JP2014091505A - 接触特性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ走行時に変形する接触部での三分力を測定することができる接触特性測定方法を得る。
【解決手段】タイヤ１０は、タイヤ踏面部としてのトレッド部１２に形成された主溝１６の底壁面１６Ａと側壁面１６Ｂに、接触部に作用する互いに直交する３方向の力、すなわち軟路面との接触による法線方向圧力、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力を測定するための三分力センサ３０、３２を備えている。また、主溝１６とラグ溝１８、２０に囲まれたブロック部に形成されたサイプの壁面に、互いに直交する３方向の力を測定するための三分力センサを設けてもよい。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、接触特性測定方法に関する。

下記特許文献１には、タイヤが接地される回転ドラムにセンサを埋め込むことにより、転動するタイヤとセンサとの接触時における接地圧、周方向せん断応力、及び幅方向せん断応力を測定する装置が開示されている。

また、下記特許文献２には、路面に滑り測定部及び圧力センサを埋め込むことにより、路面上でタイヤを転動させた際のタイヤトレッドの複数箇所の滑り速度、及び接地圧を測定し、これらの測定値と摩擦係数から複数箇所のせん断力を推定すると共に、摩擦エネルギーを演算する方法が開示されている。

特開２０１１−２０３２０７号公報 特開２０１０−７８４１６号公報

しかし、上記特許文献１に記載の構成では、タイヤが接地される回転ドラムは、剛性を有する円筒形状とされており、上記特許文献２に記載の構成では、タイヤが接地される路面の形状は、剛性を有する平板とされている。このため、ほとんど変形しない面とタイヤとの接触時の圧力が測定される。

このため、上記特許文献１、２に記載の構成では、変形する路面、例えば、雪、砂、土といった大きく変形する路面上においては、路面自体が変形するためセンサを支持することができず、タイヤ接地時の三分力、例えば接地圧、幅方向又は周方向のせん断力を正確に計測することができない。
さらに、上記特許文献１、２に記載の構成では、タイヤの周面の溝に囲まれたブロック部に形成されたサイプ（細溝）内の接触圧を測定することができない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤ走行時に変形する接触部での三分力を測定することができる接触特性測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る接触特性測定方法は、タイヤ踏面部に形成された溝の壁面に設けられた三分力センサを用いて、タイヤ走行時の前記溝の壁面と軟路面との接触による法線方向圧力、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力の三分力を測定する。
本発明によれば、タイヤ走行時にタイヤが接地される路面が変形する場合に、溝の壁面と軟路面との接触部での三分力をより正確に測定することができる。

請求項２に記載の発明に係る接触特性測定方法は、タイヤ踏面部の溝に囲まれたブロック部に形成されたサイプの壁面に設けられた三分力センサを用いて、タイヤ走行時の前記サイプの壁面に生じる垂直方向圧力、タイヤ径方向せん断力、及び前記サイプの長手方向せん断力の三分力を測定する。
本発明によれば、タイヤ走行時にサイプの壁面の接触部で発生する三分力をより正確に測定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の接触特性測定方法において、前記三分力センサを用いて、タイヤ走行時にタイヤが路面と接触する踏込みから蹴出しにおける法線方向圧力、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力の三分力波形を測定する。
本発明によれば、タイヤ走行時にタイヤが接地される路面が変形した場合でも、三分力波形をより正確に測定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の接触特性測定方法において、前記溝の壁面に設けられた複数の前記三分力センサを用いて、タイヤ走行時にタイヤが変形する路面と接触する接地面内での法線方向圧力、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力の三分力分布を測定する。
本発明によれば、タイヤ走行時にタイヤが接地される路面が変形した場合でも、三分力分布をより正確に測定することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の接触特性測定方法において、前記三分力センサを用いて、タイヤ走行時にタイヤが路面と接触する踏込みから蹴出しにおける前記サイプの壁面に生じる垂直方向圧力、タイヤ径方向せん断力、及び前記サイプの長手方向せん断力の三分力分布を測定する。
本発明によれば、タイヤ走行時にサイプの壁面の接触部で生じる三分力分布をより正確に測定することができる。

