JP2013226975A - Device, method and program for estimating dissipated energy of tire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タイヤ消散エネルギー推定装置、方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a tire dissipation energy estimation device, method, and program.
従来、空気入りタイヤなどのタイヤ開発において、タイヤの摩耗状態を取得する場合、実際にタイヤを設計・製造し、自動車に装着して走行させ、その後摩耗した状態のタイヤを実測することにより得ていた。また、近年では、有限要素法等の数値解析手法や計算環境の発達により、計算機でタイヤの形状や摩耗等をシミュレーションする手法に移行している。加えて、多くのユーザーにエネルギー消費の少ない車両やタイヤの要求が高まっているだけでなく、運転そのものもエネルギー消費の少ない、いわゆる「エコ」運転が注目されている。 Conventionally, in the development of tires such as pneumatic tires, when acquiring the wear state of a tire, it is obtained by actually designing and manufacturing the tire, running it on a car, running it, and then measuring the worn tire. It was. In recent years, with the development of numerical analysis methods such as the finite element method and the calculation environment, the computer has shifted to a method of simulating tire shape and wear with a computer. In addition, the demand for vehicles and tires with low energy consumption is increasing for many users, and so-called “eco” driving is also attracting attention because of its low energy consumption.
走行に伴うタイヤのすべりによるエネルギー消散は、タイヤの摩耗に関連するため、とりわけタイヤの摩耗の予測や推定の技術開発が従来から行われている。これらの主なものは、タイヤを細かな要素に分割したタイヤモデルに基づいてすべり量を求めてタイヤの摩耗を推定したりしているが、膨大な計算や、実験との照合によるものが多く、オンライン推定が可能なほど簡易な推定であるとはいえない。 Since energy dissipation due to slipping of tires associated with running is related to tire wear, technology development for predicting and estimating tire wear has been conventionally performed. The main of these are estimating tire wear by obtaining the slip amount based on a tire model that divides the tire into fine elements, but many are based on huge calculations and verification with experiments. However, it cannot be said that the estimation is so simple that online estimation is possible.
例えば、特許文献1には、タイヤの横滑り角や路面とタイヤ間の摩擦係数、横滑り時の接地面の接地圧力分圧を規定する係数等を用いて、タイヤ力学要素パラメータを算出し、この要素パラメータからタイヤの摩耗特性を算出し、さらにトレッドゴムの物性情報とを組み合わせてタイヤ摩耗を推定する技術が開示されている。
For example, in
また、特許文献2には、実際に摩耗したタイヤの使用状況を推定・設定し、推定した使用条件で新規のタイヤを用いて転動解析を行い、タイヤのトレッドゴム接地面における単位面積当たりの摩耗エネルギーを推定し、それらのパラメータから摩耗量を推定する技術が開示されている。この技術は、オンライン推定の観点ではなく、摩耗量の推定から、ゴムの物性が違う場合にどのくらい摩耗するのかを算出することを目的としている。
また、特許文献3には、タイヤモデル・路面モデルを作成し、走行条件を設定して転動シミュレーションを実施し、転動エネルギーを算出し、摩耗エネルギーを算出・補正し、摩耗量を推定する技術が開示されている。走行モードの設定では、各種要因(タイヤ空気圧、負荷荷重、タイヤ転動速度、スリップ角、キャンバ角)からモードを設定してシミュレーションを行い、摩耗量を推定、算出する。タイヤの接地面から受ける摩耗エネルギーは、あらかじめ定められたタイヤ接地面上の複数の地点毎に取得し、取得された複数の摩耗エネルギーを比較することで補正を行い、タイヤ摩耗を予測する。
In
また、特許文献4には、タイヤ摩耗のシミュレーションを行う際に、シミュレーション条件を設定し、転動解析を行い、摩耗エネルギーを算出し、摩耗量を算出し(複数条件で摩耗量を算出)、摩耗量の平均値を算出し、タイヤモデルを修正する技術が開示されている。
In
しかしながら、上記従来技術では、膨大な計算が必要となり、タイヤの消散エネルギーを簡単に推定するのは困難である。 However, the above prior art requires enormous calculation, and it is difficult to easily estimate the dissipation energy of the tire.
本発明は、簡易かつ短時間でタイヤの消散エネルギーを推定することができるタイヤ消散エネルギー推定装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a tire dissipation energy estimation device, method, and program capable of estimating the dissipation energy of a tire simply and in a short time.
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明のタイヤ消散エネルギー推定装置は、入力された車両のヨー角速度、タイヤの回転角速度、車両重心点の横方向及び前後方向の加速度、及び前輪の舵角に基づいて、タイヤの接地面を粘着域とすべり域とで定義する力学モデルにおける前記すべり域で発生する力のベクトル及び前記すべり域におけるすべり速度のベクトルを算出するベクトル算出手段と、前記力のベクトルと前記すべり速度のベクトルとの内積を算出することにより、タイヤの消散エネルギーの時間率を算出する消散エネルギー時間率算出手段と、を有することを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the tire dissipation energy estimation device according to the first aspect of the present invention is the input vehicle yaw angular velocity, tire rotational angular velocity, lateral and longitudinal acceleration of the vehicle center of gravity, and front wheel rudder. A vector calculating means for calculating a vector of a force generated in the slip region and a vector of a slip speed in the slip region in a dynamic model that defines a tire contact surface by an adhesion region and a slip region based on the angle; and the force And a dissipating energy time rate calculating means for calculating a time rate of the dissipating energy of the tire by calculating the inner product of the vector of the slip speed and the vector of the sliding speed.
