(57)【要約】【課題】簡単な方法で、橋梁ジョイントの劣化状態を精度よく推定する方法を提供する。【解決手段】車両バネ下部の非回転部材に設置された加速度センサーにより、前記橋梁ジョイントが設置された路面から入力する加速度波形を検出するステップと、前記検出された加速度波形から、当該加速度波形の特徴量としての加速度情報を取得するステップと、前記取得された加速度情報と予め求めておいた劣化した橋梁ジョイントを車両が通過したときの加速度情報とを比較するステップと、前記比較結果から、前記橋梁ジョイントの劣化の状態を推定するステップと、を備え、橋梁ジョイントの劣化状態を推定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋梁ジョイントの劣化状態を推定する方法であって、
車両バネ下部の非回転部材に設置された加速度センサーにより、前記橋梁ジョイントが設置された路面から入力する加速度波形を検出するステップと、
前記検出された加速度波形から、当該加速度波形の特徴量としての加速度情報を取得するステップと、
前記取得された加速度情報と予め求めておいた劣化した橋梁ジョイントを車両が通過したときの加速度情報とを比較するステップと、
前記橋梁ジョイントの劣化状態を推定するステップと、を備えることを特徴とする橋梁ジョイントの劣化状態推定方法。
【請求項２】
前記橋梁ジョイントが、ゴム部材の内部に補強板が配置された補強型ゴムジョイントであることを特徴とする請求項１に記載の橋梁ジョイントの劣化状態推定方法。
【請求項３】
前記加速度センサーは、加速度の検出方向が車両前後方向になるように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の橋梁ジョイントの劣化状態推定方法。
【請求項４】
前記加速度情報が、前記加速度波形をローパスフィルタを通過させて得られた波形のＲＭＳ値であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の橋梁ジョイントの劣化状態推定方法。
【請求項５】
橋梁ジョイントの劣化状態を推定する装置であって、
車両バネ下部の非回転部材に設置されて、前記橋梁ジョイントが設置された路面から入力する加速度波形を検出する加速度センサーと、
前記検出された加速度波形から、当該加速度波形の特徴量としての加速度情報を取得する加速度情報取得手段と、
前記加速度情報取得手段で取得された加速度情報と、予め求めておいた劣化した橋梁ジョイントを車両が通過したときの加速度情報である劣化時加速度情報とを比較して、前記橋梁ジョイントの劣化状態を推定する劣化状態推定手段と、
を備えることを特徴とする橋梁ジョイントの劣化状態推定装置。
【請求項６】
前記橋梁ジョイントが、ゴム部材の内部に補強板が配置された補強型ゴムジョイントであることを特徴とする請求項５に記載の橋梁ジョイントの劣化状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁ジョイントの劣化状態を推定する方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、橋梁の途中や橋梁の道路側の端部の継ぎ目には、気温の変化による伸縮や自動車の走行に伴う変形を吸収するための道路用伸縮装置（以下、橋梁ジョイントという）が設置されている。
橋梁ジョイントしては、鋼製のものやゴム製のもの、あるいは、ゴムの内部に鋼板から成る補強板が挿入された鋼板補強型ゴムジョイントなどが採用されている。
図７（ａ），（ｂ）は鋼板補強型の橋梁ジョイント５０の一例を示す図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。また、（ａ）白抜きの矢印は、道路の延長方向を示している。
橋梁ジョイント５０は、ジョイント本体であるゴム５１と、ゴム５１の表面側（道路側）に配置された第１の補強板(天板５２）と、裏面側に配置された第２の補強板(底板５３）と、ゴム５１の側面側に配置された第３の補強板(側板５４）とを備えている。
