JP4751095B2 - 性能予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤモデル、車両モデル及び路面モデルを用いて運動性能を予測する性能予測方法及び性能予測装置に関する。

従来、空気入りタイヤの性能を予測するために、空気入りタイヤを有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを作成し、有限要素法(Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ(ＦＥＭ))を用いて解析する方法が知られている。

また、近年においては、空気入りタイヤを車両に装着した場合における性能を予測するために、タイヤモデルに加え、車両を有限個の要素でモデル化した車両モデルと、路面を有限個の要素でモデル化した路面モデルとを作成し、性能を予測する方法が考えられている(例えば、特許文献１参照)。
特開２００１−３５６０８０号公報

しかしながら、空気入りタイヤを製造する際にはばらつきが生じ、このばらつきが車両の運動性能に影響を及ぼすが、従来において、車両モデルに装着されるタイヤモデルは全て同一であるため、運動性能に及ぼす影響を予測することができないという問題があった。

具体的には、空気入りタイヤは、形状、構造及び材料等の設計要因や、タイヤの製造時におけるばらつき等の製造要因に起因して、プライステアやコニシティを有する。この製造要因は、同一製品であっても個々の空気入りタイヤ毎によって異なり、それによってプライステアやコニシティの大きさも個々の空気入りタイヤ毎に異なることがある。車両に装着された空気入りタイヤ全て(例えば、４個)のプライステアやコニシティの合力が、車両の初期横力を左右することとなり、この初期横力が、空気入りタイヤの直進時におけるボディスリップ角を決定する。空気入りタイヤ全ての初期横力が大きいと、ボディスリップ角が大きくなり、ボディスリップ角が大きいと、空気入りタイヤの実滑り角が減少し、これに伴って操舵反力が減少するため、操縦安定性が低下してしまう。すなわち、ボディスリップ角、プライステア及びコニシティの大きさが、車両の運動性能に大きな影響を及ぼす。

そこで、製品のばらつきを含む複数の空気入りタイヤを製造し、それらのタイヤを車両に装着し、その装着位置、路面状態、及び車両性能との関係を統計的に評価することが必要となるが、この作業には膨大な工数が必要となっていた。

そこで、本発明は、上述の問題に鑑み、製造によるばらつきを考慮したタイヤモデルを用いて車両の運動性能を効率よく予測することができる性能予測方法及び性能予測装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、複数の異なる空気入りタイヤを有限個の要素でそれぞれモデル化したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成ステップと、それぞれ異なるタイヤモデルが装着された車両を有限個の要素でモデル化した車両モデルを作成する車両モデル作成ステップと、車両モデルが走行する路面を有限個の要素でモデル化した路面モデルを作成する路面モデル作成ステップと、タイヤモデル、車両モデル及び路面モデルを用いて、車両が路面上を走行する際の運動性能を予測する運動性能予測ステップとを有することを特徴とする性能予測方法であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、性能予測方法が、複数の異なる空気入りタイヤを有限個の要素でそれぞれモデル化したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成ステップと、それぞれ異なるタイヤモデルが装着された車両を有限個の要素でモデル化した車両モデルを作成する車両モデル作成ステップと、車両モデルが走行する路面を有限個の要素でモデル化した路面モデルを作成する路面モデル作成ステップと、タイヤモデル、車両モデル及び路面モデルを用いて、車両が路面上を走行する際の運動性能を予測する運動性能予測ステップとを有するため、車両の運動性能を効率よく予測することができる。

なお、ここで、「異なる」とは、同一のブランド及びサイズであっても製造によって発生するばらつきであり、補強層の配置位置やトレッド部の形状等にみられる微小の誤差のことである。

また、タイヤモデルは、プライステア又はコニシティを示す情報を有することが好ましい。タイヤモデルが、プライステア又はコニシティを示す情報を有するため、車両に装着されている個々のタイヤモデルが車両性能に及ぼす影響を詳細に調査することができる。

また、路面モデルは、段差を示す情報を有することが好ましい。路面モデルが、段差を示す情報を有するため、それぞれ異なるタイヤモデルが装着された車両が、段差上を走行する場合における車両性能に及ぼす影響を詳細に調査することができる。

