JPH041514A - 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時
間領域（路面位置領域）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８力を取り込み、車両の路面との間
の高さ方向の値を排除して、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
よる特原平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台の非接触し一ザ変位
計を１システムとしてそのシステムからの計測システム
出力ｇ’　（Ｘ）を取り込み、この計測システム出力を
周波数領域の関数に（Ｘ）にフーリエ変換し、得られた
関数Ｇ（Ｘ）をシステムに応じて設定されたシステム伝
達関数Ｈ（ω）により補正し。

その上で得られた周波数領域で表された路面関数Ｆ（Ｘ
）を逆フーリエ変換し、て時間領域（路面位置領域）で
表された路面関数ｆ（Ｘ）を算出している。

即ち、第８図を参照してその計測原理を説明する。ここ
で、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、Ｂ、Ｃ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Ｌｌ、Ｃ２Ｂ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する。そして、ｇ
　（Ｘ）をｆ（Ｘ）を用いて表すと、−ｇ（Ｘ）＝ｆ（
Ｘ）−Ｌ２／ＬＸｆ（Ｘ＋Ｌ、）−Ｌ、／ＬＸｆ（Ｘ−
１２）−−−（１）一方、ｇ（Ｘ）をセンサ出力を用い
て表すと、ｇ（Ｘ）＝Ｃ−Ｌ、ルＸ　Ａ−Ｌ、／Ｌ　Ｘ
　Ｂ−（２）（１）式からｇ　（Ｘ）とｆ（Ｘ）との関
係をフーリエ変換すると。

Ｇ（ｕ）”Ｆ（ω）Ｘ［１−Ｌ２／ＬＸＥＸＰ（−Ｊω
Ｌｘ）−Ｌｘ／ＬＸＥＸＰ（ｊωＬ２）〕 ＝Ｆ（ω）ｘＨ（ω） 、’、Ｆ（ω）：Ｇ（ω）／Ｈ（ω） Ｆ（ω）は計測した路面を逆フーリエ変換で時間領域ｆ
　（Ｘ）で表すことで、１４面のプロフィルを再現でき
る。

（発明が解決しようとする課題） 処で、このような非接触レーザ変位計を計測車に搭載し
、計測車を走行させながら計測する方法では、被計測路
面の路面プロフィル情報を含む計測システム出力ｇ（Ｘ
）を算出する場合、必要とする計測距離区間でサンプリ
ングされた速度データの平均値を取って測定車速を求め
、これに計測時間を掛けることで必要とする計測距離区
間の各サンプリング時点毎の計測システム出力ｇ（Ｘ）
を確定しており、計測は一定車速（平均値の測定車速）
でなければ各サンプリング時点のずれが生じ、計測シス
テム出力ｇ（Ｘ）が適正値とならなかった。

即ち、計測車を４０　（ｋｍ　／　ｓｅｃ〕で走行させ
、計測データ数ｎ５サンプリング周波数Ａ　［Ｈｚ］と
すると各時点では、 Ｖｔ＝３９．５［ｋｍ／５ｅｅ）　　計測時間＝　ｎ　
１／　Ａ　（ｓｅｃ）Ｖ　、　＝　３９．９（ｌｏｇ　
／　５ｅｅ）　　計測時間＝　ｎ　ｚ／　Ａ　（ｓｅｅ
）Ｖｓ＝４１．２（ｋｍ／５ｅｅ）　　計測時間＝　ｎ
　ｚ／　Ａ　（ｓｅｅ）Ｖ　、　＝４０．５［１ａｏ　
／　ｓｅｅ］　　計測時間＝　ｎ　、／　Ａ　［５ｅｃ
）の測定値が得られる。これら各時点での移動距離ｘＢ
は より求められる。

この場合、測定車速が設定車速であれば、各データのサ
ンプリングの距離間隔ａｘが等間隔となる。

しかし、実際は、車速にずれがあり、サンプリング距離
間隔（第７図中にａ、ｂ、ｅ−ｄで示した）は大小ずれ
てサンプリング位置は前後にずれ、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。

