JP4191516B2 - How to calculate cornering power - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４輪自動車等の車両走行中の装着タイヤのコーナリングパワーを求めるコーナリングパワーの算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、自動車の運動性能の高性能化に対応して、装着タイヤに求められる操縦性能も高性能化が要求されている。
一般に、タイヤの操縦性能は、スリップ角が１度の時のタイヤの回転軸に作用する横力（コーナリングパワー）や、このスリップ角度を大きくした時に横力が最大となる最大横力を、室内ドラムや室内エンドレスベルト上を走行させて計測して評価される。タイヤの操縦性能の評価において、コーナリングパワーが大きく、自動車の４輪に装着されるタイヤのコーナリングパワーのバランス（アンダーステア特性やニュートラルステア特性やオーバーステア特性）が良好であること、しかも、各輪にかかる荷重の変動によって生じる上記バランスの変動も小さいことが望まれている。また、最大横力も可能な限り大きいことも望まれている。
【０００３】
一方、実際の路面（実路）上に自動車を走行させて、自動車の走行中に作用する装着タイヤのコーナリングパワーや４輪のコーナリングパワーのバランスを精度よく求め、タイヤの操縦性能を評価することも行なわれている。
【０００４】
例えば、走行中の自動車の装着タイヤのコーナリングパワーは、自動車のホイールの回転軸を中心とする３方向の力（荷重、横力および前後力）を検出するとともにこの３方向を回転軸とする回転トルクを計測する６分力計ロードセルをホイールに設け、また、車両の横加速度やヨーレートや操舵角等を計測するセンサーを設け、操舵角を一定に維持して定常円旋回を行って計測中の荷重におけるコーナリングパワーを求める。
また、下記特許文献１では、装着タイヤの前後輪舵角、実横加速度、実ヨーレートおよび車速（走行速度）等の計測データに基づいて装着タイヤのコーナリングパワーを算出する技術を開示している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１４４２６７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の定常円旋回を行ってコーナリングパワーを求める方法では、定常円旋回を行なう際、計測される車両の横力やスタビリティファクタ等の計測結果および車両の重心位置から装着タイヤまでの距離等の車両諸元を用いて演算することで装着タイヤのスリップ角を算出するので、概略のスリップ角しか求めることができず、しかも、本来発生する各車輪のトウ角変化やコンプライアンスステアが無視される。そのため、算出されたスリップ角を用いて求められるコーナリングパワーは、精度の高いものではない。
このように、精度の高いコーナリングパワーを求めることができないため、例えば、室内で計測されるコーナリングパワーと相関が十分に得られない他、タイヤ仕様の変更に伴って生じるコーナリングパワーの差異を正確にとらえることができないといった問題があった。
さらに、定常円旋回では、定常時のコーナリングパワーしか求めることはできず、任意の操舵入力時にスリップ角に対して遅れて発生する横力に基づいたコーナリングパワーを精度高く求めることもできない。
【０００７】
一方、上記特許文献１では、自動車の左右輪の装着タイヤのコーナリングパワーの合計値である等価値を、車両２輪モデルを用いて算出するにすぎない。そのため、左右輪のうち一方の装着タイヤのコーナリングパワーは、上記算出された等価値から、所定の配分係数を用いて算出する必要がある。しかし、この配分係数は、予めコーナリングパワーの荷重依存性に基づいて設定される係数であるため、各輪のコーナリングパワーを求めるために、予め求めるべきコーナリングパワーの荷重依存性を求めなければならないといった不都合が生じる。そのため、配分係数を室内ドラム等で予め得られたコーナリングパワーの荷重依存性に基づいて定めなければならず、走行車両中の装着タイヤ単体のコーナリングパワーを、走行車両中の計測データから直接算出することはできない。
さらに、左右輪の装着タイヤのコーナリングパワーの等価値を算出する際に用いる車両２輪モデルは、コーナリングパワーは自動車の走行速度によらず一定とするが、実際、コーナリングパワーは走行速度に応じて変化するものであり、車両走行中の装着タイヤのコーナリングパワーを精度高く求めることができない。
【０００８】
そこで、本発明は、走行車両中の装着タイヤのコーナリングパワーを、所望の入力操舵時のコーナリングパワーを、しかも精度高く求めることのできるコーナリングパワーの算出方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、走行車両中の装着タイヤのコーナリングパワーを求めるコーナリングパワーの算出方法であって、操舵入力を行なって計測されたスリップ角の時系列データと、前記操舵入力時の前記装着タイヤの横力の時系列データとを用いて周波数分析を行い、前記スリップ角に対する前記装着タイヤの横力の振幅比を少なくとも求める周波数分析工程と、この振幅比を少なくとも用いてコーナリングパワーを求める算出工程とを有することを特徴とするコーナリングパワーの算出方法を提供する。
【００１０】
ここで、前記スリップ角の時系列データは、装着タイヤのホイールに取り付けられた対地速度センサで得られる２方向の対地速度を用いて計測されたデータであるのが好ましい。
【００１１】
また、前記操舵入力は、複数の操舵周波数の成分を含み、前記周波数分析工程は、前記振幅比の他に、前記装着タイヤの横力のスリップ角に対する位相角を求める工程であって、この求められる前記振幅比および前記位相角は、前記操舵周波数に対する依存性を表す周波数特性を有するのが好ましい。その際、前記算出工程は、スリップ角に対する前記装着タイヤの横力の応答を１次遅れ系とし、前記振幅比および前記位相角の前記周波数特性から、前記１次遅れ系のパラメータを同定することによって前記コーナリングパワーを求めるのが好ましい。
【００１２】
また、前記操舵入力は、操舵周波数が略一定のスラローム操舵入力あるいは正弦波操舵入力であって、前記周波数分析工程は、スリップ角あるいは横力において周波数成分の最も大きいピーク周波数における前記振幅比の値を求め、前記算出工程は、前記周波数分析工程で求められた前記振幅比の値を前記コーナリングパワーとするのも、同様に好ましい。
