KR20130105684A - 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법 - Google Patents

Abstract

구름 저항 시험기에 설치된 다분력 검출기의 크로스 토크 보정 계수를 간편하고 또한 고정밀도로 교정한다. 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 크로스 토크의 영향을 보정하는 크로스 토크 보정 계수를 이용하여, 다분력 검출기의 계측값으로부터 타이어(T)에 작용하는 힘을 산출하는 처리를 행하고 있을 때에는, 크로스 토크 보정 계수를, 회전 토크계(7)에 의해 계측된 회전 토크와 다분력 검출기에 의해 계측된 힘으로 이루어지는 「구름 시험 데이터」를 이용하여 교정한다.

Description

구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법 {CALIBRATION METHOD FOR 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(地面) 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 접촉시키고, 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 축심간 거리이다.

그런데, 이러한 구름 저항 시험기에서는, 시험기를 사용하는 데 있어서 다분력 검출기의 교정을 행할 필요가 있다. 이것에 더하여, 장시간에 걸쳐 다분력 검출기를 계속 사용하면 검출값에 오차가 발생하는 경우가 있으므로, 예를 들어 일정 사용 시간마다 다분력 검출기의 교정이 필요해진다.

다분력 검출기를 교정하는 방법으로서는 다양한 것이 개발되어 있지만, 특허문헌 1에 개시하는 바와 같이 질량이 기지(旣知)인 추를 사용하여 각 방향으로 시험 하중을 가한 후, 교정을 행하는 것이 있다. 또한, 특허문헌 2나 특허문헌 3에 개시하는 바와 같이, 고정밀도의 하중 검정기를 통해 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 「크로스 토크」라고 일컬어지는 현상이 발생한다.

특히, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기에 있어서는, 압박 하중이 구름 하중에 영향을 미치게 되어 버리는 등의 크로스 토크가 문제로 된다.

즉, 타이어의 압박 하중 Fz는, 통상, 구름 저항 Fx의 약 100배의 오더이고, 타이어의 횡력 Fy는, Fx의 약 10배의 오더의 하중으로 된다. 또한, 타이어 중심은, 구조상, 다분력 검출기로부터 오프셋된 위치로 되므로, 하중 Fz에 의해 모멘트 mx도 비교적 큰 값으로서 다분력 검출기에 작용한다. 그러므로, 크로스 토크의 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 가해져 버려, 실험 조건 자체가 원하는 것으로부터 어긋나 버린다. 당연히, 이와 같이 확실하게 정해져 있지 않은 실험 조건에서는, 크로스 토크 보정 계수를 고정밀도로 교정하는 것도 곤란하다.

이들 크로스 토크를 조사하기 위해, 특허문헌 1의 기술을 이용하여, x방향으로 기지의 하중을 부여하고, 그 하중이 y축, z축 방향에 미치는 영향을 계측하는 것이 생각된다. 그러나, 이 방법이면, 다분력 검출기에 부여하는 값으로서 Fx 이외에도, Fy, Fz나 Mx, My, Mz를 부여하는 교정 실험이 필요해져, 수고를 필요로 하므로 현실적이지 않다.

전술한 특허문헌 2, 3에서는, 크로스 토크의 영향을 가미한 다분력 검출기의 교정 방법이 일부 개시되어 있기는 하지만, 구체적인 방법이 개시되는 것에 이르고 있지 않아, 실제의 현장에서 채용할 수 있는 기술이라고는 하기 어렵다.

본 발명은, 상술한 문제에 비추어 이루어진 것이며, 구름 저항 시험기에 설치된 다분력 검출기의 크로스 토크 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 드럼을 갖는 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법이며, 상기 다분력 검출기에서 발생하는 크로스 토크의 영향을 보정하는 크로스 토크 보정 계수를 이용하여, 다분력 검출기의 계측값으로부터 타이어에 작용하는 힘을 산출하는 처리를 행하고 있을 때에는, 다른 조건하에 있어서 다분력 검출기에 작용하는 2개의 구름 저항이 정부(正負) 반전에 의해 동등하다고 가정하여 얻어진 식과, 상기 다분력 검출기에 의해 얻어진 「구름 시험 데이터」를 이용하여, 상기 크로스 토크 보정 계수를 교정하는 것을 특징으로 하는 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법을 제공한다.

