JP2016173234A - タイヤに対する衝撃の評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が路面上の突起を乗り越えるときの衝撃を、安定的に且つ定量的に評価することができ、さらに、従来の官能評価との相関性も高いタイヤの衝撃評価方法の提供。
【解決手段】走行する試験車両の前輪から伝わる振動を測定する振動測定ステップと、この振動測定ステップ中に、上記試験車両の前輪が、路面上に形成された突起を乗り越える乗り越えステップと、突起乗り越え時に測定された振動のピークを評価する評価ステップとを含んでいる。上記振動を測定する測定器は、上記試験車両の、前輪の、ハブナックルからサスペンションの上側取付部までの間に取り付けられる。上記測定対象である振動が、加速度の試験車両進行方向成分又はジャークの試験車両進行方向成分であるのが好ましい。
【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤが、路面の突起を乗り越えるときに受ける衝撃の評価方法に関する。

車両の走行時に、タイヤが路面上の突起を乗り越えるときには、人は衝撃（硬さともいう）を感じる。従来、この「硬さ」の評価は、試験車両のドライバーの官能評価に依っている。この評価試験に際し、ドライバーは、試験車両としての自動二輪車、自動四輪車等を、高さが２０ｍｍから３０ｍｍ程度の突起が一定の間隔（５ｍから１０ｍ程度）を置いて配置されたいわゆる突起路面上を走行させる。

官能評価には、評価ドライバーの技術的な熟練度が必要とされる。このため、評価者の評価技術の訓練に長期間を要するのが常である。また、評価者の体重、体調、精神状態が評価に影響を及ぼすこともある。このため、毎回安定した評価がなされる保証はない。

一方、試験車両に搭載した振動計測器によって車体の振動を計測し、この計測値に基づいて評価が行われてはいるが、評価方法としては確立していない。従来行われている振動計測による定量的な評価結果は、評価ドライバーが「硬さ」を体で感じた結果とは合わない場合が多い。換言すれば、官能評価と振動計測による定量評価との相関性が低い。

車両の振動に対応する技術として、タイヤを装着した車両の操舵時の操縦安定性の評価に関する技術が、特開２００９−２５０７６６号公報に開示されている。また、同様に、類似の技術分野として、タイヤを装着した車両のサスペンション制御に関する技術が、特開２０１１−２４０８２４号公報に開示されている。

特開２００９−２５０７６６号公報 特開２０１１−２４０８２４号公報

本発明の目的は、安定的に且つ定量的に表現される評価であり、且つ、従来の官能評価との相関性も高いタイヤの衝撃評価方法を提供することにある。

本発明に係るタイヤの衝撃評価方法は、
走行する試験車両の前輪から伝わる振動を測定する振動測定ステップと、
この振動測定ステップ中に、上記試験車両の前輪が、路面上に形成された突起を乗り越える乗り越えステップと、
突起乗り越え時に測定された振動のピークを評価する評価ステップとを含んでおり、
上記振動を測定する測定器が、上記試験車両の、前輪の、ハブナックルからサスペンションの上側取付部までの間に取り付けられる。

好ましくは、上記測定対象である振動が、加速度の試験車両進行方向成分又はジャークの試験車両進行方向成分である。

好ましくは、上記評価対象であるピークが、上記測定値から得られる、加速度の最初のピーク又はジャークの最初のピークである。

好ましくは、上記突起が、試験車両の走行方向を横切る方向に延びる突条であり、その高さが２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

