JP6416006B2

JP6416006B2 - シミュレーション装置

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Publication number: JP6416006B2
Application number: JP2015022060A
Authority: JP
Inventors: 加藤　博; 博加藤; 二瓶　則夫; 則夫二瓶
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2035-02-06
Also published as: JP2016145719A

Description

本発明は、シミュレーション装置に関し、特に、タイヤがリムから外れるときの車両の挙動を把握するためのシミュレーション装置に関する。

従来、タイヤの性能試験の一つに、タイヤがリムから外れる場合を想定したリム外れ試験が行われている。リム外れ試験では、被験体となるタイヤをリム組みして実際の車両に装着し、この車両をテストドライバーが規定された走行ライン（走行条件）に従って所定の運転条件で走行させて、実際にタイヤをリムから外れさせることで、タイヤがリム外れしたときの車両の挙動を把握するようにしている。

特開２００８−９４２４１号公報

しかしながら、テストドライバーが規定された走行条件に従って実車を所定の運転条件で繰り返し走行させることは難しく、再現性のあるリム外れ時の車両の挙動を把握するためには、多くのデータ取りを行わねばならず、多大な工数と時間を必要とするという問題がある。そこで、工数及び時間の削減のため、特許文献１に開示されるように、実際の車両を使用せず、リム組みされたタイヤと車両とをコンピュータ上でモデル化し、コンピュータによるシミュレーションによってリム外れ試験を行う方法も考えられるが、リムからタイヤが外れるという極限状態の挙動では、シミュレーションにより得られた結果と実際のタイヤ及び車両の挙動とが一致しないという問題がある。
そこで、本発明では、リム外れ試験に要する工数及び時間の削減を可能にして、リム外れ時のタイヤ及び車両の挙動を精度良く把握することができるシミュレーション装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのシミュレーション装置の構成として、リム組みされたタイヤを回転自在に支持するタイヤ支持装置と、タイヤが圧接される擬似路面と、タイヤ支持装置又は擬似路面に設けられ、擬似路面に対するタイヤの圧接状態を制御するアクチュエータと、タイヤ支持装置と擬似路面との両方、又はいずれかに設けられ、タイヤに回転駆動力又は制動力を付与する制動駆動装置と、擬似路面に圧接された状態で回転するタイヤに作用する力を検出するセンサと、タイヤの圧接状態を制御するための信号をアクチュエータに出力する制御装置とを備え、制御装置は、センサが検出した力、車両の走行条件及び車両の運転条件の入力により車両の走行状態を計算処理するとともに、計算された車両の走行状態に基づいて、アクチュエータの擬似路面に対するタイヤの圧接状態を制御する車両走行状態処理手段と、車両走行状態処理手段より得られる車両の走行状態が、車両の走行条件に一致するように、車両の運転条件を補正する運転条件補正手段とを備えるので、車両走行状態処理手段の実行時に実際のタイヤに加わる力を組み入れて得られた車両の走行状態が、運転条件補正手段により車両の走行条件に一致するように補正されるため、実車試験におけるリム外れ発生過程での車両の挙動にテストドライバーが対応するような運転操作を再現できる。したがって、実車試験に近い精度で車両の挙動を把握できるので、実車試験を不要とし、リム外れ試験に要する工数及び時間を削減することができる。
また、シミュレーション装置の他の構成として、制御装置は、タイヤのリム外れを検知するリム外れ検知手段と、リム外れ検知手段がタイヤのリム外れを検知したときに、タイヤのリム外れが検知される直前にセンサの検出した力の値を車両走行状態処理手段に出力するデータホールドとを備えるので、タイヤのリム外れが検知された後も車両走行状態処理手段による車両の走行状態の計算が継続可能となり、リム外れ後の車両の挙動を把握することができる。
また、シミュレーション装置の他の構成として、車両走行状態処理手段は、車両の運動状態を演算処理する車両運動状態処理手段と、車両運動状態処理手段におけるタイヤの運動状態を演算処理するタイヤ運動状態処理手段とを備え、タイヤ運動状態処理手段にセンサにより検出された力が入力されるので、実際のタイヤの運動状態がタイヤ運動状態処理手段に反映されるため、車両運動状態処理手段による車両の運動状態の計算において実車試験に近い精度の車両の運動状態を得ることができる。

シミュレーション装置のブロック図である。タイヤ負荷装置を示す図である。スピンドル軸の部分拡大図である。力センサにより検出されるタイヤに作用する６分力の方向を示す図である。スリップ角によりタイヤに生じる横力を示す図である。タイヤのリム外れ前後の横力の変化を模式的に示した図である。シミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。車両走行状態処理手段の処理を示すフローチャートである。

