JP7457600B2

JP7457600B2 - 振動特性評価方法

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Publication number: JP7457600B2
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Inventors: 尚史高橋
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Description

本発明は振動特性評価方法に関する。

特許文献１に記載のように、タイヤを車両に装着し、その車両を路面上で走行させる工程と、タイヤが路面上の突起を乗り越えることで生じた振動（加速度）を測定する工程と、測定された振動の減衰特性に基づいてタイヤの乗り心地性能を評価する工程と、を含むタイヤの振動特性の評価方法が知られている。
この方法において測定される振動の時系列変化は、複数のピークを有する。特許文献１では、それら複数のピークを指数関数で近似し、振動の減衰率を求めている。

特開２０１９－１５５７４号公報

ところで、上記の方法で測定される振動は、タイヤのねじり共振、タイヤ径方向共振、懸架ばねの共振等の様々なモードの振動や、外乱等が合成されて出来たものである。しかし、振動特性の評価では、各振動モードの振動特性を評価することや、各振動モードが合成された全体としての振動特性を精度良く評価することが、要求されている。しかし、上記の方法は、そのような要求に応えるものではなかった。

そこで本発明は、各振動モードの振動特性を評価することができ、また、各振動モードが合成された全体としての振動特性を精度良く評価することができる方法を提供することを課題とする。

実施形態の振動特性評価方法は、タイヤが装着された車両を、突起を有する路面上で走行させる走行工程と、振動を測定するセンサで、前記走行工程における車両の振動を測定する測定工程と、前記測定工程で得られた前記振動の波形に基づき、前記振動の特性を評価する評価工程とを有する振動特性評価方法において、前記評価工程では、周波数の異なる複数の振動モードの波形の足し合わせとして表現される関数により前記波形のカーブフィットを行うことを特徴とする。

上記の方法によれば、各振動モードの振動特性を評価することができ、また、各振動モードが合成された全体としての振動特性を精度良く評価することができる。

実施形態１のフローチャート。実施形態１の走行工程を説明する図。実施形態１のデータ処理装置を示す図。実施形態１の測定データに基づく振動の波形を示す図。図４のデータを周波数分析して得られた波形を示す図。実施形態２の測定データに基づく振動の波形を示す図。図６のデータを周波数分析して得られた波形を示す図。

実施形態について図面に基づき説明する。なお、以下で説明する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。

１．実施形態１
図１に示すように、実施形態１は、走行工程Ｓ１と、測定工程Ｓ２と、評価工程Ｓ３とを含んでいる。走行工程Ｓ１は、タイヤが装着された車両を、突起を有する路面上で走行させる工程である。測定工程Ｓ２は、振動を測定するセンサで、走行工程Ｓ１における車両の振動を測定する工程である。なお、図１では走行工程Ｓ１の次に測定工程Ｓ２を記載してあるが、実際には走行工程Ｓ１の開始から間もなく測定工程Ｓ２が開始され、それ以降、走行工程Ｓ１と測定工程Ｓ２とが並行して行われる。評価工程Ｓ３は、測定工程Ｓ２で得られた振動の波形に基づき、振動特性を評価する工程である。

まずは、実施形態１の方法を実施するための装置等について説明する。

図２に示すように、走行工程Ｓ１で使用される路面１０には、上へ向かって突出した突起１１が設けられている。路面１０のうち突起１１以外の部分は、突起のない平面からなる。突起１１の、車両１２の進行方向（図２の矢印の方向）かつ上下方向に広がる面での断面形状は、図２のような台形の他、半円形や長方形等でも良い。

突起１１の高さは、例えば５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。また、突起１１の、車両１２の進行方向への長さは、例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。また、突起１１の、車両１２の進行方向に直交する方向（つまり車両１２に装着されたタイヤ１３の幅方向）への長さは、例えば、車両１２の左右両方のタイヤ１３が同時に乗り越えられる長さである。なお、図2では、突起１１を誇張して大きく描いてある。

走行工程Ｓ１では、車両１２が走行し、車両１２に装着されたタイヤ１３がこのような突起１１を乗り越えることになる。突起１１を乗り越えることがタイヤ１３に対する加振入力となる。

この加振入力により始まるタイヤ１３の振動が、測定工程Ｓ２において測定される。タイヤ１３の振動を測定するためのセンサ１４は車両１２に設けられている。実施形態１において、センサ１４は加速度計で、加速度の時系列変化を測定できる。また、センサ１４は、少なくとも、車両１２の前後方向（すなわち進行方向及びその反対方向）及び上下方向への加速度を測定できる。ただし、センサ１４が後述するようにホイールの内側の場所に設けられる場合は、センサ１４として６分力計のような力を測定するセンサが使用されても良い。

実施形態１では、このセンサ１４が、車両１２の前輪側及び後輪側のそれぞれにおける、懸架ばね（サスペンションを構成しているばね）よりタイヤ１３に近い場所に設けられている。懸架ばねよりタイヤ１３に近い場所において測定される振動の主なモードは、タイヤの前後のねじり共振、タイヤ径方向共振及び懸架ばねの共振である。従って、この場所に設けられたセンサ１４で振動を測定することにより、これらの振動モードの影響による振動特性を評価することができる。なお、車両１２の前輪及び後輪には同じタイヤ１３が装着されている。

