(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの試験に用いられる、周面に前記タイヤが圧接されるローラを備えたタイヤ試験装置であって、
ベースと、
ベースに対して所定の揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部と、
前記揺動部に対して、前記揺動軸回りの力を加える加力機構と、
前記加力機構を制御する制御部とを備え、
前記揺動部は、前記ベースに前記揺動軸で軸支されたステージと、当該ステージに搭載された、前記タイヤに連結したタイヤモータとを含み、
前記揺動軸は、前記タイヤと前記ローラとの接点における前記ローラの周の接線上にあることを特徴とするタイヤ試験装置。
【請求項２】
請求項１記載のタイヤ試験装置であって、
前記揺動部の重心位置は、前記ステージの前記揺動軸の鉛直線上にあることを特徴とするタイヤ試験装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のタイヤ試験装置であって、
前記制御部は、仮想した車両の所定の運動モデルに、前記ローラの周速度の加速度を前記仮想した車両の加速度として適用して、前記仮想した車両における前記タイヤの軸重を算出し、算出した軸重相当分の力が前記タイヤに加わるように前記加力機構が前記揺動部に加える力を制御することを特徴とするタイヤ試験装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載のタイヤ試験装置であって、
前記加力機構は、前記ステージに対して、前記揺動軸回りの力を加えるエアシリンダであることを特徴とするタイヤ試験装置。
【請求項５】
請求項３記載のタイヤ試験装置であって、
前記加力機構は、前記ステージに対して、前記揺動軸回りの力を加えるエアシリンダであり、
前記制御部は、前記タイヤの軸重と前記タイヤに当該軸重相当分の力が加わる前記エアシリンダの空気圧との関係を表すテーブルを用いて、前記エアシリンダの空気圧が、前記算出した軸重相当分の力を前記タイヤに加える空気圧となるように、前記エアシリンダを制御することを特徴とするタイヤ試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの各種特性の試験に用いられるタイヤ試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ試験装置としては、モータによって回転するローラと、回転可能に軸受されたスピンドルと、スピンドルに加わるトルクを検出するロードセルとを備え、スピンドルに固定したタイヤをローラの周面に圧接させてローラと共に回転させながらロードセルで検出したトルクに基づいて、タイヤの転がり抵抗を計測する装置が知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
また、油圧サーボシリンダにタイヤ軸を連結すると共に、油圧サーボシリンダでタイヤ軸にローラ周面方向に所望の圧力を加えることにより、実車におけるタイヤの路面への圧接を模擬する技術も知られている（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４-００４５９８号公報
【特許文献２】特開平０５-５６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した、油圧サーボシリンダを用いて自動車のサスペンションを模擬する技術によれば、油圧サーボシリンダによってタイヤ等の重量を支持/移動しつつ、タイヤのローラ周面への荷重を制御する必要があったため、当該荷重の高速な変化を精度良く制御することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、タイヤ試験装置において、荷重の高速な変化を精度良く制御することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題達成のために、本発明は、タイヤの試験に用いられる、周面に前記タイヤが圧接されるローラを備えたタイヤ試験装置に、ベースと、ベースに対して所定の揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部と、前記揺動部に対して、前記揺動軸回りの力を加える加力機構と、前記加力機構を制御する制御部とを設けたものである。ここで、前記揺動部は、前記ベースに前記揺動軸で軸支されたステージと、前記ステージに搭載された、前記タイヤに連結したタイヤモータとを含むものであり、前記揺動軸は、前記タイヤと前記ローラとの接点における前記ローラの周の接線上にあるものである。
