JP4817213B2

JP4817213B2 - タイヤのころがり抵抗測定方法および装置

Info

Publication number: JP4817213B2
Application number: JP2001238820A
Authority: JP
Inventors: 鎮▲かく▼ 東島
Original assignee: 日章電機株式会社; 鎮▲かく▼ 東島
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-08-07
Also published as: JP2003004598A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走行ドラムの外周に試験用のタイヤを押圧接触せしめ、タイヤの回転軸中心に軸受けを介して取り付けたスピンドルの所定位置に設けた多分力検出器により、タイヤの軸重Ｆzところがり抵抗Ｆxとの関係を測定するタイヤのころがり抵抗測定方法とその装置に関わり、特に、測定誤差を低減して真のころがり抵抗値を計測する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラック、乗用自動車および他の車両用タイヤの性質および性能を測定するに当り、重要な測定項目の一つとして、タイヤのころがり抵抗がある。
【０００３】
タイヤのころがり抵抗は、タイヤと地面との間の接線方向の力であり、試験機においては、試験用タイヤと、該タイヤが対接回転する相手表面との間の接線方向の力である。この時、タイヤと相手表面との間には、ある大きさの半径方向の力（軸重）が与えられており、タイヤの軸重Ｆzところがり抵抗Ｆxとの関係が測定される。
【０００４】
タイヤのころがり抵抗を測定する方法としては、種々の方法が実施または提案されている（特公平５−５４０５８号公報，特開平４−５２５４４号公報等参照）。
【０００５】
例えば、(1)一定速度で路面輪を駆動するために必要な動力を測定する方法、(2)トルク測定セルを路面輪に設けて、タイヤによる荷重印加で増加する路面輪のトルクを測定する方法、(3)第１のタイヤとは反対側から路面輪と接触して第２のタイヤを動かし、各タイヤのスピンドル（軸）に２軸のロードセルを設けて測定すう２タイヤ式測定方法、(4)円筒型路面輪の周りに複数個の測定部所を設け、複数個のタイヤのころがり抵抗を測定する方法、(5)牽引車両により測定台車を牽引し、牽引力の測定値からタイヤのころがり抵抗を測定する方法、(6)ドラム式タイヤ走行試験機による方法等々がある。
【０００６】
上記各種方法の内、(6)のドラム式タイヤ走行試験機による方法は、前述のように、走行ドラムの外周に試験用のタイヤを押圧接触せしめ、タイヤの回転軸中心に軸受けを介して取り付けたスピンドルの所定位置に設けた多分力検出器により、タイヤの軸重Ｆzところがり抵抗Ｆxとの関係を測定する方法であり、装置の構成と測定手順が比較的シンプルであるため、ころがり抵抗測定方法として好んで使用されている。
【０００７】
図２は、前記ドラム式タイヤ走行試験機の一例の概略構成を示す斜視図である。図２に示すタイヤ走行試験機は、試験用タイヤ１を回転させる走行ドラム２と、タイヤ加圧装置３と、スピンドル５に設けられた多分力検出器４を備える。
【０００８】
上記において、走行ドラム２は、通常、一定速度で回転され、タイヤ１はスピンドル５に後述する図示しない軸受けを介して軸支される。また、タイヤ１は、路面輪としての走行ドラム２の外周に、前記タイヤ加圧装置３により加圧接触せしめられ、加圧力を変えて、ころがり抵抗が測定できるように構成されている。
【０００９】
多分力検出器４は、スピンドル５のタイヤから所定距離（Ｌ）離れた位置に設けられ、即ち、タイヤ１は、多分力検出器４の位置からスピンドル５を介してオーバーハングした構成となっている。図２において、Ｌは、タイヤ１の中心と多分力検出器４の取付中心との間の距離を示し、Ｒは、タイヤの走行ドラム接触面と、タイヤ中心との間の距離を示す。
【００１０】
多分力検出器４においては、タイヤへのころがり抵抗作用方向をｘ、横力作用方向をｙ、軸重作用方向をｚとする直交座標系とした場合に、前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力Ｆx，Ｆy，Ｆzが、それぞれｆx，ｆy，ｆzとして検出される。これにより、タイヤの軸重Ｆzところがり抵抗Ｆxとの関係を測定することができる。
【００１１】
なお、図２において、αで示すスリップ角やβで示すキャンバー角は、ゼロとなるように調整され、試験用タイヤ１に、測定ノイズとなる力が作用しないようにした上で測定が行なわれる。図２における部番６は、前記キャンバー角βの調整装置を示す。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のタイヤ走行試験機においては、測定上、下記のような問題があった。
【００１３】
まず、従来の測定方法においては、軸受けを介してタイヤを支承するスピンドル５の軸受けの摩擦トルク（Ｍy）が考慮されていないので、これに基づき、ころがり抵抗測定値に誤差が生ずる。さらに、前述のように、タイヤ１は、多分力検出器４の位置からスピンドル５を介してオーバーハングした構成となっているが、ころがり抵抗作用方向（ｘ軸）の軸回りに働くトルク（オーバーターニングモーメントＭx）が考慮されていないので、これに基づき、ころがり抵抗測定値にさらに誤差が生ずる。前記誤差が生ずる理由については、後に、詳述する。
【００１４】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、本発明の課題は、前記軸受け摩擦トルク（Ｍy）やオーバーターニングモーメント（Ｍx）に基づく測定誤差を解消し、測定精度の向上を図ったタイヤのころがり抵抗測定方法および装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明は、走行ドラムの外周に試験用のタイヤを押圧接触せしめ、前記タイヤの回転軸中心に取り付けられ軸受けを介してタイヤを支承するスピンドルの前記タイヤから所定距離離れた位置に設けた多分力検出器により、タイヤの軸重Ｆzところがり抵抗Ｆxとの関係を測定するタイヤのころがり抵抗測定方法において、タイヤへのころがり抵抗作用方向をｘ、横力作用方向をｙ、軸重作用方向をｚとする直交座標系の前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力ｆx，ｆy，ｆzおよびこれらの軸回りに働くトルク（モーメント）ｍx，ｍy，ｍzの６分力の内、ｆx，ｆz，ｍx，ｍyの４分力を前記多分力検出器により計測し、これらの分力の干渉の少なくとも一次干渉補正を行なって、タイヤの軸重Ｆzと、ころがり抵抗Ｆxとを演算により求め、前記一次干渉補正は、変換行列によるディジタル演算補正とし、前記補正演算は下式により行なうことを特徴とする（請求項１の発明）。
【数２】

