JP2008049725A - Method for designing tire in consideration of tire friction ellipse - Google Patents

Method for designing tire in consideration of tire friction ellipse Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To determine a dynamic characteristic of a tire that can be realized at the time of designing the tire as its requisite characteristic. <P>SOLUTION: Parameter values having characteristic curves of a tire longitudinal force, lateral force and self-aligning torque approximated by "Magic Formula" are applied to a vehicle model, their simulations are carried out to perform a performance evaluation. In this case, when the vehicle model does not fulfill a predetermined performance, the parameter values are corrected to perform the vehicle performance evaluation again and at the same time the tire performance curves defined by the corrected parameter values are calculated and the values of tire dynamics element parameters are calculated on the basis of a tire dynamics model in reference to the tire performance curves. The tire dynamics model is that in which a center position of a ground contact surface moves according to the generated longitudinal force when a slip ratio in a brake driving direction is given. In the case where the vehicle model fulfills the predetermined performance, the values of tire dynamics element parameters corresponding to the parameters are defined as tire requisite characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、所望の車両性能を実現するために、車両の走行シミュレーションを行うことによってタイヤの要求特性を決定するタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法に関する。   The present invention relates to a tire design method that takes into account a tire friction ellipse that determines a required characteristic of a tire by performing a running simulation of the vehicle in order to realize desired vehicle performance.

現在、車両の開発初期段階において所望の車両性能を実現する車両諸元の決定は、コンピュータを用いたシミュレーションを行い、所望の車両性能を実現するか否かを判断することによって行われている。すなわち、設定した車両諸元のデータに基づいて車両モデルを生成し、この車両モデルにタイヤの発生力を与えて車両の走行シミュレーションを行い、シミュレーション結果からこの車両諸元における車両の性能評価が行われる。
特に車両の走行シミュレーションを行う際、タイヤは、路面から受ける力を車両に伝達する唯一の構成部品であるため、タイヤの発生力を正確に定める必要がある。ここで述べる発生力とは前後力とコーナリング中の横力である。このタイヤの発生力として、タイヤのコーナリング中に発生する横力とセルフアライニングトルクのスリップ角依存性を表す特性曲線、制駆動中に発生する前後力の特性曲線、さらには制駆動中かつコーナリング中に発生する前後力と横力とセルフアライニングトルクの特性曲線を、下記式(20)の基本式で代表される「Magic Formula」で近似することが提案されている。
Y(x)=Dsin[Ctan−1{Bx−E(Bx−tan−1(Bx))}] (20)
「Magic Formula」は、式(20)内の各パラメータB〜Eの値を決定することによってタイヤ特性を表す非線形近似式を用いた非解析モデルである。このモデルにおいて、例えば「横力のスリップ角依存性の、スリップ率Sによる変化」といった複合的な特性を表す場合の横力Fは、上記式(20)で表されるスリップ率が印加されていない条件下での横力Fy0に対して、下記式(21)のように修正が加えられる。前後力及びセルフアライニングトルクについても横力と同様に上記修正が加えられる。
= Gyk・Fy0 + Svyk (21)
(Gyk:スリップ率Sと関係付けられる係数、Svyk:スリップ率Sと関係付けられる係数)
この「Magic Formula」のパラメータB〜E、Gyk、Svyk等(以降、「Magic Formula」のパラメータという)の値を用いて、車両の走行シミュレーションを行うことが一般的に行われている。
Currently, in the initial stage of vehicle development, determination of vehicle specifications that achieve desired vehicle performance is performed by performing a simulation using a computer and determining whether to achieve desired vehicle performance. In other words, a vehicle model is generated based on the set vehicle specification data, a tire driving force is applied to the vehicle model, a vehicle running simulation is performed, and the vehicle performance evaluation for the vehicle specification is performed from the simulation result. Is called.
In particular, when performing a running simulation of a vehicle, the tire is the only component that transmits the force received from the road surface to the vehicle, and therefore it is necessary to accurately determine the generated force of the tire. The generated force described here is a longitudinal force and a lateral force during cornering. As the generated force of this tire, the characteristic curve indicating the slip angle dependency of the lateral force and self-aligning torque generated during cornering of the tire, the characteristic curve of the longitudinal force generated during braking and driving, and also during braking and cornering It has been proposed to approximate the characteristic curves of the longitudinal force, lateral force, and self-aligning torque generated in the interior by a “Magic Formula” represented by the following basic formula (20).
Y (x) = Dsin [Ctan −1 {Bx−E (Bx−tan −1 (Bx))}] (20)
“Magic Formula” is a non-analytic model that uses a nonlinear approximation expression that represents tire characteristics by determining the values of parameters B to E in Expression (20). In this model, for example, the lateral force F y in the case of representing a composite characteristic such as “the change in the slip angle dependency of the lateral force due to the slip rate S” is applied with the slip rate represented by the above formula (20). For the lateral force F y0 under the above condition, correction is made as shown in the following formula (21). The above correction is applied to the longitudinal force and the self-aligning torque as well as the lateral force.
F y = G yk · F y0 + S vyk (21)
(G yk : coefficient related to slip ratio S, S vyk : coefficient related to slip ratio S)
It is common practice to perform a vehicle running simulation using values of parameters “B” to “ E ”, “G yk ”, “S vyk ”, and the like (hereinafter referred to as “Magic Formula” parameters) of the “Magic Formula”.

特に、自動車製作業者にタイヤを納品するタイヤ製造業者は、「Magic Formula」のパラメータの値を用いて車両の走行シミュレーションを行い、所望の性能が目標値を達成するように、「Magic Formula」のパラメータの値を決定し、このパラメータの値を実現するようにタイヤの構造設計、材料設計を行っている。   In particular, tire manufacturers who deliver tires to automobile manufacturers perform vehicle running simulations using the values of the parameters of the “Magic Formula”, so that the desired performance can achieve the target value. The parameter value is determined, and the tire structural design and material design are performed to realize the parameter value.

下記特許文献1では、タイヤ性能を、タイヤが装着される車両と組み合わせて評価することで最適な設計を行うことができるタイヤ設計方法を開示している。
図17は、特許文献1に開示されるタイヤ設計方法のフローを示す図である。
The following Patent Document 1 discloses a tire design method capable of performing an optimum design by evaluating tire performance in combination with a vehicle on which a tire is mounted.
FIG. 17 is a diagram illustrating a flow of the tire design method disclosed in Patent Document 1.

具体的には、タイヤの設計値の入力に基づいてタイヤの有限要素でモデル化して、タイヤの走行シミュレーションを行う。この走行シミュレーションにより、タイヤの特性データを算出し、このタイヤの特性データから、「Magic Formula」のパラメータを求める。
一方、車両諸元のデータの設定に基づいて、機構解析モデルである車両モデルを作成する。次に、走行シミュレーション条件が設定され、先に求めた「Magic Formula」のパラメータとともに車両モデルに付与されて車両の走行シミュレーションが行われる。走行シミュレーションの結果から性能評価データが算出される。
一般的には、例えば、耐久性能の場合には特定の部材に加わる応力の最大値や特定部材の変形量を性能評価データとして用いる。緊急回避性能の場合には車両の走行速度と最大横加速度との関係、又は車両の滑り角、その変化率の時間的なトレースに基づく安定性を評価する。
この性能評価データが目標値を達成しない場合、目標未達成と判別されて、タイヤの設計値の修正が行われる。この修正に応じて、有限要素で構成されるタイヤのモデルが再生成される。
こうして、車両走行シミュレーション結果における性能評価データが目標値を達成するまで、繰り返しタイヤの設計値が修正される。性能評価データが目標値を達成すると、修正されたタイヤの設計値がタイヤ設計仕様として決定される。
Specifically, a tire running simulation is performed by modeling with a finite element of the tire based on the input of the design value of the tire. By this running simulation, tire characteristic data is calculated, and parameters of “Magic Formula” are obtained from the tire characteristic data.
On the other hand, a vehicle model, which is a mechanism analysis model, is created based on the setting of vehicle specification data. Next, a travel simulation condition is set, and the travel simulation of the vehicle is performed by being given to the vehicle model together with the previously obtained “Magic Formula” parameter. Performance evaluation data is calculated from the result of the running simulation.
In general, for example, in the case of durability performance, the maximum value of stress applied to a specific member and the deformation amount of the specific member are used as performance evaluation data. In the case of emergency avoidance performance, the stability based on the time trace of the relationship between the traveling speed of the vehicle and the maximum lateral acceleration or the slip angle of the vehicle and the rate of change thereof is evaluated.
When the performance evaluation data does not achieve the target value, it is determined that the target is not achieved, and the design value of the tire is corrected. In response to this correction, a tire model composed of finite elements is regenerated.
In this way, the design value of the tire is repeatedly corrected until the performance evaluation data in the vehicle travel simulation result achieves the target value. When the performance evaluation data achieves the target value, the modified tire design value is determined as the tire design specification.

しかし、上記設計方法では、性能評価において所定の目標性能を達成できない場合、タイヤの設計値(タイヤの形状やタイヤ各部分の寸法等)を修正するので、車両走行シミュレーションに直接影響を与える「Magic Formula」のパラメータが、修正したタイヤの設計値によってどのように修正されるかわかりづらく、タイヤの設計値の修正によって目標性能に近づくか否かも十分にわからない。このため、タイヤの設計値を修正して効率よくタイヤの設計仕様を決定するには、熟練した設計者によって行う必要があり、誰しも容易に設計仕様を決定することができない。すなわち、タイヤを有限要素で細かくモデル化するため、修正の対象となる部分が極めて多数あり、どこを修正すればよいか不明な場合が多く、熟練した設計者に頼らざるを得ない。又、タイヤの設計値の修正の度に、有限要素モデルであるタイヤのモデルを生成し直す煩雑さがある。さらに、時間のかかるタイヤの走行シミュレーション及び車両の走行シミュレーションを多数繰り返す必要があり、満足な性能を実現するタイヤの設計値を効率よく見出すことは難しい。特に、タイヤにスリップ角と制駆動方向のスリップ率が付与された車両の走行シミュレーションにおいて、効率良くタイヤの設計値を見出すことは難しい。   However, in the above design method, if the specified target performance cannot be achieved in the performance evaluation, the design value of the tire (the shape of the tire, the dimensions of each part of the tire, etc.) is corrected. It is difficult to understand how the “Formula” parameter is modified by the modified tire design value, and it is not fully understood whether the target performance is approached by modifying the tire design value. For this reason, in order to correct the design value of the tire and efficiently determine the design specification of the tire, it is necessary to be performed by a skilled designer, and no one can easily determine the design specification. That is, since the tire is modeled finely with a finite element, there are a large number of parts to be corrected, and it is often unclear where to correct, and it is necessary to rely on a skilled designer. In addition, every time the design value of the tire is corrected, there is a complexity of regenerating a tire model that is a finite element model. Further, it is necessary to repeat many time-consuming tire running simulations and vehicle running simulations, and it is difficult to efficiently find tire design values that achieve satisfactory performance. In particular, it is difficult to efficiently find a design value of a tire in a vehicle running simulation in which a slip angle and a slip ratio in the braking / driving direction are given to the tire.

特開2002−356106号公報JP 2002-356106 A

そこで、本発明は、タイヤにスリップ率が与えられたときのタイヤのコーナリング特性及び制駆動特性として表される「Magic Formula」等の近似式における近似式パラメータが、タイヤの各種剛性を含むタイヤ力学要素パラメータと結びついており、しかも、決定される「Magic Formula」等の近似式パラメータの値が実現可能なものであり、しかも熟練設計者か否かによらず、目標性能を達成するタイヤ設計仕様を効率よく決定することのできるタイヤ設計方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides tire dynamics in which approximate expression parameters in approximate expressions such as “Magic Formula” expressed as tire cornering characteristics and braking / driving characteristics when a slip ratio is given to the tire include various rigidity of the tire. Tire design specifications that are linked to element parameters and that can be used to determine the value of approximate formula parameters such as `` Magic Formula '' and achieve target performance regardless of whether or not they are skilled designers An object of the present invention is to provide a tire design method capable of efficiently determining the tire.

本発明は、タイヤにスリップ率が与えられたときのタイヤ回転軸に作用するタイヤ軸力及びトルクのうち、少なくとも一方のスリップ率依存性を表す特性曲線の情報と、車両諸元の情報とを用いて車両の走行シミュレーションを行うことによって、所望の性能を実現するタイヤを設計する、タイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法であって、車両諸元の情報を用いて車両モデルを作成するモデル作成ステップと、複数のタイヤ力学要素パラメータを用いて構成されるタイヤ力学モデルに基づいて、前記特性曲線を定めるタイヤ力学要素パラメータの値を設定するとともに、このタイヤ力学要素パラメータによって算出される特性曲線を非線形近似式で近似したときの、非線形近似式を規定する近似式パラメータの値を前記車両モデルに付与して、所定の走行条件で走行シミュレーションを行い、この走行シミュレーションの結果を用いて車両の性能評価を行う性能評価ステップと、前記性能評価において、車両モデルが目標性能を満足しない場合、前記近似式パラメータの値を修正し、この修正された値を前記車両モデルに付与して走行シミュレーションを行い、この走行シミュレーションの結果を用いて車両の性能評価を行うとともに、修正された近似式パラメータの値によって規定される非線形近似式から算出される特性曲線を用いて、前記タイヤ力学モデルに基づいて、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するタイヤ特性修正ステップと、前記車両モデルが所定の性能を満足する場合、導出した前記タイヤ力学要素パラメータの値をタイヤ目標特性として決定するタイヤ特性決定ステップと、を有し、前記タイヤ力学モデルは、制駆動方向のスリップ率が与えられたとき、前記タイヤ軸力として発生する前後力によってタイヤの路面に対する接地面の位置が前後方向に移動するように、発生する前後力に応じて接地面の中心位置が移動するモデルであることを特徴とするタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法を提供する。
本発明におけるスリップ率とは、スリップ角及び制駆動方向のスリップ率の両方を含む。スリップ角をαとするとき、横方向のスリップ率をtanαとして、制駆動方向のスリップ率と統合して表すことができる。したがって、本発明におけるスリップ率依存性の特性曲線は、制駆動方向のスリップ率依存性の特性曲線の他、スリップ角依存性の特性曲線を含む。
また、「タイヤ摩擦楕円を考慮した」とは、タイヤに与えるスリップ角及び制駆動方向のスリップ率によって生じるタイヤ特性を考慮することを意味する。
According to the present invention, the characteristic curve information representing the slip ratio dependency of at least one of the tire axial force and the torque acting on the tire rotation shaft when the slip ratio is given to the tire and the vehicle specification information are obtained. A tire design method that takes into account tire friction ellipses to design a tire that achieves a desired performance by performing a vehicle running simulation using the vehicle specification information and creating a vehicle model using vehicle specification information Based on a tire dynamic model configured using a creating step and a plurality of tire dynamic element parameters, a value of the tire dynamic element parameter that defines the characteristic curve is set, and a characteristic curve calculated by the tire dynamic element parameter When the vehicle model is approximated with a nonlinear approximation formula, the value of the approximate formula parameter that defines the nonlinear approximation formula is attached to the vehicle model. A performance evaluation step of performing a travel simulation under a predetermined travel condition and evaluating the performance of the vehicle using a result of the travel simulation; and in the performance evaluation, if the vehicle model does not satisfy the target performance, the approximate expression The parameter value is corrected, the corrected value is assigned to the vehicle model, a running simulation is performed, the vehicle performance is evaluated using the result of the running simulation, and the value of the approximate expression parameter is corrected. A tire characteristic correcting step for deriving a value of the tire dynamic element parameter based on the tire dynamic model using a characteristic curve calculated from a prescribed nonlinear approximate expression, and the vehicle model satisfies a predetermined performance In this case, the derived value of the tire dynamic element parameter is determined as a tire target characteristic. And a tire characteristic determination step, wherein when the slip rate in the braking / driving direction is given, the position of the ground contact surface with respect to the road surface of the tire is changed in the front-rear direction by the longitudinal force generated as the tire axial force. Provided is a tire design method that takes into account a tire friction ellipse, which is a model in which the center position of a contact surface moves in accordance with the generated longitudinal force so as to move.
The slip ratio in the present invention includes both a slip angle and a slip ratio in the braking / driving direction. When the slip angle is α, the slip rate in the lateral direction can be expressed as tan α and integrated with the slip rate in the braking / driving direction. Therefore, the slip rate-dependent characteristic curve in the present invention includes a slip angle-dependent characteristic curve in addition to the slip rate-dependent characteristic curve in the braking / driving direction.
Further, “considering the tire friction ellipse” means that the tire characteristics caused by the slip angle given to the tire and the slip ratio in the braking / driving direction are taken into consideration.

又、前記タイヤ力学モデルは、タイヤにスリップ角が与えられたときの横力を算出するとともに、セルフアライニングトルクを、タイヤの接地面に作用する横力によって生じる横力トルク成分と、タイヤの接地面に作用する前後力によって生じる前後力トルク成分とに分けてセルフアライニングトルクを算出するモデルであることが好ましい。   Further, the tire dynamic model calculates a lateral force when a slip angle is given to the tire, a self-aligning torque, a lateral force torque component generated by a lateral force acting on the tire contact surface, It is preferable that the self-aligning torque be calculated separately for the longitudinal force torque component generated by the longitudinal force acting on the contact surface.

又、前記タイヤ軸力は、前記タイヤにスリップ率が与えられて、タイヤ回転軸に対して平行な方向に作用する横力を少なくとも含み、前記タイヤ力学モデルを用いて前記特性曲線を算出する際、前記横力の特性曲線の他に、前記路面との間で作用する横力及び前後力により生じるセルフアライニングトルクのスリップ率依存性の特性曲線を算出することが好ましい。   Further, the tire axial force includes at least a lateral force acting in a direction parallel to the tire rotation axis when a slip ratio is given to the tire, and when calculating the characteristic curve using the tire dynamic model In addition to the lateral force characteristic curve, it is preferable to calculate a slip rate-dependent characteristic curve of the self-aligning torque generated by the lateral force and the longitudinal force acting on the road surface.

その際、前記タイヤ特性修正ステップにおいて前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出する際、前記前後力の特性曲線と前記タイヤ力学モデルで算出される前後力の対応する曲線との二乗残差和と、前記横力の特性曲線と前記タイヤ力学モデルで算出される横力の対応する曲線との二乗残差和と、前記セルフアライニングトルクの特性曲線と前記タイヤ力学モデルで算出されるセルフアライニングトルクの対応する曲線との二乗残差和とを、重み付け係数を用いて重み付け加算した値であって、前記重み付け係数として、前記前後力、前記横力及び前記セルフアライニングトルクのそれぞれの特性曲線の、スリップ率に依存して変化する値のばらつきの情報から求められる係数を用いた複合二乗残差和の値が、所定値以下となるように、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。   In that case, when deriving the value of the tire dynamic element parameter in the tire characteristic correction step, the sum of square residuals of the characteristic curve of the longitudinal force and the corresponding curve of the longitudinal force calculated by the tire dynamic model, The sum of square residuals of the characteristic curve of the lateral force and the corresponding curve of the lateral force calculated by the tire dynamic model, the self-aligning torque calculated by the characteristic curve of the self-aligning torque and the tire dynamic model Is a value obtained by weighting and adding a square residual sum with a corresponding curve of each of the characteristic curves of the longitudinal force, the lateral force, and the self-aligning torque as the weighting factor. , So that the value of the composite square residual sum using the coefficient obtained from the information on the variation of the value that varies depending on the slip ratio is less than or equal to the predetermined value. It is preferred to derive the values of the tire dynamic element parameters.

