JP6448140B2 - 車両特性解析方法及び装置並びに車両試験装置 - Google Patents

Description

本発明は車両特性解析方法及び装置並びに車両試験装置に係り、特に走行中の車両の「乗り心地」に関する特性を解析する方法及び装置並びに車両試験装置に関する。

自動車を評価する項目の一つに「乗り心地」がある。近年では、この「乗り心地」に関して様々な試験方法が提案されている。たとえば特許文献１は、ドライバーの耳元に騒音計を設けるとともに、車両のフロアに振動加速度センサを設けており、騒音計の音データと振動加速度センサの振動データとから「乗り心地」の解析を行っている。また、特許文献２は、足下フロア、シート座面、シートの背面にそれぞれ加速度センサを設け、これらの加速度センサのデータから乗り心地を解析している。この他にも複数のセンサを車内に配置し、それらのデータを解析することによって、「乗り心地」を評価する試みが成されている。

一方で、各部品ごとに「乗り心地」に関する試験を行う試みも成されている。部品のなかで特にタイヤは「乗り心地」に重要な影響を与えることから、様々な試験が提案されている。たとえば特許文献３は、突起を有するドラム上でタイヤを回転させ、タイヤが突起を乗り越える際の性能を試験する方法が提案されている。また、特許文献４は、タイヤの縦バネ定数を複数ヶ所で試験する方法が提案されている。

特開２００８−２７５３３６ 特許３５１８２３８号 特許５５４８１１６号 特許４８９３０３３号

しかしながら、従来の方法は、「乗り心地」に関して車両のどの部分がどのように影響しているかを十分に解析することができず、「乗り心地」の改善に繋がらないという問題があった。たとえば特許文献１や特許文献２は、「乗り心地」が結果的にどうなっているかを評価するのみであり、その「乗り心地」に関して車両のどの部分がどのように影響を及ぼすかは全く分からない。したがって、「乗り心地」の評価が低い場合に、どのような対策をしてよいのか全く分からないという問題を生じる。一方、特許文献３や特許文献４は、タイヤつまり部品のみの試験であり、実際の車両に組み込んで走行した際には全く異なる挙動を示すことがあった。したがって、部品として「乗り心地」を高める改善を行ったとしても、車両として組み込んだ際に「乗り心地」が改善されないという問題が生じていた。さらに特許文献３の場合には、路面側も実際の走行時の状態と異なるという問題があった。すなわち、特許文献３のように、ドラム上で突起を再現しても、実際の平坦な路面上に突起がある場合とはタイヤの挙動が異なるという問題もあった。

このように従来の方法は、「乗り心地」に関して、改善に繋がるような十分な解析ができないという問題があった。特に路面の突起や段差を乗り越える時のように、衝撃を受ける場合の「乗り心地」に関しては、未だに十分な解析が出来ていないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、車両の特性を正確に解析することのできる車両特性解析方法及び装置並びに車両試験装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、路面に埋め込まれるとともに上面に非平坦部を備えたプレートに取り付けられたセンサによって、走行中の車両が前記プレートの上面から前記非平坦部を乗り越える際に、前記プレートが前記車両から受ける荷重を計測する路面計測ステップと、前記路面計測ステップとともに行われ、前記車両に設けられたセンサよって前記車両が受ける少なくとも上下方向の力を計測する車両計測ステップと、前記路面計測ステップで得られたデータと、前記車両計測ステップで得られたデータから、前記車両の振動吸収特性を求める解析ステップと、を含むことを特徴とする車両特性解析方法を提供する。

本発明によれば、車両で力（振動や６分力等）を計測するだけでなく、路面が車両から受ける力を計測し、その両方のデータによって車両の特性を解析するようにしたので、車両の内部で振動がどのように伝達されたかを知ることができる。具体的には、路面との接地点から車内の計測点までに振動がどのように吸収されたか（振動吸収特性）を知ることができる。

このように、車両の特性を求めるために路面側で計測を行い、さらにそのデータと車両側での計測データとから車両を解析する手法は、従来に無い全く新しいものである。

また、本発明によれば、車両が路面の非平坦部を乗り越える際の衝撃（振動）が、路面から車両内をどのように伝播するかを知ることができる。なお、本発明において、非平坦部とは、周囲の部分と同一の面で無いことを意味しており、たとえば突起、段差、溝、凹凸、それらの組み合わせが含まれる。

