JP4833092B2 - トルク測定装置および回転中心測定装置 - Google Patents

Description

自動車の前輪の向きを変えるときのフリクショントルクを測定するトルク測定装置、および自動車の前輪の向きを変えるときの前輪の回転中心を測定する回転中心測定装置に関する。

自動車には操舵用のハンドルが在り、運転者によってそのハンドルが操作されることにより道路の軌跡に応じて自在に自動車の進行方向が変更される。周知の通りハンドルが操作されたときにはハンドルの操作に応じて前輪の向きが変更されて進行方向が変更される。このため自動車の内部のハンドルと前輪とを繋ぐ経路には、ハンドル操作に連動して前輪の向きを変更するための伝達機構が設けられている。この伝達機構は、主にギア類等の連結部品で構成されているため、その伝達機構が持つフリクション等に対抗する操作トルクでハンドルを操作しない限り車輪の向きを変更することができない。このフリクションが大きくなればなるほど、大きな操作トルクが必要になってハンドル操作が行ない難くなる。

そこで最近の自動車には、この伝達機構中にパワーステアリング装置を設けてそのパワーステアリング装置によって操作トルクを軽減することで運転者に対して操作のし易さを提供している（例えば特許文献１、２参照）。

ところで、自動車のステアリング系（ハンドル−車輪）のフリクショントルクやヒステリシス特性（左右操作の差）は、車両の操縦性、ハンドルの操作感覚に大きく影響するので、車体毎のバラツキ、車種毎の傾向（味付けの意味合い）等の管理を行なう上においても正確に測定しておく必要がある。

図１は、フリクショントルクを測定するための測定装置の構成と測定の結果を示す図である。図１（ａ）には、測定装置の構成が示されており、図１（ｂ）には、その測定により測定された、操舵角ごとのフリクショントルクが左右操作の差に応じてヒステリシス特性の形で示されている。

図１（ａ）を参照してまず測定装置の構成を説明する。

図１（ａ）の下方に示す様に自動車１の前輪１０が回転台３０に載せられている。

図１（ａ）の上方に示す様に、回転台３０からは一端が回転台に固定されたアーム３１が引き出され引き出されたアーム３１の他端部にはアーム３１の延びている方向と直交する方向に操作棒３２が設けられている。この操作棒３２を手動で押したり引いたりすることでアーム３１の一端が固定された回転台３０を回転させることができる。

この操作棒３２の、手動操作側の端部には、この操作棒３２を押したり引いたりして回転台３０を回転させているときの力を測定するための荷重計３３が設けられており、また回転台３０を回転させているときの回転角度を測定することができるように回転台３０の中心には角度検出器３４が設けられている。

このため、操作棒３２の荷重計３３側を手で押したり引いたりして回転台３０上の前輪１０を回転させているときには、回転させるのに必要な力が荷重計３３で測定され、さらに操作棒を押したり引いたりして回転台３０を回転させているときの回転台の回転角度が前輪１０の回転角度として角度検出器３４で測定される。図１（ａ）に示すアーム３１の長さは既知の値であるので、上記荷重計で測定された力と角度検出器３４で検出された回転角度θｔとに基づいて回転角度ごとにフリクショントルクＴｔが求められる。そうすると、図１（ｂ）に示す様に回転操作の方向に応じた回転角度ごとのフリクショントルクの軌跡がヒステリシス特性の形で求められる。この図１（ｂ）には、横軸を回転台の回転角度θｔとし、縦軸を演算により求めたフリクショントルクＴｔとして、左右操作の差に応じてそのフリクショントルクがどのように変化するかがヒステリシス特性の形で示されている。

しかし、図１（ａ）の構成からも分かる様に、車輪１０の回転中心Ｏと回転台３０の回転中心（角度検出器３４があるところ）とは異なるので、前輪１０を回転台３０に固定して回転台３０とともに回転させているときの回転台の回転角度と荷重計３３で測定された力とでフリクショントルクを求めたのでは、自動車が備えるステアリング系の伝達機構が持つフリクショントルクを正確に求めることはできない。

