JP2011127953A - タイヤ試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ損失測定の信頼性を向上する。
【解決手段】タイヤ５０の回転軸に連結したタイヤモータ１８、タイヤの回転軸に加わるトルクを検出するタイヤ軸トルク計１５、タイヤ５０が圧接されるローラ２、ローラ２の回転軸に連結したローラモータ８、ローラ２の回転軸に加わるトルクを検出するローラ軸トルク計５を設ける。タイヤ軸トルク計１５で測定したトルクを加味して求めたタイヤ５０の仕事率の差分と、ローラ軸トルク計５で測定したトルクを加味して求めたローラ２の仕事率の差分より仕事率のタイヤ損失を測定する。
【選択図】図１

Description

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。

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）。

また、タイヤ試験装置としては、ローラを回転する第１のモータと、タイヤを回転する第２のモータを備え、第１のモータと第２のモータを制御して、ローラの周面に圧接させたタイヤを、当該タイヤに制動力または駆動力を与えながら回転させることにより、タイヤのトレッドスプライス部の接着性を評価する装置も知られている（特許文献２）。

特開２００４-００４５９８号公報 特開２００８-２４１５８９号公報

上述した特許文献１のようなタイヤ試験装置によれば、タイヤに任意の負荷を与えた状態でタイヤの転がり抵抗を測定することができない。また、タイヤに負荷を与えた状態では、タイヤのスピンドルに加わるトルクを検出するロードセルのみによっては、転がり抵抗による成分と、タイヤに与えた負荷による成分を分離できないため、正しく転がり抵抗を測定することができない。よって、このようなタイヤ試験装置では、実際の走行状態を模擬した状況下において、転がり抵抗を充分に信頼性高く測定することができない。

また、仕事のタイヤにおける損失は、自動車の燃費性能、環境性能分に直接関わるものであるが、上述したタイヤ試験装置によれば、この仕事のタイヤにおける損失を直接測定することができない。
このため、従来は、仕事のタイヤにおける損失を、上述した特許文献１のようなタイヤ試験装置等により測定したタイヤの転がり抵抗より推定等するより他なく、仕事のタイヤにおける損失を信頼性高く算定することができなかった。
そこで、本発明は、タイヤにおける損失を、より信頼性高く測定することを課題とする。

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、前記タイヤの回転軸に連結したタイヤモータと、前記タイヤの前記回転軸に加わるトルクを検出するタイヤトルク検出部と、前記ローラの回転軸に連結したローラモータと、前記ローラの前記回転軸に加わるトルクを検出するローラトルク検出部と、前記タイヤモータの発生トルクと、前記ローラモータの発生トルクを制御するモータ制御部と、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクと、前記ローラトルク検出部が検出したトルクとに少なくとも基づいて、前記タイヤの特性を測定する測定部とを備えたものである。

このようなタイヤ試験装置によれば、タイヤの回転軸に連結したタイヤモータと、ローラの回転軸に連結したローラモータとを備えているので、これらモータの発生トルクを制御することにより、任意の負荷をタイヤに与えた状態で、その試験を行うことができる。
すなわち、たとえば、前記モータ制御部において、前記タイヤを装着した車が実走行した場合に当該タイヤに加わると推定される前記車の走行抵抗相当の負荷がタイヤに加わるように、前記ローラの回転速度に応じて、前記ローラモータの発生トルクを制御することにより、実走行時の車の走行抵抗を模擬する負荷をタイヤに与えながら試験を行うことができるようになる。

また、このようなタイヤ試験装置によれば、前記タイヤの前記回転軸に加わるトルクを検出する前記タイヤトルク検出部と、前記ローラの前記回転軸に加わるトルクを検出する前記ローラトルク検出部とを備えているので、これら検出部で検出したトルクに基づいて、ローラから任意の負荷がタイヤに加えられている状態においても、タイヤの損失による成分と、ローラからタイヤに加えられている成分とを分離して、前記タイヤの特性を信頼性高く測定することができるようになる。

すなわち、このようなタイヤ試験装置において、タイヤにおいて損失する仕事率を測定する場合には、前記タイヤの回転速度を検出するタイヤ回転計と、前記ローラの回転速度を検出するローラ回転計とを備え、前記測定部において、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記タイヤのトルクと、前記タイヤ回転計が検出した前記タイヤの回転速度より求まるタイヤの角速度とを乗算して求めた前記タイヤの仕事率と、前記ローラトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記ローラのトルクと、前記ローラ回転計が検出した前記ローラの回転速度より求まるローラの角速度とを乗算して求めた前記ローラの仕事率との差を、タイヤにおいて損失する仕事率として測定するようにすることができる。

また、このようなタイヤ試験装置において、さらに、前記測定部において、前記タイヤの仕事率を積分して得られる前記タイヤの仕事量と、前記ローラの仕事率を積分して得られる前記ローラの仕事量との差を、タイヤにおいて損失する仕事量として測定するようにすることもできる。

