JP4893145B2 - 振動測定方法及び振動測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の振動を測定する技術に関する。

構造物の設計において、振動特性を評価することは重要である。例えば、タイヤの振動特性を評価する方法の一つに、ホイールに装着し、内圧を負荷したタイヤを構造物支持体に取り付け、タイヤが接地しない条件で入力を与え、その応答としてタイヤの振動を測定して振動特性を評価する方法がある。しかし、構造物支持体の共振が、評価する周波数範囲に現れることが多く（タイヤの場合には４００Ｈｚ以上の周波数まで評価するのに対して、通常のタイヤ試験機の共振は２００Ｈｚ〜３００Ｈｚ）、振動特性の評価精度が低下するという問題があった。例えば、特許文献１には、構造物支持体の剛性を向上させ、かつ構造物支持体をばねで浮かせることにより、構造物支持体とばねとの系が有する共振周波数の影響を低減させる技術が開示されている。

特開平１１−１４２２９５号公報

しかし、特許文献１の技術では、構造物支持体の剛性を確保するため、振動測定装置が大掛かりになったり、構造物支持体の構造が複雑になったりするので、簡便な測定が難しいという問題があった。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡便に構造物の振動特性を評価でき、かつ構造物の振動特性の評価精度を向上させることができる振動測定方法及び振動測定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る振動測定方法は、振動特性を評価する対象の構造物を支持する構造物支持体を加振する手順と、前記構造物支持体の軸と前記構造物支持体を加振する方向とを含む面内における、前記構造物支持体の振動及び前記構造物の振動を取得する手順と、取得した前記構造物の振動と前記構造物支持体の振動との比に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する手順と、を含むことを特徴とする。

この振動測定方法は、振動特性を評価する対象の構造物を構造物支持体に取り付けるとともに、構造物支持体を加振して加振部における構造物支持体の振動を取得し、かつ前記構造物の振動を取得し、取得した構造物支持体の振動と構造物の振動との比に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する。これによって、この振動測定方法は、簡便に構造物の振動特性を評価でき、かつ構造物の振動特性の評価精度を向上させることができる。

次の本発明に係る振動測定方法は、前記振動測定方法において、加振機器によって前記構造物支持体を加振することを特徴とする。

次の本発明に係る振動測定方法は、前記振動測定方法において、前記構造物支持体を加振する際には、前記構造物支持体の異なる２箇所を加振し、それぞれの加振箇所における加振の方向は平行とすることを特徴とする。

次の本発明に係る振動測定方法は、前記振動測定方法において、前記構造物支持体の軸方向に離れた２箇所に振動検出手段を設け、前記構造物支持体の軸と加振の方向とを含む面内における回転の振動成分を検出することを特徴とする。

次の本発明に係る振動測定方法は、前記振動測定方法において、前記異なる２箇所における振動の差が所定の閾値内となったときに、前記構造物の振動と、前記構造物支持体の振動とを取得して、前記振動伝達率を算出することを特徴とする。

次の本発明に係る振動測定方法は、前記振動測定方法において、前記構造物支持体を加振する２個の加振機器を備え、かつ、少なくとも１個の前記加振機器の加振力を制御することにより、前記回転の振動成分を抑制することを特徴とする。

次の本発明に係る振動測定方法は、前記振動測定方法において、正弦波で加振して前記構造物の振動と前記構造物支持体の振動とを取得するとともに、予め定めた周波数分解能で前記正弦波の周波数を変化させて、前記周波数分解能毎に前記構造物の振動と前記構造物支持体の振動とを取得することを特徴とする。

次の本発明に係る振動測定方法は、前記振動測定方法において、取得した前記構造物支持体の振動に基づき、前記構造物支持体の振動レベルを所定の大きさに調整することを特徴とする。

次の本発明に係る振動測定方法は、前記振動測定方法において、前記構造物はタイヤ又はタイヤ／ホイール組立体であることを特徴とする。

次の本発明に係る振動測定方法は、前記振動測定方法において、前記タイヤ又は前記タイヤ／ホイール組立体を車両に取り付けた状態において、前記タイヤ又は前記タイヤ／ホイール組立体を構成するタイヤを地面から浮かせた状態で、前記タイヤ又は前記タイヤ／ホイール組立体の振動を測定することを特徴とする。

次の本発明に係る振動測定装置は、振動特性の評価対象の構造物を支持する構造物支持体と、前記構造物支持体を加振する加振手段と、前記構造物の振動を検出する第１振動検出手段と、前記構造物支持体の振動を検出する第２振動検出手段と、前記第２振動検出手段から取得した前記構造物支持体の振動と、前記第１振動検出手段から取得した前記構造物の振動との比に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する振動解析装置と、を含むことを特徴とする。

この振動測定装置は、振動特性を評価する対象の構造物を構造物支持体に取り付けるとともに、加振手段によって構造物支持体を加振して、第２振動検出手段により構造物支持体の振動を取得し、かつ第１振動検出手段により構造物の振動を取得する。そして、取得した構造物支持体の振動と構造物の振動との比に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する。これによって、この振動測定方法は、簡便に構造物の振動特性を評価でき、かつ構造物の振動特性の評価精度を向上させることができる。

次の本発明に係る振動測定装置は、振動特性の評価対象の構造物を支持する構造物支持体と、前記構造物支持体を加振する第１加振機器と、前記構造物支持体に対して前記第１加振機器と平行な方向に入力することにより、前記構造物支持体を加振する第２加振機器と、前記構造物の振動を検出する第１振動検出手段と、前記構造物支持体の振動を検出する第２振動検出手段と、前記第２振動検出手段から取得した前記構造物支持体の振動と、前記第１振動検出手段から取得した前記構造物の振動との比に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する振動解析装置と、を含むことを特徴とする。

