JPH03251711A - 路面計測法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、道路の表面の凹凸プロフィルを計測する路面
計測法に関する。

（従来の技術） 道路の表面は非舗装道路はもとより、舗装道路において
も完全に平滑ではなく、様々な凹凸がある。そのため、
道路を走行する自動車には、それぞれの路面凹凸の形と
走行速度に応じた複雑な力が作用する。これらの力を自
動車の上下、前後、左右方向の成分に分けると、特に上
下方向の力は振動乗り心地や積荷のいたみと密接な関係
を持つ。

さらに、車体の変形や破壊を招く最大の原因ともなって
いる。したがって、路面の凹凸の程度を把握しておくこ
とは自動車の開発にとって、必要不可欠なこととなって
いる。

路面の凹凸プロフィルを計測する方法として、従来、多
輪測定車を使用したり、サーボ振動計を使用する方法、
あるいは非接触レーザ変位計を用いる方法がある。特に
、非接触レーザ変位計は計測速度が他の方法と比べて改
善され、共振等の外乱を排除し易く多用されている。

即ち、この非接触レーザ変位計は測定しようとする道路
を走行しながら路面に対してレーザビームを照射し、路
面からの反射ビームによって路面の凹凸プロフィルを路
面距離領域（時間領域）で計測するようにしたものであ
る。

処で、非接触レーザ変位計を車両に搭載し、走行しなが
ら計測する方法であっても、１台の非接触レーザ変位計
によって計測していると、車体のバウンシング時に計測
誤差が発生する。そこで、車体の前後方向に沿って一直
線上に３台以上の非接触レーザ変位計を互いに所定間隔
を介して配設し、計測車を走行させながら３台の非接触
レーザ変位計及び非接触光学速度計からなる計測システ
ムよりそのシステム出力を取り込み、車両と路面との間
の高さ方向の変位要素を排除して、路面の凹凸情報のみ
を算出するという方法が採られている。その−例は本出
願人による特願平１−１０５５０４号の明細書及び図面
に開示されている。

上述の路面計測法では、まず、３台の非接触レーザ変位
計を１システムとし、そのシステムがらの周波数領域で
表された計測システム出力Ｇ（ω）及びシステム伝達関
数■（ω）を取り込み、これら値を路面関数Ｆ（ω）を
求める次式、Ｆ（ω）＝−Ｇ（ω）／■１（ω）により
算出し、その上で得られた周波数領域で表された路面関
数Ｆ（ω）を逆フーリエ変換して路面距離領域で表され
た路面関数ｆ（Ｘ）を算出している。

ここで、第１θ図を参照してその計測原理を説明する。

符号１は計測車であり、この車体の前後方向に沿って一
直線上に非接触レーザ変位計としてのＡ、Ｃ，Ｂの各セ
ンサがこの順に配設され、Ａ。

Ｂセンサ間がり、Ａ、Ｃセンサ間がＬ□、Ｃ，Ｂセンサ
間がＬ２と設定されている。

ここで、Ａ、Ｂ、Ｃを各センサ出力、ｆ（Ｘ）を路面関
数、ｇ（Ｘ）を計測システム出力とし、これらの幾何学
的関係を求めると（１）式が得られる。

−ｇ（Ｘ）＝ｆ（Ｘ）−Ｌ、／ＬＸｆ（Ｘ＋Ｌ、）−Ｌ
、／ＬＸｆ（Ｘ−Ｌ、）−−−（１）一方、ｇ（Ｘ）を
センサ出力を用いて表すと、ｇ（Ｘ）＝Ｃ−Ｌ、／Ｌ　
Ｘ　Ａ−Ｌ、／Ｌ　Ｘ　Ｂ　−−−（２）ｇ（Ｘ）、ｆ
（Ｘ）を周波数領域で表したものをＧ（ω）とＨ（ω″
）とし、これを用い（１）式をフーリエ変換して書き換
えると、 Ｇ（（、）　）：Ｆ（ω）Ｘ　（１−Ｌ２ルＸ　ＥＸＰ
　Ｆ　ｊωＬ□）−Ｌｘ　／Ｌ　Ｘ　ＥＸＰ（ｊωＬ２
）〕 ＝Ｆ（ω）　Ｘ　１１　（ω）・・・（３）、’、Ｆ（
ω）＝−Ｇ（ω）／Ｉ＋（ω）・・・（４）Ｆ（ω）は
計測した路面を周波数領域で表わしたものである。この
路面関数Ｆ（ω）を逆フーリエ変換により路面距離領域
ｆ（Ｘ）で表すことで、路面距離領域でのプロフィルを
再現し、測定できる。

