(57)【要約】【課題】雪面硬度を精度よく測定すること。【解決手段】押圧部材１０２は、雪面Ｇに一定の接地圧を加えながら雪面上を移動する。雪面形状測定手段１０４は、押圧部材１０２の通過前後における押圧部材１０２の通過位置周辺の雪面Ｇの断面形状を連続的に測定する。処理部１０６は、押圧部材１０２の通過前後における断面形状の変化に基づいて、押圧部材１０２の通過位置の各点における雪面Ｇの鉛直方向の変位量を推定するとともに、当該変位量に基づいて通過位置の各点における雪面硬度を算出する。予圧縮手段１１０によって押圧部材１０２の通過前の雪面Ｇに接地圧を加えて当該雪面Ｇを予圧縮してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雪面に一定の接地圧を加えながら前記雪面上を移動する車輪状の押圧部材と、
前記押圧部材の通過前における前記押圧部材の通過位置周辺の前記雪面の断面形状と、前記押圧部材の通過後における前記通過位置周辺の前記断面形状と、を連続的に測定する雪面形状測定手段と、
前記押圧部材の通過前後における前記断面形状の変化に基づいて、前記押圧部材の前記通過位置の各点における前記雪面の鉛直方向の変位量を推定するとともに、当該変位量に基づいて前記通過位置の各点における雪面硬度を算出する処理手段と、
を備えることを特徴とする雪面硬度測定装置。
【請求項２】
前記押圧部材の移動方向の前方に設けられ、前記押圧部材の通過前の前記雪面に接地圧を加えて当該雪面を予圧縮する予圧縮手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１記載の雪面硬度測定装置。
【請求項３】
前記予圧縮手段は、前記押圧部材の移動方向に対して所定長さを有する平面状の接地面を有する部材である、
ことを特徴とする請求項２記載の雪面硬度測定装置。
【請求項４】
前記予圧縮手段は、前記押圧部材と同方向に回転する車輪状の部材である、
ことを特徴とする請求項２記載の雪面硬度測定装置。
【請求項５】
前記予圧縮手段によって前記雪面に加えられる接地圧は、前記押圧部材によって前記雪面に加えられる接地圧より小さい、
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の雪面硬度測定装置。
【請求項６】
前記予圧縮手段の接地面の幅は、前記押圧部材の接地面の幅よりも大きい、
ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の雪面硬度測定装置。
【請求項７】
前記押圧部材および前記予圧縮手段によって前記雪面に加えられる接地圧は、０．１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下である、
ことを特徴とする請求項２から６のいずれか１項記載の雪面硬度測定装置。
【請求項８】
前記押圧部材と前記雪面形状測定手段とは、同一の筐体に取着されており、
前記押圧部材の移動方向に対する前記筐体の傾きを測定する筐体姿勢測定手段をさらに備え、
前記処理手段は、前記筐体姿勢測定手段によって測定された前記筐体の傾きに基づいて前記断面形状を補正して前記変位量を推定する、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の雪面硬度測定装置。
【請求項９】
前記押圧部材は、空気入りタイヤである、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の雪面硬度測定装置。
【請求項１０】
前記押圧部材および前記予圧縮手段は、共に空気入りタイヤである、
ことを特徴とする請求項４記載の雪面硬度測定装置。
【請求項１１】
前記押圧部材および前記予圧縮手段は、同一の筐体に取着されており、
前記押圧部材である前記空気入りタイヤおよび前記予圧縮手段である前記空気入りタイヤの両方を駆動輪として前記筐体を移動させる、
ことを特徴とする請求項１０記載の雪面硬度測定装置。
【請求項１２】
前記押圧部材である前記空気入りタイヤと前記予圧縮手段である前記空気入りタイヤとを逆位相で操舵する、
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の雪面硬度測定装置。
【請求項１３】
車輪状の押圧部材を用いて雪面に一定の接地圧を加えながら前記雪面上を移動するとともに、前記押圧部材の通過前における前記押圧部材の通過位置周辺の前記雪面の断面形状を連続的に測定するステップと、
前記押圧部材の通過後における前記通過位置周辺の前記断面形状を連続的に測定するステップと、
前記押圧部材の通過前後における前記断面形状の変化に基づいて、前記押圧部材の前記通過位置の各点における前記雪面の鉛直方向の変位量を推定するステップと、
前記変位量に基づいて前記通過位置の各点における雪面硬度を算出するステップと、
を含んだことを特徴とする雪面硬度測定方法。
【請求項１４】
前記押圧部材の移動方向の前方に設けられた予圧縮手段によって、前記押圧部材の通過前の前記雪面に接地圧を加えて当該雪面を予圧縮するステップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１３記載の雪面硬度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雪面の硬度を測定する雪面硬度測定装置および雪面硬度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、雪面（圧雪路面）の硬度の測定は、ペネトロメータ等による単点計測によっておこなわれている。
