滑りやすさ係数と路面滑り抵抗性能の関係

I. はじめに

気象条件は、輸送の安全な運行に大きな影響を与えます。雨、雪、凍結などの悪天候は路面摩擦係数を低下させ、高速道路の交通と運転の安全性に悪影響を及ぼします。路面摩擦係数の低下の主な要因は、降雨による水たまりと、雨や雪による路面凍結です。したがって、悪天候下における路面の滑り抵抗性能を迅速に検知し、その情報を速やかに運転者に伝達することで、車両は適切な制動距離と車両の安定性を確保するために速度を調整したり、代替ルートを選択したりすることが可能になります。これにより、交通事故を効果的に防止・軽減することができます。

路面摩擦係数を測定するために一般的に用いられる試験方法には、振り子式摩擦試験機、横方向力係数試験システム、および動的回転摩擦試験機などがあります。道路モニタリング技術の継続的な発展に伴い、非接触式路面状態センサーが路面測定に適用されるようになり、路面滑り係数の概念が導入されました。路面滑り係数は赤外分光法を利用します。路面の異なる領域による光吸収の違いに基づいて、乾燥、湿潤、積雪、凍結などの路面状態を区別します。路面状態と検出深度を総合的に分析することにより、路面滑りの程度を表す評価指標を導き出します。この評価指標は滑り係数（G）と呼ばれます。この係数は路面の滑り抵抗性能を特徴付けるために使用され、摩擦係数と同じ意味を持ちます。

赤外線リモートセンシング路面状態検出器は、分光法に基づいて路面を近距離でリモートセンシングします。路面上の特定の位置に向けて赤外線エミッターが内蔵されています。測定位置から反射された光は受信機に戻り、積分されます。路面上の水、雪、氷によって生じる特定の波長の反射を識別し、路面滑り係数指数を出力します。

II．異なる舗装条件下における滑りやすさ係数

2.1 滞水が滑りやすさ係数に及ぼす影響

図1に示すように、水たまりの深さが増すにつれて、路面の滑り係数は徐々に低下します。水深が1mmから5mmまで増加する段階では、滑り係数は0.80から約0.50まで大幅に低下します。その後、水深がさらに増加すると、滑り係数の低下は小さくなり、横ばいになります。路面上で振り子式摩擦試験機を用いて測定した結果、水深が1mm未満の場合、振り子の値は60から70の範囲であり、良好な滑り抵抗を示しています。水深が1mmから6mmの間になると、摩擦係数は60から50の範囲となり、路面の滑り抵抗が低下していることを示しています。この時点で、対応する滑り係数を道路上の車両に伝達することで、ドライバーに減速や安全な車間距離の維持などの対策を講じるよう促し、運転安全性を向上させることができます。

2.2 積雪が滑りやすさ係数に及ぼす影響

図2に示すように、滑り係数は積雪量の増加に伴って連続的に減少し、その減少幅は大きく、0.80から0.10まで低下します。データ分析の結果、積雪量が0.40mm未満の場合、滑り係数は0.60以上であり、積雪量が0.40～1.00mmの場合、滑り係数は0.40付近で推移し、積雪量が1.00mmを超えると、滑り係数は約0.10まで急激に低下し、積雪量がさらに増加し​​ても、概ね0.10付近の狭い範囲で変動することがわかりました。

積雪量が1.00mm未満の場合、測定された振り子の値は40～60の間になります。積雪量が1.00mmを超えると、測定された振り子の値は20～40の間になります。

2.3 氷の形成が滑りやすさ係数に及ぼす影響

図3に示すように、滑りやすさ係数は氷の厚さが増すにつれて急激に減少します。この減少傾向は、水たまりや雪の状態と比較して著しく顕著です。氷の厚さが0.10 mmに達すると、滑りやすさ係数はすでに約0.50まで減少しています。氷の厚さが0.40 mmに達すると、係数は約0.30まで低下します。氷の厚さが0.80 mm以上になると、滑りやすさ係数は約0.1まで低下します。雪の下で観察される現象と同様に、氷の厚さが0.80 mmを超えてさらに増加し​​続けると、滑りやすさ係数は基本的に安定し、0.10付近の狭い範囲で変動します。振り子式滑り抵抗計を用いて凍結路面で測定した対応する振り子値は、ほとんどが30以下で、最低値は約20でした。この時点で、滑りやすさ係数は概ね0.10程度に維持されており、路面が非常に滑りやすくなり、滑り抵抗がほぼ失われていることを示しています。速やかに警告を発し、交通規制や融雪剤散布などの対策を講じて、交通安全を確保する必要があります。

III．滑り係数と摩擦係数（振り子値）の関係

図4に示すように、路面滑り係数が小さいほど、路面の振り子値も小さくなり、路面の滑り抵抗性能は低下します。逆に、振り子値が大きいほど、滑り係数が大きく、滑り抵抗性能が優れていることを示します。したがって、滑り係数は路面の滑り抵抗性能を特徴づける指標として使用できます。

IV．結論と提言

4.1 結論

（１）滑り係数は、停滞水の深さが増すにつれて徐々に減少します。停滞水による滑り係数の減少は、ある一定の範囲に限定されます。水深が５０００mmを超えると、滑り係数は約０．５０まで減少し、横ばいになります。

（２）滑りやすさ係数は積雪量の増加とともに連続的に減少し、0.80から0.10まで低下します。積雪量が1.00mm以上になると、滑りやすさ係数は0.10まで低下し、その後わずかに変動します。

（３）滑りやすさ係数は氷の厚さが増すにつれて急激に低下します。氷の厚さが0.10mmに達すると、滑りやすさ係数はすでに約0.50まで低下します。氷の厚さが0.80mm以上になると、滑りやすさ係数は約0.10まで低下し、その後は小さな範囲内で変動します。

（４）路面滑り係数Gの適用範囲は0.10～0.80と定められている。この係数に基づいて、路面の滑り抵抗性能は４つのレベルに分類できる。

4.2 提言

実際の工学応用においては、路面滑り係数は、特定の区間に常設された路面状態検出器と、全区間をカバーする車両搭載型路面状態検出器を組み合わせることで監視できます。悪天候下でも、路面滑り係数を迅速に監視することが可能です。収集された滑り係数Gデータは、無線インターネット伝送技術を介してアップロードできます。分析・処理後、路面の滑り抵抗レベルを速やかにドライバーに通知します。これにより、ドライバーは滑り抵抗レベルに応じて必要な対策を講じることができ、悪天候下でも安全な運転を確保し、交通事故の発生を減らすことができます。