その際、前記算出工程は、前記操舵入力によって走行車両中の横加速度が０．５Ｇ以下で、走行速度が８０（ｋｍ／時）以上の場合、前記周波数分析工程で求められた前記振幅比の値を前記コーナリングパワーとするのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコーナリングパワーの算出方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ），（ｂ）は、本発明におけるコーナリングパワーの算出方法を実施するシステムの概念を示す図である。
図１（ａ）に示すシステムは、車両の車輪１０のホイール１２に装着された、左前輪にかかる荷重と横力を計測する分力計１４と、装着タイヤの向きと路面の移動方向との間の角度であるスリップ角を計測するホイール１２に取り付けられたスリップ角計測装置１６と、計測された横力と荷重とスリップ角の時系列データを記録する、車室内に設けられたデータロガー１８とを有する。
ここで、荷重とは、図１（ａ）中の上下方向（Ｚ方向）のホイール回転軸にかかる力であり、横力とは、図１（ａ）中の紙面に垂直方向（Ｙ方向）のホイール回転軸にかかる力である。
【００１５】
分力計１４は、圧電素子を用いたものや、歪みゲージを用いたもの等、ホイール回転軸にかかる少なくとも荷重と横力を計測できる分力計であればいずれであってもよい。
スリップ角計測装置１６は、ホイール１２に装着された装着タイヤの向きと路面の移動方向との間の角度であるスリップ角を計測する装置で、図２にその構成が示されている。図２に示すスリップ角計測装置１６は、レンズ１６ａ、アパーチャ１６ｂ、ハーフミラー１６ｃ、フォトアレイ１６ｄ，１６ｅ、アンプ・フィルタ１６ｆおよび演算回路１６ｇを有する。スリップ角計測装置１６は、ホイール１２の上方のフェンダー部に取り付けられた固定治具と、ホイール１２の回転軸周りに取り付けられたユニバーサル取付治具とを介して、ホイール１２に取り付けられる。従って、スリップ角計測装置１６の向きはホイール１２の蛇角による向きと常に一致する。
【００１６】
スリップ角計測装置１６では、路面に投影した光の反射光がレンズ１６ａでフォトアレイ１６ｄ，１６ｅに集束される。アパーチャ１６ｂは、車両の前方に対して４５度の方位方向の２方向にスリットを配したものである。ハーフミラー１６ｃは、路面投影像をフォトアレイ１６ｄ，１６ｅに分離する。フォトアレイ１６ｄ，１６ｅはそれぞれ、光電素子の前面に、お互いに直交する方向に周期的な光遮断パターンが形成された格子をレンズ系を介して設けたCORREVITセンサによって構成される。なお、上記格子の光遮断パターンに対して直交する方向に、測定対象物が移動すると、対地速度センサであるフォトアレイ１６ｄ，１６ｅから、移動速度（対地速度）に比例した周波数を成分として持つ出力信号が出力される。フォトアレイ１６ｄ，１６ｅの格子の光遮断パターンは、アパーチャ１６ｂでスリット規制された２方向の各々の移動速度を計測するように構成される。
アンプ・フィルタ１６ｆは、得られた出力信号を増幅すると共に、トラッキングフィルタによる処理によって周波数成分が求められ、アパーチャ１６ｂで規制された２方向の各々の移動速度が算出される。演算回路１６ｇでは、算出された移動速度がキャリブレーションされて、車両前方方向および側方方向の移動速度が求められ、前方方向および側方方向の移動速度からスリップ角の信号が出力される。このように、スリップ角は、ホイールに取り付けられた対地速度センサであるフォトアレイ１６ｄ，１６ｅによって、上記出力信号から互いに直交する２方向の対地速度を求めることによって計測される。
なお、スリップ角計測装置１６として、例えば、ＤＡＴＲＯＮ社製のＤＡＴＲＯＮ Ｖ−ＳＥＮＳＯＲが好適に挙げられる。
【００１７】
このような分力計１４およびスリップ角計測装置１６を計測対象とする装着タイヤの車輪やホイールに取り付けられる。
一方、車室内にはデータロガー１８が配され、計測された横力や荷重やスリップ角の時系列データを記録する。
このようにして記録された時系列データは、計測のための走行が終了すると、データロガー１８から呼び出されて、処理装置２０に送られる。
処理装置２０は、図１（ｂ）に示すように、コーナリングパワーを算出する装置であって、ＦＦＴ処理部２２と、平均荷重算出部２４と、パラメータ同定部２６とを有する。
ＦＦＴ処理部２２、平均荷重算出部２４およびパラメータ同定部２６の作用は後述するが、これらの部位は、プログラムを実行することによって各部位が機能するコンピュータによって構成されてもよいし、専用回路によって構成されてもよい。
【００１８】
このようなシステムにおいて、本発明のコーナリングパワーの算出方法を実施する。
図３は、本発明におけるコーナリングパワーの算出方法を示すフローチャートである。
本発明におけるコーナリングパワーの算出方法は、自動車等の車両の走行中における装着タイヤのコーナリングパワーを精度高く算出する方法であり、図１（ａ）に示すように、算出すべきコーナリングパワーの装着タイヤの車輪１０に、分力計１４を装着するとともに、装着タイヤのホイール１２にスリップ角計測装置１６を取り付ける。
【００１９】
まず、車両を運転するドライバによって所望の操舵入力が与えられる（ステップ５０）。操舵入力は、例えば、ランダム操舵入力や正弦波の周期が次第に速くなる掃引型の正弦波操舵入力等が挙げられる。図４（ａ）は、掃引型の正弦波操舵入力の例を示す。
次に、ホイールに取り付けられたスリップ角計測装置１６からスリップ角の信号が出力され、また、分力計１４から横力および荷重の信号が出力され、この信号がデータロガー１８に時系列データとして記録される。その際、装着タイヤのホイール１２にかかる荷重の時系列データも同時にデータロガー１８に記録される。
このようにしてスリップ角、横力および荷重の計測が行なわれる（ステップ５２）。
スリップ角、横力および荷重の計測は車両を走行させて操舵入力を与えることによって行なわれてデータロガー１８に記録され、車両の走行終了後、データロガー１８からスリップ角および横力の時系列データが呼び出される。
【００２０】
このように、スリップ角の時系列データは、ホイール１２の向きを基準にしてスリップ角を求めるので、従来のようにトー変化やコンプライアンスステアを含まないスリップ角と異なり、トー変化やコンプライアンスステアを含んだスリップ角を計測することができる。
【００２１】
このようにして計測されたスリップ角の時系列データと、横力の時系列データの周波数分析が行なわれる（ステップ５４）。具体的には、スリップ角に対する横力の伝達関数が求められる。伝達関数は、ＦＦＴ処理部２２において算出される。
