JP3625480B2 - 自動車における空気力学的測定のための方法と風洞計量器 - Google Patents

Description

この発明は流体が流れる間に自動車に生じる力およびモーメントの調査のための方法と、この方法の実施のために使用される風洞計量器に関する。
対応する方法と、その実施のために適した風洞計量器は、技術の現況において十分に知られている。その限りにおいて指摘しなければならないのは例えば、ヨーロッパ特許公報0 168 527 B1および0 504 437 B1である。これらの特許書類のそれぞれの明細書序文には、いわゆる６成分または７成分風洞計量器の基本的構造が述べられている。
前者の特許の重点が、車台すなわち車輪懸架とタイヤの弾性のため空気力の作用によって生じる、計量器上での自動車の位置変化をモーメント測定の場合に考慮する点にあるに対して、後者の特許の目標は、空気力学的力とモーメントの決定の際に達成する特に高い精度であり、特にタイヤと走行機構の弾性性状を考慮し、実際の力の作用点が正確に測定と計算に入っている。
技術の現況に記載された風洞計量器の場合、力は車輪を通して計量器プレートに導入される。これらはそれぞれダブルローラ、またはシングルローラあるいはミニ・コンベヤーベルトからなる小さい駆動ユニットを備えている。いかなる力の末端も外部へ出さないようにするため、駆動モーターもプレート中に据え付ける。これによって全ユニットは計量されるシステムの部分となる。自動車の束縛は適切な支柱を通じて行われ、これらの支柱は例えば車両リブ（車両ジャッキ受け）の前後で、あるいはまたばねのない走行機構要素にも固定される。ここから伝達された力は同じく計量器プレートに導かれる。モーメントは本来、支柱からプレート内へ導かれてはならず、これはさもないと、現実（道路上の走行）に対して車輪接地力の歪曲にいたるためである。
よく知られた技術の現況から出発してこの発明の根底となる課題は、風洞計量器上での力とモーメントの調査のための方法を最適化し、道路上における実際の走行試験と広範囲にわたり一致することを確立することにある。
これは、請求項１の特徴部分の発明によって成功する。方法の実施のために特に適した風洞計量器は、請求項３に記載されている。
この発明の根底となる知識は、技術の現況において従来の試験配置が重大な欠点を有しており、調査した力とモーメントが車輪のために加えられるべき駆動出力、すなわちその気流出力を含んでいなく（車輪リムが回転する車輪においてまた追加の走行風影響の場合、半径方向／軸方向気流として働き、これが例えば制動冷却のための利用されることから生じる）、これは計量器プレート駆動ユニットの（電気）駆動モーターが、試験配置の計量される部分にあり、このため駆動モーメントが内部支持力として決定されないためである。しかし車輪の気流性能の決定は有意義であり、例えば最高速度測定または停止測定との論理的比較を行うことができる。
この方法の有利な再構成は請求項２に述べられている。
この発明を実施例によって以下に説明し、付属の図面に示す。この図面は風洞計量器10の部分として、乗用車２の車輪１に所属しこれを支持する計量器プレート３を示す。この計量器プレートはその主要な構造において当業者によく知られており、したがってここでは略図で示してある。車輪１を直接に支持し駆動するために，一対のローラ４、５からなるコンベヤベルトユニットが用いられる。このローラ４、５は上記車輪１にのみ当たるコンベヤベルト６によって巻き付けられ、しかもローラ４、５の一方のローラ４は伝動ベルト７を使い電動機８によって駆動される。電動機は適切なロードセル９の上方で計量器プレート３の内側に収容されているため、試験実施の間に駆動モーター（電動機８）の反作用モーメントを決定することができる。
風洞計量器10の内側には計量器プレート３の面に更にロードセル11、12、13を収容しているため、よく知られた方法で、試験実施の間に生成力（浮力、空気抵抗、側方力）と生成モーメント（縦揺れ、ヨーイング、および、横揺れモーメント）を算出することができる。
自動車２の拘束は車両リブ15の所で各車輪１に所属する支持ユニット14によって行われ、（固定点は走行機構でもありうる）、その際に伝達された力が固定点16で計量器プレート３へと導かれる。この時、この車両拘束がモーメントを伴ってもかまわない。むしろ誤って計量器プレート３へと導入されたモーメントは、全システムの24成分特性に基づき算出され、測定された車輪接地力の修正のために利用することができる。
電動機８の反作用モーメントの既述のとおり算出することによって、この発明方法によるリム17の気流効果を決定することが可能となる。このためには先ず、いわゆるゼロ点測定、したがって風速（矢印18）がゼロで、かつ、車輪が静止状態の時の測定を行わなければならない。この測定は自動車２の重量影響の結果である自重力と自重モーメントの決定に役立つ。
その後さらに風速ゼロではあるが、今度は車輪駆動（コンベヤーベルト６）を伴って測定が行われる。これによって風速ゼロの時の気流モーメント

