JP6635081B2 - 自動車車体の動的剛性試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車車体の動的剛性試験方法に関し、特に、自動車車体の車体幅方向に振動を与えて動的な剛性を評価する自動車車体の動的剛性試験方法に関する。

従来、自動車車体の剛性は、特許文献１に記載されるように、自動車車体のフロント側又はリア側のいずれかにおける左右のダンパー取り付け位置を固定し、固定していない反対側の左右のサスペンション締結部にそれぞれアクチュエーターを接続し、左右のアクチュエーターを逆位相で動かして、前記自動車車体全体をねじり、一定荷重負荷時のねじれ角を測定するねじり剛性試験による評価が一般的に行われている。このようなねじり剛性試験で評価される剛性は静的な評価値であり、特許文献２に開示されているように、構造体としての自動車車体の剛性を評価するには有用であり、実車両の走行試験における左右振られ感の評価に適用されている。しかしながら、テストドライバーによる実車両の走行試験により評価される操舵の際の操縦安定性や乗り心地等といった官能評価値との相関性において十分であるとはいえない。

実車両の走行試験により評価される官能評価値は、タイヤやサスペンション等の足回りやシャシー構造の寄与が大きく、ボディー構造（車体骨格構造）の剛性のみで決定されるわけではない。しかしながら、自動車車体の剛性が十分ではない車両では、シャシー構造の調整のみで官能評価値を満足のいくものにすることはできない。

官能評価値に近い指標を、自動車車体を試験対象としたラボスケールでの剛性試験により得るためには、少なくとも負荷荷重の変動に対する自動車車体の動的な変形挙動を測定することが重要である。動的な変形挙動を測定するためには、例えば、前述のねじり剛性試験において負荷荷重を連続的に変化させることにより周期的なねじり変形を自動車車体に与え、その時のねじり角の変化や自動車車体各部の変形挙動を測定する手法が考えられる。このようなラボスケールでのねじり剛性試験で得られるデータは、タイヤとサスペンションを介して路面の段差により、車両上下方向に荷重が入力される場合における変形挙動に関して有用である。

コーナーリングや車線変更など車両の運動方向を回転変化させる場合、パワートレーンやシャシーが横方向（車体幅方向）の力を車体に伝達し、車両全体が運動方向を変えていく。車体剛性が高く、車両全体が剛体に近づくと車両はスムーズに運動方向を変えることができる。剛性の低い車体では、瞬間的な横方向の力により車体に弾性変形が発生し、車両全体の運動に時間遅れが生じる。ドライバーはこの時間遅れを感じると余分にステアリング操作を行いがちとなり、剛性の高い車体と比較して、大きな操舵角や操舵力が必要となる。
そのため、操縦安定性や乗り心地等といった官能評価値との相関性のある車体の剛性を評価するためには、上述の車体幅方向に荷重を作用させたときの車体の変形挙動を知ることが必要となる。

車体幅方向に荷重を作用させたときの車体の変形挙動を知る方法として、例えば、特許文献３には、車体各部に荷重を入力して剛性を計測する技術が開示されている。この技術によれば、荷重を入力する部位及び方向を任意に設定することができる。

特開２００６−２９２７３７号公報 特開２０１５−１６１５８７号公報 特開２００６−２８４３４０号公報

特許文献１または特許文献２に開示された技術のように、従来一般に行われてきたねじり剛性試験では、構造体としての自動車車体の静的な剛性値を求めることはできるが、車体幅方向の荷重が作用したときの動的な剛性値を得ることはできず、操縦安定性や乗り心地など実走行時の官能評価項目との相関性は薄い。

また、特許文献３に開示された技術は、車体幅方向も含めた剛性を評価するが、モーダル解析として実施されている強制振動を付与した車体の周波数応答や固有値解析を用い、30Hz以上の周波数領域を主体とした剛性試験であって、定常状態での振動挙動を解析するものである。そのため、車体振動やロードノイズに関連する車両性能の評価項目との相関性は強いが、操舵のような非定常状態である操縦安定性といった官能評価値に関与する動的な剛性評価には不十分である。

本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、車両の操縦安定性と相関性がある自動車車体の動的な剛性を得る自動車車体の動的剛性試験方法を提供することを目的とする。

