JPH1172397A - 振動発生体の励振力測定装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動発生体の振動によって生じる励振力を正
確に測定する。 【解決手段】 治具（２）を介して振動発生体（１）に
振動を与える加振器（８）と、振動発生体（１）を支持
した治具（２）を加振器（８）で加振した際の加振器
（８）の励振力を測定する加振器励振力測定手段（２
０，２１）と、振動発生体（１）を支持した治具（２）
を加振器（８）で加振した際の加振力あるいは加速度を
検出する第１検出手段（１９）と、治具（２）で支持し
た振動発生体（１）を動作させた際の加振力あるいは加
速度を検出する第２検出手段（１９）と、加振器励振力
測定手段（２０，２１）および第１検出手段（１９）な
らびに第２検出手段（１９）のそれぞれで得られた測定
値もしくは検出値に基づいて振動発生体の励振力を演算
する励振力演算手段（２０，２１）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、エンジンやトラ
ンスミッションあるいはプロペラシャフトなどの動作す
ることによって振動を発生する振動発生体による励振力
を測定する装置および方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の振動発生体を動作させた場合、
重量の偏りやその動作を生じさせる駆動構造などが原因
となって振動が生じ、例えばその半径方向や軸線方向に
作用する励振力が発生する。その励振力を測定する方法
としては、エンジンなどの振動発生体すなわち供試体を
テストベンチなどの治具に固定し、供試体を動作させた
状態で、その供試体と所定の固定部との間に配置したセ
ンサーによって荷重を電気的に検出する方法を採用する
ことができる。

【０００３】なお、特開平５−８７６９７号公報には、
エンジンなどの供試体を治具に固定し、その出力をモー
タやダイナモメータなどで吸収するよう構成した振動試
験装置が記載されている。この試験装置では、高回転域
での駆動軸振動を模擬するために、加振器によって入力
軸に振動を与えるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように振動発
生体の励振力は振動が原因となって生じ、その励振力を
治具によって受け、その状態での供試体と治具との間の
応力として励振力を検出することになる。そのため治具
が、供試体の振動を受けて振動することになり、その結
果、検出された励振力は治具のこのような振動による荷
重の変動を含んだものとなる。より具体的には、治具の
振動特性に応じて検出値が変化し、得られる検出値は、
その測定の際に使用した治具に対する加振力となり、し
たがって治具が異なれば、その供試体が動作することに
よって治具に与える加振力が異なることになる。すなわ
ち治具が完全剛体である場合の加振力すなわち励振力の
実際の値を得ることができない。

【０００５】これは、治具が供試体と共に振動すること
に起因しているから、治具の重量を増大させてその振動
を抑制することが考えられる。すなわち治具の重量を供
試体の重量に対して相対的に大きくし、これをダンパー
を含む適宜の支持体で支持し、あるいは基礎に固定し、
その上に供試体を搭載して動作させ、その際の励振力を
測定することが考えられる。

【０００６】さらに、通常の方法では、治具の特性が影
響するため、その対策として治具重量をきわめて大きく
して治具側共振点を下げることにより、測定周波数域の
加速度周波数特性を安定させる方法も考えられる。しか
しながら、その場合に必要とする治具の重量は、数百ト
ンあるいはそれ以上となるから、実現は困難である。ま
た、たとえ実現できたとしても、あるレベルの加速度が
生じるから、励振力の計測精度が低くなってしまう。

【０００７】結局、従来では、治具の振動を避けること
ができないので、治具の特性に応じた信号を含む測定値
を、治具を特定した値として採用し、既存の測定値と比
較することにより、相対評価していた。したがって得ら
れる値は、相対評価による値に過ぎず、実際に生じる励
振力を求めることができない不都合があった。

【０００８】また、従来では、供試体を複数点で支持
し、そのうちの一点に加振器によって振動を入力する一
方、他の支持点は治具の振動特性の影響を避けるために
共振点の低い防振材（インシュレータ）を介して支持
し、その状態で振動試験および励振力の測定をおこなっ
ている。すなわち振動の連成系を構成しないようにして
いる。しかしながら、エンジンやトランスミッションな
どの振動発生体は複数箇所でボディーなどの固定部材に
取り付けられるから、振動試験時の取付状態は実際の使
用時の取付状態を反映したものとはならない。そのた
め、従来の測定方法では、実際の使用時に生じる励振力
を正確に測定することができず、あるいは実際の使用で
の振動特性を正確に知ることができない不都合があっ
た。

【０００９】この発明は、上記の事情を背景にしてなさ
れたものであり、振動発生体が動作することにより発生
する励振力を正確に測定することのできる測定装置およ
び測定方法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１の発明は、振動発生体を
治具によって支持し、その振動発生体が動作することに
伴う振動による励振力を測定する振動発生体の励振力測
定装置において、前記治具を介して前記振動発生体に振
動を与える加振器と、前記振動発生体を支持した治具を
前記加振器で加振した際の加振器の励振力を測定する加
振器励振力測定手段と、前記振動発生体を支持した治具
を前記加振器で加振した際の加振力あるいは加速度を検
出する第１検出手段と、前記治具で支持した前記振動発
生体を動作させた際の加振力あるいは加速度を検出する
第２検出手段と、前記加振器励振力測定手段および第１
検出手段ならびに第２検出手段のそれぞれで得られた測
定値もしくは検出値に基づいて振動発生体の励振力を検
出する励振力検出手段とを備えていることを特徴とする
装置である。

