JP2005201851A - Drainage behavior visualization method for tire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水膜を表面に形成した路面上を走行するタイヤの排水挙動(水の流れ)を可視化するタイヤの排水挙動可視化方法に関する。 The present invention relates to a tire drainage behavior visualization method for visualizing drainage behavior (water flow) of a tire traveling on a road surface having a water film formed on the surface thereof.
溝付きタイヤにおけるタイヤの排水性能は、雨天時に自動車を高速走行するドライバにとって重大な関心事である。タイヤは路面と接して一定の幅の踏面を形成するため、路面に形成された水膜の一部分はタイヤの移動方向前方に向かって、あるいは移動方向に対して斜め前方方向(前方側方方向)に向かって排除される。また、一部分はタイヤのトレッド部にタイヤ周方向に沿って設けられた周方向溝を通過してタイヤの後方から排水される。また、一部分は、トレッド部に設けられた、タイヤ幅方向に向かって延びるタイヤ周方向に対して傾斜した傾斜溝を通過してタイヤの側方から排水される。 Tire drainage performance in grooved tires is a significant concern for drivers traveling at high speeds in the rain. Since the tire forms a tread with a certain width in contact with the road surface, a part of the water film formed on the road surface is directed forward in the tire moving direction or forward obliquely with respect to the moving direction (front side direction). To be eliminated. Moreover, a part passes through the circumferential groove | channel provided in the tire tread part along the tire circumferential direction, and is drained from the back of a tire. Moreover, a part passes through the inclined groove | channel inclined with respect to the tire circumferential direction extended in the tire width direction provided in the tread part, and is drained from the side of a tire.
しかし、タイヤの移動速度が上昇すると、タイヤの前方あるいは斜め前方への排除(排水)、あるいは傾斜溝を介して側方からの排水、あるいは周方向溝からの排水ではタイヤに向かって進入する水を完全に排水できなくなる。このため、排水できない水はタイヤ前方にたまって水膜を厚くし、さらには、タイヤと踏面の接地領域にくさびのように進入してタイヤが路面と接する接触面積を小さくする。このため、タイヤの制動や旋回が不能となり、ハイドロプレーニングが発生する。 However, when the tire moving speed increases, the water that enters the tire is removed when the tire is drained forward or obliquely forward (drainage), or drained from the side through the inclined groove, or drained from the circumferential groove. Can not be drained completely. For this reason, the water that cannot be drained accumulates in the front of the tire, thickens the water film, and further enters the ground contact area between the tire and the tread surface like a wedge to reduce the contact area where the tire contacts the road surface. For this reason, braking and turning of the tire become impossible, and hydroplaning occurs.
このような背景から、水膜を表面に形成する路面をタイヤが走行するときのタイヤの排水挙動、例えばタイヤの水の流れを定性的、定量的に求め、水の停留する場所を見出し、これによって周方向溝の配置位置や傾斜溝の配置位置を調整することで水の停留する場所を無くすようにすることが望まれている。
下記非特許文献1では、ハイドロプレーニング現象の可視化技術、すなわちタイヤの排水挙動(水の流れ)を可視化する方法が開示されている。当該可視化技術では、トレーサ粒子を分散した水膜を透明ガラス板上に形成し、この透明ガラス板上をタイヤが通過する際、タイヤの踏面を透明ガラス板の反対側からビデオカメラで撮影する。そして、撮影された踏面画像の中からトレーサ粒子の細長い残像を捕らえ、この残像の長さと残像の方向を各トレーサ粒子について求めることで、タイヤの踏面前端の水の流れ場を求めて可視化する方法を開示している。
From such a background, the tire drainage behavior when the tire travels on the road surface on which the water film is formed, for example, the water flow of the tire is obtained qualitatively and quantitatively, and the place where the water stops is found. Therefore, it is desired to eliminate the place where water stops by adjusting the arrangement position of the circumferential groove and the arrangement position of the inclined groove.
Non-Patent Document 1 below discloses a technique for visualizing a hydroplaning phenomenon, that is, a method for visualizing the drainage behavior (water flow) of a tire. In the visualization technique, a water film in which tracer particles are dispersed is formed on a transparent glass plate, and when the tire passes over the transparent glass plate, the tire tread is photographed with a video camera from the opposite side of the transparent glass plate. A method for visualizing the flow field of water at the front end of the tread of a tire by capturing a long afterimage of the tracer particle from the photographed tread image and obtaining the length and direction of the afterimage for each tracer particle. Is disclosed.
しかし、この方法ではトレーサ粒子の分布密度によって求められる水の流れベクトルがばらつき均一にならないため、タイヤの周方向溝や傾斜溝等の周辺で十分に精度の高い水の流れベクトルを得ることができないという問題があった。 However, in this method, since the water flow vector required by the distribution density of the tracer particles does not vary and becomes uniform, a sufficiently accurate water flow vector cannot be obtained around the circumferential groove or the inclined groove of the tire. There was a problem.
そこで、本発明は、水膜を表面に形成する路面上を走行するタイヤの排水挙動を可視化する際、タイヤの周方向溝や傾斜溝等の周辺で十分に精度の高い水の流れベクトルを求めることができるタイヤの排水挙動可視化方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention obtains a sufficiently accurate water flow vector around the circumferential grooves and inclined grooves of the tire when visualizing the drainage behavior of the tire running on the road surface on which the water film is formed. It is an object to provide a method for visualizing the drainage behavior of a tire.