なお、非接触レーザ変位計ＡとＣとの間隔をＬｌ、Ｃと
Ｂとの間隔をＬ２とすると、Ｌ０≠Ｌ２に設定されてお
り、これは下記理由による。

即ち、非接触レーザ変位計ＡとＣの間隔をＬｌ、ＣとＢ
の間隔をＬ２とし、システムをしい＝１２と設定した場
合、システム伝達関数■（ω）は第４図（ａ）に示すよ
うにゼロとなる部分（ａ、ｂ点）が多く成り。

連続測定範囲ばす、ｃ点の範囲となる。これに対してＬ
□≠Ｌ２とすると、システム伝達関数■（ω）はゼロと
なる部分が低減し、第４図（ｂ）に示すように連続的に
計測することができる範囲が拡大されるためである。

（発明が解決しようとする課題） 処で、３台以上の非接触レーザ変位計を３台１組みとし
て複数のシステムを構成すると、１回の路面測定走行に
より同一路面を各システムの数だけ測定したこととなり
測定時間の短縮を図れる。

このような測定法を採用する場合、システムの数だけの
システム伝達関数Ｈ□（ω）、）１２（ω）、＋１３（
ω）。

Ｈ４（ω）・・・・が得られる（第４図（ａ）、（ｂ）
参照）。そこで、従来は、３台以上の非接触レーザ変位
計を有した複数システムを用いる場合、複数の伝達関数
の値の平均値を用いて演算処理を行っていた。

しかし、このような平均化されたシステム伝達関数ＩＩ
（ω）の値は場合により、利得の低い値となる。即ち、
第５図（ａ）、　（ｂ）　、　（ｃ）に２点鎖線Ｑ１で
示す周波数（路面波長として示した）においての平均シ
ステム伝達関数Ｈ（ω）の値（伝達率）を求める場合、
システム伝達関数１１□（ω）の値の利得は高いがその
他のシステム伝達関数）１２（ω）−Ｈａ（ω）の値は
ほぼ０であり、これらの平均値を採ると、平均システム
伝達関数Ｈ（ω）の伝達率は低利得となり、結果として
、路面プロフィルの測定精度が低減するという問題があ
った。

更に、このように求められた路面プロフィルは起点から
道路に沿った各距離でのものであり、道路の幅方向の情
報は無く、道路の中央寄りか路肩寄りか路面の何処の位
置を測定したかは明確にされていなかった。

本発明の目的は、路面プロフィルの測定精度を向上させ
ることができ、更に路面プロフィルとその計測場所を特
定出来る路面計測法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために、本発明は第一に、計測車
に、その車体の前後方向に沿って一直線上に３台以上の
非接触レーザ変位計を互いに所定間隔を介して配設する
と共に非接触光学速度計を設け、前記計測車を走行させ
ながら少なくとも前記３台の非接触レーザ変位計及び非
接触光学速度計からなる１システムにより周波数領域で
表された計測システム出力及びシステム伝達関数を算出
し、前記計測システム出力及びシステム伝達関数に基づ
き周波数領域で表された路面関数を算出し、その上で前
記路面関数を逆フーリエ変換して路面距離領域で表され
た路面関数を算出する路面計測法であって、前記路面関
数の算出時に重み付けシステム伝達関数が採用され、こ
の重み付けシステム伝達関数は前記各システム毎に得ら
れるシステム伝達関数の内より、算出時の周波数におい
て比較的大きな利得を示すものが高比率で採用されるこ
とを特徴とする。

本発明は第二に、計測車に、その車体の前後方向に沿っ
て一直線上に３台以上の非接触レーザ変位計を互いに所
定間隔を介して配設すると共に非接触光学速度計を設け
、前記計測車を走行させながら少なくとも前記３台の非
接触レーザ変位計及び非接触光学速度計からなる１シス
テムより周波数領域で表された計測システム出力及びシ
ステム伝達関数を算出し、前記計測システム出力及びシ
ステム伝達関数に基づき周波数領域で表された路面関数
を算出し、その上で前記路面関数を逆フーリエ変換して
路面距離領域で表された路面関数を算出する路面計測法
であって、前記計測車に方位センサを設け、この方位セ
ンサの方位情報と前記非接触光学速度計の速度情報とよ
りサンプリング時の計測位置情報を求め、路面距離領域
で表わされた路面関数と前記計測位置情報とを関連させ
て表示することを特徴とする。