본 발명자는, 예를 들어 타이어를 표면에서 정회전시켰을 때와, 이면에서 역회전시킨 경우, 동일 속도, 동일 하중의 조건이면, 구해지는 구름 저항은 정부 반전에 의해 동일해야 한다고 생각하였다. 다분력 검출기의 계측값이 그 축 방향으로 충분한 정밀도로 교정되어 있는 경우, 계측값에 포함되는 오차 요인으로서, 그 이외의 하중이 작용하는 것에 의한 크로스 토크의 영향이라고 할 수 있다. 따라서, 타이어에 가해지는 구름 저항이 정부 반전에 의해 동일해진다고 하는 조건에서 크로스 토크 계수를 산출(교정)할 수 있다.

바람직하게는, 상기 2개의 구름 저항이라 함은, 표면측을 향해 장착되어 정전 회전하는 타이어의 구름 저항과, 이면측을 향해 장착되어 역전 회전하는 타이어의 구름 저항이면 된다.

또한, 더욱 바람직하게는 상기 2개의 구름 저항이라 함은, 표면측을 향해 장착되어 정전 회전하는 타이어의 구름 저항과, 표면측을 향해 장착되어 역전 회전하는 타이어의 구름 저항이면 된다.

또한, 상기 스핀들 축에는 다분력 검출기가 장착되어 있고, 상기 다분력 검출기에 의해, 주행 드럼의 접선 방향을 x축, 스핀들 축심 방향을 y축, 타이어에 가해지는 하중 방향을 z축으로 하였을 때에, 상기 x축을 따른 하중 fx, 상기 z축을 따른 하중 fz, 상기 x축 주위의 모멘트 mx의 계측이 가능할 때에는, 상기 fx, fz, mx를 포함하고, 또한 1차 독립의 「구름 시험 데이터」를 이용하여, fx에 대한 fz 및 mx의 크로스 토크 보정 계수를 교정하면 된다.

또한, 상기 스핀들 축에는 다분력 검출기가 장착되어 있고, 상기 다분력 검출기에 의해, 주행 드럼의 접선 방향을 x축, 스핀들 축심 방향을 y축, 타이어에 가해지는 하중 방향을 z축으로 하였을 때에, 상기 x축을 따른 하중 fx, 상기 z축을 따른 하중 fz, 상기 y축을 따른 하중 fy, 상기 x축 주위의 모멘트 mx의 계측이 가능할 때에는, 상기 fx, fz, fy, mx를 포함하고, 또한 1차 독립의 「구름 시험 데이터」를 이용하여, fx에 대한 fz, fy 및 mx의 크로스 토크 보정 계수를 교정해도 된다.

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

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

도 1a는 본 발명의 교정 방법에 의해 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 추를 사용하여 x방향을 따른 하중 성분을 교정하는 교정 방법을 도시하는 도면이다.
도 4는 z방향을 따라 하중을 부여하는 교정 방법을 도시하는 도면이다.
도 5는 제3 실시 형태에 관한 교정 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 교정 방법에 의해 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 방향에 수직한 수평 방향을 따른 축 주위로 회전 가능하게 장착된 원통체로, 그 외주면에는 타이어(T)가 구름 이동 가능한 무단부의 모의 주행 노면(2)이 형성되어 있다. 주행 드럼(3)의 회전축에는 주행 드럼(3)을 회전시키는 모터(6)가 장착되어 있고, 주행 드럼(3)은 모터(6)에 의해 구동 가능하게 되어 있다.

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 상태로 되도록 캐리지(4)의 수직 벽부(4a)에 설치되어 있다. 이 하우징(8)의 내주면에는 베어링(15)을 통해 스핀들 축(5)이 회전 가능하게 삽입되어 있다.