本発明は、水膜を形成した路面を走行するタイヤの排水挙動を可視化するタイヤの排水挙動可視化方法であって、タイヤが水膜上を走行するときのタイヤの踏面を、設定された時間間隔で路面側から撮影し、設定された画素数の踏面画像を得るステップと、
設定された時間間隔で撮影された少なくとも2つの踏面画像のうち、先に撮影された第1の踏面画像において、タイヤの踏込み端近傍に所定の画素サイズの領域をターゲットエリアとして設定するとともに、後に撮影された第2の踏面画像において、前記時間間隔の経過中に移動したタイヤの移動距離に応じて前記ターゲットエリアを移動した移動先領域の周りに前記ターゲットエリアより大きな画素サイズを有する領域をサーチエリアとして設定するステップと、前記ターゲットエリアと同じ画素サイズの移動ウィンドウを前記サーチエリア内で移動して、移動の度に移動ウィンドウ内の画像データの濃度階調値と、前記ターゲットエリア内の画像データの濃度階調値との相関を求めるステップと、求められた相関のうち、最も相関の高いときの移動ウィンドウの位置を求め、このときの前記第2の踏面画像における移動ウィンドウの位置情報と前記第1の踏面画像における前記ターゲットエリアの位置情報とから、タイヤが排水する水の流れを求めるステップと、を有することを特徴とするタイヤの排水挙動可視化方法を提供する。
The present invention is a method for visualizing the drainage behavior of a tire that visualizes the drainage behavior of a tire that travels on a road surface on which a water film is formed. The tire tread when the tire travels on a water film is set at a set time interval. Shooting from the road surface side and obtaining a tread image of the set number of pixels,
Among the at least two tread images photographed at the set time interval, in the first tread image photographed first, an area of a predetermined pixel size is set as a target area in the vicinity of the tire tread edge, and later In the photographed second tread image, an area having a pixel size larger than the target area is searched around the destination area that has moved the target area according to the moving distance of the tire that has moved during the time interval. A step of setting as an area; a moving window having the same pixel size as the target area is moved in the search area, and a density gradation value of image data in the moving window and an image in the target area each time the movement is performed The step of obtaining the correlation with the density gradation value of the data and the highest correlation among the obtained correlations And the position of the moving window in the second tread image and the position information of the target area in the first tread image at this time, the flow of water drained by the tire is obtained. And a method for visualizing the drainage behavior of a tire.
ここで、前記タイヤは、タイヤ周方向に沿って周方向溝を有し、前記踏面画像において、前記タイヤ周方向に対して直交するタイヤ幅方向の前記踏面画像の画素数をN1とし、前記周方向溝が占める、前記タイヤ幅方向の画素数をN2とし、前記タイヤの前記タイヤ幅方向におけるタイヤの踏面幅をWTとし、前記周方向溝の前記タイヤ幅方向における溝幅をWGとしたとき、下記式(1)を満たすように踏面画像を撮影するのが好ましい。
1.5 ×( WT / WG )× N2 ≦ N1 (1)
Here, the tire has a circumferential groove along a tire circumferential direction, and in the tread image, the number of pixels of the tread image in the tire width direction orthogonal to the tire circumferential direction is N 1 , occupied by the circumferential groove, the number of pixels of the tire width direction and N 2, a tread width of the tire in the tire width direction of the tire and W T, the groove width in the tire width direction of the circumferential groove W G Then, it is preferable to take a tread image so as to satisfy the following formula (1).
1.5 × (W T / W G ) × N 2 ≦ N 1 (1)
また、前記タイヤの走行する水膜にはトレーサ粒子が分散しているのが好ましい。
さらに、前記踏面画像におけるトレーサ粒子の占める領域は、前記ターゲットエリアより小さく前記踏面画像の1画素より大きいのが好ましい。
Further, it is preferable that tracer particles are dispersed in the water film on which the tire travels.
Furthermore, the area occupied by the tracer particles in the tread image is preferably smaller than the target area and larger than one pixel of the tread image.
また、前記サーチエリアの前記タイヤ幅方向の画素数は、前記ターゲットエリアの前記タイヤ幅方向の画素数の3〜6倍であるのが好ましい。
さらに、前記踏面画像の撮影の時間間隔Δtは、前記踏面画像におけるタイヤの移動方向の視野長さをLとし、タイヤの移動速度をVとしたとき、下記式(2)により設定される関係を満たすのが好ましい。
Δt ≦ (L/V)×(1/6) (2)
The number of pixels in the tire width direction of the search area is preferably 3 to 6 times the number of pixels of the target area in the tire width direction.
Further, the time interval Δt for photographing the tread image has a relationship set by the following expression (2), where L is the visual field length in the tire moving direction in the tread image and V is the tire moving speed. It is preferable to satisfy.
Δt ≦ (L / V) × (1/6) (2)
本発明では、設定された時間間隔で撮影された少なくとも2つの踏面画像を用いて、画像情報に関してターゲットエリアと相関の高い画像領域をサーチエリアの中から取り出し、この画像領域の位置情報とターゲットエリアの位置情報とを用いてタイヤが排水する水の流れを求める。これにより、従来困難であったタイヤの周方向溝や傾斜溝等の周辺における水の流れベクトルを精度高く求めることができる。 In the present invention, using at least two tread images taken at set time intervals, an image area having a high correlation with the target area with respect to the image information is extracted from the search area, and the position information of the image area and the target area are extracted. The position information and the flow of water drained by the tire is obtained. Thereby, the flow vector of water around the circumferential grooves and inclined grooves of the tire, which has been difficult in the past, can be obtained with high accuracy.
