JP6470590B2 - タイヤの氷上性能評価方法 - Google Patents

Description

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

例えば、下記の特許文献１には、内周面を氷路面としたドラムを用いたタイヤの氷上性能の評価方法が開示されている。この評価方法では、氷路面上を走行するタイヤの反力に基づいて、タイヤの氷上での走行特性が評価されている。この方法では、タイヤが氷路面の同一位置を走行することによる氷路面上の轍の形成及び氷路面の大量融解を防止するために、タイヤは、氷路面上の異なる位置に移動させられて反力が計測される。

タイヤの接地面には、走行中に、氷路面が融解した水分が付着する。タイヤの反力が複数回計測される場合、タイヤの接地面に付着する水分量は、計測初期と計測終期とで大きく異なる。タイヤの接地面に付着する水分量の変化により、タイヤの接地面と氷路面との間の接触状態も計測初期と計測終期とで大きく異なり、ひいては、タイヤ反力を複数回計測しても、安定した結果を得ることができないという問題があった。

特開２０１３−１０８８８２号公報 特開２００７−７８６６７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、タイヤの接地面に付着した水分を補助路面上で除去する水切りステップを設けることを基本として、氷路面上のタイヤに作用する力をほぼ同じ条件で測定することで、タイヤに作用する力を安定させ、ひいてはタイヤの氷上性能を高精度で評価することができる評価方法を提供することを主たる目的としている。

本発明は、タイヤの氷上性能を評価するための方法であって、前記タイヤを氷路面である評価路面上で走行させ、走行中の前記タイヤに作用する力を計測する計測ステップ、及び、前記評価路面とは異なる位置に設けられ、かつ、前記評価路面を走行した後の前記タイヤの接地面に付着した水分を除去可能な補助路面上で前記タイヤを走行させる水切りステップを含み、前記計測ステップと前記水切りステップとを交互に繰り返すことを特徴とする。

本発明に係るタイヤの氷上性能評価方法は、前記計測ステップでは、前記タイヤが、回転可能な第１ドラム部の内周面に設けられた前記評価路面上を走行し、前記水切りステップでは、前記タイヤは、回転可能な第２ドラム部の内周面に設けられた前記補助路面上を走行するのが望ましい。

本発明に係るタイヤの氷上性能評価方法は、前記補助路面が、アスファルト路面を含むのが望ましい。

本発明に係るタイヤの氷上性能評価方法は、前記補助路面が、氷路面を含むのが望ましい。

本発明に係るタイヤの氷上性能評価方法は、前記水切りステップにおいて、前記ドラムを１０km/h以上の周速度で走行させるのが望ましい。

本発明に係るタイヤの氷上性能評価方法は、前記水切りステップにおいて、前記タイヤを１０秒以上走行させるのが望ましい。

本発明のタイヤの氷上性能評価方法は、氷路面である評価路面上でタイヤを走行させる計測ステップと、補助路面上でタイヤを走行させる水切りステップとが交互に繰り返される。評価路面は、走行中のタイヤに作用する力を計測する路面である。補助路面は、評価路面とは異なる位置に設けられ、かつ、その上をタイヤが走行することにより、評価路面を走行した後のタイヤの接地面に付着した水分を除去することができる。このような水切りステップを設けることにより、計測ステップを開始する際、タイヤの接地面は、水が付着していないか又はほぼ一定の付着量とされるため、ほぼ同じ条件でタイヤに作用する力を複数回計測することができる。従って、本発明のタイヤの氷上性能評価方法では、複数回の計測結果が安定したものとなり、ひいては、高精度で氷上性能を評価することができる。

本発明のタイヤの氷上性能の評価方法を実施するための氷上試験装置の側面図である。 図１の斜視図である。 測定装置の側面図である。 （ａ）は、計測ステップ、（ｂ）及び（ｃ）は、水切りステップを示す側面図である。 （ａ）は、実施例の性能評価方法によるタイヤの摩擦係数−スリップ速度を表すグラフ、（ｂ）は、従来例の性能評価方法によるタイヤの摩擦係数−スリップ速度を表すグラフである。 他の実施形態の氷上試験装置の側面図である。

