(57)【要約】【課題】  実走行時における路面状況因子の挙動の再現精度を向上させ、路面状況因子を広範囲で撮影し解析可能な、路面状況因子の３次元挙動解析装置を提供すること。【解決手段】  自動車の車輪の走行経路を規定する車輪用軌道レール２と、車輪を車輪用軌道レールに沿って走行させる車輪走行装置１と、道路の路面状況を模擬するための路面状況因子を有する模擬路面４と、車輪にはね上げられた路面状況因子を撮影する路面状況因子撮影手段Ｃ１と、を有することを特徴とする路面状況因子の３次元挙動解析装置を提供する。【選択図】  図５
2005207775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車輪の走行経路を規制する車輪用軌道レールと、
前記車輪を前記車輪用軌道レールに沿って走行させる車輪走行装置と、
道路の路面状況を模擬するための路面状況因子を有する模擬路面と、
前記車輪にはね上げられた前記路面状況因子を撮影する路面状況因子撮影手段と、
を有することを特徴とする路面状況因子の３次元挙動解析装置。
【請求項２】
前記路面状況因子撮影手段は、前記車輪の進行方向略正面、前記車輪の略側面及び前記車輪の略平面の少なくとも一方から、前記路面状況因子を撮影する、
ことを特徴とする請求項１記載の路面状況因子の３次元挙動解析装置。
【請求項３】
前記車輪走行装置は、当該車輪に荷重を加える荷重負荷手段又は前記車両用軌道レールを摺動案内するレール口を有し、所定の駆動力により前記車両用軌道レールを摺動する、
ことを特徴とする請求項１記載の路面状況因子の３次元挙動解析装置。
【請求項４】
前記路面状況因子は、水、泥、石、雪、砂利又は氷である、ことを特徴とする請求項１記載の路面状況因子の３次元挙動解析装置。
【請求項５】
前記車輪用軌道レールは、上向きの湾曲部を有することを特徴とする請求項１記載の路面状況因子の３次元挙動解析装置。
【請求項６】
前記撮影手段で撮影した、前記路面状況因子の画像を取り込む画像データ取り込み手段と、
前記画像データ取り込み手段で取り込まれた画像データを解析し、前記路面状況因子の挙動を解析する挙動解析手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の路面状況因子の３次元挙動解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路面状況因子の３次元挙動解析装置に関し、特に、車両走行時に車輪により跳ね上げられる水や泥などの路面状況因子の挙動を解析する路面状況因子の３次元挙動解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両は、天候や場所などに応じ多彩に状況が変化する路面を走行する。例えば、雨天走行時には、タイヤが路面にたまった水をはね、はねられた水が自車の車両の各部や対向車に衝突して霧状になり視界を妨げるなど走行の障害になる。また、水だけでなく泥や石といった固体状のものが跳ね上げられることもある。
【０００３】
これらはね上げられた水など路面状況因子の挙動を調査することで、車両の防水構造や路面状況因子をはね上げにくいホイールアライメントやタイヤ形状などの開発が可能となるが、路面の状況に応じて無作為にはね上げられる種々の路面状況因子の挙動を、実際の車両走行時に捉えるのは容易ではない。
【０００４】
このため、自動車メーカなどでは、車両走行の試験装置を用いた車両性能評価試験の自動化やＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）化を進め、製品開発の速度向上やコストダウンを計っている。例えば、水はねなどを再現する再現装置を用いてタイヤでの水はね状況を模擬する水はねの試験方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の水はねの試験方法は、風洞の床面下に設置されたシャシダイナモの回転ローラ上に供試車両を配置し、供試車両の前輪タイヤを回転駆動させながら、供給口が扁平形である水流ノズルから水を供給して、前輪タイヤが水をはねる状況を模擬する。
【０００５】
図７（ａ）は、特許文献１における水たまりとタイヤの関係の概略図を示す。図７（ａ）では、回転ローラ９４が、供試車両の前輪タイヤ９３を回転させると共に、水流ノズル９７から吹き出された水が前輪タイヤに突入する。水流ノズルから吹き出す水は回転ローラに乗った状態になり、路面上に水たまりがある状況になっているので、水流ノズルから吹き出した水が前輪タイヤに突入することで、水はね状況を模擬できる。
