(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験用車両に、路面摩擦係数測定用のタイヤを取り付けるタイヤ装着ステップと、
この測定用タイヤに、スリップ角及びキャンバー角のうちの少なくとも一方である傾斜角を設定するタイヤ傾斜ステップと、
上記測定用タイヤを測定対象の路面に当接させて、鉛直下方に荷重を加える荷重負荷ステップと、
測定対象の路面上を走行する走行ステップと、
路面から測定用タイヤに加わる反力を測定する反力測定ステップと、
路面からの水平方向の反力と上記荷重とから、路面の摩擦係数を算出する摩擦係数算出ステップとを含んでおり、
上記走行ステップにおいて、上記試験車両に設けられた水噴射ノズルを用いて、上記測定用タイヤの前方の路面に水を散布し、
上記走行ステップにおいて、上記試験用車両が、所定間隔をおいて平行な複数の直線上を走行する路面摩擦係数の測定方法。
【請求項２】
上記タイヤ傾斜ステップにおける傾斜角が、０．５°以上２．０°以下である請求項１に記載の路面摩擦係数の測定方法。
【請求項３】
上記走行ステップにおいて、反力の測定及び摩擦係数の算出を連続して行い、且つ、試験用車両の走行速度から走行距離を算出することによって測定位置の特定を行う請求項１又は２に記載の路面摩擦係数の測定方法。
【請求項４】
上記摩擦係数算出ステップにおいて、反力測定ステップにおいて測定された、車両進行方向に垂直な水平方向反力である横力を、上記荷重によって除することにより、横摩擦係数を算出する請求項１から３のうちのいずれかに記載の路面摩擦係数の測定方法。
【請求項５】
上記摩擦係数算出ステップにおいて、反力測定ステップにおいて測定された、車両進行方向に垂直な水平方向反力である横力と、車両進行方向の反力である前後力と、上記荷重とから、算式  （（横力）２  ＋（前後力）２  ）１／２  ／荷重
を用いて、総合摩擦係数を求める請求項１から４のうちのいずれかに記載の路面摩擦係数の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両が走行しうる路面の摩擦係数を測定する方法、及び、この測定方法に用いられる摩擦係数測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、路面の摩擦係数を測定する方法として、ＡＳＴＭ（米国試験及び材料規格）のＥ１３３７に規定された路面摩擦係数測定方法、ＡＳＴＭのＥ３０３に規定された、ＢＰＮ試験機（英国式振り子型滑り試験機）を用いた路面摩擦係数測定方法等が知られている。
【０００３】
ＡＳＴＭ  Ｅ１３３７に規定された路面摩擦係数測定方法は、所定仕様（Ｐ１９５／７５Ｒ１４  Ｅ１１３６）のタイヤが装着されたトラクション試験車両を用いて実施される。このタイヤを装着した試験車両が路面上を走行する。測定対象の位置において、上記タイヤを装着した車輪に制動力が加えられる。このとき、路面から上記タイヤに加わった前後力を、路面からの垂直反力によって除した値の最大値を用いて摩擦係数を求める。
【０００４】
ＡＳＴＭのＥ３０３に規定された路面摩擦係数測定方法では、所定のゴム試験片が、マス（錘）の付いた振り子の先端に装着される。この振り子が測定対象路面に向かって振り下ろされる。路面に衝突して反対側に飛び上がった高さから、路面の摩擦係数が算出される。
【０００５】
上記のいずれの測定方法も、路面上における選択された一点での測定を行うものである。従って、路面の広い範囲について摩擦係数を測定するには、測定点が膨大な数となり、大変な作業となる。ＡＳＴＭ  Ｅ１３３７による路面摩擦係数測定では、タイヤに制動力を負荷する。この制動力の解除が遅れた場合、上記試験タイヤがロック状態となる。その結果、この試験タイヤが局所的に摩耗することがあり、その後の試験精度に悪い影響を与える。
【０００６】