又、前記タイヤ特性修正ステップにおいて、前記特性曲線から、前記タイヤ力学モデルに基づいて、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出する際、セルフアライニングトルクにより発生するタイヤの捩じり変形によって、付与されるスリップ角が修正された実効スリップ角を用いて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。   Further, in the tire characteristic correction step, when deriving the value of the tire dynamic element parameter from the characteristic curve based on the tire dynamic model, it is given by the torsional deformation of the tire generated by the self-aligning torque. It is preferable to derive the value of the tire dynamic element parameter using the effective slip angle in which the slip angle is corrected.

さらに、前記タイヤ特性修正ステップにおいて導出されるタイヤ力学要素パラメータの値は、タイヤのトレッド部材と路面との間の凝着摩擦係数及び滑り摩擦係数と接地圧分布の形状を規定する形状規定係数を含むことが好ましい。   Further, the value of the tire dynamic element parameter derived in the tire characteristic correcting step is a coefficient for defining the adhesion friction coefficient between the tire tread member and the road surface, a coefficient of sliding friction, and a shape defining coefficient that defines the shape of the contact pressure distribution. It is preferable to include.

又、前記スリップ率として、スリップ角と制駆動方向のスリップ率が与えられているとき、前記タイヤ力学モデルは、前後力、横力及びセルフアライニングトルクを算出するとき、接地面内の滑り領域におけるタイヤの滑り方向が、与えられたスリップ角と制駆動方向のスリップ率とによって定められ、この滑り方向を用いて前後力、横力、セルアライニングトルクを算出することが好ましい。
さらに、前記タイヤ特性決定ステップにおいて決定された前記タイヤ力学要素パラメータの値を用いて、この値を実現するタイヤ部材の材料及びタイヤ構造を組み合わせを定めてタイヤ設計を行うことが好ましい。
Further, when the slip angle and the slip ratio in the braking / driving direction are given as the slip ratio, the tire dynamic model calculates the slip area in the contact surface when calculating the longitudinal force, the lateral force, and the self-aligning torque. The slip direction of the tire is determined by the given slip angle and the slip ratio in the braking / driving direction, and it is preferable to calculate the longitudinal force, lateral force, and cell aligning torque using the slip direction.
Furthermore, it is preferable to design a tire by using a value of the tire dynamic element parameter determined in the tire characteristic determining step to determine a combination of a tire member material and a tire structure that realizes the value.

本発明では、車両モデルに、近似式パラメータを与えて走行シミュレーションを行い、そのときの性能評価において車両モデルが目標性能を満足しない場合、近似式パラメータを修正して、再度、走行シミュレーションを行う。その際、修正した近似式パラメータによって規定される非線形近似式から特性曲線を算出し、この特性曲線から、タイヤ力学モデルに基づいてタイヤ力学要素パラメータの値を導出する。このためスリップ角及び制駆動方向のスリップ率が与えられたタイヤのコーナリング特性として表される非線形近似式における近似式パラメータは、タイヤの各種剛性を含むタイヤ力学要素パラメータと結びついており、熟練設計者でなくても、実際のタイヤにおいて実現可能なパラメータを用いてタイヤ設計仕様を効率よく決定することができる。   In the present invention, an approximate expression parameter is given to the vehicle model to perform a travel simulation. If the vehicle model does not satisfy the target performance in the performance evaluation at that time, the approximate expression parameter is corrected and the travel simulation is performed again. At this time, a characteristic curve is calculated from the nonlinear approximation formula defined by the corrected approximation formula parameter, and the value of the tire dynamic element parameter is derived from the characteristic curve based on the tire dynamic model. For this reason, the approximate expression parameters in the nonlinear approximate expression expressed as the cornering characteristics of the tire given the slip angle and the slip ratio in the braking / driving direction are linked to the tire dynamic element parameters including various tire stiffnesses. Even if not, the tire design specifications can be determined efficiently using parameters that can be realized in an actual tire.

タイヤ力学要素パラメータは、タイヤ製造業者にとって判り易いパラメータであり、従来からタイヤ力学要素パラメータを調整するには、どのようなタイヤ寸法や形状を用いればよいか比較的知られているので、タイヤ製造業者は、決定されたタイヤ設計仕様に基づいて、タイヤの設計を容易に行うことができる。   The tire dynamic element parameters are parameters that are easily understood by the tire manufacturer, and since it is relatively known what tire dimensions and shapes should be used to adjust the tire dynamic element parameters, A trader can easily design a tire based on the determined tire design specification.

以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法を詳細に説明する。   Hereinafter, a tire design method considering a tire friction ellipse according to the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法を実施する装置1の構成図である。装置1は、各種プログラムを実行させることでタイヤの設計方法を行うコンピュータで構成される。
装置1は、車両諸元のデータ(ホイールベース、重心高さ、車両の総重量、車両の前後輪の重量配分等)と車両の構成部品であるタイヤにスリップ率を与えたときのタイヤの動特性(タイヤのコーナリング特性及び制駆動特性)(以降、この特性を制駆動条件下の動特性という)の情報とから、所望の車両性能を実現するタイヤの要求特性を決定する装置である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus 1 that implements a tire design method considering a tire friction ellipse according to the present invention. The apparatus 1 includes a computer that performs a tire design method by executing various programs.
The device 1 is a vehicle specification data (wheel base, height of center of gravity, total weight of the vehicle, weight distribution of the front and rear wheels of the vehicle, etc.) and the movement of the tire when a slip ratio is given to the tire which is a component of the vehicle. This is a device that determines the required characteristics of a tire that achieves desired vehicle performance from information on characteristics (cornering characteristics and braking / driving characteristics of a tire) (hereinafter, these characteristics are referred to as dynamic characteristics under braking / driving conditions).

装置1は、コンピュータの各部位及び各プログラムの実行を管理、制御するCPU2と、バス3を介して各種条件や演算結果を記憶するメモリ4と、各種条件や各種情報を指示入力するマウスやキーボード等の入力操作系5と、入力操作系5をバス3に接続するインターフェース6と、各種条件や情報の入力画面やシミュレーション結果をはじめとする各種プログラムの処理結果を表示し、プリント出力する出力装置7と、後述する各種プログラムを有し、本装置1の機能を実現するプログラム群8と、を有して構成される。   The apparatus 1 includes a CPU 2 that manages and controls the execution of each part of the computer and each program, a memory 4 that stores various conditions and calculation results via the bus 3, and a mouse and a keyboard that inputs various conditions and various information. An input operation system 5 such as an interface 6, an interface 6 for connecting the input operation system 5 to the bus 3, and an output device for displaying processing results of various programs including various conditions and information input screens and simulation results, and printing them out. 7 and a program group 8 having various programs to be described later and realizing the functions of the apparatus 1.

ここでプログラム群8は、設定プログラム9と、車両走行シミュレーションプログラム10と、「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11と、タイヤ力学モデルプログラム群12と、統合・管理プログラム13と、を有して構成される。
設定プログラム9は、車両諸元のデータ及び「Magic Formula」のパラメータの値を設定する。車両走行シミュレーションプログラム10は、車両モデルを用いて車両の走行シミュレーションを行う。「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11は、
「Magic Formula」のパラメータの値が与えられると、タイヤの制駆動条件下の動特性の特性曲線のデータを算出し、又制駆動条件下の動特性の特性曲線が与えられると、「Magic Formula」のパラメータの値を算出する。タイヤ力学モデルプログラム群12は、制駆動条件下の動特性の特性曲線が与えられると、後述するタイヤ力学モデルに基づいて複数のタイヤ力学要素パラメータ(以降、力学要素パラメータという)の値を導出し、あるいは、タイヤ力学モデルにおける力学要素パラメータの値が与えられると、タイヤ力学モデルを用いて前後力、横力及びセルフアライニングトルク(以降、トルクという)の動特性の特性曲線を算出する。統合・管理プログラム13は、上記プログラムの制御、管理を統合して行い、シミュレーション結果に応じて「Magic Formula」のパラメータの値を修正し、又シミュレーション結果から車両の性能評価を行う。
ここで、制駆動条件下の動特性の特性曲線とは、制駆動方向のスリップ率及び負荷荷重を一定値としたときの横力、トルクのスリップ角依存性を表す曲線、或いはスリップ角及び負荷荷重を一定値としたときの、タイヤの制駆動方向のスリップ率依存性を表す曲線である。
なお、「Magic Formula」のパラメータは、動特性の特性曲線を上記式(20)に示される非線形近似式で近似したときの、非線形近似式を規定する近似式パラメータである。本発明における非線形近似式は、式(20)で表される「Magic Formula」に限られない。例えば、指数関数や多項式を用いた非線形近似式であってもよい。
Here, the program group 8 includes a setting program 9, a vehicle running simulation program 10, a “Magic Formula” data / parameter calculation program 11, a tire dynamic model program group 12, and an integration / management program 13. Composed.
The setting program 9 sets data of vehicle specifications and parameter values of “Magic Formula”. The vehicle travel simulation program 10 performs a vehicle travel simulation using a vehicle model. “Magic Formula” data parameter calculation program 11
Given the value of the “Magic Formula” parameter, calculate the characteristic curve data of the dynamic characteristics of the tire under braking / driving conditions. Is calculated. The tire dynamic model program group 12 derives values of a plurality of tire dynamic element parameters (hereinafter referred to as dynamic element parameters) based on a tire dynamic model described later, when a characteristic curve of dynamic characteristics under braking / driving conditions is given. Alternatively, when a value of a dynamic element parameter in the tire dynamic model is given, a characteristic curve of dynamic characteristics of longitudinal force, lateral force, and self-aligning torque (hereinafter referred to as torque) is calculated using the tire dynamic model. The integration / management program 13 integrates control and management of the above program, corrects the value of the “Magic Formula” parameter according to the simulation result, and evaluates the performance of the vehicle from the simulation result.
Here, the characteristic curve of the dynamic characteristics under the braking / driving conditions is a curve representing the lateral force and the slip angle dependency of the torque when the slip ratio in the braking / driving direction and the load load are constant values, or the slip angle and the load. It is a curve showing the slip ratio dependence of the braking / driving direction of a tire when a load is a constant value.
The “Magic Formula” parameter is an approximate expression parameter that defines a nonlinear approximate expression when the characteristic curve of the dynamic characteristic is approximated by the nonlinear approximate expression shown in the above formula (20). The nonlinear approximate expression in the present invention is not limited to “Magic Formula” represented by Expression (20). For example, a nonlinear approximation expression using an exponential function or a polynomial may be used.

設定プログラム9は、車両諸元のデータ及び「Magic Formula」のパラメータの値を設定する部分であり、例えばホイールベース、重心高さ、車両の総重量、車両の前後輪の重量配分、サスペンション特性等のデータが入力操作系5を介して設定される。あるいはメモリ4に記憶されたデータを呼び出すことにより設定される。また、「Magic Formula」のパラメータの値はメモリ4に記憶されたデータを呼び出すことにより設定される。
車両走行シミュレーションプログラム10は、車両諸元のデータに従って車両モデルを作成し、操作入力系5から与えられた走行シミュレーション条件、あるいは、メモリ4に記憶された走行条件を呼び出し、生成された車両モデルに設定されたパラメータの値を付与して、車両の走行シミュレーションを行う部分である。パラメータの値は、例えば、複数の制駆動方向のスリップ率と負荷荷重が設定され、制駆動方向のスリップ率及び負荷荷重毎に、スリップ角依存性の特性曲線を近似するものであり、あるいは、複数のスリップ角と負荷荷重が設定され、制駆動方向のスリップ率及び負荷荷重毎に、制駆動方向のスリップ率依存性の特性曲線を近似するものである。
The setting program 9 is a part for setting vehicle specification data and “Magic Formula” parameter values. For example, the wheel base, the height of the center of gravity, the total weight of the vehicle, the weight distribution of the front and rear wheels of the vehicle, the suspension characteristics, etc. Are set through the input operation system 5. Alternatively, it is set by calling data stored in the memory 4. The parameter value of “Magic Formula” is set by calling data stored in the memory 4.
The vehicle travel simulation program 10 creates a vehicle model according to the data of the vehicle specifications, calls the travel simulation condition given from the operation input system 5 or the travel condition stored in the memory 4, and creates the generated vehicle model. This is a part for performing a running simulation of a vehicle by assigning a set parameter value. The parameter value is, for example, a set of slip rates and load loads in a plurality of braking / driving directions, and approximates a slip angle-dependent characteristic curve for each slip rate and load load in the braking / driving directions, or A plurality of slip angles and load loads are set, and the characteristic curve of the slip ratio dependency in the braking / driving direction is approximated for each slip ratio and load load in the braking / driving direction.

走行シミュレーションに用いられる車両モデルは機構解析モデルであり、例えば機構解析ソフトウェアADAMSで作成されるモデルである。また、運動解析ソフトウェアCarSimや制御系設計ソフトウェアMatLabにて定義される解析モデルであってもよい。
走行シミュレーション条件は、制駆動を含んだ車両の走行速度、操舵角、路面のプロファイル形状等であり、評価しようとする性能に応じて異なる走行シミュレーション条件が設定される。
走行シミュレーションは、機構解析ソフトウェアADAMSにて行われる。また、運動解析ソフトウェアCarSimや制御系設計ソフトウェアMatLabにて走行シミュレーションの演算が行われてもよい。
The vehicle model used for the traveling simulation is a mechanism analysis model, for example, a model created by mechanism analysis software ADAMS. Alternatively, an analysis model defined by the motion analysis software CarSim or the control system design software MatLab may be used.
The traveling simulation conditions include the traveling speed of the vehicle including braking / driving, the steering angle, the profile shape of the road surface, and the like, and different traveling simulation conditions are set according to the performance to be evaluated.
The running simulation is performed by mechanism analysis software ADAMS. Further, the calculation of the running simulation may be performed by the motion analysis software CarSim or the control system design software MatLab.

「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11は、「Magic Formula」のパラメータに値が与えられた場合、このパラメータの値を用いて上記式(20)に従って前後力、横力及びセルフアライニングトルクの値を算出し、前後力、横力及びセルフアライニングトルクの特性曲線を求める。例えば、パラメータの値が複数の制駆動方向のスリップ率及び複数の負荷荷重毎に与えられている場合、これらを用いて制駆動方向のスリップ率及び負荷荷重毎に、前後力、横力及びセルフアライニングトルクに関するスリップ角依存性の特性曲線が求められる。或いは、パラメータの値が複数のスリップ角及び複数の負荷荷重毎に与えられている場合、これらを用いてスリップ角及び負荷荷重毎に、前後力、横力及びセルフアライニングトルクに関する制駆動方向のスリップ率依存性の特性曲線が求められる。また、パラメータの値を用いて、一定値の制駆動方向のスリップ率におけるスリップ角1度のときの、前後力、横力やセルフアライニングトルクの荷重依存性の特性曲線を求めることができる。   The “Magic Formula” data parameter calculation program 11 uses the value of this parameter to set the longitudinal force, lateral force and self-aligning torque according to the above equation (20) when a value is given to the “Magic Formula” parameter. The value is calculated, and the characteristic curves of the longitudinal force, lateral force and self-aligning torque are obtained. For example, when parameter values are given for a plurality of slip rates and load loads in a plurality of braking / driving directions, a longitudinal force, a lateral force and a self force are used for each slip ratio and load loads in the braking / driving directions using these parameters. A characteristic curve of slip angle dependency regarding the aligning torque is obtained. Alternatively, when parameter values are given for each of a plurality of slip angles and a plurality of load loads, these are used to determine the braking / driving direction for the longitudinal force, lateral force, and self-aligning torque for each slip angle and load load. A characteristic curve dependent on the slip ratio is obtained. Further, by using the parameter value, it is possible to obtain a load-dependent characteristic curve of the longitudinal force, the lateral force, and the self-aligning torque when the slip angle in the slip ratio in the braking / driving direction is a constant value of 1 degree.

一方、前後力、横力及びセルフアライニングトルクの特性曲線が「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11に与えられた場合、この特性曲線から、パラメータの値を求める。パラメータの値の求め方は特に限定されないが、例えば式(20)はパラメータに対して非線形であるため、Newton-Raphson法に従って行なわれることが好ましい。特性曲線が、例えば、複数の制駆動方向のスリップ率及び複数の負荷荷重毎に与えられている場合、制駆動方向のスリップ率及び負荷荷重毎にパラメータの値が求められる。同様に、特性曲線が、複数のスリップ角及び複数の負荷荷重毎に与えられている場合、スリップ角及び負荷荷重毎にパラメータの値が求められる。
タイヤ力学モデルプログラム群12については、以降で詳述する。
On the other hand, when the characteristic curves of the longitudinal force, the lateral force and the self-aligning torque are given to the “Magic Formula” data / parameter calculation program 11, the parameter values are obtained from the characteristic curves. The method for obtaining the parameter value is not particularly limited. For example, since Equation (20) is non-linear with respect to the parameter, it is preferably performed according to the Newton-Raphson method. For example, when the characteristic curve is given for each of a plurality of slip rates and a plurality of load loads in the braking / driving directions, a parameter value is obtained for each of the slip rates and load loads in the braking / driving directions. Similarly, when the characteristic curve is given for each of a plurality of slip angles and a plurality of load loads, a parameter value is obtained for each slip angle and each load load.
The tire dynamic model program group 12 will be described in detail later.

統合・管理プログラム13は、上記プログラムの制御、管理を統合して行い、また、車両の走行シミュレーション結果に応じて車両諸元のデータや「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値を修正し、又シミュレーション結果から車両の性能評価を行う部分である。性能評価として算出される所定の評価データが設定された目標値に到達しない場合、統合・管理プログラム13では、車両諸元のデータや「Magic Formula」のパラメータの値を、評価データが設定された目標値を満足するまで繰り返し修正する。修正方法は、特に限定されないが、例えば、車両諸元のデータや「Magic Formula」のパラメータの値を予め定められた幅で変更する。性能評価として算出される評価データが設定された目標値に到達した場合、修正された車両諸元のデータ及び「Magic Formula」のパラメータの値及び後述する「Magic Formula」のパラメータの値から導出された力学要素パラメータが所望の性能を実現する設計仕様として決定される。力学要素パラメータは、タイヤの要求特性として決定される。このようなタイヤの要求特性は出力装置7に出力される。   The integration / management program 13 integrates control and management of the above program, and corrects the data of the vehicle specifications and the values of the parameters “B” to “E” of the “Magic Formula” according to the vehicle simulation result. In addition, the vehicle performance is evaluated from the simulation result. When the predetermined evaluation data calculated as performance evaluation does not reach the set target value, the integration / management program 13 sets the evaluation data for the vehicle specification data and the parameter value of “Magic Formula”. Make corrections repeatedly until the target value is satisfied. The correction method is not particularly limited. For example, the data of the vehicle specifications or the parameter value of “Magic Formula” is changed within a predetermined range. When the evaluation data calculated as performance evaluation reaches the set target value, it is derived from the corrected vehicle specification data, the value of the “Magic Formula” parameter, and the value of the “Magic Formula” parameter described later. The dynamic element parameters are determined as design specifications that achieve the desired performance. The mechanical element parameter is determined as a required characteristic of the tire. Such required characteristics of the tire are output to the output device 7.

