タイヤ特性推定装置およびプログラム
【課題】非転動状態におけるタイヤ特性、特にタイヤのオーバターニングモーメントの推定精度を向上可能な推定装置およびプログラムを提供する。
【解決手段】非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、タイヤＴの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡが入力される変数値入力部１５と、負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡに基づきタイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定すると共に、接地荷重Ｆｚの２次式およびキャンバー角ＣＡの３次式に基づきタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する推定値演算部１７とを備える。これにより、オーバターニングモーメントＭｘの曲線状の特性を適切に表すことが可能となり、タイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘの推定精度を向上することができる。
【解決手段】非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、タイヤＴの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡが入力される変数値入力部１５と、負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡに基づきタイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定すると共に、接地荷重Ｆｚの２次式およびキャンバー角ＣＡの３次式に基づきタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する推定値演算部１７とを備える。これにより、オーバターニングモーメントＭｘの曲線状の特性を適切に表すことが可能となり、タイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘの推定精度を向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非転動状態におけるタイヤ特性を推定するタイヤ特性推定装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の機構解析系のＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）では、タイヤ特性を推定するタイヤモデルを用いて、車両の挙動を再現することがある。タイヤモデルとしては、従来、各種のモデルが開発されている。タイヤモデルに関連して、例えば特開２０１１−９００１３号公報には、転動状態におけるタイヤの負荷半径およびキャンバー角に応じて変化するタイヤ特性、特にオーバターニングモーメントを推定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９００１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タイヤモデルは、転動状態に限らず、非転動状態におけるタイヤ特性の推定にも利用される。例えば、車両のサスペンション特性をベンチで計測するＫ＆Ｃ（Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ａｎｄ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）試験では、非転動状態におけるタイヤ特性が重要となる。Ｋ＆Ｃ試験では、加振台に固定した車両のボデーをバウンス、ロール、またはピッチさせたり、ボデーを動かさずに接地面を前後、左右、またはステア方向に動かしたりして、ボデーに対するホイールの位置または向き、接地面でタイヤに作用する６分力などが計測される。
【０００５】
ところで、タイヤは、転動状態と非転動状態では異なる挙動を呈するので、転動状態用のモデルを用いて非転動状態におけるタイヤ特性を推定することはできない。このため、非転動状態におけるタイヤ特性が重要となる試験をＣＡＥ化するには、非転動状態用のモデルが必要となる。しかし、従来、非転動状態におけるタイヤ特性を精密に推定できるタイヤモデルは開発されていなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、非転動状態におけるタイヤ特性、特にタイヤのオーバターニングモーメントの推定精度を向上可能な推定装置およびプログラムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るタイヤ特性推定装置は、非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、タイヤの負荷半径およびキャンバー角が入力される入力部と、負荷半径およびキャンバー角に基づきタイヤの接地荷重を推定すると共に、接地荷重の２次式およびキャンバー角の３次式に基づきタイヤのオーバターニングモーメントを推定する推定部とを備える。
【０００８】
また、本発明に係るタイヤ特性推定プログラムは、非転動状態におけるタイヤ特性の推定方法を実行するためのプログラムであって、この推定方法が、タイヤの負荷半径およびキャンバー角を入力し、負荷半径およびキャンバー角に基づきタイヤの接地荷重を推定すると共に、接地荷重の２次式およびキャンバー角の３次式に基づきタイヤのオーバターニングモーメントを推定することを含む。
【０００９】
この発明によれば、接地荷重の２次式およびキャンバー角の３次式に基づいてオーバターニングモーメントを推定するので、オーバターニングモーメントの曲線状の特性を適切に表すことが可能となり、オーバターニングモーメントの推定精度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非転動状態におけるタイヤ特性、特にオーバターニングモーメントの推定精度を向上可能な推定装置およびプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置の構成を示す図である。
