WO2015111276A1 - タイヤの転がり抵抗試験方法、及び試験装置 - Google Patents

Abstract

　転がり抵抗の測定精度、及びその信頼性を高める。　転がり抵抗試験方法は、転がり抵抗測定工程Ｓ２と、判定工程Ｓ３とを具える。 転がり抵抗測定工程Ｓ２では、タイヤＴを負荷状態にて回転させたときにタイヤ軸３に発生する接線方向の軸力Ｆxを分力計６を用いて測定する。前記判定工程Ｓ３では、タイヤＴをドラム２から離間させた無負荷の停止状態にて、軸力ＦxＡを測定する。そして判定工程Ｓ３では更に、前記軸力ＦxＡと閾値ＫＡと比較し、軸力ＦxＡが閾値ＫＡを越えた場合に試験を異常と判定する。

Description

タイヤの転がり抵抗試験方法、及び試験装置

　本発明は、転がり抵抗の測定精度、及びその信頼性を高めうるタイヤの転がり抵抗試験方法、及び試験装置に関する。

　タイヤの転がり抵抗試験方法の１つとして、JIS D4234に記載のフォース法が知られている。この方法は、図６に示すように、所定の速度Ｖ（例えば乗用車用タイヤの場合、８０km/h）にて回転するドラムａの外周面に、タイヤＴを所定の接地荷重（例えば乗用車用タイヤの場合、最大負荷能力の８０％）で押し付けて回転させる。このときタイヤ軸ｂに発生する接線方向の軸力Ｆxを、タイヤ軸ｂに取り付く分力計にて測定するとともに、その軸力Ｆxに基づいて転がり抵抗Ｆｒを算出している。

　なお前記軸力Ｆxには、タイヤ軸等のベアリングによる抵抗、並びにタイヤＴ及びドラムａの空気抵抗である寄生損失が含まれている。従って軸力Ｆxには、寄生損失を除去する補正が行われる。なお寄生損失は、前記軸力Ｆxの測定に引き続いて行う所定のスキムテスト（JIS D4234参照。）により測定される。

　他方、分力計では、センサから得られる信号が微弱なため、アンプによって増幅している。しかしこのとき、アンプの動作点がずれて偽の出力を生ずる所謂ドリフトが発生し、表示値と実際の値との間に乖離を招くという問題がある。ドリフトは、二つの入力端子に入力信号を加えない状態において、アンプの出力が緩やかに変動して０点ずれを起こす現象である。その原因として、トランジスタの温度特性のばらつきなどが知られている。

　従来においては、アンプの時間に対するドリフト量を、予め実測により求めて記憶させる。そしてその情報に基づき、測定した軸力Ｆxの値に対してドリフト量を相殺して補正を行う技術がある。しかし、測定時のタイヤの回転方向や、タイヤによってもドリフト量が一定ではない。そのため、軸力Ｆxに対してドリフト量を正確に補正することが困難であり、十分満足しうる精度を得るには至っていない。

　なお、ドリフト量の補正に係わるものとして下記の特許文献１がある。

特開昭５６－５１６４１号公報

　そこで発明は、軸力Ｆxの測定終了時にドリフト量を測定し、このドリフト量を予め設定した閾値ＫＡと比較判定することを基本として、ドリフトに起因する転がり抵抗値の測定異常を識別して除外することができ、転がり抵抗の測定精度、及びその信頼性を高めうるタイヤの転がり抵抗試験方法、及び試験装置を提供することを課題としている。

　本願第１の発明は、回転するドラムの外周面にタイヤを押し付けて回転させ、そのときタイヤ軸に発生する接線方向の軸力Ｆxに基づいてタイヤの転がり抵抗を求める転がり抵抗試験方法であって、
　内圧充填したタイヤをタイヤ軸に取り付けた後、分力計の０点合わせを行う０点調整工程と、
　タイヤをドラムに押し付けた負荷状態にて回転させ、そのときタイヤ軸に発生する接線方向の軸力Ｆxを前記分力計を用いて測定する転がり抵抗測定工程と、
　前記転がり抵抗測定工程の後、タイヤをドラムから離間させた無負荷の停止状態にて軸力ＦxＡを測定し、該軸力ＦxＡを予め設定した閾値ＫＡと比較するとともに、前記閾値ＫＡを越えた場合に試験を異常と判定する判定工程を具えることを特徴としている。

