JP6101979B2 - 可搬式車両用ホイールアライメント診断器及び診断方法 - Google Patents

Description

本発明は主に自動車ホイールアライメントの診断器とその診断方法に関する。

ホイールアライメントは自動車の車軸やステア軸の取付け角度を表すものであり、一般的に、トーイン、キャンバー、キャスター、キングピン角等により構成されている。このホイールアライメントはタイヤ摩耗や走行抵抗そして燃料消費にも影響し、地球環境保護の意味から大切な要素である。さらに、タイヤエコ技術とコラボレーションすることで大きな効果が期待できる。ホイールアライメント測定は、通常は、下記の特許文献１〜４等に示されるように、ホイールに測定装置を取りつけ、この測定装置の傾き等を計測することにより行われていた。また、下記特許文献１に示される方法は取り付けた測定器具により光学的に測定するものであり、労力の軽減と測定精度の向上を図ることができる。

特開平４−２３２４１０ 特開平６−２９４６４８ 特開２０００−２２１１１５ 特開昭６３−２４１０１

ところで、従来から自動車のアライメント測定＆調整は、各カーメーカーの出荷前検査工程にて、整備機器製造会社製あるいはカーメーカー製の機器により行われ、一般車市場においては、ある一部の整備機器メーカー製（主にＵＳＡ製）を使用して、アライメントショップやタイヤショップにて行われている。そして、一般車市場のアライメント測定は、製造会社出荷後にアライメントが変化することや、ダンパー等の足回り部品の交換時にその変化があることからその必要性が謳われている。しかしながら、一般市場におけるアライメント測定機器は、高額かつ大型であるため設置場所が限定され、構造的にホイールに外傷を与えることなどから、特定の数少ないユーザーの要望に応えているに過ぎず、一般的な市民権は得ていなかった。但し、従来から簡易型アライメントテスター（主に欧州製）は日本の車市場でも販売されていた。しかし精度が不足しているためユーザーニーズに応えるまでには至っていない。以上のことから、廉価で機動性があり高精度なアライメントテスターが望まれている。

上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。すなわち、請求項１に記載の発明は、車両のレベル調整が可能な組立式定盤により車両の測定条件（水平）を確保し、車輪の回転軸との直角度を極めて正確に再現した回転治具と計測糸と定規治具、及び床上定規等の計測手段から構成するホイールアライメントテスターである。

請求項２に記載の発明は、車のアライメントを正確に、場所を限定しない測定＆調整を可能にするために考案されたホイールアライメントテスターを構成する部位である。各々４個のテーブルおよびターニングラジアスゲージを有して、それらの中央に位置した所にレベル基準面を配し、水平レベル調整はストレートバーをレベル基準面と４個のテーブルおよびラジアスゲージの間に渡して、水準器をゼロに合わせることで各テーブルの高さを同一に調整する。

請求項３に記載の発明は、車の車輪回転軸をより正確に回転板に置き換えるための装置である。その車輪回転軸の車両進行方向に対する角度を測定＆調整することが、直進性を維持するために必須であることは従来から判っていることである。しかしながら、その車輪回転軸は目に見えないので何らかの方法でそれを可視化することが必要であるが、ホイールやタイヤの如何なる部分を採ってもそれに該当するところは存在しない。

そこで、回転治具（軸受回転軸と回転板の直角度を予め保証）をハブボルトに取り付け、車輪を回転しながら（タイヤを路面からリストアップ）回転板を水平に維持しておけば、その振れ量（計測糸の計測定規上の振れ量）が車輪回転軸と回転板の偏り角（水平面上で）を表わし、さらにはその振れ量のセンターを示すタイヤ位相における回転板は回転軸と直角である。そして、回転板を振れ量のセンターまでアジャストすれば当に互いの直角度を求めることが可能であるが、このアジャスト機構を付けることは大変に高額な費用が必要となり、また構造も複雑なものとなってしまい、実用的ではない。また、計測機構により振れ量を補正すればその直角度を求めることは可能であるが、その演算部分にはさらなる高額な費用を要することになる。そのため、この回転板と計測糸振れ量のセンターのところへ落ち着くように車輪を回転して止める。このようにすることで、回転板の表面と車輪の回転軸角度が車体進行方向でほぼ直角になる。

