JP4119585B2 - タイヤの高速ユニフォミティ測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤの高速ユニフォミティ測定方法に係り、特に、タイヤの高速ユニフォミティを短時間で測定することができるタイヤの高速ユニフォミティ測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
タイヤに荷重を掛け、転がり半径一定の状態で、直進転動させた場合に発生するタイヤのユニフォミティには、荷重（上下力）の変動成分ＲＦＶ（ラジアルフォースバリエーション）、前後力の変動成分ＴＦＶ（タンジェンシャルフォースバリエーション）、横力の変動成分ＬＦＶ（ラテラルフォースバリエーション）、タイヤの半径方向の縦揺れであるラジアルランアウト（ＲＲＯ）等がある。
【０００３】
低速ユニフォミティの測定方法については、ＪＡＳＯ Ｃ ６０７−８７で規定されており、低速ユニフォミティは、一定速度（回転速度６０ｒｐｍ）で測定するのが一般的である。また、低速ユニフォミティは残留アンバランスの影響がないため残留アンバランスは測定する必要がない。
【０００４】
一方、高速ユニフォミティについては、測定方法についての規定はないが、一定速度（回転速度６０ｒｐｍ以上）で測定するのが一般的である。高速ユニフォミティの高次成分の分析では、タイヤの他の特性（固有振動数、及び空洞共鳴周波数等）との共振現象が発生するため、速度を変化させたトラッキング分析法で測定するのが一般的である。
【０００５】
また、高速ユニフォミティの一次成分に関しては残留アンバランスの影響があるため、高速ユニフォミティとは別に残留アンバランスを測定し、高速ユニフォミティの測定値から残留アンバランスの測定値を除去したデータで評価する必要がある。
【０００６】
この残留アンバランスの測定方法については、無負荷の状態で目標速度以上からタイヤを惰性で回転させて測定する方法と、スキムタッチ（タイヤが接地するぎりぎりの荷重）で目標速度の高速ＴＦＶを測定し、この高速ＴＦＶを残留アンバランスの代用値として用いる方法との２種類がある。
【０００７】
しかしながら、高速ユニフォミティを測定する場合、タイヤが停止している状態から目標回転速度に達するまでの速度上昇時、目標回転速度から停止するまでの速度下降時は測定せず、高速で一定回転速度を維持した状態で測定するため、試験機の能力にもよるが、一般的に測定に長時間を要する、という問題がある。
【０００８】
また、高速ユニフォミティの一次成分を解析する場合には、残留アンバランスを測定する必要があり、残留アンバランスは荷重無負荷の状態またはスキムタッチの状態で測定する必要があるため、高速ユニフォミティの測定以外の測定が必要になり、これによっても測定に長時間を要する、という問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消するために成されたもので、高速ユニフォミティを短時間で測定することができるタイヤ高速ユニフォミティ測定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、タイヤに負荷が作用し、かつタイヤの回転速度が第１の方向に変化している状態で高速ユニフォミティを測定すると共に、タイヤに負荷が作用せず、かつタイヤの回転速度が前記第１の方向とは異なる第２の方向に変化している状態、またはタイヤに接地する直前の負荷が作用し、かつタイヤの回転速度が前記第２の方向に変化している状態で残留アンバランスを測定し、前記高速ユニフォミティの測定値から残留アンバランスの測定値を減算することにより高速ユニフォミティの一次成分を測定するものである。
【００１１】
請求項１の発明では、タイヤに負荷が作用し、かつタイヤの回転速度が第１の方向（上昇方向または下降方向）に変化している状態で高速ユニフォミティを測定する。高速ユニフォミティの一次成分に関しては残留アンバランスの影響があるため、高速ユニフォミティとは別に、タイヤに負荷が作用せず、かつタイヤの回転速度が第２の方向（第１の方向が上昇方向の場合には下降方向、第１の方向が下降方向の場合には上昇方向）に変化している状態、またはタイヤに接地する直前の負荷が作用し、かつタイヤの回転速度が第２の方向に変化している状態で残留アンバランスを測定し、高速ユニフォミティの測定値から残留アンバランスの測定値を減算することにより高速ユニフォミティの一次成分を測定する。
【００１２】
高速ユニフォミティの一次成分を測定する場合、回転速度の上昇及び下降時の１サイクル内に高速ユニフォミティ及び残留アンバランスを測定しようとすると、測定タイミングが取れないため、測定速度範囲内で所定回転速度における高速ユニフォミティ及び残留アンバランスを測定することになる。
【００１３】
