JP5676394B2 - 自転車試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動補助自転車などの自転車の試験に用いられる自転車試験装置に関するものである。

電動補助自転車などの自転車の試験に用いられる自転車試験装置としては、自転車の後輪に当接し当該後輪の回転に対する負荷を与えるローラと、自転車のペダルを回転駆動する駆動装置とを備えた自転車試験装置が知られている（特許文献１）。

特開２０００-７４７９２号公報

上述した特許文献１に係る自転車試験装置によれば、自転車の後輪に対して与えることのできる負荷や、荷重は、これを任意に制御することができない。
そして、このために、この自転車試験装置によっては、平坦路や山坂路といった走行路の傾斜を多様に模擬した試験を行うことが困難であった。
そこで、本発明は、自転車の走行路の傾斜を多様に模擬した試験を行える自転車試験装置を提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、自転車の試験に用いられる自転車試験装置に、前記自転車の前部を支持する支持装置と、前記自転車のクランク軸を回転駆動する駆動装置と、前記自転車の後輪に負荷を与える負荷装置と、傾斜模擬装置とを備えたものである。ここで、前記負荷装置は、頂上に前記自転車の後輪が載置されるローラと、前記ローラに連結した第１のモータと、前記ローラに作用するトルクを計測するトルク計とを備え、前記駆動装置は、前記自転車のクランクまたはクランク軸を駆動する駆動シャフトと、当該駆動シャフトを回転する第２のモータとを備え、前記支持装置は、前記自転車の前部に連結する連結部を備え、前記傾斜模擬装置は、前記駆動装置の駆動シャフトの位置と前記支持装置の連結部の位置とを同期して、前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転するものである。

ここで、より具体的には、このような自転車試験装置において、前記傾斜模擬装置は、前記駆動シャフトを前記第１のモータ共々、少なくとも前記自転車の上下前後方向に移動する第１移動機構と、前記支持装置の連結部を、少なくとも前記自転車の上下前後方向に移動する第２移動機構と、前記第１移動機構と前記第２移動機構とを制御し、前記駆動装置と前記支持装置の連結部の位置とを同期して、前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転させる制御装置とより構成するようにしてもよい。

または、前記傾斜模擬装置を、前記駆動シャフトを前記第１のモータ共々、少なくとも前記自転車の上下前後方向に移動する第１移動機構と、前記支持装置を支持する可動床と、当該可動床を前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転させる回転機構と、前記第１移動機構と前記回転機構とを制御し、前記駆動装置と前記支持装置の連結部の位置とを同期して、前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転させる制御装置とより構成するようにしてもよい。

または、前記傾斜模擬装置を、前記駆動装置と前記支持装置とを支持する可動床と、当該可動床を前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転させる回転機構とより構成するようにしてもよい。
このような自転車試験装置によれば、自転車の後輪を負荷装置のローラの頂上に載置したまま、自転車のピッチ角を任意に変更することができると共に、自転車のクランクまたはクランク軸の駆動を任意のピッチ角において支障なく行うことができる。
よって、自転車の走行路の傾斜を多様に模擬した試験を行える自転車試験装置を提供することができる。

以上のように、本発明によれば、自転車の走行路の傾斜を多様に模擬した試験を行える自転車試験装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る自転車用試験装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る自転車試験装置のダイナモメータの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る自転車試験装置の自転車駆動装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る自転車試験装置の自転車前部支持装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る自転車試験装置の傾斜路模擬動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る自転車用試験装置の他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａ、ｂに、本実施形態に係る自転車試験装置の構成を示す。
ここで、図中に示したように上下左右前後方向を定めるものとして、図１ａは自転車試験装置の上面模式図を、図１ｂは自転車試験装置の後面模式図を示している。
図示するように自転車試験装置は、ピット１、ピット１の上面によって構成された床の床下に配置されたダイナモメータ２、自転車のクランク軸を回転駆動する自転車駆動装置３、ピット１の床面上に配置された、自転車の前部を支持する自転車前部支持装置４、制御装置５とを備えている。

次に、図２ａ、ｂにダイナモメータ２の構成を示す。
ここで、図２ａはダイナモメータ２の上面模式図を、図２ｂはダイナモメータ２の後面模式図を示している。
図示するように、ダイナモメータ２は、モータ２１、軸トルク計２２、ローラ２３、機械慣性装置２４とを備えている。
ローラ２３の中心軸の一端は、軸トルク計２２を介在して、モータ２１のシャフトに連結しており、ローラ２３の中心軸の他端は機械慣性装置２４に連結している。
ローラ２３は、その周面によって、図１ｂに示すように、自転車の後輪に対して走行路を模擬するものであり、当該ローラ２３の頂上部は、ピット１の床面と同じ高さで、ピット１の床に設けられた開口に露出している。そして、ローラ２３の頂上部に自転車の後輪が載置される。