【図２】タイヤ特性の推定に用いるモデル変数などを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るタイヤ特性の推定方法を示す図である。
【図４】非転動状態におけるタイヤの接地荷重の再現状況を示す図である。
【図５】非転動状態におけるタイヤのオーバターニングモーメントの再現状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
まず、図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０の構成を示す図である。図２は、タイヤ特性の推定に用いるモデル変数などを示す図である。
【００１４】
タイヤ特性推定装置１０は、後述するタイヤ特性の推定方法に従って、非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置である。タイヤ特性推定装置１０は、車両の機構解析系のＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）に用いるシミュレーションシステムの一部として構成される。タイヤ特性推定装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有するコンピュータ装置として構成され、ＣＰＵが、後述するタイヤ特性の推定方法を実行するためにＲＯＭなどに記憶されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することで実現される。
【００１５】
図１に示すように、タイヤ特性推定装置１０は、定数値入力部１１、定数値格納部１３、変数値入力部１５、推定値演算部１７、および推定値出力部１９を有している。
【００１６】
定数値入力部１１には、タイヤ特性の推定に用いるモデル定数が入力される。モデル定数は、非転動状態におけるタイヤ試験の実測値（タイヤＴの負荷半径ＲＬ、キャンバー角ＣＡ、接地荷重Ｆｚ、オーバターニングモーメントＭｘなど）から同定される。
【００１７】
ここで、図２には、タイヤ特性の推定に用いるモデル変数が示されている。負荷半径ＲＬとは、標準空気圧で充てんされたタイヤＴに最大静荷重の負荷を加えたときにおけるタイヤＴの回転軸から路面ＲＳまでの距離を意味している。キャンバー角ＣＡとは、車体を水平にして真正面から見た状態で、タイヤＴの中心線と垂直線との角を意味している。
【００１８】
また、タイヤＴの接地荷重（上下荷重）ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘは、タイヤＴの中心面と路面との交線をＸ軸（図２の奥行き方向）、タイヤＴの回転軸を含みかつ路面ＲＳに直角な平面と路面ＲＳとの交線をＹ軸（図２の左右方向）、Ｘ軸とＹ軸との交点を原点として原点を通って路面ＲＳに垂直な軸をＺ軸（図２の上下方向）として定義した場合において、それぞれにＺ軸方向の力およびＸ軸廻りのモーメントを意味している。
【００１９】
定数値格納部１３には、定数値入力部１１に入力されたモデル定数が格納される。定数値格納部１３は、タイヤ特性の推定に用いるモデル定数を推定値演算部１７に供給する。定数値格納部１３は、シミュレーション条件毎に異なるモデル定数を格納し、この条件の指定に応じて適切なモデル定数を供給するように構成されてもよい。
【００２０】
変数値入力部（入力部）１５には、タイヤ特性の推定に用いるモデル変数として、タイヤＴの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡが入力される。モデル変数は、時間的に連続する一連の値（時系列値）でもよく、任意の時間の値でもよい。
【００２１】
推定値演算部（推定部）１７は、タイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定し、接地荷重Ｆｚの２次式およびキャンバー角ＣＡの３次式に基づいてタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する。推定値演算部１７には、定数値格納部１３からモデル定数が供給されると共に、変数値入力部１５からモデル変数が供給される。推定値演算部１７は、モデル定数およびモデル変数を後述する数式（１）〜（４）に代入してタイヤ特性Ｆｚ、Ｍｘを推定する。
【００２２】
推定値出力部１９は、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの推定値を出力する。推定値は、シミュレーションの実行に用いられたり、記録・出力されたりする。
【００２３】
なお、タイヤ特性推定装置１０は、例えば、シミュレーションシステムの一部をなす上位装置により制御されるように構成されてもよい。この場合、タイヤ特性推定装置１０は、モデル定数およびモデル変数を上位装置から入力され、推定値を上位装置に出力してもよい。また、モデル定数の同定は、上位装置などタイヤ特性推定装置１０以外の装置により行われてもよく、タイヤ特性推定装置１０自体により行われてもよい。
【００２４】
つぎに、図３〜図５を参照して、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０の動作について説明する。図３は、本発明の実施形態に係るタイヤ特性の推定方法を示す図である。図４および図５は、非転動状態におけるタイヤＴの接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの再現状況をそれぞれに示す図である。
【００２５】
