JP4280069B2 - タイヤ摩耗試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般にタイヤ摩耗試験方法に関し、より特別には室内摩耗試験に使用されるタイヤの負荷履歴を定める方法に関する。特に、本発明は、タイヤの負荷履歴を定めそしてタイヤの室内摩耗試験を導くためにタイヤの負荷履歴を使用する方法に関する。

自動車及びタイヤの製造業者はタイヤについて摩耗試験が行われることを希望する。本技術において種々のタイヤ摩耗試験方法が知られる。公知の一方法においては、試験タイヤは、運転されるであろう自動車上に置かれるることが多い。タイヤは、自動車が選定された走行距離を運転された後で測定される。別の知られた試験方法は、室内の摩耗試験ドラム上で実施される。摩耗試験ドラムは、路面を模擬するようにタイヤと組み合う回転面を備える。摩耗試験ドラムは、タイヤと回転面との間の力を変えるための機構を備える。回転面の速度もまた変えることができる。使用者は、これらの力及び速度を変えることにより実際の公道を模擬できる。従来技術における問題は、或る特定の車両についての公道における運転条件を模擬するためにいかなる力及び速度を使うかを容易に決定することができない点である。

例えば、地方道、高速道路、及び市街地道路における運転状態を含んだ日常の通勤に関する或る特定の車両における或る特定のタイヤの摩耗を模擬したいことがある。１年間の日常の通勤の総距離を２４，０００ｋｍ（１６，０００マイル）とする。タイヤと路面との間の力はこの通勤を通して絶えず変化し、そして室内試験を導く人は、室内試験ドラムにより試験タイヤのこれらの力を正確に模擬することを希望する。

タイヤの力を予測する一方法は、車輪の部品として取り付けられかつ車両が管理された試験走路上で運転されている間、車輪／タイヤ組立体とともに回転する車輪の力変換器を試験車に取り付けることである。車両には変換器からの力の信号を記憶するデータ獲得システムが装備される。例えば、前後の半径方向の力、横方向の力、駆動力／制動力、及びタイヤ速度を記録することができる。変換器はタイヤとともに回転するので、各変換器の角度方向の位置は、これを記録しなければならない。この測定システムに伴う問題点は、装置を試験場所から試験場所に輸送することが難しく、取付け時間が長く、更に変換器を装備している間は車両を公道上で運転できないことである。従って、データは、公道での運転状態を模擬した試験道路において集められるだけである。所与のタイヤを有する所与の自動車についての力の履歴を集めるプロセスは費用がかさみまた何週間もの時間を要することが多い。このプロセスは、種々の自動車及び種々のタイヤについて繰り返す必要がある。従って、本技術においては、室内摩耗試験についてのタイヤ負荷履歴を、より迅速かつより容易に作成することが望まれる。また、試験機のためのより正確な負荷履歴をもたらすタイヤ負荷履歴の作成方法も望まれる。
米国特許第５５６１２４４号

本発明は、室内摩耗試験機に使用するタイヤ負荷履歴を決定する方法を提供する。標本のタイヤ力が試験システムにより測定される。試験システムからのデータが、タイヤ力を車両の受ける加速度に関係付ける方程式を作るために使用される。計器が装備され摩耗試験コース上で運転される車両は、これがコース上で運転されている間の車両に関するデータを記録する。このデータは、室内摩耗試験機用の入力の力を作るための方程式に使用される。

本発明は、屋外の試験車両から集められたデータを、室内タイヤ摩耗試験を行うために室内のタイヤ摩耗試験ドラムの運転に使用し得るタイヤ負荷データに変換する方法を提供する。