本発明の目的は、測定車速と設定車速間にずれがあって
も路面プロフィルの測定精度を向上させることのできる
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、設定車速で訂記計測車を走行さ
せながら前記非接触レーザ変位計及び非接触光学速度計
からの計測システム出力を所定のサンプリング周期毎に
取り込み、必要とする被計測路面の路面プロフィルを計
測する方法であって、前記サンプリング周期毎の計測シ
ステム出力に基づき、車両が等速度走行を行なったと見
做した場合のサンプリング周期毎のシステム出力算出値
を必要とする計測距離区間で算出し、同システム出力算
出値を上記計測システム出力に代えて用いることにより
必要とする被計測路面の路面プロフィルを計測すること
を特徴とする。

（作　　用） サンプリング周期毎の計測システム出力を求め。

その上で、車両が等速度走行を行なったと見做した場合
のサンプリング周期毎のシステム出力算出値を必要とす
る計測距離区間で算出し、同システム出力算出値を上記
計測システム出力に代えて用いるので、測定車速を一定
値とする必要が無い。

（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
および５が取付けられていると共に非接触光学速度計６
が設けられている。

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。そして、非接触レ
ーザ変位計２と３との間隔をＬｉ、３と４との間隔をＬ
２．４と５との間隔をり、とすると、Ｌ工≠Ｌ２≠Ｌ、
に設定されており、これは下記理由により設定されてい
る。

即ち、非接触レーザ変位計２と３の間隔をＬｌ、３と４
の間隔をし２，４と５の間隔をり、とし、システムをＬ
ｘ　＝　Ｌ２　＝　Ｌｌと設定した場合、システム伝達
関数Ｈ（ω）は第５図（ａ）に示すようにゼロとなる部
分（ａ、ｂ点）が多く成り、連続測定範囲はす、ｃ点の
範囲となる。これに対してＬ工≠Ｌ２≠Ｌ３とすると、
システム伝達関数Ｈ（ω）はゼロとなる部分が無くなり
、第５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。

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。また、非接触光学速
度計６からの出力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。

Ａ／Ｄ変換Ｉ８からの出力信号である路面変位データＶ
　Ａ　、Ｖ　Ｂ　−Ｖ　ｃ　、Ｖ　ｏ　（デジタル値）
はパーソナルコンピュータ１０に入力される。各計測デ
ータはフロッピーに保存、またはプリントされる。

ここで、計測車１が被計測路面Ｗを走行中に各非接触レ
ーザ変位計２，３，４および５から被計測路面Ｗにレー
ザ光を照射し、その反射光を受光することによって得ら
れた路面変位データは第３図に示す路面プロフィル算出
ルーチンで演算され、被計測路面Ｗの凹凸プロフィルが
計測される。

ここで、路面プロフィル算出ルーチンに入ると、パーソ
ナルコンピュータ１０は各非接触レーザ変位計２．３．
４および５からの路面変位データ出力ＶＡ＋Ｖ＋＋−Ｖ
ｃ−Ｖゎを取り込み、ステップ１でこれら値に基づいた
計測システム出力としてのシステム出力ｇ′（Ｘ）を算
出する。ここで、４台の非接触レーザ変位計２．３．４
および５からの路面変位データ出力ＶＡ、Ｖｌ、ＶＣ１
ＶＤは３つのシステムの入力として用いられ、３つのシ
ステムの各計測システム出力ｇ′（Ｘ）がそれぞれ演算
処理され、所定エリアに保存される。

ステップ２，３においては、必要とする計測距離区間で
の各システム８力ｇ’　（Ｘ）を呼び出す、そして、こ
れらのデータ値に基づき必要とする計測距離区間でのト
ータル距離Ｘを各サンプリング距離間隔（第６図中の破
線に付加されている符号ａ。

ｂ、ｃ、ｄとして示した）の加算値（Ｘ　＝　ａ＋ｂ＋
ｃ＋ｄ）として算出し、トータル計測時間Ｔを各サンプ
リング周期Δｔの合計値（４ＸΔｔ）として算出し、更
に、データ数をＮ（第６図（ａ）の場合５つ）として求
める。

その上で、等速走行時のシステム出力算出処理を行なう
、即ち、第６図（ｂ）に実線で示すように、車両が等速
度走行を行なったと見做した場合のサンプリング周期Δ
ｔ′毎のデータを各システム出力算出値ｇ（Ｘ）として
算出し、所定エリアに保存する。

