車両軌跡図は道路設計のこんな場面で活躍します。
道路構造を決定する際には車両軌跡図の検討が不可欠です。
想定する法定速度と車種に対して、必要な道路幅を算出します。
道路のルート検討だけでなく、交差点、工事用道路、駅前ロータリー、橋梁の架け替え、駐車場の出入り口、特殊車両通行許可申請、道路規制図などにも車両軌跡の検討が必要になってきます。
車種は、トレーラー・セミトレーラー・フルトレーラーなど工事車両だけではありません。普通車・乗用車に自転車まで車両軌跡の検討が必要です。特に、10tトラック・10tダンプなどの大型車両には気を付けて検討しなければなりません。
車両軌跡図は、こんな場面で必要になります。
道路のカーブの検討や道路規制図に必要な車両軌跡図は、走行パターンと車両を選択して軌跡図を作成します。
AutoCADやjwcadなどのCADソフトで作成した図面を読み込んで、指定したルートに決められた車種の走行軌跡を描画するソフトやシステムもあります。
車種は、小型車、普通車、乗用車、セミトレーラ、フルトレーラ、10tトラック、10tダンプ等、いろいろ準備されています。
車両旋回軌跡図の描き方 その１
自動車の車両の大型化に伴って、道路の改良・整備が広く行なわれるようになり、車両の大型化に対応できるように、道路の形状を変える設計が重要な課題になってきました。
特に、道路の隅角部や曲線部の形状が、車両の通行に支障なくすることも課題の1つです。
普通車でも10tトラックや10tダンプでも、車両が曲線部を旋回するときには、前輪と後輪の内輪差だけ、道路の走行幅員を大きくする必要があります。
この走行幅員の大きさは、曲線半径が小さくなるほど、大きくなります。
このことは、幅員や拡幅が小さい道路を、トラックやトレーラーのような大型車が無理に曲がるときに、後輪を歩道に乗り上げたり、死角から歩行者や自転車を巻き込むという事故も発生することが結構多く発生します。
道路の曲線部に必要な拡幅の大きさは、同じ最小回転半径でも法線交角が小さな曲線部から曲がるときや、Uターンするときにも、法線交角が大きくなるにしたがって、大きな拡幅量が必要になってきます。
そのために、道路の曲線部では、交角と半径に合った自動車の車両軌跡図や車両旋回軌跡図が必要になります。
乗用車の車両旋回軌跡図の描き方
乗用車のような一般普通車の車両軌跡図の描き方を紹介します。
乗用車のデータは、メーカーのカタログから得ることができ、簡単な車両図が描けます。
普通車の後輪車軸から、水平側に直線を引き、普通車の最小回転半径の円を描きます。
水平直線と円の交点をAとし、Aを中心に10°程度回転させ、普通車の図を転写します。
さらに10°回転させ、普通車の図を転写します。そうして10回同じ動作を繰り返すと、90°回転させたことになり、普通車が垂直方向から、水平方向に旋回した軌跡図を描くことができます。
ここでの仮定は、普通車の高輪軸が固定されているという場合で、回転の中心が後輪軸上にあると考えることができます。
また、最小回転半径の円を描くときに、回転するときに最も外側になりそうな場所を中心にすると、車両軌跡図が描きやすくなります。
このとき描く円は、回転中心を求めるために描きますので、この円と後輪車軸からの水平直線の交点Aは、実際の乗用車が回転するときの中心に近くなるはずです。
ただし、タイヤのすべりや前側の左右輪の蛇角差を考慮していないため、実際とは多少ずれるはずですが、乗用車の車両旋回軌跡図によって、道路上にどう影響するかを見ることに使えます。
トラックの車両旋回軌跡図の描き方
初めに記号の説明をします。G0，G1，G2…は、トラックの前輪車軸の中点で、0,1,2,…とある角度αずつ動いていきます。
E0，E1，E2…は、トラックの後輪車軸の中点とします。次に、トラックの初めの位置のG0から水平線を引いたとき、G0からトラックの最小回転半径R離れた位置が、最小回転半径の中心点です。
ここで、ある角度αとは、トラックが動いてG0がG1に移動した時、最小回転半径の中心とE1を結んだ直線と水平線との成す角度です。同様に、G1からG2、G2からG3へ移動するとき、角度α分旋回します。
トラックが車が停止点Ｇ０から走行始めて、G1，G2，G3…と進行していくと、車体のホイールベースはG0－E0からG1－E1、G2－E2、…へと順に傾き、道路の道幅を広くする拡幅が生じてきます。