この振動測定装置は、第１加振機器及び第２加振機器によって、振動特性を評価する対象の構造物を支持する構造物支持体へ、２箇所から並進の振動を入力することにより、振動特性を評価する対象の構造物に発生する回転の振動成分を抑制する。これによって、この振動測定装置では、簡便に構造物の振動特性を評価でき、さらに、構造物の回転の振動成分を抑制して、構造物の振動特性の評価精度をさらに向上させることができる。

次の本発明に係る振動測定装置は、前記振動測定装置において、前記第２振動検出手段は、前記構造物支持体の軸方向に離れた２箇所に設けられて、前記第１加振機器による前記構造物支持体の振動を検出する第１加振機器用振動検出手段と、前記第２加振機器による前記構造物支持体の振動を検出する第２加振機器用振動検出手段とで構成され、かつ、前記構造物支持体の振動は、前記第１加振機器用振動検出手段又は前記第２加振機器用振動検出手段の少なくとも一方により検出することを特徴とする。

この発明に係る振動測定方法及び振動測定装置では、簡便に構造物の振動特性を評価でき、かつ構造物の振動特性の評価精度を向上させることができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。次の説明においては、空気入りタイヤを、振動特性を評価する対象の構造物とするが、本発明を適用して振動特性を評価できる構造物は、タイヤに限られるものではない。例えば、タイヤが組み付けられるホイールや、一端が拘束された状態で使用される構造物（内燃機関のフライホイール、プロペラ、アンテナ等）の振動を測定し、振動特性を評価する際にも、本発明を適用することができる。

（実施形態１）
実施形態１は、振動特性の評価対象となる構造物を構造物支持体に取り付けるとともに、前記構造物支持体を加振して構造物支持体の振動を取得し、かつ前記構造物の振動を取得する。そして、取得した構造物支持体の振動及び構造物の振動に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する点に特徴がある。なお、実施形態１では、構造物支持体の一箇所を加振する。

図１は、実施形態１に係る振動測定装置により、実施形態１に係る振動測定方法を実行する際の概略説明図である。実施形態１においては、タイヤ／ホイール組立体１０を構成するタイヤ１１を、振動特性を評価する対象の構造物とする。なお、このタイヤ１１は、空気入りタイヤである。

実施形態１に係る振動測定装置１は、装置台座２と、構造物支持体４と、第１振動検出手段である第１振動計２１と、第２振動検出手段である第２振動計２２と、振動解析装置２３とを含んで構成される。構造物支持体４は、棒状の部材で構成される。ここで、第１振動計２１、第２振動計２２は、変位計、速度計、加速度計いずれでもよい。構造物支持体４の一方の端部には、タイヤ／ホイール組立体１０を構成するホイール１２が取り付けられるブラケット５が設けられている。また、構造物支持体４は、ブラケット５が取り付けられていない構造物支持体４の他方の端部側で、装置台座２が備える構造物支持体固定具３を介して装置台座２に固定される。

この実施形態１に係る振動測定方法においては、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１を直接加振する代わりに、構造物支持体４を加振する。この振動測定装置１で構造物支持体４を加振する際には、加振手段であるハンマー６によって構造物支持体４に打撃を与える。タイヤ１１のトレッド部１１Ｔには、第１振動計２１が取り付けられ、また、構造物支持体４には、第２振動計２２が取り付けられる。そして、第１振動計２１によってタイヤ１１の振動を検出し、第２振動計２２によって構造物支持体４の振動を検出する。

第１振動計２１によって検出されたタイヤ１１の振動、及び第２振動計２２によって検出された構造物支持体４の振動は、振動解析装置２３に取り込まれる。この実施形態において、振動解析装置２３には、例えば、２チャンネルのＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザが組み込まれている。振動解析装置２３に取り込まれたタイヤ１１の振動、及び構造物支持体４の振動は、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の振動伝達率（以下伝達率という）Ｔが計算され、伝達率ＴがＦＦＴにより周波数分析される。

ここで、この実施形態における伝達率Ｔは、−Ｘ１／Ｘ２で表される。Ｘ１は第１振動計２１によって検出されたタイヤ１１の振動（変位、速度、加速度）、Ｘ２は第２振動計２２によって検出された構造物支持体４の振動（変位、速度、加速度）である。すなわち、この実施形態では、構造物支持体４を加振することによって得られたタイヤ１１の振動Ｘ１と、構造物支持体４の振動Ｘ２との比で伝達率Ｔが表される。

図２−１は、従来の振動測定方法を示す説明図である。図２−２は、従来の振動測定方法を実行する設備を用いて、タイヤの構造物支持体を加振する加振実験を示す説明図である。図３−１は、従来の振動測定方法によって得られた伝達率の一例を示す説明図である。図３−２は、従来の振動測定方法を実行する設備を用いて、タイヤ／ホイール組立体の構造物支持体を加振した結果得られた伝達率の一例を示す説明図である。

図２−１に示すように、従来の振動測定方法で、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の振動特性を評価する場合には、タイヤ１１のトレッド部１１Ｔに入力Ｐを与え、タイヤ１１の構造物支持体４に現れる応答（力）ＲＥを取得して、伝達率Ｔ（応答／入力）を求めていた。一般に、タイヤ１１は、１００Ｈｚ以下に断面一次モードの振動が現れ、３００Ｈｚ前後に断面二次モードの振動が現れる。これは、伝達率Ｔのピークとして現れる。

