JP2014052383A

JP2014052383A - シャシーダイナモメータ

Info

Publication number: JP2014052383A
Application number: JP2013233033A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kobayashi; 小林　　実; Makoto Niwakawa; 誠庭川
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2029-06-25
Also published as: JP5605491B2

Abstract

【課題】非接触でタイヤの動的半径を高精度に計測することができるシャシーダイナモメータを提供する。
【解決手段】シャシーダイナモメータのローラ３上で自動車１のタイヤ５ａが回転しているときにホイル５の側面の外周を走査線（図８中、Ｌで示す）が横切り、かつ、この走査線がシャシーダイナモメータに対して水平になるように設置される撮像手段であるラインセンサ１４と、画像中のホイル５の外周の軌跡を所定の２点の位置として検出する位置検出手段１０と、所定の２点の位置と予め計測したホイル５の半径（図１０中、「Ｌ₁−Ｃ」又は「Ｌ₂−Ｃ」で示す）とに基づき前記ホイルの回転中心を求め、所定の２点の位置の中点（図１０中、Ｍで示す）とホイル５の回転中心との距離と、予め計測したローラ３の上面からラインセンサ１４の走査線までの距離とを加算することにより、タイヤの動的半径を算出するタイヤ半径算出手段とを備えた。
【選択図】図７

Description

本発明は、シャシーダイナモメータに関する。

従来から、自動車の性能を検査する装置としてシャシーダイナモメータが知られている。シャシーダイナモメータは、自動車を回転軸にダイナモが設置されたローラの上に固定し、各種走行条件で自動車の性能を検査する装置である。ところで、タイヤの半径は、タイヤとローラの接触点からタイヤの回転中心までの距離を計測して求める。

しかし、試験中のタイヤの半径は自動車の運転状態により変化しているため、試験中に連続してたタイヤの半径を計測する必要がある。このため、下記特許文献１には、画像計測を用いてタイヤのエッジを抽出し、タイヤの回転中心を求め、タイヤの半径を計測する方法が開示されている。

特開２００５−３５１７３０号公報特開昭６３−５２０６６号公報

しかしながら、上記特許文献１では、タイヤがパンクしたり、ローラ上から著しく逸脱した場合など、大きくタイヤの位置や半径が大きく変化するような場合には大変有効であるが、通常の試験中にタイヤ半径を計測するような用途では、タイヤ全体を撮像するため、画像の解像度が落ちてしまう。したがって、変化量の比較的小さな動的半径の変化を計測するのが困難であるという課題がある。また、タイヤのエッジが必ずしも円になっているとは限らないのに、円に近似したりしているため、計測誤差が大きいという課題がある。

以上のことから、本発明は、非接触でタイヤの動的半径を高精度に計測することができるシャシーダイナモメータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係るシャシーダイナモメータは、
シャシーダイナモメータのローラ上で自動車のタイヤが回転しているときにホイルの側面の外周を走査線が横切り、かつ、該走査線が前記シャシーダイナモメータに対して水平になるように設置される撮像手段と、
画像中の前記ホイルの外周の軌跡を所定の２点の位置として検出する位置検出手段と、
前記所定の２点の位置と予め計測した前記ホイルの半径とに基づき前記ホイルの回転中心を求め、
前記所定の２点の位置の中点と前記ホイルの回転中心との距離と、予め計測した前記ローラの上面から前記撮像手段の前記走査線までの距離とを加算することにより、タイヤの動的半径を算出するタイヤ半径算出手段と
を備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、非接触でタイヤの動的半径を高精度に計測することができるシャシーダイナモメータを提供することができる。

本発明の第１，２の参考例に係るシャシーダイナモメータの構成を示した模式図である。本発明の第１，２の参考例及び第１の実施例に係るシャシーダイナモメータにおける回転角度算出装置のブロック図である。本発明の第１，２の参考例に係るシャシーダイナモメータにおけるカメラの撮像視野を示した模式図である。本発明の第１の参考例に係るシャシーダイナモメータにおけるホイルの回転中心の算出方法を示した模式図である。本発明の第１の参考例に係るシャシーダイナモメータにおけるホイルの回転中心の座標系の算出方法を示した模式図である。本発明の第２の参考例に係るシャシーダイナモメータにおける連続撮像で得られた座標列を示した模式図である。本発明の第１の実施例に係るシャシーダイナモメータの構成を示した模式図である。本発明の第１の実施例に係るシャシーダイナモメータにおけるラインセンサの走査位置を示した模式図である。本発明の第１の実施例に係るシャシーダイナモメータにおけるラインセンサ画像を示した模式図である。本発明の第１の実施例に係るシャシーダイナモメータにおける走査位置からホイルの回転中心までの距離の算出方法を示した模式図である。

