JPH06344942A - ホイールアライメント計測方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車体やホイールの改造を不要とし，かつ，測
定装置が車両外側の突起物として形成されない，簡単な
センサの取り付け構造とし，走行時における安全性を損
なわずに高精度にホイールアライメント特性である実舵
角と実キャンバ角を得る。 【構成】 ボディ１０４に支持され，Ｘ軸およびＺ軸方
向のタイヤトレッド部分の回転流線を測定するＸ軸用ベ
クトルセンサ１０１およびＹ軸用ベクトルセンサ１０５
と，ボディ１０４に支持され，ホイールトラベル量を測
定するレーザ変位計１０７と，Ｘ軸用ベクトルセンサ１
０１，Ｙ軸用ベクトルセンサ１０５およびレーザ変位計
１０７からの測定情報に基づいてタイヤ実舵角および実
キャンバ角を演算処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，車体座標におけるＸ
軸とＺ軸上のタイヤトレッド面の回転流線方向とホイー
ルトラベル量を測定し，該測定情報に基づいてタイヤ実
舵角および実キャンバ角を計測するホイールアライメン
ト計測方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，ホイールアライメント計測方法と
して，図８〜図１１に示すような構成のものが提案され
ている。図８に示された構成は，特開昭６３−２１８８
１０号公報や特開昭５５−１０７９０７号公報に開示さ
れているものである。

【０００３】構成について説明する。変位センサ８０１
は，ホイール面上に車体座標をもって取付治具８０２に
より取り付けられている。この取付治具８０２は，変位
センサ８０１が車両の走行により振動しないように十分
な剛性をもって車体に対し強固に取り付けられている。
また，図９に示すように，８０３は３つの変位センサ８
０１により測定する際の案内盤の役割を果たす。この案
内盤８０３は精度よくホイール８０４に取り付けられて
いる。なお，８０５はタイヤである。

【０００４】また，変位センサ８０１としては，例え
ば，接触方式として差動コイル変位計９０１（図９
（ａ）参照），非接触方式としてレーザ変位計９０２
（図９（ｂ）参照）等が用いられる。この差動コイル変
位計９０１やレーザ変位計９０２はいずれも図９に示し
たような取付板９０３に，例えば，ホイール回転の中心
を重心とする正三角形の頂点に取り付けられ，取付板９
０３と案内盤８０３との距離を測定するように構成され
ている。

【０００５】図１０は，従来における信号処理システム
の概略構成を示すブロック図である。図において，１０
０１は差動コイル変位計９０１あるいはレーザ変位計９
０２を用いた３つの変位センサにより検出されたアナロ
グ信号をデジタル情報信号に変換するＡ／Ｄ変換器，１
００２はＡ／Ｄ変換器１００１からのデジタル情報信号
を入力して舵角およびキャンバ角の演算処理を実行する
マイクロコンピュータ（演算器），１００３はマイクロ
コンピュータ１００２の演算結果であるデジタル信号を
入力してアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器である。
また，図１１は，舵角およびキャンバ角の測定時におけ
る座標を示す説明図である。

【０００６】次に，従来におけるホイールアライメント
計測方法について図１１を参照して説明する。変位セン
サ８０１により測定される値は，その構成から車体座標
を基準とするホイール８０４のＸ−Ｚ平面の空間座標と
なる。したがって，図９（ｂ）に示す各センサの出力値
が示す空間座標は， Ｐ₁ （ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ） Ｐ₂ （ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ ） Ｐ₃ （ｘ₃ ，ｙ₃ ，ｚ₃ ） により表される。ここで，各センサの測定方向を車体座
標Ｙ軸と平行にすれば，ｘ_i ，ｚ_i はセンサ取り付け位
置と同じになる。

【０００７】また，ホイールＸ−Ｚ平面の空間平面の式
は，車体座標で表すと， ｘ＋Ａｙ＋Ｂｚ＋Ｃ＝０ となる。そして，上記変数Ａ，Ｂ，Ｃを求めることによ
り，ホイールＸ−Ｚ平面との交線が舵角δとなる。すな
わち，変数ＡおよびＣより（ｚ＝０とする）， δ＝−（１／Ａ）−（Ｃ／Ａ） から求めることができる。

