JP4431023B2

JP4431023B2 - タイヤ振動特性測定方法

Info

Publication number: JP4431023B2
Application number: JP2004309800A
Authority: JP
Inventors: 清二石川
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2024-10-25
Also published as: JP2006119091A

Description

本発明は、タイヤに振動を加えた時に生じるタイヤ軸力を検出してタイヤの振動特性を測定する方法に関するものである。

従来、タイヤのロードノイズに大きな影響を与えるタイヤ振動特性の測定方法としては、例えば、図９に示すように、試験機のヘッド５０にホイール５１に装着された試験タイヤ５２のタイヤ軸を固定し、インパルスハンマー５３によってタイヤトレッドを打診し、上記トレッド表面に張り付けられた加速度計５４の出力のパワースペクトラムを求め、このパワースペクトラムのピーク位置から当該試験タイヤ５２の共振特性を求める方法や、図１０に示すように、加振器６１にてタイヤトレッド６２に振動を加えるとともに、タイヤ軸に高速応答形の荷重計６３を取り付けてランダム加振を行い、力の伝達関数を測定してタイヤの応答特性を求める方法などが行なわれている（例えば、非特許文献１参照）。
酒井秀雄著「タイヤ工学」グランプリ出版、２００２年２月６日改訂版、ｐ３２１−ｐ３２３

しかしながら、上記従来のタイヤ振動特性測定方法では、タイヤを静止させた状態で測定を行っているため、必ずしも実際のロードノイズに対するタイヤ特性の優劣を評価することができない場合がある。
また、タイヤを転動させた状態で振動特性を測定しようとすると、加振力と相関性のないタイヤ周方向の不均一性による車軸力変動成分（ユニフォーミティ成分）が出てしまい、このため、得られた振動特性のコヒーレンス関数（関連度関数）が低下し、正確な振動特性を測定することができなかった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤを転動させた状態で振動特性を測定した場合でも、タイヤユニフォーミティ成分の影響を排除して、精度の高い周波数応答関数を得ることのできるタイヤ振動特性測定方法を提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、タイヤに所定の荷重を加えた状態でタイヤトレッドをインパクト加振し、上記インパクト入力と車軸力とを測定して当該タイヤの周波数応答関数を求め、上記タイヤの振動特性を測定するタイヤ振動特性測定方法であって、タイヤをドラム上で転動させた状態でタイヤトレッドをインパクト加振して、インパクト入力と車軸力とを測定するステップと、タイヤをドラム上で転動させた状態でタイヤトレッドをインパクト加振せずに車軸力を測定するステップと、両ステップの車軸力の差とインパクト入力とから当該タイヤの周波数応答関数を求めるステップとを有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ振動特性測定方法において、上記転動状態のタイヤをインパクト加振せずに車軸力を測定するステップにて、上記車軸力を、タイヤを５回転分以上回転させたときの平均の車軸力としたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のタイヤ振動特性測定方法において、タイヤを上下方向にインパクト加振して得られたタイヤ上下方向の車軸力と上記上下方向のインパクト入力とから、タイヤ上下方向の周波数応答関数を求めることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のタイヤ振動特性測定方法において、タイヤを前後方向にインパクト加振して得られたタイヤ前後方向の車軸力と上記前後方向のインパクト入力とから、タイヤ前後方向の周波数応答関数を求めることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のタイヤ振動特性測定方法において、タイヤを左右方向にインパクト加振して得られたタイヤ左右方向の車軸力と上記左右方向のインパクト入力とから、タイヤ左右方向の周波数応答関数を求めることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のタイヤ振動特性測定方法において、タイヤの転動速度を１０ｋｍ／ｈ以下としたことを特徴とする。

