JP4809111B2

JP4809111B2 - 横風試験設備

Info

Publication number: JP4809111B2
Application number: JP2006116642A
Authority: JP
Inventors: 哲男野上; 勉岡山; 達也杉山
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-04-20
Also published as: JP2007285997A

Description

本発明は、走行中の試験自動車が横風を受けたときの自動車の空力特性や操縦安定性等を試験する横風試験設備に関するものである。

従来より、自動車の走行試験として、所定時速で走行中に所定の風速の横風を受けた時の自動車の空力特性や操縦安定性等が横風試験によって試験されている。この横風試験は、「自動車−横風安定性試験方法（自動車規格ＪＡＳＯＺ１０８）」に規定されている。この規定によれば、例えば、試験車速１００ｋｍ／ｈで走行する試験自動車が、「自然風が１ｍ／ｓ以下の状態で平均値が（２０±３）ｍ／ｓの横風」を受けたときの「２秒間後の地点の横ずれ」、「最大ヨー角速度」、「最大横加速度」、「ロール角」等を試験することが規定されている。

この横風試験を行う試験路は、自動車規格ＪＡＳＯＺ１１７−１（試験路）によって、「送風帯の前後にそれぞれ１００ｍ以上の直線路をもち、走路幅は送風帯突入前で５ｍ以上、突入後で７ｍ以上とする。」と規定されている。そのため、この直線の長い試験路を屋内に設置するのは難しく、通常、屋外に設けられている。この試験路に設けられる横風試験設備としては、試験路の横に送風機を複数台並べて設置することによって少なくとも１５ｍの長さの送風帯を形成し、試験路に予め設定された走行基準線上を走行する試験自動車に対して送風帯の位置で横風を送風するように構成されている。

この横風試験設備による横風試験としては、通常、試験自動車の走行前に前記送風機からの風向風速を設定し、その風向風速で送風を開始した後に試験自動車で横風試験設備の前の送風帯を走行し、その走行中の試験自動車が横風を受けたときの空力特性や操縦安定性等の挙動が試験されている。

なお、この種の関連技術として、圧力損失の変動に対する応答を早くして、安定した風速が得られるようにした風洞の風速制御装置や（例えば、特許文献１参照）、測定対象物に対して任意の風向・風速で変動する気流を与えることができるようにした全方位風向風洞装置があるが（例えば、特許文献２参照）、これらの技術では、本発明に係る横風試験設備において試験精度を向上させることはできない。
特開平１０−１２３０１０号公報特開２００２−２９６１４３号公報

ところで、前記「自動車−横風安定性試験方法（自動車規格ＪＡＳＯＺ１０８）」には、試験時の自然風として「自然風の風速は、その風向にかかわらず３ｍ／ｓ以下とする。」と規定されている。また、横風試験の試験回数としては、「試験回数は各車速ごとに５回以上とする。」と規定されている。

しかしながら、前記したように屋外に設けられる横風試験設備は自然風の影響を強く受けるため、精度の高い試験を実施することが難しい。しかも、自然風は時間とともに変化するため、この自然風が前記規定された範囲内の風速の時に５回の試験を行うには、多くの時間を要する場合がある。

また、自然風の風速が前記規定範囲の時に同じ横風試験を５回行ったとしても、その規定範囲内での誤差は避けられないので、より精度を向上させるためにほぼ同じ条件で５回の横風試験を行うのは難しい。

そこで、本発明は、ほぼ同じ条件で複数回の横風試験を行って試験精度を向上させることができる横風試験設備を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、吹出口の風向きを偏流する偏流装置を備えた送風機を試験路に設け、該送風機で走行する試験自動車に対して横風を送風し、該試験自動車の横風安定性を試験する横風試験設備において、前記送風機で横風を送風する送風帯において試験路の近傍で風向風速を計測する風向風速計と、前記送風機の風向風速を設定する風向風速設定器と、前記送風機の風速を可変にする風速可変機構と、前記送風機の風向を可変にする風向可変機構と、前記風向風速計で計測した風向風速信号が前記風向風速測定器で設定した風向風速と一致するように前記風速可変機構と風向可変機構とを制御する制御装置と、前記試験自動車が送風帯に入ったことを検出する位置検出器とを設け、前記位置検出器の検出信号に基いて、前記制御装置による前記風向風速計の風向風速信号と前記風向風速測定器で設定した風向風速とを一致させる制御を制限する機能を前記制御装置に備えさせている。この制御装置による風速可変機構と風向可変機構の制御はフィードバック制御であり、これにより、風向風速設定器で設定した試験自動車に対する風向風速と風向風速計で実測した風向風速とが一致するようにフィードバック制御され、自然風の影響が補正された正確な横風試験を行うことができる。しかも、横風試験での風向風速の再現性向上を図ることができるので、試験精度を高めた効率の良い試験を実施することができる。