タイヤ特性の推定に先立ち、非転動状態におけるタイヤ試験の実測値からモデル定数が同定される。タイヤ試験では、試験対象となるタイヤＴについて、様々な負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡを条件とし、これらの条件に対応する接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘを実測する。そして、以下の数式（１）〜（４）が、これらの実測値を最も高い精度で表現するように統計処理して、試験対象となるタイヤＴのモデル定数（つまり、数式（２）、（４）中のモデル定数ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２、ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２）を同定する。タイヤＴのモデル定数が同定されると、タイヤ特性推定装置１０では、タイヤ特性の推定が可能となる。
【００２６】
ここで、モデル定数ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２は、接地荷重Ｆｚの実測値と、試験条件となる負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡとから同定された値であり、モデル定数ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２は、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの実測値と、試験条件となるキャンバー角ＣＡとから同定された値である。
【００２７】
Ｆｚ＝Ｆｚ（ＲＬ、ＣＡ）
＝ｆｚｒｌ０＋ｆｚｒｌ１・ＲＬ＋ｆｚｒｌ２・ＲＬ２ ……（１）
ここで、Ｆｚが接地荷重、ｆｚｒｌ０〜ｆｚｒｌ２が式（２ａ）〜（２ｃ）（以下、まとめて式（２）と称する。）から求められる係数、ＲＬが負荷半径を表している。
【００２８】
ｆｚｒｌ０＝ＦＺＲＬ０ＣＡ０＋ＦＺＲＬ０ＣＡ１・ＣＡ＋ＦＺＲＬ０ＣＡ２・ＣＡ２
……（２ａ）
ｆｚｒｌ１＝ＦＺＲＬ１ＣＡ０＋ＦＺＲＬ１ＣＡ１・ＣＡ＋ＦＺＲＬ１ＣＡ２・ＣＡ２
……（２ｂ）
ｆｚｒｌ２＝ＦＺＲＬ２ＣＡ０＋ＦＺＲＬ２ＣＡ１・ＣＡ＋ＦＺＲＬ２ＣＡ２・ＣＡ２
……（２ｃ）
ここで、ｆｚｒｌ０〜ｆｚｒｌ２が係数、ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２がモデル定数、ＣＡがキャンバー角を表している。
【００２９】
Ｍｘ＝Ｍｘ（ＣＡ、Ｆｚ）
＝ｍｘｃａ０＋ｍｘｃａ１・ＣＡ＋ｍｘｃａ２・ＣＡ２＋ｍｘｃａ３・ＣＡ３
……（３）
ここで、Ｍｘがオーバターニングモーメント、ｍｘｃａ０〜ｍｘｃａ３が式（４ａ）〜（４ｄ）（以下、まとめて式（４）と称する。）から求められる係数、ＣＡがキャンバー角を表している。
【００３０】
ｍｘｃａ０＝ＭＸＣＡ０ＦＺ０＋ＭＸＣＡ０ＦＺ１・Ｆｚ＋ＭＸＣＡ０ＦＺ２・Ｆｚ２
……（４ａ）
ｍｘｃａ１＝ＭＸＣＡ１ＦＺ０＋ＭＸＣＡ１ＦＺ１・Ｆｚ＋ＭＸＣＡ１ＦＺ２・Ｆｚ２
……（４ｂ）
ｍｘｃａ２＝ＭＸＣＡ２ＦＺ０＋ＭＸＣＡ２ＦＺ１・Ｆｚ＋ＭＸＣＡ２ＦＺ２・Ｆｚ２
……（４ｃ）
ｍｘｃａ３＝ＭＸＣＡ３ＦＺ０＋ＭＸＣＡ３ＦＺ１・Ｆｚ＋ＭＸＣＡ３ＦＺ２・Ｆｚ２
……（４ｄ）
ここで、ｍｘｃａ０〜ｍｘｃａ３が係数、ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２がモデル定数、Ｆｚが接地荷重を表している。
【００３１】
タイヤ特性推定装置１０では、図３に示すタイヤ特性の推定方法に従って、タイヤ特性が推定される。図３に示すように、定数値入力部１１には、同定されたモデル定数（つまり、数式（２）、（４）中のモデル定数ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２、ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２）が入力される（ステップＳ１１）。
【００３２】
変数値入力部１５には、前述した負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡがモデル変数として入力される（ステップＳ１３）。モデル変数は、前述したように、時間的に連続する一連の値（時系列値）でもよく、任意の時間の値でもよい。
【００３３】
推定値演算部１７は、モデル定数ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２およびモデル変数（キャンバー角ＣＡ）を式（２）に代入して係数ｆｚｒｌ０〜ｆｚｒｌ２を求め、これらの係数ｆｚｒｌ０〜ｆｚｒｌ２およびモデル変数（負荷半径ＲＬ）を式（１）に代入してタイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定する（ステップＳ１５）。これにより、キャンバー角ＣＡの２次の多項式および負荷半径ＲＬの２次の多項式に基づいて、非転動状態におけるタイヤＴの接地荷重Ｆｚが推定される。
【００３４】
つぎに、推定値演算部１７は、モデル定数ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２、および式（１）から求められた接地荷重Ｆｚを式（４）に代入して係数ｍｘｃａ０〜ｍｘｃａ３を求め、これらの係数ｍｘｃａ０〜ｍｘｃａ３およびモデル変数（キャンバー角ＣＡ）を式（３）に代入してタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する（ステップＳ１７）。これにより、接地荷重Ｆｚの２次の多項式およびキャンバー角ＣＡの３次の多項式に基づいて、非転動状態におけるタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘが推定される。
【００３５】
そして、推定値出力部１９は、タイヤＴの接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの推定値を出力する（ステップＳ１９）。なお、推定値の出力は、接地荷重ＦｚとオーバターニングモーメントＭｘとで別々のタイミングで行われてもよい。また、推定値の出力は、一連の推定処理を終了した時点で纏めて行われてもよい。
【００３６】
