JP4613650B2 - Tire design method - Google Patents
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Description
本発明は、車両の走行シミュレーションを行うことによって、所望の車両性能を実現するために、車両諸元(ホイールベース、重心高さ、車両の総重量、車両の前後輪の重量配分等)に応じたタイヤの目標特性を決定するタイヤの設計方法に関する。 According to the present invention, in order to realize a desired vehicle performance by performing a vehicle running simulation, according to vehicle specifications (wheel base, height of center of gravity, total weight of vehicle, weight distribution of front and rear wheels of vehicle, etc.) The present invention relates to a tire design method for determining target characteristics of a tire.
現在、車両の開発初期段階において所望の車両性能を実現する車両諸元の決定は、コンピュータを用いたシミュレーションを行い、所望の車両性能を実現するか否かを判断することによって行われている。すなわち、設定した車両諸元のデータに基づいて車両モデルを生成し、この車両モデルにタイヤの発生力を与えて車両の走行シミュレーションを行い、シミュレーション結果からこの車両諸元における車両の性能評価が行われる。
特に車両の走行シミュレーションを行う際、タイヤは、路面から受ける力を車両に伝達する唯一の構成部品であるため、タイヤの発生力を正確に定める必要がある。ここで述べる発生力とは前後力とコーナリング中の横力である。このタイヤの発生力として、例えば、タイヤのコーナリング中に発生する横力とセルフアライニングトルクのスリップ角依存性を表す特性曲線を、下記式(9)の基本式で代表される「Magic Formula」で近似することが提案されている。
Y(x)=Dsin[Ctan−1{Bx−E(Bx−tan−1(Bx))}] (9)
「Magic Formula」は、式(9)内の各パラメータB〜Eの値を決定することによってタイヤ特性を表す非線形近似式を用いた非解析モデルである。
この「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値を用いて、車両の走行シミュレーションを行うことが一般的に行われている。
Currently, in the initial stage of vehicle development, determination of vehicle specifications that achieve desired vehicle performance is performed by performing a simulation using a computer and determining whether to achieve desired vehicle performance. In other words, a vehicle model is generated based on the set vehicle specification data, a tire driving force is applied to the vehicle model, a vehicle running simulation is performed, and the vehicle performance evaluation for the vehicle specification is performed from the simulation result. Is called.
In particular, when performing a running simulation of a vehicle, the tire is the only component that transmits the force received from the road surface to the vehicle, and therefore it is necessary to accurately determine the generated force of the tire. The generated force described here is a longitudinal force and a lateral force during cornering. As the generated force of the tire, for example, a characteristic curve representing the slip angle dependency of the lateral force and self-aligning torque generated during cornering of the tire is represented by the “Magic Formula” represented by the following basic formula (9): It is proposed to approximate by
Y (x) = Dsin [Ctan −1 {Bx−E (Bx−tan −1 (Bx))}] (9)
“Magic Formula” is a non-analytic model that uses a nonlinear approximation formula that represents tire characteristics by determining the values of parameters B to E in Formula (9).
In general, a vehicle running simulation is performed using the values of parameters B to E of the “Magic Formula”.
特に、自動車製作業者にタイヤを納品するタイヤ製造業者は、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値を用いて車両の走行シミュレーションを行い、所望の性能が目標値を達成するように、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値を決定し、このパラメータB〜Eの値を実現するようにタイヤの構造設計、材料設計を行っている。 In particular, a tire manufacturer who delivers tires to an automobile manufacturer performs a vehicle running simulation using the values of the parameters B to E of the “Magic Formula”, and “Magic” The values of the parameters B to E of the “Formula” are determined, and the structure design and material design of the tire are performed so as to realize the values of the parameters B to E.
下記特許文献1では、タイヤ性能を、タイヤが装着される車両と組み合わせて評価することで最適な設計を行うことができるタイヤ設計方法を開示している。
図17は、特許文献1に開示されるタイヤ設計方法のフローを示す図である。
The following
FIG. 17 is a diagram illustrating a flow of the tire design method disclosed in
具体的には、タイヤの設計値の入力に基づいてタイヤの有限要素でモデル化して、タイヤの走行シミュレーションを行う。この走行シミュレーションにより、タイヤの特性データを算出し、このタイヤの特性データから、「Magic Formula」のパラメータB〜Eを求める。
一方、車両諸元のデータの設定に基づいて、機構解析モデルである車両モデルを作成する。次に、走行シミュレーション条件が設定され、先に求めた「Magic Formula」のパラメータB〜Eとともに車両モデルに付与されて車両の走行シミュレーションが行われる。
走行シミュレーションの結果から性能評価データが算出される。
一般的には、例えば、耐久性能の場合には特定の部材に加わる応力の最大値や特定部材の変形量を性能評価データとして用いる。緊急回避性能の場合には車両の走行速度と最大横加速度との関係、又は車両の滑り角、その変化率の時間的なトレースに基づく安定性を評価する。
この性能評価データが目標値を達成しない場合、目標未達成と判別されて、タイヤの設計値の修正が行われる。この修正に応じて、有限要素で構成されるタイヤのモデルが再生成される。
こうして、車両走行シミュレーション結果における性能評価データが目標値を達成するまで、繰り返しタイヤの設計値が修正される。性能評価データが目標値を達成すると、修正されたタイヤの設計値がタイヤ設計仕様として決定される。
Specifically, a tire running simulation is performed by modeling with a finite element of the tire based on the input of the design value of the tire. By this running simulation, tire characteristic data is calculated, and parameters “B” to “E” of “Magic Formula” are obtained from the tire characteristic data.
On the other hand, a vehicle model, which is a mechanism analysis model, is created based on the setting of vehicle specification data. Next, a travel simulation condition is set, and the travel simulation of the vehicle is performed by being given to the vehicle model together with the parameters B to E of “Magic Formula” obtained previously.
Performance evaluation data is calculated from the result of the running simulation.
In general, for example, in the case of durability performance, the maximum value of stress applied to a specific member and the deformation amount of the specific member are used as performance evaluation data. In the case of emergency avoidance performance, the stability based on the time trace of the relationship between the traveling speed of the vehicle and the maximum lateral acceleration or the slip angle of the vehicle and the rate of change thereof is evaluated.
When the performance evaluation data does not achieve the target value, it is determined that the target is not achieved, and the design value of the tire is corrected. In response to this correction, a tire model composed of finite elements is regenerated.
In this way, the design value of the tire is repeatedly corrected until the performance evaluation data in the vehicle travel simulation result achieves the target value. When the performance evaluation data achieves the target value, the modified tire design value is determined as the tire design specification.
しかし、上記設計方法では、性能評価において所定の目標性能を達成できない場合、タイヤの設計値(タイヤの形状やタイヤ各部分の寸法等)を修正するので、車両走行シミュレーションに直接影響を与える「Magic Formula」のパラメータB〜Eが、修正したタイヤの設計値によってどのように修正されるかわかりづらく、タイヤの設計値の修正によって目標性能に近づくか否かも十分にわからない。このため、タイヤの設計値を修正して効率よくタイヤの設計仕様を決定するには、熟練した設計者によって行う必要があり、誰しも容易に設計仕様を決定することができない。すなわち、タイヤを有限要素で細かくモデル化するため、修正の対象となる部分が極めて多数あり、どこを修正すればよいか不明な場合が多く、熟練した設計者に頼らざるを得ない。又、タイヤの設計値の修正の度に、有限要素モデルであるタイヤのモデルを生成し直す煩雑さがある。さらに、時間のかかるタイヤの走行シミュレーション及び車両の走行シミュレーションを多数繰り返す必要があり、満足な性能を実現するタイヤの設計値を効率よく見出すことは難しい。 However, in the above design method, if the specified target performance cannot be achieved in the performance evaluation, the design value of the tire (the shape of the tire, the dimensions of each part of the tire, etc.) is corrected. It is difficult to understand how the parameters B to E of the “Formula” are modified by the modified tire design values, and it is not fully known whether the target performance is approached by the modification of the tire design values. For this reason, in order to correct the design value of the tire and efficiently determine the design specification of the tire, it is necessary to be performed by a skilled designer, and no one can easily determine the design specification. That is, since the tire is modeled finely with a finite element, there are a large number of parts to be corrected, and it is often unclear where to correct, and it is necessary to rely on a skilled designer. In addition, every time the design value of the tire is corrected, there is a complexity of regenerating a tire model that is a finite element model. Further, it is necessary to repeat many time-consuming tire running simulations and vehicle running simulations, and it is difficult to efficiently find tire design values that achieve satisfactory performance.
そこで、本発明は、従来のタイヤの設計方法とは異なり、タイヤの発生力あるいはトルクとして表される「Magic Formula」等の近似式における近似式パラメータが、タイヤの各種剛性を含むタイヤ力学要素パラメータと結びついており、しかも、「Magic Formula」等の近似式パラメータの値が実現可能なものであり、しかも熟練設計者か否かによらず、目標性能を達成するタイヤ設計仕様を効率よく決定することのできるタイヤ設計方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention differs from conventional tire design methods in that the approximate expression parameters in the approximate expression such as “Magic Formula” expressed as the generation force or torque of the tire include tire dynamic element parameters including various tire stiffnesses. In addition, the values of approximate formula parameters such as “Magic Formula” are feasible, and the tire design specifications that achieve the target performance are determined efficiently regardless of whether or not they are skilled designers. It is an object of the present invention to provide a tire designing method that can handle the above.
本発明は、路面との間で作用する剪断力に基づいてタイヤ回転軸に作用する力又はトルクのスリップ率依存性を表す特性曲線の情報と車両諸元の情報とを用いて車両の走行シミュレーションを行うことによって、車両諸元の情報に応じて所望の車両性能を達成するタイヤを設計する方法であって、車両諸元の情報を用いて車両モデルを作成するモデル作成ステップと、複数のタイヤ力学要素パラメータを用いて構成されるタイヤ力学モデルに基づいて、前記特性曲線を定めるタイヤ力学要素パラメータの値を設定するとともに、このタイヤ力学要素パラメータによって算出される前記特性曲線を非線形近似式で近似したときの、非線形近似式を規定する近似式パラメータの値を前記車両モデルに付与して、所定の走行条件で走行シミュレーションを行い、この走行シミュレーションの結果を用いて車両の性能評価を行う性能評価ステップと、前記性能評価において、車両モデルが目標性能を満足しない場合、前記近似式パラメータの値を修正し、この修正された値を前記車両モデルに付与して走行シミュレーションを行い、この走行シミュレーションの結果を用いて車両の性能評価を行うとともに、修正された近似式パラメータの値によって規定される非線形近似式から算出される特性曲線を用いて、前記タイヤ力学モデルに基づいて、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するタイヤ特性修正ステップと、前記車両モデルが所定の性能を満足する場合、導出した前記タイヤ力学要素パラメータの値をタイヤ目標特性として決定するタイヤ特性決定ステップと、を有することを特徴とするタイヤの設計方法を提供する。 The present invention is a vehicle running simulation using information on characteristic curves representing slip ratio dependence of force or torque acting on a tire rotation axis based on shearing force acting on a road surface and information on vehicle specifications. A method of designing a tire that achieves a desired vehicle performance according to information on the vehicle specifications, a model creation step for creating a vehicle model using the information on the vehicle specifications, and a plurality of tires Based on a tire dynamic model configured using dynamic element parameters, the value of the tire dynamic element parameter that defines the characteristic curve is set, and the characteristic curve calculated by the tire dynamic element parameter is approximated by a nonlinear approximation formula The value of the approximate expression parameter that defines the nonlinear approximate expression is given to the vehicle model to simulate the travel under predetermined travel conditions. A performance evaluation step for evaluating the performance of the vehicle using the result of the running simulation, and if the vehicle model does not satisfy the target performance in the performance evaluation, the value of the approximate expression parameter is corrected, and the correction is performed. The calculated value is assigned to the vehicle model to perform a travel simulation, and the performance of the vehicle is evaluated using the result of the travel simulation, and is calculated from a nonlinear approximate expression defined by the corrected approximate expression parameter value. A tire characteristic correction step for deriving a value of the tire dynamic element parameter based on the tire dynamic model using a characteristic curve, and when the vehicle model satisfies a predetermined performance, the derived tire dynamic element parameter A tire characteristic determining step for determining the value of the tire as a tire target characteristic. To provide a method of designing a tire to be butterflies.
