特許 7440383 模擬車輪及びそれを用いた自動車試験装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-19

(45)【発行日】2024-02-28

(54)【発明の名称】模擬車輪及びそれを用いた自動車試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 17/007 20060101AFI20240220BHJP

   G01L 3/10 20060101ALI20240220BHJP

【ＦＩ】

G01M17/007 A

G01L3/10 311

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020154115

(22)【出願日】2020-09-14

(65)【公開番号】P2022048015

(43)【公開日】2022-03-25

【審査請求日】2023-04-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000145806

【氏名又は名称】株式会社小野測器

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(74)【代理人】

【識別番号】100112564

【弁理士】

【氏名又は名称】大熊 考一

(74)【代理人】

【識別番号】100163500

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貞典

(74)【代理人】

【識別番号】230115598

【弁護士】

【氏名又は名称】木内 加奈子

(72)【発明者】

【氏名】長塩 拓馬

(72)【発明者】

【氏名】吉越 洋志

(72)【発明者】

【氏名】平田 秀徳

【審査官】瓦井 秀憲

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１０９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７９９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３３３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１８４０７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ １７／００－１７／００７

Ｇ０１Ｌ ３／１０

Ｇ０１Ｌ ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面上にタイヤが装着される外輪部と、
前記外輪部の内周側に軸受を介して配置されたセンターディスクと、
前記センターディスクに設けられ、測定対象となる自動車の車軸の出力を検知する起歪部と、
前記センターディスクにおける前記起歪部の内周側に設けられ、連結シャフトと前記センターディスクを固定するシャフト側固定部と、
前記センターディスクにおける前記起歪部の外周側に設けられ、前記車軸と前記センターディスクを固定する車軸側固定部と、
を備えていることを特徴とする模擬車輪。

【請求項2】

前記車軸側固定部は、一方の面が前記車軸の端部に固定されたハブに連結され、他方の面が前記センターディスクの前記車軸側の表面に連結される接続アダプタを備えていることを特徴とする請求項１に記載の模擬車輪。

【請求項3】

前記接続アダプタは、前記センターディスクの前記車軸側の表面における前記起歪部の外周側の部分に重ね合わされた状態で、前記センターディスクに固定されていることを特徴とする請求項２に記載の模擬車輪。

【請求項4】

前記センターディスクの前記車軸側の表面における前記起歪部の外周側の部分には、前記車軸とは反対方向に形成された凹部が設けられ、前記接続アダプタは前記凹部内に対して、前記接続アダプタの外周面と前記凹部の内周面が接触する状態で嵌め込まれていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の模擬車輪。

【請求項5】

請求項１から請求項４に記載の模擬車輪を用いた自動車試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、模擬車輪及びそれを用いた自動車の試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車の研究開発、設計、品質管理などには、自動車試験装置が用いられている。近年の技術進歩に伴い、自動車業界においては、自動車の高性能化、高機能化が進んでおり、これに対応するように、自動車試験装置においても計測精度の高度化が要求されている。

【0003】

自動車試験装置は、その試験内容に応じて様々な種類がある。その一つとして、車軸に伝わる動力を制動装置により吸収しながら、その車軸のトルクを計測する装置がある。この種の自動車試験装置では、測定対象となる自動車の車軸に模擬車輪を装着し、模擬車輪と車外に設けられたダイナモメータとを等速ジョイント等を介して連結する。そして、駆動源によって車軸を回転させると共に、ダイナモメータから自動車の車軸に負荷を加えることにより、自動車の車軸から出力されるトルクを測定する。

【0004】

具体的には、自動車試験装置の模擬車輪に、その一部を他の部分より肉薄に形成することで、トルクがかかると構造的にひずみが生じやすい部分である起歪部を環状に設ける。そして、その起歪部に所定間隔で複数の歪みゲージを貼り付けると共に、歪みゲージを抵抗とする抵抗ブリッジ回路を形成し、起歪部に加わるトルクによりその起歪部の表面に生じた剪断応力の大きさを各歪みゲージで検出し、抵抗ブリッジ回路により現れる出力電圧の入力電圧に対する変化の大きさをトルクに換算する。

【0005】

例えば、特許文献１では、車体側に設けられた車軸にブレーキプレート及びハブを介して模擬車輪を連結し、この模擬車輪に対してトルクメータ及びダイナモメータの連結シャフトを連結する自動車試験装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－１０１９５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

