JP2016006396A - 自動車車体の剛性試験方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車体剛性に関して改善が可能な構造上の弱点部位を探知することが可能な自動車車体の剛性試験方法及び装置を得る。【解決手段】本発明に係る剛性試験方法は、懸架装置５に固定された自動車車体３に周期的に変化する荷重を負荷しながら所定時間間隔で自動車車体３を撮影する撮影工程と、撮影された画像毎に画像解析して自動車車体３における撮影タイミング毎の特定点の変位量を取得する変位量取得工程と、取得された変位量に基づいて特定点の撮影タイミング毎のひずみ量を算出するひずみ量算出工程と、算出された特定点のひずみ量に基づいて特定点の負荷荷重とひずみの関係のヒステリシスループを取得するヒステリシスループ取得工程と、ヒステリシスループの面積を演算して、該面積に基づいて特定点の剛性を判定する判定工程とを有することを特徴とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車車体に荷重を負荷する懸架装置を用いて前記自動車車体の剛性を解析する自動車車体の剛性試験方法及び装置に関する。

自動車車体の全体剛性を評価する場合、懸架装置における車体取付部分に応力または変位を付与する装置を締結し、例えば、サイドシル部の車両外側付近に複数の変位計をセットし、車体の変位量を測定する設備が用いられる（例えば、特許文献１参照）。この設備では、一度に測定できる部位は、セット可能な変位計の本数に制限され、かつ、測定可能な変位の方向は通常１方向のみである。
そのため、変位計のセット位置の情報しか得られず、応力負荷時の車体全体の変形を測定することは困難であった。また車体に発生するひずみを測定するには、測定箇所を定めて、ひずみゲージをセットして測定するが、前記変位測定と同様にセット位置の情報しか得ることができないため、１回の測定で得られるデータは限定的であった。

これに対して、車体の変位量測定にデジタル画像相関法などの画像解析手法を適用すると、１回の測定で広範囲かつ緻密な測定が可能となる。このときに得られるデータは測定ポイントの３次元座標であり、この３次元座標の解析より、各点の変位量とひずみ量を得ることができる。

特開２００６−２９２７３７号公報

車体全体の剛性を測定し評価する最終的な目的は、車体開発や部品設計時に車体剛性を改善するための指標を与えることである。
そのためには、自動車車体に荷重を与えた際の部材変形状態の詳細、応力集中部位の特定、荷重入力時の車体の動的な変形挙動の把握が重要であり、全体剛性値の評価とともにこれら詳細データの取得が必要である。

デジタル画像相関法では、１回の測定で広範囲かつＣＡＥ解析のメッシュレベル相当の小さなメッシュでの詳細な測定が可能であり、上記の要求に近いデータを取得することができる。
しかしながら、デジタル画像相関法を用いた場合においても、得られたひずみ分布は、あくまでも応力が集中して局部的な変形が平均的な変形量よりも大きくなっている部位を示すのみで、必ずしも車体剛性の改善が可能な箇所を指し示しているわけではなく、車体剛性の改善に有効な指標とは言えない。

また、画像解析を適用した剛性試験装置では、車体各部の３次元的な変位量を得ることができるが、これら各部の変位量には、車体がねじられることによって車体全体に必然的に生ずる変形と、構造上の弱点に起因する特異的な挙動が含まれている。通常の車体では、特異的な挙動より車体全体の変形の占める割合が大きく、周辺部位間の座標比較によりこの特異的な挙動を把握するのは難しい。
測定点の最大変位量と方向を部位毎に比較する方法も車体全体の動きを簡便に推定する手法としては有用であるが、CAEなどで十分な検討を実施して設計されている市販の量産車では、車体構造上の弱点部位を見つけることは困難である。さらに、最大変位時の座標のみの比較では、最大に至るまでの過程にあらわれる特異的な動きを見逃す恐れが強い。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、自動車車体の構造上の弱点に起因する特異的な挙動を探知して、車体剛性に関して改善が可能な構造上の弱点部位を特定することができる自動車車体の剛性試験方法及び装置を得ることを目的としている。