以下、本発明に係るシャシーダイナモメータを実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

参考例１

以下、本発明に係るシャシーダイナモメータの第１の参考例について説明する。
本参考例に係るシャシーダイナモメータは、図１，３に示すように、カメラ７によって、ホイル５の側面に貼った２個のマーカ６の位置を検出し、タイヤ５ａの回転中心を算出して、タイヤ５ａの動的半径を算出することを特徴とする。

上記特許文献２では、中心外の１点に付した１個のマーカにより回転体の中心位置を算出しているが、この方法では回転体の中心位置の検出精度に課題がある。
これに対し、本発明に係るシャシーダイナモメータは、２個のマーカ６からホイル５の回転中心を算出するため、ホイル５の回転中心の検出精度が良いという利点がある。

はじめに、本参考例に係るシャシーダイナモメータの構成について説明する。
図１に示すように、自動車１はシャシーダイナモメータ上に載置される。シャシーダイナモメータは、回転軸にダイナモ２が取り付けられたローラ３や、シャシーダイナモメータを制御するシャシーダイナモメータ制御装置４等により構成されている。そして、自動車１のホイル５が回転することにより、シャシーダイナモメータのローラ３が回転して、自動車１の出力等を計測できるようになっている。

また、本参考例に係るシャシーダイナモメータは、ホイル５に貼った２個のマーカ６の位置を撮像するカメラ７と、カメラ７により撮像した画像からタイヤ半径を算出するタイヤ半径算出装置８とを備えている。なお、本参考例においては、カメラ７は二次元画像を撮像することが可能なエリアカメラを用いるものとする。

図２に示すように、本参考例に係るシャシーダイナモメータにおけるタイヤ半径算出装置８は、カメラ７からの画像を入力する画像入力手段９と、画像入力手段９から入力した画像中のマーカ６やホイル５の外周の位置を画像処理により検出する位置検出手段１０と、位置検出手段１０により検出したマーカ６の位置からホイル５の回転中心を検出する回転中心算出手段１１と、回転座標系におけるマーカ６の位置データを記憶する位置データ記憶手段１２と、タイヤの半径を検出するタイヤ半径算出手段１３とにより構成されている。

なお、本参考例においては、タイヤ半径算出装置８は、後述する実際のタイヤ５ａの動的半径の計測の開始前の作業として、２個のマーカ６の位置とホイル５の回転中心の関係を計測する際と、実際にタイヤ５ａの半径を算出する際の両方において用いるものとする。

次に、本参考例に係るシャシーダイナモメータの動作原理について説明する。
はじめに、実際のタイヤ５ａの動的半径の計測開始前の作業として、２個のマーカ６の位置とホイル５の回転中心との関係を計測する作業の手順について説明する。

はじめに、自動車１を持ち上げてタイヤ５ａとローラ３が接触しないようにした上でカメラ７により２個のマーカ６の１回目の撮像を行い、さらに、ホイル５を任意の角度だけ回転させた上でカメラ７により２個のマーカ６の２回目の撮像を行う。

次いで、位置検出手段１０において、１回目に撮像した画像から１回目の２個のマーカ６の位置（図４中、点ｍ２，Ｍ２で示す位置）を検出し、さらに、２回目に撮像した画像から２回目の２個のマーカ６の位置（図４中、点ｍ１，Ｍ１で示す位置）を検出する。

次いで、回転中心算出手段１１において、図４に示すように、１回目の２個のマーカ６の位置を結んで得た垂直二等分線と、２回目の２個のマーカ６の位置を結んで得た垂直二等分線とを求め、これら２本の垂直二等分線の交点をホイル５の回転中心（図４中に示す点Ｃ）として算出する。

最後に、位置データ記憶手段１２において、図５に示すように、ｍ１とＭ１とを通る軸をＵ軸とし、Ｕ軸に対して直角方向でｍ１を通る軸をＶ軸とするＵＶ座標系を設定して算出した回転中心をＵＶ座標系に変換し、その回転中心のＵＶ座標系における座標Ｃ_UVを記憶する。
以上がタイヤ５ａの半径の計測の開始前に行う作業である。

