JP2016205890A - 風洞実験のための車輪支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ムービングベルトを備えた風洞実験装置内において、車両の車輪を支持するための構造物が気流に与える影響を小さくする。
【解決手段】車輪支持装置２８は、風洞内の静止した構造体に一端が支持され、ムービングベルト１８の上面近傍をムービングベルト１８に沿って延びる薄板状の支持アーム３０と、支持アーム３０の他端に設けられ、車輪２４の車軸を回転可能に支持する支持ブラケット３４を有する。支持アーム３０がムービングベルトの上面近傍に位置することで、気流に与える影響が小さくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両を風洞実験する際、車両の車輪を支持する装置に関する。

物体の空気力学的特性を解析するための風洞実験装置が知られている。自動車などの地上を走行する車両を実験対象とする場合、風洞内の気流と床の相対速度をなくすために、床に移動するベルト、いわゆるムービングベルトを設置した風洞実験装置が知られている。ムービングベルト上に模型車両を位置させ、ムービングベルトを後方に向けて移動することで、車両が地面を走行している状態を模擬することができる。

下記特許文献１には、ムービングベルトを備えた風洞実験装置が示されている。

特許第３１４７５８９号公報

ムービングベルト上に位置する実験対象物を支持する構造物が必要である。この支持のための構造物が風洞内の気流に与える影響を小さくすることが望まれている。

本発明に係る車輪支持装置は、風洞のムービングベルト上に位置する車両の車輪を支持する装置であり、風洞内の静止した構造体に一端が支持され、ムービングベルトの上面近傍をムービングベルトに沿って延びる薄板状の支持アームと、支持アームの他端に設けられ、車輪の車軸を回転可能に支持する支持ブラケットとを有する。

薄板状の支持アームがムービングベルトの上面近傍に位置するので、車体周囲の気流に与える影響を小さくすることができる。

支持ブラケットは、車両の車体と車輪の間に位置するものとできる。この配置により、支持ブラケットの大部分が気流に対して車体と車輪の影に入り、車両周囲の気流に与える影響を小さくすることができる。

支持アームは、車輪を間にして配置された２本のアームリンクを含むものとできる。この２本のアームリンクはそれぞれ支持ブラケットに連結している。支持アームを２本のアームリンクを含むものとすることで、ムービングベルトの上面に沿う方向の力に対する剛性を高めることができる。

さらに、２本のアームリンクを駆動するリンクアクチュエータ装置を有するようにできる。リンクアクチュエータ装置は、２本のアームリンクを介して車輪を操舵回動させることができる。さらに、リンクアクチュエータ装置は、車輪を前後方向と左右方向の一方または双方に移動させることができてもよい。

支持ブラケットは、車輪を操舵回動させる回動アクチュエータ装置を介して車軸を支持するものとできる。

さらに、車軸から支持ブラケットを通って支持アームに達する振動伝達経路に、車輪の振動を吸収する振動吸収材を配置することができる。

さらに、車輪の接地面に車輪の振動を吸収する振動吸収材を設けることができる。

風洞実験装置の要部構成を示す図である。 車輪支持装置２８を示す平面図である。 車輪支持装置２８の拡大平面図である。 車輪支持装置２８の側面図である。 車輪支持装置５０の模式図である。 車輪支持装置５０と車体２２および車輪２４を示す図である。 車輪支持装置８０を示す模式図である。 車輪支持装置１００を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、風洞実験装置１０の要部構成を示す斜視図である。風洞内には、気流に対して正対するように車両１２が配置される。この実施形態では、車両の模型、例えば１／４スケール模型が配置される。図示する車両１２は、小型または普通乗用車であるが、対象は貨物車両、大型乗用車両など他の形式の自動車であってもよい。気流に対して正対して配置された車両１２を基準にして前後、左右、上下の各方向を定める。したがって、風洞内の気流は前から後に流れる。