また、前記制御装置の機能により、送風帯（横風試験位置）に試験自動車が入ったことを位置検出器で検出したら送風機からの横風の風向風速を一定に保ち、通過する試験自動車の影響で自然風が乱されて制御に影響を与えるのを避け、試験精度を向上させることができる。

さらに、前記試験自動車が走行する試験路の走行基準線上における仮想位置の風向風速を設定する機能を前記風向風速設定器に備えさせ、該風向風速設定器で設定した風向風速を前記風向風速計の位置での風向風速指令に変換する風向風速補正器を備えさせてもよい。これにより、風向風速計で検出した風向風速から走行基準線上の仮想位置における風向風速に換算して、その仮想位置における風向風速制御ができ、走行基準線上を走行する試験自動車のより正確な横風試験ができる。また、風向風速計を試験路の近くに設置しなくても正確な風向風速の制御ができる。

本発明は、以上説明したような手段により、自然風の影響を抑えて精度の高い横風試験を行うことができる横風試験設備を提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施の形態に係る横風試験設備の平面視の模式図である。図２は、図１に示す横風試験設備における風向風速の補正制御方式を示すブロック図であり、図３(a) 〜(d) は、図１に示す横風試験設備における風向風速の補正原理の説明図である。

図示するように、試験自動車Ｍが走行する試験路Ｒの所定位置に横風試験設備１が設けられており、この横風試験設備１が設けられた位置から前記したように試験路Ｒの幅員が広く形成されている。この横風試験設備１は、複数台（図では５台）の送風機２が横方向に並設されており、これらの送風機２から所定風速の横風を試験路Ｒに向けて送風するように構成されている。この実施の形態では、風速可変機構として、送風機２の回転数制御（例えば、インバータ制御）によって風速を可変にするように構成されている。

また、横風試験設備１の試験路側には風向可変機構たる偏流装置３が設けられており、送風機２の風向きを変更できるように構成されている。この偏流装置３としては、試験路側にルーバー４を縦向きに設け、このルーバー４を垂直軸周りで回動させることによって水平方向の風向を変更できるようにしたものが採用されている。この送風機２による横風Ｗの風向風速は、試験者が所望する風向風速であり、予め設定される。

そして、この横風試験設備１には、前記ルーバー４から送風された横風Ｗの風向と風速とを計測する風向風速計５が試験路Ｒの近傍に設けられている。この風向風速計５は、試験路Ｒに近接して試験自動車Ｍの走行ラインに近い位置に設けるのが好ましい。

また、この実施の形態では、横風試験設備１の入口付近に試験自動車Ｍの通過を検出する位置検出器６が設けられている。この位置検出器６としては、例えば、光学式センサや画像センサのように、試験路Ｒを走行する試験自動車Ｍが横風試験設備１の横に突入したことを検出できるものであればよい。なお、図では横風試験設備１の試験自動車突入線（横風試験設備１の入口側端部）上に位置検出器６を設けているが、この位置検出器６は、試験自動車Ｍの先端から重心までの距離分上流側の突入地点付近に設けてもよく、横風試験設備１の入口側近傍であればよい。

さらに、この横風試験設備１には、前記送風機２の回転数制御や偏流装置３の角度制御を行うとともに、風向風速計５の検出値からこれら送風機２の回転数と偏流装置３の角度制御を行う制御装置７が設けられている。この図では横風試験設備１に近接して制御装置７が設けられているが、この制御装置７は横風試験設備１から離れた操作室（図示略）等に設けてもよい。

