JP2004333415A - 車両の運動性能評価方法およびタイヤの運動性能評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の運動性能を評価する際、簡単に試験を行うことができ、この試験による測定結果を用いて精度の良い車両の運動性能の評価結果を得ることのできる車両およびタイヤの運動性能評価方法を提供する。
【解決手段】車両の運動性能評価方法は、車両にランダム操舵入力を与えて車両の所定の物理量の周波数伝達関数を算出し、前記周波数伝達関数と所望の操舵角の時系列入力データとを用いて前記物理量の時系列応答データを算出し、この時系列応答データから車両の運動性能を評価する。タイヤの運動性能評価方法は、車両に異なる試験タイヤを装着するたびに、同じ操舵角の時系列入力データを用いて上記方法で車両の運動性能を評価し、この評価結果を試験タイヤの運動性能として、複数の試験タイヤの中で相対評価を行う。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行する車両の運動性能を評価する車両の運動性能評価方法および車両に装着されたタイヤの運動性能を評価するタイヤの運動性能評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に装着されるタイヤは、車両において唯一路面と接触する部分であり、車両の運動性能に最も大きな影響を与えるものである。
車両に装着されるタイヤは、車両の運動性能を評価する方法と同様に、オープンループ試験方法によって所定の物理量、例えばヨー角速度、横加速度、ロール角速度、タイヤのスリップ角度等を計測し、この計測結果を用いてタイヤの運動性能を評価することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。オープンループ試験方法とは、車両に与える操舵角を一定にして行う試験方法である。この試験では、車両に与える操舵入力に対して発生する所定の物理量の応答を計測し、車両の運動性能、例えば、操舵に対する横加速度やヨー角速度等の遅れ時間やゲイン等を評価することができる。
【０００３】
【非特許文献１】
自動車規格 ＪＡＳＯ Ｚ１１０−９１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、このようなオープンループ試験方法では、車両を運転するドライバが操舵角の振り幅および操舵速度を常に一定にして入力することは非常に困難であり、再現性に乏しく、タイヤの性能差を精度良く再現することができないといった問題があった。このため、ドライバに替えて操舵角および操舵速度を一定に入力することのできる操舵入力装置を車両の操舵系に取り付けて試験を行うことが一般的に行われている。しかし、この操舵入力装置は高価であり、操舵系に取り付けて試験を行うまでに多くの作業と時間を要するといった問題の他、車両を取り替えながら１つのタイヤの運動性能を評価することは容易にできないといった問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、車両の運動性能を評価する際、簡単に試験を行うことができ、この試験による測定結果を用いて精度の良い車両の運動性能の評価結果を得ることのできる車両の運動性能評価方法およびタイヤの運動性能評価方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、走行する車両の運動性能を評価する方法であって、車両にランダム操舵入力を与えて車両の所定の物理量における周波数伝達関数を算出するステップと、前記周波数伝達関数と所定の操舵角の時系列入力データとを用いて前記物理量の時系列応答データを算出するステップと、前記時系列応答データから車両の運動性能を評価するステップと、を有することを特徴とする車両の運動性能評価方法を提供する。
【０００７】
ここで、前記時系列応答データを算出するステップにおいて、ローパスフィルタ処理を前記周波数伝達関数に施した後、この処理された周波数伝達関数を用いて前記時系列応答データを算出するのが好ましい。また、前記時系列応答データを算出するステップにおいて、前記周波数伝達関数は時系列データに変換された後、この時系列データと前記時系列入力データとを用いたコンボリューション演算を行うのが好ましい。
【０００８】
前記操舵角の時系列入力データは、例えば、操舵入力を車両に与えて車両のレーンチェンジを再現するデータであり、前記車両の運動性能を評価するステップにおいて、前記操舵角の時系列入力データの値が最大となる時点における前記時系列応答データの値を求め、この値を用いて車両の運動性能を評価する。
【０００９】
