JP2014020807A - タイヤの接地力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実路面上でタイヤ接地部に作用する力に近い力を測定すること。
【解決手段】接地力測定装置１０は、タイヤが転動する試験路面１００を構成する路面構成部材１０２、１０６、１０８と、路面構成部材１０６に備えられ、路面構成部材１０６がタイヤから受けた力を検出する力検出器と、路面構成部材１０６及び路面構成部材１０８に備えられ、これらの路面構成部材１０６、１０８のタイヤ接触面（表面１０６Ａ、１０８Ａ）を上下に移動可能にする移動機構と、を有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤの接地部に作用する力を測定するタイヤの接地力測定装置に関する。

従来から、転動時にタイヤの接地部に作用する力（接地圧やせん断力など）を測定する測定装置が種々開発されている（例えば、特許文献１）。

特許第４１９８６１０号

ところで、一般的なタイヤの接地力測定装置では、タイヤを平坦な試験路面上で転動させて、タイヤの接地部に作用する力を測定している。しかし、実際の路面（以下、単に「実路面」と記載する）には凹凸が存在していることが多く、平坦な試験路面上での測定結果と実路面上での測定結果の間に差が生じることがあった。

本発明は、実路面上でタイヤの接地部に作用する力に近い力を測定することを課題とする。

本発明の請求項１に記載のタイヤの接地力測定装置は、試験タイヤが転動する試験路面を構成する複数の路面構成部材と、少なくとも一つの前記路面構成部材に備えられ、当該路面構成部材が前記試験タイヤから受けた力を検出する力検出器と、少なくとも一つの前記路面構成部材に備えられ、当該路面構成部材のタイヤ接触面を上下に移動可能にする移動機構と、を有している。

本発明の請求項１に記載のタイヤの接地力測定装置では、移動機構を備える路面構成部材のタイヤ接触面（試験タイヤの踏面と接触する面であり、試験路面の一部を構成する）を、移動機構を用いて上下に移動させることで、試験路面に凹凸部分を形成することができるため、試験路面の路面状態を実路面の路面状態に近づけられる。

また、力検出器を備える路面構成部材が移動機構を備える場合、この力検出器及び移動機構を備える路面構成部材で試験路面に凸部を形成することで、当該凸部を踏んだときに試験タイヤの接地部に作用する力を測定することができる。すなわち、実路面にある凸部（路面上の突起物（（例えば、小石など））を踏んだときにタイヤの接地部に作用する力に近い力を測定することができる。

一方、力検出器を備えない路面構成部材が移動機構を備える場合、力検出器を備える路面構成部材で試験路面の凸部が形成されるように、力検出器を備えない路面構成部材で試験路面の凹部を形成することで、当該凸部を踏んだときに試験タイヤの接地部に作用する力を測定することができる。すなわち、実路面にある凸部を踏んだときにタイヤの接地部に作用する力に近い力を測定することができる。

以上のことから、本発明の請求項１に記載のタイヤの接地力測定装置によれば、実路面上でタイヤの接地部に作用する力に近い力を測定することができる。

本発明の請求項２に記載のタイヤの接地力測定装置は、請求項１に記載のタイヤの接地力測定装置において、前記力検出器を備える前記路面構成部材が、前記試験タイヤの転動方向に沿って並べられている。

本発明の請求項２に記載のタイヤの接地力測定装置では、力検出器を備える路面構成部材を試験タイヤの転動方向に沿って並べることで、試験タイヤの接地部に作用する力を転動方向の複数個所でほぼ同時に測定できるため、測定効率が向上する。

本発明の請求項３に記載のタイヤの接地力測定装置は、請求項１または請求項２に記載のタイヤの接地力測定装置において、前記力検出器を備える前記路面構成部材が、前記試験タイヤの転動方向と直交する方向に沿って並べられている。

本発明の請求項３に記載のタイヤの接地力測定装置では、力検出器を備える路面構成部材を試験タイヤの転動方向と直交する方向に沿って並べることで、試験タイヤの接地部に作用する力を転動方向と直交する方向の複数個所でほぼ同時に測定できるため、測定効率が向上する。

本発明の請求項４に記載のタイヤの接地力測定装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤの接地力測定装置において、前記移動機構を備える前記路面構成部材のタイヤ接触面は、前記試験タイヤの転動方向の長さ、及び、前記転動方向と直交する方向の幅が１０ｍｍ以下である。

本発明の請求項４に記載のタイヤの接地力測定装置では、移動機構を備える路面構成部材のタイヤ接触面の長さ及び幅を１０ｍｍ以下とすることで、試験路面の路面状態を実路面の路面状態により近づけることができる。

本発明の請求項５に記載のタイヤの接地力測定装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のタイヤの接地力測定装置において、少なくとも一つの前記路面構成部材には、透明部が設けられ、前記路面構成部材の下側には、少なくとも前記試験タイヤが前記力検出器を備える路面構成部材に接触してから離れるまで前記透明部を透して前記試験タイヤの接地部を連続して撮影する撮影手段が配設されている。

本発明の請求項５に記載のタイヤの接地力測定装置では、撮影手段によって、少なくとも試験タイヤが力検出器を備える路面構成部材に接触してから離れるまで路面構成部材に設けられた透明部を透して、試験タイヤの接地部（試験タイヤの踏面の路面に接地（接触）している部分）が連続して撮影される。