図１は、シミュレーション装置１の一実施形態を示すブロック図である。同図に示すように、シミュレーション装置１は、実際のタイヤ１０に力を負荷するタイヤ負荷装置２と、タイヤ負荷装置２がタイヤ１０に負荷を付与する力を制御する制御装置３とを備える。なお、実タイヤを含むタイヤ負荷装置２は、車両に装着されるタイヤ本数分に対応するように構成しても良いが、少なくとも１輪分のタイヤはタイヤ負荷装置２に設けるように構成し、その他のタイヤ分は、後述のタイヤ運動状態処理手段で構成して制御装置３に含めても良い。特に、パンク等により１輪のみタイヤ内圧が極端に低下し、リム外れが発生しやすくなる状況をシミュレーションする場合等は、該内圧の低下する１輪のみをタイヤ負荷装置２内に構成し、その他の正常な内圧のタイヤをタイヤ運動状態処理手段で構成することで、より簡便かつ精度良く目的を達成することができる。以下、操舵輪に対応するタイヤの１輪をタイヤ負荷装置２により構成した場合を用いてシミュレーション装置１の各構成について説明する。

図２は、タイヤ負荷装置２の一例を示す図、図３は、スピンドル軸１８の部分拡大図である。同図に示すように、タイヤ負荷装置２には、例えばフラットベルト試験装置が適用できる。フラットベルト試験装置は、リム組みされたタイヤ１０を回転自在に支持するタイヤ支持装置５と、タイヤ支持装置５に支持されたタイヤ１０と圧接する擬似路面３５ａを有する路面再現装置６とを備える。

タイヤ支持装置５は、一対の台座１１により支持されるフレーム１２と、スピンドルユニット１３とで構成される。台座１１は、床面に所定距離離間して設けられ、フレーム１２を駆動するアクチュエータ１４を備える。アクチュエータ１４は、台座１１とフレーム１２との間に介在して、台座１１からフレーム１２の立ち上がる角度を変位させる駆動機構である。アクチュエータ１４は、後述の制御装置３と接続され、制御装置３から出力される信号に基づいて台座１１側を支点としてフレーム１２を回動させる。フレーム１２は、台座１１のアクチュエータ１４より延長する一対の脚部１５，１５と、横枠１６とで構成される。脚部１５，１５は、台座１１間の上方において互いに交差するように延長し、横枠１６により連結される。横枠１６には、リム組みされたタイヤ１０を回転自在に支持するスピンドルユニット１３が設けられる。

スピンドルユニット１３は、横枠１６から上下方向に延長する主軸１７と、軸線が主軸１７の延長線と直交するように設けられたスピンドル軸１８とを備える。主軸１７は、上端側が横枠１６に回転自在に支持され、横枠１６に設けられたアクチュエータ１９の駆動により当該主軸１７の軸線を回転中心として回転する。アクチュエータ１９は、後述の制御装置３と接続され、制御装置３から出力される信号に基づいて主軸１７を回転駆動する。主軸１７の下端側には、スピンドル軸１８が設けられる。

図３に示すように、スピンドル軸１８は、軸線が主軸１７の軸線と直交するように延長する軸体である。スピンドル軸１８の先端には、リム組みされたタイヤ１０を回転自在に取り付けるためのハブ２０がスピンドル軸１８の軸線と同軸に設けられる。ハブ２０は、タイヤ１０の回転を検出する回転センサ２２を備える。回転センサ２２は、後述の制御装置３と接続され、タイヤ１０の回転速度Ｖｔを制御装置３に出力する。スピンドル軸１８は、内部にリム組みされたタイヤ１０に作用する力を検出する力センサ２１を備える。力センサ２１は、後述の制御装置３と接続され、検出した力を制御装置３に出力する。力センサ２１には、例えば、６分力測定器が適用される。

図４は、力センサ２１により検出されるタイヤ１０に作用する６分力Ｐの方向を示す図である。同図に示すように、力センサ２１は、タイヤ１０に作用する力を、前後力Ｆｘ，横力Ｆｙ，接地荷重Ｆｚ、オーバーターニングモーメントＭｘ、転がり抵抗モーメントＭｙ、セルフアライニングトルクＭｚの６つに分解して検出する。前後力Ｆｘは、タイヤ１０の前後方向（Ｘ軸方向）に作用する力、横力Ｆｙは、タイヤ１０の横方向（Ｙ軸方向）に作用する力、接地荷重Ｆｚは、タイヤ１０の鉛直方向（Ｚ軸方向）に作用する力をそれぞれ示している。また、オーバーターニングモーメントＭｘは、タイヤ１０の前後方向に延長するＸ軸周りのモーメント、転がり抵抗モーメントＭｙは、タイヤ１０の横方向に延長するＹ軸周りのモーメント、セルフアライニングトルクＭｚは、タイヤ１０の鉛直方向に延長するＺ軸周りのモーメントをそれぞれ示している。なお、力センサ２１により検出される６つの力は、以下の説明において総称して６分力Ｐともいう。