前記特性曲線は、スリップ角を与えたときの、タイヤ軸に発生する横力及びセルフアライニングトルクのスリップ角依存性を表す曲線、あるいはタイヤの転動速度の加減時にタイヤ軸に発生する前後力のスリップ率依存性を表す曲線を含む。
前記特性曲線が、タイヤ軸に発生する横力及びセルフアライニングトルクのスリップ角依存性を表す特性曲線である場合、前記タイヤ力学モデルは、横力を算出するとともに、セルフアライニングトルクをタイヤの接地面に作用する横力によって生じる横力トルク成分と、タイヤの接地面に作用する前後力によって生じる前後力トルク成分とに分けてセルフアライニングトルクを算出するモデルであることが好ましい。
また、前記タイヤ特性修正ステップにおいて、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出する際、前記横力の特性曲線と前記タイヤ力学モデルで算出される横力の対応する曲線との二乗残差和と、前記セルフアライニングトルクの特性曲線と前記タイヤ力学モデルで算出されるセルフアライニングトルクの対応する曲線との二乗残差和とを、重み付け係数を用いて重み付け加算した値であって、前記重み付け係数として、前記近似式パラメータの値により算出される前記横力および前記セルフアライニングトルクのそれぞれの特性曲線の、スリップ角に依存して変化する値のばらつきの情報から求められる係数を用いた複合二乗残差和の値が、所定値以下となるように、タイヤのコーナリング中の特性を表すタイヤ力学要素パラメータの値を導出することが好ましい。
The characteristic curve is a curve representing the slip angle dependency of the lateral force and self-aligning torque generated on the tire shaft when a slip angle is given, or the longitudinal force generated on the tire shaft when the rolling speed of the tire is adjusted. Including a curve representing the slip ratio dependency of.
When the characteristic curve is a characteristic curve representing the slip angle dependency of the lateral force generated on the tire shaft and the self-aligning torque, the tire dynamic model calculates the lateral force and calculates the self-aligning torque on the tire. It is preferable that the self-aligning torque be calculated by dividing the lateral force torque component generated by the lateral force acting on the ground contact surface and the longitudinal force torque component generated by the longitudinal force acting on the tire ground contact surface.
In the tire characteristic correction step, when deriving the value of the tire dynamic element parameter, the sum of square residuals of the characteristic curve of the lateral force and the corresponding curve of the lateral force calculated by the tire dynamic model, The weighted coefficient is a value obtained by weighting and adding a square residual sum of a characteristic curve of the self-aligning torque and a corresponding curve of the self-aligning torque calculated by the tire dynamic model using a weighting coefficient. As a composite square using a coefficient obtained from information on variation in values depending on the slip angle of the characteristic curves of the lateral force and the self-aligning torque calculated from the values of the approximate expression parameters The value of the tire dynamic element parameter indicating the characteristic during cornering of the tire is set so that the value of the residual sum is not more than a predetermined value. It is preferable to leave.
さらに、また、前記タイヤ特性修正ステップにおいて、前記特性曲線から、前記タイヤ力学モデルに基づいて、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出する際、セルフアライニングトルクにより発生するタイヤの捩じり変形によって、付与されるスリップ角が修正された実効スリップ角を用いてタイヤ力学要素パラメータの値を導出することが好ましい。
前記タイヤ特性修正ステップにおいて導出されるタイヤ力学要素パラメータは、例えば、タイヤのトレッド部材と路面との間の凝着摩擦係数およびすべり摩擦係数と接地圧分布の形状を規定する形状規定係数を含む。その際、前記タイヤ特性修正ステップにおいて、例えば、予め求められた、タイヤの剪断変形に対する剛性パラメータ、タイヤの横曲げ変形に対する剛性パラメータおよびタイヤの捩じり変形に対する剛性パラメータの少なくとも1つを用いて、前記凝着摩擦係数、前記すべり摩擦係数および前記形状規定係数を導出することが好ましい。
Further, in the tire characteristic correction step, when the value of the tire dynamic element parameter is derived from the characteristic curve based on the tire dynamic model, due to torsional deformation of the tire generated by self-aligning torque. It is preferable to derive the value of the tire dynamic element parameter using the effective slip angle in which the applied slip angle is corrected.
The tire dynamic element parameters derived in the tire characteristic correction step include, for example, an adhesion friction coefficient between the tire tread member and the road surface, a sliding friction coefficient, and a shape defining coefficient that defines the shape of the contact pressure distribution. At this time, in the tire characteristic correction step, for example, using at least one of a stiffness parameter for tire shear deformation, a stiffness parameter for lateral bending deformation of the tire, and a stiffness parameter for torsional deformation of the tire, which are obtained in advance. It is preferable to derive the adhesion friction coefficient, the sliding friction coefficient, and the shape defining coefficient.
本発明では、車両モデルに、近似式パラメータを与えて走行シミュレーションを行い、そのときの性能評価において車両モデルが目標性能を満足しない場合、近似式パラメータを修正して、再度、走行シミュレーションを行う。その際、修正した近似式パラメータによって規定される非線形近似式から特性曲線を算出し、この特性曲線から、タイヤ力学モデルに基づいてタイヤ力学要素パラメータを導出する。このためタイヤのコーナリング特性として表される非線形近似式における近似式パラメータは、タイヤの各種剛性を含むタイヤ力学要素パラメータと結びついており、熟練設計者でなくても、実際のタイヤにおいて実現可能なパラメータを用いてタイヤ設計仕様を効率よく決定することができる。
タイヤ力学要素パラメータは、タイヤ製造業者にとって判り易いパラメータであり、従来からタイヤ力学要素パラメータを調整するには、どのようなタイヤ寸法や形状を用いればよいか比較的知られているので、タイヤ製造業者は、決定されたタイヤ設計仕様に基づいて、タイヤの設計を容易に行うことができる。
In the present invention, an approximate expression parameter is given to the vehicle model to perform a travel simulation. If the vehicle model does not satisfy the target performance in the performance evaluation at that time, the approximate expression parameter is corrected and the travel simulation is performed again. At this time, a characteristic curve is calculated from a nonlinear approximation formula defined by the corrected approximation formula parameter, and a tire dynamic element parameter is derived from the characteristic curve based on the tire dynamic model. For this reason, the approximate expression parameters in the non-linear approximate expression expressed as the cornering characteristics of the tire are linked to the tire dynamic element parameters including the various rigidity of the tire, and parameters that can be realized in an actual tire without being a skilled designer Can be used to efficiently determine the tire design specifications.
The tire dynamic element parameters are parameters that are easily understood by the tire manufacturer, and since it is relatively known what tire dimensions and shapes should be used to adjust the tire dynamic element parameters, A trader can easily design a tire based on the determined tire design specification.
以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明のタイヤの設計方法を詳細に説明する。 Hereinafter, a tire designing method of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
図1は、本発明のタイヤの設計方法を実施する装置1の構成図である。装置1は、各種プログラムを実行させることでタイヤの設計方法を行うコンピュータで構成される。
装置1は、車両諸元のデータ(ホイールベース、重心高さ、車両の総重量、車両の前後輪の重量配分等)と車両の構成部品であるタイヤの設計値から、車両が所望の性能を発揮するタイヤ設計仕様を決定する装置である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an
The
装置1は、コンピュータの各部位及び各プログラムの実行を管理、制御するCPU2と、バス3を介して各種条件や演算結果を記憶するメモリ4と、各種条件や各種情報を指示入力するマウスやキーボード等の入力操作系5と、入力操作系5をバス3に接続するインターフェース6と、各種条件や情報の入力画面やシミュレーション結果をはじめとする各種プログラムの処理結果を表示し、プリント出力する出力装置7と、後述する各種プログラムを有し、本装置1の機能を実現するプログラム群8と、を有して構成される。
The
ここでプログラム群8は、後述するタイヤ力学モデルに基づいて、タイヤのコーナリング中の横力及びセルフアライニングトルクの特性曲線を定めるタイヤ力学要素パラメータの値を設定し、又車両諸元のデータを設定する設定プログラム9と、車両モデルを用いて車両の走行シミュレーションを行う車両走行シミュレーションプログラム10と、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値が与えられると、タイヤのコーナリングの特性曲線のデータを算出し、又コーナリングの特性曲線が与えられると、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値を算出する、「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11と、コーナリングの特性曲線が与えられると、後述するタイヤ力学モデルに基づいて複数のタイヤ力学要素パラメータ(以降、力学要素パラメータという)を導出し、あるいは、タイヤ力学モデルにおける力学要素パラメータが与えられると、タイヤ力学モデルを用いて横力およびセルフアライニングトルク(以降、トルクという)のコーナリングの特性曲線を算出するタイヤ力学モデルプログラム群12と、これらのプログラムの制御、管理を統合して行い、シミュレーション結果に応じて力学要素モアデルの値を修正し、又シミュレーション結果から算出される性能評価データを用いて車両モデルの性能評価を行う統合・管理プログラム13と、を有して構成される。
ここで、コーナリングの特性曲線とは横力、トルクのスリップ角依存性を表す曲線である。
なお、「Magic Formula」のパラメータB〜Eは、横力及びセルフアライニングトルクの特性曲線を上記式(9)に示される非線形近似式で近似したときの、非線形近似式を規定する近似式パラメータである。
Here, the
Here, the cornering characteristic curve is a curve representing the slip angle dependency of lateral force and torque.
The parameters B to E of “Magic Formula” are approximate expression parameters that define a nonlinear approximate expression when the characteristic curves of the lateral force and the self-aligning torque are approximated by the nonlinear approximate expression shown in the above formula (9). It is.
設定プログラム9は、車両諸元のデータ及び力学要素パラメータの値をタイヤ設計値として設定する部分であり、例えばホイールベース、重心高さ、車両の総重量、車両の前後輪の重量配分、サスペンション特性等のデータが、入力操作系5を介して、あるいはメモリ4に記憶されたデータを呼び出すことにより設定される。また、力学要素パラメータの値はメモリ4に記憶されたデータを呼び出すことにより設定される。
車両走行シミュレーションプログラム10は、車両諸元のデータに従って車両モデルを作成し、操作入力系5から与えられた走行シミュレーション条件、あるいは、メモリ4に記憶された走行条件を呼び出し、生成された車両モデルに設定されたパラメータB〜Eの値を付与して、車両の走行シミュレーションを行う部分である。
The
The vehicle
走行シミュレーションに用いられる車両モデルは機構解析モデルであり、例えば機構解析ソフトウェアADAMSで作成されるモデルである。また、運動解析ソフトウェアCarSimや制御系設計ソフトウェアMatLabにて定義される解析モデルであってもよい。
走行シミュレーション条件は、車両の走行速度、操舵角、路面のプロファイル形状等であり、評価しようとする性能に応じて異なる走行シミュレーション条件が設定される。
走行シミュレーションは、機構解析ソフトウェアADAMSにて行われる。また、運動解析ソフトウェアCarSimや制御系設計ソフトウェアMatLabにて走行シミュレーションの演算が行われてもよい。
The vehicle model used for the traveling simulation is a mechanism analysis model, for example, a model created by mechanism analysis software ADAMS. Alternatively, an analysis model defined by the motion analysis software CarSim or the control system design software MatLab may be used.
The traveling simulation conditions are the traveling speed of the vehicle, the steering angle, the profile shape of the road surface, and the like, and different traveling simulation conditions are set according to the performance to be evaluated.
The running simulation is performed by mechanism analysis software ADAMS. Further, the calculation of the running simulation may be performed by the motion analysis software CarSim or the control system design software MatLab.