また、本発明は、複数の試験タイヤの運動性能を評価する方法であって、前記車両に異なる試験タイヤを装着するたびに、同じ操舵角の時系列入力データから前記車両の運動性能評価方法を用いて前記車両の運動性能を評価し、この評価結果を試験タイヤの運動性能として、前記複数の試験タイヤの中で相対評価を行うタイヤの運動性能評価方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両運動性能評価方法およびタイヤの運動性能評価方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の車両およびタイヤの運動性能評価方法を実施する評価装置１０を示すブロック図である。
評価装置１０は、走行する車両にランダム操舵入力を与えて操舵を行ったときに測定される試験データを入力し、一方、所定の操舵角データを設定することにより、車両あるいはタイヤの運動性能を評価する装置である。
【００１２】
評価装置１０は、所定の物理量における周波数伝達関数を算出する伝達関数算出部１２と、操舵角の時系列入力データを設定する操舵入力設定部１４と、時系列応答データを算出する演算処理部１６と、算出された時系列応答データを用いて車両あるいはタイヤの運動性能の評価を行う運動性能評価部１８とを有し、この他、上記各部分の動作の制御、管理を行うＣＰＵ２０と、上記各部分で得られたデータや演算結果を記憶するメモリ２２を有する。
【００１３】
評価装置１０は、上記各部分が専用回路等で構成された専用装置の形態であってもよいし、上記各部分がそれぞれプログラムを実行することで機能する、コンピュータ上に構成された形態であってもよい。
【００１４】
伝達関数算出部１２は、走行する車両に与える操舵角の振り幅を一定に維持しつつ、操舵速度をランダムに変化させたランダム操舵入力を与えてオープンループ試験を行ったときの車両のヨー角速度、横加速度あるいはタイヤのスリップ角度等の物理量を測定し、この測定データおよび操舵角の時系列データが試験データとして入力されると、これらのデータを用いて、操舵角に対する上記物理量の周波数伝達関数を求める部分である。
【００１５】
操舵入力設定部１４は、所望の操舵角のデータが入力されると、これに基づいて滑らかな操舵角のデータが作成され、このデータを周波数伝達関数とともに演算処理する時系列入力データ（操舵角入力データ）として設定する部分である。
【００１６】
演算処理部１６は、求められた周波数伝達関数と設定された時系列入力データとを用いて、後述する演算処理を行って上記物理量における時系列応答データを算出する部分である。
運動性能評価部１８は、算出された時系列応答データを用いて、車両あるいはタイヤの運動性能を評価する部分である。
【００１７】
このような評価装置１０で行われる、タイヤの運動性能評価方法について具体的に説明する。
図２は、タイヤの運動性能を評価する方法を説明するフローチャートである。ここでは、車両に装着されるタイヤを取り替えながら、ランダム操舵入力による試験を行ったときの試験データと、予め設定した操舵角の時系列入力データ（操舵角入力データ）とを用いて、車両の時系列応答データを算出し、この算出結果を用いて、この車両におけるタイヤの運動性能評価を行う。
【００１８】
まず、試験タイヤを車両に装着して走行させ、この車両にランダム操舵入力を与えて、オープンループ試験が行われる（ステップＳ１０）。
この試験では、車両のヨー角速度、横加速度あるいはタイヤのスリップ角度等の操舵に対する物理量が測定され、この測定データが同時に測定された操舵角データとともに試験データとして評価装置１０に供給される。具体的には、試験タイヤを車両に装着して、ランダム操舵入力によって得られる操舵角を含む各種データがデータロガー等の記録装置に記録される。試験タイヤを取り替えながら試験が行われた後、各種データが記録装置から呼び出されて評価装置１０に供給される。操舵角は、例えば車両のステアリングに操舵角計を取り付けることで測定される。ヨー加速度および横加速度は、車両の重心位置近傍にヨーレートジャイロや加速度ピックアップ等の各種測定装置を取り付けて測定される。スリップ角は、路面の移動方向を計測するスリップ角計測装置、例えば、ＤＡＴＲＯＮ社製のＤＡＴＲＯＮ Ｖ−ＳＥＮＳＯＲ等を取り付けて測定される。
このオープンループ試験では、車両に与えるランダム操舵入力は、操舵入力装置を用いることなくドライバによって略５Ｈｚ程度の周波数成分までの操舵入力を与えることができるので、ドライバによって簡単に試験を行うことができる。
【００１９】
次に、所定の物理量の測定データと、ランダム操舵入力された操舵角のデータとを用いて所定の物理量の周波数伝達関数が算出される（スッテプＳ２０）。
周波数伝達関数は、伝達関数算出部１２において、例えば、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）処理を利用して求められる。
この後、算出された周波数伝達関数にローパス処理が施される（スッテプＳ３０）。
図３（ａ）は、操舵角に対するヨー角速度の周波数伝達関数のゲイン特性の一例を示している。図３（ａ）では、ゲイン特性を０〜１００（Ｈｚ）の周波数帯域で表示している。上述したように、入力される操舵角はドライバにより入力されるため、略５（Ｈｚ）より高い周波数帯域の操舵角の周波数成分は極めて少ない。このため５（Ｈｚ）より高い周波数帯域ではノイズ成分の多いものとなっている。また、本発明において車両およびタイヤの運動特性として必要とされる周波数伝達関数は５（Ｈｚ）以下の領域Ａの部分である。したがって、５（Ｈｚ）より高い周波数伝達関数をカットするローパスフィルタ処理が施され、図３（ｂ）に示すように５（Ｈｚ）以上ではゲインが０に強制的に設定される。