特開２００３−１８２４７６公報には、走行中の車両のホイールの振動を検出し、この振動の周波数から路面の摩擦係数を推定する方法が開示されている。この方法においては、予め測定した路面の摩擦係数とそのときのホイールの振動数との関係を示すグラフ（Ｇテーブル）を作成しておく。そして、測定対象の路面を走行して得られた振動数から、その路面の摩擦係数を推定する。しかし、この公報には、路面摩擦係数の実際の測定方法は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８２４７６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、路面の広い範囲に対しても、容易にその摩擦係数を測定することができる路面摩擦係数の測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る路面摩擦係数の測定方法は、
試験用車両に、路面摩擦係数測定用のタイヤを取り付けるタイヤ装着ステップと、
この測定用タイヤに、スリップ角及びキャンバー角のうちの少なくとも一方である傾斜角を設定するタイヤ傾斜ステップと、
上記測定用タイヤを測定対象の路面に当接させて、鉛直下方に荷重を加える荷重負荷ステップと、
測定対象の路面上を走行する走行ステップと、
路面から測定用タイヤに加わる反力を測定する反力測定ステップと、
路面からの水平方向の反力と上記荷重とから、路面の摩擦係数を算出する摩擦係数算出ステップとを含んでいる。
【００１０】
好ましくは、上記走行ステップにおいて、測定用タイヤが押圧される路面上に水を散布する。
【００１１】
好ましくは、上記タイヤ傾斜ステップにおける傾斜角が、０．５°以上２．０°以下である。
【００１２】
好ましくは、上記走行ステップにおいて、反力の測定及び摩擦係数の算出を連続して行い、且つ、試験用車両の走行速度から走行距離を算出することによって測定位置の特定を行う。
【００１３】
好ましくは、上記摩擦係数算出ステップにおいて、反力測定ステップにおいて測定された、車両進行方向に垂直な水平方向反力である横力を、上記荷重によって除することにより、横摩擦係数を算出する。
【００１４】
好ましくは、上記摩擦係数算出ステップにおいて、反力測定ステップにおいて測定された、車両進行方向に垂直な水平方向反力である横力と、車両進行方向の反力である前後力と、上記荷重とから、算式  （（横力）２  ＋（前後力）２  ）１／２  ／荷重
を用いて、総合の摩擦係数を求める。
【００１５】
本発明に係る路面摩擦係数の測定装置は、
試験用車両に搭載される、路面摩擦係数の測定装置であって、
路面摩擦係数測定用のタイヤと、
この測定用タイヤを路面に垂直に押圧する荷重負荷装置と、
測定用タイヤを、スリップ角及びキャンバー角のうちの少なくとも一方を設定するために傾斜させるタイヤ傾斜装置と、
路面から測定用タイヤに加わる反力を測定する反力測定装置と、
路面からの水平方向の反力と上記荷重とから、路面の摩擦係数を算出する摩擦係数演算装置とを備えている。
【００１６】
好ましくは、路面に対して水を散布する水噴射装置をさらに備えている。
【００１７】
好ましくは、上記試験用車両の走行速度を測定する車速測定装置をさらに備えており、この車速測定装置が、路面に当接して転動しうる車速測定用タイヤを有している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る路面摩擦係数の測定方法によれば、路面の広い範囲に対しても、容易に連続してその摩擦係数を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る路面摩擦係数測定装置の一例が搭載された試験用車両に示す正面図である。
【図２】図２は、図１の試験用車両に搭載された路面摩擦係数測定装置を示す正面図である。
【図３】図３は、図２の路面摩擦係数測定装置の平面図である。
【図４】図４は、路面から路面摩擦係数測定用のタイヤに加わる反力の一部を概略的に示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００２１】
