JP4725287B2

JP4725287B2 - シャーシダイナモ装置のローラ

Info

Publication number: JP4725287B2
Application number: JP2005311597A
Authority: JP
Inventors: 弘之近藤
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-10-26
Also published as: JP2007121033A

Description

本発明は、ダイナモにより抵抗トルクが作用したローラを被試験車両の駆動輪を載せて回転させることにより、「模擬道路」を現出させて被試験車両の燃費、トルク等の走行データを得ることを目的とするシャーシダイナモ装置に関し、更に詳しくは、回転慣性を小さくして可能な限り現実の道路に近い状態を現出できるシャーシダイナモ装置のローラに関するものである。

シャーシダイナモ装置は、被試験車両の駆動輪を載せた状態で、前記駆動輪の回転力により回転させられるローラと、該ローラの外円筒部と円板状のトルク伝達板を介して回転中心部に一体に形成された取付ボス部に駆動軸が連結されて、前記ローラに前記駆動輪から伝達されるトルクと反対方向の抵抗トルクを付与するダイナモとを備え、前記抵抗トルクの調整により現実の路面に近い状態を再現して試験室において被試験車両の走行試験を行って、被試験車両の駆動輪により連続回転させられるローラにより実現される「模擬道路」によって、被試験車両の燃費、トルク等の諸データを得ることを目的とする装置である。シャーシダイナモ装置については、例えば下記の技術が開示されている（特許文献１参照）。

従って、被試験車両の駆動輪により連続回転させられるローラは、可能な限り現実の道路に近い状態を現出させることが必要となる。このため、路面抵抗の大きな道路を走行する場合には路面抵抗が小さな道路を走行する場合よりも、或いは向い風がある場合には向い風がない場合又は追い風がある場合よりも、ダイナモの出力が大きくなるように調整してローラの抵抗トルクを大きくして、現実の走行状態に近付けている。

ダイナモの出力の変動（割合）に対するローラの抵抗トルクの変動（割合）は、ローラの回転慣性が小さい程高まって、ローラの外周面である「模擬道路面」の状態の変化をさせ易くできる。ローラの回転慣性を小さくする代表的な手段は、ローラを軽量な金属で成形すること、及びローラの外円筒部を薄肉化して軽量化させることである。ローラを軽量な金属で成形した場合には、一般的に圧縮強度、曲げ強度等が鉄等の金属に比較して著しく小さく、またローラの外円筒部を薄肉化した場合には、強度不足により回転中のローラが回転方向に沿って部分変形して、現実の道路とは異なった状態が現出され、試験精度が低下する。

上記不具合を防止するために、ローラをアルミ材等の軽金属材で成形したうえに、薄肉化した外円筒部をリブにより補強する手段が考えられる。このリブ補強手段の典型例は、半径方向に配置された複数本のリブを周方向に沿って所定角度をおいて配置するものであり、リブの先端部は、ローラの外円筒部の内周面に溶接される。このリブ補強手段では、ローラ自体の強度は高まるが、被試験車両の駆動輪を載せたローラの外周面を現実の道路に可能な限り近付ける観点からは、以下の不具合が指摘される。即ち、ローラの周方向に沿ってリブが配置されている部分の剛性は他の部分よりも高いために、ローラの回転方向（周方向）に沿った変形に大きな差が発生して、誇張して表現すると、被試験車両の駆動輪は現実の平坦な道路とは異なった波打った「模擬道路」を走行する状態となって、試験精度が低下する。

また、前記リブの先端部（外周部）は、外円筒部の内周面に溶接されているため、ローラの回転中に作用する力が溶接部に集中して、溶接部の疲労破壊、或いは剥離が発生して、ローラ自体の寿命が短くなる。

一方、ローラは、駆動輪とローラとの間の摩擦力により、駆動輪からローラに回転トルクが伝達されて回転する。このため、駆動輪とローラとの間の摩擦力が一定の場合には、ローラの回転慣性が大きい程、ローラは連れ回り回転されにくくなるため、駆動輪とローラとの間でスリップ回転（ローラに対して駆動輪がスリップすること）が発生し易く、特に駆動輪の加減速時におけるスリップ回転は定速回転の場合よりも大きくなる。駆動輪がスリップ回転することは、駆動輪の回転トルクの一部が無駄に消費されること（この無駄に消費されるトルクを「スリップトルク」と称する）を意味し、現実の道路の状態とは異なる状態（雨天走行時等の路面の摩擦抵抗が小さくなった場合を除けば、現実の車両の走行では、路面に対する駆動輪のスリップは殆どないと考えられる）が現出されて、試験精度が低下する。
特開平１０−２８１９４０号公報