本発明の方法は、一般に、摩耗試験されているタイヤに対してまず車両を特徴付けることにより行われる。本方法は、車両により測定すべき摩耗試験コースも必要である。本発明は、タイヤの摩耗試験をするために、室内の機械式摩耗試験機の駆動に使用する負荷履歴を作成するようにコース測定値と車両特性とを組み合わせる。得られた摩耗試験は、タイヤが試験コース上の車両に使用されるならば、正確にタイヤ摩耗を反映する。本発明により、摩耗試験は、過去におけるよりも非常に短時間に、かつ機械的破損の面倒なしに室内において行うことができる。便利さと時間の利点に加えて、単一のコース上で種々の車両を試験できるように適宜の車両特性で使用することができる。加えて、或るタイヤが種々のコースにおいて車両によりいかに機能するであろうかを比較するために、単一の車両特性を使うことができる。天候変化による管理不能な影響も避けられる。

車両特性
本発明の車両特性段階は、種々の運転条件下において車両のタイヤが受ける力を測定する。車両特性段階は、摩耗試験すべきタイヤを装着した車両において行われる。例えば、摩耗試験されたタイヤを或る特定の乗用車において使用する場合は、車両特性段階中、この特定の乗用車−又は類似の車−を使用すべきである。

車両特性段階は、タイヤの摩耗試験をする車両の各形式について繰り返すことができる。車両特性データは、２力プラットフォーム測定システム１０（図１）を使用して集めることができる。本技術において知られる一つのシステムは、ＡＭＴＩモデルＯＲ６−５−２０００と呼ばれる。このシステムは、車両１４により駆動されるように構成された地中の力プラットフォーム１２を備える。プラットフォーム間隔は輪距を受け入れるために調整可能である。車両１４のタイヤ１６が力プラットフォーム１２と組み合ったとき、変換器１８により３方向の力（前後方向（Ｆ_ｘ）、横方向（Ｆ_ｙ）、及び垂直方向（Ｆ_ｚ））が測定され、そしてコンピューターのような適切な記憶装置２０により記録される。データは、コンピューター２０に直接記憶され、或いは中間記憶装置に記憶されそれからコンピューター２０に記憶される。変換器１８は、有線又は無線の送信機により記憶装置２０と通信することができる。測定装置は、車両１４の速度の測定に使用することができる。本発明の別の実施例においては、車両速度は、タイヤ１６がプラットフォーム１２上を通過するときに集められたデータから処理することができる。

方向性の力の測定に加えて、タイヤ１６が力プラットフォーム１２を横切る移動中の（前後方向及び横方向の）加速度を測定するために、変換器２２が車両の重心に位置決めされる。タイヤ１６がプラットフォーム１２上を通過している間の車輪の傾斜角を測定するための適切な車輪傾斜角測定装置２４も使用される。車輪傾斜角装置の一形式が特許文献１に明らかにされる。２負荷プラットフォームからのデータ、加速度計の車内測定値、及び車輪傾斜角装置からのデータが同時に集められる。

車両１４が、或る速度範囲（例えば、３．２から３２ｋｍ／ｈ（２から２０ｍｐｈ））、旋回半径２６（例えば、９．１４から６０．９６ｍ（３０から２００ｆｔ））、及び直進方向２８の加速度／減速度（例えば、＋０．５ｇから−０．５ｇ）でプラットフォーム１２上を通過する間に、方向性の力、速度、加速度及び車輪傾斜角が測定される。これらの試験条件は、公道上及び高速道路上の運転条件においてほとんど毎日生ずる操舵、曲線走行時の加速度、制動減速度、前進加速度、及び真っすぐな一様な運動の、典型的に遭遇するレベル範囲にわたる。

コース特性
本発明の方法の別の段階は、摩耗試験コースを特徴付けることである。摩耗試験コースは、タイヤ摩耗試験情報を収集したいタイヤ製造業者又は自動車製造業者が、関心を有するいかなる試験コースとすることもできる。例えば、摩耗試験コースは、或る目標運転者の典型的な通勤路とすることができる。図２において、通勤している摩耗コース３０は、運転者の住所の出発位置３２、及び雇用先の運転者の場所の最終位置３４を含む。試験コースは、タクシー運転手が典型的に使用する市街地の運転コースとすることもできる。本発明の方法に利用し得る摩耗試験コースの形式は本質的に限定されない。

