JP6260700B2 - 自動車タイヤの偏向半径をシミュレートする方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの積載半径を求める方法に関する。

所与のタイヤを装備している可能性が高い車両が直面する典型的な条件下での回転中、これらの条件は、直線的な回転からサーキットにおける高速回転までの広範な範囲の用途に及ぶ。

車両の路面保持挙動は、特にタイヤにおける複雑な現象を利用する。この挙動を改善するには、挙動を理解し、分析し、シミュレートするために、これらの現象を考慮することが必須である。この目的のために、シミュレーションツールは、タイヤの寄与を記述するモデルを必要とする。タイヤのトルソ又はその回転形状に関連する様々な量が用いられ、これは積載半径についても同様である。従って、このことは、車両の横転限界、道路に対するリムの接触可能性、車両の姿勢及びその車高を空気力学に関連して評価するために特に重要である。

タイヤの積載半径の変化を評価するために、様々な定式化が既に提案されている。これらの定式化の中でも、Ｈ．Ｂ．Ｐａｃｅｊｋａの「ｍａｇｉｃ ｆｏｒｍｕｌａ」として知られている異なるバージョンの定式化を引用することができ、最も良く知られているバージョンは、ＭＦ−５．２又は最終変異形のＭＦ−６．１である。現在最も多く使用されている定式化ＭＦ−５．２は、積載半径を以下のように記述し、

荷重時の半径の変化速度に関連する影響によって補足される。

定式化ＭＦ−６．１は、垂直荷重の二重記述に基づくので、本発明のものとは異なる定式化に従って、圧力、力及び速度に起因する影響を加える。

リムと地面の接触に起因する横転のリスクを予測するために、リムと地面の間隔を知るためのモデルも提案されている。このモデルは、荷重半径モデルに基づく。

本発明の目的は、より正確かつ実装が容易な、タイヤの荷重半径の推定方法を提案することである。

本発明によれば、この目的は、以下の形の数式を用いてタイヤの積載半径Ｒｌを推定するステップを含むことを特徴とする自動車タイヤの製造方法によって達成され、

式中、Ｋ_ZZは、Ｋ_ZZ＝Ｋ_ZZ0＋Ｋ_ZZp×Ｐｇの形で書かれ、Ｋ_ZZ0及びＫ_ZZpは数値であり、Ｐｇは、タイヤの空気圧であり、Ｖは、車両の速度であり、Ｆ_Zは、タイヤに加わる荷重であり、Ｆ_Yは、タイヤに働く横方向推力であり、γは、車両のキャンバ角であり、Ｒ₀は、静止時におけるタイヤの自由半径値であり、Ｒ_Vは、積載半径に対する車両の速度の影響の係数であり、Ｒ_Y1は、横方向荷重値を介した積載半径に対する空気圧の影響の係数であり、Ｒ_Y2は、圧力に関連する横方向荷重の一部を除いた積載半径に対する横方向荷重の影響の係数であり、Ｒ_γは、積載半径に対する車両のキャンバ角値の影響の係数である。

係数Ｒ₀、Ｒ_V、Ｒ_Y1、Ｒ_Y2、Ｒ_γは、設計すべきタイヤの標本タイヤに対する物理テストによって定められることが有利である。

物理テストは、平坦な地面型のローラを用いて行われることが有利である。

この方法は、ＴａｍｅＴｉｒｅソフトウェアを使用するステップを含むことが有利である。

この方法は、ＴａｍｅＴｉｒｅソフトウェアにおいて係数Ｒ₀、Ｒ_V、Ｒ_Y1、Ｒ_Y2、Ｒ_γを使用するステップを含むことが有利である。

横方向推力は、シミュレーションコンピュータ処理ツールを用いたシミュレーションにより、タイヤが受ける物理的応力を示す複数の物理パラメータをシミュレーションコンピュータ処理ツールに入力することによって求められることが有利である。