この発明によれば、入力された車両のヨー角速度、タイヤの回転角速度、車両重心点の横方向及び前後方向の加速度、及び前輪の舵角に基づいて、タイヤの接地面を粘着域とすべり域とで定義する力学モデルにおけるすべり域で発生する力のベクトル及びすべり域におけるすべり速度のベクトルを算出し、これらのベクトルの内積を算出することにより、タイヤの消散エネルギーの時間率を算出する。このため、従来のように有限要素法を用いたシミュレーション等のように膨大な計算をする必要がなく、簡易且つ短時間でタイヤの消散エネルギーを算出することができる。 According to the present invention, based on the input vehicle yaw angular velocity, tire rotational angular velocity, vehicle center-of-gravity point lateral and longitudinal acceleration, and front wheel rudder angle, the tire ground contact surface is defined as a sticky region and a slip region. The time vector of the dissipation energy of the tire is calculated by calculating the vector of the force generated in the slip region and the vector of the slip velocity in the slip region in the dynamic model defined by and calculating the inner product of these vectors. For this reason, it is not necessary to perform enormous calculation as in the conventional simulation using the finite element method, and the dissipation energy of the tire can be calculated easily and in a short time.
なお、請求項2に記載したように、前記タイヤの消散エネルギーの時間率を時間積分することにより前記タイヤの消散エネルギーを算出するタイヤ消散エネルギー算出手段を備えた構成としてもよい。これにより、タイヤの消散エネルギーを容易に認識することができる。
In addition, as described in
また、請求項3に記載したように、前記ベクトル算出手段は、前記車両重心点の横方向及び前後方向の加速度に基づいて、前記タイヤの垂直荷重を算出する垂直荷重算出手段と、前記車両のヨー角速度に基づいて、前記タイヤの回転面内方向の進行速度を算出する進行速度算出手段と、前記タイヤの垂直荷重、前記タイヤの回転角速度、及び前記タイヤの回転面内方向の進行速度に基づいて、前記タイヤの縦すべり率を算出する縦すべり率算出手段と、前記前輪の舵角と車両重心点の前後方向及び横方向の速度と前記車両のヨー角速度とに基づいて、前記タイヤの横すべり角を算出する横すべり角算出手段と、を含み、前記垂直荷重、前記タイヤの回転面内方向の進行速度、前記タイヤの縦すべり率、及び前記タイヤの横すべり角に基づいて、前記タイヤの消散エネルギーの時間率を算出するようにしてもよい。 According to a third aspect of the present invention, the vector calculating means includes a vertical load calculating means for calculating a vertical load of the tire based on lateral and longitudinal accelerations of the center of gravity of the vehicle, Based on the yaw angular velocity, the traveling speed calculation means for calculating the traveling speed in the in-plane direction of the tire, the vertical load of the tire, the rotational angular speed of the tire, and the traveling speed in the in-plane direction of the tire A slip ratio calculating means for calculating a longitudinal slip ratio of the tire, a front slip direction of the front wheel, a front-rear and lateral speed of the vehicle center of gravity, and a yaw angular speed of the vehicle. Side slip angle calculating means for calculating an angle, and based on the vertical load, the traveling speed in the in-plane direction of the tire, the longitudinal slip ratio of the tire, and the side slip angle of the tire It may be calculated time rate of dissipation energy of the tire.
また、請求項4に記載したように、前記垂直荷重、前記タイヤの回転面内方向の進行速度、前記タイヤの縦すべり率、及び前記タイヤの横すべり角に基づいて、前記接地面全域で発生する前後力及び横力を算出する力算出手段を備えた構成としてもよい。
In addition, as described in
また、請求項5に記載したように、前記進行速度算出手段は、前記車両のヨー角速度と、前記力算出手段からフィードバックされた前記接地面全域で発生する前後力及び横力と、に基づいて、前記タイヤの回転面内方向の進行速度を算出するようにしてもよい。 According to a fifth aspect of the present invention, the traveling speed calculation means is based on the yaw angular speed of the vehicle and the longitudinal force and lateral force generated across the ground contact surface fed back from the force calculation means. The traveling speed in the in-plane direction of the tire may be calculated.
また、請求項6に記載したように、前記横すべり角算出手段は、前記車両のヨー角速度と、前記力算出手段からフィードバックされた前記接地面全域で発生する前後力及び横力と、に基づいて、前記タイヤの横すべり角を算出するようにしてもよい。 According to a sixth aspect of the present invention, the side slip angle calculating means is based on a yaw angular velocity of the vehicle and a longitudinal force and a lateral force generated across the ground contact surface fed back from the force calculating means. The side slip angle of the tire may be calculated.