本発明のタイヤの排水挙動可視化方法について、この方法を実施する、図1に示すタイヤの排水挙動可視化システム(以降システムという)10に基づいて説明する。 The tire drainage behavior visualization method of the present invention will be described based on a tire drainage behavior visualization system (hereinafter referred to as a system) 10 shown in FIG.
図1に示すシステム10は、走行中の乗用車用のタイヤTの踏面を路面側から観察する地下に設けられた観測室12とこの観測室12の内部に設置された計測装置14により構成されている。
A
観測室12は、路面16の一部にタイヤTの負荷荷重に耐え得るガラス板18を路面16と面一になるように設けた天井壁面を有して構成され、このガラス板18の上に水膜20が形成される。このガラス板18上をドライバによって車両が運転されてタイヤTが移動する。
一方、観測室12内には、計測装置14が設置されている。
計測装置14は、タイヤの踏面を路面側から撮影するために照明するライト22,24と、照明されたタイヤTの踏面を設定された時間間隔で撮影するハイスピードカメラ26と、ハイスピードカメラ26で撮影された踏面画像を、本発明のタイヤの排水挙動可視化方法を用いて処理する処理装置28と、処理装置28に接続されるディスプレイ30と、処理装置28に種々の条件の入力や設定を行なう、キーボードやマウス等の入力装置32とを有する。
The
On the other hand, a
The
ガラス板18の上面には一定の水深、例えば水深5mmの水膜が形成され、この水膜にトレーサ粒子が分散されている。トレーサ粒子の色は特に制限されないが、撮影される踏面画像においてトレーサ粒子が黒色のタイヤTおよび水と良好に識別できるように、例えば白色粒子あるいは照明光を乱反射する透明粒子が好ましい。トレーサ粒子の大きさは、タイヤの周方向溝の溝幅(例えば溝幅8mm)に対して4分の1〜16分の1であることが好ましく、例えば直径0.5〜2mmの球状の粒子が好ましい。より好ましくは直径0.5〜1mmである。トレーサ粒子の材質は吸水しない粒子であれば特に制限されず、樹脂材が好適に用いられる。好ましくは水の比重と略同等、すなわち比重0.8〜1.5であるのが好ましい。
A water film having a constant water depth, for example, a water depth of 5 mm, is formed on the upper surface of the
本実施形態では、水膜にトレーサ粒子を分散して後述する方法で水の流れベクトルを算出するが、本発明においては必ずしもトレーサ粒子を水膜中に分散する必要はない。水膜を形成する路面上を転動して移動するタイヤTは、空気を巻き込みながら水膜と接触するので、このとき発生する直径0.5〜1mm程度の空気の気泡をトレーサ粒子の代用とすることができる。しかし、確実に流れベクトルを得たい場合には、トレーサ粒子を用いるのが好ましい。 In this embodiment, the tracer particles are dispersed in the water film and the water flow vector is calculated by the method described later. However, in the present invention, the tracer particles need not necessarily be dispersed in the water film. Since the tire T that rolls and moves on the road surface that forms the water film contacts the water film while entraining air, the air bubbles of about 0.5 to 1 mm in diameter generated at this time can be substituted for the tracer particles. can do. However, tracer particles are preferably used when it is desired to obtain a flow vector with certainty.
ハイスピードカメラ26は、1秒間に2000フレーム撮影可能なデジタルカメラであり、タイヤTの走行速度に応じてフレームレート、すなわち撮影時間間隔を設定することができる。例えば、タイヤTの走行速度が40km/時である場合、フレームレートは1500fpsとされる。
ライト22,24は、ハイスピードカメラ26による高速度撮影で十分な光量が得られるようにタイヤTの踏面を照明する光源である。ライト22,24の種類は特に制限されない。
The
The
処理装置28は、ハイスピードカメラ26で撮影された踏面画像の画像データの供給を受けると、後述する排水挙動可視化方法によりタイヤTの排水性を表す水の流れベクトルを求める装置である。求められた水の流れベクトルは撮影されたタイヤTの踏面画像と共にディスプレイ30に表示される。また、ディスプレイ30は、後述する排水挙動可視化方法を実施するための種々の条件を入力し、また後述するターゲットエリアやサーチエリアの設定を行なうための入力画面を表示する。オペレータはこの入力画面を見ながら入力装置12を用いて入力することができる。
When receiving the image data of the tread image captured by the
次に、本発明のタイヤの排水挙動可視化方法について説明する。図2は、本発明のタイヤの排水挙動可視化方法の一例を示すフローチャートである。 Next, the tire drainage behavior visualization method of the present invention will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an example of a method for visualizing the drainage behavior of a tire according to the present invention.
まず、ライト22,24にてタイヤTの踏面を照明して、ハイスピードカメラ26にてタイヤTがトレーサ粒子の分散した水膜を通過する時のタイヤTの踏面画像を所定のフレームレートで撮影し、処理装置28は踏面画像を取得する(ステップS10)。
上記フレームレートは、例えば、タイヤTの踏面画像におけるタイヤTの移動方向の視野範囲(長さ)をLとし、タイヤTの走行速度(移動速度)をVとしたとき、下記式(2)により設定される時間間隔Δtで踏面画像が撮影されるようにフレームレートが調整される。
Δt ≦ (L/V)×(1/6) (2)
First, the tread surface of the tire T is illuminated by the
For example, when the viewing range (length) in the moving direction of the tire T in the tread image of the tire T is L and the traveling speed (moving speed) of the tire T is V, the frame rate is expressed by the following equation (2). The frame rate is adjusted so that the tread image is captured at the set time interval Δt.
