JP6735254B2 - タイヤの動負荷半径の算出装置及び算出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤの動負荷半径の算出装置及び算出方法に関する。
車両（トラック、乗用自動車等）に用いられるタイヤの性能に関する重要な評価項目の１つとして、タイヤの動負荷半径がある。タイヤの動負荷半径とは、タイヤに荷重が加わった際のタイヤの半径をいう。例えば特許文献１には、回転状態のドラムにタイヤを押し付けることで、タイヤに荷重を加えながらタイヤを回転させ、ポテンショメータによりタイヤの変位量を計測して、当該タイヤの変位量からタイヤの動負荷半径を算出することが示されている。
しかしながら、タイヤの動負荷半径は、本来下記式（１）により算出されるべきものであり、特許文献１のようにタイヤの変位量からタイヤの動負荷半径を算出する場合、算出された値の精度が低くなり得る。
[式１]
（ここで、Ｒ＝タイヤの動負荷半径、Ｌ＝タイヤ１回転当たりのタイヤの走行距離）
[式１]
本発明の目的は、タイヤの動負荷半径を精度よく算出することができる、タイヤの動負荷半径の算出装置及び算出方法を提供することである。
本発明に係るタイヤの動負荷半径の算出装置は、ドラム軸と、前記ドラム軸を回転不能に支持する支持部材と、タイヤが走行する路面を模擬した外周面を有し、前記ドラム軸を中心として前記ドラム軸に対して回転可能なドラムと、前記タイヤのタイヤ軸と前記ドラム軸とが互いに平行に配置されかつ前記タイヤのトレッドと前記外周面とが互いに接触した状態で、前記タイヤを回転させる回転機構と、前記ドラム軸に取り付けられ、前記タイヤに加わる荷重を検知するためのタイヤ負荷センサと、前記タイヤの回転を検知するためのタイヤ回転センサと、前記ドラムの回転を検知するためのドラム回転センサと、前記タイヤ回転センサ及び前記ドラム回転センサからの信号に基づいて、前記タイヤの１回転当たりの前記ドラムの回転角度を導出するドラム回転角度導出部と、前記ドラム回転角度導出部により導出された前記ドラムの回転角度を用いて、下記式（１）により前記タイヤの動負荷半径を算出するタイヤ動負荷半径算出部とを備えたことを特徴とする。
[式１]
（ここで、Ｒ＝前記タイヤの動負荷半径、Ｌ＝前記タイヤの１回転当たりの前記タイヤの走行距離）
[式１]
本発明に係るタイヤの動負荷半径の算出方法は、ドラム軸と、前記ドラム軸を回転不能に支持する支持部材と、タイヤが走行する路面を模擬した外周面を有し、前記ドラム軸を中心として前記ドラム軸に対して回転可能なドラムと、前記タイヤのタイヤ軸と前記ドラム軸とが互いに平行に配置されかつ前記タイヤのトレッドと前記外周面とが互いに接触した状態で、前記タイヤを回転させる回転機構と、前記ドラム軸に取り付けられ、前記タイヤに加わる荷重を検知するためのタイヤ負荷センサと、前記タイヤの回転を検知するためのタイヤ回転センサと、前記ドラムの回転を検知するためのドラム回転センサとを備えたタイヤの動負荷半径の算出装置を用いて、タイヤの動負荷半径を算出する方法において、前記タイヤ回転センサ及び前記ドラム回転センサからの信号に基づいて、前記タイヤの１回転当たりの前記ドラムの回転角度を導出するドラム回転角度導出工程と、前記ドラム回転角度導出工程で導出された前記ドラムの回転角度を用いて、下記式（１）により前記タイヤの動負荷半径を算出するタイヤ動負荷半径算出工程とを備えたことを特徴とする。
[式１]
（ここで、Ｒ＝前記タイヤの動負荷半径、Ｌ＝前記タイヤの１回転当たりの前記タイヤの走行距離）
[式１]
本発明によれば、タイヤの１回転当たりのドラムの回転角度を用いて、本来使用すべき式（１）によりタイヤの動負荷半径を算出することで、タイヤの動負荷半径を精度よく算出することができる。
また、本発明において、前記回転機構は、前記タイヤを回転させる。この場合、実際に車両が走行するときと同様の駆動力をタイヤに付与できるため、タイヤの動負荷半径をより精度よく算出することができる。