試験コース３０は、車両３８がコース３０上で運転されている間に車両重心の前後方向及び横方向の加速度を測定する車両３８内の測定装置３６を設備することを特徴とする。利点は、試験車両３８が、上述の試験車両１４と同じであることを必要としない点である。別の測定装置４０が車両の速度を記録する。装置４０は、速度決定のために路面と接触しないものとすることができる。或いは、装置４０は、車速ではなくて車両３８の操舵角を測定する。本発明の一実施例においては、前後方向加速度及び横方向加速度を測定するために２個の加速度計４２及び４４を使用する。車両３８が試験コース３０上で運転されている間に、パソコンのような適切なデータ記憶装置４６が、測定装置４０、４２及び４４と通信して規則的な間隔で試験データを記録することができる。一実施例においては、データは、全摩耗試験コース３０上で０．９１４ｍ（３ｆｔ）の移動ごとに記録される。従来の方法に勝るこの方法の一つの利点は、このデータを集めるに要する計器を車両内部に置くことができ、これにより車両を「交通法規］内に維持し公道上の走行を許すことである。過去においては、計器類は車両の外側にあった。本発明は、厳しい天候がデータ収集段階を無価値にすることも防止する。別の利点は、装置４０、４２及び４４が小型であり容易に積載できることである。測定装置は試験車両に迅速に設置することもできる。

摩耗試験コース３０上で集められたデータは記憶され、そして種々の車両に適用可能な数学的試験コースを作る。各コーナリング操作、各制動及び加速の事象、各丘陵及び市街地は、この数学的試験コースにおいてリアルタイムで取り込まれ再現される。使用者は、希望のように車両に適用可能な試験コースのライブラリーを作成するために多くの試験コースで運転することができる。

モデル開発
使用者は、車両を特徴付けた後で、前後方向の力（Ｆ_ｘ）、横方向の力（Ｆ_ｙ）、及び垂直方向の力（Ｆ_ｚ）を、摩耗試験コースにおいて測定された前後方向の加速度（Ａ_ｘ）、横方向加速度（Ａ_ｙ）、及び速度（Ｖ_ｘ）（又は操舵角）に関連付ける方程式を開発する。使用者は、タイヤの傾斜角（Ｉ．Ａ．）を、摩耗試験コースにおいて測定された前向き加速度、横方向加速度、及び速度（又は操舵角）に関係付ける方程式も開発する。方程式は以下の一般的な関数形式のものである。

Ｆ_ｘ＝ｆ１（Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，Ｖ_ｘ）
Ｆ_ｙ＝ｆ２（Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，Ｖ_ｘ）
Ｆ_ｚ＝ｆ３（Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，Ｖ_ｘ）
Ｉ．Ａ．＝ｆ４（Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，Ｖ_ｘ）
これら方程式の各は、加速度及び速度を力に関係付ける係数を含む。係数の値は、測定されたデータと方程式との最もよい適合を与える回帰により決定される。方程式及び係数は、２個の加速度と速度とを与えたときの力及び傾斜角を予測するための車両モデルを構成する。車両の各車輪位置を特徴付けるために、別の組の方程式係数が開発される。これらの方程式は、摩耗試験の加速度及び速度と室内摩耗試験機内にプログラムされる力とを関係付けるために使用される。

次の表は、各方程式に使用される項を示す。係数ａ_０からａ_６は、車両特性段階により測定された力、傾斜角、及び加速度を用いて最小自乗回帰により計算された。陰影の付けられた箱は独立変数のため方程式内の項に使用しないことを示す。チェックνは、この項が方程式、例えば次式内に示されることを示す。

