JP4436094B2 - ホイールアラインメント測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、車両の車体側部とホイール部との間にホイールアラインメント測定装置を取り付けて、実走状態でホイール部の複数の変位を計測するホイールアラインメント測定方法に関する。

車両が走行中に、各々の車軸がボディーに対して、どのように挙動するかを計測する必要がある。これを目的とした測定装置としては、５個の独立した関節をもったリンク機構により構成され、各々の回転角を回転角度検出器により計測し、それを座標変換演算することにより車両の挙動を求めるようにしたホイールアライメント測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された装置は、少なくともホイール部のトー角度変位（またはスリップ角θs），キャンバ角度変位（θc）、横変位（Ｄｙ）、前後変位（Ｄｘ）、及び上下変位（Ｄｚ）の５自由度を測定可能なホイールアライメント測定装置であり、図３〜図５は、特許文献１に記載された図を示す。なお、後述する説明の便宜上、一部部番を変更し、また図３には、部番２４〜２８の回転角度検出手段における回転角（θ₁〜θ₅）を追記している。

図３は、特許文献１に記載されたホイールアライメント測定装置の概略構成図を示し、特許文献１の記載を引用すれば、以下のような構成を備える。即ち、「車体前後方向軸及び車体上下方向軸に対して平行な第１の平面上に、車体側部材に取り付けられた車体側基部１と、タイヤホイールの中心位置に且つ車幅方向外側に対向する位置に取り付けられたホイール側基部２２と、複数のリンクが平行に配設された第１平行リンク３及び第２平行リンク８と、該第１平行リンク３及び第２平行リンク８の一端を前記車体側基部１及びホイール側基部２２に第１連結部及び第２連結部を介して各々連結し、他端が第３連結部及び第４連結部を介して連結されている空中基部５と、前記第１連結部と第３連結部、及び第２連結部と第４連結部のうち、どちらか一方を前記第１の平面上のみにおいて揺動自在な連結部とし、前記第１連結部と第３連結部のうち、少なくともどちらか一方に前記第１の平面内における揺動による車体側基部１と空中基部５との相対変位に起因した回転角を検出する第１回転角度検出手段２４と、前記第２連結部と第４連結部のうち、少なくともどちらか一方に前記第１の平面内における揺動によるホイール側基部２２と空中基部５との相対変位に起因した回転角を検出する第２回転角度検出手段２５と、前記第１乃至第４連結部の内一つの連結部を前記第１の平面と平行な第１の軸周りに揺動可能な連結部とし、前記第１の軸周りの揺動による車体側基部１と空中基部５、或いはホイール側基部２２と空中基部５との第１の平面と直交する第２の平面における相対変位に起因した回転角を検出する第３回転角度検出手段２６と、第２連結部を車体上下方向の第２の軸周り、及び車体上下方向の軸に直交する第３の軸周りに揺動可能な連結部とし、前記第２及び第３の軸周りの揺動によるホイール側基部２２と第２の平行リンク８との相対変位に起因し回転角を検出する第４，第５回転角度検出手段２７，２８と、を備える。」
また、図４は図３のホイールアライメント測定装置を車両に取付けた場合の斜視図を示す。即ち、図４によれば、「車両の前輪若しくは後輪の左右輪にそれぞれ個別に取り付けられる前記ホイールアライメント測定装置１００と、その左右のホイールアライメント測定装置における各車体側基部同士を連結する連結部材１５と、を備えることを特徴とするホイールアライメント測定装置」が開示される。

さらに、図５により、前記特許文献１に記載のホイールアライメント測定装置の測定原理について、特許文献１の記載を引用して述べる。即ち、「前記リンク機構は、図５に示すように、車体側基部１からホイール側基部２２に向けて、各リンク間が１自由度の関節によって結合された一連のリンク機構を構成している。このため、各リンク単位に座標系を設定すると、第１のポテンショメータ２４からの回転角信号によって、車体側基部１に設定した第１の座標系での空中基部５の座標値が特定され、第２のポテンショメータ２５からの回転角信号によって、空中基部５に設定した第２の座標系での第１連結板２０の座標値が特定され、第３のポテンショメータ２６からの回転角信号によって第１連結板２０に設定した第３の座標系での第２連結板１０の座標値が特定され、第４のポテンショメータ２７からの回転角信号によって第２連結板１０に設定した第４の座標系での回転シャフト１１の下端部の座標値が特定され、第５のポテンショメータ２８からの回転角信号によって回転シャフト１１に設定した第５の座標系でのホイール側基部２２若しくはホイールの座標値が特定される。」
「従って、各リンクに設定した座標系を、ホイール側基部２２側から車体側基部１側に向けて、同次変換等によって５回座標変換を実施することで、第５の座標系を車体側基部１での第１の座標系に変換する変換マトリックスが設定される。そして、第５の座標系におけるホイール上の一直線上にない３点を仮想的に設定し、その３点の仮想点に対する第１の座標系での座標値を求めることで、該３点の座標値から、対象とするホイールの現在の位置が特定されて、トー角度、キャンバ角度、横変位量、前後変位量、及び上下変位量が求めることができる。」
特開平８−１８４４３０号公報（第２〜６頁、図１〜６）

