JP2988113B2

JP2988113B2 - 回転体のアンバランス測定装置

Info

Publication number: JP2988113B2
Application number: JP4085400A
Authority: JP
Inventors: 貴信金子; 今朝雄菅野; 眞二田浦; 浩二山本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JPH05288631A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転体のアンバラン
スを測定する装置、例えば車両のプロペラシャフト等の
アンバランスを実車状態で測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアンバランス測定装置としては、
例えば図１１に示すようなものがある。図１１におい
て、１はトランスミッションのエクステンション、２は
第１プロペラシャフト、３はセンターベアリング、４は
第２プロペラシャフト、５はディファレンシャル・ギア
・ケース、６、７、８はそれぞれ接続用のジョイントで
あり、上記の部分は車両の駆動系の構成である。また、
１０は第２プロペラシャフト４に接着された反射テー
プ、１１は第２プロペラシャフト４に光を照射し、反射
テープ１０からの反射波を検出することによって回転速
度を検出する光ファイバセンサ等の回転センサであり、
この回転センサ１１はマグネットスタンド１６等によっ
て車両やシャシダイナモ１７に固定されている。また、
１２は回転センサ１１の出力を電圧出力に変換する回転
センサアンプ、１３はディファレンシャル・ギア・ケー
ス下部にマグネットで取り付けられた加速度センサ、１
４は加速度センサアンプ、１５はアンバランス演算装置
である。

【０００３】上記の装置において、回転センサアンプ１
２からは、図１２（ａ）に示すような回転速度に応じた
周期のパルス電圧が出力される。上記の信号をアンバラ
ンス演算装置１５でフーリエ変換すると、図１２（ｂ）
に示すように、一定回転速度ならば所定の周波数ｆpに
ピークスペクトルが生じる。同様に、加速度センサ１４
の出力は図１３（ａ）に示すようになり、それをフーリ
エ変換した結果は図１３（ｂ）に示すようになる。上記
図１２（ｂ）に示した光パルスのフーリエ変換結果は下
記（数１）式、上記図１３（ｂ）に示した加速度センサ
信号のフーリエ変換結果は下記（数２）式で示され、光
パルスと加速度の間の位相差θは下記（数３）式で求め
ることが出来る。

【０００４】Ｆx(ω）＝ａ＋ｊｂ｜Ｆx(ω)｜＝√(ａ²＋ｂ²) …（数１）Ｆy(ω）＝ｃ＋ｊｄ｜Ｆy(ω)｜＝√(ｃ²＋ｄ²) …（数２）

【０００５】

【数３】

【０００６】上記のごとき計測を、プロペラシャフトに
取付けるダミーウエイトを交換して２回行なう（例えば
ダミーウエイトを取り付ける角度を０°の場合と１８０
°の場合とで測定）と、図１４に示すように、大きさが
｜Ｆy₁(ω)｜で位相角がθ₁のベクトルと、大きさが｜
Ｆy₂(ω)｜で位相角がθ₂の２つのベクトルとが求めら
れ、これらの合成ベクトルがプロペラシャフトのアンバ
ランスのベクトルとなる。したがって上記の合成ベクト
ルと逆方向のベクトルＷに対応した大きさと位相角θx
を持つバランス用ウエイトをプロペラシャフトに取付け
れば、プロペラシャフトのアンバランスを解消すること
が出来る。