また、請求項7に記載したように、前記タイヤの消散エネルギーの時間率をタイヤ毎に表示する表示手段を備えた構成としてもよい。
Further, as described in
また、請求項8に記載したように、前記タイヤの消散エネルギーをタイヤ毎に表示する表示手段を備えた構成としてもよい。
Moreover, as described in
請求項9記載の発明のタイヤ消散エネルギー推定方法は、入力された車両のヨー角速度、タイヤの回転角速度、車両重心点の横方向及び前後方向の加速度、及び前輪の舵角に基づいて、タイヤの接地面を粘着域とすべり域とで定義する力学モデルにおける前記すべり域で発生する力のベクトル及び前記すべり域におけるすべり速度のベクトルを算出し、 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a tire dissipation energy estimation method based on an input vehicle yaw angular velocity, tire rotational angular velocity, lateral and longitudinal acceleration of a vehicle center of gravity, and front wheel steering angle. Calculate a force vector generated in the slip area and a slip speed vector in the slip area in a dynamic model that defines the contact surface as an adhesive area and a slip area,
前記力のベクトルと前記すべり速度のベクトルとの内積を算出することにより、タイヤの消散エネルギーの時間率を算出することを特徴とする。 By calculating the inner product of the force vector and the sliding speed vector, the time rate of the dissipation energy of the tire is calculated.
また、請求項10記載の発明のタイヤ消散エネルギー推定プログラムは、コンピュータを、請求項1〜8の何れか1項に記載のタイヤ消散エネルギー推定装置として機能させることを特徴とする。 A tire dissipation energy estimation program according to a tenth aspect of the invention causes a computer to function as the tire dissipation energy estimation device according to any one of the first to eighth aspects.
本発明によれば、簡易かつ短時間でタイヤの消散エネルギーを推定することができる、という効果を有する。 According to the present invention, there is an effect that the dissipation energy of a tire can be estimated easily and in a short time.
図1は本実施形態に係るタイヤ消散エネルギー推定システム10の概略構成を示した。同図に示すように、タイヤ消散エネルギー推定システム10は、タイヤの消散エネルギーを推定するタイヤ消散エネルギー推定装置12、車両のヨー角速度を検出するヨー角速度センサ14、タイヤの回転角速度を検出するタイヤ回転角速度センサ16、車両重心点の横方向の加速度を検出する横加速度センサ18、車両重心点の前後方向の加速度を検出する前後加速度センサ20、前輪の舵角を検出する舵角センサ22、及びタイヤ消散エネルギー推定装置12で計算したタイヤの消散エネルギー等の各種情報を表示する表示部24を含んで構成されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a tire dissipation
なお、タイヤ回転角速度センサ16はタイヤ毎に設けられる。また、ヨー角速度センサ14、タイヤ回転角速度センサ16、横加速度センサ18、前後加速度センサ20、及び舵角センサ22は、通常は自動車に搭載されているものであり、これを利用することができる。また、表示部24は、例えば自動車のインパネ部に設けられた表示装置や、カーナビゲーションシステムのディスプレイ等を用いることができる。
The tire rotation
また、本実施形態では、一例として4輪の自動車にタイヤ消散エネルギー推定システム10が搭載された場合について説明するが、4輪以外(2輪や6輪等)の自動車にタイヤ消散エネルギー推定システム10を搭載してもよい。
In the present embodiment, a case where the tire dissipation
図2は、本実施形態に係るタイヤ消散エネルギー推定装置12によるタイヤ消散エネルギー推定処理の内容をイメージ的に表した図である。
FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating the content of the tire dissipation energy estimation process performed by the tire dissipation
図2に示すように、タイヤ消散エネルギー推定装置12は、上記の各センサから車両のヨー角速度r、タイヤの回転角速度ωi、車両重心点の横方向の加速度ay、車両重心点の前後方向の加速度ax、及び前輪の舵角δを入力し、これらのパラメータに基づいて、各タイヤに発生する前後力Fxi、横力Fyi、及び消散エネルギーの時間率Wiを算出(推定)する。なお、iは、タイヤを表す添え字であり、4輪自動車であれば1〜4の値となり、1、2が左右の前輪を表し、3、4が左右の後輪をそれぞれ表す。
As shown in FIG. 2, the tire dissipation
次に、タイヤ消散エネルギー推定装置12で実行されるタイヤ消散エネルギー推定処理について、図3に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図3に示すタイヤの消散エネルギー推定処理は、本実施形態では一例として予め定めた時間毎に実行される。
Next, tire dissipation energy estimation processing executed by the tire dissipation
ステップS100では、車両のヨー角速度rをヨー角速度センサ14から入力し、車両重心点の前後方向の速度U及び車両重心点の横方向の速度vを次式により計算する。
In step S100, the yaw angular velocity r of the vehicle is input from the yaw
ただし、mは車両質量である。また、Fxiは接地面全域で発生する前後力、Fyiは接地面全域で発生する横力であり、タイヤ消散エネルギー推定処理を前回実行したときに後述するステップS114で計算されたFxi、Fyiがフィードバックされて入力される。また、積分計算内のv、Uは、タイヤ消散エネルギー推定処理を前回実行したときにステップS100で計算されたv、Uがフィードバックされて入力される。 Where m is the vehicle mass. F xi is a longitudinal force generated over the entire contact surface, F yi is a lateral force generated over the entire contact surface, and F xi calculated in step S114, which will be described later, when the tire dissipation energy estimation process is executed last time, F yi is fed back and input. Further, v and U in the integral calculation are fed back and input from v and U calculated in step S100 when the tire dissipation energy estimation process was executed last time.