　本発明に係る前記タイヤの転がり抵抗試験方法では、前記転がり抵抗測定工程は、タイヤをドラムに押し付けた負荷状態にて一方方向に回転させて軸力Ｆｘを測定することができる。

　本発明に係る前記タイヤの転がり抵抗試験方法では、前記転がり抵抗測定工程は、タイヤをドラムに押し付けた負荷状態にて一方方向に回転させて軸力Ｆx１を測定する一方回転測定段階と、他方方向に回転させて軸力Ｆx２を測定する他方回転測定段階とを具えることができる。

　本発明に係る前記タイヤの転がり抵抗試験方法では、前記転がり抵抗測定工程は、前記一方回転測定段階と、他方回転測定段階との間に、
　前記一方回転測定段階の後、タイヤをドラムから離間させた無負荷の停止状態にて軸力ＦxＢを測定し、該軸力ＦxＢが予め定めた閾値ＫＢと比較するとともに、前記閾値ＫＢを越えた場合に異常と判定して試験を中止させる中間判定段階を具えることができる。

　本願第２の発明は、第１の発明のタイヤの転がり抵抗試験方法を実施する転がり抵抗試験装置であって、
　前記転がり抵抗測定工程の後、タイヤをドラムから離間させた無負荷の停止状態にて測定された軸力ＦxＡを、予め設定した閾値ＫＡと比較し、前記軸力ＦxＡが閾値ＫＡを越えた場合に試験を異常と判定する判定手段を具えることを特徴としている。

　本発明は、叙上の如き判定工程を具える。この判定工程では、転がり抵抗測定工程の後、タイヤをドラムから離間させた無負荷の停止状態における軸力ＦxＡ、即ちドリフト量を測定するとともに、このドリフト量（軸力ＦxＡ）を予め設定した閾値ＫＡと比較し、閾値ＫＡを越えた場合に試験を異常と判定している。

　即ち、分力計のドリフトに起因する転がり抵抗値の測定異常を、識別して除外することができる。そのため、転がり抵抗の測定異常が混入することによる精度の低下、及び信頼性の低下を抑制でき、結果として、転がり抵抗の測定精度、及びその信頼性を高めることができる。

本発明のタイヤの転がり抵抗試験方法を実施するための試験装置の一実施例を示す斜視図である。 転がり抵抗試験方法を示す概念図である。 転がり抵抗試験方法を示すフローチャートである。 フローチャートに基づいて測定された接線方向の軸力と、試験の経過時間との関係を示すグラフである。 転がり抵抗の算出方法の一例を説明するグラフである。 フォース法による従来の転がり抵抗試験方法を説明する概念図である。

　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態のタイヤの転がり抵抗試験装置１（単に「転がり抵抗試験装置１」という場合がある。）は、装置本体１Ａと、判定手段１Ｂとを具える。

　前記装置本体１Ａは、回転するドラム２の外周面２Ｓに、タイヤＴを押し付けて回転させ、そのときタイヤ軸３に発生する接線方向の軸力Ｆxに基づいてタイヤの転がり抵抗Ｆｒを求める。具体的には、装置本体１Ａは、ドラム２と、ドラム駆動機４と、タイヤ保持機５と、分力計６とを具える。前記ドラム２の外周面２Ｓは、走路面として形成される。前記ドラム駆動機４は、ドラム２を、その軸心廻りで回転駆動する。前記タイヤ保持機５は、タイヤＴを回転自在に保持するとともに、保持したタイヤＴを前記ドラム２の外周面２Ｓに押し付けることにより、タイヤＴを回転させる。前記分力計６は、回転するタイヤＴのタイヤ軸３に発生する接線方向の軸方向Ｆxを測定する。なお前記装置本体１Ａは、試験中のタイヤＴの内圧を調整する空気圧調整機構を具えることもできる。

　前記ドラム駆動機４は、ドラムホルダ７と、モータ（図示しない。）とを具える。
前記ドラムホルダ７は、ドラム２の中心軸２Ａを回転自在に支持する。モータは、その出力軸が前記中心軸２Ａに連結され、前記ドラム２を回転駆動する。そしてモータの回転速度を制御することにより、ドラム２の外周面２Ｓの速度Ｖ、即ちタイヤＴの走行速度を自在に調整することが可能となる。