【０００８】また，ホイールＸ−Ｚ平面と車体ｙ−ｚ平
面との交線がキャンバ角γとなる。このキャンバ角γ
は，変数Ａ，Ｂ，Ｃより（ｘ＝０とする）， γ＝−（Ｂ／Ａ）−（Ｃ／Ａ） から求めることができる。なお，上記平面の式におい
て，各センサにより測定される車体座標Ｙ軸方向の座標
値と，センサ取り付け位置により決定されるＸ座標値お
よびＺ座標値から，変数Ａ，Ｂ，Ｃを求める方法として
は，一般的に知られている行列解法を用いる。上記一連
の演算処理を図１０に示した信号処理システム（マイク
ロコンピュータ１００２）により実行させることによっ
て，実舵角δおよび実キャンバ角γを求める。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記に
示されるような従来におけるホイールアライメント計測
装置にあっては，頑丈なセンサ取付治具を車体に取り付
け，さらにホイール側にはセンサの案内盤を精度良く取
り付ける必要がある。また，差動コイル変位計あるいは
レーザ変位計により，車体座標を基準としたホイールＸ
−Ｚ平面の３点の変位を測定する構成となっているた
め，多大な車体改造を必要とし測定装置が大型化する。
また，改造による車両特性の変動（例えば，重量変動）
により実特性の計測に誤差が生じ，測定精度が低下する
という問題点があった。

【００１０】また，車両外側に測定装置が突起物として
を形成されるため，車両特性の変化が発生すると共に，
一般路における移動中において計測に支障をきたす恐れ
があるという問題点があった。さらに，接触方式である
差動コイル変位計では，高速走行や急激な運動走行時に
おいて誤差が生じやすく，また，非接触方式であるレー
ザ変位計では，太陽光等の外乱光により測定不能状態に
なるという問題点があった。

【００１１】この発明は，上記に鑑みてなされたもので
あって，車体やホイールの改造を不要とし，かつ，測定
装置が車両外側の突起物として形成されない，簡単なセ
ンサの取り付け構造とし，走行時における安全性を損な
わずに高精度にホイールアライメント特性である実舵角
と実キャンバ角を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は，上記の目的
を達成するために，実車走行中のホイールアライメント
変化量を計測するホイールアライメント計測方法におい
て，少なくとも２か所以上のタイヤトレッド部の回転流
線方向と，ホイールトラベル量を測定し，該測定情報に
基づいてタイヤ実舵角および実キャンバ角を演算するホ
イールアライメント計測方法を提供するものである。

【００１３】また，車体内部構造体に支持され，Ｘ軸お
よびＺ軸方向のタイヤトレッド部分における回転流線を
測定する回転流線測定手段と，前記車体内部構造体に支
持され，ホイールトラベル量を測定するホイールトラベ
ル量測定手段と，前記回転流線測定手段およびホイール
トラベル量測定手段による測定情報に基づいてタイヤ実
舵角および実キャンバ角を演算する演算手段とを具備す
るホイールアライメント計測装置を提供するものであ
る。

【００１４】

【作用】この発明に係るホイールアライメント計測方法
は，実車走行中のホイールアライメント変化量を計測す
るホイールアライメント計測方法において，少なくとも
２か所以上のタイヤトレッド部における回転流線方向
と，ホイールトラベル量を測定し，該測定情報に基づい
てタイヤ実舵角および実キャンバ角を演算する。

【００１５】この発明に係るホイールアライメント計測
装置は，車体内部構造体に回転流線測定手段とホイール
トラベル測定手段とを一体的に支持させることにより，
外部突起を設けることなく，かつ，車両改造を不要と
し，走行特性に影響を与えない構成とし，さらに，演算
手段により上記回転流線測定手段およびホイールトラベ
ル測定手段から得られた測定情報に基づいてタイヤ実舵
角および実キャンバ角を演算して出力する。