このとき、トラックの傾きは、E1，E2，E3…によって決まります。
これ以上の詳細は、図を描いての説明でないとできないませんが、最初の点G0からG1へ移動するステップごとに、後輪軸の中点はE0からE1へ移動し、このステップの計算を進めるとトラックの軌跡図が描けます。
こうしてトラックが角度αが少しずつ変わるごとに、順に旋回していく様子が分かると思います。
このトラックの旋回軌跡図は、10tトラックや10tダンプでも同様に車両軌跡図が描けます。
ただし、10tトラックや10tダンプは、車体の大きさやG0－E0の長さが違いますので、旋回半径も違い、必要な拡幅の大きさも違ってきます。
(以上は、土木研究所資料 昭和54年１月 旧建設省土木研究所道路部道路研究室参照しています。)
車両旋回軌跡図の描き方 その２
セミトレーラの車両旋回軌跡図の描き方
セミトレーラは、トラクタ部とトレーラ部が連結ピンでつながって走行するため、それぞれの旋回軌跡を描きます。
トラクタ部の軌跡
ここで用いる記号は、トラックの旋回軌跡で使った記号の意味と同じです。
トラクタが車が停止点G0から走行を始め、G1，G2，G3…と進行していきますが、このトラクタ部の旋回軌跡の描き方は、トラックでの手法と同じですので、省略します。
トレーラ部の軌跡
ここで新しい記号K0，K1，K2…は、トラクタとトレーラを連結するキングピンの位置です。
トラクタの前輪車軸中心位置がG0，G1，…と移動するにつれて、キングピンの位置がK0，K1，…と移動します。
K0，K1…の移動に伴ってトレーラ後輪軸の中間点E0，E1，…も移動します。K1点を中心に、キングピンから後輪軸の中間点までの距離で、円弧を描くことで、第２ステップでの後輪車軸の中点E1が求められます。
ステップを順次進めていくことで、セミトレーラの車両軌跡図が描けます。
以上のトラクタ部の軌跡とトレーラ部の軌跡を合わせた車両旋回軌跡図が、セミトレーラの車両旋回軌跡図となり、道路に必要な拡幅の大きさが分かります。
(土木研究所資料 昭和５４年１月 旧建設省土木研究所道路部道路研究室参照)
車両旋回軌跡図の適用例
車両が道路を旋回するときには、運転者は拡幅量を頭の中で描いて、曲がれるかどうかの判断をします。
また、フルトレーラーをA地点からB地点まで移動させるときに、工事担当者は、道路の幅と曲り角度を調べ、フルトレーラーの大きさや旋回半径などから、旋回できるかどうかを事前にチェックします。
しかし、もう一つ問題となるのが、地図上には描いていない道路の規制情報です。
その規制の状況が分かるものが、道路規制図です。
道路規制図によって、迂回する道、規制されても通れる道路などがわかり、その道路の情報から、10tトラックや10tダンプやフルトレーラーが、旋回できるかが分かるため、A地点からB地点に行くルートの選定が行うことができ、工事に遅れが生じるようなトラブルを回避できます。
また、Cビルの駐車場に入る道路を設計するときに、道幅や曲がり角の数と方向などから、乗用車などの普通車が、入れるかどうかを確認するため、道路上の普通車の車両軌跡図や車両旋回軌跡図を描きます。
次に、通れる道路かどうかをチェックし、旋回時に一般の歩行者や自転車に障害を及ぼさないかもチェックできます。
少々危険と判断したときは、余裕のある拡幅量のある道路を設計することで、Cビルへ入る普通車や乗用車が問題なく、駐車場に駐車することができます。
一般の道路上や工事道路上を、セミトレーラーやフルトレーラーが、旋回しながら通ることができるかをチェックする方法として、CAD図面の活用があります。
autocadやjwcadで描かれた道路図面上に、セミトレーラーやフルトレーラーの車両軌跡図を貼り付けることで、拡幅量が十分にあるか、道路上の植木が障害にならないかなどをチェックすることができます。
autocadやjwcadは、もっとも使われているCAD形式のため、車両のデータや道路のデータがあります。また、pdf図面をautocadやjwcadのCAD図面に変換する方法も可能です。
車両軌跡図を検討する際の問題点
車両軌跡図の設計への適用例は、以下のようなものがあります。
・駐車場の出入口付近の検討に使用した例
・交差点に隣接した市道への左折検討
・特殊車両通行許可申請に適用した例