【００１１】また請求項２の発明は、振動発生体を治具
によって支持し、その振動発生体が動作することに伴う
振動による励振力を測定する振動発生体の励振力測定装
置において、前記治具を介して前記振動発生体に振動を
与える加振器と、前記振動発生体を支持した治具を前記
加振器で加振した際の加振器の励振力を測定する加振器
励振力測定手段と、前記振動発生体を支持した治具を前
記加振器で加振した際の加振力あるいは加速度の周波数
特性を検出する周波数特性検出手段と、前記加振器励振
力測定手段で得られた加振器の励振力と前記周波数特性
検出手段で得られた加振力あるいは加速度の周波数特性
とに基づいて伝達関数を求める伝達関数検出手段と、こ
の伝達関数検出手段で求められた伝達関数と前記治具で
支持した振動発生体を動作させた際の加振力もしくは加
速度の周波数特性に基づいて振動発生体の励振力を算出
する励振力演算手段とを備えていることを特徴とする装
置である。

【００１２】さらに請求項３の発明は、振動発生体が動
作することに伴う振動で発生する励振力を測定する振動
発生体の励振力測定方法において、前記振動発生体を支
持した治具を既知の励振力によって加振するとともに、
その加振によって生じた振動を検出し、かつその検出値
と前記励振力とに基づいて前記治具の特性値を求め、つ
いで前記治具で支持した前記振動発生体を動作させると
ともに、その動作によって生じた振動を検出し、その検
出値と前記特性値とに基づいて前記振動発生体の励振力
を求めることを特徴とする方法である。

【００１３】そして請求項４の発明は、治具によって支
持した振動発生体が動作することに伴う振動による励振
力を測定する振動発生体の励振力測定方法において、前
記振動発生体を支持した前記治具を、既知の励振力を発
生する加振手段によって加振し、その際の加振力もしく
は加速度の周波数特性を検出し、その検出値と前記励振
力とに基づいて前記治具の伝達関数を求め、ついで前記
治具で支持した振動発生体を動作させるとともに、その
際の振動の加振力もしくは加速度を検出し、その検出し
た加振力もしくは加速度と前記伝達関数とに基づいて前
記振動発生体の励振力を求めることを特徴とする方法で
ある。

【００１４】またさらに請求項５の発明は、振動発生体
が動作することに伴う振動で発生する励振力を測定する
振動発生体の励振力測定方法において、前記振動発生体
を支持した治具を既知の励振力によって加振するととも
に、その加振によって生じた振動を検出し、かつその検
出値と前記励振力とに基づいて前記振動発生体と前記治
具および既知の励振力を発生する装置からなる系の特性
値を求め、ついで前記治具で支持した前記振動発生体を
動作させるとともに、その動作によって生じた振動を検
出し、その検出値と前記特性値とに基づいて前記振動発
生体の励振力を求めることを特徴とする方法である。な
おこの場合、前記既知の加振力を治具特性で必要に応じ
て補正することとしてもよい。

【００１５】したがってこの発明の装置あるいは方法に
おいては、振動発生体を支持している治具に与えられる
振動の励振力は、既知のものとなる。その既知の励振力
で加振した場合の治具およびこれによって支持した振動
発生体を含む系の加振力あるいは加速度の周波数特性が
検出され、これら既知の励振力とその励振力で振動させ
た際の加振力あるいは加速度とに基づいて治具あるいは
これを含む系の伝達関数が求まる。したがって系の特性
を変えずに振動発生体を動作させて振動を生じさせれ
ば、その際の加振力あるいは加速度と励振力とに間に
は、前記伝達関数で示される関係があるから、加振力あ
るいは加速度の周波数特性を検出し、その検出値と伝達
関数とに基づいて励振力が測定される。すなわちこの発
明では、既知の励振力による加振を行った際の振動の検
出値、これらが求まる系の特性値、振動発生体を動作さ
せた際の振動の検出値の三者に基づいて、振動発生体の
励振力を求める。その結果、振動発生体の振動によって
生じる実際の励振力が求められる。

【００１６】さらに請求項６の発明は、振動発生体が動
作することに伴う振動で発生する励振力を測定する振動
発生体の励振力測定方法において、前記振動発生体を構
造体に複数点で接続し、いずれかの接続点を既知の励振
力によって加振し、かつその加振時の各接続点での振動
の加速度もしくは加振力の大きさとその位相との少なく
とも一方を測定し、この既知の励振力による加振とそれ
に起因する各接続点での振動加速度もしくは加振力の大
きさとその位相との少なくとも一方の検出とを、全ての
接続点について実行し、それらの検出された振動加速度
もしくは加振力と前記既知の励振力との相互の関係を求
め、前記構造体に接続した振動発生体を動作させた際の
各接続点での振動加速度もしくは加振力の大きさとその
位相との少なくとも一方を測定し、振動発生体を動作さ
せた際の各接続点での振動加速度と、既知の励振力とそ
の既知の励振力で振動させた際の振動加速度もしくは加
振力との関係とから、前記振動発生体を動作させた際の
各接続点での励振力の大きさとその位相との少なくとも
一方を求めることを特徴とする方法である。

