JP5533020B2 - タイヤの転がり抵抗を予測する方法および解析する方法と、タイヤの転がり抵抗を予測する予測装置および解析する装置 - Google Patents
タイヤの転がり抵抗を予測する方法および解析する方法と、タイヤの転がり抵抗を予測する予測装置および解析する装置 Download PDFInfo
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具体的には、引用文献1では、転動中のタイヤモデルの各要素が1周する間に受ける歪みの履歴を求めることにより変形履歴を抽出し、このときの変形履歴から粘弾性特性によるエネルギーロスを計算する。
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布の中でタイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域を、前記タイヤのサイド側部分およびトレッド側部分が通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcを求めるステップと、
求めた撓み角周波数ωcを用いて、タイヤの転がり抵抗を算出するステップと、を有することを特徴とするタイヤの転がり抵抗を予測する方法である。
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布の中でタイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と、タイヤのサイド側部分の粘弾性特性を表す第1時定数τ1と、タイヤのトレッド側部分の粘弾性特性を表す第2時定数τ2と、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分における弾性定数の和に対する前記トレッド側部分における弾性定数の比αと、をメモリから読み出すステップと、
角度ψ[rad]と前記タイヤの回転する角周波数ωとを用いて、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分が前記撓み領域を通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcを算出するステップと、
前記撓み角周波数ωcと、前記第1時定数τ1と、前記第2時定数τ2と、前記比αと、を用いて、転がり抵抗を算出するステップと、有することを特徴とするタイヤの転がり抵抗を予測する方法である。
タイヤの転がり抵抗の実測データを取得するステップと、
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布の中でタイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と、タイヤのサイド側部分の粘弾性特性を表す第1時定数τ1と、タイヤのトレッド側部分の粘弾性特性を表す第2時定数τ2と、前記タイヤの前記サイド側部分と前記トレッド側部分における弾性定数の和に対する前記トレッド側部分における弾性定数の比αと、をパラメータとして備える解析モデルと、取得した前記タイヤの転がり抵抗の実測データとを用いて、前記パラメータの値を抽出するステップと、
前記パラメータの値の抽出結果を記憶するステップと、を有し、
前記角度ψ[rad]と前記タイヤの回転する角周波数ωとを用いて、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分が、前記撓み領域を通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcの値を算出し、算出した前記撓み角周波数ωcの値を、前記パラメータの値を抽出する際に用いる、ことを特徴とする解析方法である。
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布の中でタイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域を、前記タイヤのサイド側部分およびトレッド側部分が通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcを求め、さらに、求めた撓み角周波数ωcを用いて、タイヤの転がり抵抗を算出する処理部と、
前記タイヤの転がり抵抗の算出結果を出力する出力部と、を有する、ことを特徴とする転がり抵抗の予測装置である。
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布の中でタイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と、タイヤのサイド側部分の粘弾性特性を表す第1時定数τ1と、タイヤのトレッド側部分の粘弾性特性を表す第2時定数τ2と、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分における弾性定数の和に対する、前記トレッド側部分における弾性定数の比αと、をタイヤの転がり抵抗を予測するための解析モデルのパラメータの値として記憶するデータ記憶部と、
