JP2015017876A - タイヤの操縦安定性能評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの操縦安定性能を評価する。
【解決手段】自動車用のタイヤの操縦安定性能を評価するための方法であって、前記タイヤを、自動車に装着してテスト車両を準備する第１工程と、前記テスト車両を走行させながらハンドルを操作することにより、前記ハンドルに加えられる操舵力Ｆと、前記操舵力Ｆによって前記テスト車両に生じたヨーレートωとを含む物理量を取得する第２工程と、前記ヨーレートωと前記操舵力Ｆとの比ω／Ｆに基づいて、前記タイヤの操縦安定性能を評価する第３工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤの操縦安定性能を評価するための方法に関する。

従来、タイヤの操縦安定性能が評価されている。操縦安定性能には、ドライバーの意思通りに車両（典型的には自動車）を操縦できる操縦性能と、外乱に対する安定的な走行性能とが含まれている。

典型的な操縦安定性能の評価方法として、実車走行評価が知られている。この実車走行評価では、先ず、評価用のタイヤが全輪に装着されたテスト車両が準備される。テスト車両は、プロのドライバーによって運転される。タイヤの操縦安定性能は、ドライバーの官能に基づいて評価されている。

しかしながら、従来の評価方法は、ドライバーに優れた感性を要求するので、ドライバーへの負担が大きいという問題があった。また、従来の評価方法では、評価に人的誤差が含まれやすく、評価の客観性に欠けるという問題もあった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、タイヤの操縦安定性能を定量的に評価しうる方法を提供することを主たる目的としている。

本発明は、自動車用のタイヤの操縦安定性能を評価するための方法であって、前記タイヤを、自動車に装着してテスト車両を準備する第１工程と、前記テスト車両を走行させながらハンドルを操作することにより、前記ハンドルに加えられる操舵力Ｆと、前記操舵力Ｆによって前記テスト車両に生じたヨーレートωとを含む物理量を取得する第２工程と、前記ヨーレートωと前記操舵力Ｆとの比ω／Ｆに基づいて、前記タイヤの操縦安定性能を評価する第３工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る前記タイヤの操縦安定性能評価方法は、前記第２工程では、前記タイヤが夏タイヤ又は冬用タイヤのいずれかによって、前記テスト車両の走行条件が異なるのが望ましい。

本発明に係る前記タイヤの操縦安定性能評価方法は、前記走行条件が、前記ハンドルの操舵角αと、前記ハンドルを操舵するときの操舵速度Ｖ１と、前記テスト車両の走行速度Ｖ２（km／h）とを少なくとも含むのが望ましい。

本発明に係る前記タイヤの操縦安定性能評価方法は、前記タイヤが夏タイヤであり、前記走行条件は次式（１）〜（３）の範囲を充足するのが望ましい。
操舵角α≧１５（度） …（１）
操舵速度Ｖ１＝１０±０．５（度／sec） …（２）
走行速度Ｖ２＝１２０±１（km／h） …（３）

本発明に係る前記タイヤの操縦安定性能評価方法は、前記タイヤが冬用タイヤであり、前記走行条件は次式（４）〜（６）の範囲を充足するのが望ましい。
操舵角α≧１５（度） …（４）
操舵速度Ｖ１＝５±０．５（度／sec） …（５）
走行速度Ｖ２＝８０±１（km／h） …（６）

本発明に係る前記タイヤの操縦安定性能評価方法は、前記第３工程では、前記操舵力Ｆと前記ヨーレートωとの比の線形性に基づいて、前記タイヤの操縦安定性能が評価されるのが望ましい。

本発明に係る前記タイヤの操縦安定性能評価方法は、前記第３工程が、前記操舵力Ｆに対する前記ヨーレートωの勾配が、１〜２（度／sec・Nm）の範囲であるときに操縦安定性能を良好と判断するヨーレート勾配評価工程を含むのが望ましい。

本発明に係る前記タイヤの操縦安定性能評価方法は、前記第３工程が、前記操舵力Ｆに対する前記ヨーレートωの勾配の変化率が３０％以下の範囲であるときに操縦安定性を良好と判断するヨーレート勾配変化率評価工程を含むのが望ましい。