前述のように、特許文献１によれば、図３に示す５個の回転角（θ₁〜θ₅）を計測し、座標変換（ベクトル変換）演算することにより、前記ホイール部のスリップ角（θs），キャンバ角（θc）、横変位（Ｄｙ）、前後変位（Ｄｘ）、及び上下変位（Ｄｚ）が測定できる。

しかしながら、前記測定方法においては、下記のような問題がある。前記図４のように、ホイールアライメント測定装置１００を車両に取付けた場合、車両への取付け状態がその都度異なることや、また、ホイールアライメント測定装置自体においても、例えば、第１平行リンク３と第２平行リンク８との直角度や、第１平行リンク３と車体側基部１との相対位置が変動する問題等がある。この場合、回転角（θ₁〜θ₅）の計測に際して、θ₁〜θ₅の初期値が変動するので、回転角の計測結果に基づいてベクトル変換して求めた各変位や角度は、実際の値と異なり誤差が生ずることとなる。

上記初期値の変動問題につき、説明の便宜上、リンク機構の回転角と変位との関係を単純化して示す図６により、具体的に述べる。図６において、Ｒはリンクの長さ、θはリンクの回転角度、Ｄｘはｘ方向変位（例えばホイールの前後変位）、Ｄｚはｚ方向の変位（例えばホイールの上下変位）を示す。ＤｘおよびＤｚは、Ｒとθとから、下記のように演算できる。即ち、 Ｄｘ＝Ｒｓｉｎ（θ）， Ｄｚ＝Ｒ（１−ｃｏｓθ）である。

ここで、リンクの初期状態が、鉛直方向になく、鉛直方向からθの正方向にΔθだけ回転して取り付けられていた場合であって、車両の走行によってリンクがθだけ回転した場合には、走行状態のリンクは、鉛直方向から（θ＋Δθ）回転した位置にあるものと計測されるので、走行に伴う変位Ｄｘ’，Ｄｚ’は、下記のようにΔθ分の誤差が生じた値となる。

Ｄｘ’＝Ｒｓｉｎ（θ＋Δθ）−Ｒｓｉｎ（Δθ）
Ｄｚ’＝Ｒ｛１−ｃｏｓ（θ＋Δθ）｝−Ｒ｛１−ｃｏｓ（Δθ）｝
ところで、回転角の計測結果（θ₁〜θ₅）に基づいてベクトル変換して、ホイール部のスリップ角（θs），キャンバ角（θc）、横変位（Ｄｙ）、前後変位（Ｄｘ）、及び上下変位（Ｄｚ）を求める場合、下式により演算される。

なお、前記数１において、［Ａ］は、ベクトル変換における変換マトリックスである。ここで、回転角（θ₁〜θ₅）のそれぞれの、数１の左辺に対する変換マトリックスを、それぞれ、［Ａ₁］〜［Ａ₅］とすると、数１は下記数２のように表すことができる。

前記数１または数２において、回転角（θ₁〜θ₅）が、それぞれ（Δθ₁〜Δθ₅）の誤差がある場合には、左辺のＤｘ〜θcの値は、その分の誤差を生ずることとなる。

従来、ホイールアライメント測定装置を車両に取付ける場合には、上記誤差ができる限り生じないように調整して取り付けるが、この調整に手間を要することと、調整のばらつきが生ずる問題があり、また、ホイールアライメント測定装置自体の前記誤差は調整によって除去は困難である。

この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、測定装置自体の初期誤差や測定装置の取付け誤差等の誤差を補正し、ホイール部の変位を精度よく、かつ簡便に計測可能なホイールアラインメント測定方法を提供することにある。

