KR20130086372A

KR20130086372A - 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법

Info

Publication number: KR20130086372A
Application number: KR1020137015403A
Authority: KR
Inventors: 도루 오카다; 다카유키 후쿠다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-08-01
Also published as: US20130253852A1; CN103261869B; KR101505342B1; EP2653851B1; JP2012127785A; CN103261869A; TWI485378B; WO2012081525A1; TW201241419A; JP5225367B2; EP2653851A4; EP2653851A1; US9618416B2

Abstract

본 발명은 구름 저항 시험기에 설치된 다분력 검출기의 크로스토크 보정 계수를 간편하고 또한 고정밀도로 교정하는 것이다. 본 발명의 다분력 검출기의 교정 방법은 타이어(T)가 장착되는 스핀들 축(5)과, 타이어(T)가 압박되는 모의 주행 노면(2)을 갖는 주행 드럼(3)과, 주행 드럼(3)의 회전축에 설치된 회전 토크계(7)를 갖는 구름 저항 시험기(1)에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법이며, 다분력 검출기에서 발생하는 크로스토크의 영향을 보정하는 크로스토크 보정 계수를 사용하여, 다분력 검출기의 계측값으로부터 타이어(T)에 작용하는 힘을 산출하는 처리를 행하고 있을 때에는, 크로스토크 보정 계수를, 회전 토크계(7)에 의해 계측된 회전 토크와 다분력 검출기에 의해 계측된 힘으로 이루어지는 「구름 시험 데이터」를 사용하여 교정한다.

Description

구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법 {METHOD FOR CALIBRATING MULTI-COMPONENT FORCE DETECTOR PROVIDED IN ROLLING RESISTANCE TESTING MACHINE}

본 발명은 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법에 관한 것이다.

트럭, 승용 자동차 및 다른 차량용 타이어의 성질 및 성능을 측정하는 데 있어서, 중요한 측정 항목의 하나로서 타이어의 구름 저항이 있다. 타이어의 구름 저항은 타이어와 지면 사이에 작용하는 접선 방향의 힘으로, 구름 저항 시험기에 있어서는 시험용 타이어와 드럼 등의 모의 주행 노면 사이에 접선 방향으로 작용하는 힘 Fx(압박 하중 Fz를 변화시켰을 때의 구름 저항 Fx의 변화)로서 계측된다.

구름 저항 Fx를 측정하는 방법으로서는, 드럼식 구름 저항 시험기에 의한 방법이 대표적이다. 드럼식 구름 저항 시험기는 주행 드럼의 외주에 형성된 모의 주행 노면에 타이어를 압박 상태로 접촉시켜, 이 타이어를 지지하는 스핀들 축에 설치된 다분력 검출기(로드셀)에 의해 압박 하중 Fz와 구름 저항 Fx의 관계를 측정하는 구성으로 되어 있다.

구체적으로 구름 저항 Fx를 계측하는 경우에는, 스핀들 축에 설치된 다분력 검출기에 의해 구름 저항 방향의 하중 fx를 계측하여, 「Fx＝fx(L/Rd)」로 함으로써 Fx를 산출할 수 있다(하중법). 여기서, Rd는 주행 드럼의 반경, L은 주행 드럼과 타이어 스핀들 축의 축심 사이 거리이다. 또한, 다른 방법으로서는, 주행 드럼을 회전시키기 위한 구동 토크 τ를 계측하여, 「Fx＝τ/Rd」로 함으로써 구름 저항 Fx를 계측하는 방법도 있다(토크법).

그런데, 이와 같은 구름 저항 시험기에서는, 시험기를 사용하는 데 있어서 다분력 검출기의 교정을 행할 필요가 있다. 또한, 장시간에 걸쳐서 다분력 검출기를 계속해서 사용하면 검출값에 오차가 발생하는 일이 있으므로, 예를 들어 일정한 사용 시간마다 다분력 검출기의 교정이 필요해진다.

다분력 검출기를 교정하는 방법으로서는 다양한 것이 개발되어 있지만, 특허문헌 1에 개시한 바와 같이 질량이 기지인 추를 사용하여 각 방향으로 시험 하중을 가한 후에 교정을 행하는 것이 있다. 또한, 특허문헌 2나 특허문헌 3에 개시한 바와 같이, 고정밀도의 하중 검정기를 통하여 외력을 부여함으로써 교정을 행하는 방법도 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 소59-151032호 공보 일본 특허 출원 공개 소61-116637호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-4598호 공보

그런데, 다분력 검출기와 같이 복수의 힘(병진 하중 성분이나 모멘트 성분)을 동시에 측정하는 계측기에서는, 본래 가해진 하중의 방향과는 다른 방향에 있어서도 하중(가짜 하중)을 계측해 버리는 「크로스토크」라고 하는 현상이 발생한다.

특히, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기에 있어서는, 압박 하중이 구름 하중에 영향을 미쳐 버리는 등의 크로스토크가 문제가 된다.

