JP2008008882A - タイヤのコーナリング特性の評価方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試作されたタイヤあるいは未試作の検討タイヤについて、車両を実際に操舵した状態のコーナリング特性を精度良く評価、予測することができる、タイヤのコーナリング特性の評価方法および装置を提供する。
【解決手段】接地面に接地しかつ所定の転動速度で転動するタイヤの、時系列のスリップ角に対する時系列の横力データＦ_ｙ（ｔ）を取得する。次に、複数のタイヤ力学要素パラメータを用いて構成され、スリップ角に対してタイヤに発生する過渡応答の横力データに対応する出力データＦ（ｔ）を算出する過渡応答算出モデルと、取得した横力データＦ_ｙ（ｔ）とを用いて、タイヤのコーナリング特性を表すコーナリングスティフネスの値Ｋ_ｙ、時定数の値ｔ_３及びタイヤの等価横剛性Ｋ_Lの値を導出する。

【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤのコーナリング特性の評価方法および装置に関し、特に、転動するタイヤにスリップ角を与えた際にタイヤに発生するタイヤ横力の過渡的な応答特性を、定量的に評価する方法および装置に関する。

最近のエンジンの高出力化に伴って、乗用車タイヤは偏平化等による高性能化が進み、車の限界性能や応答性およびトラクション性能の改善が図られている。しかし、高速での微小操舵時の操縦安定性は、必ずしも改善されているとはいえず、高速道路の発達と相まって、高速での微小操舵時における操縦安定性が優れたタイヤの開発は、非常に重要度の高い項目となっている。タイヤが車両に装着された際のタイヤの操縦安定性能には、自動車の早い操舵時の応答特性に関係する特性である、タイヤのコーナリング特性が大きく寄与している。タイヤのコーナリング特性は、タイヤを速く操舵した場合の、荷重・スリップ角・キャンバ角・スリップ率などのタイヤへの入力に対する、タイヤ横力やコーナリングフォース、セルフアライニングトルクなどの応答で表される。昨今、高速での微小操舵時においても良好な操縦安定性を有する高性能なタイヤの開発の要求にともない、タイヤ単体でのコーナリング特性を、定量的に精度良く評価することができる方法や装置が求められている。

従来、操縦安定性を評価するための試験方法として、試験タイヤを車に装着して評価者が車両を操舵し、評価者が感じた操縦安定性についての情報を得る実車フィーリング試験がある。この実車フィーリング試験では、実際に舵を切ったときの操縦安定性についての情報が得られるといった利点はあるが、評価者の感覚に基いて行う評価は、定量的なものとは言えなかった。

一方、室内コーナリング試験機を用いてタイヤ動特性を評価する方法もある（例えば、下記非特許文献１）。従来、このような、室内コーナリング試験機を用いてタイヤ動特性を評価するコーナリング動特性の評価方法は、例えば、一定の転動速度で、接地面上でタイヤを転動させて、異なる複数の周波数でスリップ角入力をタイヤに与える。そして、距離周波数に対する、タイヤ横力やコーナリングフォース、セルフアライニングトルクなどの応答特性（距離周波数特性）を求めていた。距離周波数は、タイヤの転動速度に対するスリップ角入力の角速度ωの割合で定められるものである。
飯田、「タイヤ動特性が車両の運動性能へ及ぼす影響」、自動車技術、１９８４年、Ｎｏ３、ｖｏｌ３８、Ｐ３２０

このような、与えられたスリップ角に対する、タイヤ横力などの距離周波数応答特性（距離周波数特性とする）は、上記実車フィーリング試験との対応が良好でないことが知られている。これは、距離周波数特性が、タイヤの転動速度に応じて変化してしまうからである。距離周波数特性がタイヤの転動速度に応じて変化するのは、例えば、タイヤの転動速度に応じて転動中のタイヤの温度が異なることで、タイヤ自体のコーナリング特性が多少なりとも変化してしまうからであると考えられる。また、室内コーナリング試験機では、タイヤ横力などの出力情報を計測する際、時系列でサイン波状に連続して変化するスリップ角を、繰り返しタイヤに与えている。スリップ角を与えられたタイヤは、必要以上に高温になって劣化も早い。また、連続的にスリップ角が入力される状態は、実際の車両走行時においてタイヤに発生する時系列のスリップ角とはかけ離れたものである。このような、時系列でサイン波状に連続して変化するスリップ角に対するタイヤ横力などの応答が、実車フィーリング試験の結果に対応しないのは、当然ともいえる。すなわち、サイン波状に連続して変化するスリップ角に対する応答として得られるタイヤ横力は、実車フィーリング試験の結果と対応しない。さらに、実車フィーリング試験の結果と対応するように、タイヤの応答として得られる横力データをどのようにデータ処理すればよいのかも不明である。

また、今日、試作されていない種々の検討タイヤについて、それぞれのタイヤを再現した有限要素モデルを用いて有限要素法を用いてシミュレーションを行うことにより、各検討タイヤの特性を評価することが可能となっている。しかし、上述したように、入力されたスリップ角に対する応答として得られるタイヤの横力データをどのようにデータ処理すればよいか不明であるため、検討タイヤのコーナリング特性について、実車フィーリング試験の結果と対応するように、精度良く評価することができないといった問題もある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、試作されたタイヤあるいは未試作の検討タイヤについて、車両を実際に操舵した状態のコーナリング特性を精度良く評価、予測することができる、タイヤのコーナリング特性の評価方法および装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、スリップ角の付与条件下のタイヤのコーナリング特性の評価方法であって、スリップ角の付与条件下、接地面に接地しかつ所定の転動速度で転動することでタイヤ横力が発生するタイヤの、時系列のスリップ角に対する時系列の横力データを取得するステップと、 複数のタイヤ力学要素パラメータを用いて構成され、スリップ角に対して前記タイヤに発生する過渡応答の横力データに対応する出力データを算出する過渡応答算出モデルと、取得した前記横力データとを用いて、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値を導出するステップと、を有することを特徴とするタイヤのコーナリング特性の評価方法を提供する。

なお、前記横力データを取得するステップでは、評価しようとするタイヤを有限個の要素に分割したタイヤ有限要素モデルで再現し、有限要素法を用いて、接地面に接地させかつ所定の転動速度で転動させたタイヤ有限要素モデルに時系列のスリップ角を入力として与えたときのタイヤ有限要素モデルに作用する横力のシミュレーションデータを前記横力データとして取得する。

その際、前記タイヤ有限要素モデルは、リムを再現したリムモデルと結合し、前記タイヤ有限要素モデルは平坦な仮想路面を前記接地面として接地させ、前記仮想路面に対して前記所定の転動速度で相対的に移動させることで、接地面に接地しかつ所定の転動速度で転動するタイヤを再現することが好ましい。

又、タイヤ中のコード補強材に対応する前記タイヤ有限要素モデルの補強材部分は、引張り方向の剛性と圧縮方向の剛性とが互いに異なる材料特性を有することが好ましい。

さらに、前記タイヤ有限要素モデルは、タイヤの内圧充填を再現する充填処理を施したものであり、前記タイヤ有限要素モデルの少なくとも一部分に初期応力あるいは初期歪みを与えた後、前記充填処理を施すことが好ましい。

あるいは、タイヤのコーナリング特性の評価方法の前記横力データを取得するステップでは、接地面にタイヤを接地させて前記タイヤを所定の転動速度で転動させた状態で、前記タイヤに時系列のスリップ角を与えて、このスリップ角に対応した時系列のタイヤ横力の計測データを、前記横力データとして取得する。

又、前記過渡応答算出モデルは、前記スリップ角に対する前記タイヤ横力の過渡応答を１次遅れ系として表したモデルであり、入力する前記スリップ角の大きさの範囲が、入力するスリップ角の大きさと、このスリップ角に対するタイヤ横力の応答の大きさとが略線形関係となる、線形領域内であることが好ましい。