【００１６】

【実施例】 〔実施例１〕以下，この発明の一実施例を添付図面に基
づいて説明する。図１は，この発明によるホイールアラ
イメント計測装置のセンサ配置構成を示す説明図であ
る。図において，１０１はキャンバ角測定用の空間フィ
ルタ式Ｘ軸用ベクトルセンサである。この回転流線測定
手段としてのＸ軸用ベクトルセンサ１０１は，センサ取
付治具１０２によりタイヤ１０３の中心を原点とする車
体座標Ｘ軸上からタイヤトレッド部（踏面部）を測定す
るようボディ１０４に固定されている。

【００１７】また，１０５はキャンバ角測定用の空間フ
ィルタ式Ｚ軸用ベクトルセンサである。この回転流線測
定手段としてのＺ軸用ベクトルセンサ１０５は，センサ
取付治具１０６によりタイヤ１０３の中心を原点とする
車体座標Ｚ軸上からタイヤトレッド部を測定するようボ
ディ１０４に固定されている。なお，ここで，“流線”
とは，タイヤトレッド部に形成されている溝によりタイ
ヤの回転時において形成される連続的な縞模様をいう。

【００１８】また，１０７はホーイルトラベル量測定手
段としてのホイールトラベル量測定用のレーザ変位計で
あり，センサ取付治具１０８によりボディ１０４に固定
され，サスペンションアーム１０９の変位を測定するよ
うに構成されている。また，１１０はフェンダーパネ
ル，１１１はストラットである。

【００１９】図２は，この発明に係るホイールアライメ
ント計測装置における補正演算回路の概略構成を示すブ
ロック図である。図において，２０１は転舵半径ｒを係
数として設定する転舵半径設定回路，２０２は測定舵角
α，転舵半径ｒおよびキャンバ角γを入力して実舵角δ
を演算出力する演算手段としての舵角補正回路である。
また，２０３はタイヤ半径Ｒを係数として設定するタイ
ヤ半径設定回路，２０４は測定キャンバ角β，ホイール
トラベル量Ｈ，タイヤ半径Ｒおよび舵角δを入力して実
キャンバ角γを演算出力する演算手段としてのキャンバ
角補正回路である。

【００２０】次に，ホイールアライメント計測装置によ
る計測原理について説明する。まず，舵角の計測原理に
ついて説明する。図３（ａ）は，キャンバ角がゼロの場
合に舵角δ分回転させた状態を示す説明図であり，図３
（ｂ）は，キャンバ角γを有した場合のタイヤの中心に
おけるＸ軸ベクトルセンサの回転流線図である。まず，
この図３（ａ）から明らかなように，タイヤ１０３は，
転舵中心Ｐから転舵半径ｒの距離をもって回転するた
め，舵角測定点がＺ´点からＺ点に移動する。しかし，
点線で示す転舵後のタイヤトレッド面における回転流線
と車体座標Ｘ軸とのなす角δは，Ｚ点であってもＺ´点
であっても変わりはないので測定誤差は発生しない。

【００２１】ところが，図３（ｂ）に示すように，キャ
ンバ角γがついた場合，Ｚ点とＺ´点ではそれぞれの接
線と車体座標Ｘ軸とのなす角にθ（ｒａｄ）の差が生じ
る。以下に，この場合における実舵角δの演算過程につ
いて説明する。補正量のθは，転舵後のタイヤ中心座標
Ｘ´軸とカメラ位置Ｚでの流線の接線ａ−ａとのなす角
であるので，Ｘ´，Ｙ´座標での接線ａ−ａの傾きを求
めればよい。したがって，まず，回転流線Ｙ´を表す式
を求める。すなわち，楕円の式から， Ｘ´² ＝（Ｙ´／ｓｉｎγ）² ＝Ｒ² γ：タイヤのキャンバ角 Ｒ：タイヤ（流線）の最大半径 となり，例えば，γ＝９０°のときは， Ｙ´／ｓｉｎ９０°＝Ｙ´ ∴Ｘ´² ＋Ｙ´² ＝Ｒ² となり，すなわち，上記において，キャンバ角を９０°
にして，タイヤを倒すと円形になることを示している。

