(57)【要約】【課題】  車両の走行用の新規な路面の形状を計測するための装置又は方法を提供すること。【解決手段】  本発明の路面の形状を計測するための装置又は方法は、車両の車輪に作用する力学的成分を用いて路面の傾斜角又は路面の高さの変化を計測する。本発明の路面形状計測装置は、車両が路面上を走行する際に、車輪の回転速と車軸から車輪に作用する回転方向のモーメント（トルク）とを検出し、これらの値に基づいて路面の傾斜角を算出する手段（A-D）を含み、また、車輪に作用する車両が路面上を走行する際の車両の前後方向の力と車両の鉛直方向の力とに基づいて、路面の高さの変化を算出する手段(F)が設けられていてよい。【選択図】図３
2008224459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面の形状を計測する装置であって、車両が前記路面上を走行する際の車輪の回転速と前記車輪に作用する回転方向のモーメントとに基づいて前記路面の傾斜角を算出する手段を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、前記路面の傾斜角を算出する手段が、前記車両が前記路面上を走行する際の前記車輪のスリップ率を算出する手段を含み、前記スリップ率と前記車輪の回転方向のモーメントとに基づいて前記路面の傾斜角を算出することを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２の装置であって、前記路面の傾斜角βが、前記車輪の車軸から前記車輪へ作用する回転方向のモーメントＭｙ６と、前記車輪の回転方向の慣性モーメントＩと、前記車輪の回転角加速度Ω’と、前記車輪の有効ころがり半径Ｒｅと、前記車輪の前後方向のスリップ剛性率Ｃκと、前記スリップ率κとから、式
ｃｏｓβ＝（Ｍｙ６−Ｉ・Ω’）／（Ｒｅ・Ｃκ・κ）
により算出されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１の装置であって、前記路面の傾斜角が前記車両の走行距離の関数として計測されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１の装置であって、前記車輪の車軸から前記車輪へ作用する回転方向のモーメントが前記車輪に備えられた六分力計により検出される検出値であることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１の装置であって、更に、前記車輪に作用する前記車両が前記路面上を走行する際の前記車両の前後方向の力と前記車両の鉛直方向の力とに基づいて、前記路面の高さの変化を算出する手段を含むことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６の装置であって、前記路面の高さの変化を算出する手段が、前記路面上の所定の基準位置からの路面の高さを算出することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項６の装置であって、前記路面の高さの変化を算出する手段が、前記路面の傾斜角と前記車輪に作用する前記車両の前後方向の力と前記車両の鉛直方向の力とに基づいて、前記路面の高さの変化を算出することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項６の装置であって、前記路面の高さの変化を算出する手段が、前記車輪のスリップ率と前記車輪に作用する前記車両の前後方向の力と前記車両の鉛直方向の力とに基づいて、前記路面の高さの変化を算出することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項６の装置であって、前記路面の高さの変化を算出する手段が、前記車両