JP4781944B2 - タイヤ試験方法及びタイヤ試験装置 - Google Patents
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Description
従来、荷重をかけたタイヤを回転半径一定で回転させることにより上記力成分を測定するタイヤユニフォミティ装置等のタイヤ試験装置が知られている。
この様に測定困難な前後力の変動成分を精度良く且つ容易に測定する装置として、例えば特許文献1には、測定対象となるタイヤをチャッキングするリムを備えた主軸に一対のロードセルを設けたタイヤバランス測定マシンと、タイヤに接触離反可能なドラムを備えたドラム装置とを設置し、一対のロードセルに、タイヤの遠心力による変動力とタイヤの接線方向の変動力とを合成した合力からタイヤの遠心力による変動力を減算して該タイヤの接線方向の変動力を測定する比較演算装置を接続したタイヤユニフォミティ装置が提案されている。
かかる問題は、上記回転振動系の振動を抑制することにより解決を図ることが考えられるものの、この種の試験を行うタイヤの断面形状や荷重に対する強度等の性能は、全体に亘って均一ではなく、装置構成において回転振動系の振動を除去することは極めて困難である。
かかる点につき、本願発明者らは、タイヤ回転体を含む図9の如き回転振動系において、タイヤの接線方向に以下の式(1)の運動方程式が成立することを見出している。
かかる点に鑑み、前記目的を達成すべく本発明においては以下の技術的手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、
リムを備えて回転自在に支持されたスピンドル軸と、該スピンドル軸と平行なドラム軸廻りに回転可能なドラム回転体とを用い、前記リムにタイヤを装着してなるタイヤ回転体を前記ドラム回転体に接触させ、何れか一方の回転体に回転力を付与することによりタイヤ回転体を回転させて前記タイヤの特性を測定するタイヤ試験方法において、
前記回転しているタイヤ回転体の回転加速度と、該タイヤ回転体のタイヤに作用する前後力の変動成分とを求め、
前記回転加速度に基づいて、両回転体の回転に起因する振動により発生し且つ前記前後力の変動成分に含まれる振動成分を算出し、
前記前後力の変動成分から前記振動成分を取り除く補正をする
ことを特徴としている。
また、前記振動成分を、前記回転加速度と前記タイヤ回転体の回転慣性モーメントとに基づいて算出することが好ましい。
さらに好ましくは、前記タイヤ回転体の回転慣性モーメントを、前記タイヤ回転体を一定加速度で加速又は減速させたときにタイヤに作用する前後力の直流成分に基づいて推定することが好ましい。
また、各試験にてタイヤ回転体を試験速度まで加速する際又は試験速度から停止するまで減速する際に前記回転慣性モーメントを導出することができ、装着するタイヤによって異なる値を示すこととなる回転慣性モーメントを当該タイヤの試験中に導出することができる。
また、前記前後力の変動成分の補正を、前記前後力の変動成分の振動と前記両回転体の回転によって形成される回転振動系の固有振動とが共振したときに行うことが好ましい。
該振動成分は、上述の如き共振状態となると著しく大きなものとなり、この様な振動域での前後力の変動成分の正確な測定を困難なものとしている。一方、該振動域を外れている場合においても、タイヤ回転体が速度変動を伴って回転することにより上述の如き振動成分は発生するものの、該振動成分は共振を伴っていないため、その大きさは無視できるほど小さいことを本願発明者らは知見している。
また、本発明における課題解決のための他の技術的手段は、
リムを配備したスピンドル軸を回転自在に支持してなるタイヤ転動装置と、該スピンドル軸と平行なドラム軸廻りに回転可能なドラム回転体を備えるドラム装置と、これら両装置を制御すると共に該両装置から得られるデータを処理する処理制御装置とを備え、前記リムにタイヤを装着して該タイヤ、リム及びスピンドル軸からなるタイヤ回転体を構成し、該タイヤ回転体を前記ドラム回転体に接触させた状態で何れか一方の回転体に回転力を付与することによりタイヤ回転体を回転させて前記タイヤの特性を測定するタイヤ試験装置であって、