前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するステップでは、入力した前記時系列のスリップ角と、このスリップ角に対応した時系列の横力データとを用いて、前記過渡応答算出モデルの出力データが前記時系列の横力データに許容範囲内で一致するように、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出することが好ましい。

前記スリップ角の大きさをαとすると、−２．０（ｄｅｇ）≦α≦２．０（ｄｅｇ）を満たすことが好ましい。

その際、前記過渡応答算出モデルは、出力データをＦ（ｔ）としたとき、下記式（１）で表される式を有し、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するステップでは、前記入力した時系列のスリップ角α（ｔ）を用いて、下記式（１）中のＦ（ｔ）がこのスリップ角α（ｔ）に対応した時系列の横力データＦ_ｙ（ｔ）に許容範囲内で一致するように、下記式（１）における力学要素パラメータである、コーナリングスティフネスＫ_ｙの値および時定数ｔ_３の値を求めることが好ましい。

前記過渡応答算出モデルで算出される出力データは、前記スリップ角の入力に対してタイヤ全体の等価横剛性Ｋ_Lを介してホイール側に伝わるタイヤ横力のデータであり、さらに、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するステップでは、前記横力データを取得するときの前記所定の転動速度をＶとしたとき、上記式（１）を用いて求めた、コーナリングスティフネスの値Ｋ_ｙ、時定数の値ｔ_３、及び転動速度Ｖを、下記式（２）に代入することで、タイヤ横力の伝達特性を表す前記等価横剛性Ｋ_Lの値を導出することが好ましい。

さらに、本発明は、スリップ角の付与条件下のタイヤのコーナリング特性を評価する装置であって、接地面に接地しかつ所定の転動速度で転動するタイヤの、時系列のスリップ角に対する時系列の横力データを取得するデータ取得手段と、複数のタイヤ力学要素パラメータを用いて構成される、スリップ角に対して前記タイヤに発生する過渡応答の横力データに対応する出力データを算出する過渡応答算出モデルと、前記横力データとを用いて、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値を導出する導出手段と、を有することを特徴とするタイヤのコーナリング特性の評価装置を提供する。

本発明のタイヤのコーナリング特性評価方法および装置では、実際のタイヤに時系列のスリップ角を与えたときの時系列の計測データを、タイヤの横力データとして取得することができるほか、タイヤの有限要素モデルに作用する横力のシミュレーションデータを横力データとして取得することもできる。
タイヤの横力の計測データを取得する場合、タイヤに入力するスリップ角の変化率を、実際の車両の操舵の際のスリップ角の変化率とし、実際に車両を操舵した状態に近い、コーナリング特性の評価結果を得ることができる。さらに、タイヤに入力するスリップ角の範囲を比較的狭い範囲として、タイヤのコーナリング特性を定量的に評価することができる。このため、試験を実施することで生じるタイヤの劣化を抑制することができ、同一のタイヤについて、複数の速度条件それぞれにおけるコーナリング動特性の評価値を得ることができる。
タイヤの有限要素モデルに作用する横力のシミュレーションデータを横力データとして取得する場合、実際のタイヤを試作することなく、有限要素モデルを用いてシミュレーションを行うことにより、実際に車両を操舵したときの評価結果に対応する評価結果を得ることができる。
また、入力するスリップ角の大きさの範囲を、入力するスリップ角の大きさと、このスリップ角入力に対するタイヤ横力の応答の大きさとが略線形関係となる線形領域内とすることで、入力されたスリップ角に対するコーナリング特性の応答を一次遅れ系で表した、比較的簡略化された過渡応答算出モデルを用いることを可能としている。このような比較的簡略化された過渡応答算出モデルを用いることで、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値を、比較的簡単な処理のみによって導出することができる。本発明で求められた、このようなタイヤのコーナリング特性の情報は、例えば、高速走行時における操縦安定性を向上させるタイヤの開発などに際し、好適に用いることができる。

以下、タイヤのコーナリング特性の評価方法および装置について、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。

図１は、本発明のタイヤのコーナリング特性の評価装置の一例である、コーナリング特性計測装置１０（以降、装置１０という）について説明する概略構成図である。図１は、装置１０を用いて、測定対象タイヤであるタイヤ１２について、それぞれ異なる複数の転動速度でタイヤ１２を転動させ、各転動速度それぞれにおける、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値を導出し、さらに、各パラメータの値の転動速度依存性を表すプロット図を表示出力する場合について示している。装置１０は、コーナリング試験機１４と測定・評価ユニット１６とを有して構成される。なお、測定・評価ユニット１６には、ディスプレイ１８が接続されている。

コーナリング試験機１４は、タイヤ軸２２に回転可能に軸支したタイヤ１２を、ベルト２０の表面である代用路面２４に接地させて、ベルト２０を回転駆動させることで、タイヤ１２にベルト２０の代用路面２４上を走行（転動）させる、公知のフラットベルト型室内試験機である。本実施形態のコーナリング試験機１４では、代用路面２４上を走行中のタイヤ１２に対して、時系列でステップ状に変化するスリップ角を順次与えて、このスリップ角に対応してタイヤ１２に発生するタイヤ横力（横力）を時系列に計測し、横力データを取得する。急激な舵角変化や外乱などで、タイヤのスリップ角（ＳＡ）が急激に変わった場合、スリップ角に対する横力（ＳＦ）やセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）は、時間遅れをもって発生する。本明細書では、この時のタイヤ特性をコーナリング特性とよんでいる。

本実施形態では、スリップ角の最大値を２．０ｄｅｇ以下とする、比較的小さいスリップ角範囲でスリップ角を入力する。すなわち、測定対象タイヤ１２の、スリップ角が比較的小さいステアリング中立付近におけるスリップ角に対応してタイヤ１２に発生するタイヤ横力を計測する。このようなステアリング中立付近では、入力するスリップ角と、このスリップ角に対するタイヤ横力の応答が略線形関係となっている。本実施形態では、この略線形関係を有する線形領域内でスリップ角が入力される。

ベルト２０は、ローラ対２８に掛けまわされている。このローラ対２８は、図示しないモータを有して構成された駆動ユニット２６と接続されており、この駆動ユニット２６のモータによってローラ対２８が回転して、ベルト２０の代用路面２４が移動する構成となっている。駆動ユニット２６は、測定・評価ユニット１６の、後述する測定ユニット４０と接続されている。

タイヤ軸２２は、タイヤ軸支持部材３２に設けられている。タイヤ軸支持部材３２は、スリップ角調整手段であるスリップ角調整アクチュエータ（以降、アクチュエータという）２９によって、図１中のＺ軸周りに回転駆動される構成となっている。図１中のＺ軸は、タイヤ１２の回転中心軸（すなわちタイヤ軸２２の中心）に垂直な、タイヤ１２の赤道面上に位置する。タイヤ軸支持部材３２が図１中Ｚ軸周りに回転駆動されることで、転動中のタイヤ１２のスリップ角（タイヤ１２の転動方向すなわち代用路面２４の移動方向と、タイヤ１２の赤道面とのなす角）が変動される。アクチュエータ２９は、測定・評価ユニット１６の、後述する測定ユニット４０と接続されている。

タイヤ軸支持部材３２には、また、タイヤ軸２２にかかる力を計測可能なセンサ３４が設けられている。センサ３４は、タイヤ軸２２にかかるタイヤ赤道面に垂直な方向の力（図１中Ｙ軸方向の力）、すなわちタイヤ横力を計測する。なお、センサ３４は、圧電素子を用いたものや歪みゲージを用いたもの等、タイヤ軸２２にかかる、少なくともタイヤ横力を計測できるデバイスであればよく、特に限定されない。なお、タイヤ軸支持部材３２は、図示しない荷重負荷装置と接続されており、タイヤ１２の転動中、この荷重負荷装置から所定の荷重が印加されることで、タイヤ軸２２に支持されたタイヤ１２が、ドラム２０の代用路面２４に、所定の接地荷重で接地する。センサ３４は、測定・評価ユニット１６の、後述する測定ユニット４０と接続されている。

