(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の停車時にステアリングを操舵する据え切り状態で、該操舵の反力としてキングピン軸周りに発生する復元モーメントをシミュレートする車両用モーメント解析装置において、
前記車両の直進方向と操舵によって前記タイヤの向く方向とがなす実舵角ψを測定する実舵角測定部と、
前記タイヤの特性値を測定するタイヤ特性値測定部と、
前記実舵角ψおよび前記特性値から得られた前記タイヤの剛性特性に基づく弾性力モーメントＭｚ１（ψ）および該タイヤの摩擦特性に基づく摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を含む式（１）を用いて、前記実舵角ψに対する前記復元モーメントＭｚ（ψ）を近似するシミュレーション部とを備え、
前記シミュレーション部は、
前記タイヤの接地面の中心からの距離ｘおよび弾性力Ｆｙ１（ψ）を用いた式（２）によって、前記弾性力モーメントＭｚ１（ψ）を算出し、
前記距離ｘおよび摩擦力Ｆｙ２（ψ）を用いた式（３）によって、前記摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を算出し、
前記弾性力Ｆｙ１（ψ）を式（４）によって算出し、
前記摩擦力Ｆｙ２（ψ）を式（５）によって算出することを特徴とする車両用モーメント解析装置。
【数１】
0006488611.tif 000016
【数２】
0006488611.tif 000017
【数３】
0006488611.tif 000018
【数４】
0006488611.tif 000019
【数５】
0006488611.tif 000020
（ただし、値Ｗはタイヤ接地幅、値Ｌはタイヤ接地長、値Ｌｈはタイヤにすべりが発生する接地面の中心からの距離、値ｆｙはタイヤの剛性値、値μはタイヤの摩擦係数、値ｐｚはタイヤ接地圧分布であって、これらの値がタイヤの特性値に含まれる。）
【請求項２】
前記シミュレーション部は、前記タイヤの剛性値ｆｙ（ｘ、ψ）を式（６）によって算出することを特徴とする請求項１に記載の車両用モーメント解析装置。
【数６】
0006488611.tif 000021
（ただし、値Ｋｙはタイヤのトレッド剛性またはサイドウォール剛性であって、前記タイヤの特性値に含まれる。）
【請求項３】
車両の停車時にステアリングを操舵する据え切り状態で、該操舵の反力としてキングピン軸周りに発生する復元モーメントをシミュレートする車両用モーメント解析方法において、
前記車両の直進方向と操舵によって前記タイヤの向く方向とがなす実舵角ψを測定する実舵角測定ステップと、
前記タイヤの特性値を測定するタイヤ特性値測定ステップと、
前記実舵角ψおよび前記特性値から得られた前記タイヤの剛性特性に基づく弾性力モーメントＭｚ１（ψ）および該タイヤの摩擦特性に基づく摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を含む式（１）を用いて、前記実舵角ψに対する前記復元モーメントＭｚ（ψ）を近似するシミュレーションステップとを含み、
前記シミュレーションステップは、
前記タイヤの接地面の中心からの距離ｘおよび弾性力Ｆｙ１（ψ）を用いた式（２）によって、前記弾性力モーメントＭｚ１（ψ）を算出し、
前記距離ｘおよび摩擦力Ｆｙ２（ψ）を用いた式（３）によって、前記摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を算出し、
前記弾性力Ｆｙ１（ψ）を式（４）によって算出し、
前記摩擦力Ｆｙ２（ψ）を式（５）によって算出することを特徴とする車両用モーメント解析方法。
【数７】
0006488611.tif 000022
【数８】
0006488611.tif 000023
【数９】
0006488611.tif 000024
【数１０】
0006488611.tif 000025
【数１１】
0006488611.tif 000026