前記ドラム装置とタイヤ転動装置の何れか一方の装置にタイヤに作用する前後力を測定する前後力測定手段を備えると共に、前記タイヤ転動装置にタイヤ回転体の回転加速度を検出する回転加速度検出手段を備え、
前記処理制御装置は、前記回転加速度検出手段から得られたタイヤ回転体の回転中の回転加速度に基づいて、両回転体の回転に起因する振動により発生し且つ前記前後力の変動成分に含まれる振動成分を算出し、前記前後力の変動成分から前記振動成分を取り除く補正をする補正手段を備えていることを特徴としている。
また、前記補正手段は、前記振動成分を前記回転加速度と前記タイヤ回転体の回転慣性モーメントとに基づいて算出する算出手段を備えていることが好ましい。
これによれば、装着するタイヤによって異なる値を示すこととなる回転慣性モーメントを算出手段によって当該タイヤの試験中に又は予備試験によって導出することができ、しかも、該回転慣性モーメントに基づいてタイヤの前後力の変動成分を測定することができる。
これによれば、作動手段によって、前記前後力の変動成分の測定値に特に補正が必要とされるときのみ補正手段を立ち上げることができ、より効率的に前後力の変動成分の測定を行うことができる。
さらに、前記ドラム装置は、前記ドラム軸を一対備え、前記ドラム回転体は、各ドラム軸廻りに回転するドラムプーリと、一方のドラムプーリから他方のドラムプーリに亘って巻き掛けられたベルトと備えており、該ベルトに前記タイヤ回転体を接触させた状態で前記タイヤの特性を測定することは好ましい。
なお、本発明の最も好ましいタイヤ試験方法は、リムを備えて回転自在に支持されたスピンドル軸と、該スピンドル軸と平行なドラム軸廻りに回転可能なドラム回転体とを用い、前記リムにタイヤを装着してなるタイヤ回転体を前記ドラム回転体に接触させ、何れか一方の回転体に回転力を付与することによりタイヤ回転体を回転させて前記タイヤの特性を測定するタイヤ試験方法において、前記タイヤ回転体のタイヤに作用する前後力の変動成分の振動と、前記タイヤ回転体及びドラム回転体の回転によって形成される回転振動系の固有振動とが共振した際には、前記回転しているタイヤ回転体の回転加速度と、該タイヤ回転体のタイヤに作用する前後力の変動成分とを求め、前記回転加速度に基づいて、両回転体の回転に起因する振動により発生し且つ前記前後力の変動成分に含まれる共振に伴った振動成分を算出し、前記前後力の変動成分から前記振動成分を取り除く補正をする
ことを特徴とする。
また、本発明の最も好ましいタイヤ試験装置は、リムを配備したスピンドル軸を回転自在に支持してなるタイヤ転動装置と、該スピンドル軸と平行なドラム軸廻りに回転可能なドラム回転体を備えるドラム装置と、これら両装置を制御すると共に該両装置から得られるデータを処理する処理制御装置とを備え、前記リムにタイヤを装着して該タイヤ、リム及びスピンドル軸からなるタイヤ回転体を構成し、該タイヤ回転体を前記ドラム回転体に接触させた状態で何れか一方の回転体に回転力を付与することによりタイヤ回転体を回転させて前記タイヤの特性を測定するタイヤ試験装置であって、前記ドラム装置とタイヤ転
動装置の何れか一方の装置にタイヤに作用する前後力を測定する前後力測定手段を備えると共に、前記タイヤ転動装置にタイヤ回転体の回転加速度を検出する回転加速度検出手段を備え、前記処理制御装置は、前記回転加速度検出手段から得られたタイヤ回転体の回転中の回転加速度に基づいて、両回転体の回転に起因する振動により発生し且つ前記前後力の変動成分に含まれる共振に伴った振動成分を算出し、前記前後力の変動成分から前記振動成分を取り除く補正をする補正手段と、前記前後力の変動成分と前記両回転体の回転によって形成される回転振動系とが共振状態となっているか否かを判断し、共振状態であると判断したときに前記補正手段を作動させる作動手段と、を備えていることを特徴とする。
図1に示す如く、本実施の形態のタイヤ試験装置1は、タイヤTを装着可能なタイヤ転動装置2と、該タイヤ転動装置2の側方に配備されたドラム装置3と、これらタイヤ転動装置2及びドラム装置3を制御すると共に該両装置2、3から得られるデータを処理する処理制御装置4とを備えている。