タイヤ特性推定装置１０は、推定値を出力すると、推定処理を終了するかを判定する（ステップＳ２１）。そして、推定処理を終了しない場合（ステップＳ２１で「Ｎｏ」の場合）、モデル変数が再び入力され（ステップＳ１３）、推定処理を終了するまで、ステップＳ１３〜Ｓ２１の処理が繰り返される。
【００３７】
図４および図５には、前述した推定方法に基づく接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの再現状況がそれぞれに示されている。
【００３８】
図４では、縦軸が接地荷重Ｆｚを示し、横軸がキャンバー角ＣＡを示している。図５では、縦軸がオーバターニングモーメントＭｘを示し、横軸がキャンバー角ＣＡを示している。これらの図では、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘについて、実測値（実線）と推定値（点線）とが対比して示されている。
【００３９】
ここで、実測値は、非転動状態におけるタイヤ試験により実測された値である。また、推定値は、タイヤ試験の実測値から同定されたモデル定数と、モデル変数（タイヤＴの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡ）とを、前述した数式（１）〜（４）に代入して得られた値である。ここで、モデル定数は、非転動状態におけるタイヤＴについて、接地荷重Ｆｚを５つのレベル毎に一定値に制御しながら、キャンバー角ＣＡを連続的に変化させた場合における負荷半径ＲＬ、キャンバー角ＣＡ、接地荷重Ｆｚ、およびオーバターニングモーメントＭｘの実測値に基づくものである。
【００４０】
図４および図５によれば、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘのいずれも、推定値が実測値と近似しており、非転動状態におけるタイヤ特性が精度よく再現されていることが理解される。図４および図５に示す再現例では、それぞれに推定値と実測値の組合せ（負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡの条件を共通とする組合せ）１，０００組について、推定値と実測値の誤差の平均値を実測値の平均値で除して推定誤差を求めた。結果として、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘがそれぞれ推定誤差１％および３％の精度で再現されていることが確認された。
【００４１】
これは、負荷半径ＲＬの２次の多項式（数式（１））およびキャンバー角ＣＡの２次の多項式（数式（２））を用いることで、接地荷重Ｆｚの曲線状の特性を適切に表すことができたためである。同様に、キャンバー角ＣＡの３次の多項式（数式（３））および接地荷重Ｆｚの２次の多項式（数式（４））を用いることで、オーバターニングモーメントＭｘの曲線状の特性を適切に表すことができるためである。
【００４２】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０は、非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、タイヤの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡが入力される変数値入力部１５と、負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡに基づきタイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定すると共に、接地荷重Ｆｚの２次式およびキャンバー角ＣＡの３次式に基づきタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する推定値演算部１７とを備える。
【００４３】
これにより、接地荷重Ｆｚの２次式およびキャンバー角ＣＡの３次式に基づいてオーバターニングモーメントＭｘを推定するので、オーバターニングモーメントＭｘの曲線状の特性を適切に表すことが可能となり、非転動状態におけるオーバターニングモーメントＭｘの推定精度を向上することができる。
【００４４】
また、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０は、非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、非転動状態におけるタイヤ試験の実測値から同定されたモデル定数が入力される定数値入力部１１と、タイヤＴの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡが入力される変数値入力部１５と、特定値に基づき負荷半径ＲＬの２次式（数式（１））からタイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定すると共に、モデル定数に基づきキャンバー角ＣＡの３次式（数式（３））からタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する推定値演算部１７とを備える。
【００４５】
これにより、非転動状態におけるタイヤＴの挙動を規定するモデル定数と、負荷半径ＲＬおよびキャンバーＣＡそれぞれの非線形式とに基づいてオーバターニングモーメントＭｘを推定するので、非転動状態におけるオーバターニングモーメントＭｘの推定精度を向上することができる。
【００４６】
なお、前述した実施形態は、本発明に係るタイヤ特性推定装置の最良な実施形態を説明したものであり、本発明に係るタイヤ特性推定装置は、本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係るタイヤ特性推定装置は、各請求項に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で本実施形態に係るタイヤ特性推定装置を変形し、または他のものに適用したものであってもよい。
【００４７】