次に、ステップS102では、車両重心点での前後方向の加速度axを前後加速度センサ20から入力すると共に、車両重心点での横方向の加速度ayを横加速度センサ18から入力し、前輪及び後輪の垂直荷重Fziを次式により計算する。
Next, in step S102, and inputs an acceleration a x in the longitudinal direction of the vehicle center of gravity from the
ただし、Fz0iは静止時におけるタイヤの荷重、hは車両重心点の地上高、lはホイールベース、dfは前輪のタイヤ間距離、drは後輪のタイヤ間距離、Kφfは前輪のサスペンションのロール剛性、Kφrは後輪のサスペンションのロール剛性である。 However, F Z0i the load of the tire at the time of stationary, h is height above ground of the vehicle center of gravity, l is a wheel base, the d f between the front wheel tire distance, d r is a tire distance between the rear wheels, K .phi.f the front wheel The roll stiffness of the suspension, K φr, is the roll stiffness of the rear wheel suspension.
ステップS104では、各タイヤの回転角速度ωiを各タイヤに設けられた回転角速度センサ16から入力し、タイヤ接地面の周速度uωiを次式により各々計算する。
uωi=Ri・ωi ・・・(5)
In step S104, the rotational angular velocity ω i of each tire is input from the rotational
u ωi = R i · ω i (5)
ただし、Riはタイヤの有効半径であり、次式により計算される。 However, Ri is an effective radius of a tire, and is calculated by the following formula.
ただし、R0は無荷重時のタイヤ半径、αは0〜1.0の範囲で設定された調整係数、kzはタイヤの上下剛性である。ここで、調整係数は、タイヤの種類に応じて予め設定され、例えばラジアルタイヤの場合は0、バイアスタイヤの場合は1に設定される。 However, R 0 is a tire radius at the time of no load, alpha adjustment coefficient is set in a range of 0 to 1.0, k z is the vertical stiffness of the tire. Here, the adjustment coefficient is set in advance according to the type of tire. For example, the adjustment coefficient is set to 0 for a radial tire and to 1 for a bias tire.
ステップS106では、車両のヨー角速度rをヨー角速度センサ14から入力し、タイヤの回転面内方向の進行速度Viを前輪(Vf)及び後輪(Vr)の各々について次式により計算する。
In step S106, the yaw angular velocity r of the vehicle is input from the yaw
ステップS108では、タイヤの縦すべり率sを次式により計算する。なお、制動時と駆動時とで計算式が異なる。 In step S108, the tire longitudinal slip ratio s is calculated by the following equation. Note that the calculation formula differs between braking and driving.
ステップS110では、車両重心点の横すべり角βを次式により計算する。 In step S110, the side slip angle β of the vehicle center of gravity is calculated by the following equation.
ステップS112では、舵角センサ22から前輪の舵角δを入力し、タイヤの横すべり角βiを前輪(βf)及び後輪(βr)の各々について次式により計算する。
In step S112, the steering angle δ of the front wheel is input from the
ただし、lfは車両重心点から前輪までの距離、lrは車両重心点から前輪までの距離である。 Here, l f is the distance from the vehicle center of gravity to the front wheels, and l r is the distance from the vehicle center of gravity to the front wheels.
ステップS114では、上記のように計算した縦すべり率si、タイヤの横すべり角βi、タイヤの回転面内方向の進行速度Vi、タイヤの垂直荷重Fziを入力として、ブラッシュモデルに基づく各タイヤの消散エネルギーの時間率Wiを計算する。 In step S114, the longitudinal slip ratio s i calculated as described above, the tire side slip angle β i , the traveling speed V i in the in- plane direction of the tire, and the tire vertical load F zi are input, and each of the models based on the brush model is input. The time rate W i of the dissipation energy of the tire is calculated.