の鉛直方向の前記車輪の位置の変化と、前記車輪のスリップ率又は前記路面の傾斜角と前記車輪に作用する前記車両の前後方向の力及び前記車両の鉛直方向の力とに基づいて算出される前記車輪の半径方向の撓み量とに基づいて前記路面の高さの変化を算出することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項６の装置であって、前記路面の高さの変化が前記車両の走行距離の関数として計測されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項６の装置であって、前記車輪の車軸から前記車輪へ作用する前記車両の前後方向の力と前記車両の鉛直方向の力が前記車輪に備えられた六分力計により検出される検出値であることを特徴とする装置。
【請求項１３】
路面の形状を計測する方法であって、
車両の車輪に六分力計を備える過程と、
前記車両を走行させる過程と、
前記車両の走行中に前記六分力計にて検出される前記車輪の回転速と前記車両の車輪軸から前記車輪に作用する回転方向のモーメントとに基づいて前記路面の傾斜角を算出する過程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２の方法であって、更に、前記車両の走行中に前記六分力計にて検出される前記車輪に作用する前記車両の前後方向の力と前記車両の鉛直方向の力とに基づいて前記路面の高さの変化を算出する過程を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両の走行する路面の形状を計測する装置及び方法に係り、より詳細には、路面の傾斜角及び高さを計測する装置及び方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の走行中に於いて、平坦路であっても、その路面上の凹凸又は起伏によって、路面から車輪又はタイヤに作用する力は変化する。かかる車輪に作用する力が変化すると、走行中の車両に於ける車体又はサスペンションの振動は勿論のこと、車両の加減速、旋回挙動も変動する。そこで、車両の開発及び研究に於いて、車両の走行時の種々の性能又は状態を検査又は試験する際には、車両の走行する路面の凹凸又は起伏の状態、即ち、路面の傾斜角又は高さの変化がしばしば参照される。そのような路面の状態を参照して車両の走行試験を行う場合には、試験走行に使用する路面の傾斜角又は高さの変化が車両の走行試験に先立って計測される。
【０００３】
上記の如き車両の走行する路面の傾斜角又は高さの変化を計測する際には、従来の技術に於いては、車両の走行コースに沿って、或る基準位置からの路面の高さを、直接に計測するか、或いは、コースに沿って路面の写真を所定距離毎に順々に撮影し、かかる写真を解析することにより、路面の傾斜角及び或る基準位置からの高さを検出するといったことが行われる。また、車両上に、路面へ向けてレーザー光を照射する装置とそのレーザー光の路面からの反射光を検出する装置とを搭載し、かかる車両を試験走行用の路面上を走行させながら、レーザー光による光三角測量法を利用して車両と路面との相対距離を検出して、路面の形状を計測する装置なども提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−１２６５７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