これを改善するためには回転角度が回転台の回転中心ではなく前輪の回転中心となるように浮上台の上に前輪１０を載せて浮上台を移動させながら車輪を回転させれば良いが、車輪を浮上台ごと回転させているときにはステアリング系の伝達機構の拘束により前輪の回転に応じて浮上台が移動してしまうため車輪の回転中心を特定するのが難しくなる。この前輪の回転角度が求まらないとフリクショントルクを正確に求めることができない。
特開平５−２２９４３９号公報 特開２００３−８１１１９号公報

本発明は、上記事情に鑑みて、フリクショントルクを正確に測定することができるトルク測定装置、また前輪の回転中心を正確に測定することができる回転中心測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のトルク測定装置は、自動車の前輪の向きを変えるときのフリクショントルクを測定するトルク測定装置において、
自動車の前輪を載せて浮上する浮上台と、
上記浮上台を回転させるアクチュエータと、
上記アクチュエータに固定された、その浮上台を回転させたときの反力を測定するロードセルと、
上記浮上台を回転させることによる上記アクチュエータの幾何学的要素と、上記ロードセルで測定された力とに基づいて当該自動車の前輪の向きを変えたときのフリクショントルクを求める演算部とを備えたことを特徴とする。

上記本発明のトルク測定装置によれば、上記アクチュエータが、浮上している浮上台を移動させながら回転させることにより前輪を回転させることになるので、浮上台側の回転には全くとらわれずに当該自動車が備えるステアリング系の伝達機構の拘束の下に前輪を、その前輪の回転中心を中心に滑らかに回転させることができるようになる。

このため、上記演算部は、上記浮上台を回転させることによる上記アクチュエータの幾何学的要素と上記ロードセルで測定された反力とに基づいて当該自動車の前輪の向きを変えたときのフリクショントルクを正確に求めることができる。

すなわち、本発明のトルク測定装置によっては、当該自動車が備えるステアリング系の伝達機構に拘束された状態にある前輪をステアリング系の回転中心を中心に上記アクチュエータにより回転させることでフリクショントルクの測定が正確に行なわれる。

ここで、上記アクチュエータは、
基体と、
上記基体に後端部が回転自在に軸支されて長さが伸縮する伸縮ロッドと、
上記伸縮ロッドの前端部に後端部が回転自在に軸支され前端部が上記浮上台に固定されたアームと、
上記基体に対する上記伸縮ロッドの回転中心に配備された、その伸縮ロッドのその基体に対する回転角度を検出する第１のエンコーダと、
上記伸縮ロッドに対する上記アームの回転中心に配備された、そのアームのその伸縮ロッドに対する回転角度を検出する第２のエンコーダとを備えたものであり、
上記ロードセルが、上記伸縮ロッドに固定されその伸縮ロッドが受ける反力を測定するものであることが好ましい。

そうすると、上記幾何学的要素を、上記伸縮ロッドの初期の長さと伸縮後の長さと、上記第１のエンコーダにより検出される伸縮ロッドの上記基体に対する回転角度と、上記第２のエンコーダにより検出される上記アームの、上記伸縮ロッドに対する回転角度で構成してそれらの幾何学的要素と上記ロードセルによって測定された反力とに基づいてフリクショントルクを正確に求めることができる。

つまり上記演算部は、
上記第１のエンコーダにより測定された、初期状態からの前記伸縮ロッドの回転角度をθ１、
上記第２のエンコーダにより測定された、初期状態からの前記アームの回転角度をθ２、
上記伸縮ロッドの初期状態の長さをＬ１、
上記伸縮ロッドの伸張後の長さをＬ２、
上記ロードセルにより測定された反力をＦａとしたとき、
上記自動車の前輪の向きを変えたときのフリクションをＴｔを
Ｔｔ＝Ｌｔ×Ｆａｃｏｓ（θ２）
ただし、Ｌｔは前記アームの回転中心と前輪の回転中心との間の距離であって、Ｌｔ＝√{Ｌ１^２＋Ｌ２^２−２Ｌ１Ｌ２ｃｏｓ（θ１）
／２（１−ｃｏｓ（θ２−θ１））}
である。

に従って正確に求めることができる。

また、上記目的を達成する本発明の回転中心測定装置は、自動車の前輪の向きを変えるときのその前輪の回転中心を測定する回転中心測定装置において、
自動車の前輪を載せて浮上する浮上台と、
上記浮上台を回転させるアクチュエータと、
上記浮上台を回転させることによる上記アクチュエータの幾何学的要素に基づいて当該自動車の前輪の向きを変えたときの回転中心を求める演算部とを備えたことを特徴とする。

