JP2013127370A - タイヤ牽引性能測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動による測定精度の低下を防止して、試験対象タイヤの牽引性能を正確に評価可能とすること。
【解決手段】タイヤ牽引性能測定装置１００は、試験対象タイヤ１２３が装着された牽引車１２１で被牽引車１２２を牽引して試験対象タイヤ１２３の牽引性能を測定する。牽引車１２１と被牽引車１２２とはワイヤーロープ１０１で接続されている。ワイヤーロープ１０１には牽引車１２１による牽引力を測定する牽引力測定装置１０２と、減衰機構１０３とが設けられている。減衰機構１０３によってワイヤーロープ１０１に発生する振動を減衰させることによって、牽引力測定装置１０２での測定精度を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験対象タイヤの牽引性能を測定するタイヤ牽引性能測定装置に関する。

従来、タイヤの牽引性能を測定する方法の一例として、試験対象タイヤを装着した車両（牽引車）と、負荷となる被牽引車（または荷物など）とを、ワイヤーロープ等の接続部材で接続して牽引をおこない、各種データを測定する方法が知られている。この方法では、牽引車と被牽引車とを接続する接続部材にはロードセルなどの牽引力取得手段が設置し、試験対象タイヤの牽引力を測定している（たとえば、下記特許文献１参照）。

下記特許文献１では、トラクターと負荷とをロードセルの取り付いたワイヤーロープで連結するとともに、各々の車輪にトルク取得部を設け、各々のタイヤにかかるトルクを検出する。また、各々の車輪に、回転を正確に検出できるようにタイヤ回転数取得部を設け、さらに、車両に、引き出された糸の長さを測定して正確な走行距離が測定できる走行距離計を設けている。ロードセルによる正味の牽引力のデータに加えて、各々のタイヤのトルクを測定することができるので、実車に装着した各々のタイヤの性能を正確に、かつ容易にとらえることができる。また、タイヤの回転数および車両の走行距離を正確に計測できるため、各々のタイヤに付いて正確なスリップ率を得ることができることが示されている。

特開平７−３５６５３号公報

しかしながら、上述した従来技術のように、牽引車と被牽引車とをワイヤーロープ等の接続部材で接続して牽引性能を評価する場合、加速時に加わる衝撃力によって牽引車と被牽引車との間に振動が生じる。これは、牽引車および被牽引車を質点とし、接続部材をばねとした２質点間の固有値問題と考えることができる。この衝撃力によって、牽引力取得手段で検出する力に振動が加わってしまい、試験対象タイヤの牽引力を正確に評価することが困難になってしまうという問題点がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、タイヤの牽引性能試験時における振動による測定精度の低下を防止して、試験対象タイヤの牽引性能を正確に評価可能とすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるタイヤ牽引性能測定装置は、試験対象タイヤが装着された牽引車で被牽引車を牽引して前記試験対象タイヤの牽引性能を測定するタイヤ牽引性能測定装置であって、前記牽引車と前記被牽引車とを接続する接続部材と、前記接続部材に設けられ、前記牽引車による牽引力を測定する牽引力測定手段と、前記接続部材に設けられ、前記牽引車の加速時に加わる力によって前記接続部材に発生する振動を減衰させる減衰機構と、を備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、接続部材に減衰機構を設けているので、牽引車の加速時に加わる力によって接続部材に発生する振動を減衰させることができ、振動によって牽引力測定装置の測定精度が低下するのを防止することができる。

請求項２の発明によれば、減衰機構で振動の伸び側にのみ前記振動の臨界減衰係数に対応する減衰力を発生させるので、振動を減衰させるのに適当な減衰力を得ることができ、より確実に振動を抑制することができる。

請求項３の発明によれば、試験対象タイヤの回転速度情報と、牽引車の走行速度情報と、から試験対象タイヤのスリップ率を算出するので、試験対象タイヤの牽引性能としてスリップ率についても評価することができる。

請求項４の発明によれば、試験対象タイヤに作用するトルクと、牽引力と、から試験対象タイヤの走行抵抗を算出するので、試験対象タイヤの牽引性能として走行抵抗についても評価することができる。

