タイヤ軸力推定方法
【課題】車両に装着された状態におけるタイヤ軸力を精度良く推定することができるタイヤ軸力推定方法を提供する。
【解決手段】タイヤに作用する荷重、スリップ角、車速を含む試験条件を変化させてタイヤ単体での軸力データを取得する工程と、軸力データからタイヤにおける剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成する工程と、タイヤを実際に車両に装着し、車両の各車輪におけるタイヤのたわみ量及び回転速度、並びに各車輪に対する車体の変位及び加速度を含む車両特性データを取得する工程と、車両特性データとマップデータとから車両におけるタイヤ軸力を推定する工程とを含むようにした。
【解決手段】タイヤに作用する荷重、スリップ角、車速を含む試験条件を変化させてタイヤ単体での軸力データを取得する工程と、軸力データからタイヤにおける剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成する工程と、タイヤを実際に車両に装着し、車両の各車輪におけるタイヤのたわみ量及び回転速度、並びに各車輪に対する車体の変位及び加速度を含む車両特性データを取得する工程と、車両特性データとマップデータとから車両におけるタイヤ軸力を推定する工程とを含むようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ軸力推定方法に関し、特に、走行中のタイヤに作用するタイヤ軸力を推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行中の車両におけるタイヤの特性を評価するために、タイヤに作用するタイヤ軸力の測定が行われている。タイヤ軸力は、６分力計を備えたホイールに被検体であるタイヤを組み付け車両に装着することで測定される。ホイールは、６分力計を取着するための専用のものであって、側面に６分力計を取着するためのリムが固定される。リムは、内部に複数のひずみセンサを内蔵しており、車両が走行することでタイヤに作用する力がリムに伝達され、このリムに伝達された力をひずみセンサが検出することによりタイヤ軸力を測定する。
ところが、６分力計によりタイヤ軸力を測定するには、専用ホイール及び専用のリムに６分力計を取着する必要があるため、実際のホイールにタイヤを装着したときに比べて重量が増加してしまい、測定器としての測定精度が高いにもかかわらず、実際のタイヤ使用時と異なる結果を測定してしまう虞がある。
そこで、実際の車両（ハードウェア）とシミュレーション（ソフトウェア）とを組み合わせて、タイヤ軸力を推定する方法が提案されている。具体的には、実際に車両を走行させて操舵角度，車両前後速度，ヨーレート，車両横加速度及び車両横速度等の車両特性データを測定し、測定された車両特性データを車両解析モデルとして作成されたソフトウェアに適用することで路面に対するタイヤの状態及びタイヤ軸力等の特性を推定している。この方法では、車両の運動特性のみを測定しているので、６分力計をホイールに取着する必要がなく、実際のタイヤ使用時に近い状態でのタイヤ軸力の推定が可能となる。
例えば、特許文献１には、実際の車両（ハードウェア）とシミュレーション（ソフトウェア）とを組み合わせることで、タイヤの性能を評価する方法が開示されている。また、及び特許文献２には、実際の車両における制動装置（ハードウェア）とソフトウェア上の車両モデルとを組み合わせることで制動装置のＡＢＳに対するタイヤの性能の評価を精度良く行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０９４２４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７６４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、車両解析モデルはタイヤ単体を台上試験することで得られた試験データに基づいてタイヤ軸力を推定するように作成されているため、実際に測定された車両特性データからタイヤ軸力を推定するときには、推定により作成された車両解析モデルによって、さらにタイヤ軸力を推定することとなり、二重の推定によりタイヤ軸力を得ることになってしまう。このため、得られたタイヤ軸力の精度に懸念が生じてしまう。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するため、車両に装着された状態におけるタイヤ軸力を精度良く推定することができるタイヤ軸力推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための態様として、タイヤに作用する荷重、スリップ角、車速を含む試験条件を変化させてタイヤ単体での軸力データを取得する工程と、軸力データからタイヤにおける剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成する工程と、タイヤを実際に車両に装着し、車両の各車輪におけるタイヤのたわみ量及び回転速度並びに各車輪に対する車体の変位及び加速度を含む車両特性データを取得する工程と、車両特性データをマップデータに参照させて車両におけるタイヤ軸力を推定する工程とを含む態様とした。
本態様によれば、タイヤに作用する荷重、スリップ角、車速等を含む試験条件を変化させてタイヤ単体での軸力データを取得し、軸力データからタイヤにおける剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成し、実際に車両にタイヤを装着して車両の各車輪におけるタイヤのたわみ量及び回転速度並びに各車輪に対する車体の変位及び加速度等を含む車両特性データを取得して、車両特性データをマップデータに参照させて車両におけるタイヤ軸力を推定することにより、タイヤ軸力を精度良く推定することができるので、タイヤ開発において信頼性の高い結果を得ることができる。特に、剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成することにより車両における軸力の特性分析を詳細に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】タイヤ軸力を推定するための装置構成を示す概念図である。
【図２】タイヤに作用する６分力の概念図である。
【図３】タイヤ軸力推定装置のブロック図である。
【図４】加振の振幅及び速度に対する力Ｆｚの応答線図である。
【図５】剛性マップデータ及び減衰マップデータの一例である。
【図６】タイヤ軸力を推定する他の形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施形態１
以下、タイヤ軸力を推定する方法の一実施形態について説明する。
図１は、タイヤ軸力を推定するための装置構成を示す概念図である。
本発明に係るタイヤ軸力の推定方法は、被検体であるタイヤＴを車両Ｃに装着し、所定の車両試験を行うことでタイヤＴを含む車両特性データを測定し、車両試験と同一試験条件によりタイヤ単体での試験を行うことでタイヤ軸力を含むタイヤ特性データを測定し、車両特性データとタイヤ特性データとを組み合わせることで走行中のタイヤＴに作用するタイヤ軸力の推定が成される。