測定・評価ユニット１６は、測定ユニット４０と評価ユニット５０とを有して構成されている。図２は、測定・評価ユニット１６について説明する概略構成図である。測定・評価ユニット１６は、測定ユニット４０と、評価ユニット５０と、ＣＰＵ１７と、メモリ１９とを有する。測定・評価ユニット１６は、メモリ１９に記憶されたプログラムをＣＰＵ１７が実行することで、測定ユニット４０および評価ユニット５０の各部が機能するコンピュータである。

なお、メモリ１９には、タイヤの過渡応答算出モデルの出力算出プログラム（以降、過渡応答算出モデルのプログラムという）が予め記憶されている。この過渡応答算出モデルは、複数のタイヤ力学要素パラメータによって構成されたタイヤ力学モデルを、スリップ角の条件を最大値を２．０ｄｅｇ以下とする線形領域内とすることで簡略化し、さらに、タイヤの横力の過渡応答を簡略化して表したモデルである。
ここで、タイヤ力学モデルについて説明する。本発明で用いるタイヤ力学モデルは、個々のタイヤ部材の変形（遅延変形を含む）と関連づけて表されたモデルである。

図３は、本発明で用いるタイヤ力学モデルおよびこのモデルを用いたデータ処理について説明する概略図である。タイヤ力学モデルは、図３に示す式（３）〜式（１０）の各式によって表される。なお、図２に示す各力学要素パラメータは、以下の意味をもつものである。
（ａ）タイヤの横方向のせん断剛性によって定められる横剛性Ｋ_ｙ０、
（ｂ）路面とタイヤ間の滑り摩擦係数μ_ｄ、
（ｃ）横剛性Ｋ_ｙ０を路面とタイヤ間の凝着摩擦係数μ_ｓで除算した横剛性係数（Ｋ_ｙ０／μ_ｓ）、
（ｄ）ベルト部材の横方向曲げ係数ε、
（ｅ）タイヤのタイヤ中心軸周りの捩じり剛性の逆数であるねじりコンプライアンス（１／Ｇ_ｍｚ）、
（ｆ）横力発生中の接地面の接地圧力分布を規定する係数ｎ、
（ｇ）接地圧力分布の偏向の程度を表す係数Ｃ_ｑ、
（ｈ）接地面におけるタイヤ中心位置の前後方向への移動の程度を示す移動係数Ｃ_ｘｃ、
（ｉ）横力発生時の実効接地長ｌ_ｅ、
（ｊ）接地面内の前後剛性Ａ_ｘ（前後力トルク成分を定めるパラメータ）、等である。
また、過渡応答特性を特徴付ける過渡応答パラメータは、以下のものが例示される。
（ｋ）トレッド部のせん断変形による変形応答を規定する１次遅れ応答の遅延時定数ｔ_s、
（ｌ）サイド部の捩じり変形による変形応答を規定する１次遅れ応答の遅延時定数ｔ_r、
（ｍ）ベルト部の曲げ変形による変形応答を規定する１次遅れ応答の遅延時定数ｔ_d、等である。

図３に示す式（３）〜（１０）は、タイヤに任意のスリップ角α（ｔ）を与えた際の、横力データＦ_ｙ（ｔ）とセルフアライニングトルクＭ_ｚ（ｔ）を表している。式（３）は、ホイールに装着されたタイヤを考えたとき、タイヤのホイール側から入力されたスリップ角α（ｔ）は、「サイドウォールのねじり変形」によって伝達が阻害され、タイヤのトレッド部には、実効スリップ角α_ｅ（ｔ）のみが入力されることを表している。式（６）は、トレッドゴムは粘弾性体であるため、入力角α_ｅ（ｔ）に対する変形応答には遅れがともなうことに着目して、時定数ｔ_１の１次遅れ系を仮定して、時刻（ｔ）において実現されるトレッドの実際の変形分のスリップ角を表した式である。なお、各式の詳細な説明や図３に表されるデータ処理については、本願出願人による出願である特許願第２００６−９８２５０号明細書に詳細に記載されている。

タイヤ力学モデルを表す式（３）〜（１０）は、個々のタイヤ部材の変形（および遅延変形）と関連づけて表されている。式（３）〜（１０）を用いれば、タイヤの各部材の特性をそれぞれ個別に変更した場合それぞれについて、タイヤのコーナリング特性を評価することもできる。上記タイヤ力学モデルは、タイヤの設計にも適用（利用）することができる。このタイヤ力学モデルにおいて、最大値を２．０ｄｅｇ以下とする線形領域内のスリップ角では、簡略的に下記式（１１）〜（１３）で表される。この式で表されるモデルが上述の過渡応答算出モデルである。

上記式（１１）〜（１３）において、Ｆｙｓ（α）とＭｚｓ（α）は、無限小の操舵角速度で試験した際に得られるような、定常的な、横力ＦｙとセルフアライニングトルクＭｚのスリップ角依存曲線であり、既知のものである。ｔ_３は、タイヤ全体の遅延応答の時定数を表し、上記タイヤ力学モデルにおけるｔ_ｓ、ｔ_ｄ、ｔ_ｒが反映された値である。このような過渡応答算出モデルでは、時定数ｔ_３が、定常的な応答と、過渡応答との差異を生み出す重要な要素となっている。

上記時定数ｔ_３を算出する方法は、下記の２つの方法がある。
１つは、本願出願人による出願である特許願第２００６−９８２５０号明細書に詳細に記載されている。具体的には、横力を計測する場合、実際のタイヤに時系列のスリップ角α（ｔ）を与え、このときタイヤに発生する横力データＦ_ｙ（ｔ）を計測した後、下記（ａ），（ｂ）の処理を行う。スリップ角は、スリップ角ゼロから増大し、その後減少するように設定される。
（ａ）入力したスリップ角α（ｔ）と、この時得られる計測データである横力データＦ_ｙ（ｔ）とからなる計測データ群{α（ｔ）、Ｆｙ（ｔ）}に対し、適当な値を時定数ｔ_３に用いて、式（１１）による変換（α（ｔ）をα’（ｔ）に変換）を行い、変換データ群{α’（ｔ）、Ｆｙ（ｔ）}を得る。
（ｂ）得られた変換データ群{α’（ｔ）、Ｆｙ（ｔ）}を、滑らかな曲線関数（スプライン関数等を使用）に最小二乗回帰し、このとき得られる回帰曲線を求め、この回帰曲線と変換データ群{α’（ｔ）、Ｆｙ（ｔ）}との間の二乗残差和を算出する。このような（ａ）と（ｂ）の処理を繰り返し、例えばＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法の非線形最小回帰アルゴリズムを用いて、上記二乗残差和が最小になるようなｔ_３の値を決定する。このようにして決定された、上記二乗残差和が最小になるようなｔ_３の値を用いて表された回帰曲線（上記スプライン関数等を使用して表された滑らかな曲線関数）が、定常的な横力のスリップ角依存曲線Ｆｙｓ（α）に相当する。

もう１つの方法は、タイヤに入力するスリップ角の範囲を、低スリップ角である線形領域（スリップ角αの絶対値＜２．０°）に限定することによって、タイヤ力学モデルを更に簡略化した線形タイヤモデルを用いる。すなわち、Ｆｙｓ（α）をＫ_ｙ・ｔａｎ（α）と表し、このＫ_ｙ・ｔａｎ（α）の出力データが横力データＦｙ（ｔ）に許容範囲内で一致する時定数ｔ_３を算出する。
このような線形領域においては、横力に対応する出力データＦ（ｔ）は、下記式（１）のように表される。

