JP2004516452A - タイヤ試験ステーション用動的力測定システム - Google Patents

Abstract

測定された全部の力から試験ステーションの構成要素の力及びモーメントを独立して計算できる複数の加速度計を試験ステーションに装備することにより、タイヤの力の全体の測定値に対する試験機の力の寄与が分離測定され、かつ確認されるタイヤの力を測定するシステム及び方法である。

Description

【０００１】
［発明の背景］
［技術分野］
本発明は、一般に空気入りタイヤにおける力を測定するために使用されるシステムに関する。より特別には、本発明は、荷重の加えられたタイヤが路面上を転動するときのタイヤの力の発生及びタイヤの力の伝達の測定用システムに関する。特別に、本発明は、得られた力の測定値から試験機の力の寄与を別個に測定しかつ得られた力の測定値に追加する力の測定システム及び方法に関する。
【０００２】
［背景情報］
タイヤ製造業者は、ある特定の用途に好ましいタイヤ構造を決定するために種々のタイヤ構造による力の発生及び伝達を比較することを望む。主題の力は、荷重の加えられたタイヤが路面上で転動するときに生ずる。路面上で転動しているタイヤは、振動力を発生し、これは騒音を発生するであろう。タイヤ騒音の最小化及び制御は、タイヤ設計の目的の一つである。力の試験は、代わり得るタイヤ構造の比較方法をタイヤ設計者に提供する。
【０００３】
タイヤの力は、過去においては、主題タイヤをリム上に取り付け、次いでこれをローターに取り付けて測定されてきた。ローターは、ロードセル又は力測定装置に連結された軸受ハウジング上に回転可能に取り付けられる。ロードセル又は力測定装置は、３軸方向の力及び関連軸まわりのモーメントを測定するように構成される。ロードセルの一形式はキストラー（Ｋｉｓｔｌｅｒ）ロードセルとして知られ、スイスのキストラーから入手可能である。タイヤは、タイヤとローターとを回転させる回転模擬路面と接触させられる。ロードセルが力を測定し、そしてロードセルの力を記録するコンピューターのような記録装置に測定値を送る。読取り値は、研究者が使用するために種々の方法で表示することができる。データ表示の一方法は、データを周波数基準で表示するためにデータについてフーリエ変換を行うことである。
【０００４】
過去のシステムにおいては、ローター、軸受ハウジング、及び測定装置が受けた内力は、タイヤの力と組み合わせられてロードセルにより測定される。内力は一般に高周波の力であるため、低周波の力の測定値に影響を与えない。高周波においては、機械力はタイヤの力と組み合って無用な結果をもたらす。例えば、本技術の熟練者は、タイヤが、タイヤ空洞部及びタイヤコードにより生ずる共振のような幾つかの測定可能な共振を有することを知っている。別の知られた共振は、タイヤを取り付けるホイールにおいて発生する。これらの共振が存在していることは知られているが、現存のタイヤの力の測定システムは、試験機の力がこれら共振を隠すため、これらの共振を正確に明らかにすることはできない、タイヤを試験する人々は、タイヤの力の測定の際に機械力を確認するシステムを希望する。
【０００５】
使用者は、力の確認に加えて、従来技術のシステムのように使い易いシステムを希望する。多数のタイヤ構造を測定し比較しなければならない場合は、各タイヤを試験機に取り付け測定しなければならない。試験タイヤは、ホイールをローターに保持するために、一般に標準のラグナットを使用して機械に装填される。装填及び試験の全工程の時間は５分間以下である。いかなる改良されたシステムも、試験を行う人がこれらシステムを容易に受け入れるように、これらは迅速かつ容易に使用できなければならない。
【０００６】
［発明の概要］
本発明は、試験機の力の寄与が分離して測定されかつタイヤの力の全測定値内の確認されるタイヤの力を測定するためのシステム及び方法に関する。本発明は、測定された全体の力から試験ステーションの構成要素の力及びモーメントの独立的な計算を許す複数の加速度計を試験ステーションに装備することにより機械力を計算する。
【０００７】
本発明のシステムは、知られた試験ステーションのように迅速に試験できるように試験ステーションに車輪を迅速に取り付けることを許す。本発明の一実施例においては、ローター加速度計からのデータを試験ステーションのデータ収集装置により集めることができるように、軸受ハウジングとローターとの間にスリップリングが配置される。スリップリングが、加速度計をデータ収集装置から切り離すことなくタイヤ・ホイール組立体をローターに着脱することを許す。
【０００８】
［発明の詳細な記述］
本明細書を通して、同様な番号は同様な部分を指す。