なお、力センサ２１は、タイヤ１０に作用する力の測定が可能であれば、スピンドル軸１８の内部に限定されず、リムＲとハブ２０との間に挟むように設けても良く、リムＲそのものに取り付けても良い。また、力センサ２１は、上述の６分力測定器に限定されない。力センサ２１は、少なくともタイヤ１０に作用する前後力Ｆｘ，横力Ｆｙ，接地荷重Ｆｚ、セルフアライニングトルクＭｚのうちいずれか一つが検出できるものであれば良い。

路面再現装置６は、タイヤ支持装置５の台座１１間のスピンドルユニット１３の下方に設けられる。路面再現装置６は、床面に接地固定されたベース３１と、ベース３１に設けられたアクチュエータ３２により鉛直方向に昇降するフレーム３３と、軸線が平行となるようにフレーム３３に対して回転自在に取り付けられた一対のドラム３４，３４と、一対のドラム３４，３４の外周に架け渡された無端状のベルト３５と、ドラム３４を回転駆動する駆動装置３６とを備える。駆動装置３６は、タイヤ１０に回転力又は制動力を付与する制動駆動装置として機能する。

ベース３１は、路面再現装置６における基台であって、床面に設置固定される。ベース３１には、フレーム３３を昇降するアクチュエータ３２が設けられる。アクチュエータ３２は、後述の制御装置３と接続され、制御装置３から出力される信号に基づいて駆動し、フレーム３３を鉛直方向（Ｚ軸方向）に上下させる。フレーム３３には、一対の円筒状のドラム３４，３４が設けられる。一対のドラム３４，３４は、軸線が互いに平行、かつ外周のうちの最上部が同一平面上、例えば水平面上に位置するようにフレーム３３に支持される。路面再現装置６は、ドラム３４の軸線がタイヤ支持装置５の台座１１，１１間を結ぶ直線と直交するようにタイヤ支持装置５に配置される。一対のドラム３４，３４の外周には、無端状のベルト３５が架け渡される。ベルト３５の外周面は、コンクリートやアスファルト等の路面の摩擦係数を模した加工が施され、擬似路面３５ａとして再現されている。なお、ベルト３５は、ドラム３４，３４間において所定の張力が付与されるように、図外のオートテンショナにより一定に保たれる。

一方のドラム３４には、当該ドラム３４を回転駆動する駆動装置３６と、ドラム３４の回転速度を検出するための回転センサ３７とが設けられる。駆動装置３６は、後述の制御装置３と接続され、制御装置３から出力される信号に基づいて制御される。駆動装置３６がドラム３４を回転駆動させ、ベルト３５を従動的に回転させることで、走行状態の路面が疑似的に再現される。回転センサ３７は、後述の制御装置３と接続され、検出したドラム３４の回転速度を制御装置３に出力する。回転センサ３７が制御装置３に出力するドラム３４の回転速度は、制御装置３内においてベルト３５の回転速度、即ち、車両の走行速度（車体速度Ｖｖ）として処理される。
なお、路面再現装置６は、上記フラットベルト試験装置に限らず、ドラム式タイヤ試験装置であっても良い。

上記タイヤ負荷装置２によれば、リム組みされたタイヤ１０をタイヤ支持装置５のハブ２０に取り付け、路面再現装置６のアクチュエータ３２を駆動し、ベルト３５を鉛直（Ｚ軸）方向に沿って上下に変位させることにより、タイヤ１０の擬似路面３５ａへの圧接力が調整される。この圧接力は、タイヤ１０に付与される接地荷重Ｆｚである。また、タイヤ支持装置５のアクチュエータ１４を駆動し、擬似路面３５ａに対する主軸１７の傾斜角を変化させることにより、タイヤ１０のキャンバー角θが調整される。また、タイヤ支持装置５のアクチュエータ１９を駆動し、主軸１７を回転させて擬似路面３５ａの回転方向に対するタイヤ１０の前後方向（Ｘ軸）の交差角を変化させることにより、タイヤ１０のスリップ角φが調整される。なお、以下の説明では、上述の路面再現装置６のアクチュエータ３２を荷重アクチュエータ３２、タイヤ支持装置５のアクチュエータ１４をキャンバー角アクチュエータ１４、アクチュエータ１９を操舵アクチュエータ１９という。

