JP4150351B2 - タイヤ踏面の接地部測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ踏面の接地部測定装置、及びタイヤ踏面の接地部測定方法に係り、特に、少なくともタイヤの転動中におけるタイヤ踏面の路面に対する滑り量を測定可能な接地部測定装置、及びタイヤ踏面の接地部測定方法に関する。

従来、タイヤトレッド路面との相対変位、動きを計測する場合、トレッド内の測定個所に計測点を描画し、測定条件を付与した状態でタイヤを走行させて、その状態での点の配置をコンピュータに記憶し、その点と力センサーがうまく接触するようにタイヤの転動スタート位置を調整していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００２−１１６１１９号公報

しかしながら、この方法では、試験前にペイント等によって計測点の打点が必要となり、打点が剥げ落ちたり、薄くなったりした場合は認識不可能となり、継続して自動運転ができない場合があった。

打点された計測点を座標化させる方法は、打点の白とタイヤ表面の黒のコントラストを利用して認識するため、新品タイヤのトレッド上に様々な色で描かれている識線の除去、タイヤ表面のペイントが剥がれ難くするための下地処理、点を正確に書くためのテンプレートの作成等、大変手間のかかる準備が必要で、効率的でなかった。

また、計測点を打点すると、その個所が僅かに膨らむ為、その部位の接地圧、剪断力、滑りに影響することがあった。

本発明は上記事実を考慮し、タイヤ表面の滑りと力を高精度で、かつ効率的に計測することのできるタイヤ踏面の接地部測定方法を提供することが目的である。

請求項１に記載の発明は、試験タイヤを路面上に転動させ、タイヤ踏面内の計測点が路面に接地した際の前記計測点に作用する少なくとも路面表面に沿った方向の力の大きさを力センサーを用いて検出すると共に、前記計測点の前記路面に対する滑り量を読取センサーを用いて検出するタイヤの接地部測定方法であって、少なくとも一部分を透明とした試験路面上に試験タイヤを走行させ、試験路面の試験タイヤ側とは反対側から透明部分を介して試験タイヤの接地部分を撮影する工程と、撮影した接地部分を画像表示手段に表示して前記画像表示手段に表示された画像に対応させて計測点を指示し、前記計測点の位置座標を演算し、前記表示された画像に対応させて記憶する工程と、前記計測点が前記試験路面に配置した前記力センサーに当接するように、前記試験タイヤのスタート位置及び前記力センサーの位置の少なくとも一方を制御手段で自動調整した後、前記試験タイヤを路面上に転動させて前記計測点に作用する前記力の大きさ及び前記滑り量を検出する工程と、を有する、ことを特徴としている。

次に、請求項１に記載のタイヤ踏面の接地部測定方法を説明する。

先ず、最初の工程では、試験路面上に試験タイヤを走行させ、透明部分を介して試験タイヤの接地部分をビデオカメラ等で撮影する。

次に、撮影した接地部分をテレビモニタ等の画像表示手段に表示し、表示された画像に対応させて計測点を指示し、計測点の位置座標を演算し、表示された画像に対応させて記憶する。

次の工程では、計測点が試験路面に配置した力センサーに当接するように、試験タイヤのスタート位置及び力センサーの位置の少なくとも一方が制御手段で自動調整され、試験タイヤを路面上に転動させて計測点に作用する力の大きさ及び滑り量の検出が行われる。