タイヤ力学モデルプログラム群12は、タイヤ力学モデルを解析式で表し、設定された力学要素パラメータの値を用いて前後力、横力及びトルクを算出するタイヤ力学モデル演算プログラム14と、タイヤ力学モデル演算プログラム14に所定のシーケンスで演算させることによって、各種の力学要素パラメータの値を導出する、あるいはタイヤ力学モデルで力が釣り合い状態(平衡状態)にある前後力、横力及びトルクを算出するプログラムを含む。なお、タイヤ力学モデルプログラム群12にて導出された各種の力学要素パラメータの値、あるいは算出された前後力、横力及びトルクの特性曲線は出力装置7に出力されるように構成される。   The tire dynamic model program group 12 represents a tire dynamic model as an analytical expression, and calculates a longitudinal force, a lateral force, and a torque using the set dynamic element parameter values, a tire dynamic model calculation program 14, and a tire dynamic model calculation A program for deriving values of various mechanical element parameters by causing the program 14 to calculate in a predetermined sequence, or for calculating longitudinal force, lateral force and torque in which the force is balanced (equilibrium) with the tire dynamic model. Including. The values of various mechanical element parameters derived by the tire dynamic model program group 12 or the calculated characteristic curves of longitudinal force, lateral force and torque are configured to be output to the output device 7.

タイヤ力学モデルに基づいて算出される力学要素パラメータは、以下のものが例示される。
(a)タイヤトレッド部の横方向の剪断剛性によって定められる横剛性K
(b)タイヤトレッド部の前後方向(制駆動方向)の剪断剛性によって定められる前後剛性K
(c)タイヤトレッド部のタイヤ中心軸周りのねじり剛性A
(d)路面とタイヤ間の静止係数μ
(e)路面とタイヤ間の動係数μd0,bV)、
(f)ベルト部材の横方向曲げ係数ε、
(g)タイヤのタイヤ中心軸周りのねじり剛性の逆数であるねじりコンプライアンス(1/Gmz)、
(h)横力発生中の接地面の接地圧力分布を規定する係数n、
(i)接地圧力分布の偏向の程度を表す係数C
(j)タイヤの接地面の中心位置の前後方向への移動の程度を示す移動係数Cxc
(k)横力発生時の実効接地長l、等である。
Examples of the dynamic element parameters calculated based on the tire dynamic model are as follows.
(A) the lateral stiffness K y determined by the lateral shear stiffness of the tire tread portion,
(B) longitudinal rigidity K x determined by shear rigidity in the longitudinal direction (braking / driving direction) of the tire tread portion;
(C) Torsional rigidity A y around the tire central axis of the tire tread portion,
(D) Static coefficient μ s between road surface and tire,
(E) Dynamic coefficient between road surface and tire μ dd0 , b V ),
(F) the transverse bending coefficient ε of the belt member,
(G) Torsional compliance (1 / Gmz ) which is the reciprocal of torsional rigidity around the tire central axis of the tire,
(H) Coefficient n that defines the contact pressure distribution on the contact surface during the generation of lateral force,
(I) a coefficient C q representing the degree of deflection of the ground pressure distribution,
(J) a movement coefficient C xc indicating the degree of movement of the center position of the tire contact surface in the front-rear direction;
(K) The effective contact length l when a lateral force is generated.

ここで、横剛性K、前後剛性K、捩じり剛性はAは、それぞれタイヤトレッド部の剪断変形に対する横方向の剛性パラメータ、前後方向の剛性パラメータ、タイヤ中心軸周り(タイヤの中心を通り、接地面に対して垂直な軸周り)のねじりの剛性パラメータであり、横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)のGmzは、横曲げ変形に対するタイヤの剛性パラメータ及びタイヤの捩じり変形に対する剛性パラメータである。また、横力の発生する方向である横方向とは、タイヤの回転軸の軸線方向を意味する。したがって、タイヤが直進状態で転動する場合の横方向は転動方向に対する左右方向となって方向が一致するが、スリップ角が付いた場合の横方向はタイヤの転動方向に対してスリップ角分ずれる。前後方向とは、タイヤの接地する路面に平行であり、かつタイヤの回転軸の軸線方向に対して直交する方向をいう。また、タイヤ中心軸(図6(a),(b)中の軸CLをいう)は、タイヤの転動する回転軸に直交し、かつタイヤの幅方向の中心面を通る、路面に垂直な軸である。 Here, the lateral stiffness K y , the longitudinal stiffness K x , and the torsional stiffness A y are respectively the lateral stiffness parameter against the shear deformation of the tire tread portion, the longitudinal stiffness parameter, the tire center axis circumference (the tire center The torsional stiffness parameter about the axis perpendicular to the contact surface), the lateral bending coefficient ε, and the torsional compliance (1 / Gmz ) Gmz are the stiffness parameter of the tire against the lateral bending deformation and the tire It is a rigidity parameter with respect to torsional deformation. Further, the lateral direction in which the lateral force is generated means the axial direction of the tire rotation axis. Therefore, the lateral direction when the tire rolls in a straight line state is the left-right direction with respect to the rolling direction, and the direction coincides. However, when the slip angle is added, the lateral direction is the slip angle with respect to the rolling direction of the tire. I can't tell. The front-rear direction refers to a direction that is parallel to the road surface on which the tire contacts and that is orthogonal to the axial direction of the rotation axis of the tire. Further, the tire center axis (referred to as the axis CL in FIGS. 6A and 6B) is perpendicular to the road surface perpendicular to the rotation axis of the tire and passing through the center plane in the tire width direction. Is the axis.

タイヤ力学モデルプログラム群12は、異なる4種類のシーケンスを有する。それぞれのシーケンスに対応して、小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20と、F/F/Mパラメータ算出プログラム22と、小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24と、F/F/Mデータ算出プログラム26とを有する。
小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20は、スリップ角1度のときの前後力、横力、及びセルフアライニングトルクの荷重依存性の曲線から上記力学要素パラメータの値を決定する。F/F/Mパラメータ算出プログラム22は、与えられた前後力、横力及びセルフアライニングトルクの特性曲線から上記力学要素パラメータの値を決定する。小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24は、タイヤ力学モデルで力の釣り合い状態にあるスリップ角1度における前後力、横力及びセルフアライニングトルクの算出データを得る。F/F/Mデータ算出プログラム26は、タイヤ力学モデルで力の釣り合い状態にある前後力、横力及びトルクの算出データを得る。
なお、小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20、F/F/Mパラメータ算出プログラム22、小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24及びF/F/Mデータ算出プログラム26、のより詳細な機能については、後述する。
The tire dynamic model program group 12 has four different types of sequences. Corresponding to each sequence, a small slip angle condition parameter calculation program 20, an Fx / Fy / Mz parameter calculation program 22, a small slip angle condition Fx / Fy / Mz data calculation program 24, And F x / F y / M z data calculation program 26.
The small slip angle condition parameter calculation program 20 determines the value of the dynamic element parameter from the load dependency curves of the longitudinal force, lateral force, and self-aligning torque when the slip angle is 1 degree. The F x / F y / M z parameter calculation program 22 determines the value of the dynamic element parameter from the characteristic curves of the applied longitudinal force, lateral force and self-aligning torque. The small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 24 obtains calculation data of longitudinal force, lateral force, and self-aligning torque at a slip angle of 1 degree in a state of force balance in the tire dynamic model. The F x / F y / M z data calculation program 26 obtains calculation data of longitudinal force, lateral force, and torque in a state of balance of force in the tire dynamic model.
The small slip angle condition parameter calculation program 20, the F x / F y / M z parameter calculation program 22, the small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 24 and the F x / F y / M z data More detailed functions of the calculation program 26 will be described later.

タイヤ力学モデル演算プログラム14は、特性曲線の前後力、横力及びトルクの値が入力されると、この値を用いてタイヤ力学モデルで計算した対応算出データ(前後力F’、横力F'及びトルクM’)を処理結果として出力し、小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20、F/F/Mパラメータ算出プログラム22、小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24、或いはF/F/Mデータ算出プログラム26に返す演算部である。タイヤ力学モデル演算プログラム14に入力される特性曲線の前後力、横力及びトルクの値とは、設定プログラム9において設定された「Magic Formula」のパラメータの値、あるいは、統合・管理プログラム13にて修正された「Magic Formula」のパラメータの値を用いて算出されたものである。
図2、図3、図4、図5(a)〜(e)、図6(a)〜(d)、図7(a)〜(c)及び図8はタイヤ力学モデルを説明する図である。
When the longitudinal force, lateral force and torque values of the characteristic curve are input to the tire dynamic model calculation program 14, the corresponding calculation data (front / rear force F x ′, lateral force F) calculated by the tire dynamic model using these values. y ′ and torque M z ′) are output as processing results, small slip angle condition parameter calculation program 20, F x / F y / M z parameter calculation program 22, and small slip angle condition F x / F y / M z data. This is a calculation unit that returns to the calculation program 24 or the F x / F y / M z data calculation program 26. The longitudinal force, lateral force and torque values of the characteristic curve input to the tire dynamic model calculation program 14 are the values of the “Magic Formula” parameters set in the setting program 9 or the integration / management program 13. This is calculated using the corrected “Magic Formula” parameter values.
2, 3, 4, 5 (a) to 5 (e), 6 (a) to (d), 7 (a) to (c), and FIG. 8 are diagrams illustrating a tire dynamic model. is there.

タイヤ力学モデルは、図2に示すように、剛体の円筒部材にサイドウォールのばね特性を表す複数のばね要素からなるサイドウォールモデルと、これらのばね要素に接続された弾性リング体からなるベルトモデルと、この弾性リング体の表面に接続されたトレッドモデルを表す弾性要素からなるトレッドモデルとを有して構成されるものである。   As shown in FIG. 2, the tire dynamic model includes a sidewall model composed of a plurality of spring elements representing the spring characteristics of the sidewalls on a rigid cylindrical member, and a belt model composed of an elastic ring body connected to these spring elements. And a tread model composed of an elastic element representing a tread model connected to the surface of the elastic ring body.

タイヤ力学要素演算プログラム14にて定める上記タイヤ力学モデルでは、より具体的には、以下の処理が行われる。図3は、制駆動方向のスリップ率Sが制動である時の処理内容を、図4は、制駆動方向のスリップ率Sが駆動である時の処理内容をそれぞれ示している。
制動の場合、図3に示すように、横剛性Kやねじり剛性A等の線形パラメータ及びベルト部材の横方向曲げ係数εや係数C等の非線形パラメータからなる力学要素パラメータの値が設定され、スリップ角α、制動時のスリップ率S、タイヤ走行速度V、及び前後力F、横力F、トルクMを入力することで、図3中の式(1)〜(8)によって処理された前後力、横力及びトルクの値(以降、前後力F’、横力F’、トルクM’とする)が算出されるように構成されている。勿論、入力された前後力F、横力F及びトルクMの値と、処理された前後力F’、横力F’及びトルクM’の値との誤差が所定値以下、すなわち略一致した(収束した、タイヤ力学モデルで力が釣り合い状態となった)場合にのみ、前後力F’、横力F’及びトルクM’の値が力の釣り合い状態を実現するタイヤの前後力、横力及びトルクの値として決定される。
なお、線形パラメータとは、式(6)〜(8)において線形の形式で表されている力学要素パラメータをいい、非線形パラメータとは、式(6)〜(8)において非線形の形式で表されている力学要素パラメータをいう。
More specifically, in the tire dynamic model determined by the tire dynamic element calculation program 14, the following processing is performed. FIG. 3 shows the processing contents when the slip ratio S in the braking / driving direction is braking, and FIG. 4 shows the processing contents when the slip ratio S in the braking / driving direction is driving.
In the case of braking, as shown in FIG. 3, the values of dynamic element parameters including linear parameters such as lateral stiffness K y and torsional stiffness A y and nonlinear parameters such as lateral bending coefficient ε and coefficient C q of the belt member are set. By inputting the slip angle α, the slip ratio S during braking, the tire traveling speed V r , the longitudinal force F x , the lateral force F y , and the torque M z , the equations (1) to (8) in FIG. ) To calculate the longitudinal force, lateral force, and torque values (hereinafter referred to as longitudinal force F x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′) processed by (). Of course, an error between the input longitudinal force F x , lateral force F y and torque M z and the processed longitudinal force F x ′, lateral force F y ′ and torque M z ′ is less than a predetermined value. That is, the values of the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ realize the force balanced state only when they are substantially coincident (converged and the force is balanced in the tire dynamic model). This is determined as the value of the longitudinal force, lateral force, and torque of the tire.
The linear parameter means a dynamic element parameter expressed in a linear form in the equations (6) to (8), and the nonlinear parameter is expressed in a non-linear form in the equations (6) to (8). It is a dynamic element parameter.

タイヤ力学要素演算プログラム14は、図5(a)に示され、さらに式(1)に示されるように、入力されたトルクMとねじりコンプライアンス(1/Gmz)とによって求められるねじり戻し角を算出し、このねじり戻し角を、付与されたスリップ角αから差し引くことにより、実効スリップ角αを算出する。このように実効スリップ角αを算出するのは、トルクMが0より大きい場合、トルクは付与されたスリップ角を低減するようにタイヤ自身に作用し捩じり戻す作用を有するからである。したがって、トルクMが0より大きい場合、図5(a)に示すように、実際に付与されたスリップ角αに対して実効スリップ角αは小さくなる。 The tire dynamic element calculation program 14 is shown in FIG. 5 (a), and further, as shown in the equation (1), the torsion return angle determined by the input torque Mz and torsional compliance (1 / Gmz ). is calculated, the twist back angle by subtracting from the slip angle alpha granted, to calculate the effective slip angle alpha e. The reason why the effective slip angle α e is calculated in this manner is that when the torque M z is larger than 0, the torque acts on the tire itself so as to reduce the applied slip angle, and has a function of twisting back. . Therefore, when the torque M z is larger than 0, as shown in FIG. 5A, the effective slip angle α e becomes smaller than the actually applied slip angle α.

さらに、式(2)により、前後力Fから接地圧分布の形状を規定する偏向係数qを算出する。偏向係数qとは、スリップ角α=0の直進状態の接地圧分布(図6(a)参照)が、図6(b)に示すように前後力Fが発生して接地圧分布が進行方向前方(接地面における踏込み端)に向かって偏向した接地圧分布の形状を表すパラメータである。この接地圧分布をp(t)(tは、図6(a),(b)中の進行方向の後方向に向かってt軸をとった場合の接地長さで規格化した座標位置)とすると、接地圧分布p(t)の形状は、図6(b)中の式(9)で表される関数Dgsp(t;n,q)で規定される。
ここで、関数Dgsp(t;n,q)中の係数nは横力発生中の接地面の接地圧分布を規定するもので、図6(c)に示すように接地圧分布の踏込み端及び蹴りだし端付近で角張る(曲率が大きくなる)ように接地圧分布を規定する係数である。また、図6(d)に示すように係数qが0から1になるにしたがって接地圧分布のピーク位置は踏込み端側に移動するように設定されている。このように係数q及び係数nは、接地圧分布の形状を規定する形状規定係数である。
Furthermore, by the equation (2) to calculate the bias coefficient q defining the shape of the contact pressure distribution from the longitudinal force F x. The bias coefficient q, contact pressure distribution of the straight traveling state of the slip angle alpha = 0 (see FIG. 6 (a)), progress ground pressure distribution longitudinal force F x is generated as shown in FIG. 6 (b) This is a parameter representing the shape of the contact pressure distribution deflected toward the front in the direction (the stepping end on the contact surface). This contact pressure distribution is represented by p (t) (where t is the coordinate position normalized by the contact length when the t-axis is taken in the backward direction of travel in FIGS. 6A and 6B). Then, the shape of the ground pressure distribution p (t) is defined by the function D gsp (t; n, q) represented by the equation (9) in FIG.
Here, the coefficient n in the function D gsp (t; n, q) defines the contact pressure distribution of the contact surface during the generation of the lateral force. As shown in FIG. And a coefficient that regulates the contact pressure distribution so that it is angular (the curvature increases) in the vicinity of the kicking edge. Further, as shown in FIG. 6D, the peak position of the contact pressure distribution is set so as to move toward the stepping-end side as the coefficient q is changed from 0 to 1. Thus, the coefficient q and the coefficient n are shape defining coefficients that define the shape of the contact pressure distribution.

さらに、式(3)により、前後力Fの発生により、タイヤの接地面の中心位置が前後方向に移動する量が算出される。図5(c)に示されるように、前後力Fの発生時のタイヤの接地中心位置が前後方向へ移動する程度を表す値(xc/l)を、式(3)に従って、前後力Fと関連づけて算出する。すなわち、制駆動方向のスリップ率が与えられたとき、タイヤ軸力として発生する前後力によってタイヤの路面に対する接地面の位置が前後方向に移動するように、発生する前後力に応じて接地面の中心位置が移動するようにタイヤ力学モデルが構成されている。この移動量を表す(x/l)は、後述するトルクMzを算出する式(8)の第2項にて用いられる。ここでlは、接地長である。このように式(3)においてタイヤの接地面の中心位置の移動を定めるのは、実際にタイヤ制動時の接地近傍のタイヤ変形は、図5(d)に示すように、制動時と駆動時におけるタイヤの接地面近傍の形状は互いに異なっており、制駆動により接地中心位置が移動するからである。なお、図5(d)は、195/65R15 91H(内圧230kPa、荷重4kN、走行速度60km/時)のタイヤ形状についてレーザスキャナで測定した実測結果を示す図である。 Further, the amount by which the center position of the tire contact surface moves in the front-rear direction due to the generation of the front-rear force F x is calculated from the equation (3). As shown in FIG. 5C, a value (x c / l) representing the degree to which the ground contact center position of the tire moves in the front-rear direction when the front-rear force F x is generated is determined according to the formula (3). Calculated in association with F x . That is, when a slip ratio in the braking / driving direction is given, the position of the ground contact surface according to the generated longitudinal force is such that the position of the ground contact surface with respect to the road surface of the tire moves in the longitudinal direction due to the longitudinal force generated as the tire axial force. The tire dynamic model is configured so that the center position moves. This amount of movement (x c / l) is used in the second term of equation (8) for calculating torque M z described later. Here, l is the contact length. In this way, the movement of the center position of the ground contact surface of the tire is defined in the equation (3) because the tire deformation in the vicinity of the ground contact during tire braking is actually applied during braking and driving as shown in FIG. This is because the shape of the tire in the vicinity of the ground contact surface is different from each other and the ground contact center position is moved by braking / driving. FIG. 5 (d) is a diagram showing an actual measurement result obtained by measuring a tire shape of 195 / 65R15 91H (internal pressure 230 kPa, load 4 kPa, traveling speed 60 km / hour) with a laser scanner.

