JP6922360B2 - タイヤの氷上制動性能の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、実車走行により、タイヤの氷上制動性能を精度良く評価しうる評価方法に関する。

例えば下記の特許文献１には、内周面を氷路面とした円筒状のドラムを用いてタイヤの氷上制動性能を評価する方法が開示されている。この方法では、ドラムの回転速度と、氷路面上を走行するタイヤの走行速度とを制御しながらタイヤに作用する前後力及び上下荷重を計測する。そして、そのときのタイヤと氷路面との間に生じる摩擦係数μとスリップ率Ｓとの関係（μ−Ｓ特性）に基づいて、氷上制動性能を評価している。このようなドラムを用いた試験をトラム試験という場合がある。

しかし、トラム試験の場合、氷路面が円弧面であるため、接地形状や接地面積等が、実路を走行する場合と相違する。また、走行時、タイヤが同じ軌道を繰り返して通るため、テスト中に軌道上の氷が解け出して氷面状態が変化してしまうため、測定データが安定しないという問題もある。

そのため、試験用のタイヤが装着された車両を、実路の氷面上で走行させる実車試験が望まれる。しかし、従来の実車試験では、所定速度で走行中の車両にフル制動を掛け、車両が停車するまでの距離で評価している。そのため、タイヤの氷上制動性能を精度良く評価することが難しい。

特開２００７−０７８６６７号公報

本発明は、実車試験において、タイヤの氷上制動性能を精度良く評価するタイヤの氷上制動性能の評価方法を提供することを課題としている。

本発明は、試験用のタイヤが装着された車両を氷路上で走行させて、前記タイヤの氷上制動性能を評価する方法であって、
前記氷路上を走行する前記車両に、ブレーキを徐々にかけて制動を開始する制動ステップを有する走行工程、
少なくとも前記制動ステップの間、走行する車両の車体速度Ｖｖと、タイヤ速度Ｖｔと、ブレーキの踏力Ｆと、タイヤの上下荷重Ｆｚと、タイヤの前後力Ｆｘとを、それぞれ連続的に測定して制動データを得る測定工程、
及び前記制動データのうち、前記車体速度Ｖｖと、前記タイヤ速度Ｖｔと、前記上下荷重Ｆｚと、前記前後力Ｆｘとから、次式（１）、（２）に基づいて、制動時のスリップ率Ｓと摩擦係数μとを時間経過に沿って算出するとともに、この算出結果に基づいて氷上制動性能を評価する評価工程とを具えている。
μ＝Ｆｘ／Ｆｚ −−−（１）
Ｓ＝（Ｖｖ−Ｖｔ）／Ｖｖ −−−（２）

本発明に係る前記タイヤの氷上制動性能の評価方法は、前記制動ステップでは、制動開始から前記タイヤがロック状態となるまでの制動初期の時間Ｔが１．５秒以上となるように、前記踏力Ｆを調整するのが好ましい。

本発明に係る前記タイヤの氷上制動性能の評価方法は、前記制動ステップでは、少なくとも前記制動初期において、前記踏力Ｆが、前記制動開始から漸増するのが好ましい。

本発明に係る前記タイヤの氷上制動性能の評価方法は、少なくとも前記制動初期において、前記踏力Ｆの増加率が、一定または漸減するのが好ましい。

本発明に係る前記タイヤの氷上制動性能の評価方法は、前記評価工程では、
前記スリップ率Ｓと前記摩擦係数μとの算出結果のデータ点を、スリップ率Ｓが０．５〜１０％の範囲から選択される間隔にて複数の区間に区分し、
かつ各前記区間において、前記スリップ率Ｓと前記摩擦係数μとを平均して平均スリップ率Ｓ０と平均摩擦係数μ０とを求めるとともに、
前記平均スリップ率Ｓ０と前記平均摩擦係数μ０とから示されるμ０−Ｓ０特性に基づいて氷上制動性能を評価するのが好ましい。

本発明に係る前記タイヤの氷上制動性能の評価方法は、前記走行工程では、制動開始時の車体速度Ｖｖは１８〜２２km/hであるのが好ましい。

本発明は叙上の如く、車両を用いた実車試験において、フル制動ではなく、ブレーキを徐々にかけて制動を開始する制動ステップを行っている。

ここで、フル制動の場合、タイヤ速度が一気に減少してしまう。そのため評価工程において算出されるスリップ率Ｓと摩擦係数μとのデータが、偏ってしまう傾向にあり、μ−Ｓ特性を精度良く把握することができなくなる。

これに対して、ブレーキを徐々にかけて制動を開始する場合、スリップ率Ｓと摩擦係数μとのデータが、広く分散されて得られる。そのため、μ−Ｓ特性を精度良く把握することができ、タイヤの氷上制動性能の評価精度を高めることができる。