【００２２】接線の方程式は，楕円式を微分すれば求ま
るので，楕円式をＸ´軸の関数に変形して，数１とす
る。

【００２３】

【数１】

【００２４】次に，導関数を求める。すなわち，合成関
数の微分法により，数２，数３となる。

【００２５】

【数２】

【００２６】

【数３】

【００２７】したがって，Ｚ軸用ベクトルセンサ１０５
での接線の方程式は，導関数にΔｘを代入して，数４と
なる。

【００２８】

【数４】

【００２９】なお，上記において，−符号がないのは，
Δｘが２象限のＸ´軸上のためである。

【００３０】以上から，Ｚ点での接線の方程式が求めら
れる。したがって，θは接線方程式の逆正接をとって，
数５となる。なお，θはトーイン側を正とする。

【００３１】

【数５】

【００３２】したがって，補正量θを考慮した，実舵角
δは，Ｚ点での検出角をαとすると，数６となる。

【００３３】

【数６】

【００３４】ここで，Ｚ点の移動距離Δｘがタイヤ半径
Ｒに比べて１／１０程度と小さく，また，キャンバ角も
一般に０．０７（ｒａｄ）以下と小さいので，上式を近
似化する。すなわち，数７とする（図４参照）と，数８
となる。

【００３５】

【数７】

【００３６】

【数８】

【００３７】さらに，上式のΔｘにδ・ｒを代入する
と，数９となる。

【００３８】

【数９】

【００３９】ここで，上記におけるΔｘ＝δ・ｒについ
て図５を用いて説明する。ｒはＺ点の回転半径でＺ点の
移動距離Δｘがｒに比べ十分大きいと，ｒ≫Δｘなら
ば， Δｘ≒ｒ・ｓｉｎδ となる。また，δは，０．５ｒａｄ以下であるので， ｓｉｎδ≒δ となる。したがって，Δｘ≒δ・ｒとなる。

【００４０】次に，キャンバ角の計測原理について説明
する。図６は，キャンバ角の計測原理を示す説明図であ
り，図６（ａ）は，舵角ゼロでキャンバ角がついた場
合，図６（ｂ）は，ホイールトラベルがある場合を示
し，図６（ｃ）は，キャンバ角の算出式を補足するため
の説明図である。図６（ｂ）において，キャンバ角測定
点はタイヤの中心であるＸ点からＸ´点に移動する。し
かし，舵角と同様に回転流線と車体座標Ｚ軸とのなす角
は，Ｘ´点もＸ点も変わりはないので，測定誤差は生じ
ない。ところが，図６（ｃ）に示すように，舵角がつい
た場合，Ｘ点とＸ´点ではそれぞれの接線と車体座標Ｚ
軸とのなす角にψ（ｒａｄ）の差を生じる。以下，図６
（ｃ）を用いてキャンバ角の補正式を説明する。

【００４１】前述の舵角算出と同様に，流線の楕円式
は， Ｚ´² ＋（Ｙ´／ｓｉｎδ・ｃｏｓγ）² ＝Ｒ² により与えられる。これをＹ´の式に変形すると，数１
０となる。

【００４２】

【数１０】

【００４３】次に，導関数を求めると，数１１となる。

【００４４】

【数１１】

【００４５】したがって，Ｘ軸用ベクトルセンサ１０１
での接線の方程式は，Ｚ´にホイールトラベル量Ｈ（バ
ンプ側を正とする）を代入すると，数１２となる。な
お，−符号がないのは，Ｈが２象限のＺ´軸上のもので
あるからである。

【００４６】

【数１２】

【００４７】したがって，キャンバの補正角ψは，数１
３となる。

【００４８】

【数１３】

【００４９】よって，補正角ψを考慮した実キャンバγ
は，Ｘ点での検出角をβとすると，数１４となる。

【００５０】

【数１４】

【００５１】ここで，キャンバ角は，一般に０．０７
（ｒａｄ）以下と小さく，ホイールトラベル量Ｈは一般
にタイヤ半径Ｒの１／３以下であるので，この場合にお
ける近似式は，数１５となり，精度１％程度で近似でき
る。なお，ホイールトラベル量Ｈは，サスペンションア
ーム１０９の変位量から予めホイールトラベル量にスケ
ーリングされているものとする。

