JP6966290B2 - 振動測定装置及び振動測定方法 - Google Patents

Description

本発明は振動測定装置及び振動測定方法に関する。

特許文献１や特許文献２に記載されているように、静止しているタイヤに対して入力（ハンマーで叩いて振動を与えることを「ハンマリング」あるいは「入力」と言う）を行って、その応答としての物体の振動を測定し振動特性を解析することが行われている。しかし、静止しているタイヤではなく回転（転動）しているタイヤの振動特性を解析したいという希望が以前からあった。

そのため、特許文献３に記載されているように、回転するタイヤをハンマリングすることも提案されていた。しかし、人の手でハンマリングを行うと、ハンマーが回転するタイヤに持って行かれてしまうおそれがあった。特に、ハンマーとタイヤとの接触時間が長いと、ハンマーが回転するタイヤに持って行かれてしまうおそれがあった。そのため出願人は回転するタイヤをハンマリングすることを控えていた。

また、非特許文献１に記載されているように、人の手でハンマーを用いてハンマリングするのではなく、回転するタイヤに対して錘を落下させて当てることにより、タイヤを振動させることも行われていた。しかし、この方法でも錘が回転するタイヤに持って行かれてしまうという問題が生じると予想され、また、下方に向かってしか錘を当てられないという制約があった。

また、静止している物体（例えばエンジンブロック）に対するハンマリング装置として、特許文献４や特許文献５に記載されているものが提案されていた。特許文献４ではハンマーと物体との接触時間を電気的に制御する装置が提案されていた。また、特許文献５では、装置に２つの弾性体を設け、一方の弾性体の弾性力でハンマーを入力方向（物体を叩く方向）に移動させ、他方の弾性体の弾性力でハンマーを反入力方向へ移動させることが提案されていた。特許文献４や特許文献５に記載されている装置は、多くの部品からなる複雑な構造のものであった。

特許第４８９３１４５号公報 特許第４３１２５７８号公報 特許第４４３１０２３号公報 特開２００９−４２０９９号公報 特開平１０−１９７５０１号公報

公益社団法人自動車技術会 ２０１５年秋季大会学術講演会講演予稿集 ｐｐ．４８３−４８７

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、回転するタイヤ又はホイールを人の手を使わずにハンマリングできる新たな振動測定装置及び振動測定方法を提供することを課題とする。

実施形態の振動測定装置は、タイヤ又はホイールに入力するハンマーと、前記ハンマーを入力動作させる駆動装置と、前記タイヤ、ホイール又は車軸の振動を測定する測定手段とを有する振動測定装置であって、前記駆動装置により入力方向及び反入力方向に動作する駆動部と、前記ハンマーと前記駆動部との間に設けられた弾性体とを有し、入力動作のとき、前記ハンマーが前記タイヤ又はホイールに到達する前に前記駆動部が停止し、前記ハンマーが、前記弾性体を弾性変形させながら慣性力により入力方向に動いて前記タイヤ又はホイールに入力し、前記弾性体の弾性力により反入力方向に戻る動作を行い、前記ハンマー又は前記弾性体の前記ハンマー側の部分に、反入力方向へ力を加え続ける引き戻し手段が設けられたことを特徴とする。

また、実施形態の振動測定方法は、駆動装置を用いてハンマーを移動させてタイヤ又はホイールに入力し、その応答としての前記タイヤ、ホイール又は車軸の振動を測定する振動測定方法であって、前記ハンマーと前記駆動装置の駆動部との間に弾性体を設け、前記入力の動作は、前記駆動装置を用いて前記ハンマーを入力方向へ移動させるステップと、前記ハンマーが前記タイヤ又はホイールに到達する前に前記駆動装置を停止させるステップと、前記駆動装置の停止後、前記ハンマーに働く慣性力により、前記弾性体を弾性変形させながら前記ハンマーを入力方向に移動させて前記タイヤ又はホイールに入力するステ
ップと、入力後の前記ハンマーを前記弾性体の弾性力により反入力方向に戻すステップとを有し、前記ハンマー又は前記弾性体の前記ハンマー側の部分に設けられた引き戻し手段が、反入力方向に力を加え続けることを特徴とする。

