JPH068766B2 - 自動車の振動解析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車の走行テスト時に使用する自動車の振
動解析装置に関する。

（従来の技術） 自動車の走行時に行う試験として種々の項目試験が挙げ
られるが、その１つとして走行時に発生するタイヤのア
ンバランスやプロペラシャフトのアンバランス等を調べ
るための振動試験がある。

従来、かかる振動試験は人為的に判断する方法と自動車
の所定箇所に振動計を設置して振動信号を検出する方法
とがある。前者の人為的な判断による試験方法は、所定
の間隔で配置された対をなす自動車搭載揺動ローラ上に
自動車の前輪側タイヤおよび後輪側タイヤをそれぞれ載
せた後、自動車の走行速度を例えば零から１４０km／ｈ
まで徐々に加速していき、このときテストドライバーが
異常音の発生およびシートに生じる振動等を五感で感知
しその自動車の異常箇所を判断している。

一方、後者の振動計を用いて行う試験方法は、測定した
い箇所例えばタイヤや軸受等に振動計を取り付け、一定
走行速度例えば１２０km／ｈで自動車を走行させたとき
に振動計から得られる周波数帯域例えば５０Hz〜１００
Hz間の振動信号を検出たい後、この振動信号の平均レベ
ルを算出し、この平均レベルと正常車の走行によって得
られる基準レベル（平均レベル）とのレベル差からタイ
ヤ等のアンバランス度、つまりタイヤの良否を判定する
ようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前者の振動試験方法は、人間の五感に頼りなが
ら判断するので正確性に欠け、かつ、振動発生のメカニ
ズム等について解明しにくい問題がある。

一方、後者の振動試験方法は、自動車の車輪の回転速度
の変動によってタイヤやプロペラシャフト等のアンバラ
ンスにより発生する振動周波数が変動し、指定した周波
数帯域範囲から外れてしまうことがあり、バランス状態
の良否が判定しにくいと言う問題がある。また、特定の
振動周波数に振動信号のピークがあっても全体として平
均化されてしまうので差がくなり、前者の振動試験方法
の場合と同様に正確性に欠ける問題がある。また、同一
車種であっても１号車と２号車つまり車ごとに基準レベ
ルが異なるので、その基準レベルいかんよってはバラン
スの良否判断結果が全く変わってしまうという問題があ
る。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、振動解析結
果の正確性を向上させることができ、ひいては自動車の
均質化に大きく貢献し得る自動車の振動解析装置を提供
することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明による自動車の振動解析装置は、自動車の回転系
統に回転検出器を取り付け、この回転検出器から得られ
た回転パルス信号の周波数に次数比変換定数を掛けて前
記回転パルスに比例するサンプリングクロツクを取得す
るクロツク信号取得手段を有し、また前記自動車の所定
箇所にセンサを取り付けて自動車の走行時に発生する振
動信号を取得する振動信号取得手段を有し、かつ、前記
サンプリングクロツクを用いて前記振動信号をサンプリ
ングしながら次数比分析を行って所要次数に対応した前
記振動信号のレベルを求めるとともに、これら所要次数
の振動信号レベルから所定の演算を行ってアンバランス
度を得るアンバランス度演算手段を有し、このアンバラ
ンス度演算手段によって得られたアンバランス度と予め
設定されたしきい値とを比較して自動車構成部品の良否
を判断および組立ての良否の判断する比較判断手段を備
えたものである。

（作用） 従って、以上のような手段とすることにより、自動車の
回転系統に取り付けられた回転検出器から得られた回転
パルス信号の周波数に次数比変換定数を掛けて前記回転
パルスに比例したサンプリングクロツクを取得し、また
前記自動車の所定箇所に取り付けられたセンサから自動
車の走行時に発生する振動信号を取得する。そして、前
記サンプリングクロツクを用いて前記振動信号をサンプ
リングしながら次数比分析を行って次数比スペクトラム
を作成し、この次数比スペクトラムの所要次数に対応す
る前記振動信号のレベルを求めるとともに、これら所要
次数の振動信号レベルから所定の演算を行ってアンバラ
ンス度を得た後、このアンバランス度と予め設定された
しきい値とを比較して自動車構成部品の良否の判断およ
び組立ての良否を判断することにより、自動車の速度変
化に拘らず正確に振動信号を取得でき、総合的な観点か
ら自動車の振動を解析することが可能であり、また高精
度な振動解析結果を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明装置の一実施例について第１図を参照して
説明する。即ち、この装置は、自動車１０の前輪側タイ
ヤ１１ｆおよび後輪側タイヤ１１ｂに対応して配置され
た対をなす自動車搭載用ローラ１２ｆ，１２ｂと、この
走行時の自動車１０から回転パルス信号を取り出してこ
の回転パルス信号の周波数に次数比変換定数を掛けて回
転パルス信号の周波数に比例したサンプリングクロツク
を取得するクロツク信号取得手段１３と、前記自動車１
０の走行時に発生する振動信号を取得する振動信号取得
手段１４と、前記サンプリングクロツクを用いて前記振
動信号をサンプリングしながら次数比分析を行って所要
次数に対応する前記振動信号のレベルを求めるととも
に、これら所定次数の振動信号レベルから所定の演算を
行ってアンバランス度を得、このアンバランス度と予め
設定されたしきい値とを比較して自動車構成部品の良否
の判断および組立ての良否を判断する振動解析部１５と
で構成されている。