図１に戻り、制御装置３について説明する。図１に示すように、制御装置３は、所謂コンピュータからなり、ハードウェア資源として設けられた演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ、通信手段としての入出力インターフェイスを備える。また、制御装置３は、キーボードやマウスなどの作業者により直接操作される入力手段、或いは、磁気，光ディスクなどの媒体にあらかじめ記録された情報を入力するための磁気，光学ドライブ等による入力手段としての入力装置８、モニター等の表示手段としての表示装置９を備える。制御装置３には、入力装置８を介してシミュレーションに必要な基本情報、例えば走行条件や運転条件等が入力され、記憶手段に記憶される。ＣＰＵが、記憶手段に格納されたプログラムを実行処理することにより、車両の挙動が計算される。なお、車両の挙動とは、例えば、入力された走行条件及び運転条件に従って車両の走行シミュレーションを実行させたときに、車両が走行条件として入力され、目標となる走行ラインからどの程度外れているかや、走行中の接地荷重Ｆｚ、スリップ角φ、キャンバー角θの変化に応じた車両の姿勢の時系列的な変化等の車両の運動状態をいう。

制御装置３は、ＣＰＵを車両運動状態処理手段５１、タイヤ運動状態処理手段５２、運転条件補正手段５３、車両走行状態処理手段５４、リム外れ検知手段５５、データホールド手段５６として機能するプログラムを備える。力センサ２１から制御装置３に出力された６分力Ｐは、リム外れ検知手段５５と、データホールド手段５６とに入力される。

車両運動状態処理手段５１は、あらかじめ入力される車体寸法，前後のトレッド長，ホイールベース，車両重量，前後軸重量等の諸元情報、及び懸架装置，制動装置，動力伝達装置，操舵装置等の情報に基づいてタイヤを除く車両をモデル化したものである。車両運動状態処理手段５１は、車両運動状態処理手段５１と、後述のタイヤ運動状態処理手段５２と、運転条件補正手段５３とが、あらかじめ入力された走行条件と車両状態をより一致させるようにハンドル操作量等を修正した値と、後述のデータホールド手段５６を介してタイヤ負荷装置２から入力される力センサの値をもとに、車両の重心位置、ピッチング、ローリング、ヨーイング等の車両の姿勢を含む車両の運動状態を演算処理する。これにより、車両の運動状態に応じた各タイヤの計算上の接地荷重Ｆｚ、キャンバー角θ、スリップ角φ等が得られる。

タイヤ運動状態処理手段５２は、タイヤ１０が発生する６分力Ｐ等と、接地荷重Ｆｚ、キャンバー角θ、スリップ角φ等の関係をモデル化したもので、車両に装備されるタイヤのうち、実タイヤを用いてタイヤ負荷装置２に組み込まれるもの以外のタイヤ１０の挙動を計算するために用いる。

運転条件補正手段５３は、従来の実車試験におけるテストドライバーによるアクセル操作、ブレーキ操作、ハンドル操作等の運転操作を表現する。具体的には、運転条件補正手段５３は、後述の車両走行状態処理手段５４により得られる車両の走行軌跡や、車両運動状態処理手段５１の計算による車両の運動状態における進行方向や車体速度Ｖｖを指令値として入力された走行条件や運転条件との間にズレが生じた場合、指令値として入力された走行条件や運転条件に戻るように、運転条件として入力されたアクセル操作、ブレーキ操作、ハンドル操作等の指令値に補正を加えた指令値を車両走行状態処理手段５４に出力する。これにより、実車試験におけるリム外れ発生過程での車両の挙動にテストドライバーが対応するような運転操作を実車試験と同様に再現する。

