技術資料

車輪速度プローブデータから路面のすべり摩擦係数を推定する手法の検討
奥村航太

大廣智則

齊田光

伊東靖彦

これらの既存研究では路面状態を検知するために特１．はじめに殊な機器を導入すること、またはタイヤ接地面におけ積雪寒冷地の冬期では路面凍結によるスリップ事故

るすべりやすさの推定が困難であった。従って特別なが毎年発生する。その防止・予防対策として実施され装置を用いず、路面表層部の特徴が捉えられる車輪速る路面の維持管理作業において、凍結防止剤、防滑材度で路面すべり摩擦係数を把握することが有用であるの散布は重要な取り組みである。これらの実施判断はと考えられる。

天気や気温などのほか、巡回時の目視によって把握しそこで本研究では一般道における走行調査によってた路面状態を参考としている。一方、近年の車両には取得したプローブデータについて、路面すべり摩擦係走行位置座標や加速度などの情報を取得する機能とと数別に評価した路面状態毎に現れる特徴について調査もに、インターネットに接続できるシステムが搭載さした。具体的には前方車輪の左右速度差に異なる特徴

1）れるようになってきた 。そのようなシステムを搭載があることを明らかにした。さらに路面すべり摩擦係した一般車両が走行することで得られるプローブデー

数別に前方車輪の左右速度差を周波数帯域分析して得タによって、路線全体の路面状態を網羅的に高頻度でられた値の有意差を確認する。

把握が可能となれば、冬期道路における維持管理作業の実施判断において効率化に繋がると考えた。

２．走行調査における車両挙動の計測手法

一方、これまでに車輪の挙動から路面状態の把握を行ったいくつかの研究がある。大廣ら2）はタイヤ内部

２．１

日程と走行ルートに加速度センサを取り付け、路面状態の判別を可能に

走行調査は2023年1月25日から2月21日のうち、15日した。その結果を用いて凍結防止剤の散布を自動で行間において、寒地土木研究所（札幌市豊平区）と道のい、凍結防止剤の削減効果が見られた。しかしタイヤ

駅 望羊中山（喜茂別町）を発着点とした主に国道230内部に取り付ける装置は高価であり限定的な普及に留号を通る区間とした。日中と夜間で出現しやすい路面まっている。佐々木ら は冬期における積雪寒冷地のが異なるため、調査開始時刻は寒地土木研究所の出発

道路においてスリップ発生時のプローブデータを基にを原則10:00と17:00とした。また車両挙動を取得した分析を行った。スリップ発生地点をGPS速度、各車輪計測車両には一般的なSUVを用いた。その車両に取速度の差分、ハンドル操舵角から検知するための基準り付けた2つの装置によって路面状態と車両挙動デー3）4）値を示した。また瀬尾ら はETC2.0プローブデータタを取得した。それらの装置を次節以降に示す。

を活用して、車輪速度による急加減速値から凍結路面を把握できる可能性を示唆した。この結果からはスリ

２．２

路面状態の計測

ップ挙動の検出によって広範囲に路面状態を把握する

路面状態に応じた路面のすべりやすさを取得するたことができることから、冬期の道路維持管理の効率的めに活用した装置は、図－1に示す連続路面すべり抵な実施に寄与することが期待される。しかしETC2.0

抗値測定装置（Halliday Technology RT3 6）、以下プローブデータはリアルタイムに取得できない等の課RT3とする）である。計測車両により装置を牽引して題が示されている。

データを取得した。この装置の計測車輪は進行方向に

5）

齊田ら は路面のすべり抵抗値を計測し、その値と対して、約1～2°程度のトー角をつけて、「ハ」の字車載カメラの映像の突き合わせを行い、画像認識技術

状に取り付けられている。従って路面状態に応じて車を用いた路面のすべり摩擦係数µの推定モデルを構築

輪軸にかかる横力を計測することで路面のすべり抵抗した。しかし新雪に覆われた道路のタイヤ接地面にお値を計測した。そのすべり抵抗値の単位はHFNけるµの推定精度が低下する等の課題がある。