上記式において、左辺は、ころがり抵抗（Ｆx）、タイヤの軸重（Ｆz）、オーバーターニングモーメント（Ｍx）、軸受け摩擦トルク（Ｍy）であり、右辺のＥＦx、ＥＦz、ＥＭx、ＥＭyは、４分力の検出器の出力であり、その左側の変換マトリックスにより左辺が演算される。前記マトリックスにおけるB ₁₁ 〜B ₄₄ は変換逆行列、Ｒは、タイヤの公称半径（一定値）である。
【００１６】
さらに、前述の測定方法を実施するための装置としては、下記請求項２の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載のタイヤのころがり抵抗測定方法を実施するための装置であって、タイヤを回転させる走行ドラムと、タイヤを前記走行ドラムに押圧するタイヤ加圧装置と、タイヤの回転軸中心に軸受けを介して取り付けたスピンドルの所定位置に設けた多分力検出器とを備え、前記多分力検出器は、前記６分力の内、ｆx，ｆz，ｍx，ｍyの４分力を計測し、かつこれらの分力の干渉の少なくとも一次干渉補正を前記補正演算式により行なう補正演算装置を備えることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、前記請求項２の発明の実施態様としては、下記請求項３の発明が好ましい。即ち、請求項２記載のタイヤのころがり抵抗測定装置において、前記多分力検出器は、複数個のビームの所定位置に貼付した複数個の歪ゲージにより分力検出する構成を有するものとする。
【００１８】
（作用原理）
以下に、前記軸受け摩擦トルク（Ｍy）やオーバーターニングモーメント（Ｍx）によって測定誤差が生ずる理由と、前記発明により測定誤差が解消できる原理について、図１に基づいて述べる。図１（ａ）は、図２におけるタイヤ１と多分力検出器４を備えたスピンドル５部分の模式的拡大部分断面図を示し、図１（ｂ）は、タイヤ１の走行ドラム２への加圧接触状態の説明図を示す。
【００１９】
図１において、図２に示す部材と同一機能部材には、同一番号を付して説明を省略する。走行ドラム２は、地面を模擬して平面で示し、また各部に作用する力は、一部を除き、英大文字で、多分力検出器４において検出される力およびトルク（モーメント）は英小文字で示す。また、図２に示した直交座標軸，距離寸法および力など同一のものは、図１においても同一記号を付して示す。図１において、１ａは、タイヤ装着用のリム、１ｂは、取り付け用のボス、１０は、軸受けを示す。
【００２０】
図１に示す多分力検出器４においては、直交座標系の前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力ｆx，ｆy，ｆzおよびこれらの軸回りに働くトルク（モーメント）ｍx，ｍy，ｍzの６分力が発生しているものとする。
【００２１】
上記において、まず、軸受け摩擦トルク（Ｍy）による測定誤差について述べる。スピンドルの軸受け摩擦トルクが零の場合には、スピンドルには回転モーメントは作用しない。また一方、ころがり抵抗Ｆxと、タイヤの軸重Ｆzとに関して、図１（ｂ）に示すように、軸重のｘ方向のタイヤ圧分布をｆ_Nとし、積分平均のタイヤ圧の作用位置を（ｘ＝ｅ）とした場合、モーメントのつりあいから、下記の（１）式が成立する。即ち、
Ｆx・Ｒ＝∫ｘ・ｆ_N・ｄｘ＝ｅ・Ｆz （１）
上記（１）式によれば、タイヤにかかるトルクは相殺され、スピンドルの多分力検出器４においてモーメントが出力されることはない。
【００２２】
しかしながら、軸受け摩擦トルク（Ｍy）は実際には零ではないので、この軸受け摩擦トルク（Ｍy）に応じたトルクｍyが多分力検出器４に出力されることとなる。このトルクは、下記（２）式に示すように、ころがり抵抗Ｆxの誤差ΔＦxを発生することとなる。（２）式においてＲは、タイヤの走行ドラム接触面と、タイヤ中心との間の距離を示す。
【００２３】
ΔＦx＝ｍy／Ｒ（２）
次に、オーバーターニングモーメント（Ｍx）による測定誤差について述べる。このモーメント（Ｍx）は、多分力検出器４においてｍxとして検出されることになるが、検出器中心には、下記（３）式に示すモーメントが作用する。
【００２４】
Ｍx＝Ｆz・Ｌ＋Ｆy・Ｒ（３）
多分力検出器４に計測外の分力（力またはトルク）が作用すると、他の分力からの干渉に伴う誤差が生ずる。タイヤ１の中心と多分力検出器４の取付中心との間の距離Ｌが一定の場合には、Ｆzからの干渉は、略Ｆzに比例するので、予めそれを見込んでおくことは一見可能ではある。