ここで、Ｋ_ｙは、スリップ角が０°のときの横力の立ち上がりの勾配を表す、タイヤ全体のコーナリングスティフネスである。線形領域においては、このような式（１）の関係が近似的に成り立っているといえる。さらに、接地面とタイヤの間で発生した横力が、単純に等価横剛性Ｋ_Lを介してホイール側に伝わるものとすると、上記の式中の時定数ｔ_３は、タイヤの転動速度をＶとして、下記式（２）のように近似的に表される。ここで、Ｋ_Lは、タイヤの複数の部材の剛性が複合的に関与して定められた等価横剛性である。Ｋ_Lおよびｔ_３は、タイヤ全体の伝達特性を表す重要な指標であり、タイヤのコーナリング特性の指標である。本実施形態では、このような一次遅れ系で表された線形タイヤモデルによる出力データのプログラム、すなわち式（１）および（２）に沿って出力データF（ｔ）を算出するプログラムが、メモリ１９に予め記憶されている。

測定ユニット４０は、条件設定部４２、動作制御部４４、およびデータ取得部４６を有して構成されている。評価手段５０は、第１パラメータ導出部５２、第２パラメータ導出部５４、依存性評価部５６を有して構成されている。

測定ユニット４０は、コーナリング試験機１４の各部の動作を制御することで、所定の転動速度および所定の接地荷重でタイヤ１２を転動させつつ、転動するタイヤ１２に時系列で変化するスリップ角を入力し、タイヤの横力データを取得する。

測定ユニット４０の条件設定部４２は、代用路面２４上を走行中のタイヤ１２に順次与える、時系列でステップ状に変化するスリップ角の条件や、タイヤ１２の転動速度の条件、タイヤに与える接地荷重の条件などを設定する部位である。

条件設定部４２は、タイヤ横力の出力信号取得時における、タイヤ１２の転動速度や接地荷重の条件、およびタイヤ１２に入力する、時系列に変動するスリップ角を設定する部位である。本実施形態では、条件設定部４２では、予め複数の転動速度の条件を設定しておく。なお、後述する評価部５６において、コーナリング特性を表すタイヤの力学要素パラメータの値について、荷重依存性を表すプロット図を作成したい場合など、条件設定部４２は、上述の、図示しない荷重負荷装置によって印加する、タイヤにかかる荷重の大きさを、複数設定しておけばよい。

また、条件設定部４２では、例えば図４（ａ）または図４（ｂ）に示すような、ステップ状に変化する時系列のスリップ角を設定する。このようにステップ状に変化するスリップ角を設定することで、タイヤ１２に入力するスリップ角の時系列データに、比較的高い周波数成分を含ませることができる。本発明において、入力されるスリップ角は、変化率が０．１〜０．５（ｓｅｃ／ｄｅｇ）であることが好ましい（図４（ａ）および（ｂ）の例では、０．２５（ｓｅｃ／ｄｅｇ））。スリップ角をこのような範囲に設定するのは、高速走行時における実際の車両の操舵にともなうスリップ角の変化率が、おおよそ０．１〜０．５（ｓｅｃ／ｄｅｇ）の範囲だからである。このように、タイヤに入力するスリップ角の変化率を、実際の車両の操舵にともなうスリップ角の変化率とすることで、実際に車両を操舵した状態により近い、コーナリング特性の計測結果を得ることができる。また、本発明におけるスリップ角の絶対値の最大値は、２．０ｄｅｇ以下とすることが好ましい。スリップ角の最大値をこのような範囲に設定するのは、タイヤの横力データを、上記式（１）で表す線形タイヤモデルで精度良く表せる範囲が、タイヤに入力するスリップ角の大きさが比較的小さい線形領域の範囲内であるからである。また、タイヤに入力するスリップ角の大きさを比較的小さい範囲とすることで、測定対象タイヤの、測定による消耗を抑制するといった効果も奏する。

本発明では、入力されるスリップ角の変化率やスリップ角の最大値の上限値を、実際の車両の走行状態に則した範囲に設定する。これにより、室内コーナリング試験において、実際の車両の走行時におけるスリップ角の変動を再現し、実際の車両の走行時における車両のコーナリング動特性を、高精度に再現することを可能としている。なお、入力する時系列のスリップ角としては、同様のステップ状の変化を繰り返すことが好ましい。同様のステップ状の変化を繰り返し、同様の動特性情報を繰り返し得ることで、信頼性の高い、高精度な情報を得ることができる。

動作制御部４４は、条件設定部４２で設定された、タイヤ１２の転動速度および時系列のスリップ角の条件に基づき、コーナリング試験機１４の各部の動作を制御する部位である。動作制御部４４は、駆動ユニット２６およびアクチュエータ２９と接続されている。動作制御部４４は、条件設定部４２で設定された転動速度でタイヤ１２が転動するよう、駆動ユニット２６の動作（モータの回転速度など）を制御する。また、条件設定部４２で設定された時系列のスリップ角の条件で、タイヤ１２のスリップ角が変化するよう、アクチュエータ２９の動作も制御する。具体的には、条件設定部４２で設定された１つの転動速度でタイヤ１２を転動させた状態で、設定したスリップ角をタイヤ１２に順次入力する。なお、入力するスリップ角の時系列のデータは、評価手段５０のデータ処理部５２にも順次送られる。

データ取得部４６は、転動するタイヤ１２にスリップ角を与えた際の、スリップ角に対応したタイヤ横力の時系列の出力信号（横力データ）を得る部位である。データ取得部４６は、センサ３４と接続されており、センサ３４から出力される、タイヤに発生するタイヤ横力の出力信号を時系列に取得する。取得したタイヤ横力の時系列の横力データは、評価ユニット５０の第１パラメータ導出部５２に送られる。

評価ユニット５０の第１パラメータ導出部５２は、動作制御部４４から送られるスリップ角の時系列データと、データ取得部４６が取得した時系列の横力データと、をそれぞれ取得する。さらに、メモリ１９から過渡応答算出プログラム（線形タイヤモデルのプログラム）を読み出し、この線形タイヤモデルと受け取ったデータとを用いて、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの一部を導出する。より具体的には、スリップ角の時系列データα（ｔ）を用いて、線形タイヤモデルのプログラムによって算出される出力データＦ（ｔ）が、計測によって得られた横力データＦ_ｙ（ｔ）に近似するように、式（１）におけるコーナリングスティフネスＫ_ｙの値および遅延時定数ｔ_３の値を導出する。第１パラメータ導出部５２で導出されたタイヤ力学要素パラメータの値は、第２パラメータ導出部５４に送られるとともに、メモリ１９に記憶される。この第１パラメータ導出部５２では、コーナリングスティフネスＫ_ｙの値および時定数ｔ_３の値を、例えば最小二乗回帰によって導出すればよく、より具体的には、例えばＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法の非線形最小回帰アルゴリズムを用いることができる。

評価ユニット５０の第２パラメータ導出部５４は、第１パラメータ導出部５２より受け取ったタイヤ力学要素パラメータの値と、タイヤの転動速度の情報と、上記線形タイヤモデルとを用いて、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値の一部を導出する。具体的には、コーナリングスティフネスＫ_ｙの値、遅延時定数ｔ_３の値、タイヤの転動速度Ｖの値を、線形タイヤモデルで規定される上記式（２）に代入することでタイヤの等価横剛性Ｋ_Lの値を求め、メモリ１９に記憶する。

装置１０では、１つの転動速度においてタイヤ力学要素パラメータの値を導出し、メモリ１９に記憶すると、条件設定部４２で設定した他の転動速度でタイヤを転動させて、この変更した転動速度における時系列のタイヤの横力データＦｙ（ｔ）及びスリップ角α（ｔ）を取得する。この変更した転動速度について、上述のような、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値をそれぞれ導出し、メモリ１９に記憶する。装置１０では、ＣＰＵ１７の制御の下、このような手順を繰り返すことで、条件設定部４２で設定した、複数の転動速度及び荷重の条件における、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値を導出し、メモリ１９に記憶する。