タイヤ転動装置2は、スピンドル軸11と、該スピンドル軸11を回転自在に支持する支持体12とを備えている。該スピンドル軸11の一方の端部には、前記タイヤTを装着可能なリム13が配備されている。該リム13にタイヤTを装着することにより、スピンドル軸11、リム13及びタイヤTからなるタイヤ回転体14が形成される。
また、前記スピンドル軸11は、一対のベアリングを介して軸受ハウジング18の軸心上に配備されている。軸受ハウジング18に収容されたスピンドル軸11は、リム13を備えた一方の端部が軸受ハウジング18の一方の端部及びハウジング17から突出している。また、スピンドル軸11の他方の端部は、軸受ハウジング18の他方の端部から突出し、ハウジング17の内周面に対向している。
前後力測定手段21は、ハウジング17と軸受ハウジング18の間に配備された複数のロードセル22と、該複数のロードセル22に接続されて該複数のロードセル22からの信号を増幅するロードセルアンプ23とを備えている。
複数のロードセル22は、軸受ハウジング18の一方の端部側と他方の端部側に配備されている。該軸受ハウジング18の一方の端部側に配備される複数のロードセル22は、スピンドル軸11の軸心を中心とした円周上に互いの間隔を等間隔として複数個(例えば4個)配備されている。該軸受ハウジング18の他方の端部側に配備される複数のロードセル22についても同様である。
複数のロードセル22からの信号は、ロードセルアンプ23に送られて増幅される。該信号は、タイヤTの前後力についての直流成分と変動成分が含むものであって、ロードセルアンプ23内又は別個に設けられたローパスフィルタを通過することにより直流成分と変動成分とに分離され、処理制御装置4に送られる。
ロータリエンコーダ32は、発光ダイオードやレーザ等からなる光源と、該光源に対向する位置に配備された受光部とを備えた検出器32aと、スピンドル軸11の他方の端部に配備されて前記検出器の光源と受光部の間を通過する遮蔽板32bとを備えている。また、該ロータリエンコーダ32に代えてタコジェネレータ等の他の装置を採用することも可能である。
ドラム装置3は、タイヤ転動装置2の側部に配備されており、外周面に代用路面体41を備えてなる円柱状のドラム回転体42と、該ドラム回転体42の軸心に配備されて該ドラム回転体42の回転軸となるドラム軸43と、該ドラム軸43を枢支するフレーム44と、該ドラム軸43に回転力を付与する駆動装置45とを備えている。ドラム回転体42は、フレーム44と共にサーボモータやスクリュジャッキ(図示省略)等によってタイヤ転動装置2に近接離間可能とされている。
処理制御装置4は、タイヤ転動装置2及びドラム装置3を制御する制御手段51と、前記回転加速度検出手段31及び前後力測定手段21に接続されてタイヤTに作用する前後力の変動成分の補正をする補正手段52とを備えている。
ここで、両回転体14、42の回転に起因する振動について説明する。
通常のタイヤTの断面形状や荷重に対する強度等の性能は、全体に亘って均一ではない。このため、例えば、タイヤ回転体14をドラム回転体42に押し付け、回転半径を一定として回転させると、該タイヤ回転体14は、一定速度で回転せずにその回転に伴って周期的な速度変動を起こしながら回転し、これによって前後力は振動することとなる。
上記補正手段52は、前後力測定手段21から求められる前後力の変動成分から振動成分を取り除くことを目的として設けられているのである。
該推定手段53においては、タイヤ回転体14を一定加速度で加速させたときに該タイヤ回転体14に発生する前後力に基づき、以下の式(6)によってタイヤ回転体14の回転慣性モーメントを推定している。
上述の如く前後力の変動成分の振動が回転振動系の固有振動に共振する振動域とタイヤ回転体14の回転速度との相関性は、予備試験や経験則に基づいてある程度把握することができる。そこで、本実施の形態の作動手段54は、回転加速度検出手段31の速度検出器33から得られる回転速度が、前後力の変動成分の振動が上記振動域に到達する速度となっているか否かを判断するプログラム等によって構成している。