【００２５】
しかしながら、Ｆzの荷重は、タイヤが地面に押し付けられて生じる分布荷重による合力の重心の位置に作用すると考えられるので、同種のタイヤでもバラツキがある。また、Ｆzの荷重を変えたとき、重心位置は一定になるとは限らない。Ｆzの荷重は、ころがり抵抗Ｆxに比べて非常に大きいので、Ｌの値のわずかな変化もＦxへの影響は無視することはできない。さらに、Ｆyは、タイヤの種類（タイヤにおけるプライやトレッド等）により異なる。厳密にいえば、一本毎に異なる。これは、予め補正しておくことは不可能である。
【００２６】
前記式（３）で示されるＭxの値はかなり大きいので、大きな測定誤差要因となる。なお、多分力検出器４におけるｆy，ｍzは、比較的誤差要因としては無視できる程度の低位のものであるので、前記請求項１または２の発明のように、多分力検出器４における計測値６分力の内、少なくとも、ｆx，ｆz，ｍx，ｍyの４分力を計測し、これらの分力の干渉の少なくとも一次干渉補正を行なって、タイヤの軸重Ｆzと、ころがり抵抗Ｆxとを計測することにより、前記測定誤差を解消できる。
【００２７】
２次以上の高次の干渉補正を含めて干渉補正を行なう手法は、本件発明者と同一発明者によって提案され公知（例えば、特公平６−１０３２３６号公報や特許第２８８６８３２号公報参照）であるが、タイヤにおける本件計測においては、一次補正（線形補正）で十分である。なお、補正手法の概要については、後述する。
【００２８】
次に、モーメントと力の６分力を計測する方法は、例えば、前記請求項３の発明に記載した方法が好適であり、その詳細は、本件発明者と同一発明者によって提案され公知の特許第２６９０６２６号公報に記載されている。なお、これについても、その概要を後述する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１に基づき以下に述べる。装置構成の概要に関しては、前述のとおりであるので、記載の重複は避け、本項では、多分力検出器の構成、干渉補正演算の実施例や、補正誤差の程度の実際値等に関して、以下に述べる。
【００３０】
まず、多分力検出器の実施例について述べる。図１に示す多分力検出器は、例えば、前述の特許第２６９０６２６号公報に記載のように、複数個のビームの所定位置に貼付した複数個の歪ゲージにより分力検出する構成を有するものとし、公知のブリッジ回路により検出する。但し、特許第２６９０６２６号公報に記載された直交座標系と本件発明の直交座標系とは、前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向が異なっており、特許第２６９０６２６号公報に記載のｚ軸を、本件発明のｙ軸と読み替える必要がある。特許第２６９０６２６号公報の図６，１０，１１，１２に記載された異なるビーム配置は、いずれも適用できる（詳細説明は省略する）。
【００３１】
なお、特許第２６９０６２６号公報に記載の多分力検出器は、６分力検出器であるが、同公報にも記載されたように、６分力ｆx，ｆy，ｆzおよびｍx，ｍy，ｍzの内、必要な前記４分力のみに対してブリッジ回路を形成して、４分力のみを測定することができる。
【００３２】
次に、干渉補正演算について述べる。前述の特公平６−１０３２３６号公報の従来技術の項の記載を引用して、まず、６分力検出器における干渉誤差についての一般論を以下に述べる。
【００３３】
さまざまな外力が作用している物体の任意の一点について考えると、この外力はｘ，ｙ，ｚ直交座標系の各軸方向の力Ｆx，Ｆy，Ｆzと各軸回りのモーメントＭx，Ｍy，Ｍzで構成される６個の独立した分力成分に分解できる。このような力を、物体に取り付けた多分力検出器で各分力成分に分解して計測すると、その検出器出力には誤差が含まれる。
【００３４】
前記各分力は、前述のように、例えば歪ゲージを被計測物体の所要箇所に貼り付けて測定できる。この場合の被計測物体の形状・寸法、歪ゲージの取付け状態その他の事情によって分力の干渉が生じ、測定誤差が発生することが知られている。この計測誤差を小さくするために従来は線形方程式で補正している。以下にその方法について述べる。先ず、多分力検出器の各分力方法に既知の分力を加え、その時の各分力の出力を読み取り、各分力の負荷、即ち各分力の出力の較正係数を求める。この一般式は次式で与えられる。
【００３５】
【数３】