上記課題は、以下により達成される。即ち、請求項１の発明によれば、「車両の車体側部とホイール部との間にホイールアラインメント測定装置を取り付けて、実走状態でホイール部のトー角度変位，キャンバ角度変位、横変位、前後変位、及び上下変位の５つの変位を計測するホイールアラインメント測定方法において、前記ホイールアラインメント測定装置は、車体取付け部とホイール取付け部とを連結するリンク機構を備え、前記リンク機構は、それぞれ独立した関節を有する５個のリンクと、各リンクの回転角度を検出する５個の回転角度検出手段
とを有し、前記５個のリンクの回転角度検出結果をベクトル変換することにより、前記ホイール部の５つの変位を求め、その際、前記５個のリンクの回転角度のゼロ点（Δθ₁，Δθ₂，・・・Δθ₅ ）を、回転角ゼロ点設定装置により予め計測しておき、車両の車体側部とホイール部とに取り付けた際のリンクの初期回転角度と前記回転角度のゼロ点との偏差に基づいて、前記ベクトル変換の際、前記回転角度検出結果を補正して演算することを特徴とする。」
上記測定方法によれば、測定装置自体の初期誤差や測定装置の取付け誤差等の誤差が補正され、精度の高い計測が可能となる。詳細は後述するが、回転角度検出手段として、例えばエンコーダを使用すれば、回転角の誤差の方向が、正負いずれの方向であっても、精度の高い計測が簡便に実施できる。なお、前記において「車体側部への取り付け」とは、文字通りの車体側面部分への取り付けに限定されない。例えば、ボンネットや、場合によっては、バンパー部分に取り付ける場合も含む。

また、前述のように、ホイール部のスリップ角（θs），キャンバ角（θc）、横変位（Ｄｙ）、前後変位（Ｄｘ）、及び上下変位（Ｄｚ）を測定するためには、下記請求項２の発明が好ましい。即ち、「前記ホイールアラインメント測定装置は、下記の構成を備えることを特徴とする請求項１に記載のホイールアラインメント測定方法。

車体前後方向軸及び車体上下方向軸に対して平行な第１の平面上に、車体側部材に取り付けられた車体側基部と、タイヤホイールの中心位置に且つ車幅方向外側に対向する位置に取り付けられたホイール側基部と、複数のリンクが平行に配設された第１平行リンク及び第２平行リンクと、該第１平行リンク及び第２平行リンクの一端を前記車体側基部及びホイール側基部に第１連結部及び第２連結部を介して各々連結し、他端が第３連結部及び第４連結部を介して連結されている空中基部と、前記第１連結部と第３連結部、及び第２連結部と第４連結部のうち、どちらか一方を前記第１の平面上のみにおいて揺動自在な連結部とし、前記第１連結部と第３連結部のうち、少なくともどちらか一方に前記第１の平面内における揺動による車体側基部と空中基部との相対変位に起因した回転角を検出する第１回転角度検出手段と、前記第２連結部と第４連結部のうち、少なくともどちらか一方に前記第１の平面内における揺動によるホイール側基部と空中基部との相対変位に起因した回転角を検出する第２回転角度検出手段と、前記第１乃至第４連結部の内一つの連結部を前記第１の平面と平行な第１の軸周りに揺動可能な連結部とし、前記第１の軸周りの揺動による車体側基部と空中基部、或いはホイール側基部と空中基部との第１の平面と直交する第２の平面における相対変位に起因した回転角を検出する第３回転角度検出手段と、第２連結部を車体上下方向の第２の軸周り、及び車体上下方向の軸に直交する第３の軸周りに揺動可能な連結部とし、前記第２及び第３の軸周りの揺動によるホイール側基部と第２の平行リンクとの相対変位に起因し回転角を検出する第４，第５回転角度検出手段と、を備える。」
さらに、前記回転角ゼロ点設定装置としては、下記請求項３ないし４の発明に係るものが好ましい。即ち、請求項３の発明によれば、前記請求項２に記載のホイールアラインメント測定方法において、前記回転角ゼロ点設定装置は、前記揺動によって５個の回転角度検出手段により検出される回転変位角が、それぞれ、できる限り小となるように、ホイールアラインメント測定装置を載置可能な装置であって、前記載置後の微小回転変位角を、予め計測可能な装置とすることを特徴とする。

さらにまた、請求項４の発明によれば、前記請求項３に記載のホイールアラインメント測定方法において、前記回転角ゼロ点設定装置は、平坦な基板と、前記第２〜第５回転角度検出手段により検出される回転変位角ができる限り小となるように、前記第１平行リンク及び第２平行リンクを載置するために前記基板上に複数個設けたホイールアラインメント測定装置載置用セグメントと、前記第１平行リンク及び第２平行リンクを前記載置用セグメントに固定するためのリンク押え板と、前記第１回転角度検出手段により検出される回転変位角ができる限り小となるように、前記第１平行リンクと車体側基部との平行な動きをガイドするための車体側基部ガイド用セグメントとを備えることを特徴とする。