ところで、車体剛性は操縦安定性や乗り心地といった車両としての商品性に直結する因子でありながら、数値で性能を表現することが難しく、官能試験による評価に頼る部分の多い特性と密接に影響している。これら乗員が感じる弾性的な車体の動きは、絶対的な変形量とともに加速度に対する応答性も重要な因子である。
加速度の変化に対して不連続な動きや予期せぬ動きは、おそらくは乗員に対して何らかの不快感や違和感を与えるものと推測される。
従って、車体剛性評価における改善すべき弱点箇所として、車体への負荷荷重に対して不連続な変位や変形を生じる箇所を挙げることができる。
そこで、車体各部の変位量から局所的な変形量を求め、これをひずみ量とし、動的な車体変形挙動の中で不連続な部分を比較するために、車体への印加荷重とひずみ量の変化として比較することに想到した。

印加荷重とひずみ量の関係を動的な挙動として表現した場合、車体全体のねじり剛性値が低い車体では、荷重が増加する際のひずみ量変化曲線と荷重最大値から減少に転じた後のひずみ量変化曲線の経路が大きく異なる箇所があり、繰り返し測定を行うことで明確なヒステリシス曲線を描くことがある。
他方、剛性値の高い車体の荷重-ひずみ曲線では、ヒステリシスを観測する箇所は少なく、荷重増加時の経路と最大値からの荷重減少時の経路はほぼ一致する。このようなヒステリシスは、車体に生じる加速度と車体の動きに不均質さを与え、乗員が予期する動きとは異なる車体挙動を感じさせる要因となりうると考えられる。

このようなヒステリシスが観測される部位の周辺には、弾性座屈（バックリング）の発生が疑われ、車体の局部剛性を改善する可能性のある箇所として認知することができる。市販車の車体構造で発生しうる弾性座屈は、ごく軽微なものであり、目視などで直接的に検出することは難しいものと考えられる。また、車体構造で発生する弾性座屈は、部品の接合部や薄肉部材の平坦部などが想定される。

印加荷重とひずみ量の関係を示した曲線より得られたヒステリシス曲線から、曲線で囲まれた内側の領域面積を計算し、ヒステリシスの大きさと影響度を比較する。この指標の比較よりヒステリシスの大きな箇所、すなわち弾性座屈が発生している可能性のある箇所を特定する。
本発明は、以上のような検討と知見によりなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係る剛性試験方法は、自動車車体に荷重を負荷する懸架装置を用いて前記自動車車体の剛性を解析する自動車車体の剛性試験方法であって、
前記懸架装置に固定された前記自動車車体に周期的に変化する荷重を負荷しながら所定時間間隔で前記自動車車体を撮影する撮影工程と、
撮影された画像毎に画像解析して前記自動車車体における撮影タイミング毎の特定点の変位量を取得する変位量取得工程と、
取得された前記特定点の変位量に基づいて撮影タイミング毎の前記特定点のひずみ量を算出するひずみ量算出工程と、
算出された前記特定点のひずみ量に基づいて前記特定点の負荷荷重とひずみの関係のヒステリシスループを取得するヒステリシスループ取得工程と、
前記ヒステリシスループの面積を演算して、該面積に基づいて前記特定点の剛性を判定する判定工程とを有することを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記判定工程は、前記ヒステリシスループの面積を負荷荷重の最大振幅で規格化した値に基づいて判定を行うことを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記判定工程は、前記自動車車体の画像に前記ヒステリシスループの面積または当該面積を負荷荷重の最大振幅で規格化した値の大きさに基づくコンター表示を行う表示工程を含むことを特徴とするものである。

（４）本発明に係る剛性試験装置は、自動車車体に荷重を付与する懸架装置を用いて前記自動車車体の剛性を解析する自動車車体の剛性試験装置であって、
前記懸架装置に固定されて周期的に変化する荷重が負荷されている前記自動車車体を所定時間間隔で撮影する撮影装置と、
撮影された画像毎に画像解析して前記自動車車体における撮影タイミング毎の特定点の変位量を取得する変位量取得手段と、
取得された前記特定点の変位量に基づいて撮影タイミング毎の前記特定点のひずみ量を算出するひずみ量算出手段と、
算出された前記特定点のひずみ量に基づいて前記特定点の負荷荷重とひずみの関係のヒステリシスループを取得するヒステリシスループ取得手段と、
前記ヒステリシスループの面積を演算して、該面積に基づいて前記特定点の剛性を判定する判定手段とを有することを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記判定手段は、前記ヒステリシスループの面積を負荷荷重の最大振幅で規格化した値に基づいて判定を行うことを特徴とするものである。