さらに、式(4)により、スリップ率(制駆動方向のスリップ率S及びスリップ角α)が大きいときに起こる接地面内での滑り摩擦と凝着摩擦との境界位置(lh/l)が算出される。境界位置(lh/l)は、以下のように定義される。
図7(a)〜(c)に示される最大摩擦曲線は、凝着摩擦係数μに接地圧分布p(t)を乗算したものである。踏込み端で路面と接地したタイヤのトレッド部材は、蹴りだし端に移動するにつれてスリップ角αによって徐々に路面から横方向の剪断を受け、トレッド部材に横方向剪断力(凝着摩擦力)が発生する。さらに、路面の移動速度(タイヤの走行速度)とタイヤの回転速度と差によって生じる制駆動方向のスリップ率Sによって、トレッド部材は徐々に路面から前後方向に剪断を受け、トレッド部材に前後方向剪断力(凝着摩擦力)が発生する。タイヤと路面との間に発生する剪断力は、横方向剪断力と前後方向剪断力との合力により表される。
この剪断力の合力は、徐々に大きくなって最大摩擦曲線に達すると、路面に凝着していたタイヤトレッド部材は滑り出し、滑り摩擦係数μに接地圧分布p(t)を乗算した滑り摩擦曲線に従って滑り摩擦力が発生する。図7(a)では、境界位置(lh/l)より踏込み端側の領域がタイヤトレッド部材が路面に凝着した凝着域となり、蹴りだし側の領域がタイヤトレッド部材が路面に対して滑る滑り域となる。境界位置(lh/l)は、式(4)により定まる。
Further, according to the equation (4), the boundary position (l h / l) between the sliding friction and the adhesion friction in the contact surface that occurs when the slip ratio (the slip ratio S and the slip angle α in the braking / driving direction) is large is obtained. Calculated. The boundary position (l h / l) is defined as follows.
The maximum friction curves shown in FIGS. 7A to 7C are obtained by multiplying the adhesion friction coefficient μs by the contact pressure distribution p (t). The tread member of the tire that is in contact with the road surface at the stepping end is gradually sheared laterally from the road surface by the slip angle α as it moves to the kicking end, and a lateral shearing force (adhesion frictional force) is generated on the tread member. To do. Further, the tread member is gradually sheared in the longitudinal direction from the road surface by the slip ratio S in the braking / driving direction caused by the difference between the road surface moving speed (tire traveling speed) and the tire rotational speed, and the tread member is sheared in the longitudinal direction. Force (adhesion frictional force) is generated. The shearing force generated between the tire and the road surface is represented by the resultant force of the lateral shearing force and the longitudinal shearing force.
Resultant of the shear forces, reaching the maximum friction curve gradually increases, tire tread elements which have adhesion to the road surface Suberidashi, sliding friction multiplied by the contact pressure distribution p (t) sliding friction coefficient mu d A sliding friction force is generated according to the curve. In FIG. 7 (a), the region at the stepping end side from the boundary position (l h / l) is an adhesion region in which the tire tread member is adhered to the road surface, and the region on the kick-out side is the tire tread member with respect to the road surface. It will be a sliding area. The boundary position (l h / l) is determined by equation (4).

なお、スリップ角αは、横方向のスリップ率tanαと表すことで、制駆動方向のスリップ率Sと同じ無次元の単位で表すことができ、制駆動方向のスリップ率Sとともに、スリップ率として統合することができる。以下の説明では、制駆動方向のスリップ率Sとスリップ角αとを統合したスリップ率に替えて、主にスリップ角αを用いて説明する。
図7(b)は、スリップ角αが図7(a)に示すスリップ角αよりも大きくなった状態を示している。境界位置(lh/l)は図7(a)に比べて踏込み端側に移動している。さらに、スリップ角αが大きくなると、図7(c)に示すように接地面の踏込み端の位置から滑り摩擦が発生する状態となる。
The slip angle α can be expressed in the same dimensionless unit as the slip ratio S in the braking / driving direction by representing the slip ratio tanα in the lateral direction, and is integrated as a slip ratio together with the slip ratio S in the braking / driving direction. can do. In the following description, a description will be given mainly using the slip angle α in place of the slip rate obtained by integrating the slip rate S in the braking / driving direction and the slip angle α.
FIG. 7B shows a state where the slip angle α is larger than the slip angle α shown in FIG. The boundary position (l h / l) has moved to the stepping end side as compared with FIG. Furthermore, when the slip angle α increases, as shown in FIG. 7C, a sliding friction is generated from the position of the stepping end of the ground contact surface.

図7(a)〜(c)からわかるように、スリップ角αによって凝着域と滑り域の割合が大きく変化する。このような凝着域及び滑り域の横方向摩擦力、すなわち横力成分をタイヤ幅方向に沿って積分することによって横力F’を算出することができ、さらにタイヤ中心O周りのモーメントを算出することによってトルクM’を算出することができる。
同様に、前後方向についても、凝着域及び滑り域の前後方向摩擦力、すなわち前後力成分をタイヤ幅方向に沿って積分することによって前後力F’を算出することができる。
式(6)では、上述の凝着域及び滑り域に分けて前後力F’を算出し、さらに式(7),(8)では、実効スリップ角αを用いて横力F’及びトルクM’を算出する。
なお、滑り摩擦係数μdは、式(5)に示すように、滑り速度依存性(式(5)の右辺第2項)を有するように規定されている。滑り速度依存性を表す係数は、スリップ角αと制駆動方向のスリップ率Sに応じて変化する。
As can be seen from FIGS. 7A to 7C, the ratio of the adhesion region to the slip region varies greatly depending on the slip angle α. The lateral force F y ′ can be calculated by integrating the lateral frictional force in the adhesion region and the sliding region, that is, the lateral force component along the tire width direction, and the moment around the tire center O can be calculated. By calculating, the torque M z ′ can be calculated.
Similarly, also in the front-rear direction, the front-rear force F x ′ can be calculated by integrating the front-rear direction frictional force in the adhesion region and the slip region, that is, the front-rear force component along the tire width direction.
In the equation (6), the longitudinal force F x ′ is calculated separately for the above-mentioned adhesion region and the slip region, and in the equations (7) and (8), the lateral force F y ′ is calculated using the effective slip angle α e. And torque M z ′ is calculated.
The sliding friction coefficient μ d is defined to have a sliding speed dependency (the second term on the right side of Expression (5)) as shown in Expression (5). The coefficient representing the slip speed dependency changes according to the slip angle α and the slip ratio S in the braking / driving direction.

図5(a)〜(c)は、実効スリップ角α、ベルトの変形によって生じる緩和された凝着横力成分及び接地面中心位置の移動について、接地面を模式的に表して図示したものであり、式(6)〜(8)に表されている挙動である。
図5(a)は、上述したように、スリップ角αが付与された際、スリップ角αによって生じるトルクによってスリップ角αを減ずるようにタイヤ自身に作用し、実効スリップ角αとなっている状態を示している。図5(b)は、この実効スリップ角αによって生じる横方向変位とベルトの横曲げ変形によって生じる横方向変位の関係を示している。図5(c)はタイヤの接地面が前後力によって前後方向に移動することを示している。
FIGS. 5A to 5C schematically show the ground contact surface with respect to the effective slip angle α e , the relaxed adhesion lateral force component generated by the deformation of the belt, and the movement of the ground contact surface center position. It is the behavior represented by the formulas (6) to (8).
In FIG. 5A, as described above, when the slip angle α is applied, the tire itself acts so as to reduce the slip angle α by the torque generated by the slip angle α, and the effective slip angle α e is obtained. Indicates the state. FIG. 5 (b) shows the relationship between the lateral displacement caused by the lateral bending deformation of the lateral displacement and the belt caused by the effective slip angle alpha e. FIG.5 (c) has shown that the contact surface of a tire moves to the front-back direction with the front-back force.

次に、式(6)〜(8)についてより詳しく説明する。
式(6)は、2つの項(2つの前後力成分)の和によって前後力F’を算出する。第1項は積分範囲が0〜(lh/l)の積分結果であって、凝着域に発生する凝着前後力成分を表す。第2項は積分範囲が(lh/l)〜1の積分であって滑り域に発生する滑り前後力成分を表す。
式(7)では2つの項(2つの横力成分)の和によって横力F’を算出する。第1項は積分範囲が0〜(lh/l)の積分であって、凝着域に発生する凝着横力成分を表す。第2項は積分範囲が(lh/l)〜1の積分であって滑り域に発生する滑り横力成分を表す。式(7)中の第1項の凝着横力成分は凝着域における横力であり、式(7)では、実効スリップ角αによって生じるトレッド部材の横方向変位がベルトの横曲げ変形によって緩和された状態を表すことによって凝着横力成分を算出する。第2項の滑り横力成分は滑り域における横力であり、式(7)では、実効スリップ角αによって生じる接地圧分布p(t)の形状を関数Dgsp(t;n,q)で表して滑り横力成分を算出する。
Next, equations (6) to (8) will be described in more detail.
Equation (6) calculates the longitudinal force F x ′ by the sum of two terms (two longitudinal force components). The first term is an integration result in an integration range of 0 to (l h / l), and represents an adhesion longitudinal force component generated in the adhesion region. The second term is an integral having an integration range of (l h / l) to 1, and represents a slip longitudinal force component generated in the slip region.
In equation (7), the lateral force F y ′ is calculated by the sum of two terms (two lateral force components). The first term is an integral having an integration range of 0 to (l h / l), and represents an adhesion lateral force component generated in the adhesion region. The second term is an integral having an integration range of (l h / l) to 1, and represents a slip lateral force component generated in the slip region. Adhesive lateral force component of the first term in equation (7) is a lateral force in the adhesive region, in Formula (7), lateral transverse displacement of the belt tread element caused by the effective slip angle alpha e bending deformation The adhesion lateral force component is calculated by expressing the state relaxed by. The sliding lateral force component of the second term is a lateral force in the sliding region. In the equation (7), the shape of the contact pressure distribution p (t) generated by the effective slip angle α e is expressed by the function D gsp (t; n, q). The sliding lateral force component is calculated by

また、式(8)中、第1項は積分範囲が0〜(lh/l)の積分であって、凝着域に発生する凝着横力成分によって生じるトルク成分を表し、第2項は積分範囲が(lh/l)〜1の積分であって滑り域に発生する滑り横力成分によって生じるトルク成分を表す。なお、式(8)中では、上記2つのトルク成分の他に別のトルク成分、すなわち、第3項が設けられている。第3項は(lh/l)・tanαに比例した項であり、タイヤの接地面がスリップ角αによって横方向に移動し、この時の移動量とタイヤに生じる前後力とによって生じるタイヤ中心軸周りのトルク成分を表す。すなわち、トルクM’は、凝着横力によって生じるトルク成分、滑り横力によって生じるトルク成分、凝着前後力によって生じるトルク成分、滑り前後力によって生じるトルク成分によって算出される。 In Equation (8), the first term is an integral with an integration range of 0 to (l h / l), and represents the torque component generated by the adhesion lateral force component generated in the adhesion region, and the second term. Is an integral with an integration range of (l h / l) to 1 and represents a torque component generated by a slip lateral force component generated in the slip region. In the equation (8), in addition to the two torque components, another torque component, that is, a third term is provided. The third term is a term proportional to (l h / l) · tan α e , and the tire contact surface is moved laterally by the slip angle α, and the tire generated by the amount of movement at this time and the longitudinal force generated on the tire. This represents the torque component around the central axis. That is, the torque M z ′ is calculated based on a torque component generated by an adhesion lateral force, a torque component generated by a sliding lateral force, a torque component generated by an adhesion longitudinal force, and a torque component generated by a sliding longitudinal force.

滑り域における滑り摩擦係数μdについて、前後力を算出する式(6)と横力を算出する式(7)では、同じ滑り摩擦係数を用いているが、トレッドパターンによって滑り摩擦係数が異なるように、式(6)と式(7)において、異なるパラメータとして扱ってもよい。
又、式(6)〜(8)中で用いられるβは、制駆動時における接地面の滑り域における滑り方向の角度を表し、スリップ角と制駆動方向のスリップ率とによって定められる。この滑り方向に対して摩擦力が働くため、式(6)では滑り方向に対する前後力のcos成分が、式(7)では滑り方向に対する横力のsin成分が、式(8)では、トルクに寄与する横力のsin成分がそれぞれ、前後力F’、横力F’及びトルクM’に寄与する。すなわち、この滑り方向の角度βを用いて前後力F’、横力F’及びトルクM’を算出する。
滑り域にける滑り方向は、制駆動方向の滑りとスリップ角αによる滑りが同時に発生するため、必ずしもスリップ角αの方向及び制駆動方向の滑りにならない。具体的には、図5(e)に示すように、タイヤの走行速度Vとタイヤの回転速度Vの向きが異なり、この向きの違いから、滑り速度Vs、滑り方向の角度βが定められる。このときの滑り方向の角度βが、式(6)〜(8)、又式(16)〜(18)の括弧内に定義される。式(6)〜(8)と式(16)〜(18)におけるβの定義が異なるのは、後述するように制動時と駆動時における制駆動方向のスリップ率Sの定義が異なることによる。
Regarding the sliding friction coefficient μ d in the sliding region, the same sliding friction coefficient is used in the formula (6) for calculating the longitudinal force and the formula (7) for calculating the lateral force, but the sliding friction coefficient varies depending on the tread pattern. Moreover, you may treat as a different parameter in Formula (6) and Formula (7).
Further, β used in the equations (6) to (8) represents an angle in the sliding direction in the sliding area of the ground contact surface during braking / driving, and is determined by the slip angle and the slip ratio in the braking / driving direction. Since the frictional force acts on this sliding direction, in Equation (6), the cosine component of the longitudinal force relative to the sliding direction, in Equation (7) the sin component of the lateral force relative to the sliding direction, and in Equation (8) the torque The sin component of the contributing lateral force contributes to the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′, respectively. That is, the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ are calculated using the angle β in the sliding direction.
The slip direction in the slip region does not necessarily result in the slip angle α direction and the braking / driving direction because the slip in the braking / driving direction and the slip by the slip angle α occur simultaneously. Specifically, as shown in FIG. 5 (e), different running speed V w and the direction of the rotational velocity V r of the tires, the difference in this orientation, the slip velocity V s, the slip direction of the angle β Determined. The angle β in the sliding direction at this time is defined in parentheses in the expressions (6) to (8) and the expressions (16) to (18). The definition of β in the equations (6) to (8) and the equations (16) to (18) is different because the definition of the slip ratio S in the braking / driving direction during braking and during driving is different as described later.

制動時の場合、図4に示すように、制動時の場合と同様に、線形パラメータ及び非線形パラメータからなる力学要素パラメータが設定され、スリップ角α、制駆動方向のスリップ率S、タイヤの走行速度V、及び前後力F、横力F、トルクMを入力することで、図4中の式(11)〜(18)によって処理された前後力、横力及びトルクの値(以降、前後力F’、横力F’、トルクM’とする)が算出されるように構成されている。勿論、入力された前後力F、横力F及びトルクMの値と、処理された前後力F’、横力F’及びトルクM’の値との誤差が所定値以下、すなわち略一致した(収束した、タイヤ力学モデルで力が釣り合い状態となった)場合にのみ、前後力F’、横力F’及びトルクM’の値が力の釣り合い状態を実現するタイヤの横力及びトルクの値として決定される。
式(14)、式(15)、式(16)〜(18)のそれぞれは、図3中の式(4)、式(5)、式(6)〜(8)と異なるが、この違いは、スリップ率の定義の違いに拠るものである。具体的には、制動時のスリップ率Sは、S=(Vcosα−V)/Vcosα(タイヤの走行速度V、タイヤの回転速度V、スリップ角α)で定義され、駆動時のスリップ率Sは、S=(Vcosα−V)/Vで定義される。このため、タイヤに発生する力を考えるとき、上記スリップ率で定義されるタイヤ側の移動速度(上記定義における右辺の分母)が異なるため、式(14)、式(15)、式(16)〜(18)のそれぞれは、図3中の式(4)、式(5)、式(6)〜(8)と異なっている。その他の式は、図3中の対応する式と同じである。従って、これらの式の説明は省略する。
In the case of braking, as shown in FIG. 4, as in the case of braking, dynamic element parameters including linear parameters and nonlinear parameters are set, and the slip angle α, the slip ratio S in the braking / driving direction, and the tire traveling speed are set. By inputting V r , longitudinal force F x , lateral force F y , and torque M z , the longitudinal force, lateral force, and torque values processed by the equations (11) to (18) in FIG. , The longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′) are calculated. Of course, an error between the input longitudinal force F x , lateral force F y and torque M z and the processed longitudinal force F x ′, lateral force F y ′ and torque M z ′ is less than a predetermined value. That is, the values of the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ realize the force balanced state only when they are substantially coincident (converged and the force is balanced in the tire dynamic model). It is determined as the value of the lateral force and torque of the tire.
Although each of Formula (14), Formula (15), and Formulas (16) to (18) is different from Formula (4), Formula (5), and Formulas (6) to (8) in FIG. Is due to the difference in definition of slip ratio. Specifically, the slip ratio S during braking is defined by S = (V r cos α−V w ) / V r cos α (tire running speed V r , tire rotational speed V w , slip angle α), The slip ratio S during driving is defined by S = (V r cos α−V w ) / V w . For this reason, when considering the force generated in the tire, the tire side moving speed (the denominator on the right side in the above definition) defined by the slip ratio is different, and therefore the expressions (14), (15), and (16) Each of (18) is different from the expressions (4), (5), and (6) to (8) in FIG. Other expressions are the same as the corresponding expressions in FIG. Therefore, explanation of these equations is omitted.

図8は、スリップ角α及び制駆動方向のスリップ率Sが付与されタイヤ力学モデルに基づいて前後力F’、横力F'及びトルクM'が算出されるまでの処理ブロック図である。図8からわかるように、本発明におけるタイヤ力学モデルは、前後力F'、横力F'及びトルクM'の算出の際、ベルトの横曲げ変形、接地圧分布及び接地面の中心位置の変化及びタイヤの捩じり変形のそれぞれがフィードバックされて式(6)〜(8)又は式(16)〜(18)において算出される。なお、前後力F'、横力F'及びトルクM'を算出する際に用いるベルトの横曲げ変形、接地圧分布及び接地面の中心位置の変化及びタイヤの捩じり変形には、付与される前後力F及び横力Fが用いられる。 FIG. 8 is a processing block diagram until the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ are calculated based on the tire dynamic model with the slip angle α and the slip ratio S in the braking / driving direction applied. is there. As can be seen from FIG. 8, the tire dynamic model according to the present invention is such that when calculating the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′, the lateral bending deformation of the belt, the contact pressure distribution, and the center of the contact surface. Each of the change in position and the torsional deformation of the tire is fed back and calculated by the equations (6) to (8) or the equations (16) to (18). Note that the lateral bending deformation of the belt, the change in the contact pressure distribution and the center position of the contact surface, and the torsional deformation of the tire used for calculating the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ The applied longitudinal force F x and lateral force F y are used.

なお、タイヤ力学モデル演算プログラム14において算出される前後力F'、横力F'及びトルクM'は、付与された前後力F、横力F及びトルクMと必ずしも一致しない。しかし、後述するタイヤ力学モデルプログラム群12において行なわれるシーケンス処理により、付与される前後力F、横力F及びトルクMと算出される前後力F'、横力F'及びトルクM'とが略一致する(力の釣り合い状態となる)ように、前後力F、横力F及びトルクMが探索され、タイヤ力学モデルにおいて釣り合い状態にある前後力、横力及びトルクが算出される。 Note that the longitudinal force F x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′ calculated in the tire dynamic model calculation program 14 do not necessarily match the applied longitudinal force F x , lateral force F y, and torque M z. . However, the longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z which are applied and the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′ and the torque which are calculated by the sequence processing performed in the tire dynamic model program group 12 which will be described later. The longitudinal force F x , the lateral force F y, and the torque M z are searched so that M z ′ substantially coincides (becomes a force balanced state), and the longitudinal force, lateral force, and Torque is calculated.