즉, 타이어의 압박 하중 Fz는, 통상, 구름 저항 Fx의 약 100배의 오더이고, 타이어의 횡력 Fy는 Fx의 약 10배의 오더의 하중이 된다. 또한, 타이어 중심은 구조상, 다분력 검출기로부터 오프셋한 위치가 되므로, 하중 Fz에 의해 모멘트 mx도 비교적 큰 값으로서 다분력 검출기에 작용한다. 그로 인해, 크로스토크의 영향은 무시할 수 없고, 다분력 검출기의 x방향의 출력값 fx'가, x방향 이외의 하중의 영향을 받아 정확한 값을 나타내지 않게 된다. 또한, 축 하중(압박 하중)을 부여하는 방향이 조금이라도 어긋나 있으면, 시험 조건이 변동되어 교정 실험 자체를 만족스럽게 행할 수 없게 된다. 예를 들어, 5000N의 축 하중 Fz를 부여하는 경우에, 그 압박 방향으로 0.1도라도 오차가 있으면 x방향으로 9N의 하중이 불필요하게 더해져 버려, 실험 조건 자체가 원하는 것으로부터 벗어나 버린다. 당연히, 이와 같이 확실하게 정해져 있지 않은 실험 조건에서는, 크로스토크 보정 계수를 고정밀도로 교정하는 것도 곤란하다.

이들 크로스토크를 조사하기 위해, 특허문헌 1의 기술을 사용하여, x방향으로 기지의 하중을 부여하여, 그 하중이 y축, z축 방향에 미치는 영향을 계측하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법이라면, 다분력 검출기에 부여하는 값으로서 Fx 이외에도, Fy, Fz나 Mx, My, Mz를 부여하는 교정 실험이 필요해져, 수고가 많이 들기 때문에 현실적이지 않다.

전술한 특허문헌 2, 3에서는, 크로스토크의 영향을 가미한 다분력 검출기의 교정 방법이 일부 개시되어 있기는 하지만, 구체적인 방법이 개시되어 있지 않아, 실제의 현장에서 채용할 수 있는 기술이라고는 말하기 어렵다.

본 발명은 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 구름 저항 시험기에 설치된 다분력 검출기의 크로스토크 보정 계수를 간편하고 또한 고정밀도로 교정할 수 있는 교정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음의 기술적 수단을 강구하고 있다.

즉, 본 발명의 일 형태는, 타이어가 장착되는 스핀들 축과, 상기 타이어가 압박되는 모의 주행 노면을 갖는 주행 드럼과, 주행 드럼의 회전축에 설치된 회전 토크계를 갖는 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법이며, 상기 다분력 검출기에서 발생하는 크로스토크의 영향을 보정하는 크로스토크 보정 계수를 사용하여, 다분력 검출기의 계측값으로부터 타이어에 작용하는 힘을 산출하는 처리를 행하고 있을 때에는, 상기 크로스토크 보정 계수를, 상기 회전 토크계에 의해 계측된 회전 토크와 다분력 검출기에 의해 계측된 힘으로 이루어지는 「구름 시험 데이터」를 사용하여 교정하는 것을 특징으로 하는 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법을 제공한다.

본 발명자는, 다분력 검출기와는 달리 회전 토크계는 비교적 고정밀도의 교정이 가능하므로, 이 회전 토크계를 사용하여 산출한 구름 저항도 정밀도가 높을 것이라고 생각했다. 그리고, 다분력 검출기로부터 산출한 구름 저항과, 주행 드럼에 설치된 회전 토크계에 의해 산출된 구름 저항이 동등해지는 것으로서 크로스토크 보정 계수를 교정하면, 간편하고 또한 고정밀도의 교정이 가능해지는 것을 발견하여 본 발명을 완성시킨 것이다.

또한, 상술한 교정 방법은 다분력 검출기로부터 산출한 구름 저항과, 주행 드럼의 회전 토크계에 의해 산출된 구름 저항이 동등해지도록 변환 행렬을 작성하는 것에 상당한다.

이 교정 방법을 채용하는 데 있어서, 회전 토크계 자체의 교정은 고정밀도로 행할 수 있으므로, 이 회전 토크계에 의해 산출되는 구름 저항은 정밀도가 높은 것이 된다. 또한, 다분력 검출기에 관해서는, 압박 하중과 동일 방향으로 계측되는 하중(예를 들어, fx나 fz)에 대하여서는, 압박 방향과 계측 방향은 기본적으로는 동일 방향이고, 압박 하중을 부여하는 각도 오차의 영향은 적기 때문에, 비교적 용이하고 또한 정확하게 계측값을 구할 수 있다. 따라서, 크로스토크의 영향 정도(크로스토크 보정 계수)만을, 상기한 기술적 수단을 사용하여, 다분력 검출기의 출력과 회전 토크계의 출력의 비교에 의해 산출하도록 한다. 이와 같이 하면, 적어도 미지 계수의 수만큼 데이터를 채취함으로써, 고정밀도의 교정이 가능하다.

바람직하게는, 상기 스핀들 축에는 다분력 검출기가 설치되어 있고, 상기 다분력 검출기에 의해, 주행 드럼의 접선 방향을 x축, 스핀들 축심 방향을 y축, 타이어에 가해지는 하중 방향을 z축으로 했을 때에, 각 축 방향으로 작용하는 힘 fx, fy, fz 및 각 축 주위의 모멘트 mx, my, mz 중, 적어도 fx 및 fz를 포함하는 2 이상을 계측 가능하게 되어 있으면 된다.