【特許文献１】特開平１０−１９７４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された水はねの試験方法では、前輪タイヤ９３が水たまりに進入する時の水はねを再現できないという問題がある。図７（ａ）に示したように、前輪タイヤ９３は、回転ローラ９４上を回転したまま水はねを生じさせるが、実際の路面では、路面の凹部（窪み）が水たまりとなり、タイヤが路面の凹部である水たまりに進入する時から水はねが生じ始める。
【０００７】
図７（ｂ）は、実走行時における水たまりとタイヤの関係の概略図を示す。図７（ｂ）では、水たまり９２が走行面９５に対しαの角度で窪んでいる。このため、水たまり９２に進入する前輪タイヤ９３は、水たまり９２に角度αで進入する。すなわち、実走行時には、路面の凹部に車両の前輪タイヤが進入するのに対し、特許文献１の水はねの試験方法では水たまりに進入する時の水はねを再現できない。
【０００８】
また、特許文献１に記載された水はねの試験方法では、供試車両が車体を有するため、前輪タイヤがはね上げる路面状況因子の挙動を、例えば車体側からなど広範囲の方向から撮影することが困難である。また、水流ノズルでは、石や泥など固体状の路面状況因子を吹き出すことが困難であるので、石や泥のはね上げを再現することも困難である。したがって、従来は、これら種々の路面状況因子が跳ね上げられた時の複雑な挙動を試験する試験装置がなく、ＣＡＥ化を進めるための試験を十分に行うには至っていなかった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、実走行時における路面状況因子の挙動の再現精度を向上させ、路面状況因子を広範囲で撮影し解析可能な、路面状況因子の３次元挙動解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するため、本発明は、自動車の車輪の走行経路を規制する車輪用軌道レールと、車輪を車輪用軌道レールに沿って走行させる車輪走行装置と、道路の路面状況を模擬するための路面状況因子を有する模擬路面と、車輪にはね上げられた路面状況因子を撮影する路面状況因子撮影手段と、を有することを特徴とする路面状況因子の３次元挙動解析装置を提供する。
【００１１】
本発明によれば、実走行時における路面状況因子の挙動の再現精度を向上させ、路面状況因子を広範囲で撮影し解析可能な、路面状況因子の３次元挙動解析装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の一局面においては、路面状況因子撮影手段は、車輪の進行方向略正面、車輪の略側面及び車輪の略平面の少なくとも一方から、路面状況因子を撮影することを特徴とする。撮影方向は、これら進行方向正面、側面、平面に限られず、所望の位置から撮影できる。路面状況因子撮影手段の数も３個に限定されず、４個以上の路面状況因子撮影手段で撮影してもよい。
【００１３】
また、本発明の一局面においては、車輪走行装置は、当該車輪に荷重を加える荷重負荷手段又は車両用軌道レールを摺動案内するレール口を有し、所定の駆動力により車両用軌道レールを摺動することを特徴とする。レール口は、溝状であってもよい。
【００１４】
また、本発明の一局面においては、路面状況因子は、水、泥、石、雪、砂利又は氷である、ことを特徴とする。路面状況因子が水など液体の場合には、模擬路面は凹部を形成する。また、水、泥、石、雪、砂利又は氷の路面状況因子は、路面状況因子の例示に過ぎず、路面に存在しうるみぞれやほこりなど、路面の状況を模擬する全てのものを含む。ガラスや釘など人為的に存在しうるものでもよい。
【００１５】
また、本発明の一局面においては、車輪用軌道レールは、上向きの湾曲部を有することを特徴とする。車輪用軌道レールが、上向きの湾曲部を有している場合には、車輪用軌道レールに合わせてタイヤが走行する走行部も湾曲することが好適である。
【００１６】