車両性能の中でも、操縦安定性はコーナーリングや車線変更時における車両の応答挙動と強い相関があると考えられ、車体幅方向に作用する荷重による非定常の過渡的（動的）な自動車車体の変形挙動に大きく左右される。特に、車線変更時の安定性の観点からは、コーナーリングや車線変更を終えた際の自動車車体に作用する荷重が消失した後、車体の変形が復元する過程における振動減衰挙動が重要である。

そこで発明者は、振動装置を用いて自動車車体の車体幅方向に振動を与えることで荷重を作用させ、該荷重により自動車車体に発生した車体変形における復元による振動減衰挙動から自動車車体の動的な剛性を評価することで、実車両の走行試験を行わずに操縦安定性といった官能評価の数値指標を得る方法について検討した。

具体的には、評価対象とする自動車車体を水平方向の１軸方向に運動可能なスライド機構付きテーブルに固定し、該スライド機構付きテーブルを振動させ一方向に運動させた後に制動するように制御された振動装置により、前記自動車車体の車体幅方向に荷重を作用させ、自動車車体変形の振動減衰挙動を直接的に測定する試験を行った。

しかしながら、自動車車体のごとくスライド機構付きテーブルに対する重量比率が大きく、スライド機構付きテーブル位置から自動車車体の重心位置が高くてモーメントアームが長い場合、自動車車体を振動させた後に制動する過程において、自動車車体変形の振動の影響によりスライド機構付きテーブルに制御外の振動が発生することが判明した。すなわち、自動車車体を搭載しないスライド機構付きテーブルの制動に対して、自動車車体を搭載して固定したスライド機構付きテーブルが制動する際、自動車車体が弾性変形して復元する際に振動が発生する。この自動車車体による振動が制御外の振動である。
そして、このような制御外の振動が発生すると、自動車車体変形の振動減衰挙動と干渉してスライド機構付きテーブル自体の振動との分離が難しくなり、自動車車体変形の振動減衰挙動の測定結果に基づいて動的な剛性を正確に評価することは困難であった。

そこで、発明者は、上記のようなスライド機構付きテーブルの制御外の振動についてさらに精査し、自動車車体変形の振動の影響によりスライド機構付きテーブルが制御外の振動を起こすことを抑制するために、振動装置を駆動制御できることに着目した。
さらに、自動車車体の剛性が低いほど振動減衰の影響が大きくなり、スライド機構付きテーブルの制御外の振動を抑制するために振動装置に投入する投入エネルギー量が増加していているという知見を得た。すなわち、制御外の振動を抑制するために振動装置に投入する投入エネルギー量により自動車車体変形の振動減衰挙動を間接的に測定し、自動車車体の動的な剛性を評価可能なことを想到するに至ったわけである。
本発明は係る検討に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。

（１）本発明に係る自動車車体の動的剛性試験方法は、自動車車体を固定できるスライド機構付きテーブルと、該スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで水平１軸方向に振動させると共に前記スライド機構付きテーブルの制御外の振動を抑制して制動できる振動装置と、を用いたものであって、自動車車体を固定した前記スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで振動させる加振工程と、その後、前記自動車車体の振動の影響により発生する前記スライド機構付きテーブルの制御外の振動を抑制して制動する制動工程と、前記加振工程から前記制動工程の間の所定の区間内において前記振動装置の駆動に投入した投入エネルギー量を測定する投入エネルギー量測定工程と、該投入エネルギー量測定工程で測定された投入エネルギー量により前記自動車車体の動的な剛性を評価する評価工程とを備えたことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記投入エネルギー量測定工程は、前記制動工程において前記振動装置を駆動するために投入した投入エネルギー量を測定することを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記振動装置は、動電式振動装置であり、前記投入エネルギー量測定工程は、前記動電式振動装置を駆動するために投入した投入電力量を前記投入エネルギー量として測定することを特徴とするものである。