また、以上のようなタイヤ試験装置において、タイヤの損失抵抗または転がり摩擦抵抗を測定する場合には、前記測定部において、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記タイヤのトルクと前記タイヤの半径とから求まる当該タイヤの周面において働く力と、前記ローラトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記ローラのトルクと前記ローラの半径とから求まる当該ローラの周面において働く力との差を、前記タイヤの損失抵抗または転がり摩擦抵抗として算出するようにすればよい。
また、以上のようなタイヤ試験装置において、タイヤの転がり摩擦抵抗係数を算出する場合には、前記測定部において、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記タイヤのトルクと前記タイヤの半径とから求まる当該タイヤの周面において働く力と、前記ローラトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記ローラのトルクと前記ローラの半径とから求まる当該ローラの周面において働く力との差を、前記タイヤの前記ローラに対する荷重で除算して、前記タイヤの転がり摩擦抵抗係数を算出するようにすればよい。

なお、以上の各タイヤ試験装置において、前記測定部は、前記タイヤのトルクを、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクと、前記タイヤの寄生トルクと、前記タイヤ回転計が検出した前記タイヤの回転速度より求まる前記タイヤの角加速度と前記タイヤの慣性モーメントとより算出される前記タイヤの回転慣性トルクとを加算して求め、前記ローラのトルクを、前記ローラトルク検出部が検出したトルクと、前記ローラの寄生トルクと、前記ローラ回転計が検出した前記ローラの回転速度より求まる前記ローラの角加速度と前記ローラの慣性モーメントとより算出される前記ローラの回転慣性トルクとを加算して求めるようにしてよい。

また、以上の各タイヤ試験装置において、前記タイヤトルク検出部を、前記タイヤの回転軸に加わる捻り方向のトルクを検出する第１の軸トルク計を用いて構成し、前記ローラトルク検出部は、前記ローラの回転軸に加わる捻り方向のトルクを検出する第２の軸トルク計を用いて構成するようにしてもよい。

以上のように本発明によれば、タイヤにおける損失を、より信頼性高く測定することができるようになる。

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。 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。 本発明の実施形態に係るタイヤ特性の算出に用いるパラメータを示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａ１-ａ４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１ａ４はタイヤ試験装置の斜視図であり、図１ａ４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の角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。

また、タイヤ試験装置は、ベース１に対して前後に移動可能に、二本のガイドシャフト１１により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の角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。

また、タイヤ試験装置は、図１ｂに示すように、ベース１の内部にアクチュエータ２１を備えており、アクチュエータ２１で、ステージ１２の下部を押し引きすることにより、ステージ１２をベース１に対して前後方向に移動したり、タイヤ５０の周面をローラ２の周面に任意の力で押しつけて圧接することができるようになっている。

ここで、このような構成によれば、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。
さて、このようなローラモータ８やタイヤモータ１８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。
図２に、この制御部の構成を示す。
図示するように、制御部は、回転数算出部１０１、タイヤトルクＰＩ制御部１０２、負荷算出部１０３、ローラトルクＰＩ制御部１０４、タイヤ特性算出部１０５とを備えている。
ここで、回転数算出部１０１は、各時点において、予め定めた車速のスケジュール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の角速度に換算し目標角速度として出力する。タイヤトルクＰＩ制御部１０２は、回転数算出部１０１が出力した目標角速度と、タイヤ回転計１６で計測した現在のタイヤ５０の角速度ωtrとの偏差が無くなるように、PI制御もしくはPID制御によって、タイヤモータ１８の発生トルクを制御する。

負荷算出部１０３は、ローラ回転計６で計測した現在のローラ２の角速度ωdyや角速度ωdyの変化より求まる角加速度に基づいて、タイヤ５０を使用する車両として仮想した仮想車両の、空気抵抗等の各種抵抗を含んだ走行抵抗を目標負荷として算出する。そして、ローラトルクＰＩ制御部１０４は、負荷算出部１０３が算出した目標負荷と、ローラ軸トルク計５が検出したトルクTdyより求まる現在ローラがタイヤ５０に与えている負荷との偏差が無くなるように、PI制御もしくはPID制御によって、ローラモータ８の発生トルクを制御する。なお、車の空気抵抗相当分の負荷Raは、当該試験において、タイヤ５０が使用されると想定した車の前面投影面積をＳ、空気抵抗係数をCd、空気密度をｐとして、車速Vに対して、
Ra = (Cd×p/2)×S×V2として求める。