横方向推力（Ｆ_γ）は、タイヤの内部温度及び表面温度を考慮して求められることが有利である。

シミュレーションコンピュータ処理ツールは、ＴａｍｅＴｉｒｅソフトウェアによって制御されるプロセッサであることが有利である。

本発明は、自動車タイヤの挙動を計算するプロセッサであって、タイヤの積載半径Ｒ_lを推定するように構成され、以下の形の数式を用いて積載半径Ｒ_lを求めるように構成されることを特徴とするプロセッサにも関し、

式中、Ｋ_ZZは、Ｋ_ZZ＝Ｋ_ZZ0＋Ｋ_ZZp×Ｐｇの形で書かれ、Ｋ_ZZ0及びＫ_ZZpは数値であり、Ｐｇは、タイヤの空気圧であり、Ｖは、車両の速度であり、Ｆ_Zは、前記タイヤに加わる荷重であり、Ｆ_Yは、前記タイヤに働く横方向推力であり、γは、前記車両のキャンバ角であり、Ｒ₀は、静止時における前記タイヤの自由半径値であり、Ｒ_Vは、前記積載半径に対する前記車両の速度の影響の係数であり、Ｒ_Y1は、横方向荷重値を介した前記積載半径に対する前記空気圧の影響の係数であり、Ｒ_Y2は、圧力に関連する前記横方向荷重の一部を除いた前記積載半径に対する前記横方向荷重の影響の係数であり、Ｒ_γは、前記積載半径に対する前記車両のキャンバ角値の影響の係数である。

本発明は、自動車タイヤであって、以下の形の数式を用いたタイヤの積載半径Ｒ_lのシミュレーションを用いて製造されることを特徴とするタイヤにも関し、

式中、Ｋ_ZZは、Ｋ_ZZ＝Ｋ_ZZ0＋Ｋ_ZZp×Ｐｇの形で書かれ、Ｋ_ZZ0及びＫ_ZZpは数値であり、Ｐｇは、タイヤの空気圧であり、Ｖは、車両の速度であり、Ｆ_Zは、前記タイヤに加わる荷重であり、Ｆ_Yは、前記タイヤに働く横方向推力であり、γは、前記車両のキャンバ角であり、Ｒ₀は、静止時における前記タイヤの自由半径値であり、Ｒ_Vは、前記積載半径に対する前記車両の速度の影響の係数であり、Ｒ_Y1は、横方向荷重値を介した前記積載半径に対する前記空気圧の影響の係数であり、Ｒ_Y2は、圧力に関連する前記横方向荷重の一部を除いた前記積載半径に対する前記横方向荷重の影響の係数であり、Ｒ_γは、前記積載半径に対する前記車両のキャンバ角値の影響の係数である。

添付図を参照しながら行う以下の説明を読むことにより、本発明のさらなる特徴、目標及び利点が明らかになるであろう。

本発明によるタイヤの、荷重の関数としての積載半径の変化を示す図である。 本発明によるタイヤの、速度の関数としての積載半径の変化を示す図である。 本発明によるタイヤの、横方向推力の関数としての積載半径の変化を示す図である。 本発明によるタイヤの、キャンバ角の関数としての積載半径の変化を示す図である。

タイヤの積載半径Ｒ_l（ｍ）は、加わる荷重Ｆ_Z（Ｎ）、タイヤの垂直剛性Ｋ_ZZ（Ｎｍ^-1）、並びにその空気圧成分Ｋ_ZZp（Ｎｍ^-1）及び構造成分Ｋ_ZZ0（Ｎｍ^-1）、回転速度Ｖ（ｍｓ^-1）、空気圧Ｐｇ（ｂａｒ）、横方向推力Ｆ_Y（Ｎ）、及びキャンバ角γ（°）を含む数多くの要因に依存することが判明している。従って、数学的定式化によってタイヤの積載半径を発見するには、これらの量を全て理解し、例えば測定し、又はシミュレーションツールによって設定すべきであることが好ましい。従って、これらの様々な要因の寄与を識別した上で上記の定式化を使用できるようになる。