ブラッシュモデルについては、上記非特許文献1に詳しいので、詳細な説明は省略するが、ブラッシュモデルでは、上記非特許文献1の図2.32に記載されているように、弾性変形する部分が剛なリムやトレッドベースに対応する円環に取り付けられたトレッドラバーのみとし、これが横方向及び前後方向に弾性変形する力学モデルである。ただし、このトレッドラバーは環状の連続体ではなく、タイヤの周方向に独立した無数の弾性と考える。
The brush model is detailed in
上記非特許文献1では、タイヤが角速度ωで回転しながら、その回転面に対して成す角がβとなる方向に進行しており、その回転面の方向の速度成分がuであるとして、このようなタイヤに対し、前後方向にFx、横方向にFy、上下方向にFzの力が働いているとする。
In
また、上記非特許文献1では、図4(非特許文献1の図2.34)に示すように、タイヤの接地面中心線の前端を原点Oとし、前後方向をx軸、横方向をy軸にとる。また、O点の真上のトレッドベース状の点をO’とする。そして、Δtの時間の間にO点から入った接地点はP点まで進み、O’点から入った接地点はP’点まで進むものとし、P’点をx軸上に投影した点をP”とする。そして、P点に働くx方向及びy方向の力等を算出する。
Moreover, in the said
また、図4の接地面内の各部分に接地圧によって働く最大摩擦力の分布は図5(非特許文献1の図2.35)に示すような分布Aになり、接地面のx方向(前後方向)の中央部分で最大となる。そして、接地面のP点において縦方向(x方向)及び横方向(y方向)にすべりが発生している場合、P点に対して縦方向に働く力はB1、横方向に働く力はB2、これらの合力はB3で表される。そして、分布Aと合力B3との交点Cのx方向の位置をxsとして、x方向の位置xaが0≦xa<xsの範囲においては、最大摩擦力の方がすべりの合力よりも大きいため、すべりが発生しない粘着域となる。一方、位置xaがxs≦xaの範囲においては、すべりの合力の方が最大摩擦力よりも大きいため、すべりが発生するすべり域となる。
Further, the distribution of the maximum frictional force acting on each part in the ground plane in FIG. 4 due to the ground pressure is a distribution A as shown in FIG. 5 (FIG. 2.35 of Non-Patent Document 1), and the x direction ( It becomes the maximum at the center part in the front-back direction. When slip occurs in the vertical direction (x direction) and the horizontal direction (y direction) at point P on the ground plane, the force acting in the vertical direction with respect to point P is B1, and the force acting in the horizontal direction is B2. These resultant forces are represented by B3. Then, the x-position of the intersection point C between distribution A resultant force B3 as x s, in the range of positions x a in the
このすべり域においてタイヤがすべることによりエネルギーが消散されることから、本実施形態では、上記非特許文献1に記載された手法を用いて、タイヤのすべり域における力のベクトル及びすべり速度のベクトルを算出する。そして、これらの内積を求めることにより、タイヤの消散エネルギーを算出する。
Since energy is dissipated by the tire slipping in this slip region, in the present embodiment, the force vector and slip velocity vector in the tire slip region are calculated using the method described in
具体的には、まず、ブラッシュタイヤモデルのすべり域で発生する縦方向(x方向)の力(前後力)Fsx、横方向(y方向)の力(横力)Fsy、接地面全域で発生するタイヤの縦方向の力(前後力)Fx、横方向の力(横力)Fyを以下のようにして計算する。 Specifically, first, the longitudinal (x direction) force (front-rear force) F sx , the lateral (y direction) force (lateral force) F sy generated in the slip region of the brush tire model, The generated longitudinal force (front / rear force) F x and lateral force (lateral force) F y of the tire are calculated as follows.
まず、タイヤのすべり率s、ξs、cosθ、sinθを以下のように計算する。なお、タイヤの制動時(s>0)と駆動時(s≦0)とで計算方法が異なるので、まず、タイヤの制動時の場合について説明する。 First, tire slip ratios s, ξ s , cos θ, and sin θ are calculated as follows. Since the calculation method is different between tire braking (s> 0) and driving (s ≦ 0), the case of tire braking will be described first.
タイヤの制動時には、タイヤのすべり率sは上記(9)式で表される。そして、すべり域の前後力Fsx及び横力Fsy、接地面全域で発生するタイヤの前後力Fx及び横力Fyの計算に必要なλ、ξs、cosθ、sinθを以下のように計算する。 At the time of braking the tire, the slip ratio s of the tire is expressed by the above equation (9). Then, λ, ξ s , cos θ, and sin θ necessary for calculating the longitudinal force F sx and lateral force F sy in the slip region, and the tire longitudinal force F x and lateral force F y generated over the entire contact surface are as follows: calculate.
ここで、Ksは縦すべり、横すべり共にゼロに近い場合におけるタイヤ前後力係数、Kβはコーナーリングパワー、μはタイヤ路面間の摩擦係数であり、これらのパラメータは荷重依存性を考慮した実験データから予め与えられる。 Here, K s is the tire longitudinal force coefficient when both vertical and lateral slips are close to zero, K β is the cornering power, μ is the friction coefficient between the tire road surfaces, and these parameters are experimental data considering the load dependence. Is given in advance.
そして、ξs>0のとき(一部がすべり域の場合)は、すべり域で発生するタイヤの前後力Fsx及び横力Fsy、接地面全域で発生する前後力Fx及び横力Fyを以下のようにして計算する。 When ξ s > 0 (a part of the slip region), the longitudinal force F sx and the lateral force F sy of the tire generated in the slip region, the longitudinal force F x and the lateral force F generated in the entire contact surface. y is calculated as follows.