【０００９】
車両特性データは、実際に被検体であるタイヤＴを車両Ｃに装着した車両試験により取得される。車両試験を行う車両Ｃには、走行中の車体の運動状態を測定する運動状態測定手段１１と、走行中のタイヤＴのたわみ量を測定するたわみ量測定手段１２と、車両Ｃの車輪の回転速度としての車輪速度Ｖｔを測定する車輪速度測定手段１３と、車輪の操舵角を検出する操舵角測定手段１４と、測定された運動状態とたわみ量と車輪速度Ｖｔとを記憶するデータロガー１５とにより構成される。
【００１０】
運動状態測定手段１１は、例えば３次元加速度センサであって、例えば車両Ｃの中心に配置される。詳細には、車両Ｃにおいて対角に位置するタイヤＴを結ぶ直線が交差する交点の鉛直上に配設される。加速度センサは、走行中の車両Ｃの前後方向（Ｘ軸方向）に生じる加速度と、幅方向（Ｙ軸方向）の加速度と、上下方向（Ｚ軸方向）の加速度とを測定する。運動状態測定手段１１は、データロガー１５と接続され、測定した加速度をデータロガー１５に出力する。
【００１１】
たわみ量測定手段１２は、例えばレーザ変位計であって、測定方向が路面を向くように各車輪のホイールに個別に取り付けられる。具体的には、レーザ変位計は、車輪の回転とともに供回りしないように例えばスリップリング等の簡易なジグ１６を介してホイールに取り付けられる。レーザ変位計は、取り付け位置から路面までの距離を測定することにより、走行中のタイヤＴのたわみ量の変化を測定する。たわみ量測定手段１２は、データロガー１５と接続され、測定したタイヤＴのたわみ量の変化をデータロガー１５に出力する。なお、たわみ量測定手段１２は、レーザ変位計として構成したが、カメラを用いても良い。具体的には、たわみ量測定手段１２にデジタルビデオカメラやデジタルカメラ等のカメラを用い、走行中のタイヤＴのたわみを撮像可能となるように車体に固定し、撮像したデータをデータロガー１５に記憶させた後にコンピュータにより画像処理することでたわみ量を算出するようにしても良い。
【００１２】
車輪速度測定手段１３は、例えば車両Ｃにあらかじめ設けられている車輪速センサを適用する。車輪速センサは、各車輪の車軸に個別に設けられ、各車輪の車輪速度Ｖｔを測定する。車輪速センサは、データロガー１５と接続され、検出した車輪の車輪速度Ｖｔを信号としてデータロガー１５に出力する。
【００１３】
操舵角測定手段１４は、ステアリングのシャフトを包囲するように設けられる円環状の操舵角センサーである。操舵角センサーは、車両試験においてドライバーによって操舵された操舵角を検出する。操舵角センサーは、データロガー１５に接続され、検出した操舵角を信号としてデータロガー１５に出力する。
【００１４】
データロガー１５は、車両に積載され、運動状態測定手段１１から出力されるＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向の３方向の加速度、各たわみ量測定手段１２から出力される各車輪のタイヤＴのたわみ量と、車輪速度測定手段１３から出力される各車輪の車輪速度Ｖｔと、操舵角測定手段１４とにより出力された操舵角とを互いに関連付けて時系列的に車両特性データとして記憶する。
データロガー１５に記憶した車両特性データは、記憶媒体やネットワークを介してタイヤ軸力推定装置３０に出力される。
【００１５】
タイヤ特性データは、図１に示すように、タイヤＴの台上試験装置の一つであるフラットベルトユニット試験装置２０、またはドラム試験機やローラを備えた加振設備など、アライメント調整機構を備えつつ、タイヤ転動状態のままタイヤの上下及びスリップ角ＳＡ方向の加振が可能な装置にタイヤ単体を設けることで測定される。
よって、タイヤ特性データは、フラットベルトユニットによりタイヤ転動時にタイヤに対して上下及びスリップ角ＳＡ方向への加振を行い、車両に設定されたアライメントと同条件下で必要なタイヤ動特性を取得する。
【００１６】
６分力計２６は、スピンドル軸２７とホイールハブ２８とを備える。スピンドル軸２７は、タイヤ固定軸２５と同軸であって、６分力計２６の反対側に取り付けられる。ホイールハブ２８は、スピンドル軸２７の外周面を回転可能に、スピンドル軸２７の先端側に固定される。ホイールハブ２８には、実際の車両Ｃが使用するホイールが取り付け可能な取付部を備える。
６分力計２６は、制御装置２１と電気的に接続され、スピンドル軸２７に作用する６分力を測定して制御装置２１に測定値を出力する。６分力とは、タイヤ固定軸２５に作用するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に沿う力と、Ｘ軸周りに作用するモーメント、Ｙ軸周りに作用するモーメント、Ｚ軸周りに作用するモーメントとを測定する。
即ち、６分力計２６は、被検体となるタイヤＴに作用する様々な荷重を軸力として測定し、図２に示すように力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚとして測定する。ここで、力ＦｘはタイヤＴのＸ軸方向に作用する前後力を示し、力ＦｙはタイヤＴのＹ軸方向に作用する横力を示し、力ＦｚはタイヤＴのＺ軸方向に沿って作用する荷重を示す。また、モーメントＭｘはタイヤＴのＸ軸周りに作用する力を示し、モーメントＭｙはタイヤＴのＹ軸周りに作用する力を示し、モーメントＭｚはタイヤＴのＺ軸周りに作用する力を示す。
よって、ホイールハブ２８に固定された車輪のタイヤＴがベルト２３と接触することにより従動的に回転し、このときのタイヤＴに作用する力が６分力計により測定される。
【００１７】
制御装置２１は、ベルトユニット及びタイヤ固定ユニットの動作を制御するコンピュータであり、演算処理手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ及びＨＤＤ、通信手段としてのインターフェイスを含み、記憶手段に格納されたプログラムに基づいて動作する。制御装置２１には、図示しないキーボードやマウス等の入力手段やモニタ等の表示手段が接続される。入力手段は、作業者によって操作され、車両試験を行った試験条件や、キャンバー角、トー角、車両重量、軸重等の車両に関するデータが入力される。表示手段には、試験条件や入力した車両に関するデータが表示される。
制御装置２１は、試験条件及び測定された６分力等をタイヤ特性データとして時系列に記憶し、タイヤ軸力推定装置３０に記憶媒体やネットワークを介して出力する。
【００１８】
タイヤ軸力推定装置３０は、タイヤ軸力の推定を処理実行するコンピュータであり、演算処理手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ及びＨＤＤ、通信手段としてのインターフェイスを含み、記憶手段に格納されたプログラムに基づいて動作する。また、タイヤ軸力推定装置３０には、キーボードやマウス等の入力手段３１やモニタ等の表示手段３２が接続される。入力手段３１は、作業者によって操作され、タイヤ軸力の推定の実行やパラメータの設定値等が入力される。表示手段３２には、タイヤ特性データや車両特性データなどの測定データや、プログラムの実行により推定されるタイヤ軸力が表示される。
【００１９】
図３は、タイヤ軸力推定装置３０のブロック図を示す。