本発明によれば、タイヤ走行時に変形する接触部での三分力を測定することができる。

本発明の第１実施形態に係るタイヤのトレッド部を示す平面図であって、一部の三分力センサ付近を破断面で示した図である。 図１に示すタイヤのトレッド部をタイヤ幅方向に沿った状態で示す断面図であって、トレッド部の溝に設けられた三分力センサを示す図である。 三分力測定装置を示すブロック図である。 タイヤの周方向位置と三分力センサで検出される圧力（力／面積）との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るタイヤのブロック部をタイヤ周方向に沿った状態で示す断面図であって、ブロック部に形成された複数のサイプを示す図である。 図４Ａに示すタイヤのブロック部が路面に接地された状態を示す断面図である。 図４Ｂに示すタイヤが転動したときのサイプの状態を示す断面図である。 タイヤの踏込みから蹴出しまでのタイヤ周方向の位置と３箇所の三分力センサで検出される法線力との関係を示すグラフである。 タイヤの踏込みから蹴出しまでのタイヤ周方向の位置と３箇所の三分力センサで検出される図４Ｃ中のタイヤ径方向せん断力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

〔第１実施形態〕
図１には、本発明の第１実施形態であるタイヤのトレッド部が平面図にて示されている。また、図２Ａには、図１に示すタイヤのトレッド部が幅方向に沿った状態で断面図にて示されている。なお、図１では、後述する三分力センサ３２付近が破断面にて示されている。

これらの図に示されるように、タイヤ１０は、例えば空気入りタイヤであり、タイヤ踏面部としてのトレッド部１２の中央領域１４に、タイヤ周方向に延びる複数（図１では、例えば３本）の主溝（溝）１６と、タイヤ幅方向に延びる複数のラグ溝（溝）１８、２０と、を備えている。ラグ溝１８、２０の両端は、隣り合う２本の主溝１６にそれぞれ連続している。１本の主溝１６の両側に形成されるラグ溝１８、２０は、タイヤ周方向の位置が順次ずれると共に、主溝１６の両側に交互に形成されている。
トレッド部１２には、主溝１６とラグ溝１８、２０とによって区画されてなる多数のブロック部２２が形成され、これらの多数のブロック部２２により複数列のブロック列が形成されている。

トレッド部１２の主溝１６は、タイヤ正面視（図２Ａ参照）にて凹状に形成されている。より具体的には、主溝１６は、タイヤ周面から半径方向に窪んだ奥側の底壁面（壁面）１６Ａと、底壁面１６Ａの両側に底壁面１６Ａと交差するように配置された側壁面（壁面）１６Ｂと、を備えている。複数の主溝１６のうちの１本の主溝１６の底壁面１６Ａには、半径方向内側に三分力センサ３０が埋め込まれている。また、他の１本の主溝１６の側壁面１６Ｂには、タイヤ幅方向に三分力センサ３２が埋め込まれている。

本実施形態では、三分力センサ３０、３２はシート状に形成されている。そして、タイヤ１０の成形後に、主溝１６の底壁面１６Ａと側壁面１６Ｂの所定の位置をえぐって穴部を形成し、底壁面１６Ａと側壁面１６Ｂの穴部に三分力センサ３０、３２をそれぞれ埋め込んで接着剤等で接合することによって、タイヤ１０に三分力センサ３０、３２が取り付けられる。

なお、本実施形態では、主溝１６の底壁面１６Ａ、側壁面１６Ｂに三分力センサ３０、３２を埋め込んでいるが、これに代えて、三分力センサ３０、３２を底壁面１６Ａ、側壁面１６Ｂに貼り付けてもよい。

三分力センサ３０、３２は、接触部に作用する互いに直交する３方向（Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向）の力を測定するためのセンサである。より具体的には、タイヤ１０が変形する路面４０を走行するときに、三分力センサ３０、３２と変形する路面４０との接触部での法線方向の力（Ｚ方向）と、せん断力（Ｘ方向及びＹ方向）の三分力を測定するものである。ここでは、接触部での法線方向の力は、センサ検出面に対して垂直方向の力を意味している。
例えば、三分力センサ３０では、図２Ａに示すＺ方向の力（法線方向の力）と、図１に示すＸ方向のせん断力と、図１及び図２Ａに示すＹ方向のせん断力の三分力が測定される。