また、ゴム５１の表面側と裏面側には、橋梁ジョイント５０の長さ方向である、路面の延長方向に伸びる伸縮溝５５，５６が形成されている。
同図に示す橋梁ジョイント５０の劣化状態としては、主に、ゴム５１と補強板である天板５２との剥離が挙げられる。
【０００３】
現在、橋梁ジョイントの劣化状態は、作業員がジョイントを目視、もしくは、ハンマーで叩くなどして、劣化しているか否かを推定していた。
しかし、この方法では、交通規制を敷いたうえでの作業が必要なので、時間と費用がかかってしまっていた。また、鋼板補強型の橋梁ジョイントの劣化は、内部のゴムと補強板とが剥離して進行するため、予測が難しいことから、豊富な作業経験を有する作業員が必要であった。
一方、鋼板補強型の橋梁ジョイントの劣化状態を推定する方法として、橋梁ジョイントが設置された道路の周辺に複数のマイクロフォンと解析装置とを設置して、車両が橋梁ジョイントを通過するときの音である通過音を採取し、この通過音の周波数特性から、補強板とゴムとが剥離しているか否かを推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−４３１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１では、橋梁ジョイント毎に、橋梁ジョイントの近傍に複数のマイクロフォンや解析装置などを設置する必要があるだけでなく、大型車両が多く通過する箇所などでは騒音が大きいため、推定精度が十分ではなかった。
また、データの収集やマイクロフォンのメンテナンスなどが大変なため、効率のよい方法とはいえなかった。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な方法で、橋梁ジョイントの劣化状態を精度よく推定する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、橋梁ジョイントの劣化状態を推定する方法であって、ナックルなどの車両バネ下部の非回転部材に設置された加速度センサーにより、前記橋梁ジョイントが設置された路面から入力する加速度波形を検出するステップと、前記検出された加速度波形から、当該加速度波形の特徴量としての加速度情報を取得するステップと、前記取得された加速度情報と予め求めておいた劣化した橋梁ジョイントを車両が通過したときの加速度情報とを比較するステップと、前記比較結果から、前記橋梁ジョイントの劣化状態を推定するステップと、を備えることを特徴とする。
これにより、道路周辺にマイクロフォンや解析装置などの設備を設置することなく橋梁ジョイントの劣化状態を推定できるだけでなく、周囲に騒音があっても橋梁ジョイントの劣化状態を精度よく推定することができる。
【０００８】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る橋梁ジョイントの劣化状態推定装置を示す図である。
【図２】検出した加速度波形の一例を示す図である。
【図３】ローパスフィルタを通過した加速度波形の一例を示す図である。
【図４】橋梁ジョイントの劣化状態推定を示すフローチャートである。
【図５】カットオフ周波数の設定方法を示す図である。
【図６】抽出周波数領域と加速度のＲＭＳ値との関係を示す図である。
【図７】鋼板補強型ゴムジョイントの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施の形態に係る橋梁ジョイントの劣化状態推定装置（以下、ジョイント劣化推定装置１０という）の機能ブロック図と加速度センサーの配置を示す図である。
ジョイント劣化推定装置１０は、加速度センサー１１と、車輪速センサー１２と、判定波形抽出手段１３と、加速度情報取得手段１４と、閾値設定手段１５と、ジョイント劣化状態推定手段１６とを備え、ジョイント劣化監視用車両（以下、単に車両ともいう）に搭載されて、ゴム部材の内部に鋼板から成る補強板が配置された鋼板補強型の橋梁ジョイントの劣化状態を推定する。