実施の形態にかかるタイヤ牽引性能測定装置１００による牽引性能測定の概要を示す説明図である。 減衰機構１０３の構造の一例を示す説明図である。 一般的なバネマス系の構成を示す説明図である。 車載ユニット１０４の機能的構成を示す説明図である。 牽引性能試験における牽引力の測定値を示すグラフである。 牽引性能試験における摩擦係数とスリップ率との関係を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるタイヤ牽引性能測定装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかるタイヤ牽引性能測定装置１００による牽引性能試験の概要を示す説明図である。タイヤ牽引性能測定装置１００は、牽引車１２１に装着された試験対象タイヤ１２３の牽引性能を評価する牽引性能試験で用いられる装置であり、ワイヤーロープ１０１、牽引力測定装置１０２、減衰機構１０３、車載ユニット１０４によって構成される。

牽引車１２１には、駆動輪である後輪に試験対象タイヤ１２３が装着されている。試験対象タイヤ１２３は後輪の左右に装着され、左右の試験対象タイヤには、牽引車１２１からの駆動力がほぼ均等に付与される。このため、牽引車１２１には、ディフェンシャルギアを設けないことが望ましい。また、牽引車１２１は、連結部材であるワイヤーロープ１０１によって、被牽引車１２２と接続されている。牽引車１２１と被牽引車１２２とを接続する接続部材としては、ワイヤーロープ１０１の他、連結ロッドなどを用いることができる。被牽引車１２２は、自走機能のない車両であり、牽引時における負荷を発生させるために接続される。

ワイヤーロープ１０１には、牽引力測定装置１０２および減衰機構１０３が設けられている。牽引力測定装置１０２と減衰機構１０３とのうち、牽引力測定装置１０２の方が牽引車１２１側に設けられる。牽引力測定装置１０２は、たとえばロードセルなどであり、牽引走行時の牽引車１２１からの牽引力を測定する。牽引力測定装置１０２による測定値は、たとえば、ワイヤーロープ１０１内に設けられた出力線などによって、車載ユニット１０４に出力される。

減衰機構１０３は、ワイヤーロープ１０１の振動を減衰するための機構（ショックアブソーバ）であり、たとえば、油圧式ショックアブソーバやフリクション式ダショックアブソーバ、空圧式ショックアブソーバなど、公知の機構を用いることができる。本実施の形態では、ごく短いストロークで高い減衰力を発生することができる油圧式ショックアブソーバを用いる。

図２は、減衰機構１０３の構造の一例を示す説明図である。図２に示す減衰機構１０３は、単筒式オイルショックアブソーバであり、外筒２０１、フリーピストン２０２、オイル２０３、ガス室２０４、ピストンロッド２０５、ピストンバルブ２０６によって構成される。外筒２０１の内部は、オイル２０３が満たされたオイル室と、高圧のガスが充填されたガス室２０４に分けられ、その間を自由に動くことができるフリーピストン２０２によって仕切られている。減衰力を受けてピストンロッド２０５が進入した体積分のオイルは、フリーピストン２０２を押し下げてガス室を圧縮する。ピストンロッド２０５の端部には、ピストンバルブ２０６が設けられている。ピストンバルブ２０６がオイル内を移動する際に発生する抵抗によって、振動による運動エネルギーを熱に代えて振動を減衰させる。

ここで、タイヤ牽引性能測定装置１００に減衰機構１０３が設けられている理由について説明する。タイヤの牽引性能テストでは、牽引車１２１が被牽引車１２２を牽引しながら一定速度で等速走行をおこなった後、急加速して等加速度運動をさせて各種の測定をおこなう。この急加速時に加わる力によって、牽引車１２１と被牽引車１２２との間、すなわちこれらを接続するワイヤーロープ１０１に振動が生じる。このときの力学的関係は、図３に示すバネマス系に近似することができる。

図３は、一般的なバネマス系の構成を示す説明図である。図３に示すバネマス系３００は、固定点３０１において壁に一端を固定されたバネ３０２と、バネ３０２の他端に接続された物体３０３によって構成される。バネ３０２は、バネ定数ｋ、自然長ｘであるものとする。物体３０３は、質量ｍを有するものとする。図１と図３との対応関係は、牽引車１２１におけるワイヤーロープ１０１の接続点が固定点３０１、バネ３０２がワイヤーロープ１０１、被牽引車１２２が物体３０３となる。