（４）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記振動装置は、動電式振動装置であり、前記投入エネルギー量測定工程は、前記動電式振動装置を駆動するために投入する投入電力を制御する信号電圧又は信号電流の時間応答曲線を時間積分した値を、前記投入エネルギー量として測定することを特徴とするものである。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、基準となる自動車車体について測定した投入エネルギー量を測定して基準投入エネルギー量を取得する基準投入エネルギー量取得工程を備え、前記評価工程は、前記基準投入エネルギー量と前記投入エネルギー量との相対比率により評価することを特徴とするものである。

（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のものにおいて、前記評価工程は、前記制動工程において投入した投入エネルギー量を、前記加振工程の開始から前記制動工程の終了までに投入した投入エネルギー量を基準として規格化することを特徴とするものである。

本発明においては、自動車車体を固定できるスライド機構付きテーブルと、該スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで水平１軸方向に振動させると共に前記スライド機構付きテーブルの制御外の振動を抑制して制動できる振動装置と、を用いたものであって、自動車車体を固定した前記スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで振動させる加振工程と、その後、前記自動車車体の振動の影響により発生する前記スライド機構付きテーブルの制御外の振動を抑制して制動する制動工程と、前記加振工程から前記制動工程の間の所定の区間内において前記振動装置の駆動に投入した投入エネルギー量を測定する投入エネルギー量測定工程と、該投入エネルギー量測定工程で測定された投入エネルギーにより前記自動車車体の動的な剛性を評価する評価工程とを備えたことにより、自動車車体の車体幅方向に荷重を作用させたときの動的な剛性を評価することができ、実車両の走行試験を行うことなく操縦安定性に係る数値指標を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法の処理の流れを説明する図である。 本実施の形態で用いる自動車車体の動的剛性試験装置を説明する図である（その１）。 本実施の形態で用いる自動車車体の動的剛性試験装置を説明する図である（その２）。 本実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法において、振動装置として用いた動電式振動装置を説明する図である。 本実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法において、動電式振動装置に投入する投入電力パターンを決定する処理の流れを説明する図である。 本実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法において、振動装置として用いた動電式振動装置の駆動のために投入した投入電力を説明するグラフである。 本実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法において、振動装置として用いた動電式振動装置の駆動のために投入した投入電力と、スライド機構付きテーブルの加速度及び変位を示すグラフである。 実施例において、自動車車体に補剛部品を装着した状態を示す図である。 実施例において、補剛部品なしの自動車車体に対して目標とする加速度パターンと、スライド機構付きテーブルの加速度及び変位の測定結果を示す図である。 実施例において、補剛部品なしの自動車車体の加振及び制動のために動電式振動装置に投入された投入電力の測定結果である。 実施例において、補剛部品を適用した自動車車体について測定した投入電力量の結果を示す図である。

本発明の実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法は、図２に示すような自動車車体の動的剛性試験装置１（以下、単に「動的剛性試験装置１」）を用いて行うものである。そこで、試験対象とする自動車車体２１及び動的剛性試験装置１について説明する。

＜自動車車体＞
本発明で試験対象とする自動車車体２１は、シャシー、足回り部品、駆動系部品、内装部品などを含まない、いわゆるホワイトボディー（ボディーイン・ホワイト）が対象であり、車体フロア部やサスペンションを締結するサスペンションマウント部を有する。

＜動的剛性試験装置＞
動的剛性試験装置１は、図３に示すように、自動車車体２１を固定できるスライド機構付きテーブル３と、スライド機構付きテーブル３を所定の加速度パターンで水平１軸方向に加振及び制動させるように制御できる振動装置５を備えてなるものである。

スライド機構付きテーブル３は、自動車車体２１を固定し、自動車車体２１の車体幅方向に直線運動するものであり、例えば図３に示すように、自動車車体２１を固定する振動テーブル７と、自動車車体２１の車体幅方向に直線運動を可能とするリニアガイド９からなるものを用いることができる。
自動車車体２１は、車体フロア部やサスペンションマウント部など、実車両での走行時において力の入力点となりうる部位でスライド機構付きテーブル３と固定する。もっとも、自動車車体２１を固定する部位は、自動車車体２１の特性を評価する内容や目的に応じて、車体フロア部やサスペンションマウント部などを中心に適宜選択してもよい。

振動装置５は、自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３を所定の加速度パターンで水平１軸方向に振動させて、自動車車体２１の車体幅方向に荷重を作用させて弾性変形させるものであり、可動部１１を介してスライド機構付きテーブル３と連結されている。

