JP2006292547A - タイヤ振動特性測定方法、及びタイヤの振動特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加振状態におけるタイヤのバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを容易に測定する。
【解決手段】 タイヤ支持部を有するタイヤ支持具にタイヤを支持させるとともに、押し板と、該押し板をタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向に往復動させ加振しうる加振手段とからなる加振具の前記押し板にタイヤを接地させる。又前記加振手段によりタイヤを加振するとともに、前記押し板の変位のデータと、前記タイヤ支持部に作用するタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向の軸力のデータとから、加振状態のバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを演算する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、加振状態のタイヤのバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを測定するタイヤ振動特性測定方法、及びタイヤの振動特性測定装置に関する。

例えばタイヤの操縦安定性、乗り心地性などのタイヤ特性を評価する手段として、タイヤの縦バネ定数（半径方向のバネ定数）、横バネ定数（タイヤ軸方向のバネ定数）、前後バネ定数（タイヤ周方向のバネ定数）等の静的指標を用いる場合が多い。なお前記縦バネ定数等を測定するタイヤの剛性測定装置としては特許文献１のものがある。

しかしこのような静的指標では、前記タイヤ特性、特に振動を含む乗り心地性を十分評価することが難しく、タイヤの研究開発への大きな妨げとなっている。

そこで近年、特許文献２に記載のように、外周面に突起を設けた回転ドラム上でタイヤを走行させる所謂台上突起乗り越しテストを行い、前記突起を乗り越す際のタイヤ軸力の変化（波形）から得られる周波数特性や減衰性（ダンピング特性）等の動的指標を用いて、乗り心地性を評価することも行われている。しかし斯かる動的指標を用いた場合にも、乗り心地性における例えばゴツゴツ感、ブルブル感等の微妙な感覚を、十分に評価することはできなかった。

このような状況に鑑み本発明者が研究した結果、加振状態におけるタイヤのバネ定数、位相遅れ、減衰係数等の動的指標が、振動を含む乗り心地性との係わり合いが強く、タイヤを研究開発する上で重要であることを究明し得た。

そこで本発明は、加振状態におけるタイヤのバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを容易に測定でき、実車走行により近い状態における乗り心地性等のタイヤ特性の評価、或いは比較を便宜に行うことを可能とし、タイヤの研究開発の促進に貢献しうるタイヤ振動特性測定方法、及びタイヤの振動特性測定装置を提供することを目的としている。

特許第２６５２１７７号公報 特開２００４−３４０８２３号公報

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、タイヤのバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを加振状態において測定するタイヤの振動特性測定方法であって、
タイヤ支持部を有するタイヤ支持具にタイヤを支持させるとともに、
押し板と、該押し板をタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向に往復動させ加振しうる加振手段とからなる加振具の前記押し板にタイヤを接地させ、
かつ前記加振手段によりタイヤを加振するとともに、前記押し板の変位のデータと、前記タイヤ支持部に作用するタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向の軸力のデータとから、加振状態のバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを演算することを特徴としている。

又請求項２の発明は、タイヤのバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを加振状態において測定するタイヤの振動特性測定装置であって、
タイヤを支持するタイヤ支持部を有するタイヤ支持具、
該タイヤ支持具に支持されたタイヤのトレッドに接地させる受面部を有する押し板と、該押し板をタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向に往復動させ加振しうる加振手段とからなる加振具、
前記押し板の変位を測定する第１のセンサーと、前記タイヤ支持部に作用するタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向の軸力を測定する第２のセンサーとを含むセンサー手段、
及び前記センサー手段の出力を演算して加振状態のバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを演算する演算手段を具えることを特徴としている。

