JP4310365B1 - タイヤ試験機及びタイヤの試験方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タイヤTを保持するスピンドル軸20を転がり軸受25を介して回転自在に支持するハウジング22と、回転駆動により周回する面を有し、この面と当接させたタイヤに回転力を与える走行装置10と、ハウジング22に設けられてタイヤTの走行時に前記スピンドル軸に生じた力及びモーメントを計測する計測装置4とを備えたタイヤ試験機において、スピンドル軸20の回転時に、スピンドル軸20がその回転に伴って前記ハウジングにおいて受ける回転摩擦によって生じる回転摩擦トルクMy1の影響が、スピンドル軸20に付与されることを防止するトルクキャンセル手段5を備え、トルクキャンセル手段5は、回転摩擦トルクMy1の影響を打ち消すトルクをスピンドル軸20に付与するスピンドル軸用電動機30を備えている。
【選択図】図4
Description
このようなタイヤ試験機では、スピンドル軸がベアリングなどの軸受を介して回転自在にハウジング等に支持されているため、スピンドル軸の回転時(タイヤの走行時)にはベアリングの回転摩擦によってスピンドル軸に回転摩擦トルクが発生してしまうのが実情である。
この問題に対する試みは先行文献に記載されており、例えば特許文献1には、ロードセルで計測した値を理論的に補正することで、ベアリングによる回転摩擦トルクの影響を除去しようとするタイヤの転がり抵抗計測方法が開示されている。
つまり、特許文献1では、ロードセルで計測した計測値を補正するためのマトリックス(変換行列)を計算等により予め定めておき、そのマトリックスに基づいてロードセルで計測した計測値を補正することで回転摩擦トルク(外乱)を除去するようにしている。
前記制御部は、前記回転摩擦トルクと前記スピンドル軸用電動機の発生トルクとが一致するように、前記スピンドル軸用電動機を制御することが好ましい。
前記スピンドル軸に加わるトルクを検出するトルク検出部を備えており、前記制御部は、前記走行装置で与えられた回転力によってタイヤが回転している時に、前記計測装置で計測された回転摩擦トルクに対応するモーメント及び前記トルク検出部で検出された検出トルクに基づいて前記スピンドル軸用電動機の発生トルクを制御することが好ましい。
本発明の他の手段は、タイヤを保持するスピンドル軸と、このスピンドル軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、回転駆動により周回する面を有すると共に面と当接させたタイヤに回転力を与える走行装置と、前記ハウジングに設けられて前記スピンドル軸に生じた力及びモーメントを計測する計測装置とを備えたタイヤ試験機で、タイヤが発生する力を計測するタイヤ試験方法において、前記スピンドル軸がその回転に伴って前記ハウジングにおいて受ける回転摩擦トルクの影響を打ち消すように、前記走行装置とは別に前記スピンドル軸にトルクを付与しつつタイヤが発生する力を計測する点にある。
タイヤ試験においては、前記走行装置で与えられた回転力によってタイヤが回転している時に、前記回転摩擦トルクに対応するモーメントを計測するとともに、別途前記スピンドル軸に加わるトルクを検出し、当該回転摩擦トルクに対応するモーメントと検出トルクとの差がゼロになるように前記スピンドルに付与するトルクを制御することが好ましい。
[第1実施形態]
図1に示すものは、タイヤ試験機の全体正面図であり、図2に示すものは、タイヤ試験機の平面図である。なお、図1の紙面の上下方向を上下方向、紙面の左右方向を左右方向とし、紙面の貫通方向を前後方向する。図2の紙面の上下方向を前後方向、紙面の左右方向を左右方向、紙面の貫通方向を上下方向とする。
図1、図2に示すように、タイヤ試験機1は、例えば、タイヤTの転がり抵抗を計測する装置であって、タイヤTを走行させる走行装置2と、タイヤTを回転自在に支持するタイヤ保持装置3と、計測装置4と、トルクキャンセル手段(トルクキャンセル装置)5とを備えている。この実施形態では、タイヤ試験機1は、1つの走行装置2と、2つのタイヤ保持装置3、3とを備えたものとなっている。