（ただし、値Ｗはタイヤ接地幅、値Ｌはタイヤ接地長、値Ｌｈはタイヤにすべりが発生する接地面の中心からの距離、値ｆｙはタイヤの剛性値、値μはタイヤの摩擦係数、値ｐｚはタイヤ接地圧分布であって、これらの値がタイヤの特性値に含まれる。）
【請求項４】
車両の停車時にステアリングを操舵する据え切り状態で、該操舵の反力としてキングピン軸周りに発生する復元モーメントをシミュレートするための車両用モーメント解析プログラムにおいて、コンピュータに、
前記車両の直進方向と操舵によって前記タイヤの向く方向とがなす実舵角ψを測定する実舵角測定処理と、
前記タイヤの特性値を測定するタイヤ特性値測定処理と、
前記実舵角ψおよび前記特性値から得られた前記タイヤの剛性特性に基づく弾性力モーメントＭｚ１（ψ）および該タイヤの摩擦特性に基づく摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を含む式（１）を用いて、前記実舵角ψに対する前記復元モーメントＭｚ（ψ）を近似するシミュレーション処理と、を実行させ、
前記シミュレーション処理は、
前記タイヤの接地面の中心からの距離ｘおよび弾性力Ｆｙ１（ψ）を用いた式（２）によって、前記弾性力モーメントＭｚ１（ψ）を算出し、
前記距離ｘおよび摩擦力Ｆｙ２（ψ）を用いた式（３）によって、前記摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を算出し、
前記弾性力Ｆｙ１（ψ）を式（４）によって算出し、
前記摩擦力Ｆｙ２（ψ）を式（５）によって算出することを特徴とする車両用モーメント解析プログラム。
【数１２】
0006488611.tif 000027
【数１３】
0006488611.tif 000028
【数１４】
0006488611.tif 000029
【数１５】
0006488611.tif 000030
【数１６】
0006488611.tif 000031
（ただし、値Ｗはタイヤ接地幅、値Ｌはタイヤ接地長、値Ｌｈはタイヤにすべりが発生する接地面の中心からの距離、値ｆｙはタイヤの剛性値、値μはタイヤの摩擦係数、値ｐｚはタイヤ接地圧分布であって、これらの値がタイヤの特性値に含まれる。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の据え切り状態でキングピン軸周りに発生するタイヤの復元モーメントをシミュレートする車両用モーメント解析装置、車両用モーメント解析方法および車両用モーメント解析プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両では、停車時にステアリングを操舵するいわゆる据え切り状態で、この操舵の反力としてキングピン軸周りにタイヤの復元モーメントが発生する。キングピン軸は、タイヤに操舵角を与える際の回転軸である。
【０００３】
車両の据え切り時に発生する復元モーメントは、実舵角によって変化する。据え切り時の実舵角とは、車両の停車時での直進方向と操舵によってタイヤの向く方向とが成す角度である。
【０００４】
従来、復元モーメントは、車両の据え切り時すなわち停車時の操舵に伴って発生するものでありながら、車両の移動時でタイヤが回転しているときのタイヤモデルを用いて解析されていた。しかし、このような車両の移動時のタイヤモデルを用いた解析では、据え切り時の復元モーメントを正確にシミュレートすることは困難である。
【０００５】
非特許文献１には、車両の据え切り時に発生するラックバー軸力を推定する方法が開示されている。ラックバー軸力とは、車幅方向に延びるラックバーの軸線方向に負荷される力をいう。ステアリングの操舵によってステアリングシャフトが回転すると、その回転運動がピニオンなどを介してラックバーの直線運動に変換される。ラックバー軸力が例えば左右のタイロッドに伝達され、これらタイロッドよってキングピン軸周りにタイヤが回転して、タイヤの転舵が行われる。
【０００６】