本発明は叙上の如く構成しているため、加振状態におけるタイヤのバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを容易に測定することができる。そのため、実車走行により近い状態における乗り心地性等のタイヤ特性の評価、或いは比較を便宜に行うことが可能となり、タイヤの研究開発の促進に貢献できる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１は、本発明のタイヤの振動特性測定方法を実施するための振動特性測定装置の一例を示す側面図、図２はその装置を概念的に示す概念図である。
図１，２において、前記振動特性測定装置１（以下単に測定装置１という場合がある）は、タイヤ２を支持するタイヤ支持具３、前記タイヤ２のトレッド２ｔに接地する押し板４を有しかつ該押し板４を加振させる加振具５、加振状態における前記押し板４の変位とタイヤ２の軸力Ｆとを測定するセンサー手段６、及び前記センサー手段６の出力を演算して加振状態のバネ定数Ｋ、位相遅れΘ、減衰係数ζの少なくとも一つを演算する演算手段７を含んで構成される。

前記タイヤ支持具３は、本例では、基台８から立設するフレーム９に昇降手段１０を介して上下移動自在に保持される昇降台１１と、この昇降台１１に取り付き前記タイヤ２を支持するタイヤ支持部１２とを具える。

前記昇降手段１０は、図３にその一例を示すように、前記フレーム９に配される縦のガイド部１０Ａと、前記昇降台１１に取り付きかつ前記縦のガイド部１０Ａに案内されて上下に摺動しうる直線軸受け部１０Ｂとを具える。なお縦のガイド部１０Ａは、本例では、前記フレーム９の前面に配される一対の案内レールと、フレーム９の両外側に配される一対の案内軸とからなる場合を例示する。又直線軸受け部１０Ｂは、前記案内レールに係合する軸受け溝部と、案内軸に係合する軸受け孔部とからなる。又昇降手段１０には、前記縦のガイド部１０Ａと平行かつフレーム９に支持される回転自在なネジ軸１３を含み、このネジ軸１３は前記昇降台１１に設けるネジ孔と螺合する。従って、モータ（図示しない）によるネジ軸１３の回転制御により、前記昇降台１１を自在に昇降移動できる。

又前記タイヤ支持部１２は、前記昇降台１１に内端部が強固に固定されて水平にのびるタイヤ支持軸１５を具える。このタイヤ支持軸１５の外端部には、測定対象である前記タイヤ２にリム組みされたリムホイール１４（図１に示す）を着脱自在に取り付ける例えばホイールボルト等を突設したタイヤ取付け部１５Ｅを形成している。

次に、前記加振具５は、図１，４に示すように、前記タイヤ２のトレッド２ｔが接地する受面部４Ｓを有する押し板４と、該押し板４をタイヤ半径方向ｚ、タイヤ軸方向ｘ、又はタイヤ周方向ｙに往復動させて加振しうる加振手段１６とを具える。

この加振具５は、本例では、前記基台８に水平支持される基板１７を有し、この基板１７は、例えば前記基台８から立設する案内ピン１８によって、上下に水平移動可能に支持される。なおこの基台８の水平移動距離は、タイヤ半径方向ｚの加振の最大ストローク巾（本例では５０．８ｍｍ）よりも大であることが必要である。又前記基台８上には、支持部材１９を介して前記押し板４を水平な二次元方向に位置ずれ自在に支持している。前記位置ずれの量は、タイヤ軸方向ｘ、タイヤ周方向ｙの加振の最大ストローク巾（本例では２５．４ｍｍ）よりも大であることが必要である。なお支持部材１９として、本例では、積層ゴムアイソレータを使用している。この積層ゴムアイソレータは、周知の如く、薄いゴムシートと鋼板等の薄い硬板を交互に積層し接着したもので、上下方向の荷重に対しては、ゴムが横に広がって縮もうとするのを硬板が拘束するため上下変形を抑えることができ、水平な二次元方向の力に対しては柔らかくかつ大きく変形することができる。従って、押し板４を水平な二次元方向に位置ずれ自在に支持しうる。なお支持部材１９として、複数のボールを用いることもできる。