一方、ステップ５２で得られた装着タイヤにかかる荷重の時系列データが呼び出されて、コーナリングパワーを算出するために用いる時系列データと同時刻の荷重データの時間平均値（平均荷重）が平均荷重算出部２４において算出される（ステップ５６）。
こうして得られた伝達関数のゲインと位相のデータとして、振幅比と位相角の周波数依存性のデータが取得される（ステップ５８）。図４（ｂ）には振幅比の周波数依存性データが、図４（ｃ）には位相角の周波数依存性データの一例が示されている。
【００２２】
次に、パラメータ同定部２６において、振幅比と位相角の周波数依存性のデータが、下記式（１）および（２）に示す１次遅れ系、すなわち、スリップ角に対する装着タイヤの横力の応答を１次遅れ系で表したタイヤモデルによってカーブフィットされ、式（１）や（２）に表されるパラメータＣＰ、Ｔ１が同定（抽出）される。
パラメータの同定方法は特に限定されないが、例えば、位相角の周波数依存性のデータに式（２）で表される曲線をカーブフィットさせて、パラメータＴ１を求め、このパラメータＴ１を式（１）に代入してパラメータＣＰを求める方法や、伝達関数が下記式（３）のように表されることを利用し、伝達関数の実数部および虚数部の値を同時に用いて最小２乗法によってパラメータＣＰおよびＴ１を一度に同定する方法を用いてもよい。
なお、カーブフィットのために用いるタイヤモデルは、１次遅れ系であるが、本発明においては、１次遅れ系に限定されず、２次遅れ系であってもよい。
【００２３】
【数１】

【数２】

【数３】

【００２４】
こうして求められたパラメータＣＰは、ステップ５６で算出された平均荷重における装着タイヤのコーナリングパワーとして取得される（ステップ６２）。
このように、図３に示す方法では、車両が直線路を走行中、ランダム操舵入力や掃引型の正弦波操舵入力等所望の操舵入力が用いられるので、従来のようにテストコース等のような広い場所で定常円旋回を行なってコーナリングパワーを求める必要がない。しかも、車両の走行速度を自由に設定してコーナリングパワーを求めることができるので、低速時から高速時のコーナリングパワーを自在に求めることができる。さらに、スリップ角計測装置１６を用いて、ホイールの向きと路面の移動方向との成す角度を計るので、トー変化やコンプライアンスステアを含んだ実際のスリップ角を求めることができ、コーナリングパワーを精度高く求めることができる。しかも、所望の操舵入力によるコーナリングパワーを求めることができる。
【００２５】
上記例は、スリップ角に対する装着タイヤの横力の応答を１次遅れ系で表したタイヤモデルによって、パラメータ同定を行ない、コーナリングパワーを求めるものであるが、本発明は、さらに、図３に示すフローのうち、ステップ５８〜ステップ６２の替わりに、図５に示すように、ステップ６４およびステップ６６を行なってもよい。但し、ステップ６４およびステップ６６を行なうのは、横加速度が０．５Ｇ以下、走行速度が８０ｋｍ／時以上の時であることが好ましい。より好ましくは、横加速度が０．３Ｇ以下、走行速度が１００ｋｍ／時以上であるのがよい。
横加速度を０．５Ｇ以下とするのは、これより大きな横加速度の場合、スリップ角に対する装着タイヤの横力の変化が非線形となり、コーナリングパワーが、スリップ角に対する横力が線形で表されるスティフネスの定義から外れるからである。一方、走行速度を８０ｋｍ／時以上とするのは、この走行速度より小さいと操舵開始時の装着タイヤの変形による緩和時間が無視できなくなり、位相遅れに基づくパラメータＴ１が大きくなるからである。
【００２６】
このような方法では、ステップ５０における操舵入力として、正弦波形操舵入力やスラローム操舵入力が選択される。スラローム操舵入力は、周波数が一定であり、入力の振幅が必ずしも一定でない入力形態をいう。
ステップ５２においてスリップ角、横力および荷重の計測が成された後、スリップ角と横力についてステップ５４で周波数分析が行なわれる。その後、スリップ角の周波数成分が最も高いピーク周波数における振幅比の値を取得する（ステップ６４）。この場合、スリップ角におけるピーク周波数は、横力における周波数成分の最も高くなるピーク周波数と一致するため、どちらを用いてもよい。
一方、ステップ５６では、装着タイヤにかかる荷重の時系列データが、時間平均され、時間平均値が算出される。
このようにして得られた振幅比の値が、ステップ５６で求められた、荷重の時間平均値におけるコーナリングパワーとして取得される（ステップ６６）。
上記振幅比の値をコーナリングパワーと見なすことができるのは、上述したように、横加速度が０．５Ｇ以下であり、略スリップ角に対して横力が線形的に変化する領域であって、操舵開始時の装着タイヤの変形による緩和時間が無視できるからである。すなわち、緩和時間が短く、パラメータＴ１が小さくなるからである。
【００２７】
図６（ａ）〜（ｃ）には、２０５／６５Ｒ１５のタイヤサイズで内圧が２００ｋＰａのホイールに組まれた装着タイヤを、トヨタ自動車製クラウン３．０の右前輪に装着し、走行速度１００ｋｍ／時において０．２Ｈｚのスラローム操舵入力を入力した時の時系列データを示している。
図６（ａ）は装着タイヤのスリップ角の時系列データを、図６（ｂ）は装着タイヤの横力の時系列データを、図６（ｃ）は装着タイヤにかかる荷重の時系列データをそれぞれ示している。
このような時系列データを周波数分析を行なって、例えば、スリップ角におけるピーク周波数（０．２Ｈｚ）での振幅比の値を求める。図６（ａ）〜（ｃ）の例では、荷重３５８ｋｇｆ時における振幅比の値が１１８．２１６９（ｋｇｆ／度）となる。
【００２８】
一方、図６（ａ）と図６（ｂ）の間の位相角を求め、上記式（２）に従って、パラメータＴ１を求め、さらに、上記式（１）に従ってパラメータＣＰを求めることによってコーナリングパワーを算出した場合、コーナリングパワーは１１８．２５２８（ｋｇｆ／度）、パラメータＴ１は０．０１９６３３（秒）となり、ピーク周波数（０．２Ｈｚ）における振幅比の値から求めたコーナリングパワー１１８．２１６９（ｋｇｆ／度）と略同等の値を示す。
このように、最大横加速度が０．５Ｇ以下、走行速度が８０ｋｍ／時以上の時、スリップ角あるいは横力において周波数成分の最も大きいピーク周波数における振幅比の値を求め、この振幅比の値をコーナリングパワーとすることができ、計算の算出が極めて簡略化される。
【００２９】
【実施例】
上記コーナリングパワーの算出方法で求められたコーナリングパワーが妥当であるか否かを調べるために、装着タイヤを室内エンドレスベルト上で走行させた時のコーナリングパワーとを比較した。