図１には試験用車両（以下、単に車両ともいう）１０が示されている。この車両１０は、路面摩擦係数測定装置（以下、摩擦係数測定装置という）１を搭載している（図２及び図３参照）。試験用車両として、いわゆるトラクション計測車が用いられている。トラクション計測車は、供試タイヤに対して制動力及び駆動力を負荷することができ、スリップ角及びキャンバー角を設定することができる車両である。しかし、ここでは、供試タイヤに制動力及び駆動力を負荷することによって摩擦係数を測定するのではない。
【００２２】
図１に示すごとく、この試験用車両１０から路面Ｒに向かって、路面摩擦係数測定用のタイヤ（以下、単に測定用タイヤという）２、及び、車速測定用のタイヤ（以下、単に車速用タイヤという）３が延びている。後述するように、測定用タイヤ２には、路面に向けて押圧させられる荷重が負荷されるので、この試験用車両１０の重量は、上記荷重の２倍以上であるのが好ましい。
【００２３】
図２及び図３には上記摩擦係数測定装置１が示されている。図２が摩擦係数測定装置１の正面図であり、図３が平面図である。この摩擦係数測定装置１は、試験用車両１０の走行に伴い、路面Ｒから測定用タイヤ２に加わる水平方向の反力と、測定用タイヤ２を介して路面に垂直に加えられる荷重とから、路面Ｒの摩擦係数を求めるものである。
【００２４】
摩擦係数測定装置１は、上記測定用タイヤ２と、この測定用タイヤ２を路面Ｒに垂直に押圧する荷重負荷装置４と、測定用タイヤ２を傾斜させるためのタイヤ傾斜装置５と、路面Ｒから測定用タイヤ２に加わる反力を測定する反力測定装置６と、試験用車両１０の走行速度を測定する車速測定装置７と、路面に対して水を散布する水噴射装置８と、図示しない摩擦係数演算装置とを備えている。この車速測定装置７は上記車速用タイヤ３を含んでいる。上記摩擦係数演算装置は、例えば、路面Ｒから測定用タイヤ２への水平方向反力と、上記荷重負荷装置４から測定用タイヤ２へ負荷される荷重とから、路面の摩擦係数を算出する。本実施形態では、上記タイヤ傾斜装置５は測定用タイヤ２を傾斜させてスリップ角を設定する作用を奏するので、スリップ角設定装置５ともいう。
【００２５】
測定用タイヤ２は、支持部材９の下端に回転可能に支持されている。支持部材９は、試験用車両１０の荷台１１から鉛直下方に延びている。支持部材９における、荷台１１より上の部位には、上記荷重負荷装置４と、スリップ角設定装置５と、反力測定装置６とが取り付けられている。
【００２６】
本実施形態では、荷重負荷装置４としてエアシリンダが採用されている。しかし、エアシリンダには限定されない。エアシリンダ４は、支持フレーム１２によって荷台１１に固定されている。エアシリンダ４の出力軸が支持部材９に接続されている。測定走行が行われない時には、エアシリンダ４の出力軸が縮短して測定用タイヤ２を持ち上げ、路面Ｒから離間させている。測定時に、エアシリンダ４の出力軸が伸長して測定用タイヤ２を路面Ｒに押圧する。こうすることにより、測定用タイヤ２に対して任意の荷重を負荷することができる。本実施形態では、５０００Ｎの荷重が加えられる。
【００２７】
スリップ角設定装置５も、支持フレーム１２によって荷台１１に固定されている。スリップ角設定装置５の出力部が支持部材９に接続されている。スリップ角設定装置５は、支持部材９をその鉛直方向の中心軸回りに回転させることにより、測定用タイヤ２を試験用車両１０の進行方向に対して水平面内に任意角度傾斜させることができる。このようにして、スリップ角設定装置５は、測定用タイヤ２にスリップ角ＳＡを設定する。本実施形態では、スリップ角設定装置５として電動モータが採用されている。しかし、電動モータには限定されず、油圧モータ等も採用可能である。
【００２８】