また、本発明の一局面においては、撮影手段で撮影した、路面状況因子の画像を取り込む画像データ取り込み手段と、画像データ取り込み手段で取り込まれた画像データを解析し、路面状況因子の挙動を解析する挙動解析手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、実走行時における路面状況因子の挙動の再現精度を向上させ、路面状況因子を広範囲で撮影し解析可能な、路面状況因子の３次元挙動解析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して説明する。図１（ａ）は、路面状況因子の３次元挙動解析装置（以下、単に３次元挙動解析装置という）における模擬サスペンションの一例を示す。図１の左図は模擬サスペンションをタイヤの進行方向正面から見た正面図を、図１の中央図は側面から見た側面図を、図１の右図は平面から見た平面図を、それぞれ示す。模擬サスペンションは、図１（ｂ）に示すように、実車の車両のフロントサスペンションを３次元挙動解析装置に取り付け可能としたフロントサスペンションアッセンブリ２０（以下、単にフロントサスＡｓｓｙという）と、フロントサスＡｓｓｙ２０を拘束し走行経路に沿って走行させる車輪走行装置となるサスペンション拘束具４０とから構成される。
【００１９】
図１（ｂ）について説明する。フロントサスＡｓｓｙ２０には、アクスルを含むタイヤ２５付きの車輪に、サスアーム２３及びサスシャフト２２、並びに、ショックアブソーバ２１が取り付けられている。サスペンション拘束具４０は、サスアーム２３及びサスシャフト２２の取り付け部４１、軌道レール差し込み部４２、ジャッキ４３、ショックアブソーバ２１を拘束するショックアブソーバ拘束部４４、を有する。模擬サスペンションは、サスアーム２３及びサスシャフト２２を取り付け部４１へ取り付け、ショックアブソーバ２１をショックアブソーバ拘束部４４で拘束することで形成される。
【００２０】
また、ジャッキ４３は、ショックアブソーバ拘束部４４を介してフロントサスＡｓｓｙ２０に荷重を加えることができる。ジャッキ４３に加えられた荷重は、ショックアブソーバ拘束部４４が有するロードセルで検出される。したがって、例えば、実車の全車重のうちフロントサスに加わると想定される荷重を、模擬サスペンションに加えることが可能である。なお、模擬サスペンションは、実車と同様のフロントサスＡｓｓｙ２０を有するので、トー角やキャンバ角などのアライメントは、実車と同様に変化しうる。
【００２１】
図２は、３次元挙動解析装置の概略図を示す。図２（ａ）は、３次元挙動解析装置の平面図を、図２（ｂ）は側面図を示す。図１で説明した模擬サスペンション１は、軌道レール差し込み部４２を軌道レール２に差し込まれることで、摺動可能に取り付けられる。軌道レール２は、内設されたチェーン６を有し、モータ５がチェーン６を巻き上げると、模擬サスペンション１は軌道レール２を摺動する。また、モータ５は、モータ制御装置７に接続されている。モータ制御装置７は、モータ５の回転速度を設定できる。モータ５の回転速度は、走行中一定となるよう設定されてもよいし、時間と共に変化するように設定されてもよい。
【００２２】
さらに、３次元挙動解析装置は、タイヤ走行部３、模擬路面４及びカメラＣ１ないしＣ３を有する。模擬サスペンション１が有するタイヤ２５は、ジャッキ４３による荷重でタイヤ走行部３に接地される。したがって、モータ５がチェーン６を巻き上げると、模擬サスペンション１のタイヤ２５は、タイヤ走行部３を走行する。タイヤ走行部３は、アスファルトやコンクリートなどの舗装道路、砂利や土など、好適には、実走行時に車両が走行する道路と同様の走行面で形成される。しかし、本実施例の特徴は模擬路面４の走行時に、タイヤ２５が路面状況因子をはねることにあるため、タイヤ走行部３の形成面は、実走行時の道路と同様でなくともよい。なお、タイヤ走行部３は、図２（ｂ）に示すように、上部に湾曲する湾曲部８を有する。湾曲部８があることで、湾曲部８の高低差を利用して模擬サスペンション１を加速させることが容易になり、タイヤ走行部３の全長を短縮できる。
【００２３】
続いて、模擬路面４について説明する。図３（ａ）は、水たまりを模擬した模擬路面４の一例を示す図である。図３（ａ）の模擬路面は、タイヤ走行部３より低位の底面５１及び進入面５２が、深さｈの凹部５５を形成している。底面５１が、タイヤ走行部３よりも低いので、実走行時にタイヤが水溜まりに進入する時の水はねの挙動を再現し得る。なお、模擬路面４は、図３（ｂ）のように、進入面５２が緩やかな傾斜で形成されていてもよい。また、凹部５５の深さｈも限定されない。
【００２４】