図２に示すように、前記横風試験設備１の風向風速の補正制御としては、予め、風向風速設定器（制御装置７に含まれるため、図示略）に横風試験を行う目標風速８と目標風向９とが設定され、その目標風速８となるように送風機２の回転数に換算１０されるとともに、その目標風向９となるように偏流装置３の角度に換算１１される。この換算されたそれぞれの値は、送風機回転数指令１２として送風機２に出力されるとともに、偏流装置角度指令１３として偏流装置３に出力される。そして、これらの指令によって所定風速で所定風向に送風される横風Ｗは、前記風向風速計５によって実測される。この風向風速計５で実測される横風Ｗは、送風機２による強制風と自然風との合成風が計測され、この風速は測定風速１４としてフィードバック制御され、風向は測定風向１５としてフィードバック制御される。このフィードバック制御された測定風速１４と測定風向１５とは、前記目標風速８と目標風向９と比較部１６，１７で比較され、それぞれが補正される。これらの補正は、前記制御装置７によって行われる。

図３(a) 〜(d) に示すように、このように横風試験設備１で補正された横風Ｗは、横風試験設備１から送風された強制風Ｗ１（太い実線）と、試験路Ｒにおける自然風Ｗ２（細い実線）との合成風Ｗ３（点線）となる。この合成風Ｗ３が前記目標風速８と目標風向９とになるように、前記風向風速計５によって実測された風速と風向とから、この合成風Ｗ３がフィードバック制御される。図示する(a) と(d) 、(b) と(c) とは自然風の影響が対称の例を示しており、このような自然風Ｗ２がある場合は、横風試験設備１から送風される強制風Ｗ１を図示するような対称にすれば、目標とする合成風Ｗ３を同じようにすることができる。

図４は、本発明の第２実施の形態に係る横風試験設備における風向風速の補正制御方式を示すブロック図である。前記したように、この実施の形態の横風試験設備２１の入口付近には、試験路Ｒを試験自動車Ｍが通過して送風帯に差し掛かったことを検出する位置検出器６が設けられている。第２実施の形態の横風試験設備２１は、この位置検出器６を用いて風向風速の補正制御を行っており、横風試験設備２１の前の送風帯を通過する試験自動車Ｍによる空気の乱れの影響で自然風が乱され、この自然風の乱れによって制御性に悪影響を与えるのを避けるようにしている。なお、前記第１実施の形態と同一の構成には同一符号を付して説明する。

図示するように、前記位置検出器６によって検出された試験自動車Ｍの車位置検出２２の信号は、タイマ２３に出力され、このタイマ２３から信号ホールド処理２４，２５へと出力される。

一方、この実施の形態の横風試験設備２１においても、前記第１実施の形態と同様に、予め、横風試験を行う目標風速８と目標風向９とが設定され、その目標風速８となるような送風機２の回転数に換算１０されるとともに、その目標風向９となるような偏流装置３の角度に換算１１される。この換算されたそれぞれの値は、送風機回転数指令１２として送風機２に出力されるとともに、偏流装置角度指令１３として偏流装置３に出力される。これらの指令によって所定風速で所定風向に送風される横風Ｗは、前記風向風速計５によって実測される。この風向風速計５で実測される横風Ｗは、送風機２による強制風と自然風との合成風が計測され、この風速は測定風速１４としてフィードバック制御され、風向は測定風向１５としてフィードバック制御される。このフィードバック制御された測定風速１４と測定風向１５とは、前記目標風速８と目標風向９と比較部１６，１７で比較され、それぞれが補正される。

そして、このフィードバック制御される測定風速１４と測定風向１５との回路に前記信号ホールド処理２４，２５が設けられている。この測定風速１４と測定風向１５との回路に信号ホールド処理２４，２５を設けることにより、車位置検出２２によって試験自動車Ｍが横風試験設備２１の送風帯に差し掛かったことを検出すると、タイマ２３からの信号で所定時間信号ホールド処理２４，２５が行われる。そのため、試験自動車Ｍは、横風試験設備２１の前の送風帯を通過する前に設定された風速と風向とによって試験され、試験自動車Ｍの走行によって乱される空気の影響で自然風が乱されて制御性に悪影響を与えるのを防止することができる。つまり、試験自動車Ｍが送風帯を通過するときには、この試験自動車Ｍが横風試験設備２１の送風帯を通過する前の測定風速・測定風向をホールドして外乱に対して不感にし、自然風の乱れによる制御性への影響をなくしている。したがって、この実施の形態の場合、特に、大型車のように試験自動車Ｍが走行することによって周囲の空気に乱れを生じさせるような場合に有効である。