前記撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と前記タイヤの回転する角周波数ωとを用いて、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分が前記撓み領域を通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcを算出し、前記撓み角周波数ωcと、前記第1時定数τ1と、前記第2時定数τ2と、前記比αと、を用いて、転がり抵抗を算出する処理部と、
前記転がり抵抗の算出結果を出力する出力部と、を有する、ことを特徴とする転がり抵抗の予測装置である。
タイヤの転がり抵抗の実測データを記憶するデータ記憶部と、
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布において、タイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と、タイヤのサイド側部分の粘弾性特性を表す第1時定数τ1と、タイヤのトレッド側部分の粘弾性特性を表す第2時定数τ2と、前記タイヤの前記サイド側部分と前記トレッド側部分における弾性定数の和に対する、前記トレッド側部分における弾性定数の比αと、をパラメータとして備える解析モデルと、記憶した前記タイヤの転がり抵抗の実測データとを用いて、前記パラメータの値を抽出する処理部と、を有し、
前記データ記憶部は、前記パラメータの値の抽出結果を記憶し、
前記処理部は、前記角度ψ[rad]と前記タイヤの回転する角周波数ωとを用いて、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分が前記撓み領域を通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcを算出し、算出した前記撓み角周波数ωcを、前記パラメータの値を抽出する際に用いる、ことを特徴とする解析装置である。
図1(a)は、本発明のタイヤの転がり抵抗を予測する方法および解析する方法を行う予測・解析装置10の構成を示すブロック構成図である。
予測・解析装置(以降、単に装置という)10は、タイヤの転がり抵抗の転動速度依存性の実測データから解析モデルを用いて、解析モデルで用いられるパラメータの値を抽出する。さらに、装置10は、解析モデルで用いられるパラメータの値をメモリから読み出し、パラメータの値を用いて、所望の転動条件(転動速度)における転がり抵抗を予測する。さらに、装置10は、予測した転がり抵抗のうち、タイヤのサイド側部分の粘弾性特性に起因する転がり抵抗と、タイヤのトレッド側部分の粘弾性に起因する転がり抵抗の寄与の量を別々に算出する。
装置10は、メモリ14に記憶されているプログラムを起動することにより、ソフトウェア処理モジュールを形成する。このモジュールは、モデル演算部22と、パラメータ値抽出部24と、転がり抵抗予測部26と、制御部28と、条件設定部30と、を有する。
解析モデルは、バネとダッシュポットが並列した2つのフォークトモデルを直列に接続したモデルである。解析モデルは、タイヤのサイド側部分とタイヤのトレッド側部分を、モデル化している。ここで、サイド側部分は、タイヤを2つに大きく分けたときのビード側にある部分であり、例えば、サイドゴム、ビード、ビードフィラーゴム、およびこれらの各部材に対応する位置にあるカーカス層等を含む。トレッド側部分は、タイヤを2つに大きく分けたときのトレッド側にある部分であり、例えば、トレッドゴム、ベルト層、および、これらの各部材に対応する位置にあるカーカス層等を含む部分であり、ショルダー部を含む。サイド側部分とトレッド側部分は、図2に示すように、タイヤプロファイル断面において、トレッドゴムの両端部を結んだ直線(図中の点線)で概略区分けされる。サイド側部分は、この直線よりタイヤ径方向内側の部分であり、トレッド側部分は、この直線よりタイヤ径方向外側の部分である。
解析モデルにおけるパラメータは、サイド側部分における、バネ定数Eaに対する粘性係数ηaの比を表す応答時定数τ1と、トレッド側部分の、バネ定数Ebに対する粘性係数ηbの比を表す応答時定数τ2と、バネ定数(Ea+Eb)に対するバネ定数Ebの比αと、を含む。
図1(b)中のバネ定数Ea、粘性係数ηa、応答時定数τ1は、サイド側部分の特性を表し、バネ定数Eb、粘性係数ηb、応答時定数τ2は、トレッド側部分の特性を表す。一般的に、トレッド側部分のバネ定数Ebは、バネ定数Eaに比べて値が極めて大きい。また、応答時定数τ2は、応答時定数τ1に比べて値が極めて大きい。
解析モデルにおける変位Xは、タイヤが路面に接地することによりトレッド側部分及びサイド側部分に変形を生じさせる変位であり、タイヤが受ける撓みに相当する。転動するタイヤの場合、タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布δr(図4(b)参照)の中で接地によりタイヤに大きな変形が発生するが、タイヤのたわみ量が所定量を超える大きな変形領域は、タイヤの1周の間の一部でしか発生しない。すなわち、図4(a)中の撓み領域ψの区間(A〜Bの区間)でしか、変位Xは実質的に発生しない。したがって、この撓み領域ψをタイヤのサイド側部分およびトレッド側部分が通過する時間はψ/ω(ωはタイヤの転動時の角周波数)である。タイヤ周上の各部分は、撓み領域ψの区間を順次通過するので、解析モデルは、ψ/ωを1周期とする角周波数で変位Xを与えるとよい。したがって、解析モデルにおける変位Xの角周波数ωcは2π・(ω/ψ)と表される。なお、撓み領域ψは、タイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の領域である。ここで所定の量とは、タイヤの最大撓み×β(βは0.4〜0.6の範囲の一定値)の量である。