風洞の床１４には開口１６が形成され、ここに床１４と面一になるようにムービングベルト１８が配置される。ムービングベルト１８は、可撓性の無端部材であって、開口１６の前縁近傍と後縁近傍にそれぞれ配置されたローラの間に掛け渡されている。ローラを駆動することによりムービングベルト１８の車両１２に面する部分が図中の矢印２０のように後方に移動する。この向きは、風洞内の気流と同じ向きであり、速度も同一である。ムービングベルト１８を移動させることで、車両周囲の空気だけでなく地面も後方に移動する実際の車両の走行状態を模擬することができる。

車両１２は、車体２２と車輪２４を含む。車体２２は、風洞の天井から垂下された支柱２６に支持される。支柱２６の上端は風洞の天井に固定され、下端は車体２２の中まで延びている。下端には、車体２２を動かすための車体駆動機構（不図示）が設けられており、車体駆動機構を介して車体２２が支持されている。車体駆動機構によって、車体２２は、例えば上下軸回りに回動される。この回動により、車体２２は、気流に対して斜めにされ、横風を受けた状態、また操舵により車両の向きを変えた状態を模擬することができる。

４個の車輪２４は、それぞれ対応する車輪支持装置２８により支持される。また、車輪２４は、車体２２と独立して車輪支持装置２８により支持される。車輪２４は、車体２２に対する位置が実車と等しくなるように位置決め支持される。また、車輪２４は、ムービングベルト１８に接しており、ムービングベルト１８の移動に伴い車輪２４も回転する。これにより、車輪２４の周囲の空気の流れも、実際の走行状態を模擬できる。車輪２４の周囲、またフェンダ周囲の流れは、ここに、例えば車輪２４の車軸の高さ付近に、車輪２４を支持するための構造物が存在すると、これが本来の気流を乱す原因となる。この構造物を流線形断面とした場合、本来、車両１２の影響により乱れている気流を整流する効果が発生してしまう可能性もある。車輪支持装置２８は、車両１２の周囲、特に車輪２４およびフェンダの周囲の気流への影響を小さくするものである。車輪支持装置２８は、一端が風洞内の静止した構造体、例えば床１４に支持された支持アーム３０を有する。支持アーム３０の他端には、車輪２４の車軸３２を支持する支持ブラケット３４が設けられている。支持アーム３０は、一端が例えば車両１２の側方の床面に固定され、この固定された端から車輪２４に向かって延びる。

図２〜４には、車輪支持装置２８の詳細が示されている。図２が平面図、図３が車輪２４の周囲を拡大した平面図、図４は側面図である。車輪支持装置２８の支持アーム３０は、前述のように床１４に支持されている。例えば、支持アーム３０を床１４に固定することができ、また床１４に固定された構造体３６に対して固定することもできる。支持アーム３０は、薄板状の２本のアームリンク３８を含む。薄板状のアームリンク３８は、板の厚み方向が上下方向になるように配置され、またムービングベルト１８の表面近傍にわずかな間隔をあけて配置される（図４参照）。さらに、２本のアームリンク３８は、床に支持された端から互いに平行に車輪２４に向けて、更に車輪２４を越えて延びる。車輪２４は、２本のアームリンク３８の間に位置する。より詳細には、車輪２４のムービングベルト１８に接触している部分が２本のアームリンク３８の間に位置している。２本のアームリンク３８は、車輪２４とは接していない。アームリンク３８は、薄板形状であり、かつ床１４およびムービングベルト１８の近傍に配置されており、車両１２周囲の気流に与える影響を小さくしている。

アームリンク３８は、車輪２４の車体２２側の面の位置を越えて延び、その越えた部分に支持ブラケット３４が結合されている。支持ブラケット３４は薄板状であり、例えば図４に示すように山形または逆Ｖ字形の形状を有し、その頂点部分に車軸３２が支持されている。車輪２４は、この車軸３２に回転可能に支持されている。支持ブラケット３４は、車体２２と車輪２４の間に位置しており、車両１２周囲の気流に与える影響を小さくしている。また、車輪２４は、移動するムービングベルト１８から後方に向いた力を受け、この力が支持ブラケット３４を介して支持アーム３０を水平面内で曲げるように作用する。支持アーム３０を、前後に並んだ２本のアームリンク３８で構成することにより、ムービングベルト１８から受ける力に対する剛性を高めることができる。