タイヤ軸力推定装置３０は、たわみ量算出手段３３と、車速算出手段３４と、車両運動算出手段３５と、タイヤ特性データに基づいて剛性マップデータ作成手段３８と、減衰マップデータ作成手段３９と、タイヤ軸力推定手段４０とを備える。
たわみ量算出手段３３は、車両特性データに基づいてタイヤＴのたわみ量を算出する。車速算出手段３４は、車輪速センサによって検出された各車輪の車輪速度Ｖｔの平均から車両Ｃの速度Ｖｖ（車速）を算出する。車両運動算出手段３５は、運動状態測定手段１１により測定された加速度に基づいて旋回時の角速度、ピッチレート、ロールレート、ヨーレート等の車両運動について算出する。
剛性マップデータ作成手段３８は、タイヤ特性データに基づいてタイヤＴの剛性特性を示す剛性マップデータを作成する。減衰マップデータ作成手段３９は、タイヤ特性データに基づいてタイヤＴの減衰特性を示す減衰マップデータを作成する。
タイヤ軸力推定手段４０は、タイヤ特性データにより作成された剛性マップデータ及び減衰マップデータと、車両特性データとに基づいて車両におけるタイヤＴに作用するタイヤ軸力を推定し、出力する。なお、タイヤ軸力推定手段４０の詳細については後述する。
【００２０】
以下、走行中のタイヤＴに作用するタイヤ軸力を推定する工程について説明する。
まず、タイヤ単体でのタイヤ特性データの測定を実施する。
タイヤ特性データの測定には、車両試験で車両Ｃに装着されるホイールと同じホイールに、被検体であるタイヤＴを組み付け、車両試験と同じ内圧をタイヤＴ内に印加してタイヤ試験装置としてのフラットベルトユニット試験装置２０のホイールハブ２８に固定する。
次に、変位機構２９を駆動して、ホイールハブ２８に固定された車輪のキャンバー角及びトー角が、車両Ｃのキャンバー角及びトー角と同じになるようにベルト２３に対する車輪の角度を調整し、さらに、静止時の車両Ｃの車輪に作用する輪荷重値となるようにベルト２３に対する車輪の位置を調整することでタイヤ単体での試験の準備が完了する。
【００２１】
次に、車両試験の試験条件である直進走行、スラローム走行、定常円旋回走行、螺旋状旋回走行に相当するタイヤ単体でのタイヤ特性データの測定を実施する。
詳細には、直進車両試験で行った条件と同一条件となるようにベルト２３の回転速度Ｖｂを変化させつつ、所定の振幅及び周波数により車輪を上下方向に加振することで、直進時のタイヤＴに作用するタイヤ軸力を測定する。
次に、スラローム車両試験で行った条件と実車の測定条件を含む条件となるようにベルト２３の回転速度Ｖｂを変化させつつ、スラローム車両試験で行った操舵条件と実車の測定条件を含む条件となるように車輪をＺ軸周りに回転変位させ、所定の振幅及び周波数により車輪を上下方向に加振することで、操舵角に対するタイヤ軸力を測定する。
次に、定常円旋回車両試験で行った条件と実車の測定条件を含む条件となるようにベルト２３の回転速度Ｖｂを変化させつつ、定常円旋回車両試験で行った操舵角と実車の測定条件を含む条件となるように車輪をＺ軸周りに回転させ、所定の振幅及び周波数により車輪を上下方向に加振することで、操舵角に対するタイヤ軸力を測定する。
次に、螺旋状旋回車両試験で行った条件と実車の測定条件を含む条件となるようにベルト２３の回転速度Ｖｂを変化させつつ、螺旋状旋回車両試験で行った操舵条件と実車の測定条件を含む条件となるように車輪をＺ軸周りに回転させ、所定の振幅及び周波数により車輪を上下方向に加振することで、操舵角に対するタイヤ軸力を測定する。
【００２２】
上記タイヤ単体での試験により、操舵方法の違いによるタイヤ軸力の変化、及び、操舵角に対する速度の違いによるタイヤ軸力の測定データ群が制御装置２１に記憶される。上記条件で測定されたタイヤ軸力のデータ群と、加振による応答とに基づいて、タイヤＴの剛性特性を示すばね係数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚ及びタイヤＴの減衰特性を示す減衰係数Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚが得られ、例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すような応答線図を取得することができる。
【００２３】
図４（ａ）に示すグラフは、所定の速度で車輪を回転させたときに、加振の振幅に対する力Ｆｚの応答線図を示し、図４（ｂ）に示すグラフは、図４（ａ）のデータから剛性分を差し引き、かつ、それを所定の速度において加振の速度に対する力Ｆｃｚの応答線図を示している。
図４（ａ）に示す曲線は、加振による力Ｆｚの行き戻りの変化を含む横長な楕円であるが、このうち、楕円が示す長手方向の傾きは剛性成分、その長手方向の近似直線に対する幅の広がりが減衰成分を表す。特に減衰特性については元の力Ｆｚのデータから、この楕円の傾きが示す剛性に変位データを掛け合わせたＫｚ方向の力の成分を差し引いた力Ｆｃｚを加振の速度に対してプロットすると図４（ｂ）のようになり、このグラフの長手方向の傾きが減衰係数に相当する。
【００２４】
図４（ａ），（ｂ）に示すような、タイヤＴの周波数応答に基づいて、図５（ａ），（ｂ）に示すタイヤＴの剛性マップデータと減衰マップデータとを得ることができる。図５（ａ）は、タイヤＴのＺ軸方向に作用する力Ｆｚと、スリップ角ＳＡと、剛性特性を示すばね係数Ｋｙとの関係をマッピングしたタイヤＴの剛性マップデータである。図５（ｂ）は、同一のスリップ角ＳＡにおけるタイヤＴのＺ軸方向に作用する力Ｆｚと、車輪の車輪速度Ｖｓａと、減衰特性を示す減衰係数Ｃｙとの関係をスリップ角ＳＡ毎にマッピングしたタイヤＴの減衰マップデータである。
このようにタイヤＴの剛性特性と減衰特性とを分離しておくことにより、軸力の特性分析が詳細に行うことが可能となる。
【００２５】
図５（ａ）において、力Ｆｚは６分力計２６によって直接測定された値である。スリップ角ＳＡは、操舵角及びベルト２３の回転速度Ｖｂとの関係から計算された値である。ばね係数Ｋｙは、周波数応答により得られた値である。また、図５（ｂ）において、力Ｆｚは６分力計２６によって直接測定された値である。車輪速度Ｖｓａは、スリップ角ＳＡを計算したときの車輪の回転速度である。減衰係数Ｃｙは、加振による周波数応答により得られた値である。
【００２６】
次に、被検体であるタイヤＴを装着した車両により、上記タイヤ特性データを取得したときの条件と同一条件で所定の車両試験を行うことで車両特性データを測定する。車両試験では、例えば直進走行、スラローム、定常円旋回、螺旋旋回等、所定の走行を速度を変えて実施することで車両Ｃの挙動が車両特性データとして測定される。車両Ｃの挙動はタイヤＴの影響も受けることから、タイヤＴの挙動も含んだものが測定される。
そして、測定された車両特性データを剛性マップデータ及び減衰マップデータに参照させることにより走行中の車両ＣのタイヤＴに作用するタイヤ軸力が推定可能となる。つまり、タイヤ特性データと車両特性データとを組み合わせることで、車両Ｃにおけるタイヤ軸力を推定することができる。
【００２７】
次に、タイヤ軸力推定装置３０により、車両特性データとタイヤ特性データとに基づいて車両のタイヤＴに作用する軸力の推定を行う。以下、車両試験においてタイヤＴに作用する軸力の推定方法について説明する。