実施形態の振動測定装置及び振動測定方法によれば、上記の構成を有するために、回転するタイヤ又はホイールを人の手を使わずにハンマリングできる。

振動測定装置１０の正面図。 振動測定装置１０の平面図（図１の矢印Ａ方向から見た図）。 振動測定装置１０の側面図（図１の矢印Ｂ方向から見た図）。 入力装置２０の正面図。 入力装置２０の平面図（図４の矢印Ｃ方向から見た図）。ただしダンパー６０及び延長部材６３は省略してある。 入力装置２０の側面図（図４及び図５の矢印Ｄ方向から見た図）。ただしダンパー６０及び延長部材６３は省略してある。 ハンマリングの様子を示す図。（ａ）はハンマー３４が待機位置にあるときの図。（ｂ）は回転軸２８及びセットカラー３０が停止した時の図。（ｃ）はハンマー３４が入力を行っている時の図。（ｄ）はハンマー３４が反入力方向へ振れた時の図。

実施形態について図面に基づき説明する。なお、実施形態は一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更されたものについては、本発明の範囲に含まれるものとする。また図面は、説明のために、大きさや形状等が誇張されて描かれたり、模式的に描かれたりする場合がある。しかしこのような図面はあくまでも一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

１．実施形態の振動測定装置１０の全体構造及び振動測定方法
実施形態の振動測定装置１０は、空気入りタイヤＴ（以下、「タイヤＴ」）に対して入力（ハンマーで叩いて振動を与えることを「ハンマリング」あるいは「入力」と言う）して、その応答としてのタイヤＴの振動を測定する装置である。図１〜図３に示すように、振動測定装置１０は、タイヤＴに入力する入力装置２０（後述するようにクランプ５９に固定される）と、タイヤＴの振動を測定する測定手段１２と、測定手段１２による測定データを解析する振動解析装置１４と、タイヤＴを回転させるドラム１６とを有する。ここで、測定手段１２として、加速度計、速度計、変位計、軸力計等を用いることができる。振動測定装置１０全体が安全柵で囲われている。

タイヤＴは不図示のホイールに装着され回転自在に保持される。また、タイヤＴはそのトレッド部がドラム１６の外周面に接触するように保持される。そして、ドラム１６が回転すると、ドラム１６の回転方向と逆方向にタイヤＴが回転する。

回転しているタイヤＴに対して入力装置２０が入力を行うと、タイヤＴが振動する。その振動を、タイヤＴに取り付けられた測定手段１２が測定する。測定手段１２による測定データが振動解析装置１４へ送信され、振動解析装置１４が解析を行う。

２．入力装置２０の構造
（１）入力装置２０の構造
図４〜図６に示すように、入力装置２０は、プレート状の固定台２４と、固定台２４の片面側に設けられた駆動装置としてのロータリーアクチュエータ２６とを有する。ロータリーアクチュエータ２６の動力としては電気、空気圧、油圧等が挙げられる。ロータリーアクチュエータ２６の回転軸２８の外周には、円環状のセットカラー３０が固定されている。セットカラー３０は、ロータリーアクチュエータ２６が駆動したときに動作する駆動部である。

図４に示すようにセットカラー３０には平面部３５が形成されており、その平面部３５に弾性体としての板ばね３２の一端側がボルト等の固定手段３１で固定されている。この板ばね３２の他端側には、ハンマー３４の柄３６がボルト等の固定手段３３で固定されている。従って、駆動部としてのセットカラー３０とハンマー３４との間に、弾性体としての板ばね３２が設けられていることになる。なお、板ばね３２の代わりに、コイルばねやゴム板等の他の弾性体が設けられても良い。

このような構造のため、ロータリーアクチュエータ２６が駆動して回転軸２８及びセットカラー３０が回転すると、板ばね３２とハンマー３４とが、ロータリーアクチュエータ２６の回転軸２８を中心に、入力方向又は反入力方向へ動作する。なお、入力方向はタイヤＴを叩く（ハンマリングする）方向であり、反入力方向はタイヤＴから離れる方向である。

また、セットカラー３０が入力方向へ回転した後停止すると、ハンマー３４に入力方向への慣性力が働くため、板ばね３２が弾性変形して、ハンマー３４がセットカラー３０停止時の位置よりも入力方向へさらに動く。その後、板ばね３２の弾性力（復元力）が働くため、ハンマー３４が反入力方向へ戻る。

また、図４に示すように、板ばね３２のハンマー３４側（前記「他端側」）の部分とセットカラー３０とは、ダンパー６０で接続されている。具体的には、ダンパー６０の外筒６１が延長部材６３を介してセットカラー３０に固定され、ダンパー６０のピストン６２が板ばね３２のハンマー３４側の部分に固定されている。ダンパー６０のピストン６２には常に収縮する方向の弱い力が加わっている。そのため、ダンパー６０は、ハンマー３４が上記の慣性力に従って入力方向へ動いたときに、ハンマー３４を反入力方向へ引き戻そうとする引き戻し手段として機能する。なお、ダンパー６０の代わりに、ハンマー３４を反入力方向へ引っ張るコイルばね、ゴム部材、又は磁石等の他の物が、引き戻し手段として設けられても良い。