캐리지(4)의 하부에는, 캐리지(4)를 좌우 방향을 따라 수평 이동시키는 리니어 가이드(9)가 배치되어 있다. 또한, 캐리지(4)의 좌측에는, 캐리지(4)를 수평 방향으로 이동시키는 동시에, 스핀들 축(5)에 장착된 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 부재로, 원통 형상의 하우징(8)에 수평 방향을 향하는 축 주위로 회전 가능하게 삽입된 상태에서 장착되어 있다. 이 스핀들 축(5)의 회전 축심은 주행 드럼(3)의 회전 축심과 상하 방향으로 동일한 높이로, 또한 평행하게 되도록 배치되어 있어, 캐리지(4)를 수평 이동시키면 스핀들 축(5)에 장착된 타이어(T)가 주행 드럼(3)의 모의 주행 노면(2)에 대해 그 법선 방향으로부터 압박 접촉되도록 되어 있다. 이 스핀들 축(5)을 회전 가능하게 지지하는 하우징(8)에는 다분력 검출기가 설치되어 있다.

다분력 검출기(도시하지 않음)는 외관이 원반 형상이며, 중앙부로부터 직경 방향으로 방사상으로 신장되는 복수의 빔 부재[기왜체(起歪體)]와 그것에 장착된 로드셀로 구성된다. 다분력 검출기는, 그 중앙부에 베어링(15)이 배치되어 있어, 스핀들 축(5)을 회전 가능하게 지지한다. 다분력 검출기의 외주부는, 하우징(8)의 단부와 연결되도록 되어 있다.

도 1a 및 도 1b에 나타내는 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 좌표축을 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 대문자 F를 사용하는 것으로 한다(예를 들어, Fx, Fy, Fz).

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

도 1a에 도시하는 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, 실제 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 입력되고, 후술하는 식 (1)을 사용하여 fx가 산출된다. 또한, 식 (1)에는, 계수 a, b 등이 존재하지만, 이들 a, b는, 다분력 검출기에 있어서의 크로스 토크의 영향을 보정하는 계수이다. 이 계수 a, b를 정확하게 아는 것, 바꾸어 말하면, 정확하게 교정해 두는 것은, 계측부(12)에 있어서 fx를 정확하게 산출하기 위해서는 꼭 필요한 것이다.

그런데, 계수 a, b 등을 정확하게 교정해 두었다고 해도, 구름 저항 시험기(1)를 장시간에 걸쳐 사용하고 있으면, fx의 값 등이 어긋나거나 하여 실제 구름 저항 Fx가 구해지지 않는 상황이 발생한다. 이러한 상황이 발생하는 원인으로는 다양한 요인을 들 수 있지만, 그 원인 중 하나로서 계수 a, b가 정확한 값으로부터 어긋나 있는 것이 생각된다.

따라서, 본 발명의 구름 저항 시험기(1)에 설치된 제어부(11)에는, 크로스 토크의 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, 바꾸어 말하면 본 발명의 다분력 검출기의 교정 방법을 설명한다.

본 발명의 다분력 검출기의 교정 방법은, 다른 조건하에 있어서 다분력 검출기에 작용하는 2개의 구름 저항이 정부 반전에 의해 동등하다고 가정하여 얻어진 식과, 다분력 검출기에 의해 얻어진 「구름 시험 데이터」를 사용하여, 크로스 토크 보정 계수를 교정하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 구체적으로는 「다른 조건」을 어떻게 설정하는지에 따라, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태가 생각된다.

[제1 실시 형태]

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

제1 실시 형태의 교정 방법은, fx, fz, mx의 계측이 가능한 다분력 검출기를 사용한 경우에 채용되는 것으로, 표면측을 향해 장착되어(표면에 세트하여) 정전 회전하는 타이어의 구름 저항과, 이면측을 향해 장착되어(이면에 세트하여) 역전 회전하는 타이어(T)의 구름 저항이 정부 반전에 의해 동등하다고 가정한 경우의 것이다.

