JP2019027809A - すべり抵抗測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動きながら静摩擦係数が測定可能なすべり抵抗測定装置を提供すること。【解決手段】車両に取り付けられて使用される。車輪軸Ｓに支承された車輪軸支持部Ｃと、車輪軸支持部Ｃを支点として揺動自在に支承され且つ下方向に付勢される、第１及び第２アーム部１０及び２０と、第１及び第２アーム部１０及び２０のそれぞれに回動自在に軸承され、路面Ｒ上に載置される第１及び第２ローラ１２及び２２と、第１及び第２ローラ１２及び２２の間で、一方の回転を所定の比率で他方に伝達することで第１ローラ１２を路面Ｒに対して断続的に空転させる回転伝達機構７０と、回転伝達機構７０が伝達する回転トルクの値を測定する張力測定手段４０と、第１アーム部１０の付勢力を測定する押圧力測定手段３０と、車両の移動に伴って変動する回転トルクの値と付勢力とから第１ローラ１２と路面Ｒとの間の摩擦係数を算出する摩擦係数算出手段９０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、路面のすべり抵抗を測定するすべり抵抗測定装置に関する。

車両が通過する車道系道路でのすべり抵抗測定については、例えば特許文献１に示すように、ＳＬ回転式すべり抵抗測定器による動摩擦係数の測定方法が知られている。この測定方法は、路面とタイヤゴムピースとが接する構造で回転する円盤、回転時にタイヤゴムピースに作用する摩擦力等を計測する装置、及び記録計で構成された例えばダイナミックフリクションテスターが用いられる。このすべり抵抗測定装置は動摩擦係数を測定するものであり、静摩擦係数は測定できない。

特開２００５−２４０３０５号公報

本発明は、上記状況を鑑みてなされたもので、動きながらすべり抵抗(特に静摩擦係数)を測れるすべり抵抗測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の構成上の特徴は、車輪を有する車両に取り付けられて使用され、路面のすべり抵抗を測定するすべり抵抗測定装置であって、
前記車輪の車輪軸に支承された車輪軸支持部と、
前記車輪軸支持部を支点として揺動自在に支承され且つ下方向に付勢される、第１及び第２アーム部と、
前記第１及び第２アーム部のそれぞれに回動自在に軸承され、前記路面上に載置される第１及び第２ローラと、
前記第１及び第２ローラの間で、一方の回転を所定の比率で他方に伝達し、前記第１及び第２ローラの間で周速度に差を生じさせて前記第１ローラを前記路面に対して断続的に空転させる回転伝達機構と、
前記回転伝達機構が伝達する回転トルクの値を測定する張力測定手段と、
前記第１アーム部の付勢力を測定する押圧力測定手段と、
前記車両の移動に伴って変動する前記回転トルクの値と前記付勢力とから前記第１ローラと前記路面との間の摩擦係数を算出する摩擦係数算出手段と、
を有することである。

上記のように構成した本発明においては、第１及び第２アームが付勢された状態で、車両が走行することで、路面上に載置される第１及び第２ローラが回転する。そして、回転伝達機構が一方の回転を所定の比率で他方に伝達し、第１及び第２ローラの間で周速度に差を生じさせて第１ローラを路面に対して断続的に空転させる。その際、摩擦係数算出手段が回転伝達機構の伝達する回転トルクと第１アーム部の付勢力とから、第１ローラと路面との間の摩擦係数を求めることができる。

また、上記発明において、前記第１及び第２ローラは、前記車輪を前後に挟んだ位置に配設され、
前記回転伝達機構は、前記第１及び第２ローラのうち、後側に配設された側の周速度を前側より大きくすることで、前記第１アーム部を前記路面側に付勢する手段である。

また、上記発明において、前記回転伝達機構は、
前記第１及び第２ローラは同軸的に固定された第１及び第２ローラプーリと、
前記車輪軸支持部に対して回動自在に軸承された車輪軸支持部プーリと、
前記第１及び第２ローラプーリの間を前記車輪軸支持部プーリを介して接続するベルトと、
をもち、
前記張力測定手段は、前記ベルトの張力を測定する手段である。

