解 説

雪氷路面における乗用自動車の燃費計測手法について
寒地道路保全チーム

イヤ及び車両本体に上下挙動が生じ、上下動の大小が１．はじめに燃費や走行抵抗に影響すると想定し、IRI計測を行っ自動車で道路を走行する際の、道路利用者の費用負担に関わる指標の一つとして燃費(単位はkm/L)があ
きめ 、平坦性5) 6)

走行抵抗は、車両が走行するときに進行方向の反対、路面の方向に作用する力の総和である。走行抵抗にはころがが燃費に影響を及ぼすことが分かっ

り抵抗や空気抵抗が含まれるが、路面雪氷とタイヤとる。最近の研究によって路面舗装の種類

1) 2) 3)

4)ている。の間に生じる雪氷路面特有の抵抗が燃費に影響するとてきている。
また、筆者らの既往の研究 で、大型自動車を用い7)想定し、走行抵抗の計測を行っている。

た各種実験の結果より、積雪寒冷地における雪氷路面

雪密度は、雪の単位体積あたりの重量を表し新雪での状態が大型自動車の燃費に影響を及ぼすことも分か

小さく、締め固められると大きくなる。路面雪氷は、タってきている。

イヤ接触部を介して車両進行方向のエネルギーを吸収

しかし、北海道内の道路交通における12時間大型車損失するものと考えられ、結果として走行抵抗及び燃混入率は17.5% 8)となっており、舗装管理や路面管理費に影響を及ぼすと想定し、路面雪氷の状態を数値化の効果を定量的に把握するためには、それより小さなし定量的に表現するため、雪密度の計測を行っている。

乗用自動車でも大型自動車と同様に各種実験を行い、路面の状態と燃費の関係を把握することは不可欠と言表－1

える。

1234567

そこで、筆者らは雪氷路面における乗用自動車を用いた燃費、雪氷路面上の路面平坦性IRI（InternationalRoughness Index、国際ラフネス指数）、雪氷路面から受ける走行抵抗、試験環境等の計測実験を実施している。

計測項目
燃費
IRI
走行抵抗
風向風速
気温気圧
雪密度

乗用自動車の雪氷路面における燃費等の各種計測手法として定まったものがないことから、本稿では筆者

３．計測環境らが計測を行う際に使用している機材や一連の計測手法及び実施にあたっての留意点を解説するものである。

計測は雪氷路面上で実際に乗用自動車を走行させて行う必要があり、計測環境としては、一般車両が混入

２．計測項目しないクローズドコースである当研究所が所有する苫小牧寒地試験道路と、公道の2つに大別できる。

雪氷路面上を走行する車両の燃費に影響を及ぼす要

苫小牧寒地試験道路は、図－1に示す全長2,700mの因としては、路面の平坦性、走行抵抗、風速風向、気アスファルト舗装路面の周回路である。一般車両の影温、気圧、雪氷の状態などが挙げられる。そこで、雪響を受けないため、直線部500mの中間部分の区間に試

氷路面における燃費の計測に際しては、表－1に示す験区間を設定し、グレーダ、ホイルローダ、バックホ一連の項目を計測することとした。

ウ、タイヤローラ等の除雪用を含む各種建設機械を用

IRI計測値は、路面上を仮想車両（クオーターカー）いて雪を敷き並べ、締め固め、整正等を行い、写真－が時速80km/hで走行した場合のバネ上質点の上下方

1のような実験用の雪氷路面を作成して、一定速度で向変位量の累積値を走行距離で除した値である。本研の燃費計測、IRI計測のほか、加減速や停止を伴う走究では、凹凸のある雪氷路面を走行した応答としてタ行抵抗計測、走行路面上での雪密度計測が可能である。

48

寒地土木研究所月報№836

2022年10月

図－1

苫小牧寒地試験道路の実験区間概要図

写真－2
表－2

写真－1

作成した雪氷路面(一例)

公道では、一般交通の影響を受けるため、加減速や停止を伴う走行抵抗測定、雪密度計測は難しいものの、郊外部の直線的な区間や、風向風速の変化が少ない区間等を選定することにより、安定した燃費計測、IRI

試験車両（乗用自動車）
試験車両の主要諸元

車種区分
車両名称
駆動方式
トランスミッション
車両重量
全長
車軸数
使用タイヤ
タイヤ空気圧
燃料種類

乗用自動車
トヨタ・タウンエース
四輪駆動
マニュアル
1,290㎏
4,040㎜2
ブリジストン ブリザック
165R13 LT 8PR（スタッドレス）
前輪：220kPa
後輪：260kPa
ガソリン計測が可能である。
４．２
４．計測に用いる機器及び計測方法