Δt ≦ (L / V) × (1/6) (2)
すなわち、ハイスピードカメラ26が撮影する視野範囲においてタイヤTの踏面が少なくとも6画像以上得られるように設定される。例えば、撮影視野範囲における視野長さLが240mm、タイヤTの走行速度Vが100km/時(27.77m/秒)である場合、撮影の時間間隔Δtは1.44m秒以下に設定され、フレームレートは694.44fps以上となる。これより、フレームレートは略700fps以上であることが必要であり、好ましくは1000fps以上、より好ましくは2000fps以上である。上記例において視野長さLを240mmとするのは、タイヤ幅方向においてタイヤTの踏面の幅は概略100〜200mmであり、タイヤTの踏面が余白を残す程度に可能な限り大きく撮影するためである。タイヤTの踏面が余白を残さないように大きく撮影しようとすると、タイヤTの通過位置を1cmも違わず撮影位置に合わせなければならず、車両を運転するドライバにとって極めて負担が大きくなるからである。また、可能な限り踏面を大きく撮影するのは、水膜に分散したトレーサ粒子を可能な限り大きく撮影し、タイヤTの周方向溝周りの水の流れベクトルを正確に得るためである。
That is, it is set so that at least six images of the tread surface of the tire T can be obtained in the field of view taken by the
また、ハイスピードカメラ26で撮影するときの画素数は、タイヤ周方向に対して直交するタイヤ幅方向の踏面画像の画素数をN1とし、周方向溝が占める、タイヤ幅方向の画素数をN2とし、タイヤ幅方向におけるタイヤの踏面幅をWTとし、周方向溝のタイヤ幅方向における溝幅をWGとしたとき、下記式(1)を満たすのが好ましい。
α ×( WT / WG )× N2 ≦ N1 (1)
(αは係数)
The number of pixels when shooting with the high-
α × (W T / W G ) × N 2 ≦ N 1 (1)
(Α is a coefficient)
すなわち、タイヤTの周方向溝の溝幅に対応する画素数N2が周方向溝周りの流れを正確に可視化するのに最低必要な画素数であるとすると、この溝幅WGとタイヤTの踏面の幅WTとを用いて求めたタイヤTの踏面のタイヤ幅方向の画素数はN2×(WT/WG)となる。上述したようにタイヤTの踏面が余白を残す程度に可能な限り大きく撮影することが望ましく、係数αを用いて画素数N2×(WT/WG)に係数αを乗算したものが、ハイスピードカメラ26で撮影する際の最低必要な画素数となる。この最低画素数より多い画素数で撮影する限りにおいて、鮮明な撮影画像を用いて画像解析を行なうことができ、精度の高い水の流れベクトルを求めることができる。上記式は、タイヤTの踏面が余白を残す程度に可能な限り大きく撮影するためには係数αは1.5以上である。ハイスピードカメラ26で撮影する画像の画素数を上記最低画素数に比べて極めて大きくすると後述する流れベクトルの算出に要する処理時間が増大し実用上適さない。係数αは1.5以上3以下であるのが好ましい。より好ましくは、係数αは1.5倍以上2倍以下である。
That is, assuming that the number of pixels N 2 corresponding to the groove width of the circumferential groove of the tire T is the minimum number of pixels necessary to accurately visualize the flow around the circumferential groove, the groove width W G and the tire T The number of pixels in the tire width direction of the tread surface of the tire T obtained using the tread surface width W T is N 2 × (W T / W G ). As described above, it is desirable to photograph as large as possible so that the tread surface of the tire T leaves a margin, and the coefficient α is used to multiply the number of pixels N 2 × (W T / W G ) by the coefficient α. This is the minimum number of pixels required for shooting with the high-
例えば、画素数N2=10ピクセル、溝幅WG=8mm、タイヤTの踏面の幅WT=200mmおよび係数α=1.5とした場合、ハイスピードカメラ26で撮影する画像の画素数としてタイヤ幅方向において最低必要な画素数は375ピクセルとなる。例えば、タイヤ幅方向の画素数700ピクセルで撮影される。ハイスピードカメラ26で撮影する画像の画素数については、後述する流れベクトルの算出に要する処理時間として許容される実用上問題のないレベルは、処理装置28の処理能力に依存するが、ハイスピードカメラ26で撮影する画像のタイヤ幅方向の画素数の上限としては例えば2048ピクセルである。
For example, when the number of pixels N 2 = 10 pixels, the groove width W G = 8 mm, the tread width W T = 200 mm of the tire T, and the coefficient α = 1.5, the number of pixels of the image captured by the high-
また、トレーサ粒子が周方向溝、さらには傾斜溝内を自由に移動することができるためには、水膜に分散させるトレーサ粒子の大きさは直径2mmを上限とする。一方、トレーサ粒子が細かいと撮影された踏面画像中トレーサ粒子の識別が困難な場合もある。このためトレーサ粒子の下限値は0.5mmである。さらに、撮影された踏面画像中でトレーサ粒子を識別するには、撮影画像中で1つのトレーサ粒子の占める画素数は少なくとも1ピクセル以上でなければならない。
このため、周方向溝のタイヤ幅方向の画素数N2、1つのトレーサ粒子の占める画素数N3、トレーサ粒子の直径RTおよび周方向溝の溝幅WGとは、下記式によって関係付けられている。
N2 = ( WG / RT )× N3 (3)
トレーサ粒子の直径RT=1mm、1つのトレーサ粒子の占める画素数N3=4ピクセル、溝幅WG=8mmとすると、周方向溝のタイヤ幅方向の画素数N2を32ピクセルと定めることができる。
したがって、求められた画素数N2を用いて上記式(1)より、タイヤ幅方向の踏面画像の画素数N1の下限値を求めることができる。
このようにして設定された撮影条件においてハイスピードカメラ26で踏面画像が、所定の時間間隔で撮影される。
In addition, in order for the tracer particles to freely move in the circumferential grooves and further in the inclined grooves, the size of the tracer particles dispersed in the water film has an upper limit of 2 mm in diameter. On the other hand, when the tracer particles are fine, it may be difficult to identify the tracer particles in the tread image taken. For this reason, the lower limit value of the tracer particles is 0.5 mm. Furthermore, in order to identify the tracer particles in the captured tread image, the number of pixels occupied by one tracer particle in the captured image must be at least one pixel.