当業者にとって理解される如く、路面の形状を直接計測する方法や路面の写真を撮影して逐次解析する方法の場合、計測専用の大掛かりな装置と比較的長い計測時間を必要とし、その間、路面を占有することとなる。また、計測されたデータの解析にも比較的長い時間を要する。特許文献１のレーザー光による光三角測量法を利用した路面形状計測装置の場合、計測用の車両を試験走行用のコース上にて走行させるだけで、そのコースの路面形状を計測できることになるが、精度が路面の光の反射率に影響されたり、或いは、発光部位と受光部位の取り付け位置によっては、車両のバウンス振動の影響を除去するなどのやや複雑な仮定と演算処理が必要となっている。計測に於ける仮定と演算処理が複雑になると、その分計測結果に於ける信頼性も低減することとなる。かくして、現在のところ、比較的短時間に且比較的単純な構成にて、路面の形状を計測する方法又は装置は提案されていないようである。
【０００５】
ところで、路面の形状を計測するのは、既に述べた如く、路面の凹凸又は起伏に起因する路面から車両の車輪又はタイヤに作用する力の車両の走行に対する影響を考慮した状態にて車両の走行性能に関する検査又は試験を行いたいからである。従って、路面の形状の計測も車輪又はタイヤに作用する力学的な成分に基づいて決定される方が好ましいであろう。また、路面の形状の計測のために要する設備又は装置は、できるだけ廉価であることが望ましい。
【０００６】
かくして、本発明の一つの課題は、新規な路面の形状を計測するための装置又は方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明のもう一つの課題は、上記の如き装置又は方法であって、従前の手法とは全く別の発想により路面の形状を計測する装置又は方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、端的に述べれば、車両の車輪に作用する力学的成分を用いて路面の傾斜角又は路面の高さの変化を計測する装置又は方法が提供される。
【０００９】
本発明の一つの態様によれば、本発明の路面の形状を計測する装置は、車両が路面上を走行する際に、車輪の回転速と車軸から車輪に作用する回転方向のモーメント（トルク）とを検出し、これらの値に基づいて路面の傾斜角を算出する手段を含むことを特徴とする。かかる構成に於いて、車輪の回転速と車輪に作用する回転方向のモーメントの検出値は、車両の走行と共に、逐次的に、好ましくは連続的に検出され、路面の傾斜角が車両の走行距離に対応して与えられるように、即ち、車両の走行距離の関数として計測されるようになっていてよい。また、車輪の車軸から車輪へ作用する回転方向のモーメントの検出については、車輪に六分力計を備え、かかる六分力計により検出された検出値が用いられてよい。
【００１０】
車両が路面上を走行する際、個々の車輪の運動について見ると、車輪は路面の表面に沿って転がっていく。その際、路面から車輪へ与えられるモーメントは、路面の傾斜角に依存するので、回転中の車輪の回転方向のモーメントのバランスを解析することにより、路面の傾斜角の情報を得ることができる。そこで、上記の本発明の装置では、車輪の回転速と車輪に作用する回転方向のモーメントとを検出し、それらの検出値を解析することにより、路面の傾斜角が算出される。
【００１１】
上記の本発明の装置の実施の形態に於いては、路面から車輪へ作用する回転力は、車輪のスリップ率の関数として表されるので、路面の傾斜角を算出する手段は、車両が路面上を走行する際の車輪のスリップ率を算出する手段を含み、路面の傾斜角は、スリップ率と車輪の回転方向のモーメントとに基づいて算出されるようになっていてよい。より具体的には、例えば、車輪の回転方向の運動方程式から、路面の傾斜角βは、
ｃｏｓβ＝（Ｍｙ６−Ｉ・Ω’）／（Ｒｅ・Ｃκ・κ）      …（Ａ）
により算出されるようになっていてよい。なお、ここに於いて、Ｍｙ６は、車輪の車軸から車輪へ作用する回転方向のモーメント、Ｉは、車輪の回転方向の慣性モーメント、Ω’は、車輪の回転角加速度、Ｒｅは、（平坦路面走行時の）車輪の有効ころがり半径、Ｃκは、車輪の前後方向のスリップ剛性率（車輪と路面との間に作用する前後方向の力（スリップ力）とスリップ率との比）、κは、スリップ率である。