例えば、本発明は、前述したタイヤ特性の推定方法に従って、非転動状態におけるタイヤ特性を推定するためのプログラム、または当該プログラムを記憶しているコンピュータ読取可能な記録媒体にも同様に適用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…タイヤ特性推定装置、１１…定数値入力部、１３…定数値格納部、１５…変数値入力部、１７…推定値演算部、１９…推定値出力部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非転動状態におけるタイヤ特性を推定するタイヤ特性推定装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の機構解析系のＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）では、タイヤ特性を推定するタイヤモデルを用いて、車両の挙動を再現することがある。タイヤモデルとしては、従来、各種のモデルが開発されている。タイヤモデルに関連して、例えば特開２０１１−９００１３号公報には、転動状態におけるタイヤの負荷半径およびキャンバー角に応じて変化するタイヤ特性、特にオーバターニングモーメントを推定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９００１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タイヤモデルは、転動状態に限らず、非転動状態におけるタイヤ特性の推定にも利用される。例えば、車両のサスペンション特性をベンチで計測するＫ＆Ｃ（Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ａｎｄ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）試験では、非転動状態におけるタイヤ特性が重要となる。Ｋ＆Ｃ試験では、加振台に固定した車両のボデーをバウンス、ロール、またはピッチさせたり、ボデーを動かさずに接地面を前後、左右、またはステア方向に動かしたりして、ボデーに対するホイールの位置または向き、接地面でタイヤに作用する６分力などが計測される。
【０００５】
ところで、タイヤは、転動状態と非転動状態では異なる挙動を呈するので、転動状態用のモデルを用いて非転動状態におけるタイヤ特性を推定することはできない。このため、非転動状態におけるタイヤ特性が重要となる試験をＣＡＥ化するには、非転動状態用のモデルが必要となる。しかし、従来、非転動状態におけるタイヤ特性を精密に推定できるタイヤモデルは開発されていなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、非転動状態におけるタイヤ特性、特にタイヤのオーバターニングモーメントの推定精度を向上可能な推定装置およびプログラムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るタイヤ特性推定装置は、非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、タイヤの負荷半径およびキャンバー角が入力される入力部と、負荷半径およびキャンバー角に基づきタイヤの接地荷重を推定すると共に、接地荷重の２次式およびキャンバー角の３次式に基づきタイヤのオーバターニングモーメントを推定する推定部とを備える。
【０００８】
また、本発明に係るタイヤ特性推定プログラムは、非転動状態におけるタイヤ特性の推定方法を実行するためのプログラムであって、この推定方法が、タイヤの負荷半径およびキャンバー角を入力し、負荷半径およびキャンバー角に基づきタイヤの接地荷重を推定すると共に、接地荷重の２次式およびキャンバー角の３次式に基づきタイヤのオーバターニングモーメントを推定することを含む。
【０００９】
この発明によれば、接地荷重の２次式およびキャンバー角の３次式に基づいてオーバターニングモーメントを推定するので、オーバターニングモーメントの曲線状の特性を適切に表すことが可能となり、オーバターニングモーメントの推定精度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非転動状態におけるタイヤ特性、特にオーバターニングモーメントの推定精度を向上可能な推定装置およびプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置の構成を示す図である。
【図２】タイヤ特性の推定に用いるモデル変数などを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るタイヤ特性の推定方法を示す図である。
【図４】非転動状態におけるタイヤの接地荷重の再現状況を示す図である。
【図５】非転動状態におけるタイヤのオーバターニングモーメントの再現状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
まず、図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０の構成を示す図である。図２は、タイヤ特性の推定に用いるモデル変数などを示す図である。
【００１４】
タイヤ特性推定装置１０は、後述するタイヤ特性の推定方法に従って、非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置である。タイヤ特性推定装置１０は、車両の機構解析系のＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）に用いるシミュレーションシステムの一部として構成される。タイヤ特性推定装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有するコンピュータ装置として構成され、ＣＰＵが、後述するタイヤ特性の推定方法を実行するためにＲＯＭなどに記憶されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することで実現される。
【００１５】
図１に示すように、タイヤ特性推定装置１０は、定数値入力部１１、定数値格納部１３、変数値入力部１５、推定値演算部１７、および推定値出力部１９を有している。