これにより、試験タイヤの接地部に作用する力の測定と共に該接地部の挙動（滑り）を観察することができる。

なお、試験タイヤの接地部の「滑り」は、撮影手段で撮影した複数の画像から、パターンマッチングなどを用いて試験タイヤの接地部の変位を求めることで得られる。

また、ここでいう「透明」とは、透明部を透して試験タイヤの接地部を撮影できる程度の透明度のものを指している。

以上説明したように、本発明のタイヤの接地力測定装置は、実路面上でタイヤ接地部に作用する力に近い力を測定することができる。

第１実施形態の接地力測定装置を上方から見た平面図である。 第１実施形態の接地力測定装置を側方から見た側面図である。 第１実施形態の接地力測定装置の正面図である。 第１実施形態の接地力測定装置の試験路面の斜視図である。 第１実施形態の力検出器及び移動機構を備える路面構成部材の斜視図である。 （Ａ）第１実施形態の力検出器及び移動機構を備える路面構成部材の収縮状態を示す側断面図である。（Ｂ）第１実施形態の力検出器及び移動機構付き路面構成部材の伸長状態を示す側断面図である。 第１実施形態の移動機構を備える路面構成部材の斜視図である。 第１実施形態の制御系の構成を示すブロック図である。 試験路面の凹凸路面状態の一例を示す試験路面の斜視図である。 試験路面上を試験タイヤが転動している状態を示す、図９の矢印１０Ｘ−１０Ｘ線断面図である。 試験路面の凹凸路面状態の他例を示す試験路面の斜視図である。 第２実施形態の接地力測定装置の試験路面の斜視図である。 第３実施形態の接地力測定装置の試験路面の斜視図である。 図１３の１４Ｘ部の拡大平面図である。 図１４の１５Ｘ−１５Ｘ線断面図である。 第３実施形態の制御系の構成を示すブロック図である。 制御のフローチャートである。 モデル化すべき領域を示した説明図である。 テクスチャの動きを説明する説明図である。 座標の差分の累積方法を説明する説明図である。 変形例の路面構成部材により構成される試験路面上を試験タイヤが転動している状態を示す試験路面の側断面図（図９の矢印１０Ｘ−１０Ｘ線断面図に対応）である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る接地力測定装置について説明する。

図１、図２に示すように、第１実施形態の接地力測定装置１０は、長尺状のベースフレーム１２を備えている。図１、図２では、ベースフレーム１２の幅方向（以下、適宜「装置幅方向」と記載する。）を矢印Ｆ方向及び矢印Ｂ方向で示し、ベースフレーム１２の長手方向（以下、適宜「装置長手方向」と記載する。）を矢印Ｌ方向及び矢印Ｒ方向で示し、ベースフレーム１２の上下方向（以下、適宜「装置上下方向」と記載する。）を矢印Ｕ方向（上方向）及び矢印Ｄ方向（下方向）で示している。なお、ここで言う装置上下方向は、鉛直方向と同じ方向である。

図１〜図３に示すように、ベースフレーム１２の幅方向両側には、ベースフレーム１２の長手方向に沿って延びるスライドレール１４が取り付けられており、幅方向略中間部分には同じく長手方向に沿って延びる路面１６が設けられている。

スライドレール１４には、リニアモーションガイド１８を介してタイヤ走行装置２０がスライド自在に搭載されている。

ベースフレーム１２の側面には、サーボモータ２２で回転されるボールネジ２４が軸受２６で支持されている。

また、タイヤ走行装置２０の枠状フレーム２８には、ボールネジ２４と螺合するナット３０が固定されており、ボールネジ２４を回転させることでタイヤ走行装置２０をスライドレール１４に沿って移動させることができる。

なお、枠状フレーム２８には、タイヤ走行装置２０の位置を検出するエンコーダ２１（図８参照）が設けられている。なお、図８に示すように、サーボモータ２２及びエンコーダ２１は、コンピュータ、記憶装置等を含む制御装置２３に接続されている。

なお、コンピュータには、少なくともパターンマッチングを行なわせるための画像処理ソフトが記憶されている。

枠状フレーム２８の上部には、ベースフレーム１２の長手方向に対して直交する方向に沿って延びるスライドレール３２が取り付けられており、スライドレール３２には、リニアモーションガイド３４を介して移動ベース３６がスライド自在に搭載されている。

また、枠状フレーム２８の上部には、サーボモータ３８で回転されるボールネジ４０が軸受４２で支持されている。移動ベース３６にはボールネジ４０の螺合するナット（図示せず）が固定されており、ボールネジ４０を回転させることで移動ベース３６をスライドレール３２に沿って移動させることができる。

枠状フレーム２８には、移動ベース３６の位置を検出するエンコーダ４３（図８参照）が設けられており、サーボモータ３８及びエンコーダ４３は制御装置２３に接続されている。

移動ベース３６の中央上部には、スラストベアリング４４を介して枠状のフレーム４６が回転可能に設けられている。フレーム４６の中央には、軸受４８が取り付けられている。この軸受４８には、シャフト５０が鉛直方向にスライド自在に支持されている。

移動ベース３６の上部には、サーボモータ４９を動力とするスリップ角変更用のスクリュージャッキ５１が取り付けられており、スクリュージャッキ５１のスクリュー５２の先端の軸受５４に設けたピン５６が、軸受４２の外側に突出したレバー６０の先端部分の孔（図示せず）に挿入されている。このため、スクリュー５２を軸方向に移動させることで、軸受４８に支持されたシャフト５０が移動ベース３６に対してある範囲内で回転する。

フレーム４６の上部には、サーボモータ６２を動力とする荷重負荷用のスクリュージャッキ６４が取り付けられており、スクリュージャッキ６４のスクリュー６６が、シャフト５０に接続されている。このため、スクリュー６６を軸方向に移動させることで軸受４８に支持されたシャフト５０が上下動する。

移動ベース３６には、軸受４８（シャフト５０）の角度（スリップアングル）を検出するロータリーエンコーダ６１（図８参照）、シャフト５０の上下位置を検出するエンコーダ６３が設けられており、サーボモータ４９、ロータリーエンコーダ６１、サーボモータ６２及びエンコーダ６３は制御装置２３に接続されている。

シャフト５０の下端には、Ｔ字状の水平回転フレーム６８が吊り下げられる格好で取り付けられている。

水平回転フレーム６８は、水平方向に延びる水平部６８Ａと、水平部６８Ａの中央から下方に延びる鉛直部６８Ｂとを備え、水平部６８Ａの一端にシャフト５０が固定されている。

水平回転フレーム６８の鉛直部６８Ｂの下端には、シャフト７０が水平に取り付けられている。このシャフト７０には、タイヤ支持フレーム７２が揺動自在に支持されている。

水平回転フレーム６８の水平部６８Ａには、サーボモータ７３を動力とするキャンバー角変更用のスクリュージャッキ７４が取り付けられており、スクリュージャッキ７４のスクリュー７６の先端の軸受７８に設けたピン８０が、タイヤ支持フレーム７２の孔（図示せず）に挿入されている。このため、スクリュー７６を軸方向に移動させることで、タイヤ支持フレーム７２がシャフト７０を中心に揺動する。