（６）また、上記（４）又は（５）に記載のものにおいて、前記判定手段は、前記自動車車体の画像に前記ヒステリシスループの面積または当該面積を負荷荷重の最大振幅で規格化した値の大きさに基づくコンター表示を行う表示手段を含むことを特徴とするものである。

本発明においては、懸架装置に固定された自動車車体に周期的に変化する荷重を負荷しながら所定時間間隔で自動車車体を撮影する撮影工程と、撮影された画像毎に画像解析して自動車車体における撮影タイミング毎の特定点の変位量を取得する変位量取得工程と、取得された特定点の変位量に基づいて撮影タイミング毎の特定点のひずみ量を算出するひずみ量算出工程と、算出された特定点のひずみ量に基づいて特定点の負荷荷重とひずみの関係のヒステリシスループを取得するヒステリシスループ取得工程と、ヒステリシスループの面積を演算して、該面積に基づいて特定点の剛性を判定する判定工程とを有することにより、車体剛性を改善すべき箇所を探知して特定でき、これにより車体剛性を高めて乗り心地を向上させることに寄与することができる。

本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の構成を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の説明図であって、図１中の解析装置の詳細を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の変位量取得手段が行う変位取得の対象となる特定点の特定方法の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置のひずみ量算出手段の実施結果を示す参考図であって、ひずみ分布図である。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置のひずみ量算出手段の算出結果の説明図であって、ある特定点（特定点C8）における算出結果を表すグラフである。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置のひずみ量算出手段の算出結果の説明図であって、他の特定点（特定点C0）における算出結果を表すグラフである 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置のヒステリシスループ取得手段の説明図であって、ある特定点（特定点C8）におけるヒステリシスループの説明図である。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置のヒステリシスループ取得手段の説明図であって、他の特定点（特定点C0）におけるヒステリシスループの説明図である 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の判定手段の説明図であって、図８中のヒステリシスループを平均化して示したものである。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の判定手段の説明図であって、ヒステリシスループの面積の演算方法の説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の判定手段の説明図であって、ヒステリシスループの面積の演算方法の説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の判定手段の説明図であって、ヒステリシスループの面積の演算方法の説明図である（その３）。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験方法の撮影工程の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の判定手段における演算対象のヒステリシスループの他の態様の説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の判定手段における演算対象のヒステリシスループの他の態様の説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置の判定手段における演算対象のヒステリシスループの他の態様の説明図である（その３）。

本発明の一実施の形態に係る剛性試験装置１は、図１に示すように、自動車車体３に周期的に荷重を付与する懸架装置５と、所定時間間隔で自動車車体３を撮影する撮影装置７と、撮影装置７で撮影された画像に基づいて自動車車体３の剛性を判定する解析装置９とを有している。
以下、各装置を図１に基づいて詳細に説明する。

＜懸架装置＞
懸架装置５は、剛性試験対象の自動車車体３を設置するテストベッド１１と、自動車車体３に荷重を付与するアクチュエータ１３と、アクチュエータ１３を制御するアクチュエータ制御装置１５を有している。

自動車車体３は、例えば、図１に示すように、車体前方バンパーの幅方向中心位置と後輪のサスペンション取付位置が支持されてテストベッド１１に固定されており、前輪のサスペンション取付位置にアクチュエータ１３が設置されている。なお、自動車車体３の固定位置は図１中に菱形で示している。
自動車車体３を上記のように固定し、アクチュエータ１３によって与える変位を左右で異なるようにすることで自動車車体３全体に捩り荷重を付与することができる。さらに、捩る方向を変えて繰返し荷重を付与することで、捩り荷重を周期的に付与することも可能である。

＜撮影装置＞
撮影装置７は、図１に示すように、自動車車体３を異なる方向から撮影するステレオカメラ１７と、ステレオカメラ１７を制御すると共に撮影した画像データを記録するステレオカメラ制御・画像データ記録装置１９と、測定箇所の照度を調整するための照明（図示なし）を有している。
ステレオカメラ１７は、連続撮影または動画撮影が可能な２台のデジタルカメラ１７ａを備えており、ステレオ画像を撮影可能になっている。
デジタルカメラの解像度や記録速度は、アクチュエータ１３の作動速度と変位の範囲、必要とする測定範囲と分解能により異なるが、例えば、10Mピクセル程度の解像度で5.0fps（frame per second）の記録速度を有するものであれば広範囲のデータを同時に記録することが可能である。
撮影画像データとアクチュエータ１３の負荷荷重・変位データは同期して記録可能になっている。これは、両者の相関関係を明確にし、解析を容易にするためである。

