JP2007003218A - タイヤ特性測定装置及びタイヤ特性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の荷重におけるタイヤのエンベロープ特性等のタイヤ特性を評価する。
【解決手段】タイヤ特性測定装置は、タイヤが接地する平板状の接地板１２と、タイヤ中心軸を支持し、タイヤの前記接地板への接地及び非接地のために、前記接地板に対してタイヤを遠近方向に自在に移動するタイヤ支持部１４と、タイヤ支持部１４に設けられ、タイヤ中心軸に作用する軸力を検知する軸力センサ２０と、接地板１２の表面から自在に突出するように接地板１２に設けられ、突出の際、接地板１２に接地するタイヤに対して突起となるクリート１８と、タイヤ中心軸と接地板１２の表面との間の軸間距離が一定の条件下でタイヤを接地板１２に接地させた際に、クリート１８の突出の有無によって生じる軸力の変化量をタイヤ特性として算出する処理装置２６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ特性の評価を行うタイヤ特性測定装置及びタイヤ特性測定方法に関し、具体的には、タイヤの振動特性の１つであるエンベロープ特性について評価する装置及び方法に関する。

一般に、自動車の乗り心地性能には、路面の段差を通過する際の振動や打音等の衝撃緩和特性があり、この衝撃緩和特性には、タイヤの減衰特性やエンベロープ特性が大きく寄与していることが知られている。タイヤのエンベロープ特性とは、タイヤがクリート等を踏み込んだ場合、タイヤがクリートの凹凸を吸収してタイヤから車両側に、地面の凹凸を伝達しないように緩和する特性である。
従来、エンベロープ特性は、クリート等の突起の上にタイヤを押し付けてばね定数（線ばね定数）を測定し、この線ばね定数をエンベロープ特性の評価指標に用いてきた。

具体的には、線ばね定数は、タイヤをクリート等の突起に押し付けたときのタイヤの撓みを横軸に、このときのタイヤ中心軸に作用する軸力を縦軸にとったときのグラフ上の特性曲線において、軸力１０００〜２０００（Ｎ）までの平均勾配を求め、この平均勾配を線ばね定数としている。
しかし、この線ばね定数は、上記特性曲線において平均勾配を算出しているに過ぎず、実際の所定荷重が負荷された状態におけるエンベロープ特性を表す評価指標となっていないという問題があった。

一方、下記特許文献１には、滑らかなドラム面に試験タイヤがエンベロープする単突起を設け、この単突起を試験タイヤが踏み込んだときの軸力等の挙動を測定する測定方法及び測定装置が開示されている。

特開２００４−８５２９７号公報

一般に、タイヤがクリート等を踏み込むことによってタイヤの中心軸に作用する振動は、タイヤがクリートの形状によって接地面から受ける振動のうち、タイヤのエンベロープ特性によって緩和された入力源として機能する入力振動と、タイヤの減衰特性及び振動伝達特性の作用を受けながら、上記入力振動をタイヤ中心軸に伝達する伝達系とに影響を受けるものである。しかし、特許文献１の装置及び方法において測定されるタイヤ中心軸に作用する軸力は、上記入力振動と上記伝達システムの両方の影響を受けたものであるため、タイヤ中心軸で測定される軸力は、上記入力振動における緩和効果を示すエンベロープ特性の指標とすることができない。

そこで、本発明は、所定の荷重におけるタイヤのエンベロープ特性等のタイヤ特性を評価することのできるタイヤ特性測定装置及びタイヤ特性測定方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、タイヤ特性を評価するタイヤ特性測定装置であって、タイヤが接地する平板状の接地板と、タイヤ中心軸を支持し、タイヤの前記接地板への接地及び非接地のために、前記接地板に対してタイヤを遠近方向に自在に移動するタイヤ支持部と、前記タイヤ支持部に設けられ、前記タイヤ中心軸に作用する軸力を検知する軸力センサと、前記接地板の表面から自在に突出するように前記接地板に設けられ、前記突出の際、前記接地板に接地するタイヤに対して突起となるクリートと、前記タイヤ中心軸と前記接地板の表面との間の軸間距離が一定の条件下でタイヤを前記接地板に接地させた際に、前記クリートの突出の有無によって生じる軸力の変化量をタイヤ特性として算出する処理装置と、を有することを特徴とするタイヤ特性測定装置を提供する。