従来の振動測定方法では、図３−１に示すように、３００Ｈｚ前後に伝達率Ｔのピークが複数現れており（図３−１のＫで示す部分）、いずれのピークが振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の固有振動数であるかを判定することは難しい。ここで、図２−２で示す例では、タイヤ１１の構造物支持体４へ入力Ｐを与え、構造物支持体４に現れる応答（力）ＲＥを取得して、伝達率Ｔ（応答／入力）を求める。すると、図３−２に示すように、２５０Ｈｚ近傍に伝達率Ｔのピークが現れる（図３−２のＬで示す部分）。この伝達率Ｔのピークは、図３−１に示す３００Ｈｚ前後に現れる伝達率Ｔのピークの一方と一致する。

図３−１、図３−２に示す結果から、従来の振動測定方法では、構造物支持体４の共振の影響により、タイヤ１１の伝達率Ｔの精度が低下していると考えられる。このため、伝達率Ｔのみでは、どの伝達率のピークがタイヤ１１のものであるかを判断することが困難であり、従来の振動測定方法では、２５０Ｈｚ〜４００Ｈｚに存在するタイヤ１１の振動特性を精度よく評価することができなかった。

本発明者らは鋭意研究により上記原因を見出し、この実施形態１に係る振動測定方法を完成させるに至った。この振動測定方法は、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の代わりに構造物支持体４を加振するとともに、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の振動Ｘ１と、構造物支持体４の振動Ｘ２との比で伝達率Ｔを表す。このようにして得られた伝達率Ｔを用いることにより、構造物支持体４の共振の影響を排除して、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の振動特性を精度よく評価することができる。なお、伝達率Ｔは、−Ｘ１／Ｘ２なので、構造物支持体４が適度に振動しないと伝達率Ｔの精度が低下する。このため、構造物支持体４及びその固定構造は、構造物支持体４の振動を適度に許容できるように構成される。次に、この振動測定方法の考え方を説明する。

図４は、実施形態１に係る振動測定方法の考え方を説明する概念図である。この実施形態１に係る振動測定方法では、伝達関数の関係式から、従来の振動測定方法と等価となる測定方法を求める。図４のＡ（左辺）は、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１を構造物支持体４に固定し、かつ構造物支持体４を固定した状態で、タイヤ１１へ加振したときにおけるタイヤ１１の振動を示す。図４のＡ'（右辺第１項）は、構造物支持体４を加振して、タイヤ１１及び構造物支持体４が振動する場合を示す。また、図４のＢは、構造物支持体４を拘束することを示す。図４のＡの状態は、図４のＡ'の状態で、構造物支持体４を拘束したことと等価である。Ａ'の入力と出力との関係は、数式（１）で表現することができる。ここで、添字の１はタイヤ１１を示し、添字の２は構造物支持体４を示す。ｆは力を表し、Ｘは変位を表す。また、Ｈは伝達関数である。

タイヤ１１及び構造物支持体４が振動する場合（図４のＡ'）において、構造物支持体４を拘束する状態は、数式（１）において、Ｘ２＝０とすることで表現できる。Ｘ２＝０なので、数式（１）から、Ｈ₁₂×ｆ₁＋Ｈ₂₂×ｆ₂＝０となる。タイヤ１１及び構造物支持体４が振動する場合において、構造物支持体４を拘束したときの伝達率Ｔは、Ｔ＝ｆ₂／ｆ₁＝−Ｈ₁₂／Ｈ₂₂となる。ここで、Ｈ₁₂＝Ｘ１／ｆ₂、Ｈ₂₂＝Ｘ２／ｆ₂なので、伝達率Ｔ＝−Ｘ１／Ｘ２となる（ただし、構造物支持体４への入力）。

このことから、構造物支持体４を加振して得られるタイヤ１１の振動Ｘ１と構造物支持体４の振動Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が、構造物支持体４を固定したときの伝達率Ｔと等価となる。このようにして得られた伝達率Ｔ（＝Ｘ１／Ｘ２）を用いることにより、構造物支持体４の共振の影響を排除して、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の振動特性を精度よくかつ簡便に評価することができる。また、タイヤ１１の回転軸に固定した状態で振動特性を評価できるので、ホイール１２の質量の影響を取り除いて、タイヤ１１単体の振動特性を精度よく評価することができる。

タイヤ１１の振動特性を評価する際には、例えば、この実施形態１に係る振動測定方法により得られた伝達率Ｔからタイヤ１１の固有振動数を抽出する。固有振動数は、例えば、伝達率Ｔのピークを読み取ってもよいし、カーブフィット法によって得てもよい。タイヤ１１の振動特性を評価する際に抽出する固有振動数は、例えば、断面一次モード、断面二次モード、空洞共鳴周波数がある。

図５は、伝達率と周波数との関係を示す説明図である。図５には、実施形態１に係る振動測定方法により得られた伝達率Ｔｐ（実線）と、従来の振動測定方法により得られた伝達率Ｔｏ（破線）と、解析により得られた伝達率Ｔａ（一点鎖線）とを示してある。実験には、１９５／７０ Ｒ１４のタイヤを用いた。

図５の結果からわかるように、この実施形態１に係る振動測定方法により得られた伝達率Ｔｐは、従来の振動測定方法で現れていた２９０Ｈｚ近傍における構造物支持体４の共振が現れていない。これによって、タイヤ１１の固有振動数を明確に抽出することができる。この実施形態１に係る振動測定方法により得られた伝達率Ｔｐは、解析により得られた伝達率Ｔａと同様の傾向を示す。

図６−１、図６−２は、振動計の取付位置と加振（入力）方向との関係を示す説明図である。タイヤ１１に取り付ける第１振動計２１、及び構造物支持体４に取り付ける第２振動計２２によって、タイヤ１１及び構造物支持体４の振動を検出する。このため、図６−１に示すように、タイヤ１１及び構造物支持体４が振動する方向（図６−１の矢印Ｐで示す方向）、すなわち、加振のための入力方向と、構造物支持体４の軸Ｙとで形成される平面ＰＶ上に、第１振動計２１及び第２振動計２２を配置する。