懸架ばねよりタイヤ１３に近い場所としては、ハブナックルから、サスペンションの懸架ばねより下側の部分にかけての場所や、ホイールの内側の場所等が挙げられる。本実施形態では、センサ１４がハブナックルに設けられているものとする。

評価工程Ｓ３では、センサ１４により測定されたデータを、データ処理装置２０が処理する。データ処理装置２０は、コンピュータであり、演算部２１、信号処理部２２、記憶部２３、入出力部２４を有している。演算部２１は振動に関する演算を実行する。ここで、振動に関する演算とは、後述する周波数分析やカーブフィット等のことである。信号処理部２２は、センサ１４による測定データを取得し、時系列の振動の波形を作成する。記憶部２３は、演算部２１による演算に使用されるコンピュータプログラムを記憶している。

入出力部２４は、データ処理装置２０と外部機器とを接続している。外部機器として、表示装置２６及び入力装置２５が接続されている。信号処理部２２は、入出力部２４を介して、入力装置２５からセンサ１４による測定データを取得する。また、演算部２１は、入出力部２４を介して、表示装置２６に演算結果を表示する。

次に、実施形態１の方法の詳細について説明する。

まず、走行工程Ｓ１では、上記のようにセンサ１４が設けられた車両１２が、路面１０を走行する。車両１２の走行速度は、例えば時速３０～５０ｋｍである。そして、タイヤ１３が突起１１を乗り越えると、タイヤ１３に対し加振入力され、タイヤ１３及び車両１２が振動する。タイヤ１３及び車両１２の振動は、時間の経過と共に減衰していく。

このとき生じる振動モードには、タイヤの回転方向へのねじれの共振、タイヤ径方向共振、懸架ばねの共振及び車両のボディ（以下「ボディ」）の共振が含まれる。

タイヤ径方向共振、懸架ばねの共振及びボディの共振は、少なくとも前後方向及び上下方向への振動として現れる。タイヤ径方向共振の前後方向への振動として現れるモードを「タイヤ径方向前後共振」とし、上下方向への振動として現れるモードを「タイヤ径方向上下共振」とする。また、懸架ばねの共振の前後方向への振動として現れるモードを「懸架ばね前後共振」とし、上下方向への振動として現れるモードを「懸架ばね上下共振」とする。また、ボディの共振の前後方向への振動として現れるモードを「ボディ前後共振」とし、上下方向への振動として現れるモードを「ボディ上下共振」とする。また、タイヤの回転方向へのねじれにより、前後方向への振動として現れるモードを、「タイヤ前後ねじり共振」と言うこととする。

各振動モードの周波数は、タイヤ前後ねじり共振が１６～４８Ｈｚ、タイヤ径方向前後共振及びタイヤ径方向上下共振が６０～１６０Ｈｚ、懸架ばね前後共振及び懸架ばね上下共振が１０～３０Ｈｚ、ボディ前後共振及びボディ上下共振が１～５Ｈｚである。

実施形態１では、車両１２における懸架ばねよりタイヤ１３に近い場所にセンサ１４が設けられているので、センサ１４で測定される振動には、タイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振、タイヤ径方向上下共振、懸架ばね前後共振及び懸架ばね上下共振の各モードが含まれる。

車両１２の前輪のタイヤ１３が突起１１を乗り越えた後、後輪のタイヤ１３が突起１１を乗り越えるので、前輪のタイヤ１３に対する加振入力から少し時間を空けて後輪のタイヤ１３に対する加振入力がある。

この走行工程Ｓ１と並行して測定工程Ｓ２が行われる。測定工程Ｓ２ではセンサ１４が振動を測定する。センサ１４が測定するのは、正確には、前後方向への加速度と、上下方向への加速度の、それぞれの時系列データである。測定は、前輪のタイヤ１３が突起１１を乗り越える前に開始され、後輪のタイヤ１３が突起１１を乗り越えてから十分に時間が経過して振動が十分に減衰したときに終了する。

測定工程Ｓ２の後に評価工程Ｓ３が行われる。評価工程Ｓ３では、まず、センサ１４による測定データに基づき、データ処理装置２０が時系列の振動の波形を作成する。具体的には、前輪側及び後輪側での前後方向の振動の波形と、前輪側及び後輪側での上下方向の振動の波形とが作成される。参考のため、前輪側の前後方向の振動の波形を図４に示す。

図４からわかるように、波形には、加速度の極大値の部分であるピークと、加速度の極小値の部分であるボトムとが現れる。なお、ピーク及びボトムは、それぞれ、加速度の絶対値が所定値以上のものを指すものとする。例えば、タイヤ１３が突起１１を乗り越える前の小さな波形における極小値や極大値の部分は、絶対値が小さいので、ピークやボトムに含まれないものとする。タイヤ１３が突起１１を乗り越えた後の波形においても、極小値や極大値の絶対値が、タイヤ１３が突起１１を乗り越える前の小さな波形における極小値や極大値の絶対値以下のものについては、ピークやボトムに含まれないものとする。