【０００７】しかし、上記のごとき２点法は、検査の工
数がかかるため、例えば、工場の検査ラインで実車状態
のままプロペラシャフトのアンバランスを測定するよう
な場合には、現実的でない。そのため、実車状態の検査
の場合には下記のごとき簡略方法が用いられる。すなわ
ち、図１９に示すように、車両のプロペラシャフトのア
ンバランス量と取付け部（例えばディファレンシャル・
ギア・ケース、以下、デフと略記）の振動加速度のピー
ク値との間には直線的な関係があるので、デフの加速度
ピーク値を測定すればアンバランス量をおおよそ推定す
ることが出来る。この方法によれば、１回の測定で終了
すると共に、ダミーウエイト取替えの手数がないため、
工数を大幅に削減することが出来る。また、車種と仕様
によって概略のアンバランス量が定まっているので、車
種と仕様ごとの特性（図１９では、Ａ車種，Ｂ車種，Ｃ
車種を表示）を予め測定しておけば、アンバランス測定
の際に、カードリーダ等で車種と仕様を判断することに
よって、その車種の正常範囲のアンバランス量が即座に
判るので、測定結果から当該車両のプロペラシャフトの
バランス状態が正常範囲か否かを直ちに判別することが
出来る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来のアンバランス測定装置においては、検査ラインで
測定する際に、検査員がアクセルペダル等を操作してエ
ンジンの回転速度を調整しながら測定するため、測定中
にプロペラシャフトの回転変動が生じることがあり、そ
のため測定に誤差を生じていた。例えば、図１５および
図１７は、測定中に回転変動が無い場合のデフ振動のフ
ーリエ変換結果（パワースペクトル）である。すなわ
ち、プロペラシャフトの回転周波数が５０Ｈz（回転速
度が３０００rpm）の場合には、振動スペクトルも５０
Ｈzでピークとなる。ところが、解析周波数Δｆ＝０.５
Ｈzとした場合に、測定中に回転変動があって、４９.５
Ｈz（２９７０rpm）と５０Ｈzの振動が１／２ずつあっ
た場合には、フーリエ変換した解析結果は図１６および
図１８に示すように、４９.５Ｈzと５０Ｈzの周波数成
分が１／２ずつになり、ピーク周波数でのパワースペク
トルは−４ｄＢになる。したがって回転変動が無い場合
に対して約２０％（振幅換算−４ｄＢの平方根は−２ｄ
Ｂ＝約２０％）だけアンバランス量の測定値が小さくな
り、そのため本来なら基準範囲を越えるアンバランス量
の車両が基準内（正常）と誤判定されてしまう、という
問題があった。

【０００９】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、測定中の回転速度
変動に影響されることなく正確な測定を行なうことの出
来る回転体のアンバランス測定装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。図１は、本発明の機能ブロック図であ
る。図１において、回転検出手段１００は、回転体（例
えばプロペラシャフト）の回転速度に応じた信号を出力
するものであり、例えば後記図２の回転センサ３０に相
当する。また、振動検出手段１０１は、回転体の支持部
（例えばデフ）に取付けられ、該支持部の振動の加速度
を検出するものであり、例えば後記図２の加速度センサ
３１に相当する。また、フーリエ変換手段１０２は、回
転検出手段１００と振動検出手段１０１の信号をそれぞ
れフーリエ変換する。また、回転１次周波数検出手段１
０３は、フーリエ変換手段１０２による変換結果から回
転検出手段１００の信号の回転１次周波数を検出する。
また、加速度パワースペクトル検出手段１０４は、回転
１次周波数における加速度信号のフーリエ変換結果であ
る加速度パワースペクトルの値を検出する。また、演算
手段１０５は、回転１次周波数近傍の所定周波数範囲の
加速度パワースペクトルを加算した値から回転体のアン
バランス量を演算する。この演算は、例えば後記図４ま
たは図５の特性によって容易に求めることが出来る。ま
た、上記の所定周波数範囲は、例えば、回転１次周波数
を中心として±１〜５Ｈz程度である。上記フーリエ変
換手段１０２、回転１次周波数検出手段１０３、加速度
パワースペクトル検出手段１０４、演算手段１０５の部
分は、例えば後記図２の演算装置３３に相当し、例えば
マイクロコンピュータ等で構成される。また、表示手段
１０６は、演算手段１０５の演算結果に応じた表示を行
なう。この表示は、例えば、当該車両のアンバランス量
が車種に応じた所定の正常範囲内の場合には“ＯＫ”、
範囲外の場合には“ＮＧ”を表示するものである。ま
た、“ＮＧ”の場合には修正量や修正個所を表示するこ
とも出来る。この表示手段１０６は、例えば後記図２の
表示器３９に相当し、例えば液晶表示器や表示ランプ、
或いはプリンタ等である。