調べたタイヤは、タイヤサイズが２０５−６５Ｒ１５で、タイヤ構造やトレッドパターン等のタイヤ仕様の異なる種々のタイヤ（タイヤＡ〜Ｅ）について調べた。タイヤ内圧は２００ｋＰａとした。一方、上記方法における走行車両としてトヨタ自動車製クラウン３．０を用い、走行速度１００ｋｍ／時としてスラローム操舵入力を行なった。一方、室内エンドレスベルト上の走行試験も、同一の荷重条件および操舵入力条件で行なった。
本発明の方法を用いて得られたコーナリングパワーと室内エンドレスベルト上で走行させた時のコーナリングパワーの結果を下記表１に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１によると、本発明による方法で算出した種々のタイヤのコーナリングパワーは、荷重条件および操舵入力条件を同じにして室内エンドレスベルト上で走行させた時のコーナリングパワーと２％の誤差があるものの、極めて相関が高く、本発明による方法で求められたコーナリングパワーは妥当であることがわかった。なお、上記２％の誤差は、測定に用いられた路面の違いによるものと考えられる。また、タイヤ仕様の違いによるコーナリングパワーの差異が、室内エンドレスベルト上で走行させた時のタイヤ仕様の違いによるコーナリングパワーの差異と極めて良好に対応し、タイヤ仕様によるコーナリングパワーの差異を正確に捉えることができた。したがって、本発明の方法を用いて、走行車両における所望の操舵入力、あるいは、所望の走行速度時の装着タイヤのコーナリングパワーを精度高く求めることができる。
【００３２】
以上、本発明のコーナリング算出方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、操舵入力時のスリップ角の時系列データと、その時の装着タイヤの横力の時系列データとを用いて周波数分析を行い、少なくともスリップ角に対する装着タイヤの横力の振幅比を求め、この振幅比を少なくとも用いてコーナリングパワーを求めるので、所望の走行速度によるコーナリングパワーを求めることができる。さらに、所望の操舵入力を与えてコーナリングパワーを求めることができる。従って、高速時のコーナリングパワーをテストコースのような広い場所で定常円旋回を行なう必要もない。
しかも、スリップ角の時系列データは、装着タイヤのホイールに取り付けられた対地速度センサで得られた２方向の対地速度を用いて計測されたデータであるので、トウ角変化やコンプライアンスステアを含んだスリップ角が求められ、精度の高いスリップ角、さらには、精度の高いコーナリングパワーを算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ），（ｂ）は、本発明のコーナリングパワーの算出方法を実施するシステムの概略を説明する図である。
【図２】 本発明のコーナリングパワー算出方法を実施するために用いるスリップ角計測装置の一例を示す構成図である。
【図３】 本発明のコーナリングパワーの算出方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のコーナリングパワー算出方法で得られるデータの一例を示す図である。
【図５】 本発明のコーナリングパワー算出方法の他の例の要部を示すフローチャートである。
【図６】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のコーナリングパワー算出方法で得られるデータの他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 車輪
１２ ホイール
１４ 分力計
１６ スリップ角計測装置
１６ａ レンズ
１６ｂ アパーチャ
１６ｃ ハーフミラー
１６ｄ，１６ｅ フォトアレイ
１６ｆ アンプ・フィルタ
１６ｇ 演算回路
１８ データロガー
２０ 処理装置
２２ ＦＦＴ処理部
２４ 平均荷重算出部
２６ パラメータ同定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cornering power calculation method for obtaining a cornering power of a tire mounted on a vehicle such as a four-wheeled vehicle.
[0002]
[Prior art]
Nowadays, in response to the improvement in the performance of automobiles, the driving performance required for the mounted tire is also required to be improved.
In general, the steering performance of a tire is determined by the lateral force (cornering power) that acts on the rotation axis of the tire when the slip angle is 1 degree and the maximum lateral force that maximizes the lateral force when this slip angle is increased. It is measured by running on a drum or indoor endless belt. In the evaluation of tire handling performance, the cornering power is large, the cornering power of the tires mounted on the four wheels of the car is well balanced (understeering characteristics, neutral steering characteristics and oversteering characteristics), and each wheel It is desired that the balance variation caused by the load variation is small. It is also desired that the maximum lateral force be as large as possible.