【００１７】したがって請求項６の発明によれば、振動
発生体の各接続点での既知の励振力とその既知の励振力
による振動加速度との関係を予め知ることができ、振動
発生体を動作させた際の各接続点の振動加速度と前記関
係とにより各接続点での励振力あるいはその位相を求め
ることができる。そのため、請求項６の発明によれば、
振動発生体が動作することによる励振力を、より正確に
求めることができる。

【００１８】請求項７の発明は、振動発生体が振動する
ことによりその振動発生体から固定さた部材に与えられ
る励振力を測定する励振力測定方法において、前記固定
された部材を連結された振動発生体を動作させた際に前
記部材に生じる複数の周波数の振動での加速度および加
振力を測定し、加速度がほぼゼロの周波数の振動での加
振力を求め、その加速度がほぼゼロの周波数の振動での
加振力に基づいて前記振動発生体による励振力を求める
ことを特徴とする方法である。

【００１９】したがって請求項７の発明によれば、振動
発生体として加振器を用いれば、加振器の励振力、すな
わち実質的に質量無限大の物質に対して作用する加振力
を求めることができ、これを用いて回転体などの振動発
生体の励振力の測定を正確におこなうことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図面を参照して
より具体的に説明する。図１は、この発明による測定装
置の全体的な構成を概略的に示しており、供試体１を支
持する治具２が定盤３の上に配置されている。この供試
体１は、エンジンや変速機、プロペラシャフト、デファ
レンシャル、あるいはその他の使用状態で回転する回転
体であり、これを支持する治具２は、水平方向および鉛
直方向の荷重を支えるように例えば４５度に傾斜して配
置されている。なお、治具２は、供試体１を複数箇所で
支持するように構成されている。

【００２１】図２は、治具２による供試体１の支持構造
を示しており、例えば４５度に傾斜した治具２の所定箇
所には、治具２に対する垂直方向に延びた受け具４が固
定されており、その受け具４には、治具２に対して垂直
な方向に前後動するサドル５が係合している。そして、
そのサドル５が供試体１に固定されている。したがって
供試体１は、サドル５および受け具４を介して治具２に
対して垂直な方向に移動可能に支持されている。

【００２２】そしてその供試体１と治具２との間には、
荷重に応じた電気信号を出力するロードセルなどのセン
サーからなるインピーダンスヘッド６が配置されてい
る。すなわちこのインピーダンスヘッド６には、その軸
線方向（治具２に対しては垂直方向、供試体１について
は半径方向）にのみ荷重が作用するようになっている。

【００２３】このインピーダンスヘッド６に対して治具
２を挟んだ反対側には、他のインピーダンスヘッド７が
取り付けられており、このインピーダンスヘッド７に加
振器８が接続されている。この加振器８は、例えば図３
に示すように、コイル９を巻き付けたアーマチャ１０を
永久磁石１１の中心部に配置するとともに、そのアーマ
チャ１０をコイルバネあるいは板バネなどの弾性体１２
によって所定の位置に保持するように構成されたもので
あり、そのアーマチャ１０がインピーダンスヘッド７の
軸線と一致するように、すなわち治具２に対して垂直な
方向に延びた状態に配置され、取付台１３によって定盤
３に固定されている。なお、供試体１の他の支持点すな
わち図１における右側の治具２と供試体１との間は、防
振材Ｉnsが配置されている。

【００２４】この加振器８を駆動するための装置として
信号発生器１４と加振器ドライバー１５とが設けられて
いる。すなわち信号発信器１４によって任意の周波数の
信号を発信し、その信号に応じた駆動電流を加振器ドラ
イバー１５から加振器８のコイル９に与えることによ
り、加振器８が治具２に加振力を与えるようになってい
る。なお、この加振器ドライバー１５は、例えば定電流
加振を行い、かつ加振入力レベルを任意に調整できるよ
うになっている。また加振器ドライバー１５の出力側に
I.V.R. 測定器１６が接続され、周波数ごとの電流値、
電圧値、インピーダンスを測定し、出力するようになっ
ている。図１中、符号１７はその測定器１６によって測
定された周波数ωごとの抵抗値Ｒの一例を模式的に示す
出力データである。

【００２５】一方、前記各インピーダンスヘッド６，７
は、加振力あるいは励振力および加速度を計測するアン
プ１８に接続されている。さらにそのアンプ１８の出力
側にＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザー１９が接
続されている。そしてこのＦＦＴアナライザー１９が伝
達関数作成器２０と励振力演算器２１とに接続されてい
る。なお、このＦＦＴアナライザー１９が請求項１の第
１および第２の検出手段に相当する。

【００２６】この伝達関数作成器２０は、治具２に対す
る既知の入力とそれに対応する加速度あるいは加振力の
周波数特性とからその治具２の伝達関数を求めるもので
あり、例えばマイクロコンピュータを主体として構成さ
れ、あるいはパーソナルコンピュータによって構成され
ている。ここで既知の入力とは、加振器８を動作させた
場合の供試体１に対する励振力であり、加振器８によっ
て発生する励振力を治具２の特性によって補正した値で
ある。