次に、小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20、及びF/F/Mパラメータ算出プログラム22、小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24、F/F/Mデータ算出プログラム26の機能を説明する。
小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20は、「Magic Formula」にて設定された、或いは修正された「Magic Formula」のパラメータの値を用いて求められたスリップ角1度における前後力F、横力F及びトルクMの特性曲線が供給されると、前後力F、横力F及びトルクMと、タイヤ力学モデル演算プログラム14にて算出される前後力F’、横力F’及びトルクM’との誤差が所定値以下となるように、すなわち、タイヤ力学モデルにおいて前後力、横力及びトルクが力の釣り合い状態になるように、上述の線形パラメータ及び非線形パラメータを導出するプログラムである。スリップ角α=1度における特性曲線は、負荷荷重、制駆動方向のスリップ率S毎に供給される。
Next, the small slip angle condition parameter calculation program 20, the F x / F y / M z parameter calculation program 22, the small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 24, F x / F y / M The function of the z data calculation program 26 will be described.
The small slip angle condition parameter calculation program 20 includes a longitudinal force F x and a lateral force at a slip angle of 1 degree determined by using the value of the “Magic Formula” parameter set or corrected in the “Magic Formula”. When the characteristic curves of F y and torque M z are supplied, the longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z , the longitudinal force F x ′ calculated by the tire dynamic model calculation program 14, and the lateral force F The linear and non-linear parameters described above are set so that the error between y ′ and torque M z ′ is not more than a predetermined value, that is, so that the longitudinal force, lateral force and torque are balanced in the tire dynamic model. This is a program to derive. The characteristic curve at the slip angle α = 1 degree is supplied for each load ratio and slip ratio S in the braking / driving direction.

図8は、小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20において行なわれる処理の流れを示している。
具体的には、スリップ角α=1度における特性曲線の前後力F、横力F及びトルクMのデータと、負荷荷重F、負荷荷重Fにおける非転動状態におけるタイヤの接地長l及び接地幅wのデータを予め取得する(ステップS100)。これらのデータは、メモリ4に記憶されているデータでありメモリ4から呼び出される。あるいは、入力操作系5から指示入力されたものであってもよい。
さらに、横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)等の非線形パラメータを所定の値に初期設定する(ステップS102)。
FIG. 8 shows the flow of processing performed in the small slip angle condition parameter calculation program 20.
Specifically, the data on the longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z of the characteristic curve at the slip angle α = 1 degree, and the ground contact of the tire in the non-rolling state at the load load F z and the load load F z . Data of the length l and the contact width w is acquired in advance (step S100). These data are data stored in the memory 4 and are called from the memory 4. Alternatively, an instruction input from the input operation system 5 may be used.
Furthermore, non-linear parameters such as the lateral bending coefficient ε and torsional compliance (1 / G mz ) are initially set to predetermined values (step S102).

次に、横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)の初期設定値を用いて線形パラメータの値を公知の手法である線形二乗回帰により算出する(ステップS104)。
ここで、非線形パラメータは所定の値に設定されているので、線形パラメータについての正規方程式を定めることができ、この正規方程式を解くことによって線形パラメータの値を一意的に算出することができる。具体的には、式(6)、式(7)、式(8)によって算出される前後力F’、横力F’,トルクM’が、供給された前後力力F、横力F,トルクMに最適に回帰するように、設定された非線形パラメータを用いて二乗残差和の式から線形パラメータに関する正規方程式を作成し、この正規方程式を解くことによって旋回パラメータの値を算出する。ここで、正規方程式とは残差二乗和を定める式をそれぞれの線形パラメータで偏微分して偏微分値を0とした方程式であって、線形パラメータの個数分作成される線形パラメータに関する方程式である。
Next, the values of linear parameters are calculated by linear square regression, which is a known technique, using the initial set values of the lateral bending coefficient ε and torsional compliance (1 / G mz ) (step S104).
Here, since the nonlinear parameter is set to a predetermined value, a normal equation for the linear parameter can be determined, and the value of the linear parameter can be uniquely calculated by solving the normal equation. Specifically, the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ calculated by the equations (6), (7), and (8) are the supplied longitudinal force F x , A normal equation related to the linear parameter is created from the equation of the sum of squared residuals using the set nonlinear parameter so as to optimally return to the lateral force F y and the torque M z, and by solving this normal equation, Calculate the value. Here, the normal equation is an equation for partial differentiation of an equation for determining the residual sum of squares with respect to each linear parameter and setting the partial differential value to 0, and is an equation relating to the linear parameter created by the number of linear parameters. .

次に、供給された前後力F、横力F及びトルクMのデータ及び算出された線形パラメータ及び初期設定された非線形パラメータをタイヤ力学モデル演算プログラム14に付与する。タイヤ力学モデル演算プログラム14では、前後力F、横力F及びトルクMのデータ及び線形パラメータ及び非線形パラメータの付与によって図8に示す処理ブロック図の流れに従ってスリップ角α=1度における前後力F’、横力F’及びトルクM’が算出される。この場合スリップ角αは1度であるので、接地圧分布はスリップ角α=0度における接地圧分布の係数nが固定され、さらに、偏向係数qは0に設定される。さらに、凝着域と滑り域との境界位置(lh/l)は1に設定される。すなわち、接地面には滑り域が存在せず、すべて凝着域であり、したがって、式(6)〜(8)における滑り前後力成分、滑り横力成分及びこの滑り横力成分によって生じるトルク成分は0となる。また、接地長lが計測データとして付与されるので、計測された接地長lを負荷荷重Fの指数関数で回帰した接地長の関数、すなわち、負荷荷重F依存性を有する関数が用いられる。 Next, the supplied data of the longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z , the calculated linear parameters, and the initialized nonlinear parameters are given to the tire dynamic model calculation program 14. In the tire dynamic model calculation program 14, the longitudinal force F x , lateral force F y, torque M z data, linear parameters, and non-linear parameters are applied to the front and rear at the slip angle α = 1 degree according to the flow of the processing block diagram shown in FIG. A force F x ′, a lateral force F y ′, and a torque M z ′ are calculated. In this case, since the slip angle α is 1 degree, the ground pressure distribution coefficient n of the ground pressure distribution at the slip angle α = 0 degree is fixed, and the deflection coefficient q is set to 0. Furthermore, the boundary position (l h / l) between the adhesion area and the sliding area is set to 1. That is, there is no slip area on the ground contact surface, and all are adhesion areas. Therefore, the slip longitudinal force component, the slip lateral force component, and the torque component generated by the slip lateral force component in the equations (6) to (8). Becomes 0. Further, since the contact length l is given as the measurement data, the function of the contact length and regression exponential function of the measured contact length l of the applied load F z, i.e., a function having the applied load F z dependence is used .

ここで、接地幅wはタイヤのトレッド部の横方向の幅であるが、トレッド部にはトレッドパターンを形成するタイヤ溝が設けられている。このため路面と実際に接触する実接地面積はトレッド部材の総接地面積と異なることから、実接地面積/総接地面積の比率を用いて修正された接地幅wが用いられる。   Here, the ground contact width w is the width in the lateral direction of the tread portion of the tire, and a tire groove that forms a tread pattern is provided in the tread portion. For this reason, since the actual ground contact area actually in contact with the road surface is different from the total ground contact area of the tread member, the ground contact width w corrected using the ratio of actual ground contact area / total ground contact area is used.

次に、タイヤ力学モデル演算プログラム14で算出されたスリップ角α=1度における前後力、横力及びトルクの対応算出データである前後力Fx’、横力F’及びトルクM’が、小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20に返され、この前後力Fx’、横力F’及びトルクM’の算出データと、スリップ角α=1度における前後力F、横力F及びトルクMのデータとを用いて、下記式(19)で表される複合二乗残差和Qを計算する(ステップS106)。 Next, the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′, which are the corresponding calculation data of the longitudinal force, lateral force and torque at the slip angle α = 1 degree calculated by the tire dynamic model calculation program 14, are as follows. Is returned to the small slip angle condition parameter calculation program 20, and the calculated data of the longitudinal force Fx ', the lateral force Fy ' and the torque Mz ', the longitudinal force Fx and the lateral force F at the slip angle α = 1 degree. Using the data of y and torque M z , a composite square residual sum Q c represented by the following equation (19) is calculated (step S106).

Figure 2008049725
Figure 2008049725

ここで、Nは負荷荷重、制駆動方向のスリップ率Sの条件設定数であり、iは1以上N以下の整数である。また、gx,gy及びgは、前後力F,横力F及びトルクMのデータについてN個の条件における前後力F,横力F及びトルクMの分散をσx y 及びσ としたとき、下記式で表される係数であり、複合二乗残差和Qを求める際に用いる重み付け係数である。
x=1/σx
y=1/σy
=1/σ
すなわち、複合二乗残差和Qは特性曲線の値のばらつきの情報である分散の逆数を重み付け係数とし、前後力、横力及びトルクのそれぞれの二乗残差和を重み付け加算したたものである。
Here, N is the number of conditions set for the load load and the slip ratio S in the braking / driving direction, and i is an integer from 1 to N. Further, g x, g y and g m is the longitudinal force F x, the lateral force F y and the torque M z longitudinal force F x in the N condition for the data of the dispersion of the lateral force F y and the torque M z sigma When x 2 , σ y 2, and σ m 2 , the coefficients are expressed by the following formulas, and are weighting coefficients used when obtaining the composite square residual sum Q c .
g x = 1 / σ x 2
g y = 1 / σ y 2
g m = 1 / σ m 2
That is, the composite square residual sum Q c is obtained by weighting and adding the square residual sums of the longitudinal force, the lateral force, and the torque with the reciprocal of the variance, which is information on the dispersion of the characteristic curve values, as a weighting coefficient. .

このように、計測データの前後力Fの値と算出データの前後力F’の値との残差二乗和に重み付け係数gを乗算したものと、横力Fの値と算出データの横力F’の値との残差二乗和に重み付け係数gを乗算したものと、計測データのトルクMの値と算出データのトルクM’の値との残差二乗和に重み付け係数gを乗算したものとを加算することによって複合二乗残差和を計算する。
ここで、複合二乗残差和を用いるのは、非線形パラメータの算出において複数の条件の前後力F’と横力F’とトルクM’とを、対応する前後力Fと横力FとトルクMとに最適に一致させるためである。
As described above, the sum of squared residuals of the value of the longitudinal force F x of the measurement data and the value of the longitudinal force F x ′ of the calculated data is multiplied by the weighting coefficient g x , the value of the lateral force F y and the calculated data. The residual sum of squares of the value obtained by multiplying the sum of squared residuals with the value of the lateral force F y ′ by the weighting coefficient g f and the value of the torque M z of the measured data and the value of the torque M z ′ of the calculated data The composite square residual sum is calculated by adding the weighted coefficient g m multiplied by the sum.
Here, the composite sum of squared residuals is used to calculate the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ of a plurality of conditions in the calculation of the nonlinear parameter, and the corresponding longitudinal force F x and lateral force. This is for optimally matching Fy and torque Mz .

さらに、複合二乗残差和は、所定値以下となって収束しているか否かを判別する(ステップS108)。
収束していないと判別されると、先に設定された非線形パラメータの値の調整を行う(ステップS110)。この非線形パラメータの値の調整は、例えばNewton-Raphson法に従って行なわれる。具体的には、複合二乗残差和を非線形パラメータに関して2次の偏微分を行なうことにより、行列と非線形パラメータの調整量とを関係付けた方程式を求め、この方程式を上記調整量に関して解くことにより、非線形パラメータの値の調整量を算出する。この算出方法については、本願出願人により出願された特願2001−242059号の公開公報(特開2003−57134号公報)に詳細に記載されている。
Further, it is determined whether or not the composite square residual sum is equal to or less than a predetermined value (step S108).
If it is determined that it has not converged, the previously set nonlinear parameter value is adjusted (step S110). Adjustment of the value of this nonlinear parameter is performed, for example, according to the Newton-Raphson method. Specifically, an equation relating the matrix and the adjustment amount of the nonlinear parameter is obtained by performing a second-order partial differentiation of the composite square residual sum with respect to the nonlinear parameter, and the equation is solved with respect to the adjustment amount. The amount of adjustment of the nonlinear parameter value is calculated. This calculation method is described in detail in Japanese Patent Application No. 2001-242059 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-57134) filed by the applicant of the present application.

この非線形パラメータの値を調整する度に、線形パラメータに関する線形最小二乗回帰(ステップS104)及び複合二乗残差和の計算(ステップS106)を行なって、式(19)による複合二乗残差和を求める。そして、複合二乗残差和が所定値以下になるまで、非線形パラメータの値の調整が繰り返される。
複合二乗残差和が所定値以下になると、線形最小二乗回帰で算出された線形パラメータの値及び非線形パラメータの値をパラメータとして決定する(ステップS112)。パラメータの値は供給された条件ごとに決定される。決定されたパラメータの値はメモリ20に記憶される。あるいは、パラメータの値は出力装置7に出力される。
以上が、小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20が行なう、タイヤ力学モデルを用いたスリップ角α=1度における線形パラメータ及び非線形パラメータの算出の流れである。
Each time the value of this nonlinear parameter is adjusted, linear least square regression (step S104) and calculation of a composite square residual sum (step S106) regarding the linear parameter are performed to obtain a composite square residual sum according to equation (19). . Then, the adjustment of the value of the nonlinear parameter is repeated until the composite square residual sum becomes a predetermined value or less.
When the composite square residual sum becomes equal to or less than a predetermined value, the value of the linear parameter and the value of the nonlinear parameter calculated by the linear least square regression are determined as parameters (step S112). The parameter value is determined for each supplied condition. The determined parameter value is stored in the memory 20. Alternatively, the parameter value is output to the output device 7.
The flow of calculation of the linear parameter and the nonlinear parameter at the slip angle α = 1 degree using the tire dynamic model performed by the small slip angle condition parameter calculation program 20 has been described above.

次に、F/F/Mパラメータ算出プログラム22について説明する。
図10は、F/F/Mパラメータ算出プログラム22において行われる処理の流れを示している。
図10に示すように、まず、F/F/Mパラメータ算出プログラム22に、一定の負荷荷重において制駆動方向のスリップ率を種々変えた複数の条件の下、スリップ角を0〜20度変化させたときの前後力F、横力F及びトルクMの特性曲線が供給され、取得される(ステップS202)。あるいは、一定の負荷荷重においてスリップ角を種々変えた複数の条件の下、制駆動方向のスリップ率を−1〜1の範囲で変化させたときの前後力F、横力F及びトルクMの特性曲線が供給され、取得される。
次に、非線形パラメータである横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)、係数n等が所定の値に初期設定される(ステップS204)。
Next, the F x / F y / M z parameter calculation program 22 will be described.
FIG. 10 shows the flow of processing performed in the F x / F y / M z parameter calculation program 22.
As shown in FIG. 10, first, the F x / F y / M z parameter calculation program 22 is set to a slip angle of 0 to 20 under a plurality of conditions in which the slip ratio in the braking / driving direction is variously changed under a constant load. The characteristic curves of the longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z when the degree is changed are supplied and acquired (step S202). Alternatively, the longitudinal force F x , lateral force F y, and torque M when the slip ratio in the braking / driving direction is changed in the range of −1 to 1 under a plurality of conditions in which the slip angle is variously changed under a constant load. A characteristic curve of z is supplied and acquired.
Next, the lateral bending coefficient ε, torsional compliance (1 / G mz ), coefficient n, etc., which are nonlinear parameters, are initially set to predetermined values (step S204).

次に、前後力F、横力F及びトルクMの特性曲線と初期設定された非線形パラメータを用いて線形最小二乗回帰を行なう(ステップS206)。具体的には、滑り速度0における滑り摩擦係数μd0、係数bv等の線形パラメータに関する正規方程式を作成し、この正規方程式を解くことによって線形パラメータの値を算出する。すなわち、線形最小二乗回帰を行なう。ここで、正規方程式とは、上述したように、残差二乗和を上記線形パラメータのそれぞれで偏微分して偏微分値を0とした線形パラメータの個数分作成される線形パラメータに関する方程式である。
こうして初期設定された非線形パラメータの値及び正規方程式を用いて算出された線形パラメータの値及び前後力F、横力F及びトルクMの特性曲線のデータをタイヤ力学モデル演算プログラム14に付与する。この付与によって図8のブロック図の流れに従って対応算出データである前後力Fx’、横力F’及びトルクM’が算出される。
Next, linear least square regression is performed using the characteristic curves of the longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z and the initially set nonlinear parameters (step S206). Specifically, a normal equation regarding linear parameters such as a sliding friction coefficient μ d0 and a coefficient b v at a sliding speed of 0 is created, and the value of the linear parameter is calculated by solving this normal equation. That is, linear least square regression is performed. Here, as described above, the normal equation is an equation related to linear parameters created by the number of linear parameters in which the residual sum of squares is partially differentiated with respect to each of the linear parameters and the partial differential value is zero.
The tire dynamic model calculation program 14 is provided with the nonlinear parameter values thus initialized and the linear parameter values calculated using the normal equations and the characteristic curves of the longitudinal force F x , lateral force F y and torque M z. To do. With this provision, the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′, which are corresponding calculation data, are calculated according to the flow of the block diagram of FIG.

次に、これらの前後力Fx’、横力F’及びトルクM’の算出データと、付与されたスリップ角αにおける前後力F、横力F及びトルクMの特性曲線のデータとを用いて、上記式(19)で表される複合二乗残差和Qを計算する(ステップS208)。この場合、式(19)中のNは付与される制駆動方向のスリップ率S、スリップ角αの条件設定数である。また、このときの重み付け係数gx,gy,gは、N個の条件における前後力F、横力F,トルクMの分散から求められたものである。 Next, the calculated data of the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ and the characteristic curves of the longitudinal force F x , the lateral force F y, and the torque M z at the applied slip angle α are shown. using the data to calculate the combined sum of squared residuals Q c represented by the above formula (19) (step S208). In this case, N in the equation (19) is the condition setting number of the slip ratio S and slip angle α in the braking / driving direction to be given. Further, the weighting coefficients g x , g y , and g m at this time are obtained from variances of the longitudinal force F x , the lateral force F y , and the torque M z under N conditions.

また、gx,gy及びgは、前後力F,横力F及びトルクMのデータについてN個の条件における前後力Fx、横力F及びトルクMの分散をσx y 及びσ としたとき、下記式で表される係数であり、複合二乗残差和Qを求める際に用いる重み付け係数である。
x=1/σx
y=1/σy
=1/σ
すなわち、複合二乗残差和Qは特性曲線の値のばらつきの情報である分散の逆数を重み付け係数とし、前後力、横力及びトルクのそれぞれの二乗残差和を重み付け加算したたものである。
Further, g x, g y and g m is the longitudinal force F x, the lateral force F y and the torque M z longitudinal force F x in the N condition for the data of the dispersion of the lateral force F y and the torque M z sigma When x 2 , σ y 2, and σ m 2 , the coefficients are expressed by the following formulas, and are weighting coefficients used when obtaining the composite square residual sum Q c .
g x = 1 / σ x 2
g y = 1 / σ y 2
g m = 1 / σ m 2
That is, the composite square residual sum Q c is obtained by weighting and adding the square residual sums of the longitudinal force, the lateral force, and the torque with the reciprocal of the variance, which is information on the dispersion of the characteristic curve values, as a weighting coefficient. .