請求項４に記載の発明は、前輪若しくは後輪に取り付けられた回転治具の回転板（車輪回転軸と直角）の車両進行方向に対する傾き角を計測する方法を表している。治具回転板を水平に保ちながら、先端にあるスロットにニードルを挿入し、床上定規の上面に張り付けられたスケール上に落とし、そのスケールの値とニードルの挿入後の残り代を読み取る。さらに治具回転板の垂直線に対する傾き度を計測する。この３種類の値（床上定規読み取り値、ニードル残り代、回転治具回転板の垂直線に対する傾き角）を所定のプログラムにインプットすることで左右の回転治具回転板の水平面上の合計傾き角を計算することができる。さらに、左右回転治具の回転板に添った糸が指示する定規治具の読み取り値を所定のプログラムにインプットすることにより、左右回転治具回転板の水平面上での車両進行方向に対する傾き角を計測することができる。

請求項５に記載の発明は、所定の公差範囲で車輪回転軸と直角を成す面をつくるための手段を表している。一般アライメント項目を測定するには、回転軸と直角を成す面が必要であるので、最も精度の高い部分としてハブボルトとホイールナット着座面を活用した手段である。

請求項６に記載の発明は、リアサスペンション構造がリジッドタイプの場合の前輪車輪回転軸の修正方法を表している。このタイプは基本車両進行方向に対する車輪回転軸の傾き角を合わせることができないので、後左右車輪回転軸の合成ベクトル方向を基準にして前輪車輪回転軸を合わせるアライメント修正方法である。この場合、車両進行方向は本来の基準車両進行方向とは異なるものとなり、僅かに斜め方向に進む感覚となって現れる。

請求項１に記載の発明は、何処でも設置が可能な組立式定盤により測定車を水平に保ちつつ、回転治具の回転機能により、取付け誤差（振れ量）を極限まで消去して、車輪の回転軸と車両進行方向との傾き角をタイヤの種類や条件に関わらずに正確に計測できる。

請求項２に記載の発明は、４ユニット（テーブル＆ターニングラジアスゲージ）各々の水平を調整するため、それぞれにアジャストボルトを配置し、基準となる面を４ユニットの中央に配備することで、４ユニット毎に水平の測定＆調整が可能となる。

請求項３に記載の発明は、回転治具（治具回転板と回転軸の直角度保証）の回転機構を利用して、車輪を回転（車体ジャッキアップして）しながら得られる振れ量のセンターにて車輪をストップすることで、車輪回転軸と回転治具回転板の直角度が得られ、車輪回転軸を回転治具回転板上に正確に置き換えることができ、車輪回転軸の代用が可能である。

請求項４に記載の発明は、車両進行方向に対して車輪回転軸の車両進行方向に対する傾き角度を正確に合わせることが可能な手法で、ハンドスポーク角（直進状態のとき）がほぼ水平になり、タイヤ偏摩耗も少なく、路面走行抵抗も極小になるように導くことができる。

請求項５に記載の発明は、一般的なアライメントを測定する時、アライメント計測器を回転軸に直接に取り付けることなく、また余計な補正も必要とせず高い精度の測定が可能となる。

請求項６に記載の発明は、大衆車のリアサスペンションがリジッドタイプの場合に、車輪回転軸の傾き角の調整を独立懸架方式サスペンションと同等のレベルにすることができる手法で、車両進行方向をわずかに狂わせ（後輪回転軸左右傾き角のベクトル合計）、前輪回転軸左右の傾き角を、そのベクトル角度に合わせて調整することにより４車輪回転軸の車両進行方向に対する傾き角のバランスをよくすることが可能となる。それにより、該車の走行中のハンドルスポーク角水平ばらつき、タイヤ偏摩耗、走行抵抗、が極小にある。