また、下記特許文献１および２では、自動測定により連続的に雪面の硬度を測定する技術が提案されている。
たとえば、特許文献１は、上下に移動自在に支持した硬度測定用部材を雪面に押圧し、その押圧した硬度測定用部材連続的に雪面上を移動させる。その連続的に移動した硬度測定用部材が雪面に沈下した沈下量を順次測定し、その測定した沈下量から雪上硬度を求めている。
また、特許文献２は、被牽引物を牽引しながら走行する牽引車両を用いて雪上硬度を測定する方法であり、雪面上をスリップさせながら牽引車両を走行させた時に被牽引物を牽引する牽引力を検出し、検出した牽引力から雪面の雪上硬度を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１３１２８号公報
【特許文献２】特開２００８−１７５７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術では、雪面硬度の測定精度に改善の余地がある。
より詳細には、特許文献１では、路面の不整を考慮しておらず、路面の不整が沈下量検出の誤差となる可能性があり、また、柔らかい路面や新雪が積もった路面では、路面硬度が過小評価され、測定結果が正確でない可能性がある。
また、特許文献２は、路面の変形を直接計測せずに牽引時の前後力から推定するため、測定結果が路面−タイヤの摩擦特性に大きく影響され、路面硬度の推定精度が低い。また、タイヤにスリップ率を与えるので、雪が移動して路面性状が大きく変化し、試験が困難となる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、雪面硬度を精度よく測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した問題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる雪面硬度測定装置は、雪面に一定の接地圧を加えながら前記雪面上を移動する車輪状の押圧部材と、前記押圧部材の通過前における前記押圧部材の通過位置周辺の前記雪面の断面形状と、前記押圧部材の通過後における前記通過位置周辺の前記断面形状と、を連続的に測定する雪面形状測定手段と、前記押圧部材の通過前後における前記断面形状の変化に基づいて、前記押圧部材の前記通過位置の各点における前記雪面の鉛直方向の変位量を推定するとともに、当該変位量に基づいて前記通過位置の各点における雪面硬度を算出する処理手段と、を備えることを特徴とする。
請求項２の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記押圧部材の移動方向の前方に設けられ、前記押圧部材の通過前の前記雪面に接地圧を加えて当該雪面を予圧縮する予圧縮手段をさらに備える、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記予圧縮手段は、前記押圧部材の移動方向に対して所定長さを有する平面状の接地面を有する部材である、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記予圧縮手段は、前記押圧部材と同方向に回転する車輪状の部材である、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記予圧縮手段によって前記雪面に加えられる接地圧は、前記押圧部材によって前記雪面に加えられる接地圧より小さい、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記予圧縮手段の接地面の幅は、前記押圧部材の接地面の幅よりも大きい、ことを特徴とする。
請求項７の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記押圧部材および前記予圧縮手段によって前記雪面に加えられる接地圧は、０．１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下である、ことを特徴とする。
請求項８の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記押圧部材と前記雪面形状測定手段とは、同一の筐体に取着されており、前記押圧部材の移動方向に対する前記筐体の傾きを測定する筐体姿勢測定手段をさらに備え、前記処理手段は、前記筐体姿勢測定手段によって測定された前記筐体の傾きに基づいて前記断面形状を補正して前記変位量を推定する、ことを特徴とする。
請求項９の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記押圧部材は、空気入りタイヤである、ことを特徴とする。
請求項１０の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記押圧部材および前記予圧縮手段は、共に空気入りタイヤである、ことを特徴とする。
請求項１１の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記押圧部材および前記予圧縮手段は、同一の筐体に取着されており、前記押圧部材である前記空気入りタイヤおよび前記予圧縮手段である前記空気入りタイヤの両方を駆動輪として前記筐体を移動させる、ことを特徴とする。
請求項１２の発明にかかる雪面硬度測定装置は、前記押圧部材である前記空気入りタイヤと前記予圧縮手段である前記空気入りタイヤとを逆位相で操舵する、ことを特徴とする。