（作　　用） 第一に、路面関数の算出時に採用される重み付けシステ
ム伝達関数として、各システム毎に得られるシステム伝
達関数の内より、算出時の周波数において比較的大きな
利得を示すシステム伝達関数が高比率で採用され、この
システム伝達関数に基づき路面関数が算出されるように
なる。第二に、方位情報と速度情報とよりサンプリング
時の計測位置情報を求め、路面距離領域で表された路面
関数の値と計測位置とを関連させて表示出来るようにな
る。

（実　施　例） 第１図は本発明方法で用いる計測車１が示されている。

この計測車１には４台の非接触レーザ変位計２．３，４
．５が取付けられ、更に、非接触光学速度計６及び方位
センサ１１が取付けられている。

非接触レーザ変位計２．３．４および５は計測車１の前
後方向に一直線上に配設されている。特に、非接触レー
ザ変位計２と３との間隔をＬ□、３と４との間隔をＬ２
．４と５との間隔をＬ３とすると、これら値は下記理由
によりＬ工≠Ｌ２≠Ｌ３に設定されている。

即ち、非接触レーザ変位計２と３の間隔をＬ工３と４の
間隔をＬ２．４と５の間隔をＬ３とし、システム（非接
触レーザ変位計２と３と４からなる１システムとする）
をＬ１＝Ｌ、＝Ｌ、と設定した場合、上述の（３）式に
示されたシステム伝達関数Ｈ（ω）を同システム伝達関
数の算出手段（後述のパーソナルコンピュータ１０がそ
の機能を備える）により算出すると、その伝達率特性は
第４図（ａ）に示すように成る。この場合、・システム
伝達関数Ｈ（ω）の値である伝達率がゼロとなる部分（
ａ、ｂ点）が多く、この値の使用可能範囲はす、ｃ点の
比較的狭い範囲となる。

これに対してＬ１≠Ｌ２≠Ｌ３とすると、システム伝達
関数Ｉ＋（ω）の値がゼロとなる部分が低減し、第４図
（ｂ）に示すように伝達率の算出使用可能範囲は拡大さ
れ、このように設定することにより、制度の良い路面形
状の算出を可能とするようになる。

４台の非接触レーザ変位計２．３．４および５からの出
力信号は計測車１に搭載された変位計プロセッサ７を介
してＡ／Ｄ変換器８に入力される。

非接触光学速度計６からは車速情報を含む車速信号Ｖｓ
が出力され、同信号は速度計プロセッサ９を介してＡ／
Ｄ変換器８に入力される。更に方位センサ１１は地磁気
センサとジャイロの組み合わせにより基準方向と進行方
向との間の向い角情報を含む方位信号θを出力するもの
で、この方位信号０は方位プロセッサ１２を介してＡ／
Ｄ変換器８に入力される。

Ａ／Ｄ変換器８は適時に各信号をパーソナルコンピュー
タｌＯに出力する。

パーソナルコンピュータ１０は、各信号を所定のエリア
に記憶処理するデータの記憶手段と周知のＣＲＴである
データの表示手段とを備える。記憶手段は変位計、速度
計及び方位センサ各データを連続して所定範囲内で記憶
処理出来、適時にそのデータをフロッピィ−ディスクや
テープレコーダに収納出来る。

更に、パーソナルコンピュータ１０は、各非接触レーザ
変位計の間隔Ｌ□、Ｌ２、Ｌ、の値に基づき各システム
のシステム伝達関数Ｈ□（ω）、１（ハω）、■。

（ω）を算出し、その上で算出時の周波数において比較
的大きな利得を示すものを高比率で取り込んだ（下記（
５）式で算出する）算出用システム伝達関数Ｈ（ω）を
算出するシステム伝達関数算出手段と、上述の（４）式
に基づき計測システム出力Ｇ（ω）とシステム伝達関数
Ｈ（ω）とに応じた周波数領域で表される路面関数Ｆ（
ω）を算出する第一路面関数算出手段と、周波数領域で
の路面関数Ｆ（ω）を路面距離領域で表される路面関数
ｆ　（Ｘ）に逆フーリエ変換する第二路面関数算出手段
と、方位情報と速度情報とより各サンプリング時の計測
位置情報Ｎ　（Ｘ）、Ｅ　（Ｘ）を算出する計測位置算
出手段と、路面関数の値と計測位置とを対応させて表示
する表示手段との機能をも備える。

次に、第１図の計測車１が第７図の被計測路面Ｗを２点
鎖線に沿って走行した場合の路面計測法を説明する。な
おここでは非接触レーザ変位計２と３と４及び５を互い
に異なる組み合わせとして３システムを構成したものと
する。