次に、データ処理装置２０は、図４のような振動の波形を描く各データの周波数分析を行う。周波数分析により、前輪側及び後輪側のそれぞれについての、前後方向の振動の周波数とレベルの関係を示す波形が得られる。また、周波数分析により、前輪側及び後輪側のそれぞれについての、上下方向の振動の周波数とレベルの関係を示す波形が得られる。参考のため、前輪側の前後方向の振動の周波数分析結果、つまり図４の波形のデータの周波数分析結果を、図５に示す。

上記の通り、各振動モードの周波数は、懸架ばねの共振が１０～３０Ｈｚ、タイヤ前後ねじり共振が１６～４８Ｈｚ、タイヤ径方向共振が６０～１６０Ｈｚであることがわかっている。そのことと周波数分析結果とから、走行工程Ｓ１において生じたタイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振、懸架ばね前後共振、タイヤ径方向上下共振及び懸架ばね上下共振の周波数が特定される。

例えば、図５に示す前後方向の振動の周波数分析結果から、１０～３０Ｈｚの範囲では２１Ｈｚに、１６～４８Ｈｚの範囲では４１Ｈｚに、６０～１６０Ｈｚの範囲では８７Ｈｚに、それぞれピークが存在すると言える（これら３つのピークを図５に矢印で示す）。このことから、実施形態１において、懸架ばね前後共振の周波数が２１Ｈｚ、タイヤ前後ねじり共振の周波数が４１Ｈｚ、タイヤ径方向前後共振の周波数が８７Ｈｚであると特定される。これと同様にして、実施形態１におけるタイヤ径方向上下共振及び懸架ばね上下共振の周波数も特定される。つまり、周波数分析結果の波形のピークが、ある振動モードの周波数範囲として予めわかっている周波数範囲内にあるとき、そのピークの周波数がその振動モードの周波数として特定される。

このような周波数の特定は、データ処理装置２０が自動で行っても良いし、フーリエ変換を実行できる各種アプリケーションで行っても良い。また、各振動モードの周波数の特定は前輪側と後輪側の両方について行われる。以上のように特定された周波数は、後述するカーブフィットにおける周波数の初期値として使用される。このようにして周波数分析結果の波形のピークから各振動モードの周波数を特定する工程を、周波数初期値特定工程と言うこととする。

次に、データ処理装置２０の作成した時系列の振動の波形から、後述するカーブフィットの始点、すなわちカーブフィットに使用される一番早い時刻が特定される。

ここで、タイヤ１３が突起１１を乗り越えている最中は振動の減衰が始まっておらず、振動の波形におけるエンベロープ部分（タイヤ１３が突起１１を乗り越えている最中の部分）ではピークやボトムにおける加速度の大きさの時系列変化が不規則である。そのため、カーブフィットに使用されるデータからは、エンベロープ部分のデータを除外する必要がある。そのために、カーブフィットに使用される一番早い時刻のデータ、すなわちカーブフィットの始点のデータを特定する必要がある。

エンベロープ部分は、振動の波形の最初の４つのピーク及び最初の４つのボトムの並ぶ範囲内であることがわかっている（ただし、センサ１４の位置等によっては、それらの４つのピーク及び４つのボトムの一部が、ピークやボトムとして認識できないほど絶対値が小さくなる場合がある）。そこで、カーブフィットの始点のデータは、波形の最初の４つ目までのピーク及び最初の４つ目までのボトムの大小関係に基づき、例えば次の方法で特定される。

第一に、時刻が早い方から２番目のピークよりも後（時刻が遅い時間帯）に、波形の中で最も値の小さいボトムが現れる場合、その最も値の小さいボトムの頂点がカーブフィットの始点となる。

第二に、時刻が早い方から１番目のピークと２番目のピークとの間に明確なボトムがなく、時刻が早い方から１番目のボトムが波形の中で最も値の小さいボトムである場合、その最も値の小さいボトムの頂点がカーブフィットの始点となる。

第三に、時刻が早い方から３番目のピークの値が、時刻が早い方から４番目のピークの値より小さい場合、３番目のピークと４番目のピークの間のボトムの頂点が、カーブフィットの始点となる。

ちなみに、図４の波形は、上記の第一の場合や第三の場合に該当する。そのため、図４に矢印で示すボトムが、カーブフィットの始点となる。

また、前後方向の振動の波形から特定されたカーブフィットの始点を、上下方向の振動の波形に対するカーブフィットの始点として使用しても良い。また、上下方向の振動の波形から特定されたカーブフィットの始点を、前後方向の振動の波形に対するカーブフィットの始点として使用しても良い。

また、必要な場合は、カーブフィットの終点、すなわちカーブフィットに使用される一番遅い時刻が、適宜設定される。

以上のようにしてカーブフィットの始点が特定されると、データ処理装置２０は、その始点以降のデータに対しカーブフィットを行う。カーブフィットには、複数の振動モードの波形の足し合わせとして表現される次の関数が用いられる。

ここで、ｉは自由度の数（カーブフィットに使用される振動モードの数）で、実施形態１における前後方向の振動の波形のカーブフィットにおいては、ｉ＝３である。そして、ｎ＝１がタイヤ前後ねじり共振、ｎ＝２がタイヤ径方向前後共振、ｎ＝３が懸架ばね前後共振を意味する。

