JP6835034B2

JP6835034B2 - 自動車車体の特性試験方法

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Publication number: JP6835034B2
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Inventors: 知克片桐; 塩崎　毅; 毅塩崎
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Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2038-05-15
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Description

本発明は、自動車車体の特性試験方法に関し、特に、自動車車体を加振及び制動させて動的な車体特性の評価指標を取得する自動車車体の特性試験方法に関する。

従来より、自動車車体の車体特性として剛性を評価する試験が行われている。この自動車車体の剛性を評価する試験としては、特許文献１に記載されるように、自動車車体のフロント側又はリア側のいずれかにおける左右のダンパー取り付け位置を固定し、固定していない反対側の左右のサスペンション締結部それぞれにアクチュエーターを接続し、左右のアクチュエーターを逆位相で動かして自動車車体をねじり、一定荷重負荷時のねじれ角を評価するねじり剛性試験が一般的に行われている。

このようなねじれ剛性試験で評価される剛性は静的な評価値であり、構造体としての自動車車体の剛性を評価するには有用であり、実車両の走行試験における左右振られ感に基づく乗り心地評価にも適用されている。しかしながら、特許文献１に開示された技術のように、従来一般に行われてきたねじり剛性試験は、構造体としての自動車車体の静的な剛性値を求めることはできるものの、実車両の走行時における自動車車体の動的な剛性値を求めることはできず、テストドライバーによる走行試験で評価される操縦安定性や乗り心地などといった官能評価項目との相関性は弱い。

走行試験で評価される官能評価と相関性のある剛性試験として、特許文献２には、乗員の乗車位置に一端が固定され、特定の軸を中心とした方向の捩れ剛性を有する捩りばね手段を備えた車両を用い、車両走行時における前記捩りばね手段の回転と前記車両の操舵角との位相遅れを検出することで、乗員が感じる操縦性・安定性のフィーリングを数値化し、前記車両の操縦性・安定性に直結した情報を収集する技術が開示されている。そして、当該技術によれば、車両の運転操作に対する人間の感覚と車両の挙動との位相遅れを検出することで、人間の感覚を数値化した操縦性及び安定性を適切に評価することができるとされている。しかしながら、特許文献２に開示された技術は、タイヤやサスペンションのある実車両の走行試験を行うものであり、自動車車体自体の剛性を評価するものではない。

車両の走行試験による官能評価は、タイヤやサスペンション等の足回り部品やシャシー構造の寄与が大きく、車体構造の性能のみで評価が決定されるわけではないものの、車体剛性の十分でない車両では、足回り部品やシャシー構造の調整のみで官能評価値を満足のいくものにすることはできない。そのため、官能評価値に近い数値指標を自動車車体を用いたラボ試験で得るためには、少なくとも、負荷荷重に対する自動車車体の動的な応答挙動を測定することが重要である。そこで、自動車車体の動的な応答挙動を測定する技術として、前述のねじり剛性試験で負荷荷重を連続的に変化させて周期的なねじり変形を与えて、ねじり角の変化や自動車車体各部の変形挙動を観測する手法が考えられる。

また、自動車車体の動的な応答挙動を評価する方法として、振動発生装置により自動車車体を加振するものやハンマーにより自動車車体を打撃するなど、車体の局部に対して衝撃を与えたり荷重を入力して自動車車体全体に発生する振動を計測して解析する実験モード解析がある。実験モード解析とは、構造体の共振周波数（固有値）と各共振周波数に対応する振動モードを推定するものである。そして、自動車車体を対象とした実験モード解析では、強制振動を付与した自動車車体の周波数応答や固有値解析により、主として30Hz以上の周波数領域を主体とする定常状態での振動特性を評価するものである。

さらに、自動車車体の振動特性により動的な応答挙動を評価する技術として、特許文献３には、自動車が段差を乗り超える際に生じる上下方向の振動減衰を観測することにより、自動車車体の振動特性を評価する方法が開示されている。このような自動車車体の振動特性を評価する手法は、評価に供する数値指標として、振動数（周波数）や振動時間（時定数、減衰比）など減衰特性に着目したものが多い。

このように、自動車車体の動的な応答挙動の数値指標を求め、該数値指標に基づいて実車両走行時の官能評価項目の評価が可能であると、車体構造の基準や目標が明確となり、自動車車体の設計段階での車両性能の作り込みが容易となる。

特開２００６−２９２７３７号公報特開２００３−４２９０９号公報特開２０１５−１６１５８７号公報

コーナリングや車線変更など走行している車両の運動方向を回転変化させる場合、パワートレーンやシャシーが横方向の力を自動車車体に伝達し、車両全体が運動方向を変えていく。自動車車体の剛性が高くて車両全体が剛体に近づくと、車両はスムーズに運動方向を変えることができる。これに対して自動車車体の剛性が低いと、瞬間的な横方向（車体幅方向）に生じる慣性力により自動車車体に弾性変形が発生し、車両全体の運動に時間遅れが生じる。そして、運転者はこの時間遅れを感じると余分にステアリング操作を行いがちとなり、剛性の高い自動車車体と比較して大きな操舵角や操舵力が必要となり、操縦安定性などの官能評価が低下する傾向となる。

さらに、車両走行時に発生する慣性力による自動車車体の弾性変形は、変位の時間遅れとともに自動車車体に振動を励起する。そして、励起された振動の周期、大きさ、収束（減衰）時間は、車体剛性とともに運転者が感じる操縦安定性を含む官能評価に関わることが知られている。したがって、自動車車体の振動特性を制御することは、自動車車体の剛性とともに操縦安定性のような車両性能を向上させるうえでの重要な因子となる。特に、官能評価項目の中でも操縦安定性は、コーナリングや車線変更時の車両応答挙動と強い相関があると考えられ、車体幅方向に作用する荷重に対する自動車車体の応答挙動を把握することが重要である。

しかしながら、特許文献３に開示されている手法は、フロントタイヤやサスペンションを介した路面からの上下方向入力に対する自動車車体の振動特性に関するラボ試験データとして有用であるが、自動車車体に作用する慣性力により生じる車体変形の振動特性を得ることができない。また、自動車車体における振動を観測する位置は、主としてフロアやシートであって車両を剛体とみなしているため、振動の測定部位による振動特性の相違については考慮されていない。