Therefore, the tire width direction of the pixel number N 2 of the circumferential groove, one pixel number N 3 occupied by the tracer particles, the groove width W G of the diameter R T and the circumferential groove of the tracer particles, associating by the following formula It has been.
N 2 = (W G / R T) × N 3 (3)
When the diameter R T of the tracer particle is 1 mm, the number of pixels occupied by one tracer particle is N 3 = 4 pixels, and the groove width W G is 8 mm, the number of pixels N 2 in the tire width direction of the circumferential groove is determined to be 32 pixels. Can do.
Therefore, the lower limit value of the pixel number N 1 of the tread image in the tire width direction can be obtained from the above equation (1) using the obtained pixel number N 2 .
Under the shooting conditions set in this way, a tread image is taken at a predetermined time interval by the
次に、処理装置28において取得された踏面画像におけるターゲットエリアとサーチエリアの設定が行なわれる(ステップS12)。
この設定は、例えばディスプレイ30に表示された踏面画像を見ながら入力装置32からオペレータが入力指示することによって行なわれる。図3(a),(b)は、タイヤTの踏面が図中の下方向から上方向に移動する状態を模式的に説明する模式図である。図中、符号40は、タイヤTの踏込み側先端であり、符号42はタイヤTの周方向溝である。タイヤTの傾斜溝は省略されている。
Next, a target area and a search area in the tread image acquired in the
This setting is performed, for example, when an operator inputs an instruction from the
図3(a)に示すように時刻tにおける踏面画像がディスプレイ30に表示されると、オペレータはディスプレイ30を見ながら、タイヤTの周方向溝42の踏込み側先端40の部分に画像数Ltの正方形形状のターゲットエリアR(図3(a)中の斜線領域)を設定するように入力指示することで、図3(a)に示すように処理装置28において正方形形状を成したターゲットエリアRが設定される。
このターゲットエリアRが各周方向溝42のそれぞれに対して設定され、さらに、各周方向溝周りに設定されたターゲットエリアRを補間するように、同じサイズのターゲットエリアRが踏面画像の図中横方向に複数設定される。
When the tread image at time t is displayed on the
This target area R is set for each
さらに、一定の時間間隔Δt後(時刻t+Δt)の踏面画像がディスプレイ30に同様に表示される。オペレータは、サーチエリアのサイズ(画素数Ls)を指示入力することにより、処理装置28にてサーチエリアS(図3(b)中の太線範囲内の領域)が設定される。具体的には、タイヤTの移動速度VとΔtを乗算した距離分、図3(a)において設定されたターゲットエリアをタイヤTの移動方向に移動した移動先エリア(移動先領域)R’(図3(b)中の斜線領域)が設定され、入力指示されたサーチエリアのサイズ(画素数Ls)に応じてこの移動先エリアR’を中心とした画素数Lsの正方形形状を成したサーチエリアSが設定される。このようなサーチエリアSは、複数設定された各ターゲットエリアR毎に設定される。
Further, a tread image after a certain time interval Δt (time t + Δt) is displayed on the
ここで、設定される画素数Ltは、少なくとも2ピクセルより大きく、かつ下記式(3)で定まる範囲に設定するのが好ましい。画素数Ltが2ピクセル以下の場合、トレーサ粒子がどこに移動したか特定困難となる。
Lt 2 ≧ 3・Sp/Np (3)
ここで、Spとは踏面画像の総画素数(縦方向の画素数×横方向の画素数)であり、Npとは踏面画像に撮影されているトレーサ粒子の数である。
Here, the pixel number L t to be set is greater than at least 2 pixels, and preferably set to the range determined by the following formula (3). When the number of pixels Lt is 2 pixels or less, it is difficult to specify where the tracer particles have moved.
L t 2 ≧ 3 · S p / N p (3)
Here, S p is the total number of pixels in the tread image (the number of pixels in the vertical direction × the number of pixels in the horizontal direction), and N p is the number of tracer particles photographed in the tread image.