図５は、本発明の第３実施の形態に係る横風試験設備の平面視の模式図である。図６は、図５に示す横風試験設備における風向風速の補正制御方式による位置換算を説明する平面視の模式図であり、図７は、図６に示す風向風速の補正制御方式を示すブロック図である。なお、この実施の形態でも、前記第１実施の形態と同一の構成には同一符号を付して説明する。

図５に示すように、前記第１，２実施の形態における横風試験設備１，２１は、試験路Ｒに予め設定された走行基準線Ｃ上を走行する試験自動車Ｍに対する横風Ｗを、試験路Ｒの近傍に設けた風向風速計５で計測した風向風速信号によって補正している。しかし、所定の開口から送風された風は徐々に減衰するので、試験路Ｒの走行基準線Ｃ上を走行する試験自動車Ｍに対して、正確な目標風速と目標風向とで横風Ｗを送風しているとは限らない。

そこで、図６に示すように、この実施の形態の横風試験設備３１では、走行基準線Ｃ上の仮想位置３２における風向風速を、風向風速計５の位置における風向風速に換算することで、風向風速計５の位置と異なる位置における風向風速制御を可能としている。この図において、仮想位置３２と風向風速計５とからの風向の延長線上における横風試験設備３１の吹出口３３を基準点（ｘ₁₀，ｙ₁₀）、（ｘ₂₀，ｙ₂₀）とし、基準点（ｘ₁₀，ｙ₁₀）から風向風速計５が設けられた位置（ｘ₁，ｙ₁）までの距離をｌ₁ とし、基準点（ｘ₂₀，ｙ₂₀）から走行基準線Ｃ上の風向風速調整位置である仮想位置３２（ｘ₂，ｙ₂）までの距離をｌ₂ として、補正する場合を説明する。

前記送風機２から送風される横風Ｗは噴流となるため、吹出口３３から離れると減衰する。この横風Ｗは水平方向に広がる二次元の自由噴流と考えられ、二次元自由噴流の最大速度としては、機械工学便覧に下記［数１］が示されている。この式において、ｕ_０；出口風速、ｕ_ｍ；所望位置の最大風速、λ；実験的に求める係数、ｄ；管径、ｌ；距離、である。

そして、この［数１］の式における風速ｕｍを所望の位置における風速とし、この［数１］の式と距離の式である下記［数２］の式とによって、走行基準線Ｃ上の風向風速調整位置（ｘ₂，ｙ₂）において所望の風速ｕ_２を得るための前記風向風速計５の位置（ｘ₁，ｙ₁）における風速ｕ_１を、下記［数３］の式によって求める。［数２］の式における「ｌ」は「ｌ₁」「ｌ₂」、「ｘ²＋ｙ²」は「ｘ₁ ²＋ｙ₁ ²」「ｘ₂ ²＋ｙ₂ ²」とする。

但し、実際には、理論通りの理想的な自由噴流とならないので、距離ｌの関数を、下記［数４］の式によって、走行基準線Ｃ上の風向風速調整位置（ｘ₂，ｙ₂）と基準点（ｘ₂₀，ｙ₂₀）との間の複数点で実測した実測値から作成してもよい。

このような第３実施の形態の横風試験設備３１によれば、予め、試験自動車Ｍの走行基準線Ｃ上における風向風速調整位置（ｘ₂，ｙ₂）と、風向風速計５の位置（ｘ₁，ｙ₁）と、横風試験設備３１の吹出口３３である基準点（ｘ₁₀，ｙ₁₀）、（ｘ₂₀，ｙ₂₀）とから、風向風速位置換算値が求められる。

図７に示すように、この求められた風向風速位置換算値は、風向風速補正器たる風向風速位置換算３４によって、予め設定された仮想位置３２において風向風速調整位置での目標風速３８が得られるような風速に換算される。つまり、この風向風速位置換算３４によって、横風試験設備３１から離れた位置にある走行基準線Ｃ上の風向風速調整位置（ｘ₂，ｙ₂）において、前記予め設定された風向風速調整位置での目標風速３８が得られるような風速に換算される。また、この風向風速位置換算３４には、風向風速調整位置での目標風向３９も入力され、風向データも考慮された風速が決定される。

