JP2019120646A

JP2019120646A - タイヤの振動特性の評価方法

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Publication number: JP2019120646A
Application number: JP2018002102A
Authority: JP
Inventors: 悦郎 ▲高▼田; Etsuro Takada
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2019-07-22
Anticipated expiration: 2038-01-10
Also published as: JP7095285B2

Abstract

【課題】タイヤの振動特性を評価する。【解決手段】タイヤの振動特性の評価方法である。タイヤが装着された車両を、予め定められた旋回半径の限界速度で定常円旋回走行させる第１工程Ｓ１と、第１工程Ｓ１に引続き、車両を、限界速度以上の速度、かつ、車両のハンドルの操舵角を第１工程Ｓ１時の操舵角よりも大きくして走行させる第２工程Ｓ２と、第２工程Ｓ２での車両１における振動特性に関するパラメータを取得する第３工程Ｓ３と、前記パラメータに基づいて、振動特性の良否を判定する第４工程Ｓ４とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤの振動特性を評価するための方法に関する。

従来、タイヤの振動特性を評価するための方法として、例えば、タイヤを装着させた車両を走行させ、走行時に生じた振動を評価者の官能によって評価する方法が知られている。

特開２００９−２５０７６６号公報

しかしながら、上述のような方法は、評価者の主観に基づくため、結果を定量的に評価することができないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、タイヤの振動特性を定量的に評価す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、タイヤの振動特性を評価するための方法であって、前記タイヤが装着された車両を、予め定められた旋回半径の限界速度で定常円旋回走行させる第１工程と、前記第１工程に引続き、前記車両を、前記限界速度以上の速度、かつ、前記車両のハンドルの操舵角を前記定常円旋回走行時の操舵角よりも大きくして旋回走行させる第２工程と、前記第２工程での前記タイヤにおける振動特性に関するパラメータを取得する第３工程と、前記パラメータに基づいて、振動特性の良否を判定する第４工程とを含む。

本発明に係る評価方法は、前記第２工程が、前記操舵角を徐々に大きくする工程を含むのが望ましい。

本発明に係る評価方法は、前記操舵角が２０〜４０度／秒で大きくなるのが望ましい。

本発明に係る評価方法は、前記パラメータが、前記タイヤに作用する加速度、前記操舵角又はスリップ角の少なくとも１つを含むのが望ましい。

本発明に係る評価方法は、前記加速度を、前記車両の平面視において、実質的に前記車両の重心に配された加速度センサを用いて検出する工程をさらに含むのが望ましい。

本発明に係る評価方法は、前記車両として四輪自動車が用いられ、前記加速度を、前記車両の平面視において、実質的に前記車両の前輪の車軸位置、又は、運転席位置に配された加速度センサを用いて検出する工程をさらに含むのが望ましい。

本発明のタイヤの振動特性の評価方法では、第２工程でのタイヤにおける振動特性に関するパラメータに基づいて振動特性を評価する。このような本発明の評価方法では、従来では官能で評価していた振動、とりわけ、非定常旋回時に生じるタイヤと路面との接触面において付着及び滑りが繰り返される、いわゆるスティックスリップに由来する振動を定量的に評価することができる。

本発明の評価方法の処理手順を示すフローチャートである。第１工程及び第２工程を説明する概略図である。本発明で使用される車両の一例を示す概念図である。加速度データ及び操舵角データの一例を示すグラフである。加速度データ及び操舵角データの一例を示すグラフである。加速度と操舵角との関係の一例を示したグラフである。加速度と操舵角との関係の一例を示したグラフである。加速度と旋回外側の前輪のスリップ角との関係の一例を示したグラフである。加速度と旋回内側の前輪のスリップ角との関係の一例を示したグラフである。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本発明は、タイヤの振動特性を評価するための方法（以下、単に「評価方法」という場合がある。）である。本発明は、タイヤが装着された車両を走行させて、振動特性を評価するものである。

本実施形態の評価方法で評価されるタイヤとしては、例えば、乗用車用、自動二輪車用、重荷重用等の空気入りタイヤや、空気が充填されない非空気式タイヤ等、種々のカテゴリーのタイヤが採用される。このため、本実施形態で用いられる車両は、タイヤに適した車両が種々選択される。本明細書では、例えば、乗用車（四輪自動車）用の空気入りタイヤを用いた評価方法が説明される。