また、数１において、Yは加速度、ｔは時刻、Ａ_ｎは振幅、τ_ｎは減衰係数、ｆ_ｎは周波数、Ｐ_ｎは位相、Ｄ_ｎは加速度０からのオフセット量である。

数１の関数を用いたカーブフィットにあたり、事前に、Ａ_ｎ、τ_ｎ、Ｐ_ｎ、ｆ_ｎ及びＤ_ｎについて、それぞれ初期値と許容範囲が設定される。

数１の関数で前後方向の振動の波形のカーブフィットを行う際に、ｆ_１の初期値として、周波数初期値特定工程で特定されたタイヤ前後ねじり共振の周波数が使用される。また、ｆ_２の初期値として、周波数初期値特定工程で特定されたタイヤ径方向前後共振の周波数が使用される。また、ｆ_３の初期値として、周波数初期値特定工程で特定された懸架ばね前後共振の周波数が使用される。

また、上下方向の振動の波形のカーブフィットにおいても、数１の関数が用いられる。ただし、実施形態１における上下方向の振動の波形のカーブフィットにおいては、ｉ＝２である。ｎ＝１がタイヤ径方向上下共振、ｎ＝２が懸架ばね上下共振を意味する。

数１の関数で上下方向の振動の波形のカーブフィットを行う際に、ｆ_１の初期値として、周波数初期値特定工程で特定されたタイヤ径方向上下共振の周波数が使用される。また、ｆ_２の初期値として、周波数初期値特定工程で特定された懸架ばね上下共振の周波数が使用される。

数１の関数を用いた前後方向及び上下方向の振動の波形のそれぞれのカーブフィットでは、最小二乗法等の近似手法が適宜用いられ、波形にフィットするようにＡ_ｎ、τ_ｎ、Ｐ_ｎ、ｆ_ｎ及びＤ_ｎが計算される。図４に、カーブフィットの結果から算出した減衰特性を破線で示す。Ａ_ｎ、τ_ｎ、Ｐ_ｎ、ｆ_ｎ及びＤ_ｎは、初期値から出発して、上記の許容範囲内の値に収束する。

こうして求まったＡ_ｎ、τ_ｎ、Ｐ_ｎ、ｆ_ｎ、Ｄ_ｎ又はこれらの数値が組み込まれた数１の関数が、振動特性を評価する指標となる。例えば、減衰係数τ_ｎの値から、各振動モードの減衰のしやすさがわかる。また、振幅Ａ_ｎの値から、前後方向や上下方向への振動への、各振動モードの影響の大きさがわかる。また、数１の関数により、各振動モードが合成された全体としての振動特性も評価することができる。

評価工程Ｓ３の最後に、カーブフィットの結果等が表示装置２６に表示される。

以上のように、実施形態1では、測定工程Ｓ２で得られた振動の波形に対しカーブフィットを行い、その結果から振動特性を評価するにあたり、周波数の異なる複数の振動モードの波形の足し合わせとして表現される関数によりカーブフィットを行う。それにより、各振動モードの振動特性を評価することができ、また、各振動モードが合成された全体としての振動特性を精度良く評価することができる。

具体的には、実施形態１では、センサ１４が懸架ばねよりタイヤ１３に近い場所に設けられているため、測定工程Ｓ２では、タイヤの前後のねじり共振、タイヤ径方向共振及び懸架ばね共振の各モードの影響を受けた振動がセンサ１４で測定される。

そして、評価工程Ｓ３における、前後方向の振動の波形に対するカーブフィットでは、タイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振及び懸架ばね前後共振の３つの振動モードを使用した数１の関数によりカーブフィットが行われる。そのため、カーブフィットの結果に基づき、前後方向の振動における上記３つの振動モードの振動特性をそれぞれ評価することができ、また、前後方向の振動において支配的な上記３つの振動モードが合成された全体としての振動特性を精度良く評価することができる。

また、評価工程Ｓ３における、上下方向の振動の波形に対するカーブフィットでは、タイヤ径方向上下共振及び懸架ばね上下共振の２つの振動モードを使用した数１の関数によりカーブフィットが行われる。そのため、カーブフィットの結果に基づき、上下方向の振動における上記２つの振動モードの振動特性をそれぞれ評価することができ、また、上下方向の振動において支配的な上記２つの振動モードが合成された全体としての振動特性を精度良く評価することができる。

また、振動の波形の最初の４つ目までのピーク及び最初の４つ目までのボトムの大小関係に基づき、波形におけるカーブフィットの始点を設定するので、エンベロープ部分が除外された波形に対してカーブフィットすることになる。その結果、振動特性を精度良く評価することができる。

以上の実施形態に対し様々な変更を行うことができる。ここでは変更例について説明する。

＜変更例１＞
走行工程Ｓ１で車両１２が走行する路面として、多数の凹凸が連続して形成された不整路面部と、凹凸のない平面部とからなり、不整路面部が平面部よりも車両１２の進行方向手前側に設けられた路面が採用可能である。始めに車両１２が不整路面部を走行することによりタイヤ１３が振動するが、その後車両１２が平面部に入ると凹凸からの入力がなくなるのでタイヤ１３の振動が減衰していく。そのときの減衰をセンサ１４で測定することにより、上記と同様に振動特性を評価することができる。

