JP2012154858A - Method and apparatus for measuring shape of tire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タイヤ形状を計測する方法とその装置に関するもので、特に、路面との接地境界面を中心とするタイヤ形状の計測に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a tire shape, and more particularly to measurement of a tire shape centering on a contact boundary surface with a road surface.
従来、タイヤの接地面近傍の形状を測定する方法として、タイヤのトレッド面を台座上に接地させて、タイヤの側面または前後方向からレーザー変位計によりトレッドの溝形状を検出する方法(例えば、特許文献1参照)や、タイヤを透明な強化ガラス板の上面に押し付けるとともに強化ガラス板の下面側から光を照射し、強化ガラス板の上面で全反射された光の反射光量から強化ガラス板に作用するタイヤの圧力分布を求めてタイヤの接地面形状を推定する方法(例えば、特許文献2参照)、あるいは、タイヤのトレッドパターンを模した測定パッドに所定の荷重をかけてガラス板に押し付けるとともに、この測定パッドをガラス板上に置かれた所定水準の不透明度を有する液体中で様々な速度で通過させてトレッドの接地部分の不透明度をガラス板を通して観察し、トレッドの浮き量からタイヤの接地面形状を推定する方法(例えば、特許文献3参照)などが知られている。 Conventionally, as a method for measuring the shape of the tire in the vicinity of the ground contact surface, the tire tread surface is grounded on a pedestal, and the groove shape of the tread is detected by a laser displacement meter from the side surface of the tire or in the front-rear direction (eg, patent Reference 1) and the tire is pressed against the upper surface of the transparent tempered glass plate and irradiated with light from the lower surface side of the tempered glass plate, and acts on the tempered glass plate from the amount of reflected light totally reflected on the upper surface of the tempered glass plate. A method of estimating the tire contact surface shape by obtaining a tire pressure distribution (see, for example, Patent Document 2), or applying a predetermined load to a measurement pad simulating a tread pattern of a tire and pressing it against a glass plate, Opacity of the grounded part of the tread by passing this measuring pad through a liquid with a certain level of opacity placed on a glass plate at various speeds Observed through the glass plate, a method of estimating the ground contact surface shape of the tire from the floatation volume of the tread (e.g., see Patent Document 3) and the like are known.
しかしながら、レーザー変位計を用いる方法では、タイヤのサイド部分は問題なく計測できるものの、接地境界面では測定対象面とレーザー光の入射方向とがほぼ平行なのでレーザー光が反射しなくなる。そこで、特許文献1では、台座のレーザー光の入射する側を透明板で構成するとともに、台座内に反射板を設けてレーザー光を屈曲させてタイヤ接地面に照射してトレッド面の変形状態を検出するようにしている。そのため、台座の一部を透明な材料で構成するとともに、台座に反射板を収納するための収納孔を形成し反射板を設置する必要があった。
また、レーザー変位計による計測は、変位計1個に付き計測点が1点であり、ラインレーザーを用いたとしても、1個に付き1ラインしか同時に計測できないので、タイヤ接地面の周辺全体の形状計測を同時に行うことができなかった。すなわち、レーザー変位計による計測は、タイヤが走行している状態での接地面形状の計測には不向きである。
また、強化ガラス板に作用するタイヤの圧力分布からタイヤの接地面形状を推定する方法でも、光源が点光源であり、かつ、全反射光を光電子増倍管で検出する構成なので、レーザー変位計による計測と同様に、タイヤが走行している状態での接地面形状を計測することは困難であった。
However, in the method using the laser displacement meter, the side portion of the tire can be measured without any problem, but the laser beam does not reflect because the measurement target surface and the incident direction of the laser beam are substantially parallel at the ground boundary surface. Therefore, in
In addition, measurement with a laser displacement meter has only one measurement point per displacement meter, and even if a line laser is used, only one line can be measured at a time. Shape measurement could not be performed at the same time. That is, the measurement by the laser displacement meter is not suitable for the measurement of the contact surface shape in a state where the tire is running.
Also, in the method of estimating the tire contact surface shape from the pressure distribution of the tire acting on the tempered glass plate, the light source is a point light source and the total reflected light is detected by a photomultiplier tube. Similar to the measurement by, it was difficult to measure the shape of the contact surface when the tire was running.
また、トレッドの接地部分の不透明度からトレッドの浮き量を推定する方法では、測定パッドの速度、すなわち、液体の流速による測定パッドの浮き量を計測しているが、この場合も、測定パッドに所定の荷重をかけてガラス板に押し付ける構成であるため、測定パッドは移動することはできても回転することはできない。したがって、この従来例においてもタイヤが走行している状態での接地面形状を計測することは困難であった。
なお、タイヤが走行している状態における接地面形状の測定方法としては、従来、感圧紙などの上にタイヤを押し付ける方法が知られているが、この方法では、タイヤにスリップ角や制駆動力を付与したときに紙に皺が寄るなどして正しい接地面形状を計測することは困難であった。更に、この方法では、接地面形状は獲得できるが、接地面近傍のタイヤ形状は計測することができないといった問題点がある。
また、タイヤの走行中の形状については、FEMなどによるモデル計算により接地面形状を含む接地形状やタイヤの変形を予測する試みも行われているが、結局のところ計算が正しいかどうかは最終的に実測して比較しないと分からないので、実測が困難な現状では計算の正しさを証明することは難しい。
In addition, in the method of estimating the tread floating amount from the opacity of the tread contact portion, the speed of the measuring pad, that is, the floating amount of the measuring pad due to the flow rate of the liquid is measured. Since the measurement pad is configured to be pressed against the glass plate under a predetermined load, the measurement pad can move but cannot rotate. Therefore, even in this conventional example, it is difficult to measure the contact surface shape when the tire is running.
As a method for measuring the contact surface shape while the tire is running, a method of pressing the tire on pressure-sensitive paper or the like is conventionally known, but in this method, the slip angle or braking / driving force is applied to the tire. It was difficult to measure the correct ground contact surface shape due to wrinkles on the paper. Furthermore, this method has a problem in that although the contact surface shape can be obtained, the tire shape in the vicinity of the contact surface cannot be measured.