好ましくは、上記突条の横断面形状が、長方形又は台形であり、この台形の上底が下底より短く、且つ、その下底の内角が９０°以下である。

好ましくは、試験車両の前輪に装着されたタイヤの内圧調整が、試験走行ごとにその直前になされる。

好ましくは、上記試験車両の上記突起への乗り入れ走行速度が、４０ｋｍ／ｈ以上８０ｋｍ／ｈ以下である。

本発明によれば、車両が路面上の突起を乗り越えるときの衝撃を、安定的に且つ定量的に評価することができ、さらに、従来の官能評価との相関性も高い。

図１は、本発明に係るタイヤの衝撃評価方法の実践のため、突起が形成された路面上を走行する試験車両を、概略的に示す正面図である。 図２は、振動測定器が取り付けられた図１における試験車両の前輪サスペンションを示す概略図である。 図３は、試験車両が路面上の突起を乗り越えたときに、測定器が時系列に測定した加速度を時間軸上に表したグラフである。 図４は、図３の加速度測定値を時間で微分した結果であるジャークを時間軸上に表したグラフである。 図５は、試験車両に５種類のタイヤを順次装着し、各タイヤについて測定した加速度から得られた時系列のジャークを重ねて示すグラフである。 図６は、図５に示されたジャークによる評価と、同一タイヤについての官能評価との相関性を示すグラフである。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１には、人間が感じるタイヤへの衝撃を定量的に評価するための、車両の走行試験の様子が示されている。この評価方法では、車両が突起を乗り越えたときに測定された振動のピークが評価される。試験車両４は、アスファルト、コンクリート等によって舗装された試験用の路面６を走行する。この路面６上には、試験車両４のタイヤ２に衝撃を与えるための突起としての突条８が形成されている。この突条８は、車両の走行方向を横切る方向に延びている。突条８は直線状であるが、わずかに湾曲していてもよい。試験車両４は、突条８に対して、その長手方向に垂直な方向に乗り入れるのが好ましい。試験車両４の前輪のうち、評価者であるドライバーが座している側の前輪のみが突条８を乗り越えるようにしてもよい。すなわち、右ハンドル車の場合、右側前輪のみが突条８を乗り越えるようにしてもよい。また、両前輪ともに突条８を乗り越えるようにしてもよい。この突条８は、金属、硬質プラスチック等から形成される。耐摩耗性、耐衝撃性等の観点から、試験用の突条８としては金属製が好ましい。この突条８は中空であってもよい。

上記突条８は、長方形の横断面形状を有している。突条８の高さＨは、２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましい。この値は、一般道路に存在している突起の高さと比較して高い。突条８の高さＨを２０ｍｍ以上とすることにより、一般道路において、そこに存在している突起を乗り越えるとき、車中の人（特にドライバー）がその衝撃が強いと感じる振動の領域を十分にカバーしうる。ドライバーが感じる上記衝撃が大きい場合、これを「硬い」とも表現する。突条８の高さＨを３０ｍｍ以下とすることにより、一般の道路に存在する通常の突起ではなく、車両が乗り越えることが難しいような段差を評価対象から除外することができる。

上記突条８の横断面形状は、長方形には限定されない。長方形以外の多角形、等脚台形、等脚ではない台形等であってもよい。台形の場合、上底の寸法が下底の寸法より短いのが、突条の耐久性の観点から好ましい。また、台形の下底の両内角がいずれも９０°以下であるのが、突条の耐久性の観点から好ましい。また、突条８の上面は水平な平面とするのが好ましい。これに加えて、突条８における車両４の進入側の上端は、上記水平な上面と車両４の進入側の縦の平面とが交差して角部が形成されているのが好ましい。一般の道路に存在する通常の突起以上に、車両内の人間に明確な衝撃を与えうるからである。

試験車両４の走行速度、少なくとも突条８への乗り入れ走行速度は、一般道路での車両の走行状態を模して、４０ｋｍ／ｈ以上８０ｋｍ／ｈ以下とするのが好ましい。この速度範囲とすることにより、一般道路走行中において「硬い」と感じる振動の領域を十分にカバーしうる。走行速度が４０ｋｍ／ｈ未満であれば、一般的には「硬い」と感じるタイヤが許容されてしまうおそれがある。一方、走行速度が８０ｋｍ／ｈを超えれば、タイヤ等の損傷を招くおそれがある。走行時にはＧＰＳ速度計によって速度管理が行われる。測定のバラツキを抑制するためである。

この試験は、人間（本実施形態ではドライバー）が感じるタイヤへの衝撃を定量的に評価するためのものである。そして、官能評価との相関性も評価される。従って、本実施形態では、官能評価するドライバーが座する位置に最も近く、且つ、衝撃を最初に受ける右側前輪の振動が測定され、評価される。車内の人間にとって、最も衝撃と感じやすいのは、後輪ではなく前輪が突条８を乗り越えるときの振動である。衝撃の官能評価を行う者が左側シートに座するのであれば、左側前輪の振動が測定され、評価される。

試験車両４は、上記測定のための走行前に、タイヤ慣らし走行を行う。一般車両の、通常の走行を模した状態で試験を行うためである。このため、試験車両４の前輪に装着されたタイヤ２の正規内圧（後述）への調整は、試験走行の直前においてもなされる。連続して複数回の測定（複数回の走行）を行うときも、測定ごとにその直前にタイヤ２の内圧調整が行われる。測定のバラツキを抑制するためである。