本実施形態では、タイヤ１０のトレッド部１２に形成された主溝１６の底壁面１６Ａ及び側壁面１６Ｂに三分力センサ３０、３２を設けることで、タイヤ１０が接地される路面４０が変形する場合、例えば、雪、土、砂、圃場等といった大きく変形する路面４０の場合でも、主溝１６内に路面４０を形成する路面形成物が入り込むことで、路面４０と接触する接地面内での三分力が測定される。

また、本実施形態では、主溝１６の底壁面１６Ａ及び側壁面１６Ｂに設けられた２つの三分力センサ３０、３２により三分力を測定し、得られた三分力を後述する演算手段１０６によりタイヤ位置情報からタイヤ座標系に変換することで、タイヤ走行時に変形する路面４０（軟路面）と接触する接地面内での法線方向の力（圧力）、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力の三分力分布が算出されるようになっている。

図２Ｂに示されるように、三分力測定装置１００は、タイヤ１０の主溝１６に設けられた三分力センサ３０、３２と、三分力センサ３０、３２から出力される信号を送信するための送信機１０２と、三分力センサ３０、３２及び送信機１０２に電力を供給するためのバッテリ１０４と、を備えている。さらに、三分力測定装置１００は、送信機１０２から送信された信号を受信するための受信機１０６と、受信機１０６で受信された信号をタイヤ位置情報に基づきタイヤ座標系の三分力に変換する演算手段１０８と、を備えている。

本実施形態では、三分力センサ３０、３２と、送信機１０２と、バッテリ１０４とで三分力センサユニット１１０を構成している。送信機１０２とバッテリ１０４は、タイヤ１０が組み付けられるタイヤホイール（図示省略）に取り付けられており、タイヤ１０の主溝１６の底壁面１６Ａ、側壁面１６Ｂに埋め込まれた三分力センサ３０、３２とケーブルで接続されている。また、受信機１０６と演算手段１０８は、転動するタイヤ１０とは離れた位置に設けられた測定装置本体に設けられている。

三分力センサ３０、３２による３方向の力（Ｎ）の測定結果は、個々の三分力センサ３０、３２の測定面積（ｍ^２）で除した、単位面積当たりの力（Ｎ／ｍ^２）として算出される。この単位面積当たりの力の算出は、演算手段１０８で実施される。

また、演算手段１０８では、各三分力センサ３０、３２の位置情報（例えば、タイヤ１０の基準位置からの角度）に基づいて、三分力センサ３０、３２の測定結果をタイヤ座標系（タイヤ周方向、タイヤ幅方向、又はタイヤ径方向）に変換し、力の分布や波形が演算される。本実施形態では、各三分力センサ３０、３２の取付け位置の法線方向を考慮し、タイヤ１０によるドライビング方向を正とするように座標変換する。

次に、本実施形態のタイヤの作用並びに効果であって、接触特性測定方法について説明する。
図２Ａに示されるように、例えば、雪、土、砂、圃場等などの変形する路面４０をタイヤ１０が走行すると、トレッド部１２が路面４０に接地された状態でタイヤ１０が転動し、主溝１６内に路面４０を形成する路面形成物が入り込む。その際、一方の主溝１６の底壁面１６Ａと他方の主溝１６の側壁面１６Ｂに三分力センサ３０、３２が設けられており、タイヤ１０が路面４０と接触する接地面内での三分力が測定される。

三分力センサ３０、３２で検出された信号は、送信機１０２により送信され、受信機１０６で受信される。演算手段１０８では、受信機１０６で受信された三分力センサ３０、３２による三分力（Ｎ）の測定結果が、個々の三分力センサ３０、３２の測定面積（ｍ^２）で除した、単位面積当たりの力（Ｎ／ｍ^２）として算出される。さらに、演算手段１０８では、各三分力センサ３０、３２の位置情報（例えば、タイヤ１０の基準位置からの角度）に基づいて、三分力センサ３０、３２の測定結果をタイヤ座標系（タイヤ周方向、タイヤ幅方向、又はタイヤ径方向）に変換し、力の分布や波形が演算される。
本実施形態では、タイヤ１０が路面４０と接触する接地面内での法線方向の力、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力の三分力分布が算出される。また、本実施形態では、各三分力センサ３０、３２の取付け位置の法線方向を考慮し、タイヤ１０によるドライビング方向（進行方向）を正とするように座標変換する。