【００２７】より具体的には、実質的に無限大の質量体
を加振器８によって加振した場合に発生する力を、先
ず、求める。これは、例えば前記治具２を加振器８によ
って加振し、加速度および加振力を、加振器８側のイン
ピーダンスヘッド７によって検出することによっておこ
なう。そして共振点の間に存在する加速度がほぼゼロの
周波数での加振力を、検出データ上でプロットし、この
ような操作を複数の加速度ゼロの点についておこない、
こうして求められた加振力の中間の値は、近似曲線で補
間する。その近似式の一例は、

【式１】 で示され、最小二乗法によりω0 、ζ、ＦＫ4j(0)の３
つの未知数を決定する。なお、ω0 は加振器アーマチャ
共振周波数、ζは加振器アーマチャ減衰係数、ＦＫ4j
(0)は加振力（強制力）の０切片であり、式１ではこれ
らを未知数として取り扱う。

【００２８】実質的に無限大の質量を加振した場合の励
振力は、ある周波数までは周波数が高いほど増大し、し
たがって上記のようにして加速度ゼロの点での加振力を
つないだ線が、実質的に無限大の質量体を加振した場合
の各周波数での加振力を表す。なお、このような無限大
の質量体を加振した場合の加振力は、複数の加振入力レ
ベルごとに求める。このようにして求めた周波数ωごと
の励振力Ｆの例を図１に符号２２で示してある。このよ
うにして求める励振力の測定方法が、請求項７の発明に
よる励振力の測定方法に相当する。

【００２９】つぎに図１に示すように供試体１を支持し
た治具２を加振器８によって加振する。これは、例えば
ランダム加振（ホワイトノイズ加振）によっておこな
う。また加振入力レベルは、上記の実質的に無限大質量
を加振した場合と同様に設定する。その場合の加振力お
よび加速度は、供試体１側のインピーダンスヘッド６に
よって検出する。このようにして系の全体を加振する
と、所定の周波数ωで治具２および供試体１を含む系の
全体が共振し、その共振点付近では、系の自励振動によ
って加振器８のコイル９に逆起電力が発生し、定電流制
御をおこなっていても電流値が下がる場合がある。この
ような状況となる周波数域は、加振器８のインピーダン
スが共振のない場合から変化した部分である。したがっ
て全周波数域について、電流の変化分をコイル９によっ
て発生する力に換算し、前述した実質的に無限大の質量
体を加振した場合の加振力を補正する。

【００３０】その補正は、具体的には、予め加振器８の
励振力を求めた時の加振器８の主回路の電流の周波数特
性と供試体１を支持した治具２を加振器８で加振したと
きの電流の周波数特性とを同一周波数同士で比較する。
そしてそれらの比率を、予め求めた加振器８の励振力に
乗じ、供試体１を支持した治具２を加振したときの加振
器８の励振力を求める。なお、加振器ドライバー１５の
容量、制御能力などが充分大きく、系の共振時にもその
定電流制御などの制御精度を維持できる場合には、上記
の補正を行わなくてもよい。

【００３１】このようにして治具２を加振した場合の加
振器８による実際の励振力が求められる。なお、図１に
は、励振力と加振力とを重ねた周波数特性線を、符号２
３として示してある。

【００３２】供試体１を治具２によって支持するととも
に、供試体１を停止させた状態で上記のように加振器８
によって治具２を加振すると、その加速度および加振力
の周波数特性が、供試体１側のインピーダンスヘッド６
の出力として前記アンプ１８およびＦＦＴアナライザー
１９によって求められる。したがって系に対する加振器
８からの入力すなわち加振器８による励振力と、それに
伴う出力すなわち系の周波数特性とが知られるのである
から、それら両者の関係から伝達関数が求められる。具
体的には、系の加速度もしくは加振力と、加振器８によ
る励振力との比率として伝達関数が求められる。これ
は、加振入力レベルに応じたものとなるので、３次元の
伝達関数となる。前記伝達関数作成器２０は、このよう
な演算を行って伝達関数を求めるように構成されてい
る。したがってこの伝達関数作成器２０が、この発明に
おける（振動発生体励振力測定系での）加振器励振力測
定手段および周波数特性検出手段ならびに伝達関数検出
手段に相当する。

【００３３】さらに前記励振力演算器２１には、前記Ｆ
ＦＴアナライザー１９と伝達関数作成器２０とが接続さ
れており、ＦＦＴアナライザー１９からは、加振器８を
停止させた状態で供試体１を回転させた場合に加振器８
側のインピーダンスヘッド７によって検出したデータす
なわち加速度あるいは加振力の周波数特性が入力され
る。その周波数特性と伝達関数とに基づいて演算するこ
とにより、供試体１を回転させた場合に供試体１から治
具２に対して作用する励振力が求められる。励振力演算
器２１はその演算を行い、具体的には、ＦＦＴアナライ
ザー１９から入力された周波数特性を前記伝達関数によ
って測定対象周波数域について除算するようになってい
る。なお、図１には、供試体１側のインピーダンスヘッ
ド６によって得られた加振力の模式的な周波数特性を符
号２４で示し、また演算結果である供試体１による励振
力の模式的な周波数特性を符号２５で示してある。した
がって前記伝達関数作成器２０とこの励振力演算器２１
が請求項１の励振力検出手段に相当し、また励振力演算
器２１が請求項２の励振力演算手段に相当する。