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及び図２には、本発明のタイヤの氷上性能の評価方法に使用される氷上試験装置（以下、単に「装置」ということがある。）１が示される。本実施形態のタイヤの氷上性能評価方法（以下、単に「評価方法」）ということがある。）では、乗用車用、自動二輪車用及びＳＵＶ（Sports Utility Viechle）などと称される多目的自動車に使用される四輪駆動用等の種々のタイヤ（以下、単に「タイヤ」ということがある。）Ｔが評価され得る。タイヤＴの接地面Ｔａには、路面と接地面Ｔａとの間の水を除去するための溝や、氷路面においてエッジ効果を発揮させるためのサイピング等が設けられる。

装置１は、例えば、室内で使用することができる。このため、室内の温度又は装置１の温度を制御することにより、外気温度に左右されることなく、精度の良い氷上評価結果を得ることができる。

装置１は、タイヤＴがドラム２の内周面２Ｇに沿って走行するインサイドドラム式であって、例えば、周方向に回転可能なドラム２、ドラム２を回転駆動させる第１駆動手段３、タイヤＴを回転駆動させる第２駆動手段４、及び、第２駆動手段４を保持する保持手段５を含んで構成されている。

ドラム２は、例えば、円周方向に環状にのびる周方向部６ａ、その一方側の第１側面部６ｂ、及び、その他方側の第２側面部６ｃを含むドラム本体６と、周方向部６ａの内周面に環状に連続して形成された走行路面７とを含んで構成されている。

本実施形態のドラム２は、ドラム軸方向一方側（本図では左側）の第１ドラム部６Ａと、第１ドラム部６Ａよりもドラム軸方向他方側（本図では右側）の第２ドラム部６Ｂとに区分される。即ち、第１ドラム部６Ａは、周方向部６ａのドラム軸方向一方側部分と第２側面部６ｃとで形成されている。第２ドラム部６Ｂは、周方向部６ａのドラム軸方向他方側部分と第１側面部６ｂとで形成されている。第１ドラム部６Ａ及び第２ドラム部６Ｂは、ドラム周方向に連続している。

ドラム本体６の第２側面部６ｃは、タイヤＴを出し入れするための開口Ｏが設けられている。

本実施形態の走行路面７は、断面視、ドラム回転軸２ｃと平行な面で形成されている。走行路面７は、第１ドラム部６Ａの内周面に設けられた評価路面８と、第２ドラム部６Ｂの内周面に設けられた補助路面９とを含んでいる。

評価路面８は、氷で形成された氷路面である。氷の厚さは、例えば、２０〜５０mm程度が望ましい。本実施形態の評価路面８は、ドラム２の周方向部６ａ上に直接氷が設けられているが、氷の接着強度を大きくするため、例えば、周方向部６ａに敷き詰めたアスファルト上に氷を設けた氷路面でも良い。

補助路面９は、タイヤＴに付着した水分を除去可能な材料で形成されている。補助路面９は、本実施形態では、氷で形成された氷路面である。氷の厚さは、評価路面８と同様に、例えば、２０〜５０mm程度が望ましい。なお、補助路面９は、例えば、アスファルトで形成されたアスファルト路面、コンクリートで形成されたコンクリート路面、金属材料で形成された金属路面など種々の材料を用いることができる。アスファルト路面としては、例えば、ＩＳＯ路面規格の粒度曲線（ＩＳＯ１０８４４の付属書Ｃ設計のガイドラインに記載のアスファルト混合物の粒度曲線許容範囲参照）に合わせた材料で形成されるのが望ましい。

ドラム２には、例えば、走行路面７に水を供給するための散水手段と、散水された水を氷結させる氷結手段とが設けられるのが望ましい（図示省略）。散水手段は、散水ノズルと、走行路面７の水深、即ち、氷の厚さを調節する水量調節器とを含んでいる。散水手段及び氷結手段は、周知構造のものが採用される。