判定波形抽出手段１３〜ジョイント劣化状態推定手段１６の各手段は、例えば、コンピュータのソフトウェアと、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置から構成される。
加速度センサー１１は、検出方向が車両前後方向になるように、ナックル２１に搭載されて、路面からタイヤ２０に入力して、ナックル２１に伝播される、車両前後方向の加速度を検出する。
ナックル２１は、タイヤ２０のホイール２２に連結される車軸２３に、ハブ２４を介して回転自在に連結される車両バネ下部の非回転部材で、上部側でアッパーアーム２５に連結され、下部側でローアアーム２６に連結されている。また、符号２７はトレッド、符号２８はローアアーム２６に連結されたショックアブゾーバである。
なお、加速度センサー１１の出力は、車体側に設けられた車両制御装置に送られる。
車輪速センサー１２は、ナックル２１に搭載されて、車輪の回転速度（以下、車輪速という）を検出するもので、例えば、外周部に歯車が形成され車輪とともに回転するローターと、このローターと磁気回路を構成するヨークと、磁気回路の磁束変化を検出するコイルとを備えた、周知の電磁誘導型の車輪速センサーなどを用いることができる。
加速度センサー１１の出力は判定波形抽出手段１３に送られ、車輪速センサー１２の出力は判定波形抽出手段１３と閾値設定手段１５とに送られる。
【００１１】
判定波形抽出手段１３は、カットオフ周波数設定部１３ａとローパスフィルタ１３ｂとを備え、加速度センサー１１の出力である走行中のタイヤ２０に入力する振動の時系列波形である加速度波形を、ローパスフィルタ１３ｂを通過させることで、劣化判定を行うための加速度波形である判定波形を抽出する。
カットオフ周波数設定部１３ａでは、車両が等速走行しているとして、車輪速センサー１２で検出された車輪速を当該車両の速度（以下、車速Ｖという）に変換するとともに、ローパスフィルタ１３ｂのカットオフ周波数ｆcを、車速Ｖに応じた周波数（ここでは、５０Ｈｚ〜１５０Ｈｚ）に設定する。なお、サンプリング周波数ｆsについても車速Ｖ毎に設定してもよいが、本例では、サンプリング周波数ｆsを１ｋＨz程度にするなど、本例で使用されるカットオフ周波数ｆcよりも高めに設定しておけば、車速Ｖに応じてサンプリング周波数ｆsを変更する必要はない。
カットオフ周波数ｆcの設定方法については後述する。
ローパスフィルタ１３ｂは、加速度センサー１１で検出された車両前後方向の加速度波形からカットオフ周波数設定部１３ａで設定されたカットオフ周波数ｆc以下の周波数を有する加速度成分のみを通過させる。
【００１２】
図２（ａ），（ｂ）は、加速度センサー１１で検出された車両前後方向の加速度波形で、（ａ）図はゴムと天板とが剥離していない橋梁ジョイントＡを通過した時に検出した加速度波形（以下、検出波形という）で、（ｂ）図はゴムと天板とが剥離した橋梁ジョイントＢを通過した時の検出波形である。縦軸は加速度の値で、単位は任意［ａ．ｕ．］である。なお、橋梁ジョイントＡ、Ｂは、いずれも、設置から２０年経過したものである。
一方、図３（ａ），（ｂ）は、カットオフ周波数がｆc＝１００Ｈｚであるローパスフィルタ１３ｂを通過した加速度波形（以下、ローパス波形という）で、（ａ）図の太い実線は橋梁ジョイントＡを通過した時に検出した加速度波形のローパス波形で、（ｂ）図の太い実線は橋梁ジョイントＢを通過した時に検出した加速度波形のローパス波形である。
また、（ａ）図の細い実線は橋梁ジョイントＡを通過した時に検出した加速度波形を、１００Ｈｚ−８００Ｈｚのバンドパスフィルタを通過した波形（以下、バンドパス波形という）で、（ｂ）図の細い実線は橋梁ジョイントＢを通過した時に検出した加速度波形のバンドパス波形である。