ここでは、正規リムとは、タイヤ２が依拠する規格で定められたリムを意味する。ＪＡＴＭＡ規格における「標準リム」、ＴＲＡ規格における「Design Rim」、及びＥＴＲＴＯ規格における「Measuring Rim」は、正規リムである。本明細書において正規内圧とは、タイヤ２が依拠する規格において定められた内圧を意味する。ＪＡＴＭＡ規格における「最高空気圧」、ＴＲＡ規格における「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」に掲載された「最大値」、及びＥＴＲＴＯ規格における「INFLATION PRESSURE」は、正規内圧である。便宜上、乗用車用タイヤ２の内圧は１８０ｋＰａに設定される。

図２に示されるように、前輪タイヤ２への衝撃（振動）を測定する測定器１０が、右側前輪のサスペンション１２のダンパー１４の上側、すなわちサスペンション１２の上側取付部（サスペンションの車体への連結部）１６に取り付けられる。測定器１０は、右側前輪のハブナックル１８から上記サスペンション１２の上側取付部１６までの間に取り付けられてもよい。しかし、車両内に座している人が感じる振動に近い振動を測定するという目的からは、測定器１０はサスペンション１２のダンパー１４の上側に取り付けられるのが好ましい。振動が人体へ伝達される場合と同様、振動がダンパー１４を通して測定器１０に伝達されるからである。官能評価者が左側シートに座する場合は、測定器１０は、左側前輪のサスペンション１２のハブナックル１８から上記サスペンション１２の上側取付部１６までの間に取り付けられうる。

ここでは、上記測定器１０として加速度計が用いられている。加速度計１０によって測定されたデータに基づいて、タイヤへの衝撃が評価される。この場合、測定データは、通常の振動解析に用いられる高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Fast Fourier Transform、）によって処理される。そして、その処理結果におけるピーク部の面積が評価対象となる。衝撃の定量評価が可能である。しかし、このＦＦＴは、振動入力時の加速度の総量を解析するものである。従って、このＦＦＴ法と比較すれば、後述する加速度のピークやジャークのピークを評価対象にした場合の方が、官能評価との相関性が高くなる。

この加速度計１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向の加速度を測定しうる３軸加速度センサであってもよい。本実施形態では、加速度計１０の測定値のうち、車両４の進行方向のデータが採用される。突条８の乗り越え時に、車内の人間が衝撃と感じるのは前後方向の力だからである。また、上下方向の振動については、サスペンション、シート等、他の要素が大きく影響するため、安定し且つ定量的な評価が難しくなるからである。

加速度の測定値そのものを衝撃の評価対象としてもよい。しかし、加速度の時間に対する変化率、すなわち加速度を時間で微分して得られるジャーク（加加速度とも言う）を評価対象とするのが好ましい。人の「硬さ」の感じ方は、振動の入力時の、加速度が立ち上がる速さによるのが大きいと考えられるからである。また、従来、一般的に人間は加速度よりジャークに対する感度が高いと言われている。振動における加速度の立ち上がる速さ（ジャーク）を解析することにより、より人間の感覚に近い定量値を示すことができると考えられる。このジャークデータを得るために、上記加速度計１０に、加速度計１０の出力が通過するように微分フィルタ回路が接続されてもよい。この場合、「ジャークを測定する」ということができる。

図３及び図４を参照しつつ、以下に測定データの解析について説明される。図３は、加速度計１０が時系列に測定した加速度を時間軸上に表したグラフである。図４は、図３の加速度データを時間で微分した結果であるジャークを時間軸上に表したグラフである。図３及び図４において、加速度もジャークも、プラス値は進行方向（前後方向）における前向きの値であり、マイナス値は進行方向における後向きの値である。本実施形態では、時系列に取得した図４のジャークデータのうち、最初のプラス側のピーク値＋ＪＰ１が、「硬さ」を表す定量値として採用される。その理由は、まず、ピーク値は突条８への衝突という実際の現象を如実に表しており、しかも、把握しやすいからである。また、数あるピークのうち、最初のピークを採用するのは、最初のピークが、前輪が突条８を乗り越えるときの衝撃に対応していることが明確だからである。

タイヤ２が突条８に衝突したとき、車両の進行速度が瞬時ではあるが急低下する。換言すれば、加速度の進行方向成分がマイナス方向に振れる。図３に示された、この加速度のマイナス側のピーク値−ＡＰ１が、この衝突の現象を定量的に表していることになる。