このように、第１振動計２１及び第２振動計２２の感度方向と、加振（振動）方向とが一致するようにする。なお、加振のための入力方向と、構造物支持体４の軸Ｚとで形成される平面ＰＶ上であれば、加振方向と対向する側におけるタイヤ１１のトレッド部１１Ｔに第１振動計２１を配置してもよい（図６−２の点線の位置）。次に、この実施形態１に係る振動測定装置の変形例を説明する。

（変形例）
図７−１、図７−２は、実施形態１の変形例に係る振動測定装置の構成を示す概略図である。図７−１に示す振動測定装置１ａ、図７−２に示す振動測定装置１ｂは、加振手段として加振機器（例えば電磁加振機器や油圧式加振機器）７を用いる。このような加振機器７を用いることにより、安定して加振することができるので、振動特性の評価精度が向上する。

図７−１に示す振動測定装置１ａでは、片持ちとした構造物支持体４の自由端側を加振機器７によって加振し、図７−２に示す振動測定装置１ｂでは、構造物支持体４の両端を加振機器７によって加振する。加振機器７による構造物支持体４への入力は、正弦波や方形波等のような周期及び振幅が一定の入力であってもよいし、周期や振幅がランダムな入力であってもよい。また、衝撃やチャープ（正弦波のスイープ）であってもよい。

加振機器７の入力は、構造物支持体４に取り付けた第２振動計２２によって取得され、振動レベル調整装置２４へ入力される。そして、加振機器７の入力による構造物支持体４の振動レベル（例えば、振動の変位の大きさや加速度の大きさ）が所定の閾値内になったら、振動解析装置２３によってタイヤ１１及び構造物支持体４の振動を検出し、伝達率Ｔを求める。なお、第２振動計２２の代わりに、構造物支持体４の振動レベルを調整するために用いる振動計を別途用意してもよい。次に、振動測定装置１ａ、１ｂを用いてタイヤ１１の振動特性を評価する手順例を説明する。

図８は、実施形態１の変形例に係る振動測定装置を用いた場合における振動測定方法の手順例を示すフローチャートである。加振機器７によって構造物支持体４を加振するにあたり、構造物支持体４の振動レベルが設定される（ステップＳ１０１）。これは、例えば、加振機器７の出力（すなわち構造物支持体４への入力）を調整することで実現できる。

次に、加振機器７を起動して、構造物支持体４を加振する（ステップＳ１０２）。加振の波形は、例えば正弦波を用いる。構造物支持体４が振動を開始したら、振動レベル調整装置２４は、第２振動計２２から構造物支持体４の振動を取得する（ステップＳ１０３）。そして、振動レベル調整装置２４は、取得した構造物支持体４の振動レベルａと所定の閾値ａｓとを比較する（ステップＳ１０４）。

ａ≧ａｓである場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、構造物支持体４の振動レベルが再設定され（ステップＳ１０５）、ａ＜ａｓとなるまでステップＳ１０２〜ステップＳ１０４が繰り返される。ａ＜ａｓである場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、振動解析装置２３は、タイヤ１１及び構造物支持体４の振動を検出し、伝達率Ｔを求める（ステップＳ１０６）。

このようにすることで、構造物支持体４やタイヤ１１の振動特性の影響を極力抑えて振動レベルを確保することができるので、伝達率Ｔの精度がさらに向上する。また、振動レベルの違いによる非線形性を評価することもできる。ある周波数についてステップＳ１０１〜ステップＳ１０６を実行することにより、当該周波数についての伝達率Ｔを求めたら、予め定めた周波数分解能で加振機器７による構造物支持体４に対する加振の周波数を変化させ、前記周波数分解能毎にステップＳ１０１〜ステップＳ１０６を実行して、伝達率Ｔを求める。これによって、構造物支持体４を加振するにあたり、構造物支持体４を加振する周波数以外の成分は用いないので、タイヤ１１の振動特性を評価する際の精度が向上する。なお、構造物支持体４の振動レベルは、周波数毎に設定することが好ましい。次に、この実施形態に係る振動測定方法を用いて構造物の振動特性を評価する際の応用例を説明する。

（本実施形態に係る振動測定方法の応用例）
図９−１、図９−２は、実施形態１に係る振動測定方法による振動測定の応用例を示す説明図である。図９−１に示す例は、タイヤ１１を宙吊りとして、実施形態１に係る振動測定方法を実行するものである。この場合、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の構造物支持体は、ホイール１２となる。ホイール１２に対して加振のための入力（矢印Ｐ）が行われる。そして、振動特性を評価する対象の構造物の振動としてはタイヤ１１の振動が検出され、構造物支持体の振動としてはホイール１２の振動が検出される。このように、宙吊りの状態でも、構造物の振動特性を評価できるので、評価の利便性が向上する。

図９−２に示す例のように、実施形態１に係る振動測定方法は、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１を車体８に取り付けた状態でも実行できる。この場合、タイヤ１１の構造物支持体は、車軸Ｓとなる。振動測定方法を実行するにあたっては、ジャッキ９によって車体８を持ち上げ、タイヤ１１を地面ＧＬから浮かせた状態で、タイヤ１１の構造物支持体である車軸Ｓを加振する。このように、車体８にタイヤ１１を取り付けたままでタイヤ１１の振動特性を評価できるので、利便性が向上する。

以上、実施形態１では、振動特性を評価する対象の構造物を構造物支持体に取り付けるとともに、構造物支持体を加振して加振部における構造物支持体の振動を取得し、かつ前記構造物の振動を取得し、取得した構造物支持体の振動及び構造物の振動に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する。これによって、実施形態１では、構造物支持体を支持する大掛かりな評価設備が不要で、簡便に構造物の振動特性を評価でき、かつ構造物の振動特性の評価精度を向上させることができる。なお、実施形態１で開示した構成は、以下の実施形態でも適宜適用することができる。