　前記タイヤ保持機５は、基台１０と、移動台１１と、タイヤ軸３とを具える。前記移動台１１は、前記基台１０に、ドラム半径方向内外に移動可能に取り付く。前記タイヤ軸３は、ドラム２の中心軸２Ａと平行であり、タイヤ軸３の一端部は、前記移動台１１に支持される。またタイヤ軸３の他端部には、タイヤＴが回転自在に枢着される。本例の移動台１１は、上下に移動可能な昇降台である。また移動台１１は、タイヤＴの軸芯が、ドラム２の軸芯を通る垂直な基準面内に位置するようにタイヤＴを支持する。従って、タイヤ保持機５は、前記移動台１１の下降により、タイヤ軸３に取り付くタイヤＴを、ドラム２の外周面２Ｓに直角に押し付けでき、自在な荷重にて接地させることができる。

　前記分力計６は、タイヤ軸３の例えば軸受け部に取り付き、タイヤ軸３に作用する接線方向の軸力Ｆxを測定する。本例では、接線方向の軸力Ｆxに加えて、ドラム半径方向の軸力Ｆzである接地荷重も同時に測定する。このような分力計６として、２分力計等の周知の多分力計が好適に採用しうる。

　又前記判定手段１Ｂは、例えばコンピュータ等の演算処理装置又はその一部などからなる。そして、以下に説明する転がり抵抗試験方法の判定工程Ｓ３における比較判定を行う。

　次に、転がり抵抗試験方法は、図２に概念的に示すように、回転するドラム２の外周面２ＳにタイヤＴを直角に押し付けて回転させ、そのときタイヤ軸３に発生する接線方向の軸力Ｆxに基づいてタイヤの転がり抵抗Ｆｒを求める。

　具体的には、図３のフローチャートに示すように、転がり抵抗試験方法は、０点調整工程Ｓ１と、転がり抵抗測定工程Ｓ２と、判定工程Ｓ３とを具える。前記０点調整工程Ｓ１では、内圧充填したタイヤＴをタイヤ軸３に取り付けた後、分力計６の０点合わせを行う。

　次に、転がり抵抗測定工程Ｓ２では、タイヤＴをドラム２に押し付けた負荷状態にて回転させ、そのときタイヤ軸３に発生する接線方向の軸力Ｆxを分力計６を用いて測定する。本例では、前記転がり抵抗測定工程Ｓ２が、負荷状態にて一方方向に回転させて軸力Ｆx１を測定する一方回転測定段階Ｓ２ａと、他方方向に回転させて軸力Ｆx２を測定する他方回転測定段階Ｓ２ｃと、その間の中間判定段階Ｓ２ｂとを具える場合が示される。

　具体的には、本例の一方回転測定段階Ｓ２ａでは、前記０点調整工程Ｓ１の後、下記の（ａ）～（ｄ）のステップが順次行われる。
　（ａ）タイヤＴをドラム２の外周面２Ｓに押し付け、タイヤＴに所定の接地荷重Ｆｇ（例えば最大負荷能力の８０％）を負荷するステップａ：
　（ｂ）前記接地荷重Ｆｇの負荷状態にてドラム２を所定の速度Ｖ（例えば８０km/h）にて一方方向に回転させ、所定の時間Ｔｓ（例えば３０分間）の慣らし走行を行った後、接線方向の軸力Ｆx１を測定するステップｂ：
　（ｃ）荷重を前記接地荷重Ｆｇからスキム荷重Ｆｓ（例えば０．１ｋＮ）まで減少させた後、前記速度Ｖを維持したままスキム荷重Ｆｓで走行（スキム走行）を行うとともに、このスキム走行状態における接線方向の軸力Ｆx１ｓである寄生損失を測定するステップｃ：
　（ｄ）ドラム回転を停止するステップｄ：

　なお前記接地荷重Ｆｇ、スキム荷重Ｆｓ、速度Ｖ、慣らし走行の時間Ｔｓなどは、ＪＩＳ規格（JIS D4234）、国際規格（ISO 28580）等における転がり抵抗試験の規格に準拠して設定される。