請求項１３の発明にかかる雪面硬度測定方法は、車輪状の押圧部材を用いて雪面に一定の接地圧を加えながら前記雪面上を移動するとともに、前記押圧部材の通過前における前記押圧部材の通過位置周辺の前記雪面の断面形状を連続的に測定するステップと、前記押圧部材の通過後における前記通過位置周辺の前記断面形状を連続的に測定するステップと、前記押圧部材の通過前後における前記断面形状の変化に基づいて、前記押圧部材の前記通過位置の各点における前記雪面の鉛直方向の変位量を推定するステップと、前記変位量に基づいて前記通過位置の各点における雪面硬度を算出するステップと、を含んだことを特徴とする。
請求項１４の発明にかかる雪面硬度測定方法は、前記押圧部材の移動方向の前方に設けられた予圧縮手段によって、前記押圧部材の通過前の前記雪面に接地圧を加えて当該雪面を予圧縮するステップをさらに備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、車輪状の押圧部材の通過位置周辺の雪面の断面形状を測定し、押圧部材の通過前後における雪面の鉛直方向の変位量に基づいて雪面硬度を算出する。雪面の位置を点ではなく断面形状で測定することによって、雪面の不整による影響を最小限にして雪面硬度の測定精度を向上させることができる。また、押圧部材の通過位置（轍内）のみならず通過位置周辺の雪面の断面形状を測定するので、連続して測定される断面形状のうち同一地点を特定しやすくすることができ、雪面硬度の測定精度を向上させることができる。
請求項２の発明によれば、押圧部材の移動方向の前方に予圧縮手段を設けたので、新雪のように密度が低い雪面であっても再現性の高い測定結果を得ることができる。また、予圧縮をおこなった雪面では予圧縮をおこなわない雪面と比較して、雪面の変位量と硬度との間の相関が高くなるため、雪面硬度の測定精度を向上させることができる。
請求項３の発明によれば、予圧縮手段を平面状の接地面を有する部材としたので、予圧縮手段のピッチング等が生じにくく、押圧部材の進行方向に対して均等に接地圧を与えることができる。
請求項４の発明によれば、予圧縮手段を車輪状の部材としたので、２輪車または４輪車等を雪面硬度測定装置とすることができる。
請求項５の発明によれば、予圧縮手段によって雪面に加えられる接地圧は、押圧部材によって雪面に加えられる接地圧より小さいので、過剰な予圧縮を防いで測定感度を向上させることができる。
請求項６の発明によれば、予圧縮手段の接地面の幅は押圧部材の接地面の幅よりも大きいので、押圧部材の接地面を全て予圧縮された状態にすることができ、測定の再現性を向上させることができる。
請求項７の発明によれば、押圧部材および予圧縮手段によって雪面に加えられる接地圧は、０．１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であるので、雪を変形（圧縮）させるのに必要な接地圧かつ通常の車輪状部材の接地圧範囲内にすることができる。
請求項８の発明によれば、押圧部材および雪面形状測定手段が取着された筐体の傾きに基づいて断面形状を補正して変位量を推定するので、筐体のローリングやピッチング、路面勾配の影響による測定誤差を補正することができ、雪面硬度の推定精度を向上させることができる。
請求項９の発明によれば、押圧部材として空気入りタイヤを用いるので、空気入りタイヤの性能評価試験における走行路面（走行雪面）の状態を把握するのに適したレンジの雪面硬度を測定することができる。
請求項１０の発明によれば、押圧部材および予圧縮手段は、共に空気入りタイヤであるので、空気入りタイヤを装着した一般的な２輪車または４輪車等を雪面硬度測定装置とすることができる。
請求項１１の発明によれば、押圧部材である空気入りタイヤおよび予圧縮手段である空気入りタイヤの両方を駆動輪として筐体を移動させるので、駆動時にかかる力の影響による測定誤差を最小にすることができる。
請求項１２の発明によれば、押圧部材である空気入りタイヤと予圧縮手段である空気入りタイヤとを逆位相で操舵するので、旋回中も前輪（予圧縮手段である空気入りタイヤ）と後輪（押圧部材である空気入りタイヤ）の轍を同一位置にすることができ、曲路における雪面硬度の測定が可能となる。
請求項１３の発明によれば、車輪状の押圧部材の通過位置周辺の雪面の断面形状を測定し、押圧部材の通過前後における雪面の鉛直方向の変位量に基づいて雪面硬度を算出する。雪面の位置を点ではなく断面形状で測定することによって、雪面の不整による影響を最小限にして雪面硬度の測定精度を向上させることができる。また、押圧部材の通過位置（轍内）のみならず通過位置周辺の雪面の断面形状を測定するので、連続して測定される断面形状のうち同一地点を特定しやすくすることができ、雪面硬度の測定精度を向上させることができる。
請求項１４の発明によれば、押圧部材の移動方向の前方に予圧縮手段を設けたので、新雪のように密度が低い雪面であっても再現性の高い測定結果を得ることができる。また、予圧縮をおこなった雪面では予圧縮をおこなわない雪面と比較して、雪面の変位量と硬度との間の相関が高くなるため、雪面硬度の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１にかかる雪面硬度測定装置１０の構成を示す説明図である。
【図２】処理部１０６の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】雪面形状測定手段１０４によって得られる雪面Ｇの断面形状の測定値の一例を示す説明図である。
【図４】トレッドパターンが付いた轍Ｆの断面形状の一例を示す説明図である。
【図５】雪面硬度測定装置１０による処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２にかかる雪面硬度測定装置２０の構成を示す説明図である。