さらに、自動車車体を対象とする実験モード解析では、構造体としての自動車車体の共振周波数（固有値）と各共振周波数に対応する振動モードを推定することが可能であるが、前述のとおり、自動車車体の局部に荷重を入力したり衝撃を与えて自動車車体全体に発生する振動を計測して解析するものであるため、操縦安定性の評価に必要となる自動車車体の重心を作用点として慣性力により発生する車体変形の振動を測定して解析することは困難である。

本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、車両走行時における自動車車体の動的な車体特性の評価指標を得ることができる自動車車体の特性試験方法を提供することを目的とする。

車両の走行時における自動車車体の動的な車体特性をラボスケールでの試験により得るためには、少なくとも負荷荷重の変動に対する自動車車体の動的な変形挙動を測定することが重要である。さらに、車両がコーナリングや車線変更する場合、自動車車体の特性は、車体幅方向に作用する荷重（慣性力）による非定常の過渡的（動的）な変形挙動に大きく左右される。特に、車線変更時における車両安定性の観点からは、自動車車体に作用する荷重が消失した後、該自動車車体の変形が復元する過程における振動減衰挙動が重要である。しかしながら、前述のとおり、自動車車体を対象とした従来のねじり剛性試験では車体幅方向に作用する荷重による自動車車体の変形とその振動減衰挙動を得ることはできない。

そこで本発明者らは、振動装置を用いて自動車車体全体を車体幅方向に加振及び制動することで車体幅方向に荷重を作用させ、該荷重により自動車車体に発生した車体変形の弾性回復による振動減衰挙動を取得することで、実車両の走行試験を行わずに自動車車体の動的な車体特性に係る数値指標を得る試験方法について検討を行った。

具体的には、評価対象とする自動車車体を水平１軸方向に運動（加速、定速、減速）が可能なスライド機構付きテーブルに固定し、該スライド機構付きテーブルを加速させた後に急制動するように制御された振動装置により前記自動車車体の車体幅方向に荷重を作用させ、該自動車車体に生じた車体変形の振動減衰挙動を直接的に測定する試験を行った。

ここで、水平１軸方向に往復運動が可能である振動装置として動電式振動装置を用いた場合、スライド機構付きテーブル自体は制御された加振波形、例えば、スライド機構付きテーブルの加速度がシングルパルス波となるように加振動作を行い、加振終了後は制動して即座に静止させることが理想である。しかしながら、実際の試験では、目的の加速度パルスを発生させた後のスライド機構付きテーブルは静止することなく、等速ないしは減速しながら直線運動を継続する。

また、ラボスケールの試験ではスライド機構付きテーブルの可動範囲に制限があるので、スライド機構付きテーブルを制動して速やかに静止させる必要がある。そのため、動電式振動装置を駆動するための制御入力には、スライド機構付きテーブルに加速度を発生させる制御入力と制動させるための制御入力とが混合することになる。しかしながら、制動するための制御入力は、自動車車体の振動を強制的に抑制することになるので、制動するための制御入力を加振終了後における自動車車体の振動減衰特性とすると、加振によって自動車車体に生じた変形の振動減衰挙動とは必ずしも同じ挙動を示すとは限らない。

すなわち、上記手法にて自動車車体に励起される振動は、加振力により発生する振動とそれに続く自由振動が重畳したものとなる。特に後者は車体骨格が有する固有振動モードの影響を受けて、振動の方向や周期が決まる。また、通常、加速度センサーのデータは、センサーの設置方向や姿勢により加速度が計測される軸方向が決定される。そのため、車体骨格の固有振動モードの振動方向は必ずしも加速度センサーが加速度を計測する軸方向と一致せず、測定した加速度の振幅の大きさを単純に比較することはできない。

そのため、本発明者らは、上記課題について検討した結果、振動の合成加速度の大きさとその時間応答曲線を評価することで、特定方向の振動に準拠せず、車体特性及び操縦安定性との相関性が高い評価指標を精度良く得ることが可能であることを見い出した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。

（１）本発明に係る自動車車体の特性試験方法は、自動車車体を固定できるスライド機構付きテーブルと、該スライド機構付きテーブルを水平１軸方向に加振し加速させてその後に制動する振動装置と、を用いたものであって、直交する２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度計を設置した自動車車体を前記スライド機構付きテーブルに固定し、該スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで水平１軸方向に加振する加振工程と、該加振した前記スライド機構付きテーブルを制動する制動工程と、前記加振工程及び制動工程における前記自動車車体の前記２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度取得工程と、該取得した２軸方向又は３軸方向の加速度の合成加速度を算出する合成加速度算出工程と、該算出した合成加速度の時間応答曲線に基づいて前記自動車車体の車体特性の評価指標を取得する評価指標取得工程と、を備えたことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記評価指標取得工程は、前記算出した合成加速度の時間応答曲線を時間積分した積分値を評価指標とすることを特徴とするものである。

（３）上記（１）に記載のものにおいて、前記評価指標取得工程は、前記算出した合成加速度の時間応答曲線におけるピーク値を評価指標とすることを特徴とするものである。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記加速度取得工程において取得する前記２軸方向の加速度は、前記自動車車体の前後方向、幅方向及び上下方向のうちの２軸方向の加速度とすることを特徴とするものである。

（５）本発明に係る自動車車体の特性試験方法は、自動車車体を固定できるスライド機構付きテーブルと、該スライド機構付きテーブルを水平１軸方向に加振し加速させてその後に制動する振動装置と、を用いたものであって、前記自動車車体の前後方向、幅方向及び上下方向のうちの２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度計を設置した自動車車体を前記スライド機構付きテーブルに固定し、該スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで水平１軸方向に加振する加振工程と、該加振した前記スライド機構付きテーブルを制動する制動工程と、前記加振工程及び制動工程における前記自動車車体の前後方向、幅方向及び上下方向のうちの２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度取得工程と、該２軸方向又は３軸方向の加速度を座標軸とする座標上に、前記取得した加速度のヒステリシス曲線を作成する加速度ヒステリシス曲線作成工程と、該作成したヒステリシス曲線の形状に基づいて前記自動車車体の車体特性の評価指標を取得することを特徴とするものである。