前記クロツク信号取得手段１３は、自動車１０の車輪ま
たは自動車搭載用ローラ１２ｆに取り付けてタイヤ１１
ｆの回転数に比例した周波数の回転パルス信号を出力す
る例えばエンコーダ等の回転検出器１３１と、この回転
検出器１３１からの回転パルス信号の周波数に次数比変
換定数を掛けてサンプリングクロツクを得る周波数変換
回路１３２とで構成されている。前記次数比変換定数
は、例えば自動車１０のギア比が４．１倍の時には１次
数比〜１０次数比内の周波数スペクトラムを見たいの
で、この次数比範囲で予め定められている次数比変換定
数「２５．６」が用いられる。

前記振動信号取得手段１４は、従来から一般的に使用さ
れている振動計に相当する機能を有する部分であって、
加速度センサ１４１とアンプ回路１４２とから成ってい
る。前記加速度センサ１４１は、圧電素子等が使用さ
れ、例えばデファレンシャルギヤ等に取り付けられる。

前記振動解析部１５は、高速フーリエ変換演算部（通
称，ＦＦＴと呼ぶ）１５０と、中央演算処理ユニットつ
まりＣＰＵ１５１と、タイヤ・アンバランスしきい値お
よびプロペラシャフト・アンバランスのしきい値等の固
定データ，プログラムデータ，一時的な処理データを格
納するＲＯＭおよびＲＡＭ等のメモリ１５２と，必要な
データを入力する入力キー１５３および自動車１０の良
否判断結果の信号を出力する出力ポート１５４等とで構
成され、ＦＦＴ１５０は周波数変換回路１３２からのサ
ンプリングクロツクを取り込んで前記アンプ回路１４２
からの振動信号を順次サンプリングして演算を行うこと
により振動信号の次数比スペクトラムを作成する。ＣＰ
Ｕ１５１は、次数比スペクトラムを用いて各所要次数の
周波数における振動信号のレベルを把握し、これら振動
信号のレベルを用いて予め定められた少なくとも１つ以
上の演算式によりアンバランス度を得るアンバランス度
演算手段１５Ａおよびこのアンバランス度とメモリ１５
２に予め記憶されているしきい値とを比較して自動車の
良否を判断する比較判断手段１５Ｂ等を実行するもので
ある。

次に、以上のように構成された装置の動作を説明する。
先ず、自動車１０の前輪側タイヤ１１ｆと後輪側タイヤ
１１ｂとを自動車搭載用ローラ１２ｆ，１２ｂ上に載置
する。この状態においてエンジンを始動し自動車１０を
走行させると各タイヤ１１ｆ，１１ｂが図示矢印方向に
回転し、これに伴って自動車搭載用ローラ１２ｆ，１２
ｂが回転する。これによって自動車搭載用ローラ１２ｆ
が回転すると、このローラ１２ｆの回転軸に取り付けら
れた回転検出器１３１からタイヤ回転数に比例した周波
数の回転パルス信号が出力され、周波数変換回路１３２
に供給される。この周波数変換回路１３２では回転検出
器１３１からの回転パルス信号の周波数に次数比変換定
数を掛けてサンプリングクロツクを得た後、高速フーリ
エ変換演算部１５０へ送出する。

一方、加速度センサ１４１の出力はアンプ回路１４２で
増幅されて振動解析部１５へ送出される。

この振動解析部１５は周波数変換回路１３２からのサン
プリングクロツクとアンプ回路１４２からの振動信号を
取り込んで第２図に示すような次数比スペクトラムを作
成する。すなわち、振動解析部１５は次数比クロックを
用いて振動信号を順次取り込んで次数比分析を行い、例
えばタイヤおよびプロペラシャフトの次数位置に振動信
号のピーク値が現れるような次数被スペクトラムデータ
を作成し、タイヤの各次数つまりタイヤの１次数位置Ｄ
₁，２次数位置Ｄ₂，…およびプロペラシャフトの１次数
位置ＰＤ₁，２次数位置ＰＤ₂，…における振動信号のレ
ベルを把握するものである。なお、かかる振動信号のレ
ベルデータを一時的にメモリ１５２に格納し、振動解析
用データとして使用するものである。なお、回転検出器
１３から得られたタイヤ回転数に比例した周波数に次数
比変換定数を掛けてサンプリングクロツクを得、このサ
ンプリングクロツクを用いて振動解析部１５で次数比分
析を行って振動信号の次数比スペクトラムを得るように
したので、自動車１０の速度が変化しても所定次数位置
が変化することなく自動車１０の所定部材に係わる振動
状態を表わすピーク値を取り出すことができる。

