JP3962404B2 - ホイール６分力測定システムにおける不要成分測定方法。 - Google Patents

Description

本発明は、６分力荷重計をタイヤのホイールに取り付けて、車両の走行時ホイールに作用する外力を測定するシステムに関し、特に車軸方向と垂直な軸方向の６分力荷重計の検出値に重畳する不要成分の測定方法に関する。

従来より、タイヤのホイールに６分力荷重計を取り付けて車両を走行させ、走行中の６分力荷重計の検出値により、ホイールが路面から受ける外力を直交する３軸（ｘ：車両走行方向、ｙ：車軸方向、ｚ：鉛直方向）方向の分力、及びその回りの３モーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を測定するホイール６分力測定システムが知られている。

かかる測定システムにおいて、６分力荷重計は第１の軸を車軸方向に合わせて取り付けられる。そして、この場合、第１の軸と直交する第２の軸及び第３の軸の方向の分力の検出値には、タイヤが路面から受ける外力の他に、車両重量やホイールのハブへの締め付け力が加わり、さらに６分力荷重計を構成するひずみゲージのブリッジ回路の初期不平衡出力も重畳される。

そのため、ホイールが路面から受ける外力のみを抽出して測定するためには、６分力荷重計の第２の軸及び第３の軸方向の検出値から、ブリッジ回路の初期不平衡出力、ハブへの締め付け力等の不要成分を減じる必要がある。そして、該不要成分を測定する方法として、多分力検出器を装着した状態で軸を１回転させ、１回転する間の多分力検出器の検出値の平均を不要成分として、多分力検出器の検出値から減じる方法が提案されている（特許文献１参照）。
特公平６−４３９３５号公報

ホイール６分力測定システムにおいて、上述した背景技術の方法を用いて６分力荷重計の検出値に重畳される不要成分を測定する場合、測定者は、６分力荷重計が装着されたタイヤ付きホイールを駆動力を掛けずに２回転以上させる必要がある。そして、その方法としては、６分力荷重計が装着されたタイヤ付きホイールを車両に取り付けて、車両の発進時は駆動力を掛けても、その後はクラッチを切るか或いは変速機をニュートラル位置にする方法や、車両をジャッキアップした状態で、６分力荷重計が装着されたタイヤ付きホイールを２回転以上させる方法がある。そして、これらの方法に伴う作業は工数が多く手間がかかる状況であった。

そこで、本発明は、ホイール６分力測定システムにおいて、６分力荷重計の検出出力に重畳する不要成分を、簡易な作業により測定する方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、直交３軸（ｕ，ｖ，ｗ）方向の分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びその回りのモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）を検出する６分力荷重計を、第１の軸（ｖ）を車軸方向としてホイールに装着し、該６分力荷重計の検出値に基づいて、車両走行時にホイールが受ける外力を測定するホイール６分力計測システムにおいて、第２の軸（ｗ）方向の分力（Ｆw）の検出値に重畳される不要成分を測定する方法に関する。