また、本発明において、前記ドラム軸は回転不能に支持されており、前記ドラムは前記ドラム軸に対して回転可能であり、前記タイヤに加わる荷重を検知するためのタイヤ負荷センサが、前記ドラム軸に取り付けられている。この場合、ＪＩＳ Ｄ４２３３：２００１の規定（「回転力は、タイヤ軸又はドラム軸、いずれの側から与えてもよいが、力の検出装置がある部分を通して与えてはならない。」）に準じた構成となり、タイヤ軸等の回転する部材にタイヤ負荷センサが取り付けられた場合に比べ、タイヤに加わる荷重を精度よく検知することができる。
本発明に係るタイヤの動負荷半径の算出装置は、前記タイヤ及び前記ドラムが前記タイヤ軸及び前記ドラム軸と直交する方向に相対的に移動するように、前記タイヤ及び前記ドラムの少なくとも一方を移動させるための移動機構と、前記タイヤ負荷センサからの信号に基づいて、前記荷重が複数の値となるように前記移動機構を制御する移動制御部とをさらに備え、前記タイヤ動負荷半径算出部は、前記複数の値それぞれにおける前記タイヤの動負荷半径を算出してよい。この場合、タイヤに加わる荷重の複数の値毎のタイヤの動負荷半径を得ることで、タイヤの性能評価をより適切に行うことができる。
前記ドラム回転センサは、磁気式のロータリエンコーダであってよい。
前記ドラム回転センサは、光学式のロータリエンコーダであってよい。
本発明に係るタイヤの動負荷半径の算出装置は、前記タイヤの周方向の均一性を検査するためのタイヤユニフォミティ試験を行うタイヤユニフォミティ試験機に適用されてよい。
本発明によれば、タイヤの１回転当たりのドラムの回転角度を用いて、本来使用すべき式（１）によりタイヤの動負荷半径を算出することで、タイヤの動負荷半径を精度よく算出することができる。
本発明の一実施形態に係るタイヤの動負荷半径の算出装置（以下、単に「算出装置」という。）１は、タイヤの周方向の均一性を検査するためのタイヤユニフォミティ試験（JIS D4233）を行うタイヤユニフォミティ試験機（TUM：Tire Uniformity Machine）に適用され、図１及び図２に示すように、基台１ｂと、基台１ｂに取り付けられたタイヤ軸２ｘ及びドラム３とを有する。
算出装置１は、さらに、図３に示すように、算出装置１の各部を制御するコントローラ１ｃと、タイヤ回転モータ２ｍと、ドラム移動モータ３ｍと、ロータリエンコーダ２ｓと、ロータリエンコーダ３ｓと、タイヤ負荷センサ５ｓとを有する。
タイヤ軸２ｘは、鉛直方向に沿った軸線を中心として回転可能に、基台１ｂに支持されている。タイヤ軸２ｘ及びタイヤ軸２ｘに支持されたタイヤ２は、コントローラ１ｃによる制御の下、タイヤ回転モータ２ｍが駆動されることにより、基台１ｂに対して鉛直方向に沿った軸線を中心として回転する。即ち、タイヤ回転モータ２ｍは、タイヤ軸２ｘに回転力を付与することにより、タイヤ２を回転させる。
ドラム３は、タイヤ２が走行する路面を模擬した外周面３ａを有する。ドラム３の中心には、鉛直方向に沿ったドラム軸３ｘが貫挿されている。ドラム軸３ｘはフレーム３ｆに回転不能に支持されており、ドラム３はドラム軸３ｘに対して回転可能である（即ち、ドラム３は回転するが、ドラム軸３ｘは回転しない）。フレーム３ｆは、図１及び図２の矢印方向（即ち、近接方向（タイヤ２に近接する方向：図１及び図２において左方向）及び離隔方向（タイヤ２から離隔する方向：図１及び図２において右方向））に移動可能に、基台１ｂに支持されている。フレーム３ｆ及びフレーム３ｆに支持されたドラム３は、コントローラ１ｃによる制御の下、ドラム移動モータ３ｍが駆動されることにより、基台１ｂに対して図１及び図２の矢印方向に移動する。
ロータリエンコーダ２ｓは、タイヤ２の回転数を検知し、当該回転数を示す信号をコントローラ１ｃに送信する。ロータリエンコーダ２ｓは、図１及び図２に示すように、タイヤ軸２ｘに取り付けられている。