本発明においては、自動車車体を固定できるスライド機構付きテーブルと、該スライド機構付きテーブルを水平１軸方向に加振し加速させてその後に制動する振動装置と、を用いたものであって、直交する２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度計を設置した自動車車体を前記スライド機構付きテーブルに固定し、該スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで水平１軸方向に加振する加振工程と、該加振した前記スライド機構付きテーブルを制動する制動工程と、前記加振工程及び制動工程における前記自動車車体の前記２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度取得工程と、該取得した２軸方向又は３軸方向の加速度の合成加速度を算出する合成加速度算出工程と、該算出した合成加速度の時間応答曲線に基づいて前記自動車車体の車体特性の評価指標を取得する評価指標取得工程と、を備えたことにより、実車両の走行試験を行うことなく、前記自動車車体の加速度を取得する特定の方向に準拠せずに該自動車車体に作用する慣性力による車体変形の振動挙動を得ることができ、車両走行時における自動車車体の動的な車体特性の評価指標を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る自動車車体の特性試験方法の処理の流れを説明する図である。本実施の形態１及び２で用いる自動車車体の特性試験装置を説明する図である。本実施の形態１及び２で用いる自動車車体の特性試験装置において、自動車車体の加振及び制動方向と加速度計の設置位置を説明する図である。本実施の形態１及び２で用いる自動車車体の特性試験装置において、自動車車体における加速度計の設置位置を説明する図である。本実施の形態１及び２で用いる自動車車体の特性試験装置において、振動装置として用いた動電式振動装置を説明する図である。本実施の形態１及び２に係る自動車車体の特性試験方法において、動電式振動装置を駆動するために投入する投入電力パターンを決定する処理の流れを説明する図である。本実施の形態１及び２に係る自動車車体の特性試験方法において、自動車車体に対して目標とする加速度パターンと、スライド機構付きテーブルの加速度の測定結果を示す図である。本実施の形態１に係る自動車車体の特性試験方法において、自動車車体の車体幅方向、上下方向及び前後方向の加速度の時間応答曲線の測定例である。本実施の形態１に係る自動車車体の特性試験方法において、加速度計により測定した３軸方向の加速度により算出した合成加速度の時間応答曲線の一例である。本実施の形態１に係る自動車車体の特性試験方法において、加速度計により測定した２軸方向の加速度により算出した合成加速度の時間応答曲線の一例である。本発明の実施の形態２に係る自動車車体の特性試験方法の処理の流れを説明する図である。本発明の実施の形態２に係る自動車車体の特性試験方法において、自動車車体の車体前後方向と幅方向の加速度により作成した加速度ヒステリシス曲線の一例を示す図である。本発明の実施例において、自動車車体を補剛する補剛部品とその装着位置を説明する図である。実施例において、自動車車体の車体幅方向、車体上下方向及び車体前後方向の３軸方向の加速度から算出した合成加速度の時間応答曲線である（（ａ）補剛部品なし、（ｂ）補剛部品Ａを装着、（ｃ）補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂを装着）。実施例において、自動車車体の車体幅方向及び車体前後方向の２軸方向の加速度から算出した合成加速度の時間応答曲線である（（ａ）補剛部品なし、（ｂ）補剛部品Ａを装着、（ｃ）補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂを装着）。実施例において、自動車車体の車体前後方向と車体幅方向の加速度により作成した加速度ヒステリシス曲線である（（ａ）補剛部品なし、（ｂ）補剛部品Ａを装着、（ｃ）補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂを装着）。

本発明の実施の形態１及び２に係る自動車車体の特性試験方法は、図２に示すような自動車車体２１を試験対象として特性試験装置１を用いて行うものである。そこで、試験対象とする自動車車体２１及び特性試験装置１について説明した後に、実施の形態１及び２に係る自動車車体の特性試験方法を説明する。

＜自動車車体＞
本発明で試験対象とする自動車車体２１（図２〜図４参照）は、シャシー、足回り部品、駆動系部品、内装部品などを含まない、いわゆるホワイトボディー（ボディーイン・ホワイト）が対象であり、サイドシル部やルーフヘッダー部、ルーフレール部などの車体骨格部品や、車体フロア部やサスペンションを締結するサスペンションマウント部、バンパーリンフォースなどを有する。

＜特性試験装置＞
特性試験装置１は、図２に示すように、自動車車体２１を固定できるスライド機構付きテーブル３と、スライド機構付きテーブル３を所定の加速度パターンで水平１軸方向に加振及び制動させるように制御できる振動装置５と、を備えてなるものである。

スライド機構付きテーブル３は、自動車車体２１を固定して水平１軸方向に直線運動するものであり、例えば図２に示すように、自動車車体２１を固定する振動テーブル７と、自動車車体２１の直線運動を可能とするリニアガイド９からなるものを用いることができる。

自動車車体２１は、車体フロア部やサスペンションマウント部など、実車両での走行時において力の入力点となりうる部位でスライド機構付きテーブル３と固定するものとし、本実施の形態１及び２では、自動車車体２１の車体幅方向（図２及び図３）に直線運動させて加振するように固定する。さらに、自動車車体２１には後述するように、加振した自動車車体２１を加振及び制動するときの加速度を測定する加速度計２３が設置されている。

スライド機構付きテーブル３は、自動車車体２１を固定する治具を振動テーブル７に備えているものとする。そして、自動車車体２１を固定する部位は、自動車車体２１の車体特性を評価する内容や目的に応じて、車体フロア部やサスペンションマウント部などを中心に適宜選択してもよい。

振動装置５は、自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３を所定の加速度パターンで水平１軸方向に加振及び制動させることにより自動車車体２１に荷重を生じさせて弾性変形させるものであり、可動部１１を介してスライド機構付きテーブル３と連結されている。