そして、６分力荷重計と、１回転する毎に第１のパルス信号（φＺ）を出力すると共に所定角度（α）回転する毎に第２のパルス信号（φＡ）を出力し、該第１のパルス信号（φＺ）が出力される位置を該６分力荷重計の第２の軸（ｗ）に合わせたエンコーダとが装着されたタイヤ付きのホイールの重量（Ｗh_wt）を測定する第１の工程と、ジャッキアップされた車両の車軸に、前記エンコーダ及び前記６分力荷重計が装着されたタイヤ付きのホイールを、前記６分力荷重計の第２の軸（ｗ）の鉛直方向に対する傾きが０度となったときに、エンコーダから前記第１のパルス信号（φＺ）が出力されるように取り付け、第２の軸（ｗ）方向の分力（Ｆw_0）を検出する第２の工程と、車両をジャッキダウンして、前記エンコーダから前記第１のパルス信号（φＺ）が出力されるまで車両を移動させ、移動開始時から該第１のパルス信号(φＺ）が出力されるまでの間に出力された前記第２のパルス信号（φＡ）のパルス数と、前記エンコーダが１回転する間に出力される前記第２のパルス信号（φＡ）のパルス数との比によって、車両移動開始時の第２の軸（ｗ）の鉛直方向に対する傾き（θ）を求める第３の工程と、タイヤ付きホイールの重量（Ｗh_wt）と、第２の軸（ｗ）の鉛直方向に対する傾き（θ）とに基づいて、前記第２の工程でジャッキアップされた状態におけるタイヤ付きホイールの重量（Ｗh_wt）に応じた第２の軸（ｗ）方向の外力（Ｆwh_0）を算出する第４の工程と、前記第２の工程で検出された第２の軸（ｗ）方向の分力（Ｆw_0）から、前記第４の工程で算出されたタイヤ付きホイールの重量（Ｗh_wt）に応じた第２の軸（ｗ）方向の外力（Ｆwh_0）を減じることにより、前記不要成分を算出する第５の工程とからなることを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記第１の工程において前記６分力荷重計と前記エンコーダとが装着されたタイヤ付きホイールの重量（Ｗh_wt）を測定し、前記第２の工程において前記６分力荷重計の第２の軸（ｗ）方向の分力（Ｆw_0）を検出し、前記第３の工程において、車両をジャッキダウンして移動させることによって、車両移動開始時の前記６分力荷重計の第２の軸（ｗ）の鉛直方向に対する傾き（θ）を算出する。

そして、これにより、前記第４の工程において、ジャッキアップされた状態におけるタイヤ付きホイールの重量（Ｗh_wt）による第２の軸（ｗ）方向の外力（Ｆwh_0）を算出することができ、前記第５の工程により、前記第２の工程において検出された第２の軸（ｗ）方向の分力（Ｆw_0）から、前記記第４の工程で算出されたタイヤ付きホイールの重量（Ｗh_wt）に応じた第２の軸（ｗ）方向の外力（Ｆwh_0）を減じて、６分力荷重計の検出値に重畳する不要成分を算出することができる。

そのため、測定者は、上記背景技術で説明した方法を用いる場合のように、ジャッキアップされた車両に装着されたタイヤ付きホイールを手動により回転させる等の作業を行う必要はなく、前記第１の工程から前記第５の工程による軽便な作業によって、容易に前記６分力荷重計の検出値に重畳する不要成分を算出することができる。

本発明の実施の形態の一例について、図１〜図５を参照して説明する。図１はホイール６分力測定システム及び６分力荷重計の装着態様の説明図、図２は６分力荷重計の検出値に重畳される不要成分の影響を説明するためのベクトル図、図３は６分力荷重計の検出値に重畳される不要成分の算出手順を示したフローチャート、図４は６分力荷重計の検出値に含まれる成分の説明図、図５はエンコーダの作動説明図及び車両停止状態における鉛直方向の外力の測定値の変化を示した図である。

図１（ａ）を参照して、ホイール６分力測定システムは、車両１の走行時にタイヤ２を介してホイール３が路面から受ける外力を、車両進行方向のｘ軸と車軸方向のｙ軸と鉛直方向のｚ軸という直交３軸方向の３分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）と、これらの軸回りの３モーメント成分（Ｍx，Ｍy，Ｍz）により測定するものである。

そして、直交３分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）と３モーメント成分（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を測定するため、タイヤ２のホイール３には、直交３分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）とその回りの３モーメント成分（Ｍu，Ｍv，Ｍw）を検出する６分力荷重計４が、ｖ軸（本発明の第１の軸に相当する）の方向を車軸方向（ｙ軸方向）に合わせて装着される。

６分力荷重計４には、測定対象の直交３軸（ｘ，ｙ，ｚ）に対する６分力荷重計４の直交３軸（ｕ，ｖ，ｗ）の傾きを検出するために、エンコーダ５が内蔵されている。エンコーダ５は、１回転するごとにＺ相のパルス信号φＺ（本発明の第１のパルス信号に相当する）を１パルス出力すると共に、１回転あたり３６０パルスの分解能で、１度（本発明の所定角度αに相当する）回転するごとにＡ相のパルス信号φＡ（本発明の第２のパルス信号に相当する）を１パルス出力するものである。