【００１１】

【作用】本発明は、回転１次周波数近傍のデフ加速度パ
ワースペクトルの和（図１７と図１８の斜線部面積）の
値が、“回転変動有り”と“回転変動無し”の場合でほ
ぼ同一である、という本発明者の知見に基づき、回転１
次周波数近傍の所定周波数範囲内のデフ加速度パワース
ペクトルを加算した値によってアンバランス量を演算す
るように構成したものである。

【００１２】以下、実例に基づいて説明する。回転変動が無い場合図１７において、ピーク周波数５０Ｈzにおけるデフ加
速度パワースペクトル｜Ｆ(ω₅₀)｜²＝０ｄＢを１００
００とすると、４９.５Ｈzと５０.５Ｈzとにおける加速
度パワースペクトルは、｜Ｆ(ω₄₉.₅)｜²＝２５００（−１２ｄＢ）｜Ｆ(ω₅₀.₅)｜²＝２５００（−１２ｄＢ）となる。上記の３つのパワースペクトルの和は、Ｓ₁ ²＝｜Ｆ(ω₄₉.₅)｜²＋｜Ｆ(ω₅₀)｜²＋｜Ｆ(ω₅₀.₅)
｜²＝２５００＋１００００＋２５００＝１５０００となる。

【００１３】回転変動が有る場合図１８において、ピーク周波数４９.５Ｈzと５０Ｈz、
およびその前後の周波数４９Ｈzと５０.５Ｈzにおける
デフ加速度パワースペクトルは、｜Ｆ(ω₄₉)｜² ＝１２５９（−１８ｄＢ）｜Ｆ(ω₄₉.₅)｜²＝６３１０（−４ｄＢ）｜Ｆ(ω₅₀)｜² ＝６３１０（−４ｄＢ）｜Ｆ(ω₅₀.₅)｜²＝１２５９（−１８ｄＢ）となる。上記の４つの加速度パワースペクトルの和は、Ｓ₂ ²＝１２５９＋６３１０＋６３１０＋１２５９＝１５
１３８となる。上記Ｓ₁ ²とＳ₂ ²のそれぞれの平方根を求めると、Ｓ₁≒１２２.５Ｓ₂≒１２３.０であり、Ｓ₁≒Ｓ₂ となる。

【００１４】上記のように、ピーク値近傍の所定周波数
範囲の値を加算した値は、回転変動の有無に拘りなく殆
ど同一となる。したがってピーク値近傍の所定周波数範
囲のピーク値を加算した値に基づいてアンバランス量を
求めれば、加速度のピーク値のみを検出する方法に対し
て、回転変動による誤差を大幅に低減することが出来
る。例えば、実測例においては、回転変動による誤差を
１％以下に減少させることが出来た。

【００１５】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図２は、この発明の一実施例を示すブロック図である。
図２において、回転センサ３０は、プロペラシャフトの
回転速度を検出するものであり、例えば前記図１１の回
転センサ１１を同様のものである。また、加速度センサ
３１は、デフの振動加速度を検出するものであり、例え
ば前記図１１の加速度センサ１３と同様のものである。
なお、回転センサ３０および加速度センサ３１とプロペ
ラシャフトおよびデフ等の関係は、前記図１１と同様で
ある。また、カードリーダ３２は、当該車種毎のカード
を差し込むことにより、当該車種（および仕様）に対応
したアンバランス量の標準値を読み込む。

