JP4599356B2 - 車両における空気力学的な測定用の試験スタンド及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両重量を受容するための少なくとも１つの接地面と、車両の下で運動する走行軌道をシミュレーションするための進行ベルトと、車両に作用する力を検出するための少なくとも１つの測定装置とを備えた、車両における空気力学的な測定用の試験スタンドに関する。更に本発明は、少なくとも１つの接地面において車両重量を受容するステップと、進行ベルトを用いて車両の下で運動する走行軌道をシミュレーションするステップと、車両に作用する力を検出するステップとを有する、車両における空気力学的な測定方法に関する。

上記の形式の試験スタンドは、車両産業において、特に量産車両及びレーシング車両において、風洞内で空気力学的な空気抵抗力を測定するために使用される。

そのような試験スタンドでは所謂シングルベルトシステムが知られていて、これらのシステムは、車両固定システム内、特に車両の進行車輪の側方において、走行軌道面に対して平行な力のための外部の力測定装置を有する。揚力を測定するために、進行車輪において進行ベルトテーブル内に複数の計量ブースが組み込まれていて、これらの計量ブースは進行ベルトを通じて車輪荷重を測定する。

また所謂ファイブベルトシステムが知られていて、これらのシステムは、風洞計量器内に組み込まれている４つの車輪進行ベルトと、その間に配設されて運動される走行軌道をシミュレーションするための進行ベルトとを有する。

周知のシングルベルトシステムでは外部の測定及び固定装置により空気力学的な空気抵抗力が高い転がり摩擦力と共に検出される。しかし転がり摩擦力は校正測定により制限精度をもってのみ検出され得る。シングルベルトシステムでは状況により空気力学的な横力が誤って検出されてしまい、その理由は、それらの横力が部分的に進行ベルト上に伝達され、それにより測定及び固定装置における力測定値が減少されてしまうためである。シングルベルトシステムは全体として空気力学的な縦力及び横力の再現可能性において弱点を有し、測定結果を統計的に保護するためには多大な試験手間を必要とする。

周知のファイブベルトシステムは、車両の下で運動する走行軌道を、比較的細幅の中央進行ベルトと４つの車輪進行ベルトとによりシミュレーションする。このシミュレーション技術では中央進行ベルトの進行ベルトエッジにおいて気流障害が発生し、それにより、測定すべき車両の車輪領域において空気の流れ込みが部分的に妨害される。走行軌道シミュレーション時のファイブベルトシステムの弱点は、地上高が大きく且つ車体に組み込まれている車輪を有する量産車両においてはまだ許容可能であるが、地上高の小さいレーシング車両では状況によりシミュレーションの誤りが満足のいく結果を導かないことになる。

本発明の課題は、上記の短所が克服されていて、比較的安価で且つ簡単な操作により、車両の下で運動する走行軌道が正確にシミュレーションされ得る、車両における空気力学的な測定用の試験スタンド及び方法を提供することである。

前記の課題は、本発明に従い、次の形式の試験スタンドにより解決される。即ち、この試験スタンドでは、走行軌道をシミュレーションするための進行ベルトが単一の進行ベルトとして形成され、その幅が車両の幅よりも広いことで、車両重量を受ける接地面が単一の進行ベルト上に複数設けられていて、単一の進行ベルトが全体として計量器プレート又はワゴンテーブル上に配設されていて、この計量器プレート又はワゴンテーブルが、支承機構上に、定置式の周囲部に対して相対的に支承されていて、更に、少なくとも１つの測定装置が、車両に作用する力を、定置式の周囲部に対して相対的に計量器プレートの動きの傾向或いは動きに基づいて検出する。前記の課題は、更に、次のステップを含んでいる、冒頭に掲げた形式の空気力学的な測定方法を用いて解決される。即ち、車両の下で動く走行軌道をシミュレーションするために、車両の幅よりも広い幅を有する進行ベルトを用いて複数の接地面を形成するステップと、計量器プレート上に全体として且つ唯一の進行ベルトを支持し、定置式の周囲部に対して相対的に計量器プレートを支承するステップと、車両に作用する力を、定置式の周囲部に対して相対的な計量器プレートの動きの傾向に基づいて検出するステップである。

本発明に従う試験スタンドでは、比較的大きな進行ベルトが計量器プレート或いはワゴンテーブル上に取り付けられ、全体として、定置式の周囲部に対して可動に支承されている。可動のこの計量器プレートは少なくとも１つの測定装置と連結されていて、この測定装置を用い、試験中に計量器プレートと定置式の周囲部との間で得られる力が検出され得る。このように検出された力は、試験中の車両の空気力学的な抵抗力に対応する。