　又、本例の中間判定段階Ｓ２ｂでは、前記一方回転測定段階Ｓ２ａの後、下記の（ｅ）、（ｆ）のステップが順次行われる。
　（ｅ）タイヤＴをドラム２から離間させ、タイヤＴの無負荷の停止状態における接線方向の軸力ＦxＢであるドリフト量ＦxＢを測定するステップｅ：
　（ｆ）前記軸力（ドリフト量）ＦxＢを、予め設定した閾値ＫＢと比較し、閾値ＫＢを越えた場合（ＦxＢ＞ＫＢ）には、異常と判定して試験を中止させ、越えない場合（ＦxＢ≦ＫＢ）には、正常として試験を続行させる比較判定のステップｆ：

　又、本例の他方回転測定段階Ｓ２ｃでは、前記中間判定段階Ｓ２ｂの後、下記の（ｇ）～（ｊ）のステップが順次行われる。
　（ｇ）タイヤＴをドラム外周面２Ｓに押し付け、タイヤＴに前記接地荷重Ｆｇを負荷するステップｇ：
　（ｈ）前記接地荷重Ｆｇの負荷状態にてドラム２を前記速度Ｖにて他方方向に回転させ、前記時間Ｔｓの慣らし走行を行った後、接線方向の軸力Ｆx２を測定するステップｈ：
　（ｉ）荷重を接地荷重Ｆｇから前記スキム荷重Ｆｓまで減少させた後、前記速度Ｖを維持したままスキム荷重Ｆｓで走行（スキム走行）を行うとともに、このスキム走行状態における接線方向の軸力Ｆx２ｓである寄生損失を測定するステップｉ：
　（ｊ）ドラム回転を停止するステップｊ：

　又、前記判定工程Ｓ３では、転がり抵抗測定工程Ｓ２（本例では前記他方回転測定段階Ｓ２ｃ）の後、下記の（ｋ）、（ｌ）のステップが順次行われる。
　（ｋ）タイヤＴをドラム２から離間させ、タイヤＴの無負荷の停止状態における接線方向の軸力ＦxＡであるドリフト量ＦxＡを測定するステップｋ：
　（ｌ）前記軸力（ドリフト量）ＦxＡを予め設定した閾値ＫＡと比較し、閾値ＫＡを越えた場合（ＦxＡ＞ＫＡ）、異常と判定する比較判定のステップｌ：

　図４には、前記フローチャートに基づいて測定された接線方向の軸力Ｆxと、試験の経過時間との関係が示される。図４に示すように、ステップａでは、ドラム２が回転していないため、接線方向の軸力Ｆxは発生していない。ステップｂでは、速度の上昇とともに軸力Ｆxが増加し、所定の速度Ｖ（例えば８０km/h）に到達した後の慣らし走行において軸力Ｆxが安定化する。又軸力Ｆx１は、慣らし走行後の約１分間の走行中に測定される。ステップｃでは、接地荷重Ｆｇからスキム荷重Ｆｓまでの荷重の減少とともに軸力Ｆxが低下する。そして軸力（寄生損失）Ｆx１ｓは、約１分間のスキム走行中に測定される。

　ステップｄにおけるドラム回転停止の後、ステップｅが引き続いて行われる。このステップｅにおける無負荷の停止状態では、実際には接線方向の軸力Ｆxは発生しない。従って、このステップｅで測定される軸力ＦxＢは、分力計６のドリフト（０点変動）によって生じる偽りの出力であって、誤差となる。従って、この軸力（ドリフト量）ＦxＢが大きい場合、補正したとしても、測定値の精度や信頼性の低下を招く。そのため本例では、ステップｆにて、軸力（ドリフト量）ＦxＢと閾値ＫＢとの比較を行い、ＦxＢ＞ＫＢの場合、異常と判定して試験を中止させる。これにより、ドリフトによる測定異常を速やかに発見することができ、測定時間の無駄を削減できる。