【００１６】
定数値入力部１１には、タイヤ特性の推定に用いるモデル定数が入力される。モデル定数は、非転動状態におけるタイヤ試験の実測値（タイヤＴの負荷半径ＲＬ、キャンバー角ＣＡ、接地荷重Ｆｚ、オーバターニングモーメントＭｘなど）から同定される。
【００１７】
ここで、図２には、タイヤ特性の推定に用いるモデル変数が示されている。負荷半径ＲＬとは、標準空気圧で充てんされたタイヤＴに最大静荷重の負荷を加えたときにおけるタイヤＴの回転軸から路面ＲＳまでの距離を意味している。キャンバー角ＣＡとは、車体を水平にして真正面から見た状態で、タイヤＴの中心線と垂直線との角を意味している。
【００１８】
また、タイヤＴの接地荷重（上下荷重）ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘは、タイヤＴの中心面と路面との交線をＸ軸（図２の奥行き方向）、タイヤＴの回転軸を含みかつ路面ＲＳに直角な平面と路面ＲＳとの交線をＹ軸（図２の左右方向）、Ｘ軸とＹ軸との交点を原点として原点を通って路面ＲＳに垂直な軸をＺ軸（図２の上下方向）として定義した場合において、それぞれにＺ軸方向の力およびＸ軸廻りのモーメントを意味している。
【００１９】
定数値格納部１３には、定数値入力部１１に入力されたモデル定数が格納される。定数値格納部１３は、タイヤ特性の推定に用いるモデル定数を推定値演算部１７に供給する。定数値格納部１３は、シミュレーション条件毎に異なるモデル定数を格納し、この条件の指定に応じて適切なモデル定数を供給するように構成されてもよい。
【００２０】
変数値入力部（入力部）１５には、タイヤ特性の推定に用いるモデル変数として、タイヤＴの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡが入力される。モデル変数は、時間的に連続する一連の値（時系列値）でもよく、任意の時間の値でもよい。
【００２１】
推定値演算部（推定部）１７は、タイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定し、接地荷重Ｆｚの２次式およびキャンバー角ＣＡの３次式に基づいてタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する。推定値演算部１７には、定数値格納部１３からモデル定数が供給されると共に、変数値入力部１５からモデル変数が供給される。推定値演算部１７は、モデル定数およびモデル変数を後述する数式（１）〜（４）に代入してタイヤ特性Ｆｚ、Ｍｘを推定する。
【００２２】
推定値出力部１９は、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの推定値を出力する。推定値は、シミュレーションの実行に用いられたり、記録・出力されたりする。
【００２３】
なお、タイヤ特性推定装置１０は、例えば、シミュレーションシステムの一部をなす上位装置により制御されるように構成されてもよい。この場合、タイヤ特性推定装置１０は、モデル定数およびモデル変数を上位装置から入力され、推定値を上位装置に出力してもよい。また、モデル定数の同定は、上位装置などタイヤ特性推定装置１０以外の装置により行われてもよく、タイヤ特性推定装置１０自体により行われてもよい。
【００２４】
つぎに、図３〜図５を参照して、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０の動作について説明する。図３は、本発明の実施形態に係るタイヤ特性の推定方法を示す図である。図４および図５は、非転動状態におけるタイヤＴの接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの再現状況をそれぞれに示す図である。
【００２５】
タイヤ特性の推定に先立ち、非転動状態におけるタイヤ試験の実測値からモデル定数が同定される。タイヤ試験では、試験対象となるタイヤＴについて、様々な負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡを条件とし、これらの条件に対応する接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘを実測する。そして、以下の数式（１）〜（４）が、これらの実測値を最も高い精度で表現するように統計処理して、試験対象となるタイヤＴのモデル定数（つまり、数式（２）、（４）中のモデル定数ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２、ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２）を同定する。タイヤＴのモデル定数が同定されると、タイヤ特性推定装置１０では、タイヤ特性の推定が可能となる。
【００２６】
ここで、モデル定数ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２は、接地荷重Ｆｚの実測値と、試験条件となる負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡとから同定された値であり、モデル定数ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２は、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの実測値と、試験条件となるキャンバー角ＣＡとから同定された値である。
【００２７】
Ｆｚ＝Ｆｚ（ＲＬ、ＣＡ）
＝ｆｚｒｌ０＋ｆｚｒｌ１・ＲＬ＋ｆｚｒｌ２・ＲＬ２ ……（１）
ここで、Ｆｚが接地荷重、ｆｚｒｌ０〜ｆｚｒｌ２が式（２ａ）〜（２ｃ）（以下、まとめて式（２）と称する。）から求められる係数、ＲＬが負荷半径を表している。
【００２８】
ｆｚｒｌ０＝ＦＺＲＬ０ＣＡ０＋ＦＺＲＬ０ＣＡ１・ＣＡ＋ＦＺＲＬ０ＣＡ２・ＣＡ２
……（２ａ）
ｆｚｒｌ１＝ＦＺＲＬ１ＣＡ０＋ＦＺＲＬ１ＣＡ１・ＣＡ＋ＦＺＲＬ１ＣＡ２・ＣＡ２
……（２ｂ）