評価ユニット５０は、このようにして記憶された、複数のタイヤ力学要素パラメータの値を読み出し、例えば、転動速度の大きさと各転動速度における各力学要素パラメータの値との対応を表すプロット図を作成して、ディスプレイ１８に出力する。このプロット図は、各力学要素パラメータの値の転動速度依存性を表す。条件設定部４２において、タイヤに印加する荷重の条件を複数設定した場合には、荷重の大きさと各荷重における各力学要素パラメータの値との対応を表すプロット図を作成して、ディスプレイ１８に出力する。このプロット図は、各力学要素パラメータの荷重依存性を表す。タイヤは高速になるほど、遠心力によってトレッド部がラジアル方向にせり上がることでタイヤ形状が変化し、コーナリング特性に影響を与える。各力学要素パラメータの値の転動速度依存性を表すプロット図を表示することで、評価部５６は、タイヤのコーナリング特性について、上記タイヤ形状の変化の影響を含んだ詳しい情報を提供する。また、実車評価にて、タイヤに掛かる荷重は一定ではなく、ハンドル操作・ブレーキなどにより、それぞれに掛かる荷重は変化する。このため、荷重依存性を評価することは重要である。

図５は、装置１０を用いて実施する、タイヤのコーナリング特性の計測方法の一例のフローチャートである。図５に示すフローチャートでは、異なる複数の転動速度でタイヤ１２を転動させ、各転動速度それぞれにおける、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値（ｔ_３，Ｋ_ｙ，Ｋ_L）を導出した上、各パラメータの転動速度依存性を表すプロット図を表示する場合について示している。まず条件設定部４２が、タイヤの横力データ取得時の、タイヤ１２の転動速度、タイヤ１２に負荷する荷重、およびタイヤ１２に入力する時系列のスリップ角の条件を設定する（ステップＳ１０２）。上述したように、条件設定部４２では、タイヤに与えるスリップ角を定めるために、時系列でステップ状に変化するスリップ角を設定する。本発明では、上述のように、入力するスリップ角の変化率の範囲として、０．１〜０．５（ｓｅｃ／ｄｅｇ）、入力するスリップ角の最大値を２．０ｄｅｇ以下として、高速走行時における実際の車両の操舵にともなうスリップ角の変動に対応するようにスリップ角の条件を設定する。

次に、動作制御部４４が、駆動ユニット２６の動作（モータの回転速度など）を制御して、条件設定部４２で設定された複数の転動速度の１つで、タイヤ１２を転動させる（ステップＳ１０４）。設定した転動速度でタイヤ１２が転動している状態で、動作制御部４４が、アクチュエータ２９の動作を制御して、条件設定部４２で設定した、時系列でステップ状に変化するスリップ角をタイヤ１２に入力する（ステップＳ１０６）。データ取得部４６は、設定した転動速度でタイヤ１２を転動させた状態で、タイヤ１２に時系列で変化するスリップ角を与えた際にセンサ３４から出力される、タイヤに発生する横力データの信号を時系列に取得する（ステップＳ１０８）。

次に、評価ユニット５０の第１パラメータ導出部５２は、動作制御部４４から送られるスリップ角の時系列データと、データ取得部４６が取得したタイヤの横力データと、メモリ１９から読み出した上記線形タイヤモデルのプログラムとを用いて、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの一部の値を導出して、メモリ１９に記憶する（ステップＳ１１０）。具体的には、スリップ角入力の時系列データα（ｔ）と、時系列のタイヤの横力データＦ_ｙ（ｔ）を、上記式（１）に回帰するように、最小二乗回帰させることで（式（１）中の出力データＦ（ｔ）が横力データＦ_ｙ（ｔ）に許容範囲内で一致させることで）、式（１）におけるコーナリングスティフネスＫ_ｙの値および時定数ｔ_３の値を導出する。第１パラメータ導出部５６で導出されたタイヤ力学要素パラメータの値は、第２パラメータ導出部５８に送られるとともに、メモリ１９に記憶される。

次に、評価ユニット５０の第２パラメータ導出部５４は、第１パラメータ導出部５６より受け取った結果と、タイヤの転動速度の情報とを用いて、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの一部の値を導出して、メモリ１９に記憶する（ステップＳ１１２）。具体的には、コーナリングスティフネスＫ_ｙの値、時定数ｔ_３の値、タイヤの転動速度Ｖの値を、上記式（２）に代入することでタイヤの等価横剛性Ｋ_Lの値を導出し、メモリ１９に記憶する。

１つの転動速度（条件）について、タイヤ力学要素パラメータである、コーナリングスティフネスＫ_ｙ、時定数ｔ_３、および等価横剛性Ｋ_Lの値が導出されて記憶されると、設定された複数の転動速度の条件全てについて、タイヤ力学要素パラメータの値が算出されて記憶されたか否かが判定される（ステップＳ１１４）。判定がＮｏの場合、すなわち、設定された複数の転動速度のうち、タイヤ力学要素パラメータの値が算出・記憶されていない転動速度がある場合、転動速度を変更（ステップＳ１１８）した後、ステップＳ１０４〜Ｓ１１４の処理を繰り返す。このようなステップＳ１０４〜Ｓ１１４は、ステップＳ１１４における判定がＹｅｓとなるまで、すなわち、設定した複数の転動速度の全てについて、タイヤ力学要素パラメータの値が算出されて、メモリ１９に記憶されるまで繰り返される。

ステップＳ１１４における判定がＹｅｓとなった場合、依存性評価部５６が、記憶された複数のタイヤ力学要素パラメータの値を読み出し、例えば、転動速度の大きさと各転動速度における各力学要素パラメータの値との対応を表すプロット図を作成して、ディスプレイ１８に出力する（ステップＳ１１６）。条件設定部４２において、タイヤに印加する荷重の条件を複数設定した場合には、各力学要素パラメータの荷重依存性を表す、荷重の大きさと各荷重における各力学要素パラメータの値との対応を表すプロット図を作成して、ディスプレイ１８に出力すればよい。本発明のタイヤのコーナリング特性の評価方法の一例である、コーナリング特性の計測方法はこのように実施される。

本発明のタイヤのコーナリング特性の評価方法の一例を用いて、上記実車フィーリング試験における評価結果がそれぞれ異なる２つのタイヤＡ，Ｂそれぞれについて、タイヤのコーナリング特性を評価した結果を以下に示す。

２つのタイヤＡおよびＢは、いずれもサイズ２０５／５５Ｒ１６のタイヤであり、室内特性として得られ、定常状態の特性を表す、タイヤの横方向、前後方向、および周方向それぞれの剛性（バネ）及びコーナリングパワーＣＰがほぼ同一である。上記実車フィーリング試験における評価結果は、タイヤＡが操安性が良く、タイヤＢが操安性が悪いといった結果であった。

本実施例では、タイヤに印加する荷重の条件を複数設定し、各荷重におけるタイヤ力学要素パラメータの値をそれぞれ導出した。そして、各タイヤ力学要素パラメータの値の荷重依存性を表す、荷重の大きさと各荷重における各力学要素パラメータの値との対応を表すプロット図を作成した。

第１の実施例では、タイヤに与える時系列のスリップ角は、図４（ａ）に示すような、時系列でステップ状に変化するようなスリップ角の条件を設定した。図６は、このような第１の実施例の結果について示すグラフであり、特定の転動速度（１２０ｋｍ／ｈ）および特定の荷重（４ｋＮ）における、タイヤＡおよびＢそれぞれの時定数（上述の時定数ｔ_３）をそれぞれ示すグラフである。また、図７は、このような第１の実施例の結果について示すグラフであり、特定の転動速度（１２０ｋｍ／ｈ）における、タイヤＡおよびＢそれぞれの横バネ（上述の等価横剛性Ｋ_L）の値の荷重依存性を示すプロット図である。図６および図７から判断できるように、タイヤＡに比べてタイヤＢの方が時定数ｔ_３が大きく、タイヤＡに比べてタイヤＢの方が、応答性が悪いタイヤであるといえる。また、タイヤＢは、横バネの荷重依存性の線形性が低く、荷重によるタイヤの変形にともなってコーナリング特性が大きく変化する、バランスの悪いタイヤであるといえる。また、タイヤＢは、横バネがほとんどの領域で（設定した荷重にわたって）低く、剛性が弱いタイヤであるといえる。このような情報から、タイヤＢの方が、コーナリング特性の低い、すなわち操縦安定性の劣るタイヤであると評価できる。これは、実車フィーリング試験による評価結果と一致する。本発明のコーナリング特性の評価方法を用いることで、実車フィーリング試験と精度よく一致する、コーナリング特性の評価結果を得ることができる。

