咆豪場が瓦

北 海 道 の 雪 氷 No.25(2006)

雪 氷 路 面 のす べ り摩 擦 係 数 計測 機 器 の比 較 試 験 と海外 事 例 報 告

独立行政法人土木研究所寒地土木研究所

 

○舟橋

 

誠 独立行政法人土木研究所寒地土木研究所

  

徳永

 

^ロヘ・ルト 独立行政法人土木研究所寒地 土木研究所

  

高橋

 

尚人 独立行政法人土木研究所寒地土木研究所

  

浅野

 

基樹

1.は

じめ に

積雪寒冷地域で は、冬期 にお いて も安全で快適な道路交通 を確保す ることが重要な課題であ る。そのため、道路管理者は、除排雪作業や路面凍結対策 を実施す るな ど冬期の路面管理の充 実 を図つて いる。冬期の路面管理 を行 う上にお いて雪氷路面の状態 の把握は、路面管理の重要 な要素である。 この路面状態の把握 には、 日視 による路面性状分類や加速度計な どの計測機器 を利用 して路面のすべ り摩擦係数 を計測す る方法が ある。現在 、北海道の国道の冬期路面管理 にお ける路面状態の把握 には、 日視 による路面性状分類 を基 に して管理 を行 っている。 しか し なが ら、 日視 による路面性状分類では、観測者の主観的判断や個 人の経験 による差や判別 の難 しい路面が存在す るため、路面状態判断の客観性 に問題がある。 この ことか ら、寒地土木研究 所 で は、冬期路面管理 に路面のすべ り摩擦係数 を計測する方法 を用 いることで客観的に雪氷路 面 の状態 を把握す る手法 について研 究 を行 って いる。

本報告で は、車載用 の加速度計数種 と路 面すべ り測定車 による雪 氷路面のすべ り摩擦係数比 較試験 と第 12回 PIARCに お いて展 示・紹介 された摩擦係数の計測機器や手法 について報告す る。

2.す

べ り摩擦係数計測機器比較試験

2.1 

試験概要

冬期路 面管理 にお いて路面状態 を客 観的 に把握す るため に、標準的な路面のすべ り摩擦 係数 の計測車である路面すべ り測定車 と比較的安価 な車載用の加速度計 を用 いて雪氷路面のすべ り 摩擦係 数の計測 を行 い、そ の比較検 証 を行 った。

2.2 

試験機器

本 試験 にお いて使用 した機器 につ いて説明す る。

写真

‑1は

路面 のすべ り摩擦係数計測の標準的な計測装置である路 面すべ り測定車である。

この機器 は、車両を走行 させた状態で車両 中程 に設置 された試験輪 ^(写真

‑2)の

み に制動 を か け、その ときに試験輪 にかかる制動力を計測する ことによ りすべ り摩擦係数 を求める。

次 に本試験 で使用 した加速度計 につ いて説明す る。加速度 計 による路面のすべ り摩擦係数の 計測 方法は、加速度計を設置 した車両 に急制動 をか け、その ときに得 られる加速度 (減速度)

写真

‑2試

験輪

写真

‑1路

面すべ り測定車 写真

‑3試

験車両

‑9‑

咆豪場が瓦

北 海道 の雪氷 No.25(2006)

を計測す る ことによ りすべ り摩擦係数 を求める。本試験 にお いては、4種類 の加速度計 を用意 し、試験 車両 (写真

‑3)に

設置 して計測 を行 った。加速度計

A(写

真

‑4)は

、北欧 にお い て冬期路 面管理 に使用 されている装置である。北欧のフィンラン ドでは、 この装置 を使用 して 計測速度 が 60km/h、 計測箇所 は勾配が2%以下の傾斜が小 さい直線道路で計測 を実施 している。

加速度計

B(写

真

‑5)も

海外の加速度計であ り、今回使用 した加速度計の中では最 も車両設 置が容 易な機器 である。 しか し、 この加速度計Bは急制動後、車両が停止するまで計測する必 要が あ り、実道での計測 には支障 を来す可能性がある。加速度計