上記本発明の回転中心測定装置によれば、上記アクチュエータは、浮上している浮上台を回転させることにより前輪を回転させることになるので、浮上台の回転には全くとらわれずに当該自動車が備えるステアリング系の伝達機構の拘束の下に前輪を、その前輪の回転中心を中心に滑らかに回転させることができる。

このため上記演算部は、上記浮上台を回転させることによる上記アクチュエータの幾何学的要素に基づいて当該自動車の前輪の向きを変えたときの前輪の回転中心を正確に求めることができるようになる。

すなわち、本発明の回転中心測定装置によっては、当該自動車が備えるステアリング系の伝達機構に拘束された状態にある前輪の回転中心の測定が正確に行なわれる。

ここで、上記アクチュエータは、
基体と、
上記基体に後端部が回転自在に軸支されて長さが伸縮する伸縮ロッドと、
上記伸縮ロッドの前端部に後端部が回転自在に軸支され前端部が上記浮上台に固定されたアームと、
上記基体に対する上記伸縮ロッドの回転中心に配備された、その伸縮ロッドのその基体に対する回転角度を検出する第１のエンコーダと、
上記伸縮ロッドに対する上記アームの回転中心に配備された、そのアームのその伸縮ロッドに対する回転角度を検出する第２のエンコーダとを備えたものであることが好ましい。

そうすると、上記幾何学的要素を、上記伸縮ロッドの伸縮した前の初期の長さと伸縮後の長さと、上記第１のエンコーダにより検出される伸縮ロッドの上記基体に対する回転角度と、上記第２のエンコーダにより検出される上記アームの、上記伸縮ロッドに対する回転角度とで構成してそれらの幾何学的要素に基づいて回転中心を正確に算出することができる。

つまり上記演算部は、
上記第１のエンコーダにより測定された、初期状態の前記伸縮ロッドの回転角度をθ１０、
上記第１のエンコーダにより測定された、上記伸縮ロッドを伸縮させた後の上記アームの回転角度をθ１１、
上記第２のエンコーダにより測定された、初期状態の上記伸縮ロッドの回転角度をθ２０、
上記第２のエンコーダにより測定された、上記伸縮ロッドを伸縮させた後の上記アームの回転角度をθ２１、
上記伸縮ロッドの初期状態の長さをＬ１、
上記伸縮ロッドの伸張後の長さをＬ２、
初期状態における、上記アームの回転中心と前記浮上台の中心との間の距離をＬｔ０としたとき、
上記自動車の前輪の向きを変えたときの前輪の回転中心（ｘｔ，ｙｔ）を
ｘｔ＝Ｌ２ｃｏｓ（θ１１）＋Ｌｔｃｏｓ（θ２１）―ｘｔ０
ｙｔ＝Ｌ２ｓｉｎ（θ１１）＋Ｌｔｓｉｎ（θ２１）―ｙｔ０

但し、Ｌｔは、上記伸縮ロッドを伸縮させた後の回転半径であって、
Ｌｔ＝√{Ｌ１ ^２ ＋Ｌ２ ^２ −２Ｌ１Ｌ２ｃｏｓ（θ１）
／２（１−ｃｏｓ（θ２−θ１））}
で求められる値、
（ｘｔ０、ｙｔ０）は、上記浮上台の中心座標であって、
ｘｔ０＝Ｌ１ｃｏｓ（θ１０）＋Ｌｔ０ｃｏｓ（θ２０）
ｙｔ０＝Ｌ１ｓｉｎ（θ１０）＋Ｌｔ０ｓｉｎ（θ２０）
である。

に従って正確に求めることができる。

以上、説明したように、本発明によれば、フリクショントルクを正確に測定することができる測定装置が実現する。また前輪の回転中心を正確に測定することができる測定装置が実現する。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図２、図３、図４は、本発明のトルク測定装置の構成を示す図である。

図２には、図３に示す測定装置２で行われる測定が、自動車１の左右の前輪１０Ｌ，１０Ｒ双方で行なわれることを示すために、自動車１が浮上台２０に載せられた後の状態を上方から見た図が示されている。このため、図２にはトルク測定装置２が備えるアクチュエータ２０のみが示されている。