【０００９】
本発明の概念による試験ステーションが、付属図面において一般に番号１０で示される。試験ステーション１０は、図１に示された回転車輪のような運動路面シミュレーター１２に関連して使用される。シミュレーター１２の外側面１４は、典型的な走行路面の粗さと摩擦特性とを模擬する。例えば、表面１４は、粗い路面を模擬するように構成することができる。大部分のシミュレーター１２は、床１６により定められた開口２０を通して小部分１８だけが露出するように、床１６より下方に配置される。ステーション１０において試験されるタイヤ２２は部分１８と接触する。シミュレーター１２の回転がタイヤ２を回転させて、運動中の車両用タイヤを模擬する。
【００１０】
ステーション１０はコンピューター２４を備え、これはステーション１０の運転状況及びステーション１０により作られ伝達された力を記録するように構成される。コンピューター２４は、本発明の計算を行う命令を記憶し実行するための所要のメモリ及び処理ユニットを備える。本発明の一実施例においては、コンピューター２４はパーソナルコンピューターとすることができる。ステーション１０は、更にベース３０を備え、これは床１６に取り付けられてステーション１０の他の構成要素を支持する。力測定装置又はロードセル３２がベース３０により支持される。ベース３０は、タイヤ２２に車両重量を模擬した荷重を加えるために、力測定装置３２とタイヤ２２とをシミュレーター１２に関して動かすようにされた調節装置を備える。力測定装置３２は、Ｘ，Ｙ，及びＺ軸に沿った力並びにこれら軸まわりのモーメントを測定するようにされる。力測定装置３２の一形式は、キストラーロードセルとして本技術において知られる。
【００１１】
軸受ハウジング３４が力測定装置３２により支持される。ハウジング３４は、軸受３８上にローター３６を回転可能に支持する。軸受ハウジング３４及びローター３６の構造及び作動は、本技術熟練者に知られる。タイヤ２２はリム４０に取り付けられ、このリムは、図面に示されたラグボルト４２のような通常の連結具によりローター３６に連結することができる。
【００１２】
過去においては、タイヤ２２はシミュレーター１２により回転され、そして力測定装置３２は力とモーメントとを常時記録した。この試験の典型的な結果が図４に線４４により示される。このグラフの縦軸は測定された力の大きさを示し、そしてグラフの横軸は周波数を表す。線４４は、力測定装置３２、軸受ハウジング３４、及びローター３６において測定された力の全てを含む。これらの振動力は、一般により高い周波数において発生し、そして異なったタイヤ構造を比較するために測定することが必要なタイヤ２２の高周波共振をマスキングするであろう。
【００１３】
本システムにおいては、ステーション１０は、測定装置３２、軸受ハウジング３４、及びローター３６の力の測定し、かつ力の計算中のこれらの力を確認するように構成される。従って、このシステムは、試験手順中にタイヤ２２により作られ伝達された力だけを産み出す。これらの力は、従来は振動力により隠されたタイヤ２２に生ずる高周波共振を含む。
【００１４】
ステーション１０は、測定装置３２、軸受ハウジング３４、及びローター３６の運動により作られそしてこれらにより伝達された内力を測定するように設計された力測定システムを備える。図示された本発明の実施例においては、４個の加速度計５０_Ｋ，_Ｂ，_Ｒが、測定装置３２、軸受ハウジング３４、及びローター３６の各と接続され、各構成要素の近くに配置された４点の加速度を測定する。これら測定値は、構成要素の重心における力及びモーメントを計算するために、構成要素の質量と組み合わせられる。これらの力及びモーメントは、試験手順中に試験ステーションの力を計算するために、測定された全ての力及びモーメントと組み合わせられる。図４は、本発明の方法により測定されたタイヤ２２の力を表す線５２を示す。縦軸は対数目盛りであり線４４上のある点の値は線５２と１０倍異なることに注意すべきである。図４において、測定されたタイヤは、２００から３００Ｈｚの間の知られた音響空洞共振を持つ。これらの共振は、ステーション１０により測定され、かつ番号５４により識別される。
【００１５】
各構成要素の力及びモーメントは、各構成要素の重心の加速度の測定により計算される。このとき、重心における力の成分を計算するために、加速度と構成要素の質量とが掛け算される。次いで、力の成分は各構成要素のモーメントを計算するために使用される。重心の加速度は、各構成要素に、その構成要素の重心に関して既知の位置に加速度計を取り付けることにより測定される。
【００１６】