本発明は、上記した不具合に鑑み、シャーシダイナモ装置のローラを軽金属材で成形すると共に、外円筒部を補強するリブの配置の工夫により強度を高めることにより、ローラの回転慣性を小さくして、試験精度を高めることを課題としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、円板状のトルク伝達板と、該トルク伝達の外周に設けた円筒状の外円筒部とから成り、タイヤ接地面となる前記外円筒部の外周面に被試験車両の駆動輪を載せた状態で、前記駆動輪の回転力により回転させられるローラと、該ローラのトルク伝達板に取付ボス部を介して自身の駆動軸の先端部が、該ローラの軸心と同心となって連結され、前記駆動輪から前記ローラに伝達されるトルクと反対方向の抵抗トルクを該ローラに付与するダイナモとを備え、前記抵抗トルクの調整により現実の路面に近い状態を再現して被試験車両の走行試験を行うシャーシダイナモ装置であって、前記ローラは、軽金属材で成形されて、前記外円筒部の内周面に溶接されるリング状をした１ないし複数の第１リブと、前記トルク伝達板の側面に周方向に沿って所定間隔をおいて半径方向に溶接される複数の第２リブとを備え、前記第２リブは、外円筒部に向けて徐々に幅が狭くなる略三角形状をなしていて、前記外円筒部側の端部を当該外円筒部の内周面から前記ローラの軸心側に退避させていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、リング状の第１リブ、及び円板状のトルク伝達板の外周縁は、全て全周に亘ってローラの外円筒部の内周面に連続して当接していて、ローラとの非当接部は存在しない。また、円板状のトルク伝達板を補強するためにローラの半径方向に配置された複数の第２リブは、外円筒部に向けて徐々に幅が狭くなる略三角形状をなしていて、その外周側端部をローラの外円筒部の内周面から前記ローラの軸心側に退避させているために、ローラの周方向又は回転方向に沿った剛性の変化がないように前記外円筒部の内周面に対して配置されている。更に、ローラは、軽量な軽金属材で成形されている。上記した三つの構成が相乗することにより、軽量であるために回転慣性が小さくて、しかも１ないし複数の第１リブ、リブとしての機能を兼用するトルク伝達板、及び該トルク伝達板を補強する複数の第２リブによって強度が高められたローラとなる。このため、スリップトルクを小さくできると共に、ローラの回転中において、回転方向に沿った円筒部の「部分撓み」は殆どなくなって、ローラの外周面を連続展長させた「模擬道路」は、現実の平坦な道路に限りなく近付けることができる。この結果、シャーシダイナモ装置としての試験精度が高められる。

請求項２の発明は、請求項１の発明を前提として、前記外円筒部の幅方向の中央にトルク伝達板が配置されて、その両側に前記第１リブが対称に配置されていることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、ローラの外円筒部の幅方向の中心部からトルク伝達板を介して外円筒部に回転トルクが伝達される構成となるため、ローラに捩りが発生するのが防止されると共に、ローラに不要な回転や曲げトルクが生ぜず、試験精度が高められる。