一方、ξs≦0のとき(全部がすべり域の場合)は、すべり域で発生するタイヤの前後力Fsx及び横力Fsy、接地面全域で発生する前後力Fx及び横力Fyを以下のようにして計算する。
Fsx=Fx=−μFzcosθ ・・・(22)
Fsy=Fy=−μFzsinθ ・・・(23)
On the other hand, when ξ s ≦ 0 (when all are in the slip region), the longitudinal force F sx and the lateral force F sy of the tire generated in the slip region, the longitudinal force F x and the lateral force F y generated in the entire contact surface. Is calculated as follows.
F sx = F x = −μF z cos θ (22)
F sy = F y = −μF z sin θ (23)
次に、タイヤの駆動時の場合について説明する。 Next, the case of driving the tire will be described.
タイヤの駆動時には、タイヤのすべり率sは上記(10)式で表される。そして、すべり域の前後力Fsx及び横力Fsy、接地面全域で発生するタイヤの前後力Fx及び横力Fyの計算に必要なλ、ξs、cosθ、sinθを以下のように計算する。 When the tire is driven, the slip ratio s of the tire is expressed by the above equation (10). Then, λ, ξ s , cos θ, and sin θ necessary for calculating the longitudinal force F sx and lateral force F sy in the slip region, and the tire longitudinal force F x and lateral force F y generated over the entire contact surface are as follows: calculate.
そして、ξs>0のときは、すべり域で発生するタイヤの前後力Fsx及び横力Fsy、接地面全域で発生する前後力Fx及び横力Fyを以下のようにして計算する。 When ξ s > 0, the tire longitudinal force F sx and lateral force F sy generated in the slip region and the longitudinal force F x and lateral force F y generated in the entire contact surface are calculated as follows. .
一方、ξs≦0のときは、すべり域で発生するタイヤの前後力Fsx及び横力Fsy、接地面全域で発生する前後力Fx及び横力Fyを制動時の場合と同様に、上記(22)、(23)式により計算する。 On the other hand, when ξ s ≦ 0, the longitudinal force F sx and lateral force F sy of the tire generated in the slip region and the longitudinal force F x and lateral force F y generated in the entire contact surface are the same as in braking. The calculation is performed by the above equations (22) and (23).
また、制動時(s>0)における縦方向のすべり速度Vsx及び横方向のすべり速度Vsyはそれぞれ次式で計算される。
Vsx=uω・s ・・・(32)
Vsy=uω・tanβ ・・・(33)
Further, the vertical slip velocity V sx and the lateral slip velocity V sy during braking (s> 0) are calculated by the following equations, respectively.
V sx = u ω · s (32)
V sy = u ω · tan β (33)
また、駆動時(s≦0)における縦方向のすべり速度Vsx及び横方向のすべり速度Vsyはそれぞれ次式で計算される。 Further, the vertical sliding velocity V sx and the lateral sliding velocity V sy during driving (s ≦ 0) are calculated by the following equations, respectively.
従って、すべり域での力のベクトルFs →とすべり速度ベクトルVs →は次式により計算することができる。 Therefore, the force vector F s → and the slip velocity vector V s → in the slip region can be calculated by the following equations.
ただし、iはx方向の単位ベクトル、jはy方向の単位ベクトルである。 Here, i is a unit vector in the x direction, and j is a unit vector in the y direction.
そして、本実施形態では、次式で示すように力のベクトルFs →とすべり速度ベクトルVs →の内積により、ある時点におけるタイヤ接地面のすべり域における消散エネルギーの時間率Wiを計算する。 In the present embodiment, the time rate W i of the dissipated energy in the slip region of the tire contact surface at a certain time is calculated from the inner product of the force vector F s → and the slip velocity vector V s → as shown by the following equation. .
上記のタイヤの消散エネルギーの時間率Wiは、具体的には以下のように計算される。まず、制動時(s>0)は以下のように計算される。 Specifically, the time rate W i of the dissipation energy of the tire is calculated as follows. First, the braking time (s> 0) is calculated as follows.
一方、駆動時(s≦0)は以下のように計算される。 On the other hand, the driving time (s ≦ 0) is calculated as follows.
ステップS116では、次式で示すように、タイヤの消散エネルギーの時間率Wiを逐次時間積分することにより、その積分の時間内における運動中のタイヤの消散エネルギーEiを計算する。 In step S116, as shown by the following equation, the time rate W i of the dissipation energy of the tire is sequentially integrated over time to calculate the dissipation energy E i of the tire in motion within the integration time.