また、ローラ２の角速度ωdyとローラ２の半径より求まるローラ２の周速度を車速Vとすることにより求める。
次に、タイヤ特性算出部１０５は、以下のようにして、タイヤ５０の損失抵抗/転がり摩擦抵抗、タイヤ５０の転がり摩擦係数、タイヤ５０の損失仕事率、タイヤ５０の損失仕事量を算出する。
ここで、図３に示すように、ローラ軸トルク計５が検出したトルクが表すタイヤ５０によってローラ２に与えられているトルクをTdy、ローラの軸受の転がり抵抗やローラの風損抵抗などの、ローラ軸トルク計５で計測できない潜在的なトルクの損失である寄生トルクをTpldy、ローラ２の慣性モーメントをIdy、ローラ回転計６で計測した現在のローラ２の角速度をωdy、ローラ２の角速度ωdyより求まるローラ２の角加速度をδdy、ローラ２の半径をRdyとする。

また、タイヤ軸トルク計１５が検出したトルクが表すローラ２によってタイヤ５０に与えられているトルクをTtr、タイヤの軸受の転がり抵抗やタイヤの風損抵抗などの、タイヤ軸トルク計１５で計測できない潜在的なトルクの損失である寄生トルクをTpltr、タイヤ５０の慣性モーメントをItr、タイヤ回転計１６で計測した現在のタイヤ５０の角速度をωtr、タイヤ５０の角速度ωtrより求まるタイヤ５０の角加速度をδtr、タイヤ５０の半径をRtrとする。

また、アクチュエータ２１のステージ１２のローラ２方向への押圧力より求まる、タイヤ５０のローラ２に対する荷重をLmとする。
この場合、ローラ２の全体のトルクTttldyは、トルクTdyとトルクTpldyと、ローラ２の回転慣性トルクIdy×δdyの和となり、タイヤ５０の全体のトルクTttltrは、トルクTtrとトルクTpltrと、タイヤ５０の回転慣性トルクItr×δtrの和となる。
よって、ローラ２のトルクTttldyを、ローラ２とタイヤ５０の接点において接線方向に働く力Fdyに換算すると、
Fdy= (Tdy+Tpldy+Idy×δdy)/Rdyとなり、
タイヤ５０のトルクTttltrを、タイヤ５０とローラ２の接点において接線方向に働く力Ftrに換算すると、
Ftr= (Ttr+Tpltr+Itr×δtr)/Rtrとなる。

そして、Fdyはローラ２がタイヤ５０から吸収する力と考えられ、タイヤ損失がなければFdyとFtrは一致することになるので、タイヤ特性算出部１０５は、タイヤ５０の損失抵抗/転がり抵抗Frを
Fr=Ftr-Fdyによって求める。
また、タイヤ５０の転がり抵抗係数Crを、
Cr= Fr/Lmによって求める。
次に、ローラ２の仕事率Pdyは、ローラ２のトルクTttldyとローラ２の角速度ωdyの積により求まり、タイヤ５０の仕事率Ptrは、タイヤ５０のトルクTttltrとタイヤ５０の角速度ωtrの積により求まるので、各仕事率は、
Pdy= (Tdy+Tpldy+Idy×δdy)×ωdy
Ptr= (Ttr+Tpltr+Itr×δtr)×ωtr
となる。
なお、PdyをFdyによる仕事の仕事率Fdy×Rdy×ωdy、PtrをFtrによる仕事の仕事率Ftr×Rtr×ωtrと捉えても同じであり、
Pdy= (Tdy+Tpldy+Idy×δdy)×ωdy
Ptr= (Ttr+Tpltr+Itr×δtr)×ωtr
と同じ式となる。

そして、タイヤ損失がなければPdyとPtrは一致するので、タイヤ特性算出部１０５は、タイヤ５０の損失仕事率Prを、
Pr=Ptr-Pdyによって求める。
次に、ローラ２の仕事量Wdyは、ローラ２の仕事率Pdyの積分値として求まり、タイヤ５０の仕事量Wtrはタイヤ５０の仕事率Ptrの積分値として求まるので、
Wdy=∫Pdy
Wtr=∫Ptr
となる。

そこで、タイヤ特性算出部１０５は、タイヤ５０の損失仕事量Wrを
Wr=Wtr-Wdyによって求める。
以上、本発明の実施形態について説明した。
以上のように、本実施形態によれば、実走行を模擬した負荷をタイヤ５０に与えながら、タイヤ５０の各損失を、より信頼性高く測定することができる。

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、２１…アクチュエータ、５０…タイヤ、１０１…回転数算出部、１０２…タイヤトルクＰＩ制御部、１０３…負荷算出部、１０４…ローラトルクＰＩ制御部、１０５…タイヤ特性算出部。

Claims (9)