【００１２】
また、上記の本発明の装置に於いては、路面の高さの変化を計測するために、路面の傾斜角を算出する手段に加えて、更に、車輪に作用する車両が路面上を走行する際の車両の前後方向の力と車両の鉛直方向の力とに基づいて、路面の高さの変化を算出する手段が設けられていてよい。既に述べた如く、車両の走行中、車輪は、路面の表面に沿って転がっていく。従って、車輪に作用する車両の鉛直方向の力を参照すれば、車輪の鉛直方向の変位が分かり、これにより路面の高さの変化を計測することが可能となる（車両の前後方向の力（平坦路であれば、水平方向の力）を用いるのは、路面の高さの変化の演算が容易になるためである。）。なお、路面の傾斜角と同様に、路面の高さの変化は、車両の走行距離の関数として計測されるようになっていてよく、車輪の車軸から車輪へ作用する車両の前後方向の力と車両の鉛直方向の力は、車輪に備えられた六分力計により検出される検出値であってよい。
【００１３】
実施の形態に於いて、路面の高さの変化を算出する手段は、路面上の所定の基準位置からの路面の高さを算出するようになっていてよい。また、車輪に作用する車両の前後方向の力と車両の鉛直方向の力の車輪の運動への寄与は、路面の傾斜角に依存するので、路面の高さの変化の算出に於いては、前記の計測された路面の傾斜角が用いられてよい。或いは、後述の「実施の形態」の説明の欄に於いて明らかにされる如く、路面の高さの変化は、車輪のスリップ率と車輪に作用する車両の前後方向の力と車両の鉛直方向の力とにより算出することもできるので、本発明の装置は、車輪のスリップ率と車輪に作用する車両の前後方向の力と車両の鉛直方向の力を用いて、路面の高さの変化を検出するようなっていてもよい。また、路面の高さの変化を算出する際、具体的には、例えば、車両の鉛直方向の車輪の位置の変化と、車輪のスリップ率又は路面の傾斜角と車輪に作用する車両の前後方向の力及び車両の鉛直方向の力とに基づいて算出される車輪（又はタイヤ）の半径方向の撓み量とに基づいて路面の高さの変化を算出するようになっていてよい。
【００１４】
かくして、上記の本発明の路面形状計測装置を用いることにより、新規な路面の形状を計測する方法を実行することができる。従って、本発明のもう一つの態様によれば、本発明の路面の形状を計測する方法であって、車両の車輪に六分力計を備える過程と、車両を走行させる過程と、車両の走行中に六分力計にて検出される車輪の回転速と車両の車輪軸から車輪に作用する回転方向のモーメントとに基づいて「路面の傾斜角」を算出する過程とを含むことを特徴とする方法が提供される。また、かかる方法に於いて、更に、車両の走行中に六分力計にて検出される車輪に作用する車両の前後方向の力と車両の鉛直方向の力とに基づいて路面の高さの変化を算出する過程が含まれていてよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記の本発明の路面形状計測装置又は方法に於いて、理解されるべきことは、路面の傾斜角又は路面の高さの変化が、車両の走行中に車輪に作用するモーメント及び／又は力を用いて計測するようになっているので、その計測値は、車両の走行試験に於いて車輪に作用する力学的成分に有意に影響を与える路面の形状を表す値であると言う点である。例えば、レーザー光を用いた光三角測量法を利用した路面形状計測装置の場合も、本発明の装置と同様に、試験車両を走行させるだけで、路面の形状を計測することができるが、例えば、路面上に反射率の高いゴミやちりなどがあると、車両の走行上影響しないもの（例えば、枯葉、ビニールゴミ等の柔らかいゴミなど）であっても、路面の形状として計測結果に反映され、従って、誤差が生じ得る。しかしながら、本発明の装置によれば、力学的に車両の走行上影響する路面の凹凸又は起伏の形状を検出することとなるので、車両の走行試験等が良好に実行できることとなる。また、更に、本発明によれば、車両の走行させることにより路面の形状が計測できるので、車両を評価対象路面上にて走行させ、その車両の性能評価を行うのと同時に、路面形状の計測を実行することができ、かくして、車両の性能評価に要する時間及びコストを低減できることとなる。勿論、一旦計測された路面形状のデータは、後に実施される車両の走行試験又は性能予測等に用いられてもよい。