請求項２に記載のタイヤ踏面の接地部測定装置は、試験タイヤを路面上に転動させ、タイヤ踏面内の計測点が路面に接地した際の前記計測点に作用する少なくとも路面表面に沿った方向の力の大きさを力センサーを用いて検出すると共に、前記計測点の前記路面に対する滑り量を読取センサーを用いて検出するタイヤの接地部測定方法であって、少なくとも一部分を透明とした試験路面上に試験タイヤを走行させ、試験路面の試験タイヤ側とは反対側から透明部分を介して試験タイヤの接地部分を撮影する工程と、撮影した接地部分を画像表示手段に表示して前記画像表示手段に表示された画像に対応させて計測点を指示する計測点指示工程と、前記試験タイヤに試験条件を付与して前記試験路面上に試験タイヤを走行させ、試験路面の試験タイヤ側とは反対側から透明部分を介して試験タイヤの接地部分を撮影する工程と、前記試験条件を付与して撮影した画像と前記計測点指示工程で計測点を指示した画像とでパターンマッチングを行い、前記試験条件を付与して撮影した画像に対して計測点を再配置して、前記計測点の位置座標を演算し記憶する工程と、前記計測点が前記試験路面に配置した前記力センサーに当接するように、前記試験タイヤのスタート位置及び前記力センサーの位置の少なくとも一方を制御手段で自動調整した後、前記試験タイヤを路面上に転動させて前記計測点に作用する前記力の大きさ及び前記滑り量を検出する工程と、を有することを特徴としている。

次に、請求項２に記載のタイヤ踏面の接地部測定方法を説明する。

先ず、最初の工程では、試験路面上に試験タイヤを走行させ、透明部分を介して試験タイヤの接地部分をビデオカメラ等で撮影する。

次に、撮影した接地部分をテレビモニタ等の画像表示手段に表示し、表示された画像に対応させて計測点を指示する（計測点指示工程）。

次に、試験タイヤに試験条件（スリップアングル、キャンバー角、荷重、制駆動力等）を付与して試験路面上を走行させ、透明部分を介して試験タイヤの接地部分をビデオカメラ等で撮影する。

次の工程では、試験条件を付与して撮影した画像と計測点を指示した画像とでパターンマッチングを行い、試験条件を付与して撮影した画像に対して計測点を再配置して、再配置した計測点の位置座標を演算し記憶する。

次の工程では、計測点が試験路面に配置した力センサーに当接するように、試験タイヤのスタート位置及び力センサーの位置の少なくとも一方を制御手段で自動調整し、試験タイヤを路面上に転動させて計測点に作用する力の大きさ及び滑り量を検出する。

従来の接地部測定装置ではタイヤの表面処理及び打点作業が必要であったが、請求項１に記載のタイヤ踏面の接地部測定装置によれば、これらの煩雑な作業が必要なく、画像上で計測点を指定するので労働時間を軽減することができる。

また、請求項２に記載のタイヤ踏面の接地部測定装置によれば、パターンが初期の位置とずれた場合でも計測点の再配置を行なうので、複数条件にまたがった自動測定が可能となる。

本発明のタイヤ踏面の接地部測定装置の一実施形態を図１乃至図８にしたがって説明する。

図１及び図２に示すように、接地部測定装置１０は、長尺状のベースフレーム１２を備えている。

図１乃至図３に示すように、ベースフレーム１２の幅方向（矢印Ｆ方向及び矢印Ｂ方向）両側には、ベースフレーム１２の長手方向（矢印Ｌ方向及び矢印Ｒ方向）に沿って延びるスライドレール１４が取り付けられており、幅方向略中間部分には同じく長手方向に沿って延びる路面１６が設けられている。

スライドレール１４には、リニアモーションガイド１８を介してタイヤ走行装置２０がスライド自在に搭載されている。

ベースフレーム１２の側面には、サーボモータ２２で回転されるボールネジ２４が軸受２６で支持されている。
タイヤ走行装置２０の枠状フレーム２８にはボールネジ２４の螺合するナット３０が固定されており、ボールネジ２４を回転させることでタイヤ走行装置２０をスライドレール１４に沿って移動させることができる。

なお、枠状フレーム２８には、タイヤ走行装置２０の位置を検出するエンコーダー２１（図６参照）が設けられている。なお、図６に示すように、サーボモータ２２及びエンコーダー２１は、コンピュータを含む制御装置２３に接続されている。

枠状フレーム２８の上部には、ベースフレーム１２の長手方向に対して直交する方向に沿って延びるスライドレール３２が取り付けられており、スライドレール３２には、リニアモーションガイド３４を介して移動ベース３６がスライド自在に搭載されている。