上記式(3)は、ターゲットエリアR内に含まれるトレーサ粒子の数が少なくとも3個以上含まれるように、踏面画像においてトレーサ粒子1個が平均的に占める画素数を定め、この画素数に3を乗算することで、ターゲットエリアの一辺の画素数Lt 2の適正範囲を定めることができる。
例えば、総画素数Sp=524288(=512×1024)、トレーサ粒子の数Np=256とするとターゲットエリアRの画素数Ltの下限値は略45ピクセルとなる。
なお、上記例では、ターゲットエリアを正方形形状としたがその形状は特に制限されず、長方形形状であってもよい。また、サーチエリアSの画素数Lsは高速で飛散するトレーサ粒子を見逃してしまうことのないように、ターゲットエリアRの画素数Ltの3倍以上に設定するのが好ましい。一方、サーチエリアSを大きく広げると処理時間が多大となる。このため、サーチエリアSの画素数LsはターゲットエリアRの画素数Ltの6倍を上限とするのが好ましい。
また、サーチエリアSとターゲットエリアRとは、お互いに一部分でオーバラップする(重なる)ように設定することが精度高く流れベクトルを求める点で好ましい。その際、サーチエリアSとターゲットエリアRのサイズの大きさに応じてこのオーバラップ量を変えればよい。オーバラップ量をサーチエリアSとターゲットエリアRのサイズの大きさに対比して比較的大きく設定すると、サーチリアS内でターゲットエリアRを少しずつずらし、ずらす度に後述する相関係数を算出するので、この相関係数の算出において演算量が飛躍的に増大して多大な処理時間を要し好ましくない。
The above equation (3) determines the average number of pixels that one tracer particle occupies in the tread image so that the number of tracer particles included in the target area R is at least three or more. By multiplying, an appropriate range of the number of pixels L t 2 on one side of the target area can be determined.
For example, if the total number of pixels S p = 524288 (= 512 × 1024) and the number of tracer particles N p = 256, the lower limit value of the number of pixels L t in the target area R is about 45 pixels.
In the above example, the target area has a square shape, but the shape is not particularly limited, and may be a rectangular shape. Further, the number of pixels L s in the search area S is preferably set to be three times or more the number of pixels L t in the target area R so as not to miss tracer particles scattered at high speed. On the other hand, if the search area S is greatly expanded, the processing time becomes long. Therefore, the upper limit of the number of pixels L s in the search area S is preferably 6 times the number of pixels L t in the target area R.
In addition, it is preferable that the search area S and the target area R are set so as to partially overlap (overlap) each other from the viewpoint of obtaining a flow vector with high accuracy. At this time, the overlap amount may be changed according to the size of the search area S and the target area R. When the overlap amount is set to be relatively large compared to the size of the search area S and the target area R, the target area R is gradually shifted in the search rear S, and a correlation coefficient to be described later is calculated each time it is shifted. Therefore, the calculation amount is drastically increased in the calculation of the correlation coefficient, which requires a lot of processing time, which is not preferable.
このようなターゲットエリアRとサーチエリアSの設定とともに、一方において踏面画像の画像データのグレースケール値への変換が行なわれる(ステップS14)。すなわち画像データは、例えば0〜255のグレー濃度階調値に変換される。この変換は、後述するターゲットエリアRと相関の最も高い領域をサーチエリアSから取り出すための画像情報とするためである。 Along with the setting of the target area R and the search area S, the image data of the tread image is converted into a gray scale value on one side (step S14). That is, the image data is converted into, for example, a gray density gradation value of 0 to 255. This conversion is performed to obtain image information for extracting from the search area S a region having the highest correlation with the target area R described later.
次に、処理装置28にて移動ウィンドウを用いた相関係数の算出が行なわれる(ステップS16)。
図3(b)に示すように設定されたサーチエリアS内でターゲットエリアRと同じ画素サイズの移動ウィンドウWを移動して、移動の度に移動ウィンドウW内の画像データのグレースケール値と、ターゲットエリアRにおける画像データのグレースケール値との相関係数を求める。
Next, the
A moving window W having the same pixel size as that of the target area R is moved in the search area S set as shown in FIG. 3B, and the gray scale value of the image data in the moving window W each time the movement is performed, A correlation coefficient with the gray scale value of the image data in the target area R is obtained.
図4(a)は、サーチエリアS内で移動ウィンドウWを移動している状態を示している。この移動ウィンドウW内の画像データのグレースケール値と、ターゲットエリアRにおける画像データのグレースケール値との相関係数を、移動ウィンドウWの移動の度に演算する。移動ウィンドウWとターゲットエリアRは形状がともに正方形形状を成し、サイズも同じであるため、例えば左上端の位置を原点位置とし右方向に順番に番号を付し、さらに右端に至ると1段下がって左端から右端に向かって順番に番号を付し、この番号毎に移動ウィンドウWの画像データのグレースケール値とターゲットエリアR内の画像データのグレースケール値とを対応させることにより図4(b)に示すような散布図を作成することができる。この作成された散布図から直線回帰を行なって相関係数を算出する。 FIG. 4A shows a state where the moving window W is moved in the search area S. A correlation coefficient between the gray scale value of the image data in the moving window W and the gray scale value of the image data in the target area R is calculated each time the moving window W moves. Since both the moving window W and the target area R have a square shape and the same size, for example, a number is assigned in order in the right direction with the position of the upper left end as the origin position, and further to the right end, one step A number is assigned in order from the left end to the right end, and the gray scale value of the image data in the moving window W is associated with the gray scale value of the image data in the target area R for each number as shown in FIG. A scatter diagram as shown in b) can be created. The correlation coefficient is calculated by performing linear regression from the created scatter diagram.