これらの現象を評価するために、ここでは以下の定式化を使用する。

Ｋ_ZZ＝Ｋ_ZZ0＋Ｋ_ZZp×Ｐｇであり、
Ｋ_ZZ0及びＫ_ZZpは固定係数であることが好ましく、以下に示す係数を導入する。Ｒ₀（ｍ）は、静止時のタイヤの寸法を表す。この場合、この係数はタイヤの自由半径である。Ｒ_Vは、積載半径に対する速度の影響の、この場合は２乗した係数である。Ｒ_Y1は、横方向荷重を介した積載半径に対する空気圧の影響の係数である。Ｒ_Y2は、圧力に関連する部分を除いた積載半径に対する横方向荷重の影響の係数である。Ｒ_γは、積載半径に対するキャンバの影響の係数である。

上記の段落に列挙した係数Ｒ₀（ｍ）、．．．、Ｒ_γを識別又は取得する戦略は、一方において、その前の段落に列挙した量Ｆ_Z（Ｎ）、．．．、γ（°）についての知識に基づく。この戦略は、他方において、タイヤの使用に関する通常現実的な限度においてこれらの量の各々の広い範囲をカバーする実験的設計又は測定アニメーションの作成に基づく。最後に、この戦略は、適切なアルゴリズムによるこれらの係数の組の最適化に基づく。例えば平坦な地面型のローラなどの適当な計測機上で作成したアニメーションから開始して、選択した量の関数としてのタイヤの積載半径の応答についての知識を発見する。

自由半径とは、ゼロ荷重において得られる積載半径の値であるので、図１に示すように、ゼロ荷重の値に至るまでの異なる荷重における単純回転中の、すなわちコーナリング角、キャンバ又は曲率、或いはエンジン又はブレーキングトルクを伴わない半径の測定値を推定することによって発見される。図１では、実線プロットは、上述した数式を用いた異なる圧力におけるシミュレーションであり、破線、点線及び十字のプロットは、数式ＭＦ５．２を用いたシミュレーションである。図１のデータは、荷重効果の発見も可能にする。タイヤの垂直剛性を通じた積載半径の荷重への依存度に対する圧力の影響も同時に確認することができる。また、図２に示すように、積載半径が速度の２乗に比例して変化することも分かる。図２では、曲線プロットは、提案するモデル及び測定によって得られ、ほぼ水平のプロットは、ＭＦ５．２モデルによって得られる。また、図３に示すように、積載半径は横方向推力によっても変化する。図３では、この効果が空気圧によっても影響を受けることが分かる。図３では、実線は、提案するモデルを用いて得られた結果を表し、十字は、測定値に対応し、三角形は、モデルＭＦ５．２を用いたシミュレーションに対応する。

また、図４に示すように、積載半径はキャンバ角によっても変化する。図４では、三角形は、提案するモデルを用いて行ったシミュレーションに対応し、十字は測定結果である。

その後、上記の観察を、積載半径モデルの係数を取得するための戦略に組み込む。横方向荷重モデルの係数を取得するための戦略も作成する。これらの戦略は、モデルと基準との間の相関性を改善するために、反復して繰り返すことができる様々なステップを含む。これらの積載半径モデル及び横方向荷重モデルを、互いの相互作用を考慮することができる総合的ＴａｍｅＴｉｒｅモデルに組み込む。