車輪２４の接地面には、層状に振動吸収材４０が設けられている。振動吸収材４０は、車輪２４の他の部分よりも高い振動吸収性を有する材料であり、具体的には発泡ゴムを使用することができる。発泡ゴムは、気泡を含んでスポンジ状となったゴムである。この発泡ゴムのシートまたはテープを車輪２４の接地面に貼着して振動吸収材４０の層を形成する。車輪２４に偏心があると、車輪２４が回転したとき振動を生じるが、振動吸収材４０を設けることにより、発生した振動を振動吸収材４０で吸収し、車輪２４の振動を抑制することができる。

車両が横風を受けたときの空力特性を測定するために、車体２２を気流に対して斜めになるように配置する場合がある。また、操舵時の空力特性を測定するため、車体２２を上下軸線回りに回動動作させる場合がある。これらの場合、車体２２の位置や動きに合わせて車輪２４も移動させることが望まれる。車輪２４を移動させることができる車輪支持装置について以下説明する。

図５は、車輪２４を移動させることができる車輪支持装置５０を示す模式図である。図中の上方が車両の前方である。車輪支持装置５０は、左右の方向に延びる第１および第２アームリンク５２，５４を含む支持アーム５６と、支持アーム５６の端に接続された支持ブラケット５８を含む。第１および第２アームリング５２，５４は、前述の２本のアームリンク３８に相当し、薄板部材から形成され、互いに平行に延び、その間に車輪２４が位置している。また、第１および第２アームリンク５２，５４は、ムービングベルト１８に対しわずかな隙間をあけて配置されている。支持ブラケット５８は、前述の支持ブラケット３４と同様、車輪２４を回動可能に支持している。また、支持ブラケット５８は、第１および第２アームリンク５２，５４に対してピボット可能に結合されている。

第２アームリンク５４の床１４側の端は、第１モータ６０の出力軸に固定的に結合された第１駆動リンク６２にピボット可能に結合されている。第１モータ６０は、床１４に対して固定されている。第１モータ６０の出力軸を回動させると第１駆動リンク６２を介して第２アームリンク５４が略左右方向に駆動される。第２アームリンク５４上には、第２モータ６４が設けられ、その出力軸には、第２駆動リンク６６が固定的に結合されている。第２駆動リンク６６には、第１アームリンク５２がピボット可能に結合されている。第２モータ６４を回動させると第２駆動リンク６６を介して第１アームリンク５２が略左右方向に駆動される。第２アームリンク５４にはカム６８が当接しており、カム６８はカム駆動モータ７０により駆動される。カム６８を回転させることで第２アームリンク５４を動かすことができる。さらに、第２アームリンク５４には、この第２アームリンク５４をカム６８に向けて付勢するばね７２が接続されている。ばね７２の付勢力により、第２アームリンク５４がカム６８に当接している状態が維持される。

操舵を行ったときのように車輪２４を上下方向の軸線回りに回動（以下、操舵回動と記す）させるためには、第２モータ６４により第２駆動リンク６６を回動させる。これにより第１アームリンク５２が第２アームリンク５４に対して左右方向に移動し、支持ブラケット５８が回動し、これと共に車輪が操舵回動する。