計測車１が被計測路面Ｗを走行中において、各非接触レ
ーザ変位計２．３．４および５からは被計測路面Ｗにレ
ーザ光が照射され、パーソナルコンピュータ１０はサン
プリング周期毎にその反射光を受光することによって路
面変位データＶＡＩＶＢＩＶＣ＃ＶＤを所定のエリアに
順次取り込む。同時に、同一サンプリング周期毎に非接
触光学速度計６からの速度情報Ｖｓ（ここでは一定車速
で走行が成される）及び方位センサ１１からの方位情報
０とを所定の工リアに取り込む。

データ収集後パーソナルコンピュータ１０により第３図
の路面プロフィル算出ルーチンを実行処理する。

ここで、パーソナルコンピュータ１０は、ステップ１で
記憶手段より路面変位データ出力ＶＡＩＶＢ＃ＶＣ＃Ｖ
Ｄを順次呼び出し、これら値に基づいた３つのシステム
出力ｇ１（Ｘ）、ｇｚ　（Ｘ）、Ｇ３（Ｘ）を算出する
。

ステップ２においては非接触光学速度計６からの速度情
報Ｖｓ及び方位センサ１１からの方位情報θとに基づき
各サンプリング周期Δを毎の位置情報ＮＸ（南北方向情
報）、ＥＸ（東西方向情報）や、計測車の基準位置（出
発点ｎｌ）からの計測経過時間ｔ（＝ΔｔＸｎ）および
計測走行距離Ｘ（＝ΔｔＸｎＸＶＳ）を算出し、これら
値を関連させて記憶処理する。

ステップ３では各非接触レーザ変位計の間隔Ｌ０、Ｌ２
．Ｌ、を取り込み、３組みのシステム伝達関数Ｈ工（ω
）、Ｈ２（ω）、）＋３（ω）を算出する。

ステップ４では、３つのシステム出力ｇ□（Ｘ）、Ｇ２
（ｘ）、ｇａ　（Ｘ）をフーリエ変換して、　〔Ｇ□（
ω）〕、（〕処（ω））、（Ｇ３（ω）〕を算出し、ウ
ィンド処理して算出用のシステム出力Ｇ（ω）を求める
。

ステップ５では各システム毎のシステム出力Ｇｉ（ω）
とシステム伝達関数Ｈｉ（ω）を用い、Ｆｉ（ω）＝−
Ｇｉ（ω）／Ｈｉ　（ω）によりシステム出力である周
波数領域で表された路面関数Ｆｉ（ω）を算出する９ス
テツプ５では、更に１重み付けシステム伝達関数Ｈ（ω
）に基づき平均システム伝達関数■（ω）を算出する。

即ち、重み付けシステム伝達関数■（ω）は下式（６）
より算出される。

Ｉｔ（ω）：（ａＨ（ω）＋ｂＨ（ω）＋ｃＨ（ω））
　／３”（６）ここで、重み付け係数ａ、ｂ、ｃ（ａ＋
ｂ＋ｅ＝　３　）を設定する場合、算出時の周波数ωが
どの周波数領域ｅ１、　Ｇ２．　Ｇ３　（路面波長で示
した）にあるかを判定する。そして、その特定の領域で
最も大きな利得を示すシステム伝達関数、例えば、第５
図（ａ）。

（ｂ）、（Ｃ）において、算出時の周波数をωｌとする
と第１のシステムのシステム伝達関数Ｈ，（ω）が１０
０％採用され、重み付け係数はａ＝３．ｂ＝０．ｃ＝ｏ
となる。

更に、重み付けシステム伝達関数Ｈ（ω）と、各システ
ム出力〔Ｇ□（ω）〕、〔〕処（ω）〕、〔Ｇ、（ω）
〕とより平均路面関数Ｆ（ω）を算出することとなる。

この平均路面関数Ｆ（ω）を用いて、ステップ７に進む
と、ここでは、関数Ｆ（ω）を逆フーリエ変換［Ｆ（ω
）〕処理し、路面距離領域での路面関数ｆ（Ｘ）を算出
する。しかも、ステップ２で得られた各サンプリング周
期毎の位置情報Ｎｎ（南北方向情報）、Ｅｎ（東西方向
情報）や、計測車の計測経過時間および計測走行距離の
値を関連させて記憶処理し、同時に所定計測走行距離で
の路面関数ｆ　（Ｘ）の値である路面プロフィルをＣＲ
Ｔ上に再現処理することとなる。

上述の処において、４つのセンサにより３つのシステム
を構成していたが、これに代えて４つのシステムを構成
しても良い、更に、システム伝達関数■（ω）を算出す
るのに、重み付け係数の１つを１００％採用していたが
、場合により最も高利得のシステム伝達関数Ｈ（ω）の
重み付けをたとえば８０％として、残りの他のシステム
伝達関数■（ω）を２０％取り込むべく重み付け係数を
ａ＝２．４．ｂ＝０．８．ｃ＝０．８と設定するように
してもよい。