[0003]
On the other hand, to drive the car on the actual road surface (actual road), accurately determine the cornering power of the mounted tire and the cornering power of the four wheels that act while the car is running, and evaluate the steering performance of the tire Has also been carried out.
[0004]
For example, the cornering power of a tire mounted on a running car detects the force in three directions (load, lateral force, and front / rear force) about the rotation axis of the wheel of the automobile and rotates about the three directions as the rotation axis. A 6-component force meter load cell that measures torque is provided on the wheel, and sensors that measure the lateral acceleration, yaw rate, steering angle, etc. of the vehicle are provided, and the steering angle is kept constant and a steady circular turn is being performed. Find the cornering power at the load.
Patent Document 1 below discloses a technique for calculating cornering power of a mounted tire based on measurement data such as front and rear wheel steering angles, actual lateral acceleration, actual yaw rate, and vehicle speed (traveling speed) of the mounted tire.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-6-144267 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described method for obtaining cornering power by performing a steady circular turn, when performing a steady circular turn, measurement results such as the measured lateral force and stability factor of the vehicle and the distance from the center of gravity position of the vehicle to the mounted tire Since the slip angle of the fitted tire is calculated by calculating using the vehicle specifications such as, only the rough slip angle can be obtained, and the toe angle change and compliance steer of each wheel that occurs originally are ignored. The For this reason, the cornering power obtained using the calculated slip angle is not highly accurate.
In this way, since it is not possible to obtain highly accurate cornering power, for example, a sufficient correlation with the cornering power measured indoors is not obtained, and the difference in cornering power caused by changes in tire specifications can be accurately determined. There was a problem that it could not be caught.
Further, in steady circle turning, only the cornering power at the time of steady state can be obtained, and the cornering power based on the lateral force generated with respect to the slip angle at the time of arbitrary steering input cannot be obtained with high accuracy.
[0007]
On the other hand, in Patent Document 1, the equivalent value that is the total value of the cornering power of the tires mounted on the left and right wheels of an automobile is merely calculated using a vehicle two-wheel model. For this reason, the cornering power of one of the left and right wheels must be calculated using a predetermined distribution coefficient from the calculated equivalent value. However, since this distribution coefficient is a coefficient set in advance based on the load dependency of the cornering power, the load dependency of the cornering power to be obtained in advance must be obtained in order to obtain the cornering power of each wheel. Inconvenience arises. For this reason, the distribution coefficient must be determined based on the load dependency of cornering power obtained in advance with an indoor drum or the like, and the cornering power of the mounted tire alone in the traveling vehicle is directly calculated from the measurement data in the traveling vehicle. It is not possible.
Furthermore, in the two-wheel vehicle model used when calculating the equivalent value of the cornering power of the tires mounted on the left and right wheels, the cornering power is constant regardless of the traveling speed of the automobile, but the cornering power actually depends on the traveling speed. The cornering power of the mounted tire during traveling of the vehicle cannot be obtained with high accuracy.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a cornering power calculation method capable of obtaining cornering power of a tire mounted in a traveling vehicle, cornering power at the time of desired input steering with high accuracy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a cornering power calculation method for obtaining a cornering power of a tire mounted in a traveling vehicle, the time series data of a slip angle measured by performing a steering input, and the steering Frequency analysis using the time series data of the lateral force of the mounted tire at the time of input, a frequency analysis step for obtaining at least an amplitude ratio of the lateral force of the mounted tire with respect to the slip angle, and at least using this amplitude ratio And a cornering power calculation method characterized by comprising a cornering power calculation step.
[0010]
Here, the time-series data of the slip angle is preferably data measured using ground speeds in two directions obtained by a ground speed sensor attached to a wheel of a mounted tire.
[0011]
The steering input includes a plurality of steering frequency components, and the frequency analyzing step is a step of obtaining a phase angle with respect to a slip angle of a lateral force of the mounted tire in addition to the amplitude ratio. It is preferable that the amplitude ratio and the phase angle to be obtained have frequency characteristics representing dependency on the steering frequency. In this case, the calculation step uses a response of the lateral force of the mounted tire to the slip angle as a first-order lag system, and identifies the parameter of the first-order lag system from the frequency characteristics of the amplitude ratio and the phase angle. The cornering power is preferably obtained by
[0012]
Further, the steering input is a slalom steering input or a sinusoidal steering input with a substantially constant steering frequency, and the frequency analysis step includes the value of the amplitude ratio at the peak frequency having the largest frequency component in the slip angle or the lateral force. It is also preferable that the calculation step uses the value of the amplitude ratio obtained in the frequency analysis step as the cornering power.
At this time, the calculation step is performed when the lateral acceleration in the traveling vehicle is 0.5 G or less and the traveling speed is 80 (km / hour) or more by the steering input, and the amplitude ratio obtained in the frequency analysis step is calculated. The value is preferably the cornering power.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a method for calculating cornering power according to the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
[0014]
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing the concept of a system that implements a cornering power calculation method according to the present invention.
The system shown in FIG. 1A includes a force meter 14 that is mounted on a wheel 12 of a vehicle wheel 10 and that measures the load and lateral force applied to the left front wheel, and the direction of the mounted tire and the direction of movement of the road surface. A slip angle measuring device 16 attached to a wheel 12 for measuring a slip angle that is an angle between them, and a data logger 18 provided in a vehicle interior for recording time series data of measured lateral force, load, and slip angle. And have.
Here, the load is a force applied to the wheel rotation axis in the vertical direction (Z direction) in FIG. 1A, and the lateral force is a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1A (Y direction). This is the force applied to the wheel rotation axis.
[0015]
The force meter 14 may be any force meter that can measure at least a load and a lateral force applied to the wheel rotation shaft, such as a device using a piezoelectric element or a strain gauge.