또한 바람직하게는, 상기 다분력 검출기가 fx, fz, mx의 계측이 가능할 때에는, 상기 fx, fz, mx를 포함하고 또한 적어도 2종류의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」를 사용하여, fx에 대한 fz 및 mx의 크로스토크 보정 계수를 교정하면 된다.

fz 및 mx는 다분력 검출기에 의해 계측되는 하중 및 모멘트 중에서도 fx에 크로스토크의 영향을 미치기 쉬운 것이다. 그로 인해, 적어도 fx, fz, mx를 검출 가능한 다분력 검출기에 대하여, fx에 대한 fz 및 mx의 크로스토크 보정 계수의 교정을 행하는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 다분력 검출기가 fx, fz, fy의 계측이 가능할 때에는, 상기 fx, fz, fy를 포함하고 또한 적어도 2종류의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」를 사용하여, fx에 대한 fz 및 fy의 크로스토크 보정 계수를 교정하면 된다. 다분력 검출기에 의해 계측되는 mx는 타이어 반경 r과 fy의 곱을 포함하고, 타이어의 횡력 fy와의 상관이 높다. 그로 인해, fx, fy, fz의 병진 하중을 계측하는 다분력 검출기에 대하여서는, mx 대신에 fy를 이용하여, fx에 대한 fz 및 fy의 크로스토크 보정 계수의 교정을 행해도 된다.

바람직하게는, 상기 다분력 검출기가 fx, fz, fy, mx의 계측이 가능할 때에는, 상기 fx, fz, fy, mx를 포함하고 또한 적어도 3종류의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」를 사용하여, fx에 대한 fz, fy 및 mx의 크로스토크 보정 계수를 교정하면 된다.

상술한 fx, fz, fy, mx의 모든 계측이 가능한 다분력 검출기에 대하여서는, fx에 대한 fz, fy 및 mx의 크로스토크 보정 계수를 모두 교정함으로써, 더욱 정밀도가 높은 다분력 검출기의 교정이 가능해진다.

또한, 상기 주행 드럼에 타이어를 시험 하중으로 눌렀을 때에 얻어지는 다분력 검출기의 계측값으로부터, 타이어를 시험 하중과 다른 하중으로 눌렀을 때에 얻어지는 다분력 검출기의 계측값을 뺀 「차분 하중」을 구하고, 구해진 「차분 하중」을 「구름 시험 데이터」로 하여, 크로스토크 보정 계수의 교정을 행하면 된다.

타이어를 설치하는 스핀들 축이나 회전 드럼의 회전축에 설치된 베어링에는 적지 않게 회전 마찰의 영향이 존재한다. 이 회전 마찰이 구름 저항력의 계측값에 더해지면, 정밀도가 양호한 fx의 계측이나 크로스토크 보정 계수의 교정이 곤란해진다. 따라서, 시험 하중이 가해진 상태로부터 시험 하중과 다른 하중(예를 들어, 스킴 하중)이 가해진 상태를 뺀 차분 하중을 사용하여 크로스토크 보정 계수를 교정하면, 회전 마찰의 영향을 배제하면서 교정을 행할 수 있어, 크로스토크 보정 계수를 고정밀도로 교정하는 것이 가능해지는 것이다.

본 발명의 구름 저항 시험기에 구비되는 다분력 검출기의 교정 방법에 따르면, 구름 저항 시험기에 설치된 다분력 검출기의 크로스토크 보정 계수를 간편하고 또한 고정밀도로 교정할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 교정 방법으로 교정되는 다분력 검출기가 설치된 구름 저항 시험기의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 구름 저항 시험기의 정면도이다.
도 2는 스핀들 축의 확대도이다.
도 3은 기지 질량의 방추를 사용하여 x방향을 따른 하중 성분을 교정하는 교정 방법을 도시하는 도면이다.
도 4는 z방향을 따라서 하중을 부여하는 교정 방법을 도시하는 도면이다.
도 5는 제4 실시 형태에 관한 교정 방법을 도시하는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 교정 방법으로 교정되는 다분력 검출기가 설치된 구름 저항 시험기(1)를 도면에 기초하여 설명한다.

본 발명의 구름 저항 시험기(1)는 타이어(T)(시험용 타이어)를 주행시키는 모의 주행 노면(2)이 외주면에 구비된 원통 형상의 주행 드럼(3)과, 이 주행 드럼(3)의 모의 주행 노면(2)에 타이어(T)를 압박하는 캐리지(4)를 구비하고 있다. 이 캐리지(4)는 타이어(T)를 회전 가능하게 보유 지지하는 스핀들 축(5)을 탑재하는 슬라이드대이며, 주행 드럼(3)으로부터 수평 방향으로 거리를 두고 배치되어 있다.

이하의 설명에 있어서, 도 1b의 좌측을 구름 저항 시험기(1)를 설명할 때의 좌측, 도 1b의 우측을 우측으로 한다.

주행 드럼(3)은 좌우 방향으로 수직인 수평 방향을 따른 축 주위로 회전 가능하게 설치된 원통체이고, 그 외주면에는 타이어(T)가 구름 이동 가능한 무단부 모의 주행 노면(2)이 형성되어 있다. 주행 드럼(3)의 회전축에는 주행 드럼(3)을 회전시키는 모터(6) 및 회전 토크계(7)가 설치되어 있고, 주행 드럼(3)은 회전 토크계(7)를 통하여 모터(6)로 구동 가능하게 되어 있다. 회전 토크계(7)는 주행 드럼(3)에서 발생하는 토크를 계측 가능하게 되어 있다.