【００１６】
また、特記されるべきこととして、本発明の路面形状計測のための車輪に作用する力学的成分の検出は、この分野に於いて比較的容易に入手可能な（例えば、市販の）六分力計を用いて実行されてよい。従って、その場合、路面形状の計測のための装置の開発コスト又は時間を低く抑えることができ、非常に有利である。なお、下記の実施形態の説明から理解される如く、本発明の路面の傾斜角又は高さの変化の計測に於いては、六分力計で検出可能な全てパラメータを使用するわけではないので、実施に於いては、六分力計以外の本発明の路面の傾斜角又は高さの変化の計測に必要な力学的成分を検出できる装置であれば、任意のものであってもよく、そのような場合も本発明の範囲に属すると理解されるべきである。
【００１７】
本発明のその他の目的及び利点は、以下に於いて、部分的に明らかになり、指摘される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
【００１９】
路面形状の計測の原理
本発明の路面形状計測装置に於いては、図１（Ａ）に示されている如く、傾斜角又は高さの変化を計測したい路面（評価対象路面）上に車両１を走行させ、走行距離ｓとともに、車両の車輪２に作用するモーメント、力等を計測し、走行距離ｓに対応して路面の傾斜角β（ｓ）と高さｗ（ｓ）が算出される。走行距離ｓは、図１（Ａ）に於ける計測開始地点（基準位置）に於ける速度Ｖｘ０と評価対象路面上の走行開始後の車両の速度の変化量ｘＧ´とに基づいて、
ｓ＝Ｖｘ０・ｔ＋∫ｘＧ´・ｄｔ      …（１）
により与えられる。ここで、ｔは、計測開始後の時間であり、評価終了時の時間ｔ＝Ｔに於いて、ｓ＝Ｌとなる。式（１）の第二項の積分区間は、［０，ｔ］であり、対象路面Ｌ上の走行開始時を、ｔ＝０、としている。傾斜角β（ｓ）は、水平方向から測った路面の地点ｓに於ける傾斜角であり、高さｗ（ｓ）は、図１（Ａ）に於ける計測開始地点（基準位置）に於ける路面の高さをｗ＝０とした場合の地点ｓに於ける基準位置からの高さである。（なお、以下に於いて、（ｓ）の表記は、簡単のため、省略されている。）
【００２０】
傾斜角β（ｓ）の算出
図１（Ｂ）は、車輪の中心Ｃが地点ｓに在るときの状態の模式図であり、車輪に作用する力学的成分の関係を示している。同図を参照して、まず、路面の傾斜角β（−π／２〜π／２）のときの車輪の回転方向の運動方程式は、下記の如く表される。
ＩΩ´＝Ｍｙ６−ＦＴ・ＲＴ      …（２）
ここに於いて、Ｉは、車輪の慣性モーメント、Ω´は、車輪の回転角加速度、Ｍｙ６は、車軸から車輪に作用するモーメント、ＦＴは、路面から車輪に作用する回転方向の力、即ち、車輪に作用する路面に平行な前後力（スリップ力）、ＲＴは、路面から車輪に作用する力ＦＴによるモーメントアーム長である。式（２）に於いて、車輪に作用する力ＦＴは、車輪のスリップ率κにより、
ＦＴ＝Ｃκ・κ      …（３）
により与えられる。ここで、Ｃκは、車輪のスリップ剛性係数（剛性率）である。
【００２１】
路面から車輪に作用する力ＦＴによるモーメントアーム長ＲＴは、車輪（又はタイヤ）の有効ころがり半径（動半径）であり、車輪の路面との接触面での速度ＶｗＴと回転速度Ωとにより、
ＲＴ＝ＶｗＴ／Ω      …（４ａ）
により与えられる。路面の傾斜角βのところでは、図示されている如く、車輪の路面との接触面での速度ＶｗＴは、Ｖｗ・ｃｏｓβ（Ｖｗは、車輪の車両の前後方向の速度）となるから、