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

우선, 도 3에 도시하는 바와 같이, 질량이 기지인 추를 스핀들 축(5)에 장착하여 x방향으로 하중을 가하고, 다분력 검출기에 의해 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 도시하는 바와 같이, 고정밀도의 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)를 부여한다.

그 상태에서, 다분력 검출기로부터 출력되는 하중 fz'의 계측값과 하중 검정기(14)에 의해 나타내어지는 하중 fz의 신호로부터, 구름 저항의 경우와 마찬가지로 교정 계수를 구하거나 하여 실제 축 하중 fz의 교정을 행한다.

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

그러므로, 본 실시 형태에서는, 크로스 토크 보정 계수의 교정에 관하여, 이하의 방법을 채용한다.

우선, 도 3의 방식으로 구한 교정 계수 α 및 크로스 토크 보정 계수 a, b를 이용함으로써, 표면측을 향해 장착된 타이어(T)에 대해 다분력 검출기에 의해 계측되는 정회전시의 구름 저항 fxcw1' 및 이면측을 향해 장착된 타이어(T)에 대해 다분력 검출기에 의해 계측되는 역회전시의 구름 저항 fxccw2'는 식 (1)과 같이 나타내어진다.

또한, 식 중의 첨자 「cw」는 타이어(T)를 정전 회전시켰을 때에 계측된 데이터인 것을 나타내고, 「ccw」는 타이어를 역전 회전시켰을 때에 계측된 데이터인 것을 나타내고 있다. 또한, 「1」은 표면을 향해 타이어(T)를 장착하였을 때에 계측된 데이터인 것을 나타내고, 「2」는 이면을 2를 향해 타이어(T)를 장착하였을 때에 계측된 데이터인 것을 나타내고 있다.

식 (1)에 있어서, 계수 a는, z방향의 계측값 fz'에 기인하는 크로스 토크의 영향 정도를 나타내는 계수로, fz'의 크로스 토크 보정 계수이다. 계수 b는, x축 주위의 모멘트의 계측값 mx'에 기인하는 크로스 토크의 영향 정도를 나타내는 계수로, mx'의 크로스 토크 보정 계수이다.

한편, 상술한 바와 같이 하여 구해진 fxcw1과 fxccw2는, 동일한 회전 속도이고 또한 동일한 압박 하중이면, 식 (a)에 나타내는 바와 같이 계측되는 구름 저항끼리는 정부 반전에 의해 동등해질 것이다.

그러므로, 식 (1) 및 식 (a)로부터, 식 (2)가 도출된다.

단, 식 (2)에는, 2개의 미지의 계수 a, b가 있으므로, 2개의 크로스 토크 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, 식 (2)를 기초로 한 독립된 2차 연립 방정식을 얻을 수 있어, 변수 a, b를 산출 가능해진다.

따라서, 제1 실시 형태의 교정 방법에서는, 1개의 타이어(T)에서, 표면측을 향해 장착하여 정회전시켰을 때의 데이터와 이면측을 향해 장착하여 역회전시켰을 때의 데이터가 동등한 것으로 한 식 (2)를 사용하는 동시에, 동일한 타이어(T)에서, 이면측을 향해 장착하여 정회전시켰을 때의 데이터와 표면측을 향해 장착하여 역회전시켰을 때의 데이터가 동등한 것으로 한 식 (3)을 사용한다.

또한, 이 식 (3)의 도출은, 식 (2)를 도출하였을 때와 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.

이러한 「구름 시험 데이터」는, 최저 2개 있으면 크로스 토크 보정 계수 a, b를 산출하는 것이 가능하지만, 바람직하게는 「구름 시험 데이터」를 3개 이상 채집하고, 얻어진 구름 시험 데이터를 최소 제곱법을 이용하여 처리하는 것이 좋다. 이와 같이 하면, 더욱 고정밀도의 크로스 토크 보정 계수 a, b를 산출하는 것이 가능해지기 때문이다.