また、上記発明において、前記第１ローラが前記車輪の後方に配設される。

本発明においては、車両の車輪の車輪軸に支承された車輪軸支持部を支点として支承される第１及び第２アーム部をそれぞれ介して路面上に載置される第１及び第２ローラの間で、一方の回転を所定の比率で他方に伝達し、第１及び第２ローラの間で周速度に差を生じさせて第１ローラを路面に対して断続的に空転させる回転伝達機構を有する。そして、張力測定手段で回転伝達機構が伝達する回転トルクの値を測定し、押圧力測定手段で第１アーム部の付勢力を測定することで、回転トルクの値と付勢力とから第１車輪と路面との間の摩擦力を算出する。摩擦力は連続して算出可能であり、すべりが生じる直前の最大摩擦力の値から静摩擦係数を算出することが可能になる。結果、本発明によれば、車両の車輪に取り付けることで、動きながらすべり抵抗を簡単に求めることができる。

本発明の一実施例である歩行者系道路のすべり抵抗を測定する路面のすべり抵抗測定装置の概略構成を示す正面図である。 同路面のすべり抵抗測定装置を概略的に示す平面図である。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。なお、説明に用いる図面は模式図で有り、単純な形状で記載しているが、実際の部材の大きさや形状は適正に決定することができる。本実施形態のすべり抵抗測定装置は、車両の車輪軸に配設して用いる装置である。車両を運用しながら路面のすべり抵抗を測定することができる。車輪軸は地上からの高さが特に安定しており、車輪軸に固定することで本実施形態のすべり抵抗測定装置の路面からの高さを保つことができるため、高精度ですべり抵抗を測定することができる。

図1及び図２は本実施形態のすべり抵抗測定装置の概略構成を正面図及び平面図により示したものである。なお、以下の説明において、すべり抵抗測定装置の前後上下左右については図１及び図２の前後上下左右に合わせるものとする。

すべり抵抗測定装置１は、図１，図２に示すように、車輪軸支持部Ｃと、第１アーム部１０及び第２アーム部２０と、第１ローラ１２及び第２ローラ２２と、回転伝達機構７０（１１、１３〜１７、５０、２１、２３、２４）と、張力測定手段４０と、押圧力測定手段３０と、摩擦係数算出手段９０と、その他の手段である移動距離測定手段６０とを有し、車両（図略）の車輪Ｔの車輪軸Ｓに配設されている。配設が好ましい車輪としては操舵機能を有しない車輪（例えば後輪）が挙げられる。

車輪軸支持部Ｃは、車輪Ｔの車輪軸Ｓに回転自在に支承されている。車輪軸支持部Ｃは、車輪軸Ｓに対して回転自在に接続されるため、車両の移動に伴って車輪軸Ｓが回転しても車輪軸支持部Ｃは、一定の姿勢を保つことができる。

第１アーム部１０及び第２アーム部２０は、それぞれの一端部が車輪軸支持部Ｃにそれぞれ独立して揺動自在に支承される。本実施形態では第１アーム部１０が車輪Ｔの後側に、第２アーム部２０が車輪Ｔの前側に配設されている。第１アーム部１０と第２アーム部２０とは両方共に下方（路面Ｒに押しつけられる方向）に付勢される。第１アーム部１０と第２アーム部２０とを路面に付勢する手段としては特に限定されず、第１アーム部１０と第２アーム部２０との間に配設されたバネなどの弾性体により積極的に付勢することが出来るほか、第１アーム部１０、第２アーム部２０、第１ローラ１２、第２ローラ２２などの自重を利用して路面に向けて付勢することも出来る。

第１ローラ１２は第１アーム部１０の他端部に、第２ローラ２２は第２アーム部２０の他端部にそれぞれ軸１３及び２３を介して回転自在に支承されている。第１ローラ１２は車輪Ｔの後側、第２ローラ２２は車輪Ｔの前側に位置するように配設されている。なお、第１及び第２ローラ１２及び２２は、図２に示すように、車輪Ｔが路面Ｒ上で通過する軌跡に沿って移動できるように左右方向の位置が車輪Ｔと同じような位置に配設される。車輪Ｔと同じような位置に配設することで、直接的に車輪Ｔが接する路面Ｒの摩擦係数を測定することができる。また、車輪Ｔにより路面Ｒ上の砂などのゴミが排除できるため、正確な摩擦係数を測定することができる。

第１及び第２ローラ１２及び２２は車輪Ｔと同様の材料から形成することができる。なお、第１及び第２ローラ１２及び２２は、第１ローラ１２の方が、路面Ｒとの間で滑りやすい条件で配設されている。例えば、第１及び第２アーム１０及び２０における下方向の付勢力に差を設けたり、第１及び第２ローラ１２及び２２のそれぞれの材質を相違させたりして実現される。