タイヤの復元モーメントは、車両の据え切り時に発生するラックバー軸力とのつりあいを考慮して算出できる。よって、非特許文献１の方法を用いることで、車両の据え切り時に発生するタイヤの復元モーメントを算出できると考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】４４１−２０１０２０２６  すえ切り時ラックバー軸力推定手段の開発（社団法人自動車技術会  学術講演会前刷集  Ｎｏ．９２−１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、非特許文献１に記載の方法では、ラックバー軸力を求めるために、車両の据え切り時に時々刻々と変化するタイヤの接地面形状を算出する必要がある。この方法では、タイヤの接地面をメッシュ状に分割し、分割された微小領域のひきずり力の総和を求めることで、タイヤの接地面形状を算出している。
【０００９】
つまり、非特許文献１では、ラックバー軸力を求めるために、転舵時でのタイヤと路面との接地面積および形状の解析が不可欠である。このため、非特許文献１の方法を用いて車両の据え切り時に発生するタイヤの復元モーメントを算出しようとしても、タイヤの接地面積および形状の解析が複雑化し、信頼性の高いシミュレートが困難となる。
【００１０】
しかもこの方法では、据え切り状態でのタイヤの物理特性を示す特性値、すなわちタイヤの接地幅、接地長さ、接地圧分布、剛性値、摩擦係数などの値から復元モーメントを直接算出できない。このため、非特許文献１の方法では、据え切り状態でのタイヤの物理特性を反映した復元モーメントをシミュレートできなかった。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑み、車両の据え切り状態でキングピン軸周りに発生するタイヤの復元モーメントについて、据え切り状態でのタイヤの物理特性を反映した信頼性の高いシミュレートが可能な車両用モーメント解析装置、車両用モーメント解析方法および車両用モーメント解析プログラム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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明にかかる車両用モーメント解析装置の代表的な構成は、車両の停車時にステアリングを操舵する据え切り状態で、操舵の反力としてキングピン軸周りに発生する復元モーメントをシミュレートする車両用モーメント解析装置において、車両の直進方向と操舵によってタイヤの向く方向とがなす実舵角ψを測定する実舵角測定部と、タイヤの特性値を測定するタイヤ特性値測定部と、実舵角ψおよび特性値から得られたタイヤの剛性特性に基づく弾性力モーメントＭｚ１（ψ）およびタイヤの摩擦特性に基づく摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を含む式（１）を用いて、実舵角ψに対する復元モーメントＭｚ（ψ）を近似するシミュレーション部とを備えることを特徴とする。
【数１】
0006488611.tif 000002
【００１３】
ここで式（１）は、据え切り状態でタイヤの接地面に発生する弾性力と摩擦力との関係を考慮して、弾性力モーメントＭｚ１（ψ）と摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）とを組み合わせたタイヤモデルとしての数式である。上記構成によれば、式（１）にタイヤの特性値を用いることで、据え切り状態でのタイヤの物理特性を反映した信頼性の高い復元モーメントＭｚ（ψ）をシミュレートできる。
【００１４】
上記のシミュレーション部は、タイヤの接地面の中心からの距離ｘおよび弾性力Ｆｙ１（ψ）を用いた式（２）によって、弾性力モーメントＭｚ１（ψ）を算出し、距離ｘおよび摩擦力Ｆｙ２（ψ）を用いた式（３）によって、摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を算出するとよい。
【数２】
0006488611.tif 000003
【数３】
0006488611.tif 000004
【００１５】
これにより、据え切り状態でタイヤの接地面に発生する弾性力Ｆｙ１（ψ）および摩擦力Ｆｙ２に、接地面の中心からの距離ｘをそれぞれ乗じることで、弾性力モーメントＭｚ１（ψ）および摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を算出できる。そして、これらのモーメントを上記の式（１）に代入することで、復元モーメントＭｚ（ψ）を近似できる。