ＲＴ＝Ｖｗ・ｃｏｓβ／Ω      …（４ｂ）
となる。ここで、平坦路（β＝０）のときの車輪の有効ころがり半径Ｒｅは、Ｒｅ＝Ｖｗ／Ωにより与えられるので（図１（Ｃ）参照）、路面の傾斜角がβであるときには、
ＲＴ＝Ｒｅ・ｃｏｓβ      …（４ｃ）
により与えられる。
【００２２】
かくして、上記の式（２）、（３）、（４ｃ）を用いると、路面の傾斜角βは、
ｃｏｓβ＝（Ｍｙ６−Ｉ・Ω’）／（Ｒｅ・Ｃκ・κ）      …（６ａ）
又は、
β＝±ｃｏｓ−１（（Ｍｙ６−Ｉ・Ω’）／（Ｒｅ・Ｃκ・κ））      …（６ｂ）
と与えられる。ここで、複号±は、車輪の鉛直方向の加速度ｚｍ″が、ｚｍ″＞０のとき（登坂時）、＋が選択され、ｚｍ″＜０のとき（降坂時）、−が選択される。上記の式（６ａ）、（６ｂ）に於いて、Ｍｙ６、Ω’、κは、後に説明される如く、車両の走行中に検出される量（又は検出値より算出される量）であり、Ｉ、Ｒｅ、Ｃκは、予め実験的に又は理論的に与えられる量であるので、これにより、路面の傾斜角βが走行距離ｓに対応して算出されることとなる（スリップ率κは、車輪の回転速の関数であるので、傾斜角が車輪の回転速に基づいて算出されることとなる。）。
【００２３】
路面の高さｗ（ｓ）の検出
更に、図１（Ｂ）を参照して、車輪の前後方向（並進方向）及び垂直方向の運動方程式は、下記の如く与えられる。
ｍ・ｘｍ″＝−Ｆｘ６＋ＦＴ・ｃｏｓβ−ＦＮ・ｓｉｎβ      …（７ａ）
ｍ・ｚｍ″＝−Ｆｚ６＋ＦＴ・ｓｉｎβ−ＦＮ・ｃｏｓβ      …（７ｂ）
ここに於いて、ｍ、ｘｍ″、ｚｍ″は、それぞれ、車輪の質量、前後方向及び鉛直方向の加速度であり、ＦＮは、路面に対して垂直方向に路面から車輪に対して作用する力である。既に路面の傾斜角βと、路面に平行な方向の力ＦＴが算出され、ｍは、予め測定可能な量であり、ｘｍ″、ｚｍ″の値は、後に説明される如く、車両の走行中に検出される量であるので、式（７ａ）又は（７ｂ）を用いることにより、ＦＮの値は、算出することができる。例えば、式（７ａ）から、ＦＮ・ｓｉｎβ、式（７ｂ）からＦＮ・ｃｏｓβを算出し、
ＦＮ＝｛（ＦＮ・ｃｏｓβ）２＋（ＦＮ・ｓｉｎβ）２｝１／２      …（８）
により、ＦＮが算出されてよい。
【００２４】
ところで、ＦＮは、車輪又はタイヤの撓み量の関数である弾性力と考えることができるので、上下方向のばね定数ＣＮを用いて
ＦＮ＝ＣＮ・（δ＋δ０）      …（９）
と表すことができる。ここで、δ０は、平坦路に於ける撓み量であり（図１（Ｃ）参照）、δは、地点ｓでのδ０からの撓み量の増分である。既に、ＦＮの値は、式（７）の運動方程式の関係から決定できることがわかっているので、車輪が地点ｓに在るときのδは、
δ＝ＦＮ／ＣＮ−δ０      …（１０）
により与えられる。
【００２５】
路面の高さｗは、図１（Ｂ）を参照して、
ｗ＝Ｚｍ−Ｒｓ      …（１１）
により与えられる。ここで、Ｚｍは、地点ｓに於ける車輪の中心の（基準位置の路面の位置からの）高さであり、Ｒｓは、地点ｓの路面から車輪の中心までの距離である。Ｚｍは、車両の評価対象路面上の走行開始時から、車輪の中心の鉛直方向の加速度ｚｍ″を２階積分することにより、即ち、
Ｚｍ＝∫∫ｚｍ″・ｄｔ・ｄｔ      …（１２）
により与えられる。一方、Ｒｓは、車輪が平坦路にあった場合の車輪の半径Ｒｈを用いて（図１（Ｃ）参照）、
Ｒｓ＝（Ｒｈ−δ）／ｃｏｓβ      …（１３）
により与えられる（｜β｜＜＜１のとき、ｃｏｓβ＝１としてよい。）。ここで、Ｒｈは、予め実験的に測定可能な量であり、δは、式（１０）により与えられるので、式（１１）−（１３）を用いて、地点ｓに於ける路面の高さｗが計測することが可能となる。
【００２６】