模擬路面４には、泥、石、雪、砂利、ガラス、などの路面状況因子が静置されていてもよい。図３（ｃ）は、路面状況因子として石を有する模擬路面４の一例を示す。図３（ｃ）の模擬路面では、進入面５２を有さず、石５６が静置されている。また、図３（ｄ）の模擬路面では、進入面５２が凸部を有し、進入面５２と底面５１で形成される凹部５５には泥５７が滞留している。実際の道路では、車重により進入面５２が凸部を形成することがあるので、模擬路面４を実際の道路を想定して形成することで、実走行時の路面を再現しうる。なお、図３（ｄ）は、模擬路面４の側面図であるが、轍のように正面から見て凹部を有するように模擬路面４を形成してもよい。また、水などの路面状況因子に着色すれば、撮影された画像における水はねなどの挙動の解析精度が向上する。模擬路面４の形状及び路面状況因子は設計事項であるので、種々の模擬路面４を形成することができる。また、模擬路面４を交換すれば、多様な模擬路面を再現できる。
【００２５】
続いて、はね上げられた路面状況因子の撮影について説明する。タイヤ走行部３を走行してきた模擬サスペンション１のタイヤ２５は、模擬路面４で路面状況因子と接触する。タイヤ２５と接触した路面状況因子は、はね上げられ、カメラで撮影される。図２の３次元挙動解析装置は、模擬路面４を進行方向正面から撮影するカメラＣ１、側面から撮影するＣ２及び平面から撮影するＣ３を有する。３次元挙動の解析を行うには、図２のようにカメラＣ１ないしＣ３の３点から撮影することが好適であるが、４個以上のカメラを設けてもよいし、所定の１点から撮影してもよい。
【００２６】
カメラＣ１ないしＣ３は、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラである。はね上げられた路面状況因子の挙動を撮影できるように、所定以上のフレーム数／秒の早さで動画又は静止画を取り込むことが可能である。カメラＣ１ないしＣ３で撮影された画像は、同期が取られている。したがって、カメラＣ１、Ｃ２及びＣ３は、はね上げられた路面状況因子の所定の瞬間を３方向から同時に撮影可能である。撮影された画像は、次述の３次元挙動解析手段に取り込まれ、水滴などがはね上げられた方向や速度など、水滴の三次元挙動の解析に供される。なお、カメラにはフロントサスＡｓｓｙ２０が同時に撮影されているので、フロントサスＡｓｓｙ２０の画像と共に解析に用いてもよい。
【００２７】
図４（ａ）は、３次元挙動解析手段の概略機能構成図の一例を示す。図４（ａ）の三次元挙動解析手段は、カメラＣ１、Ｃ２及びＣ３の画像を取り込む画像データ取り込み手段６１と、取り込まれた画像に基づき路面状況因子の挙動を解析する挙動解析手段６２を有する。画像データ取り込み手段６１は、画像データを保存する記憶装置６３に、カメラＣ１、Ｃ２及びＣ３で取り込まれた画像データを記憶する。
【００２８】
図４（ｂ）は、カメラＣ１、Ｃ２及びＣ３で取り込まれた画像の一例を示す。図４（ｂ）の左図は正面から、中央図は側面から、右図は平面から撮影した、タイヤと水はねの様子を示す。３次元挙動解析手段６２は、図４（ｂ）のような水はねの画像に基づき、水はね量、水滴の大きさ、速度、方向、などの挙動を解析する。このように、撮影された画像を画像解析することで、路面状況因子の挙動を定量計測できる。
【００２９】
以上の構成に基づき、３次元挙動解析装置の動作について説明する。図５は、３次元挙動解析装置の動作の様子を、図６は、３次元挙動解析装置の動作を説明するためのフローチャート図を示す。
【００３０】
まず、模擬サスペンション１は、軌道レール差し込み部４２を軌道レール２に差し込まれ、チェーン６に接続される。ジャッキ４３によりフロントサスＡｓｓｙ２０に所定の荷重を加える。例えば、車重が１０００Ｋｇの車両の水はねを再現する場合であれば、その４分の１の２５０Ｋｇ程度の荷重を負荷する。車両の重心位置などを考慮して、荷重を設定してもよい。負荷された荷重は、ロードセルにより確認できる。この時点で、模擬サスペンション１は、図５のＡに位置する。
【００３１】
続いて、模擬路面４が所定の場所に配置される。ユーザは、図３で説明した所望の模擬路面４を、例えばタイヤ走行部３の終端に取り付ける。
【００３２】
ステップＳ１０１では、３次元挙動解析装置が、ユーザにより３次元挙動の解析の開始信号を入力される。モータ制御装置７の操作パネルなどにおいて、ユーザにより走行速度などを設定され、例えば、解析の開始ボタンを押下される。モータ５の回転速度が可変なので、車速に応じた路面状況因子の挙動を解析できる。
