轮胎均匀性试验机中的负载模型的推断方法与流程

本发明涉及一种在轮胎均匀性试验机中表现轮胎相对于转鼓的按压位置与轮胎所产生的轮胎负载之间的关系的负载模型的推断方法。

背景技术：

以往，进行针对成品的轮胎测量轮胎均匀性(轮胎的均匀性)等而判断优劣的轮胎均匀性试验。例如，若为针对轿车用的轮胎测量轮胎均匀性的情况，则使用专利文献1等所示那样的试验装置并按照以下的顺序进行试验。

即，专利文献1的轮胎试验装置利用上下分割的轮辋夹住从检查线的上游输送来的轮胎，使轮胎在短时间内膨胀而固定于上下轮辋间。之后，将轮胎的内压设为测试压力，向保持为测试压力的轮胎按压转鼓而使轮胎正转或反转，从而测量轮胎均匀性。

这样，在测定轮胎的均匀性时，需要准确地把握轮胎的按压位置与轮胎负载之间的关系，且使轮胎准确地产生目标按压负载。为此，构筑表示轮胎的按压位置与轮胎负载之间的关系的“负载模型”，使用构筑好的负载模型来控制轮胎试验装置，从而实施轮胎的均匀性试验。

例如在专利文献2中，作为用于控制轮胎试验装置的负载模型，采用了轮胎的按压位置与轮胎负载的测量值线性变化的“弹簧变形模型”。换句话说，在专利文献2的负载模型中记载有如下的方法：预先实际测量按压位置与轮胎负载之间的关系，根据实际测量到的值来计算弹簧常量，将计算出的弹簧常量设为恒定，从而控制按压负载。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平6-95057号公报

专利文献2：日本特开2013-124858号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，专利文献2所使用的负载模型构成为，将弹簧常量设为恒定，根据轮胎相对于转鼓的按压位置来计算轮胎负载。因此，在专利文献2中，使用在两处按压位置测量出的轮胎负载的测定数据来计算弹簧常量，使用计算出的弹簧常量来求出轮胎负载。

但是，真实的弹簧常量容易受到外界干扰成分的影响，在作为常量计算出的弹簧常量中，相对于真正的弹簧常量的误差有可能较大。因此，在专利文献2的方法中，使用了包含误差的负载模型，其结果是，无法利用目标按压负载进行均匀性测量，有可能难以准确地计算轮胎负载。

另外，在因上述原因而使弹簧常量从真正的弹簧常量偏离的情况下，需要反复进行弹簧常量的再计算，均匀性的测定时间变长，其结果是，也有可能使检查线的生产率下降。

此外，在专利文献2中，作为对弹簧常量造成影响的因素，仅考虑了鼓按压位置。但是，实际上对弹簧常量造成影响的因素不仅是鼓按压位置，弹簧常量根据流入轮胎的空气的压力等也会发生变化。因此，假设在轮胎内的空气压力从规定的测试压力偏移的情况下，负载模型也会变得不准确，也有可能无法准确地求出弹簧常量。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种轮胎均匀性试验机中的负载模型的推断方法，能够推断基于鼓按压位置可以准确地计算轮胎负载那样的负载模型。

解决方案

为了解决上述课题，本发明的轮胎均匀性试验机中的负载模型的推断方法采用以下的技术方案。

即，本发明的轮胎均匀性试验机中的负载模型的推断方法中，在通过对被旋转的转鼓按压的轮胎所产生的负载进行测量来测量所述轮胎的均匀性的轮胎均匀性试验机中推断负载模型，所述负载模型用于控制所述转鼓的按压位置，并表现轮胎相对于所述转鼓的按压位置与所述轮胎所产生的轮胎负载之间的关系，其特征在于，一边使轮胎相对于所述转鼓的按压位置变化一边依次测量所述轮胎负载，使用所述测量出的所述轮胎负载的测量值来推断所述负载模型。

需要说明的是，优选的是，对所述轮胎负载的测量值进行随着接近轮胎负载的目标值而增加权重的加权，使用加权后的所述轮胎负载的测量值，推断所述负载模型。

需要说明的是，优选的是，作为所述负载模型，采用所述轮胎的按压位置与所述轮胎负载呈线性变化的负载推断式，对加权后的所述测量值匹配所述负载推断式，根据匹配后的所述负载推断式的斜率求出弹簧常量，由此推断所述负载模型。