本発明は、円板状のトルク伝達板と、該トルク伝達の外周に設けた円筒状の外円筒部とから成り、タイヤ接地面となる前記外円筒部の外周面に被試験車両の駆動輪を載せた状態で、前記駆動輪の回転力により回転させられるローラと；該ローラのトルク伝達板に取付ボス部を介して自身の駆動軸の先端部が、該ローラの軸心と同心となって連結され、前記駆動輪から前記ローラに伝達されるトルクと反対方向の抵抗トルクを該ローラに付与するダイナモとを備え、前記抵抗トルクの調整により現実の路面に近い状態を再現して被試験車両の走行試験を行うシャーシダイナモ装置であって、前記ローラは、軽金属材で成形されて、前記外円筒部の内周面に溶接されるリング状をした１ないし複数の第１リブと、前記トルク伝達板の側面に周方向に沿って所定間隔をおいて半径方向に溶接される複数の第２リブとを備え、前記第２リブは、外円筒部に向けて徐々に幅が狭くなる略三角形状をなしていて、前記外円筒部側の端部が当該外円筒部の内周面に対して接触しないように退避されていることを特徴としている。このため、ローラの剛性を低下させることなく、ローラを構成する外円筒部、トルク伝達板等の肉厚を薄くすることができ、ローラの回転慣性を小さくできる。ローラの回転慣性が小さくなるのに加えて、ローラを構成する円板状のトルク伝達板を補強する複数の第２リブの外円筒部側の端部は、当該外円筒部の内周面からローラの軸心側に退避されているために、ローラの周方向に沿った剛性の変化がなくなって、ローラの外円筒部の外周面であるタイヤ接地面の部分撓みをなくすことができて、ローラの外円筒部におけるタイヤ接地面を、現実の路面に限りなく近付けた状態で被試験車両の走行試験を行うことができる。

以下、実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。図１は第１実施例のローラＲ₁が取付けられたシャーシダイナモ装置Ａの正面断面図、図２は一部を破断したローラＲ₁の斜視図、図３は図１のＸ−Ｘ線断面図である。

本発明に係るシャーシダイナモ装置Ａは、図１に示されるように、ダイナモ１と、該ダイナモ１に回転自在に支承された駆動軸２に分力計３を介して装着されるローラＲ₁とから構成されている。ダイナモ１について説明する。ダイナモ１の内部には、各軸受４により回転自在に支承された回転子５と、前記回転子５の周囲に軸心同一にして固定子６がリング状に配設されている。前記駆動軸２は、前記回転子５に連結されていて、回転子５をローラＲ₁の回転方向と逆方向に回転させようとすることにより、被試験車両の駆動輪Ｗに抵抗トルクを与えることができる。即ち、ダイナモ１の出力トルクの制御ができ、ローラＲ₁に現実の路面状況を現出させることができる。なお、図１において、７はベース、１０はケーシング、１０ａは蓋体である。また、図１では、シャーシダイナモ装置Ａにおいて、被試験車両の一方側の駆動輪Ｗに対応する部分のみを図示してある。

第１実施例のローラＲ₁について説明する。図１及び図２に示されるように、第１実施例のローラＲ₁は略円筒形状であり、その外円筒部８の最上端部に被試験車両の駆動輪Ｗが接地される。即ち、前記外円筒部８の最上端部に、被試験車両の駆動輪Ｗが接地されるタイヤ接地面８ａが形成される。使用状態におけるローラＲ₁は、前記タイヤ接地面８ａに押し付けられて駆動回転される駆動輪Ｗにより、該駆動輪Ｗの回転方向と反対方向に回転させられる。このため、前記タイヤ接地面８ａは、外円筒部８の外周面に連続して形成される。

第１実施例のローラＲ₁の外円筒部８の幅方向（厚み方向）の表面側（図１の図面視における左側）の一端部に、円板状のトルク伝達板９が取付けられている。該トルク伝達板９は薄肉のアルミ材より成り、その外周縁の全てが、前記外円筒部８の内周面８ｂに、溶接によって固着されている。そして、前記トルク伝達板９の裏面部には、円筒状の取付ボス部１１が軸心同一にして固着されている。前記トルク伝達板９の中央部（軸心部分）には、取付ボス部１１の内径よりも少し小さな円孔９ａが設けられていて、前記取付ボス部１１の内部が連通されている。第１実施例のローラＲ₁の場合、取付ボス部１１の開口端は、ローラＲ₁の幅方向のほぼ中央部に配置されている。前記トルク伝達板９は、被試験車両の駆動輪Ｗの回転時のトルクを、取付ボス部１１に取付けられた分力計３に伝達すると共に、外円筒部８の周方向の強度を補強するという機能を有している。