本発明によれば、タイヤを転動させた状態でタイヤトレッドをインパクト加振して、インパクト入力と車軸力とを測定するとともに、別途、タイヤをドラム上で転動させた状態でタイヤトレッドをインパクト加振せずに車軸力を測定し、上記測定された２つの車軸力の差とインパクト入力とから当該タイヤの周波数応答関数を求めるようにしたので、タイヤユニフォーミティ成分の影響を排除することができ、精度の高い周波数応答関数を得ることができる。
このとき、上記転動状態のタイヤをインパクト加振せずに車軸力を測定するステップにおいて、上記車軸力を、タイヤを５回転分以上回転させたときの平均の車軸力とすれば、車軸力のユニフォーミティに起因する成分を確実に排除することでき、測定精度を更に向上させることができる。
また、タイヤの転動速度が速くなると加振入力の測定精度が低下するので、精度の高い周波数応答関数を得るためには、上記転動速度としては１０ｋｍ／ｈ以下であることが好ましい。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係るタイヤ振動特性測定装置１０の概要を示す図で、同図において、１１は路面に相当する回転ドラム、１２はホイール１３に装着された試験タイヤ、１４は加振手段であるインパルスハンマー、１５は上記試験タイヤ１２の車軸に加わる力（以下、車軸力という）を測定するための車軸力計である。
次に、上記測定装置１０を用いたタイヤ振動特性測定方法について説明する。
まず、回転ドラム１１に上記試験タイヤ１２を押し付けて、所定の荷重を負荷しながら転動させるとともに、インパルスハンマー１４にて上記試験タイヤ１２のタイヤトレッドを上下方向にインパクト加振し、インパクト入力Ｆ_inRの大きさとタイヤ上下方向の車軸力Ｆ_R1の大きさとをそれぞれ測定する。
図２（ａ），（ｂ）は、試験タイヤとして乗用車用タイヤＡ（Ｐ２２５／５５Ｒ１７）をサイズが７．５Ｊ−７のホイールに装着し、２ｋｍ／ｈのタイヤ転動速度にて転動させながら、タイヤトレッド中央部の反荷重直下を上下方向にハンマリング加振したときの加振力及び車軸力の時間波形を示す図で、図２（ｃ）は、図示しない回転センサを用いて同時に測定したタイヤ回転パルスの時間波形を示す図である。なお、このときのタイヤ内圧は２２０ｋＰａで、上記タイヤＡに加えた荷重は１ｋＮである。
このように、転動状態のタイヤをインパクト加振すると、このインパクト加振によるタイヤ上下方向の車軸力Ｆ_R1は、図２（ｂ）に示すように、タイヤ回転パルスの周期、すなわち、試験タイヤ１２の回転周期と同一の周期を有するタイヤユニフォーミティに起因する車軸力の変動波形の上に重複されて現れる。

そこで、本例では、転動状態の試験タイヤ１２を加振しない状態において、タイヤユニフォーミティに起因する車軸力の変動成分Ｆ_R2を測定し、この車軸力変動成分Ｆ_R2を上記車軸力Ｆ_R1から減算することにより、インパクト加振のみによる車軸力Ｆ_Rの大きさを求める。
図３は車軸力変動成分Ｆ_R2の時間変化を示す図で、本例では、タイヤユニフォーミティに起因する車軸力変動をより正確に求めるため、上記車軸力変動成分Ｆ_R2を、試験タイヤ１２を５回転分以上回転させて測定して平均値をとり、この車軸力変動成分Ｆ_R2の車軸力変動平均値Ｆ_R0を用いてインパクト加振のみによる車軸力Ｆ_Rの大きさを求める。図４は、上記タイヤＡにおけるタイヤ回転角と車軸力変動平均値Ｆ_R0との関係を示すグラフで、車軸力変動平均値がタイヤ回転角により大きく異なっていることがわかる。
図５は、上記図２（ｂ）に示したタイヤ上下方向の車軸力Ｆ_R1から上記車軸力変動平均値Ｆ_R0を差し引いた車軸力Ｆ_Rを示す図で、図６は、タイヤ加振力であるインパクト入力Ｆ_inRを入力とし、上記車軸力Ｆ_Rを応答とした周波数応答関数を示す図で、この周波数応答関数は、上記車軸力Ｆ_Rとインパクト入力Ｆ_inRのフーリエスペクトルの比を表わす。本例では、上記車軸力変動成分Ｆ_R2及び上記車軸力Ｆ_R1をそれぞれ１０回ずつ測定し、その平均値から上記周波数応答関数を求めた。また、図７は得られた周波数応答関数の信頼性を表わす指標の一つであるコヒーレンス関数を示す図で、同図から明らかなように、本発明のタイヤ振動特性測定方法によって測定した周波数応答関数は、ロードノイズの周波数帯域である５０〜５００Ｈｚにおいて、極めて高いコヒーレンスを示しており、測定精度が極めて高いことがわかる。

これに対して、図８（ａ）に示す、タイヤ上下方向の車軸力Ｆ_R1から直接求めた周波数応答関数では、図８（ｂ）に示すように、全体としてコヒーレンスが低下しており、特に、ロードノイズで最も重要な周波数帯域である１５０〜３００Ｈｚにおいて、コヒーレンスが著しく低いことから、タイヤユニフォーミティ成分である車軸力変動成分Ｆ_R2を補償しないと正確なタイヤ振動特性を測定することが困難であることがわかる。
これに対して本発明によるタイヤ振動特性測定方法では、車軸力変動の一因であるタイヤユニフォーミティ成分がキャンセルされているので、精度の高い周波数応答関数を得ることができる。