又前記押し板４は、その上面に、タイヤトレッド２ｔと接地しうる受面部４Ｓを具える。この受面部４Ｓは、本例では、凹凸を有する非平滑面から形成される。

前記受面部４Ｓを非平滑面とする理由は、実車走行に近い条件でタイヤの振動特性を調べるためである。例えば、タイヤの接地面形状は、タイヤの種類によっても相違するが、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように路面が平滑面である場合と非平滑面である場合とでも大きく相違する。なお図５（Ｂ）は、路面に５mm×５mmの矩形断面の突起がある場合の接地面形状を例示したものであり、平滑面の場合と接地面形状が大きく変化しているのが確認できる。従って、実車走行における乗り心地性、特に路面からの衝撃に対する振動特性を評価する場合、前記受面部４Ｓに衝撃原因となる凹凸を設けて接地面形状を違えておくことが、実車との相関の高い有効なデータを取得する上で好ましい。

なお前記凹凸として、例えば前記の如き矩形断面の突起を採用することもできる。しかし、実車との相関をより高めるために、実際の路面を型取りしてなるレプリカ路面を、前記受面部４Ｓとすることがより好ましい。なお実際の路面の型取りとしては、振動原因となる高速道路の継ぎ目や、橋梁の継ぎ目を型取りするのが好ましく、図６（Ａ）〜（Ｃ）には、前記継ぎ目を型取りしてなる受面部４Ｓ（レプリカ路面）の凹凸形状の一例を図示している。他に、細かな凹凸のあるアスファルト路面を型取りしたような実路レプリカ路面のごとき実施態様も考えられる。

又前記測定装置１では、前記凹凸形状を違えた複数種類の受面部４Ｓを標準化して準備し、これら受面部取替手段２０により取替え自在に構成するのが好ましい。本例では、前記押し板４を、基板４Ａと、前記受面部４Ｓを有する受面板４Ｂとから形成し、ボルトやネジなどの周知の固定金具を用いて前記受面板４Ｂを基板４Ａに取替え自在に取り付けている。

又前記加振手段１６は、図１、２、４に示すように、タイヤ半径方向ｚに前記押し板４を往復動させる上下用加振機１６Ｚ、タイヤ軸方向ｘに前記押し板４を往復動させる横方向加振機１６Ｘ、及びタイヤ周方向ｙに前記押し板４を往復動させる周方向加振機１６Ｙを具える。前記上下用加振機１６Ｚは、本例では、例えば最大加振力５０００ｋｇｆ、最大ストローク巾±２５．４mm、周波数０〜２００Hzの大型の油圧加振機であって、前記基台８に縦向きに固定されるとともに、そのアクチェータは前記基板１７の底面に連結される。又横方向加振機１６Ｘ及び周方向加振機１６Ｙは、例えば最大加振力６３０ｋｇｆ、最大ストローク巾±１２．７mm、周波数０〜２００Hzの小型の油圧加振機であって、それぞれ前記基板１７の側面から立ち上がる側板部１７Ａに横向きに固定されるとともに、そのアクチェータは前記押し板４の側面に連結される。

従って前記測定装置１は、タイヤ支持具３の昇降台１１を下降させることにより、前記タイヤ支持部１２に固定したタイヤ２を、所定の接地荷重を有して前記受面部４Ｓに接地させることができる。そして、前記上下用加振機１６Ｚを作動させることにより、基板１７、支持部材１９、押し板４をへてタイヤ２をタイヤ半径方向ｚに加振することができる。この加振中における前記基板１７と押し板４との水平方向の位置ずれは、本例では、例えば位置ずれ防止ピン２１（図４に示す）等を用いた位置ずれ防止手段によって防止される。

又前記上下用加振機１６Ｚに代えて横方向加振機１６Ｘを作動させることにより、タイヤ２をタイヤ軸方向ｘに加振することができ、又上下用加振機１６Ｚに代えて周方向加振機１６Ｙを作動させることにより、タイヤ２をタイヤ周方向ｙに加振することができる。この加振では、前記位置ずれ防止手段は解除されている。