その際、タイヤが前記接地板に対して移動する遠近方向を上下方向とし、タイヤの回転進行方向を前後方向とし、タイヤ中心軸方向を左右方向としたとき、前記接地板を、前記タイヤ支持部に支持されたタイヤに対して前後方向又は左右方向に移動する移動手段をさらに備え、前記軸力センサは、タイヤが接地したときのタイヤの中心軸に上下方向に作用する軸力を検知するほか、タイヤの中心軸に前後方向に作用する前後力及び中心軸に左右方向に作用する左右力の少なくともいずれか一方の軸力を検知することが好ましい。
また、タイヤが前記接地板に対して移動する遠近方向を上下方向とし、タイヤの回転進行方向を前後方向とし、タイヤの中心軸方向を左右方向としたとき、前記クリートの先端は、前記左右方向に半円弧形状の断面が連続して形成される半円柱形状を成していることが好ましい。
また、タイヤが前記接地板に対して移動する遠近方向を上下方向とし、タイヤの回転進行方向を前後方向とし、タイヤの中心軸方向を左右方向としたとき、前記クリートは、前記上下方向からみて円形状を成していることが好ましい。

さらに、本発明は、タイヤを接地面に接地させてタイヤ特性を評価するタイヤ特性測定方法であって、タイヤに所定の荷重を与えて接地面に接地させたときのタイヤ中心軸と前記接地面との間の軸間距離を測定するステップと、前記接地面からクリートを突出させて、タイヤを踏み込んだ状態で、前記軸間距離になるようにタイヤを前記接地面に接地させるステップと、前記クリートを踏み込んだタイヤの中心軸に作用する軸力を測定するステップと、測定した前記軸力から前記所定の荷重を差し引いた変化量を、タイヤ特性の評価指標とするステップと、を有することを特徴とするタイヤ特性測定方法を提供する。

その際、前記タイヤにはトレッドパターンが設けられており、前記クリートは、タイヤの接地面内において異なる複数箇所で突出し、クリートが複数箇所に設けられる度に、クリートをタイヤが踏み込んだときの前記変化量を求め、この変化量の平均値を、タイヤ特性の評価指標とすることが好ましい。

本発明では、クリートが無い状態で設定荷重を負荷してタイヤを接地させたときのタイヤ中心軸と接地面間の軸間距離と同じ軸間距離で、タイヤにクリートを踏ませたときのタイヤ中心軸に作用する軸力を測定して、クリートの有無における軸力変動量を算出する。このため、この軸力変動量は、一定の荷重条件で走行中にタイヤがクリートを踏み込んだときに発生するエンベロープ特性に当たり、ハーシュネス特性やロードノイズ特性における振動入力として評価指標とすることができる。

本発明のタイヤ特性測定装置及びタイヤ特性測定方法を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、以下に詳細に説明する。

図１に示すタイヤ特性測定装置（以降、装置という）１０は、静止した（非回転）のタイヤＴを接地面に接地させ、そのとき接地面に設けられるクリート（突起）の有無により、タイヤに作用する軸力の変化量を求め、この変化量をエンベロープ特性の評価指標として用いる装置である。
装置１０は、タイヤＴを接地させる平板状の接地板１２と、タイヤＴを接地させるためにタイヤＴを装着して支持するタイヤ支持部１４と、接地板１２に対してタイヤ支持部１４を遠近方向に移動させる移動機構１６と、接地板１２の表面から自在に突出するように設けられ、突出の際、接地板１２に接地するタイヤＴに対して突起となるクリート１８と、支持部１４に設けられタイヤの中心軸に作用する軸力を検知する軸力センサ２０と、タイヤＴのタイヤ中心軸と接地板１２の表面との間の軸間距離を測定する距離センサ２２と、前記接地板１２を平面に沿って前後方向及び左右方向に移動し、クリート１８をタイヤＴに対して移動させる接地板移動機構２４ａ，２４ｂを有する。
接地板１２には、クリート１８を自在に昇降させるための孔が設けられており、クリート１８は図示されない昇降機構を用いて昇降されてこの孔から突出する。