【０００８】
このようなタイヤ試験装置によれば、加力機構が揺動部に加える力を変化させると、揺動部に揺動軸回りの力が加わり、この力は、タイヤのローラとの接点において、ローラの周面と垂直な方向の力となる。よって、制御部によって加力機構の力制御することにより、タイヤのローラへの荷重/圧接力を任意に制御することができる。また、このように揺動によって、タイヤのローラへの荷重/圧接力を制御すれば、タイヤ等の重量の支持/移動に要する力は少なくてすむ。よって、タイヤのローラへの荷重/圧接力の制御を高速に行えるようになる。
【０００９】
ここで、このようなタイヤ試験装置は、前記揺動部の重心位置を、前記ステージの前記揺動軸の鉛直線上の位置とすることが好ましい。
このようにすることにより、加力機構の力が、揺動部の移動や支持のために浪費されることなく、そのほとんどが、タイヤのローラへの荷重/圧接力として働くようになり、タイヤのローラへの荷重/圧接力の制御をより高速に行えるようになる。
また、以上のようなタイヤ試験装置は、前記制御部において、仮想した車両の所定の運動モデルに前記ローラの周速度の加速度を前記仮想した車両の加速度として適用して、仮想した車両における前記タイヤの軸重を算出し、算出した軸重相当分の力が前記タイヤに加わるように前記加力機構が前記揺動部に加える力を制御するようにしてもよい。
【００１０】
また、このようなタイヤ試験装置において、前記加力機構は、前記ステージに対して、前記揺動軸回りの力を加えるエアシリンダであってよい。
また、このようなタイヤ試験装置は、前記加力機構を、前記ステージに対して、前記揺動軸回りの力を加えるエアシリンダとし、前記制御部において、前記タイヤの軸重と前記タイヤに当該軸重相当分の力が加わる前記エアシリンダの空気圧との関係を表すテーブルを用いて、前記エアシリンダの空気圧が、前記算出した軸重相当分の力を前記タイヤに加える空気圧となるように、前記エアシリンダを制御するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明によれば、タイヤ試験器において、荷重の高速な変化を精度良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るタイヤ試験装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るタイヤ試験装置のシリンダの動作を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るタイヤ試験装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る軸重算出部の動作を示す図である。
【図５】シリンダ駆動部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａ１-ａ３に、本実施形態に係るタイヤ試験装置の構成を示す。
ここで、図中に示すように上下前後左右を定義するものとして、図１ａ１はタイヤ試験装置を右方より見たようすを、図１ａ２はタイヤ試験装置を上方より見たようすを、図１ａ３はタイヤ試験装置を左方より見たようすを表している。
図示するように、タイヤ試験装置は、ベース１、ローラ２、ローラ２に連結されたローラシャフト３、ローラシャフト３を回動可能に支持する、ベース１に固定されたローラシャフト軸受４、ローラシャフト３に加わる軸回り（捻れ方向）のトルクを検出するローラ軸トルク計５、ローラシャフト３の回転速度を検出するローラ回転計６、ローラシャフト３に固定されたローラ用プーリ７、ベース１に固定されたローラモータ８、ローラモータ８の回転軸に固定されたローラモータプーリ９とローラ用プーリ７とに巻回されたローラ用ベルト１０とを備えている。そして、このような構成によって、ローラモータ８の発生トルクがローラ２に伝達され、ローラモータ８の回転に伴いローラ２が回転するようになっている。
【００１４】
また、タイヤ試験装置は、ベース１に対して揺動可能に支持されたステージ１２を備えている。
そして、ステージ１２上には、被試験体であるタイヤ５０が一端に固定されるタイヤシャフト１３、タイヤシャフト１３を回動可能に支持する、ステージ１２に固定されたタイヤシャフト軸受１４、タイヤシャフト１３に加わる軸回り（捻れ方向）のトルクを検出するタイヤ軸トルク計１５、タイヤシャフト１３の回転速度を検出するタイヤ回転計１６、タイヤシャフト１３に固定されたタイヤ用プーリ１７、ステージ１２に固定されたタイヤモータ１８、タイヤモータ１８の回転軸に固定されたタイヤモータプーリ１９とタイヤ用プーリ１７とに巻回されたタイヤ用ベルト２０とを備えている。そして、このような構成によって、タイヤモータ１８の発生トルクがタイヤ５０に伝達され、タイヤモータ１８の回転に伴いタイヤ５０が回転するようになっている。