Ｆ_ｚ＝ａ_０＋ａ_１＊Ａ_ｙ＋ａ_２＊Ａ_ｙ ^２＋ａ_３＊Ｋ＋ａ_４＊Ｋ^２＋ａ_５＊Ａ_ｘ
変数Ｋは経路の曲率を推定し、Ｋ＝Ａ_ｙ／Ｖ_ｘ ^２により計算される。好むならばＫの代わりに操舵角を使うことができる。加速度の項は、一般に、慣性負荷による負荷の移動を取り込むために必要とされる。曲率の項は、操舵システムの幾何学的効果により作られた力を計算するために必要である。図４は、車両の操舵システム及び速度が路面に関するタイヤの角度をなぜ幾何学的に変えるかを示す。角度Ａと角度Ｂとは異なり、このため、前輪タイヤは曲線半径に基づく異なった力を受ける。

Ｆ_ｘに対する回帰の完了後、運転位置にあるタイヤに対する空気力学的抵抗についての計算を助けるために、１個の追加項ａ_７＊Ｖ_ｘ ^２がＦ_ｘ方程式に加えられる。この項の係数は空気力学的抵抗係数と（その他の情報源から決定された）車両の前面面積との積から決定される。この項の寄与は、典型的に、車両特性過程中に使用される比較的低い車両速度においては微々たるものである。

（次節において説明される）室内摩耗試験機がＦ_ｘの代わりに入力として軸トルク（Ｍ_ｙ）を必要とする場合は、一つの追加変更が必要である。この場合は、Ｍ_ｙとＦ_ｘとの間の経験的な線形の関係が、考察中のタイヤについての別の力及びモーメント試験機から決定され、この関係がＦ_ｘからＭ_ｙへの変換に使用される。

室内試験機による摩耗試験
加速度及び速度に関する方程式が知られると、使用者は、屋外の摩耗試験コースを模擬するように（ＭＴＳモデル８６０ＲｏａｄＷｈｅｅｌ Ｔｒｅａｄ Ｗｅａｒ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍのような）室内型機械式摩耗試験機をプログラムすることができる。使用者は特徴付けられた摩耗試験コースを選定し、これらコースが車両の時間に関連するときの力を計算する。これらの力は室内型機械式摩耗試験機内に入力され、試験用の多くの距離数が選定される。室内型機械式摩耗試験機は、タイヤをドラムに対して回転させ、使用者により入力された力を作る。摩耗試験機は、タイヤが摩耗試験コース上で選定された数の距離を駆動されたかのように摩耗試験コースを連続して繰り返す。例えば、使用者は、２４，０００ｋｍ（１５，０００マイル）の通勤コース上で試験することができる。

本発明の方法により、室内試験設備を使用してタイヤを効果的かつ正確に摩耗試験をすることができる。この方法により、室内試験設備は、或る特定の屋外道路摩耗コース上を運動している或る特定の車両の各タイヤの位置を効率的に模擬することができる。この方法は、特徴付けられた車両を適宜の特徴付けられた摩耗試験コースにおいて試験することを許し、更に単一の摩耗試験コースを適宜の特徴付けられた車両により使用することを許す。

以上の説明において、幾つかの用語が簡単、明快、及び理解のために使用された。かかる用語は説明の目的で使用されかつ広く解釈されることが意図されるため、従来技術の要求を越えた不必要な限定を意味することはない。

更に、本発明の説明と図面とは例示である、本発明は図示され又は説明された詳細そのものに限定されることはない。

２力プラットフォーム型試験機の図式的な図面である。 試験車両が運転される摩耗試験コースの図式的な図面である。 図２に示された装置付き車両の図式的な図面である。 前タイヤの異なる操舵角を示している車両の図式的な図面である。

Claims (14)