「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11は、パラメータB〜Eに値が与えられた場合、このパラメータB〜Eの値を用いて上記式(9)に従って横力及びセルフアライニングトルクの値を算出し、横力及びセルフアライニングトルクの特性曲線を求める。パラメータB〜Eの値は数種類の荷重毎に与えられており、荷重毎にスリップ角依存性の特性曲線が求められる。また、荷重毎に与えられるパラメータB〜Eの値を用いて、スリップ角1度のときの、横力やセルフアライニングトルクの荷重依存性の特性曲線も求めることができる。
一方、横力及びセルフアライニングトルクのスリップ角依存性の特性曲線が「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11に与えられた場合、この特性曲線から、パラメータB〜Eの値を求める。パラメータB〜Eの値の求め方は特に限定されないが、例えば式(9)はパラメータB〜Eに対して非線形であるため、Newton-Raphson法に従って行なわれることが好ましい。
タイヤ力学モデルプログラム群12については、以降で詳述する。
The “Magic Formula” data /
On the other hand, when the characteristic curve depending on the slip angle dependency of the lateral force and the self-aligning torque is given to the “Magic Formula” data
The tire dynamic
統合・管理プログラム13は、上記プログラムの制御、管理を統合して行い、また、車両の走行シミュレーション結果に応じて「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値を修正し、又シミュレーション結果から車両の性能評価を行う部分である。性能評価として算出される所定の性能評価データが設定された目標値に到達しない場合、統合・管理プログラム13では、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値を、性能評価データが設定された目標値を満足するまで繰り返し修正する。修正方法は、特に限定されないが、例えば、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値を予め定められた幅で変更する。性能評価として算出される性能評価データが設定された目標値に到達しない場合、修正された「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値から導出された力学要素パラメータが所望の性能を実現する設計仕様として決定される。このようなタイヤ設計仕様は出力装置7に出力される。
The integration /
タイヤ力学モデルプログラム群12は、タイヤ力学モデルを解析式で表し、設定された力学要素パラメータを用いて横力およびトルクを算出するタイヤ力学モデル演算プログラム14と、タイヤ力学モデル演算プログラム14に所定のシーケンスで演算させることによって、各種の力学要素パラメータを導出する、あるいはタイヤ力学モデルで力が釣り合い状態(平衡状態)にある横力およびトルクを算出するプログラムを含む。なお、タイヤ力学モデルプログラム群12にて導出された各種の力学要素パラメータ、あるいは算出された横力およびトルクの特性曲線は出力装置7に出力されるように構成される。
The tire dynamic
なお、タイヤ力学モデルが構成する力学要素パラメータは、以下のものが例示される。
(a)タイヤの横方向の剪断剛性によって定められる横剛性Ky0、
(b)路面とタイヤ間のすべり摩擦係数μd、
(c)横剛性Ky0を路面とタイヤ間の凝着摩擦係数μsで除算した横剛性係数(Ky0/μs)、
(d)ベルト部材の横方向曲げ係数ε、
(e)タイヤのタイヤ中心軸周りのねじり剛性の逆数であるねじりコンプライアンス(1/Gmz)、
(f)横力発生中の接地面の接地圧力分布を規定する係数n、
(g)接地圧力分布の偏向の程度を表す係数Cq、
(h)接地面におけるタイヤ中心位置の前後方向への移動の程度を示す移動係数Cxc、
(i)横力発生時の実効接地長le、
(j)接地面内の前後剛性Ax(前後力トルク成分を定めるパラメータ)、等である。
In addition, the following are illustrated as a dynamic element parameter which a tire dynamic model comprises.
(A) the lateral stiffness K y0 defined by the lateral shear stiffness of the tire,
(B) sliding friction coefficient between road surface and tire μ d ,
(C) lateral stiffness coefficient (K y0 / μ s ) obtained by dividing lateral stiffness K y0 by an adhesion friction coefficient μ s between the road surface and the tire,
(D) the lateral bending coefficient ε of the belt member,
(E) Torsional compliance (1 / Gmz ) which is the reciprocal of torsional rigidity around the tire central axis of the tire,
(F) Coefficient n that defines the contact pressure distribution on the contact surface during the generation of lateral force,
(G) a coefficient C q representing the degree of deflection of the ground pressure distribution,
(H) A movement coefficient C xc indicating the degree of movement of the tire center position in the front-rear direction on the ground contact surface
(I) Effective ground contact length l e when lateral force is generated,
(J) The longitudinal rigidity A x in the contact surface (a parameter that determines the longitudinal force torque component), and the like.
ここで、横剛性Ky0、横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)のGmzは、それぞれタイヤの剪断変形に対する剛性パラメータ、横曲げ変形に対する剛性パラメータおよびタイヤの捩じり変形に対する剛性パラメータである。また、横力の発生する方向である横方向とは、タイヤの回転軸の軸線方向を意味する。したがって、タイヤが直進状態で転動する場合の横方向は転動方向に対する左右方向となって方向が一致するが、スリップ角が付いた場合の横方向はタイヤの転動方向に対してスリップ角分ずれる。前後方向とは、タイヤの接地する路面に平行であり、かつタイヤの回転軸の軸線方向に対して直交する方向をいう。また、タイヤ中心軸(図5(a),(b)中の軸CLをいう)は、タイヤの転動する回転軸に直交し、かつタイヤの幅方向の中心面を通る、路面に垂直な軸である。 Here, lateral stiffness K y0, lateral bending coefficient epsilon, G mz of the torsional compliance (1 / G mz), the rigid parameters for shear deformation of the tire, respectively, with respect to torsional deformation of the stiffness parameter and the tire with respect to the lateral bending deformation It is a stiffness parameter. Further, the lateral direction in which the lateral force is generated means the axial direction of the tire rotation axis. Therefore, the lateral direction when the tire rolls in a straight line state is the left-right direction with respect to the rolling direction, and the direction coincides. However, when the slip angle is added, the lateral direction is the slip angle with respect to the tire rolling direction. I can't tell. The front-rear direction refers to a direction that is parallel to the road surface on which the tire contacts and that is orthogonal to the axial direction of the rotation axis of the tire. The tire central axis (referred to as the axis CL in FIGS. 5A and 5B) is perpendicular to the road surface perpendicular to the rotational axis of the tire and passing through the central plane in the tire width direction. Is the axis.
タイヤ力学モデルプログラム群12は、異なる4種類のシーケンスを有し、それぞれのシーケンスに対応して、CP(スリップ角1度のときの横力)およびSATP(スリップ角1度のときのセルフアライニングトルク)の荷重依存性の曲線から上記各力学要素パラメータを決定するCP/SATPパラメータ算出プログラム20と、横力およびトルクのスリップ角依存性の特性曲線から上記各力学要素パラメータを決定するFy/Mzパラメータ算出プログラム22と、タイヤ力学モデルで力の釣り合い状態にあるCPおよびSATPの算出データを得るCP/SATPデータ算出プログラム24と、タイヤ力学モデルで力の釣り合い状態にある横力およびトルクの算出データを得るFy/Mzデータ算出プログラム26と、を有して構成される。
なお、CP/SATPパラメータ算出プログラム20、Fy/Mzパラメータ算出プログラム22、CP/SATPデータ算出プログラム24およびFy/Mzデータ算出プログラム26、の機能については、後述する。
The tire dynamic
The functions of the CP / SATP
タイヤ力学モデル演算プログラム14は、設定プログラム9において設定された車両諸元のデータ及び力学要素パラメータの値、あるいは、統合・管理プログラム13にて修正された車両諸元のデータ及び力学要素パラメータの値を用いてタイヤ力学モデルに基づいた横力およびトルクの対応算出データ(横力Fy'およびトルクMz’)を算出し、算出した値を処理結果として、CP/SATPパラメータ算出プログラム20、Fy/Mzパラメータ算出プログラム22、CP/SATPデータ算出プログラム24、或いはFy/Mzデータ算出プログラム26に返す演算部である。
図2、図3、図4(a)〜(c)、図5(a)〜(d)および図6(a)〜(c)はタイヤ力学モデルを説明する図である。
The tire dynamic
2, 3, 4 (a) to (c), FIGS. 5 (a) to (d), and FIGS. 6 (a) to (c) are diagrams illustrating a tire dynamic model.
タイヤ力学モデルは、図2に示すように、剛体の円筒部材にサイドウォールのばね特性を表す複数のばね要素からなるサイドウォールモデルと、これらのばね要素に接続された弾性リング体からなるベルトモデルと、この弾性リング体の表面に接続されたトレッドモデルを表す弾性要素からなるトレッドモデルとを有して構成されるものである。 As shown in FIG. 2, the tire dynamic model includes a sidewall model composed of a plurality of spring elements representing the spring characteristics of the sidewalls on a rigid cylindrical member, and a belt model composed of an elastic ring body connected to these spring elements. And a tread model composed of an elastic element representing a tread model connected to the surface of the elastic ring body.
タイヤ力学要素演算プログラム14にて定める上記タイヤ力学モデルでは、より具体的には、図3に示すように、タイヤの各種ばね要素をまとめることによって構成される各種線形パラメータおよびベルト部材の横方向曲げ係数εや係数Cq等の非線形パラメータからなる力学要素パラメータが設定され、スリップ角αおよび横力FyおよびトルクMzを入力することで、図3中の式(1)〜(6)によって処理された横力およびトルクの値(以降、横力Fy’、トルクMz’とする)が算出されるように構成されている。勿論、入力された横力FyおよびトルクMzの値と、処理された横力Fy’およびトルクMz’の値との誤差が所定値以下、すなわち略一致した(収束した、タイヤ力学モデルで力が釣り合い状態となった)場合にのみ、横力Fy’およびトルクMz’の値が力の釣り合い状態を実現するタイヤの横力およびトルクの値として決定される。
なお、線形パラメータとは、式(5),(6)において線形の形式で表されている力学要素パラメータをいい、非線形パラメータとは、式(5),(6)において非線形の形式で表されている力学要素パラメータをいう。
In the tire dynamic model defined by the tire dynamic
The linear parameter means a dynamic element parameter expressed in a linear form in the equations (5) and (6), and the non-linear parameter is expressed in a non-linear form in the equations (5) and (6). It is a dynamic element parameter.
タイヤ力学要素演算プログラム14は、式(1)に基づいて入力されたトルクMzとねじりコンプライアンス(1/Gmz)とによって求められるねじり戻し角を算出し、このねじり戻し角を、付与されたスリップ角αから差し引くことにより、実効スリップ角αeを算出する。このように実効スリップ角αeを算出するのは、トルクMzが0より大きい場合、トルクは付与されたスリップ角を低減するようにタイヤ自身に作用し捩じり戻す作用を有するからである。したがって、トルクMzが0より大きい場合、図4(a)に示すように、実際に付与されたスリップ角αに対して実効スリップ角αeは小さくなる。
The tire dynamic
さらに、式(2)により、トルクMzから接地圧分布の形状を規定する偏向係数qを算出する。偏向係数qとは、スリップ角α=0の直進状態の接地圧分布(図5(a)参照)が、図5(b)に示すように横力Fyが発生して接地圧分布が進行方向前方(接地面における踏込み端)に向かって偏向した接地圧分布の形状を表すパラメータである。この接地圧分布をp(t)(tは、図5(a),(b)中の進行方向の後方向に向かってt軸をとった場合の接地長さで規格化した座標位置)とすると、接地圧分布p(t)の形状は、図5(b)中の式(7)で表される関数Dgsp(t;n,q)で規定される。
ここで、関数Dgsp(t;n,q)中の係数nは横力発生中の接地面の接地圧分布を規定するもので、図5(c)に示すように接地圧分布の踏込み端および蹴りだし端付近で角張る(曲率が大きくなる)ように接地圧分布を規定する係数である。また、図5(d)に示すように係数qが0から1になるにしたがって接地圧分布のピーク位置は踏込み端側に移動するように設定されている。このように係数qおよび係数nは、接地圧分布の形状を規定する形状規定係数である。
Further, the deflection coefficient q that defines the shape of the contact pressure distribution is calculated from the torque Mz by the equation (2). The deflection coefficient q means that the ground pressure distribution in the straight traveling state with the slip angle α = 0 (see FIG. 5A) is generated, and the lateral force F y is generated as shown in FIG. This is a parameter representing the shape of the contact pressure distribution deflected toward the front in the direction (the stepping end on the contact surface). This contact pressure distribution is represented by p (t) (t is a coordinate position normalized by the contact length when the t-axis is taken in the backward direction of travel in FIGS. 5A and 5B). Then, the shape of the ground pressure distribution p (t) is defined by the function D gsp (t; n, q) represented by the equation (7) in FIG.