需要说明的是，优选的是，将在轮胎相对于所述转鼓的按压位置的基础上考虑了所述轮胎的参数的负载推断式构筑为公称模型，使用所述公称模型计算的目标按压位置与以所述轮胎为单位实际测量出的按压位置之间的偏差，修正所述公称模型中的轮胎的按压位置，使用修正后的所述按压位置来推断所述负载模型。

发明效果

根据本发明的轮胎均匀性试验机中的负载模型的推断方法，能够基于鼓按压位置来推断可准确计算轮胎负载那样的负载模型。

附图说明

图1是示出使用本发明的推断方法进行负载模型的推断的轮胎均匀性试验机的俯视图。

图2是本发明的轮胎均匀性试验机的主视图。

图3是进行第一实施方式的推断方法的控制装置的框图。

图4是示出第一实施方式的推断方法的处理顺序的流程图。

图5是示出以往的负载模型的推断方法的说明图。

图6是示出对轮胎负载的测量值进行加权的权重特性函数的一例的说明图。

图7是示出对轮胎负载的测量值进行加权的权重特性函数的另一例的说明图。

图8是示出对轮胎负载的测量值进行加权的权重特性函数的又一例的说明图。

图9是示出不进行加权而推断负载模型的方法(现有例的推断方法)的说明图。

图10是示出第一实施方式的负载模型的推断方法的说明图。

图11是进行第二实施方式的推断方法的控制装置的框图。

图12是示出第二实施方式的推断方法的处理顺序的流程图。

图13是示出第二实施方式的负载模型的推断方法的说明图。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，基于附图对本发明的负载模型的推断方法的实施方式进行详细说明。

首先，在说明负载模型的推断方法之前，对使用由该推断方法推断的负载模型而进行转鼓的按压位置的控制的轮胎均匀性试验机1进行说明。

图1示意性示出轮胎均匀性试验机1。如图1所示，第一实施方式的轮胎均匀性试验机1评价成品的轮胎T的轮胎均匀性、例如轮胎半径方向的力的变动(Radial Force Variation：RFV)等作为产品检查。

具体来说，第一实施方式的轮胎均匀性试验机1具有：配备为轴心朝向上下的圆筒状的转鼓2；以及安装为绕与该转鼓2的轴心平行的轴而旋转自如的轮胎轴3。

转鼓2的外周面成为轮胎试验用的模拟路面，且被具有上下方向的轴心的旋转轴4支承为旋转自如。该旋转轴4由框架构件5支承。转鼓2形成为上下方向的尺寸比径向的长度短那样的短边宽径的圆筒状，在其中心配备有旋转轴4。框架构件5具有以沿水平方向伸出的方式设置的上下一对的支承框架，在该上下一对的支承框架间，能够以使旋转轴4沿上下方向垂直架设的方式支承旋转轴4。

在该旋转轴4与框架构件5之间设置有负载测量单元(省略图示)，该负载测量单元能够测量在上述的转鼓2按压于轮胎T时旋转轴4所产生的负载、力矩，框架构件5(支承框架)经由该负载测量单元而支承旋转轴4。需要说明的是，本实施方式的负载测量单元安装于转鼓2的旋转轴4，但也可以在后述的轮胎轴3上安装负载测量单元而测量轮胎轴3所产生的负载。

此外，在上述的框架构件5的下侧，配备有能够使转鼓2相对于基底而沿水平方向移动的鼓移动单元6，通过使用该鼓移动单元6，能够使转鼓2相对于上述的轮胎轴3接近分离。这样，利用鼓移动单元6使转鼓2移动，由此将保持为测试压力的轮胎T按压于转鼓2。

轮胎轴3是沿着上下方向配备的棒状构件。在轮胎轴3的下侧，配备有使该轮胎轴3绕朝向上下方向的轴进行旋转的旋转单元(省略图示)。另外，在轮胎轴3的上端侧，配备有能够固定作为测量对象的轮胎T的轮辋构件(省略图示)，能够使用该轮辋构件来将轮胎T固定于轮胎轴3。

然而，在使用上述的轮胎均匀性试验机1对轮胎均匀性进行测量时，将从工厂空气源供给的压缩空气进行压力调整后供给至安装于轮胎轴3的轮胎T。具体来说，在轮胎均匀性试验机1中设置有向固定于轮胎轴3的轮胎T的内部供给压缩空气的空气供给机构(省略图示)，能够使用由该空气供给机构供给的压缩空气而使轮胎T膨胀(充气)。