そして、軸トルク計２２は、自転車の後輪とローラ２３との間で作用する力によって、モータ２１のシャフトとローラ２３の中心軸との間に働く軸トルクを検出し、制御装置５に出力する。
また、モータ２１は回転計を内蔵しており、回転計で検出したモータ２１の回転速度を制御装置５に出力する。
また、機械慣性装置２４は、複数の回転慣性質量の異なる複数のフライホイールを備えており、制御装置５の制御に応じて、任意数の任意のフライホイールとローラ２３の中心軸との連結/連結断を行うことにより、連結したフライホイールの組み合わせによって定まる回転慣性質量をローラ２３に追加することにより、自転車の走行慣性相当の回転慣性力をローラ２３に付与する。

このようなダイナモメータ２を用いることにより、制御装置５は、モータ２１の回転計で計測されたモータ２１の回転速度、軸トルク計２２で検出された軸トルクを参照しながら、モータ２１の発生トルクや回転速度を制御し、自転車の後輪とローラ２３の周面が模擬する走行路との間で作用させる負荷（走行抵抗）や、ローラ２３の周面が模擬する走行路で模擬する自転車の走行速度を任意に制御することができるようになる。

また、モータ２１の回転計で計測されたモータ２１の回転速度の変化より求まる回転角加速度に応じて、機械慣性装置２４を制御することにより、自転車の走行慣性を模擬することができる。なお、自転車の走行慣性は、モータ２１の発生トルクで模擬することもでき、このようにする場合には、機械慣性装置２４は不要である。

次に、図３に自転車駆動装置３の構成を示す。
ここで、図３ａは自転車駆動装置３の上面模式図を、図３ｂは自転車駆動装置３の後面模式図を示している。
図示するように、自転車駆動装置３は、上下移動可能なＺステージ３１、Ｚステージ３１に支持された左右方向に移動可能なＸステージ３２、Ｘステージ３２に支持された前後方向に移動可能なＹステージ３３、Ｙステージ３３に支持された駆動モータ３４、駆動軸トルク計３５、駆動モータ３４のシャフトに駆動軸トルク計３５を介して連結された駆動シャフト３６とを備えている。

Ｚステージ３１は、電動シリンダ３１１によって上下に移動するように構成されており、Ｘステージ３２は電動シリンダ３２１によってＺステージ３１に対して左右方向に移動するように構成されており、Ｙステージ３３は電動シリンダ３３１によってＸステージ３２に対し前後方向に移動するように構成されている。

次に、駆動シャフト３６は、駆動軸トルク計３５に連結する軸３５１連結されたフランジ３６１と、駆動シャフト３６の先端の連結ソケット３６２とを、両者に各々トリボールジョイントによって継がる鋼管３６３で連結したものである。
ここで、図１ａ、ｂに示すように、自転車駆動装置３は、およそダイナモメータ２のローラ２３の頂上に後輪が載せ置かれた自転車のクランク軸の左側先端の平均的な位置付近に、駆動シャフト３６の先端が位置するように、ピット１の床下に一部埋設された形態でピット１に対して固定されている。

そして、図１ａ、ｂに示すように、自転車からクランクを取り外した上で、駆動シャフト３６の先端の連結ソケット３６２を、クランクを取り外すことによって露出する自転車のクランク軸の先端のテーパーに嵌合させることにより、駆動シャフト３６は自転車のクランク軸に連結される。

次に、駆動軸トルク計３５は、駆動シャフト３６を介して、駆動モータ３４のシャフトから自転車のクランク軸に働く軸トルクを検出し、制御装置５に出力する。
また、駆動モータ３４は回転計を内蔵しており、回転計で検出したモータ２１の回転速度を制御装置５に出力する。
このような自転車駆動置を用いることにより、制御装置５は、駆動モータ３４の回転計で計測された駆動モータ３４の回転速度、駆動軸トルク計３５で検出された軸トルクを参照しながら、駆動モータ３４の発生トルクや回転速度を制御し、自転車のクランク軸の回転速度や、自転車のクランク軸に加えるトルクを、任意に制御することができるようになる。