Here, the coefficient n in the function D gsp (t; n, q) defines the contact pressure distribution of the contact surface during the generation of the lateral force, and as shown in FIG. It is a coefficient that defines the contact pressure distribution so that it is angular (the curvature increases) near the kicking end. Further, as shown in FIG. 5D, the peak position of the contact pressure distribution is set so as to move toward the stepping-end side as the coefficient q is changed from 0 to 1. Thus, the coefficient q and the coefficient n are shape defining coefficients that define the shape of the contact pressure distribution.
さらに、式(3)により、横力Fyの発生時のタイヤ中心位置が踏込み端側へ移動する程度を表す値(xc/l)をトルクMzと関連づけて算出する。ここでlは、接地長である。このように式(3)においてタイヤ中心位置Oの移動を定めるのは、図5(b)に示すように、トルクMzの回転中心となるタイヤ中心位置Oが横力Fyの発生により接地面の踏込み側に移動するためである。 Furthermore, a value (x c / l) representing the degree to which the tire center position moves to the depression end side when the lateral force F y is generated is calculated in association with the torque M z by the expression (3). Here, l is the contact length. Contacting define the movement of the tire center position O in such a formula (3), as shown in FIG. 5 (b), a tire center position O serving as a rotational center of the torque M z due to the generation of the lateral force F y This is to move to the stepping side of the ground.
さらに、式(4)により、スリップ角αが大きいときに起こる接地面内でのすべり摩擦と凝着摩擦との境界位置(lh/l)を算出する。境界位置(lh/l)は、以下のように定義される。
図6(a)〜(c)に示される最大摩擦曲線は、凝着摩擦係数μsに接地圧分布p(t)を乗算したものである。踏込み端で路面と接地したタイヤトレッド部材は、蹴りだし端に移動するにつれてスリップ角αによって徐々に路面から剪断を受け、タイヤとレッド部材に剪断力(凝着摩擦力)が発生する。この剪断力は、徐々に大きくなって最大摩擦曲線に達すると、路面に凝着していたタイヤトレッド部材はすべり出し、すべり摩擦係数μdに接地圧分布p(t)を乗算したすべり摩擦曲線に従ってすべり摩擦力が発生する。図6(a)では、境界位置(lh/l)より踏込み端側の領域がタイヤトレッド部材が路面に凝着した凝着域となり、蹴りだし側の領域がタイヤトレッド部材が路面に対して滑るタイヤすべり域となる。図6(b)は、スリップ角αが図6(a)に示すスリップ角αよりも大きくなった状態を示している。境界位置(lh/l)は図6(a)に比べて踏込み端側に移動している。さらに、スリップ角αが大きくなると、図6(c)に示すように接地面の踏込み端の位置からすべり摩擦が発生する状態となる。
Furthermore, the boundary position (l h / l) between the sliding friction and the adhesion friction within the ground contact surface that occurs when the slip angle α is large is calculated from the equation (4). The boundary position (l h / l) is defined as follows.
The maximum friction curves shown in FIGS. 6A to 6C are obtained by multiplying the adhesion friction coefficient μs by the contact pressure distribution p (t). The tire tread member that is in contact with the road surface at the stepping end is gradually sheared from the road surface by the slip angle α as it moves to the kicking end, and a shearing force (adhesion friction force) is generated between the tire and the red member. The shear forces, reaching the maximum friction curve gradually increases, tire tread elements which have adhesion to the road surface Suberidashi accordance sliding friction curve obtained by multiplying the contact pressure distribution p (t) the sliding friction coefficient mu d Sliding friction force is generated. In FIG. 6 (a), the region closer to the stepping end than the boundary position (l h / l) is an adhesion region where the tire tread member is adhered to the road surface, and the region on the kicking side is the tire tread member relative to the road surface. It becomes the slipping area of the tire. FIG. 6B shows a state where the slip angle α is larger than the slip angle α shown in FIG. The boundary position (l h / l) has moved to the stepping end side as compared with FIG. Further, when the slip angle α increases, as shown in FIG. 6C, sliding friction is generated from the position of the stepping end of the contact surface.
図6(a)〜(c)からわかるように、スリップ角αによって凝着域とすべり域の割合が大きく変化する。このような凝着域およびすべり域の摩擦力、すなわち横力成分をタイヤ幅方向に沿って積分することによって横力Fy’を算出することができ、さらにタイヤ中心O周りのモーメントを算出することによってトルクMz’を算出することができる。
式(5)および(6)では、上述の凝着域およびすべり域に分けて、実効スリップ角αeを用いて横力Fy’およびトルクMz’を算出する。
As can be seen from FIGS. 6A to 6C, the ratio between the adhesion region and the slip region varies greatly depending on the slip angle α. The lateral force F y ′ can be calculated by integrating the frictional force in the adhesion region and the slip region, that is, the lateral force component along the tire width direction, and the moment around the tire center O is calculated. Thus, the torque M z ′ can be calculated.
In the equations (5) and (6), the lateral force F y ′ and the torque M z ′ are calculated using the effective slip angle α e by dividing into the above-mentioned adhesion region and slip region.
式(5)では2つの項(2つの横力成分)の和によって横力Fy’を算出する。第1項は積分範囲が0〜(lh/l)の積分であって、凝着域に発生する凝着横力成分を表す。第2項は積分範囲が(lh/l)〜1の積分であってすべり域に発生するすべり横力成分を表す。 In formula (5), the lateral force F y ′ is calculated by the sum of two terms (two lateral force components). The first term is an integral having an integration range of 0 to (l h / l), and represents an adhesion lateral force component generated in the adhesion region. The second term is an integral whose integration range is (l h / l) to 1, and represents a slip lateral force component generated in the slip region.
また、式(6)中、第1項は積分範囲が0〜(lh/l)の積分であって、凝着域に発生する凝着横力成分によって生じるトルク成分を表し、第2項は積分範囲が(lh/l)〜1の積分であってすべり域に発生するすべり横力成分によって生じるトルク成分を表す。なお、式(6)中では、上記2つのトルク成分の他に別のトルク成分、すなわち、第3項が設けられている。第3項であるAx・(lh/l)・tanαeは、後述するようにタイヤの接地面がスリップ角αによって横方向に移動し、この時の移動量とタイヤの前後力とによって生じるタイヤ中心O周りのトルク成分を表す。すなわち、トルクMz’は、凝着横力によって生じるトルク成分、すべり横力によって生じるトルク成分および前後力によって生じるトルク成分の3つの成分の合計によって算出される。 Further, in the equation (6), the first term is an integral having an integral range of 0 to (l h / l), and represents a torque component generated by the adhesion lateral force component generated in the adhesion region, and the second term. Is an integral having an integral range of (l h / l) to 1 and represents a torque component generated by a slip lateral force component generated in the slip region. In equation (6), in addition to the above two torque components, another torque component, that is, a third term is provided. The third term, A x · (l h / l) · tan α e, is calculated by the amount of movement at this time and the longitudinal force of the tire, as will be described later. The torque component around the tire center O is expressed. That is, the torque M z ′ is calculated by the sum of three components: a torque component generated by the adhesion lateral force, a torque component generated by the sliding lateral force, and a torque component generated by the longitudinal force.
式(5)中の第1項の凝着横力成分は凝着域における横力であり、式(5)では、実効スリップ角αeによって生じるトレッド部材の横方向変位がベルトの横曲げ変形によって緩和された状態を表すことによって凝着横力成分を算出する。
第2項のすべり横力成分はすべり域における横力であり、式(5)では、実効スリップ角αeによって生じる接地圧分布p(t)の形状を関数Dgsp(t;n,q)で表してすべり横力成分を算出する。
Adhesive lateral force component of the first term in equation (5) is a lateral force in the adhesive region, in Formula (5), lateral transverse displacement of the belt tread element caused by the effective slip angle alpha e bending deformation The adhesion lateral force component is calculated by expressing the state relaxed by.
The slip lateral force component of the second term is a lateral force in the slip region, and in Equation (5), the shape of the contact pressure distribution p (t) generated by the effective slip angle α e is expressed by a function D gsp (t; n, q). The slip lateral force component is calculated by
図4(a)〜(c)は、実効スリップ角αe、ベルトの変形によって生じる緩和された凝着横力成分および前後力成分とトルク成分との関係を、接地面を模式的に表して図示したものである。
図4(a)は、スリップ角αが付与された際、スリップ角αによって生じるトルクによってスリップ角αを減ずるようにタイヤ自身に作用し、実効スリップ角αeとなっている状態を示している。図4(b)は、この実効スリップ角αeによって生じる横方向変位とベルトの横曲げ変形によって生じる横方向変位の関係を示している。図4(c)はタイヤの接地面が横力によって横方向に移動することによって生じる前後力分布がトルクMz'に寄与するメカニズムを示している。図4(c)中、Mz1およびMz2は凝着横力成分によるトルク成分およびすべり横力成分によるトルク成分を、Mz3は接地面に作用する前後力によるトルク成分を示している。
4 (a) to 4 (c) schematically represent the ground contact surface with the relationship between the effective slip angle α e , the relaxed adhesion lateral force component generated by belt deformation and the longitudinal force component and the torque component. It is illustrated.
4 (a) is when the slip angle alpha is applied, showing a state in which acts on the tire itself to reduce the slip angle alpha by a torque caused by the slip angle alpha, which is the effective slip angle alpha e . FIG. 4 (b) shows the relationship between the lateral displacement caused by the lateral bending deformation of the lateral displacement and the belt caused by the effective slip angle alpha e. FIG. 4C shows a mechanism in which the longitudinal force distribution generated by the lateral contact force of the tire moving in the lateral direction contributes to the torque M z ′. In FIG. 4C, M z1 and M z2 indicate a torque component due to an adhesion lateral force component and a torque component due to a sliding lateral force component, and M z3 indicates a torque component due to a longitudinal force acting on the contact surface.
図7は、スリップ角αが付与されタイヤ力学モデルに基づいて横力Fy'およびトルクMz'が算出されるまでの処理ブロック図である。図7からわかるように、本発明におけるタイヤ力学モデルは、横力Fy'およびトルクMz'の算出の際、ベルトの横曲げ変形、接地圧分布の形状変化およびタイヤの捩じり変形がフィードバックされて式(5),(6)において算出される。ここで、横力Fy'およびトルクMz'を算出する際に用いるベルトの横曲げ変形、接地圧分布の形状変化およびタイヤの捩じり変形には、付与される横力FyおよびトルクMzが用いられる。 FIG. 7 is a processing block diagram until the slip angle α is given and the lateral force F y ′ and torque M z ′ are calculated based on the tire dynamic model. As can be seen from FIG. 7, the tire dynamic model according to the present invention has a lateral bending deformation of the belt, a shape change of the contact pressure distribution, and a torsional deformation of the tire when calculating the lateral force F y ′ and the torque M z ′. It is fed back and calculated in equations (5) and (6). Here, the lateral force F y ',, and the torque M z' are next to the belt used to calculate bending deformation, and the shape change and twisting of the tire deformation of the contact pressure distribution, the lateral force F y and torque is applied M z is used.