この種の自動車試験装置の計測精度を高めるためには、模擬車輪等に設けられた起歪部は駆動出力のみによって変形することが望ましい。しかし、特許文献１の図３では、自動車の車重を２つの軸受が支える構造となっているため、軸受よりも車体側に位置する各構成部品に車重が作用してしまう。つまり、従来の構造では、トルクメータが軸受よりも車体側に位置しているため、自動車の車重が起歪部へ作用することを避けられない。そのため、トルクメータが、車重によって発生した起歪部の歪みまでも含めて検出してしまい、駆動出力とダイナモメータの負荷に基づく変形量、すなわち駆動源に基づくトルクのみを正確に検知することができなかった。

【0008】

他方、特許文献１の請求項１と２の構造は、軸受よりもダイナモメータ側にトルクメータが位置しているため、起歪部は車重の影響を受けない（特許文献１の図２参照）。しかし、起歪部を備えたトルク計測部が模擬車輪内ではなく、模擬車輪より外側にある場合、車重は起歪部に影響しないが、模擬車輪から起歪部までの間に存在する構成部品の機械的損失が発生してしまうため、車軸駆動出力を正確に検知することができない。

【0009】

本発明は、自動車の車重が起歪部へ作用せず、駆動出力とダイナモメータからの負荷による起歪部の変形を正確に検知することができ、計測の誤差要因となる機械的損失の発生を排して、精度よく車軸から出力されるトルクを計測することができる模擬車輪及びそれを用いた自動車試験装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の模擬車輪及びそれを用いた自動車試験装置は、次のような構成を有することを特徴とする。
（１）外周面上にタイヤが装着される外輪部。
（２）前記外輪部の内周側に軸受を介して配置されたセンターディスク。
（３）前記センターディスクに設けられ、測定対象となる自動車の車軸の出力を検知する起歪部。
（４）前記センターディスクにおける前記起歪部の内周側に設けられ、連結シャフトと前記センターディスクとを固定するシャフト側固定部。
（５）前記センターディスクにおける前記起歪部の外周側に設けられ、前記車軸と前記センターディスクとを固定する車軸側固定部。

【0011】

本発明において、下記（１）から（３）のような構成を採用することも可能である。
（１）前記車軸側固定部は、一方の面が前記車軸の端部に固定されたハブに連結され、他方の面が前記センターディスクの前記車軸側の表面に連結される接続アダプタを備える。

【0012】

（２）前記接続アダプタは、前記センターディスクの前記車軸側の表面における前記起歪部の外周側の部分に重ね合わされた状態で、前記センターディスクに固定される。

【0013】

（３）前記センターディスクの前記車軸側の表面における前記起歪部の外周側の部分には、前記車軸とは反対方向に形成された凹部が設けられ、前記接続アダプタは前記凹部内に対して、前記接続アダプタの外周面と前記凹部の内周面が接触する状態で嵌め込まれている。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、車軸が起歪部よりもセンターディスクの外周側に固定されているため、車軸を介してセンターディスクに伝わる自動車の車重が起歪部へ作用せず、駆動出力のみによる起歪部の変形を正確に検知することができる。また、起歪部を備えたトルク計測部が模擬車輪内ではなく、模擬車輪より外側にある場合、模擬車輪から起歪部までの間に存在する構成部品の機械的損失が発生してしまうが、本発明は、起歪部が模擬車輪内のセンターディスク上に設けられているため、計測の誤差要因となる機械的損失の発生を排除して、精度よく車軸から出力されるトルクを計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態の使用状態を示す概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。

【図2】第１実施形態の構成を示す断面図である。

【図3】第２実施形態の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
以下、第１実施形態の模擬車輪１００について説明する。模擬車輪１００は、自動車の車輪状の概形であり、測定対象となる自動車１の各タイヤ２に対応して設けられる。図１に示すように、模擬車輪１００は、自動車１のホイールを換装することにより、タイヤ２の内周に設置される。模擬車輪１００は、ダイナモメータ３に接続された連結シャフト４の軸端に設けられたフランジ５と連結されて使用される。

【0017】

図２に示すように、模擬車輪１００は、円盤形状のセンターディスク１０１と、センターディスク１０１と同軸状に設けられた円環形状の外輪部１０２を有する。センターディスク１０１は、外輪部１０２の内周側に軸受を介して配置される。模擬車輪１００の軸受として、第１ベアリング１０３と第２ベアリング１０４が設けられている。第１ベアリング１０３は、センターディスク１０１の外周面と外輪部１０２の内周面の間に配置される。センターディスク１０１は、第１ベアリング１０３によって、外輪部１０２に対して相対的に車軸６の軸まわりに回動可能である。