【００１６】
上記のシミュレーション部は、弾性力Ｆｙ１（ψ）を式（４）によって算出し、摩擦力Ｆｙ２（ψ）を式（５）によって算出するとよい。
【数４】
0006488611.tif 000005
【数５】
0006488611.tif 000006
（ただし、値Ｗはタイヤ接地幅、値Ｌはタイヤ接地長、値Ｌｈはタイヤにすべりが発生する接地面の中心からの距離、値ｆｙはタイヤの剛性値、値μはタイヤの摩擦係数、値ｐｚはタイヤ接地圧分布であって、これらの値がタイヤの特性値に含まれる。）
【００１７】
これにより、タイヤの特性値を用いることで、据え切り状態での実舵角ψに対する弾性力Ｆｙ１（ψ）および摩擦力Ｆｙ２（ψ）を算出できる。よって、実舵角ψに対する復元モーメントＭｚ（ψ）をタイヤの特性値との関係で捉えることができる。なお式（４）によれば、接地面の中心からＬｈまでの間でタイヤの剛性値ｆｙを積分し、これにタイヤ接地幅Ｗを乗じることで弾性力Ｆｙ１（ψ）を算出できる。また式（５）によれば、値Ｌｈからタイヤ接地長の半分であるＬ／２までの間でタイヤ接地圧分布ｐｚを積分し、これにタイヤ接地幅Ｗおよびタイヤの摩擦係数μを乗じることで摩擦力Ｆｙ２（ψ）を算出できる。
【００１８】
上記のシミュレーション部は、タイヤの剛性値ｆｙ（ｘ、ψ）を式（６）によって算出するとよい。
【数６】
0006488611.tif 000007
（ただし、値Ｋｙはタイヤのトレッド剛性またはサイドウォール剛性であって、タイヤの特性値に含まれる。）
【００１９】
これにより、実舵角ψに対するタイヤの剛性値ｆｙ（ｘ、ψ）を、トレッド剛性またはサイドウォール剛性を考慮して算出できる。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明にかかる車両用モーメント解析方法の代表的な構成は、車両の停車時にステアリングを操舵する据え切り状態で、操舵の反力としてキングピン軸周りに発生する復元モーメントをシミュレートする車両用モーメント解析方法において、車両の直進方向と操舵によってタイヤの向く方向とがなす実舵角ψを測定する実舵角測定ステップと、タイヤの特性値を測定するタイヤ特性値測定ステップと、実舵角ψおよび特性値から得られたタイヤの剛性特性に基づく弾性力モーメントＭｚ１（ψ）およびタイヤの摩擦特性に基づく摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を含む式（１）を用いて、実舵角ψに対する復元モーメントＭｚ（ψ）を近似するシミュレーションステップとを含むことを特徴とする。
【数７】
0006488611.tif 000008
【００２１】
上述した車両用モーメント解析装置における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該車両用モーメント解析方法にも適用される。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明にかかる車両用モーメント解析プログラムの代表的な構成は、車両の停車時にステアリングを操舵する据え切り状態で、操舵の反力としてキングピン軸周りに発生する復元モーメントをシミュレートするための車両用モーメント解析プログラムにおいて、コンピュータに、車両の直進方向と操舵によってタイヤの向く方向とがなす実舵角ψを測定する実舵角測定処理と、タイヤの特性値を測定するタイヤ特性値測定処理と、実舵角ψおよび特性値から得られたタイヤの剛性特性に基づく弾性力モーメントＭｚ１（ψ）およびタイヤの摩擦特性に基づく摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を含む式（１）を用いて、実舵角ψに対する復元モーメントＭｚ（ψ）を近似するシミュレーション処理と、を実行させることを特徴とする。
【数８】
0006488611.tif 000009
【００２３】