＜変更例２＞
懸架ばね前後共振の周波数（１０～３０Ｈｚ）とタイヤ前後ねじり共振の周波数（１６～４８Ｈｚ）は、１６～３０Ｈｚの範囲で重なっている。そのため、センサ１４による測定データを周波数分析しても、１６～３０Ｈｚの範囲に２つのピークが現れると、それぞれのピークが懸架ばね前後共振とタイヤ前後ねじり共振のいずれのピークなのか、特定できない。そのような場合は、次の方法により、懸架ばね前後共振の周波数とタイヤ前後ねじり共振の周波数を特定する。

この方法は、準備工程と、試験工程と、周波数特定工程と、当てはめ工程とを有している。

まず、準備工程では、上記実施形態の方法での評価対象のタイヤ１３とは異なるタイヤ（以下「試験タイヤ」とする）が準備される。試験タイヤは、タイヤ前後ねじり共振の周波数が評価対象のタイヤ１３と異なりかつ３０Ｈｚより大きい。ここで、後述する周波数分析を行ったときに懸架ばね前後共振とタイヤ前後ねじり共振の周波数が分離されやすいように、試験タイヤのタイヤ前後ねじり共振の周波数が３０Ｈｚより大きく、かつ、３０Ｈｚとの差の絶対値が大きいことが好ましい。

次の試験工程では、試験タイヤが装着された車両１２を、突起１１を有する路面１０上で走行させ、試験タイヤが突起１１を乗り越す前後の振動をセンサ１４で測定する。この試験工程で使用される車両１２、突起１１、路面１０及びセンサ１４は、上記実施形態で使用されるものと同じである。

次の周波数特定工程では、試験工程で測定された試験タイヤの振動のデータの周波数分析が行われる。そして、１０～３０Ｈｚの範囲に現れるピークの周波数が懸架ばね前後共振の周波数として特定される。

次の当てはめ工程では、上記実施形態の評価工程Ｓ３での周波数分析結果として得られた複数のピークの周波数のうち、本変更例の周波数特定工程において特定した懸架ばね前後共振と同じ周波数（同じ周波数のピークがない場合は、本変更例の周波数特定工程において特定した懸架ばね前後共振に一番近い周波数）を、上記実施形態の評価工程Ｓ３において使用する懸架ばね前後共振の周波数とする。ここで、車両１２が同じであれば、装着されるタイヤが異なっても、懸架ばね前後共振の周波数は同じである。そして、上記実施形態の走行工程Ｓ１とこの変更例の試験工程で、同じ車両１２が使用される。そのため、周波数特定工程において特定された懸架ばね前後共振の周波数を、上記実施形態の評価工程Ｓ３において使用する懸架ばね前後共振の周波数とすることができるのである。

以上の方法により、周波数分析結果の１６～３０Ｈｚの範囲に２つのピークが現れても、懸架ばね前後共振とタイヤ前後ねじり共振のピーク及び周波数を特定することができる。

この変更例の方法は、図５のように１６～３０Ｈｚの範囲に明確なピークがないときにも、懸架ばね前後共振の周波数とタイヤ前後ねじり共振の周波数の特定のために使用することができる。

このように懸架ばね前後共振の周波数とタイヤ前後ねじり共振の周波数を特定することで、カーブフィット後、各振動モードごとの振動特性を確認できる。

なお、車両によっては、１０～３０Ｈｚの範囲外に懸架ばね前後共振のピークが存在することも考えられる。そこで、試験タイヤの振動のデータの周波数分析結果の１０～３０Ｈｚに懸架ばね前後共振と特定されるピークがないとき、５Ｈｚ～タイヤ前後ねじり共振の周波数（試験タイヤのタイヤ前後ねじり共振の周波数は、試験タイヤを準備した時点で既に判明している）の範囲まで探索範囲を広げてピークを探索する。ここで、探索範囲を１０～３０Ｈｚから５Ｈｚ～タイヤ前後ねじり共振の周波数まで一気に拡大しても良いし、徐々に拡大していっても良い。そして、拡大された周波数領域でピークが発見された場合、そのピークの周波数を評価工程において使用する懸架ばね前後共振の周波数とする。

＜変更例３＞
センサ１４による測定データを周波数分析して、１６～３０Ｈｚの範囲に２つのピークが現れる場合は、変更例２の他に次の方法によっても、懸架ばね前後共振の周波数とタイヤ前後ねじり共振の周波数を特定することができる。

この方法も、準備工程と、試験工程と、周波数特定工程と、当てはめ工程とを有している。

まず、準備工程では、２種類の試験タイヤが準備される。２種類の試験タイヤは振動特性が異なり、少なくともタイヤ前後ねじり共振の周波数が異なる。

次の試験工程では、試験タイヤが装着された車両１２を、突起１１を有する路面１０上で走行させ、試験タイヤが突起１１を乗り越す前後の振動をセンサ１４で測定する。この測定は、２種類の試験タイヤそれぞれについて行われる。この試験工程で使用される車両１２、突起１１、路面１０及びセンサ１４は、上記実施形態で使用されるものと同じである。

