JP2012098251A - タイヤの摩耗試験装置、方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】精度良くタイヤの摩耗量を試験する。
【解決手段】タイヤの摩耗試験装置は、車両が試験コースを走行したときに所定時間毎に測定した加速度及び速度のデータを取得し（ステップ１００）、取得した加速度及び荷重に基づいて、車両に発生する前後力及び横力を算出し（ステップ１０２）、取得した横方向の加速度及び速度に基づいて車両の旋回半径を算出し（ステップ１０４）、旋回半径と、車両の前輪のタイヤ間距離と、車両の前輪と後輪との軸間距離と、に基づいて車両の左右の前輪のタイヤ角度を算出し（ステップ１０６）、算出した横力と、算出した左右の前輪のタイヤ角度の角度差と、車両が走行していない場合における左右の前輪のタイヤ角度の予め定めた角度差と、に基づいて横力の増分を算出し（ステップ１０８）、算出した前後力及び横力と、算出した横力の増分と、を含むタイヤの摩耗試験用データに基づいて摩耗量を試験する（ステップ１１０）。
【選択図】図３

Description

本発明は、タイヤの摩耗試験装置、方法、及びプログラムに関する。

従来、自動車に装着されたタイヤへの負荷を計測する方法としては、タイヤが装着されたホイールに分力計を付けて計測する方法や、路面に分力計を埋め込み、その上にタイヤを通過させる方法等があるが、分力計の取り付けや加工に多くの労力や費用がかかり、非効率であった。

また、例えば特許文献１には、前後方向の加速度、横方向の加速度の２軸加速度を用いて、コンピュータを用いた車両モデルを併用してタイヤへの負荷を推定する方法が開示されている。

また、特許文献２には、道路プロファイルシミュレーションに基づき、車両のホイールのそれぞれに６軸までの変位を与えながら、車両のホイールを回転させるか、またはホイールの回転に抵抗を加えることにより、車両の動力学的シミュレーションを可能にする方法が開示されている。

また、特許文献３には、リムを備えて回転自在に支持されたスピンドル軸と、該スピンドル軸と平行なドラム軸廻りに回転可能なドラム回転体とを用い、前記リムにタイヤを装着してなるタイヤ回転体を前記ドラム回転体に接触させ、何れか一方の回転体に回転力を付与することによりタイヤ回転体を回転させて前記タイヤの特性を測定するタイヤ試験方法において、前記回転しているタイヤ回転体の回転加速度と、該タイヤ回転体のタイヤに作用する前後力の変動成分とを求め、前記回転加速度に基づいて、両回転体の回転に起因する振動により発生し且つ前記前後力の変動成分に含まれる振動成分を算出し、前記前後力の変動成分から前記振動成分を取り除く補正をすることを特徴とするタイヤ試験方法が開示されている。

また、特許文献４には、ドラム摩耗試験により摩耗寿命の予測対象とするタイヤに所定大きさの所定入力を付与した状態で前記タイヤを摩耗させたときの前記タイヤの所定走行距離当りの摩耗量を計測し、かつ前記ドラム摩耗試験において前記タイヤに付与した入力と同一の入力を前記所定大きさと同一又は略同一の大きさで付与した状態における前記タイヤの第１の摩擦エネルギーを求めると共に、市場走行時の入力を加味した入力を付与した状態における前記タイヤの第２の摩擦エネルギーを求め、前記摩耗量及び前記第１の摩擦エネルギーに基づいて前記タイヤの摩耗し易さを示す摩耗指数を算出し、前記摩耗指数及び前記第２の摩擦エネルギーに基づいて前記タイヤの摩耗寿命を予測するタイヤ摩耗寿命予測方法が開示されている。