第１駆動手段３は、例えば、ドラム側基台１０の上に設けられており、ドラム２に固定された第１回転軸１１、第１回転軸１１を回転自在に支承する軸受１２、及び、第１回転軸１１を回転させる電動機１３を含んでいる。また、第１駆動手段３は、この電動機１３の回転速度、ひいてはドラム２の周速度を制御する、例えばインバータなどのドラム速度制御手段（図示省略）を含んでいる。

第２駆動手段４は、例えば、タイヤＴが装着されているリム（図示省略）を片持ち状に支持する第２回転軸１４と、第２回転軸１４を回転自在に支承する第２軸受１５と、第２回転軸１４を回転させる電動機１６とを含んでいる。本実施形態の第２駆動手段４は、電動機１６の回転速度、ひいてはタイヤＴの周速度を自在にコントロールしうる、例えばインバータなどのタイヤ速度制御手段（図示省略）を含んでいる。

保持手段５は、例えば、基台１８と、基台１８上でドラム回転軸２ｃに沿ってスライド移動可能に移動する移動台１９と、移動台１９に取付けられかつ端部に第２軸受１５が固着される支持アーム２０とを含んでいる。移動台１９の移動に伴い、タイヤＴは、ドラム回転軸２ｃに沿って移動される。

支持アーム２０は、例えば、移動台１９に設けられたシリンダ２１によって、昇降自在に移動し得る。従って、支持アーム２０の昇降移動に伴い、タイヤＴは上下方向に移動される。

保持手段５は、例えば、シリンダ２１の押圧力を制御することにより、ドラム２に対するタイヤＴの荷重を制御する周知構造の荷重制御装置（図示省略）を含むのが望ましい。

図３は、タイヤＴに作用する力を測定するための測定装置２３の側面図である。図３に示されるように、本実施形態の測定装置２３は、支持アーム２０に取付けられた第２軸受１５の外周面１５ａに設けられる。測定装置２３は、例えば、円環状の固定具２６によって保持され、かつ第２軸受１５の外周面１５ａと接している。このような測定装置２３は、第２回転軸１４に作用する上下力、前後力を含む力を測定可能である。これら測定されたデータは、例えば、演算処理装置２５に入力されて、摩擦係数μやスリップ率等が算出される。このような測定装置２３として、例えば、ロードセル等が好適に採用される。

次に、装置１を用いたタイヤＴの氷上性能の評価方法が説明される。図１及び図２に示されるように、本実施形態の評価方法は、準備ステップと、計測ステップと、水切りステップと、評価ステップとを含んでいる。計測ステップ及び水切りステップは、交互に複数回繰り返される。

準備ステップでは、評価路面８及び補助路面９を形成とするとともに評価用のタイヤＴを準備する。本実施形態の準備ステップは、先ず、第２駆動手段４の第２回転軸１４にリム組されたタイヤＴが取り付けられる。このとき、タイヤＴはドラム２の外側で保持されている。次に、例えば、散水装置によって、ドラム本体６の内周面に水を供給するとともに、第１駆動手段３の電動機１３を駆動させて、ドラム２を回転駆動し、内周面上の水を遠心力を利用して予め定められた略均等の深さにする。次に、氷結手段にて水を凍結させる。その後、ドラム２を回転状態に保持して、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と同心の平滑な評価路面８及び補助路面９を形成する。なお、補助路面９をアスファルト路面とする場合、予め第２ドラム部６Ｂの内周面に形成されているのが望ましい。

次に、計測ステップが行われる。計測ステップでは、タイヤＴを評価路面８上で走行させ、タイヤＴに作用する力を計測する。本実施形態の計測ステップは、例えば、第２駆動手段４の電動機１６を駆動してタイヤＴを回転駆動させるとともに、移動台１９をドラム２側に移動させる。次に、シリンダ２１により支持アーム２０を降下させ、図４（ａ）に示されるように、タイヤＴを氷路面である評価路面８に接地して走行させる。

