JP2012141244A - タイヤのねじり共振周波数の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な加振台などを用いる必要がなく、機動性に優れ、簡便でありながら、明確にねじり共振周波数を測定することができる技術を提供する。
【解決手段】振り子式のハンマーを用いて、載置台に立設されたタイヤのトレッド部を斜め下方から車軸方向に向けて加振し、加振力に関する情報と加振によりタイヤに生じた情報とに基づいて伝達関数を求め、伝達関数のピークよりねじり共振周波数を求めるねじり共振周波数の測定方法。載置台に立設されたタイヤのトレッド部を斜め下方から車軸方向に向けて加振する振り子式のハンマーと、加振力に関する情報と加振によりタイヤに生じた情報とを取得する情報取得手段と、取得された情報に基づいて伝達関数を作成する伝達関数作成手段と、作成された伝達関数のピークよりねじり共振周波数を決定するねじり共振周波数決定手段とを備えているタイヤのねじり共振周波数の測定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、振り子式のハンマーを用いてタイヤのねじり共振周波数を測定する方法に関する。

従来より、タイヤの動的特性を測定する方法として、タイヤに打撃を加えて各特性に対応した固有値を測定することが行われている（例えば、特許文献１〜５）。

このような固有値の１つとしてねじり共振周波数があり、例えば、タイヤは、３０〜５０Ｈｚの周波数帯域にねじり共振周波数を有しており、走行時、図７に示すようなねじり共振モードを示す。図７は、走行時のタイヤに作用する力を示す図であり、１０はタイヤ、１１はタイヤ１０の外周部であるトレッド部、１２はタイヤ１０の内周部であるホイール部、１５は車軸部である。図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、走行時、トレッド部１１とホイール部１２に逆方向の力が作用することにより、それぞれにねじりが発生し、（ａ）、（ｂ）が互いに繰り返されて、ねじり共振モードを示す。

前記の周波数帯域は、一般的な車両のステアリング系の共振周波数に近い場合には、車両走行時において、４０Ｈｚ帯域でのこもり音の原因となる。そして、このこもり音は、タイヤ１０のねじり共振周波数とステアリング系の共振周波数が近いほど悪化するため、こもり音の改善のためには、タイヤ１０のねじり共振周波数とステアリング系の共振周波数の双方を、できるだけ離す必要がある。

このため、タイヤ１０のねじり共振周波数を、予め、測定して、把握しておく必要がある。

タイヤ１０のねじり共振周波数を簡単に測定する方法として、従来より、図８の（ａ）や（ｂ）に示すようなインパクトハンマー法が採用されている。

図８（ａ）の場合には、載置台９０上に載置されたタイヤ１０の真横から車軸部１５に向けて、インパクトハンマー２０を用いて所定の力で加振する。そして、車軸部１５やトレッド部１１の上方などの所定の箇所に配置された力センサーや加速度ピックアップなどを用いて、その箇所に出力された力や加速度を測定し、周波数分析器により、各周波数における伝達関数を求める。ピークを示した周波数が、ねじり共振周波数となる。

また、図８（ｂ）の場合は、タイヤ１０の真横からの加振に替えて、トレッド部１１の上部に配置された加振用のブロック２１を加振する点が異なるのみで、測定方法としては、前記と同様である。

特開平６−１１８０７０号公報 特開平６−２７３２９９号公報 特開２００５−１５６２８８号公報 特開２００３−１０６９６８号公報 特開２００８−５８０８２号公報

しかしながら、上記の方法は簡単ではあるが、ねじり共振モードとなるように加振することが難しく、明確なねじり共振のピークを得ることができないという問題があった。また、トレッド部の上部に加振用のブロックを配置した図８（ｂ）の場合には、ブロックが外れないように加振する必要があるため、加振力に上限があり、効果的に励起させることが難しいという問題もあった。

そこで、ねじり共振モードの測定において、加振台を用いて前後方向に加振することによる測定が、一般に行われている。具体的には、図９に示すように、タイヤ１０を加振台３０の上に載置し、周波数を変えて、加振台３０を前後方向に振動させることにより、タイヤに振動を与え、タイヤの各部に生じる軸力や加速度を測定して、各周波数における動バネ伝達関数からねじり共振周波数を求める。

しかし、このような加振台は高価であり、また、加振台は一般に据付型であるため、機動性に欠けるという問題があった。

このため、高価な加振台などを用いる必要がなく、機動性に優れ、簡便でありながら、明確にねじり共振周波数を測定することができるねじり共振周波数の測定方法が望まれていた。