次の周波数特定工程では、試験工程で測定された試験タイヤの振動のデータの周波数分析が行われる。ここで、変更例２において説明したように、車両１２が同じであれば、装着される試験タイヤが異なっても、懸架ばね前後共振の周波数は同じである。そこで、周波数分析結果において、１０～３０Ｈｚの範囲内かつ２種類の試験タイヤで周波数が変化しないピークの周波数が、懸架ばね前後共振の周波数として特定することができる。

次の当てはめ工程では、上記実施形態の測定工程Ｓ２で測定されたタイヤ１３の振動データを周波数分析して得られたピークの周波数のうち、周波数特定工程において特定した懸架ばね前後共振と同じか一番近い周波数を、評価工程Ｓ２において使用する懸架ばね前後共振の周波数とする。

なお、車両によっては、１０～３０Ｈｚの範囲外に懸架ばね前後共振のピークが存在することも考えられる。そこで、試験タイヤの振動のデータの周波数分析結果の１０～３０Ｈｚに懸架ばね前後共振と特定されるピークがないとき、５～５０Ｈｚの範囲まで探索範囲を広げてピークを探索する。ここで、探索範囲を１０～３０Ｈｚから５～５０Ｈｚまで一気に拡大しても良いし、徐々に拡大していっても良い。そして、拡大された周波数領域でピークが発見された場合、その発見されたピークで、かつ、２種類の試験タイヤで周波数が変化しないピークの周波数を、評価工程において使用する懸架ばね前後共振の周波数とする。

＜変更例４＞
タイヤ前後ねじり共振の周波数と、懸架ばね前後共振の周波数とを分離して特定できない場合は、それら２つの周波数が同一であるものとする。その場合、数１においてｉ＝２とし、ｎ＝１がタイヤ径方向前後共振を意味し、ｎ＝２がタイヤ前後ねじり共振かつ懸架ばね前後共振を意味するものとする。この変更例の方法は、タイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振及び懸架ばね前後共振の周波数を使用する方法の１つと言える。

＜変更例５＞
周波数初期値特定工程において特定した周波数の初期値を、カーブフィットの際に初期値のまま固定して（つまり数１における固定値として）使用しても良い。その場合、Ａ_ｎ、τ_ｎ、Ｐ_ｎ及びＤ_ｎをカーブフィットにより求めることになる。

＜変更例６＞
カーブフィットには、数１のｃｏｓをｓｉｎに変更した関数、すなわち次の数２の関数を使用することもできる。

なお、数１と数２では、Ｐ_ｎがπ／２ずれることとなる。

２．実施形態２
以下では、実施形態１と異なる点を中心に説明する。

実施形態２においてセンサ１４は加速度計である。実施形態２では、このセンサ１４が車両１２の車内に設けられている。センサ１４が設けられる具体的場所としては、車内のフロア（床）、運転手又は同乗者の座るシート（より具体的には、背面部、座面部又はヘッドレスト）、シートを保持するシートレール、ステアリング等が挙げられる。センサ１４は、これらの場所のいずれか１つ又は２つ以上に設けられる。

センサ１４がこのような場所に設けられることにより、実施形態１で測定された振動モードだけでなく、車両のボディの振動モードも測定可能となる。従って、実施形態２において測定される振動には、前後方向への振動として現れる振動モードとして、タイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振、懸架ばね前後共振及びボディ前後共振が含まれる。また、上下方向への振動として現れる振動モードとして、タイヤ径方向上下共振、懸架ばね上下共振及びボディ上下共振が含まれる。

次に、実施形態２の方法の詳細について説明する。

まず、実施形態１のときと同様にして、走行工程Ｓ１及び測定工程Ｓ２が行われる。このときセンサ１４で測定される振動には、タイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振、タイヤ径方向上下共振、懸架ばね前後共振、懸架ばね上下共振、ボディ前後共振及びボディ上下共振の各振動モードが含まれる。

次の評価工程Ｓ３では、データ処理装置２０が、前後方向の振動の波形と、上下方向の振動の波形とを作成する。参考のため、車両１２のフロアで測定した上下方向の振動の波形を図６に示す。図６の０．１～０．２秒付近に現れている波形は、前輪のタイヤ１３が突起１１を乗り越えたときの波形である。なお、図６の０．５秒付近のタイミングで後輪のタイヤ１３が突起１１を乗り越えたが、その測定のときには上下方向へ大きな波形が現れなかった。

次に、データ処理装置２０は、図６のような振動の波形を描く各データの周波数分析を行う。参考のため、前輪のタイヤ１３が突起１１を乗り越えたときのフロアでの上下方向の振動の周波数分析結果、つまり図６の波形の０．１～０．２秒付近を含む時間帯のデータの周波数分析結果を、図７に示す。

実施形態１で説明した通り、各振動モードの周波数は、ボディの共振が１～５Ｈｚ、懸架ばねの共振が１０～３０Ｈｚ、タイヤ前後ねじり共振が１６～４８Ｈｚ、タイヤ径方向共振が６０～１６０Ｈｚである。そのことと周波数分析結果とから、走行工程Ｓ１において生じたタイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振、懸架ばね前後共振、ボディ前後共振、タイヤ径方向上下共振、懸架ばね上下共振及びボディ上下共振の周波数が特定される。