なお、タイヤ力学モデル演算部14において算出される横力Fy'およびトルクMz'は、付与された横力FyおよびトルクMzと必ずしも一致しない。しかし、後述するCP/SATPパラメータ算出プログラム20、およびFy/Mzパラメータ算出プログラム22、CP/SATPデータ算出プログラム24、Fy/Mzデータ算出プログラム26において行なわれるシーケンス処理により、タイヤ力学モデルにおいて、付与される横力FyおよびトルクMzと算出される横力Fy'およびトルクMz'とが略一致する(力の釣り合い状態となる)ように、横力FyおよびトルクMzが探索され、タイヤ力学モデルにおいて釣り合い状態にある横力およびトルクが算出される。
Note that the lateral force F y ′ and torque M z ′ calculated by the tire dynamic
次に、CP/SATPパラメータ算出プログラム20、およびFy/Mzパラメータ算出プログラム22、CP/SATPデータ算出プログラム24、Fy/Mzデータ算出プログラム26の機能を説明する。
CP/SATPパラメータ算出プログラム20は、「Magic Formula」において設定された、或いは修正されたパラメータB〜Eの値を用いて求められ、CP/SATPパラメータ算出プログラム20に供給された、スリップ角α=1度における横力FyおよびトルクMzと、横力Fy’およびトルクMz’(タイヤ力学モデル演算部14において算出される横力およびトルク)との誤差が所定値以下となるように、すなわち、タイヤ力学モデルにおいて横力およびトルクが力の釣り合い状態になるように、上述の線形パラメータおよび非線形パラメータを導出するプログラムである。
Next, a description is given of functions of the CP / SATP
The CP / SATP
図8は、CP/SATPパラメータ算出プログラム20において行なわれる処理の流れを示している。
具体的には、スリップ角α=1度における横力FyおよびトルクMzのデータと、負荷荷重Fz、負荷荷重Fzにおける非転動状態におけるタイヤの接地長lおよび接地幅wのデータを予め取得する(ステップS100)。これらのデータは、メモリ4に記憶されているデータでありメモリ4から呼び出される。あるいは、入力操作系5から指示入力されたものであってもよい。
さらに、横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)を所定の値に初期設定する(ステップS102)。
FIG. 8 shows the flow of processing performed in the CP / SATP
Specifically, the data of the lateral force F y and the torque M z at the slip angle α = 1 degree, and the data of the contact length l and the contact width w of the tire in the non-rolling state at the load load F z and the load load F z . Is acquired in advance (step S100). These data are data stored in the
Further, the lateral bending coefficient ε and the torsional compliance (1 / G mz ) are initially set to predetermined values (step S102).
次に、横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)の初期設定値を用いて線形パラメータである横剛性Ky0、前後剛性Axを公知の手法である線形二乗回帰により算出する(ステップS104)。なお、スリップ角α=1度における接地面において、接地面の形状を矩形形状とし、接地面に作用する前後力密度を一様として平均接地圧に比例するとした場合、横剛性Ky0および前後剛性Axは下記式のように、接地長l、接地幅wおよび負荷荷重Fzを用いた算出値と比例の関係で定められ、この時の比例定数が横剛性Ky0、前後剛性Axの値を特徴付けるパラメータとなる。
Ky0 ∝ w・l2/2
Ax ∝ Fz・l/2
Next, using the initial set values of the lateral bending coefficient ε and torsional compliance (1 / G mz ), the lateral stiffness K y0 and the longitudinal stiffness A x that are linear parameters are calculated by linear square regression that is a known method ( Step S104). In addition, in the ground contact surface at the slip angle α = 1 degree, when the shape of the ground contact surface is rectangular and the longitudinal force density acting on the ground contact surface is uniform and proportional to the average contact pressure, the lateral stiffness K y0 and the longitudinal stiffness A x is determined in a proportional relationship with the calculated value using the contact length l, the contact width w, and the load load F z as in the following formula, and the proportional constant at this time is the lateral stiffness K y0 and the longitudinal stiffness A x . It is a parameter that characterizes the value.
K y0 α w · l 2/ 2
A x F Fz · l / 2
ここで、非線形パラメータは所定の値に設定されているので、線形パラメータである横剛性Ky0、前後剛性Axについての正規方程式を定めることができ、この正規方程式を解くことによって線形パラメータである横剛性Ky0、前後剛性Axを一意的に算出することができる。具体的には、式(5)、(6)によって算出される横力Fy’,Mz’が供給された横力Fy,Mzに最適に回帰するように、設定された非線形パラメータを用いて二乗残差和の式から線形パラメータである横剛性Ky0、前後剛性Axに関する正規方程式を作成し、この正規方程式を解くことによって横剛性Ky0、前後剛性Axを算出する。ここで、正規方程式とは残差二乗和を定める式を横剛性Ky0、前後剛性Axのそれぞれの線形パラメータで偏微分して偏微分値を0とした方程式であって、線形パラメータの個数分作成される線形パラメータに関する方程式である。 Here, since the nonlinear parameter is set to a predetermined value, a normal equation for the lateral stiffness K y0 and the longitudinal stiffness A x that are linear parameters can be determined, and the linear parameter is obtained by solving this normal equation. The lateral stiffness K y0 and the longitudinal stiffness A x can be uniquely calculated. Specifically, the non-linear parameters set so that the lateral forces F y ′ and M z ′ calculated by the equations (5) and (6) optimally return to the supplied lateral forces F y and M z. Is used to create a normal equation for the lateral stiffness K y0 and the longitudinal stiffness A x , which are linear parameters, from the formula of the sum of squared residuals, and the lateral stiffness K y0 and the longitudinal stiffness A x are calculated by solving this normal equation. Here, the normal equation is an equation in which an equation for determining the residual sum of squares is partially differentiated with respect to the respective linear parameters of the lateral stiffness K y0 and the longitudinal stiffness A x , and the partial differential value is 0, and the number of linear parameters This is an equation related to the linear parameter to be created.
次に、取得された横力FyおよびトルクMzのデータおよび算出された線形パラメータおよび初期設定された非線形パラメータをタイヤ力学モデル演算プログラム14に付与する。タイヤ力学モデル演算プログラム14では、横力FyおよびトルクMzのデータおよび線形パラメータおよび非線形パラメータの付与によって図7に示す処理ブロック図の流れに従ってスリップ角α=1度における横力Fy’およびトルクMz’が算出される。この場合スリップ角αは1度であるので、接地圧分布はスリップ角α=0度における接地圧分布の係数nが固定され、さらに、偏向係数qは0に設定される。さらに、凝着域とすべり域との境界位置(lh/l)は1に設定される。すなわち、接地面にはすべり域が存在せず、すべて凝着域であり、したがって、式(5)、(6)における第2項のすべり横力成分およびこのすべり横力線分によって生じるトルク成分は0となる。また、接地長lが計測データとして付与されるので、図2中の線形パラメータである実効接地長leの替わりに計測された接地長lを負荷荷重Fzの指数関数で回帰した接地長の関数、すなわち、負荷荷重Fz依存性を有する関数が用いられる。
Next, the obtained lateral force F y and torque M z data, the calculated linear parameters, and the initialized nonlinear parameters are given to the tire dynamic
ここで、接地幅wはタイヤのトレッド部材の横方向の幅であるが、トレッド部材にはトレッドパターンを形成するタイヤ溝が設けられている。このため路面と実際に接触する実接地面積はトレッド部材の総接地面積と異なることから、実接地面積/総接地面積の比率を用いて修正された接地幅wが用いられる。 Here, the contact width w is the width in the lateral direction of the tread member of the tire, but the tread member is provided with a tire groove that forms a tread pattern. For this reason, since the actual ground contact area actually in contact with the road surface is different from the total ground contact area of the tread member, the ground contact width w corrected using the ratio of actual ground contact area / total ground contact area is used.
次に、タイヤ力学モデル演算プログラム14で算出されたスリップ角α=1度における横力およびトルクの対応算出データである横力Fy’およびトルクMz’が、CP/SATPパラメータ算出プログラム20に返され、この横力Fy’およびトルクMz’の算出データと、スリップ角α=1度における横力FyおよびトルクMzのデータとを用いて、下記式(8)で表される複合二乗残差和Qcを計算する(ステップS106)。
Next, the lateral force F y ′ and the torque M z ′, which are the corresponding calculation data of the lateral force and torque at the slip angle α = 1 degree calculated by the tire dynamic
ここで、Nは負荷荷重が変化する荷重条件の条件設定数であり、iは1以上N以下の整数である。また、gfおよびgmは、横力FyおよびトルクMzのデータについてN個の荷重条件における横力FyおよびトルクMzの分散をσf 2およびσm 2としたとき、下記式で表される係数であり、複合二乗残差和Qcを求める際に用いる重み付け係数である。
gf=1/σf 2
gm=1/σm 2
すなわち、複合二乗残差和Qcは計測データのばらつきの情報である分散の逆数を重み付け係数とし、横力およびトルクのそれぞれの二乗残差和を重み付け加算したたものである。
Here, N is the condition setting number of the load condition in which the load load changes, and i is an integer of 1 to N. Further, g f and g m are when a lateral force F y and dispersing sigma f 2 and sigma m 2 of the lateral force F y and the torque M z in the N load condition for the data of the torque M z, the following formula in a coefficient expressed, a weighting factor used to obtain the combined sum of squared residuals Q c.
g f = 1 / σ f 2
g m = 1 / σ m 2
In other words, the composite square residual sum Qc is obtained by weighting and adding the square residual sums of the lateral force and torque with the reciprocal of the variance, which is information of measurement data variation, as a weighting coefficient.
このように、計測データの横力Fyの値と算出データの横力Fy’の値との残差二乗和に重み付け係数gfを乗算したものと、計測データのトルクMzの値と算出データのトルクMz’の値との残差二乗和に重み付け係数gmを乗算したものとを加算することによって複合二乗残差和を計算する。
ここで、複合二乗残差和を用いるのは、非線形パラメータの算出において複数の荷重条件の横力Fy’とトルクMz’とを、対応する横力FyとトルクMzとに最適に一致させるためである。
Thus, a multiplied by the weighting factor g f the residual sum of squares of the lateral force value of F y 'calculated data with the value of the lateral force F y measurement data, the value of the torque M z of the measurement data The composite square residual sum is calculated by adding the residual square sum with the value of the torque M z ′ of the calculated data and the weighted coefficient g m .
Here, the combined sum of squares is used to optimize the lateral force F y ′ and torque M z ′ under a plurality of load conditions in the calculation of the nonlinear parameter, and optimally for the corresponding lateral force F y and torque M z. This is because they match.
さらに、複合二乗残差和は、所定値以下となって収束しているか否かを判別する(ステップS108)。
収束していないと判別されると、先に設定された横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)の非線形パラメータの調整を行う(ステップS110)。この非線形パラメータの調整は、例えばNewton-Raphson法に従って行なわれる。具体的には、複合二乗残差和を非線形パラメータに関して2次の偏微分を行なうことにより、行列と非線形パラメータの調整量とを関係付けた方程式を求め、この方程式を上記調整量に関して解くことにより、非線形パラメータの調整量を算出する。この算出方法については、本願出願人により出願された特願2001−242059号の公開公報(特開2003−57134号公報)に詳細に記載されている。
Further, it is determined whether or not the composite square residual sum is equal to or less than a predetermined value (step S108).
If it is determined that they have not converged, the previously set nonlinear parameters of the transverse bending coefficient ε and torsional compliance (1 / G mz ) are adjusted (step S110). The adjustment of the nonlinear parameter is performed according to, for example, the Newton-Raphson method. Specifically, an equation relating the matrix and the adjustment amount of the nonlinear parameter is obtained by performing a second-order partial differentiation of the composite square residual sum with respect to the nonlinear parameter, and the equation is solved with respect to the adjustment amount. Then, the adjustment amount of the nonlinear parameter is calculated. This calculation method is described in detail in Japanese Patent Application No. 2001-242059 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-57134) filed by the applicant of the present application.
この非線形パラメータを調整する度に、線形パラメータに関する線形最小二乗回帰(ステップS104)および複合二乗残差和の計算(ステップS106)を行なって、式(8)による複合二乗残差和を求める。そして、複合二乗残差和が所定値以下になるまで、非線形パラメータの調整が繰り返される。
複合二乗残差和が所定値以下になると、線形最小二乗回帰で算出された横剛性Ky0、前後剛性Axおよび非線形パラメータである横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)をパラメータとして決定する(ステップS112)。決定されたパラメータはメモリ20に記憶される。
以上が、CP/SATPパラメータ算出プログラム20が行なう、タイヤ力学モデルを用いたスリップ角α=1度における線形パラメータおよび非線形パラメータの算出の流れである。
Each time this non-linear parameter is adjusted, linear least-squares regression (step S104) with respect to the linear parameter and calculation of a composite square residual sum (step S106) are performed to obtain a composite square residual sum according to equation (8). Then, the adjustment of the nonlinear parameter is repeated until the composite square residual sum becomes a predetermined value or less.