【００５２】

【数１５】

【００５３】以上，説明してきたように，舵角およびキ
ャンバ角はそれぞれの測定値に，タイヤ半径Ｒと転舵半
径ｒの寸法およびホイールラベル測定値Ｈにより，舵角
は数９を用いて，キャンバ角は数１５を用いてそれぞれ
補正演算を行い，求めることができる。ここで，数９と
数１５は，図２に示すように，互いの演算結果を補正値
として組み込む構成となっており，さらに，互いの特性
が正負の関係にあるため，ネガティブフィードバックが
作用し，精度を向上させる構成となっている。したがっ
て，図２に示した回路に，上記舵角およびキャンバ角
は，それぞれの測定値にタイヤ半径Ｒと転舵半径ｒの寸
法および測定したホイールトラベル量Ｈを入力すること
により，実舵角δおよび実キャンバ角γを求めることが
できる。

【００５４】なお，タイヤトレッド面の回転流線を測定
する空間フィルタ式のベクトルセンサについては，例え
ば，タイヤスリップ角計等，対象物の直交速度成分を光
学的空間フィルタにより測定し，演算によりベクトル値
を出力するものが既に実用化されているため，これらの
測定手段を使用すればよい。

【００５５】〔実施例２〕次に，図７は，この発明によ
る他の実施例である信号処理システムの概略構成を示す
ブロック図である。図において，７０１は舵角測定用カ
メラ，７０２はキャンバ角測定用カメラであり，図１に
示した各ベクトルセンサと同様にボディ１０４に固定さ
れている。また，このとき，舵角測定用カメラ７０１の
ビデオ座標は車体座標のＸ−Ｙ座標に，キャンバ角測定
用カメラ７０２のビデオ座標は車体座標のＹ−Ｚ座標に
それぞれ対応させている。

【００５６】また，７０３はタイヤトレッド面の映像信
号から舵角およびキャンバ角を抽出する画像処理回路，
７０４は補正演算を実行するマイクロコンピュータ，７
０５はタイヤ半径，転舵半径等の関連パラメータをマイ
クロコンピュータ７０４に入力するためのキーボード，
７０６はレーザ変位計１０７により検出されたアナログ
信号をデジタル情報信号に変換してマイクロコンピュー
タ７０４へ出力するＡ／Ｄ変換器，７０７はマイクロコ
ンピュータ７０４のデジタル出力信号をアナログ信号に
変換するＤ／Ａ変換器である。

【００５７】次に，動作について説明する。舵角測定用
カメラ７０１およびキャンバ角測定用カメラ７０２によ
り撮影された映像信号は，画像処理回路７０３に入力さ
れる。該画像処理回路７０３では，映像信号から時間お
よび輝度レベルにおいて微分処理等を実行し，回転流線
のみを抽出する。さらに，回転流線の接線を求め，舵角
の接線は車体座標Ｘ軸とのなす角を，キャンバ角の接線
は車体座標Ｚ軸とのなす角をそれぞれマイクロコンピュ
ータ７０４へ出力する。

【００５８】マイクロコンピュータ７０４では，キーボ
ード７０５より，タイヤ半径Ｒおよび転舵半径ｒの寸法
値を入力し，さらに，Ａ／Ｄ変換器７０６を介してホイ
ールトラベル量Ｈをデジタル値として取り込む。さら
に，画像処理回路７０３から測定舵角および測定キャン
バ角を取り込み，上記数９および数１５に基づいて演算
処理を実行する。該演算結果をＤ／Ａ変換器７０７を介
して所定角度に対応したアナログ情報としての電圧とし
て出力する。