水平回転フレーム６８には、タイヤ支持フレーム７２の角度（キャンバー角）を検出するロータリーエンコーダ８１（図８参照）が設けられている。このロータリーエンコーダ８１、及びサーボモータ７３は制御装置２３に接続されている。

タイヤ支持フレーム７２には、試験タイヤ（以下、単に「タイヤ」と記載する。）８２を装着するハブ軸８４と、ハブ軸８４を回転させる制駆動サーボモータ８６、ハブ軸８４の回転位置を検出するロータリーエンコーダ８７が設けられている。また、ハブ軸８４には、タイヤ８２に作用する力（負荷荷重等）を検出するロードセル８９（図８参照）が設けられている。
これら制駆動サーボモータ８６、ロータリーエンコーダ８７、及びロードセル８９は、制御装置２３に接続されている。

路面１６の一部には、一段下がった凹部８８が設けられている。凹部８８の底面には、路面１６の長手方向に対して直交する方向に沿って延びるスライドレール９０が取り付けられている。このスライドレール９０には、リニアモーションガイド９１を介して計測器搭載路面ユニット９２がスライド自在に搭載されている。

凹部８８の底面には、サーボモータ９５で回転されるボールネジ９７が軸受９９で支持されている。

計測器搭載路面ユニット９２には、ボールネジ９７の螺合するナット（図示せず）が固定されており、ボールネジ９７を回転させることで計測器搭載路面ユニット９２を路面１６の長手方向に対して直交する方向に移動させることができる。

路面１６には、計測器搭載路面ユニット９２の位置を検出するエンコーダ９３（図８参照）が設けられており、エンコーダ９３は制御装置２３に接続されている。

図１、図４に示すように、計測器搭載路面ユニット９２は、タイヤ８２が転動する試験路面１００を構成する路面構成部材１０２、路面構成部材１０６、及び路面構成部材１０８を備えている。

路面構成部材１０２は、略矩形板状とされ、表面１０２Ａ（図４では上面）の中央部に凹部１０３が形成されている。

路面構成部材１０６は、略直方体状とされ（図５参照）、路面構成部材１０２の凹部１０３内に複数配設されている。なお、図４、図９、図１１においては、路面構成部材１０６と路面構成部材１０８を区別するために、路面構成部材１０６の表面１０６Ａに点状の模様を施している。

図５、図６に示すように、路面構成部材１０６は、上部に矩形板状の力検出器１１０を備え、力検出器１１０の下に移動機構１１２を備えている。なお、路面構成部材１０６は、本発明の力検出器及び移動機構を備える路面構成部材の一例である。また、本実施形態では、力検出器１１０の表面（図５、図６では、上面）が路面構成部材１０６の表面１０６Ａとなっている。

力検出器１１０は、路面構成部材１０６がタイヤ８２から受けた力を検出するものである。この力検出器１１０で検出された力（検出データ）によってタイヤ８２の接地部（踏面８２Ａの試験路面１００と接地している部分）に作用する力が求められる。

図８に示すように、力検出器１１０は、制御装置２３に接続されている。力検出器１１０で検出された検出データは、制御装置２３を介して該制御装置２３に接続された記憶装置１２７に記憶されるようになっている。

なお、本実施形態では、力検出器１１０として、タイヤ８２から受ける３方向（装置長手方向、装置幅方向、装置上下方向）それぞれの力の大きさを検出可能なセンサ、所謂３分力センサを用いている。この力検出器１１０により、タイヤ８２の接地部に作用する接地圧、タイヤ８２の接地部に作用する装置幅方向のせん断力、及びタイヤ８２の接地部に作用する装置長手方向のせん断力を求めることができる。

移動機構１１２は、図６に示すように、路面構成部材１０６の表面１０６Ａ（タイヤ８２と接触するタイヤ接触面）を上下（本実施形態では、装置上下方向（矢印Ｕ及び矢印Ｄ方向））に移動可能にさせるものである。なお、移動機構１１２による表面１０６Ａの上下の移動は、表面１０６Ａをタイヤ８２の踏面８２Ａに対して接離する方向に移動させる、と言い換えることができる。この場合、装置上方向（矢印Ｕ）が、表面１０６Ａが踏面８２Ａに対して接触する方向に対応し、装置下方向（矢印Ｄ）が、表面１０６Ａが踏面８２Ａに対して離間する方向に対応する。

移動機構１１２は、粗動機構１１４と微動機構１２０とを備えている。本実施形態の移動機構１１２では、粗動機構１１４の上に微動機構１２０が接続固定されている。なお、本発明はこの構成に限定されず、微動機構１２０の上に粗動機構１１４が接続固定されてもよい。

粗動機構１１４は、ケース１１５を備えている。このケース１１５は、凹部１０３の底面１０３Ａに固定された下ケース１１５Ｂと、この下ケース１１５Ｂに対して装置上下方向にスライド可能な上ケース１１５Ａとで構成されている。

また、ケース１１５の内部には、装置上下方向に延びる円柱状の回転軸１１６、及び回転軸１１６を回転させるためのモータ１１９が配設されている。

回転軸１１６は、一端部（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では下端部）が下ケース１１５Ｂの底部に立設された円環状（または円筒状）の軸受部１１７に挿入されて回転自在に支持されている。
一方、回転軸１１６は、他端部（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では上端部）に雄ねじ１１６Ａが形成されている。この回転軸１１６の他端部は、上ケース１１５Ａの天井部から下方に突き出た筒部１１８の内周面に形成された雌ねじ１１８Ａに捩じ込まれている。

また、回転軸１１６の軸方向の中間部（一端部と他端部との間）には、外周側に張り出すように歯車１１６Ｂが形成されている。この歯車１１６Ｂには、後述するモータ１１９の歯車１１９Ｂが噛み合うようになっている。