振動装置５としては、図５に示す動電式振動装置１３を用いるとよい。
動電式振動装置１３は、励磁コイルにより発生した磁界中においてドライブコイルに所定の電流を流して発生する力により、該ドライブコイルを図５に示す動作方向に駆動するものである。
図２に示す振動装置５として動電式振動装置１３を用いた場合、ドライブコイルを有する可動部１１をスライド機構付きテーブル３と連結することで、動電式振動装置１３の駆動に伴ってスライド機構付きテーブル３を振動させることができる。

動電式振動装置１３は、目標とする加速度パターンで駆動させるために動電式振動装置１３を駆動させる制御装置を備えている。当該制御装置としては、例えば、自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３を周波数スイープやホワイトノイズなど複数周波数の加振を行って応答挙動を事前に測定し、スライド機構付きテーブル３を所定の加速度パターン又は変位パターンで加振及び制動させるために動電式振動装置１３に投入する投入電力パターンを生成する機能を有するものを用いるとよい。

加速度計２３は、自動車車体２１を加振及び制動するときの加速度を測定するものであり、自動車車体２１の加振及び制動により作用する慣性力による自動車車体２１の弾性変形挙動を取得することができる。加速度計２３は、自動車車体２１のルーフヘッダー部やサイドシル部など車体骨格となる部位に設置すればよい。なお、図３及び図４では、Ａ０〜Ａ５の位置に加速度計２３が設置されており、Ａ０はスライド機構付きテーブル３を加振及び制動したときの振動テーブル７の加速度を、Ａ１〜Ａ５は自動車車体２１の各位置における加速度を測定するものである。

本発明において、加速度計２３は直交する２軸方向又は３軸方向の加速度を同時に測定することができるものとし、例えば、２軸加速度センサー又は３軸加速度センサーを使用することができる。
このような２軸加速度センサー又は３軸加速度センサーとしては、ＤＣ成分検出タイプとその他のタイプ（例えばＡＣ成分検出タイプ）のものが市販されているが、本発明は、直交する２軸方向又は３軸方向の加速度を同時に測定できるものであれば、加速度センサーのタイプについては特に限定はない。

また、自動車車体を加振及び制動するときの直交する２軸方向の加速度を取得する場合には、加速度計２３により測定する２軸方向を自動車車体２１の前後方向、幅方向、上下方向のいずれか２軸方向と一致するように加速度計２３の設置方向及び姿勢を調整して自動車車体２１に設置すればよい。さらに、直交する３軸方向の加速度を取得する場合には、加速度計２３により測定する３軸方向を自動車車体２１の前後方向、幅方向及び上下方向と一致するように加速度計２３の設置方向及び姿勢を調整して設置すればよい。

もっとも、本発明は、加速度計２３により加速度を計測する２軸方向又は３軸方向と自動車車体２１の車体前後方向、幅方向及び上下方向の各方向とが一致していることを要するものではなく、加速度計２３により測定した３軸方向の加速度から加速度計２３の姿勢に基づいて自動車車体の各方向の加速度を算出してもよい。また、加速度計２３の姿勢に関しては、例えばＤＣ成分検出タイプの３軸加速度センサーを用いた場合には、静止時には重力加速度の各軸方向の加速度成分が測定されることから、静止時に測定される各軸方向の加速度から加速度計２３の姿勢を求めてもよい。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る自動車車体の特性試験方法は、図２に例示する特性試験装置１を用いたものであって、図１に示すように、加振工程Ｓ１と、制動工程Ｓ３と、加速度取得工程Ｓ５と、合成加速度算出工程Ｓ７と、評価指標取得工程Ｓ９と、を備えたものである。以下、上記の各工程について特性試験装置１の動作とともに説明する。

＜加振工程＞
加振工程Ｓ１は、自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３を振動装置５を用いて一定の加速度パターンで加振させる工程であり、自動車車体２１においては、スライド機構付きテーブル３と固定される部位を介して車体幅方向に力が伝達され、自動車車体２１の車体幅方向に慣性力が作用して弾性変形を生じさせる。

加振工程Ｓ１では、振動装置５によりスライド機構付きテーブル３を一定の加速度パターンで加振させるために振動装置５に投入する投入電力パターンを生成する必要がある。以下、動電式振動装置１３によりシングルパルス波の加速度パターンでスライド機構付きテーブル３を加振させる場合を例として、振動装置５に投入する投入電力パターンを生成する手順を説明する（図６）。

まず、自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３の伝達関数（周波数毎の応答関数）を測定し（Ｓ２１）、測定した伝達関数に基づいて、所定の加速度パターンで動電式振動装置１３を駆動させるための制御定数を決定する（Ｓ２３）。

次に、決定した制御定数を用い、加速度パターンで駆動させるために動電式振動装置１３を駆動制御する制御プログラムを生成する（Ｓ２５）。
上記のように生成された制御プログラムで動電式振動装置１３を駆動することにより（Ｓ２７）、シングルパルス波となる一定の加速度パターンでスライド機構付きテーブル３を加振させることができる。

図７に、上記の手順でシングルパルス波となる加速度パターンを生成した制御プログラムで動電式振動装置１３を駆動したときのスライド機構付きテーブル３の加速度の測定結果の一例を示す。図７に示す加速度は、振動テーブル７に設置された加速度計２３（図４のＡ０）により測定したものであり、スライド機構付きテーブル３は、予備加速された後、時間2.5sにおいて最大加速度となるハーフサイン形状のシングルパルスの加速度が付与されていることがわかる。

＜制動工程＞
制動工程Ｓ３は、加振工程Ｓ１の後、加振したスライド機構付きテーブル３を制動する工程である。
動電式振動装置１３を用いてスライド機構付きテーブル３を制動させる場合、制動工程Ｓ３は、スライド機構付きテーブル３の振動と逆位相で動電式振動装置１３を駆動し、スライド機構付きテーブル３を制動する。