【００１６】次に、演算装置３３は、フーリエ変換部３
４、ピーク検出部３５、加算部３６、判断値設定部３７
および判断部３８から成り立っており、例えばマイクロ
コンピュータで構成されている。まず、フーリエ変換部
３４は、回転センサ３０と加速度センサ３１の信号をそ
れぞれフーリエ変換する。また、ピーク検出部３５は、
回転信号のフーリエ変換結果から回転１次周波数のピー
ク値を検出する。また、加算部３６は、ピーク値近傍の
所定周波数範囲の加速度パワースペクトル（加速度信号
のフーリエ変換値）を加算し、その値からアンバランス
量（例えば後記図４によって求める）を求める。一方、
判断値設定部３７は、カードリーダ３２で読み込んだ当
該車種に対応したアンバランス量の標準値から、当該車
種における正常範囲を示す判断値を設定する。また、判
断部３８は、加算部３６で加算された値と上記判断値と
を比較し、正常範囲に有るか否かを判断する。また、表
示器３９は、例えば“ＯＫ”ランプと“ＮＧ”ランプと
を備え、判断部３８の判断結果に応じて、“ＯＫ”また
は“ＮＧ”の表示を行なう。また、“ＮＧ”の場合に
は、修正量と修正個所とを表示しても良い。さらに上記
の値をプリントして出力することも出来る。

【００１７】次に、図３は、上記演算装置３３における
演算内容を示すフローチャートである。図３に示すプロ
グラムは、電源が入力されると動作を開始する。まず、
マイマイクロコンピュータに初期値が設定され、次に、
カードリーダの内容を読み込み、測定する車両の車種仕
様を判断する。次に、検査員がフリーローラ上で車両を
走行させ、所定条件（車速、シフト位置、エンジン回転
速度等）になった時、スタートスイッチをＯＮにする。
スタートスイッチがＯＮになると、フーリエ変換の条件
（サンプリング周期、回数、アベレジ等）が設定され、
割り込み処理によって所定周波数でサンプリング開始す
る。そして所定データに達した後にサンプリング終了
し、回転信号、加速度信号をそれぞれフーリエ変換す
る。次に、上記のフーリエ変換結果から回転１次周波数
ｆ₁を演算する。次に、ｆ₁±ｎＨzの範囲内の加速度パ
ワースペクトル｜Ｆ(ω)｜²の和Ｓn²を演算する。な
お、上記のｎＨzは、例えば、１〜５Ｈz程度である。次
に、Ｓn²の平方根を求めてＳnにし、車種や仕様別に応
じて予め設定されたＳnに対するアンバランス量Ｕnのマ
ップ（図４参照）から、アンバランス量Ｕnを求める。
次に、車種や仕様別に応じたＯＫ／ＮＧの判断値αをカ
ード情報から入手し、測定したアンバランス量Ｕnとα
を比較する。そしてＵn≧αであればアンバランス量Ｎ
Ｇ表示し、かつ修正量と修正位置を表示する。なお、プ
リント出力しても良い。一方、Ｕn＜αの時は、アンバ
ランス量ＯＫを表示し、アンバランス測定を終了する。
なお、前記の加算値Ｓnからアンバランス量Ｕnを求める
演算において、図４の特性はＳnとＵnとが直線的関係に
なっているが、図５に示すように、２次曲線の特性にす
れば、パワースペクトルの加算値Ｓn²から直接にアンバ
ランス量Ｕnを求めることが出来る。

【００１８】次に、前記図１１に示した従来の測定方法
においては、加速度センサ１３をマグネット等によって
デフ５に取付け、さらに回転センサをマグネットスタン
ド１６等で車体の下部等に取付けて光の照射位置を調整
してから測定を行ない、測定終了後にはそれらのセンサ
をそれぞれ取外していた。そのため、センサの取付け、
取外しに工数が掛かり、また、取付け状態が悪いと測定
に誤差を生じるという問題があった。以下、上記の問題
を解決するためのセンサ固定治具について説明する。図
６〜図９は、センサ固定治具の一実施例を示す図であ
り、図６は全体の概略図、図７は主要部断面図、図８は
マグネット取付け面の平面図、図９はセンサ取外し時の
状態を示す断面図である。