図３には、タイヤ走行時のタイヤ１０と変形する路面４０との接地面内でのタイヤの周方向位置と、三分力のセンサ単位面積当たりの力（法線方向の圧力、タイヤ幅方向せん断力及びタイヤ周方向せん断力）との関係の一例が示されている。なお、図３では、一例として、三分力センサ３０で測定された三分力（法線方向の力、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力）の単位面積当たりの力が示されている。

図３に示されるように、法線方向の圧力は、接地面内のタイヤ周方向の中央部で最大となる。また、タイヤ周方向せん断力は、ドライビング方向に向かって大きくなるが、タイヤ幅方向せん断力は、ドライビング方向の中間部で逆転している。

本実施形態のタイヤ１０では、主溝１６の底壁面１６Ａ及び側壁面１６Ｂに三分力センサ３０、３２を設けることにより、タイヤ走行時のタイヤ１０と変形する路面４０との接地面内での三分力を測定することができる。すなわち、従来のように剛性を有する円形又は平板状の路面にセンサを埋め込んだ装置では、タイヤと硬い路面との接地面内での接地圧等しか測定できないが、本実施形態では、従来の装置では測定できなかったタイヤ１０と変形する路面４０との接地面内での三分力の測定が可能となる。
なお、センサをラグ溝の壁面部に設けることも可能である。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態であるタイヤについて説明する。なお、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図４Ａには、タイヤ７０のトレッド部１２がタイヤ周方向に沿った状態の断面図にて示されている。図４Ａに示されるように、タイヤ７０は、ラグ溝１８によって区画されるブロック部２２に、ラグ溝１８に沿って形成された複数のサイプ（細溝）７２を備えている。また、タイヤ７０は、ラグ溝２０によって区画されるブロック部２２に、ラグ溝２０に沿って形成された複数のサイプ（細溝）７２を備えている。複数のサイプ７２は、タイヤ周方向に所定の間隔で形成されている。

複数のサイプ７２のうちの１つには、略半径方向内側に窪んだ壁面７２Ａに、図４Ａ中の上下方向上部側の三分力センサ７４と、上下方向中央部の三分力センサ７６と、上下方向下部側の三分力センサ７８とが埋め込まれている。言い換えると、三分力センサ７４、７６、７８は、サイプ７２のタイヤ径方向内側からタイヤ径方向外側に向かってこの順で配置されている。

なお、本実施形態では、三分力センサ７４、７６、７８をサイプ７２の壁面７２Ａに埋め込んでいるが、これに限定されず、三分力センサ７４、７６、７８をサイプ７２の壁面７２Ａに貼り付けてもよい。

次に、本実施形態のタイヤの作用並びに効果であって、接触特性測定方法について説明する。
図４Ｂ、図４Ｃに示されるように、タイヤ７０のブロック部２２に形成されたサイプ７２の壁面７２Ａに三分力センサ７４、７６、７８が設けられている。これによって、タイヤ走行時のサイプ７２の壁面７２Ａの接触部に生じる垂直方向圧力、タイヤ径方向せん断力、及びサイプ７２の長手方向せん断力の三分力を測定することができる。例えば、タイヤ走行時にタイヤ７０が路面６０と接触する踏込みから蹴出しにおけるサイプ７２の壁面７２Ａに生じる法線力（センサ面に対する垂直方向圧力）、タイヤ径方向せん断力、及びサイプ７２の長手方向せん断力の三分力分布を測定することができる。
なお、路面６０は、変形する路面であってもよいし、硬い路面であってもよい。

図５には、タイヤの踏込みから蹴出しにおけるタイヤ周方向の位置と、サイプ７２の壁面７２Ａに生じる法線力（センサ面に対する垂直方向の圧力）との関係の一例が示されている。図５に示されるように、三分力センサ７６で測定されたタイヤ径方向（図４Ｃの上下方向中央）の法線力が最も大きく、三分力センサ７８で測定されたタイヤ径方向外側（図４Ｃの下部）の法線力、三分力センサ７４で測定されたタイヤ径方向内側（図４Ｃの上部）の法線力の順で小さくなっている。また、法線力は、タイヤの踏込みから蹴出しにおけるタイヤ周方向の中央部の位置で最も大きくなっている。