枠状フレーム２８の上部には、サーボモータ３８で回転されるボールネジ４０が軸受４２で支持されている。

移動ベース３６にはボールネジ４０の螺合するナット（図示せず）が固定されており、ボールネジ４０を回転させることで移動ベース３６をスライドレール３２に沿って移動させることができる。

枠状フレーム２８には、移動ベース３６の位置を検出するエンコーダ４３（図６参照）が設けられており、サーボモータ３８及びエンコーダ４３は制御装置２３に接続されている。

移動ベース３６の中央上部には、スラストベアリング４４を介して枠状のフレーム４６が回転可能に設けられている。

フレーム４６の中央には、軸受４８が取り付けられている。

軸受４８には、シャフト５０が鉛直方向にスライド自在に支持されている。

移動ベース３６の上部には、サーボモータ４９を動力とするスリップ角変更用のスクリュージャッキ５１が取り付けられており、スクリュージャッキ５１のスクリュー５２の先端の軸受５４に設けたピン５６が、軸受４２の外側に突出したレバ−５８の先端部分の孔（図示せず）に挿入されている。

したがって、スクリュー５２を軸方向に移動することによって、軸受４２に支持されたシャフト５０が移動ベース３６に対してある範囲内で回転可能となっている。

フレーム４６の上部には、サーボモータ６２を動力とする荷重負荷用のスクリュージャッキ６４が取り付けられており、スクリュージャッキ６４のスクリュー６６が、シャフト５０に接続されている。

したがって、スクリュー６６を軸方向に移動することによって、軸受４２に支持されたシャフト５０が上下動する。

移動ベース３６には、軸受４２（シャフト５０）の角度（スリップアングル）を検出するロータリーエンコーダ６１（図６参照）、シャフト５０の上下位置を検出するエンコーダ６３が設けられており、サーボモータ４９、ロータリーエンコーダ６１、サーボモータ６２及びエンコーダ６３は制御装置２３に接続されている。

シャフト５０の下端には、Ｔ字状の水平回転フレーム６８が吊り下げられる格好で取り付けられている。

水平回転フレーム６８は、水平方向に延びる水平部６８Ａと、水平部６８Ａの中央から下方に延びる鉛直部６８Ｂとを備え、水平部６８Ａの一端にシャフト５０が固定されている。

水平回転フレーム６８の鉛直部６８Ｂの下端には、シャフト７０が水平に取り付けられている。

シャフト７０には、タイヤ支持フレーム７２が揺動自在に支持されている。

水平回転フレーム６８の水平部６８Ａには、サーボモータ７３を動力とするキャンバー角変更用のスクリュージャッキ７４が取り付けられており、スクリュージャッキ７４のスクリュー７６の先端の軸受７８に設けたピン８０が、タイヤ支持フレーム７２の孔（図示せず）に挿入されている。

したがって、スクリュー７６を軸方向に移動することによって、タイヤ支持フレーム７２がシャフト７０を中心に揺動する。

水平回転フレーム６８には、タイヤ支持フレーム７２の角度（キャンバー角）を検出するロータリーエンコーダ８１（図６参照）が設けられている。サーボモータ７３及びロータリーエンコーダ８１は制御装置２３に接続されている。

タイヤ支持フレーム７２には、試験タイヤ８２を装着するハブ軸８４と、ハブ軸８４を回転させる制駆動サーボモータ８６、ハブ軸８４の回転位置を検出するロータリーエンコーダ８７が設けられている。

また、ハブ軸８４には、試験タイヤ８２に作用する力（負荷荷重等）を検出するロードセル８９（図６参照）が設けられている。

制駆動サーボモータ８６、ロータリーエンコーダ８７、ロードセル８９は制御装置２３に接続されている。

路面１６の一部には、一段下がった凹部８８が設けられている。凹部８８の底面には、路面１６の長手方向に対して直交する方向に沿って延びるスライドレール９０が取り付けられており、スライドレール９０には、リニアモーションガイド９１を介して計測器内蔵路面９２がスライド自在に搭載されている。

凹部８８の底面には、サーボモータ９５で回転されるボールネジ９７が軸受９９で支持されている。

計測器内蔵路面９２にはボールネジ９７の螺合するナット（図示せず）が固定されており、ボールネジ９７を回転させることで計測器内蔵路面９２を路面１６の長手方向に対して直交する方向に移動させることができる。