さらに、車輪２４を前後および左右に並進運動させることができる。第１モータ６０を駆動すると、第２アームリンク５４が左右方向に移動し、これに伴って車輪２４も左右方向に並進移動する。このとき、第１駆動リンク６２の先端は、旋回運動を行うために、その移動に前後方向の成分が含まれる。第１駆動リンク６２は、カム６８に常に接しているので、第１駆動リンク６２の回動に伴って第２アームリンク５４も傾き、第２駆動リンク６６も傾く。この結果、支持ブラケット５８および車輪２４が操舵回動する。この操舵回動は、意図した並進移動以外の運動であるので、この回動運動を除くために、カム６８を回動させて、第２アームリンク５４が傾かないようにすることができる。この場合、前記の第１駆動リンク６２の旋回運動に伴って車輪２４が前後方向にも若干移動する。この前後方向の移動も除くためには、第２アームリンク５４の傾きを許容し、この傾いた分、第２駆動リンク６６を回動させて、車輪２４が操舵回動しないようにする。３個のモータ６０，６４，７０を協調制御することにより、車輪２４を前後および左右に並進運動させることができる。以上のように、第１および第２モータ６０，６４、並びにカム駆動モータ７０およびカム６８が、第１および第２アームリンク５２，５４を駆動するリンクアクチュエータ装置を構成する。

図６は、車輪支持装置５０をより具体的に示す図である。図６では、右前輪について車輪２４と車輪支持装置５０が示されているが、他の車輪も車輪支持装置５０に支持されている。車体２２が、鎖線で示す気流に正対する位置から、実線で示す斜めになった位置に移動した状態が示されている。車体の傾斜に合わせて車輪２４も傾斜している。

図７は、車輪２４を移動させることができる車輪支持装置８０の概略構成を示す図である。前述の車輪支持装置５０のリンクアクチュエータ装置は、回動機構を用いたものであり、並進運動の可動範囲が限定される。車輪支持装置８０においては、直動機構を用いることにより並進運動が可能な範囲を広くしている。

車輪支持装置８０は、左右の方向に延びる第１および第２アームリンク８２，８４を含む支持アーム８６と、支持アーム８６の端に接続された支持ブラケット８８を含む。第１および第２アームリング８２，８４は、前述の２本のアームリンク３８に相当し、薄板部材から形成され、互いに平行に延び、その間に車輪２４が位置している。また、第１および第２アームリンク８２，８４は、ムービングベルト１８に対しわずかな隙間をあけて配置されている。支持ブラケット８８は、前述の支持ブラケット３４と同様、車輪２４を回動可能に支持している。また、支持ブラケット８８は、第１および第２アームリンク８２，８４に対してピボット可能に結合されている。

第２アームリンク８４の床１４側の端は、床１４に設置された２軸直動機構９０に結合されている。２軸直動機構９０は、床１４に対して固定され、前後方向に延びるレール９２と、レール９２上をこれに沿って移動するスライダ９４を含む。スライダ９４を移動させるためにリニアモータを用いることができる。支持アーム８６は、スライダ９４に支持され、スライダ９４に対して左右方向に移動可能となっている。例えば、支持アーム８６の第２アームリンク８４がスライダ９４に支持されており、リニアモータによってスライダ９４に対して第２アームリンク８４を左右方向に駆動する。スライダ９４の前後方向の移動により、車輪２４が前後に並進運動し、スライダ９４に対して第１アームリンク８４の左右方向に移動することにより、車輪２４が左右方向に並進運動する。

第２アームリンク８４上に第４モータ９６が設けられ、その出力軸には、第３駆動リンク９８が固定的に結合されている。第３駆動リンク９８には、第１アームリンク８２がピボット可能に結合されている。第４モータ９６を回動させると第３駆動リンク９８を介して第１アームリンク８２が略左右方向に駆動される。第４モータ９６を回動させることにより、支持ブラケット８８および車輪２４を操舵回動させることができる。以上のように、２軸直動機構９０および第４モータ９６が、第１および第２アームリンク８２，８４を駆動するリンクアクチュエータ装置を構成する。車輪２４の左右、前後の動きの一方が不要な場合、２軸直動機構９０を１軸直動機構とすることができる。

図８は、車輪支持装置１００の要部構成を示す図である。（ａ）が車輪２４の中心軸線を含む鉛直断面図であり、（ｂ）は側面図である。車輪支持装置１００は、支持ブラケット１０２に車輪２４を操舵回動させるための機構を備えている。

