JP2010531438A - タイヤ性能を制動状況中に推定する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、車両に取り付けられたタイヤ(PN)の性能を制動状況中に推定する方法に関し、この方法は、実験段階(EXPERIM)を有し、実験段階は、少なくとも、路面に対するタイヤの付着係数(μ)の評価ステップ(EVAL_MU)を有する。本発明によれば、評価ステップは、路面に対するタイヤ軸線の相対移動速度の互いに異なる値(Vi)及び路面に対するタイヤの滑り率の互いに異なる値(gi%)について実施され、実験段階(EXPERIM)は、評価ステップ(EVAL_MU)の結果として、路面に対するタイヤ軸線の相対移動速度及び路面に対するタイヤの滑り率(g%)の関数(MU3D)が得られるようタイヤの付着係数を表すステップを含むモデル化ステップ(MODEL)を更に有する。

Description

本発明は、一般に、タイヤを備えた陸上車両を提供する技術に関する。
本発明は、特に、車両に取り付けられたタイヤの性能を制動状況中に推定する方法であって、実験段階を有し、実験段階が、少なくとも、路面に対するタイヤのグリップ係数を評価するステップを有するような方法に関する。
この種の方法は、ヘドリック・ケー等(HEDRICK K et al.),「リアル‐タイム・スリップ‐ベースド・エスティメーション・オブ・マキシマム・タイヤ‐ロード・フリクション・コエフィーシエント(Real-Time Slip-Based Estimation of maximum Tire-Road Friction Coefficient)」,米国電気電子学会/米国機械学会トランサクションズ・オン・メカトロニクス(IEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS),(米国ニュージャージ州ピスカッタウェイ(PISCATAWAY, NJ, US)),米国電気電子学会サービス(IEEE SERVECE CENTER),2004年6月,p.454‐458に記載されている。
ほぼ同じ方法が、欧州特許第1637863号明細書に記載されている。
従来、制動中におけるタイヤ性能は、通常、これらタイヤを備えた車両の制動距離試験により評価されていたが、今日においては、これら性能は、一般に、トレーラに装着された単一のタイヤのグリップ係数の測定に基づいて評価され、これら測定値は、このタイヤのスリップ率の測定値及びこれら測定値から導き出された指標に関係づけられる。
欧州特許第1637863号明細書
ヘドリック・ケー等(HEDRICK K et al.),「リアル‐タイム・スリップ‐ベースド・エスティメーション・オブ・マキシマム・タイヤ‐ロード・フリクション・コエフィーシエント(Real-Time Slip-Based Estimation of maximum Tire-Road Friction Coefficient)」,米国電気電子学会/米国機械学会トランサクションズ・オン・メカトロニクス(IEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS),(米国ニュージャージ州ピスカッタウェイ(PISCATAWAY, NJ, US)),米国電気電子学会サービス(IEEE SERVECE CENTER),2004年6月,p.454‐458
この技術は、タイヤしか用いる必要がないという利点を有するが、通常、この技術の結果として得られる信頼性評価は不十分であり、これら試験に基づいて性能の昇順で分類される複数の種々のタイヤが同一形式の車両にいったん取り付けられると、これらタイヤを同一の昇順で分類する性能を示すことは保証されない。
このような前後の事情に鑑みて、本発明の目的は、簡単であるにもかかわらず公知の技術よりも信頼性の高い制動状況中におけるタイヤ性能の推定方法を提供することにある。
この目的のため、上述の請求項1の前提部による本発明の方法は、実質的に、路面に対するタイヤのグリップ係数を評価するステップが、路面に対するタイヤの軸線の相対変位速度の互いに異なる値及び路面に対するタイヤスリップ率の互いに異なる値について実施され、実験段階が、路面に対するタイヤの軸線の相対変位速度及び路面に対するタイヤスリップ率の関数によって、評価ステップからの結果としてのタイヤのグリップ係数を表すモデル化ステップを更に有し、本方法が、タイヤ性能の全体的指標を決定する操作を含む予測段階を更に有し、予測段階が、路面に対するタイヤの軸線の相対変位瞬間速度及び路面に対するタイヤスリップ率に対し、タイヤグリップ係数を表す関数を、真の又はシミュレートした制動シーケンスに対応した瞬間速度及びスリップ率の範囲にわたって積分する操作を含むことを特徴とする。