タイヤＴは、例えば、正規荷重負荷状態で走行させるのが望ましい。前記「正規荷重負荷状態」とは、正規リムにリム組みしかつ正規内圧が充填されたタイヤＴに、正規荷重を負荷してキャンバー角０度で平面に接地させた状態である。「正規リム」とは、タイヤＴが基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Ｔ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"である。「正規内圧」とは、前記各規格がタイヤＴ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。タイヤＴが乗用車用である場合、正規内圧は、１８０kPaである。「正規荷重」とは、前記各規格がタイヤＴ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。

次に、測定装置２３によって、第２回転軸１４に作用する上下力及び前後力が、予め定められたタイヤＴ又はドラム２の周速度において、測定される。タイヤＴ又はドラム２の周速度は、特に限定されるものではなく、例えば、２０〜１００km/hの範囲から設定される。このとき、タイヤＴの周速度とドラム２の周速度とを異ならせて、タイヤＴに作用する力が測定される。タイヤＴの周速度がドラム２の周速度よりも大きい場合は、駆動状態を再現している。タイヤＴの周速度がドラム２の周速度よりも小さい場合では、制動状態を再現している。

計測ステップでは、タイヤＴに作用する力の測定時間や測定回数が、限定されているものではない。計測ステップは、例えば、タイヤＴ及びドラム２の周速度をともに３０km/hで開始し、以降、タイヤＴ又はドラム２の周速度を１秒間に１km/hの減速度で直線的（時間に対して定比例）に変化させ、１回毎に１０秒間測定する。このような計測ステップでは、周速度の低下に基づいて異なる前後力を発生させることができるため、高精度に制動時又は駆動時の氷上性能を評価することができる。

計測ステップの他の実施形態では、タイヤＴ及びドラム２の何れか一方のみを回転駆動させてタイヤＴをドラム２に接地させた後、他方を回転駆動させ、その後、タイヤＴに作用する力が計測されても良い。また、さらに他の実施形態の計測ステップでは、両電動機１３、１６を停止して、タイヤＴをドラム２に接地させてから、タイヤＴ及びドラム２を共に回転駆動させ、その後、タイヤＴに作用する力が計測されても良い。このように計測ステップでは、タイヤＴ又はドラム２を種々の態様で、駆動させてタイヤＴに作用する力を計測することができる。

このような計測ステップが行われると、タイヤＴと評価路面８との間に大きな摩擦力が作用するため、氷路面が融解し、タイヤＴの接地面Ｔａには、水分が付着する。

次に、水切りステップが行われる。水切りステップは、タイヤＴを補助路面９上に走行させて、タイヤＴの接地面Ｔａに付着した水分を除去する。本実施形態では、水切りステップは、支持アーム２０を上昇させて評価路面８とタイヤＴとを離間させ、その後、移動台１９をさらに第１側面部６ｂ側に移動させる。このとき、ドラム２は、引き続き回転している。次に、支持アーム２０（図１参照）を降下させ、図４（ｂ）に示されるように、タイヤＴをアスファルト路面である補助路面９上に接地させる。これにより、評価路面８を走行した後のタイヤＴの接地面Ｔａに付着した水分を補助路面９上に移動させることができ、タイヤＴの接地面Ｔａ上から水分を除去することができる。また、ドラム２が回転しているため、タイヤＴの全周の水分を除去することができる。さらに、本実施形態の補助路面９は、表面に水膜のない氷路面であるため、多くの水分が補助路面９上に確保される。

本実施形態の水切りステップでは、第２駆動手段４の電動機１６を停止させて、タイヤＴをドラム２に対して従動させている。これにより、タイヤＴに作用する制動力及び駆動力が小さくなる。このため、例えば、補助路面９上のサイピングは、開状態が確保されるので、サイピング内の水分も効果的に除去される。

水切りステップにおいて、上述の作用を効果的に発揮させるため、ドラム２の周速度は、好ましくは１０km/h以上、より好ましくは２０km/h以上である。ドラム２の周速度の上限については、特に限定されるものではないが、例えば、実車走行速度に近似する１００km/h以下が望ましい。