本発明の実施形態に係る組立式定盤を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る組立式定盤の高さ調整部を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る測定車両の配置と条件設定に関する斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転治具と定規治具を測定車両に取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転治具を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転治具に取り付けられたスロット部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転治具に取り付けられた回転部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る車輪回転軸の車両進行方向に対する傾き角を求めるアルゴリズムを示す底面図である。 本発明の実施形態に係る車輪回転軸の車両進行方向に対する傾き角を計算する為のファクターを検出する方法を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る一般的アライメント（キャンバー、キャスター、キングピン角）の測定状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る一般的アライメント（キャンパー、キャスター、キングピン角）測定器の基準となる部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る一般的アライメント（キャンパー、キャスター、キングピン角）測器の基準板とホイールの取付け状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る後輪回転軸の傾き角度ベクトルを示す底面図である。 本発明の実施形態に係る前輪回転軸角の合わせ方を示す底面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１記載の発明は、本実施形態に係るホイールアライメント計測方法に用いる組立式定盤を示す。測定車の諸元値（ホイールベースと前後輪トレッド）予め確認し、テーブル本体１ｄを諸元値にしたがい配置して、連結バー１ｆで固定する。ターニングラジアスゲージ１ａをテーブル本体１ｄの上に載せる。さらに、踏み板１ｇをテーブル１ｄの間に配置する。このとき、踏み板を重ねることで高さを調整していく。また、乗り込み用スロープ１ｈを後輪用テーブル本体１ｄの手前に配置することでスムーズな測定車の進入を可能にする。

次に、測定車の４輪を載せるターニングラジアスゲージ部分１ａを同じ高さにするため、中央位置に置いた基準１ｂとの間にレベル較正バー１ｃを配置して水準器１ｋを確認しながら、テーブル本体１ｄに装備している調整ネジ１ｅにより水平調整する。尚、予め各々のテーブル本体１ｄも調整ネジ１ｅにより水平レベルを合わせておくことが必要である。水平レベル調整構造は図２に示す通り、ナット１ｊを緩めてからボルト頭１ｉを回転することにより行う。

次に、図３を用いて本実施形態に係るホイールアライメント計測方法に関する測定車両のセッティング方法を説明する。最初に測定車両２ｅを組立式定盤の上に進入させ、シフトギアポジションをＮにしてからサイドブレーキを掛ける。次に、ターニングラジアスゲージ１ａのロックピン２ｆを外す。ハンドル２ａを水平にしてからハンドル固定治具２ｂをセットして、ステアリングコラムカバー上に張り付けた指示器２ｄとインパネに表示した線２ｃを合わせる。測定車両の積載条件は、ユーザー要望により決めることでも問題ないが、基本的にはＪＩＳにて決めた条件（空車１Ｇ）を活用するのが一般的である。その空車条件とは、ガソリンフル充填、スペアタイヤ＆工具類は除くという条件である。また、タイヤエア圧を正規圧に合わせる。なお、予備データとして、予め４輪のセンターの位置でホイールアーチ（ｈｗ−ｆｒ、ｈｗ−ｆｌ、ｈｗ−ｒｒ、ｈｗ−ｒｌ）の高さを測定して所定の測定プログラムにインプットする。

次に図４を用いて、本実施形態に係るホイールアライメント計測に関するアライメントファクター検出方法について説明する。

ホイールのハブボルト３ａのナットを緩め、取り去った後に特性ナット＆ボルト３ｂをハブボルト３ａに取り付ける。このとき、５穴ホイール以上の場合は任意の３本を使用し、４穴ホイールの場合は２本を使用する。次に、基準板３ｈ−１を特性ナット＆ボルト３ｂに挿入して固定ナット３ｃにより取り付けることにより、回転治具３ｈを測定車両のホイールに取り付ける。さらに計測糸３ｒを回転治具３ｈの回転板３ｈ−２の裏に取り付けられているボルト３ｕに固定して、回転板に予め描いた所定の赤いラインに添って定規治具３ｑの定規の上をとうして錘３ｔで引張下げておく。