　又ステップｇにおいて接地荷重Ｆｇを負荷した後、タイヤＴ及びドラム２が他方方向に回転する。ステップｈでは速度の上昇とともに軸力Ｆxが増加し、所定の速度Ｖ（例えば８０km/h）に到達した後の慣らし走行において軸力Ｆxが安定化する。なお軸力Ｆxが一定でないのは、分力計６のドリフトの影響である。軸力Ｆx２は、慣らし走行後の約１分間の走行中に測定される。ステップｉでは、接地荷重Ｆｇからスキム荷重Ｆｓまでの荷重の減少とともに軸力Ｆxが低下する。又、軸力（寄生損失）Ｆx２ｓは、約１分間のスキム走行中に測定される。

　ステップｊにおけるドラム回転停止の後、ステップｋが引き続いて行われる。このステップｋで測定される軸力ＦxＡは、ステップｅで測定される軸力ＦxＢと同様、分力計６のドリフト（０点変動）によって生じる偽りの出力である。従って、この軸力（ドリフト量）ＦxＡが大き過ぎる場合、補正したとしても、測定値の精度や信頼性の低下を招く。そのため、ステップｌにて、軸力（ドリフト量）ＦxＡと閾値ＫＡとの比較を行い、ＦxＡ＞ＫＡの場合、試験の異常と判断する。これにより、得られる転がり抵抗Ｆｒを、評価対象から除外することができる。

　前記閾値ＫＡ、ＫＢは、特に規制されないが、多数の事前テストによって実測された軸力ＦxＡ、ＦxＢを考慮して設定するのが好ましい。又前記ステップｆ、ｌにおける比較判定は、前記判定手段１Ｂによって行われる。

　又、ＦxＡ≦ＫＡの場合には、試験は正常と判断され、測定された前記軸力Ｆx１、軸力（寄生損失）Ｆx１ｓ、軸力（ドリフト量）ＦxＢ、軸力Ｆx２、軸力（寄生損失）Ｆx２ｓ、軸力（ドリフト量）ＦxＡに基づいて、転がり抵抗Ｆｒが算出される。

　この転がり抵抗Ｆｒの算出方法の一例としては、例えば、図４、５に示すように、軸力（寄生損失）Ｆx１ｓの測定時期と軸力（ドリフト量）ＦxＢの測定時期とが近似でき、かつ軸力（寄生損失）Ｆx２ｓの測定時期と軸力（ドリフト量）ＦxＡの測定時期とが近似できる場合、
　・軸力Ｆx１の測定時の経過時間ｔ１、
　・軸力（寄生損失）Ｆx１ｓの測定時の経過時間ｔ２、
　・軸力Ｆx２の測定時の経過時間ｔ３、
　・軸力（寄生損失）Ｆx２ｓの測定時の経過時間ｔ４、
を用いて、転がり抵抗Ｆｒを次式で求めることができる。
　　Ｆｒ＝｛（Ｆ１＋Ｆ２）／２｝×｛（Ｒ＋ｒ）／Ｒ｝
　　Ｆ１＝｛Ｆx１－ＦxＢ・（ｔ１／ｔ２）｝－｛Ｆx１ｓ－ＦxＢ｝
　　Ｆ２＝｛Ｆx２＋ＦxＡ・（ｔ３／ｔ４）｝－｛Ｆx２ｓ＋ＦxＡ｝
　式中：
　・Ｆ１は、一方回転測定段階Ｓ２ａにおいて、寄生損失とドリフト量とで補正した軸力；
　・Ｆ２は、他方回転測定段階Ｓ２ｃにおいて、寄生損失とドリフト量とで補正した軸力；
　・Ｒは、ドラム２の半径（図２に示す）；
　・ｒは、走行中のタイヤ軸３の軸芯と、ドラム２の表面２Ｓとの間の距離（図２に示す）；
　である。

　前記転がり抵抗測定工程Ｓ２の他の例として、前記中間判定段階Ｓ２ｂを排除し、一方回転測定段階Ｓ２ａと他方回転測定段階Ｓ２ｂとで転がり抵抗測定工程Ｓ２を構成することができる。この場合、転がり抵抗Ｆｒを次式で求めることができる。
　　Ｆｒ＝｛（Ｆ１＋Ｆ２）／２｝×｛（Ｒ＋ｒ）／Ｒ｝
　　Ｆ１＝｛Ｆx１－ＦxＡ・（ｔ１／ｔ４）｝－｛Ｆx１ｓ－ＦxＡ・（ｔ２／ｔ４）｝
　　Ｆ２＝｛Ｆx２＋ＦxＡ・（ｔ３／ｔ４）｝－｛Ｆx２ｓ＋ＦxＡ｝