ステップS118では、ステップS114で算出した各タイヤの消散エネルギーEiを表示部24に表示する。例えば、図6(A)に示すように、左前輪から右後輪までの4つのタイヤの消散エネルギーEiを棒グラフで表示してもよい。また、同図(B)に示すように、各タイヤの消散エネルギーEiの大きさに比例して、タイヤをイメージした円の大きさを変えることにより各タイヤの消散エネルギーを表示するようにしてもよい。また、タイヤの消散エネルギーの時間率Wiを図6(A)、(B)のように表示するようにしてもよい。
In step S118, the dissipation energy E i of each tire calculated in step S114 is displayed on the
このように、本実施形態では、通常自動車に設けられている加速度センサ等から入力した各種信号に基づいて、ブラッシュモデルを用いてタイヤの消散エネルギーを代数計算によって算出する。このため、従来のように有限要素法を用いたシミュレーション等のように膨大な計算をする必要がなく、簡易且つ短時間でタイヤの消散エネルギーを算出することができる。 As described above, in the present embodiment, the dissipated energy of the tire is calculated by algebraic calculation using the brush model based on various signals input from an acceleration sensor or the like normally provided in the automobile. For this reason, it is not necessary to perform enormous calculation as in the conventional simulation using the finite element method, and the dissipation energy of the tire can be calculated easily and in a short time.
また、上記の処理が予め定めた時間毎に繰り返されることにより、各タイヤの消散エネルギーがオンライン推定され、リアルタイムで各タイヤの消散エネルギーをユーザーが認識することができる。これにより、ユーザーに対して消散エネルギーが少なくなるような運転を促すことが可能となり、いわゆる「エコ」運転を実現することができる。 Further, by repeating the above processing every predetermined time, the dissipated energy of each tire is estimated online, and the user can recognize the dissipated energy of each tire in real time. As a result, it is possible to prompt the user to drive with less dissipated energy, and so-called “eco” driving can be realized.
なお、本実施形態では、タイヤ消散エネルギー推定システム10を乗用車に搭載してタイヤの消散エネルギーをオンライン推定する場合について説明したが、オフライン推定する場合も本発明を適用可能である。この場合、各センサからの信号の時刻歴を取得しておき、これをタイヤ消散エネルギー推定装置12に入力することにより、各タイヤの消散エネルギーを算出することができる。
In the present embodiment, the case where the tire dissipated
また、本実施形態では、ブラッシュモデルを用いてタイヤの消散エネルギーを計算する場合について説明したが、これに限らず、フィアラモデル、スポークモデル、ストリングモデル等、粘着域とすべり域とを分けて定義できるモデルであって代数計算によってすべり域における力のベクトル及びすべり速度ベクトルを計算できるモデルであれば本発明を適用可能である。 Further, in the present embodiment, the case where the dissipation energy of the tire is calculated using the brush model has been described. The present invention can be applied to any model that can calculate a force vector and a slip velocity vector in a slip region by algebraic calculation.
なお、タイヤ消散エネルギー推定装置12は、図7に示すようなコンピュータ70を含む構成として実現される。図7に示すコンピュータ70は、CPU(Central Processing Unit)70A、ROM(Read Only Memory)70B、RAM(Random Access Memory)70C、不揮発性メモリ70D、及び入出力インターフェース(I/O)70Eがバス70Fを介して各々接続された構成となっている。この場合、図3に示したタイヤ消散エネルギー推定処理をコンピュータ70に実行させるプログラムを、例えば不揮発性メモリ70Dに書き込んでCPU70Aに実行させることにより、コンピュータ70がタイヤ消散エネルギー推定装置12として機能する。また、プログラムは、CD−ROMやDVD−ROM等の記録媒体により提供するようにしてもよい。
The tire dissipation
(実施例)
次に、本発明の実施例について説明する。本発明者らは、上記で説明したタイヤの消散エネルギー推定システム10を乗用車に搭載し、スラローム走行をした場合の各タイヤの消散エネルギーを算出した。その結果を図8〜11に示す。
(Example)
Next, examples of the present invention will be described. The inventors calculated the dissipated energy of each tire when the dissipated
図8は、舵角センサ22により検出した前輪の舵角を表している。図9は、横加速度センサ18により検出した横加速度を表している。図10は、各タイヤの消散エネルギーの時間率Wiを表している。なお、W1、W2が左右の前輪、W3、W4が左右の後輪のタイヤの消散エネルギーの時間率を表している。図11は、各タイヤの消散エネルギーを表している。すなわち、図11は各タイヤの消散エネルギーの時間率Wiを時間積分したものを表している。なお、E1、E2が左右の前輪、E3、E4が左右の後輪のタイヤの消散エネルギーを表している。
FIG. 8 shows the steering angle of the front wheels detected by the
図8〜11に示すように、前輪の舵角が大きく変化するスラローム走行をした場合、特に前輪のタイヤの消散エネルギーが大きくなることが判った。 As shown in FIGS. 8 to 11, it was found that the dissipating energy of the tires of the front wheels is particularly increased when the slalom running is performed in which the steering angle of the front wheels changes greatly.
