JP6790875B2 - タイヤ摩耗性能予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの摩耗性能を、より正確に予測することができるタイヤ摩耗性能予測方法に関する。

従来、タイヤの摩耗性能を予測するための方法が、種々提案されている。例えば、下記特許文献１では、模擬路面上でタイヤを転動させて、タイヤ摩耗を試験するタイヤ摩耗試験方法が提案されている。

この特許文献１のタイヤ摩耗試験方法では、実車走行により計測された加速度から、前後方向加速度及び横方向加速度の頻度分布を算出するとともに、前後方向加速度又は横方向加速度が単独で作用しているときのタイヤの外的条件を取得し、この頻度分布と外的条件とに基づいて、タイヤの摩耗性能を予測している。

特開２００７−１３９７０８号公報

しかしながら、上記特許文献１のタイヤ摩耗試験方法は、前後加速度と横加速度とを同時に受けながら走行する複合走行時のタイヤ摩耗を、前後方向加速度及び横方向加速度が線型に累積するという技術思想に基づいて頻度分布から予測しており、実際の複合走行時のタイヤ摩耗と異なった状況で評価されるという問題があった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、任意の横加速度と任意の前後加速度から複合摩耗エネルギーを求めることを基本として、タイヤの摩耗性能を、より正確に予測することができるタイヤ摩耗性能予測方法を提供することを主たる目的としている。

本発明は、路面に接地する走行用のタイヤを備えた車両が、前後加速度と横加速度とを同時に受けながら走行する複合走行時のタイヤ摩耗性能を予測するための方法であって、
前記車両に前記横加速度を固定しかつ前記前後加速度を変化させたときの前記タイヤの摩耗エネルギーＥ１を計算する第１計算工程と、前記摩耗エネルギーＥ１を回帰分析して、前記摩耗エネルギーＥ１の第１回帰式を導出する第１導出工程と、前記第１回帰式から、前記横加速度を固定しかつ任意の前記前後加速度を作用させたときの合成摩耗エネルギーＥ２を算出する第１算出工程と、前記合成摩耗エネルギーＥ２を回帰分析して、前記合成摩耗エネルギーＥ２の第２回帰式を導出する第２導出工程と、前記第２回帰式から、前記複合走行時の前記タイヤの摩耗エネルギーである複合摩耗エネルギーＥを算出する第２算出工程と、前記第２算出工程で算出された複合摩耗エネルギーＥに基づいて、前記複合走行時のタイヤ摩耗性能を予測する予測工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係るタイヤ摩耗性能予測方法は、前記第１計算工程は、前記車両に前記前後加速度を固定しかつ前記横加速度を変化させたときの前記タイヤの摩耗エネルギーＥ３を計算し、前記第１導出工程は、前記摩耗エネルギーＥ３を回帰分析して、前記摩耗エネルギーＥ３の第３回帰式を導出し、前記第１算出工程は、前記第３回帰式から、前記前後加速度を固定しかつ任意の前記横加速度を作用させたときの合成摩耗エネルギーＥ４を算出し、前記第２導出工程は、前記合成摩耗エネルギーＥ４を回帰分析して、前記合成摩耗エネルギーＥ４の第４回帰式を導出し、前記第２算出工程は、前記第４回帰式から、前記複合走行時の前記タイヤの摩耗エネルギーである複合摩耗エネルギーＥを算出しても良い。

本発明に係るタイヤ摩耗性能予測方法は、前記第１計算工程で計算される前記摩耗エネルギーＥ１は、前後方向摩耗エネルギー及び横方向摩耗エネルギーを含むのが望ましい。

本発明のタイヤ摩耗性能予測方法は、車両に前記横加速度を固定しかつ前記前後加速度を変化させたときの前記タイヤの摩耗エネルギーＥ１を計算する第１計算工程と、前記摩耗エネルギーＥ１を回帰分析して、前記摩耗エネルギーＥ１の第１回帰式を導出する第１導出工程と、前記第１回帰式から、前記横加速度を固定しかつ任意の前記前後加速度を作用させたときの合成摩耗エネルギーＥ２を算出する第１算出工程と、前記合成摩耗エネルギーＥ２を回帰分析して、前記合成摩耗エネルギーＥ２の第２回帰式を導出する第２導出工程と、前記第２回帰式から、前記複合走行時の前記タイヤの摩耗エネルギーである複合摩耗エネルギーＥを算出する第２算出工程と、前記第２算出工程で算出された複合摩耗エネルギーＥに基づいて、前記複合走行時のタイヤ摩耗性能を予測する予測工程とを含んでいる。