車両試験では、各車輪の回転速度の測定により車両速度が取得される。各車輪の回転速度と車両の運動状態測定手段１１の測定により車両の角速度、車両ヨーレート等が算出され、これらに基づき各車輪におけるスリップ角ＳＡが計算できる。
よって、タイヤ軸力推定手段４０は、車両試験で算出されたスリップ角ＳＡを剛性マップデータのスリップ角ＳＡに参照させることで、車両試験でのタイヤＴに作用するＺ軸方向の力Ｆｚを推定することができる。また、車輪の回転速度とスリップ角ＳＡとを減衰マップデータに参照させることによりＺ軸方向の力Ｆｚを推定することができる。そして、車両試験における車輪の回転速度とタイヤ試験における車輪の車輪速度Ｖｔとが同一のときの力Ｆｚを取得し、力Ｆｚとなるときの力Ｆｙを参照することにより、測定されたタイヤ単体で測定された軸力からスリップ角を算出することができる。
【００２８】
また、タイヤＴの接地側に生じるたわみは、力Ｆｚのみに起因するたわみと、操舵時に生じる横力に起因するたわみと、スリップ角に起因するたわみとがあるため、力Ｆｚとたわみの関係、力Ｆｙとたわみの関係、スリップ角とたわみの関係を区別することで、タイヤ軸力を正確に推定することが可能となる。
【００２９】
そこで、車両試験で測定された車両Ｃの運動に関する車両特性データ及びタイヤＴのたわみに関するデータを図５（ａ），（ｂ）に示す剛性マップデータ及び減衰マップデータに参照させることにより、各車輪に対して合致するタイヤ軸力に関するデータを抽出、或いは図５（ａ），（ｂ）に示すマップデータを用いて軸力を補間計算することで、車両におけるタイヤ軸力、前後力、横力、接地荷重反力、オーバーターニングモーメント、セルフアライニングトルク、転がり抵抗モーメントを推定することができる。
【００３０】
即ち、タイヤ単体でのタイヤ単体試験と車両試験とを試験条件が同一条件となるように個別に行い、タイヤ試験で得られたタイヤＴの剛性特性と減衰特性とをマップデータとして作成するとともに、車両試験で測定された車両Ｃの運動に関する挙動との関係から、タイヤ試験で取得することができなかった車両ＣとタイヤＴとの関係を作成しておくことにより、実際にタイヤＴを車両Ｃに装着してタイヤＴの実装試験を行うときに、予め作成された車両ＣとタイヤＴとの関係からタイヤ軸力を推定することが可能となる。
以上、説明したように、本発明のタイヤ軸力推定方法は、実際に実験的に得られたタイヤ単体の特性と、車両Ｃの特性とを用いることで、タイヤ試験において再現性の難しい複雑な試験に対して精度良くタイヤ軸力を推定することができるので、タイヤ開発において信頼性の高い結果を得ることができる。
【００３１】
実施形態２
タイヤ軸力推定装置３０の他の形態として、実際に測定された車両特性データとタイヤ特性データとに基づいて、車両モデルを作成し、作成した車両モデルに車両試験で測定された車両特性データを条件として与えることで得られた結果と、車両特性データとを対比させ、得られた結果が車両特性データと一致するまで繰り返し計算を行い、車両モデルが車両特性と一致したときの軸力をタイヤ軸力として推定する点で異なる。
【００３２】
本実施形態２では、上記実施形態１と同様に、タイヤ試験と車両試験とを先に行い、タイヤ試験の測定結果に基づいてタイヤＴの剛性データマップと、減衰データマップとを予め作成する。
本実施形態２では、タイヤ軸力推定装置は、実際に試験を行う車両Ｃと同様な特性を有する車両モデルを作成するソフトウェアと、作成された車両モデルのシミュレーションを行うソフトウェアとを備える。車両モデルは、例えば、ソフトウェア上で作成される。なお、初期の車両モデルは、実質的には実際の試験車両と異なっていても良い。
【００３３】
図６は、車両モデルを使用して車両におけるタイヤＴのタイヤ軸力を推定するフローチャートである。図６に示すように、車両モデルによるシミュレーションは、車両試験と同じ試験条件と、車両特性データと、車両モデルにおけるタイヤ特性データとしての剛性データマップと、減衰データマップが入力される（Ｓ１０１）。次に、車両モデルにおける車両応答が計算される（Ｓ１０２）。車両モデルによる応答は、車両試験で得られる結果と同じ試験条件の結果が出力される（Ｓ１０３）。
次に、シミュレーションによって得られた車両応答の結果と、実際に車両試験を行って得られた車両特性データとを比較する（Ｓ１０４）。車両応答計算によって得られた車両モデルの車両応答の結果と、同一試験条件下で実際に車両試験を行って得られた車両特性データとの差が閾値よりも大きいときには、タイヤＴのスリップ角等のパラメータを変更する（Ｓ１０５）。そしてＳ１０２〜Ｓ１０４を繰り返し実行し、車両応答計算の結果と車両特性データとの差が閾値以下になるまで繰り返し条件を変更する。つまり、車両応答計算結果と車両特性データとの結果が同じであるかどうかを判定する。車両モデルの車両応答の結果と車両特性データとの差が閾値よりも小さくなったときの車両モデルを正解とし、正解とした車両モデルの作成したときに設定されたタイヤＴに作用する軸力をタイヤ軸力として出力する（Ｓ１０６）。
【００３４】
本実施形態２のようにタイヤ軸力を推定しても車両におけるタイヤＴのタイヤ軸力を精度良く推定することができる。即ち、本実施形態２の車両モデルは、実際にタイヤ試験及び車両試験により測定されたタイヤ特性データと車両特性データとを条件として車両モデルを作成していることからシミュレーションによる車両モデルが精度良く再現されるため、シミュレーションによって推定されたタイヤ軸力は信頼性のある精度で得られる。
【００３５】
実施形態３
上記実施形態２では、タイヤ軸力推定装置の他の形態として、実際に測定された車両特性データ及びタイヤ特性データに基づいて、車両モデルを作成し、作成した車両モデルが車両特性データと同一となるように車両モデルを作成するとして説明したが、本実施形態３では、作成した車両モデルがタイヤ特性データと同一となるように車両モデルを作成する点で異なる。
本実施形態３のように、タイヤ軸力を推定しても車両におけるタイヤＴのタイヤ軸力を精度良く推定することができる。即ち、本実施形態３の車両モデルは、実際にタイヤ試験及び車両試験により測定されたタイヤ特性データと車両特性データとを条件として車両モデルを作成していることからシミュレーションによる車両モデルが精度良く再現されるため、シミュレーションによって推定されたタイヤ軸力は信頼性のある精度で得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１１ 運動状態測定手段、１２ たわみ量測定手段、１３ 車輪速度測定手段、
１４ 操舵角測定手段、１５ データロガー、
３０ タイヤ軸力推定装置、３３ たわみ量算出手段、３４ 車速算出手段、
３５ 車両運動算出手段、３８ 剛性マップデータ作成手段、
