JP5677111B2 - タイヤの氷上発進・加速性能評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの氷上発進・加速性能を高精度で評価しうるタイヤの氷上発進・加速性能評価方法に関する。

タイヤの氷上発進・加速性能を高精度で評価するには、氷結路面状態のテストコースで実車走行による評価方法が望ましい。しかしながら、外気温は変動が激しく、最も滑り易い０℃付近の氷結路面でテストできる時間が限られている。また、テスト走行が繰り返されると、タイヤと氷結路面との摩擦により、氷結路面の一部が溶けて路面の状態が変わり易いという問題があった。

例えば下記の特許文献１には、タイヤの氷上制動性能の評価方法が開示されている。この評価方法では、内周面を温度制御して氷結路面とした円筒状のドラムを用い、このドラムの回転速度を一定とすると共に、この氷結路面上を走行するタイヤの走行速度を次第に減速して制動し、そのときタイヤと氷結路面との間に発生する摩擦係数を計測し、タイヤの氷上での制動特性を評価している。この方法では、氷結路面を温度制御するため、外気温の影響を受けることが小さい。

しかしながら、このような評価方法を加速試験に応用させて、ドラムの速度を一定として、タイヤ速度を連続的に加速させると、タイヤの前後力が大きく変化する状況となり、タイヤの上下荷重も大きく変動するため、摩擦係数を正確に計測することができず、氷上発進・加速性能を精度良く評価できないという問題がある。

そこで、発明者らは、種々研究を重ね、タイヤ回転速度を連続的に加速させるのではなく、段階的に加速させるステップ駆動を行い、加速の各段階において摩擦係数を計測することを提案した。しかしながら、このような場合でも、タイヤの回転速度の加速度が大きいと、タイヤに生じる上下荷重や前後力の変動を収束させるための走行時間が長くなり、氷結路面の表面がタイヤとの摩擦熱で溶けるため、前記最も滑り易い０℃付近の氷結路面における摩擦係数を計測することができないという問題があった。

特開２００７−０７８６６７号公報 実案登録第３１２３５８９号公報 特許出願公告平０３−６２９９０号公報

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、タイヤ及びドラムの速度を一定の範囲に限定することを基本として、走行時間を短縮させることにより氷結路面が溶けるのを抑制して、最も滑り易い０℃付近の氷結路面の摩擦係数を精度よく測定して、タイヤの氷上発進・加速性能を高精度で評価する評価方法を提供することを主たる目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、内周面を氷結路面とした円筒状のドラムを一定の速度Ｖｏで回転させつつ、前記氷結路面上を走行するタイヤを加速する加速手順、前記氷結路面の温度を−５〜＋１℃に制御する制御手順、前記加速中のタイヤの氷結路面に対する摩擦係数μを測定する測定手順、及び前記測定された摩擦係数μを用いて氷上発進・加速性能を評価する評価手順を含むタイヤの氷上発進・加速性能評価方法であって、前記測定手順では、前記タイヤの速度ｖが１０〜２０ｋｍ／ｈ、前記ドラムの速度Ｖｏが２ｋｍ／ｈ以上かつタイヤの速度ｖから２〜４ｋｍ／ｈ減じた速度範囲に設定された測定状態において、前記タイヤに作用する上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとを測定し、次式（１）を用いて摩擦係数μを算出することを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、前記測定状態とは、タイヤとドラムとを夫々前記速度ｖ及びＶｏに安定させた後、該タイヤとドラムとを接触させたときを起点とするとともに、前記測定手順では、前記測定状態になった瞬間からのタイヤの走行時間が１２０秒を超えてから上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとが測定される請求項１記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法である。

また請求項３記載の発明は、前記測定手順では、前記上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとが、前記タイヤの走行時間が６００秒までの間で測定される請求項１又は２記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法である。

また請求項４記載の発明は、前記測定手順では、前記上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとが複数回測定され、前記評価手順では、上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとの平均値から算出される平均摩擦係数μｏが用いられる請求項１乃至３のいずれかに記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法である。

また請求項５記載の発明は、前記氷結路面の温度は、氷結路面からドラムの回転中心方向に０．５〜１．５ｍ離間した位置で計測される請求項１乃至４のいずれかに記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法である。