特開２００７−１３９７０８号公報 特表２００５−５２５５４９号公報 特開２００８−５８０８２号公報 特開２００３−５０１９０号公報

実際の車両では、加速度が小さくても、車両の回転半径が小さい時に車両特性により大きな横変形が起きることがある。

横方向の加速度が同じでも、速度が遅くなれば回転半径が小さくなり、一般的な四輪車の場合は、左右輪でタイヤの対地角度（対地スリップアングル）が変わる。この現象は一般的にアッカーマンの影響と言われるものであるが、タイヤにかかる負荷としては耐久、摩耗性能に十分に影響を与えうるものである。これは、速度が低い場合は、回転半径が小さく、横方向の加速度のみから求められる横力（荷重×横方向の加速度）よりも大きな横力がかかることを示している。

例えば平均速度が６０ｋｍ／ｈであっても、走行中に速度１６０ｋｍ／ｈの走行区間があると、空気抵抗の大きい１６０ｋｍ／ｈの走行区間での摩耗が大部分を占め、単純に平均速度を用いて摩耗量を試験する場合と比較して摩耗量が多くなる。

これに対して、従来では、タイヤの前後方向の加速度や横方向の加速度のみしか考慮されないため、車両の回転半径の影響がタイヤの横方向の変形や横力に正確に反映されず、タイヤの摩耗量を精度良く試験することができない、という問題があった。

本発明は、上記事実を考慮して、精度良くタイヤの摩耗量を試験することができるタイヤの摩耗試験装置、方法、及びプログラムを得ることが目的である。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明のタイヤの摩耗試験装置は、車両が予め定めた試験コースを走行したときに所定時間毎に測定した加速度及び速度のデータを取得する取得手段と、前記取得手段により取得した加速度及び前記車両に基づいて予め定めた荷重に基づいて、前記車両に発生する前後力及び横力を算出する横力算出手段と、前記取得手段により取得した横方向の加速度及び速度に基づいて、前記車両の旋回半径を算出する旋回半径算出手段と、前記旋回半径算出手段により算出した前記旋回半径と、前記車両の前輪のタイヤ間距離と、前記車両の前輪と後輪との軸間距離と、に基づいて、前記車両の左右の前輪のタイヤ角度を算出するタイヤ角度算出手段と、前記横力算出手段により算出した前記横力と、前記タイヤ角度算出手段により算出した前記左右の前輪のタイヤ角度の角度差と、前記車両が走行していない場合における前記左右の前輪のタイヤ角度の予め定めた角度差と、に基づいて、前記横力の増分を算出する増分算出手段と、前記算出手段により算出した前記前後力及び前記横力と、前記増分算出手段により算出した前記横力の増分と、を含むタイヤの摩耗試験用データを出力する出力手段と、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、前後方向の加速度、横方向の加速度から求められた前後力及び横力だけでなく、横方向の加速度及び速度から旋回半径を求め、求めた旋回半径から横力の増分を算出して、タイヤの摩耗試験用データとして出力する。なお、出力手段は、摩耗試験用データを記憶手段に出力して記憶させたり、摩耗試験機に出力して摩耗試験させたりする。

摩耗試験では、出力手段が出力した摩耗試験用データを用いる。これにより、横力の増分がタイヤに負荷として付与されるため、従来のように前後力や横力しかタイヤに付与しない場合と比較して、精度良く摩耗量を試験することができる。