さらに、本発明によれば、車両から受ける力をプレートの荷重変動として正確に求めることができる。

請求項２に記載の発明は請求項１において、前記車両計測ステップは、前記車両のホイールに取り付けられたセンサで計測することを特徴とする。本発明によれば、路面との接地点からホイールまでの特性を知ることができる。すなわち、走行中のタイヤが実際に振動を吸収する特性を知ることができる。

請求項３に記載の発明は請求項１において、前記車両計測ステップは、前記車両に取り付けられた加速度センサで計測することを特徴とする。本発明によれば、加速度センサを車両に取り付けることによって、路面からその取付位置までの振動吸収特性を求めることができる。すなわち、加速度センサの取付位置を選択することによって、路面から任意の取付位置までの振動吸収特性を求めることができる。

請求項４に記載の発明は請求項１において、前記車両計測ステップは、複数ヶ所で計測を行うことを特徴とする。本発明によれば、外力（振動）が路面との接地点から車両内の複数の計測点をどのように伝播するかをより正確に知ることができる。

請求項５に記載の発明は前記目的を達成するために、路面に埋め込まれるとともに上面に非平坦部を備えたプレートに取り付けられたセンサによって、走行中の車両が前記プレートの上面から前記非平坦部を乗り越える際に、前記プレートが前記車両から受ける荷重を計測して得られた路面計測データと、前記車両に設けられたセンサによって前記車両が受ける少なくとも上下方向の力を計測して得られた車両計測データと、が入力され、前記路面計測データと前記車両計測データから前記車両の振動吸収特性を求めることを特徴とする車両特性解析装置を提供する。

本発明によれば、路面が車両から受ける力のデータと、車両が受ける力のデータを用いて解析を行うので、路面との接地点から車両の計測点までの特性を求めることができる。したがって、路面との接地点から入力される外力がどのように伝達されるかを求めることができる。

請求項６に記載の発明は請求項５の発明において、前記車両特性解析装置は、前記路面計測データと前記車両計測データを周波数解析し、その結果を同時に表示することを特徴とする。本発明によれば、路面計測データの解析結果と車両計測データの解析結果を同時に表示するので、振動吸収特性を感覚的に把握することができる。なお、本発明において「同時に表示する」とは上下や左右に並べたり、重ねて表示したりすることによって、同時に視認できることを意味する。また、本発明において、「表示」とは、装置と一体或いは別体の表示画面に表示することの他に、紙等の媒体に印刷等することも含む。

請求項７に記載の発明は請求項５または６において、前記車両特性解析装置は、前記路面計測データの経時変化と前記車両計測データの経時変化を同時に表示することを特徴とする。本発明によれば、両方の計測データを同時に表示するので、振動吸収特性を感覚的に把握することができる。なお、二つの計測データは、横軸（時間）の範囲や間隔を合わせて表示することが好ましい。
請求項８に記載の発明は前記目的を達成するために、路面に埋め込まれるとともに上面に非平坦部を備えたプレートと、該プレートの荷重を計測するロードセルを有するプレートセンサユニットと、車両のホイールに取り付けられたセンサによって前記車両が受ける少なくとも上下方向の力を計測するホイールセンサユニットと、前記プレートセンサユニットによって走行中の前記車両が前記プレートの上面から前記非平坦部を乗り越える際に、前記プレートが前記車両から受ける荷重を計測して得られた路面計測データと、前記ホイールセンサユニットによって前記車両が受ける少なくとも上下方向の力を計測して得られた車両計測データと、が入力され、前記路面計測データと前記車両計測データから前記車両の振動吸収特性を求める車両特性解析装置と、を備えたことを特徴とする車両試験装置を提供する。

本発明によれば、車両が受ける力だけでなく、路面が車両から受ける力を計測し、両方のデータを利用するようにしたので、車両の特性を正確に求めることができる。特に本発明によれば、路面との接地点から車両の計測点までの特性を求めることができるので、突起を乗り越える時の乗り心地に関する特性を正確に求めることができる。