振動装置５としては、図４に示す動電式振動装置１３を用いるとよい。
動電式振動装置１３は、励磁コイルにより発生した磁界中においてドライブコイルに所定の電流を流して発生する力により、該ドライブコイルを図４に示す動作方向に駆動するものである。
図２に示す振動装置５として動電式振動装置１３を用いた場合、ドライブコイルを有する可動部１１をスライド機構付きテーブル３と連結することで、動電式振動装置１３の駆動に伴ってスライド機構付きテーブル３を振動させる。

動電式振動装置１３は、目標とする加速度パターンで駆動させるために動電式振動装置１３を駆動させる制御装置を備えている。当該制御装置としては、例えば、自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３を周波数スイープやホワイトノイズなど複数周波数の加振を行って応答挙動を事前に測定し、スライド機構付きテーブル３を所定の加速度パターン又は変位パターンで加振及び制動させるために動電式振動装置１３に投入する投入電力パターンを生成する機能を有するものを用いるとよい。
さらに、制御装置は、動電式振動装置１３を駆動させるために投入した投入電力の実績データを出力する機能も備えていることが好ましい。

＜自動車車体の動的剛性試験方法＞
次に、本発明の実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法（以下、単に「動的剛性試験方法」という）について、動的剛性試験装置１の動作とともに説明する。

本実施の形態に係る動的剛性試験方法は、図２に示す動的剛性試験装置１を用いたものであって、図１に示すように、自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３を所定の加速度パターンで振動させる加振工程Ｓ１と、その後、自動車車体２１の振動の影響により発生するスライド機構付きテーブル３の制御外の振動を抑制して制動する制動工程Ｓ３と、加振工程Ｓ１から制動工程Ｓ３の間の所定の区間内において振動装置５の駆動に投入した投入エネルギー量を測定する投入エネルギー量測定工程Ｓ５と、投入エネルギー量測定工程Ｓ５で測定された投入エネルギーにより自動車車体２１の動的な剛性を評価する評価工程Ｓ７と、を備えたものである。

＜加振工程＞
加振工程Ｓ１は、振動装置５を用いて自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３を基準とする一定の加速度パターンで加振させる工程であり、自動車車体２１においては、スライド機構付きテーブル３と固定される部位を介して車体幅方向に力が伝達され、弾性変形が生じる。

振動装置５によりスライド機構付きテーブル３を基準とする一定の加速度パターンで加振させる必要がある。そのためには、振動装置５を駆動するために投入する投入エネルギーのパターンを生成する必要がある。以下、動電式振動装置１３によりシングルパルス波の加速度パターンでスライド機構付きテーブル３を加振させる場合を例として説明する（図５）。

まず、自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３の伝達関数（周波数毎の応答関数）を測定し（Ｓ１１）、測定した伝達関数に基づいて、所定の加速度パターンで動電式振動装置１３を駆動させるための制御定数を決定する（Ｓ１３）。

次に、決定した制御定数を用い、加速度パターンで駆動させるために動電式振動装置１３を駆動制御する制御プログラム（図６に例を示す投入電力パターン）を生成する（Ｓ１５）。
上記のように決定された制御プログラムで動電式振動装置１３を駆動することにより（Ｓ１７）、シングルパルス波の基準となる一定の加速度パターンでスライド機構付きテーブル３を加振させることができる。

図６に、上記の手順で生成した投入電力パターンの一例を示す。
図６に示す投入電力パターンは、試験開始2.5秒後にパルス的に加速度を付与するものであるが、パルス的に加速度を付与する前にスライド機構付きテーブル３を予備加速する段階と、パルス的に加速度を付与した後にスライド機構付きテーブル３を振動させながら制動する振動抑制する段階があり、いずれの段階においても、動電式振動装置１３に電力を投入して駆動させている。

図７に、図６に示す投入電力パターンで動電式振動装置１３を駆動したときのスライド機構付きテーブル３の加速度の測定結果を示す。図７に示すように、スライド機構付きテーブル３は、予備加速された後、最大加速度6.0m/s²のハーフサイン形状のシングルパルスの加速度が付与されている。