本発明の一実施例においては、加速度計５０は、ステーション１０の各構成要素のまわりに等間隔位置に配置される。加速度計５０は、図５に示されたモデルにおいて示されるように９０゜の間隔を空け、或いはステーション１０のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って置かれる。加速度計５０_Ｋ１，_Ｋ２，_Ｋ３，_Ｋ４は、力測定装置３２の外面上に配置することができる。各加速度計５０_Ｋは、適切な接続具によりコンピューター２４と通信する。加速度計５０_Ｂ１，_Ｂ２，_{Ｂ３．Ｂ４}は、軸受ハウジング３４の外面に配置され、そして適切な接続具によりコンピューター２４と通信する。加速度５０_Ｒ１，_Ｒ２，_Ｒ３，_Ｒ４は、ローター３６の内面に配置され、そして適切な接続具によりコンピューター２４と通信する。試験ステーション構成要素の重心に関する各加速度計５０の位置は既知であり、従って加速度計により記録された加速度成分は、これを重心における力の成分の計算に使うことができる。
【００１７】
コンピューター２４と加速度計５０_Ｒとの間の接続を混乱させることなく加速度計５０_Ｒがローターと共に回転できるように、ローター３６と軸受ハウジング３４との間にスリップリング６０を置くことができる。スリップリング６０は、ミシガン州Ｃｈａｒｌｅｖｏｉｘのミシガン・サイエンティフィックにより提供されるスリップリングとすることができる。スリップリング６０は、タイヤ２２のローター３６への迅速な着脱を許し、このため本発明の試験手順は従来技術の試験手順よりも長い時間は全く必要でない。本発明の別の実施例においては、スリップリング６０は、これをローター３６の外側に置くことができる。この実施例では、スリップリングは、タイヤ２２を着脱できるように部分的に分解できなければならない。
【００１８】
各加速度計５０は、重心５４_Ｋ，_Ｂ，_Ｒにおける加速度の成分を、全ての加速度計５０_Ｋ，_Ｂ，_Ｒにおける加速度の成分を加算することにより計算できるように重心５４_Ｋ，_Ｂ，_Ｒからの既知の方向５２_Ｋ，_Ｂ，_Ｒに位置決めされる。本発明の一実施例においては、加速度計５０_Ｋ，_Ｂ，_Ｒは、試験手順中、６２５０Ｈｚでサンプリングされる。次いで、加速度成分Ａ_Ｘ，_Ｙ，_Ｚが、構成要素の質量と掛け算されて、重心５４_Ｋ，_Ｂ，_Ｒに作用する力の成分Ｆ_Ｘ，_Ｙ，_Ｚが得られる。これら力の測定値は、時間定義域データについてフーリエ変換を行うことにより周波数定義域に変換される。
【００１９】
これらの力の測定値は、試験ステーションの構成要素により作られるモーメントを決定するためにも使用される。本発明の一実施例においては、ｙモーメント成分は無視し得ると考えられ、最終計算においては考慮されない。ｙ方向のモーメントは軸受により作られるモーメントがあるだけであり、これは無視できることが見いだされた。総合モーメント測定値は以下のモーメントの和を含む。即ち、（１）力測定装置３２のモーメント、（２）装置３２のモーメントを作る力とモーメントの総和の点までの距離とのクロス乗積、（３）角加速度による内部モーメント、及び（４）支持している機械の質量の平行移動の加速度による内部モーメント。ジャイロモーメントの項も僅かであり、従って無視される。これらモーメントの和は一緒に加算され、そして力測定装置３２により測定されたモーメントの代わりに使用される。
【００２０】
試験ステーション構成要素の測定された力及びモーメントは、タイヤの力及びモーメントを求めるために力測定値の総計に加えられる。試験ステーション構成要素の力の加算は、試験ステーションの力の位相又は符号の理由でタイヤの力を産み出す。これらの力の位相又は符号は、希望の試験結果をもたらす全測定値から無くさせる。
【００２１】
以上の説明において、幾つかの用語が、簡便、明快、及び理解のために使用された。かかる用語は、説明のためのものであり広く解釈し得ることが意図されるため、これらから従来技術の要求を越えた不必要な限定を意味するものではない。
【００２２】
更に、本発明の説明及び図解は例示の方法によるものであり、本発明の範囲は図示され説明されたそのものには限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるタイヤの力の測定システムの正面図である。
【図２】
図１のシステムの側面図である。
【図３】
ローター及び軸受ハウジングが断面で示された図２と同様な図である。
【図４】
本発明の結果と比較した従来技術システムの結果を示しているグラフである。
【図５】
力の方程式をいかに開発するかを示しているシステムのモデルである。
【図６】
モーメントの方程式をいかに開発するかを示しているシステムのモデルである。