これらの波形を比較すると、図２（ａ），図３（ａ）に示した橋梁ジョイントＡを通過したときの波形よりも、図２（ｂ），図３（ｂ）に示した橋梁ジョイントＢを通過したときの波形の方が振幅が大きいことが分かるとともに、判定波形としてローパス波形を用いた方が、ゴムと天板との剥離が生じているか否かを精度よく推定できることが分かる。
なお、波形は省略するが、橋梁ジョイントＡを通過した時に検出した加速度波形をカットオフ周波数が８００Ｈｚのハイパスフィルタを通過させた波形には、橋梁ジョイントＡを通過したか橋梁ジョイントＢを通過したかを区別できる特徴が見られなかった。
【００１３】
加速度情報取得手段１４は、判定波形であるフィルタ後波形から、橋梁ジョイントの劣化状態を推定するための特徴量となる加速度情報を取得する。
本例では、加速度情報として、ローパス波形の振幅のＲＭＳ値を用いた。
閾値設定手段１５は、橋梁ジョイントの劣化状態を推定するための閾値を設定するもので、本例では、閾値を、車輪速センサー１２で検出され車速Ｖに応じて設定する。
前記車速Ｖに応じた閾値を以下、ＫVと記す。この閾値ＫVが、本発明の、予め求めておいた劣化した橋梁ジョイントを車両が通過したときの加速度情報（劣化時加速度情報）に相当する。
ジョイント劣化状態推定手段１６は、加速度情報取得手段１４で取得したＲＭＳ値と閾値設定手段１５で設定された閾値ＫVとを比較し、ＲＭＳ値が閾値ＫVを超えた場合には、通過した橋梁ジョイントの補強板とゴムとが剥離していると推定し、ＲＭＳ値が閾値ＫVに満たない場合に、補強板とゴムとの剥離はないと推定する。
【００１４】
次に、ジョイント劣化推定装置１０の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。
なお、装置の起動は、ジョイント劣化監視用車両に乗っている作業員が手動で行うか、もしくは、当該車両に、車両進行方向を撮影するカメラを取付け、映像画像内に橋梁ジョイントがあった場合に、自動的に起動させてもよい。
はじめに、加速度センサー１１にて車両前後方向の加速度を検出するとともに、車輪速センサー１２にて、車輪速を検出する（ステップＳ１０）。
次に、前記検出された車輪速を車速に変換（ステップＳ１１）した後、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆcと閾値ＫVとを、前記求められた車速Ｖに基づいて設定する（ステップＳ１２）。
本例では、車速が６０ｋｍ/ｈｒのときのカットオフ周波数ｆcを１００Ｈｚとし、車速がＶｋｍ/ｈｒのときのカットオフ周波数ｆcを、ｆc＝１００×（Ｖ/６０）［Ｈｚ］とした。すなわち、カットオフ周波数ｆcを、車速Ｖに比例するような値に設定した。
車速が６０ｋｍ/ｈｒのときのカットオフ周波数ｆcを１００Ｈｚとした理由を以下に述べる。
車速が６０ｋｍ/ｈｒのとき、車両が（１/１００）秒間に進む距離を基準空間スケールＬ0とすると、Ｌ0＝１６．７ｃｍであるので、図５（ａ）に示すように、基準空間スケールＬ0を波長とする周波数（基準空間スケール周波数）は１００Ｈｚとなる。
本例では、加速度波形から１００Ｈｚよりも低い周波数成分のみを抽出たものを判定波形として用いている。すなわち、周波数がｆkのときの波長を空間スケールＬkとすると、基準空間スケールＬ0よりも長い空間スケールＬk波長を有する成分のみを抽出たものを判定波形として用いる。
また、車速が３０ｋｍ/ｈｒのときには、図５（ｂ）に示すように、車両が基準空間スケールＬ0だけ進む時間は、車速が６０ｋｍ/ｈｒのときの２倍（０．０２秒）となるので、基準空間スケール周波数は５０Ｈｚとなる。したがって、車速が３０ｋｍ/ｈｒのときには、カットオフ周波数ｆcを５０Ｈｚに設定すればよい。
すなわち、車速がＶｋｍ/ｈｒのときのカットオフ周波数ｆcは、ｆc＝１００×（Ｖ/６０）［Ｈｚ］とすればよい。
一方、閾値ＫVは、車速Ｖが早いほど大きな値に設定される。