このような複合摩耗エネルギーＥは、横加速度及び前後加速度が同時に作用している状態の摩耗エネルギーとして求められる。とりわけ、前後方向摩耗エネルギーと横方向摩耗エネルギーが同時に作用する横加速度及び前後加速度によって複合摩耗エネルギーＥが求められる。このため、横方向加速度及び前後方向加速度を実際の複合走行時に近い状態にして、タイヤの摩耗エネルギーを分析し得るので、正確なタイヤ摩耗性能予測が可能となる。

本発明のタイヤ摩耗性能予測方法を示すフローチャートである。 実摩耗量と実施例及び比較例の予測摩耗量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本発明のタイヤ摩耗性能予測方法（以下、単に「予測方法」ということがある。）は、路面に接地する走行用のタイヤを備えた車両が複合走行するときの、タイヤ摩耗性能を予測するための方法である。前記「複合走行」とは、車両が、前後加速度と横加速度とを同時に受けながら走行することをいう。

図１は、本実施形態の予測方法を示すフローチャートである。図１に示されるように、本実施形態の予測方法では、第１計算工程Ｎ１、第１導出工程Ｎ２、第１算出工程Ｎ３、第２導出工程Ｎ４、第２算出工程Ｎ５、及び、予測工程Ｎ６を含んでいる。このようなタイヤ摩耗性能予測方法は、例えば、周知のドラム試験機（図示省略）によって実験的に予測されても良いし、また、例えば、コンピュータによる有限要素法等を用いたコンピュータシミュレーションによって予測されても良い。さらに、タイヤ摩耗性能予測方法は、例えば、ドラム試験機とコンピュータシミュレーションとをそれぞれ用いて予測しても良い。本実施形態では、工程Ｎ１乃至Ｎ６において、有限要素法等を用いたコンピュータシミュレーションが用いられる。

コンピュータシミュレーションの場合、例えば、周知な入力工程と設定工程が行われる。入力工程では、本実施形態では、コンピュータに、トレッド部を含むタイヤモデルを入力する。設定工程は、本実施形態では、タイヤモデル等の初期設定、例えば、路面モデルの設定、境界条件の設定、タイヤモデルの内圧付加及びタイヤモデルと路面モデルとの接地等を行うものである。

入力工程は、例えば、タイヤに関する情報に基づいて、タイヤを数値解析法により有限個の小さな要素Ｆ（ｉ）に離散化する。要素Ｆ（ｉ）としては、例えば、４面体ソリッド要素が用いられる。要素Ｆ（ｉ）には、要素番号、節点Ｐ（ｊ）の番号等の数値データが定義される。

次に第1計算工程Ｎ１が行われる。第１計算工程Ｎ１は、本実施形態では、車両に横加速度を固定しかつ前後加速度を変化させて作用させたときのタイヤの摩耗エネルギーＥ１を計算する工程である。第１計算工程Ｎ１で求められる摩耗エネルギーＥ１は、例えば、車両の旋回半径、及び／又は、旋回速度を固定して、加速又は減速を変化させたときの、タイヤのせん断力Ｈ（ｔ）とすべり量Ｌ（ｔ）とが単位時間ｔ毎に求められる。前後加速度は、例えば、加速度が約−４．９m/s^２（−０．５G）〜約４．９m/s^２（０．５G）の間の任意の幅で、等ピッチに１００〜１０００程度、変化させたものが採用される。また、横加速度は、例えば、各々、加速度が約−４．９m/s^２（−０．５G）〜約４．９m/s^２（０．５G）の間の任意の幅で、等ピッチな１００〜１０００程度異ならせたものが採用される。

第１計算工程Ｎ１は、本実施形態では、摩耗エネルギーＥ１として、前後方向摩耗エネルギーＥａ及び横方向摩耗エネルギーＥｂが計算される。すなわち、第１計算工程Ｎ１では、車両に横加速度を固定しかつ前後加速度を変化させて作用させたときのタイヤの摩耗エネルギーＥ１が、前後方向（タイヤ周方向）と横方向（タイヤ軸方向）との各成分に分解して計算される。このような第１計算工程Ｎ１は、車両に横加速度を固定しかつ前後加速度を変化させて作用させたときの摩耗エネルギーＥ１を、より正確に分析することができる。