シングルベルトシステムと比べ、本発明に従い、発生する邪魔な転がり摩擦力は進行ベルトとその駆動により相殺され、その理由は、本発明に従う進行ベルトが全体としてワゴンテーブル或いは計量器プレート上で支持され又はそれに組み込まれているためである。それに対し、空気力学的な縦力及び横力は車両から進行ベルトを介して計量器プレート上に伝達される。これらの力は、本発明に従い、計量器プレートの定置式の周囲部に対して相対的に容易に検出され得る。

進行ベルト面上の邪魔な空気摩擦力は本発明に従い発生せず、その理由は、唯一の進行ベルトだけを用いて作動され、それにより進行ベルト間のあらゆる気流エッジが回避されているためである。それに加え、進行ベルト速度と空気速度とが等しく選択されることにより進行ベルト面上の空気摩擦力が排除される。

車両の緊張固定装置により発生する空気力学的な力は、本発明に従い、細いロープを用いた緊張解除により無視され得て、又は、緊張解除ロッドが使用され得て、これらの緊張解除ロッドでは、車両を伴わない風負荷のもとで力測定することにより、空気力学的な力が検出可能である。

本発明は、有利にも、ファイブベルトシステムにおける空気力学的な力の良好な再現性の長所と、シングルベルトシステムの比較的現実に近いシミュレーションとを結び付けている。

本発明に従う空気力学的な測定用の試験スタンドの有利な他の構成では、支承機構を用い、計量器プレートが定置式の周囲部に対して相対的に摺動可能であり、特に浮動状態で支承されている。摺動運動に対して選択的に又は追加的に、本発明に従う計量器プレートは、その上に又はその中に配設されている進行ベルトと共に、有利には、旋回可能な支持体上に置かれ、又は懸架状態で支承され得る。支承機構の目的は、常に、定置式の周囲部に対して相対的な計量器プレートの実質的に摩擦を伴わない運動である。

計量器プレートの支承機構は、そのような摩擦を伴わない運動のために、安価な方式で、少なくとも１つの静圧支承を用いて構成され得る。

更に、特に同時に、定置式の周囲部に対して相対的に計量器プレートの力を検出するための測定装置として構成され得る、少なくとも１つの圧電性（ピエゾ電気）の力受容器（したがって圧電型の力変換器）を用いた、本発明に従う計量器プレートの支承機構が有意義である。

車両に作用する力を検出するための少なくとも１つの測定装置は、本発明に従い、有利には、走行軌道面に対して平行に計量器プレートにおける力を検出するための少なくとも１つの計量ブースを用いて形成されている。車両に作用する重要な空気力学的な縦力及び横力は、そのような計量ブースを３つだけ用いて検出され得て、その際には、ブースの１つが、走行方向における計量器プレートの運動の力を検出し、他の２つのブースが、各々、走行方向に対する横方向（左右方向）の計量器プレートの力を検出する。

本発明に従う試験スタンドを用い、有利には、測定すべき車両における空気力学的な揚力も検出され得る。揚力の測定のためには、有利には、車両と計量器プレートとの間で車両の少なくとも１つの接地面において車両の上下軸線の方向の力を検出し得る少なくとも１つの計量ブースが設けられている。本発明に従う試験スタンドにおいて、測定すべき車両は、有利には、少なくとも１つの固定装置を用い、進行ベルト上で、計量器プレートに対して相対的に固定されている。この固定装置は空気力学的な縦力及び横力を計量器プレート上に伝達し、そこでそれらが、上記の計量ブースを用い、定置式の周囲部に対して相対的に測定され得る。それに加え、その固定装置を用い、車両は、本発明に従って唯一の進行ベルト上で、滑って位置がずれること及び下方に動いてしまうことから保護されている。

次に、添付の概要図を用い、本発明に従う空気力学的な測定用の試験スタンドの実施形態を詳細に説明する。

図１及び図２には車両１２における空気力学的な測定用の試験スタンド１０が具現化されていて、試験スタンド１０は、本質的な構成要素として、進行ベルト１４と、その下に位置する計量器プレート１６とを含んでいる。計量器プレート１６は定置式の周囲部１８に対して相対的に支持されている。

進行ベルト１４は２つのローラ２０を用いて構成されていて、これらのローラ２０は互いに平行に延在し、計量器プレート１６上のローラ支持体２２において支持されている。ローラ２０はベルト２４により取り囲まれていて、このベルト２４を用い、進行ベルト１４上に置かれた車両１２を支持するための全部で４つの接地面２６が形成されている。

計量器プレート１６は実質的に矩形であり、その角領域において、全部で４つの支承機構２８を用い、定置式の周囲部１８において支持されている。支承機構２８は、静圧支承３０、所謂フロートプレートを用いて構成されていて、これらの静圧支承３０は、特定の範囲内で、定置式の周囲部１８に対して相対的にほぼ摩擦のない計量器プレート１６の摺動を可能にする。