また、図３には、右側の前輪１０ＲのフリクショントルクＴｔを測定する測定装置２の構成が示されている。なお、左側の前輪１０Ｌについても同様の測定が行なわれる。さらに、図４には、本発明のトルク測定装置が備える制御ラックの外観が示されている。

図３を参照してトルク測定装置２の構成を説明する。

図３に示すトルク測定装置２は、自動車の前輪の向きを変えるときのフリクショントルクを測定するトルク測定装置２であって、自動車１０の前輪１０Ｒを載せて浮上する浮上台２００と、その浮上台２００を回転させるアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０に固定された、浮上台２００を回転させたときの反力を測定するロードセル２１０と、浮上台２００を回転させることによるアクチュエータ２０の幾何学的要素と、ロードセル２１０で測定された力とに基づいて当該自動車１（図２参照）の前輪１０Ｒの向きを変えたときのフリクショントルクＴｔを求めるためのパーソナルコンピュータ（以降ＰＣという）２２０とを備えている。

アクチュエータ２０には、基体２１と、基体２１に後端部が回転自在に軸支されて長さが伸縮する伸縮ロッド２２と、伸縮ロッド２２の前端部に後端部が回転自在に軸支され前端部が浮上台２００に固定されたアーム２３と、基体２１に対する伸縮ロッド２２の回転中心に配備された、伸縮ロッド２２の基体２１に対する回転角度を検出する第１のエンコーダＥＮＣ１と、伸縮ロッド２２に対するアーム２３の回転中心に配備された、アーム２３の伸縮ロッド２２に対する回転角度を検出する第２のエンコーダＥＮＣ２とが備えられている。この図３に示すロードセル２１０は、伸縮ロッド２２に固定されて伸縮ロッド２２が受ける反力を測定するものである。

また、ＰＣ２２０は、本発明にいう演算部であって、第１のエンコーダＥＮＣ１により測定された、初期状態からの伸縮ロッド２２の回転角度をθ１、第２のエンコーダにより測定された、初期状態からのアーム２３の回転角度をθ２、伸縮ロッド２２の初期状態の長さをＬ１、伸縮ロッド２２の伸縮後の長さをＬ２、ロードセル２１０により測定された反力をＦａとしたとき、自動車１の前輪の向きを変えたときのフリクショントルクＴｔを
Ｔｔ＝Ｌｔ×Ｆａｃｏｓ（θ２） 式１
ただし、Ｌｔはアーム２３の回転中心と前輪１０Ｒの回転中心との間の距離であって、Ｌｔ＝√{Ｌ１^２＋Ｌ２^２−２Ｌ１Ｌ２ｃｏｓ（θ１）
／２（１−ｃｏｓ（θ２−θ１））}
である。
に従って求めるものである。

この例では、ＰＣ２２０のＩＳＡ（又はＰＣＩ）スロットにカウンタボード２２１、入力用Ａ／Ｄボード２２２、ＤＯボード２２３を挿入して、ＰＣ２２０が、内部の測定プログラムにしたがってＤＯボード２２３を通してアクチュエータコントローラ２４内に長さおよび伸縮の方向を表すデータをセットしてアクチュエータ２０の基体２１内の不図示のステッピングモータにＲＳ２３２ポートを通して駆動信号を供給することによって伸縮ロッド２２を伸縮させながら、ロードセル２１０の出力信号をストレインアンプ２５を通して入力用Ａ／Ｄボード２２２で受け取るとともに２つのエンコーダＥＮＣ１，ＥＮＣ２の出力信号をエンコーダ電源２６を通してカウンタボード２２１で受けとって操舵角θｔごとにフリクショントルクＴｔの演算を行なっている。

図２の例においては、ＰＣ２２０がエンコーダＥＮＣ１，ＥＮＣ２やロードセル２１０の検出信号を受けてフリクショントルクＴｔの算出を行なうにあたっては信号が正確であることが要求されるので、ロードセル２１０の出力段にストレインアンプ２５を設けるとともに２つのエンコーダＥＮＣ１，ＥＮＣ２用にエンコーダ電源２６を設けて、ロードセル２１０やエンコーダＥＮＣ１，ＥＮＣ２により検出された信号をより正確にＰＣ２２０に伝達することができるような工夫が凝らされている。