本発明に係る車両特性解析方法を用いた試験装置の概略構成を示す模式図 プレートセンサユニットの概略構成を示す斜視図 図２のユニットを路面に埋め込んだ状態を示す縦断面図 ホイールセンサユニットの構成を示す分解斜視図 表示例を示す図 表示例を示す図

添付図面に従って本発明に係る車両特性解析方法及び装置の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明が適用された車両特性解析装置１０と、その解析に必要な試験装置の構成を模式的に示す図である。

同図に示す解析装置１０は、車両１４の振動吸収特性を解析する装置であり、この解析装置１０には、少なくとも２種類のデータが入力される。１つ目の入力データは、路面１２が車両１４から受ける力の計測データであり、本実施例ではプレートセンサユニット２０から入力される。２つ目の入力データは、車両１４が受ける力の計測データであり、本実施例ではホイールセンサユニット３０から入力される。いずれも一例であってこれに限定されるものでは無く、様々な計測手段を採用することができる。

図２はプレートセンサユニット２０の概略構成を示す斜視図である。同図に示すように、プレートセンサユニット２０は、プレート２２、ベース２４、４個の荷重センサ２６、２６…で構成される。

プレート２２及びベース２４は、略同じ大きさの矩形状に形成されている。プレート２２とベース２４は上下に間隔をあけて配置されており、その間には四隅の位置に荷重センサ２６が配置されている。荷重センサ２６は、プレート２２の荷重を計測するセンサであり、その構成は特に限定するものではないが、たとえばロードセルが用いられる。ロードセルの場合、起歪体の固定部がベース２４に固定され、起歪体の可動部がプレート２２に固定されるとともに、起歪体の変形部位に貼り付けられたゲージによってプレート２２の荷重が検出される。各荷重センサ２６はケーブル（不図示）を介して解析装置１０に接続されており、荷重変動に関する信号が解析装置１０に出力される。解析装置１０の構成は後述するが、荷重センサ２６の出力信号に基づいて、プレート１２に加わる全荷重や、プレート１２の荷重重心を算出するようになっている。また、解析装置１０にはメモリが設けられ、その計測データを記憶できるようになっている。

図２に示すように、プレート２２の上面の中央位置には、突起２８が設けられている。突起２８は車両１４の幅方向に細長く形成されており、プレート２２に固定されている。突起２８の形状は、上面から突出していれば特に限定するものでは無いが、たとえば断面が三角形状のもの、矩形状のもの、台形状のもの、円状のもの、サイン波形状のもの等、様々な形状のものを使用することができる。突起２８の長さは、車輪１６の幅よりも十分に大きく、車輪１６が突起２８の上を確実に通過することが好ましいが、試験内容によっては突起２８が短くてもよいし、複数の小さい凸部を直線状に並べて配置してもよい。また、突起２８は一列に限定するものでは無く、複数列に並べて配置してもよい。さらに、突起２８は、プレート２２と一体で形成してもよいし、プレート２２とは別体のものを取り付けるようにしてもよい。プレート２２と別体の突起２８を取り付ける場合には、着脱自在にして交換できるようにするとよい。

上記の如く構成されたプレートセンサユニット２０は、図３に示すように路面１２の凹部１２Ａに配置される。路面１２の凹部１２Ａは、プレート２２よりも僅かに大きく形成されており、プレート２２が凹部１２Ａの壁面に接触しないようになっている。また、凹部１２Ａの深さは、プレートセンサユニット２０の高さに一致するようになっており、プレート２２の上面と路面１２が同一面を成すようになっている。したがって、車両１４の車輪１６は、路面１２からプレート２２上にスムーズに乗り移ることができる。車輪１６がプレート２２上に乗り移ることによって、その荷重変動が荷重センサ２６によって計測される。そして、車輪１６が突起２８を乗り越える際にも、その荷重変動が計測される。