・道路設計の必要拡幅量算定に適用した例
特に道路設計の必要拡幅量算定については、近年、全国で統一して道路構造基準を定めていることが、画一的な道路整備やコストの増大を招いているとの指摘があります。
ローカルな小規模道路では、すれ違い交通も少なく、道路構造令で必要とされる道路幅の規制緩和ができるのではないかと考えられています。
道路構造基準に依らず、個別に道路幅を検討する場合、車両軌跡図の検討が不可欠です。
車両軌跡図から実際の走行に必要な道路の余裕幅を明らかにし、さらに、自動車、歩行者などの通行安全性も確保して、道路幅を決定します。
幅員が確保できない場合も、曲線部に互いに視認できる場所等に適宜退避空間を設置します。
少なくとも自転車・歩行者・自動車が離合できず立ち往生する事態を避けることが必要になります。
このように、道路構造令などの基準に頼らずに必要な幅員を検討するには車両軌跡図の計算ソフトが不可欠です。
車両軌跡による必要拡幅量と最小必要幅
現在の道路構造令においては、設計速度に基づき、安定した快適な走行ができるように、最小曲線半径が規定されています。
この半径は安定した快適な走行ができるためのものであり、最小必要幅ではありません。
設計速度の最低ランクは時速20km/hであり、このときの最小曲線半径は車種に関わらず15ｍです。ちなみに、10t(トン)ダンプトラックの最小回転半径は、平均すると約6.6メートル程度です。
一方、同じ道路構造令において、自動車の最小回転半径(前輪外側のタイヤ中心の軌跡が描く半径)は、10ｔトラック相当が12ｍ、大型乗用車クラスが7ｍとされています。
従って、徐行を前提にすれば、最小曲線半径は15ｍより小さく設定でき、車種による差が出てくると考えられます。
また、最小回転半径が車両の最外側のわだちについて12mを超えると、特殊車両となります。そのため、特殊車両通行許可申請が必要です。ただい、各種セミトレーラー及びフルトレーラー連結車は、制限の緩和があります。
車両軌跡図ソフトから最小必要幅を検討する
曲線部の最小必要幅は、幾何学的には軌跡図を描いて設定することができます。
しかし、実際に車両を通行させるためには、理想的な軌跡図に対し、人間(ドライバー)が対応可能な範囲の余裕幅を持たせる必要があります。
これは、実際の運転の際には、ドライバーが理想的なハンドル操作をするとは限らないからです。
国土交通省の実験の結果、10ｔトラックの場合、車両軌跡図ソフトから求めた最小曲線半径が11.0ｍ、走行コースの最大幅員5.2ｍ、必要拡幅量は壁のある場合1.0ｍ、壁のない場合0.5mとされています。
普通車の場合、車両軌跡図ソフトから求めた最小曲線半径が6.4ｍ、走行コースの最大幅員3.0ｍ、必要拡幅量は壁のある場合1.0ｍ、壁のない場合1.0mとされています。
このように、車の走行に本当に必要な最小必要幅は、車両軌跡図ソフトから求めることができます。
特に、10tダンプ・セミトレーラー・フルトレーラーなどの大型車には配慮をしたいところです。これに歩行者、自転車に必要な幅員を足せば、本当に必要な道路の幅員が求められたことになります。
ただし、必要拡幅量算定の検討に当たっては、交通量が少ない場合を想定し、自動車は徐行することを前提としているので、適用に当たっては十分検討が必要です。
自動車だけでなく歩行者・自転車に必要な幅員の検討も必要
自転車、歩行者等に着目して通行安全性を踏まえた留意点を整理します。
実際の道路においては、普通車・乗用車など自動車のほか、歩行者や自転車等も同時に走行します。
歩行者等の通行が想定される道路においては、これらとの離合が可能となるような幅員を確保する必要があります。
徐行する自転車を歩行者等が静止状態で退避する場合を想定し、その幅員は静止状態の幅の最大より80㎝とする。
両杖使用者の幅はこれを超えるものの、身体の向きを変えれば離合は可能です。
地形等の状況により、歩行者等との離合のための幅員を確保できない場合も想定されます。
そのような場合は、曲線部に互いが視認できる場所等に適宜退避空間を設置します。
少なくとも自動車・歩行者・自転車が離合できずに立ち往生してしまう事態を避けることが必要です。
道路構造を決定するために必要な車両軌跡図と車種について
道路構造を決定する際は車両軌跡図が不可欠です。