【００３３】
ステップＳ１０２では、モータ制御装置７によりモータ５が駆動され、モータ５が模擬サスペンション１を軌道レール２の最上部へ移動させる。模擬サスペンション１は、図５のＢの位置を通過してＣに位置する。
【００３４】
ステップＳ１０３では、設定された走行速度となるよう、モータ制御装置７がモータ５を制御する。模擬サスペンション１は、モータ５の回転により軌道レール２を摺動する。これに伴い、タイヤ２５がタイヤ走行部３の走行を開始する。模擬サスペンション１は、モータ５の回転及び軌道レール２の湾曲部８がもたらす高低差により加速する。この時点で、模擬サスペンション１は、図５の位置Ｄ及びＥを通過する。
【００３５】
ステップＳ１０４では、模擬サスペンション１のタイヤ２５がはね上げる路面状況因子が撮影される。タイヤ２５は、タイヤ走行部３を通過し模擬路面４に到達する。カメラＣ１ないしＣ３は、タイヤ２５が、図３で説明した進入面５２に進入し水に触れる時から撮影することができる。
【００３６】
ステップＳ１０５では、３次元挙動解析手段により、路面状況因子の挙動が解析される。カメラＣ１ないしＣ３が撮影した画像データは、画像データ取り込み手段６１により取り込まれ、次いで、挙動解析手段６２により、水はねした水滴などの速度や方向が解析される。なお、画像データを記憶装置６３に記憶しておき、挙動解析手段６２による解析は、ネットワークなどに接続されたコンピュータで後に行うとしてもよい。以上で、３次元挙動解析装置の動作が終了する。
【００３７】
本実施例によれば、路面が有する段差に進入する時に生じる、タイヤ中心の移動を再現できるので、実走行時における路面状況因子の挙動の再現精度が向上する。また、車輪にはね上げられた水、泥、石などの路面状況因子の挙動を、三方向から撮影できる。撮影された画像に基づき、路面状況因子の三次元挙動を定量的に把握することが可能であるので、性能試験の自動化やＣＡＥ化を行う基礎データを取得できる。また、模擬路面は、悪路や凹凸路などを模擬した路面であってもよい。悪路や凹凸路を模擬した場合には、路面状況因子の挙動に加え、模擬サスペンション１の振動解析などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、車輪がはね上げる路面状況因子の３次元挙動解析装置に利用できる。また、水はねなどの試験装置として利用できる。路面状況因子として代表的なのは水であるが、路面に存在しうるものであれば路面状況因子の別は問わない。また、車輪のタイプ、大きさ、外観、タイヤの種類、なども問わない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】３次元挙動解析装置における模擬サスペンションの一例である。
【図２】３次元挙動解析装置の概略図である。
【図３】模擬路面の例を示す図である。
【図４】３次元挙動解析手段の概略機能構成図の一例を示す図である。
【図５】３次元挙動解析装置の動作の様子を示す図である。
【図６】３次元挙動解析装置の動作を説明するためのフローチャート図の一例である。
【図７】従来の水はね試験方法における水たまりとタイヤの関係の概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      模擬サスペンション
２      軌道レール
３      タイヤ走行部
４      模擬路面
５      モータ
６      チェーン
７      モータ制御装置
８      湾曲部
２０    フロントサスペンションアッセンブリ
２５    タイヤ
４０    サスペンション拘束具
６１    画像データ取り込み手段
６２    挙動解析手段
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３  カメラ
【図３】
2005207775.tif 000003
【図４】
2005207775.tif 000004
【図６】
2005207775.tif 000005
【図７】
2005207775.tif 000006
【図１】
2005207775.tif 000007
【図２】
2005207775.tif 000008
【図５】
2005207775.tif 000009