以下、第３図ないし第５図を参照して具体的に説明す
る。先ず、オペレータが予め車種、タイヤ直径，タイヤ
とプロペラシャフトのギヤ比等の異なる条件ごとに過去
の経験値に基づくタイヤ・アンバランスしきい値やプロ
ペラシャフト・アンバランスしきい値を入力キー１５３
により入力すると、ＣＰＵ１５１は第３図のステップＳ
１に示す如く上記しきい値を読み取ってメモリ１５２に
記憶する。つまり、各条件ごとの初期データをメモリ１
５２のＲＡＭに記憶する。しかる後、振動解析すべき自
動車１０の車種，タイヤ直径およびギヤ比等に応じて予
め設定された複数のしきい値の中から所要とする１つの
タイヤ・アンバランスしきい値およびプロペラシャフト
・アンバランスしきい値を読み出してメモリ１５２のワ
ークエリアに今回使用データとして記憶する，（ステッ
プＳ２）。自動車１０の走行時、周波数変換回路１３２
で作られたクロツクをサンプリングクロツクとして使用
し、加速度センサ１４１，アンプ回路１４２等により得
られた振動信号をサンプリングし（ステップＳ３）、高
速フーリエ変換演算部１５０にて演算を行うことによ
り、自動車１０の回転速度の変化に無関係な次数比スペ
クトラムを作成する。ＣＰＵ１５１はタイヤ各次数位置
Ｄ₁，Ｄ₂，…およびプロペラシャフトの各次数位置ＰＤ
₁，ＰＤ₂，…における振動信号のレベルを取得した後、
ステップＳ４にてアンバランス度演算処理を実行し（第
４図参照），かつ，ステップＳ５にてタイヤおよびプロ
ペラシャフトの良否判断処理を実行する（第５図参
照）。そして、良否判断後、ステップＳ６に示すように
振動解析動作を終了したか否かを判断し、終了していな
いと判断した時にはそのまま同一のしきい値データを使
用するか否なかつまりしきい値を変更するか否かを判断
し（ステップＳ７）、変更の必要有りと判断した場合に
はステップＳ２に移行して新たなしきい値を読み出して
今回使用データとしてメモリ１５２に記憶する。変更の
必要無しと判断した場合にはステップＳ３に移行して再
度同様な処理を行う。

しかして、前記アンバランス度演算処理によるアンバラ
ンス度の求め方は種々考えられる。例えば絶対レベルに
依存する方法と絶対レベルに依存しない方法とがある
が、前者の絶対レベルに依存する方法では第２図に示す
各１次数位置Ｄ₁，ＰＤ₁のみの振動信号のレベルをタイ
ヤおよびプロペラシャフトのアンバランス度を特定す
る。また、後者の絶対レベルに依存しない方法では基本
波成分の高調波度によって求める方法と基本波成分の占
有度によって求める方法とがある。基本波成分の高調波
による場合、タイヤのアンバランス度は、 なる演算式で求め、またプロペラシャフトのアンバラン
ス度は、 （２）の演算式によって求める。一方、基本波成分の占
有度による場合、 タイヤのアンバランス度は、 ▲Ｄ² ₁▼／（レベル総和−Ｄ₁−ＰＤ₁）
……（３） の演算式で求め、またプロペラシャフトのアンバランス
度は、 Ｐ▲Ｄ² ₁▼／（レベル総和−Ｄ₁−ＰＤ₁）
……（４） による演算式で求める。従って、アンバランス度演算処
理（ステップＳ４）は、第４図に示すステップＳ１１に
示す演算を行ってタイヤのアンバランス度を求めメモリ
１５２に格納し（ステップＳ１２）、同様にステップＳ
１３，Ｓ１４にてプロペラシャフトのアンバランス度を
求めてメモリ１５２に格納するものである。

次に、比較判断処理（ステップＳ５）は、アンバランス
度演算処理で求めたアンバランス度と前記メモリ１５２
のワークエリアに記憶されたアンバランスしきい値とを
用いて第５図のステップＳ２１に示すようにタイヤの良
否つまりタイヤ・アンバランス度＞タイヤ・アンバラン
スしきい値か否かを判断し、タイヤ・アンバランス度が
小さい場合には正常と判断しステップＳ２２でタイヤが
正常である旨の信号等を出力し、逆にタイヤ・アンバラ
ンス度が大きい場合にはステップＳ２３でタイヤが異常
である旨の信号等を出力する。プロペラシャフトの良否
についてもステップＳ２４〜Ｓ２６で同様に判断し、か
つ、正常または異常である旨の信号等を出力するもので
ある。