10 タイヤ消散エネルギー推定システム
12 タイヤ消散エネルギー推定装置
14 ヨー角速度センサ
16 タイヤ回転角速度センサ
18 横加速度センサ
20 前後加速度センサ
22 舵角センサ
24 表示部
70 コンピュータ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記力のベクトルと前記すべり速度のベクトルとの内積を算出することにより、タイヤの消散エネルギーの時間率を算出する消散エネルギー時間率算出手段と、
を有するタイヤ消散エネルギー推定装置。 A dynamic model that defines the tire contact surface as an adhesive area and a sliding area based on the input vehicle yaw angular velocity, tire rotational angular velocity, lateral and longitudinal acceleration of the vehicle center of gravity, and front wheel rudder angle A vector calculating means for calculating a vector of force generated in the slip area and a vector of slip speed in the slip area;
Dissipating energy time rate calculating means for calculating a time rate of dissipating energy of the tire by calculating an inner product of the force vector and the sliding speed vector;
A tire dissipating energy estimating device.
を備えた請求項1記載のタイヤ消散エネルギー推定装置。 The tire dissipated energy estimation device according to claim 1, further comprising tire dissipating energy calculating means for calculating the dissipating energy of the tire by time-integrating a time rate of the dissipating energy of the tire.
前記車両重心点の横方向及び前後方向の加速度に基づいて、前記タイヤの垂直荷重を算出する垂直荷重算出手段と、
前記車両のヨー角速度に基づいて、前記タイヤの回転面内方向の進行速度を算出する進行速度算出手段と、
前記タイヤの垂直荷重、前記タイヤの回転角速度、及び前記タイヤの回転面内方向の進行速度に基づいて、前記タイヤの縦すべり率を算出する縦すべり率算出手段と、
前記前輪の舵角と車両重心点の前後方向及び横方向の速度と前記車両のヨー角速度とに基づいて、前記タイヤの横すべり角を算出する横すべり角算出手段と、
を含み、
前記垂直荷重、前記タイヤの回転面内方向の進行速度、前記タイヤの縦すべり率、及び前記タイヤの横すべり角に基づいて、前記タイヤの消散エネルギーの時間率を算出する
請求項1又は請求項2記載のタイヤ消散エネルギー推定装置。 The vector calculation means includes
Vertical load calculating means for calculating a vertical load of the tire based on lateral and longitudinal accelerations of the vehicle center of gravity;
Based on the yaw angular velocity of the vehicle, a traveling speed calculating means for calculating a traveling speed in the in-plane direction of the tire;
Based on the vertical load of the tire, the rotational angular speed of the tire, and the traveling speed in the in-plane direction of the tire, a longitudinal slip ratio calculating means for calculating the longitudinal slip ratio of the tire;
A side slip angle calculating means for calculating a side slip angle of the tire based on the rudder angle of the front wheel, the longitudinal and lateral speeds of the vehicle center of gravity, and the yaw angular speed of the vehicle;
Including
The time ratio of the dissipation energy of the tire is calculated based on the vertical load, the traveling speed in the in-plane direction of the tire, the longitudinal slip ratio of the tire, and the lateral slip angle of the tire. The tire dissipation energy estimation apparatus as described.
を備えた請求項3記載のタイヤ消散エネルギー推定装置。 Force calculating means for calculating a longitudinal force and a lateral force generated over the entire contact surface based on the vertical load, the traveling speed in the in-plane direction of the tire, the longitudinal slip ratio of the tire, and the side slip angle of the tire. The tire dissipation energy estimation apparatus according to claim 3, comprising:
請求項4記載のタイヤ消散エネルギー推定装置。 The traveling speed calculation means is based on the yaw angular speed of the vehicle and the longitudinal force and lateral force generated across the ground contact surface fed back from the force calculation means, and the traveling speed in the in-rotation plane direction of the tire. The tire dissipation energy estimation device according to claim 4.
請求項4又は請求項5記載のタイヤ消散エネルギー推定装置。 The side slip angle calculating means calculates a side slip angle of the tire based on a yaw angular velocity of the vehicle and a longitudinal force and a lateral force generated across the entire contact surface fed back from the force calculating means. The tire dissipation energy estimation apparatus according to claim 4 or 5.
を備えた請求項1〜6の何れか1項に記載のタイヤ消散エネルギー推定装置。 The tire dissipation energy estimation device according to any one of claims 1 to 6, further comprising display means for displaying a time rate of the dissipation energy of the tire for each tire.
を備えた請求項2〜6の何れか1項に記載のタイヤ消散エネルギー推定装置。 The tire dissipation energy estimation apparatus according to any one of claims 2 to 6, further comprising display means for displaying the dissipation energy of the tire for each tire.
前記力のベクトルと前記すべり速度のベクトルとの内積を算出することにより、タイヤの消散エネルギーの時間率を算出する
タイヤ消散エネルギー推定方法。 A dynamic model that defines the tire contact surface as an adhesive area and a sliding area based on the input vehicle yaw angular velocity, tire rotational angular velocity, lateral and longitudinal acceleration of the vehicle center of gravity, and front wheel rudder angle Calculating a vector of force generated in the slip region and a vector of slip velocity in the slip region,
A tire dissipation energy estimation method that calculates a time rate of dissipation energy of a tire by calculating an inner product of the force vector and the sliding velocity vector.
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