（実施形態２）
実施形態２は、実施形態１と略同一の構成であるが、振動特性を評価する対象の構造物を支持する構造物支持体の２箇所を、２点の並進成分で加振することにより、振動特性を評価する対象の構造物に発生する回転の振動成分（加振のための入力方向と、構造物支持体の軸とで形成される平面内における回転であり、タイヤにおいては、タイヤ側面の面倒れ）を抑制する点が異なる。その他の構成は実施形態１と同様である。

図１０−１、図１０−２は、実施形態２に係る振動測定装置により、実施形態２に係る振動測定方法を実行する際の概略説明図である。図１１は、タイヤに発生する回転の振動成分の説明図である。実施形態２においても、タイヤ／ホイール組立体１０を構成するタイヤ１１を、振動特性を評価する対象の構造物とする。なお、このタイヤ１１は、空気入りタイヤである。

図１０−１、図１０−２に示す振動測定装置１ｃは、実施形態１で説明した振動測定装置１（図１参照）と同様の構成であるが、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の構造物支持体４の２箇所を、当該構造物支持体４の軸方向（長手方向）において所定の距離だけ離れた２箇所（第１の加振点ａ及び第２の加振点ｂ）から加振する。このために、振動測定装置１ｃは、構造物支持体４を加振する第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂを備える。

このように、構造物支持体４の軸方向（長手方向）において所定の距離だけ離れた２箇所から加振することにより、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂは、安価な一方向加振機器を用いることができるので、構造物支持体４へ回転を直接与える必要はない。また、構造物支持体４の軸方向（長手方向）において所定の距離だけ離れた２箇所から同じ方向に加振すると、加振の効率が高くなり、不要な加振力も発生しないため、好ましい。ここで、構造物支持体４及びタイヤ１１の回転を効果的に抑制するため、第１の加振点ａと第２の加振点ｂとの間隔は、１０ｃｍ以上とすることが好ましい。

そして、構造物支持体４の振動を検出する第２振動検出手段は、第１加振機器７ａによる構造物支持体４の振動を検出する第１加振機器用振動計（第１加振機器用振動検出手段）２５ａと、第２加振機器７ｂによる構造物支持体４の振動を検出する第２加振機器用振動計（第２加振機器用振動検出手段）２５ｂとで構成される。なお、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の振動は、第１振動計２１により検出される。

このように、構造物支持体４の異なる位置に、第１加振機器用振動計２５ａ及び第２加振機器用振動計２５ｂを設けることによって、タイヤ１１の回転の振動成分を検出することができる。そして、回転の振動成分を検出することにより、タイヤ１１及び構造物支持体４の振動検出に適した状態か否かを判定することができる。すなわち、第１加振機器用振動計２５ａで検出した振動と第２加振機器用振動計２５ｂで検出した振動とが同じであれば、構造物支持体４には回転の振動成分は発生していないと判断できる。また、第１加振機器用振動計２５ａ及び第２加振機器用振動計２５ｂは、安価な一軸の振動計でよい。

図１０−１、図１０−２に示す振動測定装置１ｃは、構造物支持体４とタイヤ／ホイール組立体１０との取付部（ブラケット５）の片側で、構造物支持体４を加振する。なお、図１０−１に示す振動測定装置１ｃは、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂの入力点（加振点）、すなわち、第１の加振点ａ及び第２の加振点ｂで、構造物支持体４の振動を検出する。また、図１０−２に示す振動測定装置１ｃでは、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂの入力点（加振点）、すなわち、第１の加振点ａ及び第２の加振点ｂとは異なる箇所で、構造物支持体４の振動を検出する。構造物支持体４の振動を検出する箇所は、加振点と一致していても、一致していなくともよく、振動測定装置１ｃの構成等により、適宜変更することができる。

ここで、実施形態１で説明したように（図６−１、図６−２参照）、加振のための入力方向（第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂの入力方向）と、構造物支持体４の軸Ｚとで形成される平面ＰＶ上に、第１振動計２１及び第２振動検出手段（第１加振機器用振動計２５ａ及び第２加振機器用振動計２５ｂ）を配置する。このように、第１振動計２１及び第２振動検出手段の感度方向と、加振（振動）方向とが一致するようにする（以下同様）。

第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂで構造物支持体４を加振する際には、振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１の回転の振動成分が０になるように、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂから構造物支持体４へ入力する。そして、第１振動計２１によって検出されたタイヤ１１の振動Ｘ１（変位、速度、加速度）、及び第１加振機器用振動計２５ａによって検出された構造物支持体４の振動Ｘ２（変位、速度、加速度）から、伝達率Ｔ＝−Ｘ１／Ｘ２（＝Ｘａ＝Ｘｂ）を求める。

なお、第１加振機器用振動計２５ａによって検出された構造物支持体４の振動Ｘａの代わりに、第２加振機器用振動計２５ｂによって検出された構造物支持体４の振動Ｘｂ（変位、速度、加速度）を用いて、伝達率Ｔ＝−Ｘ１／Ｘｂとしてもよい。このように、この実施形態では、構造物支持体４を、その軸方向に所定の距離離れた位置で加振することによって得られたタイヤ１１の振動Ｘ１と、構造物支持体４の振動Ｘ２（＝Ｘａ＝Ｘｂ）との比で伝達率Ｔが表される。