なお、上記のＦＮの算出に於いて、傾斜角βは、回転方向の運動方程式に基づいて得られた値を用いているが、式（７ａ、ｂ）に於いて、ＦＴが車輪のスリップ率より式（３）を用いて与えられるので、式（７ａ、ｂ）の二つの式から、傾斜角βとＦＮとが算出されてもよい。また、ＦＴが式（３）より与えられ、傾斜角βより与えられるので、ＦＮは、式（７ａ）又は（７ｂ）のいずれか一方のみを用いて算出されてもよい。
【００２７】
装置の構成
図２は、任意の試験用の車両１に搭載される本発明の路面形状計測装置の好ましい実施形態の構成をブロック図の形式で表したものである。同図を参照して、路面の傾斜角の算出及び（基準位置からの）路面の高さの算出をする演算処理装置５０には、車両の車輪２の車軸に装備され車輪２に車軸から作用する前後方向及び鉛直方向の力と車輪の回転方向のモーメントを検出するための六分力計１０、車輪２の車軸を支持する任意の部位（サスペンションよりも車輪に近い側）に装備される車輪の前後方向の加速度ｘｍ″を検出する前後方向加速度センサ１２、車輪２の鉛直方向の上下方向加速度ｚｍ″を検出する上下方向加速度センサ１４、車両の前後方向の対地速度を計測する対地速度計１６、車両の前後方向の加速度ｘＧ″を計測する加速度計１８からのそれぞれの信号が入力される。なお、上記の一連のセンサ又は検出計器は、市販されている任意のセンサ又は検出計器が用いられてよい。また、図示されている如く、各センサ又は検出計器からの信号は、好ましくは、演算処理装置５０に入力される前に、適宜、ハイパスフィルタＨＦ（特に、信号を、後で積分する場合。カットオフ周波数は、例えば、０．１Ｈｚ以下）及びローパスフィルタＬＦ（特に、信号を、後で微分する場合。カットオフ周波数は、例えば、５０Ｈｚ以上）に通される。更に、図示していないが、演算処理装置５０は、通常の形式の、双方向コモン・バスにより相互に連結されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート装置を有するマイクロコンピュータを含んでいてよい。
【００２８】
装置の作動（路面の形状を計測する方法）
六分力計１０及びその他のセンサ又は検出計器を車両の車輪又はその他の任意の部位に設置し、上記の演算処理装置５０を車両に装備した後、路面の形状の計測を行う際には、車両を評価対象路面上にて走行させつつ（図１（Ａ））、下記の如く、車輪に作用する力学的成分及び車両の速度又は加速度等が計測されることとなる
【００２９】
まず、路面の形状の計測の開始するに当たり、評価対象路面の始点に於いて、そのときの車両の速度がＶｘｏが記録される。そして、車両の走行とともに、式（１）に従って、車両の走行距離ｓが計測される。なお、車両の速度の変化量ｘＧ´は、車体に備えた加速度計１８の出力信号である車両の前後方向の加速度ｘＧ″を車輪２が評価対象路面の始点上にあるときから積分することにより与えられてよい。或いは、走行距離ｓは、対地速度計の出力を逐次積分することにより与えられてもよい。
【００３０】
上記の走行距離ｓの計測と同時に、演算処理装置５０の内部に於いて、路面の傾斜角β（ｓ）と路面の高さｗ（ｓ）が算出される。図３は、かかる演算処理装置５０の内部に於いて実行される演算処理の流れを表したものである。同図に於いて、まず、図中領域Ａと付された部分を参照して、車輪のスリップ率κが、
κ＝（Ｒｅ・Ω−Ｖｗ）／Ｖｗ      …（１４）
により算出されてよい。車輪の前進速度Ｖｗは、図示されている如く、
Ｖｗ＝Ｖｘ０＋ｘｍ´      …（１４ａ）
により与えられてよい。ｘｍ´は、車輪の前後方向の速度変化分であり、車輪の前後方向加速度センサ１２の前後方向の加速度ｘｍ″を車輪２が評価対象路面の始点上にあるときから積分することにより与えられてよい。なお、式（１４）のスリップ率の演算に於ける車輪速Ｒｅ・Ωにおいて、車輪の動半径は、厳密には式（４ｃ）の如く与えられるが、ここでは近似的に、平坦路での動半径が用いられよい。
