(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受けた荷重を表す出力を発生するワッシャ型歪みセンサを用意し、該ワッシャ型歪みセンサを車両本体と車輪との間に配置し、車両の走行中に該ワッシャ型歪みセンサを用いて該車輪に作用する動荷重を測定し、該測定された動荷重から該車輪の動特性を求める、各段階を具備した車両用車輪の動特性測定方法であって、測定された動荷重から車輪のコーナリング特性を求め、車両が前輪と後輪とを有しており、前輪のスリップ角と後輪のスリップ角とをそれぞれ求め、これらスリップ角からステア特性を求める車両用車輪の動特性測定方法。
【請求項２】
測定された動荷重から車輪の横力係数を求める請求項１に記載の車両用車輪の動特性測定方法。
【請求項３】
車輪のスリップ角を求め、該スリップ角と前記横力係数との関係を求める請求項２に記載の車両用車輪の動特性測定方法。
【請求項４】
前記スリップ角及び前記横力係数と、測定された動荷重との関係を求める請求項３に記載の車両用車輪の動特性測定方法。
【請求項５】
車両重心と車軸との間の距離である重心車軸間距離を、測定された動荷重から求め、該求められた重心車軸間距離から前記スリップ角を求める請求項１，３，４のいずれか一項に記載の車両用車輪の動特性測定方法。
【請求項６】
車両のショックアブソーバが前記ワッシャ型歪みセンサの内部空間を貫通して延びるように該ワッシャ型歪みセンサが配置されている請求項１に記載の車両用車輪の動特性測定方法。
【請求項７】
前記ショックアブソーバと同心配置されたコイルスプリングの一端と、車両本体又は車輪との間に前記ワッシャ型歪みセンサが配置されている請求項６に記載の車両用車輪の動特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用車輪の動特性測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両のショックアブソーバに、ショックアブソーバのストローク量を測定するためのダンパストロークセンサを取り付け、測定されたショックアブソーバのストローク量から車輪の動荷重を算出し、算出された動荷重から車輪の動特性を求めるようにした車両用車輪の動特性測定方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ショックアブソーバのストローク量から算出される車輪の動荷重は必ずしも正確でなく、従って車輪の動特性を正確に求めることは困難であるという問題点がある。
一方、受けた荷重を表す出力を発生するワッシャー型歪みセンサを用意し、ワッシャ型歪みセンサを車両本体と車輪との間に配置し、車両の走行中にワッシャ型歪みセンサを用いて車輪の動荷重を測定し、測定された動荷重と同じ荷重を、この動荷重の向きと逆向きに車輪に作用させることにより、車両振動を吸収するようにした車両の懸架装置が公知である（特開平６−２２７２２５号公報参照）。
【０００４】
確かに、この懸架装置では車輪の動荷重を測定している。しかしながら、この動荷重測定は車両振動を吸収するためのものであり、車輪の動特性を測定するためのものではない。
そこで、本発明の目的は車両用車輪の動特性を正確に測定することができる車両用車輪の動特性測定方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、受けた荷重を表す出力を発生するワッシャ型歪みセンサを用意し、ワッシャ型歪みセンサを車両本体と車輪との間に配置し、車両の走行中にワッシャ型歪みセンサを用いてこの車輪に作用する動荷重を測定し、測定された動荷重からこの車輪の動特性を求める、各段階を具備した車両用車輪の動特性測定方法であって、測定された動荷重から車輪のコーナリング特性を求め、車両が前輪と後輪とを有しており、前輪のスリップ角と後輪のスリップ角とをそれぞれ求め、これらスリップ角からステア特性を求めている。即ち１番目の発明では、ワッシャ型歪みセンサを用いて測定された車輪の動荷重から車輪の動特性が求められ、車輪のコーナリング特性を表すステア特性が求められる。
【０００６】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、測定された動荷重から車輪の横力係数を求めている。即ち２番目の発明では、車輪のコーナリング特性を表す横力係数が求められる。
【０００７】
また、３番目の発明によれば２番目の発明において、車輪のスリップ角を求め、スリップ角と前記横力係数との関係を求めている。ここで、スリップ角と横力係数との関係は車輪のコーナリング特性を表している。