ＴａｍｅＴｉｒｅモデルは、車両の挙動を研究するためにホイール中心における力の予測を改善するように開発された熱機械モデルである。主な動機は、Ｍａｇｉｃ Ｆｏｒｍｕｌａタイプの数学的モデルはタイヤ力にとって重要な温度及び速度の影響を考慮していないという観察に由来する。特に、これらのモデルは、適用可能な測定分野において推測的にしか有効でなく、車両の異なる操作のシミュレーションが望まれる時に信頼性の高い外挿法が可能でない。ＴａＭｅＴｉｒＥモデルは、長手方向及び横方向の力を、接触面積のサイズ、サイドウォール部、クラウンブロック、トレッド部の剛性、ゴムの特性及び摩擦特性などのタイヤの物理量の関数として計算する。グリップの弾性率と係数の組み合わせの特性は、タイヤの温度に関連する。

ここでは、横方向荷重を、先行技術と同様に所与の経路に沿うように強いるのではなくＴａｍｅＴｉｒｅモデルから計算する。

従って、本実施形態は、横方向推力を伴う積載半径を記述する数式と、荷重、コーナリング、キャンバ、速度、圧力、温度などのシミュレーションツールの入力量の関数としてこの力を予測するＴａｍｅＴｉｒｅモデルとの関連性に基づく。

この実施形態に示す定式化は、迅速最適化によって発見できる係数の組を通じて機械的テスト機械上で容易に測定できる関連する量の関数としてのタイヤの積載半径値のための、数学的モデルによる比較的単純な表現の発見を可能にする。

この場合、このような定式化の使用は、シミュレーションツールにおける、荷重、速度、圧力、キャンバなどの入力量、又は横方向荷重などのタイヤに依存する量のいずれかである関連する量の知識に基づく。これらの中間量は、シミュレーションを実現するために入力量から推定できるべきである。横方向荷重は、タイヤの内部温度及び表面温度を含む数多くの現象に依存するので、一般にシミュレーションモデルの入力時に入手可能でない横方向荷重の直接的な測定値を、このＴａｍｅＴｉｒｅモデルを通じて取得された横方向荷重の値に置き換えるように選択を行っておく必要がある。

このようにして、内部温度及び表面温度の影響も組み込んだ積載半径の表現が得られ、この表現は、シミュレーションツール内で直接使用することができる。トルソデータも積載半径に依存するので、ＴａｍｅＴｉｒｅモデルは、幾何学的データのみならずトルソデータの取得においてもさらに正確なものとなる。

結果では、ここで提案するモデルの方が既知のモデルに比べて精度が高いことが分かる。定式化ＭＦ−５．２では、速度に関連する遠心効果を考慮していない。ＴａｍｅＴｉｒｅでは、この効果が全体的に良好に示される。同様に、結果では、ＴａｍｅＴｉｒｅでは横方向荷重効果を十分考慮していることが分かる。ＴａｍｅＴｉｒｅでは、ＭＦ−５．２よりもキャンバ角効果が良好に示されている。

ＴａｍｅＴｉｒｅなどのトルソの記述的モデルにおける積載半径の関連する数式の組み合わせでは、互いに関連し合う効果を考慮することが可能になる。従って、ＴａｍｅＴｉｒｅモデルは、特に発生するトルクの面を除き、荷重／力の面でさらに正確になる一方で、積載半径モデルは、特に熱効果、さらに高い計算速度、及びこのモデルの物理的基礎に関連するさらに多くの関連性をより良く考慮して横方向荷重を計算するためにＴａｍｅＴｉｒｅモデルの利点を組み込む。

これらの全体は、特にエルクテストや回避操作などのタイプの安全操作などの、車両の横転限界における状況でより現実的な操作を行うために車両の動特性をシミュレートするソフトウェア内に実装することができる。この結果、地面への接続、タイヤ、或いは、例えば地面への接続又はＥＳＰ（横滑り防止機構）などを用いたこれらの調整などの、車両の部品の事前選択をより効果的に行うことができる。さらなる利点の１つは、リムと道路が接触するリスクのより良好な予測であり、このことは回避テスト及び／又は横転テストの課題にとって不可欠である。全体的に、積載半径とＴａｍｅＴｉｒｅトルソの他のパラメータとの相互作用、又はトルソと積載半径との相互作用が考慮される。従って、積載半径を用いてトルソのモデル及びタイヤの形状の一部のモデルが作成され、これらのモデルは、さらに高い取得速度、及びシミュレートされる量のさらに多くの関連性を提供する。