上述した車両用モーメント解析装置における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該車両用モーメント解析プログラムにも適用される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、車両の据え切り状態でキングピン軸周りに発生するタイヤの復元モーメントについて、据え切り状態でのタイヤの物理特性を反映した信頼性の高いシミュレートが可能な車両用モーメント解析装置、車両用モーメント解析方法および車両用モーメント解析プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態における車両用モーメント解析装置が適用される車両を概略的に示す図である。
【図２】図１の車両の据え切り時での実舵角を説明する図である。
【図３】本実施形態における車両用モーメント解析装置の機能を示すブロック図である。
【図４】図３の車両用モーメント解析装置で用いられるタイヤモデルの概念図である。
【図５】図３の車両用モーメント解析装置の処理を示すフローチャートである。
【図６】図３の車両用モーメント解析装置によるシミュレート結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２７】
図１は、本実施形態における車両用モーメント解析装置が適用される車両を概略的に示す図である。車両用モーメント解析装置１００（図３参照）は、車両１０２の停車時にステアリング１０４を操舵する据え切り状態で発生する復元モーメントＭｚ（ψ）をシミュレートする装置である。復元モーメントＭｚ（ψ）は、車両１０２の据え切り時にステアリング１０４の操舵の反力としてキングピン軸１０６周りに発生する。なお復元モーメントＭｚ（ψ）は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）とも称される。
【００２８】
キングピン軸１０６は、タイヤ１０８に操舵角（以下、実舵角ψ）を与える際の回転軸となり、例えばサスペンションを支持するストラット１１０の軸線方向に沿っている。なお復元モーメントＭｚ（ψ）は、右前輪であるタイヤ１０８のキングピン軸１０６周りに発生しているが、左前輪であるタイヤ１１２の不図示のキングピン軸周りにも発生する。図中では、車両１０２のうち、復元モーメントＭｚ（ψ）の発生に関連するステアリング機構１１４を代表として示している。
【００２９】
ステアリング機構１１４では、電動式パワーステアリングシステムが採用されていて、ステアリングコラム１１６に取付けられたモータ１１８を有する。モータ１１８は、ステアリングシャフト１２０の回転に対して補助動力を与えている。ステアリングコラム１１６は、その内部にトーションバー１２２を含む。
【００３０】
トーションバー１２２は、ステアリングシャフト１２０の一部である入力軸１２４と出力軸１２６とを連結し、ステアリングシャフト１２０の回転に伴う入力軸１２４からのトルクを出力軸１２６に伝達する。出力軸１２６は、連結部１２８を介して中間軸１３０の一端に連結されている。中間軸１３０の他端は、連結部１３２を介してピニオンシャフト１３４に連結されている。
【００３１】
出力軸１２６に伝達されたトルクは、連結部１２８、中間軸１３０および連結部１３２を介してピニオンシャフト１３４に伝達される。ピニオンシャフト１３４には、ピニオンが形成されていて、ラックバー１３６のラックと噛み合っている。ラックバー１３６は、車幅方向に延びる部材であり、その両端にはタイロッド１３８、１４０が接続されている。
【００３２】
ステアリング機構１１４では、ステアリング１０４の操舵によってステアリングシャフト１２０が回転し、その回転運動がピニオンシャフト１３４のピニオンなどを介してラックバー１３６の直線運動に変換される。ラックバー１３６の直線運動に伴う力は、左右のタイロッド１３８、１４０に伝達される。車両１０２では、例えばタイロッド１３８、１４０によってキングピン軸１０６周りにタイヤ１０８、１１２が回転して、タイヤ１０８、１１２の転舵が行われる。
【００３３】