【００３４】つぎに上述した装置の作用すなわちこの発
明に係る励振力の測定方法を説明する。前述したように
加振器８が発生する励振力は、供試体や治具の構造に関
係するものではないから、適当な治具あるいは構造体を
使用して事前に測定して求めておいてもよい。なお、そ
の場合、供試体１を支持する治具２を使用しても差し支
えはないのであり、したがって例えば図１に示す構成の
装置において、加振器８によって治具２を加振し、その
場合の加速度および加振力の周波数特性を求める。そし
てその加速度がほぼゼロの点での加振力をつないで図１
に符号２２で模式的に示す実質的に無限大の質量体を加
振した場合の加振力すなわち励振力の周波数特性を求め
ておく。

【００３５】つぎに供試体１を治具２によって支持す
る。その場合、図２に示すように、受け具４とサドル５
とによって供試体１がインピーダンスヘッド６の軸線方
向にのみ移動可能な状態で供試体１を支持する。供試体
１を停止させた状態で加振器８を動作させて治具２およ
びこれによって支持した供試体１からなる系を振動させ
る。その場合の加振器８からの入力は、例えばランダム
加振（ホワイトノイズ加振）とし、入力レベルは加振器
８の励振力を測定した場合の入力レベルすなわち実質的
に無限大の質量体を加振する励振力を測定した場合の入
力レベルと同じにする。

【００３６】このランダム加振による振動の周波数特性
は、供試体１側のインピーダンスヘッド６によって検出
され、アンプ１８およびＦＦＴアナライザー１９によっ
て信号処理され、伝達関数作成器２０に入力される。そ
の場合の共振点付近での加振器８による励振力が補正さ
れ、その補正値が加振器８により与えられた実際の励振
力として採用される。そしてその励振力とインピーダン
スヘッド６によって検出された加速度あるいは加振力の
周波数特性とに基づいて伝達関数を作成する。具体的に
は、インピーダンスヘッド６を介して得られた加速度も
しくは加振力と加振器８の実際の励振力（補正した値）
との比率が求められる。

【００３７】ついで供試体１を回転（動作）させる。そ
の場合、加振器８は停止させ、また治具２に連結したま
まとする。これは、系の振動特性を変えないためであ
る。また、変速機やプロペラシャフトなどの駆動源を備
えていない供試体１は、エンジンやモータによってこれ
を駆動し、さらにダイナモメータなどで負荷を吸収す
る。

【００３８】この場合の加速度および加振力は、加振器
８側のインピーダンスヘッド７によって検出され、前記
アンプ１８およびＦＦＴアナライザー１９によって信号
処理されてその周波数特性が求められ、かつ励振力演算
器２１に入力される。このいわゆる生のデータは、治具
２の振動を含んでいるので、例えば図１に符号２４で示
すにようにその加振力は変動の大きいものとなる。そし
て励振力演算器２１では、伝達関数作成器２０から入力
された伝達関数とＦＦＴアナライザー１９から入力され
た供試体１による加振力の周波数特性とに基づいて演算
を行う。具体的には、供試体１による加速度あるいは加
振力を伝達関数によって除算し、供試体１による励振力
を求める。これは、供試体１が回転して生じる実際の励
振力である。

【００３９】したがって上述した測定装置あるいは測定
方法によれば、励振力の測定に影響を及ぼす系の特性を
伝達関数として把握し、供試体１の回転および振動に伴
って発生する励振力を、その系についての伝達関数を使
用して演算するので、供試体１の回転によって実際に生
じる励振力を正確に測定することができる。特に上記の
装置あるいは方法では、実質的に無限大の質量体を加振
した場合に加振器８が発生する励振力を、加速度がゼロ
の点での加振力から求め、これを治具２および供試体１
からなる系を加振した場合の共振点付近の加振器電流の
検出値で補正するから、系の伝達関数が正確になり、そ
してその伝達関数を使用することにより供試体１による
正確な強制力を得ることができる。

【００４０】ところで、エンジンや自動変速機あるいは
ディファレンシャルなどの稼働状態で振動を発生する振
動発生体は、通常、複数箇所でボデーなどの構造体に取
り付けられる。したがっていずれかの取付点（接続点あ
るいは支持点）での振動の状態に対して他の取付点の振
動特性が影響を与える連成系を構成するから、実働時に
振動発生体から構造体に対して作用する励振力を測定す
るには、各支持点相互の影響を考慮することが望まし
い。以下に述べる例は、このような要請に基づき、上述
した方法を発展させ、振動発生体の複数点から構造体に
入力される励振力を測定するように構成した例である。

【００４１】図４において、供試体（振動発生体）１が
ｎ個の支持点で一つの連続した構造体４０上に支持され
ている。これらの供試体１と構造体４０との接続点すな
わち各支持点が加振器８によって順に加振され、その際
に使用される加振器８は、上述した具体例におけると同
様に励振力が既知のものである。