好ましくは、タイヤのグリップ係数を評価するステップでは、路面に均等な基準面上でタイヤを転動させる操作と、基準面上のタイヤに、強度が調節及び/又は測定によって知られた加圧力を加える操作と、タイヤ軸線に関して、調節及び/又は測定によって知られ、最大値から最小値まで減少する相対変位瞬間速度で基準面を走行する操作と、タイヤの瞬間角回転速度を測定する操作と、タイヤに、調節及び/又は測定によって知られ、基準面上でのタイヤの滑りを生じさせることができる瞬間値の制動トルクを定期的に及ぼす操作とを同時に実施する。
代表的には、グリップ係数は、制動トルクに対応した長手方向力と加圧力の比によって評価されるのが良い。
制動トルクを定期的に及ぼす操作は、有利には、基準面に対するタイヤのスリップ率を好ましくは最小無効値と少なくとも20%に等しい最大値との間で変化させるよう制御される。
また、制動トルクを定期的に及ぼす操作は、グリップ値がその最大状態にあるスリップ率の値に定期的に達するよう制御されることが可能である。
いずれの場合においても、タイヤグリップ係数を評価するステップは、有利には、実質的に一定の温度の室内で実施されるのが良い。
例えば、モデル化ステップは、路面に対するタイヤの軸線の相対変位速度及び路面に対するタイヤのスリップ率の関数の助変数表現が、評価ステップの実施中、路面に対するタイヤの軸線の相対変位速度の互いに異なる値及び路面に対するタイヤのスリップ率の互いに異なる値について評価されたグリップ係数に最善の場合に一致するよう所定のパラメータに割り与えられるべき値を求める最適化操作を有する。
この場合、最適化操作は、以下の助変数表現、即ち、
〔数1〕
Mu3D=(D・sin(C・atan(B・X1−E・(B・X1−atan(B・X1)))))+Sv
を利用するのか良く、上式において、D、B及びX1はこれら自体、以下の助変数表現、即ち、
〔数2〕
D=D0+D1・V+D2・V2
B=B0+B1・V+B2・V2
X1=(g%/100)+Sh
に一致しており、上式において、Vは、基準面に対するタイヤの軸線の相対変位瞬間速度であり、g%は、次式、即ち、
〔数3〕
g%=100・(V−Vp)/V
によって定められるこの基準表面に対するタイヤのスリップ率であり、上式において、Vpは、タイヤの周速度である。
さらに、瞬間速度及びスリップ率の積分範囲を定めるよう選択された制動シーケンスは、好ましくは、ABSと通称されているアンチロックブレーキシステムを搭載した車両に見受けられる種類の制動トルクの調節を含む。
本発明の他の特徴及び他の利点は、非限定的な例として添付の図面を参照して与えられるその説明から明らかになろう。
本発明の考えられる実施形態としての方法の動作系統図である。 本発明の方法を実施するための設備の概略斜視図である。 本発明の方法の考えられる実施形態において、縦軸に例えば1秒の百分の一で測定された時間を取り、横軸に、グリップ係数の値の100倍(点線曲線)、タイヤの周速度(一点鎖線による曲線)及び基準面に対するタイヤ軸線の瞬間変位速度(実線による曲線)を取って表した図である。 本発明に従って速度及びスリップ率の関数としてグリップ係数を表した略図である。
上述したように、本発明は、制動状況中、車両に取り付けられるべきタイヤPNの性能を推定する方法に関する。
伝統的に、かかる方法は、実験段階EXPERIM(図1)を有し、このステップEVAL_MUは、路面とタイヤ相互間のグリップ係数μの評価専用である。
思い起こされるべきこととして、路面とタイヤ相互間のグリップ係数μが比Fx/Fzで表されて評価され、この場合、Fxは、タイヤの軸線と路面との間においてタイヤにより及ぼされる制動トルクに対応した長手方向制動応力であり、Fzは、タイヤ荷重、即ち、タイヤが路面に及ぼす加圧力である。