また、第２の実施例として、タイヤに与える時系列のスリップ角を、周波数１Ｈｚ、振幅±１°のサイン波とするスリップ角の条件を設定した。図８は、このような第２の実施例の結果について示すグラフであり、特定の転動速度（１２０ｋｍ／ｈ）および特定の荷重（４ｋＮ）における、タイヤＡおよびＢそれぞれの時定数（上述の時定数ｔ_３）をそれぞれ示すグラフである。また、図９は、このような第２の実施例の結果について示すグラフであり、特定の転動速度（１２０ｋｍ／ｈ）における、タイヤＡおよびＢそれぞれの横バネ（上述の等価横剛性Ｋ_L）の値の荷重依存性を示すプロット図である。図８および図９から判断できるように、入力するスリップ角をサイン波とした第２の実施例においても、タイヤＡに比べてタイヤＢの方が時定数ｔ_３が大きく、タイヤＢの方が、応答性が悪いタイヤであるといえる。また、タイヤＢは、横バネがほとんどの領域で（設定した荷重にわたって）低く、剛性が弱いタイヤであるといえる。第２の実施例においても、タイヤＢの方が、コーナリング特性の低い、すなわち操縦安定性の劣るタイヤであることが評価でき、実車フィーリング試験による評価結果と一致する。ただし、第２の実施例の場合、タイヤＢが、横バネの荷重依存性の線形性が低く、荷重によるタイヤの変形にともなってコーナリング特性が大きく変化する、バランスの悪いタイヤであると判断することは難しい。これに対し第１の実施例では、時系列でステップ状に変化するスリップ角を設定することで、タイヤ１２に入力するスリップ角の時系列データに、比較的高い周波数成分を含ませることができるため、横バネの荷重依存性をより高精度に求めることが可能となっている。本発明のタイヤのコーナリング特性の評価方法では、タイヤに入力するスリップ角として、時系列でステップ状に変化するスリップ角を設定することが好ましい。

次に、本発明のタイヤのコーナリング特性の評価方法の他の実施形態について説明する。
上述の実施形態では、実際に試作したタイヤを、装置１０を用いて横力データＦ_ｙ（ｔ）を計測するが、本実施形態では、実際のタイヤに替わって、評価しようとするタイヤを有限個の要素に分割したタイヤ有限要素モデルで近似してモデルを作成し、このモデルを転動させたときの横力に対応するシミュレーションデータを横力データＦ_ｙ（ｔ）として取得する。

図１０は、転動状態のタイヤの有限要素モデルに、スリップ角を与えたときのシミュレーションを再現し、そのときの横力データからタイヤのコーナリング特性を評価する評価装置１１６の概略構成図である。
評価装置１１６は、データ算出ユニット１４０と評価ユニット１５０を有する。データ算出ユニット１４０は、条件設定部１４２、特性値算出部１４４，モデル作成部１４６及びシミュレーション演算部１４８を有し、評価ユニット１５０は、第１パラメータ導出部１５２、第２パラメータ導出部１５４及び評価部１５６を有し、これらの部分は、それぞれサブルーチンとしてモジュール化されて構成されている。この他、上記各部分の処理を実質的に行なうＣＰＵ１１７および各部分で得られた処理結果や上述した線形タイヤモデルのプログラムを記憶するメモリ１１９を有する。

評価ユニット１５０の第１パラメータ導出部１５２、第２パラメータ導出部１５４及び評価部１５６は、図２に示す測定・評価ユニット１６の第１パラメータ導出部５２、第２パラメータ導出部５４及び評価部５６と同様の構成を有するので、その説明は省略する。
データ算出ユニット１４０の条件設定部１４２は、図示されないキーボードやマウスから入力された条件に応じてタイヤ有限要素モデルの作成条件やシミュレーション演算の条件、予測する性能等各種の条件を設定する部分である。例えば、タイヤ挙動シミュレーションに用いるタイヤ有限要素モデルの作成条件としては、製品タイヤの各構成部材の形状パラメータや各構成部材の形状を表す特徴量のパラメータの値、および製品タイヤの各構成部材の物性値や各構成部材の物性値を表す特徴量の値が設定される。

特性値算出部１４４は、予めメモリ１１９に記憶された、製品タイヤの特定構成部材の歪分布、応力分布、歪エネルギー分布等のタイヤ製品情報を呼び出し、このタイヤ製品情報から、製品タイヤにおける特定構成部材、例えばカーカスコードの物性値を算出する。物性値の算出は、例えば、予めタイヤの構成材料の応力と歪の対応関係を表す、応力−ひずみ曲線の情報をデータベースとして記憶しておき、予めメモリ１１９に記憶した歪分布の情報から、製品タイヤにおける構成部材の粘弾性やモジュラスなどの特性値の情報を算出する。

モデル作成部１４６、特性値算出部１４４で算出された特定構成部材の特性値に応じて、条件設定部１４２において予め設定されたタイヤモデルの作成条件のうち、特定構成部材に対応する物性値など、必要に応じて修正したうえ、この修正後のタイヤモデルの作成条件に基づき、図１１に示すタイヤ有限要素モデル１６０を作成する。なお、図１１では、タイヤ有限要素モデルの一部分が示されている。モデルの作成によって、タイヤ有限要素モデル１６０の節点の位置座標、各有限要素を構成する番号化された節点の番号の組、各有限要素毎の材料定数等が少なくとも１つのファイルとなってメモリ１１９に記憶される。

シミュレーション演算部１４８は、作成されたタイヤ有限要素モデル１６０を、条件設定部１４２で設定されたシミュレーション演算の条件に従ってシミュレーション演算を行なう部分である。例えば、タイヤ有限要素モデル１６０に別途作成した図示されないリムモデルを装着し、タイヤ有限要素モデル１６０の内周面に一定の力を負荷することによって内圧充填を再現するように内圧充填処理を施す。さらに、この内圧充填処理後のタイヤ有限要素モデル１６０を、図示しない剛体の路面モデルに設定された負荷荷重で接地させ、接地状態のタイヤ有限要素モデル１６０を作成する。さらに、この接地状態のタイヤ有限要素モデル１６０に並進速度と回転角速度を付与して路面上をタイヤが転動する状態を再現した転動状態のタイヤ有限要素モデル１６０を作成する。
このような状態はドライ路面状態を再現しており、この状態を利用してシミュレーション演算を行なう。シミュレーション演算は、特に制限されず、公知の演算であればよい。例えば、スリップ角を与えてコーナリングの挙動をシミュレーションする。このときのタイヤ軸力に作用する横力データＦ_ｙ（ｔ）がシミュレーションにおける出力データとして算出される。シミュレーション演算では、タイヤが使用されるときの使用条件を模擬した条件（荷重、転動速度の各条件）を用いる。
算出された時系列の横力データＦ_ｙ（ｔ）は、入力された時系列のスリップ角α（ｔ）とともに、第１パラメータ導出部１５２に送られる。