本発明に係る前記タイヤの操縦安定性能評価方法は、前記第２工程では、前記ハンドルを操舵するときの操舵速度Ｖ１が予め定められた範囲とされ、前記操舵速度を維持するために、前記ハンドルの操作にメトロノーム、又は、ステアリングロボットが用いられるのが望ましい。

発明者らは、タイヤの操縦安定性能は、ヨーレートωと操舵力Ｆとの比ω／Ｆと密接な関係があることを知見した。前記比ω／Ｆの値が大きい場合、例えば、小さな操舵力Ｆで大きなヨーレートωが得られる。これは、ハンドル操作に対して車両側にクイックな応答が得られること、つまり、操縦性能に優れることを意味している。他方、前記比ω／Ｆの値が小さい場合、大きな操舵力Ｆを与えても、車両側に十分な応答が得られないことを意味する。このようにヨーレートωと操舵力Ｆとを考察乃至比較等することで、操縦性能及び安定性能を評価できる。従って、本発明では、タイヤの操縦安定性能を定量的に評価できる。また、本発明によれば、ドライバーへの負担や評価への人的誤差を無くすことができる。

本実施形態の評価方法の手順が示されるフローチャートである。 テスト車両の模式的な平面図である。 第３工程の手順が示されるフローチャートである。 ヨーレートと操舵力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の一形態が、図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の操縦安定性能評価方法（以下、単に「評価方法」ということがある。）の手順の一例を示すフローチャートである。図１に示されるように、本実施形態の評価方法は、評価すべきタイヤを、自動車に装着してテスト車両を準備する第１工程Ｓ１と、テスト車両を走行させながらハンドルを操作して、物理量を取得する第２工程Ｓ２と、前記物理量に基づいて、タイヤの操縦安定性能を評価する第３工程Ｓ３を含んでいる。

図２には、テスト車両１の模式的な平面図が示されている。図２に示されるように、テスト車両１は、車体２と、車体２に装着された４つのタイヤ３とを含む例えば乗用車用の四輪自動車である。車体２の前側Ｆには、ドライバーが操作するハンドル４が設けられている。ハンドル４は、ステアリング軸５及びステアリングギヤボックス６を介して前輪のタイヤ３を操舵できる。自動車は、乗用車用のみならず、トラック等の重車両でも良い。

タイヤ３は、例えば、正規リムにリム組みされ、正規内圧が充填される。好ましい実施態様では、評価されるタイヤ３は、テスト車両１の全輪に装着されるのが望ましい。

前記「正規リム」とは、タイヤ３が基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えば、ＪＡＴＭＡであれば"標準リム"、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、ＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim" である。

前記「正規内圧」とは、タイヤ３が基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、例えば、ＪＡＴＭＡであれば"最高空気圧"、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" である。

本実施形態のテスト車両１には、さらに、操舵力計７が設けられている。操舵力計７は、例えば、ハンドル４に加えられた操舵力Ｆ（Nm）を計測することができる。操舵力計７は、例えば、ステアリング軸５に取り付けられている。操舵力計７は、ハンドル４からステアリング軸５に加えられたトルクを操舵力Ｆとして測定する。

本実施形態のテスト車両１には、さらに、テスト車両１のヨーレートωを検出しうるヨーレートセンサ８が設けられている。ヨーレートは、コーナリング中の車両の鉛直軸周りの回転角速度（度／sec）である。ヨーレートセンサ８は、コリオリ力を利用してヨーレートを検出するもので、例えば、車体２の任意の位置に設けられている。

第２工程Ｓ２では、ドライバーが、テスト車両１を運転する。ドライバーは、例えば、予め定められた走行条件に基づいて、例えば、乾燥アスファルト路面のテストコース上で、テスト車両１を走行させ、かつ、ハンドル４を操作する。これにより、走行中のテスト車両１のハンドル４に加えられる操舵力Ｆと、操舵力Ｆによってテスト車両１に生じたヨーレートωとを含む物理量が取得される。操舵力Ｆは、操舵力計５により、ヨーレートωは、ヨーレートセンサ８によりそれぞれ取得される。これらの取得された物理量は、例えば、テスト車両１に搭載されたパソコン又は無線信号にて外部のパソコンに送信されて、逐次記録される。