（Halliday Friction Number）として定義される。

寒地土木研究所月報№857

2024年５月 31

図－1

計測車両が牽引する連続路面すべり抵抗値測定の概要
図－2

路面すべり摩擦係数計測装置

HFNは計測機器独自の指標であるため路面のすべり示す路面すべり摩擦係数計測車に図－1の計測車両を追走させて、µとHFNの関係式（図－3）を取得した。その結果からHFNをµに換算した。なお路面のすべり抵抗値のサンプリング周波数は10Hzである。
路面温度と気温は計測車両に取り付けているヴァイ
サラ社のSurface Patrol7）により計測した。路面すべり摩擦係数と温度に関するデータのサンプリング周波数は10Hzとした。

㊰㠃ࡢࡍ࡭ࡾᦶ᧿ಀᩘ [μ]摩擦係数µに変換を行う必要がある。そこで図－2に1

y = 0.00796 x
R² = 0.884

0.8
0.6
0.4
0.20

各走行調査日による路面すべり摩擦、路面温度と気020406080100㊰㠃ࡢࡍ࡭ࡾ᢬ᢠ್[HFN]

温については表－1に示す。調査日の2月8日、14日、20日についてサンプル数が少ない理由は悪天候や機器調図－3

HFNとすべり摩擦係数の関係

表－1

走行調査のデータ取得状況

整のため10:00を開始とした計測のみを行ったことによる。また一般的にµ<0.3は圧雪や凍結等の雪氷路面
8）に分類される 。各調査日の全サンプル数に対してµ<0.3となるサンプル数の割合も表－1に示す。これにより、調査全区間の90％以上がµ<0.3であった1月25日やㄪᰝ᪥ͤᦶ᧿ಀᩘࢧࣥࣉࣝͤ

µ < 0.3ͤ

㊰㠃ᗘͤ>Υ@Ẽͤ>Υ@

2月20日には雪氷路面が多く、調査全区間の10％未満

1/25

8,883

0.143

91.2%

-12.5

-13.0がµ≧0.3であった2月7日や2月8日には湿潤・乾燥路面

1/27

11,200

0.402

43.2%

-6.5

-7.6が多くみられた調査日であった。また表－1に示した

1/30

10,055

0.359

53.1%

-5.5

-6.1

路面温度と気温は、走行調査の発着地点間に標高差が2/1

9,675

0.314

59.3%

-3.2

-3.6

800m程度あるため、±2〜3℃程度の変動を含めた平2/3

10,711

0.281

66.7%

-6.6-7.4

均値である。よって走行調査時の気温の多くは氷点下

2/6

9,635

0.335

54.8%

-2.5

-2.7にあった。

2/7

10,234

0.596

8.1%

-3.5

-5.1

2/8

4,762

0.625

0.7%

0.8

-3.4

2/10

10,317

0.584

12.1%

-4.2

-4.9

車両挙動を取得するために活用した装置は、GNSS

2/13

8,658

0.477

37.9%

-0.3

-2.6

データロガーとアナログ画質のビデオレコーダー、車

2/14

3,194

0.506

41.5%

-0.2

-2.9

2/15

10,733

0.159

95.0%

-6.9

-8.4

2/16

10,105

0.386

49.6%

-3.6

-4.7

2/20

5,755

0.113

99.7%

-5.1

-5.5

2/2111,384

0.301

70.7%

-3.6-6.2

２．３

車両挙動の計測

両CAN入力を組み合わせたデータロガー（RACELOGIC
社のVIDEO VBOX Pro9））である。これによって車輪速度等のプローブデータを20Hzで取得した。
これらのµやプローブデータは計測時刻を基に結合した。ただしRT3の計測において低速時の不安定な挙動を除くためRT3の車両速度が20km/h未満のデータは分析の対象外とした10）。
32

ͤ1 ඲᪥⛬࡛ 2023 ᖺࡢィ ࡛࠶ࡿࠋ
ͤ2 ᦶ᧿ಀᩘ࣭㊰㠃 ᗘ࣭Ẽ ࡣㄪᰝ᫬࡟࠾ࡅࡿᖹᆒ್࡛࠶ࡿࠋ
ͤ3 ඲ࢧࣥࣉࣝᩘ࡟ᑐࡋ࡚ᦶ᧿ಀᩘȣ < 0.3 ᮍ‶ࡢ๭ྜ࡛࠶ࡿࠋ