なお、スライド機構付きテーブル３を制動する過程においては、自動車車体２１はスライド機構付きテーブル３に対する重量比率が大きく、その重心位置が高くてモーメントアームが長い場合、加振工程Ｓ１で生じた自動車車体２１の弾性変形の復元による振動の影響でスライド機構付きテーブル３に制御外の振動が発生し、スライド機構付きテーブル３の振動パターンに乱れが生じることが懸念される。このような場合、制動工程Ｓ３においては、スライド機構付きテーブル３を制動させるとともに制御外の振動を抑制して十分に収束させるように動電式振動装置１３を制御して駆動させればよい。

＜加速度取得工程＞
加速度取得工程Ｓ５は、加振工程Ｓ１及び制動工程Ｓ３における自動車車体２１の前記２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する工程であり、本実施の形態１では、取得する加速度の方向の一例として、自動車車体２１の車体前後方向、車体幅方向及び車体上下方向のうちのいずれか２軸方向又は３軸方向の加速度の時間応答を取得する。

加速度計として２軸方向又は３軸方向の加速度を測定する加速度計２３を用いる場合、加速度計２３の２軸方向又は３軸方向を車体幅方向、車体上下方向及び車体前後方向のうちの２軸方向又は３軸方向と一致するように、加速度計２３を自動車車体２１に姿勢を調整して設置してもよい。若しくは、加速度計２３の向き（姿勢）に基づいて、加速度計２３が測定した２軸方向又は３軸方向の加速度から車体幅方向、車体上下方向及び車体前後方向の加速度を算出してもよい。

図８に、加速度取得工程Ｓ５において取得した自動車車体２１の車体幅方向、車体上下方向及び車体前後方向の加速度の一例を示す。図８は、図２に示す特性試験装置１を用いて、作用時間50msのハーフサイン形状のシングルパルスを時間6.4秒に自動車車体２１の車体幅方向に作用させて加振及び制動し、自動車車体２１のリアヘッダー部（ルーフエンド）に設置した加速度計２３（図３中のＡ５）の３軸方向を車体幅方向、車体上下方向及び車体前後方向と一致させて各方向の加速度を測定したものであり、（ａ）は車体幅方向の加速度Ｇ_Ｗ、（ｂ）は車体上下方向の加速度Ｇ_Ｈ、（ｃ）は車体前後方向の加速度Ｇ_Ｌである。なお、図８（ａ）〜（ｃ）の縦軸のスケールは同じである。

車体幅方向の加速度Ｇ_Ｗ、車体上下方向の加速度Ｇ_Ｈ及び車体前後方向の加速度Ｇ_Ｌの時間応答曲線はいずれも、時間6.4sに加振を開始した後にピーク振幅を示し、振動減衰をしている。ただし、車体幅方向の加速度Ｇ_Ｗの時間応答曲線は、図８（ａ）に示すように、時間6.5s付近でピーク振幅を示した後、減衰が段階的に変化しながら0.4s程度で急激に減衰している。これに対して、車体上下方向の加速度Ｇ_Ｈ及び車体前後方向の加速度Ｇ_Ｌは、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、車体幅方向の加速度Ｇ_Ｗに比べるとピーク振幅は小さく、また、ピーク振幅を示す時間に遅れが見られ、ピーク振幅を示した後に緩やかに減衰している。

＜合成加速度算出工程＞
合成加速度算出工程Ｓ７は、加速度取得工程Ｓ５において取得した２軸方向又は３軸方向の加速度の合成加速度を算出する工程である。

例えば、加速度取得工程Ｓ５において、自動車車体２１の車体幅方向、車体上下方向及び車体前後方向の３軸方向の加速度を取得した場合は、以下の式（１）を用いて合成加速度を算出することができる。

また、車体幅方向、車体上下方向及び車体前後方向のうちのいずれか２軸方向の加速度を取得した場合には、取得した軸方向の加速度を式（１）に代入し、取得していない軸方向の加速度を0にすることで２軸方向の合成加速度を算出することができる。

なお、３軸方向の合成加速度を算出する場合には、加速度計２３の設置方向及び姿勢にかかわらず、加速度計により測定した３軸方向の加速度をそのまま用いて合成加速度を算出することができる。
ただし、加速度計２３としてＤＣ成分検出タイプの３軸加速度センサーを用いた場合には、測定される各軸方向の加速度に重力加速度成分が含まれるため、この場合においては、以下の式（２）により３軸方向の合成加速度を算出すればよい。

式（２）における各方向の重力加速度成分には、静止時に測定した各軸方向の加速度を与えることができる。なお、３軸加速度センサーの各軸方向を、車体の前後方向、幅方向及び上下方向のそれぞれと一致するように前記加速度センサーを配置した場合、上下方向の加速度成分として重力加速度が測定され、車体幅方向及び車体前後方向の加速度成分Ｇ_Ｗ ^０、Ｇ_Ｌ ^０の測定値はいずれも0となる。

また、加速度計２３としてＡＣ成分検出タイプの３軸加速度センサーを用いた場合には、重力加速度成分は含まれないので、上記の式（２）を用いて合成加速度を算出することができる。

図９に、ＤＣ成分検出タイプの３軸加速度センサーを用いて測定した３軸方向の加速度を式（２）に代入して算出した合成加速度の時間応答曲線の一例を示す。
図９より、時間6.4sにおいて加振することで合成加速度は急激に上昇してピーク振幅を示し、一旦、急激に振動が減衰した後に、なだらかに振動が減衰する挙動を示している。

図１０に、加速度計２３としてＤＣ成分検出タイプの加速度センサーを用いて測定した２軸方向の加速度から算出した合成加速度の時間応答曲線の一例を示す。図１０は、加速度計の２軸方向を自動車車体の車体幅方向と車体前後方向としたときの合成加速度であり、車体上下方向の加速度と重力加速度成分の差を0（Ｇ_Ｈ−Ｇ_Ｈ ^０＝0）として式（２）により算出したものである。

２軸方向の合成加速度は、図９に示す３軸方向の合成加速度と同様、加振開始とともに急激に上昇してピーク振幅を示し、一旦、急激に振動が減衰した後に、なだらかに振動が減衰する挙動を示している。

＜評価指標取得工程＞
評価指標取得工程Ｓ９は、合成加速度算出工程Ｓ７で算出した合成加速度の時間応答曲線に基づいて自動車車体２１の車体特性の評価指標を取得する工程である。