実施形態１に係る振動測定方法は、振動特性を評価する対象の構造物に発生する回転方向の振動成分（タイヤ１１においてはＸ軸又はＺ軸周りの回転、すなわちタイヤ側面の面倒れであり図１１に示すＲ方向の振動成分）が無視できる程度に小さい場合には、高い精度で伝達率Ｔを求めることができる。これは、振動特性を評価する対象の構造物を支持する構造物支持体を加振しても、振動特性を評価する対象の構造物（例えばタイヤ１１）には回転方向の振動成分がほとんど発生しないからである。しかし、振動特性を評価する対象の構造物に発生する回転方向の振動成分が無視できない場合には、回転方向の振動成分が伝達率Ｔに影響を与えるため、伝達率Ｔの精度が低下してしまう。

このため、実施形態２に係る振動測定方法では、振動特性を評価する対象の構造物に発生する回転方向の振動成分が０となるように、構造物支持体４を加振する。これによって、振動特性を評価する対象の構造物に発生する回転方向の振動成分の影響を排除できるので、高い精度で伝達率Ｔを求めることができる。次に、実施形態２に係る振動測定方法の考え方を説明する。

図１２は、実施形態２に係る振動測定方法を説明するための説明補助図である。この実施形態２に係る振動測定方法では、伝達関数の関係式から、従来の振動測定方法と等価となる測定方法を求めるものである。振動特性を評価する対象の構造物であるタイヤ１１を構造物支持体４に固定し、タイヤ１１の回転（タイヤ側面の面倒れ）を考慮した場合における入力と出力との関係は、数式（２）で表現することができる。ここで、添字の１はタイヤ１１の振動を示し、添字の２は構造物支持体４の並進の振動を示し、添字の３は構造物支持体４の回転の振動を示す。ｆは力を表し、Ｍはモーメントを表す。また、Ｘは並進の変位を表し、Ｒは回転の変位を表す。

図１２に示すタイヤ１１と構造物支持体４との系において、構造物支持体４の並進の振動及び回転の振動を拘束する状態は、数式（２）において、Ｘ２＝０かつＲ３＝０とすることで表現できる。この条件で数式（２）を解き、伝達率Ｔ＝ｆ₂／ｆ₁を求めると、数式（３）のようになる。

Ｒ３（構造物支持体４の回転の振動）が０になるように構造物支持体４に対して加振する場合を考えると、数式（２）において、ｆ₁＝０、Ｒ３＝０となるので、この条件で数式（２）を解くと、数式（４）、数式（５）の関係が得られる。

数式（４）、数式（５）の関係を用いて、数式（３）の伝達率Ｔを書き換えると、Ｔ＝−Ｘ１／Ｘ２となる。すなわち、Ｒ３＝０となるように、構造物支持体４に対して並進の加振と回転の加振とを与えると、タイヤ１１の伝達率Ｔは、−Ｘ１／Ｘ２で求めることができる。Ｍ₃を打ち消すように回転成分（の振動）を制御して構造物支持体４を加振することは難しいので、構造物支持体４の軸方向に対して異なる２箇所に並進の加振を与えることによって、Ｒ３＝０となるようにする。次に、この方法を説明する。

図１３−１、図１３−２は、実施形態２に係る振動測定方法における加振の方法を示す説明図である。この実施形態では、構造物支持体４の軸方向に対して異なる２箇所に並進の加振を与えてＭ₃を打ち消し、Ｒ３＝０とする。図１３−１は、構造物支持体４の振動Ｘ２を取得する箇所の両側で、構造物支持体４を加振する例を示す。Ｘ２から第１の加振点ａまでの距離をＬａ、Ｘ２から第２の加振点ｂまでの距離をＬｂとすると、Ｘ２は、数式（６）で、Ｒ３は数式（７）で表すことができる。ここで、Ｘａは第１の加振点ａの振動（変位、速度、加速度）であり、Ｘｂは第２の加振点ｂの振動（変位、速度、加速度）である。数式（７）から、Ｒ３＝０とするためには、Ｘａ＝Ｘｂ（＝Ｘ２）となるように第１の加振点ａ及び第２の加振点ｂを加振すればよい。

図１３−２は、構造物支持体４の振動Ｘ２を取得する箇所の片側で、構造物支持体４を加振する例を示す。Ｘ２から第１の加振点ａまでの距離をＬａ、Ｘ２から第２の加振点ｂまでの距離をＬｂとすると、Ｘ２は、数式（８）で、Ｒ３は数式（９）で表すことができる。数式（９）から、Ｒ３＝０とするためには、Ｘａ＝Ｘｂ（＝Ｘ２）となるように第１の加振点ａ及び第２の加振点ｂを加振すればよい。

構造物支持体４の振動Ｘ２を取得する箇所の両側で、構造物支持体４を加振する場合でも、構造物支持体４の振動Ｘ２を取得する箇所の片側で、構造物支持体４を加振する場合でも、Ｘａ＝Ｘｂ（＝Ｘ２）となるように第１の加振点ａ及び第２の加振点ｂを加振すればよい。ここで、Ｘａ＝Ｘｂとなるように第１の加振点ａ及び第２の加振点ｂを加振するためには、例えば、第１の加振点ａの変位と第２の加振点ｂの変位とが等しくなるように、又は第１の加振点ａの速度と第２の加振点ｂの速度とが等しくなるように、又は第１の加振点ａの加速度と第２の加振点ｂの加速度とが等しくなるように加振すればよい。第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂは、Ｘａ＝Ｘｂとなるように制御される。次に、この実施形態２に係る振動測定方法の手順を説明する。

図１４は、実施形態２に係る振動測定方法の手順を示すフローチャートである。第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂによって構造物支持体４を加振するにあたり、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂの振動レベルが設定される（ステップＳ２０１）。これは、例えば、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂの出力（すなわち構造物支持体４への入力）を調整することで実現できる。