If the combined sum of squared residuals becomes equal to or less than a predetermined value, a linear least squares regression lateral stiffness K y0 calculated in, the lateral bending coefficient is around rigid A x and nonlinear parameters epsilon, torsional compliance with (1 / G mz) Parameters (Step S112). The determined parameters are stored in the
The flow of calculation of the linear parameter and the nonlinear parameter at the slip angle α = 1 degree using the tire dynamic model performed by the CP / SATP
Fy/Mzパラメータ算出プログラム22は、スリップ角αを例えば0〜20度まで変化させ、接地面に凝着域とすべり域が存在する時の横力Fy’およびトルクMz’が、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値から算出された横力FyおよびトルクMzに一致するように上述の線形パラメータおよび非線形パラメータを算出する部分である。
The F y / M z
図9は、Fy/Mzパラメータ算出プログラム22において行なわれる処理の流れを示している。
具体的には、図9に示すように、一定の負荷荷重においてスリップ角を種々変化させて
「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値から算出した横力FyおよびトルクMzの特性曲線を取得する(ステップS200)。
さらに、上記CP/SATPパラメータ算出プログラム20において求められ、メモリ4に記憶された横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)を読み取って力学要素パラメータを設定する(ステップS202)。
さらに、残りの非線形パラメータである係数n、横剛性係数(Ky0/μs)、係数Cq、移動係数Cxcを所定の値に初期設定する(ステップS204)。
FIG. 9 shows the flow of processing performed in the F y / M z
Specifically, as shown in FIG. 9, the characteristic curves of the lateral force F y and torque M z calculated from the values of parameters “B” to “E” of “Magic Formula” by variously changing the slip angle at a constant load are obtained. Obtain (step S200).
Further, the mechanical element parameters are set by reading the lateral bending coefficient ε and the torsional compliance (1 / G mz ) obtained by the CP / SATP
Further, the remaining nonlinear parameters, coefficient n, lateral stiffness coefficient (K y0 / μ s ), coefficient C q , and movement coefficient C xc are initialized to predetermined values (step S204).
次に、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値から算出された横力FyおよびトルクMzの特性曲線と初期設定された非線形パラメータを用いて線形最小二乗回帰を行なう(ステップS206)。具体的には、横剛性Ky0、前後剛性Ax等の線形パラメータに関する正規方程式を作成し、この正規方程式を解くことによって横剛性Ky0、前後剛性Ax、すべり摩擦係数μd、実効接地長leを算出する。すなわち、線形最小二乗回帰を行なう。ここで、正規方程式とは残差二乗和を上記線形パラメータのそれぞれで偏微分して偏微分値を0とした線形パラメータの個数分作成される線形パラメータに関する方程式である。
こうして初期設定された非線形パラメータおよび正規方程式を用いて算出された線形パラメータおよび横力FyおよびトルクMzの特性曲線のデータをタイヤ力学モデル演算プログラム14に付与する。この付与によって図7のブロック図の流れに従って各スリップ角αにおける横力Fy’およびトルクMz’が算出される。
Next, the linear least squares regression using the "Magic Formula" nonlinear parameters characteristic curve and is initially set in the calculated lateral force F y and the torque M z from the values of parameters B~E in (step S206). Specifically, normal equations relating to linear parameters such as the lateral stiffness K y0 and the longitudinal stiffness A x are created, and by solving this normal equation, the lateral stiffness K y0 , the longitudinal stiffness A x , the sliding friction coefficient μ d , the effective grounding The length l e is calculated. That is, linear least square regression is performed. Here, the normal equation is an equation relating to linear parameters created by the number of linear parameters in which the residual sum of squares is partially differentiated with respect to each of the above linear parameters and the partial differential value is zero.
The linear parameters calculated using the nonlinear parameters and normal equations thus initialized and the data of the characteristic curves of the lateral force F y and the torque M z are given to the tire dynamic
次に、これらの横力Fy’およびトルクMz’の算出データと、付与されたスリップ角αにおける横力FyおよびトルクMzの特性曲線のデータとを用いて、上記式(8)で表される複合二乗残差和Qcを計算する(ステップS208)。この場合、式(8)中のNは付与されるスリップ角αの条件設定数である。また、このときの重み付け係数gf,gmは、N個のスリップ角の条件における横力Fy,トルクMzの分散から求められたものである。 Next, using the calculation data of the lateral force F y ′ and torque M z ′ and the characteristic curve data of the lateral force F y and torque M z at the applied slip angle α, the above equation (8) is used. in represented by calculating the combined sum of squared residuals Q c (step S208). In this case, N in equation (8) is the condition setting number of the slip angle α to be given. The weighting coefficients g f and g m at this time are obtained from the variance of the lateral force F y and the torque M z under N slip angle conditions.
このように、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値から算出された特性曲線における横力Fyの値とタイヤ力学モデル演算プログラム14にて算出された横力Fy’の値との残差二乗和に重み付け係数gfを乗算したものと、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値から算出された特性曲線におけるトルクMzの値とタイヤ力学モデル演算プログラム14にて算出されたトルクMz’の値との残差二乗和に重み付け係数gmを乗算したものとを加算することによって複合二乗残差和を計算する。ここで、複合二乗残差和を用いるのは、上述の場合と同様に、非線形パラメータの算出において複数のスリップ角の条件における横力Fy’およびトルクMz’を横力FyおよびトルクMzのそれぞれに同時に一致させるためである。
複合二乗残差和は、所定値以下となって収束しているか否かを判別する(ステップS210)。
収束していないと判別すると、ステップS204で初期設定された非線形パラメータの調整を行う(ステップS212)。この非線形パラメータの調整は、例えばNewton-Raphson法に従って行なわれる。
As described above, the residual value of the lateral force F y in the characteristic curve calculated from the values of the parameters B to E of the “Magic Formula” and the value of the lateral force F y ′ calculated by the tire dynamic
It is determined whether or not the composite square residual sum is equal to or less than a predetermined value (step S210).
If it is determined that it has not converged, the nonlinear parameter initially set in step S204 is adjusted (step S212). The adjustment of the nonlinear parameter is performed according to, for example, the Newton-Raphson method.
なお、図9中の実施例は、非線形パラメータである横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)をメモリ4から読み出して定められた非線形パラメータとして用いるが、本発明においては、横方向曲げ係数ε、ねじりコンプライアンス(1/Gmz)の非線形パラメータについても他の非線形パラメータと同様に未定のパラメータとして初期設定の対象としてもよい。しかし、CP/SATPパラメータ算出プログラム20で横方向曲げ係数εおよびねじりコンプライアンス(1/Gmz)の非線形パラメータが算出されているのであれば、算出された横方向曲げ係数εおよびねじりコンプライアンス(1/Gmz)の値を用いるのが好ましい。CP/SATPパラメータ算出プログラム20で求められた力学要素パラメータの値とFy/Mzパラメータ算出プログラム22で求められた力学要素パラメータの値とを一致させるためである。
In the embodiment shown in FIG. 9, the lateral bending coefficient ε and the torsional compliance (1 / G mz ), which are nonlinear parameters, are used as nonlinear parameters determined by reading from the
この非線形パラメータはステップS210において収束すると判別されるまで調整されるが、この調整が行なわれる度に、線形パラメータに関する線形最小二乗回帰(ステップS206)および複合二乗残差和の計算(ステップS208)を行なって、上記式(8)による複合残差二乗和を求める。そして、複合二乗残差和が所定値以下になるまで、非線形パラメータの調整が行なわれる。複合二乗残差和が所定値以下になると、線形最小二乗回帰で算出された横剛性Ky0、前後剛性Ax等の各非線形パラメータを決定し(ステップS214)、これらの力学要素パラメータをメモリ4に記憶する。
以上が、Fy/Mzパラメータ算出プログラム22の行なう、タイヤ力学モデルを用いた各スリップ角αにおける線形パラメータおよび非線形パラメータの算出の流れである。
This non-linear parameter is adjusted until it is determined that it converges in step S210. Each time this adjustment is performed, linear least square regression (step S206) and calculation of a composite square residual sum (step S208) regarding the linear parameter are performed. Then, the composite residual sum of squares according to the above equation (8) is obtained. Then, the non-linear parameter adjustment is performed until the composite square residual sum becomes a predetermined value or less. When the composite square residual sum becomes a predetermined value or less, nonlinear parameters such as lateral stiffness K y0 and longitudinal stiffness A x calculated by linear least square regression are determined (step S214), and these dynamic element parameters are stored in
The above is the flow of calculation of the linear parameter and the nonlinear parameter at each slip angle α using the tire dynamic model performed by the F y / M z
CP/SATPデータ算出プログラム24は、スリップ角α=1度における負荷荷重の異なる荷重条件での横力Fy’、トルクMz’を、CP/SATPパラメータ算出プログラム20で算出された線形パラメータおよび非線形パラメータを用いて算出する部分である。
図10は、CP/SATPデータ算出プログラム24において行なわれる処理の流れを示している。
The CP / SATP
FIG. 10 shows the flow of processing performed in the CP / SATP
具体的には、図10に示すように、CP/SATPデータ算出プログラム24は、まず、CP/SATPパラメータ算出プログラム20で算出された線形パラメータおよび非線形パラメータをメモリ4から読み出して設定する(ステップS300)。
さらに、負荷荷重Fzにおける横力FyおよびトルクMzを初期設定する(ステップS302)。
この後、スリップ角α=1度および初期設定された横力FyおよびトルクMzとともに線形パラメータおよび非線形パラメータをタイヤ力学モデル演算プログラム14に付与する。タイヤ力学モデル演算プログラム14では、付与された線形パラメータおよび非線形パラメータと、初期設定された横力FyおよびトルクMzが用いられて図3中の式(5)、(6)に従って横力Fy'、トルクMz’が算出される(ステップS304)。
Specifically, as shown in FIG. 10, the CP / SATP
Further, the lateral force F y and the torque M z under the applied load F z is initialized (step S302).
Thereafter, the linear parameter and the non-linear parameter are given to the tire dynamic
この場合、スリップ角α=1度であるので、接地圧分布はスリップ角α=0度における接地圧分布の係数nが固定され、さらに、偏向係数qは0に設定される。さらに、凝着域とすべり域の境界位置(lh/l)は1に設定される。すなわち、接地面にはすべり域が存在せず、すべて凝着域であり、したがって、式(5)、(6)における第2項のすべり横力成分およびこのすべり横力線分によって生じるトルク成分は0となる。また、接地長lが付与される場合、この接地長lは図3中の線形パラメータである実効接地長leの替わりに既定値として用いられる。 In this case, since the slip angle α = 1 degree, the ground pressure distribution coefficient n of the ground pressure distribution at the slip angle α = 0 degree is fixed, and the deflection coefficient q is set to zero. Further, the boundary position (l h / l) between the adhesion area and the sliding area is set to 1. That is, there is no slip area on the ground contact surface, and all are adhesion areas. Therefore, the slip lateral force component of the second term in the equations (5) and (6) and the torque component generated by this slip lateral force line segment Becomes 0. When the ground contact length l is given, this ground contact length l is used as a default value instead of the effective ground contact length l e which is a linear parameter in FIG.