また、モータ１１９は、モータ軸１１９Ａの軸線が回転軸１１６の軸線と一致するように、下ケース１１５Ｂの底部に固定されている。つまり、モータ軸１１９Ａも回転軸１１６と同様に、装置上下方向に沿って延びている。モータ軸１１９Ａの先端部には、回転軸１１６の歯車１１６Ｂに噛み合う歯車１１９Ｂが取り付けられている。この構成により、モータ１１９の回転力（駆動力）が歯車１１６Ｂを介して回転軸１１６に伝達されるようになっている。

ここで、モータ１１９のモータ軸１１９Ａを一方向に回転させると、回転力（駆動力）が歯車１１９Ｂ及び歯車１１６Ｂを介して回転軸１１６に伝達されて回転軸１１６が回転する。この回転により回転軸１１６の他端部が上ケース１１５Ａの筒部１１８に捩じ込まれていく（図６（Ａ）参照）。このとき、下ケース１１５Ｂに対して上ケース１１５Ａが下方にスライドするため、粗動機構１１４の装置上下方向の長さ（本実施形態では、上ケース１１５Ａの上面から下ケース１１５Ｂの下面までの装置上下方向に沿った長さ）Ｈ１が収縮する。

一方、モータ１１９のモータ軸１１９Ａを他方向に回転させると、回転力（駆動力）が歯車１１９Ｂ及び歯車１１６Ｂを介して回転軸１１６に伝達されて回転軸１１６が回転する。この回転により回転軸１１６の他端部が上ケース１１５Ａの筒部１１８から捩じ戻されていく（図６（Ｂ）参照）。このとき、下ケース１１５Ｂに対して上ケース１１５Ａが上方にスライドするため、粗動機構１１４の装置上下方向の長さＨ１が伸長する。

つまり、本実施形態の粗動機構１１４は、モータ１１９の回転力を利用して下ケース１１５Ｂに対して上ケース１１５Ａをスライドさせることで、長さＨ１を伸縮させることができる。
なお、モータ１１９の回転制御用にロータリーエンコーダを設けて、上記長さＨ１の精度を向上させてもよい。

微動機構１２０は、板状の圧電素子１２３を装置上下方向に複数枚積層して構成された積層体１２２を備えている。この積層体１２２は、電圧印加により各圧電素子１２３が圧電効果を生じて変形し積層方向の厚みが増す（図６（Ｂ）参照）。すなわち、微動機構１２０の装置上下方向の長さＨ２が伸長する。

つまり、本実施形態の微動機構１２０は、圧電素子１２３の圧電効果による変形を利用して積層体１２２の積層方向の厚みを増加させることで、長さＨ２を伸長させることができる。

以上のことから、移動機構１１２は、粗動機構１１４及び微動機構１２０の伸縮により、装置上下方向の長さ（本実施形態では、積層体１２２の上面から下ケース１１５Ｂの下面までの装置上下方向に沿った長さ）Ｈ０が伸縮する。このように移動機構１１２の長さＨ０が伸縮することで、路面構成部材１０６の表面１０６Ａが上下（装置上下方向方）に移動する。言い換えると、路面構成部材１０６の装置上下方向に沿った長さが伸縮する。

図８に示すように、粗動機構１１４のモータ１１９、及び微動機構１２０の積層体１２２（圧電素子１２３）は制御装置２３に接続されている。

また、本実施形態では、路面構成部材１０６の表面１０６Ａの装置上下方向の位置の微調整は、印加する電圧を調整することで積層方向の厚みを調整可能な微動機構１２０で行っている。

路面構成部材１０８は、路面構成部材１０６と同じ形状でかつ同じ大きさとされ（図７参照）、路面構成部材１０２の凹部１０３内に路面構成部材１０６と共に複数配設されている。

図７に示すように、路面構成部材１０８は、上部に力検出器１１０と同じ形状でかつ同じ大きさの板材１０９を備え、この板材１０９の下に移動機構１１２を備えている。なお、路面構成部材１０８は、本発明の移動機構を備えるが力検出器を備えない路面構成部材の一例である。また、本実施形態では、板材１０９の表面（図７では、上面）が路面構成部材１０８の表面１０８Ａとなっている。

路面構成部材１０８は、前述の路面構成部材１０６と同様に、移動機構１１２の長さＨ０が伸縮することで、表面１０８Ａが上下（装置上下方向）に移動する。言い換えると、路面構成部材１０８の装置上下方向に沿った長さが伸縮する。

図４に示すように、路面構成部材１０２の表面１０２Ａ、路面構成部材１０６の表面１０６Ａ、及び路面構成部材１０８の表面１０８Ａによって試験路面１００が形成されている。

路面構成部材１０６及び路面構成部材１０８は、各々を混在させながら凹部１０３内にマトリクス状（図４では１６行１２列）に並べて配設されている。なお、路面構成部材１０８は、路面構成部材１０６を配設していない部分に配設されている。

路面構成部材１０６は、タイヤ８２の転動方向（本実施形態では、装置長手方向（矢印Ｒ方向）と同じ）に沿って並べられている。なお、本実施形態では、路面構成部材１０６を転動方向に沿って並べた列が間隔（装置幅方向の間隔）をあけて４列形成されている。

また、路面構成部材１０６は、タイヤ８２の転動方向と直交する方向（本実施形態では、装置幅方向（矢印Ｂ及び矢印Ｆ方向）と同じ）に沿って並べられている。なお、本実施形態では、路面構成部材１０６を転動方向と直交する方向に沿って並べた列が間隔(装置長手方向の間隔)をあけて２列形成されており、この２列は、上記４列と交差している。

路面構成部材１０６の表面１０６Ａは、タイヤ８２の転動方向の長さＬ１及び該転動方向と直交する方向の幅Ｗ１がともに１０ｍｍ以下に設定されている。
また、路面構成部材１０８の表面１０８Ａは、タイヤ８２の転動方向の長さＬ２及び該転動方向と直交する方向の幅Ｗ２がともに１０ｍｍ以下に設定されている。
なお、本実施形態では、表面１０６Ａ及び表面１０８Ａの大きさが同じ大きさになっている。

図８に示すように、制御装置２３には、テレビモニター１２４、各種の設定を行うためのキーボード１２５、マウス１２６及び、記憶装置１２７等が接続されている。

次に、本実施形態の接地力測定装置１０の動作を説明する。
まず、タイヤ８２をハブ軸８４に取り付ける。この時、タイヤ走行装置２０はタイヤ走行装置２０のスタート位置（図１に示すように、矢印Ｌ方向側の位置）に配置されており、シャフト５０は上昇位置にある。