需要说明的是，在该空气供给机构中具有：利用测试压力使轮胎T膨胀的胎圈座系统、以及将轮胎T的内部压力设为规定的轮胎压力的测试系统。而且，在轮胎均匀性试验机1中，使用胎圈座系统的配管使轮胎T在短时间内膨胀，之后固定于上下轮辋间。然后，利用来自另一个配管即测试系统的压缩空气将轮胎内部的空气压力保持为测试压力，向保持为测试压力的轮胎T按压上述的转鼓2并使轮胎T正转，测量正转方向的轮胎均匀性。之后，也使轮胎T反转，测量反转方向的轮胎均匀性。

这样一来，能够利用在转鼓2的旋转轴4上安装的负载测量单元来测量将转鼓2按压于轮胎T并使轮胎T旋转时的负载，根据由负载测量单元测量出的负载的变动来评价轮胎均匀性。

然而，上述的轮胎均匀性是在以目标按压负载将转鼓2准确地按压于轮胎T时测量的，因此，在轮胎均匀性试验时准确地向轮胎T赋予目标按压负载对于高精度地测量轮胎均匀性来说是非常重要的。

因此，在以往的轮胎均匀性试验机的控制装置中，用于推断向轮胎施加的轮胎负载的负载模型如式(1)以及式(2)所示那样被预先编入，使用编入的负载模型来计算能够发挥所希望的轮胎负载的转鼓的按压位置，控制转鼓的按压位置以成为计算出的按压位置。

其中、

K_n：弹簧常量(以往方法)、n：弹簧常量的测定次数的下标

第n次测定时的a点处的负载值、第n次测定时的b点处的负载值

第n次测定时的a点处的鼓位置、第n次测定时的b点处的鼓位置

ΔF_n：第n次测定时的负载值的差值、Δd_n：第n次测定时的鼓位置的差值

其中、

K_n：弹簧常量(以往方法)、F_G：目标负载值

d_G：目标鼓位置、d₀：无负荷时的鼓位置(原点位置)

然而，在以往的轮胎试验机所使用的负载模型(例如上述的专利文献2中的技术)中，使用在两处按压位置测量出的轮胎负载的测定数据来计算弹簧常量，并使用计算出的弹簧常量来求出轮胎负载，因此，误差有可能较大，有可能难以准确地计算轮胎负载。

对此，在本发明的负载模型的推断方法中，在使转鼓2相对于轮胎T的按压位置变化的同时依次测量轮胎负载，针对依次测量出的轮胎负载的测量值，进行随着接近轮胎负载的目标值而增加权重那样的加权，使用加权后的测量值来推断负载模型。而且，作为负载模型而采用轮胎T的按压位置与轮胎负载呈线性变化的负载推断式，使负载推断式相对于加权后的测量值匹配，根据匹配后的负载推断式的斜率求出弹簧常量，由此推断负载模型。

换句话说，本发明的推断方法所采用的负载模型并非相对于宽广范围内的按压位置的全部数据而成立线性，而是相对于成为轮胎负载的目标值那样的一部分按压位置而重点成立线性。

例如，如图5所示，若着眼于从转鼓2的按压位置小的区域(转鼓2的按压较弱的区域)到按压位置大的区域(转鼓2的按压较强的区域)的全部轮胎负载，有时也使图中由“涂黑的圆”示出的轮胎负载的测量值进行缓缓地弯曲那样的变化，使得图示的负载推断式与实际的轮胎负载之差增大。

然而，真正重要的是转鼓2的按压位置大的区域(目标按压位置)的附近，在该区域中，对表现轮胎T相对于转鼓2的按压位置与轮胎负载之间的关系的准确的负载模型进行推断(求出准确的弹簧常量)是重要的。

对此，本发明的负载模型能够优先地使用在与轮胎负载之间成立线性关系那样的“目标按压负载”的附近的测量值，从而准确地推断轮胎负载。

具体来说，在本发明的推断方法中，利用图6～图8所示的权重特性函数中的任一者对由上述负载测量单元测量出的轮胎负载的测量值进行处理并加权，从而优先使用在转鼓2的按压位置与轮胎负载之间成立线性关系那样的范围的测量数据来求出弹簧常量(推断负载模型)。