【００１９】まず、図６において、５０は測定装置本
体、５１は前記図２に示したごとき演算装置、５２はセ
ンサ固定治具、５３は回転信号および加速度信号を伝達
するケーブル、５４はコネクタであり、その他、図１１
と同符号は同一物を示す。測定装置本体５０は、検査ラ
インのフリーローラ（図示せず）の横に設置してある。
一方、ピットでセンサ固定治具５２が検査員によって車
体に取付けられ、ピットからフリーローラまで検査員が
車両を運転する。そしてフリーローラの所で検査員がコ
ネクタ５４を接続して測定装置本体５０とセンサとを接
続し、アンバランス測定を行なうものである。

【００２０】次に、図７に示す主要部断面図において、
光学式の回転センサ６１は、プロペラシャフト４の回転
を反射テープ１０からの反射光によって計測し、１回転
に１パルスの回転信号を出力する。また、固定治具本体
６０の中にはハーネス６２が通っている。また、６３は
デフ５の振動を検出する加速度センサ、６５は加速度セ
ンサをデフに取付けるマグネット、６４は加速度センサ
６３とマグネット６５との間に取付けられた円板であ
り、これらは固定治具本体６０と一体構造となってい
る。また、６６は固定治具本体６０に設けられた張り出
し部であり、加速度センサ６５に取付けられた円板６４
が引っかかる構造になっている。また６７はスポンジや
ゴム等のようなバネ定数、減衰定数の小さい弾性体であ
り、デフ振動（約５０Ｈz前後）に対して加速度センサ
６３と弾性体６７で構成される部分の共振周波数は十分
小さくなるように設定されている。また、６８はセンサ
固定治具をデフ５に固定するマグネットであり、固定治
具をデフに固定するために充分な磁力を有している。ま
た６９は加速度センサ６３の信号ケーブルであり、回転
センサケーブル６２と共にケーブル保護のゴムブッシュ
７０を介してコネクタ５４に接続されている。なお、本
固定治具６０の重量はデフ重量（約１０ｋｇ）に対して
充分小さい（１／５０程度）。

【００２１】次に作用を説明する。まず、検査員がセン
サ固定治具６０をデフ５の所定位置にマグネット６８に
よって取付けると、加速度センサ６３はそれと一体にな
ったマグネット６５が磁力によってデフに固定される。
この状態でフリーローラ上で所定回転数に保ってデフの
振動を検出する。加速度センサ６３に取付けた円板６
４、６４′と固定治具の張り出し部６６との間には、デ
フ振動変位よりも充分大きな空間（ギャップ）があるよ
うに設計されており、測定中デフ振動による接触、干渉
はない。次に、測定が終了し、検査員がピットで固定治
具を取りはずす時には、図９に示すように、円板６４、
６４′が治具の張り出し部６６にあたり、固定治具６０
と一体になって加速度センサ６３がはずれる。また、図
１０〔（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図〕に示すよう
に、センサ固定治具６０の先端に取り付けた回転センサ
６１がデフ５の振動等によって左右に振動しないよう
に、横ブレ防止板８０、８０′及びマグネット８１、８
１′を設けてもよい。

【００２２】上記のように、回転センサ６１と加速度セ
ンサ６３とをセンサ固定治具６０によって一体構造と
し、かつセンサ固定治具６０に加速度センサ６３の変位
を制限する部材を設けた構造とすることにより、回転セ
ンサ６１と加速度センサ６３の両方を一回の作業で車両
に固定することが出来、また、センサ固定治具６０をは
ずせば、両センサを同時に取り外すことが出来るため、
作業効率が向上すると共に、センサ取付けミスによるア
ンバランス量測定誤差を著しく小さくすることが出来
る。さらに、加速度センサ６３がセンサ固定治具６０内
にあるため、検査員が誤ってセンサを落下させた場合の
衝撃による故障が少なくなる。

【００２３】なお、これまでの説明においては、車両の
プロペラシャフトのアンバランス量を測定する場合につ
いて例示したが、他の回転体のアンバランス量測定にも
適用することが出来る。また、フーリエ変換を用いる場
合を例示したが、バンドパスフィルタを用いた周波数ス
ペクトル分析装置でも同様に回転１次周波数近傍の面積
によって判断することが出来る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、回転１次周波数近傍の所定周波数範囲内のデフ加速
度パワースペクトルを加算した値によってアンバランス
量を演算するように構成したことにより、回転体の回転
速度が測定中に変動した場合でも安定してアンバランス
量を測定できるので、測定精度が向上する、という効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能ブロック図。