上記請求項３ないし請求項４の測定方法についても、詳細は後述する。

この発明によれば、測定装置自体の初期誤差や測定装置の取付け誤差等の誤差を補正し、ホイール部の変位を精度よく簡便に計測することができる。

次に、この発明の実施形態に関して、図１および図２に基いて説明する。図１は、前記５個の回転角度検出手段を有する場合のホイールアラインメント測定装置を、回転角ゼロ点設定装置に載置した状態の概略構成図、図２は回転角度検出手段としてのエンコーダの説明図である。

まず、図１に基づき、回転角のゼロ点を求める方法について述べる。図１（ａ）は、図３と機能的には同一であるが一部の構造が若干異なるホイールアラインメント測定装置１００を、回転角ゼロ点設定装置３０に載置した状態の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＰ−Ｐ線に沿う側断面図を示す。図１において、図３に示した部材と同一機能を有する部材には、同一番号を付してその詳細説明を省略する。

回転角ゼロ点設定装置３０は、平坦な基板３１と、ホイールアラインメント測定装置１００を、回転角ゼロ点設定装置３０に載置した際に、第２〜第５回転角度検出手段（２５〜２８）により検出される回転角（θ₂〜θ₅）ができる限り小となるように、第１平行リンク３及び第２平行リンク８を載置するために前記基板３１上に４個（Ａ〜Ｄの４箇所に）設けた測定装置載置用セグメント３２と、前記第１平行リンク３及び第２平行リンク８を前記測定装置載置用セグメント３２に固定するためのリンク押え板３５と、第１回転角度検出手段２４により検出される回転角（θ₁）ができる限り小となるように、第１平行リンク３と車体側基部１との平行な動きをガイドするための車体側基部ガイド用セグメント３７とを備える。なお、図１において、３３はスペーサー、３４はリンクガイド板、３６ａ，３６ｂは締付けボルトである。

前記第１〜第５回転角度検出手段（２４〜２８）としては、図２に示すようなエンコーダを用いる。ここで、図２について述べる。図２（ａ）はエンコーダの概略構成図、図２（ｂ）はその出力信号の説明図を示す。周知のように、エンコーダは、Ａ相，Ｂ相，Ｚ相の３つの出力を有し、図２（ｂ）に示すように、右回転または左回転（正逆回転）のいずれかも判別できる。Ａ相，Ｂ相は、それぞれｃｏｓ信号，ｓｉｎ信号に相当するステップ信号、Ｚ相は１回転１パルスのステップ信号であり、Ｚ相の初期信号の検知をスタート点として、回転角のカウントを開始する機能を有する。

図１のように、ホイールアラインメント測定装置１００を、回転角ゼロ点設定装置３０に載置した際に、第１〜第５回転角度検出手段（２５〜２８）により検出される回転角（θ１〜θ５）は、略ゼロに近い状態となるようにセットされるものの、正逆のいずれかの微小回転角出力が生ずる。この位置を、基準位置（ホイールアラインメント測定装置の各エンコーダのゼロ点位置）として、ホイールアラインメント測定装置の図示しないコンピュータに予め記憶させる。

車両の車体側部とホイール部との間にホイールアラインメント測定装置を取り付けて、実走状態でホイール部の変位を計測する場合には、前述のように、車両の車体側部とホイール部とに取り付けた際のリンクの初期回転角度と、予め記憶した前記回転角度のゼロ点位置との偏差に基づいて、ベクトル変換の際、実走状態での回転角度検出結果を補正して演算する。これにより、実走状態でのホイール部の変位が、精度よく計測できる。

ところで、前述の説明においては、回転角度検出手段としてエンコーダを用いる例について述べたが、エンコーダパルスを用いる方法に代えて、電圧信号を用いる方法を使用することもできる。この場合、ゼロ点設定装置に取り付けた時の各検出器の電圧を、各リンクのオフセット電圧とし、実走行時の電圧からオフセット値を引いた値を、各リンクの角度電圧信号とする。しかしながら、この場合、アナログ信号であって、長期的には、出力のゼロ点，感度が変化するので、誤差が生じやすい欠点がある。

エンコーダパルスを用いる場合には、各リンクのエンコーダのＺ信号位置を絶対ゼロとし、ゼロ点設定装置に取り付けた時の各検出器のＺ信号点からのズレパルス数を各リンクのオフセットパルスとする。この場合の信号は、ディジタル信号であり、機械的に角度が読み取れるので、長期的にも誤差が生じない利点がある。