請求項２に記載したように、前記出力手段は、前記取得手段により取得した前記車両の上下方向の加速度を前記タイヤの摩耗試験用データに含めて出力することが好ましい。

これにより、車両の上下方向の荷重の変動が考慮され、より精度良く摩耗量を試験することができる。

また、請求項３に記載したように、前記タイヤの摩耗試験用データに基づいて、タイヤの摩耗量を試験する摩耗試験手段を含む構成とすることができる。

そして、請求項４に記載したように、前記摩耗試験手段は、前記車両の前輪の左右のタイヤ各々について、前記タイヤの摩耗量を試験することが好ましい。

これにより、前輪の左右のタイヤ各々について、精度良く摩耗量を試験することができる。

請求項５記載の発明のタイヤの摩耗試験方法は、車両が予め定めた試験コースを走行したときに所定時間毎に測定した加速度及び速度のデータを取得するステップと、取得した加速度及び前記車両に基づいて予め定めた荷重に基づいて、前記車両に発生する前後力及び横力を算出するステップと、取得した横方向の加速度及び速度に基づいて、前記車両の旋回半径を算出するステップと、算出した前記旋回半径と、前記車両の前輪のタイヤ間距離と、前記車両の前輪と後輪との軸間距離と、に基づいて、前記車両の左右の前輪のタイヤ角度を算出するステップと、算出した前記横力と、算出した前記左右の前輪のタイヤ角度の角度差と、前記車両が走行していない場合における前記左右の前輪のタイヤ角度の予め定めた角度差と、に基づいて、前記横力の増分を算出するステップと、算出した前記前後力及び前記横力と、算出した前記横力の増分と、を含むタイヤの摩耗試験用データを出力するステップと、を含むことを特徴とする。

請求項６記載の発明のタイヤの摩耗試験プログラムは、コンピュータを、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のタイヤの摩耗試験装置を構成する各手段として機能させるためのタイヤの摩耗試験プログラムである。

本発明によれば、精度良くタイヤの摩耗量を試験することができる、という効果を有する。

タイヤの性能予測を実施するためのパーソナルコンピュータの概略図である。 コンピュータの概略ブロック図である。 タイヤの摩耗試験プログラムのフローチャートである。 タイヤにかかる荷重と横力との関係を示した線図である。 タイヤにかかる荷重とキャンバー角との関係を示した線図である。 車両が走行コースを走行した場合の上下方向の加速度、荷重、横力、キャンバー角の関係を示す図である。 車両の前輪の左右のタイヤの角度について説明するための図である。 タイヤの旋回半径と横力との関係を示した線図である。 摩耗試験によるタイヤ幅方向の各部の摩耗量を示す線図である。 実車によるタイヤ幅方向の各部の摩耗量を示す線図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１には一例として空気入りタイヤの摩耗試験用データを生成し、生成した摩耗試験用データに基づいてタイヤの摩耗量を試験するためのタイヤの摩耗試験装置としてのパーソナルコンピュータの概略が示されている。このパーソナルコンピュータは、データ等を入力するためのキーボード１０、予め記憶された処理プログラムに従ってタイヤの摩耗試験を実行するコンピュータ１２、コンピュータ１２による演算結果や各種画面等を表示するディスプレイ１４、及びディスプレイ１４に表示されたカーソルを所望の位置に移動させたり、カーソル位置のメニュー項目やオブジェクト等を選択したり選択解除したりドラッグしたりする操作を行うためのマウス１６を含んで構成されている。

コンピュータ１２は、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１２Ｅがバス１２Ｆを介して各々接続された構成となっている。

Ｉ／Ｏ１２Ｅには、キーボード１０、ディスプレイ１４、マウス１６、ハードディスク１８、記録媒体としてのＣＤ−ＲＯＭ２０が挿抜可能なＣＤ−ＲＯＭドライブ２１、及び摩耗試験部２２が接続されている。

ハードディスク１８には、後述するタイヤの摩耗試験プログラムや、摩耗試験に必要なデータであって、試験コースを走行したときに測定した加速度や速度のデータ、その他タイヤの摩耗試験プログラムの実行に必要な各種パラメータやデータ等が記憶されている。ＣＰＵ１２Ａは、ハードディスク１８に記憶されたタイヤの摩耗試験プログラムを読み込んで実行する。

なお、後述するタイヤの摩耗試験プログラム等は、例えばＣＤ−ＲＯＭドライブ２１を用いてＣＤ−ＲＯＭ２０から読み出し可能とすることもできるので、後述するタイヤの摩耗試験プログラムは、予めＣＤ−ＲＯＭ２０に記録しておき、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２１を介してＣＤ−ＲＯＭ２０に記録されたタイヤの摩耗試験プログラムを読み込んで実行してもよい。

また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭに限らず、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記ＣＤ−ＲＯＭドライブ２１に代えて、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ、ＭＤドライブ、ＭＯドライブ等を用いればよい。

摩耗試験部２２は、入力されたタイヤの摩耗試験用データに基づいて、セットされたタイヤに前後力や横力等を付与して回転させることによりタイヤの摩耗量を試験するものであり、公知のドラム試験機等で構成される。

