xを距離とし、aを最大たわみ量とし、bをたわみ形状に関する係数とし、dを最大たわみの発生位置とするとき、以下の数式(F3)、(F4)を用いて最大たわみ量aを算出することを特徴とする請求項1記載のたわみ計測方法。
When w is the amount of deflection, x is the distance, a is the maximum amount of deflection, b is the coefficient related to the shape of deflection, and d is the position where the maximum deflection occurs, use the following formulas (F3) and (F4). 2. The deflection measuring method according to claim 1, further comprising calculating a maximum deflection amount a.
載荷用車両に剛結されるセンサ架台と、
前記センサ架台に剛結され、車両進行方向の車両仰角の変動を検出する仰角変動計と、
前記センサ架台に剛結され、たわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する複数のドップラー振動計と、
前記複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで、前記測定値から車両の上下動に由来する変動速度を除去すると共に、前記車両の上下動に由来する変動速度が除去された値および前記仰角変動計から取得された車両進行方向の車両仰角の変動に基づく角速度を用いて、車両の仰角変動に由来する変動速度を除去し、前記車両の上下動に由来する変動速度および車両の仰角変動に由来する変動速度が除去されたたわみ速度から最大たわみ量を算出する演算部と、を備え、
前記複数のドップラー振動計は、前記載荷用車両のいずれかの車輪の車両進行方向に対する前方または後方の少なくとも一方においてたわみ速度を含む車両走行面との相対速度を検出する位置に設けられていることを特徴とするたわみ計測システム。 A deflection measurement system that dynamically measures deflection of a vehicle running surface where deflection may occur,
a sensor mount rigidly connected to a loading vehicle;
an elevation angle variation meter that is rigidly connected to the sensor frame and detects a variation in the vehicle elevation angle in the vehicle traveling direction;
a plurality of Doppler vibrometers that are rigidly connected to the sensor mount and detect velocity relative to the vehicle running surface, including deflection velocity;
By taking the difference between the measured values obtained from the plurality of Doppler vibrometers, the variable speed resulting from the vertical movement of the vehicle is removed from the measured value, and the variable speed resulting from the vertical movement of the vehicle is removed. Using the obtained value and the angular velocity based on the variation of the vehicle elevation angle in the vehicle traveling direction obtained from the elevation angle variation meter, the variation velocity originating from the elevation angle variation of the vehicle is removed, and the variation velocity originating from the vertical movement of the vehicle and the angular velocity derived from the elevation angle variation of the vehicle are removed. a calculation unit that calculates the maximum amount of deflection from the deflection speed from which variable speed due to elevation angle variation of the vehicle has been removed;
The plurality of Doppler vibrometers are provided at positions for detecting the relative speed of any of the wheels of the cargo vehicle to the vehicle running surface, including the deflection speed, at least one of the front and rear sides with respect to the vehicle traveling direction. A deflection measurement system featuring:
前記たわみ計測装置から前記測定値を取得する処理と、
前記複数のドップラー振動計から取得された測定値の差をとることで、前記測定値から車両の上下動に由来する変動速度を除去する処理と、
前記車両の上下動に由来する変動速度が除去された値および前記仰角変動計から取得された車両進行方向の車両仰角の変動に基づく角速度を用いて、車両の仰角変動に由来する変動速度を除去する処理と、
前記車両の上下動に由来する変動速度および車両の仰角変動に由来する変動速度が除去されたたわみ速度から最大たわみ量を算出する処理と、を含むことを特徴とするたわみ計測プログラム。 a sensor pedestal rigidly connected to the loading vehicle; an elevation angle variation meter rigidly connected to the sensor pedestal to detect variations in the vehicle elevation angle in the vehicle traveling direction; The maximum amount of deflection is determined using the measured values obtained by dynamically measuring the deflection of the vehicle running surface where deflection may occur using a deflection measurement device including multiple Doppler vibrometers that detect the relative velocity with the surface. A deflection measurement program that calculates
a process of acquiring the measured value from the deflection measuring device;
A process of removing a fluctuation speed resulting from vertical movement of the vehicle from the measured value by taking a difference between the measured values obtained from the plurality of Doppler vibration meters;
Using the value from which the speed fluctuations resulting from the vertical movement of the vehicle have been removed and the angular velocity based on the fluctuations in the vehicle elevation angle in the vehicle traveling direction obtained from the elevation angle fluctuation meter, the speed fluctuations resulting from the fluctuations in the elevation angle of the vehicle are removed. processing and
A deflection measurement program comprising: calculating a maximum deflection amount from a deflection velocity from which a variation speed resulting from vertical movement of the vehicle and a variation speed resulting from elevation angle fluctuation of the vehicle are removed.
wをたわみ量とし、Vを前記載荷用車両の走行速度とし、xを距離とし、
tを時間とし、dw/dtをたわみ速度とし、aを最大たわみ量とし、bをたわみ形状に関する係数とし、dを最大たわみの発生位置とするとき、以下の数式(F5)、(F6)を用いて最大たわみ量aを算出することを特徴とする請求項7記載のたわみ計測プログラム。
w is the amount of deflection, V is the traveling speed of the aforementioned cargo vehicle, x is the distance,
When t is time, dw/dt is the deflection speed, a is the maximum deflection amount, b is the coefficient related to the deflection shape, and d is the position where the maximum deflection occurs, the following formulas (F5) and (F6) are 8. The deflection measurement program according to claim 7, wherein the maximum deflection amount a is calculated by using the deflection measurement program.
wをたわみ量とし、Vを載荷用車両の走行速度とし、xを距離とし、tを時間とし、
dw/dtをたわみ速度とし、aを最大たわみ量とし、bをたわみ形状に関する係数とし、dを最大たわみの発生位置とするとき、以下の数式(F7)、(F8)を用いて最大たわみ量aを算出することを特徴とする請求項7記載のたわみ計測プログラム。
w is the amount of deflection, V is the traveling speed of the loading vehicle, x is the distance, t is the time,
When dw/dt is the deflection speed, a is the maximum amount of deflection, b is the coefficient related to the shape of deflection, and d is the position where the maximum deflection occurs, calculate the maximum amount of deflection using the following formulas (F7) and (F8). 8. The deflection measuring program according to claim 7, further comprising calculating a.
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