図２は、図１の車両１０２の据え切り時での実舵角ψを説明する図である。なお図中では、車両１０２を上方から見た状態でタイヤ１０８の実舵角ψを示している。実舵角ψは、図示のように、車両１０２の停車時の直進方向（鎖線１４２で示す方向）と、操舵によってタイヤ１０８が向く方向（鎖線１４４で示す方向）とが成す角度である。なお図中の矢印Ｘ、Ｙは、タイヤ１０８に対する車外側、車両１０２の車両前側をそれぞれ示している。
【００３４】
図３は、本実施形態における車両用モーメント解析装置１００の機能を示すブロック図である。車両用モーメント解析装置１００は、車両１０２の据え切り状態で発生する復元モーメントＭｚ（ψ）をシミュレートする装置であって、例えば入力部１５０と、シミュレーション部１５２と、タイヤモデル格納部１５４と、表示部１５６とを備える。車両用モーメント解析装置１００は、本実施形態では車両１０２とは別の独立した装置であるが、その設置場所は任意であり、車両１０２内に配置しても構わない。
【００３５】
入力部１５０は、実舵角測定部１５８およびタイヤ特性値測定部１６０を備える。実舵角測定部１５８は、車両１０２の据え切り時での図２に示すようなタイヤ１０８の実舵角ψを測定する。タイヤ特性値測定部１６０は、タイヤ１０８の物理特性を示す特性値（後述）を測定する。
【００３６】
シミュレーション部１５２は、本実施形態における車両用モーメント解析プログラムで作動するコンピュータで構成される。シミュレーション部１５２は、入力部１５０で測定された実舵角ψおよびタイヤの特性値を、タイヤモデル格納部１５４に格納されたタイヤモデルとしての式（１）〜（６）に代入し演算を行い、実舵角ψに対する復元モーメントＭｚ（ψ）を近似する。
【００３７】
表示部１５６は、シミュレーション部１５２で近似された復元モーメントＭｚ（ψ）をシミュレーション結果として表示する。
【００３８】
以下、シミュレーション部１５２による演算について具体的に説明する。式（１）は、タイヤの剛性特性に基づく弾性力モーメントＭｚ１（ψ）およびタイヤの摩擦特性に基づく摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を含んでいる。
【数９】
0006488611.tif 000010
【００３９】
弾性力モーメントＭｚ１（ψ）は、タイヤの接地面の中心からの距離ｘおよび弾性力Ｆｙ１（ψ）を用いた式（２）から算出される。摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）は、距離ｘおよび摩擦力Ｆｙ２（ψ）を用いた式（３）から算出される。
【数１０】
0006488611.tif 000011
【数１１】
0006488611.tif 000012
【００４０】
つまり、上記の式（１）は、据え切り状態でタイヤの接地面に発生する弾性力Ｆｙ１（ψ）と摩擦力Ｆｙ２（ψ）との関係を考慮して、弾性力モーメントＭｚ１（ψ）と摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）とを組み合わせたタイヤモデルである。
【００４１】
また弾性力Ｆｙ１（ψ）は、式（４）から算出される。さらに摩擦力Ｆｙ２（ψ）は、式（５）から算出される。
【数１２】
0006488611.tif 000013
【数１３】
0006488611.tif 000014
【００４２】
ここで、上記の式（４）および式（５）に含まれる各値は、タイヤの特性値のひとつである。すなわち、値Ｗはタイヤ接地幅、値Ｌはタイヤ接地長、値Ｌｈはタイヤにすべりが発生する接地面の中心からの距離、値ｆｙはタイヤの剛性値、値μはタイヤの摩擦係数、値ｐｚはタイヤ接地圧分布である。
【００４３】
タイヤ接地圧分布ｐｚは、接地面全体における接地圧の分布であって、例えば空気圧、タイヤ荷重、タイヤの姿勢、さらにコーナリングフォースを発生させる横方向のスリップ、駆動力や制動力を発生させる前後方向のスリップの度合いによって、接地面の形とともに変化する。なおタイヤ接地圧分布ｐｚは、車両の運動に必要な駆動力、制動力、コーナリングフォース、復元モーメントＭｚ（ψ）の大きさやタイヤ摩耗性能にも影響を与える。
【００４４】
またタイヤの剛性値ｆｙ（ｘ、ψ）は、式（６）によって算出される。