こうして算出されたスリップ角α=1度の横力Fy'およびトルクMz’はCP/SATPデータ算出プログラム24に返される。CP/SATPデータ算出プログラム24は、タイヤ力学モデル演算プログラム14に付与した横力FyおよびトルクMzの設定値と算出された横力Fy'、トルクMz’の計算値との複合二乗残差和を式(8)に従って算出する(ステップS306)。
The thus calculated lateral force F y ′ and torque M z ′ with the slip angle α = 1 degree are returned to the CP / SATP
次に、複合二乗残差和が所定値以下となって収束しているか否かを判別する(ステップS308)。
収束していないと判別すると、先に設定された横力FyおよびトルクMzの設定値が調整される(ステップS310)。調整された横力FyおよびトルクMzは、線形パラメータおよび非線形パラメータとともに再度タイヤ力学モデル演算プログラム14に付与される。
こうして、複合二乗残差和が所定値以下となって収束するまで横力FyおよびトルクMzの設定値を調整する。この設定値の調整は、例えば上述したNewton-Raphson法に従って行なわれる。こうして、収束した横力Fy'およびトルクMz'を決定する(ステップS312)。
Next, it is determined whether or not the composite square residual sum is equal to or less than a predetermined value (step S308).
If it is determined that it has not converged, the set values of the lateral force Fy and the torque Mz set previously are adjusted (step S310). The adjusted lateral force F y and torque M z are again applied to the tire dynamic
Thus, the set values of the lateral force F y and the torque M z are adjusted until the composite square residual sum becomes equal to or less than a predetermined value and converges. This set value is adjusted, for example, according to the Newton-Raphson method described above. Thus, the convergent lateral force F y ′ and torque M z ′ are determined (step S312).
さらに、負荷荷重Fzの条件が変更される(ステップS314)。負荷荷重Fzが変更される度に、横力FyおよびトルクMzが初期設定され(ステップS302)、この設定値を用いて横力Fy’およびトルクMz’が算出され(ステップS304)、複合二乗残差和が算出され(ステップS306)、この複合二乗残差和の収束が判別される(ステップS308)。
こうして、負荷荷重Fzが所定荷重となるまで繰り返し変更される(ステップS316)。負荷荷重Fzの変更の度に横力Fy’およびトルクMz’を算出し、収束する横力Fy’およびトルクMz’を決定する。決定された横力Fy’およびトルクMz’はメモリ20に記憶される。
このようにして、スリップ角α=1度における横力およびトルクであるCPおよびSATPの負荷荷重Fzに依存する曲線を求める。
Furthermore, the conditions of the applied load F z is changed (step S314). Each time the applied load F z is changed, the lateral force F y and the torque M z are initialized (step S302), and the lateral force F y 'and the torque M z ' are calculated using the set values (step S304). ) A composite square residual sum is calculated (step S306), and the convergence of this composite square residual sum is determined (step S308).
Thus, the applied load F z is repeatedly changed until the predetermined load (step S316). The lateral force F y ′ and torque M z ′ are calculated every time the applied load F z is changed, and the converging lateral force F y ′ and torque M z ′ are determined. The determined lateral force F y ′ and torque M z ′ are stored in the
In this way, we obtain a curve which depends on the applied load F z CP and SATP is the lateral force and the torque at the slip angle alpha = 1 degree.
Fy/Mzデータ算出プログラム26は、所定の負荷荷重における複数のスリップ角αでの横力Fy’、トルクMz’を、Fy/Mzパラメータ算出プログラム22で算出された線形パラメータおよび非線形パラメータを用いて算出する部分である。
図11は、Fy/Mzデータ算出プログラム26において行なわれる処理の流れを示している。
Fy/Mzデータ算出プログラム26は、まず、Fy/Mzパラメータ算出プログラム22で算出された線形パラメータおよび非線形パラメータをメモリ4から読み出して設定する(ステップS400)。
さらに、負荷荷重Fzにおける横力FyおよびトルクMzを初期設定する(ステップS402)。
この後、設定されたスリップ角α=Δαとともに線形パラメータおよび非線形パラメータおよび初期設定された横力FyおよびトルクMzをタイヤ力学モデル演算プログラム14に付与する。タイヤ力学モデル14では、付与された線形パラメータおよび非線形パラメータと、初期設定された横力FyおよびトルクMzが用いられて式(5)、(6)に従って横力Fy'、トルクMz’が算出される(ステップS404)。
The F y / M z
FIG. 11 shows the flow of processing performed in the F y / M z
First, the F y / M z
Further, the lateral force F y and the torque M z under the applied load F z is initialized (step S402).
Thereafter, linear and non-linear parameters and the initial lateral force F y and torque M z are given to the tire dynamic
こうして算出された横力Fy'、トルクMz’はFy/Mzデータ算出プログラム26に返される。Fy/Mzデータ算出プログラム26は、タイヤ力学モデル演算プログラム14に付与した横力FyおよびトルクMzの設定値と算出された横力Fy'、トルクMz’の計算値との複合二乗残差和を式(8)に従って算出する(ステップS406)。
次に、算出された複合二乗残差和が所定値以下となって収束しているか否かを判別する(ステップS408)。
収束していないと判別すると、先に設定された横力FyおよびトルクMzの設定値を調整する(ステップS410)。この調整された横力FyおよびトルクMzと線形パラメータおよび非線形パラメータとが再度タイヤ力学モデル演算プログラム14に付与される。
こうして、複合二乗残差和が所定値以下となって収束するまで、横力FyおよびトルクMzの設定値を調整する。この設定値の調整は、例えば上述したNewton-Raphson法に従って行なわれる。こうして、横力Fy'、トルクMz'を決定する(ステップS412)。
The lateral force F y ′ and torque M z ′ calculated in this way are returned to the F y / M z
Next, it is determined whether or not the calculated composite square residual sum is equal to or smaller than a predetermined value (step S408).
If it is determined that it has not converged, the previously set lateral force F y and torque M z set values are adjusted (step S410). The adjusted lateral force F y and torque M z , linear parameters, and nonlinear parameters are provided to the tire dynamic
In this way, the set values of the lateral force F y and the torque M z are adjusted until the composite square residual sum becomes a predetermined value or less and converges. This set value is adjusted, for example, according to the Newton-Raphson method described above. Thus, the lateral force F y ′ and the torque M z ′ are determined (step S412).
次に、スリップ角αが所定のスリップ角以下であるか否かを判別する(ステップS416)。
スリップ角αが所定のスリップ角以下であると判別した場合、スリップ角αの条件が変更される(α→α+Δα)(ステップS414)。そして、変更されたスリップ角αにおける横力Fy、トルクMzの初期値が設定され(ステップS402)、横力Fy'およびトルクMz’が算出され(ステップS404)、複合二乗残差和が算出され(ステップS406)、この複合二乗残差和の収束が判別される(ステップS408)。
こうして、スリップ角αが所定スリップ角となるまで繰り返し変更される(ステップS416)。このスリップ角の変更の度に横力Fy’およびトルクMz’を算出し、収束する横力Fy’およびトルクMz’を決定する。決定された横力Fy’およびトルクMz’はメモリ4に記憶される。
このようにして、スリップ角αに依存する横力およびトルクの特性曲線を求める。
以上が、装置1の構成についての説明である。
Next, it is determined whether or not the slip angle α is equal to or smaller than a predetermined slip angle (step S416).
When it is determined that the slip angle α is equal to or smaller than the predetermined slip angle, the condition of the slip angle α is changed (α → α + Δα) (step S414). Then, initial values of the lateral force F y and torque M z at the changed slip angle α are set (step S402), the lateral force F y ′ and torque M z ′ are calculated (step S404), and the composite square residual is calculated. The sum is calculated (step S406), and the convergence of this composite square residual sum is determined (step S408).
Thus, the slip angle α is repeatedly changed until the predetermined slip angle is reached (step S416). The lateral force F y ′ and torque M z ′ are calculated every time the slip angle is changed, and the converging lateral force F y ′ and torque M z ′ are determined. The determined lateral force F y ′ and torque M z ′ are stored in the
In this way, a characteristic curve of lateral force and torque depending on the slip angle α is obtained.
The above is the description of the configuration of the
このような装置1を用いて、図12に示すフローでタイヤの設計が行われる。
まず、設定プログラム9において、車両諸元のデータ及びタイヤ設計値(力学要素パラメータの値)が設定される(ステップS600,602)。これらの設定は、メモリ4から所定のデータを呼び出して設定してもよいし、入力操作系5によって指示入力されたものであってもよい。
次に、車両走行シミュレーションプログラム10にて、設定された車両諸元のデータに基づいて車両モデルが生成される。例えば機構解析モデルによる車両モデルが生成される(ステップS604)。さらに、走行シミュレーション条件が設定される(ステップS606)。走行シミュレーション条件は、評価しようとする性能に応じて異なるものが設定される。例えば性能評価が耐久性評価の場合には車両の走行速度、路面の粗さ等のプロファイルデータが走行条件として設定される。緊急回避性能評価の場合には車両の走行速度や操舵角等のデータ、実際の路面のプロファイルデータ等が走行条件として設定される。
一方、ステップS600にて設定された力学要素パラメータに基づいて、Fy/Mzデータ算出プログラム26にて、タイヤのコーナリング中の横力及びトルクの特性曲線が算出される(ステップS608)。
Using such an
First, in the
Next, the vehicle
On the other hand, on the basis of the dynamic element parameters set in step S600, the F y / M z
次に、算出された特性曲線を用いて、「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11にて、「Magic Formula」のパラメータB〜Eが算出される(ステップS610)。なお、力学要素パラメータは複数種類の荷重条件で設定されているため、特性曲線は荷重条件ごとに算出されている。このため、パラメータB〜Eについても荷重条件ごとに算出される。このようなパラメータB〜Eの値は、走行シミュレーション条件とともに、車両走行シミュレーションにて用いられる。
次に、走行シミュレーション条件の下、設定された「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値から横力及びトルクを算出しながら、ステップS604にて作成された車両モデルを用いて車両の走行シミュレーションが行われる(ステップS612)。
走行シミュレーション結果は、メモリ4に記憶される。
Next, parameters “B” to “E” of “Magic Formula” are calculated by the “Magic Formula” data
Next, under the driving simulation conditions, the vehicle driving simulation is performed using the vehicle model created in step S604 while calculating the lateral force and torque from the set values of the parameters “B” to “E” of “Magic Formula”. This is performed (step S612).
The running simulation result is stored in the
次に、統合化・管理プログラム13では、メモリ4から走行シミュレーション結果が呼び出され、設定された性能指標の性能評価データが算出され(ステップS614)、この性能評価データが予め設定された目標値を満足するか否かが判別される(ステップS616)。性能評価データが目標値を満足しない場合、「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値が修正される(ステップS618)。修正された値は、メモリ4に記憶される。
なお、性能評価データは、例えば、耐久性能の場合には特定の部材に加わる応力の最大値や特定部材の変形量である。緊急回避性能の場合には車両の走行速度と最大横加速度との関係のデータである。
「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値の修正方法は、特に限定されず、例えば予め定められた幅でパラメータB〜Eの値を順次変えていく。
Next, in the integration /
Note that the performance evaluation data is, for example, the maximum value of stress applied to a specific member or the deformation amount of the specific member in the case of durability performance. In the case of emergency avoidance performance, it is data on the relationship between the traveling speed of the vehicle and the maximum lateral acceleration.
The method of correcting the values of the parameters “B” to “E” of the “Magic Formula” is not particularly limited, and for example, the values of the parameters B to E are sequentially changed within a predetermined width.
次に、この修正を加えたパラメータB〜Eの値を用いてタイヤ力学モデルにおける力学要素パラメータが導出される(ステップS620)。具体的には、「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム11にて、横力及びトルクのスリップ角依存性及び荷重依存性を表す特性曲線が算出され、この特性曲線がメモリ4に記憶される。パラメータB〜Eの値は、複数の荷重条件毎に設定されているので、スリップ角依存性の特性曲線は、荷重条件毎に生成される。次に、CP/SATPパラメータ算出プログラム24にて、タイヤ力学モデルにおける力学要素パラメータが抽出され、さらに、Fy/Mzパラメータ算出プログラム26にて、タイヤ力学モデルにおける残りの力学要素パラメータが導出される(ステップS620)。導出された力学要素パラメータは修正を加えたパラメータB〜Eに対応する力学要素パラメータとしてメモリ4に記憶される。
Next, the dynamic element parameters in the tire dynamic model are derived using the values of the parameters B to E to which the correction has been made (step S620). Specifically, the “Magic Formula” data /
力学要素パラメータの値の導出後、ステップS606,S612,S614,S616を経て、目標達成についての判別が繰り返し行われる。
こうして、性能評価データが目標値を達成するまで、繰り返し力学要素パラメータは修正される。
ステップS616で肯定されると、メモリ4に記憶された力学要素パラメータがタイヤ設計仕様として決定される(ステップS620)。
After derivation of the value of the dynamic element parameter, the determination about the achievement of the target is repeatedly performed through steps S606, S612, S614, and S616.