【００５９】以上説明してきたように，各センサを全て
ホイールハウス（ボディ１０４）内に設置し，タイヤト
レッド面の流線方向とホイールトラベル量を直接に測定
し，これに補正演算を加えることにより精度の良い舵角
およびキャンバ角を計測する構成としたため，多大な車
体改造を必要とせず，さらにホイール側の改造も不要と
なり，センサの装着が簡単で，かつ，その精度が向上す
るので，慣性モーメント等の車両特性の変化を極力抑制
することができる。したがって，車両実特性を変動させ
ることなく，精度よくホイールアライメントを計測する
ことができる。また，ホイールハウスへの太陽光等の外
乱光の侵入を防止することができるので，外乱光の影響
を受けず，安定した計測値を得ることができる。

【００６０】また，センサ類を全て，ホイールハウス内
に収容したので，車両の外観上において突起物がなく，
市街地等の一般路においても安全に走行させながら高精
度にホイールアライメントの計測を実行することが可能
となる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように，この発明によるホ
イールアライメント計測方法及びその装置は，実車走行
中のホイールアライメント変化量を計測するホイールア
ライメント計測方法において，少なくとも２か所以上の
タイヤトレッド部の回転流線方向と，ホイールトラベル
量を測定し，該測定情報に基づいてタイヤ実舵角および
実キャンバ角を演算するため，また，車体内部構造体に
支持され，Ｘ軸およびＺ軸方向のタイヤトレッド部分に
おける回転流線を測定する回転流線測定手段と，前記車
体内部構造体に支持され，ホイールトラベル量を測定す
るホイールトラベル量測定手段と，前記回転流線測定手
段およびホイールトラベル量測定手段による測定情報に
基づいてタイヤ実舵角および実キャンバ角を演算する演
算手段とを具備するため，車体やホイールの改造を不要
とし，かつ，測定装置が車両外側への突起として形成さ
れない，簡単なセンサの取つ付け構造とし，走行時にお
ける安全性を損なわずに高精度にホイールアライメント
特性である実舵角と実キャンバ角を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るホイールアライメント計測装置
のセンサ配置構成（実施例１）を示す説明図である。

【図２】この発明に係るホイールアライメント計測装置
における補正演算回路の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図３】舵角の計測原理を示す説明図である。

【図４】舵角算出式の近似化を説明するグラフである。

【図５】舵角算出式の近似化を示す説明図である。

【図６】この発明によるキャンバ角の計測原理を示す説
明図である。

【図７】この発明に係る信号処理システムの概略構成
（実施例２）を示すブロック図である。

【図８】従来におけるホイールアライメント計測装置の
装着状態を示す説明図である。

【図９】従来におけるホイールアライメント計測装置の
センサ取り付け状態を示す説明図である。

【図１０】従来における信号処理システムの概略構成を
示すブロック図である。

【図１１】舵角およびキャンバ角の測定時における座標
を示す説明図である。

【符号の説明】

１０１ Ｘ軸用ベクトルセンサ １０３ タイヤ １０４ ボディ １０５ Ｚ軸用ベクトルセンサ １０７ レーザ変位計 ２０２ 舵角補正回路 ２０４ キャンバ角補正回路 ７０１ 舵角測定用カメラ ７０２ キャンバ角測定用カメラ ７０３ 画像処理回路 ７０４ マイクロコンピュータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実車走行中のホイールアライメント変化
   量を計測するホイールアライメント計測方法において，
   少なくとも２か所以上のタイヤトレッド部の回転流線方
   向と，ホイールトラベル量を測定し，該測定情報に基づ
   いてタイヤ実舵角および実キャンバ角を演算することを
   特徴とするホイールアライメント計測方法。
2. 【請求項２】 車体内部構造体に支持され，Ｘ軸および
   Ｚ軸方向のタイヤトレッド部分における回転流線を測定
   する回転流線測定手段と，前記車体内部構造体に支持さ
   れ，ホイールトラベル量を測定するホイールトラベル量
   測定手段と，前記回転流線測定手段およびホイールトラ
   ベル量測定手段による測定情報に基づいてタイヤ実舵角
   および実キャンバ角を演算する演算手段とを具備するこ
   とを特徴とするホイールアライメント計測装置。