装置１０は、この他に処理装置２６と、制御装置２８及び駆動モータ３０ａ〜３０ｄとを有する。駆動モータ３０ａ〜３０ｄは制御装置２８と接続され、駆動モータ３０ａ〜３０ｄは、それぞれ移動機構１６、クリート１８の昇降機構（図示されない）及び接地板移動機構２４ａ，２４ｂと機械的に接続されている。
なお、図１では、タイヤ中心軸に作用する軸力のうち、接地面に対して遠近方向の軸力をＦｚとし、タイヤＴの回転進行方向の軸力をＦxとし、タイヤＴの中心軸方向の軸力をＦyと定めている。また、以降では、タイヤＴが接地板１２に対して移動する遠近方向を上下方向とし、タイヤＴの回転進行方向を前後方向とし、タイヤＴの中心軸方向を左右方向と定める。

タイヤ支持部１４は、移動機構１６により上下方向に昇降する移動ブロック１７から接地板１２に平行に延びており、先端にタイヤＴを装着する図示されない装着ハブが設けられている。タイヤ支持部１４の先端近傍にはタイヤＴの軸力を測定する軸力センサ２０と、タイヤ中心軸と接地板１２の表面との間の軸間距離を測定する距離センサ２２が設けられている。
軸力センサ２０は、装着されたタイヤＴのタイヤ中心軸に作用する軸力Ｆz，Ｆx，Ｆyを測定するセンサであり、ゲージタイプ又はピエゾタイプのロードセルが用いられる。
距離センサ２２は、接地板１２の表面とタイヤ中心軸との間の軸間距離を測定するセンサであり、例えばレーザ変位計が用いられる。距離センサ２２は、クリート１８の突出の有無によるタイヤの軸力を測定する際、後述するように、軸間距離を一定に揃えるために用いられる。

移動機構１６及び接地板移動機構２４ａ，２４ｂは、直線状のボール螺子が設けられて構成され、駆動モータ３０ａ〜３０ｃを駆動することで、ボール螺子が回転して、タイヤ支持部１４と一体化した移動ブロック１７を上下方向に移動させ、ボール螺子が回転して接地板１２を前後方向、左右方向に移動させる。
制御装置２８は、駆動モータ３０ｃを駆動させてタイヤＴを装着した支持部１４を昇降させるための移動機構１６のボール螺子を回転させ、駆動モータ３０ａ，３０ｂを駆動させてタイヤＴに対してクリート１８を備える接地板１２を前後、左右方向に自在に移動させる。また、制御装置２８は、駆動モータ３０ｄを駆動して、クリート１８を昇降させる。

クリート１８は、タイヤＴの左右方向の最大横幅であるタイヤ幅に比べて左右方向の長さが長く、タイヤＴの接地面の中心を通り、左右方向に配されている。また、ハーシュネス特性について、エンベロープ特性を用いて評価する場合、クリート１８の接地板１２からの突出高さは、タイヤＴの外径の１〜５％であることが好ましい。
図２（ａ）に示すように、クリート１８の先端は左右方向に半円弧形状の断面が連続して形成された半円柱体が柱状の基部本体に接続された形状を成している。
なお、エンベロープ特性により、車両におけるハーシュネス特性（周波数帯域：１５０Ｈｚ以下）を評価するには、クリート１８の先端の半円柱体における半円弧形状は、半径が５〜２０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは半径が８〜１２ｍｍであり、最も好ましくは１０ｍｍである。