走行装置2は、回転駆動により擬似路面R(タイヤ接触面)を周回移動させることで擬似路面Rと当接するタイヤTに転動力(回転力)を付与して、当該転動力(回転力)が付与されたタイヤTを擬似路面R上で走行(回転)させるものである。また、走行装置2は、タイヤTを擬似路面Rから離反させた後に回転(自由回転)させるべくタイヤTに転動力(回転力)を付与することもできる。本実施の形態では、この走行装置2は、中央フレーム8に前後を向く水平軸回りに回転自在に支持された走行ドラム10と、中央フレーム8の上部に設けられてベルト部材11を介して走行ドラム10に動力を伝達するドラム用電動機12(駆動源)とを備えている。走行ドラム10の外周部の全周には、タイヤTが接地(当接)する疑似路面Rが設けられている。
タイヤ保持装置3は、タイヤTを前後に向く水平軸回りに回転自在に保持するものであって、左右フレーム7,7に移動自在に設けられている。詳しくは、タイヤ保持装置3は、タイヤTを装着するリム28を回転させるスピンドル軸(水平軸)20と、このスピンドル軸20を回転自在に支持する筒状のハウジング22と、このハウジング22を保持する筒状のハウジング保持部材23とを備えている。
スライド部材16にタイヤ保持装置3が取り付けられていると共に、伸縮自在なアクチュエータ17が連結されている。このアクチュエータ17を伸縮させてスライド部材16を第2横部材18に対して左右方向に移動させることで、タイヤ保持装置3を移動することができる。
図3に示すように、ハウジング22にはスピンドル軸20が挿通されていて、この内ハウジング22とスピンドル軸20との間には、前後方向に離間してスピンドル軸20を回転自在に支持する複数の軸受(転がり軸受)25が設けられている。
計測装置4は、ハウジング22の側面に設けられて、このハウジング22とハウジング保持部材23との間に働く力とモーメントを計測可能な2組のロードセル4a,4b(6分力計)からなり、一方のロードセル4a(6分力計)はハウジング22のタイヤ装着側の側面に取り付けられ、他方のロードセル4b(6分力計)はタイヤ装着側とは反対側のハウジング22の側面に取り付けられ、これら2つのロードセル4a、4bによって、スピンドル軸20を回転自在に保持する転がり軸受25を挟み込むものとなっている。したがって、計測装置4は、スピンドル軸に生じた力及びモーメントを計測することができる。
これらの歪みゲージは図示省略の歪計に電気的に接続され、前記歪計を通してハウジング22とハウジング保持部23との間に働くX,Y,Z方向の荷重(力)やモーメントを算出するように当該分野事業者には既知の方法で構成されている。X、Y、Z方向は、タイヤTの回転中心Oを基準にして3次元で表したもので、図3における紙面貫通方向がX方向(図1,2における左右方向)、紙面左右方向がY方向(図1,2における前後方向)、紙面上下方向がZ方向(図1,2における上下方向)である。
図4(a)に示すように、走行装置2の走行ドラム10の擬似路面RにタイヤTを接地して当該走行ドラム10の回転力によってタイヤTを回転させている状態では、スピンドル軸20が回転する(回転力によって従動する)ことになる。このとき、ピンドル軸20とハウジング22間に介在する軸受25、軸シール部材、潤滑油等の影響(ハウジングにおける回転摩擦の影響)を受けることによって、スピンドル軸22にはY軸周りのモーメントが発生する。このモーメントはハウジング22を介して計測装置4にて前記座標軸のY軸周りのモーメントMy(以降、回転摩擦トルクMy1ということがある)として計測されることになる。
図2、図4(b)に示すように、本発明では、スピンドル軸20がその回転に伴ってハウジング22において受ける回転摩擦トルクMy1の影響を打ち消すトルクキャンセル手段5を備えている。
スピンドル軸用電動機30は、同期電動機で構成され、タイヤ試験時にスピンドル軸20に対して所定のトルクMy2を付与するものである。詳しくは、スピンドル軸用電動機30は、スピンドル軸20の基端部に設けられていて、転がり軸受25等による回転摩擦トルクMy1に対抗するためのトルクを当該スピンドル軸20に加えるものである。言い換えれば、スピンドル軸用電動機30は、回転摩擦トルクMy1と同じ大きさで逆向きのトルクMy2(ハウジング22における回転摩擦トルクMy1の影響を打ち消すためのトルク)をスピンドル軸20に付与する。