次に、実際にタイヤ５ａの動的半径を算出する手順について説明する。
はじめに、図１に示すように、シャシーダイナモメータ上に自動車１を固定し、カメラ７はホイル５の側面を撮像する位置に設置する。

図３に示すように、カメラ７は、カメラ７の撮像視野、すなわち、画面（図３中にＳで示す）の下端の位置が、ローラ３の上面（すなわち、ローラ３とタイヤ５ａとの接触点）からの距離（図３中にＰ₁で示す位置）となるように、カメラ７を固定する。このため、ローラ３の上面からカメラ７の撮像視野の下端までの距離（図３中、Ｐ₁で示す）は既知の距離となる。

次いで、カメラ７によりシャシーダイナモメータのローラ３上でタイヤ５ａが回転しているときの２個のマーカ６の撮像を行う。
次いで、位置検出手段１０において、画像中の２個のマーカ６を検出する。

最後に、タイヤ半径算出手段１３において、図５中に示すように、検出した２個のマーカ６の位置に基づき、ＵＶ座標系を角度θの分だけ回転させ、ベクトルＴの分だけ平行移動させることにより位置データ記憶手段１２に記憶した回転中心の座標Ｃ_UVを、カメラ７の撮像視野内のＸＹ座標系における回転中心の座標Ｃ_XYに変換する。

座標Ｃ_XYと画像の解像度からカメラ７の撮像視野（図３中、Ｓで示す）の下端の位置からの距離を算出する。そして、カメラ７の撮像視野の下端の位置からの距離と、ローラ３の上面からカメラ７の撮像視野の下端までの距離とを加算することにより、タイヤ５ａの動的半径を算出することができる。

以上説明したように本参考例に係るシャシーダイナモメータは、２個のマーカ６の位置とホイル５の回転中心との関係を計測する作業を行うために、タイヤ５ａとローラ３とが接触しないようにした上で所定の２点である２個のマーカ６が映る画像の１回目の撮像を行い、ホイル５を任意の角度回転させ２個のマーカ６が映る画像の２回目の撮像を行う撮像手段であるカメラと、１回目に撮像した画像から１回目の２個のマーカ６の位置を検出し、さらに、２回目に撮像した画像から２回目の２個のマーカ６の位置を検出する位置検出手段１０と、１回目の２個のマーカ６の位置を結んで得た垂直二等分線と、２回目の２個のマーカ６の位置を結んで得た垂直二等分線との交点をホイル５の回転中心として算出する回転中心算出手段１１と、回転中心の所定の座標系における座標を算出し変換し、予め算出した回転中心の座標として記憶する位置データ記憶手段１２とを備えることを特徴とする。

さらに、本参考例に係るシャシーダイナモメータは、実際にタイヤ５ａの動的半径を算出するために、シャシーダイナモメータのローラ３上で自動車１のタイヤ５ａが回転しているときのホイル５の側面の２個のマーカ６が映る二次元の画像を撮像するカメラ７と、画像中の２個のマーカ６の位置を検出する位置検出手段１０と、２個のマーカ６の位置に基づき、予め算出した回転中心の座標Ｃ_UVを、カメラ７の撮像視野内の座標系であるＸＹ座標系における回転中心の座標Ｃ_XYに変換し、この変換した座標Ｃ_XYとカメラ７の撮像視野の下端の位置との距離と、予め計測したローラ３の上面からカメラ７の撮像視野の下端までの距離（図３中、Ｐ₁で示す）とを加算することにより、タイヤ５ａの動的半径を算出するタイヤ半径算出手段１３とを備えることを特徴とする。

本参考例に係るシャシーダイナモメータは、ホイル５に貼った２個のマーカ６からタイヤ５ａの動的半径を求めることを特徴とし、以下の利点がある。
１．非接触でタイヤ５ａの動的半径を高精度に計測できるという利点がある。
２．上記特許文献２に記載されている中心外の１点に付した１個のマーカにより回転体の中心位置を算出する方法に比べ、タイヤ５ａの動的半径の検出精度が良いという利点がある。
３．ホイル５に２個のマーカ６を貼るだけで、簡易にタイヤ５ａの動的半径を測定することができるという利点がある。