In addition, as for the shape of the running tire, attempts have been made to predict the contact shape including the contact surface shape and the deformation of the tire by model calculation using FEM or the like. Therefore, it is difficult to prove the correctness of the calculation in the present situation where the actual measurement is difficult.
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤが走行しているときの接地面形状及び接地面近傍を含むタイヤの表面形状を精度よく計測する方法とその装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the conventional problems, and provides a method and an apparatus for accurately measuring the contact surface shape and the tire surface shape including the vicinity of the contact surface when the tire is running. With the goal.
本願の請求項1に記載の発明は、路面に接地しているときにタイヤ形状を計測する装置であって、タイヤを回転可能に保持するタイヤ保持手段と、少なくとも前記タイヤが接地する部分が光を透過させる材料で構成された透過部を備え前記タイヤの前後方向に延長する路面と、前記透過部の前記タイヤが接地する側とは反対側に設置されて前記タイヤの形状を撮影する撮像手段と、前記撮像手段と同じ側に設置されて前記タイヤに光を照射する投光手段と、前記撮像手段で撮影したタイヤの画像を画像処理して各画素の輝度データを算出する画像処理手段と、前記算出された輝度データから前記タイヤの形状を計測する形状計測手段と、前記路面を、前記タイヤと前記撮像手段とに対して、前記タイヤの前後方向に相対的に移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、タイヤが路面を走行する状態を実現できるので、タイヤの接地面の状態や接地面近傍のタイヤの変形状態を精度良く計測することができる。また、タイヤにスリップ角やキャンバー角を与えることで、タイヤに横力が入力したときのタイヤの変形状態についても計測することができるので、実際の走行状態におけるタイヤの形状を精度よく再現することができる。
前記移動手段は、路面を移動させる手段であってもよいし、タイヤと撮像手段とを同時に移動させる手段であってもよい。また、投光手段はタイヤと撮像手段とともに固定されるか、タイヤと撮像手段とともに移動するように設置される構成としてもよいし、路面ととともに固定されるか、路面ととともに移動するように設置してもよい。
The invention according to
Thereby, since the state where the tire travels on the road surface can be realized, the state of the tire contact surface and the deformation state of the tire near the contact surface can be accurately measured. Also, by giving the tire a slip angle or camber angle, it is possible to measure the deformation state of the tire when lateral force is input to the tire, so the tire shape in the actual running state can be accurately reproduced Can do.
The moving means may be a means for moving the road surface, or a means for simultaneously moving the tire and the imaging means. The light projecting means may be fixed together with the tire and the imaging means, or may be installed so as to move together with the tire and the imaging means, or may be fixed together with the road surface or installed so as to move together with the road surface. May be.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のタイヤ形状計測装置であって、前記路面のタイヤ側に設けられた枠体と、当該路面と前記枠体とにより形成された空間に収納されて前記透過部の上面に液体層を形成する液体とを備えることを特徴とする。
これにより、タイヤ踏面内における液体の浸入量や液体に漬かっているタイヤ部分の形状についても精度よく計測することができるので、スリップ状態などのWET路におけるタイヤの走行状態を精度よく把握することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のタイヤ形状計測装置において、前記液体として、白色の液体、もしくは、白色に着色された液体を用いたことを特徴とする。
このように、液体をタイヤの色である黒色とは対極色である白色とし、撮影された画像の白色の濃淡で、タイヤ踏面内における液体の浸入深さや実際にタイヤの液体に漬かっている深さを精度よく計測することができるようにしたので、タイヤ形状の計測精度を更に向上させることができる。
Invention of
As a result, the amount of liquid entering the tire tread surface and the shape of the tire portion immersed in the liquid can be measured with high accuracy, so that it is possible to accurately grasp the running state of the tire on a wet road such as a slip state. it can.
According to a third aspect of the present invention, in the tire shape measuring apparatus according to the second aspect, a white liquid or a white colored liquid is used as the liquid.
In this way, the liquid is white, which is the opposite color to black, which is the color of the tire, and the depth of penetration of the liquid in the tire tread or the depth of the tire actually immersed in the white shade of the photographed image. Since the height can be accurately measured, the measurement accuracy of the tire shape can be further improved.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のタイヤ形状計測装置であって、前記タイヤに制動力及び駆動力のいずれか一方もしくは両方を付与する機構を備えることを特徴とする。
これにより、制動時や駆動時におけるスリップ率の違いによるタイヤの接地面の状態や接地面近傍のタイヤの変形状態を精度良く計測することができる。
Invention of
Thereby, it is possible to accurately measure the state of the tire contact surface and the deformation state of the tire near the contact surface due to the difference in slip ratio during braking and driving.
請求項5に記載の発明は、タイヤを透明板上に接地させ、前記透明板の前記タイヤが接地する側とは反対側から前記タイヤに光を照射して前記タイヤの形状を撮影し、この撮影された画像から前記タイヤの形状を計測するタイヤ形状計測方法において、タイヤを回転可能に保持するとともに、前記透明板の表面に、白色の液体、もしくは、白色に着色された液体から成る液体層を設け、前記透明板を前記タイヤの前後方向に移動させながら前記タイヤの形状を撮影することを特徴とする。
これにより、タイヤを液体層が設けられた路面上を回転しながら走行させることができるので、タイヤ踏面内における液体の浸入量や地面との接地境界面を中心とするタイヤの形状を精度良く計測することができる。したがって、タイヤの運動性能を考察する上での指標となるデータを提供することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, a tire is grounded on a transparent plate, and the tire is irradiated with light from a side opposite to a side where the tire touches the transparent plate to photograph the shape of the tire. In the tire shape measuring method for measuring the shape of the tire from a photographed image, a liquid layer comprising a white liquid or a white colored liquid on the surface of the transparent plate while rotatably holding the tire The shape of the tire is photographed while moving the transparent plate in the front-rear direction of the tire.
This allows the tire to run while rotating on a road surface provided with a liquid layer, so it can accurately measure the amount of liquid entering the tire tread and the shape of the tire centered on the ground contact interface with the ground. can do. Therefore, it is possible to provide data that serves as an index for considering the tire performance.