第１計算工程Ｎ１で求められる前後方向摩耗エネルギーＥａは、本実施形態では、タイヤの各前後方向せん断力Ｈ１（ｔ）と各前後方向すべり量Ｌ１（ｔ）との積の総和として、下記式（１）に基づいて計算される。また、横方向摩耗エネルギーＥｂは、例えば、各横方向せん断力Ｈ２（ｔ）と各横方向すべり量Ｌ２（ｔ）との積の総和として、下記式（２）に基づいて計算される。
Ｅａ＝Σ｛Ｈ１（ｔ）×Ｌ１（ｔ）｝ … （１）
Ｅｂ＝Σ｛Ｈ２（ｔ）×Ｌ２（ｔ）｝ … （２）

本実施形態では、これらのタイヤの摩耗エネルギーＥ１は、複数の周方向溝で区分されるリブ毎に複数箇所で摩耗エネルギーとして計算されるのが望ましい。リブの数としては、例えば、３〜７個程度が望ましい。また、リブ毎にタイヤ周方向位置を揃え、さらにタイヤ軸方向位置を揃えて摩耗エネルギーを計算するのが望ましい。

第１導出工程Ｎ２は、本実施形態では、摩耗エネルギーＥ１を回帰分析することにより、摩耗エネルギーＥ１の第１回帰式を導出する。第１回帰式は、例えば、説明変数を前後加速度として、摩耗エネルギーＥ１を目的変数とする。具体的には、前後加速度を説明変数、前後方向摩耗エネルギーと横方向摩耗エネルギーとの和（Ｅａ＋Ｅｂ）を目的変数として下記第１回帰式（３）を求める。このように、本実施形態では、摩耗エネルギーＥ１の第１回帰式は、合算摩耗エネルギー（Ｅａ＋Ｅｂ）の回帰式として導出される。なお、下記式（３）のｆは、説明変数として用いられる前後加速度であり、係数ａ１、ｂ１は、周知の回帰分析法、例えば最小２乗法を用いて求められる。
Ｅ１＝Ｅａ＋Ｅｂ＝ａ１×ｆ＋ｂ１ … （３）

なお、第１導出工程Ｎ２では、例えば、説明変数を単位時間ｔとして、前後方向摩耗エネルギーＥａ、及び、横方向摩耗エネルギーＥｂをそれぞれ目的変数とする２つの回帰式、例えば、２つの１次以上のｎ次回帰式を求めても良い。

第１算出工程Ｎ３は、第１回帰式から、横加速度を固定しかつ任意の前後加速度を作用させたときの合成摩耗エネルギーＥ２を算出する。第１算出工程Ｎ３は、本実施形態では、第１回帰式（３）を用いて、第１計算工程Ｎ１で固定された横加速度毎に、第１計算工程Ｎ１で変化させた前後加速度を用い、例えば、第１計算工程Ｎ１で変化させた前後加速度の全てを用いて合成摩耗エネルギーＥ２を求める。

第２導出工程Ｎ４は、本実施形態では、合成摩耗エネルギーＥ２を回帰分析することにより、合成摩耗エネルギーＥ２の第２回帰式を導出する。第２回帰式は、例えば、説明変数を横加速度として、合成摩耗エネルギーＥ２を目的変数として下記回帰式（４）を求める。合成摩耗エネルギーＥ２は、上述の通り、回帰式（３）により算出された合算摩耗エネルギー（Ｅａ＋Ｅｂ）に基づいて算出されたものである。なお、下記式（４）のｇは、説明変数として用いられる横加速度であり、係数ａ２、ｂ２は、周知の回帰分析法、例えば最小２乗法を用いて求める。
Ｅ２＝ａ２×ｇ＋ｂ２ … （４）

なお、第２導出工程Ｎ４では、第１導出工程Ｎ２と同様に、例えば、説明変数を単位時間ｔとして、合成摩耗エネルギーＥ２を目的変数とする、例えば、２つの１次以上のｎ次回帰式を求めても良い。