本発明においては、図２（ａ）に示すクリートの形態の他に、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、円柱形状のクリート、半球形状のクリート、あるいは円柱の先端に半球が設けられた複合形状のクリートであってもよい。このようなクリートは、クリートの左右方向の長さは、タイヤの総幅の１０分の１以下であることが好ましい。例えば、上下方向からクリートをみたときの形状が円形状を成し、このときの円形状は半径１０ｍｍである。そのときのクリートの高さは３〜５ｍｍであることが好ましい。これらのクリートは、車両におけるロードノイズ特性（周波数帯域：２００Ｈｚ〜８００Ｈｚ）を評価するために用いられる。

処理装置２６は、接地板１２にクリート１８が非突出の条件下でタイヤＴを設定荷重で接地したときの軸力と、接地板１２からクリート１８が突出した条件下、すなわちタイヤＴがクリート１８を踏み込んだ条件下の軸力とを用いて、クリート１８の有無による軸力の変化量を算出し、この算出結果をエンベロープ特性の評価指標として、評価する装置である。

このような処理装置２６では、以下に示すような流れでエンベロープ特性の評価指標が求められる。
まず、制御装置２８の制御により駆動モータ３０ｃが駆動され、タイヤＴを装着したタイヤ支持部１４が下降してタイヤＴを接地板１２に接地させる。このとき、タイヤ中心軸と接地板１２の表面との間の軸間距離が距離センサ２２によって測定される。すなわち、図３（ａ）に示されるように、クリート１８がないときのタイヤＴの接地を設定荷重で行い、このときのタイヤＴと接地板１２との間の軸間距離を距離センサ２２によって測定する。処理装置２６には、このときの軸間距離が記録保持される。

次に、制御装置２８の制御により、タイヤ支持部１４が上昇してタイヤＴは非接地状態となる。
次に、駆動モータ３０ｄを駆動してクリート１８を接地板１２から上昇させ、クリート１８を接地板１８の表面から突出させる。
この後、処理装置２６において記録保持された軸間距離の情報が制御装置２８に供給され、再度タイヤＴを装着したタイヤ支持部１４が下降し、タイヤＴと接地板１２の平面との間の軸間距離が上記軸間距離になるように制御される。このときタイヤＴはクリート１８を踏んだ状態になるので、軸間距離が同一でも、タイヤ中心軸に作用する軸力は変化する。例えば、上下方向の軸力は、図４に示すように、クリート無しの状態（図３（ａ））からクリート有りの状態（図３（ｂ））において軸力がΔＦz増加する。

処理装置２６は、この軸力変化量ΔＦzをエンベロープ特性の評価指標として算出する。
算出される軸力変化量ΔＦzは、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すようなクリートの場合、タイヤＴの接地面内のどの位置にクリートが位置するかによって変化する。例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、クリートがタイヤＴの接地面における接地中心に対して前後方向及び左右方向にずれている場合、上下方向の軸力のみならず、前後方向及び左右方向の軸力もクリートの有無で変化する。したがって、このようなクリートの場合、タイヤＴの接地面に対するクリートの相対位置に応じて、軸力変化量ΔＦzの他に軸力変化量ΔＦx，ΔＦyを処理装置２６は算出してもよい。

このように、車両において設定される実荷重と同じ荷重を負荷しクリートが無い状態でタイヤを接地させたときのタイヤの軸間距離を測定し、一方、この軸間距離と同じ軸間距離で、タイヤにクリートを踏ませたときのタイヤ中心軸に作用する軸力を測定して、クリートの有無における軸力変化量ΔＦz，ΔＦx，ΔＦyを算出する。このため、これらの変化量は、一定の荷重条件で走行中にタイヤがクリートを踏み込んだときに発生する振動入力として評価することができる。
また、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すようなサイズの小さいクリートの場合、タイヤＴが踏み込んだ際、タイヤＴに設けられたトレッドパターンの大きさと同等になり、トレッドパターンとクリートの接触位置によって結果が大きく異なる。このことことから、エンベロープ特性の評価指標となる軸力変化量は、クリートの位置を変えながら複数回、例えば５回以上行うことが好ましい。例えば、接地板１２を前後方向及び左右方向にそれぞれ微小に移動して合計９箇所（３×３箇所）の位置で測定を行い、軸力変化量の平均値を評価指標として用いてもよい。この場合、ロードノイズ特性における入力特性として評価する場合、クリートの高さは、タイヤＴの外径に対して２％以下であることが好ましい。