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。 The summary of the invention does not list all necessary features of the present invention, and a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and all combinations of features described in the embodiments are included. It is not necessarily essential for the solution of the invention.
図1,図2は本実施の形態に係るタイヤ形状計測装置10の構成を示す図で、各図において、11は路面、12はタイヤ保持手段、13は制駆動手段、14は撮像手段としてのCCDカメラ、15は投光手段としてのLEDライン光源、16は移動手段、17は画像処理手段、18は形状計測手段である。
本例では、CCDカメラ14と移動手段16とを固定部材である基台21に搭載し、タイヤ保持手段12を基台21に立設された取付フレーム22に取り付けた。また、路面11とLEDライン光源15とは路面保持部材23を介して移動手段16に取付けられる。
路面11は光を通す透明な素材で構成された走行部11aと、助走慣らし走行用の路面としての助走部11bとを備える。タイヤTは、タイヤ保持手段12により、前後方向(走行方向)が走行部11aの長手方向になるように接地する。以下、図1の左右方向を前後方向、紙面に垂直な方向を幅方向、図1の上下方向を上下方向という。
本例では、後述するように、路面11が移動するが、路面11が静止していると仮定したときのタイヤの移動方向を前側とすると、走行部11aが前側に位置し助走部11bが後側に位置している。また、助走部11bの上面の位置は走行部11aの上面よりも高い位置にある。
1 and 2 are diagrams showing a configuration of a tire
In this example, the
The road surface 11 includes a traveling
In this example, as will be described later, the road surface 11 moves, but assuming that the road 11 is stationary, the traveling direction of the tire is the front side, and the running
走行部11aは、前後方向に長い透明な強化ガラス板Gで構成されており、強化ガラス板Gの幅方向の両側においてそれぞれ路面保持部材23に保持されている。
路面保持部材23としては、例えば、後述するガイド部材162に立設されたフレーム23aとこのフレーム23aに取付けられて強化ガラス板Gの幅方向端部を下側から支持する支持片23bとを備える。フレーム23aは上部において、強化ガラス板Gの幅方向の端部を規制する。
強化ガラス板Gの長手方向の長さから後述する路面プールを構成するための枠体19の厚さを除いた長さがタイヤTの走行する路面長となり、幅方向の長さから前記枠体19の厚さを除いた長さが路面幅となる。
路面長としては、タイヤTに前後力やスリップ角及びキャンバー角などを付与しない、いわゆる、フリーローリング状態でタイヤ形状を計測する場合には、タイヤTの転がり周長の1/4以上あれば十分である。しかし、タイヤTが制駆動されて前後力が発生した状態やスリップ角・キャンバー角の付与により横力が発生した状態でタイヤ形状を計測する場合には、タイヤの接地挙動を安定させるため、タイヤTの転がり周長の1/3〜1周分程度の路面長が必要である。
路面幅については、試験するタイヤTのタイヤ幅の1.5倍以上あれば十分である。路面幅が狭すぎると光源がカメラに写ってしまう虞れがある。また、路面幅が広すぎる場合には光源の光量を強くする必要があるが、そうすると、路面全体への光源の光の強度分布にムラができやすいので、タイヤ幅の2〜5倍とするのがよく、最大でも10倍以内とすることが好ましい。
なお、走行部11aを構成する材料である路面素材としては、本例で用いた強化ガラス板Gの他に、アクリルや透明プラスチックなどのような光の透過率の高い材料を用いてもよいが、いずれにしても、タイヤTに作用する荷重に耐えられる強度を有している必要がある。強度が弱いとタイヤ荷重や横力、前後力の付与によって路面11が変形したり傷ついてしまい、計測データの精度が低下する。
また、路面11の表面、特に、走行部11aの表面は凹凸のない平滑な面であることが好ましい。具体的な平滑度については計測する形状の必要精度により適宜決定される。例えば、必要精度が0.2mmであれば、路面11の最大凹凸は少なくともその半分である0.1mm以下にする必要がある。
The
The road
The length obtained by removing the thickness of the
As the road surface length, when the tire shape is measured in a so-called free rolling state in which the longitudinal force, slip angle, camber angle, etc. are not applied to the tire T, it is sufficient that the rolling circumference of the tire T is 1/4 or more. It is. However, when the tire shape is measured in a state where the front and rear force is generated by braking / driving the tire T or a lateral force is generated by applying a slip angle / camber angle, in order to stabilize the ground contact behavior of the tire, A road surface length of about 1/3 to 1 round of the rolling circumference of T is required.
As for the road surface width, it is sufficient if it is 1.5 times or more the tire width of the tire T to be tested. If the road surface width is too narrow, the light source may appear in the camera. In addition, when the road surface width is too wide, it is necessary to increase the amount of light from the light source. However, if this is done, unevenness in the light intensity distribution of the light source over the entire road surface is likely to occur, so it should be 2 to 5 times the tire width. It is preferable that the maximum is 10 times or less.