＜制動工程＞
制動工程Ｓ３は、加振工程Ｓ１の後、自動車車体２１の振動の影響によりスライド機構付きテーブル３が制御外の振動を起こすことを抑制する工程である。

図７に示すように加振工程Ｓ１においてスライド機構付きテーブル３にシングルパルスの加速度が付与された場合、制動工程Ｓ３においては、スライド機構付きテーブル３の振動と逆位相で制動するように動電式振動装置１３に投入電力を投入し、スライド機構付きテーブル３の振動を抑制しつつ制動する。

ここで、スライド機構付きテーブル３を制動する過程においては、前述のとおり、スライド機構付きテーブル３に対する自動車車体２１の重量比率が大きく、その重心位置が高くてモーメントアームが長いため、加振工程Ｓ１で生じた自動車車体２１の弾性変形の復元による振動の影響でスライド機構付きテーブル３に制御外の振動が発生する。そして、このような制御外の振動が発生すると、自動車車体２１の振動減衰挙動に干渉するため、図７に示すように、スライド機構付きテーブル３の振動パターンに乱れが生じる（2.7秒〜3.0秒）。

そのため、制動工程Ｓ３においては、スライド機構付きテーブル３を制動させるために振動装置５に投入する投入エネルギーの他に、上記の制御外の振動を抑制するために振動装置５を駆動させる投入エネルギーがさらに印加されることで、スライド機構付きテーブル３の振動を抑制して十分に収束させる。

＜投入エネルギー量測定工程＞
投入エネルギー量測定工程Ｓ５は、加振工程Ｓ１から制動工程Ｓ３の間の所定の区間内において振動装置５に投入した投入エネルギー量を測定する工程である。
投入エネルギー量を測定する所定の区間とは、加振工程Ｓ１から制動工程Ｓ３の全ての区間又は一部の区間とし、一部の区間としては、例えば、制動工程Ｓ３でのスライド機構付きテーブル３の振動を抑制する区間、とすることができる（図６参照）。

また、制動工程Ｓ３における投入エネルギー量を測定する場合、制動工程Ｓ３の開始から任意の時間が経過するまでを所定の区間とすることができ、該所定の区間は、スライド機構付きテーブル３の振動挙動に応じて適宜設定すればよい。

なお、振動装置５として動電式振動装置１３を用いた場合、投入エネルギー量測定工程Ｓ５で測定する投入エネルギー量は、制動工程Ｓ３において動電式振動装置１３を駆動させるために投入した投入電力を上記区間について時間積分して求めた投入電力量を測定すればよい。

また、動電式振動装置１３に投入した投入電力を直接測定して時間積分したものに限らず、動電式振動装置１３を駆動する投入電力を制御するための制御信号（信号電流又は信号電圧）の時間応答曲線を測定し、該制御信号の時間応答曲線における前記所定の区間について時間積分した値を投入エネルギー量として測定するものであってもよい。これにより、動電式振動装置１３の駆動に大電力を用いるために投入電力の直接測定が困難な場合であっても、投入エネルギー量の測定が容易となる。

＜評価工程＞
評価工程Ｓ７は、投入エネルギー量測定工程Ｓ５で測定された投入エネルギー量により自動車車体２１の動的な剛性を評価する工程であり、前記測定された投入エネルギー量が大きい場合、自動車車体２１の剛性は低いと評価し、また、前記測定された投入エネルギー量が小さい場合、自動車車体２１の剛性は高いと評価する。

ここで、測定された投入エネルギー量として制動工程Ｓ３において投入された投入エネルギー量を用いることで、自動車車体２１の振動減衰挙動により発生した制御外の振動の影響をより正確に考慮することができるため、自動車車体２１の動的な剛性を精度良く評価することができて好ましい。

さらに、評価工程Ｓ７は、制動工程Ｓ３で投入した投入エネルギー量を、加振工程Ｓ１の開始から制動工程Ｓ３の終了までに投入した投入エネルギー量で規格化し、これらの比率で表わすことにより、例えば、重量の異なる自動車車体の動的な剛性を直接比較することができる。