なお、本発明のタイヤ特性測定置及びタイヤ特性測定方法は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明のタイヤ特性測定装置の一実施形態の概略の構成図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明のタイヤ特性測定装置において用いるクリートの形態を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明のタイヤ特性測定方法について説明ずる図である。 本発明のタイヤ特性測定方法で得られた結果の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明のタイヤ特性測定方法について説明ずる図である。

符号の説明

１０ タイヤ特性測定装置
１２ 接地板
１４ タイヤ支持部
１６ 移動機構
１７ 移動ブロック
１８ クリート
２０ 軸力センサ
２２ 距離センサ
２４ａ，２４ｂ ボール螺子
２６ 処理装置
２８ 制御装置
３０ａ〜３０ｄ 駆動モータ

Claims (6)

1. タイヤ特性を評価するタイヤ特性測定装置であって、
   タイヤが接地する平板状の接地板と、
   タイヤ中心軸を支持し、タイヤの前記接地板への接地及び非接地のために、前記接地板に対してタイヤを遠近方向に自在に移動するタイヤ支持部と、
   前記タイヤ支持部に設けられ、前記タイヤ中心軸に作用する軸力を検知する軸力センサと、
   前記接地板の表面から自在に突出するように前記接地板に設けられ、前記突出の際、前記接地板に接地するタイヤに対して突起となるクリートと、
   前記タイヤ中心軸と前記接地板の表面との間の軸間距離が一定の条件下でタイヤを前記接地板に接地させた際に、前記クリートの突出の有無によって生じる軸力の変化量をタイヤ特性として算出する処理装置と、を有することを特徴とするタイヤ特性測定装置。
2. タイヤが前記接地板に対して移動する遠近方向を上下方向とし、タイヤの回転進行方向を前後方向とし、タイヤ中心軸方向を左右方向としたとき、
   前記接地板を、前記タイヤ支持部に支持されたタイヤに対して前後方向又は左右方向に移動する移動手段をさらに備え、
   前記軸力センサは、タイヤが接地したときのタイヤの中心軸に上下方向に作用する軸力を検知するほか、タイヤの中心軸に前後方向に作用する前後力及び中心軸に左右方向に作用する左右力の少なくともいずれか一方の軸力を検知する請求項１に記載のタイヤ特性測定装置。
3. タイヤが前記接地板に対して移動する遠近方向を上下方向とし、タイヤの回転進行方向を前後方向とし、タイヤの中心軸方向を左右方向としたとき、
   前記クリートの先端は、前記左右方向に半円弧形状の断面が連続して形成される半円柱形状を成している請求項１に記載のタイヤ特性測定装置。
4. タイヤが前記接地板に対して移動する遠近方向を上下方向とし、タイヤの回転進行方向を前後方向とし、タイヤの中心軸方向を左右方向としたとき、
   前記クリートは、前記上下方向からみて円形状を成している請求項１に記載のタイヤ特性測定装置。
5. タイヤを接地面に接地させてタイヤ特性を評価するタイヤ特性測定方法であって、
   タイヤに所定の荷重を与えて接地面に接地させたときのタイヤ中心軸と前記接地面との間の軸間距離を測定するステップと、
   前記接地面からクリートを突出させて、タイヤを踏み込んだ状態で、前記軸間距離になるようにタイヤを前記接地面に接地させるステップと、
   前記クリートを踏み込んだタイヤの中心軸に作用する軸力を測定するステップと、
   測定した前記軸力から前記所定の荷重を差し引いた変化量を、タイヤ特性の評価指標とするステップと、を有することを特徴とするタイヤ特性測定方法。
6. 前記タイヤにはトレッドパターンが設けられており、
   前記クリートは、タイヤの接地面内において異なる複数箇所で突出し、クリートが複数箇所に設けられる度に、クリートをタイヤが踏み込んだときの前記変化量を求め、この変化量の平均値を、タイヤ特性の評価指標とする請求項５に記載のタイヤ特性測定方法。

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