本実施形態では、タイヤ傾斜装置５としてスリップ角設定装置５を例示したが、スリップ角設定装置には限定されない。タイヤ傾斜装置５は、測定用タイヤ２にキャンバー角ＣＡを設定するものであってもよい。この場合のタイヤ傾斜装置（キャンバー角設定装置）５は、測定用タイヤ２を、車両の進行方向に対して垂直な鉛直面内に任意角度傾斜させることになる。具体的には、上記支持部材９を車両の進行方向に対して垂直な鉛直面内に任意角度傾斜させることになる。このキャンバー角設定装置としては、電動モータ、油圧モータ等が採用可能である。また、タイヤ傾斜装置５に、上記スリップ角設定装置及びキャンバー角設定装置の両方の機能を備えることも可能である。この場合、タイヤ傾斜装置５は、支持部材９をその中心軸回りに回転させる上記駆動装置と、この駆動装置が装着された支持部材９を車両の進行方向に対して垂直な鉛直面内に傾斜させる駆動装置とを備えることになる。
【００２９】
上記反力測定装置６としては、ホイール型の６分力計（６分力ロードセル）が用いられる。この６分力計は、測定用タイヤ２が装着されているホイール２ｈに備えられている。この反力測定装置６は、試験用車両１０の走行に伴って路面Ｒから測定用タイヤ２に加わる反力を検出する。この反力は、上下力、前後力（コーナリング抵抗）、左右の横力（コーナリングフォース）の三種類（三成分）に分類される。上下力は、荷重負荷装置４から測定用タイヤ２に加えられる鉛直方向の荷重である。測定用タイヤ２は、制動力が加えられないので、試験用車両１０の走行に伴って自由転動する。従って、測定用タイヤ２の摩耗は抑制される。しかし、測定用タイヤ２にはスリップ角が設定されているので、転動に伴って路面Ｒから上記前後力及び横力が加わる。
【００３０】
前述したスリップ角ＳＡは、０．５°（以下、単位をｄｅｇとも表す）以上２．０°以下が好ましい。０．５°未満であると、発生する横力（コーナリングフォース）が小さすぎ、正確な摩擦係数を測定することが難しくなる。２．０°を超えると、測定用タイヤ２の摩耗が早くなる。また、キャンバー角も、０．５°以上２．０°以下が好ましい。０．５°未満であると、発生する横力（キャンバースラスト）が小さすぎ、正確な摩擦係数を測定することが難しくなる。２．０°を超えると、測定用タイヤ２の摩耗が早くなる。
【００３１】
上記車速測定装置７は、前述のとおり、車速用タイヤ３を備えている。車速用タイヤ３は、エアシリンダ等からなる昇降装置１３により、路面Ｒに当接する位置と、路面から離間した位置との間を昇降させられる。車速用タイヤ３は、路面Ｒに当接する位置において、試験用車両１０の走行に伴って自由転動する。車速測定装置７は、図示しない回転速度計を備えている。この回転速度計の検出値から車速が算出される。測定時の試験用車両１０の走行速度は、５ｋｍ／ｈ以上５０ｋｍ／ｈ以下が好ましい。５ｋｍ／ｈ未満であると、測定に時間がかかりすぎる。５０ｋｍ／ｈを超えると、路面Ｒのアンジュレーション（凹凸、うねり等）により、試験用車両が上下動する。その結果、測定用タイヤ２に負荷されている荷重の変動が大きくなり、測定精度が低下する。車速測定装置７は、このときの車速用タイヤ３の回転速度から、積分することによって走行距離を算出する。試験用車両１０が直線走行することにより、走行の基点からの距離が算出される。これにより、連続測定している際の、任意の測定位置が特定されうる。
【００３２】
上記水噴射装置８は、水噴射ノズル１４、貯水タンク１５、及び、貯水タンク１５から水噴射ノズル１４に接続された給水配管１６を備えている。この給水配管１６には、給水ポンプ１７、止め弁１８、流量制御弁１９等が設置されている。水噴射ノズル１４は、エアシリンダ等の昇降装置２０により、上下に傾斜させられる。測定時には、水噴射ノズル１４は、測定用タイヤ２の前方の路面Ｒに水を散布することが可能である。この水噴射装置８により、ウエットの状態の路面Ｒの摩擦係数も測定することができる。その結果、測定用タイヤ２の摩耗が抑制される。なお、水噴射ノズル１４は、上下の傾斜のみならず、水平方向にも旋回させられるように構成することは容易である。
【００３３】