なお、以下の説明において、剛性試験対象の荷重付与前の状態を撮影したものを「基準画像」といい、変形途中の状態を撮影したものを「変形途中画像」という。
十分な解析を行うために、変形途中画像は複数周期分取得することが望ましい。この点については後述する。

＜解析装置＞
解析装置９は、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）によって構成され、図２に示す通り、表示装置２１と入力装置２３と主記憶装置２５と補助記憶装置２７及び演算処理部２９を有している。
演算処理部２９には、表示装置２１と入力装置２３と主記憶装置２５および補助記憶装置２７が接続され、演算処理部２９の指令によって各機能を行う。
表示装置２１は、モニター等で構成され、解析結果の表示等に用いられる。入力装置２３は、キーボードやマウス等で構成され、オペレータの条件入力などに用いられる。主記憶装置２５は、ＲＡＭ等で構成され、演算処理部２９で使用するデータの一時保存や演算等に用いられる。補助記憶装置２７は、ハードディスク等で構成され、ファイルの記憶等に用いられる。

演算処理部２９はコンピュータのＣＰＵによって構成され、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって以下に説明する各手段が実現される。
演算処理部２９内には、変位量取得手段３１と、ひずみ量算出手段３３と、ヒステリシスループ取得手段３５と、判定手段３７とを備えている。
以下、演算処理部２９内の各手段についてさらに詳細に説明する。

≪変位量取得手段≫
変位量取得手段３１は、撮影された画像毎に画像解析して自動車車体３における特定点の撮影タイミング毎の変位量を取得するためのものである。
上記特定点とは、剛性試験対象の表面上に特定される点であり、変位の測定対象となる点である。
画像解析には、例えば、デジタル画像相関法と呼ばれる手法が適用され、画像解析を行うことで、特定点の画像毎の位置（座標）を把握することができる。

ある特定点のある撮影タイミングの変位量は、当該特定点の剛性試験対象の荷重付与前状態の撮影画像（以下、「基準画像」という）における座標（以下、「基準座標」という）と、当該撮影タイミングで撮影した変形途中状態の撮影画像（以下、「変形途中画像」という）における座標（変形途中座標）との差分として求めることができる。
以下に、基準座標の求め方及び変形途中座標の求め方を、具体例を挙げて説明する。

〈基準座標の求め方について〉
まず、画像の解析単位の大きさ（例えば29×29pixel）を決定する。
次に、解析単位の大きさの領域を基準画像の中から抽出し、該領域内の輝度パターンを識別してサブセットとして定義する。サブセットは複数定義する。図３は解析単位の大きさを3×3pixelとした場合のサブセットの輝度パターンの例を図示したものである。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、輝度パターンが異なるため、異なるサブセットとして定義される。
以上のように定義された各サブセットの中心点（図３中の丸印を参照）が特定点として設定され、それぞれIDが付与される。

各特定点の基準座標は、各サブセットの中心点の３次元座標（縦方向の座標、横方向の座標、奥行方向の座標）として取得される。なお、奥行方向の座標はステレオ画像の視差（三角測量の原理）より算出される。
なお、サブセット同士は一部が重なってもよく、隣り合うサブセット同士をどれだけずらして配置するかで特定点のピッチを決定することができる。
このようにして各特定点が設定されるとともに、該各特定点の基準座標が取得できる。

〈変形中座標の求め方について〉
変形途中画像の輝度パターンを解析して、当該特定点のサブセットと同様の輝度パターンを有する領域、すなわち移動後のサブセットを見つける。移動後のサブセットの中心座標が当該特定点の変形途中座標である。

このようにして求めた基準座標と変形途中座標の差分を、当該特定点の当該撮影タイミング時点の変位量として取得する。
以上のような変位量の取得を特定点毎かつ撮影タイミング毎に行い、取得された変位量を時刻やアクチュエータ１３の変位・応力等の情報と紐づけておく。