第２工程Ｓ２での走行条件は、例えば、ハンドル４の操舵角α（度）、ハンドル４を操舵するときの操舵速度Ｖ１（度／sec）及びテスト車両１の走行速度Ｖ２（km／h）を少なくとも含んでいる。これらの走行条件を充足させることにより、第３工程Ｓ３において、より精度の高い評価が可能である。

前記走行条件の具体的な値は、タイヤ３が夏タイヤ又は冬用タイヤのいずれかによって異なる。「冬用タイヤ」とは、例えば、雪上性能に優れるスタッドレスタイヤ等を意味する。「夏タイヤ」とは、前記冬用タイヤに含まれないタイヤであり、サマータイヤとも呼ばれる。

タイヤ３が夏タイヤである場合、第２工程Ｓ２の走行条件は、例えば、次式（１）〜（３）の範囲を充足するのが望ましい。
操舵角α≧１５（度） …（１）
操舵速度Ｖ１＝１０±０．５（度／sec） …（２）
走行速度Ｖ２＝１２０±１（km／h） …（３）

前記走行条件において、操舵角αが１５度未満の場合、テスト車両１の挙動が小さくなる傾向があり、第３工程Ｓ３での評価精度が低下するおそれがある。

前記走行条件において、操舵速度Ｖ１が９．５度／sec未満の場合、又は、走行速度Ｖ２が１１９km／h未満の場合、テスト車両１のヨーレートが小さくなり、評価精度の低下を招きやすい。

前記走行条件において、操舵速度Ｖ１が１０．５度／secより大きい場合、又は、走行速度Ｖ２が１２１km／hより大きい場合、テスト車両１の横滑りが生じるおそれがあり、正確な評価が困難になる。

タイヤ３が冬用タイヤである場合、第２工程Ｓ２の走行条件は、例えば、次式（４）〜（６）の範囲を充足するのが望ましい。夏タイヤの場合と同様、走行条件が次式（４）〜（６）の範囲外では、第３工程Ｓ３において、評価の精度が低下するおそれがある。
操舵角α≧１５（度） …（４）
操舵速度Ｖ１＝５±０．５（度／sec） …（５）
走行速度Ｖ２＝８０±１（km／h） …（６）

第２工程Ｓ２において、前記走行条件を充足するために、テスト車両１には、例えば、ドライバーのハンドル操作を補助する補助手段が設けられてもよい。

補助手段としては、例えば、一定の間隔で音等を出力するメトロノームがある。メトロノームによれば、ドライバーは、一定の間隔で出力される音を目安として、ハンドル操作のテンポを調節することができる。このため、例えば、ハンドル操舵速度を精度良く上記範囲に調節できる。

他の補助手段としては、例えば、ドライバーの代わりに、又はドライバーとともに、ハンドル４の操作を行うステアリングロボットが挙げられる。ステアリングロボットによれば、ハンドル４の操作が、予め設定された速度乃至角度で行われる。このため、テスト車両１は、より確実に、上記の走行条件の範囲内で運転され得る。これにより、人的誤差を含まない極めて高精度の物理量が取得され得る。

第３工程Ｓ３では、取得されたヨーレートωと操舵力Ｆとの比ω／Ｆに基づいて、タイヤ３の操縦安定性能が評価される。

これまで、ハンドル４の操舵角とヨーレートとの関係が注視されがちであった。しかしながら、多くのドライバーの運転動作を分析したところ、車両の旋回操縦は、ハンドル４の操舵角がコントロールされているのではなく、ハンドル４へ加える力がコントロールされていることがわかった。つまり、タイヤの操縦安定性能は、ヨーレートωと操舵力Ｆとの比ω／Ｆと密接な関係がある。例えば、比ω／Ｆの値が大きい場合、小さな操舵力Ｆで大きなヨーレートωが得られる。このため、ハンドル操作に対してクイックな応答が得られる。つまり、操縦性能に優れる。逆に、比ω／Ｆの値が小さい場合、大きな操舵力Ｆに対し、小さなヨーレートωしか得られない。このため、ハンドル操作に対する応答が鈍感であり、十分な操縦性能を得難い。