想定する法定速度と車種を設定することにより、必要な道路幅が算出されます。
道路の幅員検討だけではなく、交差点、工事用道路、駅前ロータリー、橋梁の架け替え、駐車場の出入口、特殊車両通行許可申請、道路規制図などに対しても車両軌跡の検討は必要です。
また、車種に関しては、トレーラー、セミトレーラー、フルトレーラーなど工事車両だけではなく、普通車、乗用車、自転車にいたるまで車両軌跡の対象となります。
特に、10ｔトラック、10ｔダンプなどの大型車両については検討頻度が高く、より安全性が重要となるため配慮が必要です。
車両軌跡図の検討におけるポイント
車両が曲線部を旋回する場合、前輪と後輪との内輪差だけ走行幅員を広くする必要が生じます。
しかもこの値は曲線半径が小さくなればなるほど大きくなります。
現状の問題点の例として、幅員および拡幅の少ない道路を大型車が無理に曲がろうとして後輪を歩道に乗り上げることが挙げられます。
また、これに関連して、従来より大型車が左折する場合に死角の影響により自転車や歩行者を巻き込む事故が生じることも見受けられます。
曲線部における必要な拡幅は、同じ半径でも法線交角の小さい曲線部からＵターンに至るまで、法線交角が大きくなるに従って必要な拡幅量も大きくなります。
したがって、曲線部において交角と半径に対応した走行形状、すなわち、走行車両の軌跡を考慮する必要性が生じるのです。
車両軌跡検討の必要性
道路構造令は、安全かつ円滑な道路交通を確保するための一般的技術基準として定められている政令です。
一般的技術基準であるため、地域の状況を鑑みて運用されるべきであり、道路構造令自体にも柔軟な解釈ができる規定があると言えます。
しかし、近年、全国で統一して道路構造基準を定めていることが、画一的な道路整備やコストの増大を招いているとの指摘があります。
一方、地域ニーズに応じて基準を緩和する場合、どこまで緩和していいのか独自の判断が難しいとの指摘もあります。
特に基準緩和のニーズが高い道路としては、ローカルな小規模道路が挙げられます。
これらの道路では、道路構造令では第3種第5級（地方部）または第4種第4級（都市部）に該当するものです。
現在の道路構造令においては、曲線部の幾何構造を表す主な要素としては、設計速度に基づき安定した快適な走行ができるように、最小曲線半径が規定されています。
設計速度の最低ランクは時速20km/ｈであり、このときの最小曲線半径（車道中心）は車種に関係なく15ｍとなっています。
一方、同じく道路構造令において、自動車の最小回転半径（前輪外側のタイヤ中心の軌跡が描く半径）は、普通自動車（10ｔトラックに相当）が12ｍ、小型自動車等（大型乗用車に相当）が7ｍとなっています。したがって、徐行を前提にすれば、最小曲線半径はもっと小さくなり、また車種による差が出てくるためさらに小さくなることもあります。
車両軌跡図の設計への適用例
車両軌跡図を設計に適用する例としては以下のようなものがあります。
・交差点に隣接した市道への流入（左折）検討
・駐車場の出入口付近の隅切りの検討
・特殊車両通行許可申請のための検討
・道路設計の必要拡幅量算定に適用した例
上記のほか、道路構造基準によらず、個別に道路幅を検討する場合には車両軌跡の検討が必要となります。
車両軌跡図から実際の走行に必要な道路の余裕幅を明らかにし、さらに、自転車や歩行者などの通行の安全性を確保することで道路幅を決定します。
車両軌跡を検討する際の旋回半径
旋回半径とは、車両が旋回した時に車両の重心点を中心として描かれる円の半径となります。
この円の半径と車の速度から求心加速度を導き出すことができます。
重心点が旋回における推定値のベースとなります。そのため、旋回半径を導き出すことがトレーラー（セミトレーラー、フルトレーラー含む）、トラック（10ｔトラック、10ｔダンプ等）、普通車や乗用車および自転車などほとんどの車両軌跡図、車両旋回軌跡図などを作成するための重要なポイントとなります。
旋回半径は重心点の軌跡を表していますが、内外輪などの軌跡を表す半径としては最小旋回半径という値を使用します。
最小旋回半径は駆動部分やホイールベース、最大実蛇角などから決定されます。
また、最小旋回半径と似た言葉に、最小回転半径という用語があります。
最小回転半径は、車両のハンドルを左右どちらかに切りきった状態でゆっくりと旋回した時に、最も外側となるタイヤが描く円の中心半径を表しています。