なお、プレートセンサユニット２０の構成は上述した実施形態に限定されるものでは無く、様々な態様が可能である。たとえば、荷重センサの数が３個以下や５個以上であってもよいし、プレート２２の形状が矩形以外のものであってもよい。さらに、プレート２２にフォースマトリックスセンサを設けて車輪１６の面圧を測定できるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、プレート２２に突起２８を設けたが、突起２８の代わりに段差や溝、多数の凹凸などを設けても良い。また、荒れ地などの路面を模擬した部品（たとえば金属製や樹脂製の成型品）をプレート２２に被せるようにしてもよい。なお、プレート２２は平坦であってもよいが、非平坦部を設けた方が路面計測データと車両計測データとの比較が容易になり、振動吸収特性を解析しやすくなる。

図４はホイールセンサユニット３０の分解斜視図であり、一部を切り欠いて示している。同図に示すホイールセンサユニット３０は、車輪１６のホイール１５に加わる６分力を計測する装置であり、本体３２、リム取付枠３４、ハブ取付枠３６、スリップリング３８で構成される。

リム取付枠３４は、リング状に形成されており、ホイール１５のリム１５ａに固定される。ハブ取付枠３６はリム取付枠３４よりも小さい径のリング状に形成されており、ホイール１５のハブ１５ｂに固定される。本体３２は円板状に形成されており、リム取付枠３４とハブ取付枠３６に固定される。すなわち、本体３２は、リム取付枠３４を介してホイール１５のリム１５ａに固定され、ハブ取付枠３６を介してホイール１５のハブ１５ｂに固定される。

本体３２には、複数ヶ所にゲージ等の歪みセンサ（不図示）が多数貼り付けられる。この多数の歪みセンサは、直交３軸方向のトルク値、及びその回転方向のトルク値を計測できるように構成されている。

スリップリング３８は本体３２に回動自在に取り付けられており、本体３２が車輪１６とともに回転した場合であっても、スリップリング３８は回転しないように構成されている。スリップリング３８は不図示のケーブルを介して車載制御装置４０（図１参照）に接続されており、歪みセンサの計測データが車載制御装置４０に送信される。車載制御装置４０は、無線通信手段を備えており、計測データはリアルタイムで車載制御装置４０から解析装置１０に送信される。したがって、ホイールセンサユニット３０の計測データは、車載制御装置４０を介して、解析装置１０に逐次入力される。

なお、ホイールセンサ３０から解析装置１０までのデータ通信、及びプレートセンサユニット２０から解析装置１０までのデータ通信については特に限定するものでは無いが、たとえばＣＡＮ通信が用いられる。また、データ通信には、２種類の計測データの同期を取れるようにタイムスタンプ機能などが利用される。

解析装置１０の構成は図を省略するが、その内部にはアンプ、ＡＤ変換器、演算回路、メモリ、無線通信手段等が設けられている。上述したように解析装置１０には、ホイールセンサユニット３０の計測データ（以下、路面計測データ）と、プレートセンサユニット２０の計測データ（以下、車両計測データ）が入力される。解析装置１０は、その路面計測データと車両計測データをフーリエ変換したり、その結果を用いてボード線図を作成したりすることによって、振動吸収特性を求める。

ところで、車両計測データは、車輪１６のホイール１５が受ける力であり、路面計測データは、車輪１６との接地点で受ける力である。したがって、両方のデータを利用することによって、車輪１６の接地点から車輪１６のホイール１５までの振動吸収特性（すなわちタイヤの振動吸収特性）を求めることができる。

このようにして求めた特性は、実際に車両１４を走行させた状態でのタイヤの振動吸収特性である。すなわち、実際の走行車両に見られるエンジンの振動や、車両１４の重心移動、サスペンションの振動吸収など、様々な要因が複雑に絡み合った上でのタイヤの特性である。したがって、タイヤ単品で試験して求めた特性とは大きく異なり、実際の車両１４の一部としてのタイヤの特性を正確に把握することができる。

また、上述の路面計測データは、車両１４が実際に路面１２上を走行している状態で、路面が車輪１６から受ける力の計測値である。したがって、ドラム等を用いた模擬試験装置の場合と異なり、実際の走行状態での路面側の力が正確に計測されている。この路面計測データを用いることによって、車輪１６の特性を正確に求めることができる。