【図７】実施の形態２にかかる雪面硬度測定装置２０の他の構成を示す説明図である。
【図８】本発明にかかる雪面硬度測定装置の性能評価試験結果を示すグラフ（予圧縮あり条件）である。
【図９】本発明にかかる雪面硬度測定装置の性能評価試験結果を示すグラフ（予圧縮なし条件）である。
【図１０】各測定条件における測定結果（雪面硬度）の標準偏差を示すグラフである。
【図１１】各測定条件における測定結果（雪面硬度）の平均値を示すグラフである。
【図１２】雪面硬度測定装置で測定した雪面硬度と、単点測定した雪面硬度とを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる雪面硬度測定装置および雪面硬度測定方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる雪面硬度測定装置１０の構成を示す説明図である。
実施の形態１にかかる雪面硬度測定装置１０は、車輪状の押圧部材１０２と、雪面形状測定手段１０４（１０４Ａ，１０４Ｂ）と、処理部（処理手段）１０６と、姿勢角センサ（筐体姿勢測定手段）１０８と、筐体１２０と、によって構成される。
雪面硬度測定装置１０による測定結果は、たとえばスノータイヤの性能評価試験における走行路面（走行雪面）の状態を把握するために使用される。
【００１１】
押圧部材１０２は、雪面Ｇに一定の接地圧Ｌ１を加えながら雪面Ｇ上を移動する。
本実施の形態では、押圧部材１０２は空気入りタイヤである。
図１では押圧部材１０２を１つのみ図示しているが、中心軸Ｏを共通する２つの空気入りタイヤを進行方向に対して左右に並べて配置してもよい。その場合、後述する雪面硬度の測定は、一方の押圧部材１０２（空気入りタイヤ）のみでおこなってもよいし、両方の押圧部材１０２（空気入りタイヤ）でおこなってもよい。
雪面硬度測定装置１０において、押圧部材１０２を車輪状としたのは、他の移動動兼接地圧維持手段の一例であるソリや無限軌道などでは、雪面Ｇに対する接地圧が不足し、上記のようなタイヤの性能評価試験時における雪面硬度測定に適したレンジの測定値が得られない可能性があるためである。
なお、押圧部材１０２からの接地圧Ｌ１とは、押圧部材１０２から雪面Ｇに対する荷重（接地荷重）を、押圧部材１０２の接地面積（平面接地形状の輪郭に含まれる範囲の面積）で除した値である。
【００１２】
本実施の形態では、押圧部材１０２は、矢印Ｒ方向（紙面左方向）に移動するものとする。
押圧部材１０２および筐体１２０の移動は、たとえば筐体１２０を他の車両やウインチ等で牽引したり、モータなどによって押圧部材１０２を駆動することによっておこなわれる。
なお、雪面硬度測定装置２０の測定中における移動速度は一定にするのが好ましい。これは、雪面硬度測定装置２０の移動速度に応じて雪面Ｇに対する押圧部材１０２からのインパクト（接地圧のかかり方）が変化し、雪面Ｇの圧縮量が変化する可能性があるためである。
また、押圧部材１０２を駆動して雪面硬度測定装置２０を移動させる場合には、最小限の駆動力で駆動させることが好ましい。これは、駆動輪から雪面Ｇに対してせん断応力が加わるため、雪面Ｇの状態が変化して測定に影響を与える可能性があるためである。駆動輪の駆動力を最小限にすることによって、駆動時にかかる力が雪面Ｇに与える影響を最小限にすることができる。
【００１３】
雪面形状測定手段１０４（１０４Ａ，１０４Ｂ）は、押圧部材１０２の通過前における押圧部材１０２の通過位置周辺の雪面Ｇの断面形状と、押圧部材１０２の通過後における通過位置周辺の断面形状と、を連続的に測定する。
本実施の形態では、雪面形状測定手段１０４としてレーザーラインスキャナ１０４Ａ，１０４Ｂを用いる。
押圧部材１０２の進行方向に対して前側にはレーザーラインスキャナ１０４Ａが設置され、押圧部材１０２の通過前における通過位置周辺の雪面Ｇの断面形状を測定する。また、押圧部材１０２の進行方向に対して後側にはレーザーラインスキャナ１０４Ｂが設置され、押圧部材１０２の通過後における通過位置周辺の雪面Ｇの断面形状を測定する。
なお、雪面形状測定手段１０４として、たとえばステレオカメラなどを用いてもよい。また、レーザーラインスキャナとステレオカメラを組み合わせるなど、複数の測定装置を組み合わせて雪面形状測定手段１０４としてもよい。
押圧部材１０２の通過位置周辺とは、押圧部材１０２の通過によってできた轍およびその周辺を含む雪面Ｇである。轍のみならず轍周辺の雪面Ｇの形状を測定することにより、２つのレーザーラインスキャナ１０４Ａ，１０４Ｂで得られた測定値の対応（同一地点における測定値の特定）を精度よく取ることができる。
また、連続的に測定とは、たとえば雪面硬度測定装置１０に対する硬度測定の開始指示を受けてから硬度測定の終了指示を受けるまで、との意味である。
なお、本実施の形態では、押圧部材１０２と雪面形状測定手段１０４とは、同一の筐体１２０に取着されている。また、雪面形状測定手段１０４による測定結果は、処理部１０６に出力される。
【００１４】
姿勢角センサ１０８は、押圧部材１０２の移動方向に対する筐体１２０の傾きを測定する筐体姿勢測定手段である。
姿勢角センサ１０８は、慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ：ＩＭＵ）などであり、筐体１２０のローリングやピッチング、路面勾配による傾きなどを検知する。
姿勢角センサ１０８による測定値は、処理部１０６に出力される。
【００１５】
処理部１０６は、押圧部材１０２の通過前後における雪面Ｇの断面形状の変化に基づいて、押圧部材１０２の通過位置の各点における雪面Ｇの鉛直方向の変位量を推定するとともに、当該変位量に基づいて通過位置の各点における雪面硬度を算出する。