【数１４】
0006488611.tif 000015
【００４５】
ここで、値Ｋｙはタイヤの単位面積あたりのトレッド剛性であって、タイヤの特性値のひとつである。このようにすれば、実舵角ψに対するタイヤの剛性値ｆｙ（ｘ、ψ）を、トレッド剛性を考慮して算出できる。なお式（６）での値Ｋｙは、トレッド剛性に代えてサイドウォール剛性であってもよい。
【００４６】
図４は、図３の車両用モーメント解析装置で用いられるタイヤモデルの概念図である。まず、図中に示す曲線がタイヤ接地圧分布ｐｚ（ｘ）であり、その値はタイヤの接地面の中心Ｏで最大となり、タイヤ接地長Ｌの半分となるＬ／２すなわち接地面の端で最小となる。中心Ｏを通る直線は、タイヤの剛性値ｆｙ（ｘ、ψ）であり、式（６）に示すように実舵角ψおよびトレッド剛性Ｋｙで規定される。
【００４７】
本実施形態のタイヤモデルは、いわゆるブラッシュモデルの考え方に基づいている。ブラッシュモデルでは、タイヤ接地面を弾性体の集まり（ブラシ）と仮定し、踏み込み側からブラシが徐々に変形し、ブラシの変形に伴う弾性力が、接地圧（垂直圧）に接地面とのタイヤの摩擦係数μを乗じた摩擦力を超えると、タイヤにすべりが発生する、としている。
【００４８】
本実施形態のタイヤモデルでは、接地面の中心Ｏから値Ｌｈまでは、タイヤにすべりが発生せず、値ＬｈからＬ／２までの間にはタイヤにすべりが発生し、値Ｌｈを境にして弾性力と摩擦力との大小関係が変化する。すなわち、このタイヤモデルでは、中心Ｏから値Ｌｈまでは、弾性力より摩擦力の方が大きく、値ＬｈからＬ／２までの間では摩擦力より弾性力の方が大きい。なお値Ｌｈは、図中のタイヤの剛性値ｆｙ（ｘ、ψ）を示す直線とタイヤ接地圧分布ｐｚ（ｘ）を示す曲線との交点のｘ座標である。
【００４９】
したがって、このタイヤモデルでは、中心Ｏから値Ｌｈまでの間では弾性力が復元力となる。このため、式（４）に示すように、接地面の中心ＯからＬｈまでの間でタイヤの剛性値ｆｙ（ｘ、ψ）を積分し、これにタイヤ接地幅Ｗを乗じることで弾性力Ｆｙ１（ψ）を算出できる。
【００５０】
またタイヤモデルでは、値ＬｈからＬ／２までの間では摩擦力が復元力となる。このため、式（５）に示すように、値ＬｈからＬ／２までの間でタイヤ接地圧分布ｐｚ（ｘ）を積分し、これにタイヤ接地幅Ｗおよびタイヤの摩擦係数μを乗じることで摩擦力Ｆｙ２（ψ）を算出できる。
【００５１】
そして式（２）、式（３）に示すように、据え切り状態でタイヤの接地面に発生する弾性力Ｆｙ１（ψ）および摩擦力Ｆｙ２に、接地面の中心からの距離ｘをそれぞれ乗じることで、弾性力モーメントＭｚ１（ψ）および摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）を算出できる。
【００５２】
本実施形態では、タイヤの接地面の中心ＯからＬ／２までの間の復元力を算出し、さらに中心Ｏを基準として復元力が対称に発生すると仮定している。よって、式（１）に示すように、タイヤの接地面の中心ＯからＬ／２までの間の復元力として、弾性力モーメントＭｚ１（ψ）と摩擦力モーメントＭｚ２（ψ）とを合計し、さらにこれを２倍とすることで、実舵角ψに対する復元モーメントＭｚ（ψ）を近似できる。したがって、式（１）に示すタイヤモデルによれば、タイヤの特性値を用いることで、据え切り状態でのタイヤの物理特性を反映した復元モーメントＭｚ（ψ）をシミュレートできる。
【００５３】
図５は、図３の車両用モーメント解析装置１００の処理を示すフローチャートである。まず、入力部１５０は、車両１０２の据え切り時でのタイヤの実舵角ψおよびタイヤ特性値を測定する（ステップＳ１００）。つぎに、シミュレーション部１５２は、上記各式を含むタイヤモデルをタイヤモデル格納部１５４から読み出し、実舵角ψおよびタイヤ特性値をタイヤモデルに代入し、据え切り状態でのタイヤの物理特性を反映した信頼性の高い復元モーメントＭｚ（ψ）を近似する（ステップＳ１０２）。
【００５４】