３９ 減衰マップデータ作成手段、４０ タイヤ軸力推定手段、Ｔ タイヤ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ軸力推定方法に関し、特に、走行中のタイヤに作用するタイヤ軸力を推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行中の車両におけるタイヤの特性を評価するために、タイヤに作用するタイヤ軸力の測定が行われている。タイヤ軸力は、６分力計を備えたホイールに被検体であるタイヤを組み付け車両に装着することで測定される。ホイールは、６分力計を取着するための専用のものであって、側面に６分力計を取着するためのリムが固定される。リムは、内部に複数のひずみセンサを内蔵しており、車両が走行することでタイヤに作用する力がリムに伝達され、このリムに伝達された力をひずみセンサが検出することによりタイヤ軸力を測定する。
ところが、６分力計によりタイヤ軸力を測定するには、専用ホイール及び専用のリムに６分力計を取着する必要があるため、実際のホイールにタイヤを装着したときに比べて重量が増加してしまい、測定器としての測定精度が高いにもかかわらず、実際のタイヤ使用時と異なる結果を測定してしまう虞がある。
そこで、実際の車両（ハードウェア）とシミュレーション（ソフトウェア）とを組み合わせて、タイヤ軸力を推定する方法が提案されている。具体的には、実際に車両を走行させて操舵角度，車両前後速度，ヨーレート，車両横加速度及び車両横速度等の車両特性データを測定し、測定された車両特性データを車両解析モデルとして作成されたソフトウェアに適用することで路面に対するタイヤの状態及びタイヤ軸力等の特性を推定している。この方法では、車両の運動特性のみを測定しているので、６分力計をホイールに取着する必要がなく、実際のタイヤ使用時に近い状態でのタイヤ軸力の推定が可能となる。
例えば、特許文献１には、実際の車両（ハードウェア）とシミュレーション（ソフトウェア）とを組み合わせることで、タイヤの性能を評価する方法が開示されている。また、及び特許文献２には、実際の車両における制動装置（ハードウェア）とソフトウェア上の車両モデルとを組み合わせることで制動装置のＡＢＳに対するタイヤの性能の評価を精度良く行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０９４２４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７６４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、車両解析モデルはタイヤ単体を台上試験することで得られた試験データに基づいてタイヤ軸力を推定するように作成されているため、実際に測定された車両特性データからタイヤ軸力を推定するときには、推定により作成された車両解析モデルによって、さらにタイヤ軸力を推定することとなり、二重の推定によりタイヤ軸力を得ることになってしまう。このため、得られたタイヤ軸力の精度に懸念が生じてしまう。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するため、車両に装着された状態におけるタイヤ軸力を精度良く推定することができるタイヤ軸力推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための態様として、タイヤに作用する荷重、スリップ角、車速を含む試験条件を変化させてタイヤ単体での軸力データを取得する工程と、軸力データからタイヤにおける剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成する工程と、タイヤを実際に車両に装着し、車両の各車輪におけるタイヤのたわみ量及び回転速度並びに各車輪に対する車体の変位及び加速度を含む車両特性データを取得する工程と、車両特性データをマップデータに参照させて車両におけるタイヤ軸力を推定する工程とを含む態様とした。
本態様によれば、タイヤに作用する荷重、スリップ角、車速等を含む試験条件を変化させてタイヤ単体での軸力データを取得し、軸力データからタイヤにおける剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成し、実際に車両にタイヤを装着して車両の各車輪におけるタイヤのたわみ量及び回転速度並びに各車輪に対する車体の変位及び加速度等を含む車両特性データを取得して、車両特性データをマップデータに参照させて車両におけるタイヤ軸力を推定することにより、タイヤ軸力を精度良く推定することができるので、タイヤ開発において信頼性の高い結果を得ることができる。特に、剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成することにより車両における軸力の特性分析を詳細に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】タイヤ軸力を推定するための装置構成を示す概念図である。
【図２】タイヤに作用する６分力の概念図である。
【図３】タイヤ軸力推定装置のブロック図である。
【図４】加振の振幅及び速度に対する力Ｆｚの応答線図である。
【図５】剛性マップデータ及び減衰マップデータの一例である。
【図６】タイヤ軸力を推定する他の形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施形態１
以下、タイヤ軸力を推定する方法の一実施形態について説明する。
図１は、タイヤ軸力を推定するための装置構成を示す概念図である。
本発明に係るタイヤ軸力の推定方法は、被検体であるタイヤＴを車両Ｃに装着し、所定の車両試験を行うことでタイヤＴを含む車両特性データを測定し、車両試験と同一試験条件によりタイヤ単体での試験を行うことでタイヤ軸力を含むタイヤ特性データを測定し、車両特性データとタイヤ特性データとを組み合わせることで走行中のタイヤＴに作用するタイヤ軸力の推定が成される。
【０００９】
車両特性データは、実際に被検体であるタイヤＴを車両Ｃに装着した車両試験により取得される。車両試験を行う車両Ｃには、走行中の車体の運動状態を測定する運動状態測定手段１１と、走行中のタイヤＴのたわみ量を測定するたわみ量測定手段１２と、車両Ｃの車輪の回転速度としての車輪速度Ｖｔを測定する車輪速度測定手段１３と、車輪の操舵角を検出する操舵角測定手段１４と、測定された運動状態とたわみ量と車輪速度Ｖｔとを記憶するデータロガー１５とにより構成される。
【００１０】
運動状態測定手段１１は、例えば３次元加速度センサであって、例えば車両Ｃの中心に配置される。詳細には、車両Ｃにおいて対角に位置するタイヤＴを結ぶ直線が交差する交点の鉛直上に配設される。加速度センサは、走行中の車両Ｃの前後方向（Ｘ軸方向）に生じる加速度と、幅方向（Ｙ軸方向）の加速度と、上下方向（Ｚ軸方向）の加速度とを測定する。運動状態測定手段１１は、データロガー１５と接続され、測定した加速度をデータロガー１５に出力する。
【００１１】
たわみ量測定手段１２は、例えばレーザ変位計であって、測定方向が路面を向くように各車輪のホイールに個別に取り付けられる。具体的には、レーザ変位計は、車輪の回転とともに供回りしないように例えばスリップリング等の簡易なジグ１６を介してホイールに取り付けられる。レーザ変位計は、取り付け位置から路面までの距離を測定することにより、走行中のタイヤＴのたわみ量の変化を測定する。たわみ量測定手段１２は、データロガー１５と接続され、測定したタイヤＴのたわみ量の変化をデータロガー１５に出力する。なお、たわみ量測定手段１２は、レーザ変位計として構成したが、カメラを用いても良い。具体的には、たわみ量測定手段１２にデジタルビデオカメラやデジタルカメラ等のカメラを用い、走行中のタイヤＴのたわみを撮像可能となるように車体に固定し、撮像したデータをデータロガー１５に記憶させた後にコンピュータにより画像処理することでたわみ量を算出するようにしても良い。