このように、前後力Fの特性曲線の値とタイヤ力学モデル演算プログラム14にて算出された前後力Fx’の値との残差二乗和に重み付け係数gxを乗算したものと、横力Fの特性曲線の値とタイヤ力学モデル演算プログラム12にて算出された横力F’の値との残差二乗和に重み付け係数gyを乗算したものと、トルクMの特性曲線の値とタイヤ力学モデル演算プログラム14にて算出されたトルクM’の値との残差二乗和に重み付け係数gを乗算したものとを加算することによって複合二乗残差和を計算する。ここで、複合二乗残差和を用いるのは、上述の場合と同様に、非線形パラメータの算出において複数のスリップ角、制駆動方向のスリップ率の条件における前後力F’、横力F’及びトルクM’を前後力Fx、横力F及びトルクMのそれぞれに同時に一致させるためである。
複合二乗残差和は、所定値以下となって収束しているか否かを判別する(ステップS210)。
収束していないと判別すると、ステップS204で初期設定された非線形パラメータの調整を行う(ステップS212)。この非線形パラメータの調整は、例えばNewton-Raphson法に従って行なわれる。
Thus, as obtained by multiplying the residual square weighting factor to the sum g x and the value of the longitudinal force F x 'calculated by the values and the tire dynamic model computation program 14 of the characteristic curve of the longitudinal force F x, the lateral and multiplied by the residual weighting factor g y to the square sum of the value of the calculated at the value of the characteristic curve of the force F y and tire dynamic model computation program 12 lateral force F y ', the characteristic curve of the torque M z Is added to the sum of the squares of the residuals of the torque M z ′ calculated by the tire dynamic model calculation program 14 and the weighting coefficient g m to calculate a composite square residual sum. Here, similar to the above-mentioned case, the composite square residual sum is used in the calculation of the nonlinear parameter in the longitudinal force F x ′ and the lateral force F y ′ under the condition of a plurality of slip angles and the slip ratio in the braking / driving direction. This is because the torque M z ′ and the longitudinal force F x , the lateral force F y, and the torque M z are simultaneously matched.
It is determined whether or not the composite square residual sum is equal to or less than a predetermined value (step S210).
If it is determined that it has not converged, the nonlinear parameter initially set in step S204 is adjusted (step S212). The adjustment of the nonlinear parameter is performed according to, for example, the Newton-Raphson method.

この非線形パラメータはステップS210において収束すると判別されるまで調整されるが、この調整が行なわれる度に、線形パラメータに関する線形最小二乗回帰(ステップS206)及び複合二乗残差和の計算(ステップS208)を行なって、上記式(19)による複合残差二乗和を求める。そして、複合二乗残差和が所定値以下になるまで、非線形パラメータの調整が行なわれる。複合二乗残差和が所定値以下になると、線形最小二乗回帰で算出された各非線形パラメータの値を決定し(ステップS214)、これらの力学要素パラメータの値がメモリ4に記憶される。あるいは、パラメータの値は出力装置7に出力される。   The nonlinear parameter is adjusted until it is determined that it converges in step S210. Each time this adjustment is performed, linear least square regression (step S206) and calculation of a composite square residual sum (step S208) regarding the linear parameter are performed. Then, the composite residual sum of squares according to the above equation (19) is obtained. Then, the non-linear parameter adjustment is performed until the composite square residual sum becomes a predetermined value or less. When the composite square residual sum becomes a predetermined value or less, the values of the respective nonlinear parameters calculated by the linear least square regression are determined (step S214), and the values of these dynamic element parameters are stored in the memory 4. Alternatively, the parameter value is output to the output device 7.

なお、図10中のステップS202における、非線形パラメータの値の初期設定は、図9に示す処理の結果として得られる非線形パラメータの値を初期値として設定してもよく、又、値が未定のパラメータとして独自に初期値を設定してもよい。しかし、図9に示す処理にて非線形パラメータの値が算出されているのであれば、この算出された値を用いるのが好ましい。小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20で求められた力学要素パラメータの値とF/F/Mパラメータ算出プログラム22で求められた力学要素パラメータの値とを一致させるためである。
以上が、F/F/Mパラメータ算出プログラム22において行われる、タイヤ力学モデルを用いた線形パラメータ及び非線形パラメータの値の算出の流れである。
The initial setting of the nonlinear parameter value in step S202 in FIG. 10 may be performed by setting the nonlinear parameter value obtained as a result of the processing shown in FIG. 9 as an initial value, or a parameter whose value is undetermined. The initial value may be set independently. However, if the value of the nonlinear parameter is calculated in the process shown in FIG. 9, it is preferable to use the calculated value. This is because the value of the dynamic element parameter obtained by the small slip angle condition parameter calculation program 20 and the value of the dynamic element parameter obtained by the F x / F y / M z parameter calculation program 22 are matched.
The above is a flow of calculation of the values of the linear parameter and the nonlinear parameter using the tire dynamic model performed in the F x / F y / M z parameter calculation program 22.

小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24は、スリップ角αを1度に固定しかつ制駆動方向のスリップ率Sを一定値に固定し、負荷荷重を変化させて、前後力F’、横力F’、トルクM’のデータを算出する部分である。又、スリップ角αを1度に固定し、かつ負荷荷重を一定値に固定し、制駆動方向のスリップ率Sを変化させて前後力F’、横力F’、トルクM’のデータを算出することもできる。
図11は、小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24において、負荷荷重を変化させて前後力F’、横力F’、トルクM’のデータを算出するときの処理の流れを示している。
The small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 24 fixes the slip angle α to 1 degree and the slip ratio S in the braking / driving direction to a constant value, and changes the load load before and after. This is a part for calculating data of force F x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′. Further, the slip angle α is fixed to 1 degree, the load is fixed to a constant value, and the slip ratio S in the braking / driving direction is changed to change the longitudinal force F x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′. Data can also be calculated.
FIG. 11 shows a case where the data of the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ are calculated by changing the applied load in the small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 24. The flow of processing is shown.

具体的には、図11に示すように、小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24は、まず、小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20で算出された線形パラメータ及び非線形パラメータの値をメモリ4から読み出して設定する(ステップS300)。パラメータの値は負荷荷重毎に設定されている。
さらに、負荷荷重Fにおける前後力F、横力F及びトルクMを初期設定する(ステップS302)。
この後、スリップ角α=1度及び初期設定された前後力F、横力F及びトルクMとともに線形パラメータ及び非線形パラメータをタイヤ力学モデル演算プログラム14に付与する。タイヤ力学モデル演算プログラム14では、付与された線形パラメータ及び非線形パラメータと、初期設定された前後力F、横力F及びトルクMが用いられて図3中の式(6)〜(8)或いは図4中の式(16)〜(18)に従って前後力F’、横力F'、トルクM’が算出される(ステップS304)。
Specifically, as shown in FIG. 11, the small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 24 first calculates linear parameters and nonlinear parameters calculated by the small slip angle condition parameter calculation program 20. The value is read from the memory 4 and set (step S300). The parameter value is set for each load.
Furthermore, the longitudinal force F x under the applied load F z, the lateral force F y and the torque M z is initialized (step S302).
Thereafter, the linear parameter and the non-linear parameter are given to the tire dynamic model calculation program 14 together with the slip angle α = 1 degree and the initial set longitudinal force F x , lateral force F y and torque M z . The tire dynamic model calculation program 14 uses the given linear and nonlinear parameters, and the initially set longitudinal force F x , lateral force F y, and torque M z and uses equations (6) to (8) in FIG. ) Or the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ are calculated according to the equations (16) to (18) in FIG. 4 (step S304).

この場合、スリップ角αは1度であるので、接地圧分布はスリップ角α=0度における接地圧分布の係数nが固定され、さらに、偏向係数qは0に設定される。また、接地長lが付与される場合、この接地長lは既定値として用いられる。   In this case, since the slip angle α is 1 degree, the ground pressure distribution coefficient n of the ground pressure distribution at the slip angle α = 0 degree is fixed, and the deflection coefficient q is set to 0. When the contact length l is given, the contact length l is used as a default value.

こうして算出されたスリップ角1度の前後力F’、横力F'及びトルクM’は小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24に返される。小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24は、タイヤ力学モデル演算プログラム14に付与した前後力F、横力F及びトルクMの設定値と算出された前後力F’、横力F'、トルクM’の計算値との複合二乗残差和を式(19)に従って算出する(ステップS306)。 The longitudinal force F x ′, lateral force F y ′ and torque M z ′ calculated in this way at a slip angle of 1 degree are returned to the small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 24. The small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 24 is a set value of the longitudinal force F x , lateral force F y and torque M z applied to the tire dynamic model calculation program 14 and the calculated longitudinal force F. The composite square residual sum with the calculated values of x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′ is calculated according to equation (19) (step S306).

次に、複合二乗残差和が所定値以下となって収束しているか否かを判別する(ステップS308)。
収束していないと判別すると、先に設定された横力F及びトルクMの設定値が調整される(ステップS310)。調整された前後力F、横力F及びトルクMは、線形パラメータ及び非線形パラメータとともに再度タイヤ力学モデル演算プログラム14に付与される。
こうして、複合二乗残差和が所定値以下となって収束するまで前後力F、横力F及びトルクMの設定値を調整する。この設定値の調整は、例えば上述したNewton-Raphson法に従って行なわれる。こうして、収束した前後力F’、横力F'及びトルクM'を決定する(ステップS312)。
Next, it is determined whether or not the composite square residual sum is equal to or less than a predetermined value (step S308).
If it is determined that it has not converged, the previously set lateral force F y and torque M z set values are adjusted (step S310). The adjusted longitudinal force F x , lateral force F y and torque M z are provided to the tire dynamic model calculation program 14 together with the linear parameter and the nonlinear parameter.
Thus, the set values of the longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z are adjusted until the composite square residual sum becomes a predetermined value or less and converges. This set value is adjusted, for example, according to the Newton-Raphson method described above. Thus, the converged longitudinal force F x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′ are determined (step S312).

さらに、負荷荷重Fの条件が変更される(ステップS314)。負荷荷重Fが変更される度に、前後力F、横力F及びトルクMが初期設定され(ステップS302)、この設定値を用いて前後力F’、横力F’及びトルクM’が算出され(ステップS304)、複合二乗残差和が算出され(ステップS306)、この複合二乗残差和の収束が判別される(ステップS308)。
こうして、負荷荷重Fを順次一定方向に変化し、所定荷重となるまで繰り返し変更する(ステップS316)。負荷荷重Fの変更の度に前後力F’、横力F’及びトルクM’を算出し、収束する前後力F’、横力F’及びトルクM’を決定する。決定された前後力F’、横力F’及びトルクM’はメモリ20に記憶される。
このようにして、制駆動方向のスリップ率Sを一定値として、負荷荷重Fzに依存するスリップ角α=1度における曲線を求める。勿論、負荷荷重Fzを一定値として、制駆動方向のスリップ率Sに依存するスリップ角α=1度における曲線を求めることもできる。
以上が、小スリップ角条件F/F/Mデータ算出プログラム24において行われる、タイヤ力学モデルを用いた処理の流れである。
Furthermore, the conditions of the applied load F z is changed (step S314). Each time the applied load F z is changed, the longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z are initially set (step S302), and the longitudinal force F x 'and the lateral force F y ' are set using these set values. And the torque M z ′ are calculated (step S304), the composite square residual sum is calculated (step S306), and the convergence of the composite square residual sum is determined (step S308).
Thus, changes in sequence constant direction applied load F z, repeatedly changed until the predetermined load (step S316). Every time the applied load F z is changed, the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ are calculated, and the convergent longitudinal force F x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′ are determined. . The determined longitudinal force F x ′, lateral force F y ′ and torque M z ′ are stored in the memory 20.
Thus, the slip ratio S of the braking-driving direction a predetermined value, obtains the curve at the slip angle alpha = 1 degree dependent on the applied load F z. Of course, it is also possible to obtain a curve at the slip angle α = 1 degree depending on the slip ratio S in the braking / driving direction with the load Fz being a constant value.
The above is the flow of processing using the tire dynamic model performed in the small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 24.

/F/Mデータ算出プログラム26は、所定の負荷荷重における、上記タイヤ力学モモデルにおけるタイヤ力学要素パラメータである線形パラメータ及び非線形パラメータを用いて、制駆動方向のスリップ率及びスリップ角の一方を一定値に固定して、前後力、横力、及びトルクのデータを算出する部分である。例えば、制駆動方向のスリップ率Sを一定値として、スリップ角αを0〜20度まで変化させたときの特性曲線を求めたり、スリップ角αを一定値として、制駆動方向のスリップ率Sを−1〜1の範囲で変化させたときの特性曲線を求めたり、また、制駆動方向のスリップ率S及びスリップ角αを自在に変化して、縦軸を横力、横軸を前後力としたときの摩擦楕円を求める。 The F x / F y / M z data calculation program 26 uses a linear parameter and a non-linear parameter, which are tire dynamic element parameters in the tire dynamic model, at a predetermined load, to calculate the slip ratio and slip angle in the braking / driving direction. This is a part for calculating data of longitudinal force, lateral force, and torque while fixing one to a constant value. For example, the characteristic curve when the slip angle α is changed from 0 to 20 degrees with the slip ratio S in the braking / driving direction as a constant value is obtained, or the slip ratio S in the braking / driving direction is determined with the slip angle α as a constant value. The characteristic curve when changing in the range of −1 to 1 is obtained, or the slip ratio S and the slip angle α in the braking / driving direction are freely changed, the vertical axis is the lateral force, and the horizontal axis is the longitudinal force. Find the friction ellipse.

図12は、F/F/Mデータ算出プログラム26において行なわれる処理の流れの一例を示している。この例は、制駆動方向のスリップ率S及び負荷荷重を一定値に固定して、前後力、横力及びトルクのスリップ角αの依存性を表す特性曲線を算出する例である。
/F/Mデータ算出プログラム26は、まず、導出された線形パラメータの値及び非線形パラメータの値をメモリ4から読み出して設定する(ステップS400)。
さらに、負荷荷重Fzにおける前後力F、横力F及びトルクMを初期設定する(ステップS402)。
この後、スリップ角依存性を表す特性曲線を算出する場合、設定されたスリップ角α=Δαとともに線形パラメータ及び非線形パラメータ及び初期設定された前後力F、横力F及びトルクMをタイヤ力学モデル演算プログラム14に付与する。タイヤ力学モデル演算プログラム14では、付与された線形パラメータ及び非線形パラメータと、初期設定された前後力F、横力F及びトルクMが用いられて式(6)〜(8)又は式(16)〜(18)に従って前後力F’、横力F'、トルクM’が算出される(ステップS404)。
FIG. 12 shows an example of the flow of processing performed in the F x / F y / M z data calculation program 26. This example is an example in which the characteristic curve representing the dependence of the longitudinal force, lateral force and torque on the slip angle α is calculated with the slip ratio S and the load applied in the braking / driving direction fixed to constant values.
The F x / F y / M z data calculation program 26 first reads and sets the derived linear parameter value and nonlinear parameter value from the memory 4 (step S400).
Furthermore, the longitudinal force F x under the applied load F z, the lateral force F y and the torque M z is initialized (step S402).
Thereafter, when calculating a characteristic curve representing the slip angle dependency, the linear and non-linear parameters, the initial longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z are set with the set slip angle α = Δα. The dynamic model calculation program 14 is given. In the tire dynamic model calculation program 14, the given linear and non-linear parameters and the initial longitudinal force F x , lateral force F y, and torque M z are used to formula (6) to (8) or formula ( The longitudinal force F x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′ are calculated according to 16) to (18) (step S404).

こうして算出された前後力Fx’、横力F'、トルクM’はF/F/Mデータ算出プログラム26に返される。F/F/Mデータ算出プログラム26は、タイヤ力学モデル演算プログラム14に付与した前後力F、横力F及びトルクMの設定値と算出された前後力F’、横力F'、トルクM’の計算値との複合二乗残差和を式(19)に従って算出する(ステップS406)。
次に、算出された複合二乗残差和が所定値以下となって収束しているか否かを判別する(ステップS408)。
収束していないと判別すると、先に設定された前後力F、横力F及びトルクMの設定値を調整する(ステップS410)。この調整された前後力F、横力F及びトルクMと線形パラメータ及び非線形パラメータとが再度タイヤ力学モデル演算プログラム14に付与される。
The longitudinal force F x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′ thus calculated are returned to the F x / F y / M z data calculation program 26. The F x / F y / M z data calculation program 26 is a set value of the longitudinal force F x , lateral force F y and torque M z given to the tire dynamic model calculation program 14 and the calculated longitudinal force F x ′, lateral force. A compound square residual sum with the calculated values of force F y ′ and torque M z ′ is calculated according to equation (19) (step S406).
Next, it is determined whether or not the calculated composite square residual sum is equal to or smaller than a predetermined value (step S408).
If it is determined that it has not converged, the set values of the longitudinal force F x , lateral force F y and torque M z set previously are adjusted (step S410). The adjusted longitudinal force F x , lateral force F y, torque M z , linear parameters and non-linear parameters are provided to the tire dynamic model calculation program 14 again.

こうして、複合二乗残差和が所定値以下となって収束するまで、前後力F、横力F及びトルクMの設定値を調整する。この設定値の調整は、例えば上述したNewton-Raphson法に従って行なわれる。こうして、前後力F’、横力F'、トルクM'を決定する(ステップS412)。 In this manner, the set values of the longitudinal force F x , the lateral force F y and the torque M z are adjusted until the composite square residual sum becomes a predetermined value or less and converges. This set value is adjusted, for example, according to the Newton-Raphson method described above. Thus, the longitudinal force F x ′, the lateral force F y ′, and the torque M z ′ are determined (step S412).

次に、スリップ角αが所定のスリップ角以下であるか否かを判別する(ステップS416)。
スリップ角αが所定のスリップ角以下であると判別した場合、スリップ角αの条件が変更される(α→α+Δα)(ステップS414)。そして、変更されたスリップ角αにおける前後力F、横力F、トルクMの初期値が設定され(ステップS402)、前後力F’、横力F'及びトルクM’が算出され(ステップS404)、複合二乗残差和が算出され(ステップS406)、この複合二乗残差和の収束が判別される(ステップS408)。
こうして、スリップ角αが所定スリップ角となるまで繰り返し変更される(ステップS416)。このスリップ角の変更の度に前後力F’、横力F’及びトルクM’を算出し、収束する前後力F’、横力F’及びトルクM’を決定する。決定された前後力F’、横力F’及びトルクM’のデータはメモリ4に記憶される。あるいは、これらのデータは出力装置7に出力される。
Next, it is determined whether or not the slip angle α is equal to or smaller than a predetermined slip angle (step S416).
When it is determined that the slip angle α is equal to or smaller than the predetermined slip angle, the condition of the slip angle α is changed (α → α + Δα) (step S414). Then, initial values of the longitudinal force F x , lateral force F y , and torque M z at the changed slip angle α are set (step S402), and the longitudinal force F x ′, lateral force F y ′, and torque M z ′ are It is calculated (step S404), a composite square residual sum is calculated (step S406), and the convergence of this composite square residual sum is determined (step S408).
Thus, the slip angle α is repeatedly changed until the predetermined slip angle is reached (step S416). The longitudinal force F x ′, lateral force F y ′ and torque M z ′ are calculated every time the slip angle is changed, and the convergent longitudinal force F x ′, lateral force F y ′ and torque M z ′ are determined. Data of the determined longitudinal force F x ′, lateral force F y ′ and torque M z ′ is stored in the memory 4. Alternatively, these data are output to the output device 7.