以上、本実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法は、上記の各工程を備えることで、実車両の走行試験を行うことなく操縦安定性や乗り心地などの官能評価の指標となる動的な剛性の物理的な数値指標を得ることができる。さらに、車体骨格の設計段階であっても、自動車車体に要求される性能の基準や目標が明確となり、車両性能の作り込みが容易となる。

なお、本実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法は、以下に示す基準投入エネルギー量取得工程Ｓ９（図１参照）をさらに備えたものであってもよい。

＜基準投入エネルギー量取得工程＞
基準投入エネルギー量取得工程Ｓ９は、動的な剛性評価の基準とする基準自動車車体について、前述の自動車車体２１と同様に加振工程Ｓ１及び制動工程Ｓ３を行い、加振工程Ｓ１から制動工程Ｓ３の間の所定の区間内において振動装置５の駆動に投入した投入エネルギー量を基準投入エネルギー量として測定する工程である。

この場合、評価工程Ｓ７においては、基準自動車車体について基準投入エネルギー量取得工程Ｓ９で取得した基準投入エネルギー量と、自動車車体２１について投入エネルギー量測定工程Ｓ５で測定した投入エネルギー量との相対比率により自動車車体２１の動的な剛性を評価する。
このように、基準投入エネルギー量と投入エネルギー量との相対比率を求めることで、例えば自動車車体２１に補剛部品を取り付けたことによる剛性向上の効果や異なる自動車車体の剛性を一定の基準の元で比較することができ、より好ましい。

また、上記の説明では、振動装置５として動電式振動装置１３を用いた例を示しているが、振動装置５は、所定の加速度パターンでスライド機構付きテーブル３を振動及び制動できるものであれば、動電式振動装置１３に限るものではなく、油圧式やモーター式などの駆動方式を備えた装置を用いることができ、振動周波数、荷重、ストロークなどの諸元が試験条件を満足していれば特別な制限はない。

例えば、油圧式の振動装置を用いた場合、サーボバルブを用いて所定の加速度パターン又は変位パターンで振動する制御機能と、該振動装置の駆動に投入した投入エネルギーの実績データとして油圧やサーボバルブの開閉などのデータを出力する機能を有するものであればよい。この場合、油圧式の振動装置の油圧を測定しなくても所定の加速度パターンを制御するためのサーボバルブの開閉の制御データにより、投入エネルギー量を推定することができる。

また、モーター式の振動装置を用いる場合には、例えばパルスモーターにより所定の加速度パターン又は変位パターンで振動させる制御機能と、パルスモーターを駆動させるために投入した投入電力を実績データとして出力する機能を有するものであればよい。この場合、モーターを駆動するために投入した電力から求めた投入電力量を投入エネルギー量として測定することができる。

さらに、動的剛性試験装置１は、上記の構成以外に、必要に応じてスライド機構付きテーブル３の動作を検出する加速度計や変位計を設置したものであってもよい。

＜実車両走行試験による官能評価との関係＞
本実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法により、操縦安定性や乗り心地などの官能評価と相関のある物理的な数値指標を得ることができる理由を、以下に説明する。

実車両の走行試験において車両が決められた経路を走行する時、ドライバーの制御でタイヤを含むシャシーが走行経路をたどり、シャシーに固定されたボディーはシャシーとの結合点から前後左右さまざまな方向の力が伝達される。
動的剛性試験装置１において自動車車体２１は、車体フロア部やサスペンションマウント部など、実車両の走行時において力の入力点となりうる位置でスライド機構付きテーブル３と固定されているため、スライド機構付きテーブル３は、車両走行時に車両の運動方向や速度の変化を車体骨格に伝えるシャシーを模擬するものと考えることができる。

そして、走行試験は決められた走行経路を走行し、操縦安定性や乗り心地などを官能評価するものであり、同一プラットフォームでのボディーの影響評価が目的の場合、シャシーからボディーに伝達する入力荷重とその方向はほぼ同一と想定され、同一の入力荷重とその方向を受けた際のボディーの応答挙動・特性の相違が官能評価の評価指標となる。