図１は、本実施形態の評価方法の処理手順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、第１工程Ｓ１と、第２工程Ｓ２と、第３工程Ｓ３と、第４工程Ｓ４とを含んでいる。

図２は、本実施形態の第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２を説明する概略図である。図２に示されるように、本実施形態の第１工程Ｓ１では、タイヤ２が装着された車両１が、予め定められた旋回半径ｒの限界速度で定常円旋回走行させられる。本明細書では、「限界速度」とは、車両１が横滑りを始める直前の速度である。「定常円旋回」とは、実質的に一定の旋回半径を一定の速度で旋回することである。また、旋回半径ｒとしては、振動特性を精度良く評価するために、例えば、３０〜５０m程度が望ましい。本明細書では、「実質的に」とは、本発明の課題を解決しうる範囲において一定の旋回半径であればよく、厳密な意味での一定ではない範囲を含むものとする。

図３は、本実施形態の車両１を示す概念図である。車両１は、後輪駆動や全輪駆動のものが採用されるが、前輪駆動のものが好適に採用される。車両１は、例えば、タイヤ２と、車両１を操舵するためのハンドル３とを含んでいる。タイヤ２は、本実施形態では、駆動輪となる前輪側タイヤ２Ｆと、後輪側タイヤ２Ｒと有している。車両１は、例えば、さらに、前輪側タイヤ２Ｆとハンドル３とを継ぐ車軸４とを含んでいる。

タイヤ２は、本実施形態では、正規リム（図示省略）にリム組みし、かつ正規内圧を充填して、車両１の全輪に装着される。タイヤ２には、例えば、正規荷重の４５〜７０％程度の荷重が負荷されている。

「正規リム」とは、タイヤ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" 、或いはETRTOであれば"Measuring Rim" を意味する。

「正規内圧」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、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" であるが、乗用車用タイヤの場合には１８０kPaである。

「正規荷重」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、JATMAであれば最大負荷能力、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"LOAD CAPACITY" である。

第１工程Ｓ１では、例えば、車両１が限界走行されるために、ハンドル３の回転角である操舵角Ｈが一定の範囲内の角度で走行される。第１工程Ｓ１は、タイヤ２の振動特性を定量的に評価するために必要な条件となる。本実施形態の評価方法は、この条件を統一することにより、評価精度を高めることができる。

本実施形態の第２工程Ｓ２は、第１工程Ｓ１に引き続いて行われる。第２工程Ｓ２は、本実施形態では、車両１を限界速度以上の速度、かつ、第１工程Ｓ１時の操舵角Ｈよりも大きな角度で走行させる。これにより、車両１は、横滑りを開始する。車両１がアンダーステアの場合、ハンドル３の操舵方向と同じ方向に車両１が横滑りする。車両１がオーバーステアの場合、ハンドル３の操舵方向と異なる方向に車両１が横滑りする。本実施形態では、アンダーステアの車両１が好適に採用される。オーバーステアの車両１では、スピンが生じ易く、スティックスリップに由来する振動が発生するまで操舵角を増すことが難しい。

第２工程Ｓ２は、本実施形態では、操舵角Ｈを徐々に大きくする工程を含んでいる。これにより、車両１の急な横滑りが抑制されるので、相対的に旋回走行を長く続けることができる。このため、後述のパラメータＰを正確に取得することができるので、精度良く振動特性を評価することができる。このような観点より、操舵角Ｈは、２０〜４０度／秒で大きくなるのが望ましい。操舵角Ｈを４０度／秒を超えて大きくする場合、振動の発生時間が過度に短くなり、計測の精度が低下するおそれがある。このような第２工程Ｓ２の旋回走行としては、例えば、周知構造の自動操舵装置によって、自動的に操舵角Ｈが徐々に大きくされるものが望ましい。

本実施形態の第３工程Ｓ３は、第２工程Ｓ２でのタイヤ２の走行時における振動特性に関するパラメータＰを取得する。

パラメータＰは、車両に作用する加速度Ａ、操舵角Ｈ、または、タイヤ２のスリップ角Ｓのすくなくとも１つが含まれる。本明細書では、「スリップ角Ｓ」は、車両１の進行方向とタイヤ２の向きとの角度差を意味する。