処理部１０６は、具体的には、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
なお、本実施の形態では、処理部１０６を筐体１２０内に設けることとしたが、処理部１０６を筐体１２０の外部に設けてもよい。この場合、たとえば雪面形状測定手段１０４に通信機能を持たせて測定結果を処理部１０６送信させるようにする。
【００１６】
図２は、処理部１０６の機能的構成を示すブロック図である。
処理部１０６は、上記ＣＰＵが上記制御プログラムを実行することにより、変位量推定部１０６２および硬度算出部１０６４を実現する。
変位量推定部１０６２は、押圧部材１０２の通過前後における雪面Ｇの断面形状の変化に基づいて、押圧部材１０２の通過位置の各点における雪面Ｇの鉛直方向の変位量を推定する。
【００１７】
ここで、変位量推定部１０６２は、雪面形状測定手段１０４によって得られる雪面Ｇの断面形状の測定結果を用いて、雪面Ｇの鉛直方向の変位量を推定する。
図３は、雪面形状測定手段１０４によって得られる雪面Ｇの断面形状の測定値の一例を示す説明図である。
図３Ａはレーザーラインスキャナ１０４Ａで得られる押圧部材１０２の通過前における断面形状Ｐ１であり、図３Ｂはレーザーラインスキャナ１０４Ｂで得られる押圧部材１０２の通過後における断面形状Ｐ２であり、図３Ｃは断面形状Ｐ１およびＰ２を重ね合わせたものである。
図３Ａに示す押圧部材１０２の通過前の断面形状Ｐ１は略平面であるのに対して、図３Ｂに示す押圧部材１０２の通過後の断面形状Ｐ２は中央部に轍Ｆが形成されている。
【００１８】
図３Ａや図３Ｂに示す断面形状は連続的に測定されているため、変位量推定部１０６２では、まず、レーザーラインスキャナ１０４Ａで得られた測定値とレーザーラインスキャナ１０４Ｂで得られた測定値とから、同一箇所で得られた断面形状を特定する。
具体的には、たとえばレーザーラインスキャナ１０４Ａおよびレーザーラインスキャナ１０４Ｂで得られた測定値にそれぞれ測定時刻を示すタイムスタンプを付与しておく。
変位量推定部１０６２は、たとえばレーザーラインスキャナ１０４Ａとレーザーラインスキャナ１０４Ｂとの間の距離、および押圧部材１０２の移動速度から、レーザーラインスキャナ１０４Ａの測定範囲が所定地点Ｙを通過した時刻Ｔ１およびレーザーラインスキャナ１０４Ｂの測定範囲が所定地点Ｙを通過した時刻Ｔ２を特定する。
そして、時刻Ｔ１にレーザーラインスキャナ１０４Ａで得られた測定値と、時刻Ｔ２にレーザーラインスキャナ１０４Ｂで得られた測定値とが、同一箇所で得られた断面形状と特定する。
なお、押圧部材１０２の移動速度が一定であれば、一度２つのレーザーラインスキャナ１０４Ａ，１０４Ｂの測定値の対応をとれば、その後は測定値を同時刻分ずらしていけばよい。
【００１９】
つぎに、変位量推定部１０６２は、図３Ｃに示すように、同一箇所で得られた断面形状Ｐ１，Ｐ２を重ね合わせて変位量Ｄを推定する。
このとき、押圧部材１０２の通過後の断面形状Ｐ２を用いて轍Ｆの幅である押圧部材１０２の接地幅Ｗ１（轍Ｆの幅）を特定し、轍Ｆ外部の断面形状の位置を揃えることにより、２つの断面形状における雪面Ｇの位置を揃える。たとえば、２つの断面形状における轍Ｆ外部の形状を、相互相関関数などを用いてパターンマッチングするとよい。
そして、変位量推定部１０６２は、接地幅Ｗ１の範囲における断面形状Ｐ１，Ｐ２の平均位置をそれぞれ算出する。
すなわち、図３Ｃの点線Ｖ１は接地幅Ｗ１の範囲における断面形状Ｐ１の平均位置、点線Ｖ２は接地幅Ｗ１の範囲における断面形状Ｐ２の平均位置である。
これにより、断面形状Ｐ１，Ｐ２の微小な凹凸などが平滑化される。
そして、変位量推定部１０６２は、接地幅Ｗ１の範囲における断面形状Ｐ１，Ｐ２の平均位置の差を、雪面Ｇの鉛直方向の変位量Ｄとして推定する。
【００２０】
なお、押圧部材１０２の接地面（空気入りタイヤの場合、トレッド面）に模様（トレッドパターン）がある場合、図４に示すように、轍Ｆの断面形状に凹凸パターンＭが形成されることがある。
このような場合、単に断面形状Ｐ２の平均位置を算出すると、轍Ｆの底面よりも高い位置が断面形状Ｐ２の平均位置となり、変位量Ｄの推定精度が低下する。
よって、押圧部材１０２の接地面に模様が設けられている場合には、図４に示すように、接地幅Ｗ１内における断面形状Ｐ２の包絡線Ｐ２’を平均位置とする。
【００２１】
また、変位量推定部１０６２において、姿勢角センサ１０８の測定値を用いて断面形状（レーザーラインスキャナ１０４Ａ，１０４Ｂの測定値）の補正をおこなってもよい。
より詳細には、姿勢角センサ１０８で測定された筐体１２０の姿勢角（ロール角、ピッチ角等）を用いて鉛直方向以外の成分を除去することにより、レーザーラインスキャナ１０４Ａ，１０４Ｂの測定値の補正をおこなう。
この場合、筐体１２０の姿勢のずれに伴う断面形状の測定誤差を補正することができ、路面硬度の測定精度を向上させることができる。
【００２２】
図２の説明に戻り、硬度算出部１０６４は、雪面Ｇの変位量Ｄに基づいて押圧部材１０２の通過位置の各点における雪面硬度を算出する。
硬度算出部１０６４は、たとえば回帰式を用いて変位量Ｄを硬度値（ＣＴＩ値等）に換算する。この回帰式では、路面硬度は変位量Ｄに反比例し、押圧部材１０２からの接地圧Ｌ１に比例する。なお、接地圧Ｌ１が一定であれば路面硬度の回帰式は変位量Ｄのみを説明変数とすればよい。
【００２３】
図５は、雪面硬度測定装置１０による処理を示すフローチャートである。
図５のフローチャートでは、雪面Ｇ上の一地点Ｉに対する処理について説明するが、実際は雪面硬度測定装置１０では連続的に下記の処理をおこない、雪面Ｇの硬度を連続的に測定する。