このように牽引車１２１と被牽引車１２２との間に振動が生じることによって、牽引力測定装置１０２の測定値に、振動に伴う振動力が加わってしまい、測定精度が低下してしまう。減衰機構１０３は、ワイヤーロープ１０１の振動を減衰させることによって、牽引力測定装置１０２における測定精度を向上させるために設けられる。

なお、減衰機構１０３では、振動の伸び側にのみ減衰力を発生させるようにする。また、減衰機構１０３は、下記式（１）で示される臨界減衰係数Ｃｃに対応する減衰力を発生させるようにすることが望ましい。ここで、ｍは被牽引車１２２の質量（ｋｇ）、ｋはワイヤーロープ１０１のバネ定数（Ｎ／ｍ）である。

減衰力Ｆは、減衰係数をＣ、振動の速度をＶとした場合、下記式（２）で表わされる。
Ｆ ＝ ＣＶ ・・・（２）
臨界減衰係数Ｃｃに対応する減衰力とは、上記式（２）におけるＣを、上記式（１）で示す臨界減衰係数Ｃｃの８０％〜１１０％の範囲とした減衰力である。これは、減衰係数Ｃが、臨界減衰係数Ｃｃの８０％より小さいと減衰力が足りずに振動を十分に減衰できず、臨界減衰係数Ｃｃの１１０％より大きいと減衰力が大きすぎて過減衰となってしまうためである。

図１の説明に戻り、車載ユニット１０４は、牽引車１２１に搭載され、牽引車１２１および牽引力測定装置１０２における各種の検出情報から、試験対象タイヤ１２３の牽引性能に関する指標を算出する。
図４は、車載ユニット１０４の機能的構成を示す説明図である。車載ユニット１０４は、回転速度取得部４０１、走行速度取得部４０２、スリップ率算出部４０３、トルク取得部４０４、牽引力取得部４０５、走行抵抗算出部４０６によって構成される。

回転速度取得部４０１は、試験対象タイヤ１２３タイヤの回転速度情報を取得する。回転速度取得部４０１は、たとえば、試験対象タイヤ１２３タイヤの駆動部などに設けられた回転速度検出機構による検出値の入力を受けることによって、回転速度情報を取得する。走行速度取得部４０２は、牽引車１２１の走行速度情報を取得する。走行速度取得部４０２は、牽引車１２１に設けられた走行速度検出機構による検出値の入力を受けることによって、走行速度情報を取得する。

スリップ率算出部４０３は、回転速度取得部４０１によって検出された回転速度情報と、走行速度取得部４０２によって検出された走行速度情報と、から試験対象タイヤ１２３のスリップ率を算出する。スリップ率算出部４０３は、牽引車１２１の走行速度（Ｖｖ）と、車輪速度（試験対象タイヤ１２３の円周×回転速度：Ｖｗ）との差を、牽引車１２１の走行速度（Ｖｖ）で除すことによって、スリップ率Ｓを算出する。

トルク取得部４０４は、試験対象タイヤ１２３に作用するトルクの検出値を取得する。トルク取得部４０４は、たとえば、試験対象タイヤ１２３タイヤの装着輪部などに設けられたトルク検出機構による検出値の入力を受けることによって、トルク検出値を取得する。牽引力取得部４０５は、牽引力測定装置１０２による測定値を取得する。牽引力取得部４０５は、たとえば、牽引力測定装置１０２から出力された牽引力の測定値の入力を受けることによって測定値を取得する。

走行抵抗算出部４０６は、トルク取得部４０４によって取得されたトルク検出値と、牽引力取得部４０５によって検出された牽引力と、から試験対象タイヤ１２３の走行抵抗を算出する。走行抵抗算出部４０６は、たとえば、駆動輪（試験対象タイヤ１２３）に作用する全トルクと牽引力との差分をとり、この差分を試験対象タイヤ１２３の走行抵抗として算出する。これにより、牽引力およびスリップ率に加えて、試験対象タイヤ１２３の駆動時における走行抵抗を評価することができる。

図５は、牽引性能試験における牽引力の測定値を示すグラフである。図５には、本実施の形態にかかるタイヤ牽引性能測定装置１００（本発明）を用いて測定した結果を示すグラフＡと、従来技術にかかる牽引性能測定装置（すなわち、減衰機構１０３を設けていない牽引性能測定装置）で測定した結果を示すグラフＢとが示されている。図５のグラフは、ともに縦軸が牽引力、横軸が時刻を示しており、時刻０までは等速運動をおこない、時刻０において加速を開始している。