以上説明された摩擦係数測定装置１により、路面Ｒの摩擦係数が広範囲にわたって、連続して測定される。
【００３４】
図４に示されるのは、路面Ｒ上を転動中の測定用タイヤ２の底面図である。この測定用タイヤ２にはスリップ角ＳＡが設定されている。このため、測定用タイヤ２には路面からの反力として水平方向の前後力ＦＦ及び横力（コーナリングフォース）ＣＦが加わる。もちろん、荷重負荷装置４からの荷重に対する反力（垂直反力）ＶＦも加わる。この垂直反力ＶＦの値は上記荷重に等しい。前後力ＦＦは、試験用車両１０の進行方向Ａに沿って生じる反力である（図４）。コーナリングフォースＣＦは、試験用車両１０の進行方向Ａに垂直な方向の反力であり、測定用タイヤ２の傾斜した方向に向いて作用する（図４）。
【００３５】
前述の摩擦係数演算装置（図示せず）では、コーナリングフォースＣＦを荷重（垂直反力ＶＦ）で除することにより、横方向摩擦係数（横摩擦係数という）μｃを算出する。試験用車両１０の走行に伴って、測定用タイヤ２は常時転動し、反力測定装置６及び摩擦係数演算装置は連続して作動している。従って、路面Ｒにおける測定用タイヤ２が転動した線上の横摩擦係数μｃが、連続して測定される。前述したごとく、試験用車両１０が、所定間隔をおいて平行な複数の直線上を走行すれば、路面Ｒの広範囲について概ね面として横摩擦係数μｃが測定される。さらに、前述したごとく、車速測定装置７により、測定した任意の位置が特定されうる。これらにより、路面Ｒの管理や補修が容易となる。このようにして測定された横摩擦係数μｃと、路面Ｒ上の同一位置において、ＡＳＴＭ  Ｅ１３３７、ＡＳＴＭ  Ｅ３０３等によって測定された摩擦係数μとの相関性を把握しておくことにより、測定値の信頼性が向上する。
【００３６】
また、前後力ＦＦ、コーナリングフォースＣＦ及び荷重ＶＦから、路面Ｒの摩擦円が得られる。摩擦円とは、静止状態を中心として、縦軸に前後力をとり、横軸に横力をとり、路面からの総合された摩擦力（水平方向の反力）の方向と大きさとを表したものである。この総合された摩擦力ＴＦは、反力測定装置６によって検出された前後力ＦＦ、横力ＣＦ及び荷重ＶＦから、下記の算式によって算出される。
総合摩擦力ＴＦ  ＝  （（横力ＣＦ）２  ＋（前後力ＦＦ）２  ）１／２
【００３７】
また、上記総合摩擦力ＴＦを荷重ＶＦで除することにより、総合摩擦係数μｔを得ることができる。算式は以下のとおりである。
総合摩擦係数μｔ  ＝  （（横力ＣＦ）２  ＋（前後力ＦＦ）２  ）１／２  ／荷重ＶＦ
【００３８】
前述したスリップ角に代えて、キャンバー角が設定された場合は、上記算式中のコーナリングフォースＣＦを、キャンバースラストに置き換えればよい。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【００４０】
［実施例１］
実施例１として、以上説明された試験方法により、指定された路面の横摩擦係数μｃが測定された。以下の、測定条件及び測定過程の状況が、表１に示されている。測定中に試験車両には制動力は加えられなかった。試験車両の走行速度は３０ｋｍ／ｈである。測定用タイヤ２へ加えられた荷重（ＶＦ）値は５０００Ｎである。路面Ｒには水が散布され、ウエットの状態で測定がなされた。測定用タイヤ２には０．５ｄｅｇのスリップ角が設定された。以上の条件で測定用の走行が行われた。検出された横力（コーナリングフォース）は５５０Ｎであった。このコーナリングフォースのバラツキ、すなわち、測定データの標準偏差は、４％であった。このバラツキの原因としては、路面のうねりによる荷重変動が考えられる。測定用タイヤ２の１０００ｍ走行当たりの摩耗の速さは比較的遅かった。１００ｍ当たりの測定時間は１２秒であった。
【００４１】
［実施例２］
実施例２として、以上説明された試験方法により、指定された路面の横摩擦係数μｃが測定された。走行速度、設定スリップ角、発生したコーナリングフォース、コーナリングフォースのバラツキ、測定用タイヤ２の摩耗の速さ、１００ｍ当たりの測定時間は表１に記載のとおりである。その他の条件、及び、測定過程の状況は、実施例１と同一であった。