なお、上述した実施形態では、車両１４側の計測手段として、ホイールセンサユニット３０を用いたが、車両１４が受ける力を計測するセンサであればよく、たとえば加速度センサであってもよい。

また、上述した実施形態は、車両１４側の計測点が１つの例で説明したが、２つ以上であってもよい。たとえば図１に示すように、シート１８に加速度センサ５０を取り付けて、加速度センサ５０の計測データを解析装置１０に入力してもよい。この場合、解析装置１０には、プレートセンサユニット２０からの路面計測データと、ホイールセンサユニット３０からの車両計測データと、加速度センサ５０からの車両計測データが入力される。そして、解析装置１０において、加速度センサ５０の車両計測データと路面計測データとを比較することによって、車輪１６の接地点からシート１８までの総合的な振動吸収特性を求めることができる。また、２つの車両計測データを比較することによって、車輪１６のホイール１５からシート１８までの部分的な振動吸収特性を求めることができる。

同様に、加速度センサをエンジンやアッパーマウントに取り付けて、その計測データを解析装置１０に入力してもよい。その場合には、様々な部分の振動吸収特性を求めることができる。たとえば、ホイールセンサユニット３０の車両計測データとアッパーマウントの車両計測データを比較することによって、サスペンションの振動吸収特性を求めることができる。また、路面計測データとアッパーマウントの車両計測データとを比較することによって、車輪１６とサスペンションの複合的な振動吸収特性を求めることができる。したがって、車輪１６とサスペンションの相性を調べることができる。

図１に示すように解析装置１０には表示装置６０が接続されており、表示装置６０には、入力データや解析結果等の様々なデータが表示される。図５、図６はその表示例を示している。これらの図は、時速３６ｋｍで断面長方形の突起２８を乗り越えた際に上下方向の力を計測した結果に基づいて表示している。

図５（ａ）は、計測データの経時変化を示しており、図５（ｂ）はそれをフーリエ変換した結果を示している。いずれも、３種類のデータ（プレートセンサユニット２０の計測データ、ホイールセンサユニット３０の計測データ、車体に取り付けた加速度センサの計測データ）を重ねて表示している。

図５（ａ）から分かるように、０．２ｓで突起２８に乗り上げており、０．６ｓで突起２８から降りている。そして、３つの計測データを比較して分かるように、それらの振動は、プレートセンサユニット２０、ホイールセンサユニット３０、加速度センサの順で徐々に小さくなっている。すなわち、路面との接地点から車体までの間に徐々に減衰していることが分かる。

一方、図５（ｂ）の結果からは、１Ｈｚ付近で三つのデータが重なる山があることが分かる。これは、ばね（サスペンション）の上で共振が発生していることを示している。また、それよりも高い周波数域になるほど、プレートセンサユニット２０、ホイールセンサユニット３０、車体の順で山が徐々に小さくなっている。これは、ばね下の共振が減衰していることを意味している。

図６は、図５の計測データをボード線図にしたものであり、二つの伝達特性（プレートセンサユニット２０の計測データに対するホイールセンサユニット３０の計測データの伝達特性と、プレートセンサユニット２０の計測データに対する車体の加速度センサの計測データの伝達特性）を示している。図６（ａ）の縦軸はゲインを示しており、図６（ｂ）の縦軸は位相を示している。これらの図から分かるように、ホイールセンサユニット３０の伝達特性と比べて、車体の伝達特性は、高周波領域で大きく減衰するとともに、位相が遅れているのが分かる。したがって、高周波領域の振動はタイヤでは無く、車体の特性によって吸収されていることが分かる。このように本発明によれば、外部から伝達した振動がどのように吸収されているかを正確に把握することができる。

なお、上述した図５や図６の例では、複数のデータを重ねて表示したが、これに限定するものでは無く、上下や左右に並べて表示してもよい。すなわち、路面１２側で計測したデータと、車両１４側で計測したデータを、上下や左右に並べて表示してもよい。その際、２つの計測データは同期処理をした状態で表示することが好ましい。