次に、リフター３ｋにより車体を持ち上げ、タイヤを接地面から離す。タイヤを回転しながら、回転板３ｈ−１０を水平に保ちつつスロットに張りつけられた振れ計測メジャー３ｈ−６−２により、計測糸３ｒの動き幅を測定する。その動き幅のセンター位置でタイタイヤ回転を止め、リフター３ｋを下降させてタイヤをターニングラジアスゲージに降ろす。降ろしたあとに、サスペンションのヒステリシスを無くすため、車高方向の加振とステアリング操作を繰り返して行う。さらに、車高（ホイールアーチ高さ）の計測と実施形態２にて計測したホイールアーチ高さとの差を確認し、規定量以上の差がある場合はさらに車高方向への加振とステアリング操作によるヒステリシス除去作業（ハンドル操舵繰り返し）を実施して、ホイールアーチ高さが（００１６）の同一項目値と規定値以下の差になることを確認する。

次に、回転板３ｈ−２を水平にして計測糸３ｒを回転板に添って張りつめるように錘３ｔを下げ、定規３ｃの目盛を読み取り、所定のプログラムにインプットする。そして、計測ニードル３ｆ、３ｇをスロット３ｈ−６の穴に挿入して床上定規３ｄの上面に到達させ、床上定規３ｄ上のニードル３ｆによる読み取り値を所定のプログラムにインプットする。さらに、ニードル３ｆの寸法（余り代）３ｈ−６−３を所定のプログラムにインプットする。

さらに、回転板３ｈ−５の水平に対する傾き角をキャンパー測定器３ｆにより計測して所定のプログラムにインプットする。以上の作業を片側においても実施する。以上の作業を実施すれば所定のプログラムが自動的に計算して、前輪左右各々、後輪左右各々の進行方向に対する傾き角を求めることが可能である。

図５は、本発明に係る回転治具３ｈの構造を示し、特性ナット３ｂと固定ナット３ｃ以外は一つの既組立品となっている。回転軸３ｈ−７と基準板３ｈ−１が、固定治具に圧入された軸受け３ｈ−４に対して圧入され、固定ナット３ｈ−８により組立てられ、回転板３ｈ−５、固定治具３ｈ−３は取付けボルト３ｈ−２により組みつけられる。スロット３ｈ−６は固定ボルト３ｈ−７により回転板３ｈ−５に取り付けられる。図６は、スロット３ｈ−６を示し、取り付ボルト３ｈ−９により回転板３ｈ−５に固定されている。ニードル穴３ｈ−６−１は測定ニードル３ｇの挿入穴である。図７は、回転治具３ｈ−７の回転部構造を示し、固定治具３ｈ−３と軸受け３ｈ−４から成っている。尚、固定治具３ｈ−３は一体加工品である。

次に図８を用いて、本実施形態に係るアライメント計測のアルゴリズムについて説明する。これは、基本となる車輪回転軸の進行方向に対する傾き角を求めるための基本的な幾何学図である。θＦ：前輪回転軸合計傾き角、θＬ：左側車輪回転軸傾き角、θＲ：右側車輪回転軸傾き角とする。Ｔｆｆ−Ｌ：床上定規前方左の読み取り値、Ｔｆｆ−Ｒ：床上定規前方右の読み取り値、Ｔｆｒ−Ｌ：床上定規後方左の読み取り値、Ｔｆｒ−Ｒ：床上定規後方右の読み取り値を示す。

下記に、前輪回転軸合計傾き角の演算アルゴリズムについて解説する。

となるから、αＬ＋αＲは、床上定規３ｄの目盛値による計算値（Ｔｆｆ−Ｒ＋Ｔｆｆ−Ｌ）−（Ｔｆｒ−Ｌ＋Ｔｆ−Ｌ）と一致するので、

となる。
ここで、図９によりさらに詳しく説明する。ニードル読み取りポイント（▲１▼−ａ、▲１▼−ｂ）は回転板３ｈ−２の傾き角（Ｃａ）とニードル長さ（ｈ）、そして回転板３ｈ−２の進行方向水平度（水準器３ｉにより保証）に影響されるので、下記の式により補正が必要である。
Ｔｆｆ−Ｒ（補正値）＝Ｔｆｆ−Ｒ−ｈ（補正値）ＳＩＮ（Ｃａ）、
他の３つの場合（（Ｔｆｆ−Ｌ（補正値）、Ｔｆｒ−Ｒ（補正値）、Ｔｆｒ−Ｌ（補正値）も同じ式で計算する。