車両走行状態処理手段５４は、上記車両運動状態処理手段５１により処理された車両の運動状態、タイヤ運動状態処理手段５２により処理されたタイヤの運動状態、運転条件補正手段５３から出力される指令値と、タイヤ負荷装置２の力センサ２１から入力された６分力Ｐとに基づいて走行する車両の動的挙動である走行状態を演算処理する。つまり、車両走行状態処理手段５４は、力センサ２１が検出した力、車両の走行条件及び車両の運転条件の入力により車両の走行状態を計算処理するとともに、計算された車両の走行状態に基づいて、アクチュエータの擬似路面３５ａに対するタイヤ１０の圧接状態を制御する。例えば、後述のリム外れ検知手段５５がタイヤのリム外れを検知したときに、タイヤ１０と擬似路面３５ａとの圧接を解除するようにタイヤ負荷装置２のアクチュエータを動作させる。圧接を解除するとは、タイヤ１０を擬似路面３５ａに押し付ける力を０（ゼロ）にする、もしくはタイヤ１０を擬似路面３５ａより引き離すことにより実施する。
すなわち、車両走行状態処理手段５４は、車両運動状態処理手段５１がタイヤ運動状態処理手段５２により得られたタイヤの運動状態を参照しながら演算処理する車両の運動状態の車両の重心位置、ピッチング、ローリング、ヨーイング等の車両の姿勢を含む車両の運動状態に基づいて、車両の走行軌跡の計算処理、車両の走行軌跡が入力された走行条件の目標とする走行ラインからどの程度外れているかの計算処理、車両の姿勢の時系列的な変化、すなわち、スピンや横転等の車両の挙動の計算処理を実行する。そして、車両走行状態処理手段５４は、車両運動状態処理手段５１が車両の運動状態を計算する毎に、計算により得られた車両の接地荷重Ｆｚ、スリップ角φ、キャンバー角θ、及び車体速度Ｖｖをタイヤ負荷装置２に出力する。具体的には、車両走行状態処理手段５４は、タイヤ負荷装置２に設けられた実際のタイヤ１０が、接地荷重Ｆｚ、スリップ角φ、キャンバー角θで擬似路面３５ａに圧接されるような指令値をタイヤ負荷装置２の荷重アクチュエータ３２、キャンバー角アクチュエータ１４、スリップ角アクチュエータ１９に出力する。また、タイヤ１０の圧接される擬似路面３５ａが、車体速度Ｖｖで走行しているような回転速度、すなわち、ベルト３５が車体速度Ｖｖで回転するような指令値を駆動装置３６に出力する。

リム外れ検知手段５５は、力センサ２１から入力された６分力Ｐに基づいてリム外れを検知する。リム外れ検知手段５５は、例えば、横力Ｆｙに基づいてタイヤ１０のリム外れを検知するように構成される。図５（ａ），（ｂ）は、スリップ角φによりタイヤ１０に生じる横力Ｆｙを示す図である。図５（ａ）に示すように、ここでいうスリップ角φは、車体の進行方向（ベルト３５の回転方向）とリムＲの取付面との角度である。横力Ｆｙは、同じスリップ角φでは車体速度Ｖｖが速くなるに従って大きくなり、また、同じ車体速度Ｖｖではスリップ角φが大きくなるにしたがって大きくなる。図５（ａ），（ｂ）に示すように、タイヤ１０に作用する横力Ｆｙが、タイヤ１０のビード部とリムＲとの嵌合力よりも大きくなると、タイヤ１０がリムＲから外れることになる。タイヤ１０がリムＲから外れた場合には、タイヤ１０に作用する横力Ｆｙが急激に小さくなる。そこで、リム外れ検知手段５５では力センサ２１から出力される６分力Ｐのうちの横力Ｆｙの変化を監視することでリム外れを検知する。

図６は、タイヤ１０のリム外れ前後の横力Ｆｙの変化を模式的に示した図である。同図に示すように、横力Ｆｙは、タイヤ１０がリムから外れる直前をピークにして一気に落ち込むことから、リム外れ検知手段５５では、力センサ２１から出力される横力Ｆｙの落ち込み、すなわち、変化値に基づいてリム外れを検知する。変化値には、例えば、力センサ２１から逐次出力される６分力Ｐの連続する減少率を適用できる。そして、リム外れ検知手段５５では、閾値α以上の変化値が所定回数連続したときに、タイヤ１０がリムＲから外れたものとして検知する。

上述の車両走行状態処理手段５４により得られる車両の連続的な挙動は、車両運動状態処理手段５１及びタイヤ運動状態処理手段５２によるタイヤを含む車両の運動状態を所定の時間間隔δｔで計算を進行させることで得られる。この時間間隔δｔは、例えば、リム外れ前後において横力Ｆｙが、最大ピーク値となるｑ１から最少ピーク値となるｑｍｉｎまでの間に少なくとも１回以上の複数回、力センサ２１から車両走行状態処理手段５４に６分力Ｐが出力されるように設定されている。

そこで、リム外れ検知手段５５では、図６に示すように、横力Ｆｙの変化を監視するにあたり、横力Ｆｙの最大ピーク値となるｑ１からｑ２，ｑ３へと減少するときの各減少率が閾値α以上で、かつ２回以上連続するときに、リム外れが生じたものとして検知する。つまり、本実施形態では、図６に示すｑ４においてリム外れが検知される。リム外れ検知手段５５がタイヤ１０のリム外れを検知した場合には、リム外れの検知と同時に、データホールド手段５６にリム外れの報知信号Ｔを出力し、リム外れを検知しない場合には、リム外れなしとの判定と同時に、リム外れのない旨を報知する報知信号Ｓをデータホールド手段５６に出力する。