또한, 이 회전 토크계(7)는 모터(6)의 구동축에 대하여 분리 가능하게 되어 있는 구성이어도 된다. 이 구성이면, 회전 토크계(7)를, 통상의 시험 시에는 분리해 두고, 후술하는 크로스토크 보정 계수를 교정하는 시험 시에만 설치 가능해진다.

예를 들어, 회전 토크계(7)를 상설한 상태에서 주행 드럼(3)을 급가속하거나 급감속하여 구름 저항을 계측하려고 하면, 회전 토크계(7)에 큰 토크가 작용한다. 그로 인해, 이와 같은 상설이 가능한 회전 토크계(7)에는 부하 용량이 큰 토크계, 바꿔 말하면 계측 정밀도가 낮은 토크계를 사용할 필요가 있다. 그러나, 회전 토크계(7)를 상설하지 않는 것이라면, 교정 시험의 범위에 있어서는 급가속이나 급감속은 필요가 없으므로, 계측 정밀도가 높은 저부하 용량의 회전 토크계(7)를 이용할 수 있다. 일반적으로, 저부하 용량의 회전 토크계는 고부하 용량의 것에 비해 저렴하다.

한편, 캐리지(4)는 하중이 가해졌을 때에 변형되지 않도록 강성이 우수한 구조의 슬라이드대이다. 이 캐리지(4)에는 스핀들 축(5)이 삽입되는 중공의 원통 형상의 하우징(8)이, 당해 축심이 주행 드럼(3)의 축심과 축 평행한 상태가 되도록 캐리지(4)의 수직 벽부(4a)에 설치되어 있다. 이 하우징(8)의 내주면에는 베어링(15)을 통하여 스핀들 축(5)이 회전 가능하게 삽입되어 있다.

캐리지(4)의 하부에는 캐리지(4)를 좌우 방향을 따라서 수평 이동하는 리니어 가이드(9)가 배치되어 있다. 또한, 캐리지(4)의 좌측에는 캐리지(4)를 수평 방향으로 이동시키는 동시에, 스핀들 축(5)에 설치된 타이어(T)를 주행 드럼(3)에 압박 가능하도록 압박하는 유압 실린더(10)가 배치되어 있다.

또한, 상술한 스핀들 축(5)은 선단에 타이어(T)를 보유 지지 가능한 축 부재이며, 원통 형상의 하우징(8)에 수평 방향을 향하는 축 주위로 회전 가능하게 삽입된 상태로 설치되어 있다. 이 스핀들 축(5)의 회전 축심은 주행 드럼(3)의 회전 축심과 상하 방향에서 동일한 높이이고 또한 평행해지도록 배치되어 있고, 캐리지(4)를 수평 이동시키면 스핀들 축(5)에 설치된 타이어(T)가 주행 드럼(3)의 모의 주행 노면(2)에 대하여 그 법선 방향으로부터 눌리도록 되어 있다. 이 스핀들 축(5)을 회전 가능하게 지지하는 하우징(8)에는 다분력 검출기가 설치되어 있다.

다분력 검출기(도시하지 않음)는 외관이 원반 형상이고, 중앙부로부터 직경 방향으로 방사상으로 연신되는 복수의 빔 부재(탄성체)와 그것에 설치된 로드셀로 구성된다. 다분력 검출기는 그 중앙부에 베어링(15)이 배치되어 있고, 스핀들 축(5)을 회전 가능하게 지지한다. 다분력 검출기의 외주부는 하우징(8)의 단부와 연결되도록 되어 있다.

도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같은 좌표축, 즉 캐리지(4)의 이동 방향(축 하중의 부여 방향)을 향하는 z축, 스핀들 축(5)의 축심과 동축인 y축, z축 및 y축과 직교하는 방향이며 주행 드럼(3)의 외주 접선 방향을 향하는 x축을 설정한 경우에, 다분력 검출기는 이들 좌표축에 따른 하중(fx, fy, fz) 및 이들 좌표축 주위의 모멘트(mx, my, mz) 중, 적어도 fx 및 fz를 포함하는 2 이상을 검출한다. 또한, 타이어(T)에 작용하는 힘을 표현할 때에는 대문자의 F를 사용하는 것으로 한다(예를 들어, Fx, Fy, Fz).

이 다분력 검출기에 의해 계측된 하중 및 토크의 계측값은 제어부(11)로 보내진다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 제어부(11)는 캐리지(4)를 주행 드럼(3) 측으로 압박하는 유압 실린더(10)나 주행 드럼(3)을 구동 회전시키는 모터(6)를 제어하는 것이다.

또한, 제어부(11)는 다분력 검출기에 의해 계측된 계측 데이터에 기초하여, 진짜 구름 저항 Fx 등을 산출하는 계측부(12)를 구비하고 있다. 이 계측부(12)에 있어서는, 다분력 검출기에 의해 계측된 fx', fz', mx' 등의 하중 계측값이나 토크 계측값이 입력되어, 후술하는 수학식 1을 사용하여, fx가 산출된다. 또한, 수학식 1에는 계수 a, b 등이 존재하지만, 이들 a, b는 다분력 검출기에 있어서의 크로스토크의 영향을 보정하는 계수이다. 이 계수 a, b를 정확하게 아는 것, 바꿔 말하면, 정확하게 교정해 두는 것은, 계측부(12)에 있어서 fx를 정확하게 산출하기 위해서는 불가결한 것이다.