したがって、解析モデルにおける転がり抵抗RRは、下記式(1)のように表すことができる。
転がり抵抗RR=Fz・tan[(ψ/2π)・{tan-1(ωc・τ1)+tan-1(ωc・τ2)−tan-1(α・ωc・τ2)}] ・・・ (1)
(ωc=2π・(ω/ψ))
転がり抵抗RR≒ (ψ/2π)・Fz・tan[{tan-1(ωc・τ1)+tan-1(ωc・τ2)−tan-1(α・ωc・τ2)}] ・・・(1)’
パラメータ値抽出部24は、抽出した各値をメモリ14に記憶させる。
装置10は、算出したパラメータの値を用いることにより、後述するように、角周波数ωの別の領域の転がり抵抗RRを精度よく予測することができる。
なお、メモリ14は、モデル演算部22と、パラメータ値抽出部24と、転がり抵抗予測部26と、制御部28と、条件設定部30と、形成するためのプログラムを記憶保持する他、上記τ1、τ2、α、ψの各値がFz毎に記憶保持されている。また、モデル演算部22でカーブフィッティングを行うために用いる転がり抵抗の実測データもメモリ14に記憶保持されている。
・処理1:解析モデルを用いて算出される転がり抵抗の転動速度依存性の算出結果が、転がり抵抗の転動速度依存性の実測データに近似するように、解析モデルに用いるパラメータであるτ1、τ2、α、ψの値を抽出する処理。
・処理2:メモリ14に記憶保持されたパラメータであるτ1、τ2、α、ψの各値を用いて、転がり抵抗の転動速度依存性を算出する処理。
装置10のパラメータ値抽出部24は、条件設定部30の指示に従って、負荷荷重Fz、および、解析モデルで算出される転がり抵抗の転動速度依存性を、実測データに近似させるための転動速度の範囲を設定する。パラメータ値抽出部24は、設定した負荷荷重Fzに対応する転がり抵抗の転動速度依存性の実測データをメモリ14から読み出す。さらに、パラメータ値抽出部24は、解析モデルのパラメータであるτ1、τ2、α、ψの値として初期値を設定する。初期設定値は、予め定められたデフォルト値でもよいし、ある程度予測される値を用いてもよい。
モデル演算部22は、撓み領域ψをタイヤのサイド側部分およびトレッド側部分が通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcの値を、ωc=(2π/ψ)・ωにしたがって求める。さらに、モデル演算部22は、撓み角周波数ωcの値とτ1、τ2、αの各値を用いて、上記式(1)’にしたがって、転がり抵抗RRを算出する。モデル演算部22は、算出した転がり抵抗RRをパラメータ値抽出部24に提供する。
パラメータ値抽出部24は、算出した二乗誤差が許容範囲内の場合、パラメータの値が抽出されたと判断し、メモリ14にτ1、τ2、α、ψの各値を記憶させる。また、二乗誤差の情報、実測データと転がり抵抗RRの転動速度依存性のデータ等が、ディスプレイ・プリンタ18に出力される。
一方、算出した二乗誤差が許容範囲内に無い場合、パラメータ値抽出部24は、τ1、τ2、α、ψの値を変更する。パラメータの値の変更量は、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、ニュートン・ラフソン法等が用いられるとよい。
このように、モデル演算部22において転がり抵抗RRを算出するとき、撓み領域ψの範囲を用いて撓み角周波数ωcを求め、この撓み角周波数ωcを用いて転がり抵抗RRを算出する。
また、τ1、τ2、αの各値がわかっているので、装置10は、予測された転がり抵抗RRのうち、サイド側部分の寄与する量と、トレッド側部分の寄与する量とを別々に算出することができる。算出された転がり抵抗RRの転動速度依存性のデータや、サイド側部分の寄与する量、トレッド側部分の寄与する量等の情報が、ディスプレイ・プリンタ18に出力される。
装置10の転がり抵抗予測部26は、条件設定部30の指示に従って、負荷荷重Fz、および、解析モデルで転がり抵抗を算出するための転動速度の範囲を設定する。
転がり抵抗予測部26は、メモリ14から、負荷荷重Fzに対応する、解析モデルのパラメータであるτ1、τ2、α、ψの各値を呼び出す。転がり抵抗予測部26は、転動速度の範囲のうち、上限または下限に転動速度を設定し、この転動速度に対応する角周波数ωと、Fzの値と、τ1、τ2、α、ψの各値を、モデル演算部22に提供する。
モデル演算部22は、撓み領域ψをタイヤのサイド側部分およびトレッド側部分が通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcの値を、ωc=(2π/ψ)・ωにしたがって求める。さらに、モデル演算部22は、撓み角周波数ωcの値とτa、τb、αの各値を用いて、上記式(1)’にしたがって、転がり抵抗RRを算出する。モデル演算部22は、算出した転がり抵抗RRをパラメータ値抽出部24に提供する。