参考例２

以下、本発明に係るシャシーダイナモメータの第２の参考例について説明する。
なお、本参考例に係るシャシーダイナモメータの構成は、第１の参考例と同様である。

次に、本参考例に係るシャシーダイナモメータの動作原理について説明する。
本参考例においては、第１の参考例で説明したように、タイヤ５ａとローラ３とを接触しないようにできない場合には、実際の計測の開始前の作業として、２個のマーカ６の位置とホイル５の回転中心の関係を以下の手順で計測する。

はじめに、自動車１のギア位置をニュートラルとするか自動車１のクラッチを切るなどしてホイル５が自動車１の駆動系から切り離され自由に回転できる状態とした上で、ローラ３を回転させてホイル５を一定速度で回転させて連続的に画像の撮像を行う。
次いで、位置検出手段１０において、それぞれの画像において２個のマーカ６の位置を座標列として検出する。

次いで、回転中心算出手段１１において、図６に示すように、得られた座標列はＭ１〜Ｍｎの座標列とｍ１〜ｍｎの座標列はそれぞれ円を構成しており、これら２つの円は同心円となっているため、それぞれの円の中心を求めることによって回転中心を算出する。なお、求められる２つの円の中心の点Ｃは同一の点となる。

最後に、位置データ記憶手段１２において、ｍ１とＭ１とを通る軸をＵ軸とし、Ｕ軸に対して直角方向の軸をＶ軸とするＵＶ座標系を設定して、算出した回転中心をＵＶ座標系に変換し、その回転中心のＵＶ座標系における座標Ｃ_UVを記憶する。
以上が計測の開始前に行う作業である。なお、この後の作業は第１の参考例と同様である。

以上説明したように本参考例に係るシャシーダイナモメータは、２個のマーカ６の位置とホイル５の回転中心との関係を計測する作業を行うために、ローラ３上に載置された自動車１においてホイル５を自動車１の駆動系から切り離されて自由に回転できる状態として、ローラ３を一定速度で回転させることでホイル５を回転させて２個のマーカ６が映る画像を連続的に撮像するカメラ７と、連続的に撮像した２個のマーカ６の位置を検出する位置検出手段１０と、一方のマーカ６の位置であるＭ１〜Ｍｎの座標列と他方のマーカ６の位置であるｍ１〜ｍｎの座標列とがそれぞれ構成する円の中心を求めることによりホイル５の回転中心を算出する回転中心算出手段１１と、所定の座標系としてＵＶ座標系における回転中心の座標Ｃ_UVを算出し、予め算出した回転中心の座標として記憶する位置データ記憶手段１２とを備えることを特徴とする。

本参考例に係るシャシーダイナモメータは、第１の参考例の利点に加え、自動車１を持ち上げてタイヤ５ａとローラ３を接触しないようにすることができない場合に有効であるという利点がある。

以下、本発明に係るシャシーダイナモメータの第１の実施例について説明する。
なお、本実施例に係るシャシーダイナモメータの構成は、第１の参考例とほぼ同様であるが、図７に示すように、ラインセンサ１４を用いる点が異なる。

本実施例に係るシャシーダイナモメータは、図７に示すように、ラインセンサ１４でホイル５を撮像し、このホイル５の外周を抽出して、タイヤ５ａの動的半径を算出することを特徴とし、ホイル５の側面にマーカを設置する必要がないという利点がある。

一般的な価格のエリアカメラは２次元画像を撮像でき、かつ、撮像周波数は６０ｆｐｓ程度である。これに対し、ラインセンサ１４は、一次元画像しか撮像できないものの、高解像度、かつ、高い撮像周波数で撮像することができる。したがって、本実施例に係るシャシーダイナモメータにおいてはラインセンサ１４を使用するため、エリアカメラに比べて高精度かつ高い周波数で計測できるという利点がある。

次に、本実施例に係るシャシーダイナモメータの動作原理について説明する。
ラインセンサ１４は、図７に示したラインセンサ１４のスキャン方向が、シャシーダイナモメータ上に設置した自動車１のホイル５を横切るように設置する。

図８に示すように、ラインセンサ１４は、ラインセンサ１４の走査線（図８中、Ｌで示す）の位置が、ローラ３の上面（すなわち、ローラ３とタイヤ５ａとの接触点）から既知の距離（図８中、Ｐ₂で示す位置）となり、かつ、スキャン方向が水平方向（図７中、ｘ方向）となるようにラインセンサ１４を固定する。なお、本実施例においては、予めホイル５の半径を計測しておく。