支持ブラケット１０２は、床１４等に固定された前述の支持アーム３０に固定することができる。また、前後、左右の２軸またはいずれかの１軸に沿って直線移動できる支持アームに固定されてもよい。支持ブラケット１０２上に第５モータ１０４が、その回転軸線が上下方向に延びるように設けられている。第５モータ１０４の出力軸に旋回ベッド１０６が固定され、旋回ベッド１０６上に軸受ケース１０８が載置される。軸受ケース１０８内の軸受が車軸３２を回転可能に支持している。第５モータ１０４を回動させることにより、車輪２４が操舵回動する。以上のように、第５モータ１０４が、車輪２４を操舵回動させる回動アクチュエータとして機能する。

車輪２４の接地面に設けた振動吸収材４０に代えて、また加えて支持ブラケット３４，５８，８８，１０２に振動吸収材を設けてもよい。例えば、支持ブラケット３４，５８，８８，１０２を振動吸収材を介して支持アーム３０，５６，８６に結合することができる。支持ブラケット３４，５８，８８，１０２の、車軸３２から支持アームに至る振動伝達経路を分断するように振動吸収材を設けてもよい。

１０ 風洞実験装置、１２ 車両、１４ 床、１６開口、１８ ムービングベルト、２０ 矢印、２２ 車体、２４ 車輪、２６ 支柱、２８ 車輪支持装置、３０ 支持アーム、３２ 車軸、３４ 支持ブラケット、３６ 構造体、３８ アームリンク、４０ 振動吸収材、５０ 車輪支持装置、５２ 第１アームリンク、５４ 第２アームリンク、５６ 支持アーム、５８ 支持ブラケット、６０ 第１モータ、６２ 第１駆動リンク、６４ 第２モータ、６６ 第２駆動リンク、６８ カム ７０ カム駆動モータ、８０ 車輪支持装置、８２ 第１アームリンク、８４ 第２アームリンク、８６ 支持アーム、８８ 支持ブラケット、９０ ２軸直動機構、９２ レール、９４ スライダ、９６ 第４モータ、９８ 第３駆動リンク、１００ 車輪支持装置、１０２ 支持ブラケット、１０４ 第５モータ、１０６ 旋回ベッド、１０８ 軸受ケース。

Claims (7)

1. ムービングベルトを備えた風洞実験装置内において車両の車輪を支持する車輪支持装置であって、
   風洞内の静止した構造体に一端が支持され、ムービングベルトの上面近傍をムービングベルトに沿って延びる薄板状の支持アームと、
   支持アームの他端に設けられ、車輪の車軸を回転可能に支持する支持ブラケットと、
   を有する、車輪支持装置。
2. 請求項１に記載の車輪支持装置であって、
   支持ブラケットは、車両の車体と車輪の間に位置し、
   支持アームは、車輪を間にして配置された２本のアームリンクを含み、２本のアームリンクはそれぞれ支持ブラケットに連結している、
   車輪支持装置。
3. 請求項２に記載の車輪支持装置であって、２本のアームリンクを駆動するリンクアクチュエータ装置を有し、リンクアクチュエータ装置は車輪を操舵回動させる、車輪支持装置。
4. 請求項３に記載の車輪支持装置であって、リンクアクチュエータ装置は、車輪を前後方向と左右方向の一方または双方に移動させる、車輪支持装置。
5. 請求項２に記載の車輪支持装置であって、支持ブラケットは、車輪を操舵回動させる回動アクチュエータ装置を介して車軸を支持する、車輪支持装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の車輪支持装置であって、車軸から支持ブラケットを通って支持アームに達する振動伝達経路に、車輪の振動を吸収する振動吸収材が配置されている、車輪支持装置。
7. ムービングベルトを備えた風洞実験装置内において車両の車輪を模擬する車輪模擬装置であって、
   請求項１から６のいずれか１項に記載された車輪支持装置と、
   車輪の振動を吸収する振動吸収材が接地面に設けられた車輪と、
   を有する、車輪模擬装置。

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