Thus, the dynamic element parameters are repeatedly corrected until the performance evaluation data achieves the target value.
If the determination in step S616 is affirmative, the dynamic element parameters stored in the
このようにタイヤ設計仕様は、タイヤの構造力学に基づいて再現されたタイヤ力学モデルを構成する、タイヤ設計者にとって理解し易い力学要素パラメータによって表されるので、タイヤ設計者であればどのように修正すればよいか容易にわかり、修正が容易に行うことができる。また、タイヤ力学モデルにおける力学パラメータの値をタイヤ設計仕様として決定し、車両設計者にとって使い慣れた「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値と対応とさせることができるので、タイヤ設計者との円滑な開発体制が可能となり、開発効率が飛躍的に向上する。
また、力学要素パラメータは、タイヤ力学モデルによって実現可能なものであるので、タイヤの構造設計及び材料設計で実現可能なタイヤ設計仕様といえる。したがって、車両諸元のデータに応じて、実現可能なタイヤ設計仕様を決定することができる。
In this way, the tire design specification is expressed by dynamic element parameters that are easy to understand for the tire designer and constitute the tire dynamic model reproduced based on the structural dynamics of the tire. It is easy to see if it should be corrected, and it can be easily corrected. In addition, since the values of the mechanical parameters in the tire dynamic model can be determined as tire design specifications and correspond to the values of the parameters “B” to “E” of the “Magic Formula” familiar to the vehicle designer, Development system becomes possible, and development efficiency improves dramatically.
Further, since the mechanical element parameter can be realized by a tire dynamic model, it can be said that the tire design specification can be realized by structural design and material design of the tire. Therefore, a realizable tire design specification can be determined according to the vehicle specification data.
このように装置1ではタイヤ力学モデルを用いて演算することを特徴とするものであり、以降ではこのタイヤ力学モデルの妥当性を説明する。
Thus, the
図13(a)は、上記CP/SATPパラメータ算出プログラム20およびCP/SATデータ算出プログラム24において複合二乗残差和を用いて算出されたCPの荷重依存性の特性曲線l1と、複合二乗残差和を用いずにパラメータを算出し、このパラメータを用いて複合二乗残差和を用いずに算出したCPの荷重依存性の特性曲線l2と、計測された横力Fy(図中、「○」でプロット)と、を示している。また、図13(b)は、特性曲線l1と同様に複合二乗残差和を用いて算出されたSATPの荷重依存性の特性曲線l3と、特性曲線l2と同様に複合二乗残差和を用いずに算出されたSATPの荷重依存性の特性曲線l4と、計測されたトルクMz(図中、「○」でプロット)と、を示している。
図13(a),(b)から明らかなように、複合二乗残差和を用いて算出した特性曲線l1,l3は、複合二乗残差和を用いずに算出した特性曲線l2,l4に比べて極めて良好に計測値に対応していることがわかる。
FIG. 13A shows a characteristic curve l 1 of CP load dependence calculated by using the composite square residual sum in the CP / SATP
FIG. 13 (a), the from (b) As is apparent, curve l 1, l 3 calculated by using the combined sum of squared residuals is characteristic curve l 2 calculated without using the combined sum of squared residuals, compared to l 4 it can be seen that correspond to very good measurement values.
図14(a),(b)は、上記特性曲線l1,l2と、公知のタイヤ力学モデルであるFialaモデルを用いて作成されたCP、SATPの荷重依存性の特性曲線l5,l6とを示している。公知のFialaモデルは、本発明におけるタイヤ力学モデルにおける実効スリップ角αe、接地面に作用する前後力がSATPに与える前後力成分が考慮されていないモデルである。
図14(a),(b)から明らかなように、本発明のタイヤ力学モデルを用いて算出した特性曲線l1,l2は、公知のFialaモデルを用いて算出した特性曲線l5,l6に比べて極めて良好に計測値に対応していることがわかる。
14A and 14B show the characteristic curves l 5 and l of the load dependence of CP and SATP created using the characteristic curves l 1 and l 2 and the Fiala model which is a known tire dynamic model. 6 . The known Fiala model is a model in which the effective slip angle α e in the tire dynamic model in the present invention and the longitudinal force component applied to the SATP by the longitudinal force acting on the contact surface are not considered.
As is apparent from FIGS. 14A and 14B, the characteristic curves l 1 and l 2 calculated using the tire dynamic model of the present invention are characteristic curves l 5 and l calculated using the known Fiala model. It can be seen that it corresponds to the measured value very well compared to FIG.
図15は、CP/SATデータ算出プログラム24において算出されたSATPの荷重依存性を表した特性曲線l7を示している。特性曲線l7は計測値に極めて良好に対応している。さらに、この特性曲線l7においてSATPにおける前後力トルク成分(一点鎖線)を示している。図15からわかるように、前後力トルク成分はSATPにおいて略3分の1の寄与を示す。このように本発明では、トルクの特性曲線を分解して表すことができ、タイヤ力学モデルを用いてタイヤのコーナリング特性を詳細に分析することが可能となる。
FIG. 15 shows a characteristic curve 17 representing the load dependence of SATP calculated by the CP / SAT
図16(a),(b)は、上記Fy/Mzデータ算出プログラム26において算出された横力Fy'およびトルクMz'のスリップ角依存性を表した特性曲線l8,l9を示している。特性曲線l8,l9は計測値に極めて良好に対応している。
図16(a)では、特性曲線l8を、上記式(5)における第1項の凝着横力成分(点線)と第2項のすべり横力成分(一点鎖線)に分けて表示している。図16(b)では、上記式(6)における第1項および第2項の横力(凝着横力成分+すべり横力成分)によって生じる横力トルク成分と、前後力によって生じる前後力トルク成分とに分けて表示している。このように、本発明では、横力およびトルクの特性曲線を分解して表すことができ、タイヤのコーナリング特性を詳細に分析することが可能となる。
図16(c)は、上記Fy/Mzパラメータ算出プログラム22でパラメータを算出した時の関数Dgsp(t;n,q)によって表される接地圧分布の様子を示す図である。発生するセルフアライニングトルクMzが大きくなるほど、接地圧のピークは踏込み端側に偏り、接地面は蹴り出し側に移動することがわかる。
FIGS. 16A and 16B show characteristic curves l 8 and l 9 representing the slip angle dependence of the lateral force F y ′ and torque M z ′ calculated by the F y / M z
In FIG. 16 (a), the characteristic curve 18 is divided into the first term adhesion lateral force component (dotted line) and the second term slip lateral force component (dashed line) in the above formula (5). Yes. In FIG. 16B, the lateral force torque component generated by the lateral force (adhesion lateral force component + slip lateral force component) of the first term and the second term in the above formula (6) and the longitudinal force torque generated by the longitudinal force. It is divided into components and displayed. As described above, in the present invention, the characteristic curves of the lateral force and the torque can be decomposed and expressed, and the cornering characteristics of the tire can be analyzed in detail.
FIG. 16C is a diagram showing the state of the contact pressure distribution represented by the function D gsp (t; n, q) when the parameters are calculated by the F y / M z
このように、本発明ではタイヤの特性曲線を導出された力学要素パラメータを用いて正確に表すことができる。このため、所定のタイヤについて「Magic Formula」のパラメータB〜Eの値と学要素パラメータの値を対応させることができる。 Thus, in the present invention, the tire characteristic curve can be accurately expressed using the derived dynamic element parameters. For this reason, the value of the parameters B to E of the “Magic Formula” and the value of the academic element parameter can be associated with each other for a predetermined tire.
以上、本発明のタイヤの設計方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。以上の設計方法は、タイヤ回転軸に発生するタイヤ横力と車両設計の関係を主に述べたが、本発明においては、タイヤ前後方向においても同様のタイヤ力学モデルを用いることでタイヤ設計をすることができ、タイヤ設計全般に関わるシミュレーションに本手法を活用できることは明らかである。 The tire designing method of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes may be made without departing from the spirit of the present invention. It is. Although the above design method has mainly described the relationship between the tire lateral force generated on the tire rotation shaft and the vehicle design, in the present invention, the tire is designed by using the same tire dynamic model in the longitudinal direction of the tire. It is clear that this method can be used for simulations related to overall tire design.
1 装置
2 CPU
3 バス
4 メモリ
5 入力操作系
6 インターフェース
7 出力装置
8 プログラム群
9 設定プログラム
10 車両走行シミュレーションプログラム
11 「Magic Formula」データ・パラメータ算出プログラム
12 タイヤ力学モデルプログラム群
13 統合・管理プログラム
14 タイヤ力学モデル演算プログラム
20 CP/SATPパラメータ算出プログラム
22 Fy/Mzパラメータ算出プログラム
24 CP/SATPデータ算出プログラム
26 Fy/Mzデータ算出プログラム
1
3
Claims (7)
車両諸元の情報を用いて車両モデルを作成するモデル作成ステップと、
複数のタイヤ力学要素パラメータを用いて構成されるタイヤ力学モデルに基づいて、前記特性曲線を定めるタイヤ力学要素パラメータの値を設定するとともに、このタイヤ力学要素パラメータによって算出される前記特性曲線を非線形近似式で近似したときの、非線形近似式を規定する近似式パラメータの値を前記車両モデルに付与して、所定の走行条件で走行シミュレーションを行い、この走行シミュレーションの結果を用いて車両の性能評価を行う性能評価ステップと、
前記性能評価において、車両モデルが目標性能を満足しない場合、前記近似式パラメータの値を修正し、この修正された値を前記車両モデルに付与して走行シミュレーションを行い、この走行シミュレーションの結果を用いて車両の性能評価を行うとともに、修正された近似式パラメータの値によって規定される非線形近似式から算出される特性曲線を用いて、前記タイヤ力学モデルに基づいて、前記タイヤ力学要素パラメータの値を導出するタイヤ特性修正ステップと、
前記車両モデルが所定の性能を満足する場合、導出した前記タイヤ力学要素パラメータの値をタイヤ目標特性として決定するタイヤ特性決定ステップと、を有することを特徴とするタイヤの設計方法。 By performing vehicle running simulation using information on characteristic curves representing slip ratio dependence of force or torque acting on the tire rotation axis based on shearing force acting on the road surface and information on vehicle specifications A method of designing a tire that achieves desired vehicle performance according to information on vehicle specifications,
A model creation step for creating a vehicle model using information on vehicle specifications;
Based on a tire dynamic model composed of a plurality of tire dynamic element parameters, the tire dynamic element parameter value defining the characteristic curve is set, and the characteristic curve calculated by the tire dynamic element parameter is nonlinearly approximated. When approximated by the formula, the value of the approximate formula parameter that defines the nonlinear approximate formula is given to the vehicle model, a travel simulation is performed under a predetermined travel condition, and the vehicle performance evaluation is performed using the result of the travel simulation. A performance evaluation step to be performed;
In the performance evaluation, when the vehicle model does not satisfy the target performance, the value of the approximate expression parameter is corrected, the corrected value is given to the vehicle model, a driving simulation is performed, and the result of the driving simulation is used. Vehicle performance evaluation, and using a characteristic curve calculated from a nonlinear approximation formula defined by the corrected approximate formula parameter value, the tire dynamic element parameter value is calculated based on the tire dynamic model. A tire characteristic correction step to be derived;
And a tire characteristic determining step of determining, as a tire target characteristic, a value of the derived tire dynamic element parameter when the vehicle model satisfies a predetermined performance.
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