本発明の第1の観点によれば、評価ステップEVAL_MUは、グリップ係数μの同数の値(μiで表される)が得られるよう路面に対するタイヤ軸線Xの相対変位速度Vの互いに異なる値(Viで表される)及び路面に対するタイヤスリップ率g%の互いに異なる値(gi%で表される)について実施される。
思い起こされるべきこととして、タイヤのスリップ率g%は、次式、即ち、
〔数4〕
g%=100・(V−Vp)/V
によって定められ、上式において、Vは、タイヤの周速度である。
図2は、評価ステップEVAL_MUを実施するために使用できる設備を非常に概略的に示しているが、これは非限定的な例である。
図示の例では、この設備は、2つのローラ相互間に掛けられた無端ストリップを有し、これらローラのうちの一方は、モータMOTにより回転駆動され、無端ストリップは、これが所望の結果に応じて乾いた走行レーン又は濡れたレーンの路面Sをシミュレートすることができるようにする粘着性材料で覆われている。
特徴づけられるべきタイヤPNは、あらかじめ定められた動作圧力までインフレートされると共にフォーク状フレームCHに取り付けられ、このフォーク状フレームは、無端ストリップの基準面S上のタイヤにあらかじめ設定された加圧力Fzを及ぼす。
例えば、タイヤPNは、ダイナモメトリックハブMYDに取り付けられると共に/或いはコーディングホイール(図示せず)に回転可能に結合され、この設備により、量Fz及びVとは別に、タイヤPNの軸線X回りにおけるタイヤPNの瞬間角回転速度ωを表す信号及びブレーキFRによってタイヤPNに及ぼされる制動トルクKに対応した長手方向力Fxを表す信号を得ることができ、ブレーキのモータは、フォーク状フレームCHに連結されている。
当業者によって知られているように、接線方向速度とも呼ばれているタイヤの周速度Vpは、実際の転動半径Reffにより角回転速度ωに関連づけられ、この半径は、例えば、制動が行われない転動段階中、比V/ωにより得られる値に等しいものとして得ることができる。
タイヤPNは、無端ストリップの中央軸線に平行に且つ基準面Sに垂直に、即ち、ドリフト角及びキャンバ角がゼロである状態に配置されている。
有利には実質的に一定の温度の室内に配置されたこの設備により、一方において、タイヤPNの静止軸線Xに対する基準面Sの走行速度及び他方においてスリップ率g%により生じる変数をモニタすることができる。
定義上、スリップ率は、Vp=Vの場合、即ち、タイヤPNが基準面S上で純粋に走行状況にある場合、値0%を取り、VP=0の場合、即ち、タイヤPNを備えたホイールが制動操作によって完全に止められている場合、値100%を取る。
タイヤPNを初期速度でその転動によってウォーミングアップするステップの実施後、評価ステップEVAL_MUを制動サイクルにより続行し、かかる制動サイクル中、制動トルクKを基準面Sの走行速度Vの減少のためにタイヤPNに定期的に及ぼし、その間、瞬時変数V、ω、Fz及びFxをピックアップする。
このステップにより、例えば図3に示されているような曲線を得ることができ、この場合、点線による曲線は、グリップ係数μの値の100倍を表し、一点鎖線による曲線は、タイヤの周速度Vpを表し、実線による曲線は、基準面Sに対するタイヤの軸線Xの相対変位瞬間速度を表している。
この図3は、所与の車両に対する制動状況においてタイヤを特徴づけるのに適した制動シーケンスSQC_FR、即ち、100km/h〜0km/hへの制動試験中、ABS型ブレーキシステム、即ち、アンチロックブレーキシステムにより得られる種類のシーケンスを示している。
かかるシーケンスでは、速度Vは、3〜6秒のパラメータ表示可能な期間内において最大速度V0から最初速度、好ましくは、ゼロの速度まで単調に、理想的に、直線的に減少している。
この期間内において、スリップ率g%をゼロの値と最大値g%maxとの間で変化させる5〜10回のサイクルを実施することが可能であり、このスリップ率は、例えば、20%〜100%でパラメータ表示可能である。
これらの状況において、上述のパラメータg%maxは、これは、長手方向制動応力Fxがその最大状態にあるスリップ率値に達し、そしてこれを僅かに超えるよう選択される。
本発明の第2の観点によれば、実験段階EXPERIMは、このタイヤのグリップ係数μを表すモデル化ステップMODELを有し、例えば、グリップ係数μは、速度V及びスリップ率g%の関数(MU3Dで示される)によって評価ステップEVAL_MU中に得られたその種々の値μiから明らかである。