また、残留アンバランスは、一般的にタイヤ周上のアンバランスｍがタイヤ転がり半径ｒで角速度ωで回転している場合を考えると、ｍｒω²で表すことができ、回転速度と残留アンバランスとの関係は略２次回帰曲線で表すことができる。そこで、任意の回転速度の高速ユニフォミティを基準とし、その任意の速度に対応した残留アンバランスを２次回帰曲線から推定し、任意の回転速度毎に高速ユニフォミティから残留アンバランスをベクトル減算し、残留バランスで補正した高速ユニフォミティの一次成分を測定する。
【００１４】
請求項１の発明では、タイヤの回転速度が第１の方向に変化している状態でタイヤの高速ユニフォミティを測定し、第２の方向に変化している状態で残留アンバランスを測定しているため、タイヤが停止状態から回転して停止状態に戻る間に測定することができ、タイヤの回転速度を一定に維持する必要がないため、タイヤの高速ユニフォミティの一次成分を短時間で測定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、本実施の形態で使用される試験機を図面を参照して説明する。試験機は、図１に示すように、ギヤカップリング１０、１２、及びギヤボックス１４を介してモータ１６に接続されたドラム１８を備えている。ドラム１８には、モータ１６によって回転されるドラムの回転速度を検出するための回転速度センサが取り付けられている。回転速度センサは、ドラム１８の軸に固定されたシグナルロータ２０Ａと、シグナルロータ２０Ａの歯を挟むように配置されたフォトインタラプタ２０Ｂとから構成されている。ギヤボックス１８の近傍には、被測定タイヤ取り付け用専用スタンド２２が、油圧シリンダ２８に連結された油圧装置３０により、軸２２Ａ、２２Ｂを介して移動可能に配置されている。
【００１６】
専用スタンド２２の上部には、ｘ、ｙ、ｚ３軸方向（タイヤの上下方向、前後方向、及び左右方向の３方向）の力の変動と各軸周りのモーメントを検出するロードセルを備えた６分力計（キスラー）２４が取り付けられ、この６分力計２４に被測定タイヤ２６が回転可能に取り付けられている。この６分力計により、タイヤ上下軸力Ｆｚ、タイヤ前後軸力Ｆｘ、タイヤ左右軸力Ｆｙを検出する。
【００１７】
また、油圧シリンダ２８は、油圧配管を介して油圧発生装置３２に連結されている。この油圧発生装置３２は、空気源に接続された電磁弁３４に接続されており、電磁弁３４を切り換え制御することにより発生する油圧の大きさが制御される。なお、３６は、タイヤとドラムとの接点の圧力を検出する圧力計である。
【００１８】
図２に示すように、６分力計２４、回転速度センサのフォトインタラプタ２０Ｂ、モータ１６、及び電磁弁３４は、測定データ等を表示する表示装置としてのＣＲＴ３８が接続されたパーソナルコンピュータ４２に接続されている。また、パーソナルコンピュータ４２には、表示させる高速ユニフォミティの回転速度を指定したりコマンド等を入力したりするための入力装置４０が接続されている。
【００１９】
次に、本実施の形態の測定方法、すなわち、上記の測定機を使用し、ドラム側の駆動によってタイヤを回転駆動し、かつタイヤ軸力の検出をタイヤ軸側６分力計によって検出する場合のパーソナルコンピュータによって実行される測定ルーチンを図３を参照して説明する。なお、以下では、高速ユニフォミティの一次成分を測定する場合について説明する。
【００２０】
ステップ１００では、電磁弁３４を制御し、油圧装置３０によって被測定タイヤ２６をドラム１８の側面に所定の圧力で押し付けて被測定タイヤ２６に荷重を負荷させ、ステップ１０２で被測定タイヤ２６に荷重を負荷させた状態でドラム１８の回転を開始し、フォトインタラアプタ２０Ｂ出力に基づいてモータ１６を制御することにより、ドラムの回転速度を一定割合で上昇させる。
【００２１】
ステップ１０４では、フォトインタラアプタ２０Ｂ出力に基づいて、回転速度が所定回転速度上昇したか否かを判断することにより、予め定めた測定タイミングになったか否かを判断し、測定タイミングと判断されたときは、ステップ１０６で６分力計２４出力を高速フーリエ変換することにより、測定タイミングの回転速度に対応する高速ユニフォミティの一次成分に対応する振幅と一次成分に対応する位相とを算出して、高速ユニフォミティを測定する。
【００２２】
なお、振幅と位相とを算出する場合、タイヤ回転軸には、タイヤ１回転に１パルス出力するイベントトリガー用の装置が取り付けられているので、発生されたパルス位置を基準に位相を算出する。また、このトリガーパルスを利用してトラッキング分析を行う。このトリガーパルスは、１回転に１パルスである必要はなく、多ければ多いほど精度が上昇する。また、１パルスを数十パルスに逓倍して使用してもよい。
【００２３】
ステップ１０８では、予め定めた最高速度（６０ｒｐｍ以上の所定値）に達したか否かを判断し、最高速度に達していないときは上記の測定を所定回転速度毎に繰り返し、最高速度に達したところで高速ユニフォミティの測定を終了する。このように回転速度が所定回転速度上昇する毎に高速ユニフォミティを測定することにより、所定回転速度毎に高速ユニフォミティが測定される。