図４には、制御ラック２Ａ内に収容されたトルク測定装置２の外観が示されている。

図４に示す様に上部にＰＣ２２０が配備されている。その下方にはＰＣ２２０が備える表示装置の表示画面とともにトルク測定装置が作動しているかどうかを操作者に伝えるための表示灯や非常停止スイッチなどが搭載されたインターフェースユニット２２０Ｕが配備されている。

さらにその下方には、ストレインアンプ２５やエンコーダ電源２６などが搭載されたインターフェースユニット２２０Ｓが配備されている。図２に示すアクチュエータ２０が、インターフェースユニット２２０Ｓ内のストレインアンプ２５やエンコーダ電源２６、さらにアクチュエータコントロールユニット２４に接続され、制御ラック２Ａの背面側でそのインターフェースユニット２２０ＳとＰＣ２２０のスロット内の各ユニット２２１〜２２３の配線が行なわれている。なお最下段にはブレーカなどの電源ユニット２２０Ｐが配備されている。

ここで、図３、図４に示すトルク測定装置２が備えるＰＣ２００が、フリクショントルクＴｔを求めるにあたってアクチュエータ２０の幾何学的要素をどのように扱っているかを説明する。

図５は、本発明にいうアクチュエータ２０の幾何学的要素を説明する図である。

上述した様に、アクチュエータ２０は、基体２１と基体２１に後端部が回転自在に軸支されて長さが伸縮する伸縮ロッド２２とその伸縮ロッド２２の前端部に後端部が回転自在に軸支され前端部が浮上台２００に固定されたアーム２３と基体２１に対する伸縮ロッド２２の回転中心に配備された、その伸縮ロッド２２のその基体２１に対する回転角度を検出する第１のエンコーダＥＮＣ１と、伸縮ロッド２２に対する上記アーム２３の回転中心に配備された、そのアーム２３のその伸縮ロッド２２に対する回転角度を検出する第２のエンコーダＥＮＣ２とを備えている。

ＰＣ２２０は、第１のエンコーダＥＮＣ１により測定された、初期状態からの伸縮ロッド２２の回転角度をθ１、第２のエンコーダＥＮＣ２により測定された、初期状態からのアーム２３の回転角度をθ２、伸縮ロッド２２の初期状態の長さをＬ１、伸縮ロッド２２の伸縮後の長さをＬ２、ロードセル２１０により測定された反力をＦａとしたときに、自動車１の前輪１０Ｒ又は１０Ｌの向きを変えたときのフリクショントルクＴｔを
Ｔｔ＝Ｌｔ×Ｆａｃｏｓ（θ２） 式１
ただし、Ｌｔはアーム２３の回転中心と前輪１０の回転中心との間の距離であって、Ｌｔ＝√{Ｌ１^２＋Ｌ２^２−２Ｌ１Ｌ２ｃｏｓ（θ１）
／２（１−ｃｏｓ（θ２−θ１））} 式２
で求めている。

図４からも分かる様に、初期状態においては基体２１は傾かずにアーム２３と伸縮ロッド２２との間の角度がほぼ直角に保たれている。この状態を認識しているＰＣ２２０は、アクチュエータコントローラ２４に指示を与えて伸縮ロッド２２を伸長させることによりアーム２とともに浮上台２００を回転させて前輪１０Ｒをステアリング系の伝達機構の拘束の下に回転させる。ＰＣ２２０は、アクチュエータコントローラ２４に指示を与えて伸縮ロッド２２を伸長させているときに所定の間隔ごとに各エンコーダＥＮＣ１，ＥＮＣ２からの回転角度を取得するとともにロードセル２１０から反力の測定値を取得して幾何学計算を実行する。

ＰＣ２２０が伸縮ロッド２２を伸長させているときには補助的に基体２１も回転させないと、前輪とともに伸縮ロッド２２の先端部（エンコーダＥＮＣ２が設けられている部分）をステアリング系の伝達機構の拘束の下に回転させることができないので、ＰＣ２２０は２つのエンコーダＥＮＣ１，ＥＮＣ２からの角度信号を受けてそれらの差を取って前輪の回転角度を算出する構成にしている。