本実施の形態は以上の構成からなるものであって、次に、図2に基づき、上記タイヤT試験装置1を用いてタイヤTに作用する前後力を導出する方法について説明する。
先ず、タイヤ転動装置2のリム13にタイヤTを装着してタイヤ回転体14を構成する。そして、ドラム装置3のフレーム44をタイヤ転動装置2に近接させることによりタイヤ回転体14にタイヤTのトレッド面をドラム装置3のドラム回転体42の代用路面体41に押し付ける。これによりタイヤTに荷重が付与されることとなる。そして、ステップ1に移行して、試験速度に達するまで回転半径及び回転加速度を一定としてタイヤ回転体14を回転させる。
そして、ステップ3に移行し、試験速度に達したタイヤ回転体14を該試験速度にて回転させる。そして、ステップ4に移行して、回転加速度検出手段31により該試験速度におけるタイヤ回転体14の回転加速度を求めると共に、前後力測定手段21により前後力の変動成分を求める。
また、作動手段54にてイエスと判断された場合には、ステップ6に移行し、該作動手段54によって補正手段52が起動する。そして、補正手段52の算出手段52aにより、推定手段53から得られたタイヤ回転体14の回転慣性モーメント及び回転加速度検出手段31から得られた回転加速度に基づいてこのときの共振に伴う共振成分を算出する。そして、ステップ7に移行し、該共振成分に基づいて前後力測定手段21から求められた前後力の変動成分に対し上述の式(6)による補正を施し、補正後の変動成分を真の変動成分として工程を完了する。
また、上述の如く前後力の変動成分を補正することにより、装置の違いによる変動成分のばらつきが低減されることとなり、異なる構成を有する装置間の相関性が向上することとなる。
図3は、本発明の第2の実施の形態を示しており、該実施の形態においては、タイヤ転動装置2の軸受ハウジング18はハウジング17に内嵌している。また、タイヤ転動装置2は、スピンドル軸11に回転力を付与するための駆動装置19を備えている。該駆動装置19の構成は、上記第1の実施の形態の駆動装置45と略同様である。
また、該軸受ハウジング46とフレーム44の間に複数のロードセル22が配備されている。該複数のロードセル22は、軸受ハウジング18の一方の端部と他方の端部とに配備されており、該一方の端部に配備されたロードセル22は、ドラム軸43を中心とした円周上に互いの間隔を等間隔として配備されている。軸受ハウジング46の他方の端部に配備される複数のロードセル22についても同様である。
また、図4は、本発明の第3の実施の形態を示しており、該実施の形態においては、処理制御装置4に作動手段54を設けていない。本実施の形態によれば、タイヤTに作用する前後力の変動成分の振動と回転振動系の固有振動とが共振状態であるか否かに拘わらず、試験を通じて補正手段52によって前後力の変動成分の補正を行うことが可能となる。これによって、試験を通じて振動成分の影響が排除されることとなり、タイヤTの前後力の変動成分が高精度に測定される。
また、図5及び図6は本発明の第4の実施の形態を示しており、該実施の形態において、タイヤ転動装置2は、スピンドル軸11を水平に配備すべく横向きに配備されている。これに伴ってドラム装置3も横向きに配備されており、該ドラム装置3は、スピンドル軸11に平行な一対のドラム軸43を備え、ドラム回転体42は、各ドラム軸43廻りに回転するドラムプーリ47と、一方のドラムプーリ47から他方のドラムプーリ47に亘って巻き掛けられたベルト(フラットベルト)48とから構成されている。
なお、上記第1の実施の形態と同様、前後力測定手段21の複数のロードセル22はタイヤ転動装置2に配備されている。
本実施の形態においては、ベルト48にタイヤ回転体14のタイヤTを接触させた状態で該タイヤTの特性を測定することとし、これによって、タイヤ試験時に発生する騒音や振動の発生が抑制されることとなる。
本実施の形態においても、タイヤ試験時に発生する騒音や振動の発生が抑制されることとなる。
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、タイヤ回転体14の回転慣性モーメントを算出するにつき、タイヤ回転体14を試験速度から停止するまで一定加速度で減速し、このときにタイヤ回転体14に発生する前後力の直流成分から導出することとしても可能である。また、タイヤTの回転慣性モーメントを予め算出しておき、外部入出力手段55を介して該算出値を処理制御装置4に入力する構成も可能である。