試験スタンド１０には、試験中に車両１２に作用する空気力学的な力を検出するための複数の測定装置３２が配設されている。この際、これらの測定装置３２は全部で７つの計量ブース３４〜４６を含んでいる。

前述のように試験スタンド１０上には測定すべき車両１２が進行ベルト１４の接地面２６上に置かれている。そのように置かれた車両１２は、固定装置４８を使い、シミュレーションされる走行軌道面５０上で、試験スタンド１０から下方に動いてしまうことに対して固定されている。

車両１２の下ではローラ２０を使ってベルト２４が循環され得て、それにより車両１２のために走行方向５２がシミュレーションされる。非図示の風洞を使い、試験スタンド１０上に配置されている車両１２には風（図２における風方向の矢印５４を参照）が施されてシミュレーションされる。その際、施された風により車両１２に作用する縦力及び横力（Ｆｘ及びＦｙ）、モーメント、及び揚力（Ｆｚ）は、試験中、本発明に従って配設されている測定装置３２により検出される。

検出時、車両１２に対して相対的に運動する走行軌道（車道）を完全にシミュレーションすることを可能にするため、また同時に安価な方式で、邪魔な転がり摩擦力を伴わずに、抵抗力、横力、及び揚力を高精度で測定することを達成するために、浮動状態で支承されていて唯一の進行ベルト１４がその上に配設されている計量器プレート１６には全部で７つの計量ブース３４〜４６が設けられている。これらの計量ブースのうち、第１計量ブース３４は、走行方向５２において計量器プレート１６と定置式の周囲部１８との間の力Ｆｘを測定するために形成されている。他の２つの計量ブース３６及び３８は、走行方向５２に対する横方向（左右方向）において計量器プレート１６と定置式の周囲部１８との間の力Ｆｙを測定するために設けられている。

このように配設されている計量ブース３４〜３８により、車両１２に作用する風力或いは風モーメントだけが検出され、それに対し、ベルト２４上の車両１２の転がり摩擦力は固定装置４８を介して計量器プレート１６へと伝えられ、空気力学的な力及びモーメントの測定には取り入れられない。

車両１２に作用し且つ特に走行風が原因とされる揚力Ｆｚは全部で４つの上述の計量ブース４０〜４６により検出され、これらの計量ブースは個々の接地面２６においてベルト２４の下で車両１２の車輪に直接的に配設されている。計量ブース４０〜４６は、車両１２の上下軸線５６に対する平行方向で進行ベルト１４と車両１２との間の力を検出する。実質的に鉛直方向にある力Ｆｚを測定するための４つの計量ブース４０〜４６に対して選択的に又は追加的に、車両１２の両側に配設されている両方の固定装置４８には、各々、付属の固定装置４８に個々の計量ブースが配設され得て、それにより、車両１２と計量器プレート１６との間における車両１２の上下軸線５６に対して平行の力が検出される。

ベルト２４の上側が走行方向５２に対抗する方向５８に運動する間、車両１２の車輪には転がり摩擦力が作用する。これらの転がり摩擦力はベルト２４或いはローラ２０の駆動により相殺される。

試験中、車両１２には、風方向矢印５４に従い、更に風力Ｆが作用する。この風力Ｆは、両方の力成分である縦力Ｆｘと横力Ｆｙとに分割される。風力成分ＦｘとＦｙは固定装置４８における車両１２の支持力に通じる。これらの力は、固定装置４８を介し、計量器プレート１６上に伝達され、そこから、力Ｆｘ用の第１計量ブース３４、及び力Ｆｙ１及びＦｙ２用の第２計量ブース３６、３８上に伝達される。このようにして計量ブース３４〜３８を用い、車両１２における空気力学的な縦力及び横力が測定される。

風力Ｆに起因して車両１２には揚力も作用する。これらの揚力は、計量ブース４０〜４６を使い、車両１２の車輪の下で直接的に検出される。

本発明に従う空気力学的な測定用の試験スタンドの実施例の極めて簡素化された側面図である。 図１に従う試験スタンドの極めて簡素化された俯瞰図である。

符号の説明

１０ 試験スタンド
１２ 車両
１４ 進行ベルト
１６ 計量器プレート
１８ 定置式の周囲部
２０ ローラ
２２ ローラ支持体
２４ ベルト
２６ 接地面
２８ 支承機構
３０ 静圧支承
３２ 測定装置
３４ 第１計量ブースＦｘ
３６ 第２計量ブースＦｙ１
３８ 第３計量ブースＦｙ２
４０ 第４計量ブースＦｚ１
４２ 第５計量ブースＦｚ２
４４ 第６計量ブースＦｚ３
４６ 第７計量ブースＦｚ４
４８ 固定装置
５０ 走行軌道面
５２ 走行方向
５４ 風方向
５６ 上下軸線
５８ ベルトの上側の運動方向