６分力荷重計４による６分力検出データ（Ｆu，Ｆv，Ｆw，Ｍu，Ｍv，Ｍw）と、エンコーダ５のパルス信号φＺ，φＡは、スリップリング２５（図１（ｂ）参照）を介して接続された６分力測定器１０に入力される。なお、エンコーダ５は、パルス信号φＺが出力される位置を６分力荷重計４のｗ軸（本発明の第２の軸に相当する）に合わせて設けられている。

６分力測定器１０は、エンコーダ５から出力されるパルス信号φＡの計数値に基づいて鉛直方向に対するｗ軸の傾き（θ）を検知する。そして、該傾き（θ）により、６分力検出データ（Ｆu，Ｆv，Ｆw，Ｍu，Ｍv，Ｍw）の回転座標変換を行って、静止座標の測定値（Ｆx，Ｆy，Ｆz，Ｍx，Ｍy，Ｍz）を算出する。

なお、図１（ａ）では車両１の左前輪のホイール３に６分力荷重計４を装着した状態を示しているが、車両１の他のホイール（右前輪、右後輪、左後輪）についても、同様にして６分力荷重計４が装着され、各ホイールがタイヤを介して路面から受ける外力（Ｆx，Ｆy，Ｆz，Ｍx，Ｍy，Ｍz）が測定される。

次に、図１（ｂ）を参照して、６分力荷重計４は、ホイール３のネジ穴２０に６分力荷重計４の貫通穴２１を介してボルト２２を螺着することにより、ホイール３に締結される。車両１の車軸（図示しない）に連結されたハブ３０にはボルト３１が立設されており、ボルト３１をハブアダプタ４０の貫通穴４１に貫通させてナット４２を螺着させることにより、ハブアダプタ４０がハブ３０に締結される。そして、ハブアダプタ４０に立設されたボルト４３を、６分力荷重計４の貫通穴５０に貫通させ、ワッシャ５１を嵌めてナット５２を螺着することにより、６分力荷重計４がハブアダプタ４０に締結される。なお、本実施の形態では、ハブアダプタ４０が本発明のハブに相当する。

次に、６分力荷重計４の車軸と直交する軸（ｕ，ｗ）の方向の検出値には、タイヤ２が路面から受ける外力の他に、車両１の重量が加わり、さらに、６分力荷重計４のホイール３への締付け力等の種々の要因による不要成分が重畳される。

図２は、かかる不要成分の影響を示したベクトル図であり、静止座標である上記ｘ−ｚ座標に対して、回転座標である上記ｗ−ｕ座標がθ傾いた位置にある状態を示している。そして、図中Ｆu，Ｆwはホイールがタイヤを介して路面から受ける力のｕ軸，ｗ軸方向の成分であり、ｚ軸及びｘ軸方向の成分Ｆx，Ｆzは、θを用いて以下の式（１）、式（２）による座標変換処理を行うことによって算出される。

Ｆx ＝ Ｆu・cosθ−Ｆw・sinθ ・・・・・（１）
Ｆz ＝ Ｆu・sinθ＋Ｆw・cosθ ・・・・・（２）
また、図中εu₀，εw₀は不要成分のｕ軸，ｗ軸方向の成分である。このように不要成分が重畳された場合、Ｆuにεu₀が加わったＦu_sが、６分力荷重計４によるｕ軸方向の成分の検出値となる。また、Ｆwにεw₀が加わったＦw_sが、６分力荷重計４によるｗ軸方向の成分となる。そして、Ｆu_sとＦw_sにより、上記式（１）及び式（２）と同様の座標変換処理を行うと、ｚ軸及びｘ軸方向の成分は図に示したＦx_e，Ｆz_eとなり、本来検出されるべきＦx，Ｆzに対して誤差を生じてしまう。そのため、ホイール６分力システムにおける計測を精度良く行うためには、６分力荷重計４の検出値Ｆu_s，Ｆw_sから不要成分εu₀，εw₀による重畳分を排除する必要がある。

そこで、測定作業者は、６分力測定器１０により不要成分を算出する作業を行う。以下、図３に示したフローチャートに従って、不要成分の算出処理について説明する。

図３の第１の工程において、測定作業者は、６分力荷重計４をホイール３に装着し、タイヤ２付きの６分力荷重計４が装着されたホイール３の重量Ｗh_wtを測定する。そして、測定作業者は、タイヤ付きホイール３の重量Ｗh_wtの測定データを、６分力測定器１０に入力する。