次に、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂを起動して、構造物支持体４を加振する（ステップＳ２０２）。加振の波形は、例えば正弦波を用いる。構造物支持体４が振動を開始したら、振動レベル調整装置２４は、第１加振機器用振動計２５ａ及び第２加振機器用振動計２５ｂから第１の加振点ａの振動Ｘａ及び第２の加振点ｂの振動Ｘｂを取得する（ステップＳ２０３）。そして、振動レベル調整装置２４は、取得した第１の加振点ａの振動Ｘａと第２の加振点ｂの振動Ｘｂとの差ΔＸを演算する（ステップＳ２０４）。そして、振動レベル調整装置２４は、演算したΔＸと所定の閾値ΔＸｓとを比較する（ステップＳ２０５）。

ΔＸ≧ΔＸｓである場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂの振動レベルの振動レベルが再設定され（ステップＳ２０６）、ΔＸ＜ΔＸｓとなるまでステップＳ２０２〜ステップＳ２０５が繰り返される。ΔＸ＜ΔＸｓである場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、振動解析装置２３は、タイヤ１１の振動Ｘ１、及び、第１の加振点ａの振動Ｘａ又は第２の加振点ｂの振動Ｘｂのいずれか一方を検出する。そして、振動解析装置２３は、検出したＸａ又はＸｂを構造物支持体４の振動Ｘ２として、伝達率Ｔ＝Ｘ１／Ｘ２を求める（ステップＳ２０７）。すなわち、Ｘ２＝Ｘａ（又はＸｂ）となる。なお、Ｘａ及びＸｂの両方を検出し、その平均値を構造物支持体４の振動Ｘ２としてもよい（Ｘ２＝（Ｘａ＋Ｘｂ）／２）。

ある周波数についてステップＳ２０１〜ステップＳ２０７を実行することにより、当該周波数についての伝達率Ｔを求めたら、予め定めた周波数分解能で第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂによる構造物支持体４に対する加振の周波数を変化させ、前記周波数分解能毎にステップＳ２０１〜ステップＳ２０７を実行して、伝達率Ｔを求める。

（変形例）
図１５−１、図１５−２は、実施形態２の変形例に係る振動測定装置を示す説明図である。図１５−１、図１５−２に示す振動測定装置１ｄは、上記振動測定装置１ｃ（図１０−１、図１０−２参照）と同様の構成であるが、構造物支持体４とタイヤ／ホイール組立体１０との取付部（ブラケット５）の両側で、構造物支持体４を加振する。なお、図１５−１に示す振動測定装置１ｄは、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂの入力点（加振点）、すなわち、第１の加振点ａ及び第２の加振点ｂで、構造物支持体４の振動を検出する。また、図１５−２に示す振動測定装置１ｃでは、第１加振機器７ａ及び第２加振機器７ｂの入力点（加振点）、すなわち、第１の加振点ａ及び第２の加振点ｂとは異なる箇所で、構造物支持体４の振動を検出する。構造物支持体４の振動を検出する箇所は、加振点と一致していても、一致していなくともよく、振動測定装置１ｄの構成等により、適宜変更することができる。

図１６は、伝達率と周波数との関係を示す説明図である。図１６には、実施形態２に係る振動測定方法により得られた伝達率Ｔｐ２（実線）と、実施形態１に係る振動測定方法により得られた伝達率Ｔｐ１（破線）と、解析により得られた伝達率Ｔａ（一点鎖線）とを示してある。実験には、１９５／７０ Ｒ１４のタイヤを用いた。

図１６の結果からわかるように、この実施形態２に係る振動測定方法により得られた伝達率Ｔｐ２は、実施形態１に係る振動測定方法により得られた伝達率Ｔｐ１で現れていた、２００Ｈｚ近傍における好ましくないピークが消失しており、タイヤの伝達率Ｔをより精度よく評価できる。また、この実施形態２に係る振動測定方法により得られた伝達率Ｔｐ２は、解析により得られた伝達率Ｔａと同様の傾向を示す。

以上、実施形態２では、２点の並進成分で、振動特性を評価する対象の構造物を支持する構造物支持体を加振することにより、振動特性を評価する対象の構造物に発生する回転の振動成分を抑制する。これによって、実施形態２では、構造物支持体を支持する大掛かりな評価設備が不要で、簡便に構造物の振動特性を評価でき、さらに、構造物の回転の振動成分を抑制して、構造物の振動特性の評価精度をさらに向上させることができる。

以上のように、本発明に係る振動測定方法及び振動測定装置は、構造物の振動特性の評価に有用であり、特に、構造物の振動特性を簡便に評価でき、かつ振動特性を評価する対象の構造物を支持する構造物支持体の共振の影響を低減して、前記振動特性の評価精度を向上させることに適している。