【００３６】
ここに、EＦx〜EＭzは検出器の出力、Ｆx〜Ｍz は検出器に加える負荷、そしてA₁₁〜A₆₆は変換行列（変換のためのマトリックス）である。
【００３７】
物体に作用する外力を計測する場合は、出力EＦx〜EＭz から外力Ｆx〜Ｍz を求めることになるので、次式のようになる。
【００３８】
【数４】

【００３９】
ここに、［Ｂ］は［Ａ］の逆行列であり、［Ｂ］＝[Ａ]^-1の関係がある。
【００４０】
ところで、本件発明の計測に用いられる多分力検出器の干渉補正は、上記のような線形補正、即ち一次補正で充分である。また、６分力の内、前述のように低位誤差要因の２分力を省略し、ｆx，ｆz，ｍx，ｍyの４分力とすることができる。４分力とした場合の前記数２のマトリックス計算を、図１には図示しない演算装置で行なうことにより、誤差が補正されたタイヤの軸重Ｆzと、ころがり抵抗Ｆxとを求めることができる。
【００４１】
４分力を計測し、前記（２）式を考慮、即ちΔＦx＝ｍy／ＲにおけるＲによる除算を考慮した場合の、上記数４に相当するマトリックス計算は、下記数５により行なう。なお、下記数５において、Ｒの値は、タイヤの公称半径に応ずる一定値として通常は取扱ってよい。Ｒの値は、実際には、タイヤの空気圧や荷重により変動するが、ｍyに基づく測定誤差は、後述するように比較的小さいので、上記変動が測定誤差に与える影響は、実用上、無視できる。
【００４２】
【数５】