이상 서술한 제1 실시 형태의 교정 방법에 따르면, 구름 저항 시험기(1)에 설치된 다분력 검출기의 크로스 토크 보정 계수 a, b를 수고나 시간을 들이는 일 없이 고정밀도로 교정할 수 있고, 나아가서는 [1개의 타이어(T)의 실험 데이터로부터] fx를 정확하게 구할 수 있게 된다.

[제2 실시 형태]

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

제2 실시 형태의 교정 방법은, 제1 실시 형태와는 달리 fx, fz, fy, mx 모두가 계측 가능한 다분력 검출기를 사용하는 것이며, 상술한 크로스 토크 보정 계수 a, b에 더하여 fy'의 크로스 토크 보정 계수 c에 대해서도 교정을 행하는 것이다. 이와 같이 fy의 크로스 토크도 동시에 고려할 수 있으면, 보다 고정밀도의 fx의 계측이 가능해지기 때문이다.

단, 표면측을 향해 장착된 타이어(T)를 정전 회전시킨 경우와, 이면측을 향해 장착된 타이어(T)를 역전 회전시킨 경우에서는, fy는 이론상, 정부 반전된 동일한 값으로 된다. 그러므로, 양자의 구름 저항끼리를 부호 반전에 의해 동등한 것으로 두면, fy'의 성분이 캔슬되므로, fy'의 크로스 토크 보정 계수 c를 구할 수 없다.

따라서, 제2 실시 형태에서는 표면측을 향해 장착되어 정전 회전하는 타이어의 구름 저항과, 표면측을 향해 장착되어 역전 회전하는 타이어의 구름 저항이 부호 반전에 의해 동등하다고 가정하여 크로스 토크 보정 계수 a, b, c의 교정을 행한다. 일반적으로는, 정회전시와 반전시의 구름 저항은 동등해지므로, 동일한 측을 향하는 타이어(T)의 fx는 정회전과 역회전에서 부호 반전에 의해 동등하다고 하는 식을 세울 수 있고, 이 식에 있어서는 fy'의 성분도 남기 때문에 크로스 토크 보정 계수 c를 산출할 수 있다.

제2 실시 형태의 크로스 토크 보정 계수 a, b, c의 교정은, 다음의 순서로 행해진다.

우선, 구름 저항 계수(구름 저항력 Fx/타이어 축 하중 Fz)가 정회전과 역회전에서 필요 정밀도로 거의 동등한 타이어(T)를 준비한다. 그리고, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 도 3에 도시하는 바와 같이, fx에 대한 구름 저항 방향의 계측값 fx'의 교정 계수 α를 구한다.

교정 계수 α나 크로스 토크 보정 계수 a, b, c를 고려하면, 표면측을 향해 장착된 타이어(T)에 대해 다분력 검출기에 의해 계측되는 정회전시의 구름 저항 fxcw1 및 표면측을 향해 장착된 타이어(T)에 대해 다분력 검출기에 의해 계측되는 역회전시의 구름 저항 fxccw1은 식 (4)와 같이 나타내어진다.

한편, 상술한 바와 같이, 제2 실시 형태에서는, 표면측을 향해 장착된 타이어(T)에 대해 계측되는 정회전시의 구름 저항 fxcw1과 표면측을 향해 장착된 타이어(T)에 대해 계측되는 역회전시의 구름 저항 fxccw1이 동일한 회전 속도이고 또한 동일한 압박 하중이면, 식 (b)에 나타내는 바와 같이 정부 반전에 의해 동등해진다고 가정한다.

또한, 제1 실시 형태의 식 (a)의 가정을 마련한 경우, fy의 항이 소거되어 버리므로, 본 실시 형태에서는, 식 (b)의 가정을 마련하는 것이 바람직하다.

식 (4) 및 식 (b)로부터, 식 (5)가 도출된다.