このように、本最良の形態によれば、回転ドラム１１上で試験タイヤ１２を転動させた状態で、インパルスハンマー１４を用いてタイヤトレッドを上下方向にインパクト加振し、インパクト入力Ｆ_inRと上下方向の車軸力Ｆ_R1とを測定するとともに、別途、上記試験タイヤ１２を転動させた状態でかつインパクト加振せずに上下方向の車軸力を測定して車軸力変動成分Ｆ_R2を求め、上記車軸力Ｆ_R1から上記車軸力変動成分Ｆ_R2の平均値Ｆ_R0を減算した車軸力Ｆ_Rを算出し、この車軸力Ｆ_Rと上記インパクト入力Ｆ_inRとから上記試験タイヤ１２のタイヤ上下方向の周波数応答関数を求めるようにしたので、タイヤユニフォーミティ成分の影響を排除することができ、精度の高い周波数応答関数を得ることができる。

なお、上記最良の形態では、試験タイヤ１２のタイヤトレッドを上下方向にインパクト加振して試験タイヤ１２のタイヤ上下方向の周波数応答関数を求めるようにしたが、試験タイヤ１２のタイヤトレッドを前後方向や左右方向にインパクト加振し、そのときのインパクト入力の大きさとタイヤ前後方向の車軸力、あるいはタイヤ左右方向の車軸力の大きさとから試験タイヤ１２のタイヤ前後方向の周波数応答関数やタイヤ左右方向の周波数応答関数を求めることも可能である。
また、上記例では、タイヤの転動速度を２ｋｍ／ｈ以下としたが、これに限るものではない。但し、タイヤの転動速度が速くなると加振入力の測定精度が低下するので、精度の高い周波数応答関数を得るためには、上記転動速度としては１０ｋｍ／ｈ以下であることが好ましい。

このように、本発明によれば、簡単構成で、タイヤユニフォーミティ成分の影響を排除した精度の高い周波数応答関数を得ることができるので、ロードノイズを低減したタイヤを設計する際の有効なデータを得ることができる。

本発明の最良の形態に係るタイヤ振動特性測定装置の概略構成を示す図である。試験タイヤを転動させながらインパルス加振したときの加振力及び車軸力の時間波形と、タイヤ回転パルスの時間波形とを示す図である。車軸力の変動成分の時間変化を示す図である。タイヤ回転角と車軸力変動平均値との関係を示す図である。本発明のタイヤ振動特性測定方法により求めた車軸力の時間波形を示す図である。本発明のタイヤ振動特性測定方法により求めた周波数応答関数を示す図である。本発明による周波数応答関数のコヒーレンス関数を示す図である。従来の手法による周波数応答関数のコヒーレンス関数を示す図である。従来のタイヤ振動特性測定方法を示す図である。従来のタイヤ振動特性測定方法の他の例を示す図である。

符号の説明

１０タイヤ振動特性測定装置、１１回転ドラム、１２試験タイヤ、
１３ホイール、１４インパルスハンマー、１５車軸力計。

Claims

タイヤに所定の荷重を加えた状態でタイヤトレッドをインパクト加振し、上記インパクト入力と車軸力とを測定して当該タイヤの周波数応答関数を求め、上記タイヤの振動特性を測定するタイヤ振動特性測定方法であって、タイヤをドラム上で転動させた状態でタイヤトレッドをインパクト加振して、インパクト入力と車軸力とを測定するステップと、タイヤをドラム上で転動させた状態でタイヤトレッドをインパクト加振せずに車軸力を測定するステップと、両ステップの車軸力の差とインパクト入力とから当該タイヤの周波数応答関数を求めるステップとを有することを特徴とするタイヤ振動特性測定方法。
上記転動状態のタイヤをインパクト加振せずに車軸力を測定するステップにおいて、上記車軸力を、タイヤを５回転分以上回転させたときの平均の車軸力としたことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ振動特性測定方法。
タイヤを上下方向にインパクト加振して得られたタイヤ上下方向の車軸力と上記上下方向のインパクト入力とから、タイヤ上下方向の周波数応答関数を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ振動特性測定方法。
タイヤを前後方向にインパクト加振して得られたタイヤ前後方向の車軸力と上記前後方向のインパクト入力とから、タイヤ前後方向の周波数応答関数を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ振動特性測定方法。
タイヤを左右方向にインパクト加振して得られたタイヤ左右方向の車軸力と上記左右方向のインパクト入力とから、タイヤ左右方向の周波数応答関数を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ振動特性測定方法。
タイヤの転動速度を１０ｋｍ／ｈ以下としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のタイヤ振動特性測定方法。