그런데, 계수 a, b 등을 정확하게 교정해 두었다고 하여도, 구름 저항 시험기(1)를 장시간에 걸쳐서 사용하고 있으면, fx의 값 등이 어긋나거나 하여 진짜 구름 저항 Fx가 구해지지 않는 상황이 발생한다. 이와 같은 상황이 발생하는 원인에는 다양한 요인을 들 수 있지만, 그 원인의 하나로서 계수 a, b가 정확한 값으로부터 어긋나 있는 것을 생각할 수 있다.

따라서, 본 발명의 구름 저항 시험기(1)에 설치된 제어부(11)에는 크로스토크의 영향을 보정하는 계수 a, b를 정확한 값으로 교정하여 fx를 정확하게 산출할 수 있도록 하는 교정부(13)를 설치하고 있다.

다음에, 제어부(11) 내에 설치된 이 교정부(13)에서 행해지는 신호 처리, 바꿔 말하면 본 발명의 다분력 검출기의 교정 방법을 설명한다.

본 발명의 다분력 검출기의 교정 방법은 다분력 검출기에서 발생하는 크로스토크의 영향을 보정하는 크로스토크 보정 계수 a, b를 사용하여, 다분력 검출기의 계측값으로부터 타이어(T)에 작용하는 힘을 산출하는 처리를 행할 때에 있어서, 크로스토크 보정 계수 a, b를 회전 토크계(7)에 의해 계측된 회전 토크와 다분력 검출기에 의해 계측된 힘으로 이루어지는 「구름 시험 데이터」를 사용하여 교정하는 것을 특징으로 하고 있다.

구체적으로는, 본 발명의 다분력 검출기의 교정 방법에는 다분력 검출기에 의해 계측되는 하중이나 토크, 즉 다분력 검출기로부터 얻어지는 「구름 시험 데이터」의 종류에 맞추어, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태를 생각할 수 있다.

[제1 실시 형태]

우선, 제1 실시 형태의 다분력 검출기의 교정 방법에 대하여 설명한다.

제1 실시 형태의 교정 방법은 fx, fz, mx의 계측이 가능한 다분력 검출기를 사용한 경우에 채용되는 것이다.

fx에 대한 축 하중 fz의 크로스토크 보정 계수 a 및 mx의 크로스토크 보정 계수 b의 교정은 다음의 순서로 행해진다.

우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 질량이 기지의 추를 스핀들 축(5)에 설치하여 x방향으로 하중을 가하고, 다분력 검출기로 동일 방향으로 가해지는 하중을 계측하여, 교정(캘리브레이션)을 행한다. 이와 같이 하면, fx에 대한 다분력 검출기의 계측값 fx'의 교정 계수 α를 구할 수 있다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 정밀도가 높은 하중 검정기(14)를 스핀들 축(5)과 주행 드럼(3) 사이에 설치하고, 캐리지(4)를 주행 드럼(3) 방향으로 움직임으로써, 스핀들 축(5)에 z방향의 압박 하중 fz(＝Fz이고, 드럼 하중)을 부여한다.

그 상태에서, 다분력 검출기로부터 출력되는 하중 fz'의 계측값과 하중 검정기(14)에서 나타내는 하중 fz의 신호로부터, 구름 저항의 경우와 마찬가지로 교정 계수를 구하는 것 등을 하여 진짜 축 하중 fz의 교정을 행한다.

또한, 도 4에 도시되는 교정 시험에 있어서, 크로스토크 보정 계수 a를 구하는 것도 가능하지만, 압박 하중 fz는 fx에 비해 상당히 큰 값이 되므로, 유압 실린더(10)에 약간의 설치 오차가 있어도 fx 방향으로 무시할 수 없는 크기의 불필요한 하중이 부여된다. 따라서, 도 4에 도시한 바와 같은 z방향으로 하중 fz를 부여하는 교정 실험에서, fx에 대한 fz'의 크로스토크 보정 계수를 구하는 것은 곤란하다.

그로 인해, 본 실시 형태에서는 크로스토크 보정 계수의 교정에 관하여, 이하의 방법을 채용한다.

우선, 도 3의 방식으로 구한 교정 계수 α 및 크로스토크 보정 계수 a, b를 사용함으로써, fx는 수학식 1과 같이 나타난다.

[수학식 1]

또한, 수학식 1에 있어서, 계수 a는 z방향의 계측값 fz'에 기인하는 크로스토크의 영향 정도를 나타내는 계수로, fz'의 크로스토크 보정 계수이다. 계수 b는 x축 주위의 모멘트의 계측값 mx'에 기인하는 크로스토크의 영향 정도를 나타내는 계수로, mx'의 크로스토크 보정 계수이다.

한편, fx는 주행 드럼(3)의 회전 토크의 계측값을 τ, 타이어(T)와 주행 드럼(3)의 축심 사이 거리를 L로 했을 때에, 수학식 2와 같이 나타난다. 또한, 이 회전 토크계(7)의 캘리브레이션은 시험기로부터 분리하여 전용의 검사 장치에서 미리 실시되어 있는 것으로 하여, 정확한 계측값을 나타내는 것으로 한다.