また、制御装置５は、電動シリンダ３１１、３２１、３３１の駆動を制御して、駆動シャフト３６の先端の連結ソケット３６２を前後方向、上下方向、左右方向に任意量移動することができる。
次に、図４ａ、ｂに自転車前部支持装置４の構成を示す。
ここで、図４ａは自転車前部支持装置４の右面模式図を、図４ｂは自転車前部支持装置４の後面模式図を示している。
図示するように、自転車前部支持装置４は、ピット１の床面上に固定されたベース４１、ベース４１に対して前後方向に移動可能に設けられた移動ステージ４２、ボールネジ機構４３、移動ステージ４２に固定された電動シリンダ４４、電動シリンダ４４の先端に設けられた、自転車の前輪の車軸に、車軸端の雄ネジと螺号、または、車軸端と嵌合することにより連結される連結部４５とを、左右一対備えている。

そして、このような構成において、ボールネジ機構４３を駆動することにより、図４ｃに示すように移動ステージ４２をベース４１に対して前後方向に任意量移動することができる。また、電動シリンダ４４を駆動することにより、図４ｄに示すように、連結部４５を上下方向に任意量移動することができる。

したがって、制御装置５は、ボールネジ機構４３と電動シリンダ４４の駆動を制御することにより、連結部４５に連結された自転車の前輪軸を前後方向と上下方向に任意量移動することができる。
次に、以上のような自転車試験装置における自転車の走行路の傾斜を模擬する動作について説明する。
まず、図５ａに示すように、自転車前部支持装置４の連結部４５を自転車の前輪軸に連結したならば、自転車が水平な姿勢で、自転車が後輪をローラ２３の頂上に載せ置いた状態となるように、自転車前部支持装置４のボールネジ機構４３と電動シリンダ４４を制御し、自転車の前輪軸の前後、上下方向の位置を調整する。

また、制御装置５は、この状態で、自転車駆動装置３の各電動シリンダを制御して、連結ソケット３６２を移動して、クランク軸位置に位置づける。そして、連結ソケット３６２をクランク軸に連結する。
そして、図５ａに示した状態で、自転車の走行路として平坦路を模擬する。
一方、自転車の走行路として傾斜θの上り坂を模擬する場合には、図５ｂに示すように、制御装置５は、自転車前部支持装置４のボールネジ機構４３と電動シリンダ４４を制御し自転車の前輪軸の位置を、自転車の後輪とローラ２３の接触点（ローラ２３の頂上）を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに、角度θ、右方向から左方向を見て反時計回りに回転すると共に、これと同期して、自転車駆動装置３の各電動シリンダを制御して、連結ソケット３６２の位置を、自転車の後輪とローラ２３の接触点を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに、角度θ、右方向から左方向を見て反時計回りに回転する。

また、自転車の走行路として傾斜θの下り坂を模擬する場合には、図５ｃに示すように、制御装置５は、自転車前部支持装置４のボールネジ機構４３と電動シリンダ４４を制御し自転車の前輪軸の位置を、自転車の後輪とローラ２３の接触点（ローラ２３の頂上）を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに、角度θ、右方向から左方向を見て時計回りに回転すると共に、これと同期して、自転車駆動装置３の各電動シリンダを制御して、連結ソケット３６２の位置を、自転車の後輪とローラ２３の接触点を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに、角度θ、右方向から左方向を見て時計回りに回転する。

そして、制御装置５は、以上のようにして、自転車の走行路の傾斜を任意に模擬しつつ、各状態において、自転車駆動装置３とダイナモメータ２を制御し、自転車の試験を行う。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の実施形態では、自転車前部支持装置４で自転車の前輪軸を自転車の後輪とローラ２３の接触点（ローラ２３の頂上）を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに回転しつつ、当該回転に伴うクランク軸の移動にクランク軸に連結した連結ソケット３６２の位置が追従するように、自転車駆動装置３で連結ソケット３６２を自転車の後輪とローラ２３の接触点を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに回転することにより、自転車の走行路の傾斜を様々に模擬できるようにしたが、これは以下のようして、自転車の走行路の傾斜を模擬するようにしてもよい。

すなわち、たとえば、図６ａに示すように、自転車前部支持装置４に代えて、可動床６００と、可動床６００上に固定した、自転車の前輪軸を固定する固定装置６１０と、可動床６００を、自転車の後輪とローラ２３の接触点（ローラ２３の頂上）を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに揺動する揺動機構を設け、図６ａ、ｂ、ｃに示すように、揺動機構によって、可動床６００共々、自転車の前輪軸を固定した固定装置６１０を自転車の後輪とローラ２３の接触点を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに揺動することにより、自転車前部支持装置４の機能を代替するようにしてもよい。

なお、図６ａ、ｂ、ｃにおいて、可動床６００を揺動する揺動機構は、可動床６００の、自転車の後輪とローラ２３の接触点を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りの揺動を案内するガイド６２１と、電動シリンダ６２２より構成している。電動シリンダ６２２は、可動床６００とピット１とに回動可能に軸支されており、可動床６００をピット１に対して押し上げ/下げする。