評価指標取得工程Ｓ９において取得する車体特性の評価指標としては、合成加速度の時間応答曲線のピーク値とすることができる。合成加速度のピーク値は、例えば、パルス状の加速度を付与して加振を開始した時点から前記合成加速度の振動減衰挙動が収束するまでの区間におけるピーク値を取得すればよい。なお、合成加速度の時間応答曲線のピーク値を車体特性の評価指標とすることについては、後述する実施例にて実証している。

さらに、車体特性の評価指標としては、合成加速度の時間応答曲線を時間積分した積分値とすることができる。この場合、合成加速度の時間積分は、例えば、パルス状の加速度を付与して加振を開始した時点から前記合成加速度の振動減衰挙動が収束するまでの区間とすることができる。このようにして取得した合成加速度の時間応答曲線の時間積分値は、自動車車体２１の振動量とみなすことができ、該振動量に基づいて自動車車体２１の動的な剛性を評価することができる。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る自動車車体の特性試験方法は、前述の実施の形態１と同様に図２に例示する特性試験装置１を用いたものであって、図１１に示すように、加振工程Ｓ１と、制動工程Ｓ３と、加速度取得工程Ｓ１１と、加速度ヒステリシス曲線作成工程Ｓ１３と、評価指標取得工程Ｓ１５と、を備えたものである。本実施の形態２における加振工程Ｓ１と制動工程Ｓ３は、前述の実施の形態１と同様であるので、以下、加速度取得工程Ｓ１１、加速度ヒステリシス曲線作成工程Ｓ１３及び評価指標取得工程Ｓ１５について説明する。

＜加速度取得工程＞
加速度取得工程Ｓ１１は、加振工程Ｓ１及び制動工程Ｓ３における自動車車体２１の前後方向、幅方向及び上下方向のうちの２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する工程である。前述の実施の形態１における加速度取得工程Ｓ５と同様に、本実施の形態２では、自動車車体２１の車体前後方向、車体幅方向及び車体上下方向のうちのいずれか２軸方向又は３軸方向の加速度の時間応答を取得する。

自動車車体２１における前記２軸方向又は３軸方向の加速度を取得するため、例えば、加速度計２３として３軸加速度センサーを用いた場合、加速度を測定する３軸方向が自動車車体２１の前後方向、幅方向及び上下方向と一致するように加速度計２３の姿勢を調整して自動車車体２１に設置すればよい。

もっとも、前述の実施の形態１と同様、加速度計２３の姿勢が静止時における各軸方向の加速度成分（重力加速度成分）から求められるのであれば、加速度計２３の姿勢に基づいて、加速度の測定値から前記３軸方向の加速度を算出してもよい。

さらに、車体前後方向、車体幅方向及び車体上下方向のうちのいずれか２軸方向の加速度を取得する場合は、加速度計２３により測定した３軸方向の加速度から算出した加速度のうちの２軸方向の加速度を取得してもよい。あるいは、加速度計２３の２軸方向が自動車車体２１の前記方向と一致するように、あるいは、加速度計２３の３軸方向のうちの２軸方向が前記方向と一致するように加速度計２３を設置し、加速度計２３により前記方向の加速度を直接測定してもよい。

＜加速度ヒステリシス曲線作成工程＞
加速度ヒステリシス曲線作成工程Ｓ１３は、自動車車体２１の各方向の加速度を軸とする座標上にヒステリシス曲線を作成するものである。

以下、自動車車体２１を加振及び制動したときの車体幅方向と車体前後方向の２軸方向の加速度を取得し、各方向の加速度を軸とする座標平面上に加速度ヒステリシス曲線を作成した一例を図１２に示す。

図１２の横軸は、車体前後方向の加速度Ｇ_Ｌ、縦軸は車体幅方向の加速度Ｇ_Ｗである。また、図１２中の数字は、加振開始からの加速度ヒステリシス曲線の応答順を示している。なお、図１２においては、縦軸に比べて横軸のスケールを拡大して示している。

加振開始とともに、車体幅方向の加速度Ｇ_Ｗの振幅が増加して、該車体幅方向の加振により車体前後方向の振動が誘起され、加速度ヒステリシス曲線は図１２に示すように、１→２→…→８と変化する。そして、自動車車体の制動においては、車体幅方向の加速度の振幅は減衰するのに対し、車体前後方向の加速度の振動は継続するため、加速度のヒステリシス曲線は、車体幅方向の振動から車体前後方向の振動への遷移を示している（９→１０→…→１５）。その後、車体前後方向の振動も減衰して収束している。

なお、図１２は、２軸方向の加速度を座標軸とする座標平面上に示したものであるが、加速度ヒステリシス曲線作成工程Ｓ１３は、３軸方向の加速度を座標軸とする座標空間上に加速度ヒステリシス曲線を作成してもよい。

＜評価指標取得工程＞
評価指標取得工程Ｓ１５は、加速度ヒステリシス曲線作成工程Ｓ１３において作成した加速度ヒステリシス曲線の形状に基づいて自動車車体２１の車体特性の評価指標を取得する工程である。

自動車車体２１の車体特性によって加振したときの加速度の振動減衰挙動が変化すると、車体特性の違いが加速度ヒステリシス曲線の形状に違いを生じさせる。そのため、加速度ヒステリシス曲線の形状に基づいて車体特性の評価指標を取得することができる。

加速度ヒステリシス曲線の形状に基づいて取得する車体特性の評価指標としては、加速度ヒステリシス曲線の大きさ（各座標軸方向における最大値と最小値の差など）とすることができる。加速度ヒステリス曲線の大きさを車体特性の評価指標とすることについては、後述する実施例にて実証している。

さらに、加速度ヒステリス曲線の形状に基づいて取得する車体特性の評価指標としては、加速度ヒステリシス曲線の面積とすることができる。この場合、加速度ヒステリス曲線の面積は、例えば、パルス状の加速度を付与して加振を開始した時点から制動を終了するまでの範囲とすることができる。