更に、図１及び図２に示されるように、ローラＲ₁の外円筒部８の内周面８ｂで、幅方向のほぼ中央部と、トルク伝達板９が取付けられている側と反対側の端部には、前記内周面８ｂの全周に亘ってリング状の各第１リブ１２a,１２b が溶接により、固着されている。各第１リブ１２a,１２b は、前述したトルク伝達板９と同程度の厚みを有する薄肉のアルミ材より成る。各第１リブ１２a,１２b により、外円筒部８の強度が更に補強される。各第１リブ１２a,１２b には、それぞれ大きな円孔が設けられているため、分力計３の組付けに支障は生じない。

また、図１ないし図３に示されるように、前記取付ボス部１１の外周面の部分には、周方向に所定角度をおいて複数枚の第２リブ１３が、溶接により固着されている。本実施例のローラＲ₁の場合、薄肉のアルミ材より成る６枚の第２リブ１３が、周方向に一定の角度（６０°）をおいて、しかも、半径方向に沿って（即ち、軸心を中心とする放射状に）固着されている。各第２リブ１３は略三角形状であり、それらの底面部はトルク伝達板９の裏面部に、溶接により固着されている。これにより、トルク伝達板９の強度が補強されるため、従来と同一の強度であれば前記トルク伝達板９を従来のものよりも薄肉とすることができ、ローラＲ₁全体の軽量化が図られる。

しかも、各第２リブ１３における先端部１３ａは、外円筒部８の内周面８ａから距離δだけ離れた位置に配置されている。これにより、ローラＲ₁の外円筒部８のタイヤ接地面８ａを押圧する被試験車両の自重や、駆動輪Ｗの駆動回転時のトルク等の影響が各第２リブ１３に及ばなくなる。換言すれば、駆動輪Ｗの駆動回転時におけるローラＲ₁の外円筒部８の撓みは全周において同一となり、各第２リブ１３の取付位置によって変化することはない。また、トルク伝達板９と各第２リブ１３との溶接部１３ｂにも、ローラＲ₁の外円筒部８の撓みによる応力が及ばなくなり、前記溶接部１３ｂが疲労破壊したり、剥離したりするおそれはない。

図１に示されるように、取付ボス部１１の開口端には分力計３が取付けられていて、前記分力計３と同軸にして駆動軸２が延設されている。被試験車両の駆動輪Ｗが駆動回転することにより、外円筒部８の撓みがトルク伝達板９及び取付ボス部１１を介して分力計３に伝達され、電気信号に変換される。前記分力計３は、撓みの電気信号が、送信アンテナ（図示せず）から無線送信される形態である。そして、本実施例のローラＲ₁の場合、分力計３が取付けられた状態で取付ボス部１１には空間部Ｑが形成されているため、当該空間部Ｑに送信アンテナ等を収納することができる。

本実施例のシャーシダイナモ装置Ａの作用について、被試験車両の駆動輪Ｗのトルクを計測する場合について説明する。ローラＲ₁の外円筒部８の最上端部に被試験車両の駆動輪Ｗが載置されると、被試験車両の自重によって駆動輪ＷがローラＲ₁の外円筒部８のタイヤ接地面８ａに押し付けられる。この状態で被試験車両の駆動輪Ｗを駆動回転させると、双方の間に作用する摩擦力によってローラＲ₁が連れ回り回転される。このときのローラＲ₁の外円筒部８の撓みが、トルク伝達板９及び取付ボス部１１を介して分力計３に伝達され、該分力計３によってローラＲ₁の外円筒部８に作用する力が計測される。計測データは電波に乗せられて、送信アンテナから制御装置（図示せず）に無線送信される。本実施例のローラＲ₁では、トルク伝達板９に円孔９ａが設けられているため、電波を通過させ易くなっている。

また、ダイナモ１に内装されている回転子５の回転を電気的に制御して、該回転子５に逆方向のトルク（抵抗トルク）を与えることにより、被試験車両に各種の状況を現出させることができ、現実の走行状態に近い状態で被試験車両のトルクを計測できる。