雪面硬度測定装置１０は、まず、レーザーラインスキャナ１０４Ａによって押圧部材１０２の通過前の地点Ｉの断面形状Ｐ１を測定する（ステップＳ１０）。
押圧部材１０２が地点Ｉを通過すると（ステップＳ１２）、レーザーラインスキャナ１０４Ｂによって押圧部材１０２の通過後の地点Ｉの断面形状Ｐ２を測定する（ステップＳ１４）。
つぎに、処理部１０６において、レーザーラインスキャナ１０４Ａ，１０４Ｂから連続的に出力される断面形状の中から地点Ｉ（同一地点）の断面形状Ｐ１，Ｐ２を特定し（ステップＳ１６）、接地幅Ｗ１内の断面形状Ｐ１，Ｐ２を平均化する（ステップＳ１８）。つづいて、処理部１０６は、平均化した断面形状Ｐ１，Ｐ２の位置の差分を変位量Ｄとして推定する（ステップＳ２０）。
そして、変位量Ｄを硬度に変換する回帰式を用いて地点Ｉの雪面硬度を算出して（ステップＳ２２）、本フローチャートによる処理を終了する。
【００２４】
以上説明したように、実施の形態１にかかる雪面硬度測定装置１０は、車輪状の押圧部材１０２の通過位置周辺の雪面Ｇの断面形状を測定し、押圧部材１０２の通過前後における雪面Ｇの鉛直方向の変位量Ｄに基づいて雪面硬度を算出する。雪面Ｇの位置を点ではなく断面形状で測定することによって、雪面Ｇの不整による影響を最小限にして雪面硬度の測定精度を向上させることができる。
また、押圧部材１０２の通過位置（轍内）のみならず通過位置周辺の雪面Ｇの断面形状を測定するので、連続して測定される断面形状のうち同一地点を特定しやすくすることができ、雪面硬度の測定精度を向上させることができる。
また、雪面硬度測定装置１０は、押圧部材１０２および雪面形状測定手段１０４が取着された筐体１２０の傾きに基づいて断面形状を補正して変位量Ｄを推定するので、筐体１２０のローリングやピッチング、路面勾配の影響による測定誤差を補正することができ、雪面硬度の推定精度を向上させることができる。
また、雪面硬度測定装置１０は、押圧部材１０２として空気入りタイヤを用いるので、空気入りタイヤの性能評価試験における走行路面（走行雪面）の状態を把握するのに適したレンジの雪面硬度を測定することができる。
【００２５】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１の構成に加えて、押圧部材１０２の通過前の雪面Ｇを予圧縮する予圧縮手段を設けた例について説明する。
なお、以下の説明において、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図６は、実施の形態２にかかる雪面硬度測定装置２０の構成を示す説明図である。
実施の形態２にかかる雪面硬度測定装置２０は、図１に示す雪面硬度測定装置１０の構成に加えて、押圧部材１０２の移動方向の前方に設けられ、押圧部材１０２の通過前の雪面Ｇに接地圧を加えて当該雪面Ｇを予圧縮する予圧縮手段１１０をさらに備える。
本実施の形態では、押圧部材１０２および予圧縮手段１１０は、同一の筐体１２０に取着されている。
予圧縮手段１１０を用いて押圧部材１０２の通過前に雪面Ｇを予圧縮することによって、新雪のように密度が低い雪面Ｇであっても再現性の高い測定結果を得ることができる。また、後述するように、予圧縮をおこなった雪面Ｇでは予圧縮をおこなわない雪面と比較して、変位量Ｄと硬度との間の相関が高くなるため、雪面硬度の測定精度を向上させることができる。
【００２６】
図６では、予圧縮手段１１０としてソリ１１０Ａを採用している。予圧縮手段１１０は、雪面Ｇに対して一定の接地圧Ｌ２を加えながら雪面Ｇ上を移動できる構成であればよく、ソリ１１０Ａの他、たとえば無限軌道などであってもよい。すなわち、この場合の予圧縮手段１１０は、押圧部材１０２の移動方向に対して所定長さを有する平面状の接地面を有する部材である。
予圧縮手段１１０として無限軌道を用いる場合、無限軌道を駆動輪とし、押圧部材１０２を従動輪とするのが好ましい。これは、押圧部材１０２を駆動輪とした場合に、押圧部材１０２と雪面Ｇとの摩擦等によって測定精度が低下する可能性があるためである。
また、予圧縮手段１１０がソリ１１０Ａの場合は、たとえば筐体１２０を他の車両やウインチ等で牽引したり、モータなどによって押圧部材１０２を駆動することによって押圧部材１０２および筐体１２０を移動させる。
【００２７】
なお、雪面硬度測定装置２０の測定中における移動速度は一定にするのが好ましい。これは、雪面硬度測定装置２０の移動速度に応じて雪面Ｇに対する予圧縮手段１１０および押圧部材１０２からのインパクト（接地圧のかかり方）が変化し、雪面Ｇの圧縮量が変化する可能性があるためである。
また、予圧縮手段１１０または押圧部材１０２を駆動して雪面硬度測定装置２０を移動させる場合には、最小限の駆動力で駆動させることが好ましい。これは、駆動輪から雪面Ｇに対してせん断応力が加わるため、雪面Ｇの状態が変化して測定に影響を与える可能性があるためである。駆動輪の駆動力を最小限にすることによって、駆動時にかかる力が雪面Ｇに与える影響を最小限にすることができる。
【００２８】
また、予圧縮手段１１０によって雪面Ｇに加えられる接地圧Ｌ２は、押圧部材１０２によって雪面Ｇに加えられる接地圧Ｌ１より小さくする。
これは、予圧縮手段１１０によって雪面Ｇに加えられる接地圧Ｌ２が、押圧部材１０２によって雪面Ｇに加えられる接地圧Ｌ１より大きくなると、予圧縮が過剰となり測定感度が低下する（押圧部材１０２による雪面Ｇの圧縮がごく小さくなる）ためである。
なお、予圧縮手段１１０からの接地圧Ｌ２とは、予圧縮手段１１０から雪面Ｇにかかる荷重（接地荷重）を、押圧部材１０２の接地面積（平面接地形状の輪郭に含まれる範囲の面積）で除した値である。