また、４番目の発明によれば３番目の発明において、前記スリップ角及び前記横力係数と、測定された動荷重との関係を求めている。ここで、スリップ角及び横力係数と、測定された動荷重との関係は車輪のコーナリング特性を表している。
【０００８】
また、５番目の発明によれば１，３，４番目の発明のうちいずれか一つにおいて、車両重心と車軸との間の距離である重心車軸間距離を、測定された動荷重から求め、求められた重心車軸間距離から前記スリップ角を求めている。即ち５番目の発明では、重心車軸間距離が正確に求められるので、スリップ角が正確に求められる。
【０００９】
また、６番目の発明によれば１番目の発明において、車両のショックアブソーバが前記ワッシャ型歪みセンサの内部空間を貫通して延びるようにワッシャ型歪みセンサが配置されている。即ち６番目の発明では、ワッシャ型歪みセンサを配置するのに必要な空間が低減される。
また、７番目の発明によれば６番目の発明において、前記ショックアブソーバと同心配置されたコイルスプリングの一端と、車両本体又は車輪との間に前記ワッシャ型歪みセンサが配置されている。即ち７番目の発明では、コイルスプリングに作用する動荷重がワッシャ型歪みセンサに入力されて測定される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明を四輪自動車に適用した場合を説明する。しかしながら、本発明を二輪車、三輪車などに適用することもできる。
図１を参照すると、１は自動車の懸架装置又は緩衝装置を構成するショックアブソーバを示している。このショックアブソーバ１は入れ子式になっている上側部分２及び下側部分３を具備する。上側部分２はその上端において自動車の本体フレームのクロスメンバ（図示しない）に接続され、下側部分３はその下端においてロアアーム（図示しない）に接続され、このロアアームは車軸（図示しない）を介して車輪即ちタイヤに接続されている。
【００１１】
上側部分２及び下側部分３にはフランジ状をなす上側シート４及び下側シート５がそれぞれ固定される。これら上側シート４及び下側シート５間には、センサ組立体６と圧縮状態のコイルスプリング７とがショックアブソーバ１と同軸に、ショックアブソーバ１に対し移動可能に挿入される。
センサ組立体６は上側シート４側に位置する環状の第１のアタッチメント８と、コイルスプリング７の上端側に位置する環状の第２のアタッチメント９と、これら第１及び第２のアタッチメント８，９間に挿入された環状のワッシャ型歪みセンサ１０とを有する。図１からわかるように、これらアタッチメント８，９及びワッシャ型歪みセンサ１０の内部空間を貫通して延びるようにショックアブソーバ１が配置されるという見方もできる。
【００１２】
図１及び図２を参照すると、第１のアタッチメント８の底面、即ちワッシャ型歪みセンサ１０に対面する面には、その外周部に環状平坦凸面８ａが形成され、残りの中央部に環状平坦凹面８ｂが形成される。同様に、ワッシャ型歪みセンサ１０の頂面、即ち第１のアタッチメント８に対面する面にはその外周部に環状平坦凸面１０ａが形成され、残りの中央部に環状平坦凹面１０ｂが形成される。その結果、第１のアタッチメント８とワッシャ型歪みセンサ１０とはこれら環状平坦凸面８ａ，１０ａにおいて互いに接することになる。このようにすると、ワッシャ型歪みセンサ１０自体が歪んだとしても第１のアタッチメント８がワッシャ型歪みセンサ１０に干渉しなくなり、従って測定誤差を低減することができる。
【００１３】
一方、ワッシャ型歪みセンサ１０の底面、即ち第２のアタッチメント９に対面する面にはその中央部に環状平坦凸面１０ｃが形成され、残りの外周部に環状平坦凹面１０ｄが形成される。その結果、ワッシャ型歪みセンサ１０は第２のアタッチメント９の平坦頂面と環状平坦凸面１０ｃにおいて接することになる。
タイヤに荷重が作用するとその荷重に応じてショックアブソーバ１及びコイルスプリング７が伸縮する。この荷重は第２のアタッチメント９を介してワッシャ型歪みセンサ１０に入力される。従って、センサ組立体６又はワッシャ型歪みセンサ１０はタイヤに作用する荷重を受ける部位に配置されているということになる。この場合、ワッシャ型歪みセンサ１０の環状平坦凸面１０ｃは荷重入力面を構成する。なお、ワッシャ型歪みセンサ１０の出力はケーブル１０ｅを介し出力される。
【００１４】
ところで、従来ではコイルスプリング７が上側シート４と下側シート５間に挿入されていることを考慮すると、本実施態様では上側シート４とコイルスプリング７間にセンサ組立体６が挿入されていることになる。これに代えて、コイルスプリング７と下側シート５間にセンサ組立体６を挿入することもできる。更に、上側シート４と下側シート５間にダンパストロークセンサを取り付け、ショックアブソーバ１又はコイルスプリング７の伸縮量を測定するようにすることもできる。