加速度Ａは、周知構造の加速度センサ６で検出される。加速度センサ６としては、例えば、直交３軸方向の加速度をそれぞれ計測できる圧電式の加速度センサであるのが望ましい。圧電式の加速度センサは、例えば、振動に伴う加速度のみを検出することができる。直交３軸方向とは、車両１の前後方向ｘ、車両１の左右方向ｙ及び車両１の上下方向ｚである。

加速度センサ６は、例えば、車両１の平面視において、実質的に車両１の重心Ｇに配されている。これにより、正確に加速度Ａを検出できるので、振動特性を精度良く評価することができる。このような観点より、加速度センサ６は、例えば、実質的に車両１の前輪（前輪側タイヤ２Ｆ）の車軸４位置、又は、運転席（ハンドル３）位置に設けられても良い。加速度センサ６を複数箇所に配し、例えば、これらから検出された加速度Ａの平均値を採用することにより、一層、振動特性を精度良く評価することができる。

操舵角Ｈは、周知構造の操舵角センサ７で検出される。操舵角センサ７としては、例えば、ハンドル３の操舵角Ｈ及びハンドル３に加えられる操舵トルクを測定できる周知の操舵力角計であるのが望ましい。本実施形態の操舵角センサ７は、ハンドル３と車軸４との間に設けられている。操舵角センサ７は、このような態様に限定されるものではなく、例えば、ハンドル３と同じ形状をした周知のハンドルタイプ（図示省略）のものでも良い。

スリップ角Ｓは、周知構造のスリップ角センサ（図示省略）で検出される。スリップ角センサとしては、例えば、車両１の前後方向ｘの速度と左右方向ｙの速度とに基づいてスリップ角Ｓを検出するものや、光センサによってスリップ角Ｓを検出するもの、車両１のヨーレートなどに基づいてスリップ角Ｓを検出するものなどが好適である。スリップ角センサは、例えば、両側の前輪側タイヤ２Ｆに設けられる。スリップ角Ｓを計測することで、例えば、振動発生時のスリップ角Ｓを特定できる。また、スリップ角Ｓを計測することで、振動が発生するタイヤのスリップ角が振動を発生しないタイヤのスリップ角以下であることを確認できる。

加速度センサ６、操舵角センサ７及びスリップ角センサは、図示しない、例えば周知のコンピュータを含む制御手段に接続されている。制御手段は、加速度センサ６、操舵角センサ７及びスリップ角センサから送られてくるデータ、例えば、時系列データを記憶及び出力等する。

第３工程Ｓ３では、例えば、第１工程Ｓ１でのタイヤ２における振動特性に関するパラメータＰを取得しても良い。これにより、車両１が横滑りを発生しない状態での走行から横滑りを発生した状態での走行までのパラメータＰの推移を取得できるので、パラメータＰの変化を詳細に把握できるため、一層、精度良く評価することができる。

第３工程Ｓ３で取得されるパラメータＰは、このようなものに限定されるものではなく、例えば、速度や第２行程での走行時間、タイヤのヨーレートを含んでも良い。

本実施形態の第４工程Ｓ４は、パラメータＰに基づいて、振動特性の良否を判定する。このような評価方法では、従来では官能で評価していた振動、とりわけ、非定常旋回時に生じるタイヤ２と路面との接触面において付着及び滑りが繰り返される、いわゆるスティックスリップに由来する振動を定量的に評価することができる。

本実施形態の第４工程Ｓ４では、例えば、加速度Ａ、操舵角Ｈ又はスリップ角Ｓの少なくとも１つを用いて、振動特性の良否が判定される。

第４工程Ｓ４では、例えば、第２工程Ｓ２での加速度Ａの最大値を用いて、振動特性の良否が判定される。好ましくは、加速度Ａは、その絶対値が採用されるのが望ましい。例えば、加速度Ａの最大値の小さいタイヤは、大きいタイヤに比して、振動特性が良いと評価される。このように加速度Ａで判定される場合、例えば、加速度Ａの時系列データが用いられる。加速度Ａは、例えば、左右方向ｙとなる横加速度Ａｙが用いられるのが望ましい。