【００２４】
高速ユニフォミティの測定が終了した後、ステップ１１０で電磁弁３４を制御して、タイヤがドラム側面にスキムタッチするように制御することによりタイヤにタイヤが接地する直前の負荷を作用させると共に、モータを回生運転することによりドラムの回転速度を一定割合で下降させる。なお、スキムタッチは、オペレータが圧力計を目視しながら入力装置４０を操作することにより制御しても良く、自動制御するようにしてもよい。また、回転速度の下降は惰性によって行っても良い。
【００２５】
タイヤにタイヤが接地する直前の負荷が作用している状態で、ステップ１１２で予め定めた回転速度（または、周波数）になった時点を測定タイミングとしてステップ１１４で６分力計出力を高速フーリエ変換することにより残留アンバランスの振幅と位相とを測定する。この残留アンバランスの測定は、ステップ１１６で測定終了と判断されるまで継続されるので、所定回転速度毎（または所定周波数毎）に残留アンバランスが測定される。
【００２６】
ステップ１１６で残留アンバランスの測定が終了したと判断されると、ステップ１１８において、残留アンバランスの測定値と測定した時点の回転速度とから、残留アンバランスの測定値と回転速度との関係を表す２次回帰曲線を求め、高速ユニフォミティを測定した回転速度の各々に対応する残留アンバランスの各々を求めた２次回帰曲線から推定する。次に、各回転速度毎に高速ユニフォミティから残留アンバランスをベクトル減算することにより、残留アンバランスで補正された高速ユニフォミティの一次成分を演算する。そして、測定速度範囲内で求められた所定速度毎の残留アンバランス補正後の高速ユニフォミティの複数の値から、入力装置４０より指定された回転速度に対応する高速ユニフォミティを補間演算し、演算した高速ユニフォミティの一次成分をＣＲＴに表示する。
【００２７】
図４に残留アンバランス補正有無によるＲＦＶとＴＦＶの一次成分の一定速度の測定値（ｘ軸）と本実施の形態のトラッキング法の測定値との相関を示す。図から理解されるように、相関係数が高く本実施の形態は一定速度での測定値と高い相関が得られている。
【００２８】
また、図５及び図６に、ＲＦＶ、ＴＦＶの一定速度での測定値と本実施の形態トラッキング法の測定値との相関を各次数（１次〜１０次）において比較して示す。なお、各図において横軸は一定速度法の測定値を、縦軸はトラッキング法の測定値を各々示す。図から理解されるように、各次数においても本実施の形態は一定速度での測定値と高い相関が得られており、速度指定された場合には指定された速度の各次数成分のデータを測定することができる。
【００２９】
なお、上記では、スキムタッチ、すなわちタイヤにタイヤが接地する直前の負荷が作用している状態で残留アンバランスを測定する例について説明したが、タイヤをドラムから離してタイヤとドラムとを非接触状態にし、すなわちタイヤの荷重を無荷重状態にして、惰性でタイヤの回転速度が下降する間に、残留アンバランスを測定するようにしてもよい。この場合、タイヤは惰性で回転するので、スキムタッチでドラムの回転速度を低下させながらタイヤの下降速度を制御する場合より回転が停止するまでに時間がかかるので、スキムタッチで測定するのが好ましい。
【００３０】
また、上記では、速度上昇時に高速ユニフォミティを測定し、速度下降時に残留アンバランスを測定する例について説明したが、逆に、速度上昇時にスキムタッチで残留アンバランスを測定し、速度下降時に高速ユニフォミティを測定するようにしてもよい。
【００３１】
次に、タイヤ軸側でモータによりタイヤを駆動し、かつタイヤ軸側で６分力計によりタイヤ軸力の検出を行う測定機を用いて高速ユニフォミティを測定する測定方法について説明する。
【００３２】
まず、上記と同様に、タイヤをドラムに押し付け、タイヤに荷重を負荷させた状態で回転速度を上昇させ、その速度上昇途中で所定回転速度毎に高速ユニフォミティを測定する。
【００３３】
最高速度に達したところで、タイヤをドラムから離し、タイヤの荷重を無荷重状態にして、惰性でタイヤの速度が下降する間に、上記と同様に所定回転速度毎に残留アンバランスを測定する。この場合、タイヤ軸側でタイヤを駆動しているため、タイヤの荷重が無荷重状態でもモータの回生運転によりタイヤの下降速度の制御を行うことが可能である。
【００３４】