また、タイヤモデルは、少なくともキャンバー角又はスリップ角のいずれか１を示す情報を有することが好ましい。タイヤモデルが、少なくともキャンバー角又はスリップ角のいずれか１を示す情報を有するため、車両が直進する場合においても、車両のキャンバー角及びトー角の初期アラインメントに起因する横力成分を評価することができ、また、車両が旋回する場合においても、路面に対するスリップ角に起因する横力成分を正確に表現することができる。

また、タイヤモデルは、トレッドパターンを有限個の要素でモデル化したトレッドモデルを有することが好ましい。タイヤモデルが、トレッドパターンを有限個の要素でモデル化したトレッドモデルを有するため、タイヤ形状、構造及び材料のみではなく、トレッドパターンが横力変動に及ぼす影響をも予測することができる。

本発明の第２の特徴は、複数の異なる空気入りタイヤを有限個の要素でそれぞれモデル化したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成部と、それぞれ異なるタイヤモデルが装着された車両を有限個の要素でモデル化した車両モデルを作成する車両モデル作成部と、車両モデルが走行する路面を有限個の要素でモデル化した路面モデルを作成する路面モデル作成部と、タイヤモデル、車両モデル及び路面モデルを用いて、車両が路面上を走行する際の運動性能を予測する運動性能予測部とを有することを特徴とする性能予測装置であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、性能予測装置が、複数の異なる空気入りタイヤを有限個の要素でそれぞれモデル化したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成部と、それぞれ異なるタイヤモデルが装着された車両を有限個の要素でモデル化した車両モデルを作成する車両モデル作成部と、車両モデルが走行する路面を有限個の要素でモデル化した路面モデルを作成する路面モデル作成部と、タイヤモデル、車両モデル及び路面モデルを用いて、車両が路面上を走行する際の運動性能を予測する運動性能予測部とを有するため、車両の運動性能を効率よく予測することができる。

本発明によると、製造によるばらつきを考慮したタイヤモデルを用いて車両の運動性能を効率よく予測することができる性能予測方法及び性能予測装置を提供することができる。

(性能予測装置の構成)
以下において、本実施形態における性能予測装置２００について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態における性能予測装置２００の構成は、図１に示すように、入力部２１１と、処理部２１２と、記憶部２１３と、表示部２１４と、プログラム保持部２１５とを備える。

入力部２１１は、キーボード及びマウス等の機器であり、タイヤモデル１等を作成するための必要な情報を入力する。入力部２１１に対して入力操作が行われることにより、対応するキー情報や位置情報が処理部２１２に伝達される。

処理部２１２は、タイヤモデル作成部２１２ａと、車両モデル作成部２１２ｂと、路面モデル作成部２１２ｃと、運動性能予測部２１２ｄと、結果出力部２１２ｅとから構成されている。

具体的に、タイヤモデル作成部２１２ａは、入力部２１１に入力された情報に基づいて、複数の異なる空気入りタイヤを有限個の要素でそれぞれモデル化したタイヤモデル１を作成する。

ここで、要素とは、タイヤモデル１を複数個の領域に区分けした場合における個々の領域である。

車両モデル作成部２１２ｂは、入力部２１１に入力された情報に基づいて、それぞれ異なるタイヤモデル１が装着された車両を有限個の要素でモデル化した車両モデル２を作成する。

路面モデル作成部２１２ｃは、入力部２１１に入力された情報に基づいて、車両モデル２が走行する路面を有限個の要素でモデル化した路面モデル３を作成する。

運動性能予測部２１２ｄは、タイヤモデル１、車両モデル２及び路面モデル３を用いて、車両が路面上を走行する際の運動性能を予測する。

結果出力部２１２ｅは、運動性能予測部２１２ｄによって予測された運動性能を表示部２１４に表示させる。

記憶部２１３は、入力部２１１に入力された情報を記憶する。

表示部２１４は、前述したように、運動性能予測部２１２ｄによって予測された結果を表示する。また、この表示部２１４は、入力部２１１によって入力された情報を表示してもよい。