なお、リム外れ検知手段５５によるタイヤ１０のリム外れの他の検知方法として、横力Ｆｙに代えて、前後力Ｆｘ、接地荷重ＦｚやセルフアライニングトルクＭｚの変化に基づいて、リム外れを検知するようにしても良い。横力Ｆｙと同様に、力センサ２１から出力される６分力Ｐのうちの前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、接地荷重Ｆｚ及びセルフアライニングトルクＭｚのリム外れ後の減少が顕著であることから、上記横力Ｆｙ以外の前後力Ｆｘ、接地荷重Ｆｚ及びセルフアライニングトルクＭｚのいずれかの変化を上述したように監視することで、タイヤ１０のリム外れを検出することができる。また、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、接地荷重Ｆｚ及びセルフアライニングトルクＭｚのいずれかの変化を組み合わせてリム外れを検知するようにしても良い。

データホールド手段５６は、リム外れ検知手段５５がタイヤ１０のリム外れを検知し、タイヤ１０と擬似路面３５ａとの圧接を解除する直前に力センサ２１の検出した６分力Ｐの値を車両走行状態処理手段５４に出力する。具体的には、データホールド手段５６には、上述の力センサ２１が検出した６分力Ｐと、リム外れ検知手段５５から出力される報知信号Ｓ，Ｔとが入力される。データホールド手段５６は、リム外れ検知手段５５から入力される報知信号Ｓ又は報知信号Ｔに応じて、力センサ２１から入力された６分力Ｐを車両走行状態処理手段５４に出力する。そして、データホールド手段５６は、力センサ２１から入力される６分力Ｐを記憶し、報知信号Ｓが入力された場合には、最新の６分力Ｐを車両走行状態処理手段５４に出力し、報知信号Ｔが入力された場合には、入力された最新の６分力Ｐの直前の入力直前の６分力Ｐを車両走行状態処理手段５４に出力する。例えば、図６のグラフで言えば、ｑ４においてリム外れが検知され、ｑ４における６分力Ｐが入力された後に、報知信号Ｔがリム外れ検知手段５５から入力されることから、ｑ４の直前であるｑ３における６分力Ｐが車両走行状態処理手段５４に出力される。

以下、シミュレーション装置１の動作について説明する。なお、以下の説明において、タイヤ負荷装置２には、所定の内圧が印加され、リム組みされた被験体のタイヤが取り付けられているものとする。また、制御装置３には、入力装置８の操作により運転条件及び走行条件等のシミュレーションに関する情報が入力されているものとする。走行条件には、所定距離直進後に、所定の曲率の円周上に沿って左旋回し、方向転換する直線と円弧とを組み合わせたＪ字状の走行ラインが設定されているものとする。また、運転条件には、上記走行条件として入力された走行ラインを走行するときのアクセル操作、ブレーキ操作、ステアリング操作に関する条件、具体的には、直線を静止状態から車速４０ｋｍまで所定の加速度で加速し、所定距離車速４０ｋｍで定常走行させた後に、所定の曲率の円周上を車速４０ｋｍを維持したまま走行するようなステアリング操作及びアクセル操作が設定されているものとする。

作業者が、シミュレーションを開始する指令を入力装置８から入力することにより、制御装置３及びタイヤ負荷装置２によるシミュレーションが開始される。
Ｓ１０１：まずシミュレーションにおける時間ステップＮを１つ進行させる。
Ｓ１０２：シミュレーションが開始されると、制御装置３では、車両走行状態処理手段５４が、上記車両運動状態処理手段５１により処理された車両の運動状態、タイヤ運動状態処理手段５２により処理されたタイヤの運動状態、タイヤ負荷装置２の力センサ２１から入力された６分力Ｐ、入力された運転条件及び走行条件の時間ステップＮにおける指令値に基づいて、車両の運動状態を計算し、Ｓ１０３に移行する。シミュレーションの開始時では、静止状態の車両の状態が計算される。
Ｓ１０３：計算により得られた車両の運動状態から車両の接地荷重Ｆｚ、スリップ角φ及びキャンバー角θ及び車体速度Ｖｖをタイヤ負荷装置２に出力する。

タイヤ負荷装置２では、タイヤ支持装置５に支持されたタイヤ１０が、車両走行状態処理手段５４から入力された接地荷重Ｆｚ、スリップ角φ及びキャンバー角θで擬似路面３５ａに圧接されるように、荷重アクチュエータ３２、スリップ角アクチュエータ１９、キャンバー角アクチュエータ１４が駆動される。また、擬似路面３５ａの回転速度が車体速度Ｖｖとなるように駆動装置３６の駆動が制御される。荷重アクチュエータ３２、スリップ角アクチュエータ１９、キャンバー角アクチュエータ１４、及び駆動装置３６の駆動によりタイヤ負荷装置２の力センサ２１で検出された６分力Ｐが制御装置３に出力される。