つまり、ステアリング機構側の伝達機構の拘束下における前輪の回転角度は、ロッド先端部のエンコーダＥＮＣ１が検出した回転角度θ２から基体２１の回転中心にあるエンコーダＥＮＣ２で検出された回転角度θ１を差し引いた角度になる。

さらに、ＰＣ２２０は、この回転角度とアクチュエータコントローラ２４内のステッピングモータのステップパルス数に応じた伸縮ロッド２２の長さと、さらに幾何学的要を考える上においては有名な余弦定理とを用いて回転半径Ｌｔを算出して、ロードセル２１０で測定した力を使ってフリクショントルクＴｔを式１で求めている。

ここで、式１についてはフリクショントルクＴｔを求めるときの力Ｆａが、前輪の回転中心を中心とする円の接線成分になることから考えても容易に理解されるので、式２の導出方法を簡単に説明しておく。

まず、第２のエンコーダＥＮＣ２が設けられている伸縮ロッド２２の先端部が前輪の回転中心を中心にして回転するので、伸縮ロッド２２の初期位置と伸縮ロッド２２の移動後の位置との間の移動距離をＸとしてＸを余弦定理を用いて算出する。

そうすると、Ｘ＝Ｌ１^２＋Ｌ２^２―２Ｌ１Ｌ２ｃｏｓθ１ 式３
となる。

また回転半径をＬｔとして２等辺三角形側に余弦定理を適用すると、
Ｘ＝２Ｌｔ^２―２Ｌｔ^２ｃｏｓ（θ２−θ１） 式４
となる。

ここで、式３と式４とを等しいとおくと式２が得られる。

本発明のトルク測定装置２が備えるＰＣ２２０は、式２を使って回転半径Ｌｔを求めた後、式１を使ってフリクショントルクＴｔを求めているのである。

こうしてＰＣ２２０によってアクチュエータ２０の幾何学的要素とロードセル２１０で測定した反力との双方に基づいて正確にフリクショントルクＴｔが算出される。

以上説明した様に、フリクショントルクを正確に測定することができるトルク測定装置が実現する。

次に回転中心を求める回転中心測定装置を説明する。

図６は、回転中心測定装置の構成を示す図である。

図６に示す回転中心測定装置２Ｒの構成は、図３に示すロードセル２１０とストレインアンプ２５とＡ／Ｄユニット２２１が省略され、ＰＣ２２０Ｒ内のプログラムが回転中心算出用のプログラムに変更された以外は図３の構成と同じである。

つまり、フリクショントルクを求める必要がないので、ロードセルとストレインアンプが省かれアクチュエータ２０の幾何学的要素のみに基づいて回転中心の演算が行なわれる。

図７は、ＰＣ２２０が前輪の回転中心を求めるときに用いられるアクチュエータ２０の幾何学的要素を説明する図である。

回転中心測定装置２が備える演算手段の一例に相当するＰＣ２２０は、第１のエンコーダＥＮＣ１により測定された、初期状態の伸縮ロッドの回転角度をθ１０、第２のエンコーダＥＮＣ２により測定された、伸縮ロッド２２を伸縮させた後のアーム２３の回転角度をθ１１、第２のエンコーダにより測定された、初期状態の伸縮ロッドの回転角度をθ２０、第２のエンコーダにより測定された、伸縮ロッドを伸縮させた後のアームの回転角度をθ２１、伸縮ロッドの初期状態の長さをＬ１、伸縮ロッドの伸縮後の長さをＬ２、初期状態における、アームの回転中心と浮上台の中心との間の距離をＬｔ０としたとき、自動車の前輪の向きを変えたときの前輪の回転中心（ｘｔ，ｙｔ）を
ｘｔ＝Ｌ２ｃｏｓ（θ１１）＋Ｌｔｃｏｓ（θ２１）―ｘｔ０
ｙｔ＝Ｌ２ｓｉｎ（θ１１）＋Ｌｔｓｉｎ（θ２１）―ｙｔ０ 式５
但し、Ｌｔは、前記伸縮ロッドを伸縮させた後の回転半径であって、
Ｌｔ＝√{Ｌ１^２＋Ｌ２^２−２Ｌ１Ｌ２ｃｏｓ（θ１）
／２（１−ｃｏｓ（θ２−θ１））}
で求められる値、
（ｘｔ０、ｙｔ０）は、浮上台の中心座標であって、
ｘｔ０＝Ｌ１ｃｏｓ（θ１０）＋Ｌｔ０ｃｏｓ（θ２０）
ｙｔ０＝Ｌ１ｓｉｎ（θ１０）＋Ｌｔ０ｓｉｎ（θ２０）
である。