The slip angle measuring device 16 is a device that measures the slip angle, which is an angle between the direction of the tire mounted on the wheel 12 and the moving direction of the road surface, and its configuration is shown in FIG. The slip angle measuring device 16 shown in FIG. 2 includes a lens 16a, an aperture 16b, a half mirror 16c, photoarrays 16d and 16e, an amplifier / filter 16f, and an arithmetic circuit 16g. The slip angle measuring device 16 is attached to the wheel 12 via a fixing jig attached to the fender portion above the wheel 12 and a universal attachment jig attached around the rotation axis of the wheel 12. Therefore, the direction of the slip angle measuring device 16 always coincides with the direction of the snake angle of the wheel 12.
[0016]
In the slip angle measuring device 16, the reflected light of the light projected on the road surface is focused on the photoarrays 16d and 16e by the lens 16a. The aperture 16b is provided with slits in two directions of an azimuth direction of 45 degrees with respect to the front of the vehicle. The half mirror 16c separates the road surface projection image into photo arrays 16d and 16e. Each of the photoarrays 16d and 16e is configured by a CORREVIT sensor in which a grating in which a periodic light blocking pattern is formed in a direction orthogonal to each other is provided on the front surface of the photoelectric element via a lens system. When the measurement object moves in a direction orthogonal to the light blocking pattern of the grating, an output having as a component a frequency proportional to the moving speed (ground speed) from the photoarrays 16d and 16e as the ground speed sensors. A signal is output. The light blocking patterns of the gratings of the photoarrays 16d and 16e are configured to measure the moving speeds in the two directions slit-controlled by the aperture 16b.
The amplifier / filter 16f amplifies the obtained output signal, obtains a frequency component by processing by the tracking filter, and calculates the moving speed in each of the two directions regulated by the aperture 16b. In the arithmetic circuit 16g, the calculated moving speed is calibrated to determine the moving speed in the forward direction and the lateral direction of the vehicle, and a slip angle signal is output from the moving speed in the forward direction and the lateral direction. In this way, the slip angle is measured by obtaining ground speeds in two directions orthogonal to each other from the output signals by the photoarrays 16d and 16e, which are ground speed sensors attached to the wheel.
A suitable example of the slip angle measuring device 16 is DATRON V-SENSOR manufactured by DATRON.
[0017]
Such a component force meter 14 and a slip angle measuring device 16 are attached to the wheels or wheels of a mounted tire whose measurement targets.
On the other hand, a data logger 18 is arranged in the passenger compartment, and records time series data of measured lateral force, load and slip angle.
The time-series data recorded in this way is called from the data logger 18 and sent to the processing device 20 when the travel for measurement is completed.
As illustrated in FIG. 1B, the processing device 20 is a device that calculates cornering power, and includes an FFT processing unit 22, an average load calculation unit 24, and a parameter identification unit 26.
Although the operation of the FFT processing unit 22, the average load calculation unit 24, and the parameter identification unit 26 will be described later, these parts may be configured by a computer in which each part functions by executing a program, or by a dedicated circuit. It may be configured.
[0018]
In such a system, the cornering power calculation method of the present invention is implemented.
FIG. 3 is a flowchart showing a cornering power calculation method according to the present invention.
The cornering power calculation method according to the present invention is a method for calculating the cornering power of a mounted tire while a vehicle such as an automobile is traveling with high accuracy. As shown in FIG. A force meter 14 is attached to the wheel 10 and a slip angle measuring device 16 is attached to the wheel 12 of the attached tire.
[0019]
First, a desired steering input is given by a driver driving the vehicle (step 50). Examples of the steering input include a random steering input and a sweep type sine wave steering input in which the cycle of the sine wave gradually increases. FIG. 4A shows an example of a sweep type sine wave steering input.
Next, a slip angle signal is output from the slip angle measuring device 16 attached to the wheel, and a lateral force and a load signal are output from the force meter 14. These signals are sent to the data logger 18 as time series data. To be recorded. At that time, time series data of the load applied to the wheel 12 of the mounted tire is also recorded in the data logger 18 at the same time.
In this way, the slip angle, lateral force and load are measured (step 52).
The slip angle, lateral force and load are measured by running the vehicle and giving a steering input and recorded in the data logger 18. After the vehicle has finished running, the time series data of the slip angle and the lateral force is obtained from the data logger 18. Is called.
[0020]
Thus, since the slip angle time series data obtains the slip angle based on the direction of the wheel 12, unlike the conventional slip angle that does not include toe change and compliance steer, it includes toe change and compliance steer. The slip angle can be measured.
[0021]
The frequency analysis of the slip angle time series data and the lateral force time series data thus measured is performed (step 54). Specifically, the transfer function of the lateral force with respect to the slip angle is obtained. The transfer function is calculated in the FFT processing unit 22.
On the other hand, the time series data of the load applied to the mounted tire obtained in step 52 is called, and the time average value (average load) of the load data at the same time as the time series data used for calculating the cornering power is the average load. Calculation is performed by the calculation unit 24 (step 56).
As the gain and phase data of the transfer function thus obtained, data on the frequency dependence of the amplitude ratio and the phase angle is acquired (step 58). FIG. 4B shows the frequency dependence data of the amplitude ratio, and FIG. 4C shows an example of the frequency dependence data of the phase angle.
[0022]
Next, in the parameter identification unit 26, the frequency dependency data of the amplitude ratio and the phase angle is a first-order lag system represented by the following formulas (1) and (2), that is, the response of the lateral force of the mounted tire to the slip angle. Is fitted by a tire model represented by a first-order lag system, and parameters CP and T1 represented by equations (1) and (2) are identified (extracted).
The parameter identification method is not particularly limited. For example, the parameter T1 is obtained by curve-fitting the curve represented by the equation (2) to the frequency dependence data of the phase angle, and the parameter T1 is expressed by the equation (1). Substituting the parameter CP by the least square method using the method of substituting the parameter CP and the fact that the transfer function is expressed as the following equation (3) and using the real part and imaginary part values of the transfer function simultaneously: A method of identifying T1 at a time may be used.