【0018】

外輪部１０２は、模擬車輪１００の最外周側に設けられ、外周面上のリムにタイヤ２が装着される。

【0019】

模擬車輪１００は、円環形状のリング部１０５を有する。リング部１０５は、外輪部１０２の内周側に第２ベアリング１０４を介して連結される。リング部１０５は、第２ベアリング１０４によって、外輪部１０２に対して相対的に車軸６の軸まわりに回動可能である。

【0020】

模擬車輪１００の車軸６側の表面には、センターディスク１０１と外輪部１０２のそれぞれにボルトで固定することにより、回止部材１０６を選択的に装着することができる。回止部材１０６は、装着時に、センターディスク１０１と外輪部１０２とが一体に運動するように、センターディスク１０１と外輪部１０２との間の相対的な回転を抑止する。

【0021】

センターディスク１０１は、測定対象となる自動車１の車軸６の出力を検知する起歪部１０７と、連結シャフト４とセンターディスク１０１とを固定するシャフト側固定部１０８と、接続アダプタ１０９を介して車軸６とセンターディスク１０１とを固定する車軸側固定部１１０を有する。シャフト側固定部１０８はセンターディスク１０１における起歪部１０７の内周側に設けられ、車軸側固定部１１０は起歪部１０７の外周側に設けられている。すなわち、センターディスク１０１には、その中心部から外周に向けて、シャフト側固定部１０８、起歪部１０７及び車軸側固定部１１０が同心円状に設けられている。

【0022】

シャフト側固定部１０８は、センターディスク１０１における起歪部１０７の内周側に設けられ、連結シャフト４とセンターディスク１０１とを固定する。シャフト側固定部１０８には、連結シャフト４をセンターディスク１０１に連結するため、内周に雌ネジを形成した複数のシャフト連結用ボルト孔１１１ａが設けられている。これらのシャフト連結用ボルト孔１１１ａは、連結シャフト４のフランジ５に設けられたシャフト連結用ボルト孔１１１ｂと整合する径方向位置に、円周方向に並んで、同じ角度間隔で設けられている。

【0023】

車軸側固定部１１０は、センターディスク１０１における起歪部１０７の外周側に設けられ、車軸６とセンターディスク１０１とを固定する。車軸側固定部１１０には、車軸６及びハブ７をセンターディスク１０１に連結するため内周に雌ネジを形成した複数の接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ａが設けられている。これらの接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ａは、接続アダプタ１０９に設けられた接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ｂと整合する径方向位置に、円周方向に並んで、同じ角度間隔で設けられている。

【0024】

起歪部１０７は、センターディスク１０１に設けられ、測定対象となる自動車１の車軸６の出力を検知する。起歪部１０７は、センターディスク１０１のシャフト連結用ボルト孔１１１ａと接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ａの間に、環状に設けられる。起歪部１０７は、歪み易いように、センターディスク１０１の他の部分より肉薄に形成されている。起歪部１０７には、起歪部１０７の歪み量を検出する歪みゲージ１１３が複数貼り付けられている。

【0025】

センターディスク１０１のダイナモメータ３側の表面には、無線送信装置１１４が固定される。無線送信装置１１４は、歪みゲージ１１３で検出した歪み量を無線で受信アンテナ１１５に送信する。受信アンテナ１１５は、リング部１０５の内周側面上に固定される。

【0026】

歪みゲージ１１３や無線送信装置１１４で用いる電力を供給するため、センターディスク１０１のダイナモメータ３側の表面の外周側端部には受電コイル１１６が固定され、リング部１０５の内周側面上には送電コイル１１７が固定される。

【0027】

接続アダプタ１０９は、起歪部１０７よりも大径の円盤形状であり、その外周側端は、車軸側固定部１１０の車軸６側の表面に重ね合わされて固定される。接続アダプタ１０９の車軸６側の表面は、ハブ７と接合する平面である。他方、接続アダプタ１０９のセンターディスク１０１側の表面には、起歪部１０７及びシャフト側固定部１０８に対向する部分が車軸６側に向かって凹むように段差１０９ａが設けられている。

【0028】

接続アダプタ１０９の内周側には、ハブ７のハブボルトと整合する位置に、ハブ連結用ボルト孔１１８が設けられている。ハブ連結用ボルト孔１１８にハブ７のハブボルトが挿入され、ダイナモメータ３側からナットが螺合されることにより、車軸６及びハブ７と接続アダプタ１０９とが連結される。ハブ連結用ボルト孔１１８の近傍の接続アダプタ１０９は、ナット形状の種類に応じてテーパー状、球状、角状に形成される。