で求めている。

ここで、上式のままであると少々分かり難いので数値を代入して具体的に座標を示して説明する。

例えばアクチュエータ２０の初期角度θ１０を０°、アームの初期角度θ２０を９０°として、
ｘｔ０＝Ｌ１ ｙｔ０＝Ｌｔ０ 式６
とする。

一方、伸縮ロッド２２が伸びてアクチュエータ２０の先端がステアリング機構側の拘束の下における前輪の回転中心の座標（図中×印で示してある）は、伸縮ロッド２２の回転角度θ１１とアーム２３の回転角度θ２１に応じて
ｘｔ＝Ｌ２ｃｏｓ（θ１１）＋Ｌｔｃｏｓ（θ２１） 式７
ｙｔ＝Ｌ２ｓｉｎ（θ１１）＋Ｌｔｓｉｎ（θ２１）
と求められる。

θ２１は鈍角であるので、
ｘｔ＝Ｌ２ｃｏｓ（θ１１）−Ｌｔｃｏｓ（θ２１） 式８
ｙｔ＝Ｌ２ｓｉｎ（θ１１）＋Ｌｔｓｉｎ（θ２１）
となる。

そうすると、移動量は、式８のＸ座標、Ｙ座標から式６のＸ座標、Ｙ座標を引いた式で簡単に求められる。

この様に前輪の回転中心の移動量を求めることができると、前輪１０Ｒの回転状態を解析的に把握することができる。

以上説明した様に、前輪の回転中心を正確に測定することができる測定装置が実現する。

なお、上記実施形態では、トルク測定装置と回転中心測定装置とを別々に説明したが、図３の構成においてＰＣ２２０内に、フリクショントルクの演算プログラムに加えて図７で説明した回転中心の演算を実行するプログラムを付加しておけば、フリクショントルクの測定と回転中心の測定との双方を同時に行なうことができる測定装置にすることができる。

フリクショントルクを測定するための測定装置の構成と測定の結果を示す図である。 本発明のトルク測定装置の構成を示す図である。 本発明のトルク測定装置の構成を示す図である。 制御ラック２Ａ内に収容された測定装置２の外観を示す図である。 本発明にいうアクチュエータの幾何学的要素を説明する図である。 回転中心測定装置の構成を示す図である。 本発明の回転中心測定装置が備えるＰＣ２２０が前輪の回転中心を求めるのに用いるアクチュエータ２０の幾何学的要素を説明する図である。

符号の説明

１ 自動車
１０Ｌ １０Ｒ 前輪
２ トルク測定装置
２Ｒ 回転中心測定装置
２０ アクチュエータ
２１ 基体
２２ 伸縮ロッド
２３ アーム
ＥＮＣ１ ＥＮＣ２ エンコーダ
２１０ 荷重計
２２０ ＰＣ
２２１ カウンタユニット
２２２ 入力用Ａ／Ｄユニット
２２３ ＤＯユニット

Claims (5)