次に、本実施の形態の作用として、コンピュータ１２で実行されるタイヤの摩耗試験プログラムの処理ルーチンについて図３に示すフローチャートを参照して説明する。

なお、本プログラムの実行の前に、車両に３軸加速度計及び速度計を取り付けて予め定めた試験コースを走行させ、車両の前後方向加速度、横方向加速度、上下方向加速度、及び速度を所定時間毎に測定して取得しておく。この測定データは、例えばハードディスク１８に予め定め記憶しておく。

図４には車両にかかる荷重と横力との関係の一例を、図５には、荷重とキャンバー角との関係の一例を示した。このような関係から、図６に示すように、車両２４が一例として坂を上って下るような試験コース２６を走行した場合、上り坂２６Ａでは、上下方向の加速度、荷重、横力は大きくなり、キャンバー角は小さくなる。また、上りきって下り始める頂上２６Ｂでは、上下方向の加速度、荷重、横力は小さくなり、キャンバー角は大きくなる。また、下り坂２６Ｃでは、上下方向の加速度、荷重、横力は大きくなり、キャンバー角は小さくなる。

このように、上下方向の加速度により荷重、横力、キャンバー角に対して影響があることから、本実施形態では、摩耗試験用データの生成において上下方向の加速度を考慮する。

ステップ１００では、ハードディスク１８に記憶された各方向の加速度及び速度の測定データを読み出す。

ステップ１０２では、読み出した各時刻の加速度及び荷重に基づいて、前後力及び横力を各時刻毎に算出し、ハードディスク１８に記憶する。このとき、荷重は試験コースを走行させた車両の車両情報に基づいて予め定めた値とする。前後力は、前後方向の加速度に荷重を乗算することで算出され、横力は、横方向の加速度に荷重を乗算することで得られる。

ステップ１０４では、車両の旋回半径Ｒを各時刻毎に算出する。旋回半径Ｒは、速度をＶ、横方向の加速度をＧｙとして次式で算出することができる。

Ｒ＝Ｖ^２／Ｇｙ ・・・（１）

ステップ１０６では、車両の前輪の左右のタイヤの角度θ_Ｒ、θ_Ｌを各時刻毎に算出する。図７に示すように、前輪の左右のタイヤ間距離をＷ、前輪と後輪との軸間距離をＬとすると、左旋回時のθ_Ｒ、θ_Ｌは次式が成立する。

θ_Ｒ＝ｔａｎ^−１［｛Ｌ／（Ｒ^２−Ｌ^２）｝^１／２＋Ｗ／２］ ・・・（２）

θ_Ｌ＝ｔａｎ^−１［｛Ｌ／（Ｒ^２−Ｌ^２）｝^１／２−Ｗ／２］ ・・・（３）

また、右旋回時には、次式が成立する。

θ_Ｒ＝ｔａｎ^−１［｛Ｌ／（Ｒ^２−Ｌ^２）｝^１／２−Ｗ／２］ ・・・（４）

θ_Ｌ＝ｔａｎ^−１［｛Ｌ／（Ｒ^２−Ｌ^２）｝^１／２＋Ｗ／２］ ・・・（５）

本実施形態では、後述する横力の増分を求める式より、右旋回か左旋回かを判別する必要はなく、２つの異なる角度が算出されればよいため、ステップ１０６では、上記（２）、（３）式により、異なる２つの角度を算出すればよい。

ステップ１０８では、車両の前輪の左右のタイヤに発生する横力の増分を各時刻毎に算出する。

Ｆ_Ｒ＝ｃｐ×（｜θ_Ｒ−θ_Ｌ｜−｜θ_Ｒ’−θ_Ｌ’｜）／２ ・・・（６）

Ｆ_Ｌ＝−ｃｐ×（｜θ_Ｒ−θ_Ｌ｜−｜θ_Ｒ’−θ_Ｌ’｜）／２ ・・・（７）

ここで、ｃｐはタイヤのコーナリングフォース、すなわちタイヤの角度に応じて発生する横力であり、ステップ１０２で求めた横力である。また、｜θ_Ｒ’−θ_Ｌ’｜は、車両が進行せずに旋回だけした場合における左右のタイヤの角度差、すなわち、タイヤを据え切りした場合の左右のタイヤの角度差である。