图6～图8所示的权重特性函数是在由负载测量单元测量出的轮胎负载成为“目标按压负载”时得到最大权重w_max那样的函数，且成为当轮胎负载远离“目标按压负载”时权重急剧减小而成为零那样的函数。因此，若利用图6～图8所示的权重特性函数对由负载测量单元测量出的轮胎负载的测量值进行处理，则能够优先使用位于“目标按压负载”的附近的测量值。

需要说明的是，使用根据图3所示的框图来处理信号那样的控制装置，进行上述的加权。该控制装置实际上由附属配备于轮胎均匀性试验机1的个人电脑等计算机构成，在该计算机的内部，按照图4所示的流程图(程序)对信号进行处理。

接下来，使用图3以及图4，说明由第一实施方式的控制装置进行的信号处理方法、换言之第一实施方式的负载模型的推断方法。

上述的控制装置使用由轮胎均匀性试验机1的负载测量单元测量出的轮胎负载、转鼓2的按压位置的测量结果来推断负载模型，并使用推断出的负载模型来控制转鼓2的按压位置。

具体来说，首先，在由轮胎均匀性试验机1开始轮胎均匀性的测量时，将过去计算出的参数初始化(步骤1000)，并开始转鼓位置的控制(步骤1100)。然后，在将转鼓2移动到某一按压位置并测量轮胎负载后，将轮胎负载、转鼓2的按压位置的测量值向“控制装置100”的“运转DB110”输出。

输入到“运转DB110”的测量值的数据被送至“数据权重计算功能部120”，并且被送至“转鼓位置计算功能部140”。

在“数据权重计算功能部120”中，首先根据需要来适当地进行“时刻计数器的初始化”、“时刻计数器的更新”、“测定数据的保存”等(步骤1200～步骤1400)，接下来，使用从“运转DB110”送来的转鼓2的按压位置的数据，对轮胎负载的测量值进行上述那样的加权(步骤1500)。

具体来说，如式(3)～式(5)所示，将预先存储于控制装置的权重函数应用于从“运转DB110”输入的测量值的数据。于是，根据转鼓2的按压位置是否位于“目标按压负载”的附近来赋予权重，在按压位置为接近“目标按压负载”的值的情况下赋予较大的权重，并且在按压位置为远离“目标按压负载”的值的情况下赋予接近零的权重。

其中、

w_max：权重参数最大值(能够任意地设定)

r：控制权重特性函数的范围的参数(能够任意地设定)

其中、

α：控制权重特性函数的范围的参数(能够任意地设定)

其中、

c：控制权重特性函数的范围的参数(能够任意地设定)

这样，由“数据权重计算功能部120”加权后的轮胎负载的测量值被送至图3所示的“负载模型推断功能部130”，在该“负载模型推断功能部130”中进行负载模型的推断(步骤1600)。

具体来说，在“负载模型推断功能部130”中，设为在加权后的轮胎负载的测量值与转鼓2的位置之间成立线性，使用式(6)～式(11)来计算“弹簧常量”。这些式(6)～式(11)示出使用迭代最小二乘法等来推断负载推断式的方法。换句话说，式(6)～式(9)示出依次更新矩阵Y以及矩阵Z来推断负载推断式的方法，式(10)以及式(11)示出使用惯用的迭代最小二乘法来推断负载推断式的方法。这样计算出的“弹簧常量”是重点使用“目标按压负载”的附近的测量值而计算出的，能够准确地推断轮胎负载。

其中、

时刻t的推断弹簧常量

时刻t的推断偏移参数

其中、

d(t)：时刻t的鼓位置

F(t)：时刻t的按压负载

w(t)：时刻t的权重参数值

其中、

P(t)：时刻t的协方差矩阵(2×2矩阵)

这样推断出的负载模型被送至“计算结果DB150”进行保存(步骤1900)，并且被送至“转鼓位置计算功能部140”。

在“转鼓位置计算功能部140”中，使用从“数据权重计算功能部120”送来的负载模型的推断结果和经由“运转DB110”输入的转鼓2的按压位置，计算转鼓2的目标位置(步骤1700)。由“转鼓位置计算功能部140”计算出的转鼓2的目标位置被再次向“轮胎均匀性试验机200”输出，由“轮胎均匀性试验机200”按照式(12)来控制转鼓2的位置(步骤1g00)。