【００１５】
図３は本実施態様による実車タイヤ動特性測定システム１１を概略的に示している。図３を参照すると、実車タイヤ動特性測定システム１１は入力されたデータを記憶するためのデータロガー１２の他、ワッシャ型歪みセンサ１０、車速センサ１３、操舵角センサ１４、横Ｇセンサ１５、前後Ｇセンサ１６、及びヨー角速度センサ１７を具備する。各ワッシャ型歪みセンサ１０はいわゆるロードセルからなり、ワッシャ型歪みセンサ１０が受けた荷重を表す出力電圧を発生する。これらワッシャ型歪みセンサ１０は上述したセンサ組立体６の形で、自動車のフロント左、フロント右、リア左、リア右の各ショックアブソーバ１に組み込まれる。車速センサ１３は自動車の車速を表す出力電圧を発生し、自動車のブレーキキャリパ（図示しない）の内側に取り付けられる。操舵角センサ１４は自動車の操舵角を表す出力電圧を発生し、自動車のステアリングストロークロッド（図示しない）に取り付けられる。横Ｇセンサ１５は自動車の横方向の加速度（横Ｇ）を表す出力電圧を発生し、前後Ｇセンサ１６は自動車の前後方向の加速度（前後Ｇ）を表す出力電圧を発生する。また、ヨー角速度センサ１７は自動車のヨー角速度を表す出力電圧を発生する。これら横Ｇセンサ１５、前後Ｇセンサ１６、及びヨー角速度センサ１７は自動車の中心軸線上でかつ自動車の重心にできるだけ近い位置に取り付けられる。これらセンサの出力電圧はそれぞれ対応するアンプ１８を介してデータロガー１２に入力され、例えば数十ｍｓ程度の時間間隔で記憶される。なお、この実車タイヤ動特性測定システム１１は自動車に搭載されており、特にデータロガー１２は自動車の熱発生のない部位に配置される。
【００１６】
次に、図４に示す実車タイヤ動特性測定ルーチンを参照して本実施態様における実車タイヤ動特性測定方法を説明する。図４を参照すると、まず初めにステップ３０では、ワッシャ型歪みセンサ１０を自動車に取り付ける前にワッシャ型歪みセンサ１０のキャリブレーションが行われる。即ち、ワッシャ型歪みセンサ１０に既知の荷重を作用させ、このときのワッシャ型歪みセンサ１０の出力電圧を記録する。これを複数種類例えば１０種類の荷重について行い、荷重とワッシャ型歪みセンサ１０の出力電圧との関係を例えば一次回帰式の形で求める。
【００１７】
続くステップ３１では、ワッシャ型歪みセンサ１０を自動車に取り付けた後にワッシャ型歪みセンサ１０のオフセットが行われる。即ち、各タイヤを荷重計に載せ、このときのワッシャ型歪みセンサ１０の出力から求められる荷重が各荷重計の出力に一致するように上述の一次回帰式がオフセットされる。
続くステップ３２では、データの測定が行われる。即ち、自動車は予め定められたコース、例えばサーキットを実際に走行し、このときの動荷重、車速、操舵角、横Ｇ、前後Ｇ、及びヨー角速度が測定される。ここで、これら測定データはサーキットの予め定められた開始位置からの走行距離、即ちサーキット上の自動車の走行位置と関連付けて記憶される。また、これら測定データは自動車がサーキットを一周する毎にまとめられる。
【００１８】
続くステップ３３では、このようにして獲得された測定データを用いてタイヤの実車動特性、例えば実車タイヤコーナリング特性が測定される。この実車タイヤコーナリング特性の測定は例えば外部コンピュータで行うことができ、この場合測定データはデータロガー１２から取り出されて外部コンピュータに移される。
【００１９】
図５は外部コンピュータで実行される実車タイヤコーナリング特性の測定ルーチンを示している。図５を参照すると、まず初めにステップ４０では、記憶された測定データのなかから、実車タイヤコーナリング特性の測定に使用すべき測定データが選択される。本実施態様では、ラップタイムが最小の周回におけるサーキット１周分の測定データが選択され、これにより実車タイヤコーナリング特性が測定される。このようにすると、選択された全ての横Ｇを、コースの形状などにより定まる限界（最大）横Ｇであるとみなすことができる。
【００２０】
続くステップ４１では、横力が算出される。この横力は自動車が限界横Ｇで走行していると仮定したときに、タイヤの接地面においてタイヤの進行方向に対し直角の方向に発生している力であり、実車タイヤコーナリング特性を表す指標の一つである。横力は次式により算出される。
横力＝横Ｇ・静荷重
続くステップ４２では、タイヤと路面との間の横力係数（摩擦係数）が次式により算出される。