従って、前輪回転軸合計傾き角補正値（θＦ（補正値））の演算式はつぎのようになる。

次に、θＦＬとθＦＲの演算アルゴリズムについて解説する。
回転板３ｈ−２に添って張られた計測糸３ｒの治具定規３ｑ上の指示値左右は、それぞれεＬ、εＲとする。車両センターラインを４ｆとして、４ｄラインと４ｃラインが同期して左方向へ回転（ステアリングラック４ｇの動きにより前輪左右が同期して回転）する。そのセンターライン４ａが車両センターライン４ｄと重なったとき、θＬ＝θＲとなる。

であるから、
▲１▼▲２▼は下記のようになる。

であるから、

となる。
この式のθＦは補正値（θＦ（補正値））を使うのが正しく、
下記に示す値が真値となる。

このときの角度単位はラジアン単位。
以上が、前輪回転軸左右及び合計の車両進行方向に対する傾き角演算アルゴリズムである。
後輪回転軸左右及び合計の進行方向に対する傾き角演算アルゴリズムも同様である。

次に、図１１を用いて本発明の実施態様である、一般的にいわれているキャンバー、キャスター、キングピンゲージの計測方法について説明する。従来のとおり、測定車をターニングラジアスゲージの上に載せ、キャンバー、キャスター、キングピン角テスター３ｆを基準板３ｂにマグネットにより取り付け、タイヤを旋回しながらターニングラジアスゲージを２０度回転することでそれぞれ計測する方法を示している。このとき、キャンパーを計測するときの基準板３ｎと回転軸５ａの直角度が重要である。

図１２及び図１３に示す本発明の実施態様では、その直角度を合わせるための工夫を示している。すなわち、ネジ込んだ特性ナット３ｂは、端面を球状にしていることが特徴であり、３本若しくは２本を用いて一つの平面を形成して、ホイールナット座面（球状）５ｃに対して、特性ナット３ｂが自然に馴染むように工夫され、その端面も球状５ｄに加工されている。その面に基準板３ｎを取りつけることで回転軸５ａとの直角度を保証している（所定の公差で）。以上のことにより、基準板を元にしてキャンバー、キャスター、キングピン角の計測が、直接にテスター等を回転軸に取り付けることなく、他の補正方法も必要もなく、より正確に測定できる。

最後に図１３及び図１４を用いて、本発明の実施態様に係るリアサスペンション構造がリジッドタイプの場合の後輪アライメントを前輪にフィードバックする方法について説明する。後車輪回転軸左右の基準車両進行方向に対する傾き角をθＲＬとθＲＲとする。その互いの合計した進行方向ベクトルをθＲ−ｔｈとする。次に、前車輪回転軸傾き角調整値（θＦＬとθＦＲ）は左右それぞれの基準値にθＲ−ｔｈを加減算した値となる。このとき、車両の進行方向は実車両進行方向となる。

完成車製造会社の出荷後に何らかの走行上、あるいは運搬上の理由によりアライメントが変化した場合、または事故等により足回りを分解整備するに至った場合において、アライメント測定機器のある場所までの搬送が困難で、その現場での測定を必要とする場合に有効である。また、完成車製造会社とは言え、トーイン、トーアウト（車両進行方向に対する車輪回転軸の傾き角）を正確に計測することはできていないことが多々あるので、原理原則を貫いた機器として、真のトー値を求めるためにも有効である。

さらに、一般新車市場または中古車市場においては、カーデイラーからユーザーへ納車するとき、ばらつきを無くし正確に廉価にアライメントを保証してやることで、１ランク上の走行安定性と省エネ効果をもつ車の供給により、ユーザーの満足度を上げることができる。また、電力などのエネルギーを消費することなく、安価であることから一般整備会社全般に適用が可能である。さらに、当該機器は原理原則が判るように設計されているので整備士に対するアライメント教育の機器としても有効である。