次に、前記センサー手段６は、図１、２に示すように、前記加振による押し板４の変位Δを測定する第１のセンサー２３と、前記タイヤ支持部１２に作用する軸力Ｆを測定する第２のセンサー２４とを含み、前記第１のセンサー２３は、押し板４のタイヤ軸方向ｘ、タイヤ周方向ｙ、タイヤ半径方向ｚの変位Δｘ、Δｙ、Δｚの少なくとも一つ、本例では各変位Δｘ、Δｙ、Δｚを測定できる。又第２のセンサー２４は、タイヤ支持部１２に作用するタイヤ軸方向ｘ、タイヤ周方向ｙ、タイヤ半径方向ｚの軸力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの少なくとも一つ、本例では各軸力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを測定できる。なお第２のセンサー２４として３軸ロードセル、ホール型６分力計などが好適に使用できる。

次に、前記演算手段７は、前記第１、第２のセンサー２３、２４の出力、即ち変位Δ、軸力Ｆを演算して加振状態のバネ定数Ｋ、位相遅れΘ、減衰係数ζの少なくとも一つを演算する。

ここで、タイヤ周方向ｙの加振によって得られたタイヤ周方向ｙの変位Δｙと軸力Ｆｙとから、タイヤ周方向ｙのバネ定数Ｋｙ、位相遅れΘｙ、減衰係数ζｙを求める場合を説明する。図７に示すように、変位Δｙと軸力Ｆｙとは、同一の周波数ｆ（加振の周波数ｆと一致）の波形を有し、かつ該波形はΘｙの位相遅れを生じていうる。そしてバネ定数Ｋｙ、減衰係数ζｙは、次式（１）、（２）で求められる。
Ｋｙ＝（Ｆyo／Δyo）・ＣｏｓΘｙ −−−（１）
ζｙ＝（１／２πｆ）・（Ｆyo／Δyo）・ＳｉｎΘｙ −−−（２）
式中のΔyoは変位Δｙの振幅、Ｆyoは軸力Ｆｙの振幅、Θｙは前記位相遅れ、ｆは周波数である。

同様にタイヤ軸方向ｘ、タイヤ半径方向ｚに対しても、以下の如く、バネ定数Ｋｘ、Ｋｚ、減衰係数ζｘ、ζｚが求められる。
Ｋｘ＝（Ｆxo／Δxo）・ＣｏｓΘｘ
ζｘ＝（１／２πｆ）・（Ｆxo／Δxo）ｘＳｉｎΘｘ
式中のΔxoは変位Δｘの振幅、Ｆxoは軸力Ｆｘの振幅、Θｘは位相遅れ、ｆは周波数である。
Ｋｚ＝（Ｆzo／Δzo）ｘＣｏｓΘｚ
ζｚ＝（１／２πｆ）ｘ（Ｆzo／Δzo）ｘＳｉｎΘｚ
式中のΔzoは変位Δｚの振幅、Ｆzoは軸力Ｆｚの振幅、Θｚは前記位相遅れ、ｆは周波数である。

そしてこのように求めたバネ定数Ｋ、減衰係数ζである動的指標を用いることにより、実車走行により近い状態における乗り心地性等のタイヤ特性の評価、或いは比較を便宜に行うことが可能となる。

例えば、５〜３５Hzの周波数におけるタイヤ周方向ｙの加振による、タイヤ周方向のバネ定数Ｋｙが、乗り心地性における「ブルブル感」との相関が強く、前記周波数域でのバネ定数Ｋｙが大なタイヤほど、「ブルブル感」が少ないことが判明している。

なお本願の測定装置１，及び測定方法では、ｘ、ｙ、ｚの３方向同時にタイヤを加振し、そのとき測定される変位Δｘ、Δｙ、Δｚ、軸力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚにより、それぞれバネ定数Ｋｘ、Ｋｙ、Ｋｚ、位相遅れΘｘ、Θｙ、Θｚ、減衰係数ζｘ、ζｙ、ζｚを求めても良い。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明に拘わる測定装置、測定方法を用い、タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５ ９１Ｈ，リムサイズ１５×６．５ＪＪの４種類のタイヤＡ〜Ｄのタイヤ周方向のバネ定数Ｋｙ、減衰係数ζｙを測定し、その結果を図８，９に示す。図８は、押し板の受面部が平滑面の場合、図９は受面部に５mm×５mmの矩形状断面を有してタイヤ軸方向にのびる突起が設けられる場合を示す。なお測定は、内圧（２００ｋＰａ）、縦荷重（４．３５ｋＮ）、最大ストローク巾（±１２．７mm）の同一条件で実施した。受面部の凹凸によりバネ定数Ｋｙ、減衰係数ζｙが変化しているのが確認できる。