このようにして、スリップ角αに依存する前後力、横力及びトルクの特性曲線を求める。上記例は、制駆動方向のスリップ率Sを一定値とする条件下、スリップ角αを変化させるものであるが、さらに、この後、制駆動方向のスリップ率Sを変えて、前後力、横力及びトルクのスリップ角αに依存性の特性曲線を求めることもできる。このほか、スリップ角αを一定値とする条件下、制駆動方向のスリップ率Sを変化させることも可能である。この場合、制駆動方向のスリップ率Sが所定値になるまで、繰り返しスリップ率Sを変えていく。   In this way, the characteristic curves of the longitudinal force, lateral force and torque depending on the slip angle α are obtained. In the above example, the slip angle α is changed under the condition that the slip ratio S in the braking / driving direction is a constant value. Thereafter, the slip ratio S in the braking / driving direction is changed to change the longitudinal force, lateral force, A characteristic curve depending on the slip angle α of force and torque can also be obtained. In addition, the slip ratio S in the braking / driving direction can be changed under the condition that the slip angle α is a constant value. In this case, the slip ratio S is repeatedly changed until the slip ratio S in the braking / driving direction reaches a predetermined value.

このような装置1を用いて、図13に示すフローでタイヤの設計が行われる。
まず、設定プログラム9において、車両諸元のデータ及びタイヤ設計値(力学要素パラメータの値)が設定される(ステップS600,602)。これらの設定は、メモリ4から所定のデータを呼び出して設定してもよいし、入力操作系5によって指示入力されたものであってもよい。
次に、車両走行シミュレーションプログラム10にて、設定された車両諸元のデータに基づいて車両モデルが生成される。例えば機構解析モデルによる車両モデルが生成される(ステップS604)。さらに、走行シミュレーション条件が設定される(ステップS606)。走行シミュレーション条件は、評価しようとする性能に応じて異なるものが設定される。例えば性能評価が耐久性評価の場合には車両の走行速度、路面の粗さ等のプロファイルデータが走行条件として設定される。緊急回避性能評価の場合には車両の走行速度や操舵角等のデータ、実際の路面のプロファイルデータ等が走行条件として設定される。
一方、ステップS600にて設定された力学要素パラメータに基づいて、F/F/Mデータ算出プログラム26にて、タイヤの動特性である前後力、横力及びトルクの特性曲線が算出される(ステップS608)。
Using such an apparatus 1, tires are designed according to the flow shown in FIG.
First, in the setting program 9, vehicle specification data and tire design values (dynamic element parameter values) are set (steps S600 and S602). These settings may be set by calling predetermined data from the memory 4, or may be input by an input operation system 5.
Next, the vehicle travel simulation program 10 generates a vehicle model based on the set vehicle specification data. For example, a vehicle model based on a mechanism analysis model is generated (step S604). Further, a traveling simulation condition is set (step S606). Different driving simulation conditions are set according to the performance to be evaluated. For example, when the performance evaluation is durability evaluation, profile data such as the vehicle traveling speed and road surface roughness is set as the traveling condition. In the case of the emergency avoidance performance evaluation, data such as vehicle traveling speed and steering angle, actual road surface profile data, and the like are set as traveling conditions.
On the other hand, based on the dynamic element parameters set in step S600, the F x / F y / M z data calculation program 26 calculates the characteristic curves of the longitudinal force, the lateral force, and the torque that are the dynamic characteristics of the tire. (Step S608).

次に、算出された特性曲線を用いて、「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11にて、「Magic Formula」のパラメータの値が算出される(ステップS610)。なお、力学要素パラメータは複数の荷重条件及び複数の制駆動方向のスリップ率の条件で設定されているため、特性曲線は各条件毎に算出されている。このため、「Magic Formula」のパラメータについても各条件毎に値が算出される。このようなパラメータの値は、走行シミュレーション条件とともに、車両走行シミュレーションにて用いられる。
次に、走行シミュレーション条件の下、設定された「Magic Formula」のパラメータの値から前後力、横力及びトルクを算出しながら、ステップS604にて作成された車両モデルを用いて車両の走行シミュレーションが行われる(ステップS612)。
走行シミュレーション結果は、メモリ4に記憶される。
Next, using the calculated characteristic curve, the “Magic Formula” data parameter calculation program 11 calculates the value of the “Magic Formula” parameter (step S610). Since the dynamic element parameters are set under a plurality of load conditions and a plurality of slip ratio conditions in the braking / driving direction, the characteristic curve is calculated for each condition. For this reason, the value of the “Magic Formula” parameter is also calculated for each condition. Such parameter values are used in the vehicle travel simulation together with the travel simulation conditions.
Next, under the traveling simulation conditions, the vehicle traveling simulation is performed using the vehicle model created in step S604 while calculating the longitudinal force, lateral force and torque from the set “Magic Formula” parameter values. This is performed (step S612).
The running simulation result is stored in the memory 4.

次に、統合化・管理プログラム13では、メモリ4から走行シミュレーション結果が呼び出され、設定された性能指標の性能評価データが算出され(ステップS614)、この性能評価データが予め設定された目標値を満足するか否かが判別される(ステップS616)。性能評価データが目標値を満足しない場合、「Magic Formula」のパラメータの値が修正される(ステップS618)。修正された値は、メモリ4に記憶される。
なお、性能評価データは、例えば、耐久性能の場合には特定の部材に加わる応力の最大値や特定部材の変形量である。緊急回避性能の場合には車両の制駆動を含む走行速度と最大横加速度との関係のデータである。
「Magic Formula」のパラメータの値の修正方法は、特に限定されず、例えば予め定められた幅でパラメータの値を順次変えていく。
Next, in the integration / management program 13, the driving simulation result is called from the memory 4, the performance evaluation data of the set performance index is calculated (step S614), and the performance evaluation data is set to a preset target value. It is determined whether or not it is satisfied (step S616). If the performance evaluation data does not satisfy the target value, the value of the “Magic Formula” parameter is corrected (step S618). The corrected value is stored in the memory 4.
Note that the performance evaluation data is, for example, the maximum value of stress applied to a specific member or the deformation amount of the specific member in the case of durability performance. In the case of emergency avoidance performance, it is data on the relationship between the traveling speed including braking / driving of the vehicle and the maximum lateral acceleration.
The method of correcting the “Magic Formula” parameter value is not particularly limited, and for example, the parameter value is sequentially changed within a predetermined width.

次に、この修正を加えたパラメータの値を用いてタイヤ力学モデルにおける力学要素パラメータが導出される(ステップS620)。具体的には、「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11にて、前後力、横力及びトルクの特性曲線が算出され、この特性曲線がメモリ4に記憶される。「Magic Formula」のパラメータの値は、例えば複数の荷重条件及び複数の制駆動方向のスリップ率の条件毎に設定されているので、スリップ角依存性の特性曲線は、各条件毎に生成される。次に、小スリップ角条件パラメータ算出プログラム20にて、タイヤ力学モデルにおける力学要素パラメータが抽出され、さらに、F/F/Mパラメータ算出プログラム22にて、タイヤ力学モデルにおける残りの力学要素パラメータが導出される(ステップS620)。導出された力学要素パラメータの値は修正を加えた「Magic Formula」のパラメータに対応する力学要素パラメータの値としてメモリ4に記憶される。 Next, a dynamic element parameter in the tire dynamic model is derived using the value of the parameter to which this correction has been applied (step S620). Specifically, the “Magic Formula” data parameter calculation program 11 calculates the characteristic curves of the longitudinal force, the lateral force, and the torque, and stores these characteristic curves in the memory 4. Since the value of the “Magic Formula” parameter is set for each of a plurality of load conditions and a plurality of slip ratio conditions in the braking / driving directions, for example, a slip angle-dependent characteristic curve is generated for each condition. . Next, the mechanical element parameters in the tire dynamic model are extracted by the small slip angle condition parameter calculation program 20, and the remaining dynamic elements in the tire dynamic model are further calculated by the F x / F y / M z parameter calculation program 22. A parameter is derived (step S620). The derived dynamic element parameter value is stored in the memory 4 as a dynamic element parameter value corresponding to the “Magic Formula” parameter after modification.

力学要素パラメータの値の導出後、ステップS606,S612,S614,S616を経て、目標達成についての判別が繰り返し行われる。
こうして、性能評価データが目標値を達成するまで、繰り返し力学要素パラメータは修正される。
ステップS616で肯定されると、メモリ4に記憶された力学要素パラメータの値がタイヤ設計仕様として決定される(ステップS622)。
タイヤ設計仕様として決定された力学要素パラメータの値に対して、この値を実現する実際のタイヤの部材の材料及びタイヤ構造の組み合わせが設定される。例えば、決定されたベルト部材の横方向曲げ係数εを実際のタイヤで実現する場合、この横方向曲げ係数εから定められる横曲げ剛性EI(ベルトの横方向曲げに対する剛性)の値を実現するように、ベルト幅、ベルトコード角度、コード材質、コード径、コード密度等が決定される。このとき、横曲げ剛性EIの値を決定する要素は、ベルト幅、ベルトコード角度、コード材質、コード径、コード密度等、設計要素は多数あるので、タイヤの動特性以外のタイヤの耐久性や乗心地性を考慮しながら、ベルト幅、ベルトコード角度、コード材質、コード径、コード密度等の設計要素が決定される。このようなタイヤの設計要素には、タイヤの構造のみならずタイヤの部材の材料種もあり、これらの組み合わせのうち、タイヤの耐久性や乗心地性を維持しながら、タイヤ力学要素パラメータの値を実現する最適な設計要素が決定される。
After derivation of the value of the dynamic element parameter, the determination about the achievement of the target is repeatedly performed through steps S606, S612, S614, and S616.
Thus, the dynamic element parameters are repeatedly corrected until the performance evaluation data achieves the target value.
If the result in step S616 is affirmative, the value of the dynamic element parameter stored in the memory 4 is determined as the tire design specification (step S622).
For the value of the dynamic element parameter determined as the tire design specification, a combination of the material of the actual tire member and the tire structure that realizes this value is set. For example, when the determined lateral bending coefficient ε of the belt member is realized by an actual tire, a value of the lateral bending rigidity EI z (rigidity against the lateral bending of the belt) determined from the lateral bending coefficient ε is realized. As described above, the belt width, belt cord angle, cord material, cord diameter, cord density, and the like are determined. At this time, there are many design factors such as the belt width, belt cord angle, cord material, cord diameter, cord density, etc., which determine the value of the lateral bending rigidity EI z . Design factors such as belt width, belt cord angle, cord material, cord diameter, cord density and the like are determined in consideration of riding comfort. Such tire design elements include not only the tire structure but also the material type of the tire member. Of these combinations, the tire mechanical element parameter value is maintained while maintaining the durability and riding comfort of the tire. The optimum design element that realizes is determined.

このようにタイヤ設計仕様は、タイヤの構造力学に基づいて再現されたタイヤ力学モデルを構成する、タイヤ設計者にとって理解し易い力学要素パラメータによって表されるので、タイヤ設計者であればどのように修正すればよいか容易にわかり、修正が容易に行うことができる。また、タイヤ力学モデルにおける力学パラメータの値をタイヤ設計仕様として決定し、車両設計者にとって使い慣れた「Magic Formula」のパラメータの値と対応させることができるので、タイヤ設計者との円滑な開発体制が可能となり、開発効率が飛躍的に向上する。
また、力学要素パラメータは、タイヤ力学モデルによって実現可能なものであるので、タイヤの構造設計及び材料設計で実現可能なタイヤ設計仕様といえる。したがって、車両諸元のデータに応じて、実現可能なタイヤ設計仕様を決定することができる。
In this way, the tire design specification is expressed by dynamic element parameters that are easy to understand for the tire designer, which constitutes the tire dynamic model reproduced based on the structural mechanics of the tire. It is easy to see if it should be corrected, and it can be easily corrected. In addition, the value of the mechanical parameter in the tire dynamic model can be determined as the tire design specification and can be matched with the value of the “Magic Formula” parameter familiar to vehicle designers. It becomes possible, and development efficiency improves dramatically.
Further, since the mechanical element parameter can be realized by a tire dynamic model, it can be said that the tire design specification can be realized by structural design and material design of the tire. Therefore, a realizable tire design specification can be determined according to the vehicle specification data.

このように装置1では、図14(a),図15(b)に示すような特性曲線が用いられて、「Magic Formula」のパラメータの値とタイヤの力学要素パラメータの値とが結ばれる。
図14(a)は、負荷荷重及び制駆動方向のスリップ率Sを一定値に固定し、スリップ角αを変化させたときの、前後力Fx、横力F、トルクMの特性曲線を示す。図15(b)は、負荷荷重及びスリップ角αを一定値に固定し、制駆動方向のスリップ率Sを変化させたときの、前後力Fx、横力F、トルクMの特性曲線を示す。ただし、これらの図において、「Magic Formula」の定義にあわせて「制動側のスリップ率と前後力を負」、「スリップ率S=0で正のスリップ角αを印加したときの初期トルクMzが負」としてある。
As described above, the apparatus 1 uses the characteristic curves shown in FIGS. 14A and 15B to connect the value of the “Magic Formula” parameter and the value of the dynamic element parameter of the tire.
FIG. 14A shows characteristic curves of the longitudinal force F x , lateral force F y , and torque M z when the load load and the slip ratio S in the braking / driving direction are fixed and the slip angle α is changed. Indicates. FIG. 15B shows characteristic curves of the longitudinal force F x , the lateral force F y , and the torque M z when the load load and the slip angle α are fixed to a constant value and the slip ratio S in the braking / driving direction is changed. Indicates. In these figures, however, the initial torque Mz when applying a positive slip angle α with a slip ratio S = 0 in accordance with the definition of “Magic Formula” and “negative slip ratio and longitudinal force on the braking side” is shown. Negative.

なお、図14(a)及び図15(b)におけるタイヤAとタイヤBの力学要素パラメータの値は下記表1に示すとおりである。タイヤ走行速度60km/時、負荷荷重4kNである。
表1

Figure 2008049725
Note that the values of the mechanical element parameters of the tires A and B in FIGS. 14A and 15B are as shown in Table 1 below. The tire traveling speed is 60 km / hour and the load is 4 kmN.
Table 1
Figure 2008049725

下記表2は、図14(a),図15(b)に示された特性曲線から求められた「Magic Formula」のパラメータの値の一例を示している。「Magic Formula」のパラメータ値は、タイヤA,Bにおいてタイヤ力学要素パラメータの値を反映して異なる値となっている。
表2

Figure 2008049725
Table 2 below shows an example of parameter values of “Magic Formula” obtained from the characteristic curves shown in FIGS. 14 (a) and 15 (b). The parameter values of “Magic Formula” are different values for the tires A and B reflecting the values of the tire dynamic element parameters.
Table 2
Figure 2008049725

図16(a),(b)は、装置1において算出される横力F、前後力F、トルクMについての荷重依存性及びスリップ角依存性のグラフを示す図である。
タイヤの力学要素パラメータの値は、n=4、Cq=0.04(1/kN)、Cxc= (1/kN)、l=0.117(m)(負荷荷重F=4kN)、K=K=109.7(kN),Ay=2.08(kN・m)、ε=0.06(1/(kN・m))、Gmz=12.0(kN・m/rad)、μ=1.8、μ=1.1、b=0.008とした。
FIGS. 16A and 16B are graphs showing load dependency and slip angle dependency graphs for the lateral force F y , the longitudinal force F x , and the torque M z calculated in the device 1.
The values of the dynamic element parameters of the tire are n = 4, C q = 0.04 (1 / kN), C xc = (1 / kN), l = 0.117 (m) (load load F z = 4 kN) , K x = K y = 109.7 (kN), A y = 2.08 (kN · m), ε = 0.06 (1 / (kN · m)), G mz = 12.0 (kN · m) m / rad), μ s = 1.8, μ d = 1.1, and b v = 0.008.

図16(a)は、スリップ角αを1度に固定して、制駆動方向のスリップ率Sを制動、駆動の範囲で変化させてそのときの前後力Fx、横力F及びトルクMの計算値を負荷荷重毎(2kN,4kN,6kN)にプロットしたタイヤ摩擦楕円を示すものである。図16(a)の上段のグラフは、前後力Fを負荷荷重Fで規格化したF/Fを横軸に、横力Fを負荷荷重Fで規格化したF/Fを横軸に縦軸にとっている。図16(a)の下段のグラフは、前後力Fを負荷荷重Fで規格化したF/Fを横軸に、トルクMを負荷荷重Fで規格化したM/Fを横軸に縦軸にとっている。 FIG. 16 (a) shows that the slip angle α is fixed at 1 degree, the slip ratio S in the braking / driving direction is changed within the braking and driving ranges, and the longitudinal force F x , lateral force F y and torque M at that time are changed. It shows the tire friction ellipse in which the calculated value of z is plotted for each load (2 kN, 4 kN, 6 kN). The upper graph of FIG. 16 (a), the horizontal axis F x / F z normalized longitudinal force F x in the applied load F z, the lateral force F y applied load F z in normalized F y / Fz is plotted along the vertical axis. The lower graph of FIG. 16 (a), the horizontal axis F x / F z normalized longitudinal force F x in the applied load F z, M z / F normalized torque M z in the applied load F z z is on the vertical axis.

一方、図16(b)は、負荷荷重Fを4(kN)に固定して、制駆動方向のスリップ率Sを制動、駆動の範囲で変化させてそのときの前後力Fx、横力F及びトルクMの計算値をスリップ角α毎(1度、2度、4度、6度)にプロットしたタイヤ摩擦楕円を示すものである。図16(b)の上段、下段のグラフは、図16(a)の上段、下段のグラフと同じ縦軸、横軸を取っている。 On the other hand, FIG. 16 (b), by fixing the applied load F z in 4 (kN), braking the slip ratio S of the braking-driving direction, the longitudinal force F x at that time is varied in a range of driving, the lateral force 3 shows tire friction ellipses in which calculated values of F y and torque M z are plotted for each slip angle α (1, 2, 4 and 6 degrees). The upper and lower graphs in FIG. 16B have the same vertical and horizontal axes as the upper and lower graphs in FIG.

図17は、315/80R22.5、高負荷荷重11kN、キャンバー角0度におけるタイヤの実測結果を基に、横軸に前後力F、縦軸に横力Fをとってプロットした摩擦楕円の一部を示している。この摩擦楕円において、図中に示すように、摩擦楕円は右側に傾斜した負の勾配を有する。このような勾配は、後述する図20(d)に示すように、接地面の移動係数Cxcの値を調整することにより(Cxc=0%→50%→100%)、前後力の発生に応じて負の勾配を示す。なお、図20(d)に示す例は、タイヤサイズ及び負荷荷重が異なる。図16(a)においても、高負荷荷重F=6kNにおいて負の勾配を示すが、このときの力学要素パラメータである移動係数Cxc(=0.04)を0としたときの、図16(a),(b)に対応する摩擦楕円を示す図18(a),(b)では、負の勾配は見られない。 FIG. 17 shows a friction ellipse plotted with the longitudinal force F x on the horizontal axis and the lateral force F y on the vertical axis based on the actual measurement results of the tire at 315 / 80R22.5, high load load 11 kN, and camber angle 0 degree. Some of them are shown. In this friction ellipse, as shown in the figure, the friction ellipse has a negative gradient inclined rightward. Such a gradient is generated by adjusting the value of the movement coefficient C xc of the contact surface (C xc = 0% → 50% → 100%) as shown in FIG. Depending on, a negative slope is shown. In addition, the example shown in FIG.20 (d) differs in a tire size and a load load. Also in FIG. 16 (a), the exhibit a negative slope at high applied load F Z = 6 kN, when the transfer coefficient is a dynamic element parameters in this case C xc (= 0.04) is set to 0, 16 18 (a) and 18 (b) showing friction ellipses corresponding to (a) and (b), no negative gradient is seen.