ｆｚｒｌ２＝ＦＺＲＬ２ＣＡ０＋ＦＺＲＬ２ＣＡ１・ＣＡ＋ＦＺＲＬ２ＣＡ２・ＣＡ２
……（２ｃ）
ここで、ｆｚｒｌ０〜ｆｚｒｌ２が係数、ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２がモデル定数、ＣＡがキャンバー角を表している。
【００２９】
Ｍｘ＝Ｍｘ（ＣＡ、Ｆｚ）
＝ｍｘｃａ０＋ｍｘｃａ１・ＣＡ＋ｍｘｃａ２・ＣＡ２＋ｍｘｃａ３・ＣＡ３
……（３）
ここで、Ｍｘがオーバターニングモーメント、ｍｘｃａ０〜ｍｘｃａ３が式（４ａ）〜（４ｄ）（以下、まとめて式（４）と称する。）から求められる係数、ＣＡがキャンバー角を表している。
【００３０】
ｍｘｃａ０＝ＭＸＣＡ０ＦＺ０＋ＭＸＣＡ０ＦＺ１・Ｆｚ＋ＭＸＣＡ０ＦＺ２・Ｆｚ２
……（４ａ）
ｍｘｃａ１＝ＭＸＣＡ１ＦＺ０＋ＭＸＣＡ１ＦＺ１・Ｆｚ＋ＭＸＣＡ１ＦＺ２・Ｆｚ２
……（４ｂ）
ｍｘｃａ２＝ＭＸＣＡ２ＦＺ０＋ＭＸＣＡ２ＦＺ１・Ｆｚ＋ＭＸＣＡ２ＦＺ２・Ｆｚ２
……（４ｃ）
ｍｘｃａ３＝ＭＸＣＡ３ＦＺ０＋ＭＸＣＡ３ＦＺ１・Ｆｚ＋ＭＸＣＡ３ＦＺ２・Ｆｚ２
……（４ｄ）
ここで、ｍｘｃａ０〜ｍｘｃａ３が係数、ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２がモデル定数、Ｆｚが接地荷重を表している。
【００３１】
タイヤ特性推定装置１０では、図３に示すタイヤ特性の推定方法に従って、タイヤ特性が推定される。図３に示すように、定数値入力部１１には、同定されたモデル定数（つまり、数式（２）、（４）中のモデル定数ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２、ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２）が入力される（ステップＳ１１）。
【００３２】
変数値入力部１５には、前述した負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡがモデル変数として入力される（ステップＳ１３）。モデル変数は、前述したように、時間的に連続する一連の値（時系列値）でもよく、任意の時間の値でもよい。
【００３３】
推定値演算部１７は、モデル定数ＦＺＲＬ０ＣＡ０〜ＦＺＲＬ２ＣＡ２およびモデル変数（キャンバー角ＣＡ）を式（２）に代入して係数ｆｚｒｌ０〜ｆｚｒｌ２を求め、これらの係数ｆｚｒｌ０〜ｆｚｒｌ２およびモデル変数（負荷半径ＲＬ）を式（１）に代入してタイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定する（ステップＳ１５）。これにより、キャンバー角ＣＡの２次の多項式および負荷半径ＲＬの２次の多項式に基づいて、非転動状態におけるタイヤＴの接地荷重Ｆｚが推定される。
【００３４】
つぎに、推定値演算部１７は、モデル定数ＭＸＣＡ０ＦＺ０〜ＭＸＣＡ３ＦＺ２、および式（１）から求められた接地荷重Ｆｚを式（４）に代入して係数ｍｘｃａ０〜ｍｘｃａ３を求め、これらの係数ｍｘｃａ０〜ｍｘｃａ３およびモデル変数（キャンバー角ＣＡ）を式（３）に代入してタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する（ステップＳ１７）。これにより、接地荷重Ｆｚの２次の多項式およびキャンバー角ＣＡの３次の多項式に基づいて、非転動状態におけるタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘが推定される。
【００３５】
そして、推定値出力部１９は、タイヤＴの接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの推定値を出力する（ステップＳ１９）。なお、推定値の出力は、接地荷重ＦｚとオーバターニングモーメントＭｘとで別々のタイミングで行われてもよい。また、推定値の出力は、一連の推定処理を終了した時点で纏めて行われてもよい。
【００３６】
タイヤ特性推定装置１０は、推定値を出力すると、推定処理を終了するかを判定する（ステップＳ２１）。そして、推定処理を終了しない場合（ステップＳ２１で「Ｎｏ」の場合）、モデル変数が再び入力され（ステップＳ１３）、推定処理を終了するまで、ステップＳ１３〜Ｓ２１の処理が繰り返される。
【００３７】
図４および図５には、前述した推定方法に基づく接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘの再現状況がそれぞれに示されている。
【００３８】
図４では、縦軸が接地荷重Ｆｚを示し、横軸がキャンバー角ＣＡを示している。図５では、縦軸がオーバターニングモーメントＭｘを示し、横軸がキャンバー角ＣＡを示している。これらの図では、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘについて、実測値（実線）と推定値（点線）とが対比して示されている。
【００３９】
ここで、実測値は、非転動状態におけるタイヤ試験により実測された値である。また、推定値は、タイヤ試験の実測値から同定されたモデル定数と、モデル変数（タイヤＴの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡ）とを、前述した数式（１）〜（４）に代入して得られた値である。ここで、モデル定数は、非転動状態におけるタイヤＴについて、接地荷重Ｆｚを５つのレベル毎に一定値に制御しながら、キャンバー角ＣＡを連続的に変化させた場合における負荷半径ＲＬ、キャンバー角ＣＡ、接地荷重Ｆｚ、およびオーバターニングモーメントＭｘの実測値に基づくものである。
【００４０】
図４および図５によれば、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘのいずれも、推定値が実測値と近似しており、非転動状態におけるタイヤ特性が精度よく再現されていることが理解される。図４および図５に示す再現例では、それぞれに推定値と実測値の組合せ（負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡの条件を共通とする組合せ）１，０００組について、推定値と実測値の誤差の平均値を実測値の平均値で除して推定誤差を求めた。結果として、接地荷重ＦｚおよびオーバターニングモーメントＭｘがそれぞれ推定誤差１％および３％の精度で再現されていることが確認された。