次に、第２の工程において、測定作業者は、ジャッキアップされた車両１の車軸に連結されたハブ３０に、ハブアダプタ４０を介して６分力荷重計４を締結する。そして、測定作業者は、６分力測定器１０により、このときの６分力荷重計４によるｗ軸方向の分力Ｆw_0を検出して６分力測定器１０のメモリに保持する。

次に、第３の工程において、測定作業者は、車両１をジャッキダウンして、エンコーダ５のパルス信号φＺが出力されるまで車両を移動させる。ここで、図５（ａ）はエンコーダ５から出力されるパルス信号φＡの計数値（エンコーダ５からパルス信号φＺが出力されたときにゼロリセットされる）を縦軸（Ｐ_cnt）とし、横軸を鉛直方向に対するｕ軸の傾き（θ）とした説明図である。

図５（ａ）は、車両１をジャッキダウンしたときのｕ軸の傾きがθ₀であった場合を示したおり、車両１の移動を開始した後、ｕ軸の傾きが０となるまでの間の角度検出パルスの計数値がＰ₁となっている。そして、ｕ軸が１回転する間の角度検出パルスの計数値がＰ_eであるため、６分力測定器１０は、θ₀を以下の式（３）により算出することができる。

θ₀ ＝ ３６０ − ３６０×Ｐ₁／Ｐ_e （度） ・・・・・（３）
なお、本実施の形態では、上述したように、エンコーダ５は、１度回転するごとにパルス信号φＡを１パルス出力するため、θ₀は（３６０−Ｐ₁）度となる。

次に、第４の工程において、６分力測定器１０は、第２の工程において車両１がジャッキアップされた状態におけるタイヤ付きホイール３の重量Ｗh_wtによるｗ軸方向の外力Ｆwh_0を算出する。

ここで、図４は車両１をジャッキアップした状態で、ホイール３を１回転させたときの６分力荷重計４のｗ軸方向の検出値Ｆwの変化を示したものであり、縦軸がｗ軸方向の検出値Ｆwに設定され、横軸がｗ軸の鉛直方向からの傾きθに設定されている。Ｆwはθに応じて変化し、θ＝０のときにタイヤ付きホイール３の重量Ｗh_wtが全てＦwに重畳されて、Ｆwが最大となる。

そして、Ｆwh_0は、θ＝θ₀のときのタイヤ付きホイール３の重量Ｗh_wtによる外力であるため、以下の式（４）により算出することができる。

Ｆwh_0 ＝ Ｗh_wt × cosθ₀ ・・・・・（４）
次に、第５の工程において、６分力測定器１０は不要成分を算出する。図４を参照して、第２の工程でジャッキアップされた車両１における６分力荷重計４のｗ軸方向の検出値Ｆw_0は、以下の式（５）により表される。

Ｆw_0 ＝ Ｆwh_0＋Ｆa_hub＋Ｆa_whl＋Ｆw_amb ・・・・・（５）
但し、Ｆwh_0：θ＝θ₀のときのタイヤ付ホイール３の重量による外力、Ｆa_hub：タイヤ付ホイール３のハブアダプタ４０への締付け力、Ｆa_whl：タイヤ２のホイール３への締付け力、Ｆw_amb：６分力荷重計４を構成するひずみゲージのブリッジ回路における初期不平衡成分。

そのため、上記式（５）にＦw_0及びＦwh_0を代入して、６分力荷重計４が装着されたホイール３をハブアダプタ４０に装着したときに、６分力荷重計４のｗ軸方向の外力の検出値に重畳される不要成分（＝Ｆa_hub＋Ｆa_whl＋Ｆw_amb）を算出することができる。また、６分力荷重計４のｕ軸方向の外力Ｆu、ｕ軸回りのモーメントＭu、及びｗ軸回りのモーメントＭwの検出値に重畳される不要成分についても、上記第１の工程〜第５の工程を実行することで、同様に測定することができる。