【００４２】各支持点での加振の方法は、上記の加振器
８によって互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向
に順におこなう。なお、図４に示す例では、Ｘ軸方向が
図の左右方向、Ｙ軸方向が紙面に垂直な方向、Ｚ軸方向
が上下方向である。各軸方向への加振時に他の支持点に
おける加速度もしくは加振力を、互いに直交する３軸方
向で測定する。すなわちＸ軸方向に加振する際に、他の
支持点においてＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向の加速度（もしく
は加振力）を測定し、同様に、Ｙ軸方向およびＺ軸方向
の加振時にも３軸方向での加速度（もしくは加振力）の
測定をそれぞれおこなう。これは、前述したインピーダ
ンスヘッドや公知の加速度計によって測定することがで
きる。

【００４３】したがっていずれか１つの支持点であるｊ
点をＸ軸方向に既知の励振力Ｆjxで加振した場合、他の
いずれかの支持点であるｉ点でのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各
方向における加速度として（Ａixjx，Ａiyjx，Ａizjx）
（ｉ，ｊ＝１，２，…，ｎ）の３つの加速度が得られ
る。以下、同様に、ｊ点をＹ軸方向に既知の励振力Ｆjy
で加振した場合、他のいずれかの支持点であるｉ点での
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向における加速度として（Ａix
jy，Ａiyjy，Ａizjy）の３つの加速度が得られ、ｊ点を
Ｚ軸方向に既知の励振力Ｆjzで加振した場合、他のいず
れかの支持点であるｉ点でのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向
における加速度として（Ａixjz，Ａiyjz，Ａizjz）の３
つの加速度が得られる。

【００４４】このようにして得られる各支持点での３軸
方向の各加速度とその加速度を生じさせる既知の励振力
（強制力）との関係すなわち伝達関数Ｈは、下記の式２
のマトリックスとして表される。

【式２】

【００４５】つぎに図５に示すように供試体１を動作さ
せて振動を発生させ、その際の各支持点での３軸方向の
各加速度（ａix，ａiy，ａiz）を測定する。上記の供試
体１および構造体４０からなる系の振動加速度ａと強制
力（励振力）との関係は、上記の伝達関数マトリックス
Ｈによって表せるから、結局、加速度ａを生じさせる励
振力ｆは、 ｆ＝Ｈ^−１・ａ である。したがって各支持点での３軸方向の励振力（ｆ
ix，ｆiy，ｆiz）（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、上記の伝
達関数マトリックスＨと測定した加速度とに基づいて下
記の式３で求めることができる。

【式３】

【００４６】このようにして供試体すなわちエンジンや
ディファレンシャルなどの振動発生体によって振動が生
じた場合にその振動発生体の複数の支持点に同時に作用
する励振力が求められるので、実機での各種の特性を知
ることができる。その例を簡単に説明すると、図６は車
両のサスペンション系を模式的に示しており、ボデー３
０の下部にボデーマウント３１を介してサブフレーム３
２が取り付けられており、そのボデー３０の下面所定箇
所にトレーリングアーム３３の一端部が連結され、また
サブフレーム３２の所定箇所の他のトレーリングアーム
３４の一端部が連結されている。これらのトレーリング
アーム３３，３４の他方の端部が連結されているナック
ル３５とボデー３０との間にショックアブソーバ３６が
配置されている。

【００４７】走行に伴う車輪３７の振動によってボデー
３０やサブフレーム３２などに励振力が作用する。ナッ
クル３５からボデー３０に到る各支持点、すなわちトレ
ーリングアーム３４とナックル３５との連結点Ａ、トレ
ーリングアーム３４とサブフレーム３２との連結点Ｂ、
トレーリングアーム３３とボデー３０との連結点Ｃ、ボ
デーマウント３１のボデー３０側の連結点Ｄ、ショック
アブソーバ３６のボデー３０に対する連結点Ｅの各点で
の励振力は、図４および図５を参照して説明した方法に
より測定することができる。その値を用いて例えばサス
ペンションの振動伝達特性を、Ａ点での励振力とＢ点で
の励振力との比（Ａ点励振力／Ｂ点励振力）として求め
ることができる。またショックアブソーバ３６の防振効
果をＡ点での励振力からＥ点での励振力を減じることに
より求めることができる。さらにボデーマウント３１に
よる防振効果をＢ点での励振力からＤ点での励振力を減
じることにより求めることができる。

【００４８】上述した振動の加速度を測定する場合、そ
の大きさを測定すると同時に、加速度の位相を測定する
ことができる。その測定結果を利用して供試体１すなわ
ち振動発生体によって生じる励振力の位相を求めること
ができる。その方法を以下に説明する。

【００４９】加振器８によって供試体１の各支持点を順
に直交する３軸方向に加振する際に各支持点での振動の
加速度の大きさを前述したように測定すると同時に、そ
の加速度の位相を測定する。加振器８による励振力の位
相が０度であるのに対して、構造体４０および供試体１
を含む系の全体の共振点での加速度の位相は、励振力に
対して、例えば図７に概略的に示すように相異すること
があり得る。