または、図６ｂに示すように、ピット１の床面を可動床７００として設け、電動シリンダ７２０によって、自転車の後輪とローラ２３の接触点（ローラ２３の頂上）を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに可動床７００を揺動するようにしてもよい。ただし、この場合、可動床７００に対して自転車駆動装置３を固定すると共に、可動床７００に対して、自転車の前輪軸を固定する固定装置７１０を固定するようにする。このようにすることにより、可動床７００の自転車の後輪とローラ２３の接触点を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りの揺動に伴い、自転車の前輪軸を固定した固定装置７１０と、自転車のクランク軸に連結する連結ソケット３６２も自転車の後輪とローラ２３の接触点を通るローラ２３の回転軸と平行な軸廻りに揺動することとなる。

以上のように、本実施形態によれば、自転車の後輪を負荷装置のローラ２３の頂上に載置したまま、自転車のピッチ角を任意に変更することができると共に、自転車のクランク軸の駆動を任意のピッチ角において支障なく行うことができる。
よって、自転車の走行路の傾斜を任意に模擬しつつ、自転車の試験を行うことができる。
なお、以上の実施形態において用いた電動シリンダやボールネジ機構４３は、これに代えて油圧シリンダやエアシリンダや、その他の任意のアクチュエータを用いるようにしてもかまわない。
また、自転車駆動装置３は、直接自転車のクランク軸を回転せずに、自転車のクランクをクランク軸廻りに回転することにより、自転車のペダルやクランクを介して自転車のクランク軸を回転するものとしてもよい。
また、自転車前部支持装置４の連結部４は、自転車の前輪の車軸に代えて自転車のフロントフォークに連結されるものとしても良い。

１…ピット、２…ダイナモメータ、３…自転車駆動装置、４…自転車前部支持装置、５…制御装置、２１…モータ、２２…軸トルク計、２３…ローラ、２４…機械慣性装置、３１…Ｚステージ、３２…Ｘステージ、３３…Ｙステージ、３４…駆動モータ、３５…駆動軸トルク計、３６…駆動シャフト、４１…ベース、４２…移動ステージ、４３…ボールネジ機構、４４…電動シリンダ、４５…連結部。

Claims (4)

1. 自転車の試験に用いられる自転車試験装置であって、
   前記自転車の前部を支持する支持装置と、
   前記自転車のクランク軸を回転駆動する駆動装置と、
   前記自転車の後輪に負荷を与える負荷装置と、
   傾斜模擬装置とを有し、
   前記負荷装置は、頂上に前記自転車の後輪が載置されるローラと、前記ローラに連結した第１のモータと、前記ローラに作用するトルクを計測するトルク計とを備え、
   前記駆動装置は、前記自転車のクランクまたはクランク軸を駆動する駆動シャフトと、当該駆動シャフトを回転する第２のモータとを備え、
   前記支持装置は、前記自転車の前部に連結する連結部を備え、
   前記傾斜模擬装置は、前記駆動装置の駆動シャフトの位置と前記支持装置の連結部の位置とを同期して、前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転することを特徴とする自転車試験装置。
2. 請求項１記載の自転車試験装置であって、
   前記傾斜模擬装置は、
   前記駆動シャフトを前記第１のモータ共々、少なくとも前記自転車の上下前後方向に移動する第１移動機構と、
   前記支持装置の連結部を、少なくとも前記自転車の上下前後方向に移動する第２移動機構とを備え、
   前記第１移動機構と前記第２移動機構とを制御し、前記駆動装置と前記支持装置の連結部の位置とを同期して、前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転させる制御装置とを有することを特徴とする自転車試験装置。
3. 請求項１記載の自転車試験装置であって、
   前記傾斜模擬装置は、
   前記駆動シャフトを前記第１のモータ共々、少なくとも前記自転車の上下前後方向に移動する第１移動機構と、
   前記支持装置を支持する可動床と、
   当該可動床を、前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転させる回転機構と、
   前記第１移動機構と前記回転機構とを制御し、前記駆動装置と前記支持装置の連結部の位置とを同期して、前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転させる制御装置とを有することを特徴とする自転車試験装置。
4. 請求項１記載の自転車試験装置であって、
   前記傾斜模擬装置は、
   前記駆動装置と前記支持装置とを支持する可動床と、
   当該可動床を前記負荷装置のローラの頂上を通る当該ローラの回転軸と平行な軸廻りに回転させる回転機構とを有することを特徴とする自転車試験装置。