同様の観点より、水切りステップでのタイヤＴの走行時間は、好ましくは１０秒以上、より好ましくは１分以上であり、また好ましくは１０分以下である。

水切りステップの他の実施形態では、タイヤＴは、ドラム２の回転と逆方向かつドラム２の周速度と同じ周速度で走行される。これにより、タイヤＴに作用する駆動力及び制動力を小さくできるため、タイヤＴを従動させた場合と同様の水切り効果が得られる。

次に、上述の計測ステップと水切りステップとが、予め定められた回数まで繰り返される。即ち、２回目以降の計測ステップは、水切りステップを経て行われる。このため、全ての計測ステップを開始する際、タイヤＴの接地面Ｔａは、水が付着していないか又はほぼ一定の付着量とされるので、ほぼ同じ条件でタイヤＴに作用する力を複数回計測することができる。従って、本発明のタイヤの氷上性能評価方法では、複数回の計測結果が安定したものとなり、ひいては高精度で氷上性能を評価することができる。各測定ステップにおいて、タイヤの温度、水分量をほぼ同一の状態とするために、各水切りステップにおける最大走行時間ｈ１と最小走行時間ｈ２との比（ｈ１／ｈ２）は、１．２倍以下であるのが好ましい。

本実施形態の（ｎ＋１）回目の水切りステップでは、ｎ回目の水切りステップと同じ位置にタイヤＴが配される。本実施形態では、氷路面の温度が−５℃以下で維持されるので、計測ステップで付着したタイヤの水が、補助路面９上ですぐに氷結する。これにより、各測定ステップにおいて、タイヤの温度、水分量をほぼ同一の状態とすることができる。このような観点より、装置１が設けられる部屋は、室温が−５℃よりも低い温度に設定されるのが望ましい。なお、室温が−１℃以上の場合は、補助路面９をアスファルト路面やコンクリート路面等の氷路面以外の路面とするのが望ましい。

図４（ｃ）は、（ｎ＋１）回目の水切りステップのタイヤＴの配置の他の実施形態を示す図である。この実施形態では、（ｎ＋１）回目の水切りステップのタイヤＴは、ｎ回目の水切りステップでのタイヤＴと異なる補助路面９の位置で走行されている。これにより、（ｎ＋１）回目の水切りステップのタイヤＴは、ｎ回目の水切りステップで水分が付着した路面位置を避けて走行するため、確実に、（ｎ＋１）回目の計測ステップで付着した水分を除去することができる。このような観点より、水切りステップでは、直前の水切りステップでタイヤＴが走行した路面位置と接触することなくタイヤＴを走行させても良い。このため、補助路面９の幅は、評価されるタイヤＴの接地面Ｔａの幅の２倍以上が望ましい。

次に、評価ステップが行われる。評価ステップでは、タイヤＴに作用する力に基づいてタイヤＴの氷上性能が評価される。本実施形態では、複数回の計測ステップにて測定された安定した前後力及び上下力から求められた摩擦係数μに基づいて、タイヤＴの氷上性能が評価される。本実施形態では、前後力及び上下力が精度良く求められるため、摩擦係数μに基いて、高精度で氷上性能を評価することができる。

本実施形態のタイヤＴの氷上性能評価方法について、１台のインサイドドラムを用いた態様が説明されたが、このような態様に限定されるものではない。例えば、評価路面８及び補助路面９をそれぞれ異なるドラム２の内周面に設けて、２台のインサイドドラムを用いた態様でも良い。

図６は、他の実施形態の装置１の側面図である。図６に示されるように、他の実施形態では、ドラム本体６は、ドラム半径方向の内方にのびる仕切部６ｄをさらに有している。仕切部６ｄは、周方向部６ａのドラム軸方向の中央部分に設けられ、ドラム２の周上に亘って走行路面７よりも高い位置までのびている。これにより、評価路面８上の水分が第１ドラム部６Ａ内に確保されて、補助路面９への浸入が抑制される。ドラム本体６は、第１側面部６ｂと仕切部６ｄと周方向部６ａのタイヤ軸方向他方側部分とで形成される第２ドラム部６Ｂと、第２側面部６ｃと仕切部６ｄと周方向部６ａのタイヤ軸方向一方側部分とで形成される第１ドラム部６Ａとに区分される。