また、上述した実施形態では特に言及しなかったが、データの取得はプレートセンサユニット２０からの信号に基づいて行うことが好ましい。すなわち、車輪１６がプレート２２に載置したことをプレートセンサユニット２０によって検知した際にデータの取得を開始し、車輪１６がプレート２２から降りたことを検知した際にデータの取得を終了するようにしてもよい。これにより、突起２８の直前直後の計測データのみを取得することになり、サンプリング周期を小さく設定することができる。

また、車両１４がプレートセンサ２０に近づいたことを検知する接近感知センサを別途設けてもよい。たとえばプレートセンサ２０に赤外線センサを設けて車両１４の接近を検知してデータの取得を開始してもよい。或いは、車両１４にＧＰＳセンサを設けて車両１４の位置情報を解析装置１０で取得し、車両１４がプレートセンサユニット２０に近づいた際にデータの取得を開始してもよい。

さらに、上述した実施形態では、リアルタイムで解析装置１０に計測データを送信するようにしたが、これに限定するものでは無く、車載制御装置４０の内蔵メモリにデータを蓄積し、後で解析装置１０に送信するようにしてもよい。

１０…解析装置、１２…路面、１４…車両、１６…車輪、１８…シート、２０…プレートセンサユニット、２２…プレート、２４…ベース、２６…荷重センサ、２８…突起部、３０…ホイールセンサユニット、３２…本体、３４…リム取付枠、３６…ハブ取付枠、３８…スリップリング、４０…車載制御装置、５０…加速度センサ、６０…表示装置

Claims (8)

1. 路面に埋め込まれるとともに上面に非平坦部を備えたプレートに取り付けられたセンサによって、走行中の車両が前記プレートの上面から前記非平坦部を乗り越える際に、前記プレートが前記車両から受ける荷重を計測する路面計測ステップと、
   前記路面計測ステップとともに行われ、前記車両に設けられたセンサよって前記車両が受ける少なくとも上下方向の力を計測する車両計測ステップと、
   前記路面計測ステップで得られたデータと、前記車両計測ステップで得られたデータから、前記車両の振動吸収特性を求める解析ステップと、
   を含むことを特徴とする車両特性解析方法。
2. 前記車両計測ステップは、前記車両のホイールに取り付けられたセンサで計測することを特徴とする請求項１に記載の車両特性解析方法。
3. 前記車両計測ステップは、前記車両に取り付けられた加速度センサで計測することを特徴とする請求項１に記載の車両特性解析方法。
4. 前記車両計測ステップは、複数ヶ所で計測を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両特性解析方法。
5. 路面に埋め込まれるとともに上面に非平坦部を備えたプレートに取り付けられたセンサによって、走行中の車両が前記プレートの上面から前記非平坦部を乗り越える際に、前記プレートが前記車両から受ける荷重を計測して得られた路面計測データと、前記車両に設けられたセンサによって前記車両が受ける少なくとも上下方向の力を計測して得られた車両計測データと、が入力され、
   前記路面計測データと前記車両計測データから前記車両の振動吸収特性を求めることを特徴とする車両特性解析装置。
6. 前記車両特性解析装置は、前記路面計測データと前記車両計測データを周波数解析し、その結果を同時に表示することを特徴とする請求項５に記載の車両特性解析装置。
7. 前記車両特性解析装置は、前記路面計測データの経時変化と前記車両計測データの経時変化を同時に表示することを特徴とする請求項５または６に記載の車両特性解析装置。
8. 路面に埋め込まれるとともに上面に非平坦部を備えたプレートと、該プレートの荷重を計測するロードセルを有するプレートセンサユニットと、
   車両のホイールに取り付けられたセンサによって前記車両が受ける少なくとも上下方向の力を計測するホイールセンサユニットと、
   前記プレートセンサユニットによって走行中の前記車両が前記プレートの上面から前記非平坦部を乗り越える際に、前記プレートが前記車両から受ける荷重を計測して得られた路面計測データと、前記ホイールセンサユニットによって前記車両が受ける少なくとも上下方向の力を計測して得られた車両計測データと、が入力され、前記路面計測データと前記車両計測データから前記車両の振動吸収特性を求める車両特性解析装置と、
   を備えたことを特徴とする車両試験装置。