In addition, as a road surface material which is a material constituting the traveling
Moreover, it is preferable that the surface of the road surface 11, especially the surface of the traveling
本例のタイヤ形状計測装置10の路面11には、走行部11aの表面に着色された液体Lが保持されている。
この液体Lは、走行部11aを構成する強化ガラス板Gと、強化ガラス板Gの上面に設けられた枠体19とで囲まれた路面プールに収納される。この液体Lが強化ガラス板G上に液体層を構成する。本例では、枠体19として、強化ガラス板Gの上面の前後の端部に立設された前壁19a及び後壁19bと、強化ガラス板Gの幅方向の両端部に立設された左壁19c及び右壁19dとから成る断面が長方形状のものを用いた。なお、枠体19に代えて、走行部11aを構成する強化ガラス板Gを、端部を高さのあるフレームで取り囲むような形態に加工して路面プールを形成してもよい。また、素材がアクリルや透明プラスチックなどである場合には、路面プールを成形時に形成してもよい。
後壁19bの上面は助走部11bの上面と同じ高さにあり、この後壁19bの前方には斜面部(スロープ)19kが設けられている。このスロープ19kは、タイヤTが助走部11bからスムースに走行部11aに移動するために設けられたもので、図1に示すように、後方である後壁19b側の高さが後壁19bの高さに等しく前方に行くに従って高さが減少する、縦断面が直角三角形の部材から構成される。
また、路面プール内に収納される液体Lの深さとしては、最低が0.1mmで、最大でもタイヤTの全体が浸る深さであればよい。実用的には、液体Lの深さが0.5mm〜10mmの範囲であれば、実際のWET路面でのタイヤの挙動を把握することができる。
液体Lの粘度としては、水と同程度がそれ以下の粘度を有することが好ましい。これは、液体の粘度が高すぎると接地特性に影響するためである。また、雨天時の走行を再現するためには、水と同じ粘度とすることが特に好ましい。
また、液体Lとしては、タイヤTの表面が黒色であるので、水を白い顔料または染料で着色したもの、もしくは、白色の液体を用いることが好ましい。
The road surface 11 of the tire
The liquid L is stored in a road surface pool surrounded by a tempered glass plate G that constitutes the traveling
The upper surface of the
Further, the depth of the liquid L stored in the road surface pool may be a minimum of 0.1 mm and a depth that allows the entire tire T to be immersed at the maximum. Practically, if the depth of the liquid L is in the range of 0.5 mm to 10 mm, the behavior of the tire on the actual WET road surface can be grasped.
The viscosity of the liquid L is preferably about the same as that of water and less than that. This is because if the viscosity of the liquid is too high, the grounding characteristics are affected. Moreover, in order to reproduce the driving | running | working at the time of rain, it is especially preferable to set it as the same viscosity as water.
Moreover, as the liquid L, since the surface of the tire T is black, it is preferable to use water colored with a white pigment or dye, or a white liquid.
更に、液体Lは完全に不透明ではなく、濃度もしくは着色剤の量を調整して接地面以外のタイヤ形状についても撮影できる透明度を有するようにしたものを用いることが好ましく、深さに対して線形に光を透過するものを用いることが特に好ましい。これにより、撮影した画像の白色から黒色に至る濃淡がそのままタイヤ形状になる。しかし、線形でなくとも、深さと濃淡との関係を予め調べて校正用のデータを取得しておけば、この校正用のデータを用いて濃淡からタイヤ形状を求めることができる。なお、線形であると予想される場合にも、深さと濃淡との関係を予め確認しておくことが好ましい。
校正用のデータの取得方法としては、例えば、図3に示すように、走行部11aを構成する強化ガラスと同じ材質のガラス板31の周囲に枠体32を設け、このガラス板31と枠体32とにより形成されたプールに液体Lを投入するとともに、液体Lの深さの半分の厚み(ここでは、0.5mm)を有し、計測するタイヤTと同じ黒色に着色した鉄板33と、厚さが1mm以上の四角柱の角材34とを準備し、鉄板33をガラス板31に密着させるとともに、角材34の一端34aを鉄板33上に載せ、他端34bをガラス板31の上に載せて、ガラス板31の下側から、CCDカメラ14を用いて鉄板33と角材34とを撮影する。ガラス板31と角材34との間の液体Lの厚さは鉄板33側で0.5mmで、角材34の他端34b側に行くに従って減少し、他端34bでは0mmとなる。したがって、図4に示すような、鉄板33の角材34側が載っている側とは反対側の端部33aを原点Oとし、原点Oから角材34の他端34b方向に向かって測った距離xと撮影した画像(撮影画像)の濃淡との関係(実線は測定例、一点鎖線は、深さに対して線形に光を透過する液体を用いた例)、及び、液体Lの深さ(液体深度)と前記距離xとの関係とから、液体の深さと撮影画像の濃淡との関係を示す校正用のデータを得ることができる。
Furthermore, it is preferable to use a liquid L that is not completely opaque, and has a transparency that can be taken for tire shapes other than the contact surface by adjusting the concentration or the amount of the colorant, and is linear with respect to the depth. It is particularly preferable to use a material that transmits light. As a result, the shade from white to black of the photographed image becomes the tire shape as it is. However, even if it is not linear, if the data for calibration is acquired by examining the relationship between depth and shade in advance, the tire shape can be obtained from the shade using this calibration data. Even when it is expected to be linear, it is preferable to confirm in advance the relationship between depth and shading.
As a method for acquiring calibration data, for example, as shown in FIG. 3, a frame body 32 is provided around a glass plate 31 made of the same material as the tempered glass constituting the traveling
タイヤ保持手段12は、タイヤTのタイヤ軸Jを軸受け(図示せず)を介して回転可能に支持するタイヤ支持部材121と、タイヤ支持部材121を上下させることでタイヤTを路面11に押し付ける力(荷重)を調整するシリンダー装置122と、分力計123とを備える。
シリンダー装置122は、一端がタイヤ支持部材121に連結されるシリンダーロッド122aとシリンダーロッド122aの他端側に設けられた図示しないピストンを駆動してシリンダーロッド122aの長さを伸縮させるシリンダー本体122bとを備える。シリンダー本体122bが取付フレーム22に取り付けられる。本例では、シリンダー装置122としては油圧シリンダーを用いた。