Claims (20)

1. タイヤの力の測定装置であって、
   ベース、
   記録装置、
   ベースに連結された力測定装置、
   力測定装置に連結された軸受ハウジング、
   軸受ハウジングに回転可能に連結されたローターであって、ホイール及びタイヤ組立体を保持するようにされた前記ローター、
   ローターに取り付けられた少なくも１個の加速度計であって、記録装置と通信する前記加速度計、及び
   ローター及び軸受ハウジングに連結されたスリップリングであって、
   加速度計と記録装置との間の通信の一部を提供している前記スリップリング
   を備えた装置。
2. ローターに４個の加速度計が取り付けられた請求項１の装置。
3. ４個の加速度計が９０゜間隔に置かれた請求項２の装置。
4. 軸受ハウジングに取り付けられた少なくも１個の加速度計を備えた請求項１の装置。
5. ４個の加速度計が軸受ハウジングに取り付けられた請求項４の装置。
6. ４個の加速度計が９０゜間隔に置かれた請求項５の装置。
7. 力測定装置に取り付けられた少なくも１個の加速度計を更に備えた請求項１の装置。
8. ４個の加速度計が力測定装置に取り付けられた請求項７の装置。
9. ４個の加速度計が９０゜間隔に置かれた請求項８の装置。
10. ローターを回転させるための手段を更に備えた請求項１の装置。
11. 加速度計により測定された加速度を読み取り、そしてローターの力を計算するための手段を更に備えた請求項１０の装置。
12. スリップリングが、ローターと共に動く第１の部分、及び軸受ハウジングに連結された第２の部分を有する請求項１の装置。
13. スリップリングが、ローターと軸受ハウジングとの組合せにより囲まれた請求項１２の装置。
14. タイヤの力を測定する方法であって、
    ベース、力測定装置、軸受ハウジング、及びローターを有する試験ステーションにタイヤを取り付け、
    タイヤを回転させ、そして力測定装置によりタイヤの力を測定し、
    少なくもローターの力を計算し、そして
    ローターについて計算された力を、力測定装置により測定されたタイヤの力に加える
    諸段階を含む方法。
15. 少なくも軸受ハウジングの力を計算し、そして軸受ハウジングについて計算された力を、力測定装置により測定されたタイヤの力に加える諸段階を更に含む請求項１４の方法。
16. 少なくも力測定装置の力を計算し、そして力測定装置について計算された力を、力測定装置により測定されたタイヤの力に加える諸段階を更に含む請求項１５の方法。
17. ４個の加速度計を有するローターを準備する段階を更に含む請求項１４の方法。
18. ４個の加速度計を有する軸受ハウジングを準備する段階を更に含む請求項１７の方法。
19. ４個の加速度計を有する力測定装置を準備する段階を更に含む請求項１８の方法。
20. 実質的にタイヤの力のみを産み出すために、ローターについて計算された力を力測定装置により測定されたタイヤの力に加える段階が、測定された全部の力からローターについて測定された力を実質的に除く請求項１４の方法。

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