実施形態１に係る振動測定装置により、実施形態１に係る振動測定方法を実行する際の概略説明図である。 従来の振動測定方法を示す説明図である。 従来の振動測定方法を実行する設備を用いて、タイヤの構造物支持体を加振する加振実験を示す説明図である。 従来の振動測定方法によって得られた伝達率の一例を示す説明図である。 従来の振動測定方法を実行する設備を用いて、タイヤ／ホイール組立体の構造物支持体を加振した結果得られた伝達率の一例を示す説明図である。 実施形態１に係る振動測定方法の考え方を説明する概念図である。 伝達率と周波数との関係を示す説明図である。 振動計の取付位置と加振（入力）方向との関係を示す説明図である。 振動計の取付位置と加振（入力）方向との関係を示す説明図である。 実施形態１の変形例に係る振動測定装置の構成を示す概略図である。 実施形態１の変形例に係る振動測定装置の構成を示す概略図である。 実施形態１の変形例に係る振動測定装置を用いた場合における振動測定方法の手順例を示すフローチャートである。 実施形態１に係る振動測定方法による振動測定の応用例を示す説明図である。 実施形態１に係る振動測定方法による振動測定の応用例を示す説明図である。 実施形態２に係る振動測定装置により、実施形態２に係る振動測定方法を実行する際の概略説明図である。 実施形態２に係る振動測定装置により、実施形態２に係る振動測定方法を実行する際の概略説明図である。 タイヤに発生する回転の振動成分の説明図である。 実施形態２に係る振動測定方法を説明するための説明補助図である。 実施形態２に係る振動測定方法における加振の方法を示す説明図である。 実施形態２に係る振動測定方法における加振の方法を示す説明図である。 実施形態２に係る振動測定方法の手順を示すフローチャートである。 実施形態２の変形例に係る振動測定装置を示す説明図である。 実施形態２の変形例に係る振動測定装置を示す説明図である。 伝達率と周波数との関係を示す説明図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 振動測定装置
２ 装置台座
３ 構造物支持体固定具
４ 構造物支持体
５ ブラケット
６ ハンマー
７ 加振機器
７ａ 第１加振機器
７ｂ 第２加振機器
８ 車体
９ ジャッキ
１０ タイヤ／ホイール組立体
１１ タイヤ
１１Ｔ トレッド部
１２ ホイール
２１ 第１振動計
２２ 第２振動計
２３ 振動解析装置
２４ 振動レベル調整装置
２５ａ 第１加振機器用振動計
２５ｂ 第２加振機器用振動計

Claims (12)

1. 振動特性を評価する対象の構造物を支持する構造物支持体を加振する手順と、
   前記構造物支持体の軸と前記構造物支持体を加振する方向とを含む面内における、前記構造物支持体の振動及び前記構造物の振動を取得する手順と、
   取得した前記構造物の振動と前記構造物支持体の振動との比に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する手順と、
   を含み、前記構造物はタイヤ又はタイヤ／ホイール組立体であることを特徴とする振動測定方法。
2. 加振機器によって前記構造物支持体を加振することを特徴とする請求項１に記載の振動測定方法。
3. 前記構造物支持体を加振する際には、前記構造物支持体の異なる２箇所を加振し、それぞれの加振箇所における加振の方向は平行とすることを特徴とする請求項１に記載の振動測定方法。
4. 前記構造物支持体の軸方向に離れた２箇所に振動検出手段を設け、前記構造物支持体の軸と加振の方向とを含む面内における回転の振動成分を検出することを特徴とする請求項３に記載の振動測定方法。
5. 前記異なる２箇所における振動の差が所定の閾値内となったときに、前記構造物の振動と、前記構造物支持体の振動とを取得して、前記振動伝達率を算出することを特徴とする請求項４に記載の振動測定方法。
6. 前記構造物支持体を加振する２個の加振機器を備え、かつ、少なくとも１個の前記加振機器の加振力を制御することにより、前記回転の振動成分を抑制することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の振動測定方法。
7. 正弦波で加振して前記構造物の振動と前記構造物支持体の振動とを取得するとともに、 予め定めた周波数分解能で前記正弦波の周波数を変化させて、前記周波数分解能毎に前記構造物の振動と前記構造物支持体の振動とを取得することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動測定方法。
8. 取得した前記構造物支持体の振動に基づき、前記構造物支持体の振動レベルを所定の大きさに調整することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動測定方法。
9. 前記タイヤ又は前記タイヤ／ホイール組立体を車両に取り付けた状態において、前記タイヤ又は前記タイヤ／ホイール組立体を構成するタイヤを地面から浮かせた状態で、前記タイヤ又は前記タイヤ／ホイール組立体の振動を測定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動測定方法。
10. 振動特性の評価対象の構造物を支持する構造物支持体と、
    前記構造物支持体を加振する加振手段と、
    前記構造物支持体の軸と前記構造物支持体を加振する方向とを含む面内における、前記構造物の振動を検出する第１振動検出手段と、
    前記構造物支持体の軸と前記構造物支持体を加振する方向とを含む面内における、前記構造物支持体の振動を検出する第２振動検出手段と、
    前記第２振動検出手段から取得した前記構造物支持体の振動と、前記第１振動検出手段から取得した前記構造物の振動との比に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する振動解析装置と、
    を含み、前記構造物はタイヤ又はタイヤ／ホイール組立体であることを特徴とする振動測定装置。
11. 振動特性の評価対象の構造物を支持する構造物支持体と、
    前記構造物支持体を加振する第１加振機器と、
    前記構造物支持体に対して前記第１加振機器と平行な方向に入力することにより、前記構造物支持体を加振する第２加振機器と、
    前記構造物支持体の軸と前記構造物支持体を加振する方向とを含む面内における、前記構造物の振動を検出する第１振動検出手段と、
    前記構造物支持体の軸と前記構造物支持体を加振する方向とを含む面内における、前記構造物支持体の振動を検出する第２振動検出手段と、
    前記第２振動検出手段から取得した前記構造物支持体の振動と、前記第１振動検出手段から取得した前記構造物の振動との比に基づいて、前記構造物の振動伝達率を算出する振動解析装置と、
    を含み、前記構造物はタイヤ又はタイヤ／ホイール組立体であることを特徴とする振動測定装置。
12. 前記第２振動検出手段は、前記構造物支持体の軸方向に離れた２箇所に設けられて、前記第１加振機器による前記構造物支持体の振動を検出する第１加振機器用振動検出手段と、前記第２加振機器による前記構造物支持体の振動を検出する第２加振機器用振動検出手段とで構成され、かつ、
    前記構造物支持体の振動は、前記第１加振機器用振動検出手段又は前記第２加振機器用振動検出手段の少なくとも一方により検出することを特徴とする請求項１１に記載の振動測定装置。

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