The tire model used for curve fitting is a first-order lag system. However, in the present invention, the tire model is not limited to the first-order lag system, and may be a second-order lag system.
[0023]
[Expression 1]

[Expression 2]

[Equation 3]

[0024]
The parameter CP thus obtained is acquired as the cornering power of the mounted tire at the average load calculated in step 56 (step 62).
In this manner, in the method shown in FIG. 3, since a desired steering input such as a random steering input or a sweep type sine wave steering input is used while the vehicle is traveling on a straight road, There is no need to perform cornering power in a wide area to obtain cornering power. Moreover, since the cornering power can be obtained by freely setting the traveling speed of the vehicle, the cornering power from the low speed to the high speed can be obtained freely. Furthermore, since the angle formed by the wheel direction and the road surface moving direction is measured using the slip angle measuring device 16, the actual slip angle including toe change and compliance steer can be obtained, and the cornering power is highly accurate. Can be sought. In addition, the cornering power by the desired steering input can be obtained.
[0025]
In the above example, the cornering power is obtained by performing parameter identification using a tire model in which the response of the lateral force of the mounted tire to the slip angle is represented by a first-order lag system. The present invention is further illustrated in FIG. In the flow, instead of Step 58 to Step 62, Step 64 and Step 66 may be performed as shown in FIG. However, step 64 and step 66 are preferably performed when the lateral acceleration is 0.5 G or less and the traveling speed is 80 km / hour or more. More preferably, the lateral acceleration is 0.3 G or less and the traveling speed is 100 km / hour or more.
The reason why the lateral acceleration is 0.5 G or less is that when the lateral acceleration is larger than this, the change in the lateral force of the attached tire with respect to the slip angle becomes nonlinear, and the cornering power is a stiffness in which the lateral force with respect to the slip angle is linearly expressed. This is because it deviates from the definition of. On the other hand, the traveling speed is set to 80 km / hour or more because if the traveling speed is smaller than this traveling speed, the relaxation time due to deformation of the mounted tire at the start of steering cannot be ignored, and the parameter T1 based on the phase delay becomes large.
[0026]
In such a method, a sine waveform steering input or a slalom steering input is selected as the steering input in step 50. The slalom steering input is an input form in which the frequency is constant and the input amplitude is not necessarily constant.
After the slip angle, lateral force and load are measured in step 52, frequency analysis is performed in step 54 for the slip angle and lateral force. Thereafter, the value of the amplitude ratio at the peak frequency with the highest frequency component of the slip angle is acquired (step 64). In this case, since the peak frequency at the slip angle coincides with the peak frequency at which the frequency component in the lateral force is highest, either may be used.
On the other hand, in step 56, the time series data of the load applied to the mounted tire is time averaged to calculate a time average value.
The value of the amplitude ratio thus obtained is acquired as the cornering power at the time average value of the load obtained in step 56 (step 66).
The value of the amplitude ratio can be regarded as the cornering power, as described above, in which the lateral acceleration is 0.5 G or less and the lateral force is linearly changed with respect to the slip angle. This is because the relaxation time due to deformation of the mounted tire at the start of steering can be ignored. That is, the relaxation time is short and the parameter T1 is small.
[0027]
6 (a) to 6 (c), a tire fitted with a 205 / 65R15 tire size and an internal pressure of 200 kPa is attached to the right front wheel of Toyota Motor Corporation's Crown 3.0, and a running speed of 100 km / 3 shows time-series data when a 0.2 Hz slalom steering input is input.
FIG. 6 (a) shows time series data of the slip angle of the fitted tire, FIG. 6 (b) shows time series data of the lateral force of the fitted tire, and FIG. 6 (c) shows time series data of the load applied to the fitted tire. Each is shown.
Such time-series data is subjected to frequency analysis, and for example, the value of the amplitude ratio at the peak frequency (0.2 Hz) at the slip angle is obtained. In the example of FIGS. 6A to 6C, the value of the amplitude ratio when the load is 358 kgf is 118.169 (kgf / degree).
[0028]
On the other hand, the phase angle between FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b) is obtained, the parameter T1 is obtained according to the above equation (2), and the corner CP is obtained by obtaining the parameter CP according to the above equation (1). When calculated, the cornering power is 118.528 (kgf / degree), the parameter T1 is 0.019633 (seconds), and the cornering power 118.169 (kgf / kg) obtained from the amplitude ratio value at the peak frequency (0.2 Hz) is obtained. Degree).
As described above, when the maximum lateral acceleration is 0.5 G or less and the traveling speed is 80 km / hour or more, the value of the amplitude ratio at the peak frequency having the largest frequency component in the slip angle or the lateral force is obtained, and the value of the amplitude ratio is obtained. The cornering power can be obtained, and the calculation is greatly simplified.
[0029]
【Example】
In order to examine whether or not the cornering power obtained by the above-described method of calculating cornering power is appropriate, the cornering power when running the mounted tire on the indoor endless belt was compared.
The tires examined were various tires (tires A to E) having a tire size of 205-65R15 and different tire specifications such as a tire structure and a tread pattern. The tire internal pressure was 200 kPa. On the other hand, a Toyota 3.0 crown was used as a traveling vehicle in the above method, and slalom steering input was performed at a traveling speed of 100 km / hour. On the other hand, the running test on the indoor endless belt was also performed under the same load condition and steering input condition.
Table 1 below shows the results of cornering power obtained by using the method of the present invention and cornering power when running on an indoor endless belt.
[0030]
[Table 1]

[0031]
According to Table 1, the cornering power of various tires calculated by the method according to the present invention has an error of 2% from the cornering power when running on an indoor endless belt with the same load condition and steering input condition. It was found that the cornering power obtained by the method according to the present invention is appropriate because of its extremely high correlation. The 2% error is considered to be due to the difference in the road surface used for the measurement. Also, the difference in cornering power due to the difference in tire specifications corresponds very well to the difference in cornering power due to the difference in tire specifications when running on an indoor endless belt, and accurately captures the difference in cornering power due to tire specifications I was able to. Therefore, by using the method of the present invention, the desired steering input in the traveling vehicle or the cornering power of the mounted tire at the desired traveling speed can be obtained with high accuracy.