算出した各時刻の横力の増分Ｆ_Ｒ、Ｆ_Ｌは、ハードディスク１８に記憶する。図８に示すように、旋回半径Ｒと横力との関係は、旋回半径Ｒが小さくなるに従って横力が大きくなるような関係である。従って、タイヤの摩耗試験においては、旋回半径を考慮することが重要となる。

ステップ１１０では、ハードディスク１８に記憶された測定データのうち、各時刻における上下方向の加速度、ステップ１００でステップ１０２でハードディスク１８に記憶した各時刻における前後力及び横力、ステップ１０８でハードディスク１８に記憶した各時刻における横力の増分の各データを、タイヤの摩耗試験用データとして摩耗試験部２２に出力し、タイヤの摩耗量を試験する。

摩耗試験部２２では、入力されたタイヤの摩耗試験用データ、すなわち、上下方向の加速度、前後力及び横力、横力の増分を、セットされたタイヤに付与して回転させ、摩耗量を試験する。この試験は、車両の前輪の左右両方のタイヤ各々について行う。これにより、前輪の左右のタイヤの各々の摩耗量を精度良く試験することができる。

このように、本実施形態では、前後方向の加速度、横方向の加速度から求められた前後力及び横力だけでなく、横方向の加速度及び速度から旋回半径を求め、求めた旋回半径から横力の増分を算出する。そして、摩耗試験では、横力の増分と共に上下方向の加速度による荷重の変動がタイヤに負荷として付与されるため、従来のように前後力や横力しかタイヤに付与しない場合と比較して、精度良く摩耗量を試験することができる。なお、上下方向の加速度を省略して摩耗試験するようにしてもよい。

本実施形態では、ドラム試験機等で構成された摩耗試験部２２によって摩耗試験を行う場合について説明したが、これに限らず、タイヤの摩耗試験用データに基づいてタイヤの摩耗量をシミュレーションするようにしてもよい。すなわち、有限要素法に基づくタイヤモデルを作成し、作成したタイヤモデルに対して上下方向の加速度、前後力及び横力、横力の増分を付与して転動解析することによってタイヤの摩耗量をシミュレーションするようにしてもよい。この場合、摩耗試験部２２を省略することができる。

また、路面観察機にタイヤを接地させてタイヤの接地形状等を観察する場合に、タイヤの摩耗試験用データに基づいて上下方向の加速度、前後力及び横力、横力の増分をタイヤに付与してタイヤの接地形状等を観察するようにしてもよい。

（実施例）

次に、本発明の実施例について説明する。

図９には、実際の路面を模擬した実路模擬路面が貼り付けられたドラム試験機に試験対象のタイヤをセットして、５０００ｋｍ走行させた場合のタイヤの各部の摩耗量の試験結果を示した。なお、ドラム試験機は、タイヤに前後力、横力、荷重、キャンバー角を付与可能である。

また、図１０には、実車において試験コースを走行させてタイヤの摩耗量を測定した結果を示した。

図９において、「考慮無し」は、車両が試験コースを走行したときに取得した各方向の加速度のうち、前後方向及び横方向の加速度のみを用いてタイヤの前後力や横力を算出し、算出した前後力及び横力をタイヤに付与して回転させることにより摩耗量を試験した場合の結果を示している。

また、「アッカーマン」は、「考慮無し」の場合に加えて、前述したように横方向の加速度及び速度から求められた旋回半径から求まる横力の増分をタイヤに負荷して摩耗量を試験した場合の結果を示している。

また、「荷重変動」は、「考慮無し」の場合に加えて、上下方向の加速度から荷重を変動させてタイヤに付与して摩耗量を試験した場合の結果を示している。

また、「両方考慮」は、「アッカーマン」、「荷重変動」の両方を考慮して、横力の増分及び荷重の変動をタイヤに付与して摩耗量を試験した場合の結果を示している。

図９に示すように、「アッカーマン」の場合、タイヤ幅方向外側のショルダー部の摩耗量が特に多くなっている。これは、旋回半径が小さい場合の横力の増分が摩耗を促進しているからである。