【0029】

接続アダプタ１０９の外周側には、センターディスク１０１の接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ａと整合する位置に、内周に雌ねじを形成した接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ｂが設けられている。接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ａと接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ｂにボルトが挿入され、ボルト先端が接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ｂの雌ねじに螺合されることにより、センターディスク１０１と接続アダプタ１０９とが固定される。

【0030】

［１－２．作用］
模擬車輪１００を用いた自動車試験装置において、図１に示したように自動車１を同じ場所に留めて行う試験である台上試験の場合には、測定対象となる自動車１のホイールをタイヤ２から取り外し、模擬車輪１００の外輪部１０２にタイヤ２を装着させる。

【0031】

接続アダプタ１０９のハブ連結用ボルト孔１１８に、自動車１のハブ７のハブボルトを通して、ナットを締結することにより、接続アダプタ１０９の車軸６側をハブ７に連結する。次に、接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ｂと接続アダプタ連結用ボルト孔１１２ａに、ボルトを通して締結することにより、センターディスク１０１の車軸６側を接続アダプタ１０９に連結し、車軸６とセンターディスク１０１を連結する。その後、センターディスク１０１のシャフト連結用ボルト孔１１１ａとフランジ５のシャフト連結用ボルト孔１１１ｂに、ボルトを通して締結することにより、センターディスク１０１のシャフト側固定部１０８を連結シャフト４に連結する。

【0032】

リング部１０５の送電コイル１１７に給電線を接続して外部から給電し、リング部１０５の受信アンテナ１１５を信号線で外部の受信装置に接続する。なお、外部の受信装置には、受信装置で受信した歪み量から自動車１の車軸６から出力されるトルクを計測する解析装置を接続する。

【0033】

センターディスク１０１と外輪部１０２の間の回止部材１０６を取り外し、センターディスク１０１が外輪部１０２に対して自由に回転できる状態とする。このような模擬車輪１００を用いた自動車試験装置において、自動車１を運転させると、自動車１のハブ７に連結されたセンターディスク１０１は回転するが、センターディスク１０１に対して自由回転する外輪部１０２と、外輪部１０２に装着されたタイヤ２は回転せず、自動車１はその場に留まり続ける。

【0034】

ダイナモメータ３から連結シャフト４を介してセンターディスク１０１に負荷を与えると、センターディスク１０１の起歪部１０７に自動車１の車軸６から出力されるトルクに応じた歪みが発生する。この歪みが、歪みゲージ１１３で検出され、検出された歪み量が、無線送信装置１１４、受信アンテナ１１５、信号線を介して受信装置に送られる。受信装置に接続された解析装置によって、受信装置で受信した歪み量から自動車１の車軸６から出力されるトルクが計測される。

【0035】

［１－３．効果］
前記のような構成並びに作用を有する本実施形態の効果は、次のとおりである。

【0036】

（１）車軸６が起歪部１０７よりもセンターディスク１０１の外周側の車軸側固定部１１０に固定されているため、車軸６を介してセンターディスク１０１に伝わる自動車１の車重が車軸側固定部１１０を経由してタイヤ２に伝わる。そのため、車軸側固定部１１０の内周に配置された起歪部１０７に車重が加わることがないので、駆動出力のみによる起歪部１０７の変形を正確に検知することができる。

【0037】

（２）起歪部１０７を備えたトルク計測部が模擬車輪１００内ではなく、模擬車輪１００より外側にある場合、模擬車輪１００から起歪部１０７までの間に存在する構成部品の機械的損失によりトルクの計測精度が低くなってしまう。本実施形態では、起歪部１０７が模擬車輪１００のセンターディスク１０１内に設けられているため、計測の誤差要因となる機械的損失の発生を排除して、精度よく車軸６から出力されるトルクを計測することができる。

【0038】

（３）接続アダプタ１０９を介することにより、車軸６を起歪部１０７の設置位置よりも外周側のセンターディスク１０１に固定することが容易にできる。また、接続アダプタ１０９を介することにより、固定面を広く設けることができるため、車軸６とセンターディスク１０１の固定を強固にすることができる。