また請求項６記載の発明は、前記制御手順は、前記氷結路面の温度を−２〜０℃に制御する請求項１乃至５のいずれかに記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法である。また請求項６記載の発明は、前記測定手順では、前記起点からタイヤの走行時間が１２０秒を超えて上下荷重Ｆｚが駆動輪１輪に係る静止状態での荷重±５％に制御される請求項２に記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法である。

本発明のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法は、内周面を氷結路面とした円筒状のドラムを一定の速度Ｖｏで回転させつつ、前記氷結路面上を走行するタイヤを加速する加速手順、前記氷結路面の温度を−５〜＋１℃に制御する制御手順、前記加速中のタイヤの氷結路面に対する摩擦係数μを測定する測定手順、及び前記測定された摩擦係数μを用いて氷上発進・加速性能を評価する評価手順を含む。このように氷結路面の温度を−５〜＋１℃に制御するため、最も滑り易く問題となる０℃付近の氷結路面での摩擦係数を測定することができる。

また、測定手順では、前記タイヤの速度ｖが１０〜２０ｋｍ／ｈ、前記ドラムの速度Ｖｏが２ｋｍ／ｈ以上かつタイヤの速度ｖから２〜４ｋｍ／ｈ減じた速度範囲に設定された測定状態において、前記タイヤに作用する上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘを測定し、次式（１）を用いて摩擦係数μが算出される。
μ＝Ｆｘ／Ｆｚ −−−（１）
このようにタイヤの速度ｖ及びドラムの速度Ｖｏが限定されることにより、タイヤに生じる上下荷重や前後力の変動を収束させるための走行時間を短かくできるため、氷結路面を溶かすことも無い。また、このような速度範囲は、実車による発進に最も良く使用される領域を再現するため、この速度範囲で測定された摩擦係数μは、実車による発進・加速性能と相関する。従って、本発明の氷上発進・加速性能評価方法によって得られた摩擦係数μは、高精度の実車の発進・加速性能として高く評価できる。

本発明のタイヤの氷上発進・加速性能の評価方法を実施するための氷上試験装置を概念的に示す側面図である。 摩擦係数μと走行時間Δｔとの関係を示すグラフである。 （Ａ）は、上下荷重Ｆｚと走行時間との関係、（Ｂ）は、前後力Ｆｘと走行時間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に示されるように、本発明のタイヤの氷上発進・加速性能の評価方法を実施するための氷上試験装置１は、内周面を氷結路面２ｓとした円筒状のドラム２と、前記ドラム２を水平な軸心ｊ２周りで回転可能に支持するドラム支持手段３と、前記氷結路面２ｓに対して、タイヤＴの外周面を所定の荷重で接触させながら前記タイヤＴを水平な軸心ｊＴ周りに回転可能に支持するタイヤ支持手段４とを具える。

前記ドラム２は、鋼製の円筒状のドラム本体２Ａと、このドラム本体２Ａの一側面を閉じる側壁体２Ｂとを具える。また、ドラム本体２Ａの他側面側はタイヤＴを出し入れするための開口５とされ、該開口５の周縁には小高さのフランジ部５ｆが設けられている。

また、前記ドラム支持手段３は、ドラム２の前記側壁体２Ｂに一端部が固定される支持軸３Ａと、この支持軸３Ａを軸受けを介して回転自在に支持する支持台３Ｂと、前記支持軸３Ａを回転駆動する駆動手段３Ｃとを具える。前記駆動手段３Ｃは、モータＭを含み、このモータＭの回転速度を制御することにより前記ドラム２の回転速度が調節される。

前記ドラム本体２Ａの内周面側には、周方向に連続する滑らかな氷結路面２ｓが形成される。この氷結路面２ｓは、前記ドラム２を回転させながら水を注入することにより形成される。具体的には、ドラム２を、その内周面の速度が５０〜１００ｋｍ／ｈの範囲となる高速回転域にて回転させながら、ドラム２内に水を適宜注入する。そして、この注入した水を遠心力によって前記内周面に均等に貼り付けながら凍結させ、これを繰り返すことで氷厚さが例えば２０〜５０ｍｍの氷盤が形成される。その後、ドラム回転状態にて例えば、切削バイトを用いて氷盤表面を薄く削り取ることにより、ドラム２と同心な滑らかな氷結路面２ｓが形成される。また、ドラム本体２Ａの内周面側には、該氷結路面２ｓから前記ドラムの回転中心方向に０．５〜１．５ｍ離間した位置Ｈでの温度を計測制御する温度計Ｓが設けられる。本実施形態では、氷結路面の温度は、この温度計Ｓで計測された値をいう。