従って、以上のような実施例の構成によれば、従来の如
く振動計のみの場合には自動車１０の速度に応じてピー
ク値の現れる位置が異なって正確な判断を得ることが難
しかったが、本装置では回転パルス信号の周波数に次数
比変換定数を掛けて得た次数比変換周波数のサンプリン
グクロツクを用いて振動信号をサンプリングし、次数比
分析してタイヤおよびプロペラシャフトの各次数位置の
振動レベルを取得するようにしたので、自動車１０の速
度が変化しても固定した同一次数位置で振動信号の変化
レベルを正確に取り出すことができる。しかも、これら
の振動レベルを予め定められた演算式に基づいてアンバ
ランス度を求めて、経験値であるタイヤおよびプロペラ
シャフトのアンバランスしきい値とを比較して良否を判
断するようにしたので、人間による五感による判断がな
くなって正確な振動分析結果を自動的に得ることができ
る。また、良否判定を行うためのしきい値データを予め
データファイル化して蓄積し、車種，タイヤ直径および
ギヤ比等に基づいて適宜選択して比較判断し得るように
したもので、同一車種であっても各車ごとの基準レベル
が異なっていてもタイヤやプロペラシャフトの良否を判
定でき、ひいては自動車１０の品質を一定化できるもの
である。また、複数のアンバランス度の演算式をファイ
ルデータ化することにより、適宜必要に応じて１つ以上
の演算式を用いてアンバランス度を求めることも可能で
あり、ひいては振動のメカニズムの解析に役立たせるこ
とができる。

なお、上記実施例は自動車１０の前輪側タイヤ１１ｆに
対応する自動車搭載用ローラ１２ｆに回転検出器１３１
を取り付けたが、後輪側タイヤ１１ｂに対応する自動車
搭載用ローラ１２ｂ側または後車輪軸に取付けてもよ
い。つまり、回転検出器１３１および加速度センサ１４
１等は測定箇所またはその近傍あるいはその箇所に連結
された部材に取り付ければよい。また、エンコーダを用
いてタイヤ回転数に比例する信号を得るようにしたが、
同一機能を持つものであればエンコーダに限らないもの
である。また、上記実施例はＣＰＵ１５１を用いて振動
分析を行ったが、高速フーリエー変換装置とマイクロコ
ンピュータまたはパーソナルコンピュータとを組む合せ
て使用してもよい。また、上記実施例はタイヤとプロペ
ラシャフトの良否について述べたが、自動車の他の構成
部品であっても同様にそれらの良否を判断することがで
きる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施できる。

（発明の効果） 以上詳記したように本発明によれば、自動車の車種等種
々の条件が変わっても適正なアンバランスしきい値を用
いて自動車の振動を正確に解析でき、ひいては自動車の
均質化に大きく貢献し得る自動車の振動解析装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる自動車の振動解析装置の一実施
例を示す構成図、第２図は第１図の振動解析装置を用い
て次数比分析を行って得られた次数比スペクトラムを示
す図、第３図ないし第５図は本発明装置の動作を説明す
る流れ図である。 １０……自動車、１１ｆ，１１ｂ……タイヤ、１２ｆ，
１２ｂ……自動車搭載用ローラ、１３……クロツク信号
取得手段、１４……振動信号取得手段、１５……振動解
析部、１３１……回転検出器、１３２……周波数変換回
路、１４１……加速度センサ、１４２……アンプ回路、
１５０……高速フーリエ変換演算部、１５１……ＣＰ
Ｕ、１５２……メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車の回転系統に回転検出器を取付け、
   この回転検出器から得られた回転パルス信号の周波数に
   次数比変換定数を掛けて前記回転パルス信号の周波数に
   比例したサンプリングクロツクを取得するクロツク信号
   取得手段と、前記自動車の所定箇所にセンサを取り付け
   て自動車の走行時に発生する振動信号を取得する振動信
   号取得手段と、前記サンプリングクロツクを用いて前記
   振動信号をサンプリングしながら次数比分析を行って所
   要次数に対応する前記振動信号のレベルを求めるととも
   に、これら所要次数の振動信号レベルから所定の演算を
   行ってアンバランス度を求めるアンバランス度演算手段
   と、このアンバランス度演算手段によって得られたアン
   バランス度と予め設定されたしきい値とを比較して自動
   車構成部品の良否を判断する比較判断手段とを備えたこ
   とを特徴とする自動車の振動解析装置。