【００１２】
車輪速度測定手段１３は、例えば車両Ｃにあらかじめ設けられている車輪速センサを適用する。車輪速センサは、各車輪の車軸に個別に設けられ、各車輪の車輪速度Ｖｔを測定する。車輪速センサは、データロガー１５と接続され、検出した車輪の車輪速度Ｖｔを信号としてデータロガー１５に出力する。
【００１３】
操舵角測定手段１４は、ステアリングのシャフトを包囲するように設けられる円環状の操舵角センサーである。操舵角センサーは、車両試験においてドライバーによって操舵された操舵角を検出する。操舵角センサーは、データロガー１５に接続され、検出した操舵角を信号としてデータロガー１５に出力する。
【００１４】
データロガー１５は、車両に積載され、運動状態測定手段１１から出力されるＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向の３方向の加速度、各たわみ量測定手段１２から出力される各車輪のタイヤＴのたわみ量と、車輪速度測定手段１３から出力される各車輪の車輪速度Ｖｔと、操舵角測定手段１４とにより出力された操舵角とを互いに関連付けて時系列的に車両特性データとして記憶する。
データロガー１５に記憶した車両特性データは、記憶媒体やネットワークを介してタイヤ軸力推定装置３０に出力される。
【００１５】
タイヤ特性データは、図１に示すように、タイヤＴの台上試験装置の一つであるフラットベルトユニット試験装置２０、またはドラム試験機やローラを備えた加振設備など、アライメント調整機構を備えつつ、タイヤ転動状態のままタイヤの上下及びスリップ角ＳＡ方向の加振が可能な装置にタイヤ単体を設けることで測定される。
よって、タイヤ特性データは、フラットベルトユニットによりタイヤ転動時にタイヤに対して上下及びスリップ角ＳＡ方向への加振を行い、車両に設定されたアライメントと同条件下で必要なタイヤ動特性を取得する。
【００１６】
６分力計２６は、スピンドル軸２７とホイールハブ２８とを備える。スピンドル軸２７は、タイヤ固定軸２５と同軸であって、６分力計２６の反対側に取り付けられる。ホイールハブ２８は、スピンドル軸２７の外周面を回転可能に、スピンドル軸２７の先端側に固定される。ホイールハブ２８には、実際の車両Ｃが使用するホイールが取り付け可能な取付部を備える。
６分力計２６は、制御装置２１と電気的に接続され、スピンドル軸２７に作用する６分力を測定して制御装置２１に測定値を出力する。６分力とは、タイヤ固定軸２５に作用するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に沿う力と、Ｘ軸周りに作用するモーメント、Ｙ軸周りに作用するモーメント、Ｚ軸周りに作用するモーメントとを測定する。
即ち、６分力計２６は、被検体となるタイヤＴに作用する様々な荷重を軸力として測定し、図２に示すように力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、モーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚとして測定する。ここで、力ＦｘはタイヤＴのＸ軸方向に作用する前後力を示し、力ＦｙはタイヤＴのＹ軸方向に作用する横力を示し、力ＦｚはタイヤＴのＺ軸方向に沿って作用する荷重を示す。また、モーメントＭｘはタイヤＴのＸ軸周りに作用する力を示し、モーメントＭｙはタイヤＴのＹ軸周りに作用する力を示し、モーメントＭｚはタイヤＴのＺ軸周りに作用する力を示す。
よって、ホイールハブ２８に固定された車輪のタイヤＴがベルト２３と接触することにより従動的に回転し、このときのタイヤＴに作用する力が６分力計により測定される。
【００１７】
制御装置２１は、ベルトユニット及びタイヤ固定ユニットの動作を制御するコンピュータであり、演算処理手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ及びＨＤＤ、通信手段としてのインターフェイスを含み、記憶手段に格納されたプログラムに基づいて動作する。制御装置２１には、図示しないキーボードやマウス等の入力手段やモニタ等の表示手段が接続される。入力手段は、作業者によって操作され、車両試験を行った試験条件や、キャンバー角、トー角、車両重量、軸重等の車両に関するデータが入力される。表示手段には、試験条件や入力した車両に関するデータが表示される。
制御装置２１は、試験条件及び測定された６分力等をタイヤ特性データとして時系列に記憶し、タイヤ軸力推定装置３０に記憶媒体やネットワークを介して出力する。
【００１８】
タイヤ軸力推定装置３０は、タイヤ軸力の推定を処理実行するコンピュータであり、演算処理手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ及びＨＤＤ、通信手段としてのインターフェイスを含み、記憶手段に格納されたプログラムに基づいて動作する。また、タイヤ軸力推定装置３０には、キーボードやマウス等の入力手段３１やモニタ等の表示手段３２が接続される。入力手段３１は、作業者によって操作され、タイヤ軸力の推定の実行やパラメータの設定値等が入力される。表示手段３２には、タイヤ特性データや車両特性データなどの測定データや、プログラムの実行により推定されるタイヤ軸力が表示される。
【００１９】
図３は、タイヤ軸力推定装置３０のブロック図を示す。
タイヤ軸力推定装置３０は、たわみ量算出手段３３と、車速算出手段３４と、車両運動算出手段３５と、タイヤ特性データに基づいて剛性マップデータ作成手段３８と、減衰マップデータ作成手段３９と、タイヤ軸力推定手段４０とを備える。
たわみ量算出手段３３は、車両特性データに基づいてタイヤＴのたわみ量を算出する。車速算出手段３４は、車輪速センサによって検出された各車輪の車輪速度Ｖｔの平均から車両Ｃの速度Ｖｖ（車速）を算出する。車両運動算出手段３５は、運動状態測定手段１１により測定された加速度に基づいて旋回時の角速度、ピッチレート、ロールレート、ヨーレート等の車両運動について算出する。
剛性マップデータ作成手段３８は、タイヤ特性データに基づいてタイヤＴの剛性特性を示す剛性マップデータを作成する。減衰マップデータ作成手段３９は、タイヤ特性データに基づいてタイヤＴの減衰特性を示す減衰マップデータを作成する。
タイヤ軸力推定手段４０は、タイヤ特性データにより作成された剛性マップデータ及び減衰マップデータと、車両特性データとに基づいて車両におけるタイヤＴに作用するタイヤ軸力を推定し、出力する。なお、タイヤ軸力推定手段４０の詳細については後述する。
【００２０】
以下、走行中のタイヤＴに作用するタイヤ軸力を推定する工程について説明する。
まず、タイヤ単体でのタイヤ特性データの測定を実施する。
タイヤ特性データの測定には、車両試験で車両Ｃに装着されるホイールと同じホイールに、被検体であるタイヤＴを組み付け、車両試験と同じ内圧をタイヤＴ内に印加してタイヤ試験装置としてのフラットベルトユニット試験装置２０のホイールハブ２８に固定する。