[수학식 2]

상술한 수학식 1로부터 얻어지는 fx와, 수학식 2로부터 얻어지는 fx를 동등한 것으로 둠으로써, 크로스토크 보정 계수 a, b의 구체적인 수치를 산출할 수 있다.

[수학식 1']

단, 수학식 1에는 2개의 미지의 계수 a, b가 있으므로, 2개의 크로스토크 보정 계수 a, b를 구하기 위해서는, 적어도 2종류의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」를 얻을 필요가 있다. 2종류 이상의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」가 얻어지면, 수학식 1'를 기초로 한 독립의 2차 연립 방정식을 얻을 수 있어, 변수 a, b를 산출 가능해진다.

이와 같은 「구름 시험 데이터」를 얻기 위해서는, 예를 들어 1개의 타이어(T)를 표면 방향과 이면 방향으로 나누어 설치하여 시험 데이터를 각각 채집하여, 2개의 1차 독립의 「구름 시험 데이터」를 얻으면 된다.

또한, 1차 독립의 「구름 시험 데이터」를 얻는 방법은 타이어(T)의 설치 방향을 변경하는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 구름 특성이 서로 다른 2개의 타이어(T)를 준비하여, 각각의 타이어(T)를 사용하여 시험 데이터를 채집하여도 1차 독립의 「구름 시험 데이터」를 얻을 수 있다. 또한, 1개의 타이어(T)를 스핀들 축(5)에 설치한 상태에서, 정회전시킨 경우의 시험 데이터와, 역회전시킨 경우의 시험 데이터를 채집하여도 된다. 또한, 1개의 타이어(T)에 대하여 그 회전 속도 조건을 바꾸거나, 압박 하중을 바꾸어 얻은 데이터는 1차 독립으로는 되지 않으므로, 본 발명의 「구름 시험 데이터」라고는 할 수 없다.

또한, 구름 시험 데이터를 복수회(3회 이상) 채집하여, 얻어진 구름 시험 데이터를 최소 제곱법을 사용하여 처리함으로써, 더욱 정밀도가 높은 크로스토크 보정 계수 a, b를 산출하는 것도 가능하다.

이상 서술한 제1 실시 형태의 교정 방법에 따르면, 구름 저항 시험기(1)에 설치된 다분력 검출기의 크로스토크 보정 계수 a, b를 수고나 시간을 들이지 않고 고정밀도로 교정할 수 있고, 나아가서는, fx를 정확하게 구할 수 있게 된다.

[제2 실시 형태]

다음에, 제2 실시 형태의 다분력 검출기의 교정 방법에 대하여 설명한다.

제2 실시 형태의 교정 방법은, 제1 실시 형태와는 달리 fx, fz, fy의 계측이 가능한 다분력 검출기를 사용하는 것으로, fx에 대한 fz'의 크로스토크 보정 계수 a 및 fy'의 크로스토크 보정 계수 c의 교정을 행하는 것이다.

제2 실시 형태의 크로스토크 보정 계수 a 및 c의 교정은 다음의 순서로 행해진다.

우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태와 마찬가지로, fx에 대하여 구름 저항 방향의 계측값 fx'가 갖는 교정 계수 α를 구한다.

다음에, mx' 대신에 fy'의 크로스토크의 영향을 고려하면, 구름 저항 방향의 힘 fx는 수학식 3과 같이 나타난다. 또한, 이 수학식 3 중 c는 y방향의 계측값 fy'에 기인하는 크로스토크 보정 계수이다.

[수학식 3]

한편, fx는 회전 토크계(7)의 계측값을 사용하여, 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 그로 인해, 수학식 3의 우변과 수학식 2의 우변을 동등한 것으로 둠으로써, 수학식 3'를 도출할 수 있다.

[수학식 3']

이 수학식 3'에 있어서도, 2개의 미지의 계수 a, c가 있으므로, 2개의 크로스토크 보정 계수 a, c를 구하기 위해서는, 적어도 2종류의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」를 얻을 필요가 있다. 2종류의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」가 얻어지면, 수학식 3'를 기초로 한 독립의 2차 연립 방정식을 얻을 수 있어, 변수 a, c를 산출 가능해진다.

1차 독립의 「구름 시험 데이터」는 제1 실시 형태와 동일한 방법으로 얻을 수 있다. 예를 들어, 1개의 타이어(T)를 표면 방향과 이면 방향으로 나누어 설치하여 시험 데이터를 각각 채집하면 된다.

이상 서술한 제2 실시 형태의 교정 방법이 발휘하는 작용 효과는 제1 실시 형태의 교정 방법과 대략 동일하므로, 설명은 생략한다.

그런데, x축 코어 주위의 모멘트 mx는 다분력 검출기의 중심으로부터 타이어(T)의 중심까지의 y방향을 따른 거리를 Lt, 타이어(T)의 반경을 Rt로 해 두면, 수학식 4로 나타난다.

[수학식 4]

이 수학식 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 타이어 직경 Rt가 바뀌지 않는 경우에는, mx와 Fy는 선형의 관계에 있어, 타이어(T)의 횡력 fy와의 상관이 높은 것을 의미한다. 즉, mx 대신에 fy를 이용하여 크로스토크 보정 계수의 교정을 행하여도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 정밀도가 높은 크로스토크 보정 계수를 구할 수 있다.