Claims (9)

1. 自動車タイヤの製造方法であって、以下の形の数式を用いてタイヤの積載半径Ｒ_lを推定するステップを含み、
   

   

   式中、Ｋ_ZZは、Ｋ_ZZ＝Ｋ_ZZ0＋Ｋ_ZZp×Ｐｇの形で書かれ、Ｋ_ZZ0及びＫ_ZZpは定数であり、Ｐｇは、タイヤの空気圧であり、Ｖは、車両の速度であり、Ｆ_Zは、前記タイヤに加わる荷重であり、Ｆ_Yは、前記タイヤに働く横方向推力であり、γは、前記車両のキャンバ角であり、Ｒ₀は、静止時における前記タイヤの自由半径値であり、Ｒ_Vは、前記積載半径に対する前記車両の速度の影響の係数であり、Ｒ_Y1は、横方向荷重値を介した前記積載半径に対する前記空気圧の影響の係数であり、Ｒ_Y2は、圧力に関連する前記横方向荷重の一部を除いた前記積載半径に対する前記横方向荷重の影響の係数であり、Ｒ_γは、前記積載半径に対する前記車両のキャンバ角値の影響の係数である、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記係数Ｒ₀、Ｒ_V、Ｒ_Y1、Ｒ_Y2、Ｒ_γは、設計すべきタイヤの標本タイヤに対する物理テストによって定められる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記物理テストは、平坦な地面型のローラを用いて行われる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. ホイール中心の力動性をシミュレートするソフトウェアを使用するステップを含む、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ホイール中心の力動性をシミュレートするソフトウェアにおいて前記係数Ｒ₀、Ｒ_V、Ｒ_Y1、Ｒ_Y2、Ｒ_γを使用するステップを含む、
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記横方向推力は、シミュレーションコンピュータ処理ツールを用いたシミュレーションにより、前記タイヤが受ける物理的応力を示す複数の物理パラメータを前記シミュレーションコンピュータ処理ツールに入力することによって求められる、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記横方向推力（Ｆ_Y）は、前記タイヤの内部温度及び表面温度を考慮して求められる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記シミュレーションコンピュータ処理ツールは、前記ホイール中心の力動性をシミュレートするソフトウェアによって制御されるプロセッサである、
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
9. 自動車タイヤの挙動を計算するプロセッサであって、タイヤの積載半径Ｒ_lを推定するように構成され、前記プロセッサは、以下の形の数式を用いて前記積載半径Ｒ_lを求めるように構成され、
   

   

   式中、Ｋ_ZZは、Ｋ_ZZ＝Ｋ_ZZ0＋Ｋ_ZZp×Ｐｇの形で書かれ、Ｋ_ZZ0及びＫ_ZZpは定数であり、Ｐｇは、タイヤの空気圧であり、Ｖは、車両の速度であり、Ｆ_Zは、前記タイヤに加わる荷重であり、Ｆ_Yは、前記タイヤに働く横方向推力であり、γは、前記車両のキャンバ角であり、Ｒ₀は、静止時における前記タイヤの自由半径値であり、Ｒ_Vは、前記積載半径に対する前記車両の速度の影響の係数であり、Ｒ_Y1は、横方向荷重値を介した前記積載半径に対する前記空気圧の影響の係数であり、Ｒ_Y2は、圧力に関連する前記横方向荷重の一部を除いた前記積載半径に対する前記横方向荷重の影響の係数であり、Ｒ_γは、前記積載半径に対する前記車両のキャンバ角値の影響の係数である、
   ことを特徴とするプロセッサ。

Images