本発明のタイヤの氷上制動性能の評価方法が実施された車両の走行状態を示す部分側面図である。 （Ａ）は制動ステップにおける車体速度、タイヤ速度、踏力の変化を示すグラフ、（Ｂ）はその一部を拡大したグラフである。 制動ステップにおけるスリップ率の時系列変化を示すグラフである。 （Ａ）は、本発明によるμ−Ｓ特性の一部を示すグラフ、（Ｂ）はフル制動した場合のμ−Ｓ特性の一部を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は平均化処理を説明するグラフである。 実車走行によって得られたテストタイヤＡ、Ｂのμ０−Ｓ０特性のグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態のタイヤの氷上制動性能の評価方法では、試験用のタイヤ２が装着された車両１を、氷路３上で走行させて、タイヤ２の氷上制動性能を評価する。

氷路３は、例えばタイヤの氷上制動性能を評価するための基準面であって、当業者が個々に規定することができる。また車両１も、特に規制されるものではなく、タイヤに応じて種々のものが採用しうる。ただし、本発明の氷上制動性能の評価方法では、制動時にタイヤ２をロックさせるため、ＡＢＳ（アンチスキッド・ブレーキ・システム）を搭載していない車両、或いはＡＢＳをオフ状態とした車両が使用される。

本実施形態の氷上制動性能の評価方法では、走行工程と、測定工程と、評価工程とを具える。

前記走行工程は、氷路３上を走行する車両１に、ブレーキを徐々にかけて制動を開始する制動ステップを有する。

図２（Ａ）に、制動ステップにおける車体速度Ｖｖの時系列変化、タイヤ速度Ｖｔの時系列変化、及びブレーキの踏力Ｆの時系列変化の一例が示される。制動ステップでは、ブレーキを徐々にかけて制動を開始するため、前記踏力Ｆは、制動開始から徐々に増加する。このブレーキ操作により、まずタイヤ２では、ロック状態（Ｖｔ＝０）となるまで、タイヤ速度Ｖｔが減速する。また車両１では、タイヤ２がロック状態となるまでは、動摩擦係数による制動が掛かり、またロック状態以後は、静摩擦係数による制動が掛かって停止（Ｖｖ＝０）に至る。図３中の符号Ｐ１は制動開始時を示し、符号Ｐ２はタイヤ２のロック開始時を示し、符号Ｐ３は車両１が停止した時を示す。

図２（Ｂ）に拡大して示すように、少なくとも制動開始からタイヤ２がロック状態となるまで（即ち、制動開始時Ｐ１からタイヤ２のロック開始時Ｐ２まで）の間である制動初期Ｙにおいて、踏力Ｆは、制動開始時Ｐ１から漸増している。

このとき、制動ステップでは、前記制動初期Ｙの時間Ｔ、即ち、Ｐ１からＰ２までの時間Ｔが１．５秒以上となるように、踏力Ｆの強さを調整するのが好ましい。

本例では、少なくとも前記制動初期Ｙにおいて、踏力Ｆの増加率が一定とする場合が示される。なお制動初期Ｙ以降では、踏力Ｆは、特に規制されることがなく、本例では、Ｐ２、Ｐ３間の位置Ｑから、踏力Ｆをより急勾配で増加させている。

走行工程では、制動開始時Ｐ１の車体速度Ｖｖが１８〜２２km/hの範囲であるのが、測定誤差が少なくかつ多くのデータを採る上で好ましい。

次に、測定工程では、少なくとも前記制動ステップの間、車両１の車体速度Ｖｖと、タイヤ速度Ｖｔと、ブレーキの踏力Ｆと、タイヤの上下荷重Ｆｚと、タイヤの前後力Ｆｘとを、それぞれ連続的に測定して制動データを得る。

車体速度Ｖｖ、タイヤ速度Ｖｔ、踏力Ｆ、上下荷重Ｆｚ、前後力Ｆｘの測定には、従来的な公知の手段が採用しうる。

例えば車体速度Ｖｖとしては、光学センサを用いて直接測定する方法、並びに、車体加速度センサの値及び４輪のうちで最も大きなタイヤ速度等に基づいて車体速度を推定する公知の推定方法が適宜採用しうる。タイヤ速度Ｖｔとしては、車輪の回転角速度ωｔを検出する例えば電磁誘導型の回転速度センサが適宜採用しうる。なおタイヤ速度Ｖｔは、前記回転角速度ωｔとタイヤ動荷重半径Ｒｔとの積（ωｔ×Ｒｔ）として求めることができる。踏力Ｆは、ブレーキペダルの踏力を測定する所謂踏力計により測定できる。また上下荷重Ｆｚ及び前後力Ｆｘは、例えば車軸に設ける６分力計により測定できる。