これより、従来考慮されていないタイヤの接地面の中心位置を、前後力Fに応じて変化する移動係数Cxcを用い、この値を調整することにより、実際のタイヤにおいて生じる負の勾配を表すことが可能になる。 As a result, the center position of the ground contact surface of the tire, which has not been considered in the past, is adjusted by using the movement coefficient C xc that changes according to the longitudinal force F x , thereby adjusting the negative gradient generated in the actual tire. It becomes possible to represent.

図19(a)、(b)及び図20(c)、(d)は、タイヤ力学要素パラメータの値を変化させたときのタイヤ摩擦楕円の変化の例を示している。図19(a)は、K=Kを、現在の設定値(100%)の75%に、125%にそれぞれ変化させたときのタイヤ摩擦楕円を示す。図19(b)は、ベルトの横曲げ剛性EIを現在の設定値(100%)の75%に、125%にそれぞれ変化させたときのタイヤ摩擦楕円を示す。図20(c)は、タイヤのサイドウォール剛性kを現在の設定値(100%)の75%に、125%にそれぞれ変化させたときのタイヤ摩擦楕円を示す。 FIGS. 19A, 19B, 20C, and 20D show examples of changes in the tire friction ellipse when the values of the tire dynamic element parameters are changed. FIG. 19A shows the tire friction ellipse when K x = K y is changed to 75% and 125% of the current set value (100%), respectively. FIG. 19B shows the tire friction ellipse when the lateral bending stiffness EI z of the belt is changed to 75% and 125% of the current set value (100%), respectively. FIG. 20 (c) 75% of the current set value sidewall stiffness k y of the tire (100%), shows a tire friction ellipse when changing respectively to 125%.

なお、図19(b)における横曲げ剛性EIは、非線形パラメータεと以下の関係を有するものである。
ε ∝ (EI(−3/2)
又、図20(c)におけるサイドウォール剛性kは、非線形パラメータε、Gmzと以下の関係を有するものである。
ε ∝ k (−1/4)
mz ∝ k
図20(d)は、タイヤの接地面の中心位置を、前後力Fに応じて変化する移動係数Cxcを所定の値に設定した現在の設定値(100%)の50%、0%に変化させたときのタイヤ摩擦楕円を示している。これより、移動係数Cxcを大きくすることにより、前後力Fx=0を中心として線対称形状の摩擦楕円の駆動側の値が大きくなり、制動側の値が小さくなり、これにより摩擦楕円は負の勾配を示すことがわかる。
このように、タイヤ力学要素パラメータの値を変えることで、摩擦楕円が変化することがわかる。このようなタイヤ摩擦楕円の情報を、特性曲線を介して「Magic Formula」のパラメータの値に反映することができ、車両の開発に有効に用いることができる。
Note that the lateral bending stiffness EI z in FIG. 19B has the following relationship with the nonlinear parameter ε.
ε ∝ (EI z ) (−3/2)
Also, the sidewall stiffness k y in FIG. 20 (c) non-linear parameter epsilon, those having the following relationship with G mz.
ε Α k y (-1/4)
G mz k k y
FIG. 20 (d) shows 50% and 0% of the current set value (100%) in which the movement coefficient C xc that changes according to the longitudinal force F x is set to a predetermined value for the center position of the tire contact surface. The tire friction ellipse when changed to is shown. Accordingly, by increasing the movement coefficient C xc , the value on the driving side of the friction ellipse having a line symmetry with the longitudinal force Fx = 0 as the center increases, and the value on the braking side decreases, which makes the friction ellipse negative. It can be seen that the slope of
Thus, it can be seen that the friction ellipse changes by changing the value of the tire dynamic element parameter. Such tire friction ellipse information can be reflected in the value of the “Magic Formula” parameter via the characteristic curve, and can be used effectively for vehicle development.

以上より、制駆動条件下のタイヤの動特性として表すことのできる非線形近似式における近似式パラメータは、タイヤの各種剛性を含むタイヤ力学要素パラメータと、特性曲線を介して結びついており、実際のタイヤにおいて実現可能なパラメータとしてその値を決定することができる。また、近似式パラメータの値の修正のたびにタイヤ力学要素パラメータの値を導出するので、車両モデルが所定の性能を満足するとき、タイヤ製造業者にとって判り易いタイヤ力学要素パラメータの値も決定される。このためタイヤの動特性として表される非線形近似式における近似式パラメータは、タイヤの各種剛性を含むタイヤ力学要素パラメータと結びついており、熟練設計者でなくても、実際のタイヤにおいて実現可能なパラメータを用いてタイヤ設計仕様を効率よく決定することができる。
タイヤ力学要素パラメータは、タイヤ製造業者にとって判り易いパラメータであり、従来からタイヤ力学要素パラメータを調整するには、どのようなタイヤ寸法や形状を用いればよいか比較的知られているので、タイヤ製造業者は、決定されたタイヤ設計仕様に基づいて、タイヤの設計を容易に行うことができる。
From the above, the approximate expression parameters in the nonlinear approximate expression that can be expressed as the dynamic characteristics of the tire under braking / driving conditions are connected to the tire dynamic element parameters including various tire stiffnesses through the characteristic curve, and the actual tire The value can be determined as a feasible parameter. Further, since the value of the tire dynamic element parameter is derived every time the value of the approximate expression parameter is corrected, when the vehicle model satisfies a predetermined performance, the value of the tire dynamic element parameter that is easily understood by the tire manufacturer is also determined. . For this reason, the approximate expression parameters in the nonlinear approximate expression expressed as the dynamic characteristics of the tire are linked to the tire dynamic element parameters including various tire stiffnesses, and parameters that can be realized in an actual tire without being a skilled designer. Can be used to efficiently determine the tire design specifications.
The tire dynamic element parameters are parameters that are easily understood by the tire manufacturer, and since it is relatively known what tire dimensions and shapes should be used to adjust the tire dynamic element parameters, A trader can easily design a tire based on the determined tire design specification.

以上、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計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 described above, the tire design method considering the tire friction ellipse of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course.

本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法を実施する一実施例の装置のブロック図である。It is a block diagram of the apparatus of one Example which implements the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of this invention. 本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において用いられるタイヤ力学モデルを説明する図である。It is a figure explaining the tire dynamic model used in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of the present invention. 本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において用いられるタイヤ力学モデルを説明する他の図である。It is another figure explaining the tire dynamic model used in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of the present invention. 本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において用いられるタイヤ力学モデルを説明する他の図である。It is another figure explaining the tire dynamic model used in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of the present invention. (a)〜(e)は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において用いられるタイヤ力学モデルを説明する他の図である。(A)-(e) is another figure explaining the tire dynamic model used in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of the present invention. (a)〜(d)は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において用いられるタイヤ力学モデルを説明する他の図である。(A)-(d) is another figure explaining the tire dynamic model used in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of the present invention. (a)〜(c)は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において用いられるタイヤ力学モデルを説明する他の図である。(A)-(c) is another figure explaining the tire dynamic model used in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of the present invention. 本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において用いられるタイヤ力学モデルにおいて横力及びトルクを算出するまでの処理ブロック図である。It is a processing block diagram until it calculates a lateral force and torque in a tire dynamic model used in a tire design method in consideration of a tire friction ellipse of the present invention. 本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において実施される1つの処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of one process implemented in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of this invention. 本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において実施される他の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the other process implemented in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of this invention. 本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において実施される1つの処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of one process implemented in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of this invention. 本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法において実施される他の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the other process implemented in the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of this invention. 本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the design method of the tire which considered the tire friction ellipse of this invention. (a)は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法で用いる特性曲線の例を示す図である。(A) is a figure which shows the example of the characteristic curve used with the design method of the tire which considered the tire friction ellipse of this invention. (b)は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法で用いる特性曲線の例を示す図である。(B) is a figure which shows the example of the characteristic curve used with the design method of the tire which considered the tire friction ellipse of this invention. (a),(b)は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法によって得られるタイヤ摩擦楕円の結果の一例を示す図である。(A), (b) is a figure which shows an example of the result of the tire friction ellipse obtained by the design method of the tire which considered the tire friction ellipse of this invention. 従来のタイヤ力学要素モデルを用いて得られるタイヤ摩擦楕円の例の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of the example of the tire friction ellipse obtained using the conventional tire dynamic element model. (a),(b)は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法によって得られるタイヤ摩擦楕円の結果の一例を示す図である。(A), (b) is a figure which shows an example of the result of the tire friction ellipse obtained by the design method of the tire which considered the tire friction ellipse of this invention. (a),(b)は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法によって得られるタイヤ摩擦楕円の結果の一例を示す図である。(A), (b) is a figure which shows an example of the result of the tire friction ellipse obtained by the design method of the tire which considered the tire friction ellipse of this invention. (c),(d)は、本発明のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法によって得られるタイヤ摩擦楕円の結果の他の例を示す図である。(C), (d) is a figure which shows the other example of the result of the tire friction ellipse obtained by the tire design method in consideration of the tire friction ellipse of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 装置
2 CPU
3 バス
4 メモリ
5 入力操作系
6 インターフェース
7 出力装置
8 プログラム群
9 設定プログラム
10 車両走行シミュレーションプログラム
11 「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム
12 タイヤ力学モデルプログラム群
13 統合・管理プログラム
14 タイヤ力学モデル演算プログラム
20 小スリップ角条件パラメータ算出プログラム
22 Fx/F/Mパラメータ算出プログラム
24 小スリップ角条件Fx/F/Mデータ算出プログラム
26 Fx/F/Mデータ算出プログラム
1 Device 2 CPU
3 Bus 4 Memory 5 Input operation system 6 Interface 7 Output device 8 Program group 9 Setting program 10 Vehicle running simulation program 11 “Magic Formula” data / parameter calculation program 12 Tire dynamic model program group 13 Integration / management program 14 Tire dynamic model calculation Program 20 Small slip angle condition parameter calculation program 22 F x / F y / M z parameter calculation program 24 Small slip angle condition F x / F y / M z data calculation program 26 F x / F y / M z data calculation program

Claims (8)

タイヤにスリップ率が与えられたときのタイヤ回転軸に作用するタイヤ軸力及びトルクのうち、少なくとも一方のスリップ率依存性を表す特性曲線の情報と、車両諸元の情報とを用いて車両の走行シミュレーションを行うことによって、所望の性能を実現するタイヤを設計する、タイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法であって、
車両諸元の情報を用いて車両モデルを作成するモデル作成ステップと、
複数のタイヤ力学要素パラメータを用いて構成されるタイヤ力学モデルに基づいて、前記特性曲線を定めるタイヤ力学要素パラメータの値を設定するとともに、このタイヤ力学要素パラメータによって算出される特性曲線を非線形近似式で近似したときの、非線形近似式を規定する近似式パラメータの値を前記車両モデルに付与して、所定の走行条件で走行シミュレーションを行い、この走行シミュレーションの結果を用いて車両の性能評価を行う性能評価ステップと、
前記性能評価において、車両モデルが目標性能を満足しない場合、前記近似式パラメータの値を修正し、この修正された値を前記車両モデルに付与して走行シミュレーションを行い、この走行シミュレーションの結果を用いて車両の性能評価を行うとともに、修正された近似式パラメータの値によって規定される非線形近似式から算出される特性曲線を用いて、前記タイヤ力学モデルに基づいて、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するタイヤ特性修正ステップと、
前記車両モデルが所定の性能を満足する場合、導出した前記タイヤ力学要素パラメータの値をタイヤ目標特性として決定するタイヤ特性決定ステップと、を有し、
前記タイヤ力学モデルは、制駆動方向のスリップ率が与えられたとき、前記タイヤ軸力として発生する前後力によってタイヤの路面に対する接地面の位置が前後方向に移動するように、発生する前後力に応じて接地面の中心位置が移動するモデルであることを特徴とするタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法。
Of the tire axial force and torque acting on the tire rotation shaft when a slip ratio is given to the tire, information on the characteristic curve representing the slip ratio dependence of at least one of the tire axial force and torque and information on the vehicle specifications are used. A tire design method that takes into account a tire friction ellipse to design a tire that achieves a desired performance by performing a running simulation,
A model creation step for creating a vehicle model using information on vehicle specifications;
Based on a tire dynamic model configured using a plurality of tire dynamic element parameters, the value of the tire dynamic element parameter that defines the characteristic curve is set, and the characteristic curve calculated by the tire dynamic element parameter is a nonlinear approximation formula The approximate equation parameter value that defines the nonlinear approximate equation when approximated by is given to the vehicle model, a travel simulation is performed under a predetermined travel condition, and the performance of the vehicle is evaluated using the result of the travel simulation A performance evaluation step;
In the performance evaluation, when the vehicle model does not satisfy the target performance, the value of the approximate expression parameter is corrected, the corrected value is given to the vehicle model, a driving simulation is performed, and the result of the driving simulation is used. Vehicle performance evaluation, and using a characteristic curve calculated from a nonlinear approximation formula defined by the corrected approximate formula parameter value, the tire dynamic element parameter value is calculated based on the tire dynamic model. A tire characteristic correction step to be derived;
A tire characteristic determination step for determining a value of the derived tire dynamic element parameter as a tire target characteristic when the vehicle model satisfies a predetermined performance;
The tire dynamic model has a longitudinal force generated so that the position of the ground contact surface with respect to the road surface of the tire moves in the front-rear direction due to the longitudinal force generated as the tire axial force when a slip ratio in the braking / driving direction is given. A tire design method that takes into account a tire friction ellipse, characterized in that the center position of the contact surface moves accordingly.
前記タイヤ力学モデルは、タイヤにスリップ角が与えられたときの横力を算出するとともに、セルフアライニングトルクを、タイヤの接地面に作用する横力によって生じる横力トルク成分と、タイヤの接地面に作用する前後力によって生じる前後力トルク成分とに分けてセルフアライニングトルクを算出するモデルである請求項1に記載のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法。   The tire dynamic model calculates a lateral force when a slip angle is given to the tire, a self-aligning torque, a lateral force torque component generated by a lateral force acting on the tire contact surface, and a tire contact surface. The tire design method considering a tire friction ellipse according to claim 1, wherein the model is a model for calculating a self-aligning torque separately for a longitudinal force torque component generated by a longitudinal force acting on the tire. 前記タイヤ軸力は、前記タイヤにスリップ率が与えられて、タイヤ回転軸に対して平行な方向に作用する横力を少なくとも含み、
前記タイヤ力学モデルを用いて前記特性曲線を算出する際、前記横力の特性曲線の他に、前記路面との間で作用する横力及び前後力により生じるセルフアライニングトルクのスリップ率依存性の特性曲線を算出する請求項1又2に記載のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法。
The tire axial force includes at least a lateral force acting in a direction parallel to the tire rotation axis when a slip ratio is given to the tire.
When calculating the characteristic curve using the tire dynamic model, in addition to the lateral force characteristic curve, the slip rate dependence of self-aligning torque generated by lateral force and longitudinal force acting on the road surface The tire design method taking into account the tire friction ellipse according to claim 1 or 2, wherein the characteristic curve is calculated.
前記タイヤ特性修正ステップにおいて前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出する際、前記前後力の特性曲線と前記タイヤ力学モデルで算出される前後力の対応する曲線との二乗残差和と、前記横力の特性曲線と前記タイヤ力学モデルで算出される横力の対応する曲線との二乗残差和と、前記セルフアライニングトルクの特性曲線と前記タイヤ力学モデルで算出されるセルフアライニングトルクの対応する曲線との二乗残差和とを、重み付け係数を用いて重み付け加算した値であって、前記重み付け係数として、前記前後力、前記横力及び前記セルフアライニングトルクのそれぞれの特性曲線の、スリップ率に依存して変化する値のばらつきの情報から求められる係数を用いた複合二乗残差和の値が、所定値以下となるように、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出する請求項3に記載のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法。   When deriving the value of the tire dynamic element parameter in the tire characteristic correction step, the sum of square residuals of the characteristic curve of the longitudinal force and the corresponding curve of the longitudinal force calculated by the tire dynamic model, and the lateral force Corresponding to the square residual sum of the characteristic curve of the tire and the corresponding curve of the lateral force calculated by the tire dynamic model, and the characteristic curve of the self-aligning torque and the self-aligning torque calculated by the tire dynamic model The sum of squared residuals with a curve is a value obtained by weighted addition using a weighting coefficient, and the slip ratio of each characteristic curve of the longitudinal force, the lateral force, and the self-aligning torque is used as the weighting coefficient. The tire so that the value of the composite square residual sum using the coefficient obtained from the information of the variation in the value that varies depending on the value is equal to or less than a predetermined value. Tire design method in consideration of the tire friction ellipse of claim 3 to derive the value of academic element parameters. 前記タイヤ特性修正ステップにおいて、前記特性曲線から、前記タイヤ力学モデルに基づいて、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出する際、セルフアライニングトルクにより発生するタイヤの捩じり変形によって、付与されるスリップ角が修正された実効スリップ角を用いてタイヤ力学要素パラメータの値を導出する請求項1〜4のいずれか1項に記載のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法。   In the tire characteristic correction step, when deriving the value of the tire dynamic element parameter from the characteristic curve based on the tire dynamic model, it is given by the torsional deformation of the tire generated by self-aligning torque. The tire design method considering a tire friction ellipse according to any one of claims 1 to 4, wherein a value of a tire dynamic element parameter is derived using an effective slip angle in which the slip angle is corrected. 前記タイヤ特性修正ステップにおいて導出されるタイヤ力学要素パラメータの値は、タイヤのトレッド部材と路面との間の凝着摩擦係数及び滑り摩擦係数と接地圧分布の形状を規定する形状規定係数を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法。   The value of the tire dynamic element parameter derived in the tire characteristic correction step includes an adhesion friction coefficient between a tire tread member and a road surface, a sliding friction coefficient, and a shape defining coefficient that defines a shape of a contact pressure distribution. Item 6. A tire design method considering the tire friction ellipse according to any one of Items 1-5. 前記スリップ率として、スリップ角と制駆動方向のスリップ率が与えられているとき、
前記タイヤ力学モデルは、前後力、横力及びセルフアライニングトルクを算出するとき、接地面内の滑り領域におけるタイヤの滑り方向が、与えられたスリップ角と制駆動方向のスリップ率とによって定められ、この滑り方向を用いて前後力、横力、セルアライニングトルクを算出する請求項1〜6のいずれか1項に記載のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法。
When the slip ratio and the slip ratio in the braking / driving direction are given as the slip ratio,
In the tire dynamic model, when calculating the longitudinal force, lateral force and self-aligning torque, the slip direction of the tire in the slip region in the contact surface is determined by a given slip angle and a slip ratio in the braking / driving direction. The method for designing a tire in consideration of a tire friction ellipse according to any one of claims 1 to 6, wherein a longitudinal force, a lateral force, and a cell aligning torque are calculated using the slip direction.
前記タイヤ特性決定ステップにおいて決定された前記タイヤ力学要素パラメータの値を用いて、この値を実現するタイヤ部材の材料及びタイヤ構造を組み合わせを定めてタイヤ設計を行う請求項1〜7のいずれか1項に記載のタイヤ摩擦楕円を考慮したタイヤの設計方法。   8. The tire design is performed by using a value of the tire dynamic element parameter determined in the tire characteristic determination step to determine a combination of a material and a tire structure of a tire member that realizes the value. The tire design method considering the tire friction ellipse described in the item.
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