【００４２】
［実施例３］
実施例３として、以上説明された試験方法により、指定された路面の横摩擦係数μｃが測定された。設定スリップ角、発生したコーナリングフォース、コーナリングフォースのバラツキ、測定用タイヤ２の摩耗の速さは表１に記載のとおりである。その他の条件、及び、測定過程の状況は、実施例１と同一であった。
【００４３】
［実施例４］
実施例４として、以上説明された試験方法により、指定された路面の横摩擦係数μｃが測定された。走行速度、設定スリップ角、発生したコーナリングフォース、コーナリングフォースのバラツキ、測定用タイヤ２の摩耗の速さ、１００ｍ当たりの測定時間は表１に記載のとおりである。その他の条件、及び、測定過程の状況は、実施例１と同一であった。
【００４４】
［実施例５］
実施例５として、以上説明された試験方法により、指定された路面の横摩擦係数μｃが測定された。設定スリップ角、発生したコーナリングフォース、コーナリングフォースのバラツキ、測定用タイヤ２の摩耗の速さは表１に記載のとおりである。その他の条件、及び、測定過程の状況は、実施例１と同一であった。
【００４５】
［実施例６］
実施例として、以上説明された試験方法により、指定された路面の横摩擦係数μｃが測定された。設定スリップ角、発生したコーナリングフォース、コーナリングフォースのバラツキ、測定用タイヤ２の摩耗の速さは表１に記載のとおりである。その他の条件、及び、測定過程の状況は、実施例１と同一であった。
【００４６】
［比較例１］
比較例１として、ＡＳＴＭ  Ｅ１３３７に規定された路面摩擦係数測定方法により、路面の摩擦係数μが測定された。以下の測定条件、及び、測定過程の状況が、表１に示されている。走行速度は６５ｋｍ／ｈである。６５ｋｍ／ｈの速度で走行中に、測定用タイヤに対して５０００Ｎの制動力が加えられた。測定用タイヤへの荷重（ＶＦ）は５０００Ｎである。路面Ｒには水が散布され、ウエットの状態で測定がなされた。測定用タイヤにはスリップ角は設定されなかった。コーナリングフォースは発生しなかった。測定用タイヤには局所的な摩耗が発生した。多数箇所に対して、逐一測定するので、１００ｍにつき１０箇所の測定に約１時間を要した。
【００４７】
【表１】
0005855424.tif 000002
【００４８】
［評価］
表１には、実施例１から６、及び、比較例１の試験結果が示されている。比較例１では、測定用タイヤに局所的な摩耗が発生した。これは、測定用タイヤの継続使用を困難にする。その後の試験精度に悪い影響を与えるからである。また、測定に時間がかかりすぎる。さらに、連続測定が不可能であるため、測定密度が粗くなる。これらを総合的に評価した結果が、「評価」の欄に示されている。点数が高いほど優れている。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る路面摩擦係数の測定方法は、車両走行用の路面のあらゆる範囲についての摩擦係数測定に適用されうる。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・摩擦係数測定装置
２・・・測定用タイヤ
３・・・車速用タイヤ
４・・・荷重負荷装置
５・・・タイヤ傾斜装置（スリップ角設定装置）
６・・・反力測定装置
７・・・車速測定装置
８・・・水噴射装置
９・・・支持部材
１０・・・試験用車両
１１・・・荷台
１２・・・支持フレーム
１３・・・昇降装置
１４・・・水噴射ノズル
１５・・・貯水タンク
１６・・・給水配管
１７・・・給水ポンプ
１８・・・止め弁
１９・・・流量制御弁
２０・・・昇降装置
【図１】
0005855424.tif 000003
【図２】
0005855424.tif 000004
【図３】
0005855424.tif 000005
【図４】
0005855424.tif 000006