図５及び図６に示すように固定台２４上には回転台２１が設けられている。そして、ロータリーアクチュエータ２６が回転台２１にボルト等の固定手段２３で固定されている。固定台２４と回転台２１とには、固定台２４及び回転台２１の面に垂直な１本の支点ピン３８が通っている。また、固定台２４には、回転台２１を固定台２４に対して固定する不図示のクランプも設けられている。そして、クランプが緩められた状態では、回転台２１及びロータリーアクチュエータ２６は、一体となって、支点ピン３８を回転軸として固定台２４の上で回転できる。また、ロータリーアクチュエータ２６が固定台２４の上で回転すると、これと一体となってハンマー３４も回転する。なお回転軸である支点ピン３８はロータリーアクチュエータ２６の回転軸２８と直交している。また、回転台２１と固定台２４とがクランプで固定されると、回転台２１及びロータリーアクチュエータ２６が固定台２４に対して回転できなくなる。この、ロータリーアクチュエータ２６やハンマー３４を固定台２４に対して回転させる機構を第１回転機構とする。

固定台２４におけるロータリーアクチュエータ２６とは反対側の面には、その面に接する回転板４１が設けられている。この回転板４１には円環状の２つのセットカラー４０が固定されている。２つのセットカラー４０は、それぞれ固定台２４及び回転板４１の面に対して垂直に立ち上がり、平行に並んでいる。２つのセットカラー４０には断面円形の１本のパイプアーム４６が挿入されている。

固定台２４及び回転板４１には、固定台２４の面に垂直な１本の支点ピン４２が通っている。また、固定台２４には、回転板４１を固定台２４に対して固定する不図示のクランプも設けられている。そして、クランプが緩められた状態では、回転板４１は、支点ピン４２を回転軸として固定台２４に対して回転できる。なお、この支点ピン４２は、ロータリーアクチュエータ２６側の支点ピン３８と平行になっている。また、回転板４１と固定台２４とがクランプで固定されると、回転板４１が固定台２４に対して回転できなくなる。この、回転板４１を固定台２４に対して回転させる機構を第２回転機構とする。

セットカラー４０には締め付けクランプ４８が設けられており、締め付けクランプ４８を緩めると、セットカラー４０、回転板４１、固定台２４、その他固定台２４に対して固定されている構造物が、一体となってパイプアーム４６を回転軸に回転可能となる。なおパイプアーム４６はロータリーアクチュエータ２６の回転軸２８と平行になっている。また、締め付けクランプ４８を締めると、セットカラー４０、回転板４１、固定台２４、その他固定台２４に対して固定されている構造物が、パイプアーム４６に対して回転不能に固定される。この、セットカラー４０や回転板４１等をパイプアーム４６に対して回転させる機構を第３回転機構とする。

第１〜３回転機構は、ハンマー３４の入力方向を変化させる方向変更手段である。具体的には、パイプアーム４６が後述するレールユニット５０の任意の位置に固定されるが、第１〜３回転機構の操作によりハンマー３４の入力方向を変化させることができる。

（２）レールユニット５０の構造
入力装置２０は、以下に説明する移動手段としてのレールユニット５０に沿って移動可能で、レールユニット５０の任意の位置に固定される。

レールユニット５０は、上下方向（図１〜図３のｚ方向）に伸びるｚ方向レール５２と、水平方向（図１〜図３のｘ方向）に延びるｘ方向レール５４と、水平方向かつｘ方向レール５４と直交する方向（図１〜図３のｙ方向）に延びるｙ方向レール５６とからなる。ｘ方向レール５４、ｙ方向レール５６、及びｚ方向レール５２は互いに直交する方向へ延びている。

ｙ方向レール５６は、ｘ方向レール５４に沿って移動可能で、ｘ方向レール５４の任意の位置でクランプ５７によって固定可能となっている。また、ｘ方向レール５４は、ｚ方向レール５２に沿って移動可能で、ｚ方向レール５２の任意の位置でクランプ５５によって固定可能となっている。

ドラム１６に接触したタイヤＴの回転軸の方向は前記ｙ方向と一致する。また、ドラム１６に接触したタイヤＴは、前記ｙ方向にはｙ方向レール５６が延びている範囲内に収まり、前記ｚ方向にはｚ方向レール５２が延びている範囲内に収まる。また、タイヤＴのドラム１６とは反対側のトレッド部は、前記ｘ方向に、ｘ方向レール５４が延びている範囲内に収まる。