図９に示すように、ラインセンサ１４により、時間ｔにおけるホイル５の２つの外周の軌跡の画像を取得する。そして、２つのホイル軌跡の間隔は、ホイル５の水平方向（図７中、ｘ方向）の任意の位置の幅に対応する。これは、図１０に示すように、ホイル５を円とした場合の弦に相当する。

位置検出手段１０において、２値化処理を使用して画像中のホイル５の外周の軌跡の位置ｘ₁（ｔ），ｘ₂（ｔ）を抽出する。
次いで、タイヤ半径算出手段１３において、「ｘ₁（ｔ）−ｘ₂（ｔ）」により、ホイル外周の軌跡間の距離ｗ（ｔ）（図１０においては、「Ｌ₁−Ｌ₂」間の距離）を算出する。

図１０に示すように、「Ｌ₁−Ｌ₂」間の距離が求まれば、「Ｌ₁−Ｌ₂」間の中心位置Ｍを求め、ラインセンサ１４の走査線（図８中、Ｌで示す）上の中心位置Ｍから垂直にホイル５の中心位置までの距離を算出することができる。

そして、ラインセンサ１４の走査線からホイル５の中心位置までの距離（図１０中、Ｈで示す）と、予め計測したローラ３の上面からラインセンサ１４の走査線までの距離（図１０中、Ｐ₂で示す）とを加算することにより、タイヤ５ａの動的半径を算出することができる。

以上説明したように本実施例に係るシャシーダイナモメータは、シャシーダイナモメータのローラ３上で自動車１のタイヤ５ａが回転しているときにホイル５の側面の外周を走査線（図８中、Ｌで示す）が横切り、かつ、この走査線がシャシーダイナモメータに対して水平になるように設置される撮像手段であるラインセンサ１４と、画像中のホイル５の外周の軌跡を所定の２点の位置として検出する位置検出手段１０と、所定の２点の位置と予め計測したホイル５の半径（図１０中、「Ｌ₁−Ｃ」又は「Ｌ₂−Ｃ」で示す）とに基づき前記ホイルの回転中心を求め、所定の２点の位置の中点（図１０中、Ｍで示す）とホイル５の回転中心との距離と、予め計測したローラ３の上面からラインセンサ１４の走査線までの距離とを加算することにより、タイヤの動的半径を算出するタイヤ半径算出手段とを備えることを特徴とする。

本実施例に係るシャシーダイナモメータは、ラインセンサ１４を用いてタイヤ５ａの動的半径を求めることを特徴とし、以下の利点がある。
１．非接触でタイヤ５ａの動的半径を高精度に計測できるという利点がある。
２．上記特許文献２に記載されている中心外の１点に付した１個のマーカにより回転体の中心位置を算出する方法に比べ、タイヤ５ａの動的半径の検出精度が良いという利点がある。
３．エリアカメラに比べ、高分解能、かつ、高いサンプリング周波数でタイヤ５ａの動的半径を計測できるという利点がある。
４．ホイル５側面にマーカを設置しなくとも、ラインセンサ１４を設置するだけで、簡易にタイヤ５ａの動的半径を測定できるという利点がある。

本発明は、例えば、シャシーダイナモメータにおける非接触でのタイヤの動的半径の計測に利用することが可能である。

１自動車
２ダイナモ
３ローラ
４シャシーダイナモメータ制御装置
５ホイル
５ａタイヤ
６マーカ
７カメラ
８タイヤ半径算出装置
９画像入力手段
１０位置検出手段
１１回転中心算出手段
１２位置データ記憶手段
１３タイヤ半径算出手段
１４ラインセンサ

Claims

シャシーダイナモメータのローラ上で自動車のタイヤが回転しているときにホイルの側面の外周を走査線が横切り、かつ、該走査線が前記シャシーダイナモメータに対して水平になるように設置される撮像手段と、
画像中の前記ホイルの外周の軌跡を所定の２点の位置として検出する位置検出手段と、
前記所定の２点の位置と予め計測した前記ホイルの半径とに基づき前記ホイルの回転中心を求め、
前記所定の２点の位置の中点と前記ホイルの回転中心との距離と、予め計測した前記ローラの上面から撮像手段の前記走査線までの距離とを加算することにより、タイヤの動的半径を算出するタイヤ半径算出手段と
を備える
ことを特徴とするシャシーダイナモメータ。