【００３１】
かくして、スリップ率κが求まると、式（３）を用いて、スリップ力ＦＴが与えられる。他方、領域Ｂに示されている如く、式（２）の回転方向の運動方程式と式（４ｃ）から、
ＦＴ・ｃｏｓβ＝（Ｍｙ６−ＩΩ´）／Ｒｅ
が算出されるので、この値と、スリップ力ＦＴとを用いて、ｃｏｓβが算出され（除算器Ｃ）、これにより、鉛直方向の加速度の正負路面の傾斜角βの値が演算される（関数演算器Ｄ参照。ａｒｃｃｏｓＸ［値域：０〜π／２］に、ｚｍ″／｜ｚｍ″｜（登坂時は、＋１、降坂時は、−１）が乗ぜられる。）。なお、Ｍｙ６は、六分力計１０の検出値が用いられる。車輪の回転角加速度Ω´は、六分力計の出力の一つである角速度Ωを微分したものが用いられてよい。慣性モーメントＩと平坦路での車輪の動半径Ｒｅは、予め実験等により与えられる。また、ＦＴ・ｃｏｓβと、上記の如く算出されたスリップ力ＦＴ及びβから得られるＦＴ・ｓｉｎβ（関数演算器Ｅ）とは、下記の如く、路面の高さの検出に用いられてよい（図中、＊参照）。
【００３２】
路面の高さｗの算出に於いては、領域Ｆに示されている如く、式（７ａ）及び（７ｂ）の関係から、
ＦＴ・ｃｏｓβ−ＦＮ・ｓｉｎβ＝ｍ・ｘｍ″＋Ｆｘ６
ＦＴ・ｓｉｎβ−ＦＮ・ｃｏｓβ＝ｍ・ｚｍ″＋Ｆｚ６
の値が算出され、更に、前記のＦＴ・ｃｏｓβとＦＴ・ｓｉｎβとを用いて、ＦＴを含む項が消去される。しかる後に、上記の式（８）が用いられて、ＦＮの値が算出され（関数演算器Ｇ）、更に、式（９）−（１３）が用いられて、ｗ（ｓ）が算出される。かかる一連の演算に於いて、Ｆｘ６、Ｆｚ６は、六分力計１０からの検出値が用いられ、ｘｍ″及びｚｍ″は、それぞれ、前後方向加速度センサ１２及び上下方向加速度センサ１４の検出値が用いられる。
【００３３】
かくして、得られた傾斜角βと高さｗは、そのときの走行距離ｓと関連付けられて任意に記憶装置等に記録されてよい。上記の一連の演算は、車両を評価対象路面上にて走行させる間、車両１が評価対象路面の終点Ｌに到達するまで、逐次的に繰り返し実行される。
【００３４】
以上に於いては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００３５】
例えば、図３に例示された演算処理の流れは、路面の傾斜角βと高さｗの演算過程の一例に過ぎず、上記の運動方程式（２）、（７ａ）、（７ｂ）に基づいて、当業者に於いて演算順序が変更されてよいことは理解されるべきであり、そのような場合も本発明の範囲に属する。
【００３６】
また、上記の演算過程に於いて、スリップ率の算出の際、車輪の動半径として近似的に平坦路の場合の半径を用いたが、路面の傾斜角を考慮して算出するようになっていてもよい。その場合、スリップ率は、
κ＝（Ｒｅ・Ω・ｃｏｓβ−Ｖｗ）／Ｖｗ
となるので、これを式（６ａ）に代入して、ｃｏｓβの厳密解を算出するようになっていてよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の好ましい実施形態である路面形状計測装置を搭載した車両を評価対象路面上にて走行させ、路面形状の計測を行う様子を模式的に示したものである。図１（Ｂ）は、路面の傾斜角βのときの車輪又はタイヤの模式図であり、車輪に作用する力学的成分が示されている。図１（Ｃ）は、車輪が平坦路（β＝０）にある状態の模式図であり、演算に使用するパラメータが示されている。
【図２】図２は、本発明の路面形状計測装置の構成の模式図である。
【図３】図３は、本発明の路面形状計測装置の演算処理の流れを示している。
【符号の説明】
【００３８】
１…車両
２…車輪
【図１】
2008224459.tif 000003
【図２】
2008224459.tif 000004
【図３】
2008224459.tif 000005