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で設定されたカットオフ周波数ｆcを有するローパスフィルタ１３ｂを用いて、検出波形から、判定波形であるローパス波形を抽出する。
そして、このローパス波形から、加速度情報取得手段１４を用いて、橋梁ジョイントの劣化状態を推定するための特徴量である振幅のＲＭＳ値を算出する（ステップＳ１４）。
最後に、ステップＳ１４で取得したＲＭＳ値と、ステップＳ１２で設定された閾値ＫVとから、橋梁ジョイントの劣化状態を推定する（ステップＳ１５）。具体的には、ＲＭＳ値が閾値ＫVを超えた場合には、通過した橋梁ジョイントの補強板とゴムとが剥離していると推定し、ＲＭＳ値が閾値ＫVに満たない場合に、補強板とゴムとの剥離はないと推定する。
【００１５】
［実験例］
ゴムと天板とが剥離していない橋梁ジョイントＡと、ゴムと天板とが剥離した橋梁ジョイントＢを、ランダムに多数配置したテストコースを、本発明のジョイント劣化推定装置１０を搭載した車両を６０ｋｍ/ｈｒで走行させて、ローパス波形のＲＭＳ値を比較した結果を図６に示す。なお、比較のため、１００Ｈｚ−８００Ｈｚのバンドパス波形のＲＭＳ値と、カットオフ周波数が８００Ｈｚのハイパスフィルタを通過させた波形のＲＭＳ値についての比較結果も併せて記す。なお、縦軸はＲＭＳ値［ａ．ｕ．］である。
同図の四角の中心がＲＭＳ値の中央値ｍで、四角の上端及び下端は四分位点である。
図６の表から明らかなように、ローパス波形のＲＭＳ値を比較すれば、ゴムと天板とが剥離していない橋梁ジョイントＡとゴムと天板とが剥離した橋梁ジョイントＢとを判別することができることが確認された。
【００１６】
以上、本発明を実施の形態及び実験例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【００１７】
例えば、前記実施の形態では、カットオフ周波数ｆcと閾値ＫVとを、車速に応じて設定したが、ジョイント劣化推定装置１０を搭載した車両は、一般車両ではなく、ジョイント劣化監視用車両なので、計測対象である橋梁ジョイントを通過する際には、一定速度（例えば、６０ｋｍ/ｈｒ）で走行させてもよい。これにより、車輪速センサー１２やカットオフ周波数設定部１３ａを省略することができる。
また、前記実施の形態では、加速度情報として、ローパス波形の振幅のＲＭＳ値を用いたが、加速度情報としては、図２及び図３に示した検出波形もしくはローパス波形の複数ピークのうちの特定のピーク値、もしくは、複数のピーク値の演算値を用いるなど、他の加速度情報を用いてもよい。
また、前記実施の形態では、鋼板補強型の橋梁ジョイントの劣化状態を推定したが、劣化状態を推定する橋梁ジョイントは、これに限るものではなく、鋼製やゴム製などの橋梁ジョイントであってもよい。例えば、鋼製やゴム製の橋梁ジョイントの場合には、クラックの発生などにより加速度波形が変化するので、橋梁ジョイントを通過したときの加速度情報と、予め計測しておいたクラックの発生した橋梁ジョイントを通過したときの加速度情報とを比較すれば、鋼板補強型以外の橋梁ジョイントの劣化状態についても推定することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１０  橋梁ジョイントの劣化状態推定装置、１１  加速度センサー、
１２  車輪速センサー、１３  判定波形抽出手段、１３ａ  カットオフ周波数設定部、
１３ｂ  ローパスフィルタ、１４  加速度情報取得手段、１５  閾値設定手段、
１６  ジョイント劣化状態推定手段、
２０  タイヤ、２１  ナックル、２２  ホイール、２３  車軸、２４  ハブ、
２５  アッパーアーム、２６  ローアアーム、２７  トレッド、
２８  ショックアブゾーバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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