【００４３】
上記方法によれば、多分力を同時にかつディジタルで精度よく測定でき、測定の簡易化と高精度化が図れる。
【００４４】
次に、各種分力や寸法ならびに補正誤差の程度の実際値に関して、以下に述べる。前記ＲやＬの値ならびに作用力等は、試験機やタイヤの種類によって異なるが、通常の試験における分力や寸法の具体的数値は、概ね下記のとおりである。
【００４５】
Ｆz：１０ｋＮ，Ｆx：０．５ｋＮ，Ｆy：１〜２ｋＮ，Ｒ：０．２５〜０．３ｍ，Ｌ：０．２ｍである。この場合、前記軸受け摩擦トルク（Ｍy）およびオーバーターニングモーメント（Ｍx）に基づく測定誤差は、それぞれ、１〜５％および約２０％となる。この発明の実施により、これらの誤差が補正され、精度の高い測定ができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、走行ドラムの外周に試験用のタイヤを押圧接触せしめ、前記タイヤの回転軸中心に取り付けられ軸受けを介してタイヤを支承するスピンドルの前記タイヤから所定距離離れた位置に設けた多分力検出器により、タイヤの軸重Ｆzところがり抵抗Ｆxとの関係を測定するタイヤのころがり抵抗測定方法において、タイヤへのころがり抵抗作用方向をｘ、横力作用方向をｙ、軸重作用方向をｚとする直交座標系の前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力ｆx，ｆy，ｆzおよびこれらの軸回りに働くトルク（モーメント）ｍx，ｍy，ｍzの６分力の内、ｆx，ｆz，ｍx，ｍyの４分力を前記多分力検出器により計測し、これらの分力の干渉の少なくとも一次干渉補正を行なって、タイヤの軸重Ｆzと、ころがり抵抗Ｆxとを演算により求め、前記一次干渉補正は、変換行列によるディジタル演算補正とし、前記補正演算は前記式(数２)により行なうこととしたので、軸受け摩擦トルク（Ｍy）やオーバーターニングモーメント（Ｍx）に基づく測定誤差を解消し、測定精度の高いタイヤのころがり抵抗測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる装置におけるタイヤの分力等の説明図で、（ａ）は、タイヤと多分力検出器を備えたスピンドル部分の模式的拡大部分断面図、（ｂ）は、タイヤの走行ドラムへの加圧接触状態の説明図である。
【図２】ドラム式タイヤ走行試験機の一例の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：タイヤ、２：走行ドラム、３：タイヤ加圧装置、４：多分力検出器、５：スピンドル、１０：軸受け。

Claims

走行ドラムの外周に試験用のタイヤを押圧接触せしめ、前記タイヤの回転軸中心に取り付けられ軸受けを介してタイヤを支承するスピンドルの前記タイヤから所定距離離れた位置に設けた多分力検出器により、タイヤの軸重Ｆzところがり抵抗Ｆxとの関係を測定するタイヤのころがり抵抗測定方法において、
タイヤへのころがり抵抗作用方向をｘ、横力作用方向をｙ、軸重作用方向をｚとする直交座標系の前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力ｆx，ｆy，ｆzおよびこれらの軸回りに働くトルク（モーメント）ｍx，ｍy，ｍzの６分力の内、ｆx，ｆz，ｍx，ｍyの４分力を前記多分力検出器により計測し、
これらの分力の干渉の少なくとも一次干渉補正を行なって、タイヤの軸重Ｆzと、ころがり抵抗Ｆxとを演算により求め、前記一次干渉補正は、変換行列によるディジタル演算補正とし、前記補正演算は下式により行なうことを特徴とするタイヤのころがり抵抗測定方法。

上記式において、左辺は、ころがり抵抗（Ｆx）、タイヤの軸重（Ｆz）、オーバーターニングモーメント（Ｍx）、軸受け摩擦トルク（Ｍy）であり、右辺のＥＦx、ＥＦz、ＥＭx、ＥＭyは、４分力の検出器の出力であり、その左側の変換マトリックスにより左辺が演算される。前記マトリックスにおけるB ₁₁ 〜B ₄₄ は変換逆行列、Ｒは、タイヤの公称半径（一定値）である。
請求項１に記載のタイヤのころがり抵抗測定方法を実施するための装置であって、タイヤを回転させる走行ドラムと、タイヤを前記走行ドラムに押圧するタイヤ加圧装置と、タイヤの回転軸中心に軸受けを介して取り付けたスピンドルの所定位置に設けた多分力検出器とを備え、
前記多分力検出器は、前記６分力の内、ｆx，ｆz，ｍx，ｍyの４分力を計測し、かつこれらの分力の干渉の少なくとも一次干渉補正を前記補正演算式により行なう補正演算装置を備えることを特徴とするタイヤのころがり抵抗測定装置。
請求項２記載のタイヤのころがり抵抗測定装置において、前記多分力検出器は、複数個のビームの所定位置に貼付した複数個の歪ゲージにより分力検出する構成を有するものとすることを特徴とするタイヤのころがり抵抗測定装置。