또한, 상술한 식 (5)와 같은 관계는, 이면측을 향해 장착된 타이어(T)에 대해서도 마찬가지로 성립된다. 즉, 이면측을 향해 장착된 타이어(T)에 대해 다분력 검출기에 의해 계측되는 정회전시의 구름 저항 fxcw2와, 이면측을 향해 장착된 타이어(T)에 대해 다분력 검출기에 의해 계측되는 역회전시의 구름 저항 fxccw2 사이에도, 정부 반전에 의해 동등해진다고 하는 가정이 성립된다. 그러므로, 다음의 식 (6)이 성립된다.

상술한 바와 같이 하여 구한 식 (5)나 식 (6)에는, 3개의 미지의 변수 a∼c가 있으므로, 이들을 풀기(바꾸어 말하면, 교정 계수로 이루어지는 교정 행렬을 구하기) 위해서는, 1개의 타이어(T)에서, 식 (2), 식 (3), 식 (5), 식 (6) 중 3식을 이용하면, 이들 크로스 토크 보정 계수 a, b, c를 정확하게 산출하여 교정할 수 있고, 나아가서는 실제 구름 저항 Fx를 정확하게 구할 수 있게 된다.

또한, 구름 시험 데이터를 복수개(4 이상) 채집하고, 채집한 구름 시험 데이터를 최소 제곱법을 이용하여 처리하여 더욱 고정밀도의 크로스 토크 보정 계수 a, b, c를 산출하는 것도 가능하다. 또한, 복수의 구름 시험 데이터가 1차 독립의 데이터군으로 되어 있는지 여부는, 특이값 분해에 의해 평가할 수 있다.

[제3 실시 형태]

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

전술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 교정 방법을 행할 때에는, 타이어(T)를 장착하는 스핀들 축(5)이나 회전 드럼의 회전축에 설치된 베어링에는, 적지 않게 회전 마찰의 영향이 존재하게 된다. 이 회전 마찰이 구름 저항의 계측값에 가중되면, 고정밀도의 fx'의 계측이나 크로스 토크 보정 계수의 교정이 곤란해지는 경우가 있다. 그러한 경우, 제3 실시 형태에서 서술하는 교정 방법이 유효해진다.

즉, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제3 실시 형태의 교정 방법은, 상술한 제1 실시 형태 및 제2 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 하중에서 얻어진 계측값으로부터 스킴 하중(시험 하중과는 다른 하중)에서 얻어진 계측값을 뺀 「차분 하중」을 입력하여, 교정을 행하는 것이다.

제3 실시 형태의 크로스 토크 보정 계수의 교정은, 다음의 순서로 행해진다.

우선, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 마찬가지로 하여, 실제 구름 저항 fx에 대해 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 검출기에 의해 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 검출기에 의해 fsx1, fsz1, fsy1 및 msx1을 계측한다. 이때, 구름 저항 자체는 작은 값으로 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 유래되는 하중 성분이나 토크 성분이 오차분으로서 중첩되어 있고, 식 (7)에 나타내는 바와 같이 시험 하중에서 얻어진 계측값으로부터 스킴 하중에서 얻어진 계측값을 뺌으로써, 보다 고정밀도의 fx1', fz1', fy1' 및 mx1'을 구할 수 있다.

상술한 바와 같이 하여 구한 fx1', fz1', fy1' 및 mx1'을, 식 (2), 식 (5)의 fxcw1', fzcw1', fycw1' 및 mxcw1'에 적용한다.

다음에, 타이어(T)의 회전 방향을 전환하여, 타이어(T)를 반시계 방향 CCW(역회전 방향)로 회전시킨 경우의 스킴 하중 및 표준 하중을, 시계 방향 CW일 때와 동일한 요령으로 채취한다. 이와 같이 하여 표면측을 향해 장착된 타이어(T)의 정전 회전시의 데이터 및 역전 회전시의 데이터가 얻어진 후에는, 타이어(T)의 장착 방향을 반대로 한다.

그리고, 이면측을 향해 장착된 타이어(T)의 정전 회전시의 데이터 및 역전 회전시의 데이터를, 표면측을 향해 장착된 타이어(T)의 경우와 마찬가지로 채취한다.