分力計123は、タイヤ軸Jに取付けられてタイヤ軸Jに作用する前後方向の力であるタイヤ軸力を計測して記録する機能を有する。
本例では、基台21に立設された縦フレーム22aと、縦フレーム22aの上端から水平方向でかつタイヤ幅方向に平行な方向に突出する横フレーム22bとを備えた取付フレーム22の横フレーム22bにシリンダー本体122bを固定している。
このように、タイヤTはシリンダー装置122を備えたタイヤ保持手段12に回転可能に保持されているので、路面11に所定の荷重で接地するとともに、路面11が前後方向に移動すると、タイヤTは路面11との摩擦により回転する。これにより、路面11が後方(図1の右方向)に移動した場合、路面11上の観察者から見ると、タイヤTは回転しながら路面11上を前方(図1の左方向)に走行する。すなわち、本発明のタイヤ形状計測装置10は、タイヤTが回転しながら路面11上を走行する状態を再現できる。
制駆動手段13は、出力軸がタイヤ軸Jに連結されたモーター13aと、このモーター13aの回転数と回転方向とを制御してタイヤ軸Jに付与する駆動力の大きさとブレーキ力の大きさとを制御することで、タイヤTのスリップ率を制御するスリップ率制御手段13bとを備える。
The tire holding means 12 includes a
The
The
In this example, the horizontal frame of the mounting
Thus, since the tire T is rotatably held by the tire holding means 12 including the
The braking / driving means 13 includes a
CCDカメラ14は、路面11が移動を開始する前の状態である初期状態では、走行部11aの後方側の下方に位置して、タイヤTを接地面側から撮影する。CCDカメラ14のフレームレートとしては秒間30コマ(30fps)であれば通常の解析では問題ない。タイヤ接地挙動を高速度で撮影したい場合などには、CCDカメラ14に代えて高速度カメラを用いればよい。
LEDライン光源15は、透過部となる走行部11aの強化ガラス板Gの下側で、かつ、フレーム23aの内側に、光源取付部材15mを介して取付けられる。
本例では、投光手段を路面11ととともに移動させる構成であるので、LEDライン光源15のような、路面11の延長方向に延長する、透過部となる走行部11aの強化ガラス板G全体に均一に光を投射する長さの長い投光手段を用いている。また、光の照射角度としては強化ガラス板Gに対して入射角がほぼ45°になるように設置することが好ましく、これにより、走行部11a全体を均一な明るさで照らすことができる。このとき、LEDライン光源15がCCDカメラ14に映らないような位置にLEDライン光源15を設置することはいうまでもない。
なお、LEDライン光源15に代えてハロゲンランプをなど他の光源を用いてもよい。要は、光量の調節が可能で、試験中の光量が安定し、かつ、走行部11aに沿って光量がバラつかないものであればよい。
本発明においては、前記のように、走行部11a全体を均一な明るさで照らすようにしているが、実際には反射映り込み等による光ムラがあるため、撮影画像を数値化したときに色ムラが発生することがある。そこで、本例では、図5(a)に示すように、走行部11aの強化ガラス板G上にタイヤTと同質のゴムシート35を載せ、液体のない状態で疑似的に走行させて画像を撮影し、この撮影された画像に基づいて色ムラ(明るさのムラ)を補正するようにしている。本来は、強化ガラス板Gは黒色のゴムシートで覆われているので、路面全体が完全な接地領域になるはずである。しかしながら、実際に撮影した画像は、図5(b)に示すように、色ムラが発生している。暗い部分が完全接地領域で明るい部分が光量ムラが大きい部分である。そこで、撮影した画像全体の明るさをマップ化しておき、実際に撮影したデータから差分処理を行うことで、光量ムラ成分を除去し計測の精度を向上させることができる。
In the initial state, which is the state before the road surface 11 starts to move, the
The LED
In this example, since the light projecting means is configured to move together with the road surface 11, the entire tempered glass plate G of the traveling
Instead of the LED
In the present invention, as described above, the
移動手段16は2本のガイドレール161とガイド部材162と、移動機構163とを備える。ガイドレール161は前後方向に延長する部材で、基台21上に所定の間隔を隔てて設置される前後方向に延長する2本のレール保持台24上にそれぞれ設けられる。ガイド部材162は路面保持部材23を保持するブロック状の部材で、移動機構163により、ガイドレール161上を前後方向に走行する。
移動機構163は、ボールねじ163aとモーター163bとを備える。ボールねじ163aのネジ軸163jの一端側にはモーター163bの出力軸が連結されてボールねじ163aのナット部163nはガイド部材162に固定されている。モーター163bは基台21上に取付けられたモーター取付台25上に固定されているので、モーター163bの回転によりネジ軸163jが回転するとともに、ナット部163nが前後方向に移動することにより、路面保持部材23を介してガイド部材162に取付けられた路面11が前後方向に移動する。
移動速度はボールねじ163aの正確な位置制御により行われ、ボールねじ163aのナット部163nはガイド部材162に固定されているので、試験時にタイヤTに荷重や前後力、横力が発生しても、ガイド部材162の動きには影響はない。
The moving means 16 includes two
The moving
The moving speed is controlled by accurate position control of the
画像処理手段17と形状計測手段18とは、例えば、コンピュータのソフトウェアから構成される。画像処理手段17は、CCDカメラ14で撮影した画像の濃淡分布に対応する各画素の輝度分布を求め、形状計測手段18は、輝度分布からタイヤTと強化ガラス板Gとの間にある液体Lの深さである液体深度を算出し、この液体深度からタイヤTの形状を推定する。
図6(a)〜(c)は、深さ1mmの白く着色した水の層を有する走行部11aをタイヤTが走行したときの撮影画像の一例を示す図で、(a)図は駆動力が作用したときの画像で、(b)図はニュートラル状態(フリーローリング状態)、(c)図は制動力が作用したときの画像である。駆動力作用時のスリップ率は−20%、制動力作用時のスリップ率は20%である。各図において、中央の白い領域Pが水が浸入していない完全接地領域、領域Pの外側の領域Qが接地面から離れている部分(タイヤTと強化ガラス板Gとの間に液体Lの層がある部分)のタイヤTの形状を示す領域、領域Qの外側の領域Rが0.5mm以上の水がある領域である。
また、図7は図6の形状切り出し位置A−Aにおけるタイヤ形状を示す図で、横軸はタイヤ幅方向中心の位置を原点(y=0)としたときの走行部11aの幅方向位置で、縦軸は画像の濃淡から求めた液体深度である。液体深度が0mmの領域Pが完全接地領域である。液体深度が0mm〜0.5mmの領域QはタイヤTの接地面近傍での反射光による像である。領域RではタイヤTには光が当たっていない。
したがって、形状計測手段18にて、図7のようなタイヤ幅方向の液体深度分布をタイヤ前後方向に沿って繋げることにより、タイヤTの接地長だけでなく、タイヤ接地面近傍でのタイヤTの3次元形状を求めることができる。
また、タイヤ軸Jに制駆動力を加えることにより、スリップ率の違いによるタイヤ形状の違いについても計測することができる。
The
FIGS. 6A to 6C are diagrams illustrating an example of a photographed image when the tire T travels on the traveling
FIG. 7 is a diagram showing the tire shape at the shape cutout position AA in FIG. 6, and the horizontal axis is the position in the width direction of the traveling
Therefore, by connecting the liquid depth distribution in the tire width direction as shown in FIG. 7 along the tire front-rear direction by the shape measuring means 18, not only the contact length of the tire T but also the tire T in the vicinity of the tire contact surface. A three-dimensional shape can be obtained.