第２算出工程Ｎ５は、第２回帰式から、複合走行時のタイヤの摩耗エネルギーである複合摩耗エネルギーＥを算出する。本実施形態の第２算出工程Ｎ５は、第２回帰式（４）を用いて、第１計算工程Ｎ１で採用された前後加速度毎に固定して、第１計算工程Ｎ１で固定された各横加速度を採用、例えば、第１計算工程Ｎ１で固定された各横加速度全て採用して算出された摩耗エネルギーが、複合走行時の複合摩耗エネルギーＥとして求められる。このような複合摩耗エネルギーＥは、横加速度及び前後加速度が同時に作用している状態の摩耗エネルギーとして求められる。とりわけ、本実施形態では、前後方向摩耗エネルギーと横方向摩耗エネルギーが、同時に作用する横加速度及び前後加速度によって複合摩耗エネルギーＥが求められるので、精度の良い複合の摩耗エネルギーを得ることができる。

第２算出工程Ｎ５は、本実施形態では、さらに、複合走行時の複合摩耗エネルギーＥに基づいて、補正複合摩耗エネルギーＥＡが計算される。補正複合摩耗エネルギーＥＡは、具体的には、下記式（５）に基づいて計算される。コンピュータシミュレーションの場合、例えば、上記各摩耗エネルギーは、各要素Ｆ（ｉ）の節点Ｐ（ｊ）毎に計算される。
ＥＡ＝Σ（Ａ１×Ｅ） ・・・（５）
なお、Ａ１は、予め設定された係数である。

係数Ａ１は、例えば、車両毎に個別に設定され得る。すなわち、車両の特性に応じて、係数Ａ１は適宜調整され得る。また、係数Ａ１は、例えば、タイヤ毎に個別に設定され得る。すなわち、同じタイヤであっても、前輪か後輪か、また、駆動輪か従動輪かに応じて、係数Ａ１は適宜調整され得る。このため、第１実施形態の予測方法は、車両毎又はタイヤ毎に適切な係数Ａ１を選択することができ、その結果、任意の横加速度及び任意の前後加速度が作用して走行するタイヤ摩耗性能をより正確に予測することができる。

また、係数Ａ１は、加速時と減速時とで異なる値が設定されるのが望ましい。このため、本実施形態の予測方法は、加速しながら旋回する走行モードと、減速しながら旋回する旋回モードとのそれぞれの特性に適した係数Ａ１を設定することが望ましい。その結果、複合走行時のタイヤ摩耗性能をより正確に予測することができる。

予測工程Ｎ６は、本実施形態では、補正複合摩耗エネルギーＥＡに基づいて、複合走行時のタイヤ摩耗性能を予測する。なお、予測工程Ｎ６は、補正されることなく、複合摩耗エネルギーＥに基づいて、複合走行時のタイヤ摩耗性能を予測されても良い。予測工程Ｎ６では、例えば、タイヤ摩耗性能として、タイヤ摩耗量Ｄが計算され、その計算結果に基づいて摩耗性能が予測される。タイヤ摩耗量Ｄは、例えば、複合摩耗エネルギーＥとトレッド部の材料の摩耗係数Ｋとの積として、下記式（６）に基づいて計算される。
Ｄ＝Ｋ×Ｅ … （６）

なお、他の実施形態として、第１計算工程Ｎ１、第１導出工程Ｎ２、第１算出工程Ｎ３、第２導出工程Ｎ４を次のような態様としても良い。第１計算工程Ｎ１は、車両に前後加速度を固定しかつ横加速度を変化させたときのタイヤの摩耗エネルギーＥ３を計算する。第１導出工程Ｎ２は、摩耗エネルギーＥ３を回帰分析して、摩耗エネルギーＥ３の第３回帰式を導出する。第１算出工程Ｎ３は、第３回帰式から、前後加速度を固定しかつ任意の前記横加速度を作用させたときの合成摩耗エネルギーＥ４を算出する。第２導出工程Ｎ４は、合成摩耗エネルギーＥ４を回帰分析して、前記合成摩耗エネルギーＥ４の第４回帰式を導出する。第２算出工程は、第４回帰式から、複合走行時のタイヤの摩耗エネルギーである複合摩耗エネルギーＥを算出する。第２算出工程は、例えば、第４回帰式から、横加速度を固定しかつ前後加速度を変化させて、複合走行時のタイヤの摩耗エネルギーである複合摩耗エネルギーＥを算出する。