この最小回転半径は内外輪などの軌跡を表す最小旋回半径とは異なる値であることに注意が必要です。
車両軌跡図のフリーソフト
軌跡 Viewer
軌跡 Viewer
定点と図形上の動点からできる軌跡を表示できるフリーソフトです。平面上の定点Aと図形上の動点Pについて、線分APの内分、外分点Qの軌跡を表示できます。また、動点Pの移動に伴って、QがPと相似な図形を形作っていく様を観察することができます。インストーラーなしのexeファイルとなっていますので、ダウンロードしてすぐに使用開始することができるでしょう。
楽々軌跡プロット
楽々軌跡プロット
エクセルの散布図を活用して、複数の系列の点の軌跡を描くシェアウェア。手作業で行うと非常に手間のかかる作業を、効率よく簡単に取り扱うことができます。業務効率を向上する上で、手間のかかる作業を省略することは重要です。こうしたソフトのメリットを活かして、業務効率向上を目指しましょう。ちなみに、こちらのソフトはシェアウェアではあるものの、使用に特段制限はありません。
EXCEL 車両旋回軌跡図
EXCEL 車両旋回軌跡図
各種自動車の旋回軌跡図を、エクセルを使って描画するおすすめソフトです。トラック・セミトレーラ、フルトレーラ等の旋回軌跡を作図し、車両旋回軌跡図を作成します。旋回半径、最小回転半径、旋回角、縮尺、車両諸元等を変更して繰り返し車両旋回軌跡図を作図できます。S字走行軌跡も作図可能です。道路規制図などに使用できる、ランキング上位の人気ソフトウェアです。
車両軌跡描画ツール for AutoCAD/LT
車両軌跡描画ツール for AutoCAD/LT
AutoCAD、LT上に、普通自動車・セミトレーラなどの車両軌跡を描画します。軌跡描画方法には、シナリオを設定する方法と、テンキー操作によるフリー走行を選択できます。外部で実行するため、AutoCADやjwcadとは別に起動する必要がありますが、おすすめのアプリです。
車両旋回連続軌跡図 (トラック版)
車両旋回連続軌跡図 (トラック版)
車両の走行軌跡図を、エクセルの図形オブジェクトを使って画面描画できます。CADデータ(DXF形式)として出力が可能です。IP座標点入力等による、直線と曲線で構成される連続旋回軌跡が作画可能です。旋回半径など車両データの登録や編集が自在です。
軌跡描画ソフト XKiseki
軌跡描画ソフト XKiseki
車両の旋回軌跡図を描くプログラムです。軌跡図は、CADデータ(DXFファイル)として出力可能です。旋回軌跡図の作図は、4通りの方法が選択できます。単車、セミトレ、フルトレ、ダブルス、ポールトレーラに対応します。積載物も指定可能です。道路規制図にも使用できるおすすめソフトウェアです。
まとめ／エクセルの車両軌跡図ソフトを使って事故防止に貢献する
車両軌跡図ソフトは面倒そうで、十分に検討してこなかったという方もいらっしゃると思います。
エクセルによる車両軌跡図ソフトを使えば、走行軌跡図が比較的簡単に作成できます。
車両軌跡図のソフトを利用するメリットとしては、
・曲線部の最小必要幅を簡単に算出することができます。
・道路計画ソフト、jwcadなどのCADソフトなど特別なソフトを必要としません。
・算出した結果をAutoCADやjwcadなどのCADソフトに読み込ませることもできます。
まずは無料のアプリからダウンロードして、今までの作業と比較してみてはいかがでしょうか。比較ランキング上位のおすすめアプリも揃っていますよ。
十分な用地や予算が確保できている場合、道路構造令に従えば余裕のある道路幅で計画できます。
しかし、用地や予算の制限があったり、保全対象などの制約があったりする場合、特定の区間の道路幅を少なくするという手法が必要になる時もあります。
そのような場合は、車両軌跡図のソフトで安全な走行を確保するための最小必要幅を検討しましょう。
また、歩行者、自転車への配慮や10tダンプ・セミトレーラー・フルトレーラーの運転の難しさも忘れないようにしましょう。
最小幅の検討に当たっては、想定される走行速度や最大の車両サイズ、旋回半径などを検討して、オーバーデザインにならない工夫が必要です。
そして、道路幅を小さくした分、速度制限を設ける、注意喚起の看板を設置するなどの措置で事故防止に努めましょう。