【００５０】図７における実線が測定された加速度の位
相を示しており、位相が０度の線が加振器励振力の位相
である。したがって実線で示す加速度の位相と破線で示
す励振力の位相との関係が、供試体１および構造体４０
を含む系の全体での励振力と加速度の位相との伝達関数
となっている。

【００５１】一方、図８は供試体１を動作させた場合に
測定された加速度の位相と、それに基づいて求められた
供試体１による励振力の位相とを示している。すなわち
図８の実線は測定された加速度の位相であり、その位相
と励振力との関係は、上述した図７に示す関係にあるか
ら、実測された加速度の位相に基づいて供試体１の励振
力の位相が求められる。これを図８に鎖線で示してあ
る。このようにして各支持点における共振のない０Ｈｚ
付近の加速度の位相に対する位相の相対関係を求めるこ
とができる。したがっていずれかの支持点を基準点と
し、その点での位相と他の支持点での位相とを比較する
ことにより、各支持点での励振力の相対的な位相を知る
ことができる。

【００５２】なお、上述した図１に示す例では、供試体
１を治具２で支持した系を加振器８で加振する場合の振
動は、供試体１側のインピーダンスヘッド６によって検
出し、また供試体１を回転させた場合の振動を加振器８
側のインピーダンスヘッド７によって検出することとし
てあるが、これは相反定理を応用したものであり、した
がって加振器による加振と供試体による加振とが力学
上、相似もしくは同一と見なし得る構造であれば、イン
ピーダンスヘッドすなわち検出素子の配置およびその出
力信号の採用の形態は、上述した具体例に限定されな
い。すなわち加振器および検出素子ならびに供試体が直
線上に配列される場合には、例えば加振器側にのみ検出
素子を配置してもよい。

【００５３】また加振器は、要は、治具およびこれによ
って支持した供試体からなる系を、既知の入力で振動さ
せ得るものであればよい。さらに振動を検出する素子
は、上述したインピーダンスヘッド以外に適宜必要な構
造のものを選択して使用することができ、その配置位置
は上述した具体例における位置以外の適宜の箇所でよ
く、要は、振動を検出することのできる構造であればよ
い。そしてまた、この発明は、動作することによって振
動を発生する装置の励振力を測定する場合に適用できる
のであり、その測定対象となる振動発生体は、上記の回
転体に限定されず、例えば往復運動によって振動を発生
する装置の励振力を測定する場合にも適用することがで
きる。また、この発明では、振動加速度に替えて加振力
を測定しても上述した各例と同様な測定をおこなうこと
ができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の測定装置
あるいは測定方法は、既知の励振力によって、振動発生
体を支持している治具を加振し、その際の振動に基づい
て、治具および振動発生体を含む系の全体の振動の特性
を数量的に把握する。そして振動発生体を動作させた際
の振動を検出し、その検出値と系の全体に特性値とに基
づいて振動発生体の励振力を求める。したがって得られ
る励振力の値には、系の振動特性による影響が含まれな
いことになるので、実際の励振力あるいは真の励振力を
求めることができる。

【００５５】また特に請求項６の発明によれば、振動発
生体の各支持点での既知の加振力とその既知の加振力に
よる振動加速度との関係を予め知ることができ、振動発
生体を動作させた際の各支持点の振動加速度と前記関係
とにより各支持点での励振力を求めることができる。そ
のため、請求項６の発明によれば、構造体への複数同時
加振入力時の各点の励振力およびその位相を、より正確
に求めることができる。

【００５６】さらに請求項７の発明によれば、振動発生
体として加振器を用いれば、加振器の励振力、すなわち
実質的に質量無限大の物質に対して作用する加振力を求
めることができ、これを用いて回転体などの振動発生体
の励振力の測定を正確におこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の装置の一例を模式的に示すブロッ
ク図である。