이면측을 향해 장착된 타이어(T)의 역전 회전시의 데이터를 기초로, 보다 고정밀도의 fx2', fz2', fy2' 및 mx2'를 식 (8)에 기초하여 구할 수 있다.

상술한 바와 같이 하여 구한 fx2', fz2', fy2' 및 mx2'를, 식 (2), 식 (6)의 fxccw2', fzccw2', fyccw2' 및 mxccw2'에 적용함으로써, 제1 실시 형태 및 제2 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 유래되는 하중 성분이나 토크 성분을 뺀 데이터로 되어 있고, 이러한 오차 성분이 적은 데이터를 사용함으로써, 크로스 토크 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.

본 출원을 상세하게, 또한 특정 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 각종 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 출원은, 2010년 12월 24일 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-288252호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

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

Claims (6)

1. 타이어가 장착되는 스핀들 축과, 상기 타이어가 압박되는 모의 주행 노면을 갖는 주행 드럼을 갖는 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법이며,
   상기 다분력 검출기에서 발생하는 크로스 토크의 영향을 보정하는 크로스 토크 보정 계수를 이용하여, 다분력 검출기의 계측값으로부터 타이어에 작용하는 힘을 산출하는 처리를 행하고 있을 때에는, 다른 조건하에 있어서 다분력 검출기에 작용하는 2개의 구름 저항이 정부 반전에 의해 동등하다고 가정하여 얻어진 식과, 상기 다분력 검출기에 의해 얻어진 「구름 시험 데이터」를 이용하여, 상기 크로스 토크 보정 계수를 교정하는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 2개의 구름 저항이라 함은, 표면측을 향해 장착되어 정전 회전하는 타이어의 구름 저항과, 이면측을 향해 장착되어 역전 회전하는 타이어의 구름 저항인 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 2개의 구름 저항이라 함은, 표면측을 향해 장착되어 정전 회전하는 타이어의 구름 저항과, 표면측을 향해 장착되어 역전 회전하는 타이어의 구름 저항인 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 스핀들 축에는 다분력 검출기가 장착되어 있고,
   상기 다분력 검출기에 의해, 주행 드럼의 접선 방향을 x축, 스핀들 축심 방향을 y축, 타이어에 가해지는 하중 방향을 z축으로 하였을 때에, 상기 x축을 따른 하중 fx, 상기 z축을 따른 하중 fz, 상기 x축 주위의 모멘트 mx의 계측이 가능할 때에는,
   상기 fx, fz, mx를 포함하고, 또한 1차 독립의 「구름 시험 데이터」를 이용하여, fx에 대한 fz 및 mx의 크로스 토크 보정 계수를 교정하는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 스핀들 축에는 다분력 검출기가 장착되어 있고,
   상기 다분력 검출기에 의해, 주행 드럼의 접선 방향을 x축, 스핀들 축심 방향을 y축, 타이어에 가해지는 하중 방향을 z축으로 하였을 때에, 상기 x축을 따른 하중 fx, 상기 z축에 따른 하중 fz, 상기 y축을 따른 하중 fy, 상기 x축 주위의 모멘트 mx의 계측이 가능할 때에는,
   상기 fx, fz, fy, mx를 포함하고, 또한 1차 독립의 「구름 시험 데이터」를 이용하여, fx에 대한 fz, fy 및 mx의 크로스 토크 보정 계수를 교정하는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 주행 드럼에 타이어를 시험 하중으로 압박 접촉시켰을 때에 얻어지는 다분력 검출기의 계측값으로부터, 타이어를 시험 하중과 다른 하중으로 압박 접촉시켰을 때에 얻어지는 다분력 검출기의 계측값을 뺀 「차분 하중」을 구하고,
   구해진 「차분 하중」을 「구름 시험 데이터」로 하여, 크로스 토크 보정 계수의 교정을 행하는 것을 특징으로 하는, 구름 저항 시험기에 구비된 다분력 검출기의 교정 방법.

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