また、予測工程Ｎ６は、本実施形態では、タイヤの摩耗性能として、タイヤ摩耗量Ｄが計算されていたが、複合摩耗エネルギーＥに基づいて、直接タイヤの摩耗性能を予測してもよい。

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得る。

図１に示される予測方法に従って、タイヤのトレッド部について、複合走行時のタイヤ摩耗量が予測された（実施例）。比較例として、車両に前後加速度が単独で作用しているときのタイヤの摩耗エネルギーと車両に横加速度が単独で作用しているときのタイヤの摩耗エネルギーとを累積して複合走行時のタイヤ摩耗量が予測された。式（５）のＡ１は、タイヤが、前輪か後輪であるか、及び、駆動輪か従動輪かに応じて決定された。

結果が図２に示される。図２は、実摩耗量と実施例及び比較例の予測摩耗量との関係を示すグラフである。図２の横軸は、実験的に複合走行時のタイヤ摩耗量を測定した実摩耗量であり、縦軸は、タイヤ摩耗量を実施例又は比較例の方法により予測した予測摩耗量である。実摩耗量と予測摩耗量の計算値との関係が、■印として示され、実摩耗量と比較例の予測摩耗量との関係が◆印として示されている。また、実施例の■印の分布を線型回帰した直線が太い直線で示され、比較例の◆印の分布を線型回帰した直線が細い直線で示されている。

図２から明らかなように、実施例の■印は、実摩耗量と予測摩耗量とが同一である線上の近傍に分布し、実施例の予測摩耗量が、実摩耗量に近い値となっていることが確認された。従って、実施例は、比較例に対し、複合走行時のタイヤ摩耗性能をより正確に予測していることが確認できた。

Ｎ１ 第１計算工程
Ｎ２ 第１導出工程
Ｎ３ 第１算出工程
Ｎ４ 第２導出工程
Ｎ５ 第２算出工程
Ｎ６ 予測工程

Claims (3)

1. 路面に接地する走行用のタイヤを備えた車両が、前後加速度と横加速度とを同時に受けながら走行する複合走行時のタイヤ摩耗性能を予測するための方法であって、
   前記車両に前記横加速度を固定しかつ前記前後加速度を変化させたときの前記タイヤの摩耗エネルギーＥ１を計算する第１計算工程と、
   前記摩耗エネルギーＥ１を回帰分析して、前記摩耗エネルギーＥ１の第１回帰式を導出する第１導出工程と、
   前記第１回帰式から、前記横加速度を固定しかつ任意の前記前後加速度を作用させたときの合成摩耗エネルギーＥ２を算出する第１算出工程と、
   前記合成摩耗エネルギーＥ２を回帰分析して、前記合成摩耗エネルギーＥ２の第２回帰式を導出する第２導出工程と、
   前記第２回帰式から、前記複合走行時の前記タイヤの摩耗エネルギーである複合摩耗エネルギーＥを算出する第２算出工程と、
   前記第２算出工程で算出された複合摩耗エネルギーＥに基づいて、前記複合走行時のタイヤ摩耗性能を予測する予測工程とを含むことを特徴とするタイヤ摩耗性能予測方法。
2. 前記第１計算工程は、前記車両に前記前後加速度を固定しかつ前記横加速度を変化させたときの前記タイヤの摩耗エネルギーＥ３を計算し、
   前記第１導出工程は、前記摩耗エネルギーＥ３を回帰分析して、前記摩耗エネルギーＥ３の第３回帰式を導出し、
   前記第１算出工程は、前記第３回帰式から、前記前後加速度を固定しかつ任意の前記横加速度を作用させたときの合成摩耗エネルギーＥ４を算出し、
   前記第２導出工程は、前記合成摩耗エネルギーＥ４を回帰分析して、前記合成摩耗エネルギーＥ４の第４回帰式を導出し、
   前記第２算出工程は、前記第４回帰式から、前記複合走行時の前記タイヤの摩耗エネルギーである複合摩耗エネルギーＥを算出する請求項１記載のタイヤ摩耗性能予測方法。
3. 前記第１計算工程で計算される前記摩耗エネルギーＥ１は、前後方向摩耗エネルギー及び横方向摩耗エネルギーを含む請求項１記載のタイヤ摩耗性能予測方法。