寒地土木研究所月報№857

2024年５月

面（下段）を比較すると、湿潤路面のFFT分析によ３．車輪速度の特徴を表す指標って周波数帯毎の振幅は約5から7Hz域にピークがあ
プローブデータから得られた車輪速度を基に、前方ることがわかった。それ以外の周波数帯域においての左右車輪速度差の割合を示す指標として、Vper：前は、そのピーク値に対して低い値で安定している。こ方車輪速度差割合［％］を定義した。下記の算出式を示の結果からは湿潤路面に対して圧雪路面では多くの周す。

波数帯域で振幅が大きいことがわかる。
そこでハンドル操舵によって左右車輪速度差の影響（1）と考えられる0.5Hz未満の振幅を除去し、V perのFFT分析した値の0.5から10Hz帯に見られた振幅の分散を算出することとした。この値を前方車輪速度差割合の分散Vstdと定義する。

ただし、Vfr：前方右車輪速度［km/h］
Vfl：前方左車輪速度［km/h］とする。

この結果を基に全走行調査で得られたデータを活用して、µにおける各クラス間の有意差検定を行った。

このVperを1秒毎に128地点分、遡ったデータを用い多クラス間の有意差検定には多重比較検定を用いて有て高速フーリエ変換（以下、FFTとする。）を行っ意水準を補正する必要がある。従って1秒毎に6.4秒間た。FFTにより周波数毎の振幅強度であるパワース

遡った前方車輪速度差割合についてFFT分析した振ペクトルを求めることができる。また車輪速度データ

幅強度であるVstdについて、路面すべり摩擦係数別にのサンプリング周波数は20Hzであることから、128地Bonferroni法の多重比較検定を行った。その算出結果

点分のデータは6.4秒間のデータに相当する。これはであるp値、及びVstdのサンプル数と平均値を表－2に仮に時速60kmで走行した場合、走行挙動を約100m分示す。多くの路面すべり摩擦係数別のVstdはp<0.001で確保できることを参考に、処理するデータ数を採用しあり有意な差を示す結果となった。一方、0.3≦µ<0.6たものである。とµ≧0.7の範囲においてクラス間の有意差は認められ

Vperはµを基準にして9段階にクラス分けした。クラス毎の閾値はµ<0.1、0.1≦µ<0.2、…0.8≦µとした。

ない結果となった。これらの範囲では比較的にサンプ
ル数が少なく、各々のクラス間内の平均値が近いことがわかる。

４．分析結果５．おわりに路面状態別にVperの特徴を確認するため、調査期間中の任意の1日における湿潤路面と圧雪路面の2区間を本研究では路面すべり摩擦係数を基準として路面を例として示す。そこでVperをFFT分析した結果が図－分類し、その路面を走行した車両の車輪速度に注目し4である。目視で確認した湿潤路面（上段）と圧雪路た分析を行い現れた特徴を確認した。得られた知見を

図－4
寒地土木研究所月報№857

2024年５月 左右車輪速度差割合と振幅強度の例（5分間）

33

表－2
µ

多重比較検定におけるVper の平均値、分散、P値ࢧࣥࣉࣝᩘVperᖹᆒ್P್ศᩓμ 㸺 0.1

23,481

3.00

21.2

ղ 0.1 ӌ μ 㸺 0.2

36,2562.095.99

ճ 0.2 ӌ μ 㸺 0.3

13,4221.383.55

մ 0.3 ӌ μ 㸺 0.4

7,9081.173.33

յ 0.4 ӌ μ 㸺 0.5

6,4121.102.88

ձն 0.5 ӌ μ 㸺 0.69,740

1.012.07

շ 0.6 ӌ μ 㸺 0.7

22,552

0.885

1.75

ո 0.7 ӌ μ15,530

0.781

0.502

ձ

ղճմյնշ

ո

-

***

***

***

***

***

***

***

-

***

***

***

***

***

***

-

0.02*

***

***

***

***

-

1.00

***

***

***

-

0.43

***

***

-

***

***

-

***
-

ͤᖹᆒ್ࡣ(108)࡛࠶ࡾࠊp < 0.05 ࡣ*ࠊp < 0.001 ࡣ***࡛♧ࡍࠋ

以下に示す。に資するスマート凍結防止剤散布システムの開・前方車輪速度差割合Vperを算出し圧雪路面と湿潤路発、日本雪氷学会誌「雪氷」、第82巻、6号、面について傾向を調べた。直近6.4秒以内のデータpp.299-316、2020.