レールユニット５０がこのような構造であるため、ｘ方向レール５４をｚ方向レール５２の任意の位置で固定し、ｙ方向レール５６をｘ方向レール５４の任意の位置で固定し、ｘ方向レール５４又はｙ方向レール５６の任意の位置に入力装置２０のパイプアーム４６をクランプ５９で固定することにより、入力装置２０をタイヤＴの周囲の任意の位置に配置することができる。

さらに、方向変更手段としての上記の第１〜３回転機構をそれぞれ回転させて任意の回転位置で固定することにより、ハンマー３４の入力方向を任意の方向に設定することができる。これにより、タイヤＴの任意の場所を、その場所に垂直な方向に、ハンマー３４で入力できるように設定することができる。

３．タイヤＴに対する入力方法
以上の構造の振動測定装置１０を用いたタイヤＴに対する入力方法について説明する。まず、タイヤＴの所定の場所をその場所に垂直な方向に入力できるように、ハンマー３４の位置及び向きが設定される。そして、図７（ａ）に示すように、ハンマー３４がタイヤＴから離れた待機位置に保持される。

次に、ドラム１６の回転が開始し、それに伴ってタイヤＴの回転も開始する。なお、本実施形態では、回転するタイヤＴのトレッド部の速度が５０ｋｍ／ｈ（一般的な市街地での走行速度）であっても、そのタイヤＴに対して入力することができる。

次に、ロータリーアクチュエータ２６が駆動し、回転軸２８及びセットカラー３０が回転し、ハンマー３４が回転軸２８を中心にして入力方向へ移動する。そして、図７（ｂ）に示すように、ハンマー３４がタイヤＴよりも入力方向手前の所定位置に到達した時に、ロータリーアクチュエータ２６が停止し、回転軸２８及びセットカラー３０の回転も停止する。

ロータリーアクチュエータ２６が停止しても、ハンマー３４には入力方向への慣性力が働く。そのため、ハンマー３４は、板ばね３２を弾性変形させながら慣性力に従って入力方向へ移動し続け、図７（ｃ）に示すようにタイヤＴを叩いて入力を行う。

弾性変形した板ばね３２には元に戻ろうとする弾性力が働く。そのため、ハンマー３４はタイヤＴに短時間だけ接触し、すぐに板ばね３２の弾性力に従って反入力方向へ戻る。ハンマー３４とタイヤＴとの接触時間は、３ｍｓ（３／１０００秒）以上１００ｍｓ以下であり、板ばね３２のばね定数次第で３ｍｓ以上９ｍｓ以下とすることも可能である。

ハンマー３４は、図７（ｄ）に示すように一度待機位置よりも反入力方向へ振れた（移動した）後、再び入力方向へ振れる。しかし、板ばね３２が減衰振動をするため、ハンマー３４が再び入力方向へ振れてもタイヤＴに接触しない。また、図７には示していないが、板ばね３２のハンマー３４側の部分に接続されたダンパー６０が反入力方向へ力を加え続けていることも影響して、ハンマー３４が再び入力方向へ振れてもタイヤＴに接触しない。

４．実施形態の効果
以上のように、本実施形態の振動測定装置１０及びそれを利用した振動測定方法によれば、回転するタイヤＴに対して人の手を使わずに入力できる。

また、本実施形態によれば、ハンマー３４の入力動作のとき、ハンマー３４がタイヤＴに到達する前にロータリーアクチュエータ２６が停止する。すると、ハンマー３４が、板ばね３２を弾性変形させながら慣性力により入力方向に動いてタイヤＴに入力し、その後、板ばね３２の弾性力により反入力方向に戻る。ハンマー３４がこのように振れる（移動する）ため、ハンマー３４とタイヤＴとの接触時間が短くなり、ハンマー３４が回転するタイヤＴに持って行かれることを防ぐことができる。

そして、本実施形態では、ロータリーアクチュエータ２６に固定された駆動部としてのセットカラー３０とハンマー３４との間に板ばね３２を設けたという単純な構成により、このような効果を得ることができる。

また、本実施形態によれば、ロータリーアクチュエータ２６の動作から生じる慣性力により入力が行われるが、ロータリーアクチュエータ２６の動作及び板ばね３２の弾性変形の仕方が安定しているため、タイヤＴに対する入力の力の大きさが安定している。そのため、タイヤＴに対して複数回入力を行う場合には、測定結果の再現性が良くなる。また、入力のために重力が必要ないため、タイヤＴに対して様々な方向から入力することができる。