なお、デジタル画像相関法の場合、画像データにはデータ通信上の電気的ノイズに加えて、照明のちらつきや照度のゆらぎ、対象物や測定系の振動、パターン認識時のエラーなど光学的・物理的ノイズが重畳されて、SN比が低下する傾向にある。通常はフィルター処理によりSN比を改善させているが、測定対象が車体全体と大きく、弾性変形領域のわずかなひずみを検出する場合、ノイズと真のひずみとの峻別が困難なケースが多い。
このような場合、撮影工程で変形途中画像は複数周期分撮影しておき、算出されるひずみの平均値を取ることでSN比を改善させることができる。もっとも、1周期分のみでもよい。

≪ひずみ量算出手段≫
ひずみ量算出手段３３は、取得された変位量に基づいて特定点の撮影タイミング毎のひずみ量を算出するためのものである。
車体のように複雑な形状を有する対象物では、発生する変位やひずみの方向が複雑に変化することから、ひずみ量は最大主ひずみまたは最小主ひずみを用いることが好ましい。ただし、車体局部で応力やひずみの発生方向が一定している場合には、特定方向のひずみ量を用いることも可能である。

図４は車体の一部について求めた最大荷重付与時の主ひずみ分布のコンター図である。なお、図４において、特定点のうちのいくつかを丸印（特定点C0〜特定点C9）で示している。例えば特定点C0では特定点C8よりも主ひずみが大きく発生している。

特定点C0と特定点C8の撮影タイミング毎のひずみ量を、時系列で整理したものを図５及び図６に示す。
図５は、特定点C8における約4.5周期分の主ひずみの変化（主ひずみ挙動）を表すグラフと、アクチュエータ１３の変位を表すグラフを併記した図であり、横軸が時間（sec）を表し、左側の縦軸が主ひずみを表し、右側の縦軸がアクチュエータ１３の変位（mm）を表している。また、図５において、主ひずみを丸印でプロットし、アクチュエータ１３の変位を点でプロットしている。
図６は、図５と同様に、特定点C0における主ひずみの時間的変化を表すグラフと、アクチュエータ１３の変位を表すグラフを併記した図であり、図６の見方は図５と同様である。
アクチュエータ１３の変位は図５及び図６に示すようにサインカーブを描くように変動おり、主ひずみはアクチュエータ１３の変位に合わせて変動している。

≪ヒステリシスループ取得手段≫
ヒステリシスループ取得手段３５は、算出された特定点のひずみ量に基づいて特定点の負荷荷重とひずみの関係のヒステリシスループを取得するためのものである。
図７は、図５に示す特定点C8における変位データについてアクチュエータ１３の負荷荷重で整理し直したもの（負荷荷重―主ひずみ線図）に、負荷荷重―変位線図を併記した図である。図７において、横軸がアクチュエータ１３の負荷荷重（kN）を表し、左側の縦軸が主ひずみを表し、右側の縦軸が車体の幅方向となるｘ方向変位（mm）を表している。図７において、主ひずみを色付きの丸印でプロットし、ｘ方向変位を白抜きの丸印でプロットしている。
図８は、図７と同様に、特定点C0における負荷荷重―主ひずみ線図に負荷荷重―変位線図を併記した図であり、図８の見方は図７と同様である。

図７においては、負荷荷重が最小値から増加に転じて最大値になるまでの間（以下、「荷重増加時」という）は、全ての周期でほぼ同様のひずみ曲線を描いている。また、負荷荷重が最大値から減少に転じて最小値になるまでの間（以下、「荷重減少時」という）においても、全ての周期でほぼ同様のひずみ曲線を描いている。しかしながら、荷重増加時のひずみ曲線と荷重減少時のひずみ曲線では、ヒステリシスが生じており、荷重増加時のひずみ曲線と荷重減少時のひずみ曲線とでヒステリシスループを形成している。
図８においても、荷重増加時と荷重減少時は、全ての周期でそれぞれほぼ同様のひずみ曲線を描いており、荷重増加時のひずみ曲線と荷重減少時のひずみ曲線とでヒステリシスループを形成している。

ヒステリシスループの面積はヒステリシスの大きさを意味しており、図７及び図８を比較すると分かるように、特定点C8よりも特定点C0の方でより大きなヒステリシスが生じている。特定点C0では、図８に示すように、特にマイナス荷重の範囲（-F_mkN〜0kN）において、大きなヒステリシスが生じている。
なお、複数周期のヒステリシスループが取得されている場合には、複数周期分の測定結果を平均化すればよい。図９は、図８に示すヒステリシスループの複数周期分の測定結果を平均化して図示したものである。