が測定できる。駆動ユニットによって克服されるべき車輪軸受摩擦モーメントM_reibは、計量器ユニットによっては測定されない。これは対応する力F_reibが、すべてのモーメントの基準点となる車輪接地面19に作用するためである。これに反して気流力

克服のための駆動力は、自動車２の車輪軸受20に作用し、気流モーメント

として支持ユニット14を通じて計量器プレート３に戻され、そこで測定される。これと平行して次式の和としての電動機８の反作用モーメントM_reak0が計量器セル９を通じ決定される。

個々の６成分計量器の信号

と、駆動モーターの側のロードセル９の信号（M_reak0）との差として、各車輪１に伝達される摩擦モーメントM_reibが得られる。

これに続いて風（矢印18）を伴う測定において先ず各車輪１で、６つの空気力学的力とモーメント（図面に示すように添字−０−がない）、すなわちそれ自体はよく知られているように、合計で24の成分が決定される。これらは公知の空気力学的車両計量値である抵抗、浮力、側方力、縦揺れ・ヨーイング・横揺れモーメントに換算される。これらのモーメントの代わりにもとより公知の方法で浮力と側方力をそれぞれ前車軸と後車軸について分離して表示することもできる。ただしこのように測定された縦揺れモーメントＭ_N'には、車輪中心点に加わる力

の気流モーメント

が更に追加されて含まれる。したがって次式が得られる。

４つの電動機８下方のロードセル９はにそれぞれモーメントの和が生じる。

気流モーメント

には、風を負荷させたときの測定結果であるので、すでに上記で暗示したように、もはや添字−０−は含まれていない。式（３）と（４）の差から次式が得られる。
Ｍ_N'−M_reak＝M_N−M_reib （５）
結局気流影響（気流モーメント）の分を修正した縦揺れモーメントM_Nは式（５）と（２）の和として表される（計量器プレート３へのそれ自体は認められないモーメント導入を考慮して）。

また風影響のもとで求める気流モーメント

は式（４）と（２）の差として表される。

円周波数ωを乗じることにより、空気力学的損失量の加算された求める各車輪１の気流出力が得られる。したがって

上記の24成分計量器の代わりに、いわゆるブリッジ計量器または６成分計量器を使用することにより、気流出力調査のための方式が類似の方法で行われる。このような代替の計量器においては、公知のようにすべての駆動ユニットは共通の枠（計量器ブリッジ）に載っており、すべての力とモーメントは各個別の車輪についてではなく、全ブリッジで共通して測定される。このようにして数値M_Nと

が個別車輪あたりではなく、完成車両について得られる。

Claims (4)

1. 流体が流れる間に自動車に生じる力とモーメントの調査のための方法であって、
   ゼロ測定を実施した後に、
   流体流れは伴わないが、車輪駆動は作動させた状態、お よび、流体流れと車輪駆動を伴った状態のそれぞれにお いて、
   車輪リム（17）の気流作用から生じる気流モーメント、またはそこから導出される気流出力を測定することを特徴とする方法。
2. − ゼロ測定、すなわち、自動車（２）の重量影響の結果である自重力と自重モーメントの調査のため流体流れを伴わない状態での測定の実施、
   − 再び流体流れは伴わないが、車輪駆動（コンベヤベルト６）は作動させた状態において、風速ゼロ時の気流モーメント
   

   

   および車輪駆動に用いられる駆動モーター（８）の反作用モーメントM_reak0のそれぞれ調査のための測定、
   − 車輪（１）に現れる空気力学的力とモーメントの調査のため、また反作用モーメントM_reakの調査のための、流体流れ（矢印18）と車輪駆動（コンベヤベルト６）を伴った状態での測定を実施することを特徴とする 請求項１に記載の方法。
3. 請求項１による方法の実施のためのものであって、車輪（１）に所属する少なくとも一つの、また少なくとも１つのコンベヤベルトユニット（ローラ対４、５、コンベヤベルト６、伝動ベルト７、電動機８）を備える計量器ユニット（計量器プレート３、計量器ブリッジ）からなっており、風洞計量器（10）の内部には、生じる力とモーメントの調査のためにロードセル（11、12、13）が収容されている風洞計量器において、ロードセル（９）によって反作用モーメント、および気 流モーメントまたは気流出力の調査ができるように各駆動モーター（電動機８）が配置されていることを特徴とする風洞計量器。
4. 車両（２）の束縛が、各車両車輪（１）に所属する支柱ユニット（14）によって行われ、支柱ユニットが車両側で（車両リブ15、走行機構）固定され、しかも伝達された力が直接計量器プレート（３）の中へ導入されることを特徴とする、請求項３に記載の風洞計量器。

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