図６には、タイヤの踏込みから蹴出しにおけるタイヤ周方向の位置と、サイプ７２の壁面７２Ａに生じるタイヤ径方向せん断力との関係の一例が示されている。図６に示されるように、サイプ７２のタイヤ径方向中央部（図４Ｃの上下方向中央）の三分力センサ７６で測定されたタイヤ径方向せん断力が最も大きく、サイプ７２のタイヤ径方向内側（図４Ｃの上部）の三分力センサ７４ではタイヤ径方向せん断力はほとんど検出されない。また、タイヤ径方向せん断力は、タイヤの踏込みから蹴出しにおけるタイヤ周方向の中間部の蹴出し側の位置で最も大きくなっている。

このようなタイヤ７０及び接触特性測定方法では、従来計測できなかったサイプ７２の壁面７２Ａの接触部に作用する三分力の分布が測定可能となる。

なお、上記第１及び第２実施形態では、三分力センサの位置や数は、変更可能である。
また、上記第２実施形態では、１つのサイプ７２の壁面７２Ａに上下方向に３つの三分力センサを設けたが、三分力センサの数は変更可能であり、また、複数のサイプ７２の壁面７２Ａに三分力センサを設けてもよい。
また、上記第２実施形態では、略タイヤ幅方向のラグ溝に沿って形成された複数のサイプ（細溝）７２の壁面に三分力センサを設けたが、これに限定されず、略タイヤ周方向又はタイヤ周方向に対して斜め方向に配置されたサイプの壁面に三分力センサを設けてもよい。この場合、三分力センサにより、サイプの壁面の接触部に生じる垂直方向圧力、タイヤ径方向せん断力、及び前記サイプの長手方向せん断力の三分力分布を測定することができる。

また、上記第１及び第２実施形態では、各三分力センサの位置情報に加えて、タイヤの姿勢角度情報（例えば、スリップ角ＳＡ、キャンバー角ＣＡなど）を基に、三分力センサの測定結果を車両座標系（車両進行方向、車両横方向、車両鉛直方向）へと変換し、力の分布や波形を演算してもよい。

１０、５０、７０：−タイヤ、
１２：−トレッド部（タイヤ踏面部）、
１６：−主溝（溝）、
１６Ａ：−底壁面（壁面）
１６Ｂ：−側壁面（壁面）、
１８、２０：−ラグ溝（溝）、
２２：−ブロック部、
３０、３２、７４、７６、７８：−三分力センサ、
４０、６０：−路面、
７２：−サイプ、
７２Ａ：−壁面

Claims (5)

1. タイヤ踏面部に形成された溝の壁面に設けられた三分力センサを用いて、タイヤ走行時の前記溝の壁面と軟路面との接触による法線方向圧力、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力の三分力を測定する接触特性測定方法。
2. タイヤ踏面部の溝に囲まれたブロック部に形成されたサイプの壁面に設けられた三分力センサを用いて、タイヤ走行時の前記サイプの壁面に生じる垂直方向圧力、タイヤ径方向せん断力、及び前記サイプの長手方向せん断力の三分力を測定する接触特性測定方法。
3. 前記三分力センサを用いて、タイヤ走行時にタイヤが路面と接触する踏込みから蹴出しにおける法線方向圧力、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力の三分力波形を測定する請求項１に記載の接触特性測定方法。
4. 前記溝の壁面に設けられた複数の前記三分力センサを用いて、タイヤ走行時にタイヤが変形する路面と接触する接地面内での法線方向圧力、タイヤ幅方向せん断力、及びタイヤ周方向せん断力の三分力分布を測定する請求項１に記載の接触特性測定方法。
5. 前記三分力センサを用いて、タイヤ走行時にタイヤが路面と接触する踏込みから蹴出しにおける前記サイプの壁面に生じる垂直方向圧力、タイヤ径方向せん断力、及び前記サイプの長手方向せん断力の三分力分布を測定する請求項２に記載の接触特性測定方法。