【００４１】
これは、負荷半径ＲＬの２次の多項式（数式（１））およびキャンバー角ＣＡの２次の多項式（数式（２））を用いることで、接地荷重Ｆｚの曲線状の特性を適切に表すことができたためである。同様に、キャンバー角ＣＡの３次の多項式（数式（３））および接地荷重Ｆｚの２次の多項式（数式（４））を用いることで、オーバターニングモーメントＭｘの曲線状の特性を適切に表すことができるためである。
【００４２】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０は、非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、タイヤの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡが入力される変数値入力部１５と、負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡに基づきタイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定すると共に、接地荷重Ｆｚの２次式およびキャンバー角ＣＡの３次式に基づきタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する推定値演算部１７とを備える。
【００４３】
これにより、接地荷重Ｆｚの２次式およびキャンバー角ＣＡの３次式に基づいてオーバターニングモーメントＭｘを推定するので、オーバターニングモーメントＭｘの曲線状の特性を適切に表すことが可能となり、非転動状態におけるオーバターニングモーメントＭｘの推定精度を向上することができる。
【００４４】
また、本発明の実施形態に係るタイヤ特性推定装置１０は、非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、非転動状態におけるタイヤ試験の実測値から同定されたモデル定数が入力される定数値入力部１１と、タイヤＴの負荷半径ＲＬおよびキャンバー角ＣＡが入力される変数値入力部１５と、特定値に基づき負荷半径ＲＬの２次式（数式（１））からタイヤＴの接地荷重Ｆｚを推定すると共に、モデル定数に基づきキャンバー角ＣＡの３次式（数式（３））からタイヤＴのオーバターニングモーメントＭｘを推定する推定値演算部１７とを備える。
【００４５】
これにより、非転動状態におけるタイヤＴの挙動を規定するモデル定数と、負荷半径ＲＬおよびキャンバーＣＡそれぞれの非線形式とに基づいてオーバターニングモーメントＭｘを推定するので、非転動状態におけるオーバターニングモーメントＭｘの推定精度を向上することができる。
【００４６】
なお、前述した実施形態は、本発明に係るタイヤ特性推定装置の最良な実施形態を説明したものであり、本発明に係るタイヤ特性推定装置は、本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係るタイヤ特性推定装置は、各請求項に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で本実施形態に係るタイヤ特性推定装置を変形し、または他のものに適用したものであってもよい。
【００４７】
例えば、本発明は、前述したタイヤ特性の推定方法に従って、非転動状態におけるタイヤ特性を推定するためのプログラム、または当該プログラムを記憶しているコンピュータ読取可能な記録媒体にも同様に適用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…タイヤ特性推定装置、１１…定数値入力部、１３…定数値格納部、１５…変数値入力部、１７…推定値演算部、１９…推定値出力部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、
タイヤの負荷半径およびキャンバー角が入力される入力部と、
前記負荷半径および前記キャンバー角に基づきタイヤの接地荷重を推定すると共に、前記接地荷重の２次式および前記キャンバー角の３次式に基づきタイヤのオーバターニングモーメントを推定する推定部と、
を備えるタイヤ特性推定装置。
【請求項２】
非転動状態におけるタイヤ特性の推定方法を実行するためのプログラムであって、
前記推定方法が、
タイヤの負荷半径およびキャンバー角を入力し、
前記負荷半径および前記キャンバー角に基づきタイヤの接地荷重を推定すると共に、前記接地荷重の２次式および前記キャンバー角の３次式に基づきタイヤのオーバターニングモーメントを推定すること、
を含むプログラム。
【請求項１】
非転動状態におけるタイヤ特性を推定する装置であって、
タイヤの負荷半径およびキャンバー角が入力される入力部と、
前記負荷半径および前記キャンバー角に基づきタイヤの接地荷重を推定すると共に、前記接地荷重の２次式および前記キャンバー角の３次式に基づきタイヤのオーバターニングモーメントを推定する推定部と、
を備えるタイヤ特性推定装置。
【請求項２】
非転動状態におけるタイヤ特性の推定方法を実行するためのプログラムであって、
前記推定方法が、
タイヤの負荷半径およびキャンバー角を入力し、
前記負荷半径および前記キャンバー角に基づきタイヤの接地荷重を推定すると共に、前記接地荷重の２次式および前記キャンバー角の３次式に基づきタイヤのオーバターニングモーメントを推定すること、
を含むプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−８８３２１（Ｐ２０１３−８８３２１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９９２０（Ｐ２０１１−２２９９２０）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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