ここで、本実施例のローラＲ₁の外円筒部８の内周面８ｂには、２枚の第１リブ１２a,１２b が固着されていて、その強度が補強されている。同じく、トルク伝達板９の裏面と取付ボス部１１の外周面には、６枚の第２リブ１３が固着されていて、その強度が補強されている。このため、ローラＲ₁全体の剛性を確保したまま、外円筒部８及びトルク伝達板９の肉厚を薄くすることができる。この結果、ローラＲ₁の重量が軽減され、該ローラＲ₁の回転慣性を小さくできる。更に、前記外円筒部８、トルク伝達板９、各第１リブ１２a,１２b 及び各第２リブ１３は、いずれも軽量のアルミ材より成る。これにより、ローラＲ₁の重量を更に軽減することができ、該ローラＲ₁の回転慣性を一層小さくできる。

そして、前述した各第２リブ１３の先端部１３ａは、ローラＲ₁の外円筒部８の内周面８ｂよりも、距離δだけ内側（軸心側）に離れた位置に配置されている。このため、ローラＲ₁の外円筒部８の撓みが各第２リブ１３の部分に及ばなくなる。換言すれば、前記外円筒部８の撓みは、各第２リブ１３の有無に拘らず、全周に亘って一定になる。

ここで、ローラＲ₁のタイヤ接地面８ａに被試験車両の駆動輪Ｗが載せられ、駆動輪Ｗからトルクが伝達されてローラＲ₁が回転させられる状態では、被試験車両の荷重の一部がローラＲ₁に載っている駆動輪Ｗを介して円板状のトルク伝達板９に作用することにより、ローラＲ₁は、トルク伝達板９の周方向の一部に座屈力と曲げ力とが合成された力が瞬間的に作用し、かつこの作用位置が連続して変化する状態が繰り返されながら回転し、前記合成力は、トルク伝達板９の中心部から外周部に向けて小さくなると解される。第２リブ１３を三角形状にしたのは、トルク伝達板９に作用する前記合成力の大きさが上記のように変化すること、及びローラＲ₁の回転時における第２リブ１３の回転抵抗を小さくすること（第２リブ１３の反中心側は中心側よりも周速度が遥かに大きいので、反中心側の幅を狭くすることにより、回転抵抗が激減される）等を主原因としている。

また、各第１リブ１２a,１２b がリング状となっていると共に、トルク伝達板９が円板状となって、いずれも外円筒部８の内周面に連続して当接しているために、外円筒部８の周方向に沿った剛性は一定となって、試験時において被試験車両の荷重の一部が駆動輪Ｗを介してローラＲ₁に作用した状態で回転しても、ローラＲ₁における駆動輪Ｗが載っている部分の形状は一定に確保できて、現実の道路面に近い平坦状態を実現できる。逆に、半径方向に配置した複数の第２リブ１３により外円筒部８を補強すると、外円筒部８における前記第２リブ１３の部分の剛性が他の部分よりも大きくなって、現実の平坦状態の道路とは異なった状態が現出されて試験精度が低下する。

また、座屈力と曲げ力との合成力が作用するトルク伝達板９の強度を高めるのに、トルク伝達板９の肉厚のみを厚くする方法と、上記実施例のようにトルク伝達板９の一方の内側面（裏面）に複数本の半径方向の第２リブ１３により補強する方法とでは、後者の方法は、複数本の第２リブ１３の重量は増すが、トルク伝達板９自体の肉厚を大幅に小さくできることによる重量軽減が第２リブ１３の重量増加よりも大きくできる。従って、後者の方法によれば、同一強度を得るのに前者の方法に比較してトルク伝達板９の重量を軽減でき、結果としてローラＲ₁を軽量化できる。全く同様のことは、ローラＲ₁の外円筒部８についても言える。上記した結果、ローラＲ₁の回転慣性が小さくなり、スリップトルクも小さくなる。

上記した結果、ローラＲ₁の外円筒部８の外周面を連続展長させた「模擬道路」を、現実の平坦な道路に限りなく近付けることができる。このため、シャーシダイナモ装置Ａとしての試験精度が高められる。

次に、第２実施例のローラＲ₂について説明する。図４の（イ）に示されるように、第２実施例のローラＲ₂は、外円筒部８における幅方向のほぼ中央部にトルク伝達板９が固着されていて、該トルク伝達板９の両側に各第１リブ１２a,１２b が固着された場合である。この実施例のローラＲ₂の場合、被試験車両の駆動輪Ｗの荷重（座屈力）の直下にトルク伝達板９が設けられているため、駆動輪Ｗの回転ムラや曲げトルクによる影響が生じにくくなり、試験精度が一層高められる。