図４に示されるジャークの最初のプラスピーク値＋ＪＰ１は、図３における加速度がマイナスピーク−ＡＰ１からプラスに転じる現象を示している。すなわち、図３において、加速度がマイナスからプラスへ転換するとき、ジャークが急激にプラス側に振れ、プラス側のピーク＋ＪＰ１に向かう。これが、実質的に、タイヤ２が突条８に衝突したときの衝撃（硬さ）の大きさを定量的に示すものと言える。従って、最初のプラス側のピーク値＋ＪＰ１を「硬さ」評価の定量値とするのが妥当である。評価対象としては、加速度の上記マイナスピーク値−ＡＰ１も採用されうる。しかし、前述したとおり、人の「硬さ」の感じ方は、振動の入力時の加速度の立ち上がり速さ（ジャーク）によるのが大きいため、ジャークの最初のプラスピーク値＋ＪＰ１を評価の対象とするのが好ましい。

なお、図３及び図４における右端に存在するピーク−ＡＰ２及び＋ＪＰ２は、後輪による突条８の乗り越えに関連した振動を、前輪側の加速度計１０が検知したものである。この後輪の乗り越えによるピーク−ＡＰ２及び＋ＪＰ２は評価の対象とはされない。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例１］
実施例１の評価方法の実施のために、試験用走行路に以上説明された突条が形成された。突条の横断面形状は、長方形である。試験用車両として、右ハンドル、前輪駆動のハイブリッド車が用意された。試験車両の前輪には、正規リムにリム組みされたサイズが１９５／６５Ｒ１５のタイヤが装着された。タイヤには空気が充填され、その内圧が１８０ｋＰａとされた。表１に記載のとおり、突条の高さは２５ｍｍであった。試験車両の右側（評価ドライバーシート側）前輪のサスペンション上側取付部に３軸加速度センサが取り付けられた。この試験車両は、タイヤの慣らし運転が行われた。その後、５回の試験走行が行われた。試験走行ごとに、その直前に内圧が１８０ｋＰａとなるように調整が行われた。試験車両の試験走行速度は６０ｋｍ／ｈであった。「硬さ」の評価は、加速度の測定データから得られたジャークの最初のプラス側ピーク値を定量値として行われた。

［実施例２］
実施例２の評価方法の実施のために、試験用走行路に突条が形成され、試験車両が用意された。突条の高さ、試験車両の走行速度、タイヤの内圧調整時期、及び、評価対象の定量値は表１に記載されたとおりである。その他のタイヤの構成、突条の構成、試験要領等は実施例１と同じである。

［実施例３、４］
実施例３及び実施例４の評価方法の実施のために、試験用走行路に突条が形成され、試験車両が用意された。測定器の試験車両への取付部位、突条の高さ、試験車両の走行速度、タイヤの内圧調整時期、及び、評価対象の定量値は表１に記載されたとおりである。その他のタイヤの構成、突条の構成、試験要領等は実施例１と同じである。

［比較例１］
比較例１の評価方法の実施のために、試験用走行路に突条が形成され、試験車両が用意された。試験車両の前シートの右側席に３軸加速度センサが取り付けられた。突条の高さ、試験車両の走行速度、タイヤの内圧調整時期、及び、評価対象の定量値は表１に記載されたとおりである。その他のタイヤの構成、突条の構成、試験要領等は実施例１と同じである。

［比較例２］
比較例２の評価方法の実施のために、試験用走行路に突条が形成され、試験車両が用意された。突条の高さ、試験車両の走行速度、タイヤの内圧調整時期、及び、評価対象の定量値は表１に記載されたとおりである。その他のタイヤの構成、突条の構成、試験要領等は実施例１と同じである。

［実施例５−１０］
実施例５から実施例１０の評価方法の実施のために、試験用走行路に突条が形成され、試験車両が用意された。測定器の試験車両への取付部位、突条の高さ、試験車両の走行速度、タイヤの内圧調整時期、及び、評価対象の定量値は表２に記載されたとおりである。その他のタイヤの構成、突条の構成、試験要領等は実施例１と同じである。

［測定結果のバラツキ］
上記実施例及び比較例につき、衝撃である加速度のピーク値、ジャークのピーク値、又は、振動数のピーク面積がそれぞれ５回求められた。この５回の算出結果から、その変動係数ＣＶ＝（σ／μ）×１００が算出され、％で表示された。ここで、σは標準偏差であり、μは平均値である。結果は表１及び表２に示されるとおりである。