次に、変位機構２９を駆動して、ホイールハブ２８に固定された車輪のキャンバー角及びトー角が、車両Ｃのキャンバー角及びトー角と同じになるようにベルト２３に対する車輪の角度を調整し、さらに、静止時の車両Ｃの車輪に作用する輪荷重値となるようにベルト２３に対する車輪の位置を調整することでタイヤ単体での試験の準備が完了する。
【００２１】
次に、車両試験の試験条件である直進走行、スラローム走行、定常円旋回走行、螺旋状旋回走行に相当するタイヤ単体でのタイヤ特性データの測定を実施する。
詳細には、直進車両試験で行った条件と同一条件となるようにベルト２３の回転速度Ｖｂを変化させつつ、所定の振幅及び周波数により車輪を上下方向に加振することで、直進時のタイヤＴに作用するタイヤ軸力を測定する。
次に、スラローム車両試験で行った条件と実車の測定条件を含む条件となるようにベルト２３の回転速度Ｖｂを変化させつつ、スラローム車両試験で行った操舵条件と実車の測定条件を含む条件となるように車輪をＺ軸周りに回転変位させ、所定の振幅及び周波数により車輪を上下方向に加振することで、操舵角に対するタイヤ軸力を測定する。
次に、定常円旋回車両試験で行った条件と実車の測定条件を含む条件となるようにベルト２３の回転速度Ｖｂを変化させつつ、定常円旋回車両試験で行った操舵角と実車の測定条件を含む条件となるように車輪をＺ軸周りに回転させ、所定の振幅及び周波数により車輪を上下方向に加振することで、操舵角に対するタイヤ軸力を測定する。
次に、螺旋状旋回車両試験で行った条件と実車の測定条件を含む条件となるようにベルト２３の回転速度Ｖｂを変化させつつ、螺旋状旋回車両試験で行った操舵条件と実車の測定条件を含む条件となるように車輪をＺ軸周りに回転させ、所定の振幅及び周波数により車輪を上下方向に加振することで、操舵角に対するタイヤ軸力を測定する。
【００２２】
上記タイヤ単体での試験により、操舵方法の違いによるタイヤ軸力の変化、及び、操舵角に対する速度の違いによるタイヤ軸力の測定データ群が制御装置２１に記憶される。上記条件で測定されたタイヤ軸力のデータ群と、加振による応答とに基づいて、タイヤＴの剛性特性を示すばね係数Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚ及びタイヤＴの減衰特性を示す減衰係数Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚが得られ、例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すような応答線図を取得することができる。
【００２３】
図４（ａ）に示すグラフは、所定の速度で車輪を回転させたときに、加振の振幅に対する力Ｆｚの応答線図を示し、図４（ｂ）に示すグラフは、図４（ａ）のデータから剛性分を差し引き、かつ、それを所定の速度において加振の速度に対する力Ｆｃｚの応答線図を示している。
図４（ａ）に示す曲線は、加振による力Ｆｚの行き戻りの変化を含む横長な楕円であるが、このうち、楕円が示す長手方向の傾きは剛性成分、その長手方向の近似直線に対する幅の広がりが減衰成分を表す。特に減衰特性については元の力Ｆｚのデータから、この楕円の傾きが示す剛性に変位データを掛け合わせたＫｚ方向の力の成分を差し引いた力Ｆｃｚを加振の速度に対してプロットすると図４（ｂ）のようになり、このグラフの長手方向の傾きが減衰係数に相当する。
【００２４】
図４（ａ），（ｂ）に示すような、タイヤＴの周波数応答に基づいて、図５（ａ），（ｂ）に示すタイヤＴの剛性マップデータと減衰マップデータとを得ることができる。図５（ａ）は、タイヤＴのＺ軸方向に作用する力Ｆｚと、スリップ角ＳＡと、剛性特性を示すばね係数Ｋｙとの関係をマッピングしたタイヤＴの剛性マップデータである。図５（ｂ）は、同一のスリップ角ＳＡにおけるタイヤＴのＺ軸方向に作用する力Ｆｚと、車輪の車輪速度Ｖｓａと、減衰特性を示す減衰係数Ｃｙとの関係をスリップ角ＳＡ毎にマッピングしたタイヤＴの減衰マップデータである。
このようにタイヤＴの剛性特性と減衰特性とを分離しておくことにより、軸力の特性分析が詳細に行うことが可能となる。
【００２５】
図５（ａ）において、力Ｆｚは６分力計２６によって直接測定された値である。スリップ角ＳＡは、操舵角及びベルト２３の回転速度Ｖｂとの関係から計算された値である。ばね係数Ｋｙは、周波数応答により得られた値である。また、図５（ｂ）において、力Ｆｚは６分力計２６によって直接測定された値である。車輪速度Ｖｓａは、スリップ角ＳＡを計算したときの車輪の回転速度である。減衰係数Ｃｙは、加振による周波数応答により得られた値である。
【００２６】
次に、被検体であるタイヤＴを装着した車両により、上記タイヤ特性データを取得したときの条件と同一条件で所定の車両試験を行うことで車両特性データを測定する。車両試験では、例えば直進走行、スラローム、定常円旋回、螺旋旋回等、所定の走行を速度を変えて実施することで車両Ｃの挙動が車両特性データとして測定される。車両Ｃの挙動はタイヤＴの影響も受けることから、タイヤＴの挙動も含んだものが測定される。
そして、測定された車両特性データを剛性マップデータ及び減衰マップデータに参照させることにより走行中の車両ＣのタイヤＴに作用するタイヤ軸力が推定可能となる。つまり、タイヤ特性データと車両特性データとを組み合わせることで、車両Ｃにおけるタイヤ軸力を推定することができる。
【００２７】
次に、タイヤ軸力推定装置３０により、車両特性データとタイヤ特性データとに基づいて車両のタイヤＴに作用する軸力の推定を行う。以下、車両試験においてタイヤＴに作用する軸力の推定方法について説明する。
車両試験では、各車輪の回転速度の測定により車両速度が取得される。各車輪の回転速度と車両の運動状態測定手段１１の測定により車両の角速度、車両ヨーレート等が算出され、これらに基づき各車輪におけるスリップ角ＳＡが計算できる。
よって、タイヤ軸力推定手段４０は、車両試験で算出されたスリップ角ＳＡを剛性マップデータのスリップ角ＳＡに参照させることで、車両試験でのタイヤＴに作用するＺ軸方向の力Ｆｚを推定することができる。また、車輪の回転速度とスリップ角ＳＡとを減衰マップデータに参照させることによりＺ軸方向の力Ｆｚを推定することができる。そして、車両試験における車輪の回転速度とタイヤ試験における車輪の車輪速度Ｖｔとが同一のときの力Ｆｚを取得し、力Ｆｚとなるときの力Ｆｙを参照することにより、測定されたタイヤ単体で測定された軸力からスリップ角を算出することができる。
【００２８】
また、タイヤＴの接地側に生じるたわみは、力Ｆｚのみに起因するたわみと、操舵時に生じる横力に起因するたわみと、スリップ角に起因するたわみとがあるため、力Ｆｚとたわみの関係、力Ｆｙとたわみの関係、スリップ角とたわみの関係を区別することで、タイヤ軸力を正確に推定することが可能となる。
【００２９】