このような相関係数を移動ウィンドウWが移動する度に算出し、サーチエリアS内を移動ウィンドウWがすべて移動したか否かを判別する(ステップS18)。判別において肯定された場合算出された相関係数のうち値が最大となる移動ウィンドウWの位置情報が求められる(ステップS20)。一方、ステップS18の判別において否定された場合、ステップS16に戻り、ウィンドウWがサーチエリアS内をすべて移動するまで、相関係数が逐次算出される。ステップS20で取得される位置情報は、例えば、相関係数の最も高い移動ウィンドウWの中心位置である。 Such a correlation coefficient is calculated every time the moving window W moves, and it is determined whether or not all the moving windows W have moved within the search area S (step S18). If the determination is affirmative, the position information of the moving window W having the maximum value among the calculated correlation coefficients is obtained (step S20). On the other hand, if the determination in step S18 is negative, the process returns to step S16, and correlation coefficients are sequentially calculated until the window W has moved all within the search area S. The position information acquired in step S20 is, for example, the center position of the moving window W having the highest correlation coefficient.
このような、相関係数が最大となる移動ウィンドウWの位置情報の取得は設定されたターゲットエリアRのすべてについてなされたか判別される(ステップS22)。この判別において否定された場合、ステップS16に戻され、別のターゲットエリアRについてステップS16〜S20が繰り返し行なわれる。 It is determined whether or not the acquisition of the position information of the moving window W having the maximum correlation coefficient has been performed for all of the set target areas R (step S22). If the determination is negative, the process returns to step S16, and steps S16 to S20 are repeated for another target area R.
このようなターゲットエリアRのグレースケール値とサーチエリアS内のグレースケール値との相関係数が最大となる移動ウィンドウWの位置情報の取得が、時刻tにおける踏面画像と時刻t+Δtにおける踏面画像との間で行なわれるが、この位置情報の取得は、ターゲットエリアR内の画像の濃淡により識別することのできるトレーサ粒子の分散状態と最も近似する場所をサーチエリアSの中から算出することで、時間Δt後におけるターゲットエリアRのトレーサ粒子の移動先を定めることに相当する。
したがって、ターゲットエリアRの位置情報(例えば中心位置)を始点とし上記移動ウィンドウWの上記位置情報(例えば中心位置)を終点とするベクトルを作成することで、図4(c)に示すような水の流れベクトルが作成される(ステップS24)。
The acquisition of the position information of the moving window W at which the correlation coefficient between the gray scale value of the target area R and the gray scale value in the search area S is maximized is the tread image at time t and the tread image at time t + Δt. The position information is acquired by calculating from the search area S a place that is most approximate to the dispersion state of the tracer particles that can be identified by the density of the image in the target area R. This corresponds to determining the movement destination of the tracer particles in the target area R after the time Δt.
Therefore, by creating a vector having the position information (for example, the center position) of the target area R as the start point and the position information (for example, the center position) of the moving window W as the end point, the water as shown in FIG. A flow vector is generated (step S24).
なお、流れベクトルは、時刻tの踏面画像と時刻t+Δtの踏面画像とを用いて算出してもよいが、例えば周方向溝の水の流れが傾斜溝に比べて支配的な場合、すなわち、水を排水するときの水の流れが定常状態となっている場合、時刻t+Δtにおける踏面画像と時刻t+2・Δtにおける踏面画像とを用いて、時刻t+2・Δtにおける踏面画像と時刻t+3・Δtにおける踏面画像とを用いて、さらには、時刻t+n・Δt(nは3以上の自然数)における踏面画像と時刻t+(n+1)・Δtにおける踏面画像とを用いて水の流れベクトルをそれぞれ作成し、これらを1つの流れベクトルとして重ね合わせてもよい。どの時刻における踏面画像と時間Δt後の踏面画像とを用いても流れベクトルに差異が生じないからである。 The flow vector may be calculated using the tread image at time t and the tread image at time t + Δt. For example, when the flow of water in the circumferential groove is dominant compared to the inclined groove, When the water flow when draining water is in a steady state, the tread image at time t + 2 · Δt and the tread image at time t + 3 · Δt are used using the tread image at time t + Δt and the tread image at time t + 2 · Δt. Further, a water flow vector is created using the tread image at time t + n · Δt (n is a natural number of 3 or more) and the tread image at time t + (n + 1) · Δt, respectively. You may superimpose as one flow vector. This is because there is no difference in the flow vector regardless of the tread image at any time and the tread image after time Δt.
図5は、このようにして求めたタイヤTの踏面における水の流れを表す流れベクトルを表した図である。
図5に示す例では、タイヤTはタイヤサイズ205/65R15の乗用車用のタイヤで、タイヤTの走行速度(移動速度)は40km/時とした。撮影する画像サイズは700×470ピクセルとしフレームレートは1500fpsとした。ターゲットエリアRの画素数Ltは21ピクセルに設定し、サーチエリアSの画素数LSは63ピクセルに設定した。
FIG. 5 is a diagram showing a flow vector representing the flow of water on the tread surface of the tire T thus obtained.
In the example shown in FIG. 5, the tire T is a tire for a passenger car having a tire size of 205 / 65R15, and the traveling speed (moving speed) of the tire T is 40 km / hour. The image size to be photographed was 700 × 470 pixels, and the frame rate was 1500 fps. The pixel number L t of the target area R was set to 21 pixels, and the pixel number L S of the search area S was set to 63 pixels.