1. （ａ）車両に取り付けられたタイヤを力プラットフォーム上で動かすことによりタイヤが経験する３方向の力を測定し、３方向の力が測定された時に車両の加速度及び速度を測定することにより、タイヤを有する車両を特徴付け、
   （ｂ）（ｉ）車両が摩耗試験コース上で運転されたときに車両が経験する前後方向及び横方向の加速度を測定し、（ｉｉ）車両が摩耗試験コース上で運転されたときの車両の速度を測定することにより、摩耗試験コースを特徴付け、
   （ｃ）摩耗試験コースの加速度及び速度をタイヤの経験した３方向の力に関係付ける方程式を作成することにより、特徴付けられた車両が特徴付けられた摩耗試験コース上で運転されたならば特徴付けられた車両が経験するであろう力を表現する力データを作成し、そして
   （ｄ）室内タイヤ摩耗試験機を駆動するために力データを使用する
   諸段階を含んだタイヤの摩耗試験方法。
2. 段階（ｉ）及び（ｉｉ）が、車両に測定装置を取り付け、そして車両を摩耗試験コース上で運転することにより行われる請求項１の方法。
3. 測定装置が車内に取り付けられる請求項２の方法。
4. （ａ）摩耗試験コース上で第１の試験車両を運転し、そして車両が摩耗試験コース上で運転されている間に第１の車両が経験する加速度及び速度を記録し、
   （ｂ）第２の車両の少なくとも第１の試験タイヤの３方向のタイヤの力を測定し、同時に、第２車両の加速度および速度を測定し、そして、該３方向のタイヤの力と、該第２の車両の加速度および速度とを関連付けて、
   （ｃ）第２の車両が磨耗試験コースで運転されたならば第２の車両のタイヤにおいて作られるであろう力を予測し、そして
   （ｄ）予測されたタイヤの力を室内タイヤ摩耗試験機に入力する
   諸段階を含むタイヤの摩耗試験方法。
5. 段階（ａ）が、第１の車両の前後方向加速度、横方向加速度、及び速度を測定する諸段階を含む請求項４の方法。
6. 第１の車両の前後方向の加速度、横方向の加速度および速度の測定値が、第１の車両に取り付けられた計器により記録される請求項５の方法。
7. 摩耗試験コースが公道を含む請求項６の方法。
8. 段階（ｂ）が、加速度及び速度を第２の車両のタイヤの経験した３方向の力に関係付ける方程式を作る段階を含む請求項５の方法。
9. 段階（ｂ）が、第２の車両の旋回半径に基づいて方向性の力の少なくも１個を補償する段階を含む請求項８の方法。
10. （ａ）少なくも第１の試験タイヤを有する第１の試験車両を選定し、
    （ｂ）第１の車両の加速度及び速度の測定中に、少なくも第１の試験タイヤが経験する力を測定し、
    （ｃ）少なくも１個の第１の試験タイヤが経験した力を第１の車両の加速度及び速度に関係する式を作り、
    （ｄ）摩耗試験コース上で第２の試験車両を運転し、そしてこれが摩耗試験コース上で運転されるときの第２の車両の加速度及び速度を記録し、
    （ｅ）段階（ｃ）で作られた式を用いることにより、摩耗試験コース上で第２の試験車両において記録された速度及び加速度を使用して、室内摩耗試験機のための入力の力を作り、
    （ｆ）入力の力を摩耗試験機に入力し、そして
    （ｇ）入力の力を使用している摩耗試験機により第１のタイヤについて室内摩耗試験を行う
    諸段階を含むタイヤの摩耗試験方法。
11. 段階（ｂ）が、加速度及び速度の測定中に少なくも第１の試験タイヤの傾斜角を測定することを含む請求項１０の方法。
12. 段階（ｃ）が、車輪傾斜角を車両の加速度及び速度に関係付ける方程式を作る段階を含む請求項１１の方法。
13. 段階（ｄ）が、摩耗試験コース上で車両が運転されるとき車両が経験する前後方向及び横方向の加速度を測定する段階を含む請求項１０の方法。
14. 段階（ｂ）が、少なくも第１の試験タイヤが経験した３方向の力を測定する段階を含む請求項１０の方法。

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