次に、試験条件を設定する。試験条件としては、タイヤ８２のスリップアングル（ＳＡ）、タイヤ８２のキャンバー角（ＣＡ）、タイヤ８２に付与する荷重、制動力、及び駆動力等があり、各々設定できる。これらの設定値は、キーボード１２５より入力できる。
なお、タイヤ走行装置２０の移動速度と制駆動サーボモータ８６の回転速度とを調整することにより、路面１６及び試験路面１００を走行するタイヤ８２に対して制駆動力を付与することができる。

また、試験路面１００の路面状態も種々設定できる。具体的には、試験路面１００の路面状態は、各路面構成部材１０６の表面１０６Ａの上下（装置上下方向）の位置、及び各路面構成部材１０８の表面１０８Ａの上下（装置上下方向）の位置をそれぞれ設定することで多種多様に設定できる。
各表面１０６Ａ及び各表面１０８Ａの上下（装置上下方向）の位置情報は、キーボード１２５より入力できる。

試験路面１００の路面状態としては、路面構成部材１０２の表面１０２Ａ、路面構成部材１０６の表面１０６Ａ、及び路面構成部材１０８の表面１０８Ａの上下（装置上下方向）の位置を同じ位置にした、すなわち、面一とした図４に示す平坦路面状態（平坦路面）や、一部（図９では、４個）の路面構成部材１０６の表面１０６Ａを、他の面一とした表面１０２Ａ、残りの表面１０６Ａ、及び表面１０８Ａよりも上方（装置上方）に位置させた図９に示す凹凸路面状態（凹凸路面）や、一部の路面構成部材１０６の表面１０６Ａと一部の路面構成部材１０８の表面１０８Ａを、他の面一とした表面１０２Ａ、残りの表面１０６Ａ、及び残りの表面１０８Ａよりも上方（装置上方）に位置させた図１１に示す凹凸路面状態（凹凸路面）などがある。

なお、図９に示す試験路面１００では、上方（装置上方）に突き出た路面構成部材１０６によって小型の凸部が形成され、この凸部により例えば、実路面上の小石や小突起物などが再現される。
また、図１１に示す試験路面１００では、上方（装置上方）に突き出た路面構成部材１０６及び路面構成部材１０８によって大型の凸部が形成され、この凸部により例えば、実路面上の岩や轍、大突起物などが再現される。
なお、本発明の試験路面１００の前述の路面状態は一例であり、多種多様に設定でき、例えば、路面構成部材１０６に隣接する路面構成部材１０８の表面１０８Ａを下方（装置下方）に位置させて試験路面１００に凹部を形成し、路面構成部材１０６の表面１０６Ａで凸部を形成してもよい。

そして、タイヤ８２は、最初の試験条件で決められたスリップアングル（ＳＡ）、キャンバー角（ＣＡ）、荷重、制駆動力等が付与されて、タイヤ８２を路面１６に接地した状態でタイヤ走行装置２０が矢印Ｒ方向に移動（転動）される。

これによりタイヤ８２は、路面１６及び試験路面１００上を転動する。そして、図１０に示すように、タイヤ８２の踏面８２Ａが路面構成部材１０６の表面１０６Ａに接触し、路面構成部材１０６がタイヤ８２から受けた力が力検出器１１０によって検出される。この検出された力（検出データ）のうち、装置上下方向（装置鉛直方向）の成分がタイヤ８２の接地部に作用する接地圧を表し、装置長手方向及び装置幅方向の成分が踏面８２Ａに作用するそれぞれの方向のせん断力を表している。すなわち、力検出器１１０によってタイヤ８２の接地部に作用する力（接地圧、せん断力）が求められる（測定される）。なお、力検出器１１０は、タイヤ８２と接触したときに検出データを制御装置２３に送信する。すなわち、タイヤ８２と接触した力検出器１１０から送られる検出データによって踏面８２Ａに作用する力が求められる。

なお、制御装置２３では、力検出器１１０から送られてきた検出データに基づいて上記３方向の力（接地圧、せん断力）の大きさを記憶装置１２７に記憶させる。

次に、接地力測定装置１０の作用について説明する。
接地力測定装置１０では、路面構成部材１０６の表面１０６Ａ、及び、路面構成部材１０８の表面１０８Ａを、各々の路面構成部材が備える移動機構１１２を用いて上下に移動させることで、試験路面１００に凹凸部分を形成することができ、試験路面１００の路面状態を実路面の路面状態に近づけられる。例えば、図９、図１１に示すような凸部を試験路面１００に形成することができる。

また、力検出器１１０及び移動機構１１２を備える路面構成部材１０６で試験路面１００に例えば、図９や図１１に示すような凸部を形成することで、当該凸部を踏んだときにタイヤ８２の接地部に作用する力（接地圧及びせん断力）を測定することができる。すなわち、実路面にある小石などの突起物（凸部）を踏んだときにタイヤ８２の接地部に作用する力に近い力を測定することができる。

以上のことから、接地力測定装置１０によれば、実路面上でタイヤ８２の接地部に作用する力に近い力を測定することができる。

接地力測定装置１０では、力検出器１１０を備える路面構成部材１０６をタイヤ８２の転動方向に沿って並べていることから、タイヤ８２の接地部に作用する力を転動方向の複数個所でほぼ同時に測定できるため、測定効率が向上する。また、路面構成部材１０６をタイヤ８２の転動方向と直交する方向に沿って並べることで、タイヤ８２の接地部に作用する力を転動方向と直交する方向の複数個所でほぼ同時に測定できるため、さらに測定効率が向上する。

また、接地力測定装置１０では、路面構成部材１０６の表面１０６Ａの長さＬ１及び幅Ｗ１を１０ｍｍ以下、路面構成部材１０８の表面１０８Ａの長さＬ２及び幅Ｗ２を１０ｍｍ以下としていることから、試験路面１００の路面状態を実路面の路面状態により近づけることができる。
特に、表面１０６Ａの長さＬ１及び幅Ｗ１の値を小さくすることで、タイヤ８２の踏面８２Ａに小さいブロックなどが形成されていても、このブロックに作用する力を力検出器１１０で正確に測定することができる。