ロータリエンコーダ３ｓは、ドラム３の回転数を検知し、当該回転数を示す信号をコントローラ１ｃに送信する。ロータリエンコーダ３ｓは、図１及び図２に示すように、リング状であり、ドラム３の上面にドラム軸３ｘの周囲を覆うように取り付けられている。ロータリエンコーダ３ｓは、例えば、磁気式のロータリエンコーダ、光学式のロータリエンコーダ（光学式スケールを刻み込んだリング状の部材を使用したもの）等であってよい。
タイヤ負荷センサ５ｓは、タイヤ２のトレッド２ａと外周面３ａとが互いに接触した状態においてタイヤ２に加わる荷重を検知し、当該荷重を示す信号をコントローラ１ｃに送信する。タイヤ負荷センサ５ｓは、図１及び図２に示すように、ドラム軸３ｘに取り付けられており、ドラム軸３ｘに生じる荷重を検知する。タイヤ負荷センサ５ｓは、ドラム軸３ｘの上端とフレーム３ｆとの間に配置されている。
コントローラ１ｃは、例えばパーソナルコンピュータで構成され、演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む。ＲＯＭは、ＣＰＵが実行するプログラム等の固定データを記憶している。ＲＡＭは、ＣＰＵがプログラムを実行するために必要なデータを一時的に記憶する。
次いで、図４を参照し、本発明の一実施形態に係るタイヤの動負荷半径の算出方法について説明する。
先ず、タイヤ２をタイヤ軸２ｘに装着する（Ｓ１）。
Ｓ１の後、ドラム３を所定位置に配置する（Ｓ２）。具体的には、コントローラ１ｃが、タイヤ負荷センサ５ｓからの信号に基づいて、タイヤ２に所定の荷重が加わるように、ドラム移動モータ３ｍを制御し、ドラム３を所定位置に配置する。これにより、トレッド２ａと外周面３ａとが互いに接触し、タイヤ２に所定の荷重が加わった状態となる。
Ｓ２の後、コントローラ１ｃが、タイヤ回転モータ２ｍを制御して、タイヤ２を所定の回転数で回転させる（Ｓ３）。
Ｓ３の後、コントローラ１ｃが、ロータリエンコーダ２ｓ，３ｓからの信号（タイヤ２の回転数及びドラム３の回転数）に基づいて、タイヤ２の１回転当たりのドラム３の回転角度αを導出する（Ｓ４：ドラム回転角度導出工程）。
Ｓ４の後、コントローラ１ｃが、Ｓ４で導出されたドラム３の回転角度αを用いて、下記式（１）によりタイヤ２の動負荷半径Ｒを算出する（Ｓ５：タイヤ動負荷半径算出工程）。
[式１]
（ここで、Ｒ＝タイヤ２の動負荷半径、Ｌ＝タイヤ２の１回転当たりのタイヤ２の走行距離）
[式１]
具体的には、コントローラ１ｃは、下記式（１）中のＬに下記式（２）を当てはめて計算を行う。
[式２]
（ここで、Ｌ＝タイヤ２の１回転当たりのタイヤ２の走行距離、Ｄ＝ドラム３の直径、α＝タイヤ２の１回転当たりのドラム３の回転角度（°））
[式２]
Ｓ５の後、コントローラ１ｃは、タイヤ２に加わる荷重を変更するか否かを判断する（Ｓ６）。例えば、タイヤ２に加わる荷重として複数の値が設定されており、各値におけるタイヤ２の動負荷半径Ｒを算出する場合がある。
タイヤ２に加わる荷重を変更すると判断した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、コントローラ１ｃは、処理をＳ２に戻し、タイヤ負荷センサ５ｓからの信号に基づいて、タイヤ２に所定の荷重が加わるように、ドラム移動モータ３ｍを制御し、ドラム３を所定位置に配置した後、上述のＳ３〜Ｓ５を実行する。
一方、タイヤ２に加わる荷重を変更しないと判断した場合（Ｓ６：ＮＯ）、コントローラ１ｃは、当該ルーチンを終了する。
以上に述べたように、本実施形態によれば、タイヤ２の１回転当たりのドラム３の回転角度αを用いて、本来使用すべき式（１）によりタイヤ２の動負荷半径Ｒを算出する（図４のＳ４，Ｓ５参照）。これにより、タイヤ２の動負荷半径Ｒを精度よく算出することができる。