Further, by applying a braking / driving force to the tire shaft J, it is possible to measure a difference in tire shape due to a difference in slip rate.
次に、本発明のタイヤ形状計測装置10を用いて、タイヤ形状を計測する方法について説明する。
まず、走行部11aの強化ガラス板Gと枠体19とで構成した路面プールに白色の液体Lを所定の深さだけ入れ、校正用のデータを取得する。校正用のデータは、液体Lの深さ(以下、水深という)を変更する毎に行う。なお、前もって、複数の水深について校正用のデータを取得しておいてもよい。
そして、図8(a)に示すように、路面11を路面の進行方向の最後端部である助走部11bの後端側(初期位置)に設定する。この初期位置で図示しないシリンダー装置122のシリンダーロッド122aを伸長させて、タイヤTを助走部11bの後端側に接地させる。
次に、移動機構163のモーター163bを駆動してボールねじ163aのネジ軸163jを回転させて路面11を同図の右方向である後方に移動させる。タイヤTはタイヤ保持手段12に回転可能に取付けられているので、路面11との摩擦により回転しながら助走路11からスロープ19k方向に移動し、図8(b)に示すように、走行部11aの強化ガラス板Gの上面に着地する。
CCDカメラ14によるタイヤ接地面の撮影とタイヤ軸力の測定とは、タイヤTが走行部11aの強化ガラス板Gに着地した時点から開始する。なお、このとき、タイヤTには、シリンダー装置122により、所定の荷重がかけられているものとする。
ボールねじ163aのネジ軸163jの回転により、走行部11aと助走部11bとは同図の右側である後方に更に移動する。すなわち、走行部11aが静止していると考えると、タイヤTは水深の走行部11aを前方に回転しながら走行する。
CCDカメラ14は、回転しながら走行するタイヤTを透明な強化ガラス板GのタイヤTとは反対側からタイヤTの接地面と接地面近傍を撮影する。本例では、LEDライン光源15が透過部である走行部11aの強化ガラス板Gの全長に亘って設けられているので、走行部11a全体を均一な明るさで照らすことができる。
そして、図8(c)に示すように、タイヤTが路面11の前端部まで進んだ時点で撮影を終了し、路面11の移動を停止する。
CCDカメラ14で撮影された画像のデータは画像処理手段17に送られ、画像処理手段17にて画像の各画素の輝度分布が求められる。形状計測手段18では、輝度分布から液体深度を計算して、タイヤTの3次元形状を計測する。
これにより、従来1点もしくは1ラインしか同時に計測できなかったタイヤ接地面と接地面近傍の形状を同時に計測できるので、走行中のタイヤ形状と接地状態とを精度よく計測することができる。また、タイヤ軸力も同時に計測できるので、タイヤ軸力の変化と接地特性及びタイヤ形状との関係を考察することが可能となる。更に、タイヤ接地面に入り込んだ水の量についても計測できるので、タイヤのWET特性も考察できる。
Next, a method for measuring a tire shape using the tire
First, the white liquid L is put into a road surface pool constituted by the tempered glass plate G and the
And as shown to Fig.8 (a), the road surface 11 is set to the rear-end side (initial position) of the run-up
Next, the
The photographing of the tire ground contact surface by the
Due to the rotation of the
The
And as shown in FIG.8 (c), imaging | photography is complete | finished when the tire T advances to the front-end part of the road surface 11, and the movement of the road surface 11 is stopped.
Data of an image photographed by the
As a result, the tire ground contact surface and the shape in the vicinity of the ground contact surface, which could only be measured at one point or one line at the same time, can be measured simultaneously, so the tire shape and the ground contact state during traveling can be accurately measured. In addition, since the tire axial force can be measured at the same time, it is possible to consider the relationship between the change in the tire axial force, the ground contact characteristics, and the tire shape. Furthermore, since the amount of water that has entered the tire contact surface can also be measured, the WET characteristics of the tire can also be considered.
このように本実施の形態では、タイヤTを路面11の走行部11aを構成する透明な強化ガラス板G上に接地させるとともに、強化ガラス板Gの表面に設けられた路面プールに白色の液体Lを投入し、移動機構163のボールねじ163aを回転させて路面11を保持するガイド部材162をガイドレール161に沿って前後方向に移動させながら、強化ガラス板GのタイヤTが接地する側とは反対側に設けられたCCDカメラ14により液体L中を走行するタイヤTの形状を撮影し、この撮影された画像からタイヤTの形状を計測するようにしたので、タイヤTが回転しながら走行しているときの接地面の状態や接地面近傍のタイヤの変形状態を精度良く計測することができる。また、タイヤ接地面内における液体の浸入量や液体に漬かっているタイヤ部分の形状も精度よく計測することができるので、WET路におけるタイヤの走行状態についても精度よく把握することができる。
As described above, in the present embodiment, the tire T is grounded on the transparent tempered glass plate G constituting the traveling
なお、前記実施の形態では、タイヤTとして、トレッドパターンのないスムースタイヤを用いたが、トレッド表面にトレッドパターンが形成されているタイヤを用いれば、溝に対応する部分及び水に浸っている部分は反射光の輝度が低下するので、図6(a)〜(c)の中央の白い領域Pはトレッドパターンに対応する濃淡の画像になる。また、水に浸っている部分も入り込んだ液体の深さ(液体深度)に対応した濃淡として画像上に現れるので、接地面内におけるトレッドパターンの変形状態や流体の浸入量などについても精度良く計測することができる。
また、前記例では、路面プールに白色の液体Lを投入してタイヤ接地面の形状を計測したが、DRY路走行時おける接地面のみの形状を計測するのであれば、路面プール及び液体Lを省略してもよい。これにより、従来は計測できなかった、タイヤTを回転させながらDRY路を走行させたときのタイヤ接地面の形状を計測することができる。
また、前記例では、走行部11aを全て透明な強化ガラスで構成したが、路面幅を広くとれる場合には、幅方向中央のみを透明な強化ガラスで構成し、幅方向外側を金属板等で構成してもよい。但し、強化ガラス部分の幅としては、試験するタイヤTのタイヤ幅の2〜5倍とすることが好ましい。
また、路面11を長くする場合などには、前後方向に強化ガラスと金属板とを交互に接合した構成にしてもよい。この場合、金属板の役割は隣接する強化ガラスを連結することなので、前後方向の長さはできるだけ短い方が好ましい。
In the embodiment, a smooth tire without a tread pattern is used as the tire T. However, if a tire having a tread pattern formed on the tread surface is used, a portion corresponding to the groove and a portion immersed in water. Since the brightness of the reflected light decreases, the white area P in the center of FIGS. 6A to 6C becomes a gray image corresponding to the tread pattern. In addition, since the portion that is immersed in water appears on the image as a shade corresponding to the depth of the liquid (liquid depth) that has entered, it is possible to accurately measure the tread pattern deformation state and fluid intrusion amount in the ground plane. can do.