【００２１】
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ステップ４１及びステップ４２において、一つのタイヤについての横力及び横力係数を求めるべきときには、静荷重及び動荷重として対応するタイヤに作用する静荷重及び動荷重が用いられる。また、左右のフロントタイヤについての横力及び横力係数を求めるべきときには、静荷重及び動荷重としてフロント静荷重、即ち左右のフロントタイヤに作用する静荷重の合計、及びフロント動荷重、即ち左右のフロントタイヤに作用する動荷重の合計が用いられ、左右のリアタイヤについての横力及び横力係数を求めるべきときには、静荷重及び動荷重としてリア静荷重、即ち左右のリアタイヤに作用する静荷重の合計、及びリア動荷重、即ち左右のリアタイヤに作用する動荷重の合計が用いられる。更に、全てのタイヤについての横力及び横力係数を求めるべきときには、静荷重及び動荷重として総静荷重、即ち全てのタイヤに作用する静荷重の合計、及び総動荷重、即ち全てのタイヤに作用する動荷重が用いられる。なお、上述したようにこの場合の横Ｇは限界横Ｇとみなすことができるので、ステップ４２で算出される横力係数は限界横力係数とみなすことができる。
【００２２】
続くステップ４３では、自動車の重心とフロント車軸との間の距離であるフロント重心車軸間距離Ｌｆ、及び自動車の重心とリア車軸との間の距離であるリア重心車軸間距離Ｌｒが次式によりそれぞれ算出される。
Ｌｆ＝（リア動荷重／総動荷重）・ホイールベース
Ｌｒ＝（フロント動荷重／総動荷重）・ホイールベース
自動車の走行状態に応じて自動車の重心位置は変動するので、このように測定された動荷重を用いて重心車軸間距離を求めるようにすると、重心車軸間距離をより正確に算出することができる。
【００２３】
続くステップ４４では、自動車が定常円旋回していると仮定したときのフロントスリップ角βｆ及びリアスリップ角βｒが次式によりそれぞれ算出される。
βｆ＝−γ・Ｌｆ／Ｖ＋θ／Ｎ
βｒ＝γ・Ｌｒ／Ｖ
ここで、γはヨー角速度、Ｖは車速、θは操舵角、Ｎはステアリングギア比をそれぞれ表している。
【００２４】
続くステップ４５では、ステップ４２で算出された限界横力係数と、ステップ４４で算出されたフロントスリップ角又はリアスリップ角と、動荷重との関係が求められ、例えばグラフの形で出力される。この関係は実車タイヤコーナリング特性を表す指標の一つである。図６は限界横力係数とフロントスリップ角と動荷重との関係を示すグラフの一例である。この関係の求め方を簡単に説明すると、まず、ステップ４０で選択された左フロントタイヤ又は右フロントタイヤの動荷重のなかから予め定められた動荷重範囲内にある動荷重が抽出され、この動荷重が得られたときの測定データにより求められた限界横力係数及びフロントスリップ角が抽出される。次いで、抽出された動荷重がいずれの動荷重範囲にあるかがわかるように、抽出された限界横力係数及びフロントスリップ角がプロットされる。
【００２５】
即ち図６に示す例では、２５０±１０ｋｇｆ（２．４５±０．１０ｋＮ）、３００±１０ｋｇｆ（２．９４±０．１０ｋＮ）、３５０±１０ｋｇｆ（３．４３±０．１０ｋＮ）、４００±１０ｋｇｆ（３．９２±０．１０ｋＮ）、４５０±１０ｋｇｆ（４．４１±０．１０ｋＮ）、５００±１０ｋｇｆ（４．９０±０．１０ｋＮ）の動荷重範囲が予め設定されており、これら動荷重範囲内にある動荷重と、これら動荷重が得られたときの限界横力係数及びフロントスリップ角とが抽出される。次いで、動荷重範囲毎に予め定められた符号（□，＋，◇，△，×，○）を用いて限界横力係数及びフロントスリップ角がプロットされる。
【００２６】
限界横力係数は動荷重で基準化（無次元化）された横力を表しており、従って限界横力係数、フロントスリップ角、及び動荷重（動荷重範囲）の関係は動荷重依存を包含した実車タイヤコーナリング特性を表す指標の一つである。このような関係を求めることにより、基準化された横力が発生したときの動荷重（動荷重範囲）及びスリップ角を容易に把握することができる。
【００２７】
再び図５を参照すると、続くステップ４６では、ステップ４２で算出された限界横力係数と、ステップ４４で算出されたフロントスリップ角又はリアスリップ角との関係が求められ、例えばグラフの形で出力される。この関係も実車タイヤコーナリング特性を表す指標の一つである。図７は限界横力係数とフロントスリップ角との関係を示すグラフの一例である。このグラフにおける曲線は図６のグラフの各プロットを近似して得られるものである。図７に示す例では、二種類のタイヤＡ，Ｂについて限界横力係数とフロントスリップ角との関係を表す曲線が示されている。