또한, 타이어 직경 Rt가 크게 변화되는 경우에 있어서는, mx와 Fy는 1차 독립의 관계에 있으므로, 제3 실시 형태에 나타내는 바와 같이, fx에 대한 mx'의 크로스토크 보정 계수 b 및 fy'의 크로스토크 보정 계수 c의 양쪽을 동시에 고려할 필요가 있다.

[제3 실시 형태]

다음에, 제3 실시 형태의 다분력 검출기의 교정 방법에 대하여 설명한다.

제3 실시 형태의 교정 방법은 제1 및 제2 실시 형태와는 달리 fx, fz, fy, mx의 모두가 계측 가능한 다분력 검출기를 사용하는 것으로, 상술한 크로스토크 보정 계수 a, b, c의 전체에 대하여 교정을 행하는 것이다.

제3 실시 형태의 크로스토크 보정 계수 a, b, c의 교정은 다음의 순서로 행해진다.

우선, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 마찬가지로, 도 3에 도시한 바와 것 같이, fx에 대한 구름 저항 방향의 계측값 fx'의 교정 계수 α를 구한다.

교정 계수 α나 크로스토크 보정 계수 a, b, c를 고려하면, 본 실시 형태에서의 fx는 수학식 5와 같이 나타난다.

[수학식 5]

이 수학식 5와, 회전 토크계(7)의 계측값을 사용한 수학식 2를 기초로, 수학식 5'를 도출할 수 있다.

[수학식 5']

이와 같이 하여 구한 수학식 5'는 3개의 미지의 변수가 있으므로, 이들을 풀기(바꿔 말하면, 교정 계수로부터 이루어지는 교정 행렬을 구하기) 위해서는, 1차 독립의 3종류의 「구름 시험 데이터」를 얻을 필요가 있다.

또한, 3종류의 「구름 시험 데이터」를 얻기 위해서는, 예를 들어 직경이 다른 타이어(T)를 사용하여 「구름 시험 데이터」를 채집하면 된다. 구름 시험 데이터를 복수개(4 이상) 채집하고, 채집한 구름 시험 데이터를 최소 제곱법을 사용하여 처리하고 또한 정밀도가 높은 크로스토크 보정 계수 a, b, c를 산출하는 것도 가능하다. 복수의 구름 시험 데이터가 1차 독립의 데이터군으로 되어 있는지 여부는, 특이값 분해에 의해 평가할 수 있다.

이상의 방법에 의해, 크로스토크 보정 계수 a, b, c가 모두 교정되므로, 보다 정밀도가 높은 fx의 계측이 가능해지고, 나아가서는, 진짜 구름 저항 Fx를 정확하게 구할 수 있게 된다.

[제4 실시 형태]

다음에, 제4 실시 형태의 다분력 검출기의 교정 방법에 대하여 설명한다.

전술한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 교정 방법을 행할 때에는, 타이어(T)를 설치하는 스핀들 축(5)이나 회전 드럼의 회전축에 설치된 베어링에는 적지 않게 회전 마찰의 영향이 존재하게 된다. 이 회전 마찰이 구름 저항의 계측값에 더해지면, 정밀도가 양호한 fx'의 계측이나 크로스토크 보정 계수의 교정이 곤란해지는 경우가 있다. 그와 같은 경우, 제4 실시 형태에서 서술하는 교정 방법이 유효해진다.

즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 제4 실시 형태의 교정 방법은, 상술한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에서 「구름 시험 데이터」를 얻을 때에 사용하는 fx', fz', fy' 및 mx'에, 다분력 검출기에 의해 계측된 계측값을 직접 입력하는 것이 아니라, 축 하중(z방향의 압박 하중)이 시험 하중으로 얻어진 계측값으로부터 스킴 하중(시험 하중과는 다른 하중)으로 얻어진 계측값을 뺀 「차분 하중」을 입력하여, 교정을 행하는 것이다.

제3 실시 형태의 크로스토크 보정 계수의 교정은 다음의 순서로 행해진다.

우선, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 마찬가지로 하여, 진짜 구름 저항 fx에 대하여 구름 저항의 계측값 fx'가 갖는 교정 계수 α를 구해 둔다.

그리고, 표준 하중(예를 들어, 5000N)으로 타이어(T)를 주행 드럼(3)에 압박한 상태에서 시계 방향 CW(정회전 방향)로 타이어(T)를 회전시켜, 다분력 검출기로 fx1, fz1, fy1 및 mx1을 계측한다.

다음에, 타이어(T)를 주행 드럼(3)에 압박하는 하중을 표준 하중보다 작은 스킴 하중(예를 들어, 100N)으로 변경하고, 스킴 하중으로 타이어(T)를 주행 드럼(3)에 압박한 상태에서 시계 방향 CW로 타이어(T)를 회전시켜, 다분력 검출기로 fsx1, fsz1, fsy1 및 msx1을 계측한다. 이때, 구름 저항 자체는 작은 값이 된다. 또한, 축 하중 이외의 조건, 타이어 주행 속도는 동일한 것으로 한다.