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に示される氷上試験装置を用い、計測ステップにおいて、試供タイヤに作用する前後力と上下力とが下記仕様に基いて計測され、摩擦係数とスリップ速度との関係が図５（ａ）、（ｂ）に示された。試供タイヤの構造、タイヤサイズ及びトレッドパターンは、同一である。
主な共通仕様は下記の通りである。
計測ステップ：４回
水切りステップでのタイヤの走行時間：３００秒
氷路面の温度：−５℃
補助路面：アスファルト路面
ドラム周速度：（計測ステップ時：３０km/h、水切りステップ時：６０km/h）
タイヤ周速度：（計測ステップ時：３０km/hから１秒間に１km/hの減速度で１０秒間直線的に（時間に対して定比例）変化、水切りステップ時：第２駆動手段の電動機停止）
スリップ速度は、ドラム速度−タイヤ速度で求められる。

図５（ａ）は、水切りステップを含む方法で計測された摩擦係数とスリップ速度との関係を示すグラフである。図５（ｂ）は、水切りステップを含まない方法で計測された摩擦係数とスリップ速度との関係を示すグラフである。両グラフとも、縦軸に摩擦係数、横軸にスリップ速度が示される。また、図中のアルファベットは、ａから順に、計測ステップの順序を示している。これらの図に示されるように、水切りステップのない場合は、水切りステップのある場合に比して、計測ステップを繰り返す毎に、摩擦係数が低下するため、精度良く摩擦係数を測定できないことが理解できる。

水切りステップにおいて、ドラムの周速度を１０km/h、タイヤの走行時間を１０秒とした条件で摩擦係数とスリップ速度とを求めたが、この場合でも、各計測ステップでの摩擦係数の差が小さく、精度良く摩擦係数を測定できることが実証された。

８ 評価路面
９ 補助路面
Ｔ タイヤ
Ｔａ 接地面

Claims (6)

1. ドラムを用いてタイヤの氷上性能を評価するための方法であって、
   前記タイヤを前記ドラムの内周面に設けられた氷路面である評価路面上で走行させ、走行中の前記タイヤに作用する力を計測する計測ステップ、及び、
   前記評価路面とは異なる位置に設けられ、かつ、前記評価路面を走行した後の前記タイヤの接地面に付着した水分を除去可能な前記ドラムの内周面に設けられた補助路面上で前記タイヤを走行させる水切りステップを含み、
   前記計測ステップと前記水切りステップとを交互に繰り返すことを特徴とするタイヤの氷上性能評価方法。
2. 前記ドラムは、ドラム軸方向一方側の第１ドラム部と、前記第１ドラム部よりもドラム軸方向他方側の第２ドラム部とに区分され、
   前記計測ステップでは、前記タイヤは、回転可能な前記第１ドラム部の内周面に設けられた前記評価路面上を走行し、
   前記水切りステップでは、前記タイヤは、回転可能な前記第２ドラム部の内周面に設けられた前記補助路面上を走行する請求項１記載のタイヤの氷上性能評価方法。
3. 前記補助路面は、アスファルト路面を含む請求項１又は２に記載のタイヤの氷上性能評価方法。
4. 前記補助路面は、氷路面を含む請求項１又は２に記載のタイヤの氷上性能評価方法。
5. 前記水切りステップにおいて、前記ドラムを１０km/h以上の周速度で走行させる請求項１乃至４のいずれかに記載のタイヤの氷上性能評価方法。
6. 前記水切りステップにおいて、前記タイヤを１０秒以上走行させる請求項１乃至５のいずれかに記載のタイヤの氷上性能評価方法。

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