次に、第３実施例のローラＲ₃について説明する。図４の（ロ）に示されるように、第３実施例のローラＲ₃は、外円筒部８の他方側の端部にトルク伝達板９が固着されていて、分力計３が、トルク伝達板９の一方側の開口端に取付けられている場合である。第１ないし第３の各実施例のローラＲ₁〜Ｒ₃のように、各第２リブ１３が略三角形状である場合、各第２リブ１３の重量及び回転時の抵抗をも最小にすることができるという利点があるが、前記第２リブ１３が三角形以外の形状、例えば長方形、台形等の場合であっても、或いは、各第２リブ１３の取付ける向きを変えても同等な効果が奏される。

上記した各実施例のローラＲ₁〜Ｒ₃を構成する各部材（外円筒部８、トルク伝達板９、取付ボス部１１、各リブ１２a,１２b,１３）は、薄肉のアルミ材である。このため、鉄材等を使用した場合と比較すると大幅に軽量化され、回転慣性が大幅に低減される。そして、アルミ材以外の軽金属材、例えば、チタン、マグネシウム等であっても、同様の効果が奏される。

上記した各実施例のローラＲ₁〜Ｒ₃では、各第２リブ１３の先端部１３ａが、外円筒部８の内周面８ｂから距離δだけ離れて配置されている。この距離δは、ローラＲ₁〜Ｒ₃の回転時に、それらの周方向に沿った剛性の変化を生じさせないものであれば足りる。特に、第２リブ１３が略三角形状のものである場合、第２リブ１３の先端部１３ａの幅（軸方向に沿った幅）は極めて僅かであるため、前記先端部１３ａによるトルク伝達板９の補強の度合は僅かである。この場合、前記第２リブ１３の先端部１３ａが、外円筒部８の内周面８ｂに非接触状態で近接配置されているか、或いは接触状態で配置されていてもその接触長が僅少であるかのいずれかであれば、ローラＲ₁〜Ｒ₃の回転時にそれらの周方向に沿った剛性の変化は生ぜず、試験精度が良好になる。

第１実施例のローラＲ₁が取付けられたシャーシダイナモ装置Ａの正面断面図である。一部を破断したローラＲ₁の斜視図である。図１のＸ−Ｘ線断面図である。（イ）は、第２実施例のローラＲ₂の正面断面図であり、（ロ）は、第３実施例のローラＲ₃の正面断面図である。

Ａ：シャーシダイナモ装置
Ｒ₁〜Ｒ₃：ローラ
Ｗ：駆動輪
１：ダイナモ
８：外円筒部
８ｂ：内周面
９：トルク伝達板
１１：取付ボス部
１２a,１２b ：第１リブ
１３：第２リブ
１３ａ：先端部

Claims

円板状のトルク伝達板と、該トルク伝達の外周に設けた円筒状の外円筒部とから成り、タイヤ接地面となる前記外円筒部の外周面に被試験車両の駆動輪を載せた状態で、前記駆動輪の回転力により回転させられるローラと、
該ローラのトルク伝達板に取付ボス部を介して自身の駆動軸の先端部が、該ローラの軸心と同心となって連結され、前記駆動輪から前記ローラに伝達されるトルクと反対方向の抵抗トルクを該ローラに付与するダイナモとを備え、
前記抵抗トルクの調整により現実の路面に近い状態を再現して被試験車両の走行試験を行うシャーシダイナモ装置であって、
前記ローラは、軽金属材で成形されて、前記外円筒部の内周面に溶接されるリング状をした１ないし複数の第１リブと、前記トルク伝達板の側面に周方向に沿って所定間隔をおいて半径方向に溶接される複数の第２リブとを備え、
前記第２リブは、外円筒部に向けて徐々に幅が狭くなる略三角形状をなしていて、前記外円筒部側の端部を当該外円筒部の内周面から前記ローラの軸心側に退避させていることを特徴とするシャーシダイナモ装置のローラ。
前記外円筒部の幅方向の中央にトルク伝達板が配置されて、その両側に前記第１リブが対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシャーシダイナモ装置のローラ。