In the above example, the white liquid L is introduced into the road surface pool and the shape of the tire contact surface is measured. However, if only the shape of the contact surface during DRY road measurement is measured, the road surface pool and the liquid L are used. It may be omitted. Thereby, it is possible to measure the shape of the tire ground contact surface when traveling on the DRY road while rotating the tire T, which could not be measured conventionally.
Moreover, in the said example, although all the traveling
Moreover, when making the road surface 11 long, you may make it the structure which joined the tempered glass and the metal plate alternately in the front-back direction. In this case, since the role of the metal plate is to connect adjacent tempered glasses, the length in the front-rear direction is preferably as short as possible.
また、前記構成のタイヤ形状計測装置10にタイヤTにスリップ角やキャンバー角を付与する機構を追加すれば、横力が入力したときのタイヤ形状についても計測することができる。スリップ角を付与するには、例えば、取付フレーム22の水平方向に突出する横フレーム22bの延長方向をタイヤ幅方向に対して傾けるか、基台21を水平面内で回転させて路面11の延長方向をタイヤの前後方向に対して傾けるなどすればよい。一方、キャンバー角を付与するには、例えば、タイヤ軸Jをタイヤ支持部材121に取付ける角度を変更するなどすればよい。
実用的には、スリップ角としては±10°程度まで付与できれば十分であり、キャンバー角としては±5°程度まで付与できれば十分である。
Moreover, if a mechanism for imparting a slip angle or a camber angle to the tire T is added to the tire
Practically, it is sufficient that the slip angle can be given up to about ± 10 °, and the camber angle can be given up to about ± 5 °.
また、前記例では、移動機構163としてボールねじ163aを用いたが、リニア・アクチュエータやラックピニオン機構など、他の移動機構を用いてもよい。
また、前記例では、路面11を移動させたが、路面を固定してタイヤTとCCDカメラ14とを移動させるような構成としてもよい。
また、図9(a)に示すように、投光手段であるLEDライン光源15sを、光源固定部材15nを介して基台21に固定した構成としてもよい。この場合はLEDライン光源15sの長さは、図9(b),(c)に示すように、CCDカメラ14の撮影範囲をカバーする長さがあれば十分である。
In the above example, the
In the above example, the road surface 11 is moved. However, the road surface 11 may be fixed and the tire T and the
Moreover, as shown to Fig.9 (a), it is good also as a structure which fixed the LED line light source 15s which is a light projection means to the
本発明によるタイヤ形状計測装置を用いてタイヤ形状を測定した。
走行路は、長さ2000mm×幅800mm×厚さ50mmの透明な強化ガラス板を用い、この強化ガラス板を、ゴム層を介して、樹脂製の枠に固定した。また、樹脂とガラス板との界面は接着剤で接着するとともに、水漏れ防止のためコーキング処理を行った。樹脂製の枠は、実施の形態の枠体19と路面保持部材23とを一体化したものである。
助走路の幅は走行路の幅と同じく800mmとし、長さを1mとした。
そして、走行路と助走路とを、長さ8mのガイドレール上に設置される金属製のガイド部材に固定した。
ガイド部材には長さ8mのボールねじが設置されており、ボールねじのネジ軸はモーターに回転する。本実施例では、路面を0〜10m/min.の範囲で走行させるようにした。
CCDカメラはタイヤ軸の中心軸直下で、強化ガラス板の1m下方に設置した。撮影は、1秒に30枚(30fps)実施した。
樹脂製の枠と強化ガラスで囲まれた路面プール内には、蒸留水に顔料を加えて白く着色した水を水深が1mmになるよう入れ、試験前に校正用のデータを取得した。校正用のデータの取得方法は、実施の形態に記載した通りである。
試験タイヤは、195/65R15のパターンのないスムースタイヤを用いた。
試験タイヤの空気圧は200kPaで、荷重は4kNに設定し、スリップ角とキャンバー角とをともに0°とした。
路面速度は5m/min.の一定条件とし、スリップ率を0、±20%と振った状態でタイヤ形状計測試験を実施した。
また、撮影と同時に、タイヤ軸力を分圧計で計測した。
計測の結果、荷重4kNに対して、発生した前後力は1kNであった。また、路面μは約0.25であった。
このときのタイヤ形状は図6(a)〜(c)に示した通りである。
タイヤ形状は任意の部分け切り出し可能であり、その一部は図7に示した通りである。
図6(a)〜(c)に示すように、タイヤに制動力が付与されるとタイヤには進行方向に対して後ろ向きの力が働き、接地面が後方に移動し、駆動力が付与されると逆に接地面が前方に移動することがわかる。
このように、本発明によるタイヤ形状計測装置を用いることにより、タイヤ形状と接地状態とを精度よく計測することができることが確認された。
The tire shape was measured using the tire shape measuring apparatus according to the present invention.