C(写

真

‑6)は

、車両運行 記録装置 を改造 した もので、加速度の他 、プ レーキ信号や

GPSに

よ る計測時刻・位置 。速度 等 の計測 。保存機能 を有 した装置である。加速度計

D(写

真

‑7)は

、 当研究所 にお いて車両 挙動の計測試験 に使用 して いるもので、姿勢計測装置内に加速度計 を有 してお り、試験車両の 重心位置 に近 い場所 に設置 している。なお、使用 した試験車両 (写真

‑3)は

、駆動方式がFF

式、制動 装置 には

ABS装

置 を装備 した車両である。また、各加速度計は車種の違 いを除 くた め に、同一車両 に設置 し (写真‑8)、 計測 は同時 に行 った。

2.3 

試験方法

当所所有の苫小牧寒地試験道路 (写真

‑9)の

_{コー ス上に雪氷路面} (圧雪及び凍結路 面、図

‑1)を

作 製 し、その雪氷路面 を路面すべ り測定車 と加速度計 を設置 した試験車両 にてすべ り 摩擦係数 の計測 を行 った。試験速度は各車両 ともに 40km/h、 計測回数は両路面でそれぞれ 10 回計測 を行 った。

写 真

‑6加 驚

速 度 計C

骰

(左:姿勢計測装置、右^:制御装置)

写 真

‑4加

_{速 度 計}

A

写真

‑7加

速度計

D

写 真

‑5加

速 度 計B

写真

‑8設

置状況

写真

‑9苫

小牧寒地試験道路

‑10‑

図

‑1試

験 概 略 図

‐1.1靡

丁緻 苺凩 ξ 心 不

北海道 の雪氷 No.25(2006)

2.4 

試験結 果

図

‑2に

試験結 果 を示す。 この図にお いて、縦軸 は、路 面すべ り測定車 で計測 されたすべ り 摩擦係数 を、横 軸 には各加速度計で計測 されたす べ り摩擦係数 を表示 した。 この図は、路面す べ り測定車で計測 されたすべ り摩擦係数 に対す る各加速度計の計測値 となってお り、対角線上 にデー タがプロ ッ トされている場合は、路面すべ り測定車 と

1対

1の関係が ある ことを示す。

この図よ り、路面すべ り測定車 に対 して各加速度計は、良好な

1対

1の相 関が得 られて いな い ことがわかる。特 に圧雪路面における計測値が広 い範囲で分布 してお り路面すべ り測定車 と の良好な相関性が得 られない結果 となった。 これは、計測方法の違 いや路面 ^(圧雪路面)の性 状 による もの と考 え られ、今後 の研究 にて明 らか に して い く必要が ある と思われ る。

次 に、図

‑3は

加速度計同士 を比較 した結果である。 この図において縦軸 には加速度計Dに

よ り計測 されたすべ り摩擦係数 を、横軸 には残 り3種類の加速度計で計測 されたすべ り摩擦係 数 を表示 した。 この図は、加速度計Dに対す る各加速度計の計測値 を比較 した図で ある。縦軸 に加速度計Dを配置 したのは、加速度計Dが搭載 車両 のほぼ重心位 置近 くに設置 されてお り搭 載車両 の走行挙動 を最 も把握で きる位 置で あ るためで ある。

この図よ り、加速度計Dに対 して

1対

1の相関が最 も高か ったのは加速度 計Cであ り、加速 度 計Aや加速度計Bについて も加速度計Dに対 して ある程度 の相関が ある ことがわか る。計測 されたすべ り摩擦係数値に差異が生 じたのは、各加速度計の設置位置 。方法や演算方法に起因 す る もので ある と考 え られ る。なお、北欧 の フ ィンラン ドで は加速度 計Aを使用す る際、気温

・5℃ 、圧雪路面にお いて摩擦係数が0.29を示す よ うにキ ャ リブ レー シ ョン作 業 を実施 して いる。

以 上よ り、今 回 の試験結果か らは加速度計 と路 面すべ り測定 車 との良好 な相 関性 は得 られな か ったが 、加速 度計同士による計測結果 を比較す ると、加速度計同士では一定の相関が得 られ た ことか ら、加速 度計を用 いて雪氷路面のすべ りやす さの程度 を把握す る手法 として適用が可 能である と考 え られ る。