その特定方法は実施形態１と同じで、周波数分析結果の波形のピークが、ある振動モードの周波数範囲として予めわかっている周波数範囲内にあるとき、そのピークの周波数がその振動モードの周波数として特定される。例えば、図７に示す上下方向の振動の周波数分析結果から、１～５Ｈｚの範囲では３Ｈｚ、１０～３０Ｈｚの範囲では１７Ｈｚ、６０～１６０Ｈｚの範囲では８６Ｈｚに、それぞれピークが存在すると言える（これら３つのピークを図７に矢印で示す）。このことから、実施形態２において、ボディ上下共振の周波数が３Ｈｚ、懸架ばね上下共振の周波数が１７Ｈｚ、タイヤ径方向上下共振の周波数が８６Ｈｚであると特定される。実施形態１のときと同じく、この工程を周波数初期値特定工程と言うこととする。

次に、実施形態１と同じ方法で、データ処理装置２０が作成した時系列の振動の波形から、カーブフィットの始点が特定される。また、必要であれば、カーブフィットの終点も適宜特定される。

そして、カーブフィットの始点が特定されると、データ処理装置２０は、その始点以降のデータに対し数１の関数を用いてカーブフィットを行う。

実施形態２における前後方向の振動の波形のカーブフィットにおいては、ｉ＝４である。ｎ＝１がタイヤ前後ねじり共振、ｎ＝２がタイヤ径方向前後共振、ｎ＝３が懸架ばね前後共振、ｎ＝４がボディ前後共振を意味する。

数１の関数で前後方向の振動の波形のカーブフィットを行う際に、ｆ_１の初期値として、周波数初期値特定工程で特定されたタイヤ前後ねじり共振の周波数が使用される。また、ｆ_２の初期値として、周波数初期値特定工程で特定されたタイヤ径方向前後共振の周波数が使用される。また、ｆ_３の初期値として、周波数初期値特定工程で特定された懸架ばね前後共振の周波数が使用される。また、ｆ_４の初期値として、周波数初期値特定工程で特定されたボディ前後共振の周波数が使用される。

また、上下方向の振動の波形についても、前後方向と同様にして、数１の関数を用いたカーブフィットが行われる。ただし、実施形態２における上下方向の振動の波形のカーブフィットにおいては、ｉ＝３である。ｎ＝１がタイヤ径方向上下共振、ｎ＝２が懸架ばね上下共振、ｎ＝３がボディ上下共振を意味する。また、ｆ_１の初期値として、周波数初期値特定工程で特定されたタイヤ径方向上下共振の周波数が使用される。また、ｆ_２の初期値として、周波数初期値特定工程で特定された懸架ばね上下共振の周波数が使用される。また、ｆ_３の初期値として、周波数初期値特定工程で特定されたボディ上下共振の周波数が使用される。

カーブフィットでは、最小二乗法等の近似手法が適宜用いられ、波形にフィットするようにＡ_ｎ、τ_ｎ、Ｐ_ｎ、ｆ_ｎ及びＤ_ｎが計算される。Ａ_ｎ、τ_ｎ、Ｐ_ｎ、ｆ_ｎ及びＤ_ｎは、初期値から出発して、許容範囲内の値に収まる。求まったＡ_ｎ、τ_ｎ、Ｐ_ｎ、ｆ_ｎ、Ｄ_ｎ又はこれらの数値が組み込まれた数１の関数が、振動特性を評価する指標となる。

以上のように、実施形態２では、センサ１４が車両１２の車内に設けられているため、測定工程Ｓ２では、タイヤの前後のねじり共振、タイヤ径方向共振、懸架ばねの共振の他、ボディの共振の影響も受けた振動がセンサ１４で測定される。

そして、評価工程Ｓ３における、前後方向の振動の波形に対するカーブフィットでは、タイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振、懸架ばね前後共振及びボディ前後共振の４つの振動モードを使用した数１の関数によりカーブフィットが行われる。そのため、カーブフィットの結果に基づき、前後方向の振動における上記４つの振動モードについてそれぞれ評価することができ、また、前後方向の振動において支配的な上記４つの振動モードが合成された全体としての振動特性を精度良く評価することができる。

また、評価工程Ｓ３における、上下方向の振動の波形に対するカーブフィットでは、タイヤ径方向上下共振、懸架ばね上下共振及びボディ上下共振の３つの振動モードを使用した数１の関数によりカーブフィットが行われる。そのため、カーブフィットの結果に基づき、上下方向の振動における上記３つの振動モードについてそれぞれ評価することができ、また、上下方向の振動において支配的な上記３つの振動モードが合成された全体としての振動特性を精度良く評価することができる。

なお、実施形態１の変更例は、実施形態２にも適用可能である。

また、実施形態１のように懸架ばねよりタイヤ１３に近い場所にセンサ１４を設けるとともに、実施形態２のように車内にもセンサ１４を設け、懸架ばねよりタイヤ１３に近い場所のセンサ１４の振動の波形から特定されたカーブフィットの始点を、車内のセンサ１４の振動の波形に対するカーブフィットの始点として使用しても良い。車内のセンサ１４よりもタイヤ１３に近いセンサ１４で測定したデータに基づく方が、タイヤ１３が突起１１を乗り越えている最中か乗り越えた後かの判断をしやすいので、この方法により車内のセンサ１４の振動の波形に対するカーブフィットの始点を適切に特定できる。