이 스킴 하중과 표준 하중의 양쪽에는 스핀들 축(5)이나 주행 드럼(3)의 베어링에 발생하는 회전 마찰에 유래하는 하중 성분이나 토크 성분이 오차분으로서 중첩되어 있고, 수학식 7에 나타낸 바와 같이 시험 하중으로 얻어진 계측값으로부터 스킴 하중으로 얻어진 계측값을 뺌으로써, 보다 정밀도가 높은 fx1', fz1', fy1' 및 mx1'를 구할 수 있다.

[수학식 7]

상술한 바와 같이 하여 구한 fx1', fz1', fy1' 및 mx1'를, 수학식 1', 수학식 3', 수학식 5'의 fx', fz', fy' 및 mx'에 적용함으로써, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 방법에 의해, 교정 계수를 구하는 것이 가능해진다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 1차 독립의 복수의 「구름 시험 데이터」를 얻을 때에는, 우선은, 타이어(T)를 정회전 방향으로 회전시켜 계측을 행한 후, 타이어(T)의 회전 방향을 역회전시켜, 반시계 방향(CCW)에서, 시험 하중과 스킴 하중의 2회로 나누어 하중 성분이나 토크 성분을 계측하고, 수학식 8에 의해 다른 구름 시험 데이터를 채취하면 된다.

[수학식 8]

상술한 바와 같이 하여 구한 fx2', fz2', fy2' 및 mx2'를, 수학식 1', 수학식 3', 수학식 5'의 fx', fz', fy' 및 mx'에 적용함으로써, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 방법에 의해, 교정 계수를 구하는 것이 가능해진다.

이와 같이 하여 얻어진 「구름 시험 데이터」는 스핀들 축(5)이나 주행 드럼(3)의 베어링에 발생하는 회전 마찰에 유래하는 하중 성분이나 토크 성분이 빠진 데이터로 되어 있고, 이와 같은 오차 성분이 적은 데이터를 사용함으로써, 크로스토크 보정 계수를 보다 확실하고 또한 고정밀도로 교정할 수 있다.

또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아니라, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.

예를 들어, 상기한 실시 형태 이외의 방식으로서, fx에 대한 fz'의 크로스토크의 영향, 바꿔 말하면 크로스토크 보정 계수 a만을 교정할 수도 있다.

본 출원을 상세하고 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변경이나 수정을 추가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 출원은 2010년 12월 15일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-279201)에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

1 : 구름 저항 시험기
2 : 모의 주행 노면
3 : 주행 드럼
4 : 캐리지
4a : 수직 벽부
5 : 스핀들 축
6 : 모터
7 : 회전 토크계
8 : 하우징
9 : 리니어 가이드
10 : 유압 실린더
11 : 제어부
12 : 계측부
13 : 교정부
14 : 하중 검정기
15 : 베어링
T : 타이어

Claims

타이어가 장착되는 스핀들 축과, 상기 타이어가 압박되는 모의 주행 노면을 갖는 주행 드럼과, 주행 드럼의 회전축에 설치된 회전 토크계를 갖는 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법이며,
상기 다분력 검출기에서 발생하는 크로스토크의 영향을 보정하는 크로스토크 보정 계수를 사용하여, 다분력 검출기의 계측값으로부터 타이어에 작용하는 힘을 산출하는 처리를 행하고 있을 때에는, 상기 크로스토크 보정 계수를, 상기 회전 토크계에 의해 계측된 회전 토크와 다분력 검출기에 의해 계측된 힘으로 이루어지는 「구름 시험 데이터」를 사용하여 교정하는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
제1항에 있어서, 상기 스핀들 축에는 다분력 검출기가 설치되어 있고,
상기 다분력 검출기에 의해, 주행 드럼의 접선 방향을 x축, 스핀들 축심 방향을 y축, 타이어에 가해지는 하중 방향을 z축으로 했을 때에, 각 축 방향으로 작용하는 힘 fx, fy, fz 및 각축 주위의 모멘트 mx, my, mz 중, 적어도 fx 및 fz를 포함하는 2 이상을 계측 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
제2항에 있어서, 상기 다분력 검출기가 fx, fz, mx의 계측이 가능할 때에는, 상기 fx, fz, mx를 포함하고 또한 적어도 2종류의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」를 사용하여, fx에 대한 fz 및 mx의 크로스토크 보정 계수를 교정하는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
제2항에 있어서, 상기 다분력 검출기가 fx, fz, fy의 계측이 가능할 때에는, 상기 fx, fz, fy를 포함하고 또한 적어도 2종류의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」를 사용하여, fx에 대한 fz 및 fy의 크로스토크 보정 계수를 교정하는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
제2항에 있어서, 상기 다분력 검출기가 fx, fz, fy, mx의 계측이 가능할 때에는, 상기 fx, fz, fy, mx를 포함하고 또한 적어도 3종류의 1차 독립으로 되어 있는 「구름 시험 데이터」를 사용하여, fx에 대한 fz, fy 및 mx의 크로스토크 보정 계수를 교정하는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
제2항에 있어서, 상기 주행 드럼에 타이어를 시험 하중으로 눌렀을 때에 얻어지는 다분력 검출기의 계측값으로부터, 타이어를 시험 하중과 다른 하중으로 눌렀을 때에 얻어지는 다분력 검출기의 계측값을 뺀 「차분 하중」을 구하고,
구해진 「차분 하중」을 「구름 시험 데이터」로 하여, 크로스토크 보정 계수의 교정을 행하는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.