燃費測定

４．２．１

燃料流量計１）使用機器
４．１

燃料消費量の計測は、燃料タンクとエンジン間の燃車両計測に用いる車両は写真－2に示す寒地土木研究所

料流量を直接かつリアルタイムで計測するために、燃で保有する乗用自動車である。その主要諸元は表－2

料配管上に、写真－3及び写真－4に示す小野測器社製に示す。この車両に以下４．２から４．４に示す測定の燃料流量計FP-2140Hと演算表示器FM-2500Aを設機器を搭載し計測を行うものである。走行中の燃費を置した。その主要諸元は表－3に示す。

計測する際に、トランスミッションギアの段数を特定

大型車等の燃料消費量の計測においては、燃料の供の段に固定する必要があること、走行抵抗測定を行う給側と戻り側の両方の配管に燃料流量計を設置する必際にはギアをニュートラルにする必要があることか要があるが、実験に用いた乗用自動車では、燃料の戻ら、トランスミッション形式はマニュアルとしている。

り配管がないため、燃料の供給側の配管のみに、燃料タイヤについては、冬期間の雪氷路面を実験対象とし流量計を設置している。ているため、スタッドレスタイヤを装着している。

燃費が15.0km/Lで、走行速度が30km/hの場合を例にとると、燃費測定の試験区間500mを走行する際の累積燃料消費量は33.3mL、区間通過時間は1.0minとなる。これは、機器の仕様に照らせば、許容計測範囲に入っており、路面状況による燃料差を評価する場合

寒地土木研究所月報№836

2022年10月

49

にも十分な精度と分解能を有している。また、これらの燃料流量計を用いれば、500mの区間延長は、計測に十分な長さである。

２）測定方法
燃費の測定方法は「JIS D 1012自動車－燃料消費率試験方法」9)に示された方法のうち、定速度燃料消費

燃料流量計の燃料配管は、車室内に直接露出されて率試験方法に則って実施する。具体的には、様々な種配管されるため、公道での走行は安全上行っていない。

類の路面を、試験車両のトランスミッションギア段をまた、燃料流量計の取付作業は、自動車整備工の資格4段に固定し，試験速度である20km/hから60km/hのを有するものが行う必要がある。このため、燃料流量一定速度で、500m区間を走行し、その間の燃料消費計の取付作業は自動車整備工場で実施し、取り付けた量を燃料流量計で実測する。

車両は車両積載車にて試験場まで運搬している。

測定回数は、往路3回・復路3回とし、その平均値をとる。カーエアコンなど電子装備類の作動が燃費に影響を及ぼすと考えられるので、測定中はオフにする。
また、燃料流量計にログ機能が無いため、都度数値を記録し、再計測前にはリセットボタンを押し数値をゼロに戻している。
４．２．２

OBDを利用した燃費測定機器

１）使用機器
上述したとおり、公道では燃料流量計による燃費測定を行っていないため、燃料流量計に代わる燃費計測手法として車両の車載式故障診断装置(OBD)のコネクタに、市販の機器を接続して、燃費を計測する方法も検討を行っている。
写真－3

燃料流量計(容積型)

使用している機器の一例（TECHTOM社製燃費マ
ネージャFCM-NX1）を写真－5に示す。当該機器は、OBDから燃料吐出量の情報を取得し、これを燃料使用量に換算して表示するものである。

写真－4

演算表示器
写真－5

表－3

OBDを利用した燃費測定機器

燃料流量計の主要諸元２）測定方法

項目
計測範囲
精度
分解能
出力データ

50

性能
5～2000mL/min
±0.2%
0.1mL
トータル積算流量
区間積算流量
瞬時流量

OBDを利用した燃費測定機器は、使用する乗用自動車のメーカと車種の選択により、おおよその瞬間燃費が表示される仕組みになっている機器が多い。
しかしながら、同じ車種の乗用自動車でも実際の燃料吐出量が異なるなど、燃費の計測精度は不明である。
このため、燃料流量計による計測とOBD接続機器に
寒地土木研究所月報№836

2022年10月

よる計測を同時に同一車両に対して実施し、比較･校ロファイル測定装置を用いる手法は、雪氷路面では乱正を行うことでOBDを利用した燃料測定機器におい反射が生じて測定がうまく行えない危険性があるのにても燃料流量計で測定したものに近い、燃料消費量を比べ、本機器はタイヤ通過時のIRIを適切に短時間で算出することとした。

効率良く計測することができるためである。

なお、例示した機器は、走行時はモニタに瞬間燃費

４．３．２

測定方法が表示されるが、本体にログ機能がないため、計測にIRI計測車の走行速度は、20km/hから60km/hの範あたっては、モニタの撮影を行い、走行試験中の0.5s囲の一定速度とし、主に40km/hの一定速度で計測すごとの燃費の平均を算出している。