≪判定手段≫
判定手段３７は、ヒステリシスループの面積を演算して、該面積に基づいて特定点の剛性を判定するためのものである。
判定は、例えばヒステリシスループの面積に基づく指標を求めて、該指標に基づいて行う。このような判定方法について具体例を挙げて、図１０〜図１２に基づいて説明する。
図１０は、ある特定点のヒステリシスループを模式化して図示したものである。図１０の横軸において、+F_mが最大荷重を表し、-F_mが最小荷重を表している。
図１１は図１０の荷重増加時のひずみ曲線のみを抜き出して図示したものであり、図１２は図１０の荷重減少時のひずみ曲線のみを抜き出して図示したものである。
図１０のヒステリシスループの面積をΔSとし、荷重増加時のひずみ曲線と横軸の間の領域の面積をS⁺（図１１参照）とし、荷重減少時のひずみ曲線と横軸の間の領域の面積をS^-（図１２参照）とする。
上記の面積S⁺、面積S^-、面積ΔSの計算方法について図１０〜図１２に基づいて詳細に説明する。
図１１に示すように、荷重増加時のひずみ曲線をy=f⁺(x)で表すと、面積S⁺は次式(1)で表される。

従って、荷重微小変動領域（増分）dxに対応する微小面積dS⁺は、次式(2)で表される。
dS⁺＝f⁺(x_i)dx ・・・(2)

同様に、図１２に示すように、荷重減少時のひずみ曲線をy=f^-(x)で表すと、面積S^-は次式(3)で表される。

従って、荷重微小変動領域（減少分）dxに対応する微小面積dS^-は、次式(4)で表される。
dS^-＝f^-(x_i)dx ・・・(4)

また、ヒステリシスループの面積ΔS（y=f⁺(x)とy=f^-(x)で囲まれた領域の面積、図１０参照）は荷重微小変動領域の微小面積の差の絶対値の総和であり次式(5)で表される。

判定方法としては、例えば、面積S⁺又は面積S^-を基準とした面積ΔSの比率R（ΔS／S⁺又はΔS／S^-）を指標として求め、比率Rが5％より大きい場合、有意差あり（ヒステリシス大）と判定する。具体的には、例えばS⁺≧S^-のとき、ΔS／S^-＞0.05の場合、ヒステリシス大と判定する。
このような判定方法としたのは、画像解析による解析データには、ノイズ等の影響により5％程度の測定誤差が含まれているからである。

以上のように構成された剛性試験装置１を用いた自動車車体３の剛性試験方法（以下、単に「剛性試験方法」という）の一例を、剛性試験装置１の動作と共に説明する。
本実施の形態に係る剛性試験方法は、撮影工程と、変位量取得工程と、ひずみ量算出工程と、ヒステリシスループ取得工程と、判定工程とを有している。
以下に、各工程について図１〜図１３に基づいて詳細に説明する。

＜撮影工程＞
撮影工程は、図１に示すように、懸架装置５によって自動車車体３に周期的に変化する荷重を負荷しながら、撮影装置７を用いて所定時間間隔で自動車車体３を撮影する工程である。
自動車車体３は、懸架装置５に設置する。
一般に自動車車体３の部品表面には一様な塗装が施されており、撮影画像のパターン認識が難しいため、自動車車体３には、予めペイントスプレー等を使用してランダムな模様（ランダムパターン）を付与しておくことが望ましい。図１３は、自動車車体３にペイントスプレーしてランダムパターンを付したものの一例を図示したものであり、自動車車体３の表面には、図１３中の四角で囲んだ部分の拡大図に示すようなランダムパターンが付与されている。
撮影はステレオカメラ１７の設置及び較正（キャリブレーション）を行った後に行われる。
基準画像を撮影した後に、荷重の負荷を開始し所定時間間隔で変形途中画像を撮影する。

＜変位量取得工程＞
変位量取得工程は、撮影工程で撮影された画像（基準座標、変形途中画像）毎に、変位量取得手段３１を用いて画像解析して自動車車体３における特定点の撮影タイミング毎の変位量を取得する工程である。
ある特定点の基準座標は基準画像から取得し（図３参照）、各変形途中座標は各変形途中画像から取得し、これらの座標に基づいて変位量を取得する
取得した変位量は時刻やアクチュエータ１３の変位・応力等の情報と紐づけておく。
このような座標の取得を特定点毎に行う。