この目的のため、モデル化ステップMODELは、好ましくは、上述の関数MU3Dの助変数表現が、評価ステップEVAL_MUの実施中、グリップ係数μを評価しているときに、グリップ係数μに最善の場合に一致するよう所定のパラメータに割り与えられるべき値を求める最適化操作OPTIMを有する。
例えば、関数MU3Dの助変数表現は、次の形態、即ち、
〔数5〕
Mu3D=(D・sin(C・atan(B・X1−E・(B・X1−atan(B・X1)))))+Sv
を取ることができ、上式において、D、B及びX1はこれら自体、以下の助変数表現、即ち、
〔数6〕
D=D0+D1・V+D2・V2
B=B0+B1・V+B2・V2
X1=(g%/100)+Sh
に一致しており、上式において、Svは、例えば、0.01に等しく、Shは、ゼロであるのが良い。
かくして、任意の公知の最適化ツールを用いることができる最適化操作OPTIMは、上述の助変数表現MU3Dが、速度Vの互いに異なる値Vi及びスリップ率g%の互いに異なる値gi%の必要なほど大きな組について、評価ステップEVAL_MUの実施中、グリップ係数μについてピックアップされた対応の値μiにできるだけ近いそれぞれの値を取るよう少なくともパラメータB0,B1,B2,C,D0,D1,D2,Eに割り当てられるべき値を求めることから成る。
実際には、操作OPTIMに先立って、測定誤差に関連したアーチファクトを回避するために測定信号、例えばω、V、Fz及びFxに対してフィルタリング操作を実施することが望ましい場合がある。
パラメータの値B0,B1,B2,C,D0,D1,D2,E,Sh,Svをいったん求めると、グリップ係数μを表す関数MU3Dを例えば図4に示されている三次元空間に作図することができ、その第一次元は、スリップ率g%に対応し、その第二次元は、速度Vに対応し、その第三次元は、グリップ係数μのモデル化値に対応している。
かかる図は、それ自体、制動状況中におけるタイヤPNの性能の推定のためのツールを構成しているが、本発明の方法は、タイヤ性能のより綿密な総括的内容を得ることができる予測段階PREDICTを更に有するのが良い。
この目的のため、この予測段階は、特に、全体的なタイヤ性能指標INT(MU3D)の判定を可能にする操作DET_INDを更に有するのが良い。
例えば、この操作DET_INDは、性能指標として、瞬間速度V及びスリップ率g%に対し、対応のタイヤPNを備えた車両の真の又はシミュレートされた制動シーケンスSQC_FRに対応した瞬間速度及びスリップ率により形成される積分範囲にわたり積分を行うことから成る。
好ましくは、瞬間速度V及びスリップ率g%の積分範囲を定めるために選択された制動シーケンスSQC_FRは、ABSとも呼ばれているアンチロックブレーキ機能を備えたブレーキシステムにより実施される形式の制動トルクKの変更を含む。
代表的には、車両の100km/hから完全停止までの制動操作に関し、かくして、この指標INT(MU3D)は、変数Vについて0〜100km/hと変数g%について5%〜15%の範囲内で計算された関数MU3Dの積分によって構成されることになる。
関数MU3Dを車両の動的モデルに組み込むことにより、関数MU3Dによりモデル化されたグリップ係数を示すタイヤを備え且つ実際の測定から得られ又は合成信号に対応し、或いはABS形式の、即ち、アンチロックブレーキ機能を備えた制動モデルにより生じる制動シーケンスSQC_FRを適用したモデル化車両の制動距離を予測することも可能である。

Claims (9)

  1. 車両に取り付けられたタイヤ(PN)の性能を制動状況中に推定する方法であって、前記方法は、
    ‐実験段階(EXPERIM)を有し、前記実験段階は、少なくとも、
    ‐路面(S)に対する前記タイヤ(PN)のグリップ係数(μ)を評価するステップ(EVAL_MU)を有し、前記ステップは、前記路面に対する前記タイヤの軸線(X)の相対変位速度(V)の互いに異なる値(Vi)及び前記路面に対するタイヤスリップ率(g%)の互いに異なる値(gi%)について実施され、
    ‐前記路面(S)に対する前記タイヤ(PN)の前記軸線(X)の前記相対変位速度(V)及び前記路面に対する前記タイヤスリップ率(g%)の関数(MU3D)によって、前記評価ステップ(EVAL_MU)からの結果としての前記タイヤの前記グリップ係数(μ)を表すモデル化ステップ(MODEL)を有し、