第１パラメータ導出部１５２は、第１パラメータ導出部５２と同様に、スリップ角α（ｔ）を用いて、上述した式（１）の出力データＦ（ｔ）が横力データＦ_ｙ（ｔ）に許容範囲内で一致するように、式（１）中のｔ₃及びＫ_ｙの値を求める。第２パラメータ導出部１５４は、第２パラメータ導出部５４と同様に、上述した式（２）を用いて、転動速度の情報とともに用いて等価横剛性Ｋ_Lの値を求める。評価部１５６は、メモリ１１９に記憶された複数のタイヤ力学要素パラメータの値（ｔ₃、Ｋ_ｙ、Ｋ_L）を読み出し、例えば、転動速度の大きさと各転動速度における各力学要素パラメータの値との対応を表す速度依存性のプロット図を作成して、ディスプレイ１１８に出力する。あるいは、荷重の大きさと各荷重における各力学要素パラメータの値との対応を表す荷重依存性のプロット図を作成して、ディスプレイ１１８に出力する。

なお、モデル作成部１４６において作成されるタイヤ有限要素モデル１６０の特定構成部材は、例えば、ベルトカバー材やカーカスコードであり、特性値算出部１４４において、メモリ１１９に予め記憶された、製品タイヤのベルトカバー材やカーカスコードの歪み分布の情報に基づき、評価しようとするタイヤにおけるベルトカバー材やカーカスコードの物性値が算出される。ここで、メモリ１１９に予め記憶されたカーカスコードの歪み分布の情報は、評価しようとするタイヤに近似する実際の製品タイヤのカーカスコードを測定し、この測定結果から、カーカスコードの歪み分布を求める。

具体的には、まず、製品タイヤのライナ部分を取り除き、製品タイヤに配列されたカーカスコードをむき出しの状態にする。この状態では、カーカスコードには、タイヤの製造工程において与えられた応力が残留したままとなっている。この状態で、むき出しとなったカーカスコードに所定間隔（例えば、５〜３０ｍｍ間隔）で、識別可能な印をつける（マーキングを行なう）。そして、例えば、非伸縮テープを用いて、実際にカーカスコードにつけた印を転写する。この非伸縮テープに転写した印の間隔（Ｌ）は、カーカスコードに応力が残留した状態で、カーカスコードにつけた印の間隔である。次に、製品タイヤから、マーキングしたカーカスコードを、余分な応力を加えないようにして抜き取り、抜き取ったカーカスコードにおける上記マーキングでつけた印の間隔（Ｌ’）を測定する。この抜き取ったカーカスコードからは、上記製造工程で加わった圧力が除去されている。仮に、製造工程で圧力が加わる前に上記間隔（Ｌ’）でカーカスコードに印をつけていた場合、製造工程において応力が加わることで、この間隔（Ｌ’）は、上記非伸縮テープに転写した印の間隔（Ｌ）となる。上記のような手法で、間隔（Ｌ）および間隔（Ｌ’）を求め、下記式により、製品タイヤにおけるカーカスコードの歪みεを求めることができる。
ε＝（Ｌ−Ｌ’）／Ｌ’
この歪みを、複数のカーカスコードそれぞれについて、また、１つのカーカスコードにマーキングされた印の各間隔それぞれについて測定することで、製品タイヤにおける歪み分布を算出することができる。

このようにして算出されたカーカスコードの歪み分布の情報から、評価しようとするタイヤにおけるカーカスコードの物性値を算出する。具体的には、上述のカーカスコードの歪み分布の情報から、カーカス部材の物性値(ヤング率やポアソン比等の材料定数)を算出する。例えば、カーカスコードにかかる応力とひずみ量との対応関係を表す、図１２に示すような応力−ひずみ曲線の情報をデータベースとして記憶しておき、上述の歪分布の情報から、製品タイヤにおけるカーカスコードの物性値を算出する。図１２に示す応力−ひずみ曲線では、カーカスコードに対応するタイヤ有限要素モデルの補強材部分は、引張り方向の剛性と圧縮方向の剛性とが互いに異なる材料特性を有するように設定されている。これは、後述する実施例でも判るように、引張り方向のモジュラスと圧縮方向のモジュラスとを異ならせることで、実際の評価結果に近い評価が得られるからである。図１２に示す応力−ひずみ曲線の所定点における傾き（すなわち所定点を通る曲線の接線の傾き）は、カーカスコードの特定方向（引張り方向、または圧縮方向）への粘弾性を表している。カーカスコードの物性値は、カーカスコードに圧縮応力がかかっているか、引張応力がかかっているか、どの程度の歪みが発生しているかにより、大きく異なる。このような応力−ひずみ曲線を用いて、上述の歪分布からカーカスコードの物性値を求める。さらに、評価しようとするタイヤ有限要素モデルに内圧充填処理を行う前に、タイヤ有限要素モデルのカーカスコードに対応する部分に、上記応力分布、すなわち初期応力を与えることもできる。又、初期歪みを与えることもできる。

このようなシミュレーションによるタイヤの評価結果について第３の実施例を用いて説明する。
実際の製品タイヤ（サイズ２０５／５５Ｒ１６ Ｖ５５０）を有限要素にて再現したタイヤ有限要素モデル１６０（図１１参照）を作成した。タイヤ有限要素モデル１６０におけるカーカスコードは、材料の引張り方向と圧縮方向で材料特性が異なる図１２に示すような材料定数の異方性を定義して四辺形膜要素でモデル化し、ゴム層、ビードコア等は６面体又は５面体ソリッド要素でモデル化した。平坦な仮想路面を剛体で定義し、静止摩擦係数及び動摩擦係数はともに１．３とした。タイヤ有限要素モデルの節点数は１１８０２８であり、要素数は１１２２９４であった。
シミュレーション方法は、まずタイヤ有限要素モデルにリムモデルを結合し、２００ｋＰａ相当の内圧充填処理を施した。この後、タイヤ有限要素モデルを仮想路面に複数の負荷荷重（２，４，６ｋＮ）で接地させ、路面を相対変位させて、複数の転動速度（４０，８０，１２０，１６０ｋｍ／時）で転動させた。複数の荷重でシミュレーションを行う場合、転動速度は４０ｋｍ／時とし、複数の転動速度でシミュレーションを行う場合、荷重は４ｋＮとした。入力する時系列のスリップ角α（ｔ）は、図１３に示すような１山のステップ形状を用いた。

図１４（ａ），（ｂ）は、シミュレーションによって得られた速度依存性のプロット図及び荷重依存性のプロット図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）中のケースＡは、タイヤ有限要素モデルの元となる実際の製品タイヤを図１に示すコーナリング特性計測装置１０を用いて計測して得られた速度依存性及び荷重依存性の結果である。ケースＢは、上記タイヤ有限要素モデルにおいて、カーカスコードの他にベルトカーバ材の対応部分のモジュラスについて圧縮モジュラスと引っ張りモジュラスを同じに値に設定したものである。ケースＣは、カーカスコードの他にベルトカバー材のモジュラスをバイリニアにした（圧縮モジュラスの値は引っ張りモジュラスの値の１００分の１とした）ものであり、ケースＤは、カーカスコードの他にベルトカバー材のモジュラスをバイリニアにし、かつ、実際の製品タイヤの歪み分布を上述した方法で計測したときの歪みに相当する初期応力（初期張力）を与えたものである。

図１４（ａ），（ｂ）から判るように、ケースＣの等価横剛性Ｋ_Lは、ケースＢに比べて製品タイヤを実測した横力データから得られるケースＡに近づいている。さらに、ケースＤの等価横剛性Ｋ_Lは、製品タイヤを実測した横力データから得られるケースＡに略一致している。これより、タイヤ有限要素モデルにおいて、タイヤ補強材の材料定数をバイリニアにすることで、あるいは、タイヤ補強材に初期応力（初期張力）を与えることで、実際のタイヤのコーナリング特性を精度よく評価できることがわかる。特に、タイヤ補強材のモジュラスをバイリニアにし、かつ、タイヤ補強材に初期応力（初期張力）を与えることで、実際の製品タイヤを計測して得られるケースＡに略一致することがわかる。上述したように製品タイヤにスリップ角を与えて計測して得られるコーナリング特性の評価結果は、実車試験におけるコーナリング特性の評価結果に対応することから、タイヤの有限要素モデルを用いてシミュレーションした結果から評価されるコーナリング特性も、実車試験におけるコーナリング特性の評価結果に対応する。