第１実施形態の粗動機構１１４では、モータ１１９の回転力（駆動力）を用いてケース１１５を装置上下方向に伸縮させる構成としているが、本発明はこの構成に限定されず、ソレノイドと可動鉄心を用いてケース１１５を装置上下方向に伸縮させる構成としてもよい。具体的には、下ケース１１５Ｂの底部にソレノイドを配設し、ソレノイドの中心を通るように配設された可動鉄心の先端部を上ケース１１５Ａの天井部に取り付ける構成とする。この構成によれば、ソレノイドに電流を印加することで、可動鉄心がソレノイドから押し出される、またはソレノイド内に引き戻されるため、ケース１１５が装置上下方向に伸縮される。なお、粗動機構として上記ソレノイドを用いる構成は、後述する第２、第３実施形態にも適用できることは言うまでもない。

第１実施形態では、移動機構１１２を粗動機構１１４と微動機構１２０で構成しているが、本発明はこの構成に限定されず、移動機構１１２を粗動機構１１４のみで構成してもよく、移動機構１１２を微動機構１２０のみで構成してもよい。なお、上記構成は、後述する第２、第３実施形態にも適用できる。

第１実施形態では、力検出器１１０を備える路面構成部材１０６が移動機構１１２も備える構成としているが、本発明はこの構成に限定されず、力検出器１１０を備える路面構成部材１０６が移動機構１１２を備えない構成としてもよい。このような構成の場合には、力検出器１１０は備えるが、移動機構１１２を備えない路面構成部材１０６の表面１０６Ａで試験路面１００の凸部が形成されるように、力検出器１１０を備えないが、移動機構１１２を備える路面構成部材１０８の表面１０８Ａで試験路面１００に凹部を形成することで、上記凸部を踏んだときにタイヤ８２の接地部に作用する力を測定することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る接地力測定装置について説明する。なお、第１実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施形態の接地力測定装置１３０は、試験路面１３２の構成以外は、第１実施形態の接地力測定装置１０と同一の構成である。このため、以下では、試験路面１３２の構成について説明する。

図１２に示すように、本実施形態の接地力測定装置１３０の試験路面１３２は、第１実施形態の接地力測定装置１０の試験路面１００の路面構成部材１０８を全て路面構成部材１０６に置き換えたものである。すなわち、試験路面１３２は、路面構成部材１０２及び路面構成部材１０６のみで構成され、路面構成部材１０６が凹部１０３内にマトリクス状に配設されている。なお、図１２においては、第１実施形態と同様に、路面構成部材１０６の表面１０６Ａに点状の模様を施している。

次に、本実施形態の接地力測定装置１３０の作用効果について説明する。
なお、本実施形態の作用効果のうち、第１実施形態と同様の作用効果については、その説明を適宜省略する。

接地力測定装置１３０では、試験路面１３２を路面構成部材１０２及び路面構成部材１０６のみで構成し、路面構成部材１０６をマトリクス状に配設していることから、タイヤ８２の試験路面１３２の転動時に、タイヤ８２の接地部に作用する力を転動方向の複数個所及び該転動方向と直交する方向の複数箇所でほぼ同時に測定できる。
これにより、１回の計測で効率よくタイヤ８２の接地部に作用する力を測定できる。すなわち、接地力測定装置１３０の測定効率をさらに向上させることができる。

第２実施形態の接地力測定装置１３０では、試験路面１３２を路面構成部材１０２及び路面構成部材１０６のみで構成しているが、本発明はこの構成に限定されず、試験路面を路面構成部材１０６のみで構成してもよい。具体的には、計測器搭載路面ユニット９２に形成した支持台上に路面構成部材１０６をマトリクス状に配設して試験路面を構成する。これにより、接地力測定装置の測定効率を効果的に向上させることができる。なお、上記構成は、第１実施形態及び後述する第３実施形態にも適用できる。例えば、第１実施形態の接地力測定装置１０に上記構成を適用した場合には、計測器搭載路面ユニット９２に形成した支持台上に路面構成部材１０６及び路面構成部材１０８をマトリクス状に配設して試験路面が構成される。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る接地力測定装置について説明する。なお、第１実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施形態の接地力測定装置１４０は、試験路面１４２の構成以外は、第１実施形態の接地力測定装置１０と同一の構成である。このため、以下では、試験路面１４２の構成について説明する。

図１３に示すように、本実施形態の接地力測定装置１４０の試験路面１４２は、路面構成部材１４４、及び路面構成部材１０６によって構成されている。

路面構成部材１４４は、略矩形板状とされ、表面１４４Ａ（図１３では上面）の中央部に装置幅方向に間隔をあけて装置長手方向に沿って延びる溝状の凹部１４５が形成されている。また、路面構成部材１４４は、少なくとも一部が透明とされている。なお、本実施形態では、路面構成部材１４４のすべての部分が透明とされている。一方、路面構成部材１４４の一部分を透明とする場合には、凹部１４５に隣接する部分を透明部とすることが好ましい。

なお、本実施形態の路面構成部材１４４は、アクリルやガラス等の透明な材料で形成されている。

凹部１４５内には、装置長手方向に沿って複数の路面構成部材１０６が配設されている。なお、図１３においては、第１実施形態と同様に、路面構成部材１０６の表面１０６Ａに点状の模様を施している。

図１５に示すように、路面構成部材１４４の下側（タイヤ８２と反対側）には、試験路面１４２上の物体（ここではタイヤ８２）を撮影可能なビデオカメラ１４８が配設されている。なお、ビデオカメラ１４８は、本発明の撮影手段の一例である。

図１４に示すように、ビデオカメラ１４８は、少なくとも路面構成部材１０６の表面１０６Ａにタイヤ８２の踏面８２Ａが接触してから離れるまでの間、路面構成部材１４４の凹部１４５に隣接する部分（透明な部分（本発明の透明部の一例））を透してタイヤ８２の接地部を連続して撮影することが可能とされている。また、ビデオカメラ１４８の撮影範囲Ｐには、路面構成部材１０６の表面１０６Ａ及びその周辺が含まれている。
なお、ビデオカメラ１４８としては、例えば、ＣＣＤカメラなどが用いられる。