転がり抵抗予測部26は、さらに、転動速度を変更して、ωとFzの値と、τ1、τ2、α、ψの各値を、モデル演算部22に提供し、モデル演算部22から、算出した転がり抵抗RRの提供を受ける。これを繰り返すことにより、所定の転動速度の範囲で転がり抵抗RRが算出される。
このとき、τ1、τ2、αの各値がわかっているので、装置10は、算出された転がり抵抗RRのうち、サイド側部分の寄与する量と、トレッド側部分の寄与する量とを分けて別々に算出することができる。算出された転がり抵抗RRの転動速度依存性のデータや、サイド側部分の寄与する量、トレッド側部分の寄与する量等の情報が、ディスプレイ・プリンタ18に出力される。
図5(a)では、パラメータの値が、ψ=45.5度、τ1=0.032m秒、τ2=2.96m秒、α=0.91である。図中、○は、解析モデルで算出された転がり抵抗RRの値を示す。解析モデルで算出された転がり抵抗RRは、実測データに極めてよく合致して、解析モデルがタイヤの転がり抵抗の実測データをよく再現することがわかる。図5(b)についても、同様のことが言える。
なお、図5(a),(b)には、さらに、転がり抵抗RRのサイド側部分が寄与する量(破線)と、トレッド側部分が寄与する量(一点鎖線)が示されている。サイド側部分が寄与する量と、トレッド側部分が寄与する量は、転動速度に応じて変化することがわかる。このように、転がり抵抗RRを解析することができるので、転動速度に応じて、タイヤのどの部分を効果的に設計変更すると転がり抵抗を効果的に低減することができるか、知ることができる。
図6(a)、(b)では、タイヤスペックが異なる乗用車用タイヤA,B,Cの解析結果の一例を示す。図6(a)では、転がり抵抗の良好な順番は、タイヤA、タイヤB、タイヤCである。撓み領域ψは、タイヤC、タイヤB,タイヤAの順に小さくなっている。タイヤCは、トレッド側部分の転がり抵抗の寄与が、タイヤA、タイヤBに比べて大きく、トレッド側部分の設計変更をすべきことがわかる。
図6(b)は、このようなタイヤA,B,Cについて、一目で分析できるように、撓み領域ψに応じた扇状の角度を定め、サイド側部分およびトレッド側部分の位置に数値を記入した、出力画面の一例である。この画面をタイヤ設計者が見ることにより、タイヤ設計者はタイヤCのどの部位に起因して転がり抵抗が大きくなっているか、直感的に知ることができる。
12 CPU
14 メモリ
16 入・出力インターフェース
18 ディスプレイ・プリンタ
20 キーボード・マウス
22 モデル演算部
24 パラメータ値抽出部
26 転がり抵抗予測部
28 制御部
30 条件設定部
Claims (12)
- 路面を転動するタイヤの転がり抵抗を予測する方法であって、
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布の中でタイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と、タイヤのサイド側部分の粘弾性特性を表す第1時定数τ1と、タイヤのトレッド側部分の粘弾性特性を表す第2時定数τ2と、前記タイヤの前記サイド側部分と前記トレッド側部分における弾性定数の和に対する前記トレッド側部分における弾性定数の比αと、をメモリから読み出すステップと、
角度ψ[rad]と前記タイヤの回転する角周波数ωとを用いて、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分が前記撓み領域を通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcを算出するステップと、
前記撓み角周波数ωcと、前記第1時定数τ1と、前記第2時定数τ2と、前記比αと、を用いて、タイヤの転がり抵抗を算出するステップと、を有することを特徴とするタイヤの転がり抵抗を予測する方法。 - 前記タイヤの回転する角周波数をωとし、前記撓み領域の範囲を表す角度をψ[rad]としたとき、前記撓み角周波数ωcは、(2π/ψ)・ωで表される、請求項1に記載の方法。
- 前記撓み角周波数ωcと、前記第1時定数τ1と、前記第2時定数τ2と、前記比αと、を用いて、転がり抵抗を算出するとき、下記式に従って転がり抵抗が算出される、請求項1または2に記載の方法。
転がり抵抗RR= (ψ/2π)・Fz・tan{tan-1(ωcτ1)+tan-1(ωcτ2)−tan-1(α・ωcτ2)}
(Fzはタイヤの負荷荷重である。) - さらに、前記撓み角周波数ωcと、前記第1時定数τ1と、前記第2時定数τ2と、前記比αと、を用いて、前記サイド側部分および前記トレッド側部分における転がり抵抗の寄与の量を別々に算出するステップ、を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 路面を転動するタイヤの転がり抵抗の解析方法であって、
タイヤの転がり抵抗の実測データを取得するステップと、