【００２９】
また、予圧縮手段１１０の接地面の幅（接地幅）は、押圧部材１０２の接地面の幅（接地幅）よりも大きくする。
これは、予圧縮手段１１０の接地幅が押圧部材１０２の接地幅よりも小さいと、予圧縮がなされない領域を押圧部材１０２が圧縮することになり、測定の再現性が低下するためである。
【００３０】
また、押圧部材１０２および予圧縮手段１１０によって雪面Ｇに加えられる接地圧は、０．１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下とする。
接地面圧を０．１ＭＰａ以上とするのは、雪面Ｇが破壊性変形（塑性変形）をおこすために必要な接地圧が一般的に０．１ＭＰａ以上であることによる。
また、接地面圧を１ＭＰａ以下とするのは、通常の空気入りタイヤの接地面圧が１ＭＰａ以下程度であることによる。
なお、雪面Ｇの硬度が特に高い場合には、接地面圧を大きくすると測定感度が向上する。また、雪面Ｇの硬度が特に低い場合には、接地面圧を小さくすると測定の再現性が向上する。
すなわち、測定対象となる雪面Ｇの硬度の概算値を用いて押圧部材１０２および予圧縮手段１１０からの接地面圧を変更することにより、より信頼性の高い測定をおこなうことができる。
なお、押圧部材１０２および予圧縮手段１１０からの接地面圧を変更した場合は（たとえば押圧部材１０２または予圧縮手段１１０からの接地圧を変更した場合や、押圧部材１０２または予圧縮手段１１０の接地面積を変更した場合など）、変位量Ｄを硬度に変換する回帰式を再度計算する。
【００３１】
図７は、実施の形態２にかかる雪面硬度測定装置２０の他の構成を示す説明図である。
図７では、予圧縮手段１１０として押圧部材１０２と同様に空気入りタイヤ１１０Ｂを採用した例を示している。すなわち、この場合の予圧縮手段１１０は、押圧部材１０２でと同方向に回転する車輪状の部材であり、押圧部材１０２および予圧縮手段１１０は、共に空気入りタイヤである。
このように、予圧縮手段１１０および押圧部材１０２の両方を空気入りタイヤとした場合、押圧部材１０２である空気入りタイヤおよび予圧縮手段１１０である空気入りタイヤの両方を駆動輪として筐体１２０を移動させることが望ましい。
これにより、空気入りタイヤの駆動による測定誤差を最小にすることができる。
【００３２】
また、押圧部材１０２である空気入りタイヤと予圧縮手段１１０である空気入りタイヤとを逆位相で操舵することが望ましい。
これにより、筐体１２０の旋回中も前輪と後輪の轍が同一位置となり、測定対象の雪面Ｇが曲路等である場合にも測定が可能となる。
【００３３】
実施の形態２における雪面硬度測定方法について説明する。
雪面硬度測定装置２０に予圧縮手段１１０を設けた場合には、図５のフローチャートのステップＳ１０の前に、押圧部材１０２の移動方向の前方に設けられた予圧縮手段１１０によって、押圧部材１０２の通過前の雪面Ｇに接地圧を加えて当該雪面Ｇを予圧縮するステップをおこなう。
【００３４】
以上説明したように、実施の形態２にかかる雪面硬度測定装置２０は、押圧部材１０２の移動方向の前方に予圧縮手段１１０を設けたので、新雪のように密度が低い雪面Ｇであっても再現性の高い測定結果を得ることができる。また、予圧縮をおこなった雪面Ｇでは予圧縮をおこなわない雪面Ｇと比較して、雪面Ｇの変位量Ｄと硬度との間の相関が高くなるため、雪面硬度の測定精度を向上させることができる。
また、雪面硬度測定装置２０において、予圧縮手段１１０を平面状の接地面を有する部材とすれば、予圧縮手段１１０のピッチング等が生じにくく、押圧部材１０２の進行方向に対して均等に接地圧を与えることができる。
また、雪面硬度測定装置２０において、予圧縮手段１１０を車輪状の部材とすれば、２輪車または４輪車等を雪面硬度測定装置とすることができる。
また、雪面硬度測定装置２０において、予圧縮手段１１０によって雪面Ｇに加えられる接地圧を押圧部材１０２によって雪面に加えられる接地圧より小さくすれば、過剰な予圧縮を防いで測定感度を向上させることができる。
また、雪面硬度測定装置２０において、予圧縮手段１１０の接地面の幅を押圧部材１０２の接地面の幅よりも大きくすれば、押圧部材１０２の接地面を全て予圧縮された状態にすることができ、測定の再現性を向上させることができる。
また、雪面硬度測定装置２０において、押圧部材１０２および予圧縮手段１１０によって雪面Ｇに加えられる接地圧を、０．１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下とすれば、雪面Ｇを変形（圧縮）させるのに必要な接地圧かつ通常の車輪状部材の接地圧範囲内にすることができる。
また、雪面硬度測定装置２０において、押圧部材１０２および予圧縮手段１１０を共に空気入りタイヤにすれば、空気入りタイヤを装着した一般的な２輪車または４輪車等を雪面硬度測定装置とすることができる。
また、雪面硬度測定装置２０において、押圧部材１０２である空気入りタイヤおよび予圧縮手段１１０である空気入りタイヤの両方を駆動輪として筐体１２０を移動させるので、駆動時にかかる力の影響による測定誤差を最小にすることができる。
また、雪面硬度測定装置２０において、押圧部材１０２である空気入りタイヤと予圧縮手段１１０である空気入りタイヤとを逆位相で操舵するようにすれば、旋回中も前輪（予圧縮手段である空気入りタイヤ）と後輪（押圧部材である空気入りタイヤ）の轍を同一位置にすることができ、曲路における雪面硬度の測定が可能となる。
【実施例１】
【００３５】
以下、本発明の実施例について説明する。