【図２】本発明の一実施例のブロック図。

【図３】本発明の演算内容を示すフローチャート。

【図４】パワースペクトルの和の平方根とアンバランス
量との関係を示す特性図。

【図５】パワースペクトルの和とアンバランス量との関
係を示す特性図。

【図６】センサ固定治具の一実施例の概略図

【図７】センサ固定治具の主要部断面図。

【図８】マグネット取付け面の平面図

【図９】センサ取外し時の状態を示す断面図

【図１０】センサ固定治具に横ぶれ防止板を設けた場合
の側面図と正面図。

【図１１】従来の回転体のアンバランス測定方法の一例
を示す概略図。

【図１２】回転センサ信号とそのフーリエ変換結果を示
す図。

【図１３】加速度センサ信号とそのフーリエ変換結果を
示す図。

【図１４】アンバランスベクトルを示す図。

【図１５】測定中に回転変動がなかった場合のデフ振動
の加速度パワースペクトル。

【図１６】測定中に回転変動があった場合のデフ振動の
加速度パワースペクトル。

【図１７】測定中に回転変動がなかった場合のデフ振動
の加速度パワースペクトルの棒グラフ。

【図１８】測定中に回転変動があった場合のデフ振動の
加速度パワースペクトルの棒グラフ。

【図１９】車種による加速度ピーク値とアンバランス量
との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…トランスミッションのエクステンション２…第１プロペラシャフト３…センターベアリング４…第２プロペラシャフト５…ディファレンシャル・ギア・ケース６、７、８…ジョイント１０…反射テープ１１…回転センサ１２…回転センサアンプ１３…加速度センサ１４…加速度センサアンプ１５…アンバランス演算装置１６…マグネットスタンド１７…シャシダイナモ３０…回転センサ３１…加速度センサ３２…カードリーダ３３…演算装置３４…フーリエ変換部３５…ピーク検出部３６…加算部３７…判断値設定部３８…判断部３９…表示器５０…測定装置本体５１…演算装置５２…センサ固定治具５３…回転信号および加速度信号を伝達するケーブル５４…コネクタ６０…固定治具本体６１…光学式の回転センサ６２…ハーネス６３…デフの振動を検出する加速度センサ６４…センサとマグネットの間に取付けられた円板６５…加速度センサをデフに取付けるマグネット６６…固定治具本体に設けられた張り出し部６７…スポンジやゴム等のようなバネ定数、減衰定数の
小さい弾性体６８…センサ固定治具をデフに固定するマグネット６９…加速度センサの信号ケーブル７０…ゴムブッシュ１００…回転検出手段１０１…振動検出手段１０２…フーリエ変換手段１０３…回転１次周波数検出手段１０４…加速度パワースペクトル検出手段１０５…演算手段１０６…表示手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本浩二神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭63−138230（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01M 1/16 G01M 1/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体の回転速度に応じた信号を出力する
回転検出手段と、回転体の支持部に取付けられ、該支持部の振動の加速度
を検出する振動検出手段と、上記回転検出手段と上記振動検出手段の信号をそれぞれ
フーリエ変換するフーリエ変換手段と、上記フーリエ変換手段による変換結果から上記回転検出
手段の信号の回転１次周波数を検出する回転１次周波数
検出手段と、上記回転１次周波数における加速度信号のフーリエ変換
結果である加速度パワースペクトルの値を検出する加速
度パワースペクトル検出手段と、上記回転１次周波数近傍の所定周波数範囲の上記加速度
パワースペクトルを加算した値から回転体のアンバラン
ス量を演算する演算手段と、上記演算手段の演算結果に応じた表示を行なう表示手段
と、を備えたことを特徴とする回転体のアンバランス測定装
置。