路面１６には、計測器内蔵路面９２の位置を検出するエンコーダ９３（図６参照）が設けられており、エンコーダ９３は制御装置２３に接続されている。

計測器内蔵路面９２には、滑り測定部９４と、座標測定部９６とが設けられている。

滑り測定部９４は、透明の合成樹脂（アクリル等）からなる透明路面板９８を備えている。

計測器内蔵路面９２は、透明路面板９８の下方に凹部１００を備えている。

透明路面板９８には、試験タイヤ８２の踏面から受ける３方向（路面１６の長手方向、路面１６の幅方向、路面１６の鉛直方向）それぞれの力の大きさを測定可能な３分力センサー１０２が取り付けられており、３分力センサー１０２の接触部（上端）１０２Ａが透明路面板９８の孔１０４から突出している。なお、接触部１０２Ａの形状は円形である。

凹部１００には、滑り測定用カメラ（ＣＣＤカメラ）１０８、及び撮影用の光源１１０が上向きに設けられている。

一方、座標測定部９６は、透明の合成樹脂（アクリル等）からなる透明路面板１１２を備えている。

透明路面板１１２の下方に設けられた凹部１１４には座標測定用カメラ（ＣＣＤカメラ）１１６及び光源１１８が上向きに配置されている。

３分力センサー１０２、滑り測定用カメラ１０８、及び座標測定用カメラ１１６は、制御装置２３に接続されている。

なお、制御装置２３には、テレビモニター１２０、各種の設定を行うためのキーボード１２２、記憶装置１２４等が接続されている。
（作用）
次に、本実施形態の接地部測定装置１０の動作を図７のフローチャートに基づき説明する。

先ず、試験タイヤ８２をハブ軸８４に取り付け、タイヤ走行装置２０を座標測定用カメラ１１６の上に配置する（シャフト５０は上昇位置にある。）。

ステップ１００では、試験条件を設定する。試験条件としては、スリップアングル（ＳＡ）、キャンバー角（ＣＡ）、荷重、制動力、駆動力等があり、各々設定できる。これらの値は、キーボード１２２より入力できる。なお、タイヤ走行装置２０の移動速度と制駆動サーボモータ８６の回転速度とを調整することにより、路面１６を走行する試験タイヤ８２に対して制駆動力を付与することができる。

次のステップ１０２では、座標測定用カメラ１１６が試験タイヤ８２の走行軌跡下に配置され、試験タイヤ８２を下降して計測器内蔵路面９２に接触させる。接地部分の画像をテレビモニター１２０に映し出し、オペレータは、画面を見ながらマウス１０６（図６参照）等を用いて画像の中の計測したい計測点Ｐを１乃至複数指定する（図８（Ａ）参照。）。

画像上で計測点Ｐを指定することで（計測点指示工程）、計測点Ｐの座標が演算され、画像に対応して記憶される。

次のステップ１０４では、試験タイヤ８２を接地させた状態でタイヤ走行装置２０を矢印Ｌ方向へ移動し、ステップ１００にて設定した試験条件を付与してタイヤ走行装置２０を矢印Ｒ方向へ移動し、転動する試験タイヤ８２の接地部分を座標測定用カメラ１１６で撮影して画像を記憶する。

ステップ１０２で接地部分を撮影後、試験タイヤ８２に対して試験条件（スリップアングル等）を付与しているので、ステップ１０４で撮影した画像（図８（Ｂ））は、ステップ１０２で撮影した画像（図８（Ａ））に対してずれを生じる。

このため、ステップ１０４では、試験条件付与前のステップ１０２で撮影した画像と、試験条件付与後に撮影した画像とでパターンマッチングを行い（ブロックや溝の輪郭、踏面のテクスチャ等に基づき）、画像のズレ量（Ｘ，Ｙ方向）を算出し、図８（Ｂ）に示すように、試験条件付与後の画像（ステップ１０４にて撮影）に対して計測点Ｐを再配置する。