また、第４工程Ｓ４では、例えば、操舵角Ｈの最大値を用いて、振動特性の良否が判定される。操舵角Ｈの最大値は、例えば、第２工程Ｓ２では、大きな横滑りにより、車両１が円旋回不可能になったときに生じる。例えば、操舵角Ｈの最大値の大きいタイヤは、小さいタイヤに比して、振動特性が良いと評価される。このように操舵角Ｈで判定される場合、例えば、操舵角Ｈの時系列データが用いられる。

さらに、第４工程Ｓ４では、例えば、第２工程Ｓ２でのスリップ角Ｓに対する加速度Ａを用いて、振動特性の良否が判定される。本実施形態では、第２工程Ｓ２でのスリップ角Ｓに対する加速度Ａの最大値が用いられる。加速度Ａは、とりわけ、横加速度Ａｙが用いられるのが望ましい。例えば、あるスリップ角Ｓにおける加速度Ａの大小関係や、あるスリップ角Ｓにおける加速度Ａの閾値に基づいて振動特性の良否が判定される。このようにスリップ角Ｓで判定される場合、例えば、スリップ角Ｓの時系列データが用いられる。

また、第４工程Ｓ４は、このような態様に限定されるものではなく、例えば、第２工程Ｓ２中の操舵角Ｈとスリップ角Ｓとの関係を用いて、振動特性の良否が判定されてもよい。また、例えば、第２工程Ｓ２中のタイヤ２のグリップ状態のヨーレートＹの時系列データを用いて、振動特性の良否が判定されてもよい。

さらに、第４工程Ｓ４は、第２工程Ｓ２中での加速度Ａの時系列データ、操舵角Ｈの最大値、スリップ角Ｓに対する加速度Ａ、操舵角Ｈとスリップ角Ｓとの関係の２種以上を用いて振動特性が評価されても良い。これにより、横加速度Ａｙ、旋回速度、スリップ角に基づいた車両挙動、及び、グリップに基づいた車両運動特性による振動特性の良否を判定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示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得る。

本発明の効果が、図１に示すフローチャートに基づいてタイヤの振動特性を判定することにより説明される。パラメータＰとしては、横加速度Ａｙ及び操舵角Ｈが用いられた。テストタイヤは、予め、旋回走行されて、評価者（テストドライバー）の官能により、スティックスリップに由来する振動の有無が判定されたものと同じ２種類のタイヤが用いられた。共通仕様は、以下のとおりである。
旋回半径ｒ：５０m
車両：排気量１６００ccの前輪駆動車
タイヤサイズ：２２５／４５Ｒ１７
タイヤの内圧：２３０kPa（前輪）、２２０kPa（後輪）
第２工程中の操舵角Ｈの変化：３０度／秒
路面：平坦かつ無勾配のドライアスファルト路面
テストタイヤ２Ａ（以下、単に「タイヤ２Ａ」とする。）は、評価者によって振動特性が良い（振動がない）と判断され、テストタイヤ２Ｂ（以下、単に「タイヤ２Ｂ」とする。）は、振動特性が悪い（振動が大きい）と判断されたものである。

第３工程により取得されたパラメータを用いたグラフが図４及び図５に示される。図４及び図５の左縦軸は横加速度Ａｙの値であり、横軸は時間であり、右縦軸は操舵角Ｈの値である。図４は、タイヤ２Ａから取得された横加速度Ａｙ及び操舵角Ｈの時系列データのグラフである。図５は、タイヤ２Ｂから取得された横加速度Ａｙ及び操舵角Ｈの時系列データのグラフである。図５の「ｖ」は、振動が発生した時間を示す。図４及び図５の「Ｋ」は、第１工程と第２工程との境界を示す。

図４及び図５から、タイヤ２Ａの横加速度Ａｙの絶対値の最大値は、およそ１．５m/s²であり、タイヤ２Ｂの横加速度Ａｙの絶対値の最大値は、およそ１０m/s²であることが理解される。即ち、タイヤ２Ａは、タイヤ２Ｂよりも横加速度Ａｙの絶対値が小さい。このように横加速度Ａｙに基づいて、タイヤ２Ａは、タイヤ２Ｂよりも振動特性が良いと判定できる。