プログラム保持部２１５は、運動性能予測処理を処理部２１２に実行させるための性能予測プログラムを保存する記憶媒体である。記憶媒体は、例えば、ＲＡＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＩＣチップ、カセットテープ等が挙げられる。このようなプログラムを保持した記録媒体によれば、プログラムの保存、運搬、販売等を容易に行うことができる。

(性能予測方法)
次に、本実施形態に係る性能予測方法について、図２を用いて説明する。

図２のステップ１０において、タイヤモデル作成部２１２ａは、入力部２１１に入力された情報に基づいて、複数の異なる空気入りタイヤを有限個の要素でそれぞれモデル化したタイヤモデル１を作成する。

図３においては、タイヤモデル１ａ、タイヤモデル１ｂ、タイヤモデル１ｃ及びタイヤモデル１ｄの４つのタイヤモデル１が作成されている。

タイヤモデル１は、プライステア又はコニシティを示す情報を有している。また、タイヤモデル１は、少なくともキャンバー角又はスリップ角のいずれか１を示す情報を有している。

また、図４に示すように、タイヤモデル１は、トレッドパターンを有限個の要素でモデル化したトレッドモデル１ｅを有する。

ステップ２０において、車両モデル作成部２１２ｂは、入力部２１１に入力された情報に基づいて、それぞれ異なるタイヤモデル１が装着された車両を有限個の要素でモデル化した車両モデル２を作成する。

車両モデル２には、図３に示すように、複数(同図において、４個)の異なるタイヤモデル１(タイヤモデル１ａ乃至タイヤモデル１ｄ)が装着されている。

ステップ３０において、路面モデル作成部２１２ｃは、入力部２１１に入力された情報に基づいて、車両モデル２が走行する路面を有限個の要素でモデル化した路面モデル３を作成する。

路面モデル３は、図５に示すように、段差を示す情報を有する。

段差を有する情報とは、図６(ａ)に示すように、進行方向に対して、段差を乗り上げるものであってもよい。

また、段差を有する情報とは、図６(ｂ)に示すように、進行方向に対して、段差を乗り下げるものであってもよい。

また、段差を有する情報とは、図６(ｃ)に示すように、進行方向に対して、段差を乗り上げた後に乗り下げるものであってもよい。

また、段差を有する情報とは、図６に示すように、進行方向に対して、段差を乗り下げた後に乗り上げるものであってもよい。

ステップ４０において、運動性能予測部２１２ｄは、タイヤモデル１、車両モデル２及び路面モデル３を用いて、車両が路面上を走行する際の運動性能を予測する。

ステップ５０において、結果出力部２１２ｅは、運動性能予測部２１２ｄによって予測された運動性能を表示部２１４に表示させる。

(本実施形態に係る性能予測方法及び性能予測装置の作用・効果)
本発明の性能予測方法によれば、複数の異なる空気入りタイヤを有限個の要素でそれぞれモデル化したタイヤモデル１を作成するタイヤモデル作成ステップ１０と、それぞれ異なるタイヤモデル１が装着された車両を有限個の要素でモデル化した車両モデル２を作成する車両モデル作成ステップ２０と、車両モデル２が走行する路面を有限個の要素でモデル化した路面モデル３を作成する路面モデル作成ステップ３０と、タイヤモデル１、車両モデル２及び路面モデル３を用いて、車両が路面上を走行する際の運動性能を予測する運動性能予測ステップ４０とを有するため、車両の運動性能を効率よく予測することができる。