１０…路面、１１…突起、１２…車両、１３…タイヤ、１４…センサ、２０…データ処理装置、２１…演算部、２２…信号処理部、２３…記憶部、２４…入出力部、２５…入力装置、２６…表示装置

Claims

タイヤが装着された車両を、突起を有する路面上で走行させる走行工程と、
振動を測定するセンサで、前記走行工程における車両の振動を測定する測定工程と、
前記測定工程で得られた前記振動の波形に基づき、前記振動の特性を評価する評価工程とを有する振動特性評価方法において、
前記評価工程では、周波数の異なる複数の振動モードの波形の足し合わせとして表現される関数により前記波形のカーブフィットを行うことを特徴とする、振動特性評価方法。
前記評価工程において、前記波形の最初の４つ目までのピーク及び最初の４つ目までのボトムの大小関係に基づき、前記波形における前記カーブフィットの始点を設定する、請求項１に記載の振動特性評価方法。
車両における懸架ばねよりタイヤに近い場所に前記センサを設け、
前記の複数の振動モードとして、タイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振及び懸架ばね前後共振を使用する、請求項１又は２に記載の振動特性評価方法。
車両の車内に前記センサを設け、
前記の複数の振動モードとして、タイヤ前後ねじり共振、タイヤ径方向前後共振、懸架ばね前後共振及びボディ前後共振を使用する、請求項１又は２に記載の振動特性評価方法。
車両における懸架ばねよりタイヤに近い場所に前記センサを設け、
前記の複数の振動モードとして、タイヤ径方向上下共振及び懸架ばね上下共振を使用する、請求項１又は２に記載の振動特性評価方法。
車両の車内に前記センサを設け、
前記の複数の振動モードとして、タイヤ径方向上下共振、懸架ばね上下共振及びボディ上下共振を使用する、請求項１又は２に記載の振動特性評価方法。
前記評価工程において、前記の複数の振動モードの周波数の初期値が設定されて前記カーブフィットが行われ、
前記初期値として、前記測定工程での測定データを周波数分析して得られた波形のピークの周波数が設定される、請求項１～６のいずれか１項に記載の振動特性評価方法。
前記評価工程において、前記の複数の振動モードの周波数の初期値が設定されて前記カーブフィットが行われ、
タイヤ前後ねじり共振の周波数が評価対象のタイヤと異なりかつ３０Ｈｚより大きい試験タイヤを準備する準備工程と、
前記試験タイヤが装着された車両を、突起を有する路面上で走行させ、前記センサで振動を測定する試験工程と、
前記試験工程で測定された前記試験タイヤの振動のデータを周波数分析し、１０～３０Ｈｚにあるピークの周波数を懸架ばね前後共振の周波数として特定する周波数特定工程と、
前記測定工程で測定された評価対象のタイヤの振動のデータを周波数分析して得られたピークの周波数のうち、前記周波数特定工程において特定した懸架ばね前後共振の周波数と同じか一番近い周波数を、前記評価工程のカーブフィットにおいて使用する懸架ばね前後共振の周波数の初期値とする当てはめ工程とを有する、
請求項３又は４に記載の振動特性評価方法。
前記周波数特定工程において、前記試験タイヤの振動のデータの周波数分析結果の１０～３０Ｈｚに懸架ばね前後共振と特定されるピークがないとき、５Ｈｚ～タイヤ前後ねじり共振の周波数の範囲まで探索範囲を広げてピークを探索し、その結果発見されたピークの周波数を、前記評価工程のカーブフィットにおいて使用する懸架ばね前後共振の周波数の初期値とする、請求項８に記載の振動特性評価方法。
前記評価工程において、前記の複数の振動モードの周波数の初期値が設定されて前記カーブフィットが行われ、
２種類の試験タイヤを準備する準備工程と、
前記試験タイヤが装着された車両を、突起を有する路面上で走行させ、前記センサで振動を測定する試験を、２種類の前記試験タイヤについて行う試験工程と、
前記試験工程で測定された２種類の前記試験タイヤの振動のデータをそれぞれ周波数分析し、１０～３０Ｈｚの範囲内かつ２種類の前記試験タイヤで周波数が変化しないピークの周波数を懸架ばね前後共振の周波数として特定する周波数特定工程と、
前記測定工程で測定された評価対象のタイヤの振動のデータを周波数分析して得られたピークの周波数のうち、前記周波数特定工程において特定した懸架ばね前後共振の周波数と同じか一番近い周波数を、前記評価工程のカーブフィットにおいて使用する懸架ばね前後共振の周波数の初期値とする当てはめ工程とを有する、
請求項３又は４に記載の振動特性評価方法。
前記周波数特定工程において、前記試験タイヤの振動のデータの周波数分析結果の１０～３０Ｈｚに懸架ばね前後共振と特定されるピークがないとき、５～５０Ｈｚの範囲まで探索範囲を広げてピークを探索し、その結果発見されたピークで、２種類の前記試験タイヤで周波数が変化しないピークの周波数を、前記評価工程のカーブフィットにおいて使用する懸架ばね前後共振の周波数の初期値とする、請求項１０に記載の振動特性評価方法。