【００１５】
また、タイヤ試験装置は、図１ａ３に示すように、エアシリンダである荷重シリンダ３１を備えている。
そして、荷重シリンダ３１の先端は、ステージ１２の下部に回転可能に連結され、荷重シリンダ３１の本体は、ベース１に回転可能に連結されている。
そして、このような構成において、図２に示すように、ステージ１２のベース１との連結点である揺動軸Ｐは、タイヤ５０のローラ２との接点の揺動軸Ｐ回りの回転方向が、当該接点付近においてローラ２の周面と垂直となるように、ローラ２とタイヤ５０との接点におけるローラ２の周の接線上（図では接点の真下）にある。なお、図中の点線１２０は、タイヤ５０のローラ２との接点の揺動軸Ｐの回転方向を示している。
【００１６】
そして、図２に示すように、荷重シリンダ３１の圧力（出力）を増減すると、ステージ１２に対して、揺動軸Ｐ回りの力が加わり、この力は、タイヤ５０のローラ２との接点において、ローラ２の周面と垂直な方向と力となる。
よって、荷重シリンダ３１の圧力を制御することにより、タイヤ５０のローラ２への荷重/圧接力を任意に制御することができる。
また、荷重シリンダ３１の力が、搭載物を含めたステージ１２の移動や支持のために浪費されることなく、できるだけタイヤ５０のローラ２への荷重/圧接力として働くように、搭載物を含めたステージ１２の重心は、揺動軸Ｐの鉛直線上（図では真上）となるように設定されている。そして、これにより、タイヤ５０のローラ２への荷重/圧接力の制御がより高速に行えるようになる。
【００１７】
以上、このような構成によれば、荷重シリンダ３１によって、タイヤ５０の周面をローラ２の周面に任意の力で圧接した状態で、タイヤモータ１８とローラモータ８との発生トルクを制御することにより、タイヤ５０を所望の回転速度で、所望の負荷を与えながら回転することができるようになる。
【００１８】
さて、このようなローラモータ８やタイヤモータ１８や静荷重シリンダや動荷重シリンダの制御や、タイヤ５０の各種特性の測定を行うために、図１においては図示を省略した制御部を備えている。また、静荷重シリンダや動荷重シリンダを駆動するための、図１においては図示を省略したシリンダ駆動部３００も備えている。
【００１９】
図３に、この制御部の構成を示す。
図示するように、制御部２００は、タイヤ回転速度換算部２０１、第１加算器２０２、タイヤＰＩＤ制御部２０３、駆動力算出部２０４、走行抵抗算出部２０５、ローラＰＩＤ制御部２０６、仮想駆動力算出部２０７、軸重算出部２０８、荷重圧力制御部２０９、測定部２２０とを備えている。
【００２０】
このような構成において、測定部２２０は、ローラ回転計６が出力するローラ２の回転速度や、タイヤ回転計１６が出力するタイヤ５０の回転速度や、ローラ軸トルク計５が出力するローラシャフト３の軸トルクや、タイヤ軸トルク計１５が出力するタイヤシャフト１３の軸トルクに応じてタイヤ５０のタイヤ損失その他の各種特性を測定する。
【００２１】
一方、タイヤ回転速度換算部２０１は、各時点において、予め定めた車速スケジュール２５０が規定する現時点の目標車速を求めると共に、求めた目標車速をタイヤ５０の回転速度に換算しタイヤ目標回転速度として出力する。第１加算器２０２は、タイヤ目標回転速度とタイヤ回転計１６が出力するタイヤ５０の回転速度との差分を求めて出力し、タイヤＰＩＤ制御部２０３は、ＰＩＤ制御によって、第１加算器２０２が出力する差分が大きいほどタイヤモータ１８の発生トルクを大きくするための、タイヤモータ１８の制御量を算出し、算出した制御量でタイヤモータ１８の発生トルクを制御する。
【００２２】
次に、タイヤ５０が装着されると想定した自動車を仮想車両として、走行抵抗算出部２０５は、ローラ回転計６が出力するローラ２の回転速度から算出されるローラ２の周速度を、仮想車両の車速として、当該車速における仮想車両の空気抵抗相当分の負荷を走行抵抗として算出する。
また、仮想車両の、仮想車両の重量をM、仮想車両の加速度をａ、仮想車両の走行抵抗（空気抵抗）をRa、仮想車両のタイヤの駆動力をＦとする仮想車両のF=Ma+Raのモデルに運動モデル基づいて、駆動力算出部２０４は、ローラ回転計６が出力するローラ２の回転速度から算出されるローラ２の角加速度から算出されるローラ２の周速度の加速度として求まる仮想車両の加速度に仮想車両の重量Ｍを乗じた値に、走行抵抗算出部２０５が算出した走行抵抗を加算して、当該仮想車両のタイヤの駆動力を算出し、目標吸収力とする。
【００２３】
そして、ローラＰＩＤ制御部２０６は、目標吸収力相当のトルクを発生するようにローラモータ８の発生トルクを制御する。