従来技術にかかるグラフＢでは、加速開始後の牽引力に振幅が生じている。これは、上述したワイヤーロープ１０１の振動に伴い、牽引力測定装置１０２の測定値に振動の弾性力が加わってしまったためである。一方、本実施の形態にかかるタイヤ牽引性能測定装置１００では、そのような振幅は生じずに、加速後もほぼ一定の牽引力が測定されている。これは、減衰機構１０３によってワイヤーロープ１０１の振動が減衰し、牽引力測定装置１０２への振動の影響が生じなかったためである。

図６は、牽引性能試験における摩擦係数とスリップ率との関係を示すグラフである。図６にも、本実施の形態にかかるタイヤ牽引性能測定装置１００（本発明）を用いて測定した結果を示すグラフＡと、従来技術にかかる牽引性能測定装置で測定した結果を示すグラフＢとが示されている。図６のグラフは、ともに縦軸が摩擦係数、横軸がスリップ率を示している。なお、縦軸に示す摩擦係数は加速度に対応している。

従来技術にかかるグラフＢでは、スリップ率が４０％〜６０％の部分で摩擦係数（加速度）のピークが生じている。通常の路面（ドライ路面）では、このようなピークはスリップ率１０％前後の部分で現れる。このことから、従来技術にかかる測定方法では、試験対象タイヤ１２３の性能を正しく評価できないことがわかる。一方、本実施の形態にかかるタイヤ牽引性能測定装置１００では、そのようなピークは生じずに、スリップ率の全範囲にわたってほぼ一定の摩擦係数（加速度）が測定されており、試験対象タイヤ１２３の性能を正しく評価できていることがわかる。なお、上述した１０％ピークが現れていないのは、牽引性能試験がおこわれるのがウェット路面であるためである。

以上説明したように、実施の形態にかかるタイヤ牽引性能測定装置１００は、接続部材であるワイヤーロープ１０１に減衰機構を設けているので、牽引車１２１の加速時に加わる力によって接続部材に発生する振動を減衰させることができ、振動によって牽引力測定装置１０２の測定精度が低下するのを防止することができる。

タイヤ牽引性能測定装置１００は、減衰機構１０３で振動の伸び側にのみ振動の臨界減衰係数に対応する減衰力を発生させるので、振動を減衰させるのに適当な減衰力を得ることができ、より確実に振動を抑制することができる。さらに、タイヤ牽引性能測定装置１００は、試験対象タイヤ１２３のスリップ率に加えて、試験対象タイヤ１２３の走行抵抗を算出するので、試験対象タイヤ１２３の牽引性能として走行抵抗についても評価することができる。

１００……タイヤ牽引性能測定装置、１０１……ワイヤーロープ、１０２……牽引力測定装置、１０３……減衰機構、１０４……車載ユニット、１２１……牽引車、１２２……被牽引車、１２３……試験対象タイヤ。

Claims (4)

1. 試験対象タイヤが装着された牽引車で被牽引車を牽引して前記試験対象タイヤの牽引性能を測定するタイヤ牽引性能測定装置であって、
   前記牽引車と前記被牽引車とを接続する接続部材と、
   前記接続部材に設けられ、前記牽引車による牽引力を測定する牽引力測定手段と、
   前記接続部材に設けられ、前記牽引車の加速時に加わる力によって前記接続部材に発生する振動を減衰させる減衰機構と、
   を備えることを特徴とするタイヤ牽引性能測定装置。
2. 前記減衰機構は、前記振動の伸び側にのみ前記振動の臨界減衰係数に対応する減衰力を発生させることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ牽引性能測定装置。
3. 前記試験対象タイヤの回転速度情報を取得する回転速度取得手段と、
   前記牽引車の走行速度情報を取得する走行速度取得手段と、
   前記回転速度取得手段によって取得された前記回転速度情報と、前記走行速度取得手段によって取得された前記走行速度情報と、から前記試験対象タイヤのスリップ率を算出するスリップ率算出手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ牽引性能測定装置。
4. 前記試験対象タイヤに作用するトルクの検出値を取得するトルク取得手段と、
   前記トルク取得手段によって取得された前記トルクと前記牽引力測定手段によって測定された前記牽引力と、から前記試験対象タイヤの走行抵抗を算出する抵抗算出手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のタイヤ牽引性能測定装置。

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