また、タイヤショップにおけるエコタイヤ販売の際、当機器による正確なアライメント調整を何処でも廉価に提供できるので、タイヤ交換による走行抵抗削減効果に関して、幅広いユーザーの信頼を得ることができる。

１ 可搬型組立定盤
１ｅ 高さ調整機構
３ｈ 回転治具
３ｑ 定規治具
３ｒ 計測糸
３ｈ−６−２ 振れ計測定規
３ｄ 床上定規
３ｈ−６ スロット
３ｇ ニードル
３ａ ハブボルト
３ｂ 特性ナット
５ａ 車輪回転軸
５ｃ ホイールナット

Claims (6)

1. 車両の車輪を載置して診断対象の車両の水平調整を行う移動可能な可搬型組立式定盤と、当該車両の前後輪の前輪左右車軸のホイールハブボルトに取り付けられ、車輪の回転軸と直角度を求める回転治具と、後輪の左右車輪のホイールハブボルトに取り付けられた定規治具とを備え、かつ少なくとも、前輪の車輪の前後に配置された二つの床上定規を含む、回転治具の先端に装備されたスロットと計測ニードルで構成されていること、を特徴とするホイールアライメントテスター。
2. 可搬型組立式定盤は、診断対象車両の各車輪設置部分の高さ調整機構を持つテーブル本体と、当該テーブル上面に載置されるターニングラジアスゲージ、並びに当該各テーブル本体の略中央部に離間して設置され、これら各テーブル本体の高さ調整のための基準面指示手段とから構成されていること、を特徴とする請求項１記載のホイールアライメントテスター。
3. 回転治具は、前軸または後軸の左右車輪ハブボルトに特性ナットにより固定し、車輪回転軸と回転板の直角度を所定の公差範囲に保ちつつ、車輪がリフトアップされた状態で、回転治具を水平に保持しながら、車輪を回転し、回転治具の先端から定規治具の方向へ引っ張られた計測糸と、回転板先端に装着されたスロットに貼り付けられた振れ計測メジャーの振れ幅の中央位置にて当該車輪を停止させることにより、車輪回転軸と回転板が、当該車両の進行方向で角度をほぼ直角にすることが可能となり、車輪回転軸を回転板上に置き換えた、ことを特徴とする請求項１記載のホイールアライメントテスター。
4. 当該車両を１Ｇ状態に降ろして、請求項３で記述した回転治具の回転板の表面上をその先端から延長した計測糸が、後輪または前輪に取り付けた定規治具の計測メジャーを指示する値、さらに回転治具先端に装着されているスロット及び計測ニードルと床上定規の計測値と回転治具の回転板の傾き角から、該車輪回転軸に対して直角な線の、前輪距の中点と後輪距の中点を結ぶことで得られる基準車両中心線に対する傾き角を計算する、ことを特徴とするホイールアライメント計測方法。
5. 車輪回転軸と回転板の直角度を所定許容公差範囲に置き換えるため、ホイールボルト着座面に締めつけられた特性ボルト及びナットと、回転治具と定規治具に基準面を設けたこと、を特徴とする請求項１記載のホイールアライメントテスター。
6. 車両のリアサスペンション構造がリジッドタイプの場合、後輪左右の回転軸の車両進行方向に対する偏り角を求める。その偏り角は、後輪左右の回転軸に対する直角な線の、前輪距の中心と後輪距の中心を結ぶことで得られる基本車両中心線に対する傾き角を合計した値の半分に相当する。求めた偏り角を前輪左右それぞれの回転軸に対する直角な線の基本車両中心線との傾き角に加算または減算することで、４輪それぞれの車輪回転軸に対する直角な線の該車両進行方向に対する傾き角として、左右同じにすることを可能にした、請求項１，２，３のいずれかに記載されたホイールアライメントテスターを用いたアライメント修正方法。

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