【００２８】
このようにタイヤコーナリング特性を単一曲線で表すことにより、仕様が異なるタイヤのタイヤコーナリング特性を容易に比較することができる。例えば、フロントスリップ角がゼロ付近での曲線の傾きが大きいとき程、実車タイヤコーナリング特性が優れていることを考えると、図７に示す例ではタイヤＡよりもタイヤＢのほうが優れた実車タイヤコーナリング特性を有していることがわかる。
【００２９】
このような限界横力係数とフロントスリップ角又はリアスリップ角との関係をさまざまなサーキットについて求め、これらを比較することができる。図８はその一例を示しており、図８に示す例では鈴鹿、富士、及び十勝の各サーキットについて限界横力係数とフロントスリップ角との関係が比較されている。その結果、限界横力係数についてのサーキットの序列化が可能になる。
【００３０】
再び図５を参照すると、続くステップ４７では、ステア特性Δβが次式により算出される。
Δβ＝（｜βｆ｜−｜βｒ｜）（βｆ・βｒ）／｜βｆ・βｒ｜
ここで、Δβ＞０であるとアンダステアであり、Δβ＜０であるとオーバステアである。
【００３１】
続くステップ４８ではステア特性Δβが例えばグラフの形で出力される。このグラフの一例が図９に示される。図９において縦軸はステア特性Δβ、横軸は開始位置からの自動車の走行距離である。図９に示す例では、二種類のタイヤＡ，Ｂについてステア特性Δβが示されている。
このようにステア特性をグラフにより表すようにすると、仕様が異なるタイヤのステア特性を容易に比較することができる。例えば、ステア特性Δβが正値でありかつその絶対値が小さいとき程、操縦安定性がよくなることを考えると、図９に示す例ではタイヤＡよりもタイヤＢのほうが優れた操縦安定性を有していることがわかる。
【００３２】
なお、図６から図９において、自動車としてトヨタ自動車製コロナエクシブが、ワッシャ型歪みセンサ１０として株式会社共和電業製のワッシャ型ロードセルＬＣＷ−ＣＳ（２トン用）がそれぞれ用いられている。また、使用されたタイヤのサイズはフロント、リア共に２１０／６５０Ｒ１８であり、各タイヤのリムサイズは８．２Ｊ×１８であり、各タイヤの空気圧は１６０ｋＰａである。
【００３３】
このように本実施態様では、横力、限界横力係数とフロントスリップ角又はリアスリップ角と動荷重との関係、限界横力係数とフロントスリップ角又はリアスリップ角との関係、又はステア特性により、実車タイヤコーナリング特性が評価される。しかしながら、実車タイヤコーナリング特性を他のパラメータ又は関係により評価するようにしてもよい。
【００３４】
なお、これまで述べてきた実施態様では、自動車の全てのタイヤに対しそれぞれワッシャ型歪みセンサ１０を設けている。しかしながら、例えばフロントタイヤのみ又はリアタイヤのみに対しワッシャ型歪みセンサを設けるようにすることもできる。また、上述の実施態様ではサーキット１周分の測定データを用いて実車タイヤ動特性を測定するようにしている。しかしながら、サーキットの一部の測定データを用いて実車タイヤ動特性を測定することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
車両用車輪の動特性を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車の懸架装置に組み込まれたセンサ組立体を示す図である。
【図２】ワッシャ型歪みセンサの側面図及び頂面図である。
【図３】実車タイヤ動特性測定システムの概略図である。
【図４】実車タイヤ動特性測定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】実車タイヤコーナリング特性測定ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】限界横力係数と、フロントスリップ角と、動荷重との関係の一例を示すグラフである。
【図７】限界横力係数とフロントスリップ角との関係の一例を示すグラフである。
【図８】限界横力係数とフロントスリップ角との関係の一例を比較して示すグラフである。
【図９】ステア特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ショックアブソーバ
６…センサ組立体
７…コイルスプリング
１０…ワッシャ型歪みセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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