請求項１に係る発明のタイヤのねじり共振周波数の測定方法は、
振り子式のハンマーを用いたタイヤのねじり共振周波数の測定方法であって、
振り子式のハンマーを用いて、載置台に立設されたタイヤのトレッド部を、斜め下方から車軸方向に向けて所定の加振力で加振し、
前記加振力に関する情報と、加振によりタイヤに生じた情報とに基づいて伝達関数を求め、
前記伝達関数のピークより、前記ねじり共振周波数を求める
ことを特徴とする。

請求項２に係る発明のタイヤのねじり共振周波数の測定方法は、
前記加振によりタイヤに生じた情報が、タイヤの車軸部に生じた軸前後力、トレッド上部に生じた前後加速度、およびホイール上部に生じた前後加速度の少なくとも１つの情報であることを特徴とする。

請求項３に係る発明のタイヤのねじり共振周波数の測定装置は、
載置台に立設されたタイヤのトレッド部を、斜め下方から車軸方向に向けて、所定の加振力で加振する振り子式のハンマーと、
前記加振力に関する情報と、加振によりタイヤに生じた情報とを取得する情報取得手段と、
取得された前記加振力に関する情報と、前記加振によりタイヤに生じた情報とに基づいて、伝達関数を作成する伝達関数作成手段と、
作成された前記伝達関数のピークより、ねじり共振周波数を決定するねじり共振周波数決定手段と
を備えていることを特徴とする。

請求項４に係る発明のタイヤのねじり共振周波数の測定装置は、
前記加振によりタイヤに生じた情報が、タイヤの車軸部に生じた軸前後力、トレッド上部に生じた前後加速度、およびホイール上部に生じた前後加速度の少なくとも１つの情報であることを特徴とする。

請求項５に係る発明のタイヤのねじり共振周波数の測定装置は、
前記振り子式のハンマーが、振り子の長さ３００〜６００ｍｍ、錘の質量１．０〜２．０ｋｇのハンマーであることを特徴とする。

請求項６に係る発明のタイヤのねじり共振周波数の測定装置は、
前記振り子式のハンマーの回転開始位置に、前記振り子式のハンマーを保持するロック機構が備えられていることを特徴とする。

請求項７に係る発明のタイヤのねじり共振周波数の測定装置は、
前記振り子式のハンマーの加振後の跳ね返りを係止するワンウェイロック機構が備えられていることを特徴とする。

本発明によれば、振り子式のハンマーを用いて所定の力で加振することにより、確実に、ねじり共振モードとなるように加振することが可能となるため、従来のインパクトハンマー法では得ることが難しかったねじり共振ピークを、簡便、明確に得ることができる。また、高価な加振台などを用いる必要がないため、機動性に優れている。そして、本発明を用いた場合、車体のフェンダーなどを外すことにより、実車における計測も可能となる。

本発明の実施の形態におけるタイヤの固有値の測定方法を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるねじり共振周波数の測定結果の一例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるねじり共振周波数の測定結果の他の一例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるねじり共振周波数の測定結果の他の一例を示す図である。 従来のインパクトハンマー法を用いたねじり共振周波数の測定結果の一例を示す図である。 加振台を用いたねじり共振周波数の測定結果の一例を示す図である。 走行時のタイヤに作用する力を示す図である。 従来のインパクトハンマー法におけるタイヤの加振を説明する図である。 加振台を用いたタイヤの加振を説明する図である。

以下、本発明を、以下に示す実施の形態に基づいて、詳しく説明する。

１．振り子式のハンマー
最初に、本実施の形態において用いられる振り子式のハンマーにつき説明する。図１は、本実施の形態におけるタイヤの固有値（ねじり共振周波数）の測定方法を説明する図である。図１において、５０は振り子の錘、５１は振り子の腕、５２は振り子の回転軸、５５は振り子の台、５６は振り子の腕５１を水平に保持するロック機構、５７はタイヤを加振して跳ね返ってきた振り子の腕５１を係止するワンウェイロック機構である。

図１に示すように、振り子式のハンマーは、振り子の錘５０と振り子の腕５１、振り子の回転軸５２から構成され、振り子の台５５に取り付けられている。そして、ハンマーには、力センサーや加速度ピックアップが取り付けられている。

この振り子式のハンマーは、測定開始前は、振り子の腕５１がロック機構５６によりロックされて、例えば、水平方向に保持されている。そして、測定開始時には、前記のロックが解除されて、回転を開始し、タイヤ１０のトレッド部を斜め下方から車軸方向に向けて加振する。このように、手ではなく、振り子式のハンマーを回転させて、また斜め下方から車軸方向に向けて加振することにより、確実に、ねじり共振モードとなるように加振することができる。そして、常に、一定の位置から振り子式のハンマーを回転させて加振させることにより、加振による入力を一定に制御することができる。