【0039】

（４）接続アダプタ１０９のシャフト側の表面がセンターディスク１０１の車軸側の表面に重ね合わされた状態のため、センターディスク１０１の車軸側の表面は平坦なままで良く、センターディスク１０１の車軸側表面に接続アダプタ１０９の形状に合わせた加工を施す必要がない。このように簡易な構造で、接続アダプタ１０９とセンターディスク１０１を固定することができ、製造コストを削減することができる。

【0040】

（５）接続アダプタ１０９のセンターディスク１０１のシャフト側固定部１０８に対向する部分には、車軸６側に凹んだ段差１０９ａが設けられている。そのため、接続アダプタ１０９とハブ７を固定した状態で、接続アダプタ１０９とセンターディスク１０１を連結した場合に、ハブボルトやナットがセンターディスク１０１に接触することがない。

【0041】

［２．第２実施形態］
第２実施形態は、図３に示すように、センターディスク１０１の車軸６側の表面における起歪部１０７の外周側の部分に、車軸６とは反対方向に凹部１１９を形成したものである。接続アダプタ１０９は凹部１１９内に対して、接続アダプタ１０９の外周面と凹部１１９の内周面が接触する状態で嵌め込まれている。他の構成については、第１実施形態と同様である。

【0042】

このような構成を有する第２実施形態の効果は、次のとおりである。

【0043】

（１）凹部１１９が車重を径方向で支持する構造のため、ボルト締結部の接触面に対し重力方向の力が作用しない。このように、車重を径方向で支持することで接続アダプタ１０９やセンターディスク１０１が車重によって変形することを防ぐことができ、起歪部１０７がより駆動出力のみを検知することができるようになる。

【0044】

（２）接続アダプタ１０９の外周面と凹部１１９の内周面で車重を受けるため、接続アダプタ１０９とセンターディスク１０１を固定するボルトにかかる負荷が小さくて済み、固定ボルトの破断のリスクを減少することができる。

【0045】

（３）センターディスク１０１、接続アダプタ１０９及びハブ７の積層厚みが少なくなり、センターディスク１０１と車軸６との固定部分の小型・軽量化を図ることができる。

【0046】

［３．他の実施形態］
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。

【0047】

（１）上記実施形態では、車軸側固定部１１０に接続アダプタ１０９を用いたが、車軸６のハブ７がセンターディスク１０１に設けられた起歪部１０７より外周側に固定可能であれば、センターディスク１０１をハブ７に直接固定してもよい。

【0048】

（２）センターディスク１０１に凹部１１９を設ける代わりに、接続アダプタ１０９側に凹部を設け、センターディスク１０１の車軸側に凸部を設けて、センターディスク１０１に接続アダプタ１０９を嵌め込んで固定してもよい。その場合でも、車重を径方向で支持することで接続アダプタ１０９やセンターディスク１０１が車重によって変形することを防ぐことができる。

【0049】

（３）スポーク状のセンターディスク１０１を使用したり、各種のボルト孔の径方向及び円周方向の位置をずらしたりすることで、連結シャフト４、センターディスク１０１及び車軸６の連結を可能とすれば、センターディスク１０１と接続アダプタ１０９をアルミニウムの鋳造品などで一体に形成することもできる。

【0050】

（４）本発明の模擬車輪１００は、自動車１のホイールを換装することにより設置可能なため、自動車１で現実に使用されるタイヤ２をそのまま用いることができるが、自動車試験用に別途作成された模擬タイヤを用いてもよい。

【0051】

（５）受信装置を模擬車輪１００の外部に設けたが、受信装置を受信アンテナ１１５と共にリング部１０５に設けるようにしてもよい。また、無線送信装置１１４の出力に応じて、受信アンテナ１１５を模擬車輪１００の外部に設けるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0052】

１…自動車
２…タイヤ
３…ダイナモメータ
４…連結シャフト
５…フランジ
６…車軸
７…ハブ
１００…模擬車輪
１０１…センターディスク
１０２…外輪部
１０３…第１ベアリング
１０４…第２ベアリング
１０５…リング部
１０６…回止部材
１０７…起歪部
１０８…シャフト側固定部
１０９…接続アダプタ
１０９ａ…段差
１１０…車軸側固定部
１１１ａ，ｂ…シャフト連結用ボルト孔
１１２ａ，ｂ…接続アダプタ連結用ボルト孔
１１３…歪みケージ
１１４…無線送信装置
１１５…受信アンテナ
１１６…受電コイル
１１７…送電コイル
１１８…ハブ連結用ボルト孔
１１９…凹部

【図1】

【図2】

【図3】