The runway used was a transparent tempered glass plate having a length of 2000 mm, a width of 800 mm, and a thickness of 50 mm, and the tempered glass plate was fixed to a resin frame via a rubber layer. In addition, the interface between the resin and the glass plate was bonded with an adhesive, and a caulking process was performed to prevent water leakage. The resin frame is obtained by integrating the
The width of the runway was 800 mm, the same as the width of the road, and the length was 1 m.
And the runway and the approach runway were fixed to the metal guide member installed on the guide rail of length 8m.
A ball screw having a length of 8 m is installed on the guide member, and the screw shaft of the ball screw rotates to the motor. In this embodiment, the road surface is run in the range of 0 to 10 m / min.
The CCD camera was installed 1 m below the tempered glass plate, just below the center axis of the tire axis. Shooting was performed at 30 frames per second (30 fps).
In a road surface pool surrounded by a resin frame and tempered glass, water colored by adding a pigment to distilled water to give a white water depth was 1 mm, and calibration data was acquired before the test. The method for acquiring calibration data is as described in the embodiment.
As the test tire, a smooth tire having no pattern of 195 / 65R15 was used.
The air pressure of the test tire was 200 kPa, the load was set to 4 kN, and both the slip angle and the camber angle were 0 °.
The tire shape measurement test was carried out with the road speed set at a constant condition of 5 m / min and with the slip rate varied between 0 and ± 20%.
At the same time as shooting, the tire axial force was measured with a partial pressure gauge.
As a result of the measurement, the generated longitudinal force was 1 kN with respect to a load of 4 kN. The road surface μ was about 0.25.
The tire shape at this time is as shown in FIGS.
The tire shape can be cut out into arbitrary parts, and a part thereof is as shown in FIG.
As shown in FIGS. 6A to 6C, when a braking force is applied to the tire, a backward force acts on the tire in the traveling direction, the ground contact surface moves rearward, and a driving force is applied. Then, conversely, it can be seen that the ground plane moves forward.
Thus, it was confirmed that the tire shape and the ground contact state can be accurately measured by using the tire shape measuring device according to the present invention.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the embodiment. It is apparent from the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
本発明によれば、タイヤが走行しているときの接地面形状及び接地面近傍を含むタイヤの表面形状を精度よく計測することができるので、タイヤの運動性能を含むタイヤ性能を向上するために有効な設計資料を提供することができる。 According to the present invention, since the surface shape of the tire including the contact surface shape and the vicinity of the contact surface when the tire is running can be accurately measured, in order to improve the tire performance including the tire movement performance Effective design materials can be provided.
10 タイヤ形状計測装置、11 路面、11a 走行部、11b 助走部、
12 タイヤ保持手段、121 タイヤ支持部材、122 シリンダー装置、
123 分力計、13 制駆動手段、13a モーター、13b スリップ率制御手段、
14 CCDカメラ、15 LEDライン光源、15m 光源取付部材、
16 移動手段、161 ガイドレール、162 ガイド部材、163 移動機構、
163a ボールねじ、163b モーター、17 画像処理手段、
18 形状計測手段、19 枠体、19a〜19d 壁、19k スロープ、
21 基台、22 取付フレーム、23 路面保持部材、23a フレーム、
23b 支持片、24 レール保持台、25 モーター取付台、
T タイヤ、J タイヤ軸、G 強化ガラス板、L 液体。
10 tire shape measuring device, 11 road surface, 11a traveling part, 11b running part,
12 tire holding means, 121 tire support member, 122 cylinder device,
123 component force meter, 13 braking / driving means, 13a motor, 13b slip ratio controlling means,
14 CCD camera, 15 LED line light source, 15m light source mounting member,
16 moving means, 161 guide rail, 162 guide member, 163 moving mechanism,
163a Ball screw, 163b motor, 17 image processing means,
18 shape measuring means, 19 frame, 19a to 19d wall, 19k slope,
21 base, 22 mounting frame, 23 road surface holding member, 23a frame,
23b support piece, 24 rail holding base, 25 motor mounting base,
T tire, J tire shaft, G tempered glass plate, L liquid.
Claims (5)
少なくとも前記タイヤが接地する部分が光を透過させる材料で構成された透過部を備え前記タイヤの前後方向に延長する路面と、
前記透過部の前記タイヤが接地する側とは反対側に設置されて前記タイヤの形状を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段と同じ側に設置されて前記タイヤに光を照射する投光手段と、
前記撮像手段で撮影したタイヤの画像を画像処理して各画素の輝度データを算出する画像処理手段と、
前記算出された輝度データから前記タイヤの形状を計測する形状計測手段と、
前記路面を、前記タイヤと前記撮像手段とに対して、前記タイヤの前後方向に相対的に移動させる移動手段とを備えたことを特徴とするタイヤ形状計測装置。 Tire holding means for holding the tire rotatably;
A road surface extending at least in the front-rear direction of the tire, wherein at least a portion where the tire contacts the ground includes a transmission portion made of a material that transmits light;
An imaging means for photographing the shape of the tire installed on the side opposite to the side where the tire contacts the ground of the transmission part;
A light projecting means installed on the same side as the imaging means to irradiate the tire with light;
Image processing means for calculating the luminance data of each pixel by image processing the tire image taken by the imaging means;
Shape measuring means for measuring the shape of the tire from the calculated luminance data;
A tire shape measuring apparatus comprising: a moving means for moving the road surface relative to the tire and the imaging means in the front-rear direction of the tire.
前記タイヤを回転可能に保持するとともに、前記透明板の表面に、白色の液体、もしくは、白色に着色された液体から成る液体層を設け、前記透明板を前記タイヤの前後方向に移動させながら前記タイヤの形状を撮影することを特徴とするタイヤ形状計測方法。 The tire is grounded on a transparent plate, the tire is irradiated with light from the opposite side of the transparent plate to the side where the tire is grounded, and the shape of the tire is photographed. From the photographed image, the shape of the tire is photographed. In the tire shape measuring method for measuring
While holding the tire rotatably, a liquid layer made of a white liquid or a liquid colored in white is provided on the surface of the transparent plate, while moving the transparent plate in the front-rear direction of the tire A tire shape measuring method comprising photographing a tire shape.
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