Claims (14)

1. 車両重量を受ける少なくとも１つの接地面（２６）と、車両（１２）の下で動く走行軌道をシミュレーションするための進行ベルト（１４）と、車両（１２）に作用する力を検出するための少なくとも１つの測定装置（３２）とを備えた、車両（１２）における空気力学的な測定用の試験スタンド（１０）において、
   − 走行軌道をシミュレーションするための進行ベルト（１４）を唯一の進行ベルトとして形成し、その唯一の進行ベルトの幅が車両（１２）の幅よりも広いことにより、唯一の進行ベルト（１４）上に置かれた車両（１４）の車両重量を受ける接地面（２６）が唯一の進行ベルト上に複数設けられること、
   − 唯一の進行ベルト（１４）が全体として、定置式の周囲部（１８）に相対して支承機構（２８）上に支承されている唯一の計量器プレート（１６）上に配設されていること、
   − 少なくとも１つの測定装置（３２）が、車両（１２）に作用する力を、定置式の周囲部（１８）に相対する唯一の計量器プレート（１６）の動きの傾向に基づいて検出可能であること、
   を特徴とする試験スタンド。
2. 支承機構（２８）を用い、計量器プレート（１６）が、定置式の周囲部（１８）に相対して摺動可能に支承されていることを特徴とする、請求項１に記載の試験スタンド。
3. 支承機構（２８）を用い、計量器プレート（１６）が、定置式の周囲部（１８）に相対して浮動状態で支承されていることを特徴とする、請求項１に記載の試験スタンド。
4. 計量器プレート（１６）の支承機構（２８）が少なくとも１つの静圧支承部（３０）を備えて構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の試験スタンド。
5. 計量器プレート（１６）の支承機構（２８）が少なくとも１つの圧電型の力受容器を備えて構成されていて、この力受容器が、同時に、定置式の周囲部（１８）に対する相対的な計量器プレート（１６）の力を検出するための測定装置として形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の試験スタンド。
6. 車両に作用する力を検出するための少なくとも１つの測定装置（３２）が、走行軌道面（５０）に平行な、走行方向（５２）における少なくとも１つの力（Ｆｘ）と走行方向（５２）に対し横向きの少なくとも２つの力（Ｆｙ１、Ｆｙ２）の少なくともいずれか一方の力を検出するための少なくとも１つの計量ブース（３４〜３８）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の試験スタンド。
7. 車両に作用する力を検出するための少なくとも１つの測定装置（３２）が、複数の接地面（２６）で、車両（１２）の上下軸線（５６）の方向での力（Ｆｚ）を検出するための少なくとも１つの計量ブース（４０〜４６）を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の試験スタンド。
8. 車両（１２）を固定するための少なくとも１つの固定装置（４８）が設けられていて、この固定装置（４８）が車両（１２）を計量器プレート（１６）に相対して固定することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の試験スタンド。
9. 少なくとも１つの接地面（２６）において車両重量を受けるステップと、進行ベルト（１４）を用いて車両（１２）の下で動く走行軌道をシミュレーションするステップと、車両（１２）に作用する力を検出するステップとを有する、車両（１２）における空気力学的な測定方法において、
   − 車両（１２）の下で動く走行軌道をシミュレーションするために、車両（１２）の幅よりも広い幅を有する唯一の進行ベルト（１４）を用いて複数の接地面（２６）を形成するステップと、
   − 唯一の計量器プレート（１６）上に全体として且つ唯一の進行ベルト（１４）を支持し、定置式の周囲部（１８）に相対して唯一の計量器プレート（１６）を支承するステップと、
   − 車両（１２）に作用する力を、定置式の周囲部（１８）に相対する唯一の計量器プレート（１６）の動きの傾向に基づいて検出するステップとを含むこと
   を特徴とする方法。
10. 定置式の周囲部（１８）に相対して計量器プレート（１６）を摺動可能に支承することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 定置式の周囲部（１８）に相対して計量器プレート（１６）を浮動状態で支承することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
12. 車両（１２）に作用する力を検出するステップが、定置式の周囲部（１８）に相対する計量器プレート（１６）の、走行軌道面（５０）に平行な、走行方向（５２）における少なくとも１つの力（Ｆｘ）と走行方向（５２）に対し横向きの少なくとも２つの力（Ｆｙ１、Ｆｙ２）の少なくともいずれか一方の力を検出することを含んでいることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 車両（１２）に作用する力を検出するステップが、複数の接地面（２６）において車両の上下軸線（５６）の方向で定置式の周囲部（１８）に相対する車両（１２）の力（Ｆｚ）を検出することを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 計量器プレート（１６）に対して相対的に車両（１２）を固定することを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法。

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