    ‐タイヤ性能の全体的指標(INT(MU3D))を決定する操作(DET_IND)を含む予測段階(PREDICT)を有し、前記予測段階は、前記路面(S)に対する前記タイヤ(PN)の前記軸線(X)の前記相対変位瞬間速度(V)及び前記路面に対する前記タイヤスリップ率(g%)に対し、前記タイヤグリップ係数を表す前記関数(MU3D)を、真の又はシミュレートした制動シーケンス(SQC_FR)に対応した瞬間速度及びスリップ率の範囲にわたって積分することから成る、方法。
  2. 前記タイヤ(PN)の前記グリップ係数(μ)を評価する前記ステップ(EVAL_MU)では、
    ‐前記路面に均等な基準面(S)上で前記タイヤ(PN)を転動させる操作と、
    ‐前記基準面(S)上の前記タイヤ(PN)に、強度が調節及び/又は測定によって知られた加圧力(Fz)を加える操作と、
    ‐前記タイヤ軸線(X)に関して、調節及び/又は測定によって知られ、最大値から最小値まで減少する相対変位瞬間速度(V)で前記基準面(S)を走行する操作と、
    ‐前記タイヤ(PN)の前記瞬間角回転速度(ω)を測定する操作と、
    ‐前記タイヤ(PN)に、調節及び/又は測定によって知られ、前記基準面(S)上での前記タイヤ(PN)の滑りを生じさせることができる瞬間値(K)の制動トルクを定期的に及ぼす操作とを同時に実施する、請求項1記載の方法。
  3. 前記グリップ係数(μ)は、制動トルク(K)に対応した長手方向力(Fx)と前記加圧力(Fz)の比(Fx/Fz)によって評価される、請求項2記載の方法。
  4. 前記制動トルク(K)を定期的に及ぼす前記操作は、前記基準面(S)に対する前記タイヤ(PN)の前記スリップ率(g%)を好ましくは最小無効値と少なくとも20%に等しい最大値との間で変化させるよう制御される、請求項1〜3のうちいずれか一に記載の方法。
  5. 前記制動トルク(K)を定期的に及ぼす前記操作は、前記グリップ値(μ)がその最大状態にあるスリップ率(g%)の値に定期的に達するよう制御される、請求項3記載の方法。
  6. 前記タイヤグリップ係数(μ)を評価する前記ステップ(EVAL_MU)は、実質的に一定の温度の室内で実施される、請求項1〜5のうちいずれか一に記載の方法。
  7. 前記モデル化ステップ(MODEL)は、前記路面(S)に対する前記タイヤ(PN)の前記軸線(X)の前記相対変位速度(V)及び前記路面に対する前記タイヤの前記スリップ率(g%)の前記関数(MU3D)の助変数表現が、前記評価ステップ(EVAL_MU)の実施中、前記路面(S)に対する前記タイヤ(PN)の前記軸線(X)の前記相対変位速度(V)の互いに異なる値(Vi)及び前記路面(S)に対する前記タイヤ(PN)の前記スリップ率(g%)の前記互いに異なる値(gi%)について評価された前記グリップ係数(μ)に最善の場合に一致するよう所定のパラメータに割り与えられるべき値を求める最適化操作(OPTIM)を有する、請求項1〜6のいずれか一に記載の方法。
  8. 前記最適化操作(OPTIM)は、以下の助変数表現、即ち、
    〔数1〕
    Mu3D=(D・sin(C・atan(B・X1−E・(B・X1−atan(B・X1)))))+Sv
    を使用し、上式において、D、B及びX1はこれら自体、以下の助変数表現、即ち、
    〔数2〕
    D=D0+D1・V+D2・V2
    B=B0+B1・V+B2・V2
    X1=(g%/100)+Sh
    に一致しており、上式において、Vは、前記基準面(S)に対する前記タイヤ(PN)の前記軸線(X)の相対変位瞬間速度であり、(g%)は、次式、即ち、
    〔数3〕
    g%=100・(V−Vp)/V
    によって定められるこの基準表面に対する前記タイヤのスリップ率であり、上式において、Vpは、前記タイヤの周速度である、請求項7記載の方法。
  9. 前記瞬間速度(V)及び前記スリップ率(g%)の積分範囲を定めるよう選択された前記制動シーケンス(SQC_FR)は、アンチロックブレーキシステム、即ち“ABS”を搭載した車両に見受けられる種類の制動トルク(K)の調節を含む、請求項1〜8のうちいずれか一に記載の方法。
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