また、ビデオカメラ１４８は、力検出器１１０を備える一つの路面構成部材１０６につき一つ用いる構成としてもよく、複数の路面構成部材１０６に対して一つ用いる構成としてもよい。なお、本実施形態では、図１４、図１５に示すように、複数の路面構成部材１０６に対して一つのビデオカメラ１４８を用いている、すなわち、撮影範囲Ｐ内に複数の路面構成部材１０６が配設されている。

図１６に示すように、ビデオカメラ１４８は、制御装置２３に接続されている。

次に、本実施形態の接地力測定装置１０の動作を図１７のフローチャート、及び図１８に基づき説明する。

まず、タイヤ８２をハブ軸８４に取り付ける。この時、タイヤ走行装置２０はタイヤ走行装置２０のスタート位置（図１に示すように、矢印Ｌ方向側の位置）に配置されており、シャフト５０は上昇位置にある。

ステップ１５０では、試験条件を設定する。試験条件としては、タイヤ８２のスリップアングル（ＳＡ）、タイヤ８２のキャンバー角（ＣＡ）、タイヤ８２に付与する荷重、制動力、及び駆動力等があり、各々設定できる。これらの設定値は、キーボード１２５より入力できる。
なお、タイヤ走行装置２０の移動速度と制駆動サーボモータ８６の回転速度とを調整することにより、路面１６及び試験路面１００を走行するタイヤ８２に対して制駆動力を付与することができる。

また、試験路面１４２の路面状態を設定する。試験路面１４２の路面状態の設定方法は、第１実施形態と同様である。なお、試験路面１４２を構成する路面構成部材１０６の表面１０６Ａの上下（装置上下方向）の位置情報は、キーボード１２５より入力できる。

そして、タイヤ８２は、最初の試験条件で決められたスリップアングル（ＳＡ）、キャンバー角（ＣＡ）、荷重、制駆動力等が付与されて、タイヤ８２を路面１６に接地した状態でタイヤ走行装置２０が矢印Ｒ方向に移動（転動）される。

これによりタイヤ８２は、路面１６及び試験路面１００上を転動する。そして、タイヤ８２の踏面８２Ａが路面構成部材１０６の表面１０６Ａに接触し、路面構成部材１０６がタイヤ８２から受けた力が力検出器１１０によって検出される。この検出された力（検出データ）のうち、装置上下方向（装置鉛直方向）の成分がタイヤ８２の接地部に作用する接地圧を表し、装置長手方向及び装置幅方向の成分が踏面８２Ａに作用するそれぞれの方向のせん断力を表している。すなわち、力検出器１１０によってタイヤ８２の接地部に作用する力（接地圧、せん断力）が求められる（測定される）。また、この力検出時に、少なくとも路面構成部材１０６の表面１０６Ａにタイヤ８２の踏面８２Ａが接触してから離れるまでの間、ビデオカメラ１４８が路面構成部材１４４の凹部１４５に隣接する部分（透明な部分）を透してタイヤ８２の接地部を連続して撮影する。

そして、ビデオカメラ１４８で連続して撮影された複数の画像は、制御装置２３によって記憶装置１２７に一定の時間間隔で記憶される。

また、制御装置２３では、力検出器１１０から送られてきた検出データに基づいて３方向の力（接地圧、せん断力）の大きさを、画像に対応させて記憶装置１２７に記憶させる。

次のステップ１５２では、記憶されている接地している瞬間の画像のうちの一つ（例えば、最初に接地した際のタイヤ踏面８２Ａの画像）を選択し、テレビモニター１２４に映し出す。

オペレータは、画面を見ながらマウス１２６（図１６参照）等を用いて画像の中の計測したい計測位置、即ちパターン認識に用いるモデル化すべき領域の位置及び大きさを指定する（図１８参照。図１８において、符号２０４の付与されている点線の四角はモデル化領域を示している。）。なお、本実施形態では、図１４に示すように、路面構成部材１０６の表面１０６Ａの転動方向と直交する方向に隣接する領域がパターンマッチングのモデル化領域２０４とされている。

なお、複数箇所の変位を見たい場合には、ここでモデル化すべき領域を複数指定する。本実施形態では、複数の力検出器１１０を備える路面構成部材１０６を設けているため、各々の路面構成部材１０６の表面１０６Ａに隣接する領域をそれぞれモデル化すべき領域として指定している。なお、モデル化領域２０４の大きさは、表面１０６Ａよりも小さくすることが好ましい。

次のステップ１５４では、オペレータによりコンピュータが操作されると、画像のコントラストや明るさが、認識範囲内で一定のパターンが認識できるように調整される（本実施形態では、特徴抽出が容易にできるよう多値画像から２値画像（白黒）に変換を行なう。）。なお、画像の調整は、画像処理ソフトが行う。

次のステップ１５６では、パターンマッチングに用いる初期モデルの設定を行なう。オペレータがキーボード１２５等でコンピュータに指示を出すことで、コンピュータは、最初に接地した際のタイヤ８２の踏面８２Ａの画像のモデル化すべき領域２０４（ステップ１５２で設定された。）を初期モデルとし、該初期モデルの座標（Ｘｐ０，Ｙｐ０）を演算し、これを１番目の画像に対応させて記憶する。

次のステップ１５８では、コンピュータは、先に初期モデルを設定した１番目の画像と、別の時間に撮影された画像、例えば、２番目の画像についてパターンマッチングを行い初期モデルのテクスチャと同じテクスチャを２番目の画像から抽出し、該初期モデルの２番目の画像における座標（Ｘｐｔ，Ｙｐｔ）を演算し、これを２番目の画像に対応させて記憶させる。

以後同様にして、撮影された全ての画像について、前後の画像のパターンマッチングを順に行い、初期モデルの座標を各画像について演算し、得られた座標を画像に対応させて記憶する。

次のステップ１６０では、必要画面数の処理が終了したか否かが判断され、必要画面数の処理が終了した場合には、次のステップ１６２へ進み、必要画面数の処理が終了していない場合にはステップ１５８へ戻る。