この発明に関わり、ホイールアラインメント測定装置を回転角ゼロ点設定装置に載置した状態の概略構成図。 回転角度検出手段としてのエンコーダの説明図。 特許文献１に開示されたホイールアラインメント測定装置の構成図。 図３のホイールアライメント測定装置を車両に取付けた場合の斜視図。 図３のホイールアラインメント測定装置の計測原理の説明図。 リンク機構の回転角と変位との関係を単純化して示す説明図。

符号の説明

１ 車体側基部
３ 第１平行リンク
５ 空中基部
８ 第２平行リンク
２４〜２８ 第１〜第５回転角度検出手段
３０ 回転角ゼロ点設定装置
３１ 基板
３２ 測定装置載置用セグメント
３５ リンク押え板
１００ ホイールアラインメント測定装置

Claims (4)

1. 車両の車体側部とホイール部との間にホイールアラインメント測定装置を取り付けて、実走状態でホイール部のトー角度変位，キャンバ角度変位、横変位、前後変位、及び上下変位の５つの変位を計測するホイールアラインメント測定方法において、
   前記ホイールアラインメント測定装置は、車体取付け部とホイール取付け部とを連結するリンク機構を備え、前記リンク機構は、それぞれ独立した関節を有する５個のリンクと、各リンクの回転角度を検出する５個の回転角度検出手段とを有し、前記５個のリンクの回転角度検出結果をベクトル変換することにより、前記ホイール部の５つの変位を求め、
   その際、前記５個のリンクの回転角度のゼロ点を、回転角ゼロ点設定装置により予め計測しておき、車両の車体側部とホイール部とに取り付けた際のリンクの初期回転角度と前記回転角度のゼロ点との偏差に基づいて、前記ベクトル変換の際、前記回転角度検出結果を補正して演算することを特徴とするホイールアラインメント測定方法。
2. 前記ホイールアラインメント測定装置は、下記の構成を備えることを特徴とする請求項１に記載のホイールアラインメント測定方法。
   車体前後方向軸及び車体上下方向軸に対して平行な第１の平面上に、車体側部材に取り付けられた車体側基部と、タイヤホイールの中心位置に且つ車幅方向外側に対向する位置に取り付けられたホイール側基部と、複数のリンクが平行に配設された第１平行リンク及び第２平行リンクと、該第１平行リンク及び第２平行リンクの一端を前記車体側基部及びホイール側基部に第１連結部及び第２連結部を介して各々連結し、他端が第３連結部及び第４連結部を介して連結されている空中基部と、前記第１連結部と第３連結部、及び第２連結部と第４連結部のうち、どちらか一方を前記第１の平面上のみにおいて揺動自在な連結部とし、前記第１連結部と第３連結部のうち、少なくともどちらか一方に前記第１の平面内における揺動による車体側基部と空中基部との相対変位に起因した回転角を検出する第１回転角度検出手段と、前記第２連結部と第４連結部のうち、少なくともどちらか一方に前記第１の平面内における揺動によるホイール側基部と空中基部との相対変位に起因した回転角を検出する第２回転角度検出手段と、前記第１乃至第４連結部の内一つの連結部を前記第１の平面と平行な第１の軸周りに揺動可能な連結部とし、前記第１の軸周りの揺動による車体側基部と空中基部、或いはホイール側基部と空中基部との第１の平面と直交する第２の平面における相対変位に起因した回転角を検出する第３回転角度検出手段と、第２連結部を車体上下方向の第２の軸周り、及び車体上下方向の軸に直交する第３の軸周りに揺動可能な連結部とし、前記第２及び第３の軸周りの揺動によるホイール側基部と第２の平行リンクとの相対変位に起因し回転角を検出する第４，第５回転角度検出手段と、を備える。
3. 請求項２に記載のホイールアラインメント測定方法において、前記回転角ゼロ点設定装置は、前記揺動によって５個の回転角度検出手段により検出される回転変位角が、それぞれ、できる限り小となるように、ホイールアラインメント測定装置を載置可能な装置であって、前記載置後の微小回転変位角を、予め計測可能な装置とすることを特徴とするホイールアラインメント測定方法。
4. 請求項３に記載のホイールアラインメント測定方法において、前記回転角ゼロ点設定装置は、平坦な基板と、前記第２〜第５回転角度検出手段により検出される回転変位角ができる限り小となるように、前記第１平行リンク及び第２平行リンクを載置するために前記基板上に複数個設けたホイールアラインメント測定装置載置用セグメントと、前記第１平行リンク及び第２平行リンクを前記載置用セグメントに固定するためのリンク押え板と、前記第１回転角度検出手段により検出される回転変位角ができる限り小となるように、前記第１平行リンクと車体側基部との平行な動きをガイドするための車体側基部ガイド用セグメントとを備えることを特徴とするホイールアラインメント測定方法。

Images