JPS63138230A

JPS63138230A - 自動車の振動解析装置

Info

Publication number: JPS63138230A
Application number: JP61285380A
Authority: JP
Inventors: Teruo Nakanishi; 中西　照夫; Hideo Kobayashi; 秀夫小林; Yoshiyuki Kitamura; 北村　良之
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1986-11-29
Filing date: 1986-11-29
Publication date: 1988-06-10
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPH068766B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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用ローラ上に自
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１４０　ｋ　ｍ
　／　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にての自動車の走行時に
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した後、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なくなり、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ックを取得す
るクロッ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
サンプリングクロックを用いて前記振動信号をサンプリ
ングしながら次数化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
の判断および組立ての良否を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ックを取得し、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ックを用いて前記振動信号をサンプ
リングしながら次数化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
びキ（【立で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）１１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１ｆｆｉ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ｌｌｆ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ナンブリング
クロツクを取得するクロック信号取得手段１３と、前記
自動車１０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ックを用い
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。

前記クロック信号取得手段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ｌｌ
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ッ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のギヤ比が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ｒ
２５．６Ｊ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．必要なデー
タを入力する入カキ−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
ングクロッ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得、ＣＰＵ１５１は前
記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１
５Ａおよびこのアンバランス度とメモリ１５２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ｌｌｆと後輪側タイヤ
ｌｌｂ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ｌｌｆ、ｌｌｂが図示矢印方向に
回転し、これに伴って自動型搭載用ローラ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ックを得た後、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
プリングクロックとアンプ回路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祈を行い、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比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ＰＤ、、２次数位置ｐｐ２゜・・・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ック
を得、このサンプリングクロックを用いて振動解析部１
５で次数化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
周波数が変化することなく所定次数位置に自動車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人カキ−１５３に
より入力すると、ＣＰＵ１５１は第３図のステップＳ１
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１５
２のＲＡ　Ｍ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・ツブＳ２）。自動ｉＫ　１０の走行時にステップＳ
３に示すように周波数変換回路１３２で作られたクロ・
ツクをサンプリングクロックとして使用し、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
をサンプリングして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Ｐ　Ｄ　Ｈ、Ｐ　Ｄ　２　、・・
・における振動信号のレベルを取得した後（ステップＳ
３）、ステップＳ４にてアンバランス度演算処理を実行
しく第４図参照）、かつ、ステップＳ５にてタイヤおよ
びプロペラシャツ）・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
判断しくステップ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（／：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次位置ＤＩｒＰＤ、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と特定す
る。また、後者の絶対レベルに依存しない方法では基本
波成分の高調波塵によって求める方法と基本波成分の占
有塵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、（ｎ−１，２，３・・・・・・）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
ａ度による場合、タイヤのアンバランス度は、Ｄ、／レベル総和　　　　　　　　・・・・・・（３）
または、Ｄ１／（レベル総和−り、−ＰＤ、）・・・・
・・（４）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、ＰＤ、／　（レベル総和−り、−ＰＤ、）・・・・・・
（５）による演算式で求める。これらの演算式のうち特に高精
度な振動解析結果が得られるものは、実験結果から（４
）式と（５）式とが上げられる。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
めてメモリ１５２に格納しくステップ５１２）、同様に
ステップ８１３．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５２１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」二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
ーク値の現れる装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化変換周波数のサンプリ
ングクロッ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、ｌ（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側または後車輪軸た取付けてもよい
。つまり、回転検出器１３１および加速度センサ１４１
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ｉするようにしたが、
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−変喚装置とマイクロコ
ンピュータまたはパーソナルコンピュータとを組み合せ
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、自動車の巾種等種
々の条件が変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ｊｌｌる自動車の振動解ｔｌｉ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打１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
いて次数化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、ｌｌｆ、ｌｌｂ・・・タイヤ、１２
ｆ、１２ｂ・・・自動車搭載用ローラ、１３・・・クロ
ック信号取得手段、ＬＡ・・・振動信号取得手段、１乏
・・・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、１４
２・・・アンプ回路、１５０・・・高速フーリエ変換演
算部、１５１・・・ＣＰＵ、１５２・・・メモリ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 □　　タイヤ次数Ｄ □　プロペラシャフト次数ｐ。第２図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

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
プリングクロックを取得するクロック信号取得手段と、
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ッ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。