Ｓ１０４：力センサ２１から入力された６分力Ｐをリム外れ検知手段５５及びデータホールド手段５６に出力し、Ｓ１０５に移行する。
Ｓ１０５：リム外れの検知履歴の有無を判定する。リム外れの検知履歴がない場合には、Ｓ１０６に移行し、リム外れの検知履歴がある場合には、Ｓ１０９に移行する。
Ｓ１０６：最新の６分力の一つ前の６分力を記憶し、Ｓ１０７に移行する。
Ｓ１０７：リム外れ検知手段５５により、力センサ２１から入力された６分力Ｐのうちの横力Ｆｙの変化値を計算し、閾値αと比較することでリム外れの有無を判定する。計算された変化値が閾値α未満の場合にはリム外れなしとして判定し、報知する報知信号Ｓをデータホールド手段５６に出力してＳ１０８に移行する。また、変化値が閾値α以上の場合にはリム外れ有りとして判定し、リム外れを報知する報知信号Ｔをデータホールド手段５６に出力してＳ１０９に移行する。

Ｓ１０８：データホールド手段５６はリム外れ検知手段５５からの報知信号Ｓの入力により、力センサ２１から入力された最新の６分力Ｐを記憶し、最新の６分力を車両走行状態処理手段５４に出力してＳ１１０に移行する。
Ｓ１０９：Ｓ１０６において記憶された６分力Ｐを車両走行状態処理手段５４に出力してＳ１０９に移行する。
Ｓ１１０：シミュレーションにおける時間ステップＮがＮｍａｘであるかどうかを判定し、Ｎｍａｘであるときには、シミュレーションを終了し、Ｎｍａｘでないときには、Ｓ１０１に戻り、時間ステップＮを１つ進めてシミュレーションが継続される。
すなわち、上記Ｓ１０１からＳ１１０を繰り返すことにより、車両の動的挙動がシミュレーションされる。

上記Ｓ１０２における車両の運動状態の計算において、走行ラインからズレが生じた場合には、運転条件補正手段５３が走行ラインからのズレを補正する指令値を車両走行状態処理手段５４に出力することで車両の運動状態の計算がなされる。
図８は、Ｓ１０２における車両走行状態処理手段５４の処理を示すフローチャートである。
同図に示すようにＳ１０２では、Ｓ２０１乃至Ｓ２０４の処理が実行される。
Ｓ２０１：入力された走行条件及び運転条件を更新する。すなわち、Ｓ１０１により時間ステップが進行したときの時間経過や車両走行位置等に基づき走行条件及び運転条件を更新する。
Ｓ２０２：時間ステップが更新される１つ前の時間ステップで計算された車両の運動状態が、Ｓ２０１で読み込んだ走行条件及び運転条件に合致しているかどうかを判定する。合致している場合には、Ｓ２０４に移行し、合致していない場合には、Ｓ２０３に移行する。
Ｓ２０３：時間ステップが更新される１つ前の時間ステップで計算された車両の運動状態が、Ｓ２０１で読み込んだ走行条件及び運転条件に合致するように、運転条件を補正した指令値を計算する。入力装置８から入力された走行条件には時間ステップ毎の走行ラインが規定されているが、例えば、所定の曲率に沿って旋回走行する場合に、リム外れが発生し、横力Ｆｙが減少することにより、車両走行状態処理手段５４による車両の運動の計算において、車両の走行する位置が走行ラインからずれてしまう場合がある。このような場合には、実車試験におけるテストドライバーが行うように自動的にハンドル操作量等の運転条件を補正し、補正した指令値としての運転条件を車両走行状態処理手段５４に出力する。
Ｓ２０４：上記Ｓ２０３から出力された補正された運転条件及びＳ２０１で更新された走行条件、又は、Ｓ２０１で更新された走行条件及び運転条件に基づいて、車両の運動を計算する。
このように運転条件を補正することで、実車試験において車両の挙動に応じてテストドライバーが対応するような運転操作をシミュレーションに再現させることができる。

以上説明したように、コンピュータ上の仮想空間で計算されたタイヤの運動状態と実際のタイヤ１０の運動状態とをリンクさせることにより、車両運動状態処理手段５１により計算される車両の運動状態の精度を向上させることができ、車両の正確な動的挙動を把握することができる。車両走行状態処理手段５４により計算された結果は、記憶手段と表示装置９とに逐次出力される。記憶手段ではデータとして保存され、表示装置９では例えばアニメーションとして表示される。

また、リム外れが検出された場合には、データホールド手段５６の記憶するリム外れ検出直前の６分力Ｐが車両走行状態処理手段５４に入力されるため、この入力に基づいてタイヤ運動状態処理手段５２によりタイヤの運動状態を計算し、この計算されたタイヤの運動状態を車両運動状態処理手段５１に反映させて、車両の運動状態を継続的に計算することができるので、リム外れ後の車両の動的挙動をシミュレーションし、把握することができる。