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布の中でタイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と、タイヤのサイド側部分の粘弾性特性を表す第1時定数τ1と、タイヤのトレッド側部分の粘弾性特性を表す第2時定数τ2と、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分における弾性定数の和に対する前記トレッド側部分における弾性定数の比αと、をパラメータとして備える解析モデルと、取得した前記タイヤの転がり抵抗の実測データとを用いて、前記パラメータの値を抽出するステップと、
前記パラメータの値の抽出結果を記憶するステップと、を有し、
前記角度ψ[rad]と前記タイヤの回転する角周波数ωとを用いて、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分が、前記撓み領域を通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcの値を算出し、算出した前記撓み角周波数ωcの値を、前記パラメータの値を抽出する際に用いる、ことを特徴とする解析方法。 - 前記解析モデルにおける前記パラメータと前記転がり抵抗とは、下記式で関係付けられている、請求項5に記載の解析方法。
転がり抵抗RR= (ψ/2π)・Fz・tan{tan-1(ωcτ1)+tan-1(ωcτ2)−tan-1(α・ωcτ2)}
(Fzはタイヤの負荷荷重である。) - さらに、前記撓み角周波数ωcと、前記第1時定数τ1と、前記第2時定数τ2と、前記比αと、を用いて、前記実測データにおける、前記サイド側部分および前記トレッド側部分における前記転がり抵抗の寄与の量を別々に算出するステップ、を有する請求項5または6に記載の解析方法。
- 路面を転動するタイヤの転がり抵抗を予測する転がり抵抗の予測装置であって、
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布の中でタイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と、タイヤのサイド側部分の粘弾性特性を表す第1時定数τ1と、タイヤのトレッド側部分の粘弾性特性を表す第2時定数τ2と、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分における弾性定数の和に対する、前記トレッド側部分における弾性定数の比αと、をタイヤの転がり抵抗を予測するための解析モデルのパラメータの値として記憶するデータ記憶部と、
前記撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と前記タイヤの回転する角周波数ωとを用いて、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分が前記撓み領域を通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcを算出し、前記撓み角周波数ωcと、前記第1時定数τ1と、前記第2時定数τ2と、前記比αと、を用いて、転がり抵抗を算出する処理部と、
前記転がり抵抗の算出結果を出力する出力部と、を有する、ことを特徴とする転がり抵抗の予測装置。 - 路面を転動するタイヤの転がり抵抗の解析装置であって、
タイヤの転がり抵抗の実測データを記憶するデータ記憶部と、
タイヤが路面に接地することにより変形するタイヤ周上のたわみ分布において、タイヤのたわみ量が所定量を超えるタイヤ周上の撓み領域の範囲を表す角度ψ[rad]と、タイヤのサイド側部分の粘弾性特性を表す第1時定数τ1と、タイヤのトレッド側部分の粘弾性特性を表す第2時定数τ2と、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分における弾性定数の和に対する、前記トレッド側部分における弾性定数の比αと、をパラメータとして備える解析モデルと、記憶した前記タイヤの転がり抵抗の実測データとを用いて、前記パラメータの値を抽出する処理部と、を有し、
前記データ記憶部は、前記パラメータの値の抽出結果を記憶し、
前記処理部は、前記角度ψ[rad]と前記タイヤの回転する角周波数ωとを用いて、前記タイヤの前記サイド側部分および前記トレッド側部分が前記撓み領域を通過する時間を1周期とする撓み角周波数ωcを算出し、算出した前記撓み角周波数ωcを、前記パラメータの値を抽出する際に用いる、ことを特徴とする解析装置。 - 前記処理部は、さらに、前記撓み角周波数ω c と、前記第1時定数τ 1 と、前記第2時定数τ 2 と、前記比αと、を用いて、前記実測データにおける、前記サイド側部分および前記トレッド側部分における前記転がり抵抗の寄与の量を別々に算出する、請求項8に記載の転がり抵抗の予測装置。
- 前記出力部は、前記サイド側部分および前記トレッド側部分における前記転がり抵抗の寄与の量の情報を出力する、請求項10に記載の予測装置。
- 前記処理部は、さらに、前記撓み角周波数ω c と、前記第1時定数τ 1 と、前記第2時定数τ 2 と、前記比αと、を用いて、前記実測データにおける、前記サイド側部分および前記トレッド側部分における前記転がり抵抗の寄与の量を別々に算出する、請求項9に記載の転がり抵抗の解析装置。
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