[0032]
The cornering calculation method of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, the frequency analysis is performed using the time-series data of the slip angle at the time of steering input and the time-series data of the lateral force of the mounted tire at that time, and at least the lateral force of the mounted tire with respect to the slip angle. Since the cornering power is obtained using at least this amplitude ratio, the cornering power at a desired traveling speed can be obtained. Further, the cornering power can be obtained by giving a desired steering input. Therefore, it is not necessary to perform steady circular turning in a wide place such as a test course with cornering power at high speed.
Moreover, since the time series data of the slip angle is data measured using the ground speed in two directions obtained by the ground speed sensor attached to the wheel of the mounted tire, it includes toe angle change and compliance steer. A slip angle is obtained, and a highly accurate slip angle and a highly accurate cornering power can be calculated.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining an outline of a system that implements a cornering power calculation method according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a slip angle measuring apparatus used for carrying out the cornering power calculation method of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a cornering power calculation method according to the present invention.
4A to 4C are diagrams showing examples of data obtained by the cornering power calculation method of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a main part of another example of the cornering power calculation method of the present invention.
6A to 6C are diagrams showing other examples of data obtained by the cornering power calculation method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wheel 12 Wheel 14 Component meter 16 Slip angle measuring device 16a Lens 16b Aperture 16c Half mirror 16d, 16e Photoarray 16f Amplifier filter 16g Arithmetic circuit 18 Data logger 20 Processing unit 22 FFT processing unit 24 Average load calculation unit 26 Parameter identification Part

Claims (6)

走行車両中の装着タイヤのコーナリングパワーを求めるコーナリングパワーの算出方法であって、
操舵入力を行なって計測されたスリップ角の時系列データと、前記操舵入力時の前記装着タイヤの横力の時系列データとを用いて周波数分析を行い、前記スリップ角に対する前記装着タイヤの横力の振幅比を少なくとも求める周波数分析工程と、
この振幅比を少なくとも用いてコーナリングパワーを求める算出工程とを有することを特徴とするコーナリングパワーの算出方法。A method of calculating cornering power for obtaining cornering power of a tire mounted in a traveling vehicle,
Frequency analysis is performed using the time series data of the slip angle measured by performing the steering input and the time series data of the lateral force of the mounted tire at the time of the steering input, and the lateral force of the mounted tire with respect to the slip angle is determined. A frequency analysis step for obtaining at least an amplitude ratio of
And a cornering power calculation method for obtaining cornering power using at least the amplitude ratio. 前記スリップ角の時系列データは、装着タイヤのホイールに取り付けられた対地速度センサで得られる２方向の対地速度を用いて計測されたデータであることを特徴とする請求項１に記載のコーナリングパワーの算出方法。The cornering power according to claim 1, wherein the time-series data of the slip angle is data measured using ground speeds in two directions obtained by a ground speed sensor attached to a wheel of a mounted tire. Calculation method. 前記操舵入力は、複数の操舵周波数の成分を含み、
前記周波数分析工程は、前記振幅比の他に、前記装着タイヤの横力のスリップ角に対する位相角を求める工程であって、この求められる前記振幅比および前記位相角は、前記操舵周波数に対する依存性を表す周波数特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載のコーナリングパワーの算出方法。The steering input includes a plurality of steering frequency components,
The frequency analysis step is a step of obtaining a phase angle with respect to a slip angle of a lateral force of the mounted tire in addition to the amplitude ratio, and the obtained amplitude ratio and the phase angle depend on the steering frequency. The cornering power calculation method according to claim 1, wherein the cornering power has a frequency characteristic. 前記算出工程は、スリップ角に対する前記装着タイヤの横力の応答を１次遅れ系とし、前記振幅比および前記位相角の前記周波数特性から、前記１次遅れ系のパラメータを同定することによって前記コーナリングパワーを求めることを特徴とする請求項３に記載のコーナリングパワーの算出方法。In the calculating step, the response of the lateral force of the mounted tire to the slip angle is a first-order lag system, and the cornering is performed by identifying the parameters of the first-order lag system from the frequency characteristics of the amplitude ratio and the phase angle. The cornering power calculation method according to claim 3, wherein the power is obtained. 前記操舵入力は、操舵周波数が略一定のスラローム操舵入力あるいは正弦波操舵入力であって、
前記周波数分析工程は、スリップ角あるいは横力において周波数成分の最も大きいピーク周波数における前記振幅比の値を求め、
前記算出工程は、前記周波数分析工程で求められた前記振幅比の値を前記コーナリングパワーとすることを特徴とする請求項１または２に記載のコーナリングパワーの算出方法。The steering input is a slalom steering input or a sine wave steering input with a substantially constant steering frequency,
The frequency analysis step determines the value of the amplitude ratio at the peak frequency with the largest frequency component in the slip angle or lateral force,
The cornering power calculation method according to claim 1, wherein the calculation step uses the value of the amplitude ratio obtained in the frequency analysis step as the cornering power. 前記算出工程は、前記操舵入力によって走行車両中の横加速度が０．５Ｇ以下で、走行速度が８０（ｋｍ／時）以上の場合、前記周波数分析工程で求められた前記振幅比の値を前記コーナリングパワーとすることを特徴とする請求項５に記載のコーナリングパワーの算出方法。In the calculation step, when the lateral acceleration in the traveling vehicle is 0.5 G or less and the traveling speed is 80 (km / hour) or more by the steering input, the value of the amplitude ratio obtained in the frequency analysis step is calculated as the value of the amplitude ratio. The cornering power calculation method according to claim 5, wherein the cornering power is calculated.

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