タイヤ１０を加振した振り子式のハンマーは、跳ね返って上方に上がった後、再び下方に進んで、タイヤ１０を加振しようとする。しかし、本実施の形態においては、ワンウェイロック機構５７により跳ね返ってきた振り子式のハンマーを係止するようにしているため、再度の加振を防止することができ、またそのための人力が不要となり、作業性が向上する。

なお、振り子の錘５０の質量および振り子の腕５１の長さは、タイヤ１０のサイズに応じて、適宜変更することができるが、振り子の錘５０の質量が小さすぎると、加振してもタイヤ１０を充分に励起できない恐れがあり、一方、質量が大きすぎると、重く、作業しにくいため、機動性が低下する恐れがある。また、振り子の腕５１の長さが短すぎると、タイヤ１０をうまく加振できない恐れがあり、一方、長さが長すぎると、作業しにくいため、機動性が低下する恐れがあると共に、収納などが不便となる。好ましい振り子の錘５０の質量としては、１．０〜２．０ｋｇである。また、好ましい振り子の腕５１の長さとしては、３００〜６００ｍｍである。そして、このような大きさの振り子式のハンマーを用いた場合、フェンダーなどを外すことにより、実車における計測も可能となる。

２．ねじり共振周波数の測定
次に、前記振り子式のハンマーを用いたねじり共振周波数の測定方法につき説明する。なお、以下においては、測定箇所を、車軸部、トレッド部およびホイール部の上部としている。

図１に示すように、タイヤ１０は、載置台９０上に載置されており、タイヤ１０のトレッド部１１上部およびホイール部１２上部には、それぞれ、加速度ピックアップ４１、４２が配置されている。そして、車軸部には、軸力センサー４３が配置されている。そして、振り子式のハンマー、各加速度ピックアップ４１、４２および軸力センサー４３の各々には、信号線４４〜４７が接続されており、各信号線の他端は周波数分析器４０に接続されている。

振り子式のハンマーによる加振信号が入力信号として、信号線４７を経由して周波数分析器４０に送られる。一方、加振に対応して、各加速度ピックアップ４１、４２および軸力センサー４３により計測された出力信号が信号線４４〜４６を経由して周波数分析器４０に送られる。そして、周波数分析器４０において、前記の加振信号および各出力信号に基づいて、伝達関数の周波数解析が行われ、結果が周波数分析器４０のディスプレーに表示される。

伝達関数の周波数解析により計測されたピークの周波数が、ねじり共振周波数となる。

そして、本実施の形態における加振は、前記したように、確実に、ねじり共振モードとなるように行われるため、ねじり共振周波数を示すピークを明確に捉えることができる。

なお、出力信号は、上記の３つ全てでなくてもよい。また、センサーの取付け位置も、ねじり共振周波数が特定できる限り、上記の位置に限られない。

以下に、上記の実施の形態に基づく実施例を挙げ、本発明を具体的に説明する。

タイヤとしては、以下の仕様のタイヤを使用した。
タイヤサイズ：２２５／５５Ｒ１７
ホイール ：１７×７．５Ｊ
荷重 ：５ｋＮ
内圧 ：２００ｋＰａ

最初に、振り子の錘の質量（ｋｇ）と振り子の腕の長さ（ｍｍ）を、表１に示すように変化させて、それぞれの組み合わせで、加振を行い、トレッド部においてピーク周波数が明瞭に確認できるか否かの試験を行なった。

なお、測定に際して、トレッド部における加速度ピックアップとしてはＢ＆Ｋ４５０７Ｂ（Ｂ＆Ｋ社製）を、振り子の錘における加速度ピックアップとしてはＢ＆Ｋ４３６９（Ｂ＆Ｋ社製）を使用した。また、周波数分析器としては、ＰＵＬＳＥ（Ｂ＆Ｋ社製）を使用した。

試験結果を表１に示す。なお、表１において、「◎」はピークを明確に確認できたことを、「○」はピークを観測できたことを、「△」はぼやけたピークが認められたことを、そして、「×」はピークが確認できなかったことを示している。

表１の結果より、振り子の錘の質量が１．０ｋｇ以上で、かつ振り子の腕の長さが３００ｍｍ以上であれば、ピークを観測できることが分かる。しかし、備考に記載したように、振り子の錘の質量が２．５ｋｇの場合には重すぎて作業が困難となり、また、振り子の腕の長さが７００ｍｍの場合には長すぎて作業が困難となる。このため、振り子の錘の質量としては１．０〜２．０ｋｇが好ましく、また、振り子の腕の長さとしては、３００〜６００ｍｍが好ましいことが分かる。そして、上記タイヤの場合、振り子の錘の質量が１．５ｋｇで、振り子の腕の長さが４５０ｍｍの振り子式のハンマーを用いれば、最も明瞭にピークを確認できることが分かる。