（発明の効果） 以上のように、本発明方法では路面関数の算出に用いら
れるシステム伝達関数が算出時の周波数において大きな
利得を示すように、複数のシステム伝達関数中よりその
利得が大きいものが高比率で採用されることとなり、こ
れにより得られた路面プロフィルの測定精度が向上し信
頼性の高い路面計測が行われる。

更に、計測システム出力の各サンプリング周期毎に計測
位置情報や計測車の計測経過時間および計測走行距離の
値が関連して記憶処理されるので、計測位置を特定する
際、即ち、測定位置が単に道路起点からの距離の位置と
して特定されるのでなく、道路の幅方向の位置も特定さ
れ、道路の中央寄りか路肩寄りか路面の何処の位置の路
面プロフィルかを明確にして計測できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施される計測車の概略構成図、
第２図は本発明方法の実施される計測車に装着された計
測システムのブロック図、第３図は第２図のコンピュー
タが行う制御プログラムのフローチャート、第４図（ａ
）　、　（ｂ）は路面波長とシステム伝達関数（振幅）
との関係を示す特性線図、第５図（ａ）　、　（ｂ）　
、　（ｃ）は第２図の計測システムが用いる各システム
毎の路面波長とシステム伝達関数（振幅）との関係を説
明する図、第６図は第１図の車両のパーソナルコンピュ
ータの機能ブロック図、第７図は第１図の車両の走行軌
跡を示す道路地図の平面図、第８図は第１図の車両の計
測データの特性図、第９図は第１図の車両の計測データ
の一部を説明する特性線図、第１θ図は従来の非接触レ
ーザ変位計を備えた計測車の概略構成図を示している。 １・・・計測車、２，３，４，５・・・非接触レーザ変
位計、６・・・非接触光学速度計、１０・・・パーソナ
ルコンピュータ、１１・・・方位センサ、ｇ（Ｘ）・・
・システム出力、Ｇ（ω）・・・周波数領域で表された
計測システム出力、Ｆ（ω）・・・周波数領域で表され
た路面関数、１１（ω）・・・重み付けシステム伝達関
数、■□（ω）、＋１□（ω）、Ｈ３（ω）・・・各々
のシステム伝達関数、Ｆ（Ｘ）・・・重み付けされた平
均路面関数＊　ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・重み付け係数、θ
・・・方位情報、　ＮＸ、　Ｅ、・・・サンプリング周
期毎の位置情報。 奪￥！ ミ 写 ′ｊ１！！！え ６７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、計測車に、その車体の前後方向に沿って一直線上に
   ３台以上の非接触レーザ変位計を互いに所定間隔を介し
   て配設すると共に非接触光学速度計を設け、前記計測車
   を走行させながら少なくとも前記３台の非接触レーザ変
   位計及び非接触光学速度計からなる各システムにより周
   波数領域で表わされた計測システム出力及びシステム伝
   達関数を算出し、前記計測システム出力及びシステム伝
   達関数に基づき周波数領域で表された路面関数を算出し
   、その上で前記路面関数を逆フーリエ変換して路面距離
   領域で表された路面関数を算出する路面計測法であって
   、前記路面関数の算出時に重み付けシステム伝達関数が
   採用され、この重み付けシステム伝達関数は前記各シス
   テム毎に得られるシステム伝達関数の内より、算出時の
   周波数において比較的大きな利得を示すものが高比率で
   採用されることを特徴とする路面計測法。 ２、計測車に、その車体の前後方向に沿って一直線上に
   ３台以上の非接触レーザ変位計を互いに所定間隔を介し
   て配設すると共に非接触光学速度計を設け、前記計測車
   を走行させながら少なくとも前記３台の非接触レーザ変
   位計及び非接触光学速度計からなる各システムにより周
   波数領域で表わされた計測システム出力及びシステム伝
   達関数を算出し、前記計測システム出力及びシステム伝
   達関数に基づき周波数領域で表された路面関数を算出し
   、その上で前記路面関数を逆フーリエ変換して路面距離
   領域で表された路面関数を算出する路面計測法であって
   、前記計測車に方位センサを設け、この方位センサの方
   位情報と前記非接触光学速度計の速度情報とよりサンプ
   リング時の計測位置情報を求め、路面距離領域で表わさ
   れた路面関数と前記計測位置情報とを関連させて表示す
   るように構成されたことを特徴とする路面計測法。