図８および図９は、共に本発明にかかる雪面硬度測定装置を用いて雪面硬度を一定距離間連続測定した結果を示すグラフであり、図８は予圧縮手段１１０による予圧縮をおこなった場合の測定結果（実施の形態２に対応：予圧縮あり条件）、図９は予圧縮手段１１０による予圧縮をおこなわない場合の測定結果（実施の形態１に対応：予圧縮なし条件）を示している。
図８および図９において、縦軸は雪面硬度（ＣＴＩ換算値）、横軸は測定開始点からの距離を示す。また、図８および図９には、本発明にかかる雪面硬度測定装置で測定した雪面硬度の他、先行技術にかかる雪面硬度測定装置で測定した雪面硬度、およびペネトロメータで単点測定した雪面硬度がプロットされている。
なお、先行技術については、引用文献１の請求項１１相当の雪上硬度測定装置を用いた。
【００３６】
また、図１０は、各測定条件における測定結果（雪面硬度）の標準偏差を示すグラフ、図１１は、各測定条件における測定結果（雪面硬度）の平均値を示すグラフである。
本測定は、排気量１．６Ｌ、ＡＷＤの４輪車（ハッチバック車）の車両に空気入りタイヤを装着しておこなっている。空気入りタイヤのタイヤサイズは、Ｆ：２２５／４５Ｒ１７、Ｒ：１９５／６５Ｒ１５（ともにスタッドレスタイヤ）であり、トレッド幅は、Ｆ：１４００ｍｍ、Ｒ：１４００ｍｍとし、ホイールスペーサーを利用して前後を整列させている。
押圧部材１０２とする車輪（測定車輪）は、予圧縮あり条件では後輪（Ｒ）、予圧縮なし条件では前輪（Ｆ）とした。
空気入りタイヤの空気圧は、Ｆ：１８０ｋＰａ、Ｒ：３５０ｋＰａとし、単輪荷重は、Ｆ：４ｋＮ、Ｒ：４ｋＮとし、接地圧は、Ｆ：０．２０ＭＰａ、Ｒ：０．３４ＭＰａとした。
雪面形状測定手段１０４として、レーザーラインスキャナを測定車輪の前後に計２個設置した。また、筐体姿勢測定手段（姿勢角センサ１０８）として慣性計測装置（ＩＭＵ）を使用した。また、車両の走行速度と走行距離を測定するためにＧＰＳ距離・速度計を使用した。
走行方法は、速度１０±２ｋｍ／ｈを維持し、直進走行をおこなうものとした。
【００３７】
本測定に用いた雪面は、雪面硬度を一定としている。すなわち、雪上硬度測定装置で測定される雪面硬度が一定であるほど、真の雪面硬度に近いと推定できる。
図８および図９における雪面硬度の値を比較すると、先行技術と本願発明とでは本願発明の方が値が一定しており、実際の路面状態（硬度一定）と一致度が高いことがわかる。
また、図８に示す予圧縮あり条件と図９に示す予圧縮なし条件とを比較すると、図８に示す予圧縮あり条件の方が測定値が安定しており、実際の路面状態（硬度一定）と一致度が高いことがわかる。
また、図１０に示す測定値の標準偏差を比較すると、先行技術における測定値の標準偏差が最も高く、雪面硬度一定である実際の路面との差異が最も大きい。
一方、本願発明は、予圧縮あり条件および予圧縮なし条件のいずれも先行技術と比較して標準偏差が半分以下となっており、本願発明は先行技術と比較して実際の雪面硬度をより正確に測定できていることがわかる。
また、予圧縮あり条件における標準偏差は、単点計測とほぼ同値となっており、予圧縮なし条件と比較して予圧縮あり条件の方が実際の雪面硬度をより正確に測定できていることがわかる。
また、図１１に示すように、本願発明における測定値は、予圧縮あり条件および予圧縮なし条件のいずれも、先行技術と比較して単点計測で得られた測定値に近く、本願発明は先行技術と比較して実際の雪面硬度をより正確に測定できていることがわかる。
【００３８】
図１２は、雪面硬度測定装置で測定した雪面硬度と、単点測定した雪面硬度とを比較するグラフである。
図１２において、縦軸は本発明および先行技術にかかる雪面硬度測定装置で測定した雪面硬度（ＣＴＩ換算値）、横軸はペネトロメータで単点測定した雪面硬度（ＣＴＩ）である。
本発明にかかる雪面硬度測定装置の測定値のうち、予圧縮あり条件の測定値は、幅広いレンジで単点測定値と一致している。
また、本発明にかかる雪面硬度測定装置の測定値のうち、予圧縮なし条件の測定値は、予圧縮あり条件と比較してＣＴＩが低い領域（雪が柔らかい状態）での精度がやや低下している。
一方、先行技術にかかる雪面硬度測定装置で測定した測定値は、ＣＴＩが低い領域（雪が柔らかい状態）において単点測定値より大幅に低い値となっている。
上述のように、本発明および先行技術にかかる雪面硬度測定装置では、変位量Ｄを回帰式を用いて硬度値（ＣＴＩ値等）に換算しているが、先行技術にかかる雪面硬度測定装置では、特にＣＴＩが低い領域において誤差が生じやすく、本発明のような幅広いレンジでの雪面硬度の測定が困難である。
【００３９】
以上のように、本発明にかかる雪上硬度測定装置は、先行技術にかかる雪上硬度測定装置と比較して、実際の雪面硬度をより正確に測定することができる。
また、実施の形態２のように予圧縮をおこなった方が、実施の形態１のように予圧縮をおこなわない場合と比較して、実際の雪面硬度をより正確に測定することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０，２０……雪面硬度測定装置、１０２……押圧部材、１０４……雪面形状測定手段、１０４Ａ，１０４Ｂ……レーザーラインスキャナ、１０６……処理部、１０６２……変位量推定部、１０６４……硬度算出部、１０８……姿勢角センサ、１１０……予圧縮手段、１１０Ａ……ソリ、１１０Ｂ……タイヤ、１２０……筐体。
【図１】
2015152544.tif 000003
【図２】
2015152544.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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