本発明で求められる力学要素パラメータの値（t₃，Ｋ_y,Ｋ_L）の速度依存性の情報は、例えば、高速走行時における操縦安定性を向上させるタイヤの開発などに際し、好適に用いることができる。

以上、本発明のタイヤのコーナリング特性の計測方法および評価装置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。

本発明のタイヤのコーナリング特性の評価装置について説明する概略構成図である。 図１に示すタイヤのコーナリング特性の評価装置の、測定・評価ユニットについて説明する概略構成図である。 本発明で用いるタイヤモデルの基となる、個々のタイヤ部材の変形（および遅延変形）と関連づけて表されたタイヤモデル、およびこのタイヤモデルを用いたデータ処理について説明する概略図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１に示すタイヤのコーナリング特性の計測装置においてタイヤに入力する、スリップ角の時系列の変動を示すグラフである。 本発明のタイヤのコーナリング特性の評価方法の一例のフローチャートである。 本発明のタイヤのコーナリング特性の評価方法を実施した結果の一例であり、２つのタイヤそれぞれの時定数を算出した結果を示すグラフである。 本発明のタイヤのコーナリング特性の評価方法を実施した結果の一例であり、２つのタイヤそれぞれの等価横剛性の荷重依存性を示すプロット図である。 本発明のタイヤのコーナリング特性の評価方法を実施した結果の他の例であり、２つのタイヤそれぞれの時定数を算出した結果を示すグラフである。 本発明のタイヤのコーナリング特性の評価方法を実施した結果の他の例であり、２つのタイヤそれぞれの等価横剛性の荷重依存性を示すプロット図である。 本発明のタイヤのコーナリング特性の評価装置の別の実施形態を説明する概略構成図である。 図１０に示す評価装置で作成されるタイヤの有限要素モデルの例を示す図である。 タイヤのカーカスコードの応力―ひずみ曲線の一例を示す図である。 図１０に示すタイヤのコーナリング特性の計測装置においてタイヤ有限要素モデルに入力する、スリップ角の時系列の変動を示すグラフである。 （ａ），（ｂ）は、図１０に示す評価装置で得られる等価横剛性の荷重依存性の一例を示すプロット図である。

符号の説明

１０ コーナリング特性計測装置
１２ タイヤ
１４ コーナリング試験機
１６，１１６ 測定・評価ユニット
１７，１１７ ＣＰＵ
１８，１１８ ディスプレイ
１９，１１９ メモリ
２０ ベルト
２２ タイヤ軸
２４ 代用路面
２６ 駆動ユニット
２８ ローラ対
２９ スリップ角調整アクチュエータ
３２ タイヤ軸支持部材
３４ センサ
４０ 測定ユニット
４２，１４２ 条件設定部
４４ 動作制御部
４６ データ取得部
５０，１５０ 評価ユニット
５２ 第１パラメータ導出部
５４ 第２パラメータ導出部
５６，１５６ 評価部
１４０ データ算出ユニット
１４４ 特性値算出部
１４６ モデル作成部
１４８ シミュレーション演算部

Claims (12)

1. スリップ角の付与条件下のタイヤのコーナリング特性の評価方法であって、
   スリップ角の付与条件下、接地面に接地しかつ所定の転動速度で転動することでタイヤ横力が発生するタイヤの、時系列のスリップ角に対する時系列の横力データを取得するステップと、
   複数のタイヤ力学要素パラメータを用いて構成され、スリップ角に対して前記タイヤに発生する過渡応答の横力データに対応する出力データを算出する過渡応答算出モデルと、取得した前記横力データとを用いて、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値を導出するステップと、を有することを特徴とするタイヤのコーナリング特性の評価方法。
2. 前記横力データを取得するステップでは、評価しようとするタイヤを有限個の要素に分割したタイヤ有限要素モデルで再現し、有限要素法を用いて、接地面に接地させかつ所定の転動速度で転動させたタイヤ有限要素モデルに時系列のスリップ角を入力として与えたときのタイヤ有限要素モデルに作用する横力のシミュレーションデータを前記横力データとして取得する請求項１に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
3. 前記タイヤ有限要素モデルは、リムを再現したリムモデルと結合し、前記タイヤ有限要素モデルは平坦な仮想路面を前記接地面として接地させ、前記仮想路面に対して前記所定の転動速度で相対的に移動させることで、接地面に接地しかつ所定の転動速度で転動するタイヤを再現する請求項２に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
4. タイヤ中のコード補強材に対応する前記タイヤ有限要素モデルの補強材部分は、引張り方向の剛性と圧縮方向の剛性とが互いに異なる材料特性を有する請求項２又は３に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
5. 前記タイヤ有限要素モデルは、タイヤの内圧充填を再現する充填処理を施したものであり、前記タイヤ有限要素モデルの少なくとも一部分に初期応力あるいは初期歪みを与えた後、前記充填処理を施す請求項２〜４のいずれか１項に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
6. 前記横力データを取得するステップでは、接地面にタイヤを接地させて前記タイヤを所定の転動速度で転動させた状態で、前記タイヤに時系列のスリップ角を与えて、このスリップ角に対応した時系列のタイヤ横力の計測データを、前記横力データとして取得する請求項１に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
7. 前記過渡応答算出モデルは、前記スリップ角に対する前記タイヤ横力の過渡応答を１次遅れ系として表したモデルであり、
   入力する前記スリップ角の大きさの範囲が、入力するスリップ角の大きさと、このスリップ角に対するタイヤ横力の応答の大きさとが略線形関係となる、線形領域内である請求項１〜６のいずれか１項に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
8. 前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するステップでは、入力した前記時系列のスリップ角と、このスリップ角に対応した時系列の横力データとを用いて、前記過渡応答算出モデルの出力データが前記時系列の横力データに許容範囲内で一致するように、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出する請求項１〜７のいずれか１項に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
9. 前記スリップ角の大きさをαとすると、−２．０（ｄｅｇ）≦α≦２．０（ｄｅｇ）を満たす請求項１〜８のいずれか１項に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
10. 前記過渡応答算出モデルは、出力データをＦ（ｔ）としたとき、下記式（１）で表される式を有し、
    前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するステップでは、前記入力した時系列のスリップ角α（ｔ）を用いて、下記式（１）中のＦ（ｔ）がこのスリップ角α（ｔ）に対応した時系列の横力データＦ_ｙ（ｔ）に許容範囲内で一致するように、下記式（１）における力学要素パラメータである、コーナリングスティフネスＫ_ｙの値および時定数ｔ_３の値を求める請求項９に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
    

    
11. 前記過渡応答算出モデルで算出される出力データは、前記スリップ角の入力に対してタイヤ全体の等価横剛性Ｋ_Lを介してホイール側に伝わるタイヤ横力のデータであり、
    さらに、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するステップでは、前記横力データを取得するときの前記所定の転動速度をＶとしたとき、上記式（１）を用いて求めた、コーナリングスティフネスの値Ｋ_ｙ、時定数の値ｔ_３、及び転動速度Ｖを、下記式（２）に代入することで、タイヤ横力の伝達特性を表す前記等価横剛性Ｋ_Lの値を導出する請求項１０に記載のタイヤのコーナリング特性の評価方法。
    

    
12. スリップ角の付与条件下のタイヤのコーナリング特性を評価する装置であって、
    接地面に接地しかつ所定の転動速度で転動するタイヤの、時系列のスリップ角に対する時系列の横力データを取得するデータ取得手段と、
    複数のタイヤ力学要素パラメータを用いて構成される、スリップ角に対して前記タイヤに発生する過渡応答の横力データに対応する出力データを算出する過渡応答算出モデルと、前記横力データとを用いて、タイヤのコーナリング特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値を導出する導出手段と、を有することを特徴とするタイヤのコーナリング特性の評価装置。

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