加速度ヒステリシス曲線の描く図形の面積は、指定した時間範囲の振動の総量を表し、車体の振動し易さ、あるいは、減衰（収束）し易さの評価指標となりうる。
また、各時間における加振方向成分と直交方向成分の比率は、瞬時の振動方向を示しており、この曲線は振動方向の時間応答を表すことになる。従って、加速度ヒステリシス曲線の相違は、車体振動特性の相違を表していることとなる。

＜車両走行試験との関係＞
本実施の形態１及び２に係る自動車車体の特性試験方法により、操縦安定性や乗り心地などの官能評価と相関のある車体特性に関する物理的な評価指標を取得することができる理由を以下に説明する。

ダブルレーンチェンジなど所定の走行経路を逸脱することなく通過可能か否かで車両特性の評価を実施する官能評価試験においては、ドライバーのステアリング操作は自動車車体の車体特性を含む車両挙動により大きく変化し、官能評価としての操縦安定性の判定値も変化する。特に、限界値近傍条件での走行時においては、自動車車体に作用する慣性力や時間応答遅れにより所定経路からの逸脱を誘起する車体幅方向応力が発生し、車両挙動の乱れを生じやすい。ドライバーは、この車両挙動の乱れを知覚し、追加のステアリング操作（修正操舵）によりコース逸脱を回避しようとする。そのため、同一試験条件では、修正操舵が少ない車両ほど操縦安定性は良好と判断できる。

本実施の形態に係る自動車車体の特性試験方法において、自動車車体２１を固定して加振させるスライド機構付きテーブル３は、車両の走行時に運動方向や速度の変化を自動車車体に伝えるシャシーを模擬するものと考えることができる。そして、車両が決められた経路を走行する時、ドライバーの制御（操舵）でタイヤを含むシャシーが走行経路をたどり、シャシーから自動車車体に伝達する入力はほぼ同一と想定される。そのため、同一の入力を受けた自動車車体の動的な応答挙動の相違が自動車車体の動的な車体特性に関する評価指標となり得る。

したがって、本実施の形態に係る自動車車体の特性試験方法は、自動車車体を加振及び制動したときの２軸方向又は３軸方向の加速度の時間応答を取得することで、車体の加速度を取得する特定の方向に依拠せずに自動車車体の重心を作用点とした慣性力により発生する車体変形の振動挙動を得ることができ、車両の操縦安定性に係る自動車車体の動的な車体特性として精度の高い評価指標を得ることができる。

なお、上記の説明において、自動車車体は車体幅方向に加振及び制動するものであったが、本発明は、自動車車体を車体前後方向に加振するものであってもよい。

また、上記の説明は、自動車車体を加振及び制動する振動装置として動電式振動装置を用いたものであったが、振動装置としては、所定の加速度パターンでスライド機構付きテーブルを加振及び制動できるものであれば動電式振動装置に限るものではなく、シングルパルスの様な衝撃的な駆動出力を発生させることができるものであれば、油圧式やモーター式などの駆動方式を備えた振動装置を用いることができる。そして、油圧式やモーター式など駆動方式の異なる振動装置は、振動周波数、加振力、ストロークなどの諸元が試験条件を満足しているものであれば特別な制限はない。さらに、振動装置を駆動するための投入電力（駆動電力）や油圧などの駆動入力パターンの実績データを出力可能な機能を有していることが好ましい。

さらに、本発明に係る自動車車体の特性試験方法に用いる特性試験装置は、所定の加速度パルスで加振するために振動装置を駆動させる駆動入力パターンを作成する装置と、スライド機構付きテーブルの動きを検出する加速度計及び変位計を具備していることが好ましい。

本発明に係る自動車車体の特性試験方法の作用効果について確認するための実験を行ったので、以下、これについて説明する。
実験では、図２に示す特性試験装置１を用い、振動装置５として動電式振動装置１３（図５）により自動車車体２１の車体幅方向に加振及び制動させたときの自動車車体２１における２軸方向又は３軸方向の加速度を取得し、該取得した２軸方向又は３軸方向の加速度に基づいて車体特性の評価指標を求めた。

実験に供した自動車車体２１は、市販小型車のホワイトボディー（ドア類・フード・フェンダーなし、バンパーリンフォース・フロントガラス装着、合計重量210kg）とし、動電式振動装置１３と接続したスライド機構付きテーブル３に固定した。なお、振動テーブル７及び固定治具を含む可動部の合計重要は280kgであった。そして、自動車車体２１は、加振方向である車体幅方向と一致するように振動テーブル７に固定した。

自動車車体２１の加振及び制動における加速度は、図３及び図４に示すように自動車車体２１におけるＡ１〜Ａ５の各位置に加速度計２３を設置し、加速度の時間応答を測定した。本実施例では、加速度計２３として、周波数感度DC〜100Hz、最大加速度40m/s²の３軸方向同時計測のＤＣ成分検出タイプの加速度センサーを用いた。

自動車車体２１を固定したスライド機構付きテーブル３は、目標とする加速度パターンとなるように動電式振動装置１３を駆動する制御プログラムを生成し、該制御プログラムで動電式振動装置１３を駆動して、スライド機構付きテーブル３を加振及び制動した。本実施例において目標とする加速度パターンは、最大加速度6.0m/s²、作用時間50msのハーフサイン形状のシングルパルス波とした。

さらに、本実施例では、ボルトオンタイプの補剛部品を装着することにより自動車車体２１の車体特性を変更した場合についても、自動車車体２１を加振及び制動させたときの加速度を取得し、該取得した加速度に基づいて車体特性の評価指標を求めた。ここで、自動車車体２１に装着する補剛部品は、図１３に示す２種類の補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂとし、補剛部品Ａのみを装着した場合と、補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂの両者を装着した場合のそれぞれについて試験を行った。

なお、本実施例で用いる補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂは、自動車車体２１に装着することにより剛性向上の効果が得られているものである。また、補剛部品の脱着など自動車車体２１の車体特性を変更した場合においても、補剛部品を装着していない自動車車体２１を用いて生成した制御プログラムを変更することなしに動電式振動装置１３を適用した。