制御部32は、スピンドル軸用電動機30から出力する発生トルク(出力トルク)My2を制御するものである。例えば、制御部32は、トルク計測装置4計測された回転摩擦トルクMy1に基づいて、スピンドル軸用電動機30の発生トルクMy2を制御する。
次に、本発明のタイヤの試験方法をタイヤ試験機の動作と合わせて説明する。
タイヤの試験方法の説明においては、タイヤの転がり抵抗の計測を例に取り説明する。
タイヤTに所定の荷重を付与した状態で、ドラム用電動機12を駆動させ、所定の回転速度で回転させる(S3)。
次に、ドラム用電動機12の動力、即ち、走行ドラム10の回転力によってタイヤTを回転させている状態で、スピンドル軸20に付加されている回転摩擦トルクMy1を計測装置4によって計測する(S4)。この状態ではタイヤTの中心に回転摩擦トルクMy1が付与されている。
スピンドル軸用電動機30及びドラム用電動機12が駆動しているタイヤTの走行時においては、計測装置4(多分力計)により、タイヤTが擬似路面Rに接触している状態での鉛直荷重(荷重反力)Fzや、タイヤ進行方向に働く力Fxを求めることができる。これらの計測値とタイヤTが走行している状態での転がり半径等を用いてタイヤTの転がり抵抗を求める(S6)。
なお、タイヤTの転がり抵抗を求める方法は、従来と同じであって特に限定されない。例えば、ロードセルで計測したX,Y,Z方向の荷重(力)やモーメント、転がり半径等の各種データを、制御部32や図示しないコンピュータなどの計算装置に入力し、各種データから計算装置にてタイヤTの転がり抵抗を求めるようにしてもよいし、他の方法で求めるようにしてもよい。
しかも、計測装置4によってタイヤTが発生する力を計測しながら回転摩擦トルクMy1も計測しているために、非常に簡単な構成及び制御によって、回転摩擦トルクMy1の影響の打ち消しを実現できる。
図6及び図7は、第1実施形態におけるタイヤ試験機1のトルクキャンセル手段5を変形した変形例を示している。図7の(a)はスピンドル軸に加わる回転摩擦トルクを示し、(b)は回転摩擦トルクと発生トルクと検出トルクの関係を示した図である
このトルクキャンセル手段5は、計測装置4と、スピンドル軸用電動機30と、トルク検出部31と、制御部35とを備えている。計測装置4及びスピンドル軸用電動機30は第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
スピンドル軸用電動機30を駆動させる(S14)。スピンドル軸用電動機30がトルクMy2を発生しながら回転しているとすると、これによってスピンドル軸20が軸端で受けるトルクはトルク検出部31によって検出トルクMy3として計測される(S15)。
本発明のタイヤ試験機1によれば、タイヤ試験を行う際に、回転摩擦トルクMy1と検出トルクMy3とが一致するように、スピンドル軸用電動機30の発生トルクMy2の調整しつつスピンドル軸20にトルクを付与しているため、回転摩擦トルクMy1の影響は発生トルクMy2によって打ち消すことができる。
また、トルクキャンセル手段5は、スピンドル軸20に加わるトルクを検出するトルク検出部31と、このトルク検出部31で検出されたトルクMy3と計測装置4によって計測されたスピンドル軸20が受けている回転摩擦トルクMy1とに基づいてスピンドル軸用電動機30を制御する制御部32とを備えているため、タイヤTの試験中においてスピンドル軸20に加えるトルクをフィードバック制御によって調整することが可能となり、回転摩擦トルクMy1を打ち消すための発生トルクMy2の精度を向上させることができる。
上記の実施の形態では、タイヤ試験機1やタイヤの試験方法は、転がり抵抗を計測するものとしたが、スピンドル軸20の受ける回転摩擦トルクの影響を無くすことで、タイヤTの計測精度を向上させるものであれば、その他のタイヤ試験機1やタイヤ試験方法に適用することができる。
また、上記の実施の形態では、走行装置によって当接するタイヤTに回転力が与えられて当該タイヤが走行しているときのタイヤの発生する力を計測するものとしたが、走行装置によって当接するタイヤTに回転力が与えられてからタイヤTを走行装置から離反させ、離反後に回転(自由回転)しているときのタイヤTの発生する力を計測するものとしてもよい。