次のステップ１６２では、必要計測位置（初期モデル）の処理が終了したか否かが判断される。ステップ１６２において、初期モデルが複数設定されている場合には、複数の初期モデルにおいて、上述した座標の演算が全て処理されたかが判断される。

ここで、全ての初期モデルの処理が終了していると判断された場合には次のステップ１６４へ進み、そうでない場合にはステップ１５６へ戻る。

次のステップ１６４では、記憶した座標に基づいて、初期モデルの変位を演算する。

例えば、１番目の画像と２番目の画像とを比較した際、初期モデルが変位している場合、路面に対するタイヤ８２の踏面８２Ａの初期モデルの変位量は、１番目の画像での座標と２番目の画像での座標の差で表される。

Ｘ軸方向の変位量：Ｘｐ＝Ｘｐｔ−Ｘｐ０
Ｘ軸方向の変位量：Ｙｐ＝Ｙｐｔ−Ｙｐ０
なお、Ｘｐ、及びＹｐより、初期モデルの変位方向も演算できる。

ここでは、全ての画像について前後の画像から初期モデルの変位量を演算する。

これらを図１９、及び図２０の概念図を参照して説明すると、図１９に示すように、テクスチャ４００が１番目の画像Ｐ１から４番目の画像Ｐ４に示すように変位している場合、図２０に示すように、先ず画像Ｐ１と画像Ｐ２との座標の差分Ｓ１を取り、次に画像Ｐ２と画像Ｐ３との座標の差分Ｓ２を取り、次に画像Ｐ３と画像Ｐ４との座標の差分Ｓ３を取り、これらの差分Ｓ１、差分Ｓ２、及び差分Ｓ３を累積することで、テクスチャ４００の変位を得ることが出来る。

次に、本実施形態の接地力測定装置１４０の作用効果について説明する。
なお、本実施形態の作用効果のうち、第１実施形態と同様の作用効果については、その説明を適宜省略する。

接地力測定装置１４０では、少なくとも路面構成部材１０６の表面１０６Ａにタイヤ８２の踏面８２Ａが接触してから離れるまでの間、ビデオカメラ１４８が路面構成部材１４４の凹部１４５に隣接する部分（透明な部分）を透して、タイヤ８２の接地部が連続して撮影される。

これにより、タイヤ８２の接地部に作用する力の測定と共に該接地部に作用する力を測定した部位、または、この測定部位に近接した部分の挙動（滑り）を観察する（求める）ことができる。

以上のように、接地力測定装置１４０では、実路面での測定結果に近い力（接地圧、せん断力）と滑りを測定できるため、タイヤに対してより正確な摩耗エネルギーを求めることができる。これにより、従来よりも精度の高い摩耗予測が可能となる。

第３実施形態では、路面構成部材１４４にタイヤ８２の転動方向に延びる溝状の凹部１４５を形成しているが、本発明はこの構成に限定されず、路面構成部材１４４にタイヤ８２の転動方向に対して傾斜または直交する方向に延びる溝状の凹部を形成し、この凹部内に路面構成部材１０６を配設してもよい。

また、第３実施形態では、路面構成部材１４４に溝状の凹部１４５を形成しているが、本発明はこの構成に限定されず、路面構成部材１４４に路面構成部材１０６が一つのみは配設可能な大きさの凹部を複数個形成し、これらの凹部に路面構成部材１０６を配設する構成としてもよい。

第３実施形態では、路面構成部材１４４の少なくとも一部を透明な部分としたが、本発明はこの構成に限定されず、路面構成部材１０６及び路面構成部材１０８の少なくとも一方に透明な部分を形成し、この透明な部分を透してタイヤ８２の接地部をビデオカメラ１４８で撮影してもよい。例えば、図２１に示す路面構成部材１０６の変形例の路面構成部材１７６のように、力検出器１１０の中央から下方に向けて移動機構１１２及び路面構成部材１０２（または路面構成部材１４４）を貫通する透明な柱状体１７８を設けて、この柱状体１７８を通してタイヤ８２の接地部をビデオカメラ１４８で撮影してもよい。なお、柱状体１７８は力検出器１１０に表面が面一になるように固定されている。また、上記構成は、路面構成部材１０８にも適用することができる。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。

１０、１３０、１４０ 接地力測定装置（タイヤの接地力測定装置）
８２ タイヤ（試験タイヤ）
１００、１３２、１４２ 試験路面
１０２ 路面構成部材
１０２Ａ 表面（タイヤ接触面）
１０６ 路面構成部材
１０６Ａ 表面（タイヤ接触面）
１０８ 路面構成部材
１０８Ａ 表面（タイヤ接触面）
１１０ 力検出器
１１２ 移動機構
１４４ 路面構成部材
１４４Ａ 表面（タイヤ接触面）
１４８ ビデオカメラ（撮影手段）
１７６ 路面構成部材
１７８ 柱状体（透明部）

Claims (5)

1. 試験タイヤが転動する試験路面を構成する複数の路面構成部材と、
   少なくとも一つの前記路面構成部材に備えられ、当該路面構成部材が前記試験タイヤから受けた力を検出する力検出器と、
   少なくとも一つの前記路面構成部材に備えられ、当該路面構成部材のタイヤ接触面を上下に移動可能にする移動機構と、
   を有するタイヤの接地力測定装置。
2. 前記力検出器を備える前記路面構成部材が、前記試験タイヤの転動方向に沿って並べられている、請求項１に記載のタイヤの接地力測定装置。
3. 前記力検出器を備える前記路面構成部材が、前記試験タイヤの転動方向と直交する方向に沿って並べられている、請求項１または請求項２に記載のタイヤの接地力測定装置。
4. 前記移動機構を備える前記路面構成部材のタイヤ接触面は、前記試験タイヤの転動方向の長さ、及び、前記転動方向と直交する方向の幅が１０ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤの接地力測定装置。
5. 少なくとも一つの前記路面構成部材には、透明部が設けられ、
   前記路面構成部材の下側には、少なくとも前記試験タイヤが前記力検出器を備える路面構成部材に接触してから離れるまで前記透明部を透して前記試験タイヤの接地部を連続して撮影する撮影手段が配設されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のタイヤの接地力測定装置。

Images