一方、仮想駆動力算出部２０７は、仮想車両の重量をM、仮想車両の加速度をａ、仮想車両の走行抵抗（空気抵抗）をRa、仮想車両のタイヤの駆動力をＦとする仮想車両のF=Ma+Raの運動モデルに基づいて、予め定めた車速スケジュール２５０が規定する現時点の目標車速の加速度を仮想車両の加速度として、当該加速度に仮想車両の重量Ｍを乗じた値に、走行抵抗算出部２０５が算出した走行抵抗を加算して、当該仮想車両のタイヤの仮想駆動力として、軸重算出部２０８に出力する。
【００２４】
軸重算出部２０８は、予め用意した仮想車両の運動モデルに基づいて、タイヤ５０の軸重を求め、荷重圧力制御部２０９に出力する。
すなわち、たとえば、仮想車両が前輪駆動の自動車であるとして、軸重は、大川進、本田昭監修、「自動車のモーションコントロール技術入門」、山海堂2006年PP.88-89に記載されているような車両の運動モデルを利用して求めることができる。
すなわち、図４に示すように、Ｍが仮想車両の重量、Ｇが重心、ａが前輪中心から重心までの前後方向距離、ｂが後輪中心から重心までの前後方向距離、重力をg、ｈを重心の高さ、Zを重心の高さ方向座標、θを重心回りのピッチング方向の回転角とし、仮想駆動力算出部２０７が出力した仮想駆動力を前輪の駆動力F、Iyを仮想車両の車体のピッチング慣性モーメント、Kfを前輪サスペンションのバネ定数、Cfを前輪サスペンションのアブソーバ減衰定数、Krを後輪サスペンションのバネ定数、Crを後輪サスペンションのアブソーバ減衰定数として、前輪の軸重Fsfと、後輪の軸重Fsrを下式による運動モデルによって求める。
【００２５】
【数１】
0005414565.tif 000002
【００２６】
そして、前輪としてのタイヤ５０の特性を試験している場合にはFsfを軸重として荷重圧力制御部２０９に出力し、後輪としてのタイヤ５０の特性を試験している場合にはFsrを軸重として荷重圧力制御部２０９に出力する。
荷重圧力制御部２０９は、軸重算出部２０８が出力した軸重に一致する、ローラ２方向への荷重が、荷重シリンダ３１によるステージ１２の揺動によってタイヤ５０に加わるように、シリンダ駆動部３００を介して、荷重シリンダ３１の圧力を制御する。
ここで、荷重圧力制御部２０９は、荷重と当該荷重をローラ２方向にタイヤ５０に加わる荷重シリンダ３１の圧力との関係を予め記述したテーブル２０９ａを備えており、当該テーブル２０９ａに従って、荷重シリンダ３１の圧力の制御値を算定する。
次に、シリンダ駆動部３００の構成を図５に示す。
図示するように、シリンダ駆動部３００は、メインコンプレッサ５００からのエアを清浄化するエアフィルタ３０１と、エアフィルタ３０１で清浄化されたエアを増圧する増圧弁３０２、増圧弁３０２で増圧されたエアを蓄える増圧タンク３０３、増圧タンク３０３からのエアを多少減圧して流量を増加して出力するシリンダ用レギュレータ３０４、シリンダ用レギュレータ３０４が出力するエアを増減圧して、荷重シリンダ３１に出力し、荷重シリンダ３１のエア圧力を荷重圧力制御部２０９から制御された圧力とする電空レギュレータ３０５を備えている。
【００２７】
ここで、このように、増圧タンク３０３に蓄えた増圧されたエアを用いて荷重シリンダ３１を駆動することにより、荷重シリンダ３１、より高速な動作を実現できる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
【符号の説明】
【００２８】
１…ベース、２…ローラ、３…ローラシャフト、４…ローラシャフト軸受、５…ローラ軸トルク計、６…ローラ回転計、７…ローラ用プーリ、８…ローラモータ、９…ローラモータプーリ、１０…ローラ用ベルト、１１…ガイドシャフト、１２…ステージ、１３…タイヤシャフト、１４…タイヤシャフト軸受、１５…タイヤ軸トルク計、１６…タイヤ回転計、１７…タイヤ用プーリ、１８…タイヤモータ、１９…タイヤモータプーリ、２０…タイヤ用ベルト、５０…タイヤ、３１…荷重シリンダ、２００…制御部、２０１…タイヤ回転速度換算部、２０２…第１加算器、２０３…タイヤＰＩＤ制御部、２０４…駆動力算出部、２０５…走行抵抗算出部、２０６…ローラＰＩＤ制御部、２０７…仮想駆動力算出部、２０８…軸重算出部、２０９…荷重圧力制御部、２２０…測定部、２５０…車速スケジュール、３００…シリンダ駆動部、３０１…エアフィルタ、３０２…増圧弁、３０３…増圧タンク、３０４…シリンダ用レギュレータ、３０５…電空レギュレータ、５００…メインコンプレッサ。
【図１】
0005414565.tif 000003
【図２】
0005414565.tif 000004
【図３】
0005414565.tif 000005
【図４】
0005414565.tif 000006
【図５】
0005414565.tif 000007