でFFT分析を行ったところ、乾燥および湿潤路面

3） 佐々木正大、鈴木理、浜岡秀膨、プローブデータ

では5から7Hz帯域の振幅強度にピークが現れ、そを用いた車両スリップの検知に基づくスリップ路れ以外の周波数帯域においては、そのピーク値に対面情報提供システムの構築、土木計画学研究・論して低い傾向が見られた。

文集、25、pp.909-917、2008.

・路面すべり摩擦係数別による前方車輪速度差割合4） 瀬尾亜希子、船岡直樹、金木大輔：ETC2.0プロ

Vperの0.5から10Hz帯における振幅の分散は多くのクーブデータを活用したスリップ検出手法の構築、ラス間で有意な差が見られた。一方、0.3≦µ<0.6と交通工学研究発表会論文集、41、pp.199-206、2021.

µ≧0.7における各々のクラス間においては前方車輪

5） 齊田光、大廣智則、畠山乃：深層学習を用いた冬速度差割合の分散V std における平均値の差が小さ

期路面すべり摩擦係数推定技術に関する基礎的検

く、有意な差が認められなかった。

討、寒地土木研究所月報、第826号、pp.47-51、

ここで0.3≦µ<0.6とµ≧0.7の範囲における路面すべ2022.

り摩擦係数の把握は車輪速度差の割合のみでは推定で

6） 舟橋誠、徳永ロベルト、浅野基樹：連続路面すべ

きない可能性もあるため、約5から7Hz帯域に見られり抵抗値測定装置（RT3）の導入について、北海た振幅強度に追加して、ハンドル操舵に対して生じる道の雪氷、No.26、pp.5-8、2007.

車両回転速度等、他のプローブデータを合わせて活用

7） ヴァイサラSurface Patrolディスプレイ付き舗装
温度センサ DSP100することが解決の一策として考えられる。
本研究により路面すべり摩擦係数別に前方車輪速度

https://www.vaisala.com/sites/default/files/

差割合においてFFT分析した結果の分散に有意な差

documents/WEA-Catalog-2017-B211488JA-D_が見られることが明らかとなった。今後は、このようDL.pdf#page=87（2024/3/14確認）に路面状態毎に特徴がある指標を作成し、車両プロー
ブデータから路面すべり摩擦係数を推定するモデルの

8） 北海道開発局：冬期路面管理マニュアル（案）、
1995
9） Video VBOX Pro

開発を目指したい。

https://www.vboxjapan.co.jp/VideoVB/VVB_
product_company/VideoVBOXPro_VBOX

参考文献

JAPAN.pdf（2024/3/14確認）
1） 総務省：平成27年版

情報通信白書

第2部 第4章、pp.183-185、2015.
2） 大廣智則、萩原亨、花塚泰史、高倉清、中村広
美：道路管理者と協調した凍結防止剤散布の低減
3410）徳永ロベルト、齊田光、星卓見、佐藤昌哉、佐藤賢治：カーブ区間対応型連続路面すべり抵抗計測技術について、寒地土木研究所月報、第802号、pp.32-37、2020.
寒地土木研究所月報№857

2024年５月

奥村 航太OKUMURA Kota

大廣 智則
OHIRO Tomonori

寒地土木研究所
寒地道路研究グループ
寒地交通チーム
研究員

寒地土木研究所月報№857

前

寒地土木研究所
寒地道路研究グループ
寒地交通チーム
主任研究員
博士（工学）
技術士（建設）

2024年５月 齊田 光
SAIDA Akira

伊東 靖彦
ITO Yasuhiko

寒地土木研究所
寒地道路研究グループ
寒地交通チーム
研究員
博士
（工学）

寒地土木研究所
寒地道路研究グループ
寒地交通チーム
上席研究員（現 土木研究所
戦略的イノベーション
研究推進事務局
上席研究員（特命事項担当））
技術士（建設）35