また、前記タイヤ支持手段４は、本実施形態では、基台１０と、この基台１０上にドラム軸方向にスライド移動可能に支持される支持台１１と、該支持台１１にシリンダ１２を介して昇降自在に取り付く支持アーム１３と、該支持アーム１３の下端部に軸受けを介して連結される水平なタイヤ支持軸１４とを具える。そして、このタイヤ支持手段４は、前記シリンダ１２によって支持アーム１３を上下動させることにより、前記タイヤ支持軸１４に回転自在に保持されるタイヤＴを、前記氷結路面２ｓに対して所定の荷重で押し付けうるとともに、その時の荷重量を調整することができる。

また、前記支持アーム１３には、前記タイヤ支持軸１４の回転速度、ひいてはタイヤＴの走行速度を自在にコントロールしうるタイヤ速度制御手段１５が取り付く。このタイヤ速度制御手段１５は、例えば周知のモータを含んで構成される。又前記タイヤ支持軸１４には、タイヤＴに作用する上下荷重Ｆｚ及び前後力Ｆｘを測定するための荷重センサとして、本実施形態では分力計６が取り付けられる。

次に、タイヤの氷上発進・加速性能の評価方法を説明する。この評価方法は、内周面を氷結路面２ｓとした前記ドラム２を一定の速度Ｖｏ（氷結路面２ｓの周速度Ｖｏ）で回転させつつ、前記氷結路面２ｓ上を空転するタイヤＴを加速する加速手順Ｋ１、前記氷結路面２ｓの温度を−５〜＋１℃に制御する制御手順Ｋ２、前記加速中のタイヤＴの氷結路面２ｓに対する摩擦係数μを測定する測定手順Ｋ３、及び前記測定された摩擦係数μを用いて氷上発進・加速性能を評価する評価手順Ｋ４を具える。

前記加速手順Ｋ１では、ドラム２を一定の速度Ｖｏで走行させる一方、タイヤＴの走行速度ｖをドラム２の速度Ｖｏよりも大の速度にする。これにより、タイヤＴは、ドラム２に対して加速状態となり、発進・加速を発生している。

制御手順Ｋ２では、氷結路面２ｓの温度が−５〜＋１℃に制御される必要がある。氷結路面２ｓの温度が−５℃よりも小さくなると、タイヤＴとの摩擦熱によっても氷は溶けないため、最も滑り易く問題となる０℃付近の氷結路面（つるつる路面）における摩擦係数μを測定することができない。逆に氷結路面２ｓの温度が＋１℃を超えると、前記摩擦熱により氷結路面２ｓが溶け易くなり、同様に、つるつる路面における摩擦係数μを測定することができない。このような観点より、前記氷結路面２ｓの温度は、−２〜０℃に制御されるのが望ましい。また、タイヤの上下荷重Ｆｚは、そのタイヤが装着される車両の静止状態での駆動輪１輪に係る荷重の±５％に制御されるのが望ましい。

前記測定手順Ｋ３では、タイヤＴの速度ｖが、１０〜２０ｋｍ／ｈ、ドラム２の速度Ｖｏが、２ｋｍ／ｈ以上かつタイヤの速度ｖから２〜４ｋｍ／ｈ減じた速度に設定（以下、このような状態を「測定状態」という。）される必要がある。前記測定状態とは、本明細書において、より詳しくは、タイヤとドラムとを夫々前記速度ｖ及びＶｏに安定させた後、該タイヤとドラムとを接触させたときを起点とする状態をいう。

また、測定手順Ｋ３では、前記測定状態におけるタイヤに作用する上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘが測定される。そして、この上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとにより、摩擦係数μが、次式（１）を用いて算出される。
μ＝Ｆｘ／Ｆｚ −−−（１）