次に、評価工程では、前記制動データのうち、車体速度Ｖｖ、タイヤ速度Ｖｔ、上下荷重Ｆｚ、及び前後力Ｆｘから、次式（１）、（２）に基づいて、制動時のスリップ率Ｓと摩擦係数μとを時間経過に沿って算出する。そして、この算出結果に基づいて氷上制動性能の評価を行う。
μ＝Ｆｘ／Ｆｚ −−−（１）
Ｓ＝（Ｖｖ−Ｖｔ）／Ｖｖ −−−（２）

図３は、図２（Ａ）の制動ステップにおけるスリップ率Ｓの時系列変化を示すグラフである。詳しくは、制動開始からの経過時間を横軸とし、また式（２）を用いて、上記制動ステップにおける車体速度Ｖｖとタイヤ速度Ｖｔとから求めた経過時間毎のスリップ率Ｓを縦軸としたグラフである。同図に示されるように、前記制動ステップでは、制動初期Ｙにおいて、スリップ率Ｓが時間経過とともに滑らかに変化しているのが確認できる。

図４（Ａ）は、前記算出結果に基づいて得られたμ−Ｓ特性の一部（スリップ率Ｓが０〜２０％の範囲）を示すグラフであり、例えば０．０１秒間隔で求めた算出結果のデータ点Ｋ１がプロットされている。同図では、データ点Ｋ１（プロット）が、前記スリップ率Ｓが０〜２０％の範囲で万遍なく分散されているため、μ−Ｓ特性を把握することができる。特にタイヤの制動性能の評価に重要となる摩擦係数の最大値を、比較的明確に得ることが可能となる。これに対して、ブレーキをフル制動した従来の場合、図４（Ｂ）に示すように、データ点（プロット）が、分散せずに偏ってしまう。そのため、μ−Ｓ特性を十分に把握することができない。

前記評価工程では、前記スリップ率Ｓと摩擦係数μとのデータ点Ｋ１を平均化処理して、平均スリップ率Ｓ０と平均摩擦係数μ０とのデータ点Ｋ２を求めるとともに、このデータ点Ｋ２をプロットしてなるμ０−Ｓ０特性に基づいて氷上制動性能を評価することも好ましい。

具体的には、図５（Ａ）に示すように、スリップ率Ｓと摩擦係数μとの前記データ点Ｋ１を、スリップ率Ｓが０．５〜１０％の範囲から選択される間隔ｄにて複数の区間Ｄに区分する。そして図５（Ｂ）に概念的に示すように、各区間Ｄにおいて、区間Ｄ内に配されるデータ点Ｋ１のスリップ率Ｓを平均して平均スリップ率Ｓ０を求める。同様に区間Ｄ内に配されるデータ点Ｋ１の摩擦係数μを平均して平均摩擦係数μ０を求める。これにより平均スリップ率Ｓ０と平均摩擦係数μ０とからなるデータ点Ｋ２が、各区間Ｄ内に一つずつ形成される。そして各区間Ｄ内のデータ点Ｋ２によりμ０−Ｓ０特性を得ることができる。なお前記間隔ｄとしては、好ましくは３％以下、さらには２％以下、さらには１％以下が望ましい。

このμ０−Ｓ０特性では、前記平均化処理によりμ−Ｓ特性に含まれるノイズの影響などが軽減されるため、氷上制動性能の評価をより精度良く行うことができる。

このように、前記氷上制動性能の評価方法では、走行工程において、フル制動ではなく、ブレーキを徐々にかけて制動を開始する制動ステップを行っている。そのため、スリップ率Ｓと摩擦係数μとのデータ点Ｋ１を、図４（Ａ）に示すように広く分散させて得ることができ、μ−Ｓ特性を精度良く把握することができる。

ここで、制動初期Ｙの時間Ｔを１．５秒以上、さらには２．０秒以上とすることで、制動初期Ｙにおけるデータ点Ｋ１をより多く採ることが可能となり、評価精度の向上に役立つ。なお踏力Ｆの増加率を低くすることで、時間Ｔを前記範囲に調整しうる。

また評価精度の向上のためには、データ点Ｋ１をより広範囲に均一に分散させることも好ましい。そのためには、少なくとも制動初期Ｙにおいて、踏力Ｆの増加率を一定とすることが好ましい。また氷上制動性能の評価には、最大摩擦係数が重要であり、この最大摩擦係数は、スリップ率Ｓが２０％前後で生じる。従って、評価精度の向上のために、低スリップ率側でのデータ点Ｋ１を多く取得することも好ましい。このような観点から、踏力Ｆの増加率を漸減させるのも好ましい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明の効果を確認するため、ゴム成分及びトレッドパターンが相違する２種類のテストタイヤＡ、Ｂ（スタッドレスタイヤ：サイズ１９５／６５Ｒ１５）を用意した。そして、本発明に準じ、下記のテスト条件にて実車試験を行い、テストタイヤＡ、Ｂの氷上制動性能を評価した。