1. 自動車の前輪の向きを変えるときのフリクショントルクを測定するトルク測定装置において、
   自動車の前輪を載せて浮上する浮上台と、
   前記浮上台を回転させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータに固定された、前記浮上台を回転させたときの反力を測定するロードセルと、
   前記浮上台を回転させることによる前記アクチュエータの幾何学的要素と、前記ロードセルで測定された力とに基づいて当該自動車の前輪の向きを変えたときのフリクショントルクを求める演算部とを備え、
   前記アクチュエータは、
   基体と、
   前記基体に後端部が回転自在に軸支されて長さが伸縮する伸縮ロッドと、
   前記伸縮ロッドの前端部に後端部が回転自在に軸支され前端部が前記浮上台に固定されたアームと、
   前記基体に対する前記伸縮ロッドの回転中心に配備された、該伸縮ロッドの該基体に対する回転角度を検出する第１のエンコーダと、
   前記伸縮ロッドに対する前記アームの回転中心に配備された、該アームの該伸縮ロッドに対する回転角度を検出する第２のエンコーダとを備えたものであり、
   前記ロードセルが、前記伸縮ロッドに固定されて該伸縮ロッドが受ける反力を測定するものであることを特徴とするトルク測定装置。
2. 前記演算部は、
   前記第１のエンコーダにより測定された、初期状態からの前記伸縮ロッドの回転角度をθ１、
   前記第２のエンコーダにより測定された、初期状態からの前記アームの回転角度をθ２、
   前記伸縮ロッドの初期状態の長さをＬ１、
   前記伸縮ロッドの伸縮後の長さをＬ２、
   前記ロードセルにより測定された反力をＦａとしたとき、
   前記自動車の前輪の向きを変えたときのフリクショントルクＴｔを
   Ｔｔ＝Ｌｔ×Ｆａｃｏｓ（θ２）
   ただし、Ｌｔは前記アームの回転中心と前輪の回転中心との間の距離であって、
   Ｌｔ＝√{Ｌ１ ^２ ＋Ｌ２ ^２ −２Ｌ１Ｌ２ｃｏｓ（θ１）
   ／２（１−ｃｏｓ（θ２−θ１））}
   である。
   に従って求めるものであることを特徴とする請求項１記載のトルク測定装置。
3. 自動車の前輪の向きを変えるときの該前輪の回転中心を測定する回転中心測定装置において、
   自動車の前輪を載せて浮上する浮上台と、
   前記浮上台を回転させるアクチュエータと、
   前記浮上台を回転させることによる前記アクチュエータの幾何学的要素に基づいて当該自動車の前輪の向きを変えたときの該前輪の回転中心を求める演算部とを備えたことを特徴とする回転中心測定装置。
4. 前記アクチュエータは、
   基体と、
   前記基体に後端部が回転自在に軸支されて長さが伸縮する伸縮ロッドと、
   前記伸縮ロッドの前端部に後端部が回転自在に軸支され前端部が前記浮上台に固定されたアームと、
   前記基体に対する前記伸縮ロッドの回転中心に配備された、該伸縮ロッドの該基体に対する回転角度を検出する第１のエンコーダと、
   前記伸縮ロッドに対する前記アームの回転中心に配備された、該アームの該伸縮ロッドに対する回転角度を検出する第２のエンコーダとを備えたものであることを特徴とする請求項３記載の回転中心測定装置。
5. 前記演算部は、
   前記第１のエンコーダにより測定された、初期状態の前記伸縮ロッドの回転角度をθ１０、
   前記第１のエンコーダにより測定された、前記伸縮ロッドを伸縮させた後の前記アームの回転角度をθ１１、
   前記第２のエンコーダにより測定された、初期状態の前記伸縮ロッドの回転角度をθ２０、
   前記第２のエンコーダにより測定された、前記伸縮ロッドを伸縮させた後の前記アームの回転角度をθ２１、
   前記伸縮ロッドの初期状態の長さをＬ１、
   前記伸縮ロッドの伸縮後の長さをＬ２、
   初期状態における、前記アームの回転中心と前記浮上台の中心との間の距離をＬｔ０としたとき、
   前記自動車の前輪の向きを変えたときの該前輪の回転中心（ｘｔ，ｙｔ）を
   ｘｔ＝Ｌ２ｃｏｓ（θ１１）＋Ｌｔｃｏｓ（θ２１）―ｘｔ０
   ｙｔ＝Ｌ２ｓｉｎ（θ１１）＋Ｌｔｓｉｎ（θ２１）―ｙｔ０
   
   但し、Ｌｔは、前記伸縮ロッドを伸縮させた後の回転半径であって、
   Ｌｔ＝√{Ｌ１ ^２ ＋Ｌ２ ^２ −２Ｌ１Ｌ２ｃｏｓ（θ１）
   ／２（１−ｃｏｓ（θ２−θ１））}
   で求められる値、
   （ｘｔ０、ｙｔ０）は、前記浮上台の中心座標であって、
   ｘｔ０＝Ｌ１ｃｏｓ（θ１０）＋Ｌｔ０ｃｏｓ（θ２０）
   ｙｔ０＝Ｌ１ｓｉｎ（θ１０）＋Ｌｔ０ｓｉｎ（θ２０）
   であることを特徴とする請求項３記載の回転中心測定装置。

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