ここで、発明者らの種々の実験結果から、このような速度範囲に設定することにより、実際の車両の発進時の加速状態を再現することが判明した。これにより、この速度範囲で測定された摩擦係数μは、実車発進・加速性能と精度良く相関する。

また、図２には、測定状態になった瞬間からのタイヤの走行時間と摩擦係数μとの関係が示される。図２に示されるように、氷結路面２ｓにおけるタイヤの摩擦係数μは、タイヤの走行の初期領域ｈでは大きく減少し、その後の中期領域ｍでは漸増し、さらにこれ以降の終期領域ｓでは漸減する傾向がある。この理由としては、上下荷重Ｆｚと走行時間との関係を示す図３（Ａ）及び前後力Ｆｘと走行時間との関係を示す図３（Ｂ）に示されるように、タイヤＴに生じる上下荷重Ｆｚ及び前後力Ｆｘの走行時間による変動に起因するものであることが確認できる。従って、本実施形態の測定手順Ｋ３では、上下荷重や前後力の変動が小さく安定している終期領域ｓでの摩擦係数μを測定することとしている。これにより、高精度で発進・加速性能を評価できる。

また、本実施形態では、タイヤＴの速度ｖ及びドラム２の速度Ｖｏが上述の所定の速度に限定される必要がある。これにより、上下荷重Ｆｚ及び前後力Ｆｘの変動が小さくなり、タイヤＴとドラム２との摩擦熱が抑制され、つるつる路面における摩擦係数μの計測が可能になる。また、このような作用効果をさらに発揮させる観点より、前記タイヤＴの速度ｖ及びドラム２の速度Ｖｏを等速度（所定の速度±１０％の範囲の速度を含む）にすることが望ましい。

前記速度ｖが、１０ｋｍ／ｈ未満又は２０ｋｍ／ｈを超えると、タイヤに発進・加速が作用しないかまたは過度の発進・加速が作用する状態となり、実際の走行状態と乖離した摩擦係数μが計測されるおそれがある。同じく、前記速度Ｖｏが、２ｋｍ／ｈ未満または速度ｖと前記速度Ｖｏとの差（ｖ−Ｖｏ）が、２ｋｍ／ｈ未満若しくは４ｋｍ／ｈを超えても実際の走行を再現したものとはならないおそれがある。このような観点より、速度Ｖｏは、７〜１８ｋｍ／ｈが望ましく、さらにタイヤの速度ｖから２．５〜３．５ｋｍ／ｈ減じた速度に設定されるのが望ましい。また、同様の観点より、タイヤの上下荷重Ｆｚは、そのタイヤが装着される車両の静止状態での駆動輪１輪に係る荷重の好ましくは±３％に制御されるのが望ましい。

また、本実施形態の測定状態では、図２に明らかに示されるように、前記タイヤの走行時間が１２０秒未満では、摩擦係数μが大きく変化している不安定な状態である。逆に、前記タイヤの走行時間が長くなると、タイヤＴとドラム２との摩擦熱が大きくなり、氷結路面の状態変化を招くおそれがある。従って、前記測定手順Ｋ３では、前記上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとは、前記タイヤの走行時間が１２０秒を超えてから測定されるのが好ましく、また、６００秒までの間に測定されるのが望ましく、さらに好ましくは、４００秒までの間に測定されるのが望ましい。

前記評価手順Ｋ４では、前記測定手順Ｋ３によって測定された摩擦係数μの値から、例えば、事前に算出した摩擦係数μと実車走行による発進・加速性能との相関関係の表などを用いて、発進・加速性能を評価する。

また、さらに精度良く発進・加速性能を評価するために、前記摩擦係数μは、複数回、より好ましくは、５〜１０回測定された前記上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとの平均値から算出される平均摩擦係数μｏを用いるのが望ましい。