なお、再配置された新たな計測点Ｐの座標が演算され、画像に対応して記憶される。

図８の例では、パターンマッチング後の変位、及び回転角が、ｄＸ、ｄＹ、ｄθ（図８（Ｂ）参照）で表現されている。

この値を用いて、初期の指定された計測位置座標から、測定条件入力後の点位置データの再配置を、以下の式を用いて行なうことが出来る。

Ｘ₂＝Ｘ₁ｃｏｓθ−Ｙ₁ｓｉｎθ+ｄＸ
Ｙ₂＝Ｘ₁ｓｉｎθ−Ｙ₁ｃｏｓθ+ｄＹ
なお、同様の手順をもちて、ひし形（剪断方向）変形、扇形（曲げ方向）変形等の様々な変形をパターンマッチングでパラメータ化することで、あらゆる接地面の歪やズレに対応することができる。

次のステップ１０６では、３分力測定のためのスタート位置を決定する。具体的には、予め入力された試験タイヤ８２の径、計測点Ｐの座標、試験タイヤ８２の回転位置に基づいて、最初に計測する１番目の計測点Ｐが３分力センサー１０２の接触部１０２Ａと一致するように試験タイヤ８２のスタート位置（回転位置）及び、３分力センサー１０２の配置位置（及び又は移動ベース３６の配置位置）を演算する。

次のステップ１０８では、タイヤ走行装置２０を逆方向（矢印Ｌ方向）に移動してタイヤ走行装置２０をスタート位置に停止させると共に、計測器内蔵路面９２を移動して演算によって得られた配置位置に３分力センサー１０２を位置決めする（及び又は移動ベース３６を位置決めする。）。その後、タイヤ走行装置２０を矢印Ｒ方向に移動し、試験タイヤ８２を計測器内蔵路面９２上に転動させる。

試験タイヤ８２が計測器内蔵路面９２を通過する際に、滑り測定用カメラ１０８は少なくともタイヤ踏面が３分力センサー１０２に接触して離間するまでの間及びその前後のタイヤ踏面の撮影を行い、画像が記憶され、３分力センサー１０２は計測点Ｐに作用する３方向の力の大きさを計測する。

制御装置２３は、パターンマッチングにより、タイヤ踏面が３分力センサー１０２に接触して離間するまでの間の画像についてそれぞれ計測点Ｐの再配置を行い、３分力センサー１０２の接触部１０２Ａに対する計測点Ｐの座標のずれ（即ち、すべり）を演算して記憶する。

次のステップ１００では、制御装置２３は、３分力と計測点Ｐの滑り量に基づいて、計測点Ｐにおける摩耗エネルギーを計算し、記憶する。

ステップ１１２では、全ての計測点Ｐについて摩耗エネルギーの計算、記憶が終了したか否かを判断する。ここで、全ての計測点Ｐについて摩耗エネルギーの計算、記憶が終了していないと判断した場合にはステップ１０６に戻り、次の計測点について同様の処理を進める。一方、全ての計測点について摩耗エネルギーの計算、記憶が終了したと判断した場合にはステップ１１４へ進む。

ステップ１１４では、すべての測定条件で計測が終了したか否かを判断する。ここで、すべての測定条件で計測が終了していないと判断した場合には、ステップ１０４へ戻り、次の測定条件に変更して処理を進める。一方、全ての測定条件で計測が終了したと判断した場合には処理を終了する。

このように、本実施形態では、スリップアングル（ＳＡ）、キャンバー角（ＣＡ）、荷重、制駆動力等を種々変えた試験条件にて、試験タイヤ８２の各計測点における３分力及び滑りの測定、さらに摩耗エネルギーの演算を全自動で行うことができる。

また、従来の接地部測定装置では、タイヤの表面処理及び打点作業が必要であったが、本実施形態の接地部測定装置１０では、これらの煩雑な作業が必要なく、オペレータは、表示された画像上で計測点Ｐを決めれば良く、労働時間を軽減できる。