また、タイヤモデル１は、プライステア又はコニシティを示す情報を有することが好ましい。実際の空気入りタイヤは、形状、構造又は材料等の設計要因、又は製造時のばらつき等の製造要因に起因して、プライステア又はコニシティを有しており、このプライステアやコニシティの大きさは、同一のブランドやサイズであっても、個々で異なるのが一般的である。車両に装着されたタイヤ全てのプライステア、コニシティの合力が車両の初期横力を左右し、車両の初期横力は、タイヤ直進時のボディスリップ角を決定する。具体的には、図７(ａ)に示すように、空気入りタイヤ全ての初期横力が大きいと、直進時においてもボディスリップ角βが大きくなる。また、図７(ｂ)に示すように、ボディスリップ角βが大きいと、空気入りタイヤの実滑り角ＳＡが減少し、これに伴って操舵反力が減少するため、操縦安定性が低下してしまう。すなわち、ボディスリップ角β、プライステア及びコニシティの大きさが、車両の運動性能に大きな影響を及ぼす。そのため、タイヤモデル１にもこのようなプライステア又はコニシティを示す情報を与え、製造によるばらつきを考慮したタイヤモデルを用いることにより、車両の運動性能を効率よく予測することができる。

路面モデル３は、段差を示す情報を有することが好ましい。

図８(ａ)に示すように、直進走行、若しくは、微小な実滑り角ＳＡが生じる場合に車両が路面上の段差３０を乗り越すと、空気入りタイヤの横力変動により、ハンドルが取られるという現象が生じる。また、図８(ｂ)に示すように、旋回時に車両が路面上の段差３０を乗り越すと、横力が抜け、旋回外側方向に車両がふらつく現象が生じる。

図９及び図１０は、この横力変動を示す図である。車両の前輪に装着されたタイヤモデル１ａ及びタイヤモデル１ｂが、図９に示すように段差３０を乗り上げた時の横力変動をグラフに示したものが図１０である。図１０に示すように、図９(ｅ)の時点、即ち段差３０がタイヤモデル１の接地面に入り込んだ時点の横力変動が最も大きくなる。これは、図１１(ａ)の段差乗り上げ中の接地圧分布及び図１１(ｂ)の段差乗り上げ中のトレッド表面横変位に示すように、段差乗り上げ中は、タイヤの接地面が段差３０の片側のみに接地する状態となるためである。これにより、路面の拘束から解放されたタイヤの接地面の一部が横力方向に変位することで、タイヤ全体が横変位し(即ち、ハンドルがとられる)、タイヤ接地面の粘着域の減少によってタイヤ全体の横力減少が生じる(即ち、旋回中の横力の抜け)。このように、路面上に形成されている段差によってもタイヤが横力変動の影響を受けることから、路面モデル３が段差３０を示す情報を有することにより、それぞれ異なるタイヤモデル１が装着された車両が、段差３０上を走行する場合における車両性能に及ぼす影響を詳細に調査することができる。

また、タイヤモデル１が、少なくともキャンバー角又はスリップ角のいずれか１を示す情報を有するため、車両が直進する場合においても、車両のキャンバー角及びトー角の初期アラインメントに起因する横力成分を評価することができ、また、車両が旋回する場合においても、路面に対するスリップ角に起因する横力成分を正確に表現することができる。

また、タイヤモデル１が、トレッドパターンを有限個の要素でモデル化したトレッドモデル１ｅを有するため、タイヤ形状、構造及び材料のみではなく、トレッドパターンが横力変動に及ぼす影響をも予測することができる。

本発明の性能予測装置２００によれば、複数の異なる空気入りタイヤを有限個の要素でそれぞれモデル化したタイヤモデル１を作成するタイヤモデル作成部２１２ａと、それぞれ異なるタイヤモデル１が装着された車両を有限個の要素でモデル化した車両モデル２を作成する車両モデル作成部２１２ｂと、車両モデル２が走行する路面を有限個の要素でモデル化した路面モデル３を作成する路面モデル作成部２１２ｃと、タイヤモデル１、車両モデル２及び路面モデル３を用いて、車両が路面上を走行する際の運動性能を予測する運動性能予測部２１２ｄとを有するため、車両の運動性能を効率よく予測することができる。

図５に示すような本発明のタイヤモデルを４パターンと、車両モデルと、段差を有する路面モデルとを作成し、上記４パターンのタイヤモデルが装着された車両が段差を有する路面モデル上を時速３０ｋｍ／ｈ走行する場合における横力変動の予測計算を行った。