例えば、タイヤ負荷装置２においてタイヤ１０がリム外れした力センサ２１は、リムからタイヤ１０が外れた状態にあるため、エラー値、若しくはエラー値に等しい値を出力する。このエラー値をタイヤ運動状態処理手段５２に入力し、タイヤの運動状態を計算したとしても、計算にエラーが生じてタイヤの運動状態の計算が停止し、車両挙動のシミュレーションが終了してしまう。そこで、データホールド手段５６が、リム外れ後にはリム外れ検知直前の６分力を車両走行状態処理手段５４に出力することで、タイヤ運動状態処理手段５２によるタイヤの運動状態の計算、また、この計算値を用いた車両運動状態処理手段５１による車両の運動状態の計算にリム外れの状態を反映させて、車両の運動状態の計算を継続させることができる。これにより、シミュレーションの開始から終了までの間にタイヤ１０のリム外れを生じた場合であっても、車両の動的挙動を確実に把握することができる。

なお、上記実施形態のタイヤ負荷装置２では、路面再現装置６に駆動装置３６を設け、擬似路面３５ａを回転させてタイヤ１０を従動的に回転させるものとして説明したが、タイヤ支持装置５に駆動装置を設けてタイヤ１０を回転させて擬似路面３５ａを従動的に回転させるようにしても良い。
また、タイヤ支持装置５及び路面再現装置６の両方に駆動装置を設けて、擬似路面３５ａに回転力又は制動力を付与するとともに、タイヤ１０に回転力又は制動力を付与して、擬似路面３５ａに対してタイヤ１０を相対的に回転させるように構成しても良い。このようにタイヤ側及びドラム側の双方をアクティブにドライブ（擬似路面３５ａに回転力又は制動力を付与するとともに、タイヤ１０に回転力又は制動力を付与）することで、車両自体の対地移動速度と、タイヤの制動・駆動によるスリップ率やスリップ角などを同時に再現することができ、より精度の高いシミュレーションを行うことができる。
また、キャンバー角アクチュエータ１４や操舵アクチュエータ１９や荷重アクチュエータ３２は、タイヤ負荷装置２のタイヤ支持装置５か路面再現装置６のいずれかが備えていれば良い。

１シミュレーション装置、２タイヤ負荷装置、３制御装置、
５タイヤ支持装置、６路面再現装置、１０タイヤ、
１４キャンバー角アクチュエータ（アクチュエータ）、
１９操舵アクチュエータ（アクチュエータ）、２１力センサ、
３２荷重アクチュエータ（アクチュエータ）、３５ａ擬似路面、３６駆動装置、
５１車両運動状態処理手段、５２タイヤ運動状態処理手段、
５３運転条件補正手段、５４車両走行状態処理手段、５５リム外れ検知手段、
５６データホールド手段。

Claims

リム組みされたタイヤを回転自在に支持するタイヤ支持装置と、
前記タイヤが圧接される擬似路面と、
前記タイヤ支持装置又は前記擬似路面に設けられ、前記擬似路面に対するタイヤの圧接状態を制御するアクチュエータと、
前記タイヤ支持装置と前記擬似路面との両方、又はいずれかに設けられ、前記タイヤに回転駆動力又は制動力を付与する制動駆動装置と、
前記擬似路面に圧接された状態で回転する前記タイヤに作用する力を検出するセンサと、
前記タイヤの圧接状態を制御するための信号をアクチュエータに出力する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記センサが検出した力、車両の走行条件及び車両の運転条件の入力により車両の走行状態を計算処理するとともに、計算された車両の走行状態に基づいて、前記アクチュエータの擬似路面に対するタイヤの圧接状態を制御する車両走行状態処理手段と、
前記車両走行状態処理手段より得られる車両の走行状態が、前記車両の走行条件に一致するように、車両の運転条件を補正する運転条件補正手段と、を備えるシミュレーション装置。
前記制御装置は、前記タイヤのリム外れを検知するリム外れ検知手段と、
前記リム外れ検知手段がタイヤのリム外れを検知したときに、タイヤのリム外れが検知される直前に前記センサの検出した力の値を前記車両走行状態処理手段に出力するデータホールド手段と、
を備える請求項１に記載のシミュレーション装置。
前記車両走行状態処理手段は、車両の運動状態を演算処理する車両運動状態処理手段と、
前記車両運動状態処理手段におけるタイヤの運動状態を演算処理するタイヤ運動状態処理手段とを備え、
前記タイヤ運動状態処理手段に前記センサにより検出された力が入力される請求項１又は請求項２に記載のシミュレーション装置。