＜ひずみ量算出工程＞
ひずみ量算出工程は、ひずみ量算出手段３３を用いて、変位量取得工程で取得された変位量に基づいて特定点の撮影タイミング毎のひずみ量を算出する工程である。
算出されたひずみ量の例として、図５に特定点C8におけるひずみ量を表すグラフを示し、図６に特定点C0におけるひずみ量を表すグラフを示す（特定点C0及び特定点C8は図４参照）。

＜ヒステリシスループ取得工程＞
ヒステリシスループ取得工程は、ヒステリシスループ取得手段３５を用いて、ひずみ量算出工程で算出された各特定点のひずみ量に基づいて、特定点毎にヒステリシスループを取得する工程である。
取得されたヒステリシスループの例として、図７に特定点C8におけるヒステリシスループを示し、図８に特定点C0におけるヒステリシスループを示す。

＜判定工程＞
判定工程は、判定手段３７を用いて、ヒステリシスループ取得工程で取得されたヒステリシスループの面積を演算して、該面積に基づいて特定点の剛性を判定する工程である。
判定は、例えば上述したように、面積S⁺（図１１参照）又は面積S^-（図１２参照）を基準とした面積ΔS（図１０参照）の比率Rを求め、比率Rが5％より大きい場合、ヒステリシス大と判定する。

以上のように、本実施の形態においては、懸架装置５に固定された自動車車体３に周期的に変化する荷重を負荷しながら所定時間間隔で前記自動車車体３を撮影する撮影工程と、撮影された画像毎に画像解析して自動車車体３における特定点の撮影タイミング毎の変位量を取得する変位量取得工程と、取得された変位量に基づいて特定点の撮影タイミング毎のひずみ量を算出するひずみ量算出工程と、算出された特定点のひずみ量に基づいて特定点の負荷荷重とひずみの関係のヒステリシスループを取得するヒステリシスループ取得工程と、ヒステリシスループの面積を演算して、面積に基づいて特定点の剛性を判定する判定工程とを有していることにより、ヒステリシスの大きな箇所、すなわち弾性座屈が発生している可能性のある箇所を特定することができ、車体剛性を改善すべき箇所を明確に特定でき、これにより車体剛性を高めて乗り心地を向上させることに寄与することができる。

なお、判定手段３７は、自動車車体３の画像にヒステリシスループの面積の大きさに基づいてコンター表示する表示手段を有するようにしてもよい。表示手段は、具体的には例えば、基準画像に判定手段３７により得られた比率Rの分布をコンター図としたものを重ねて表示する。表示手段は、例えば判定工程で用いる（表示工程）。
このようにすることで、どの部位に弾性座屈が発生している可能性があるかを一見して把握することができる。

なお、上記では、変位量取得手段３１は、ある特定点の変位を取得する方法としてデジタル画像相関法を用いたものについて説明したが、特定点の変位を取得する方法はこれに限られない。
他の方法としては、ターゲットマーカーを使用し、ステレオカメラ１７による連続撮影画像を用いて、三角測量の原理に基づいて３次元的な変位情報を求める方法（マーカー法）がある。
マーカー法は、特定の部位に限定された変位挙動を解析する場合、測定対象範囲に同一形状でコントラストの明確なターゲットマーカーを貼付し、測定するというものである。ターゲットマーカーは、使用するカメラの解像度により使用できる大きさに制限があり、カメラが高解像度であるほどターゲットマーカーを小さくすることができる。大きなターゲットマーカーを使用する場合は、測定点の密度が粗くなり局所解析の精度が低下する点で注意が必要である。
本発明は、上述したデジタル画像相関法及びマーカー法のいずれの方法も適用可能であり、目的に応じて選択することができる。なお、デジタル画像相関法の場合、特定点が上記ターゲットマーカーに相当するため詳細な変位を捕捉することができ、それ故、詳細な解析が必要な場合にはデジタル画像相関法を用いるとよい。

上記では、判定手段３７では指標として比率Rを求めるものを例に挙げたが、指標はこのようなものに限られない。例えば、ΔS（図１０参照）を負荷荷重の最大振幅（最小荷重と最大荷重の差）で除する等、規格化した値を用いてもよい。