なお、横力変動は、指数表示されており、この数値が大きいほど横力変動量が大きいことを表している。

なお、タイヤモデルは、全て周方向に均等に１８０分割されており、路面モデルは、路面段差が１０ｍｍであり、進行方向に対して段差を乗り上げる形状を有する。

４パターンのタイヤモデルは、ベルトの交錯角度がそれぞれ異なっている。具体的には、下記の表１に示すように、タイヤモデル１ａは６８°、タイヤモデル１ｂは６５°、タイヤモデル１ｃは６４°、タイヤモデル１ｄは６７°でタイヤ赤道線に対して交錯している。

４パターンのタイヤモデルの車両における配置位置は、図１２に示す通りである。図１２(ａ)は、実施例１の配置パターンを示しており、図１２(ｂ)は、実施例２の配置パターンを示している。

タイヤのサイズは、２０５／６５Ｒ１５であり、内圧は２３０ｋＰａ、荷重は４．０ｋＮ、スリップ角は０．１°(トーイン条件)、キャンバー角は０．８°(ネガティブキャンバー条件)であった。

また、全てのタイヤモデルには、周方向リブ溝が形成されているトレッドパターンを有限個の要素でモデル化したトレッドモデルが配置されていた。

得られた結果を表２に示す。

表２の結果より、本発明を用いて予測された結果は、実測の結果と略同一であることが分かった。これにより、本発明の性能予測方法を用いることにより、路面段差を乗り越す場合における横力変動を効率良く、又正確に予測することができ、製造時のばらつきによる横力変動や、路面段差の乗り越し時における横力変動等に起因する車両の操縦安定性を予測できるということが分かった。

本実施形態に係る性能予測装置の構成を示す図である。 本実施形態に係る性能予測方法を示すフロー図である。 本実施形態に係るタイヤモデル、車両モデル及び路面モデルを示す図である。 本実施形態に係るトレッドモデルを有するタイヤモデルを示す図である。 本実施形態に係るタイヤモデル及び段差を有する路面モデルを示す図である。 本実施形態に係る段差を有する路面モデルを示す図である。 本実施形態に係るボディスリップ角及び実滑り角を示す図である。 本実施形態に係る横力の発生を示す図である。 本実施形態に係る横力変動を示す図である。 本実施形態に係る横力変動を示すグラフである。 本実施形態に係る段差乗り上げ中の接地圧分布及び段差乗り上げ中のトレッド表面横変位を示す図である。 実施例におけるタイヤモデルの配置位置を示す図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…タイヤモデル
１ｅ…トレッドモデル
２…車両モデル
３…路面モデル
３０…段差
２００…性能予測装置
２１１…入力部
２１２…処理部
２１２ａ…タイヤモデル作成部
２１２ｂ…車両モデル作成部
２１２ｃ…路面モデル作成部
２１２ｄ…運動性能予測部
２１２ｅ…結果出力部
２１３…記憶部
２１４…表示部
２１５…プログラム保持部

Claims (5)

1. 複数の異なる空気入りタイヤを有限個の要素でそれぞれモデル化したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成ステップと、
   それぞれ異なる前記タイヤモデルが装着された車両を有限個の要素でモデル化した車両モデルを作成する車両モデル作成ステップと、
   前記車両モデルが走行する路面を有限個の要素でモデル化した路面モデルを作成する路面モデル作成ステップと、
   前記タイヤモデル、前記車両モデル及び前記路面モデルを用いて、車両が路面上を走行する際の運動性能を予測する運動性能予測ステップとを有することを特徴とする性能予測方法。
2. 前記タイヤモデルは、プライステア又はコニシティを示す情報を有することを特徴とする請求項１に記載の性能予測方法。
3. 前記路面モデルは、段差を示す情報を有することを特徴とする請求項１に記載の性能予測方法。
4. 前記タイヤモデルは、少なくともキャンバー角又はスリップ角のいずれか１を示す情報を有することを特徴とする請求項１に記載の性能予測方法。
5. 前記タイヤモデルは、トレッドパターンを有限個の要素でモデル化したトレッドモデルを有することを特徴とする請求項１に記載の性能予測方法。