回転伝達機構７０は、第１及び第２ローラ１２及び２２の間で回転動力を所定の比率で互いに伝達する手段である。所定の比率は、第１及び第２ローラ１２及び２２が回転したときの周速度が異なるように設定する。車両が移動して第１及び第２ローラ１２及び２２が回転したときに周速度が異なることで、第１及び第２ローラ１２及び２２の間にすべり方向の力が摩擦力を超えるまで蓄積されていく。

従って、回転伝達機構７０により第１及び第２ローラ１２及び２２の間に蓄積されるすべり方向の力を測定すれば、第１ローラ１２と路面Ｒとの間に発生する摩擦力を算出できる。第１及び第２ローラ１２及び２２の間の周速度の相違は任意に設定できる。

相違を小さくすると、第１及び第２ローラ１２及び２２と路面Ｒとの間に発生する摩擦力の増加速度が穏やかになって摩擦力の大きさを高精度で測定することが可能になり、相違を大きくすると、摩擦力の増加速度が大きくなって速やかに摩擦力の限界（＝静摩擦係数に関連）を超えるようになって多地点での摩擦力測定を行うことができる。

また、第１及び第２ローラ１２及び２２のうち、第１ローラ１２の周速度が第２ローラ２２よりも大きくなるように設定することにより、第１ローラ１２と路面Ｒとの間で駆動力を印加する方向での摩擦力を測定することができる。反対に、第１ローラ１２の周速度が第２ローラ２２よりも小さくなるように設定することにより、第１ローラ１２と路面Ｒとの間で制動力を印加する方向での摩擦力を測定することができる。

回転伝達機構７０は、第１ローラプーリ１１及び第２ローラプーリ２１と、車輪軸支持部プーリ５０と、ベルト１４及び２４とを有する。第１及び第２ローラプーリ１１及び２１は、第１及び第２ローラ１２及び２２に対して同軸的に固定されている。

車輪軸支持部プーリ５０は、一体化された２つのプーリ５０ａ及び５０ｂからなり、車輪軸支持部Ｃに対して回動自在に軸承されている。

ベルト１４は、第１ローラプーリ１１と車輪軸支持部プーリ５０ｂとの間を接続し、ベルト２４は、第２ローラプーリ２１と車輪軸支持部プーリ５０ａとの間を接続する。ベルトについてはプーリとの間のすべりを小さくするために歯付ベルトとし、先述の第１ローラプーリ１１及び第２ローラプーリ２１と、車輪軸支持部プーリ５０についても、同ピッチの歯付プーリとすることが望ましい。

以上の構成を有することから、第１ローラ１２と第２ローラ２２との間で回転動力を伝達することができる。ここで、第１及び第２ローラプーリ１１及び２１と、車輪軸支持部プーリ５０ａ及び５０ｂとについて外径を適正に決定することで、先述した第１及び第２ローラ１２及び２２の間の適正なすべり方向への力の発生が実現できる。

本実施形態では、第１及び第２ローラ１２及び２２の外径を同径に、車輪軸支持部プーリ５０ａ及び５０ｂの外径も同径に、そして、第１ローラプーリ１１の外径を第２ローラプーリ２１の外径よりも小さくすることによって、第１ローラ１２の周速度が第２ローラ２２の周速度よりも大きくなるように設定されている。なお、回転伝達機構としては、歯車機構を採用することもできる。

張力測定手段４０は、ベルト１４の張力を測定する手段である。ベルト１４の上方に位置する部分を、上方に付勢されているガイドローラ１６及び１８を介して、下方に設けた張力測定ローラ１７に案内する構造をもつ。張力測定手段４０とガイドローラ１６及び１８と張力測定ローラ１７は、第１アーム１０に一体的に取り付けられているブラケット１０ａ及び１０ｂ（図２では記載を省略）にそれぞれ配設されている。張力測定ローラ１７は下方向に付勢されているため、ベルト１４の張力の大きさに応じて上下方向に移動する。この移動量からベルト１４の張力が算出できる。張力の変動によりベルト１４にたるみが生じうるので、ベルト１４の下方にも下方に付勢されたガイドローラ１５が設けられている。

押圧力測定手段３０は、第２アーム２０が下方に回動する力を測定する装置である。押圧力測定手段３０は、第２アーム２０を上方（図１上で時計回り方向）にコイルバネ３０ａで付勢し、そのコイルバネ３０ａの長さを測定するエンコーダであって、測定した長さから力を測定する。コイルバネ３０ａは、一端が第１アーム１０に他端が第２アーム２０に固定されている。第１及び第２アーム１０及び２０は、反対方向（図面１上で、第１アーム部１０が時計回り、第２アーム２０が反時計回り）に同じ力が印加されるため、第２アーム２０に加わる力から第１ローラ１２が路面Ｒに押しつけられる押圧力が算出できる。なお、押圧力の値は、第１及び第２ローラ１２及び２２や第１及び第２アーム１０及び２０の質量を考慮して適正に補正することができる。また、前述した張力測定手段４０により測定した張力から押圧力を推定する機構を採用することも出来る。