走行試験としてダブルレーンチェンジなど、所定の走行経路を逸脱することなく通過可能か否かで評価する場合、ドライバーのステアリング操作はボディー特性を含む車両挙動により大きく変化し、官能評価としての操縦安定性も変化する。特に、限界値近傍条件での走行時は、ボディーに作用する慣性力や応答遅れにより所定の走行経路を逸脱する方向に横方向応力が発生し、車両挙動の乱れを生じやすい。ドライバーはこの車両挙動の乱れを知覚し、追加のステアリング操作（修正操舵）によりコース逸脱を回避する。同一の走行条件では、追加のステアリング操作が少ない車両ほど操縦安定性は良好と判断できる。

ここで、走行試験における追加のステアリング操作は、本実施の形態に係る自動車車体の動的剛性試験方法において、図２に示すスライド機構付きテーブル３の制御外の振動を抑制するために振動装置５に投入される投入エネルギー量に相当すると考えられる。
すなわち、目的とするパルス状の加速度波形を入力して自動車車体が弾性変形した後、該弾性変形が復元することで発生する振動の影響によりスライド機構付きテーブル３に起こる制御外の振動が、走行試験におけるコース逸脱方向の作用力に相当し、スライド機構付きテーブル３の制御外の振動を抑制するために振動装置５に投入される投入エネルギーが走行試験における追加のステアリング操作に相当すると考えられる。

ここで、自動車車体の剛性が低いほど、パルス的な加速度の入力による弾性変形が大きくなることから、該弾性変形が復元することで発生する振動の影響によるスライド機構付きテーブル３の制御外の振動も大きくなり、制御外の振動を抑制するために振動装置５に投入された投入エネルギー量が増加する。よって、制御外の振動を抑制するために投入された投入エネルギー量を評価指標とすることで、実車両の操縦安定性に関わる自動車車体の特性である動的な剛性を評価することが可能となる。

本発明に係る自動車車体の動的剛性試験方法の作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、以下、これについて説明する。

本実施例では、図１に示す動的剛性試験装置１を用い、振動装置５として動電式振動装置１３により自動車車体２１の車体幅方向に運動させ、スライド機構付きテーブル３の駆動制御に投入した投入電力量により自動車車体２１の動的な剛性を評価した。

本実施例の動的剛性試験に供した自動車車体２１は、市販小型車の車体骨格（ドア類・フード・フェンダーなし、バンパーリンフォース、フロントガラス装着、質量240kg）とした。また、自動車車体２１を固定する固定治具を含む振動テーブル７と動電式振動装置１３の可動部１１の合計質量は320kgであった。

動的剛性試験において、目標とする加速度パターンは、最大加速度6.0m/s²、作用時間50msのハーフサイン形状のシングルパルス波とした。
ここで、振動装置５としては動電式振動装置１３（図４参照）を用い、目標とする加速度パターンとなるように動電式振動装置１３を駆動させる投入電力パターンは、自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３を駆動させたときの加速度周波数応答挙動を予め測定することにより決定した。

さらに、図８に示すように、自動車車体２１のリア側にボルトオンタイプの２種類の補剛部品Ａ及び／又は補剛部品Ｂを装着した場合についても同様に剛性試験を行った。これらの補剛部品を装着して自動車車体２１の状態を変更した場合についても、自動車車体２１のみで決定した投入電力パターンを変更せずに動電式振動装置１３に入力して試験を行った。なお、本実施例で用いた補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂは、自動車車体２１のリア側を補剛するものであり、実車両の走行試験による官能評価において操縦安定性の向上が実証されたものである。

図９に、補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂのいずれも装着していない自動車車体２１を用いた場合のスライド機構付きテーブル３の加速度と変位の測定結果と、目標とする加速度パターンを示す。
測定開始から1.0秒の経過後、動電式振動装置１３に電力が投入されてスライド機構付きテーブル３の予備加速が開始し、1.5秒を中心とする0.05秒の間に目標とするパルス状の加速度（最大加速度6.0m/s²）が発生している。そして、パルス状の加速度が入力した後、スライド機構付きテーブル３の振動は0.5秒程度（1.5秒〜2.0秒）で急激に減衰・収束している。ここで、スライド機構付きテーブル３の加速度波形は概ね投入電力パターンと逆位相であるものの、自動車車体２１の振動の影響によりスライド機構付きテーブル３に制御外の振動が起こり、加速度波形に乱れが生じていることがわかる。