なお、上記のタイヤ軸側を駆動する測定機では、速度上昇時に高速ユニフォミティを測定し速度下降時に残留アンバランスを測定する例について説明したが、この場合においても上記と同様に、速度上昇時に残留アンバランスを測定し、速度下降時に高速ユニフォミティを測定するようにしてもよい。しかしながら、高速ユニフォミティを測定する場合に、最高速度で回転中のタイヤを停止しているドラムに接触させてタイヤに荷重を負荷することになるため、タイヤの摩擦力が急上昇し、タイヤにダメージを与えることが懸念される。この問題を解消するためには、速度上昇時に、スキムタッチでドラムを回転させながら、残留アンバランスを測定し、ドラムとタイヤとが同じ最高速度で回転しているときにタイヤに荷重を負荷して高速ユニフォミティを測定するようにすればよい。
【００３５】
上記では、高速ユニフォミティの一次成分を測定する例について説明したが、速度上昇時または速度下降時に高速ユニフォミティの高次成分を測定することもできる。高次成分を測定する場合にも一次成分を測定する場合と同様に上昇または下降の１サイクル内に高速ユニフォミティの測定タイミングが取れないが、高次成分に関しては残留アンバランスの影響がないため、残留アンバランスの測定は必要が無く、高速ユニフォミティは補正することなくそのままの値を採用すれば良い。
【００３６】
また、タイヤ固有値による共振ピークがある場合は、測定速度範囲内の振幅のピーク値を求めれば、実際の現象と対応のよいことが実験により判っているので、タイヤの固有値も容易に測定することができる。
【００３７】
なお、高速ユニフォミティの高次成分を測定する場合も相関係数が０．９以上と一定速度での測定値と相関が良いことが実験により確認されている。
【００３８】
次に、本実施の形態のトラキング法で分析する場合の条件について説明する。測定機の能力にもよるが、２０〜１２０ｋｍ／ｈまでを約３０秒で制御できる測定機が存在する場合には、トラッキングの解析条件として、データ取り込みを４００ライン、アンチエリアジングフィルタの特性をｆｓ・０．３９とすると、以下のようになる。
【００３９】
▲１▼１ラインの処理がｆｓ＝６４点／波形で１６波形測定する場合（１０２４点）では、速度に対する振幅波形は明瞭に描くことができる。このとき、次数は、約２５次まで解析可能である。
【００４０】
▲２▼１ラインの処理がｆｓ＝６４点／波形で８波形測定する場合（５１２点）では、速度に対する振幅波形で変動ノイズが発生する。このとき、次数は、約２５次まで解析可能である。また、この場合、移動平均（多項式適合法）で対応することも可能である。
【００４１】
以上説明したように本実施の形態の高速ユニフォミティの測定方法では、タイヤの回転速度を一定に維持する必要がないため、高速ユニフォミティ、または高速ユニフォミティ及び残留アンバランスを効率的に短時間で測定することができる。
【００４２】
また、回転速度を変化させた状態で計測しているため、高次成分はピーク値で評価することができる。また、このピーク値からタイヤ転動中のタイヤの固有値も推定することができる。また、任意の速度、任意の次数の測定を行うことができ、速度下降中は回生制動を利用することができ、本実施の形態の測定方法は工場ラインの高速ユニフォミティの測定機としてタイヤの選別に使用することもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、タイヤの回転速度が第１の方向に変化している状態でタイヤの高速ユニフォミティを測定し、第２の方向に変化している状態で残留アンバランスを測定し、タイヤが停止状態から回転して停止状態に戻る間に測定することができるので、タイヤの回転速度を一定に維持する必要がなく、タイヤの高速ユニフォミティの一次成分を短時間で測定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タイヤの高速ユニフォミティを測定する測定装置の概略図である。
【図２】図１のパーソナルコンピュータに接続されている部分のブロック図である。
【図３】図１のパーソナルコンピュータによる測定制御ルーチンを示す流れ図である。
【図４】高速ＲＦＶ、ＴＦＶの一定速度での測定値と本実施の形態の測定値との相関を示す線図である。
【図５】ＲＦＶの一定速度での測定値と本実施の形態の測定値との相関を各次数において比較して示す線図である。
【図６】ＴＦＶの一定速度での測定値と本実施の形態の測定値との相関を各次数において比較して示す線図である。
【符号の説明】
１８ ドラム
２６ タイヤ

Claims (1)

1. タイヤに負荷が作用し、かつタイヤの回転速度が第１の方向に変化している状態で高速ユニフォミティを測定すると共に、タイヤに負荷が作用せず、かつタイヤの回転速度が前記第１の方向とは異なる第２の方向に変化している状態、またはタイヤに接地する直前の負荷が作用し、かつタイヤの回転速度が前記第２の方向に変化している状態で残留アンバランスを測定し、前記高速ユニフォミティの測定値から残留アンバランスの測定値を減算することにより高速ユニフォミティの一次成分を測定するタイヤの高速ユニフォミティ測定方法。

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