［定量評価と官能評価との相関性］
上記実施例及び比較例につき、同一サイズの５種類のタイヤＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが用意された。この５種類のタイヤが、試験車両に対して順次交換装着され、それぞれについて試験走行がなされた。このとき、同時に、ドライバーによって各タイヤＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに対する「硬さ」の官能評価も行われ、評点が付与された。各例の５種類のタイヤについて、時系列に測定されたデータから、ジャークのピーク値（実施例１、９、１０）、加速度のピーク値（実施例３−８、比較例１）、ＦＦＴのピーク面積（実施例２、比較例２）が求められた。上記官能評点は、衝撃が大きい（硬い）ほど小さいので、大きいほど好ましい。一方、ピーク値は、衝撃が大きいほど大きいので、小さいほど好ましい。この測定データから得られる定量値（硬さ）と上記官能評点との相関係数Ｒが求められた。この結果は表１及び表２に％表示されるとおりである。相関係数Ｒ（％）は、大きいほど相関性が高く、好ましい。

表１及び表２に示されるように、各実施例のタイヤは、諸性能に優れている。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

図５及び図６には、相関性の一例として、前述の相関係数Ｒが８５％である実施例１に関して、ジャークのピーク値に基づく定量評価と、ドライバーによる官能評価との相関性が示されている。図５は、試験車両に上記５種類のタイヤを順次装着し、各タイヤについて測定した加速度から得られたジャークのデータを重ねて示すグラフである。図５では、５種類のタイヤの最初のプラス側ピーク＋ＪＰ１を、時間軸上で一致させている。ピーク値＋ＪＰ１は、Ｄ、Ｅ、Ｂ、Ａ、Ｃのタイヤの順に大きい。すなわち、Ｄ、Ｅ、Ｂ、Ａ、Ｃのタイヤの順に硬さが高いことが判る。官能評価の評点は、Ｃ、Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｄのタイヤの順に高い。すなわち、Ｃ、Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｄのタイヤの順に硬さが低いことが判る。図６には、この定量評価結果と官能評価結果との関係が示されている。図６は、縦軸が官能評価指数を表し、横軸がジャークのピーク値を表している。図６中の直線Ｌは、グラフ中の５つの点から最小二乗法によって求められたものである。

本発明に係るタイヤに対する衝撃の評価方法は、乗用車のタイヤに限らず、タイヤが装着される種々の走行体のタイヤに適用しうる。

２・・・タイヤ
４・・・試験車両
６・・・路面
８・・・突条
１０・・・加速度計（測定器）
１２・・・サスペンション
１４・・・ダンパー
１６・・・サスペンションの上側取付部
１８・・・ハブナックル
−ＡＰ１・・・加速度の最初のマイナス側ピーク値
＋ＪＰ１・・・ジャークの最初のプラス側ピーク値
Ｈ・・・突条の高さ
Ｌ・・・（グラフ中の最小二乗法による）直線

Claims (7)

1. 走行する試験車両の前輪から伝わる振動を測定する振動測定ステップと、
   この振動測定ステップ中に、上記試験車両の前輪が、路面上に形成された突起を乗り越える乗り越えステップと、
   突起乗り越え時に測定された振動のピークを評価する評価ステップとを含んでおり、
   上記振動を測定する測定器が、上記試験車両の、前輪の、ハブナックルからサスペンションの上側取付部までの間に取り付けられる、タイヤに対する衝撃の評価方法。
2. 上記測定対象である振動が、加速度の試験車両進行方向成分又はジャークの試験車両進行方向成分である請求項１に記載のタイヤに対する衝撃の評価方法。
3. 上記評価対象であるピークが、上記測定値から得られる、加速度の最初のピーク又はジャークの最初のピークである請求項２に記載のタイヤに対する衝撃の評価方法。
4. 上記突起が、試験車両の走行方向を横切る方向に延びる突条であり、その高さが２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である請求項１から３のいずれかに記載のタイヤに対する衝撃の評価方法。
5. 上記突条の横断面形状が、長方形又は台形であり、この台形の上底が下底より短く、且つ、その下底の内角が９０°以下である請求項１から４のいずれかに記載のタイヤに対する衝撃の評価方法。
6. 上記試験車両の前輪に装着されたタイヤの内圧調整が、試験走行ごとにその直前になされる請求項１から５のいずれかに記載のタイヤに対する衝撃の評価方法。
7. 上記試験車両の上記突起への乗り入れ走行速度が、４０ｋｍ／ｈ以上８０ｋｍ／ｈ以下である請求項１から６のいずれかに記載のタイヤに対する衝撃の評価方法。

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