図５（ｂ）は、６分力測定器１０により、６分力荷重計４のｗ軸方向の外力Ｆwの検出値とｕ軸方向の外力Ｆuの検出値から、不要成分を減じた値を用いて座標変換を行った場合の、ｚ軸（鉛直方向）方向の外力の測定結果を示したグラフであり、縦軸がｚ軸方向の外力の測定値Ｆzに設定され、横軸が時間ｔに設定されている。図中ｔ₁₀〜ｔ₂₀は車両１がジャッキアップされた状態であり、測定値Ｆzは、タイヤ付きホイール３の重量Ｗh_wtである。

また、ｔ₂₀以降は車両１がジャッキダウンされた状態であり、測定値Ｆzは、車両１の重量Ｗb_wtとなる。そのため、６分力測定器１０は、車両１の走行時におけるｚ軸方向の分力の測定値Ｆzから、車両１の重量Ｗb_wtを減じることによって、ホイール３がタイヤ２を介して路面から受ける外力のみを抽出して測定することができる。

ホイール６分力測定システム及び６分力荷重計の装着状態の説明図。 ６分力荷重計の検出値に重畳される不要成分の影響を説明するためのベクトル図。 ６分力荷重計の重畳される不要成分の算出手順を示したフローチャート。 ６分力荷重計の検出値に含まれる成分の説明図。 エンコーダの作動説明図及び車両停止状態における鉛直方向の外力の測定値の変化を示した図である。

符号の説明

１…車両、２…タイヤ、３…ホイール、４…６分力荷重計、５…エンコーダ、１０…６分力測定器、２５…スリップリング、３０…ハブ、４０…ハブアダプタ

Claims (1)

1. 直交３軸（ｕ，ｖ，ｗ）方向の分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びその回りのモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）を検出する６分力荷重計を、第１の軸（ｖ）を車軸方向としてホイールに装着し、該６分力荷重計の検出値に基づいて、車両走行時にホイールが受ける外力を測定するホイール６分力計測システムにおいて、第２の軸（ｗ）方向の分力（Ｆw）の検出値に重畳される不要成分を測定する方法であって、
   ６分力荷重計と、１回転する毎に第１のパルス信号（φＺ）を出力すると共に所定角度（α）回転する毎に第２のパルス信号（φＡ）を出力し、該第１のパルス信号（φＺ）が出力される位置を該６分力荷重計の第２の軸（ｗ）に合わせたエンコーダとが装着されたタイヤ付きのホイールの重量（Ｗh_wt）を測定する第１の工程と、
   ジャッキアップされた車両の車軸に、前記エンコーダ及び前記６分力荷重計が装着されたタイヤ付きのホイールを、前記６分力荷重計の第２の軸（ｗ）の鉛直方向に対する傾きが０度となったときに、エンコーダから前記第１のパルス信号（φＺ）が出力されるように取り付け、第２の軸（ｗ）方向の分力（Ｆw_0）を検出する第２の工程と、
   車両をジャッキダウンして、前記エンコーダから前記第１のパルス信号（φＺ）が出力されるまで車両を移動させ、移動開始時から該第１のパルス信号(φＺ）が出力されるまでの間に出力された前記第２のパルス信号（φＡ）のパルス数と、前記エンコーダが１回転する間に出力される前記第２のパルス信号（φＡ）のパルス数との比によって、車両移動開始時の第２の軸（ｗ）の鉛直方向に対する傾き（θ）を求める第３の工程と、
   タイヤ付きホイールの重量（Ｗh_wt）と、第２の軸（ｗ）の鉛直方向に対する傾き（θ）とに基づいて、前記第２の工程でジャッキアップされた状態におけるタイヤ付きホイールの重量（Ｗh_wt）に応じた第２の軸（ｗ）方向の外力（Ｆwh_0）を算出する第４の工程と、
   前記第２の工程で検出された第２の軸（ｗ）方向の分力（Ｆw_0）から、前記第４の工程で算出されたタイヤ付きホイールの重量（Ｗh_wt）に応じた第２の軸（ｗ）方向の外力（Ｆwh_0）を減じることにより、前記不要成分を算出する第５の工程とからなることを特徴とするホイール６分力測定システムにおける不要成分測定方法。

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