タイヤ軸２ｘとドラム軸３ｘとが互いに平行に配置されかつトレッド２ａと外周面３ａとが互いに接触した状態で、タイヤ回転モータ２ｍが、タイヤ２を回転させる。この場合、実際に車両が走行するときと同様の駆動力をタイヤ２に付与できるため、タイヤ２の動負荷半径Ｒをより精度よく算出することができる。
ドラム軸３ｘは回転不能に支持されており、ドラム３はドラム軸３ｘに対して回転可能であり、タイヤ負荷センサ５ｓが、ドラム軸３ｘに取り付けられている。この場合、ＪＩＳ Ｄ４２３３：２００１の規定（「回転力は、タイヤ軸又はドラム軸、いずれの側から与えてもよいが、力の検出装置がある部分を通して与えてはならない。」）に準じた構成となり、タイヤ軸２ｘ等の回転する部材にタイヤ負荷センサ５ｓが取り付けられた場合に比べ、タイヤ２に加わる荷重を精度よく検知することができる。
また、本実施形態では、タイヤ２に加わる荷重の複数の値それぞれにおけるタイヤ２の動負荷半径Ｒを算出する（図４のＳ６→Ｓ２〜Ｓ５参照）。これにより、タイヤ２に加わる荷重の複数の値毎のタイヤ２の動負荷半径Ｒを得ることで、タイヤ２の性能評価をより適切に行うことができる。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
・本発明は、タイヤユニフォミティ試験機に適用されることに限定されず、他のタイヤ試験装置（バランサ等）に適用されてもよい。本発明を、ドラムを有さない装置（バランサ等）に適用する場合は、装置にドラムを別途設けることで、本発明を実施することができる。
・移動機構は、ドラムを移動させることに限定されず、タイヤを移動させてもよい。
・ドラム回転センサは、磁気式のロータリエンコーダ、光学式のロータリエンコーダ等に限定されず、任意のセンサであってよい。例えば、ドラム回転センサは、ドラム軸に取り付けられた平歯車と、当該平歯車に噛合した別の平歯車と、当該別の平歯車の軸に取り付けられたエンコーダとを含む構成であってもよい。この構成の場合、ごみ等の異物がドラム回転センサに付着しても検知精度に影響が出難いという利点がある。
・タイヤ動負荷半径算出部は、タイヤに加わる荷重の複数の値それぞれにおけるタイヤの動負荷半径を算出することに限定されず、タイヤに加わる荷重の１つの値におけるタイヤの動負荷半径を算出してもよい。
・上記式（２）は、ドラムの回転角度αの単位が°の場合であり、ドラムの回転角度αの単位（°の他、ラジアン、分、秒等）に応じて式（２）を適宜変更してよい。
・移動機構は、ドラムを移動させることに限定されず、タイヤを移動させてもよい。
・ドラム回転センサは、磁気式のロータリエンコーダ、光学式のロータリエンコーダ等に限定されず、任意のセンサであってよい。例えば、ドラム回転センサは、ドラム軸に取り付けられた平歯車と、当該平歯車に噛合した別の平歯車と、当該別の平歯車の軸に取り付けられたエンコーダとを含む構成であってもよい。この構成の場合、ごみ等の異物がドラム回転センサに付着しても検知精度に影響が出難いという利点がある。
・タイヤ動負荷半径算出部は、タイヤに加わる荷重の複数の値それぞれにおけるタイヤの動負荷半径を算出することに限定されず、タイヤに加わる荷重の１つの値におけるタイヤの動負荷半径を算出してもよい。
・上記式（２）は、ドラムの回転角度αの単位が°の場合であり、ドラムの回転角度αの単位（°の他、ラジアン、分、秒等）に応じて式（２）を適宜変更してよい。
１ 算出装置
１ｃ コントローラ（ドラム回転角度導出部、タイヤ動負荷半径算出部、移動制御部）
２ タイヤ
２ａ トレッド
２ｍ タイヤ回転モータ（回転機構）
２ｓ ロータリエンコーダ（タイヤ回転センサ）
２ｘ タイヤ軸
３ ドラム
３ａ 外周面
３ｍ ドラム移動モータ（移動機構）
３ｓ ロータリエンコーダ（ドラム回転センサ）
３ｘ ドラム軸
５ｓ タイヤ負荷センサ
１ｃ コントローラ（ドラム回転角度導出部、タイヤ動負荷半径算出部、移動制御部）
２ タイヤ
２ａ トレッド
２ｍ タイヤ回転モータ（回転機構）
２ｓ ロータリエンコーダ（タイヤ回転センサ）