︵■︶０た場燿員

︵ミ

︶

■ 製 菫 さ で

■ 日 出

0.0  0.1   02  0.3  0.4  0.5

加違魔計(μ)

図

‑2す

べ り摩擦係数の比較

(路面す べ り測定車 ―加速度計)

3.海

外 の摩擦 係 数の計測機器 と手法

第12回 PIARCは、

2006年

3月 27日〜30日 にイタ リアの トリノ市で開催 された。内容 は、

冬期道路 に関す る研 究 開発や政策評価 に関す る発表 の ほか 、各国や企業の冬期道路管理への取 り組み等の展示等が行われた。その中にお いて、冬期路面の摩擦係数 に関す る技術発表や計測

0.0  0.:   0.2  0.3  04  0.5

各■加速度計(μ)

図

‑3す

べ り摩擦係数の比較

(加速 度計D―加速 度計)

′

「

■  ^{● 。▲}

薔加速度計8

●加速度計C

中 囲

‑11‑

ν

^/ィ

̀。

北海道 の雪氷 No.25(2006)

機器 の展示が あったので紹介する。

技術発 表では、冬期 の路面の摩擦係 数 を連続的に測定する車両牽 引式の計測機器や可搬式の 計測機器 につ いて報告 された (ノル ウェー)1)。 内容 は、現在 ノル ウェーで は、加速度計 を使 用 して路 面の摩擦 係数 を計測 し冬期道路管理 を行 って いる。 しか しなが ら、加速度計には、① 計測者や搭載車両の影響、② 計測箇所が限定 され る、③道路の傾斜 の影響等の欠点があ り、 こ れ ら欠点 の解消 を図るため、連続 して路面の摩擦係数を計測で きる装置(写真‑10〜_写真‑12、

スウェーデ ン製)を使用 して冬期路 面管理 を実施す るための試験的な取 り組みが報告 された。

また、展示会場では、従来の加速度計の他 に、即時 に路面状況の把握や散布判断を行 うため に一般車両だけではな く凍結防止剤散布車 に直接取 り付 け可能な摩擦係数計測装置 (写真^‑13、

アメ リカ製

)や

、可搬式の摩擦係数計測装置 (写真^‑14、 スウェーデ ン製)が展示 されて いた。

また、 このよ うな連続 して摩擦係数 を計測する機器 を用 いて道路管理者や道路利用者へ情報提 供 (図

‑4)を

_{実施 して いる。}

写真

‑10車

両牽 引式連続摩擦係数 計測装置(RoAR MkⅢ)

写真‑11車両牽 引式連続摩擦係数 計測装置(TWO)

写真‑12歩_{道用可搬式連続}

摩擦係数計測装置いSFT T2Go)

￨,鳳

hil lず ― 1欝

竜 ‡

￨五義菫議

=ちお

=凛 "二̀漱 恵￨:

図

‑4情

_{報提供概略図}

写真‑13凍_{結防止剤散布車に取付}

  

^{写真‑14歩道用可搬式連続}

   

図

‑4情

_{報提供概略図}

可能な連続摩擦係数計測装置(RT3)   摩擦係数計測装置(試作機⁾

4。 ま とめ

現在 、日視 によ る路 面性状分類 のよ うな経験 的手法を利用 して冬期の路面管理 を行 っている。

しか し、 この手法では凍結区間や凍結時間の把握が難 しく凍結防止剤等 の過剰散布や散布 を見 落 とす といった ことが懸念 され る。そのため、路面予測手法やすべ り摩擦係数の計測 による路 面状態 の把握 といった よ うな客観的な手法 を利用す ることによ り、冬期の路面管理のよ リー層 の適正化や定量的なデータに基づ いた判断が可能 になる と期待 して いる。

そのため に今後 は、 このよ うな海外事例 を参考 に北海道の冬期路面管理 に適 した管理水準の 構築、客観的なデータの取得方法の構築や工夫や新たな手法の試行 を継続 して行 う予定である。

参考文献

1)3aard No■stad.(2006)The use of friction measurement techniques in winter lnaintenance in Norway. 12th lnternational Winter Road Congress of PIARC.

‑12‑

「膠