図１０に、動電式振動装置１３に投入した投入電力の測定結果を示す。測定開始1.0秒後から予備加速のために電力が投入されて、1.5秒後に投入電力はピークを迎え、その後、2.0秒付近までスライド機構付きテーブル３を制動させるために電力が投入されて、振動を抑制している。

次に、自動車車体２１に補剛部品を装着して同様の試験を行い、加速度がピークとなる1.5秒を中心とする1.0秒の間に動電式振動装置１３に投入した投入電力量を測定した。

図１１に、補剛部品を適用した自動車車体２１における投入電力量を、補剛部品を適用していない自動車車体２１を基準自動車車体として求めた基準投入電力量を基準として規格化した投入電力量比率の結果を示す。
図１１において、基準は、補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂのいずれも装着していない基準自動車車体の場合、補剛Ａは、補剛部品Ａのみを装着した場合、補剛Ａ＋Ｂは、補剛部品Ａと補剛部品Ｂの双方を装着した場合である。

図１１より、投入電力量は、基準、補剛Ａ、補剛Ａ＋Ｂの順に低下していることがわかる。これは、補剛部品を適用することによりスライド機構付きテーブル３に生じる制御外の振動を抑制するために投入された投入電力量が低下したためであると考えられる。

本実施例で使用した２種類の補剛部品Ａ及びＢは、実車走行試験で操縦安定性への効果が検証されているものであり、操縦安定性は、補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂ、補剛部品Ａのみ、補剛部品なしの順で高い評価であった。よって、上記の評価結果は、本実施例で得られた投入電力量の結果との相関性が示された。
以上、本発明に係る動的剛性試験方法により自動車車体の動的剛性を評価することで、実車両の走行時の操縦安定性に関わる性能をラボ試験で評価できることが実証された。

１ 動的剛性試験装置
３ スライド機構付きテーブル
５ 振動装置
７ 振動テーブル
９ リニアガイド
１１ 可動部
１３ 動電式振動装置
２１ 自動車車体

Claims (6)

1. 自動車車体を固定できるスライド機構付きテーブルと、該スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで水平１軸方向に振動させると共に前記スライド機構付きテーブルの制御外の振動を抑制して制動できる振動装置と、を用いた自動車車体の動的剛性試験方法であって、
   自動車車体を固定した前記スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで振動させる加振工程と、その後、前記自動車車体の振動の影響により発生する前記スライド機構付きテーブルの制御外の振動を抑制して制動する制動工程と、前記加振工程から前記制動工程の間で前記制動工程を含む所定の区間内において前記振動装置の駆動に投入した投入エネルギー量を測定する投入エネルギー量測定工程と、該投入エネルギー量測定工程で測定された投入エネルギー量により前記自動車車体の動的な剛性を評価する評価工程とを備えたことを特徴とする自動車車体の動的剛性試験方法。
2. 前記投入エネルギー量測定工程は、前記制動工程において前記振動装置を駆動するために投入した投入エネルギー量を測定することを特徴とする請求項１記載の自動車車体の動的剛性試験方法。
3. 前記振動装置は、動電式振動装置であり、前記投入エネルギー量測定工程は、前記動電式振動装置を駆動するために投入した投入電力量を前記投入エネルギー量として測定することを特徴とする請求項１又は２記載の自動車車体の動的剛性試験方法。
4. 前記振動装置は、動電式振動装置であり、前記投入エネルギー量測定工程は、前記動電式振動装置を駆動するために投入する投入電力を制御する信号電圧又は信号電流の時間応答曲線を時間積分した値を、前記投入エネルギー量として測定することを特徴とする請求項１又は２記載の自動車車体の動的剛性試験方法。
5. 基準となる自動車車体について測定した投入エネルギー量を測定して基準投入エネルギー量を取得する基準投入エネルギー量取得工程を備え、
   前記評価工程は、前記基準投入エネルギー量と前記投入エネルギー量との相対比率により評価することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の自動車車体の動的剛性試験方法。
6. 前記評価工程は、前記制動工程において投入した投入エネルギー量を、前記加振工程の開始から前記制動工程の終了までに投入した投入エネルギー量を基準として規格化することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の自動車車体の動的剛性試験方法。