上記では、ヒステリシスの発生態様として、図９に示すもののようにヒステリシスがマイナス荷重（-F_mkN〜0kN）範囲において大きく発生しているものや、図１０に示すように全体的にヒステリシスがあまり発生していないものを例に挙げたが、ヒステリシスの発生態様としてはこれらの他にも、例えば図１４〜図１６に示すようなものがある。
図１４に示すものはプラス荷重（0kN〜+F_mkN）範囲でヒステリシスが大きく発生しているものである。図１５に示すものはマイナス荷重範囲及びプラス荷重範囲の両方でヒステリシスが大きく発生しているものである。
また、上記では、常にf⁺(x)＞f^-(x)となっているものを例に挙げて説明したが、例えば、図１６に示すもののように、マイナス荷重範囲ではf⁺(x)＞f^-(x)、プラス荷重範囲ではf⁺(x)＜f^-(x)となっているものもある。
本発明は、荷重微小変動領域における荷重増加時と荷重減少時の微小面積の差の絶対値を求め、最大荷重から最小荷重まで、前記差の絶対値についての総和で判定するため、図９や、図１０、図１４〜図１６に示すいずれのヒステリシスの発生態様であっても適用できる。

１ 剛性試験装置
３ 自動車車体
５ 懸架装置
７ 撮影装置
９ 解析装置
１１ テストベッド
１３ アクチュエータ
１５ アクチュエータ制御装置
１７ ステレオカメラ
１７ａ デジタルカメラ
１９ ステレオカメラ制御・画像データ記録装置
２１ 表示装置
２３ 入力装置
２５ 主記憶装置
２７ 補助記憶装置
２９ 演算処理部
３１ 変位量取得手段
３３ ひずみ量算出手段
３５ ヒステリシスループ取得手段
３７ 判定手段

Claims (6)

1. 自動車車体に荷重を負荷する懸架装置を用いて前記自動車車体の剛性を解析する自動車車体の剛性試験方法であって、
   前記懸架装置に固定された前記自動車車体に周期的に変化する荷重を負荷しながら所定時間間隔で前記自動車車体を撮影する撮影工程と、
   撮影された画像毎に画像解析して前記自動車車体における撮影タイミング毎の特定点の変位量を取得する変位量取得工程と、
   取得された前記特定点の変位量に基づいて撮影タイミング毎の前記特定点のひずみ量を算出するひずみ量算出工程と、
   算出された前記特定点のひずみ量に基づいて前記特定点の負荷荷重とひずみの関係のヒステリシスループを取得するヒステリシスループ取得工程と、
   前記ヒステリシスループの面積を演算して、該面積に基づいて前記特定点の剛性を判定する判定工程とを有することを特徴とする剛性試験方法。
2. 前記判定工程は、前記ヒステリシスループの面積を負荷荷重の最大振幅で規格化した値に基づいて判定を行うことを特徴とする請求項１記載の剛性試験方法。
3. 前記判定工程は、前記自動車車体の画像に前記ヒステリシスループの面積または当該面積を負荷荷重の最大振幅で規格化した値の大きさに基づくコンター表示を行う表示工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の剛性試験方法。
4. 自動車車体に荷重を付与する懸架装置を用いて前記自動車車体の剛性を解析する自動車車体の剛性試験装置であって、
   前記懸架装置に固定されて周期的に変化する荷重が負荷されている前記自動車車体を所定時間間隔で撮影する撮影装置と、
   撮影された画像毎に画像解析して前記自動車車体における撮影タイミング毎の特定点の変位量を取得する変位量取得手段と、
   取得された前記特定点の変位量に基づいて撮影タイミング毎の前記特定点のひずみ量を算出するひずみ量算出手段と、
   算出された前記特定点のひずみ量に基づいて前記特定点の負荷荷重とひずみの関係のヒステリシスループを取得するヒステリシスループ取得手段と、
   前記ヒステリシスループの面積を演算して、該面積に基づいて前記特定点の剛性を判定する判定手段とを有することを特徴とする剛性試験装置。
5. 前記判定手段は、前記ヒステリシスループの面積を負荷荷重の最大振幅で規格化した値に基づいて判定を行うことを特徴とする請求項４記載の剛性試験装置。
6. 前記判定手段は、前記自動車車体の画像に前記ヒステリシスループの面積または当該面積を負荷荷重の最大振幅で規格化した値の大きさに基づくコンター表示を行う表示手段を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の剛性試験装置。