【図２】 治具と供試体との連結部分の構造を示す模式
図である。

【図３】 加振器の構造の一例を示す模式図である。

【図４】 加振器で加振した場合に複数の支持点で加速
度を測定している状態を説明するための図である。

【図５】 供試体を動作させた場合に複数の支持点で加
速度を測定している状態を説明するための図である。

【図６】 車両のサスペンションの構造の一例を模式的
に示す図である。

【図７】 加振器励振力と加速度の位相との関係の一例
を示す線図である。

【図８】 供試体を動作させた際に実測された加速度の
位相とこれに基づいて求められた供試体による励振力の
位相との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１…供試体、 ２…治具、 ６，７…インピーダンスヘ
ッド、 ８…加振器、１８…アンプ、 １９…ＦＦＴア
ナライザ、 ２０…伝達関数作成器、 ２１…励振力演
算器、 ４０…構造体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松山 孝重 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動発生体を治具によって支持し、その
   振動発生体が動作することに伴う振動による励振力を測
   定する振動発生体の励振力測定装置において、 前記治具を介して前記振動発生体に振動を与える加振器
   と、 前記振動発生体を支持した治具を前記加振器で加振した
   際の加振器の励振力を測定する加振器励振力測定手段
   と、 前記振動発生体を支持した治具を前記加振器で加振した
   際の加振力あるいは加速度を検出する第１検出手段と、 前記治具で支持した前記振動発生体を動作させた際の加
   振力あるいは加速度を検出する第２検出手段と、 前記加振器励振力測定手段および第１検出手段ならびに
   第２検出手段のそれぞれで得られた測定値もしくは検出
   値に基づいて振動発生体の励振力を検出する励振力検出
   手段とを備えていることを特徴とする振動発生体の励振
   力測定装置。
2. 【請求項２】 振動発生体を治具によって支持し、その
   振動発生体が動作することに伴う振動による励振力を測
   定する振動発生体の励振力測定装置において、 前記治具を介して前記振動発生体に振動を与える加振器
   と、 前記振動発生体を支持した治具を前記加振器で加振した
   際の加振器の励振力を測定する加振器励振力測定手段
   と、 前記振動発生体を支持した治具を前記加振器で加振した
   際の加振力あるいは加速度の周波数特性を検出する周波
   数特性検出手段と、 前記加振器励振力測定手段で得られた加振器の励振力と
   前記周波数特性検出手段で得られた加振力あるいは加速
   度の周波数特性とに基づいて伝達関数を求める伝達関数
   検出手段と、 この伝達関数検出手段で求められた伝達関数と前記治具
   で支持した振動発生体を動作させた際の加振力もしくは
   加速度の周波数特性に基づいて振動発生体の励振力を算
   出する励振力演算手段とを備えていることを特徴とする
   振動発生体の励振力測定装置。
3. 【請求項３】 振動発生体が動作することに伴う振動で
   発生する励振力を測定する振動発生体の励振力測定方法
   において、 前記振動発生体を支持した治具を既知の励振力によって
   加振するとともに、 その加振によって生じた振動を検出し、かつその検出値
   と前記励振力とに基づいて前記治具の特性値を求め、 ついで前記治具で支持した前記振動発生体を動作させる
   とともに、その動作によって生じた振動を検出し、 その検出値と前記特性値とに基づいて前記振動発生体の
   励振力を求めることを特徴とする振動発生体の励振力測
   定方法。
4. 【請求項４】 治具によって支持した振動発生体が動作
   することに伴う振動による励振力を測定する振動発生体
   の励振力測定方法において、 前記振動発生体を支持した前記治具を、既知の励振力を
   発生する加振手段によって加振し、その際の加振力もし
   くは加速度の周波数特性を検出し、 その検出値と前記励振力とに基づいて前記治具の伝達関
   数を求め、 ついで前記治具で支持した振動発生体を動作させるとと
   もに、その際の振動の加振力もしくは加速度を検出し、 その検出した加振力もしくは加速度と前記伝達関数とに
   基づいて前記振動発生体の励振力を求めることを特徴と
   する振動発生体の励振力測定方法。
5. 【請求項５】 振動発生体が動作することに伴う振動で
   発生する励振力を測定する振動発生体の励振力測定方法
   において、 前記振動発生体を支持した治具を既知の励振力によって
   加振するとともに、その加振によって生じた振動を検出
   し、 かつその検出値と前記励振力とに基づいて前記振動発生
   体と前記治具および既知の励振力を発生する装置からな
   る系の特性値を求め、 ついで前記治具で支持した前記振動発生体を動作させる
   とともに、その動作によって生じた振動を検出し、 その検出値と前記特性値とに基づいて前記振動発生体の
   励振力を求めることを特徴とする振動発生体の励振力測
   定方法。
6. 【請求項６】 振動発生体が動作することに伴う振動で
   発生する励振力を測定する振動発生体の励振力測定方法
   において、 前記振動発生体を構造体に複数点で接続し、 いずれかの接続点を既知の励振力によって加振し、かつ
   その加振時の各接続点での振動の加速度もしくは加振力
   の大きさとその位相との少なくとも一方を測定し、 この既知の励振力による加振とそれに起因する各接続点
   での振動加速度もしくは加振力の大きさとその位相との
   少なくとも一方の検出とを、全ての接続点について実行
   し、 それらの検出された振動加速度もしくは加振力と前記既
   知の励振力との相互の関係を求め、 前記構造体に接続した振動発生体を動作させた際の各接
   続点での振動加速度もしくは加振力の大きさとその位相
   との少なくとも一方を測定し、 振動発生体を動作させた際の各接続点での振動加速度
   と、既知の励振力とその既知の励振力で振動させた際の
   振動加速度もしくは加振力との関係とから、前記振動発
   生体を動作させた際の各接続点での励振力の大きさとそ
   の位相との少なくとも一方を求めることを特徴とする振
   動発生体の励振力検出方法。
7. 【請求項７】 振動発生体が振動することによりその振
   動発生体から固定さた部材に与えられる励振力を測定す
   る励振力測定方法において、 前記固定された部材を連結された振動発生体を動作させ
   た際に前記部材に生じる複数の周波数の振動での加速度
   および加振力を測定し、 加速度がほぼゼロの周波数の振動での加振力を求め、 その加速度がほぼゼロの周波数の振動での加振力に基づ
   いて前記振動発生体による励振力を求めることを特徴と
   する振動発生体の励振力測定方法。