最も単純化された本発明の実施形態では、比較対象となる複数のタイヤについて、前記比ω／Ｆが比較される。さらに具体的な例では、ある操舵力Ｆでのヨーレートωが比較される。これにより、比較対象のタイヤについて、操縦安定性能が定量的に比較評価され得る。従って、本発明では、タイヤ３の操縦安定性能を定量的に評価することができる。また、本実施形態の評価方法によれば、ドライバーへの負担や評価の人的誤差を減らすか又は無くすことができる。

図３は、第３工程Ｓ３の他の実施形態の手順を示すフローチャートである。図３に示される第３工程では、ヨーレートωと操舵力Ｆとの比ω／Ｆの線形性に基づいて、タイヤ３の操縦安定性能が評価される。前記比の線形性を評価するために、本実施形態では、操舵力Ｆに対するヨーレートωの勾配と、操舵力Ｆに対する前記ヨーレートωの勾配の変化率とが用いられる（ヨーレート勾配評価工程Ｓ４１、ヨーレート勾配変化率評価工程Ｓ４２）。

図４は、縦軸にヨーレートωが、横軸に操舵力Ｆがそれぞれ定義されたグラフを示している。このグラフには、仕様が異なっている３種類のタイヤＡ乃至Ｃの結果が示されている。図４において、操舵力Ｆの値が小さい領域（例えば、２〜３Nmの領域）では、ヨーレートが殆ど発生していない。これは、テスト車両１を直進状態に保持するために、ハンドル４への軽微な操舵力が加えられていること、及び、操舵力が加えられてからヨーレートが発生するまでの時間的な遅れを示している。

本実施形態のヨーレート勾配評価工程Ｓ４１では、操舵力Ｆに対するヨーレートωの比ω／Ｆの平均値である勾配が計算される。誤差を無くすために、ヨーレートωの勾配は、例えば、ヨーレートωの値が１〜５（度／sec）の範囲で計算されるのが望ましい。

ヨーレート勾配評価工程Ｓ４１では、前記勾配が予め定められた範囲内にあるか否かが判断される。乗用車用タイヤの場合、ヨーレートの前記勾配は、１〜２（度／sec・Nm）が望ましい。前記勾配が２（度／sec・Nm）より大きい場合、ハンドル操作に対してクイックな旋回応答は得られるが、車両の挙動変化が急激なものとなり、安定性に欠けるおそれがある。逆に、前記勾配が１（度／sec・Nm）未満の場合、ハンドル操作に対するクイックな応答が得られないおそれがある。従って、前記勾配が予め定められた範囲外の場合、そのタイヤは、望ましくない操縦安定性能を有するものと判断される（工程Ｓ４４）。なお、レーシング用タイヤの場合、ヨーレートの前記勾配は、２〜３（度／sec・Nm）が望ましい。

ヨーレート勾配評価工程Ｓ４１において、前記勾配が、上記範囲内の場合（Ｓ４１でＹ）、ヨーレートωの勾配の変化率が評価されるヨーレート勾配変化率評価工程Ｓ４２がさらに行われる。

ヨーレートωの勾配の変化率は、例えば、ヨーレートωの値が、１〜２（度／sec）の範囲での勾配と、４〜５（度／sec）の範囲での勾配とがそれぞれ計算され、これらの変化率として計算される。ヨーレート勾配変化率評価工程Ｓ４２では、ヨーレートωの勾配の変化率が、例えば、予め定められた範囲（本実施形態では、３０％以下の範囲）であるときに操縦安定性が良好と判断される。ヨーレートの変化率が３０％より大きい場合、操舵力Ｆとヨーレートωとの線形性が低下し、車両の挙動の予測が困難となるおそれがある。このようなタイヤ３は、望ましくない操縦安定性能を持つものとして判断される。