２ｘ タイヤ軸
３ ドラム
３ａ 外周面
３ｍ ドラム移動モータ（移動機構）
３ｓ ロータリエンコーダ（ドラム回転センサ）
３ｘ ドラム軸
５ｓ タイヤ負荷センサ
Claims (6)
- ドラム軸と、
前記ドラム軸を回転不能に支持する支持部材と、
タイヤが走行する路面を模擬した外周面を有し、前記ドラム軸を中心として前記ドラム軸に対して回転可能なドラムと、
前記タイヤのタイヤ軸と前記ドラム軸とが互いに平行に配置されかつ前記タイヤのトレッドと前記外周面とが互いに接触した状態で、前記タイヤを回転させる回転機構と、
前記ドラム軸に取り付けられ、前記タイヤに加わる荷重を検知するためのタイヤ負荷センサと、
前記タイヤの回転を検知するためのタイヤ回転センサと、
前記ドラムの回転を検知するためのドラム回転センサと、
前記タイヤ回転センサ及び前記ドラム回転センサからの信号に基づいて、前記タイヤの１回転当たりの前記ドラムの回転角度を導出するドラム回転角度導出部と、
前記ドラム回転角度導出部により導出された前記ドラムの回転角度を用いて、下記式（１）により前記タイヤの動負荷半径を算出するタイヤ動負荷半径算出部と
を備えたことを特徴とする、タイヤの動負荷半径の算出装置。
[式１]
（ここで、Ｒ＝前記タイヤの動負荷半径、Ｌ＝前記タイヤの１回転当たりの前記タイヤの走行距離） - 前記タイヤ及び前記ドラムが前記タイヤ軸及び前記ドラム軸と直交する方向に相対的に移動するように、前記タイヤ及び前記ドラムの少なくとも一方を移動させるための移動機構と、
前記タイヤ負荷センサからの信号に基づいて、前記荷重が複数の値となるように前記移動機構を制御する移動制御部とをさらに備え、
前記タイヤ動負荷半径算出部は、前記複数の値それぞれにおける前記タイヤの動負荷半径を算出することを特徴とする、請求項１に記載のタイヤの動負荷半径の算出装置。 - 前記ドラム回転センサは、磁気式のロータリエンコーダであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のタイヤの動負荷半径の算出装置。
- 前記ドラム回転センサは、光学式のロータリエンコーダであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤの動負荷半径の算出装置。
- 前記タイヤの周方向の均一性を検査するためのタイヤユニフォミティ試験を行うタイヤユニフォミティ試験機に適用されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のタイヤの動負荷半径の算出装置。
- ドラム軸と、前記ドラム軸を回転不能に支持する支持部材と、タイヤが走行する路面を模擬した外周面を有し、前記ドラム軸を中心として前記ドラム軸に対して回転可能なドラムと、前記タイヤのタイヤ軸と前記ドラム軸とが互いに平行に配置されかつ前記タイヤのトレッドと前記外周面とが互いに接触した状態で、前記タイヤを回転させる回転機構と、前記ドラム軸に取り付けられ、前記タイヤに加わる荷重を検知するためのタイヤ負荷センサと、前記タイヤの回転を検知するためのタイヤ回転センサと、前記ドラムの回転を検知するためのドラム回転センサとを備えたタイヤの動負荷半径の算出装置を用いて、タイヤの動負荷半径を算出する方法において、
前記タイヤ回転センサ及び前記ドラム回転センサからの信号に基づいて、前記タイヤの１回転当たりの前記ドラムの回転角度を導出するドラム回転角度導出工程と、
前記ドラム回転角度導出工程で導出された前記ドラムの回転角度を用いて、下記式（１）により前記タイヤの動負荷半径を算出するタイヤ動負荷半径算出工程と
を備えたことを特徴とする、タイヤの動負荷半径の算出方法。
[式１]
（ここで、Ｒ＝前記タイヤの動負荷半径、Ｌ＝前記タイヤの１回転当たりの前記タイヤの走行距離）
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