上記した振り子の錘の質量が１．５ｋｇで、振り子の腕の長さが４５０ｍｍの振り子式のハンマーを用いて加振した時に得られた周波数と伝達関数との関係を表したグラフを図２〜４に示す。なお、図２はタイヤの車軸部に配置された軸力センサーにより測定された軸前後力における伝達関数であり、図３はタイヤのホイール上部に配置された加速度ピックアップにより測定されたトレッド上部の前後加速度における伝達関数であり、図４はタイヤのトレッド上部に配置された加速度ピックアップにより測定されたホイール上部の前後加速度における伝達関数である。

図２〜４のいずれの図においても、ピークを明確に確認することができ、約３５Ｈｚ付近にねじり共振周波数があることが分かる。

（比較例）
比較例として、同じタイヤを使用し、インパクトハンマー（インパルスハンマーＧＫ−３１００、小野測器社製）を用いて、トレッド部を加振する従来のインパクトハンマー法により得られた周波数と伝達関数との関係を図５に示す。図５に示すように、この場合には、ピークを確認することができない。

（参考例）
また、参考例として、同じタイヤを使用し、加振機としてＭＴＳ社製の３軸加振機を用い、振幅を±１ｍｍ（＠１Ｈｚ）に設定して、０Ｈｚから１００Ｈｚまで、２Ｈｚ／ｓで周波数を増加させるスイープ加振を行い、周波数分析器（ＰＵＬＳＥ）で、加振台の振動入力に対する軸の出力の伝達関数を算出して、図６に示す周波数と周波数応答関数との関係を得た。図６に示すように、この方法の場合、約３５Ｈｚ付近にピークが確認できる。

これは、前記した図２〜４で得られたピークと一致しており、本実施の形態における測定方法が、従来のインパクトハンマー法のように簡便な方法でありながら、高価で機動性に問題がある加振機を用いた方法と同様に、共振ピークを明確に確認できる方法であることが分かる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１０ タイヤ
１１ トレッド部
１２ ホイール部
１５ 車軸部
２０ インパクトハンマー
２１ ブロック
３０ 加振台
４０ 周波数分析器
４１、４２ 加速度ピックアップ
４３ 軸力センサー
４４、４５、４６、４７ 信号線
５０ 振り子の錘
５１ 振り子の腕
５２ 振り子の回転軸
５５ 振り子の台
５６ ロック機構
５７ ワンウェイロック機構
９０ 載置台

Claims (7)

1. 振り子式のハンマーを用いたタイヤのねじり共振周波数の測定方法であって、
   振り子式のハンマーを用いて、載置台に立設されたタイヤのトレッド部を、斜め下方から車軸方向に向けて所定の加振力で加振し、
   前記加振力に関する情報と、加振によりタイヤに生じた情報とに基づいて伝達関数を求め、
   前記伝達関数のピークより、前記ねじり共振周波数を求める
   ことを特徴とするタイヤのねじり共振周波数の測定方法。
2. 前記加振によりタイヤに生じた情報が、タイヤの車軸部に生じた軸前後力、トレッド上部に生じた前後加速度、およびホイール上部に生じた前後加速度の少なくとも１つの情報であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤのねじり共振周波数の測定方法。
3. 載置台に立設されたタイヤのトレッド部を、斜め下方から車軸方向に向けて、所定の加振力で加振する振り子式のハンマーと、
   前記加振力に関する情報と、加振によりタイヤに生じた情報とを取得する情報取得手段と、
   取得された前記加振力に関する情報と、前記加振によりタイヤに生じた情報とに基づいて、伝達関数を作成する伝達関数作成手段と、
   作成された前記伝達関数のピークより、ねじり共振周波数を決定するねじり共振周波数決定手段と
   を備えていることを特徴とするタイヤのねじり共振周波数の測定装置。
4. 前記加振によりタイヤに生じた情報が、タイヤの車軸部に生じた軸前後力、トレッド上部に生じた前後加速度、およびホイール上部に生じた前後加速度の少なくとも１つの情報であることを特徴とする請求項３に記載のタイヤのねじり共振周波数の測定装置。
5. 前記振り子式のハンマーが、振り子の長さ３００〜６００ｍｍ、錘の質量１．０〜２．０ｋｇのハンマーであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のタイヤのねじり共振周波数の測定装置。
6. 前記振り子式のハンマーの回転開始位置に、前記振り子式のハンマーを保持するロック機構が備えられていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のタイヤのねじり共振周波数の測定装置。
7. 前記振り子式のハンマーの加振後の跳ね返りを係止するワンウェイロック機構が備えられていることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載のタイヤのねじり共振周波数の測定装置。

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