本実施例では、加速度計２３として用いた３軸加速度センサーにより測定する３軸方向の加速度を、車体幅方向、車体上下方向及び車体前後方向の各方向の加速度として取得した。そして、該取得した各方向の加速度に基づいて求める評価指標として、３軸方向の加速度又は２軸方向の加速度より算出した合成加速度のそれぞれの時間応答曲線におけるピーク値と、車体幅方向と車体前後方向の２軸方向の加速度より作成した加速度ヒステリシス曲線の大きさを取得し、補剛部品の装着と評価指標との相関について検討した。

図１４に、自動車車体のみ（補剛なし）、補剛部品Ａを装着（補剛Ａ）、補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂを装着（補剛Ａ＋Ｂ）の３ケースそれぞれについて取得した３軸方向の合成加速度の時間応答曲線を示す。図１４（ａ）〜（ｃ）は、縦軸のスケールを等しくしているので、図１４（ａ）〜（ｃ）における合成加速度の大小関係は直接比較することができる。

図１４より、３軸方向の合成加速度のピーク値は、補剛なし、補剛Ａ、補剛Ａ＋Ｂの順に低減していることがわかる。この結果は、補剛部品を装着することで自動車車体の剛性が向上し、また、補剛部品Ａと補剛部品Ｂを装着することにより自動車車体の剛性がさらに向上することから、本実施例において車体特性の評価指標として求めた合成加速度のピーク値により、自動車車体の剛性の違いを評価できることを示している。

図１５に、自動車車体のみ（補剛なし）、補剛部品Ａを装着（補剛Ａ）、補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂを装着（補剛Ａ＋Ｂ）の３ケースそれぞれについて取得した２軸方向の合成加速度の時間応答曲線を示す。図１５（ａ）〜（ｃ）は、縦軸のスケールを等しくしているので、図１５（ａ）〜（ｃ）における合成加速度の大小関係は直接比較することができる。
図１５より、２軸方向の合成加速度のピーク値は補剛なし、補剛Ａ、補剛Ａ＋Ｂの順に低減していることから、車体特性の評価指標として求めた２軸方向の合成加速度についても、そのピーク値により自動車車体の剛性の違いを評価できることを示している。

図１６に、自動車車体のみ（補剛なし）、補剛部品Ａを装着（補剛Ａ）、補剛部品Ａ及び補剛部品Ｂを装着（補剛Ａ＋Ｂ）の３ケースそれぞれについて作成した加速度のヒステリシス曲線を示す。図１６（ａ）〜（ｃ）は、横軸および縦軸のスケールをそれぞれ等しくしているので、図１６（ａ）〜（ｃ）のヒステリシス曲線の大きさを直接比較することができる。

図１６より、加速度のヒステリシス曲線の推移は、補剛なし、補剛Ａ、補剛Ａ＋Ｂのいずれにおいても同様の傾向を示しているが、ヒステリシス曲線の大きさは、補剛なし、補剛Ａ、補剛Ａ＋Ｂの順に縮小していることがわかる。この結果は、前述の図１４及び図１５に示した合成加速度のピーク値と同様に、補剛部品を装着することで自動車車体の剛性が向上し、また、補剛部品Ａと補剛部品Ｂを装着することにより自動車車体の剛性がさらに向上することから、本実施例において車体特性の評価指標として求めた合成加速度のピーク値により、自動車車体の剛性の違いを評価できることを示している。

以上より、２軸方向又は３軸方向の加速度の合成加速度の時間応答曲線から求めたピーク値と、２軸方向の加速度のヒステリシス曲線の大きさにより、自動車車体の特性を評価する評価指標を取得できることが実証された。

１特性試験装置
３スライド機構付きテーブル
５振動装置
７振動テーブル
９リニアガイド
１１可動部
１３動電式振動装置
２１自動車車体
２３加速度計

Claims

自動車車体を固定できるスライド機構付きテーブルと、該スライド機構付きテーブルを水平１軸方向に加振し加速させてその後に制動する振動装置と、を用いた自動車車体の特性試験方法であって、
直交する２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度計を設置した自動車車体を前記スライド機構付きテーブルに固定し、該スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで水平１軸方向に加振する加振工程と、
該加振した前記スライド機構付きテーブルを制動する制動工程と、
前記加振工程及び制動工程における前記自動車車体の前記２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度取得工程と、
該取得した２軸方向又は３軸方向の加速度の合成加速度を算出する合成加速度算出工程と、
該算出した合成加速度の時間応答曲線に基づいて前記自動車車体の車体特性の評価指標を取得する評価指標取得工程と、を備えたことを特徴とする自動車車体の特性試験方法。
前記評価指標取得工程は、前記算出した合成加速度の時間応答曲線を時間積分した積分値を評価指標とすることを特徴とする請求項１記載の自動車車体の特性試験方法。
前記評価指標取得工程は、前記算出した合成加速度の時間応答曲線におけるピーク値を評価指標とすることを特徴とする請求項１記載の自動車車体の特性試験方法。
前記加速度取得工程において取得する前記２軸方向の加速度は、前記自動車車体の前後方向、幅方向及び上下方向のうちの２軸方向の加速度とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自動車車体の特性試験方法。
自動車車体を固定できるスライド機構付きテーブルと、該スライド機構付きテーブルを水平１軸方向に加振し加速させてその後に制動する振動装置と、を用いた自動車車体の特性試験方法であって、
前記自動車車体の前後方向、幅方向及び上下方向のうちの２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度計を設置した自動車車体を前記スライド機構付きテーブルに固定し、該スライド機構付きテーブルを所定の加速度パターンで水平１軸方向に加振する加振工程と、
該加振した前記スライド機構付きテーブルを制動する制動工程と、
前記加振工程及び制動工程における前記自動車車体の前後方向、幅方向及び上下方向のうちの２軸方向又は３軸方向の加速度を取得する加速度取得工程と、
該２軸方向又は３軸方向の加速度を座標軸とする座標上に、前記取得した加速度のヒステリシス曲線を作成する加速度ヒステリシス曲線作成工程と、
該作成したヒステリシス曲線の形状に基づいて前記自動車車体の車体特性の評価指標を取得することを特徴とする自動車車体の特性試験方法。