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、
   前記タイヤの回転軸に連結したタイヤモータと、
   前記タイヤの前記回転軸に加わるトルクを検出するタイヤトルク検出部と、
   前記ローラの回転軸に連結したローラモータと、
   前記ローラの前記回転軸に加わるトルクを検出するローラトルク検出部と、
   前記タイヤモータの発生トルクと、前記ローラモータの発生トルクを制御するモータ制御部と、
   前記タイヤトルク検出部が検出したトルクと、前記ローラトルク検出部が検出したトルクとに少なくとも基づいて、前記タイヤの特性を測定する測定部とを有することを特徴とするタイヤ試験装置
   
2. 請求項１記載のタイヤ試験装置であって、
   前記タイヤの回転速度を検出するタイヤ回転計と、
   前記ローラの回転速度を検出するローラ回転計とを備え、
   前記測定部は、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記タイヤのトルクと、前記タイヤ回転計が検出した前記タイヤの回転速度より求まるタイヤの角速度とを乗算して求めた前記タイヤの仕事率と、前記ローラトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記ローラのトルクと、前記ローラ回転計が検出した前記ローラの回転速度より求まるローラの角速度とを乗算して求めた前記ローラの仕事率との差を、タイヤにおいて損失する仕事率として測定することを特徴とするタイヤ試験装置。
   
3. 請求項２記載のタイヤ試験装置であって、
   前記測定部は、
   前記タイヤのトルクを、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクと、前記タイヤの寄生トルクと、前記タイヤ回転計が検出した前記タイヤの回転速度より求まる前記タイヤの角加速度と前記タイヤの慣性モーメントとより算出される前記タイヤの回転慣性トルクとを加算して求め、
   前記ローラのトルクを、前記ローラトルク検出部が検出したトルクと、前記ローラの寄生トルクと、前記ローラ回転計が検出した前記ローラの回転速度より求まる前記ローラの角加速度と前記ローラの慣性モーメントとより算出される前記ローラの回転慣性トルクとを加算して求めることを特徴とするタイヤ試験装置。
   
4. 請求項２または３記載のタイヤ試験装置であって、
   前記測定部は、前記タイヤの仕事率を積分して得られる前記タイヤの仕事量と、前記ローラの仕事率を積分して得られる前記ローラの仕事量との差を、タイヤにおいて損失する仕事量として測定することを特徴とするタイヤ試験装置。
   
5. 請求項１記載のタイヤ試験装置であって、
   前記測定部は、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記タイヤのトルクと前記タイヤの半径とから求まる当該タイヤの周面において働く力と、前記ローラトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記ローラのトルクと前記ローラの半径とから求まる当該ローラの周面において働く力との差を、前記タイヤの損失抵抗または転がり摩擦抵抗として算出することを特徴とするタイヤ試験装置。
   
6. 請求項１記載のタイヤ試験装置であって、
   前記測定部は、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記タイヤのトルクと前記タイヤの半径とから求まる当該タイヤの周面において働く力と、前記ローラトルク検出部が検出したトルクの増減分を含むように求めた前記ローラのトルクと前記ローラの半径とから求まる当該ローラの周面において働く力との差を、前記タイヤの前記ローラに対する荷重で除算して、前記タイヤの転がり摩擦抵抗係数を算出することを特徴とするタイヤ試験装置。
   
7. 請求項５または６記載のタイヤ試験装置であって、
   前記タイヤの回転速度を検出するタイヤ回転計と、
   前記ローラの回転速度を検出するローラ回転計とを備え、
   前記測定部は、
   前記タイヤのトルクを、前記タイヤトルク検出部が検出したトルクと、前記タイヤの寄生トルクと、前記タイヤ回転計が検出した前記タイヤの回転速度より求まる前記タイヤの角加速度と前記タイヤの慣性モーメントとより算出される前記タイヤの回転慣性トルクとを加算して求め、
   前記ローラのトルクを、前記ローラトルク検出部が検出したトルクと、前記ローラの寄生トルクと、前記ローラ回転計が検出した前記ローラの回転速度より求まる前記ローラの角加速度と前記ローラの慣性モーメントとより算出される前記ローラの回転慣性トルクとを加算して求めることを特徴とするタイヤ試験装置。
   
8. 請求項１、２、３、４、５、６または７記載のタイヤ試験装置であって、
   前記モータ制御部は、前記タイヤを装着した車が実走行した場合に当該タイヤに加わると推定される走行負荷が前記タイヤに加わるように、前記ローラの回転速度に応じて、前記ローラモータの発生トルクを制御することを特徴とするタイヤ試験装置。
   
9. 請求項１、２、３、４、５、６または７記載のタイヤ試験装置であって、
   前記タイヤトルク検出部は、前記タイヤの前記回転軸に加わる捻り方向のトルクを検出する第１の軸トルク計を用いて構成され、
   前記ローラトルク検出部は、前記ローラの前記回転軸に加わる捻り方向のトルクを検出する第２の軸トルク計を用いて構成されることを特徴とするタイヤ試験装置。