＜テスト条件＞
・計測路面：岡山国際スケートリンク（温度−１℃）
・評価車両：輸入車ＦＦ車両（排気量：１２００cc）
・タイヤ内圧：２００kPa（評価車両の標準内圧）
・ＡＢＳはオフ状態
・制動ステップ：速度２０km/hからブレーキを徐々にかけて制動を開始する。少なくとも制動初期Ｙ（Ｐ１、Ｐ２間）において、踏力Ｆの増加率は一定であり、また制動初期Ｙ（Ｐ１、Ｐ２間）の時間Ｔが１．５秒となるように、踏力Ｆをコントロールしている。
・測定工程：
上下荷重Ｆｚ及び前後力Ｆｘの測定 −−−６分力計
踏力Ｆの測定 −−−踏力計
タイヤ速度Ｖｔの測定 −−−タイヤの回転速度センサ
車体速度Ｖｖの測定 −−−車体加速度センサに基づき、車両制御装置により推定

測定工程による制動データのうち、前記車体速度Ｖｖと、前記タイヤ速度Ｖｔと、前記上下荷重Ｆｚと、前記前後力Ｆｘとから、次式（１）、（２）に基づいて、制動時のスリップ率Ｓと摩擦係数μとを時間経過に沿って算出し、μ−Ｓ特性を求めた。またμ−Ｓ特性を平均化処理してμ０−Ｓ０特性を求め、その結果を図６に示す。同図に示されるように、テストタイヤＡはテストタイヤＢに対して最大摩擦係数が大きく、氷上制動性能に優れているのが確認できる。また、ドラム試験と同様に、氷上制動性能を、最大摩擦係数の値によって数値化して評価することも可能となる。

１ 車両
２ タイヤ
３ 氷路
ｄ 間隔
Ｄ 区間
Ｋ１、Ｋ２ データ点
Ｙ 制動初期

Claims (7)

1. 試験用のタイヤが装着された車両を氷路上で走行させて、前記タイヤの氷上制動性能を評価する方法であって、
   前記氷路上を走行する前記車両に、ブレーキを徐々にかけて制動を開始する制動ステップを有する走行工程、
   少なくとも前記制動ステップの間、走行する車両の車体速度Ｖｖと、タイヤ速度Ｖｔと、タイヤの上下荷重Ｆｚと、タイヤの前後力Ｆｘとを、それぞれ連続的に測定して制動データを得る測定工程、
   及び前記制動データのうち、前記車体速度Ｖｖと、前記タイヤ速度Ｖｔと、前記上下荷重Ｆｚと、前記前後力Ｆｘとから、次式（１）、（２）に基づいて、制動時のスリップ率Ｓと摩擦係数μとを時間経過に沿って算出するとともに、この算出結果に基づいて氷上制動性能を評価する評価工程とを具えるタイヤの氷上制動性能の評価方法。
   μ＝Ｆｘ／Ｆｚ −−−（１）
   Ｓ＝（Ｖｖ−Ｖｔ）／Ｖｖ −−−（２）
   
2. 前記測定工程は、ブレーキの踏力Ｆを連続的に測定し、
   前記制動ステップでは、制動開始から前記タイヤがロック状態となるまでの制動初期の時間Ｔが１．５秒以上となるように、前記踏力Ｆを調整する請求項１記載のタイヤの氷上制動性能の評価方法。
3. 前記制動ステップでは、少なくとも前記制動初期において、前記踏力Ｆは、前記制動開始から漸増する請求項２記載のタイヤの氷上制動性能の評価方法。
4. 少なくとも前記制動初期において、前記踏力Ｆの増加率は、一定である請求項３記載のタイヤの氷上制動性能の評価方法。
5. 少なくとも前記制動初期において、前記踏力Ｆの増加率は、漸減する請求項３記載のタイヤの氷上制動性能の評価方法。
6. 前記評価工程では、
   前記スリップ率Ｓと前記摩擦係数μとの算出結果のデータ点を、スリップ率Ｓが０．５〜１０％の範囲から選択される間隔にて複数の区間に区分し、
   かつ各前記区間において、前記スリップ率Ｓと前記摩擦係数μとを平均して平均スリップ率Ｓ０と平均摩擦係数μ０とを求めるとともに、
   前記平均スリップ率Ｓ０と前記平均摩擦係数μ０とから示されるμ０−Ｓ０特性に基づいて氷上制動性能を評価する請求項１〜５の何れかに記載のタイヤの氷上制動性能の評価方法。
7. 前記走行工程では、制動開始時の車体速度Ｖｖは１８〜２２km/hである請求項１〜６の何れかに記載のタイヤの氷上制動性能の評価方法。

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