また、図４及び図５から、タイヤ２Ａの操舵角Ｈの最大値は、およそ１８０度であり、タイヤ２Ｂの操舵角Ｈの最大値は、およそ１６０度であることが理解される。即ち、タイヤ２Ａは、タイヤ２Ｂよりも操舵角Ｈの最大値が大きい。このように操舵角Ｈに基づいて、タイヤ２Ａは、タイヤ２Ｂよりも振動特性が良いと判定できる。

このように、本実施形態の評価方法によれば、第２工程において、タイヤにおける振動特性に関するパラメータを取得することにより、振動特性、とりわけ、スティックスリップに由来する振動特性を定量的に評価できる。

なお、タイヤ２Ａ及びタイヤ２Ｂについて、複数回テストがされたが同じ結果であった。また、タイヤサイズやゴム配合等の異なるタイヤについても、同様にテストを行ったが、評価者による官能評価と、本実施形態による評価方法では、評価結果が同じであった。さらに、パラメータをスリップ角とした場合においても、同様にテストを行ったが、評価者による官能評価と、本実施形態による評価方法では、評価結果が同じであった。したがって、本発明による評価方法では、振動特性が精度良くかつ定量的に評価されることが理解される。

また、第３工程により取得された他のパラメータを用いたグラフが図６及び図７に示される。図６及び図７の縦軸は横加速度Ａｙの値であり、横軸は操舵角Ｈの値である。図６は、タイヤ２Ａから取得された横加速度Ａｙと操舵角Ｈとの関係を示すグラフである。図７は、タイヤ２Ｂから取得された横加速度Ａｙと操舵角Ｈとの関係を示すグラフである。図７の「ｖ」は、振動が発生したことを示す。図６及び図７から明らかなように、タイヤ２Ａの操舵角Ｈの最大値はタイヤ２Ｂの操舵角の最大値よりも小さいので、タイヤ２Ａは、タイヤ２Ｂよりも振動特性が良いと判定できる。また、このような図６及び図７を用いて、タイヤ２と振動発生との考察が可能となる。

また、第３工程により取得されたさらに他のパラメータを用いたグラフが図８及び図９に示される。図８及び図９の縦軸は横加速度Ａｙの値であり、横軸はスリップ角Ｓの値である。図８は、旋回走行時、タイヤ２Ｂを旋回外側の前輪側タイヤとして使用した場合の横加速度Ａｙとスリップ角Ｓとの関係を示すグラフである。図９は、旋回走行時、タイヤ２Ｂを旋回内側の前輪側タイヤとして使用した場合の横加速度Ａｙとスリップ角Ｓとの関係を示すグラフである。このような図８又は図９を用いて、タイヤ２と振動発生との考察が可能となる。

１車両
２タイヤ
３ハンドル
Ｈ操舵角
ｒ旋回半径
Ｓ１第１工程
Ｓ２第２工程
Ｓ３第３工程
Ｓ４第４工程

Claims

タイヤの振動特性を評価するための方法であって、
前記タイヤが装着された車両を、予め定められた旋回半径の限界速度で定常円旋回走行させる第１工程と、
前記第１工程に引続き、前記車両を、前記限界速度以上の速度、かつ、前記車両のハンドルの操舵角を前記定常円旋回走行時の操舵角よりも大きくして旋回走行させる第２工程と、
前記第２工程での前記タイヤにおける振動特性に関するパラメータを取得する第３工程と、
前記パラメータに基づいて、振動特性の良否を判定する第４工程とを含む、
振動特性の評価方法。
前記第２工程は、前記操舵角を徐々に大きくする工程を含む、請求項１記載の評価方法。
前記操舵角が２０〜４０度／秒で大きくなる、請求項１又は２に記載の評価方法。
前記パラメータは、前記タイヤに作用する加速度、前記操舵角又はスリップ角の少なくとも１つを含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の評価方法。
前記加速度を、前記車両の平面視において、実質的に前記車両の重心に配された加速度センサを用いて検出する工程をさらに含む、請求項４記載の評価方法。
前記車両として四輪自動車が用いられ、
前記加速度を、前記車両の平面視において、実質的に前記車両の前輪の車軸位置、又は、運転席位置に配された加速度センサを用いて検出する工程をさらに含む、請求項４又は５に記載の評価方法。