上記の実施の形態では、軸受25、軸シール部材及び潤滑油等の影響によってスピンドル軸22に発生するY軸周りのモーメントを回転摩擦トルクMy1としていたが、スピンドル軸22に発生するモーメントのうちで、軸受25が最も影響が大きいため、回転摩擦トルクMy1を軸受25の回転摩擦抵抗によるものと考えてもよい。即ち、軸受25の回転摩擦抵抗によって発生するスピンドル軸22の回転摩擦トルクMy1を実験により求めておき、この回転摩擦トルクMy1に対抗するトルクをスピンドル軸用電動機30によってスピンドル軸22に与えるものとしてもよい。
2 走行装置
3 タイヤ保持装置
4 計測装置(ロードセル)
5 トルクキャンセル手段
12 ドラム用電動機
20 スピンドル軸
22 ハウジング
25 転がり軸受
30 スピンドル軸用電動機
31 トルク検出部
32 制御部
My1 回転摩擦トルク
Claims (7)
- タイヤを保持するスピンドル軸と、このスピンドル軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、回転駆動により周回する面を有すると共に前記面と当接させたタイヤに回転力を与える走行装置と、前記ハウジングに設けられて前記スピンドル軸に生じた力及びモーメントを計測する計測装置と、前記スピンドル軸が当該スピンドル軸の回転に伴って前記ハウジングにおいて受ける回転摩擦トルクの影響を打ち消すトルクキャンセル手段とを備え、このトルクキャンセル手段は、前記回転摩擦トルクの影響を打ち消すトルクを、前記スピンドル軸に付与するスピンドル軸用電動機を前記走行装置とは別に備えていることを特徴とするタイヤ試験機。
- 前記トルクキャンセル手段は、前記計測装置で計測された前記回転摩擦トルクに対応するモーメントに基づいて前記スピンドル軸用電動機の発生トルクを制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項1に記載のタイヤ試験機。
- 前記制御部は、前記回転摩擦トルクに対応するモーメントと前記スピンドル軸用電動機の発生トルクとが一致するように、前記スピンドル軸用電動機を制御することを特徴とする請求項2に記載のタイヤ試験機。
- 前記スピンドル軸に加わるトルクを検出するトルク検出部を備えており、
前記制御部は、前記走行装置で与えられた回転力によってタイヤが回転している時に、前記計測装置で計測された回転摩擦トルクに対応するモーメント及び前記トルク検出部で検出された検出トルクに基づいて前記スピンドル軸用電動機の発生トルクを制御することを特徴とする請求項2または3に記載のタイヤ試験機。 - 前記制御部は、前記計測装置で計測された回転摩擦トルクに対応するモーメントと前記トルク検出部で検出された検出トルクとの差がゼロになるように前記スピンドル軸用電動機の発生トルクを制御することを特徴とする請求項4に記載のタイヤ試験機。
- タイヤを保持するスピンドル軸と、このスピンドル軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、回転駆動により周回する面を有し、この面と当接させたタイヤに回転力を与える走行装置と、前記ハウジングに設けられて前記スピンドル軸に生じた力及びモーメントを計測する計測装置とを備えたタイヤ試験機で、タイヤが発生する力を計測するタイヤ試験方法において、
前記スピンドル軸がその回転に伴って前記ハウジングにおいて受ける回転摩擦トルクの影響を打ち消すように、前記走行装置とは別に前記スピンドル軸にトルクを付与しつつタイヤが発生する力を計測するタイヤ試験方法。 - 前記走行装置で与えられた回転力によってタイヤが回転している時に、前記回転摩擦トルクに対応するモーメントを計測するとともに、別途前記スピンドル軸に加わるトルクを検出し、当該回転摩擦トルクに対応するモーメントと検出トルクとの差がゼロになるように前記スピンドルに付与するトルクを制御することを特徴とする請求項6に記載のタイヤ試験方法。
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