HALF CAR MODEL IDENTIFICATION AND ROAD PROFILE ESTIMATION USING VIBRATION RESPONSES OF A RUNNING VEHICLE

Abstract

走行荷重の影響を直接うける舗装路面は道路インフラ の中でも劣化速度が早く頻繁な補修が必要とされる一方 で,交通需要や路盤の状態などによって場所ごとに状態 が大きく異なる.定量的な評価を高頻度に行い,状態に 応じて措置をしたり予算計画をたてたりできれば維持管 理におけるメリットは大きい.高規格幹線道路では路面 性状測定車を用いて国際ラフネス指数(International Roughness Index; IRI)1), 2)や平たん性σ,ひび割れ率,わだ ち掘れ深さを定期的に把握し,維持管理されており,直 轄国道でもこれらの指標を基準に健全性を診断し修繕を 実施することとなっている3).しかし,従来の路面性状 測定車による路面評価は高価であり,持続的に広域の路 面を管理するためには簡易・安価に評価できることが望 ましく,近年は小型自動車に計測機器を搭載した測定車 も開発されている.より頻繁な評価や,延長距離の長い 都道府県道,市町村道の評価を考慮すると,更に簡易・ 安価な路面評価法の開発が期待される. 著者らはこれまで一般車両ボディの加速度応答から路 面状態を評価する方法を開発してきた2), 4), 5).車両の改造 を必要としない簡便なシステムで,IRIを推定できる. 近年は,MEMS型センサを登載するスマートフォンにこ れを拡張している4), 6), 7).国内外でスマートフォン等を利 用した同様の取り組みも展開されている8), 9). いずれも路面状態を評価するために車両の走行速度や 振動特性の影響は補正する仕組みをもつものの,複雑な 動的システムである車両を1台のスマートフォンで簡易 に計測・解析する以上はその精度には限界がある.車両 モデルの自由度が低すぎる場合には実車両の応答再現に 限界がある一方で,自由度が高い場合にはモデルパラメ ータ同定が困難である.不正確なパラメータを用いれば 路面評価の信頼性は低い.バネ下応答も得られたり,車 両モデルパラメータが事前に得られたりしている場合, 計測車両をフルカーやハーフカー,クオーターカーにモ デル化して路面縦断形状(プロファイル)を推定できる ことをシミュレーションや実測から示す既往研究がある が10),11),12),13),14),スマートフォンのみを一般車両に設置する 場合には,車両挙動を詳細に再現するモデル化が難しく, ほとんどの既往手法はピッチング運動を再現できないク オーターカーモデルを利用している.車軸に近い場所に センサを設置できない場合は特に,ピッチング運動の影 響の補正が不可欠である. 車両モデルの同定には,従来,形状既知のハンプを 土木学会論文集E1(舗装工学), Vol. 75, No. 1, 1-16, 2019.