ることを基本としている。一定走行中はアクセル開度

計測においては、アクセルの踏み方により、燃費表を一定に保つようにし、加速･減速が生じないよう留示が変化するため、できるだけ加減速が生じないよう意することが望ましい。往路1回、復路1回のIRI計測

注意が必要である。

を行い、これを3回繰り返し、往路の平均と、復路の平均を算出し、さらに往路と復路の平均を算定するこ４．３とで、各走行測定及び燃費測定時のIRI値とした。写

IRI測定

４．３．１

真－7に測定結果の一例を示す。

使用機器

IRIの測定は、写真－6に示す車両のバネ上及びバネ下に設置した2つの加速度計から得られる上下加速度を逆解析することにより路面プロファイルを測定し、リアルタイムでIRIを算出する共和電業社製のSTAMPERを用いた。
IRIの測定方法は、水準測量などから得られる静的なものから自動車に設けた加速度計などから得られる動的なもの、あるいは人の感覚によるものまで様々な方法があり、その測定方法により4つにクラス分けがされており、それぞれ測定速度や測定精度、掛かるコストなどが異なるとされる10)。一般論としてクラス番

写真－7

測定結果(一例)

号が小さいほど測定精度が高く、測定時間を要してコストが高くなる傾向にある。本実験で使用したIRI測

４．４

定機器の精度はクラス2に分類されるものである。

４．４．１

走行抵抗測定使用機器

本機器を選定した理由は、計測対象とする雪氷路面走行抵抗の測定にあたっては、「JIS D1021 自動車は軟らかくタイヤの通過前後で変形してしまうため、-燃料消費率試験方法」9)及び「JIS D1015 自動車-惰行

点で高低差を計測していくクラス1相当の水準測量や試験方法」11)に規定されている惰行法の手法に則り実ディップスティックでは雪氷路面の路面性状を正しく施した。

計測できないこと、クラス2相当のレーザー式縦断プ

走行抵抗を計測するには、惰行時の速度低下と時間経過の把握が必要である。走行実験中の車両走行速度
及び時間は、GPSセンサによる計測装置である、写真－8に示すRACELOGIC社製のGPSロガー: VBOX 3及びVBOX Liteを用いて測定した。その主要諸元は表－4に示す。
本研究では雪氷路面上で降雪などもある中で測定を実施するため、レーザー等で測定する方法では誤検知が起こりうることから、GPSセンサを用いるのが適当と判断したものである。GPSセンサによる経度緯度情報から、VBOX 3では車速を0.01秒単位、VBOX Lite
では0.1秒単位で算出する。

写真－6
寒地土木研究所月報№836

STAMPER(バネ下側)
2022年10月

51

で計測する際に、このような安定的な風速条件が整わないことが実際にはある。その場合には、走行方向に平行な成分は往復計測によってキャンセルし、走行方向に対して垂直な風速が4m/sを超える時の測定データは破棄する形をとることもある。
また、測定に当たっては、事前にGPSの捕捉を確認
写真－8

速度計測機器(VBOX3及びVBOX Lite)

表－4

速度計測機器の主要諸元

項目
速度
分解能
距離
時間
サンプリングレート

出力データ

性能
0.01km/h
1cm
0.01s(VBOX3)、0.1s(VBOX Lite)
100Hz(VBOX3)、10Hz(VBOX Lite)
時刻
緯度・経度
速度・鉛直速度
方位・高度
加速度(縦/横)
距離

しておく。
４．５

風向風速測定屋外での燃費計測では、風の影響をうけるため、風向と風速を計測することで、燃費計測データの使用の可否の判断する。
試験区間での風向風速の測定は、写真－9に示すノースワン社製のKADEC21-KAZEを用いた。
全天候型の風向風速測定装置であり、測定分解能は風向1°、風速0.1m/s、サンプリングは1秒である。試験中の瞬間風速の平均値から、平均風速を算出した。
設置場所は、試験場所と同様の風向が想定される、

４．４．２

測定方法

建造物や立木等がない箇所を選定し、センサー部の高試験車両を約60km/hまで加速して一定速度としたさを概ね2mとする。なお、風向計については、通常

あと､ 路面の測定対象区間に進入させてギアをニューは真方位に対応して設置するものであるが、試験車両トラルにして惰行させ､ 車両の速度が0km/h程度になに対し作用する風向が必要であるため、計測区間の起るまで車速の変化と時間を測定する。各指定速度の±点側をN、終点側をSとなるよう設置し、車両に作用5km/hの、10km/hごとの速度低下に要する時間から､する風向(追い風、向かい風、横風)が分かりやすくな各指定速度における走行抵抗を式(1)によって算出するようにした。