そこで、車両試験で測定された車両Ｃの運動に関する車両特性データ及びタイヤＴのたわみに関するデータを図５（ａ），（ｂ）に示す剛性マップデータ及び減衰マップデータに参照させることにより、各車輪に対して合致するタイヤ軸力に関するデータを抽出、或いは図５（ａ），（ｂ）に示すマップデータを用いて軸力を補間計算することで、車両におけるタイヤ軸力、前後力、横力、接地荷重反力、オーバーターニングモーメント、セルフアライニングトルク、転がり抵抗モーメントを推定することができる。
【００３０】
即ち、タイヤ単体でのタイヤ単体試験と車両試験とを試験条件が同一条件となるように個別に行い、タイヤ試験で得られたタイヤＴの剛性特性と減衰特性とをマップデータとして作成するとともに、車両試験で測定された車両Ｃの運動に関する挙動との関係から、タイヤ試験で取得することができなかった車両ＣとタイヤＴとの関係を作成しておくことにより、実際にタイヤＴを車両Ｃに装着してタイヤＴの実装試験を行うときに、予め作成された車両ＣとタイヤＴとの関係からタイヤ軸力を推定することが可能となる。
以上、説明したように、本発明のタイヤ軸力推定方法は、実際に実験的に得られたタイヤ単体の特性と、車両Ｃの特性とを用いることで、タイヤ試験において再現性の難しい複雑な試験に対して精度良くタイヤ軸力を推定することができるので、タイヤ開発において信頼性の高い結果を得ることができる。
【００３１】
実施形態２
タイヤ軸力推定装置３０の他の形態として、実際に測定された車両特性データとタイヤ特性データとに基づいて、車両モデルを作成し、作成した車両モデルに車両試験で測定された車両特性データを条件として与えることで得られた結果と、車両特性データとを対比させ、得られた結果が車両特性データと一致するまで繰り返し計算を行い、車両モデルが車両特性と一致したときの軸力をタイヤ軸力として推定する点で異なる。
【００３２】
本実施形態２では、上記実施形態１と同様に、タイヤ試験と車両試験とを先に行い、タイヤ試験の測定結果に基づいてタイヤＴの剛性データマップと、減衰データマップとを予め作成する。
本実施形態２では、タイヤ軸力推定装置は、実際に試験を行う車両Ｃと同様な特性を有する車両モデルを作成するソフトウェアと、作成された車両モデルのシミュレーションを行うソフトウェアとを備える。車両モデルは、例えば、ソフトウェア上で作成される。なお、初期の車両モデルは、実質的には実際の試験車両と異なっていても良い。
【００３３】
図６は、車両モデルを使用して車両におけるタイヤＴのタイヤ軸力を推定するフローチャートである。図６に示すように、車両モデルによるシミュレーションは、車両試験と同じ試験条件と、車両特性データと、車両モデルにおけるタイヤ特性データとしての剛性データマップと、減衰データマップが入力される（Ｓ１０１）。次に、車両モデルにおける車両応答が計算される（Ｓ１０２）。車両モデルによる応答は、車両試験で得られる結果と同じ試験条件の結果が出力される（Ｓ１０３）。
次に、シミュレーションによって得られた車両応答の結果と、実際に車両試験を行って得られた車両特性データとを比較する（Ｓ１０４）。車両応答計算によって得られた車両モデルの車両応答の結果と、同一試験条件下で実際に車両試験を行って得られた車両特性データとの差が閾値よりも大きいときには、タイヤＴのスリップ角等のパラメータを変更する（Ｓ１０５）。そしてＳ１０２〜Ｓ１０４を繰り返し実行し、車両応答計算の結果と車両特性データとの差が閾値以下になるまで繰り返し条件を変更する。つまり、車両応答計算結果と車両特性データとの結果が同じであるかどうかを判定する。車両モデルの車両応答の結果と車両特性データとの差が閾値よりも小さくなったときの車両モデルを正解とし、正解とした車両モデルの作成したときに設定されたタイヤＴに作用する軸力をタイヤ軸力として出力する（Ｓ１０６）。
【００３４】
本実施形態２のようにタイヤ軸力を推定しても車両におけるタイヤＴのタイヤ軸力を精度良く推定することができる。即ち、本実施形態２の車両モデルは、実際にタイヤ試験及び車両試験により測定されたタイヤ特性データと車両特性データとを条件として車両モデルを作成していることからシミュレーションによる車両モデルが精度良く再現されるため、シミュレーションによって推定されたタイヤ軸力は信頼性のある精度で得られる。
【００３５】
実施形態３
上記実施形態２では、タイヤ軸力推定装置の他の形態として、実際に測定された車両特性データ及びタイヤ特性データに基づいて、車両モデルを作成し、作成した車両モデルが車両特性データと同一となるように車両モデルを作成するとして説明したが、本実施形態３では、作成した車両モデルがタイヤ特性データと同一となるように車両モデルを作成する点で異なる。
本実施形態３のように、タイヤ軸力を推定しても車両におけるタイヤＴのタイヤ軸力を精度良く推定することができる。即ち、本実施形態３の車両モデルは、実際にタイヤ試験及び車両試験により測定されたタイヤ特性データと車両特性データとを条件として車両モデルを作成していることからシミュレーションによる車両モデルが精度良く再現されるため、シミュレーションによって推定されたタイヤ軸力は信頼性のある精度で得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１１ 運動状態測定手段、１２ たわみ量測定手段、１３ 車輪速度測定手段、
１４ 操舵角測定手段、１５ データロガー、
３０ タイヤ軸力推定装置、３３ たわみ量算出手段、３４ 車速算出手段、
３５ 車両運動算出手段、３８ 剛性マップデータ作成手段、
３９ 減衰マップデータ作成手段、４０ タイヤ軸力推定手段、Ｔ タイヤ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤに作用する荷重、スリップ角、車速を含む試験条件を変化させてタイヤ単体での軸力データを取得する工程と、
前記軸力データからタイヤにおける剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成する工程と、
前記タイヤを実際に車両に装着し、車両の各車輪におけるタイヤのたわみ量及び回転速度、並びに各車輪に対する車体の変位及び加速度を含む車両特性データを取得する工程と、
前記車両特性データと前記マップデータとから車両におけるタイヤ軸力を推定する工程とを含むタイヤ軸力推定方法。
【請求項１】
タイヤに作用する荷重、スリップ角、車速を含む試験条件を変化させてタイヤ単体での軸力データを取得する工程と、
前記軸力データからタイヤにおける剛性成分と減衰成分とを分離抽出したマップデータを作成する工程と、
前記タイヤを実際に車両に装着し、車両の各車輪におけるタイヤのたわみ量及び回転速度、並びに各車輪に対する車体の変位及び加速度を含む車両特性データを取得する工程と、
前記車両特性データと前記マップデータとから車両におけるタイヤ軸力を推定する工程とを含むタイヤ軸力推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３２９４１（Ｐ２０１３−３２９４１Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６８４６２（Ｐ２０１１−１６８４６２）
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
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