また、板ばね３２が一度タイヤＴに入力した後は減衰振動するため、ハンマー３４がタイヤＴを２回叩いてしまういわゆるダブルハンマリングが生じにくい。また、板ばね３２のハンマー３４側の部分にダンパー６０が接続され、ダンパー６０がハンマー３４に対して反入力方向へ力を加え続けているので、さらにダブルハンマリングが生じにくい。

また、ハンマー３４をタイヤＴの周囲において移動させる移動手段としてのレールユニット５０と、ハンマー３４の入力方向を変化させる方向変更手段としての第１〜３回転機構とが設けられているので、タイヤＴの様々な場所を、その場所に垂直な方向に、ハンマー３４で入力することができる。また、ハンマー３４が、固定された位置から決められた方向へ入力できるため、タイヤＴに対して複数回入力を行う場合には、測定結果の再現性が良くなる。

５．変更例
上記の実施形態に対して、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々な変更を行うことができる。

例えば、ハンマー３４を入力方向及び反入力方向に移動させる駆動装置として、ロータリーアクチュエータ２６以外のものを用いることもできる。また、駆動装置により入力方向及び反入力方向に動作する駆動部として、セットカラー３０以外のものを用いることもできる。

また、上記実施形態の装置及び方法は、ホイール単体又はタイヤＴが装着されたホイールに入力する場合にも適用することができる。また、測定手段１２は、タイヤＴではなく、ホイール単体、タイヤＴが装着されたホイール、又は車軸の振動を測定するものであっても良い。

Ｔ…タイヤ、１０…振動測定装置、１２…測定手段、１４…振動解析装置、１６…ドラム、２０…入力装置、２１…回転台、２３…固定手段、２４…固定台、２６…ロータリーアクチュエータ、２８…回転軸、３０…セットカラー、３１…固定手段、３２…板ばね、３３…固定手段、３４…ハンマー、３５…平面部、３６…柄、３８…支点ピン、４０…セットカラー、４１…回転板、４２…支点ピン、４６…パイプアーム、４８…締め付けクランプ、５０…レールユニット、５２…ｚ方向レール、５４…ｘ方向レール、５５…クランプ、５６…ｙ方向レール、５７…クランプ、５９…クランプ、６０…ダンパー、６１…外筒、６２…ピストン、６３…延長部材

Claims (3)

1. タイヤ又はホイールに入力するハンマーと、前記ハンマーを入力動作させる駆動装置と、前記タイヤ、ホイール、又は車軸の振動を測定する測定手段とを有する振動測定装置において、
   前記駆動装置により入力方向及び反入力方向に動作する駆動部と、前記ハンマーと前記駆動部との間に設けられた弾性体とを有し、
   入力動作のとき、前記ハンマーが前記タイヤ又はホイールに到達する前に前記駆動部が停止し、前記ハンマーが、前記弾性体を弾性変形させながら慣性力により入力方向に動いて前記タイヤ又はホイールに入力し、前記弾性体の弾性力により反入力方向に戻る動作を行い、
   前記ハンマー又は前記弾性体の前記ハンマー側の部分に、反入力方向へ力を加え続ける引き戻し手段が設けられた、振動測定装置。
2. 前記ハンマーを前記タイヤ又はホイールの周囲において移動させる移動手段と、前記ハンマーの入力方向を変化させる方向変更手段とが設けられた、請求項１に記載の振動測定装置。
3. 駆動装置を用いてハンマーを移動させてタイヤ又はホイールに入力し、その応答としての前記タイヤ、ホイール、又は車軸の振動を測定する振動測定方法において、
   前記ハンマーと前記駆動装置の駆動部との間に弾性体を設け、
   前記入力の動作は、
   前記駆動装置を用いて前記ハンマーを入力方向へ移動させるステップと、
   前記ハンマーが前記タイヤ又はホイールに到達する前に前記駆動装置を停止させるステップと、
   前記駆動装置の停止後、前記ハンマーに働く慣性力により、前記弾性体を弾性変形させながら前記ハンマーを入力方向に移動させて前記タイヤ又はホイールに入力するステップと、
   入力後の前記ハンマーを前記弾性体の弾性力により反入力方向に戻すステップとを有し、
   前記ハンマー又は前記弾性体の前記ハンマー側の部分に設けられた引き戻し手段が、反入力方向に力を加え続ける、振動測定方法。
   

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