る｡

ܹ ൅ ܹସ (1)    
‫ܨ‬௠ ൌ‫݉ܨ‬
0.36‫ݐ‬‫݉ܨ‬
ここに、‫ܨ‬݉: 各指定速度における走行抵抗(N)ܹܹ: 試験車両の質量(走行抵抗測定時)(kg)ܹ4 : 試験車両の回転部分の相当慣性質量(kg)ܹܹ4            (車両質量の3.5%とする)
4‫ܹݐ‬:各指定速度における平均惰行時間(s)測定は往復3回繰り返し､ それらの平均値にて評価を行うものとした｡ カーエアコンなど電子装備類の作動が走行抵抗に影響を及ぼす可能性があるので､ 測定

写真－9

風向風速計設置状況

中はオフにして測定する｡
惰行試験時は、外気温､ 風速風向､ 気圧を把握でき４．６

気圧測定るよう､ 適宜試験対象道路付近で計測を行う｡ なお､

燃費は気圧の影響も受けるので、実験時の気圧も計試験時の風速についてJIS D 1012の規定では「試験路測する。ただし、主に平地の標準的な気象条件下で燃の走行方向に対する平行な成分の平均が3m/s以下及費試験を行うことが多いため、概ね1010hPa前後の値び垂直な成分の平均が2m/s以下」となっており、ことなっていることを記録しておく意味あいが強い。

れを守ることを第1とする。しかし、試験道路や公道
52

実験中の気圧測定には写真－10に示すNielsen
寒地土木研究所月報№836

2022年10月

Kellerman社製のKestrel4000を使用した。本機器はハンディ型であるが、ロガー機能を有しており、専用インターフェイスを介しPCと接続しデータを読み取ることができる。

写真－12

雪密度計測状況

５．おわりに
写真－10

気圧計

本稿では、積雪寒冷地における雪氷路面の状態とそこを走行する乗用自動車の燃費の関係把握のための、４．７

実験と計測手法の一連の流れと留意点を述べた。燃費

雪密度測定

雪氷路面の状態が燃費に与える影響を調査する実験
では、様々な性質の雪氷路面で実験を行う必要があるの計測は現在も継続して実施しており、その結果は今後報告することとしたい。

が、あらかじめ雪質などの性質を決めて雪氷路面を作（文責：紅林俊）

成することは難しい。このため、路面作成は実験時に得られる雪を成り行きとして、実験前に雪密度を計測参考文献し、それを燃料消費量に関連付けることを目指している。

1)

Taylor, G. W.: Additional Analysis of the Effect

実験路面の表面から3～5cm程度の深さまでの雪氷

of Pavement Structure Type on Truck Fuel

層を、写真－11や写真－12に示す1辺10cmの立方体のConsumption, Government of Canada Action Plan

サンプラーで採取し、採取された雪氷の重量を計測、

2000 on Climate Change, 2002.

その重量から雪密度を算出した。

2)

Taylor, G. W. and Patten, J. D.: Effect of Pavement

表面から3～5cm程度の深さまでの雪氷の中でも、Structure on Vehicle Fuel Consumption Phase

表面に近い部分(上部)とそれよりも下の部分(下部)でIII, National Research Council Canada Technical

雪質が明らかに異なるような場合には上部と下部の雪Report, CSTT-HVC-TR-068, 2006.

氷を区分して密度測定している。

3)

吉本徹、風戸崇之、熊田一彦、笠原篤：高速道路
での重量車の転がり抵抗の測定と燃費に及ぼす影響に関する研究、土木学会舗装工学論文集、第14巻、pp.203-210、2009.

4)

川上篤史、寺田剛、久保和幸、石垣勉：タイヤ／
路面転がり抵抗と舗装の路面性状に関する検討、
土木学会第68回年次学術講演会概要集、V-617､pp.1233-1234､ 2013.

5)

Ross, F. R.: Effect of pavement roughness onvehicle fuel consumption, Transportation Research
Record, No.846, pp.1-6, 1982

6)
写真－11
寒地土木研究所月報№836

雪密度計測器具
2022年10月

Amos, D.: Pavement Smoothness and Fuel
Efficiency: An Analysis of the Economic

53

Dimensions of the Missouri Smooth Road
Initiative, Missouri Department of Transportation
Organizational Results, OR07-005, 2006.
7)

丸山記美雄、三浦豪、木村孝司：路面雪氷が大型車の走行抵抗および燃費に及ぼす影響に関する研究、土木学会論文集E1(舗装工学)、Vol.73、
No.1、pp.12-25、2017.

8)54

通情勢調査一般交通量調査、2017.
9)日本規格協会：自動車－燃料消費率試験JIS D
1012-2005、平成17年

10) (社)日本道路協会：舗装調査･試験法便覧〔第1分冊〕、平成31年3月
11) 日本規格協会：自動車－惰行試験方法JIS D 10151993、平成5年

国土交通省道路局：平成27年度全国道路・街路交

寒地土木研究所月報№836

2022年10月