図5によれば周方向溝周りの水の流れベクトルが細かく表されており、場所によって流れベクトルの大きさと向きが変わっており、精度の高い情報を表していることがわかる。特に、図5においてわかるように踏面の踏込み先端の形状が左右非対称となっており、踏込み先端の丸みの削られている領域Xにおいて、水の流れが側方を向いていることがわかる。つまり、踏込み先端の形状に応じて水の流れる方向も変化していることがわかる。
このように、タイヤの周方向溝や傾斜溝等の周辺を含むタイヤTの踏込み端付近における水の流れを精度良く求めることができる。
According to FIG. 5, the flow vector of water around the circumferential groove is finely represented, and the magnitude and direction of the flow vector change depending on the location, and it can be seen that highly accurate information is represented. In particular, as can be seen in FIG. 5, the shape of the stepping tip of the tread is asymmetrical, and it can be seen that the water flow is directed sideways in the region X where the stepping tip is rounded. That is, it can be seen that the direction in which water flows changes according to the shape of the stepping tip.
As described above, the flow of water in the vicinity of the stepping end of the tire T including the periphery such as the circumferential groove and the inclined groove of the tire can be obtained with high accuracy.
以上、本発明のタイヤの排水挙動可視化方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As mentioned above, although the drainage behavior visualization method of the tire of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. Of course.
10 排水挙動可視化システム
12 観測室
14 計測装置
16 路面
18 ガラス板
20 水膜
22,24 ライト
26 ハイスピードカメラ
28 処理装置
30 ディスプレイ
32 入力装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
タイヤが水膜上を走行するときのタイヤの踏面を、設定された時間間隔で路面側から撮影し、設定された画素数の踏面画像を得るステップと、
設定された時間間隔で撮影された少なくとも2つの踏面画像のうち、先に撮影された第1の踏面画像において、タイヤの踏込み端近傍に所定の画素サイズの領域をターゲットエリアとして設定するとともに、後に撮影された第2の踏面画像において、前記時間間隔の経過中に移動したタイヤの移動距離に応じて前記ターゲットエリアを移動した移動先領域の周りに前記ターゲットエリアより大きな画素サイズを有する領域をサーチエリアとして設定するステップと、
前記ターゲットエリアと同じ画素サイズの移動ウィンドウを前記サーチエリア内で移動して、移動の度に移動ウィンドウ内の画像データの濃度階調値と、前記ターゲットエリア内の画像データの濃度階調値との相関を求めるステップと、
求められた相関のうち、最も相関の高いときの移動ウィンドウの位置を求め、このときの前記第2の踏面画像における移動ウィンドウの位置情報と前記第1の踏面画像における前記ターゲットエリアの位置情報とから、タイヤが排水する水の流れを求めるステップと、を有することを特徴とするタイヤの排水挙動可視化方法。 A method for visualizing the drainage behavior of a tire that visualizes the drainage behavior of a tire traveling on a road surface on which a water film is formed,
Shooting the tire tread when the tire runs on the water film from the road surface side at a set time interval to obtain a tread image of the set number of pixels;
Among the at least two tread images photographed at the set time interval, in the first tread image photographed first, an area of a predetermined pixel size is set as a target area in the vicinity of the tire tread edge, and later In the photographed second tread image, an area having a pixel size larger than the target area is searched around the destination area that has moved the target area according to the moving distance of the tire that has moved during the time interval. A step to set as an area;
A moving window having the same pixel size as that of the target area is moved in the search area, and each time the moving window is moved, the density gradation value of the image data in the moving window and the density gradation value of the image data in the target area are Obtaining a correlation between
Of the obtained correlations, the position of the moving window when the correlation is the highest is obtained, and the position information of the moving window in the second tread image and the position information of the target area in the first tread image at this time And a step of obtaining a flow of water drained from the tire, and a method for visualizing the drainage behavior of the tire.
前記踏面画像において、前記タイヤ周方向に対して直交するタイヤ幅方向の前記踏面画像の画素数をN1とし、前記周方向溝が占める、前記タイヤ幅方向の画素数をN2とし、前記タイヤの前記タイヤ幅方向におけるタイヤの踏面幅をWTとし、前記周方向溝の前記タイヤ幅方向における溝幅をWGとしたとき、下記式(1)を満たすように踏面画像を撮影するタイヤの排水挙動可視化方法。
1.5 ×( WT / WG )× N2 ≦ N1 (1) The tire has a circumferential groove along the tire circumferential direction,
In the tread surface images, the number of pixels the tread image in the tire width direction orthogonal to the tire circumferential direction is N 1, the occupied circumferential grooves, the number of pixels the tire width direction and N 2, the tire of said tread width of the tire in the tire width direction and W T, the groove width in the tire width direction of the circumferential groove when the W G, of the tire to shoot tread image so as to satisfy the following formula (1) Drainage behavior visualization method.
1.5 × (W T / W G ) × N 2 ≦ N 1 (1)
Δt ≦ (L/V)×(1/6) (2) The time interval Δt for photographing the tread image satisfies the relationship set by the following equation (2), where L is the visual field length of the tire moving direction in the tread image and V is the tire moving speed. Item 6. The method for visualizing tire drainage behavior according to any one of Items 1 to 5.
Δt ≦ (L / V) × (1/6) (2)
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