摩擦係数算出手段９０は、張力測定手段４０から入力される値から算出されるベルト１４の張力（Ｐ２）と、押圧力測定手段３０から入力される値から算出される第１ローラ１２の路面Ｒへの押圧力（Ｐ１）とから、第１ローラ１２と路面Ｒとの間に作用する摩擦力を算出する。摩擦力は、車両の移動に伴い、鋸波状に周期的な変動を示すことになる。すなわち、車両の移動に伴い、第１ローラ１２と路面Ｒの間に摩擦力が最大摩擦力に至るまで大きくなっていくので、先述の測定した摩擦力における最大値から静摩擦係数が算出される。静摩擦係数は、最大摩擦力におけるＰ２／Ｐ１にて算出する。

移動距離測定手段６０は、ベルト２４のガイドローラを兼ねており、ベルト２４の下方に設けられ、下方に付勢されている。移動距離測定手段６０は、ロータリーエンコーダによりベルト２４の移動距離を測定でき、第２アーム２０に一体的に固定されたブラケット２０ａに配設されている。更にはＧＰＳ装置（図略）を並設することも出来る。移動距離測定手段６０にて車両の移動距離や、ＧＰＳ装置により算出された絶対位置から、先述した方法で算出した静摩擦係数の値を実際の路面Ｒにおける値として関連付けることが可能になる。また、車両の前方や周囲の様子を記録するカメラ（例えば車両の運転を記録するドライブレコーダ）を配設し、そのデータを利用して車両の移動軌跡や移動時の環境を記録して本実施形態のすべり抵抗測定装置にて測定したすべり抵抗の値と組み合わせて利用しても良い。

なお、上記実施例におけるすべり抵抗測定装置の具体的構成については一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。

１…すべり抵抗測定装置
１０…第１アーム ２０…第２アーム
１１…第１ローラプーリ ２１…第２ローラプーリ
１２…第１ローラ ２２…第２ローラ
１４、２４…ベルト
３０…押圧力測定手段 ４０…張力測定手段 ５０…車輪軸支持部プーリ
Ｃ…車輪軸支持部 ６０…移動距離測定手段 ９０…摩擦係数算出手段
Ｔ…車輪
Ｓ…車軸

Claims (4)

1. 車輪を有する車両に取り付けられて使用され、路面のすべり抵抗を測定するすべり抵抗測定装置であって、
   前記車輪の車輪軸に支承された車輪軸支持部と、
   前記車輪軸支持部を支点として揺動自在に支承され且つ下方向に付勢される、第１及び第２アーム部と、
   前記第１及び第２アーム部のそれぞれに回動自在に軸承され、前記路面上に載置される第１及び第２ローラと、
   前記第１及び第２ローラの間で、一方の回転を所定の比率で他方に伝達し、前記第１及び第２ローラの間で周速度に差を生じさせて前記第１ローラを前記路面に対して断続的に空転させる回転伝達機構と、
   前記回転伝達機構が伝達する回転トルクの値を測定する張力測定手段と、
   前記第１アーム部の付勢力を測定する押圧力測定手段と、
   前記車両の移動に伴って変動する前記回転トルクの値と前記付勢力とから前記第１ローラと前記路面との間の摩擦係数を算出する摩擦係数算出手段と、
   を有するすべり抵抗測定装置。
2. 前記第１及び第２ローラは、前記車輪を前後に挟んだ位置に配設され、
   前記回転伝達機構は、前記第１及び第２ローラのうち、後側に配設された側の周速度を前側より大きくすることで、前記第１アーム部を前記路面側に付勢する手段である請求項１に記載のすべり抵抗測定装置。
3. 前記回転伝達機構は、
   前記第１及び第２ローラは同軸的に固定された第１及び第２ローラプーリと、
   前記車輪軸支持部に対して回動自在に軸承された車輪軸支持部プーリと、
   前記第１及び第２ローラプーリの間を前記車輪軸支持部プーリを介して接続するベルトと、
   をもち、
   前記張力測定手段は、前記ベルトの張力を測定する手段である請求項１又は２に記載のすべり抵抗測定装置。
4. 前記第１ローラが前記車輪の後方に配設される請求項１〜３のいずれか１項に記載のすべり抵抗測定装置。
   

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