以上本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施することができる。

図１に示す氷上試験装置を用い、トレッドパターンの異なる６種類の小型トラック用ラジアルタイヤ（タイヤサイズ２２５／８０Ｒ１７．５）の摩擦係数μを、表１に示す仕様にて夫々計測した。このとき、所定の速度に安定させたタイヤとドラムとを接触させた時点から走行時間の計測を開始し、開始後１２０秒から１８０秒までを１０秒間隔で摩擦係数μを１０回計測し、その平均値を算出した。そして、各パラメータでの摩擦係数μの最も大きなタイヤの評点を５、最も小さなタイヤの評点を１とする５段階で表した。なお、総合評価は、後述する実車走行テスト結果と比較した結果であり、以下の評価を表す。
◎・・・実車走行テスト結果と全て（６種類のタイヤ）の評点とが一致したもの
○・・・実車走行テスト結果と５種類のタイヤの評点とが一致したもの
△・・・実車走行テスト結果と４種類のタイヤの評点とが一致したもの
×・・・実車走行テスト結果と３種類以下のタイヤの評点とが一致したもの
主な共通仕様は下記の通りである。
氷結路面の温度：−２℃
タイヤの内圧：７００ｋＰａ
タイヤの負荷荷重：３．９ｋＮ
テストの結果を表１に示す。

又、実車走行テストとして、同じ６種類のタイヤを内圧７００ｋＰａの条件にて、車両（国産トラック、積載量３５００ｋｇ 排気量８２００ｃｃの前１軸、後１軸の後輪駆動）の後輪４輪に装着し、気温０℃の環境下で、氷結路面のテストコースを走行させた。そして、車両発進時の発進・加速性能をドライバーのフィーリングの最も良いものを５点、最も悪いものを１点とする５段階で評価した。テストの結果を表２に示す。

表１に示されるように、実施例は、比較例よりも実車走行による発進・加速性能に近似した評価が可能となる。また、走行時間が１２０秒よりも短い時間でも摩擦係数μを計測したが、その結果は、前後力や上下荷重の変動が大きくなるため、実車走行による発進・加速性能に近似したものにはならなかった。

２ ドラム
２ｓ 氷結路面
Ｋ１ 加速手順
Ｋ２ 制御手順
Ｋ３ 測定手順
Ｋ４ 評価手順
Ｔ タイヤ

Claims (7)

1. 内周面を氷結路面とした円筒状のドラムを一定の速度Ｖｏで回転させつつ、前記氷結路面上を走行するタイヤを加速する加速手順、
   前記氷結路面の温度を−５〜＋１℃に制御する制御手順、
   前記加速中のタイヤの氷結路面に対する摩擦係数μを測定する測定手順、
   及び前記測定された摩擦係数μを用いて氷上発進・加速性能を評価する評価手順を含むタイヤの氷上発進・加速性能評価方法であって、
   前記測定手順では、前記タイヤの速度ｖが１０〜２０ｋｍ／ｈ、前記ドラムの速度Ｖｏが２ｋｍ／ｈ以上かつタイヤの速度ｖから２〜４ｋｍ／ｈ減じた速度範囲に設定された測定状態において、前記タイヤに作用する上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとを測定し、次式（１）を用いて摩擦係数μを算出することを特徴とするタイヤの氷上発進・加速性能評価方法。
   μ＝Ｆｘ／Ｆｚ −−−（１）
2. 前記測定状態とは、タイヤとドラムとを夫々前記速度ｖ及びＶｏに安定させた後、該タイヤとドラムとを接触させたときを起点とするとともに、
   前記測定手順では、前記測定状態になった瞬間からのタイヤの走行時間が１２０秒を超えてから上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとが測定される請求項１記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法。
3. 前記測定手順では、前記上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとが、前記タイヤの走行時間が６００秒までの間で測定される請求項１又は２記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法。
4. 前記測定手順では、前記上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとが複数回測定され、
   前記評価手順では、上下荷重Ｆｚと前後力Ｆｘとの平均値から算出される平均摩擦係数μｏが用いられる請求項１乃至３のいずれかに記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法。
5. 前記氷結路面の温度は、氷結路面からドラムの回転中心方向に０．５〜１．５ｍ離間した位置で計測される請求項１乃至４のいずれかに記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法。
6. 前記制御手順は、前記氷結路面の温度を−２〜０℃に制御する請求項１乃至５のいずれかに記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法。
7. 前記測定手順では、前記起点からタイヤの走行時間が１２０秒を超えて上下荷重Ｆｚが駆動輪１輪に係る静止状態での荷重±５％に制御される請求項２に記載のタイヤの氷上発進・加速性能評価方法。
   

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