そして、この風向風速位置換算３４によって換算された目標風速３８となるように送風機２の回転数に換算１０されるとともに、風向風速調整位置での目標風向３９となるような偏流装置３の角度に換算１１される。この換算されたそれぞれの値は、送風機回転数指令１２として送風機２に出力されるとともに、偏流装置角度指令１３として偏流装置３に出力される。これらの指令によって所定風速で所定風向に送風される横風Ｗは、前記風向風速計５によって実測される。この風向風速計５で実測される横風Ｗは、送風機２による強制風と自然風との合成風が計測され、この風速は測定風速１４としてフィードバック制御され、風向は測定風向１５としてフィードバック制御される。このフィードバック制御された測定風速１４と測定風向１５とは、前記風向風速位置換算３４で換算された目標風速３８と、風向風速調整位置での目標風向３９と比較部１６，１７で比較され、それぞれが補正される。

なお、前記いずれの実施の形態も、送風機２の回転数制御によって風速を可変にする風速可変機構を例に説明したが、送風機２の吸込側に絞りを設け、この絞りを制御することによって風速を可変にしてもよく、また、送風機２に可変ピッチの羽根を設け、この羽根のピッチを変更することにより風速を可変にするように構成してもよく、風速を可変にする機構は前記実施の形態に限定されるものではない。さらに、前記いずれの実施の形態も、送風機２のルーバー４によって風向を可変にする風向可変機構を例に説明したが、送風機２からの風向を変更できる構成であればよく、前記実施の形態に限定されるものではない。

また、前述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではない。

本発明に係る横風試験設備は、試験自動車に対しより安定した横風試験を行う場合に有用である。

本発明の第１実施の形態に係る横風試験設備の平面視の模式図である。図１に示す横風試験設備における風向風速の補正制御方式を示すブロック図である。 (a) 〜(d) は、図１に示す横風試験設備における風向風速の補正原理の説明図である。本発明の第２実施の形態に係る横風試験設備における風向風速の補正制御方式を示すブロック図である。本発明の第３実施の形態に係る横風試験設備の平面視の模式図である。図５に示す横風試験設備における風向風速の補正制御方式による位置換算を説明する平面視の模式図である。図６に示す風向風速の補正制御方式を示すブロック図である。

符号の説明

１…横風試験設備
２…送風機
３…偏流装置
４…ルーバー
５…風向風速計
６…位置検出器
７…制御装置
８…目標風速
９…目標風向
１０…送風機回転数換算
１１…偏流装置角度換算
１２…送風機回転数指令
１３…偏流装置角度指令
１４…測定風速
１５…測定風向
１６，１７…比較部
２１…横風試験設備
２２…車位置検出
２３…タイマ
２４，２５…信号ホールド処理
３１…横風試験設備
３２…仮想位置
３３…吹出口
３４…風向風速位置換算
３８…風向風速調整位置での目標風速
３９…風向風速調整位置での目標風向
Ｍ…試験自動車
Ｒ…試験路
Ｃ…走行基準線
Ｗ…横風
Ｗ１…強制風
Ｗ２…自然風
Ｗ３…合成風

Claims

吹出口の風向きを偏流する偏流装置を備えた送風機を試験路に設け、該送風機で走行する試験自動車に対して横風を送風し、該試験自動車の横風安定性を試験する横風試験設備において、
前記送風機で横風を送風する送風帯において試験路の近傍で風向風速を計測する風向風速計と、前記送風機の風向風速を設定する風向風速設定器と、前記送風機の風速を可変にする風速可変機構と、前記送風機の風向を可変にする風向可変機構と、前記風向風速計で計測した風向風速信号が前記風向風速測定器で設定した風向風速と一致するように前記風速可変機構と風向可変機構とを制御する制御装置と、前記試験自動車が送風帯に入ったことを検出する位置検出器とを設け、
前記位置検出器の検出信号に基いて、前記制御装置による前記風向風速計の風向風速信号と前記風向風速測定器で設定した風向風速とを一致させる制御を制限する機能を前記制御装置に備えさせたことを特徴とする横風試験設備。
前記試験自動車が走行する試験路の走行基準線上における仮想位置の風向風速を設定する機能を前記風向風速設定器に備えさせ、該風向風速設定器で設定した風向風速を前記風向風速計の位置での風向風速指令に変換する風向風速補正器を備えさせた請求項１に記載の横風試験設備。