　又転がり抵抗測定工程Ｓ２のさらに他の例として、中間判定段階Ｓ２ｂと他方回転測定段階Ｓ２ｂとを排除し、一方回転測定段階Ｓ２ａのみにより転がり抵抗測定工程Ｓ２を構成することができる。この場合、転がり抵抗Ｆｒを次式で求めることができる。
　　Ｆｒ＝｛Ｆ１×｛（Ｒ＋ｒ）／Ｒ｝
　　Ｆ１＝｛Ｆx１－ＦxＢ・（ｔ１／ｔ２）｝－｛Ｆx１ｓ－ＦxＢ｝
　　ＦxＢ＝ＦxＡ

　上記の何れの例においても、判定工程Ｓ３により、試験の異常を識別しうるため、異常があった場合、得られる転がり抵抗Ｆｒを評価対象から除外することができ、転がり抵の測定精度、及びその信頼性を高めることができる。

　以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

１ 転がり抵抗試験装置
１Ｂ 判定手段
２ ドラム
２Ｓ 外周面
３ タイヤ軸
６ 分力計
Ｓ１ ０点調整工程
Ｓ２ 転がり抵抗測定工程
Ｓ２ａ 一方回転測定段階
Ｓ２ｂ 中間判定段階
Ｓ２ｃ 他方回転測定段階
Ｓ３ 判定工程
Ｔ タイヤ

Claims (5)

1. 　回転するドラムの外周面にタイヤを押し付けて回転させ、そのときタイヤ軸に発生する接線方向の軸力Ｆxに基づいてタイヤの転がり抵抗を求める転がり抵抗試験方法であって、
   　内圧充填したタイヤをタイヤ軸に取り付けた後、分力計の０点合わせを行う０点調整工程と、
   　タイヤをドラムに押し付けた負荷状態にて回転させ、そのときタイヤ軸に発生する接線方向の軸力Ｆxを前記分力計を用いて測定する転がり抵抗測定工程と、
   　前記転がり抵抗測定工程の後、タイヤをドラムから離間させた無負荷の停止状態にて軸力ＦxＡを測定し、該軸力ＦxＡを予め設定した閾値ＫＡと比較するとともに、前記閾値ＫＡを越えた場合に試験を異常と判定する判定工程を具えることを特徴とするタイヤの転がり抵抗試験方法。
2. 　前記転がり抵抗測定工程は、タイヤをドラムに押し付けた負荷状態にて一方方向に回転させて軸力Ｆxを測定することを特徴とする請求項１記載のタイヤの転がり抵抗試験方法。
3. 　前記転がり抵抗測定工程は、タイヤをドラムに押し付けた負荷状態にて一方方向に回転させて軸力Ｆx１を測定する一方回転測定段階と、他方方向に回転させて軸力Ｆx２を測定する他方回転測定段階とを具えることを特徴とする請求項１記載のタイヤの転がり抵抗試験方法。
4. 　前記転がり抵抗測定工程は、前記一方回転測定段階と、他方回転測定段階との間に、
   　前記一方回転測定段階の後、タイヤをドラムから離間させた無負荷の停止状態にて軸力ＦxＢを測定し、該軸力ＦxＢが予め定めた閾値ＫＢと比較するとともに、前記閾値ＫＢを越えた場合に異常と判定して試験を中止させる中間判定段階を具えることを特徴とする請求項３記載のタイヤの転がり抵抗試験方法。
5. 　請求項１～４に記載のタイヤの転がり抵抗試験方法を実施する転がり抵抗試験装置であって、
   　前記転がり抵抗測定工程の後、タイヤをドラムから離間させた無負荷の停止状態にて測定された軸力ＦxＡを、予め設定した閾値ＫＡと比較し、前記軸力ＦxＡが閾値ＫＡを越えた場合に試験を異常と判定する判定手段を具えることを特徴とするタイヤの転がり抵抗試験装置。
    

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