また、ペイント等でタイヤ表面の形状が変化しないので、計測部位の接地圧、剪断力、滑り等を正確に測定することができる。

また、本実施形態では、計測したい個所を後から任意に画面上から指定することもできる。

本発明の一実施例に係るタイヤ踏面の接地部測定装置の平面図である。 図１に示す接地部測定装置の正面図である。 図１に示す接地部測定装置の右側面図である。 計測器内蔵路面の平面図である。 スタート位置を説明するための説明図である。 制御系の構成を示すブロック図である。 制御のフローチャートである。 試験タイヤのフットプリントである。

符号の説明

１０ 接地部測定装置
１６ 路面
２１ エンコーダー（制御手段）
２２ サーボモータ（制御手段）
２３ 制御装置（制御手段）
３８ サーボモータ（制御手段）
４３ エンコーダ（制御手段）
４９ サーボモータ（制御手段）
６１ ロータリーエンコーダ（制御手段）
６３ エンコーダ（制御手段）
７２ サーボモータ（制御手段）
８１ ロータリーエンコーダ（制御手段）
８２ 試験タイヤ
８６ 制駆動サーボモータ（制御手段）
８７ ロータリーエンコーダ（制御手段）
８９ ロードセル（制御手段）
９２ 計測器内蔵路面
９４ サーボモータ（制御手段）
９３ エンコーダ（制御手段）
１０２ ３分力センサー（力センサー）
１０８ 滑り測定用カメラ
１１６ 座標測定用カメラ
Ｐ 計測点

Claims (2)

1. 試験タイヤを路面上に転動させ、タイヤ踏面内の計測点が路面に接地した際の前記計測点に作用する少なくとも路面表面に沿った方向の力の大きさを力センサーを用いて検出すると共に、前記計測点の前記路面に対する滑り量を読取センサーを用いて検出するタイヤの接地部測定方法であって、
   少なくとも一部分を透明とした試験路面上に試験タイヤを走行させ、試験路面の試験タイヤ側とは反対側から透明部分を介して試験タイヤの接地部分を撮影する工程と、
   撮影した接地部分を画像表示手段に表示して前記画像表示手段に表示された画像に対応させて計測点を指示し、前記計測点の位置座標を演算し、前記表示された画像に対応させて記憶する工程と、
   前記計測点が前記試験路面に配置した前記力センサーに当接するように、前記試験タイヤのスタート位置及び前記力センサーの位置の少なくとも一方を制御手段で自動調整した後、前記試験タイヤを路面上に転動させて前記計測点に作用する前記力の大きさ及び前記滑り量を検出する工程と、
   を有する、ことを特徴としたタイヤ踏面の接地部測定方法。
2. 試験タイヤを路面上に転動させ、タイヤ踏面内の計測点が路面に接地した際の前記計測点に作用する少なくとも路面表面に沿った方向の力の大きさを力センサーを用いて検出すると共に、前記計測点の前記路面に対する滑り量を読取センサーを用いて検出するタイヤの接地部測定方法であって、
   少なくとも一部分を透明とした試験路面上に試験タイヤを走行させ、試験路面の試験タイヤ側とは反対側から透明部分を介して試験タイヤの接地部分を撮影する工程と、
   撮影した接地部分を画像表示手段に表示して前記画像表示手段に表示された画像に対応させて計測点を指示する計測点指示工程と、
   前記試験タイヤに試験条件を付与して前記試験路面上に試験タイヤを走行させ、試験路面の試験タイヤ側とは反対側から透明部分を介して試験タイヤの接地部分を撮影する工程と、
   前記試験条件を付与して撮影した画像と前記計測点指示工程で計測点を指示した画像とでパターンマッチングを行い、前記試験条件を付与して撮影した画像に対して計測点を再配置して、前記計測点の位置座標を演算し記憶する工程と、
   前記計測点が前記試験路面に配置した前記力センサーに当接するように、前記試験タイヤのスタート位置及び前記力センサーの位置の少なくとも一方を制御手段で自動調整した後、前記試験タイヤを路面上に転動させて前記計測点に作用する前記力の大きさ及び前記滑り量を検出する工程と、
   を有する、ことを特徴としたタイヤ踏面の接地部測定方法。

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