また、「両方考慮」の場合、タイヤ幅方向外側及び内側の両方のショルダー部の摩耗量が多くなっている。これは、上下方向の加速度による荷重変動が大きく影響していることを示している。

以上より、旋回半径及び上下方向の加速度による荷重の変動の両方を考慮しない「考慮無し」の場合と比較すると、旋回半径を考慮した「アッカーマン」の方がより図１０に示す実車の摩耗量に近く、旋回半径に加えて上下方向の加速度による荷重変動を考慮した「両方考慮」の場合、より実車の摩耗量に近づくことが判り、本発明がタイヤの摩耗量を予測するのに有効であることが判った。

１０ キーボード
１２ コンピュータ
１４ ディスプレイ
１６ マウス
１８ ハードディスク
２１ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
２２ 摩耗試験部

Claims (6)

1. 車両が予め定めた試験コースを走行したときに所定時間毎に測定した加速度及び速度のデータを取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得した加速度及び前記車両に基づいて予め定めた荷重に基づいて、前記車両に発生する前後力及び横力を算出する横力算出手段と、
   前記取得手段により取得した横方向の加速度及び速度に基づいて、前記車両の旋回半径を算出する旋回半径算出手段と、
   前記旋回半径算出手段により算出した前記旋回半径と、前記車両の前輪のタイヤ間距離と、前記車両の前輪と後輪との軸間距離と、に基づいて、前記車両の左右の前輪のタイヤ角度を算出するタイヤ角度算出手段と、
   前記横力算出手段により算出した前記横力と、前記タイヤ角度算出手段により算出した前記左右の前輪のタイヤ角度の角度差と、前記車両が走行していない場合における前記左右の前輪のタイヤ角度の予め定めた角度差と、に基づいて、前記横力の増分を算出する増分算出手段と、
   前記算出手段により算出した前記前後力及び前記横力と、前記増分算出手段により算出した前記横力の増分と、を含むタイヤの摩耗試験用データを出力する出力手段と、
   を含むタイヤの摩耗試験装置。
2. 前記出力手段は、前記取得手段により取得した前記車両の上下方向の加速度を前記タイヤの摩耗試験用データに含めて出力する
   請求項１記載のタイヤの摩耗試験装置。
3. 前記タイヤの摩耗試験用データに基づいて、タイヤの摩耗量を試験する摩耗試験手段
   を含む請求項１又は請求項２記載のタイヤの摩耗試験装置。
4. 前記摩耗試験手段は、前記車両の前輪の左右のタイヤ各々について、前記タイヤの摩耗量を試験する
   請求項３記載のタイヤの摩耗試験装置。
5. 車両が予め定めた試験コースを走行したときに所定時間毎に測定した加速度及び速度のデータを取得するステップと、
   取得した加速度及び前記車両に基づいて予め定めた荷重に基づいて、前記車両に発生する前後力及び横力を算出するステップと、
   取得した横方向の加速度及び速度に基づいて、前記車両の旋回半径を算出するステップと、
   算出した前記旋回半径と、前記車両の前輪のタイヤ間距離と、前記車両の前輪と後輪との軸間距離と、に基づいて、前記車両の左右の前輪のタイヤ角度を算出するステップと、
   算出した前記横力と、算出した前記左右の前輪のタイヤ角度の角度差と、前記車両が走行していない場合における前記左右の前輪のタイヤ角度の予め定めた角度差と、に基づいて、前記横力の増分を算出するステップと、
   算出した前記前後力及び前記横力と、算出した前記横力の増分と、を含むタイヤの摩耗試験用データを出力するステップと、
   を含むタイヤの摩耗試験方法。
6. コンピュータを、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のタイヤの摩耗試験装置を構成する各手段として機能させるためのタイヤの摩耗試験プログラム。

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