ステップ４では、各システム出力算出値ｇ（Ｘ）をフー
リエ変換（ｇ（ω）コシ、システム出力算出値ｇ（Ｘ）
をフーリエ変換して関数Ｇ（ω）を得る。

ステップ５ではＦ（ω）二〇（ω）／）Ｉ（ω）を求め
る。

この算出に先立ち、ここでは、３個のシステム（Ｈｌ（
ω）、Ｈｌ（ω）、ＨＳ（ω））毎のシステム伝達関数
（第５図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）参照）および
各重み付は係数ａ、ｂ、ｃに基づき設定システム伝達関
数Ｈ（ω）を下式（３）より算出する。

Ｈ（ω）＝ＣａＨ（ω）＋ｂＨ（ω）＋ｃ）ｌ（ω）＋
ｄ）ｌ（ω）”）　／ｎ・・・（３） ここでは４つの非接触レーザ変位計が装着され。

これらにより３つのシステムが組まれているとする。そ
の場合３つのシステムよりそれぞれシステム伝達関数Ｈ
（ω）（第５図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）参照）
が得られるとすれば、 Ｈ（ω）：（ａ）Ｉ、　（ω）＋ｂＨ２（（、ｌ　）＋
ＣＨ３（ω））　／　３となり、Ｆ（ω）”　ＣＧ（ω
）／ａＨ，（ω）＋Ｇ（ω）／ｂ）Ｉ２（ω）＋Ｇ（＋
、ｌ　）／ＣＨバω）〕〕処 更に、ここでは重み付は係数ａ、ｂ、ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝
　３　）を設定する。この場合、システム伝達量数日（
ω）（第５図参照）に基づき算出時の周波数ωがどの周
波数領域ｓｌ、　ｅ２．　ｅ３　（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。

算出時の周波数をω１（第５図中、路面波長がＱｌの位
置で示されている）とすると第１のシステムのシステム
伝達関数Ｈ工（ω）が１００％採用され１重み付は係数
はａ＝３．ｂ＝Ｏ９ｃ：０となる。

このようにして計測システム出力ｇ　（Ｘ）を周波数ω
の領域における関数Ｆ（ω）として補正した後。

ステップ６に進む。ここでは関数Ｆ（ω）を逆フーリエ
変換［Ｆ（ω）〕処理し、ステップ７において、得られ
た時間領域での路面関数ｆ　（Ｘ）を取り込み、再現処
理することとなる。

なお上述の関数Ｆ（ω）は計測した路面を周波数領域で
表したものである。そして関数Ｆ（ω）を逆フーリエ変
換して時間領域で表すことにより路面の方向Ｘでの算出
時の周波数ωにおける路面プロフィル（周波数ωでのう
ねり）を再現できる。

（発明の効果） 以上のように１本発明方法では、必要とする計測距離区
間での計測システム出力に基づき、車両が等速度走行を
行なったと見做した場合のサンプリング周期毎のシステ
ム出力算出値を算出するようにしているので、あえて測
定車速を一定値とする必要が無く、計測条件が緩和され
測定の自由度があり、しかも、測定車速のばらつきを許
容できるので路面プロフィルの測定精度を従来より向上
させることができ、信頼性のある路面プロフィルの測定
を行える。

【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）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（ａ）、（ｂ）は必要とす
る計測距離区間でのサンプリング時点と間隔の各修正説
明図、第７図は従来方法による必要とする計測距離区間
でのサンプリング時点と間隔の説明図、第８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、ｇ（Ｘ）・・・システム出力算出値
、ｇ’　（Ｘ）・・・システム出力、Ｇ（Ｘ）・・・計
測システム出力をフーリエ変換して得られた関数、Ｆ（
ω）・・・周波数領域で表された路面関数、Ｈ（ω）・
・・設定システム伝達関数、ｆ（Ｘ）・・・路面プロフ
ィル、Δｔ・・・サンプリング周期、ｎ・・・計測デー
タ数、Ａ・・・サンプリング周波数。

Claims (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、設定車速で前記
   計測車を走行させながら前記非接触レーザ変位計及び非
   接触光学速度計からの計測システム出力を所定のサンプ
   リング周期毎に取り込み、必要とする披計測路面の路面
   プロフィルを計測する路面計測法において、前記サンプ
   リング周期毎の計測システム出力に基づき、車両が等速
   度走行を行なったと見做した場合のサンプリング周期毎
   のシステム出力算出値を必要とする計測距離区間で算出
   し、同システム出力算出値を上記計測システム出力に代
   えて用いることにより必要とする披計測路面の路面プロ
   フィルを計測することを特徴とする路面計測法。