図４に示されるタイヤＡ、Ｂ及びＣは、次の通りである。図３の第３工程に従えば、タイヤＡが、ヨーレートの勾配及び変化率において、最も優れていることがわかる。
［タイヤＡ］
ヨーレートωの勾配：１．９４（度／sec・Nm）
ヨーレートの勾配の変化率：０．０６％
［タイヤＢ］
ヨーレートωの勾配：２．６５（度／sec・Nm）
ヨーレートの勾配の変化率：０．５２％
［タイヤＣ］
ヨーレートωの勾配：１．９３（度／sec・Nm）
ヨーレート勾配の変化率：５５．２％である。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図４に示されるタイヤＡ、Ｂ及びＣが試作された。そして、本発明の評価方法及びプロドライバーの官能による評価方法に基づいて、これらのタイヤの操縦安定性能が評価された。
各テスト方法は、次の通りである。

＜官能評価＞
評価されるタイヤが全輪に装着されたテスト車両が準備され、プロドライバー乗車により、ドライアスファルト路面テストコースにて、操縦安定性能が評価された。評価結果は、ドライバーの官能評価であり、タイヤＡを１００とする指数で示されている。指数が大きい程、操縦安定性能が優れていることを示す。

テストの結果より、本発明の評価方法は、ドライバーの官能による官能評価と同様な結果が得られることが確認できた。

Ｔ タイヤ
Ｃ テスト車両
Ｈ ハンドル
Ｆ 操舵力
ω ヨーレート

Claims (9)

1. 自動車用のタイヤの操縦安定性能を評価するための方法であって、
   前記タイヤを、自動車に装着してテスト車両を準備する第１工程と、
   前記テスト車両を走行させながらハンドルを操作することにより、前記ハンドルに加えられる操舵力Ｆと、前記操舵力Ｆによって前記テスト車両に生じたヨーレートωとを含む物理量を取得する第２工程と、
   前記ヨーレートωと前記操舵力Ｆとの比ω／Ｆに基づいて、前記タイヤの操縦安定性能を評価する第３工程とを含むことを特徴とするタイヤの操縦安定性能評価方法。
2. 前記第２工程では、前記タイヤが夏タイヤ又は冬用タイヤのいずれかによって、前記テスト車両の走行条件が異なる請求項１記載のタイヤの操縦安定性能評価方法。
3. 前記走行条件は、前記ハンドルの操舵角αと、前記ハンドルを操舵するときの操舵速度Ｖ１と、前記テスト車両の走行速度Ｖ２（km／h）とを少なくとも含む請求項２記載のタイヤの操縦安定性能評価方法。
4. 前記タイヤが夏タイヤであり、
   前記走行条件は次式（１）〜（３）の範囲を充足する請求項３記載のタイヤの操縦安定性能評価方法。
   操舵角α≧１５（度） …（１）
   操舵速度Ｖ１＝１０±０．５（度／sec） …（２）
   走行速度Ｖ２＝１２０±１（km／h） …（３）
5. 前記タイヤが冬用タイヤであり、
   前記走行条件は次式（４）〜（６）の範囲を充足する請求項３に記載のタイヤの操縦安定性能評価方法。
   操舵角α≧１５（度） …（４）
   操舵速度Ｖ１＝５±０．５（度／sec） …（５）
   走行速度Ｖ２＝８０±１（km／h） …（６）
6. 前記第３工程では、前記操舵力Ｆと前記ヨーレートωとの比の線形性に基づいて、前記タイヤの操縦安定性能が評価される請求項１乃至５のいずれかに記載のタイヤの操縦安定性能評価方法。
7. 前記第３工程は、前記操舵力Ｆに対する前記ヨーレートωの勾配が、１〜２（度／sec・Nm）の範囲であるときに操縦安定性能を良好と判断するヨーレート勾配評価工程を含む請求項１乃至６のいずれかに記載のタイヤの操縦安定性能評価方法。
8. 前記第３工程は、前記操舵力Ｆに対する前記ヨーレートωの勾配の変化率が３０％以下の範囲であるときに操縦安定性を良好と判断するヨーレート勾配変化率評価工程を含む請求項１乃至７のいずれかに記載のタイヤの操縦安定性能評価方法。
9. 前記第２工程では、前記ハンドルを操舵するときの操舵速度Ｖ１が予め定められた範囲とされ、
   前記操舵速度を維持するために、前記ハンドルの操作にメトロノーム、又は、ステアリングロボットが用いられる請求項１乃至８のいずれかに記載のタイヤの操縦安定性能評価方法。