【００２０】
図３（ｃ）は、操舵角に対する横加速度の周波数伝達関数のゲイン特性の一例を示している。図３（ｃ）では、図３（ａ）と同様に、０〜１００（Ｈｚ）の周波数帯域で表示されている。この場合も、同様に、略５（Ｈｚ）より高い周波数帯域の操舵角の周波数成分は極めて少ない。このため、５（Ｈｚ）より高い周波数帯域ではノイズ成分の多いものとなっている。また、本発明において車両およびタイヤの運動特性として必要とされる周波数伝達関数は５（Ｈｚ）以下の領域Ｂの部分である（図３（ｃ）中の領域Ｂのゲインは極めて小さい）。したがって、５（Ｈｚ）以上のデータをカットするローパスフィルタ処理が施され、図３（ｄ）に示すように５（Ｈｚ）以上ではゲインが０に強制的に設定される。このようにして、各物理量の周波数伝達関数が算出される。
【００２１】
一方、操舵角の時系列入力データである操舵角入力データが設定される（スッテプＳ４０）。
操舵角入力データは、例えば、車両がレーンチェンジを行う際の典型的な時系列データであり、操舵入力を車両に与えレーンチェンジを再現するデータである。すなわち、レーンチェンジを行った時に測定された操舵角データを評価装置１０に入力することで、操舵入力設定部１４で滑らかに修正されて作成されたものである。レーンチェンジにおける車両の運動は、タイヤに生ずるスリップ角が大きくても１度程度であり、またレーンチェンジの際の左右の車輪の荷重変動も小さい。このため、車両のレーンチェンジの挙動を線形的に取り扱うことができ、精度の高い運動性能の評価を行うことができる。なお、操舵角入力データは、例えば正弦波の時系列データであってもよく、操舵角入力データの波形の形状は特に制限されない。図３（ｅ）は、設定された操舵角入力データの一例を示す。この操舵角入力データは、正弦波のデータである。
【００２２】
次に、算出された周波数伝達関数と設定された操舵角入力データとを用いてコンボリューション演算が行われる（スッテプＳ５０）。
まず、周波数伝達関数が逆ＦＦＴ処理によって時系列データのインパルス応答関数が算出され、この後、インパルス応答関数を用いてコンボリューション演算が行われる。コンボリューション演算は、操舵角入力データの各時間における値を基準としてインパルス応答関数を乗算して各時間における応答関数を求め、これらの応答関数を累積加算する演算処理である。これによって、操舵角入力データにおける所定の物理量における時系列応答データを算出することができる。
また、本発明においては、周波数伝達関数から時系列データのインパルス応答関数を求める替わりに、操舵角入力データをＦＦＴ処理により周波数入力データとし、周波数伝達関数と乗算した後、乗算結果を逆ＦＦＴ処理を行った時系列応答データを算出してもよい。
【００２３】
図４（ａ）は、図３（ｂ）に示す周波数伝達関数および図３（ｅ）に示す操舵角入力データを用いて算出されたヨー角速度の時系列応答データの一例であり、図４（ｂ）は、図３（ｄ）に示す周波数伝達関数および図３（ｅ）に示す操舵角入力データを用いて算出された横加速度の時系列応答データの一例である。
【００２４】
最後に、算出された各物理量の時系列応答データを用いてタイヤの運動性能の評価が行われる（スッテプＳ６０）。
図５（ａ）は、タイヤの運動性能の評価方法の一例を説明する図である。
図５（ａ）には、走行する車両のレーンチェンジを模擬した操舵角入力データＩと、同一の操舵角入力データＩを用いたときのタイヤＡ〜Ｄの横加速度の時系列応答データＯ_Ａ 〜Ｏ_Ｄ を示している。評価は、例えば、操舵角入力データＩにおいて、操舵角が最大となる時点における横加速度の値を求め、この値を用いてタイヤ間で相対評価が行われる。また、操舵角の入力開始時点から、横加速度が０．２Ｇとなる時点までの時間（図５（ａ）中の矢印により定まる時間）を用いて算出してもよい。
【００２５】
図５（ｂ）は、縦軸に操舵角が最大となる時点における横加速度をとり、横軸に操舵角の入力開始時点から横加速度が０．２Ｇとなる時点までの時間をとったグラフである。図５（ｂ）には、各タイヤＡ〜Ｄについてプロット（△、○、□、◇）されている。各プロットの位置にドライバの官能評価による評点を記している。評点は、高いほどタイヤの運動性能が良好であることを表す。
図５（ｂ）によると、タイヤＡは評点が７．５点、タイヤＢは評点が７．５点、タイヤＣは評点が７点、タイヤＤは評点が６．５点である。
これより、図５（ｂ）中のグラフの横軸に示す操舵角が最大となる時点における横加速度、および縦軸に示す横加速度が０．２Ｇとなる時間は、いずれも評点に対応しており、図５（ｂ）中の矢印方向に行くほど、官能評点が高くなることがわかる。これより、タイヤの運動性能を時系列応答データから対応良く評価することができる。