つぎに、シミュレーション部１５２は、シミュレーションを続行する場合には（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、再度ステップＳ１００の処理を行う。一方、ステップＳ１０４でシミュレーションを続行しない場合には（Ｎｏ）、シミュレーション部１５２は、近似された復元モーメントＭｚ（ψ）をシミュレーション結果として表示部１５６に出力する。表示部１５６は、近似された復元モーメントＭｚ（ψ）をグラフとして適宜表示してよい。
【００５５】
図６は、図３の車両用モーメント解析装置１００によるシミュレート結果を示す図である。図中、横軸は実舵角ψ、縦軸は復元モーメントＭｚをそれぞれ示している。ここで、図中実線で示すグラフをベースモデルとし、このベースモデルに対してタイヤの特性値である接地幅Ｗ、接地長Ｌを変更してシミュレーションを行った。
【００５６】
図中、点線で示すグラフは、接地幅Ｗおよび接地長Ｌをいずれも０．８倍に変更したシミュレート結果を示している。また鎖線で示すグラフは、接地幅Ｗおよび接地長Ｌをいずれも１．２倍に変更したシミュレート結果を示している。
【００５７】
図中に示す剛性係数σ０およびモーメントピーク係数μ０は、本実施形態のタイヤモデルには含まれていない係数であって、実タイヤを用いた例えばタイヤ試験機で測定された各荷重に基づいて算出する必要がある。ただし、剛性係数σ０およびモーメントピーク係数μ０は、実タイヤを用いて測定しているため、復元モーメントＭｚを推定するための係数として信頼性が高い。
【００５８】
一例として鎖線で示すグラフにおいて、ステアリング１０４を操舵せず、復元モーメントＭｚが生じていない原点を通る傾きが剛性係数σ０となり、復元モーメントＭｚのピークがモーメントピーク係数μ０となっている。つまり、鎖線で示すグラフの概形は、剛性係数σ０およびモーメントピーク係数μ０に依存していて、信頼性の高いシミュレート結果を示していると言える。
【００５９】
このため、本実施形態では、剛性係数σ０およびモーメントピーク係数μ０を用いずに、タイヤの特性値を用いた上記のタイヤモデルによって、タイヤの物理特性を反映した信頼性の高い復元モーメントＭｚをシミュレートできる。さらに、本実施形態では、図中の３つのグラフに例示されるように、タイヤの物理特性の変化が、据え切り状態の復元モーメントＭｚにどのように影響するかという両者の関係を捉えることが可能となる。なお図中では、ベースモデルに対して、タイヤの特性値として接地幅Ｗおよび接地長Ｌを変化させたグラフを例示したが、これに限られず、接地圧分布やタイヤ剛性を変化させたグラフであってもよい。
【００６０】
上記実施形態のタイヤモデルは、タイヤのサイドウォールなどタイヤのボディ部を剛体としたブラッシュモデルに基づいているが、これに限定されない。一例として、上記の式（６）での値Ｋｙにボディ剛性を考慮することで、上記実施形態のタイヤモデルは、タイヤのボディ部を弾性体としたモデル（Ｆｉａｌａモデル）についても適用可能とされる。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、車両の据え切り状態でキングピン軸周りに発生するタイヤの復元モーメントをシミュレートする車両用モーメント解析装置、車両用モーメント解析方法および車両用モーメント解析プログラムに利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００…車両用モーメント解析装置、１０２…車両、１０４…ステアリング、１０６…キングピン軸、１０８、１１２…タイヤ、１１０…ストラット、１１４…ステアリング機構、１１６…ステアリングコラム、１１８…モータ、１２０…ステアリングシャフト、１２２…トーションバー、１２４…入力軸、１２６…出力軸、１２８、１３２…連結部、１３０…中間軸、１３４…ピニオンシャフト、１３６…ラックバー、１３８、１４０…タイロッド、１５０…入力部、１５２…シミュレーション部、１５４…タイヤモデル格納部、１５６…表示部、１５８…実舵角測定部、１６０…タイヤ特性値測定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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