2 タイヤ転動装置
3 ドラム装置
4 処理制御装置
11 スピンドル軸
13 リム
14 タイヤ回転体
21 前後力測定手段
31 回転加速度検出手段
42 ドラム回転体
52 補正手段
52a 算出手段
53 推定手段
54 作動手段
T タイヤ
Claims (7)
- リムを備えて回転自在に支持されたスピンドル軸と、該スピンドル軸と平行なドラム軸廻りに回転可能なドラム回転体とを用い、前記リムにタイヤを装着してなるタイヤ回転体を前記ドラム回転体に接触させ、何れか一方の回転体に回転力を付与することによりタイヤ回転体を回転させて前記タイヤの特性を測定するタイヤ試験方法において、
前記タイヤ回転体のタイヤに作用する前後力の変動成分の振動と、前記タイヤ回転体及びドラム回転体の回転によって形成される回転振動系の固有振動とが共振した際には、前記回転しているタイヤ回転体の回転加速度と、該タイヤ回転体のタイヤに作用する前後力の変動成分とを求め、
前記回転加速度に基づいて、両回転体の回転に起因する振動により発生し且つ前記前後力の変動成分に含まれる共振に伴った振動成分を算出し、
前記前後力の変動成分から前記振動成分を取り除く補正をする
ことを特徴とするタイヤ試験方法。 - 前記振動成分を、前記回転加速度と前記タイヤ回転体の回転慣性モーメントとに基づいて算出することを特徴とする請求項1に記載のタイヤ試験方法。
- 前記タイヤ回転体の回転慣性モーメントを、前記タイヤ回転体を一定加速度で加速又は減速させたときにタイヤに作用する前後力の直流成分に基づいて推定することを特徴とする請求項2に記載のタイヤ試験方法。
- リムを配備したスピンドル軸を回転自在に支持してなるタイヤ転動装置と、該スピンドル軸と平行なドラム軸廻りに回転可能なドラム回転体を備えるドラム装置と、これら両装置を制御すると共に該両装置から得られるデータを処理する処理制御装置とを備え、前記リムにタイヤを装着して該タイヤ、リム及びスピンドル軸からなるタイヤ回転体を構成し、該タイヤ回転体を前記ドラム回転体に接触させた状態で何れか一方の回転体に回転力を付与することによりタイヤ回転体を回転させて前記タイヤの特性を測定するタイヤ試験装置であって、
前記ドラム装置とタイヤ転動装置の何れか一方の装置にタイヤに作用する前後力を測定する前後力測定手段を備えると共に、前記タイヤ転動装置にタイヤ回転体の回転加速度を
検出する回転加速度検出手段を備え、
前記処理制御装置は、前記回転加速度検出手段から得られたタイヤ回転体の回転中の回転加速度に基づいて、両回転体の回転に起因する振動により発生し且つ前記前後力の変動成分に含まれる共振に伴った振動成分を算出し、前記前後力の変動成分から前記振動成分を取り除く補正をする補正手段と、前記前後力の変動成分と前記両回転体の回転によって形成される回転振動系とが共振状態となっているか否かを判断し、共振状態であると判断したときに前記補正手段を作動させる作動手段と、を備えていることを特徴とするタイヤ試験装置。 - 前記補正手段は、前記振動成分を前記回転加速度と前記タイヤ回転体の回転慣性モーメントとに基づいて算出する算出手段を備えていることを特徴とする請求項4に記載のタイヤ試験装置。
- 前記補正手段は、前記タイヤ回転体を一定加速度で加速又は減速させたときにタイヤに作用する前後力の直流成分に基づいて前記回転慣性モーメントを推定する推定手段を備えていることを特徴とする請求項5に記載のタイヤ試験装置。
- 前記ドラム装置は、前記ドラム軸を一対備え、前記ドラム回転体は、各ドラム軸廻りに回転するドラムプーリと、一方のドラムプーリから他方のドラムプーリに亘って巻き掛けられたベルトと備えており、該ベルトに前記タイヤ回転体を接触させた状態で前記タイヤの特性を測定することを特徴とする請求項4乃至請求項6の何れかに記載のタイヤ試験装置。
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