本発明においては、横加速度の替わりに、ヨー角速度やスリップ角度の時系列応答データを用いることもできる。
このように、同一車両において装着するタイヤを取り替えながらランダム操舵入力を行った時の試験データを得、このデータと同一の操舵角入力データを用いて時系列応答データを算出し、タイヤの運動性能の評価を行うことができる。また、所望の操舵角のデータを入力して時系列応答データを算出できるので、操舵角入力データを種々変えてタイヤの運動特性を効率よく評価することもできる。
【００２６】
さらに、同一の試験タイヤを種々の車両に装着して、上述の方法を用いて車両の運動特性を評価することもできる。すなわち、走行する車両にランダム操舵入力を与えて、ヨー角速度、横加速度、スリップ角等の車両の所定の物理量の周波数伝達関数を算出し、この周波数伝達関数と所望の操舵角の時系列入力データとを用いて前記物理量の時系列応答データを算出することで、この時系列応答データから車両の運動性能を評価することができる。
【００２７】
以上、本発明の車両の運動特性評価方法およびタイヤの運動性能評価方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、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。
【００２８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明は、車両にランダム操舵入力を与えて車両の所定の物理量における周波数伝達関数を算出し、この周波数伝達関数と所望の操舵角の時系列入力データとを用いて前記物理量の時系列応答データを算出し、この時系列応答データから車両あるいはタイヤの運動性能を評価するので、ドライバのランダム操舵入力によって簡単に行うことのできるオープンループ試験の試験データを用いて車両あるいはタイヤの運動性能の評価を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤの運動性能評価方法を実施する評価装置を示すブロック図である。
【図２】本発明のタイヤの運動性能評価方法の一例の流れを説明するフローチャートである。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、タイヤの運動性能評価方法において算出され、あるいは設定される時系列データの一例を示す図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、タイヤの運動性能評価において用いられる時系列応答データの一例を示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、タイヤの運動性能評価方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 評価装置
１２ 伝達関数算出部
１４ 操舵入力設定部
１６ 演算処理部
１８ 運動性能評価部
２０ ＣＰＵ
２２ メモリ

Claims (5)

1. 走行する車両の運動性能を評価する方法であって、
   車両にランダム操舵入力を与えて車両の所定の物理量における周波数伝達関数を算出するステップと、
   前記周波数伝達関数と所定の操舵角の時系列入力データとを用いて前記物理量の時系列応答データを算出するステップと、
   前記時系列応答データから車両の運動性能を評価するステップと、を有することを特徴とする車両の運動性能評価方法。
2. 前記時系列応答データを算出するステップにおいて、ローパスフィルタ処理を前記周波数伝達関数に施した後、この処理された周波数伝達関数を用いて前記時系列応答データを算出する請求項１に記載の車両の運動性能評価方法。
3. 前記時系列応答データを算出するステップにおいて、前記周波数伝達関数は時系列データに変換された後、この時系列データと前記時系列入力データとを用いたコンボリューション演算を行う請求項１または２に記載の車両の運動性能評価方法。
4. 前記操舵角の時系列入力データは、操舵入力を車両に与えて車両のレーンチェンジを再現するデータであり、
   前記車両の運動性能を評価するステップにおいて、前記操舵角の時系列入力データの値が最大となる時点における前記時系列応答データの値を求め、この値を用いて車両の運動性能を評価する請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の運動性能評価方法。
5. 複数の試験タイヤの運動性能を評価する方法であって、
   前記車両に異なる試験タイヤを装着するたびに、同じ操舵角の時系列入力データから請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の運動性能評価方法を用いて前記車両の運動性能を評価し、この評価結果を試験タイヤの運動性能として、前記複数の試験タイヤの中で相対評価を行うタイヤの運動性能評価方法。

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