本発明のタイヤの振動特性測定方法を実施する振動特性測定装置の一実施例を示す側面図である。 前記装置を概念的に示す概念図である。 タイヤ支持具を示す斜視図である。 加振具を示す斜視図である。 （Ａ）は受面部が平滑面の場合の接地面形状、（Ｂ）は受面部に矩形状突起がある場合の接地面形状を示す図面である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、受面部の凹凸形状の一例を示す断面図である。 変位Δと軸力Ｆとの波形の一例を示す図面である。 （Ａ）、（Ｂ）は受面部が平滑面の場合に測定したバネ定数Ｋ、減衰係数ζの値を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は受面部が矩形状突起の場合に測定したバネ定数Ｋ、減衰係数ζの値を示すグラフである。 従来タイヤのトレッドパターンの一例を示す展開図である。

符号の説明

１ 振動特性測定装置
２ タイヤ
３ タイヤ支持具
４ 押し板
４Ｓ 受面部
５ 加振具
６ センサー手段
７ 演算手段
１２ タイヤ支持部
１６ 加振手段
１６Ｘ 横方向加振機
１６Ｙ 周方向加振機
１６Ｚ 上下用加振機
２０ 受面部取替手段
２３ 第１のセンサー
２４ 第２のセンサー
Ｆ 軸力
Ｋ バネ定数
Θ 位相遅れ
ζ 減衰係数
Δ 変位

Claims (6)

1. タイヤのバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを加振状態において測定するタイヤの振動特性測定方法であって、
   タイヤ支持部を有するタイヤ支持具にタイヤを支持させるとともに、
   押し板と、該押し板をタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向に往復動させ加振しうる加振手段とからなる加振具の前記押し板にタイヤを接地させ、
   かつ前記加振手段によりタイヤを加振するとともに、前記押し板の変位のデータと、前記タイヤ支持部に作用するタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向の軸力のデータとから、加振状態のバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを演算することを特徴とするタイヤ振動特性測定方法。
2. タイヤのバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを加振状態において測定するタイヤの振動特性測定装置であって、
   タイヤを支持するタイヤ支持部を有するタイヤ支持具、
   該タイヤ支持具に支持されたタイヤのトレッドに接地させる受面部を有する押し板と、該押し板をタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向に往復動させ加振しうる加振手段とからなる加振具、
   前記押し板の変位を測定する第１のセンサーと、前記タイヤ支持部に作用するタイヤ半径方向、タイヤ軸方向、又はタイヤ周方向の軸力を測定する第２のセンサーとを含むセンサー手段、
   及び前記センサー手段の出力を演算して加振状態のバネ定数、位相遅れ、減衰係数の少なくとも一つを演算する演算手段を具えることを特徴とするタイヤの振動特性測定装置。
3. 前記押し板は、前記受面部が凹凸を有する非平滑面をなすことを特徴とする請求項２記載のタイヤの振動特性測定装置。
4. 前記押し板は、前記受面部を取替えしうる受面部取替手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載のタイヤの振動特性測定装置。
5. 前記加振手段は、タイヤ半径方向に前記押し板を往復動させる上下用加振機、タイヤ軸方向に前記押し板を往復動させる横方向加振機、及びタイヤ周方向に前記押し板を往復動させる周方向加振機を具えることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のタイヤの振動特性測定装置。
6. 前記タイヤ支持具は、前記受面部との間の距離を相対的に調整可能であることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載のタイヤの振動特性測定装置。

Images