其中、

目标鼓位置的推断值

F_G：目标按压负载

这样由“转鼓位置计算功能部140”计算出的转鼓2的目标位置与负载模型的计算结果一起被送至“计算结果DB150”进行保存(步骤1900)。

反复进行上述一系列的计算，直至时刻计数器成为预定的时刻为止(步骤2000)，由此能够准确地控制转鼓2的按压位置。换句话说，若与将转鼓2朝向轮胎T按压的动作匹配地进行一系列的计算，则能够利用多个测量数据而准确地控制转鼓2的位置，从而能够高精度地测量轮胎均匀性。

根据由上述第一实施方式的负载模型的推断方法推断的负载模型，能够基于转鼓2的按压位置而准确地推断轮胎负载。

例如，如图9所示，在利用全部的测量值的数据来推断负载模型的情况下，相对于成为朝右上方的直线状的负载推断式，测量数据以朝向上方缓缓地弯曲的方式分布。因此，在转鼓的按压位置较大的情况下，换言之，在“目标按压负载”的附近的测量值，测量数据的分布与负载推断式尤其不一致。

然而，如图10所示，如本实施方式那样，若将使用权重特性函数而随着接近“目标按压负载”增加权重这样的加权施加于轮胎负载的测量值，则测量数据的分布与负载推断式容易变得一致。其结果是，能够使用负载模型来准确地推断轮胎负载，进而还能够高精度地测量轮胎均匀性。

[第二实施方式]

接下来，对第二实施方式的负载模型的推断方法进行说明。

如图11～图14所示，在第二实施方式的负载模型的推断方法中，作为用于推断负载模型的负载推断式，例如也将考虑到压力等按压位置以外的变量的影响的函数构筑为公称模型进行利用。但是，压力等的影响不仅对负载推断式造成影响，还对作为变量的按压位置造成影响，因此，仅使用公称模型无法准确地推断负载模型。

对此，第二实施方式的负载推断式不仅使用在负载推断式所采用的按压位置中以轮胎为单位实际测量出的按压位置的数据，还将压力本身、压力与按压位置之积、压力与按压位置的幂之积等用作公称模型的说明变量，考虑非线性来推断负载。通过考虑这样的压力的影响和非线性而修正按压位置，在公称模型的基础上进行使用，由此与仅使用弹簧常量的情况相比，能够大幅提高负载特性的表现能力，能够使用负载模型更准确地推断轮胎负载。

换句话说，在第一实施方式中，作为例子举出了轮胎T的按压位置与轮胎负载呈线性变化那样的负载推断式。但是，轮胎负载还根据测量轮胎T的参数、轮胎均匀性时的条件等发生变化，实际上需要在考虑这些条件的影响的基础上来推断负载推断式。

具体来说，在第二实施方式的推断方法中，预先准备由后述的式(13)所示的负载模型作为公称模型。该预先准备的公称模型不仅成为按压位置的函数，也成为例如压力(轮胎的空气压力)等的函数，预先作成的数据存储在公称模型DB中。然后，作为向从该公称模型DB中选出的公称模型给予的变量，使用考虑了轮胎内部的空气压力这样的因素的变量。

例如，若作为对轮胎负载造成影响的因素而考虑了轮胎内部的空气压力的情况下，使用包含空气压力作为变量的按压位置来进行负载推断式的匹配。这样一来，能够以考虑了轮胎T的内压条件的影响的形式进行负载推断式的匹配，能够更加准确地推断负载模型。

具体来说，如图11所示，在用于第二实施方式的推断方法的“控制装置300”中，设置有存储了上述“公称模型”的“公称模型DB330”、从该“公称模型DB330”选择最佳的公称模型的“公称模型选择部340”。

而且，在实际进行转鼓2的位置的控制时，在利用第一实施方式所说明的方法进行转鼓2的位置的控制这样的操作(步骤3400～步骤4300)之前，预先进行制作公称模型这样的操作(步骤3000～步骤3300)。

换句话说，若知晓上述轮胎T的内部的空气压力这样的参数，则按照式(13)，首先计算作为变量向公称模型给予的按压负载的推断值。若这样计算出公称模型的按压负载的推断值，则使用式(14)，计算该公称模型的按压负载的推断值与由“依次推断功能部350”推断的按压负载的推断值之间的偏差。如图13所示，该偏差被计算为负载特性式的梯度的偏差(式中的系数参数b₀(t))以及切片的偏差(式中的系数参数b₁(t))。该计算结果被保存于“依次推断模型DB360”。

其中、

公称模型的按压负载推断值

x(t)：时刻t的说明变量向量^※

a_i，a₀：公称模型的系数参数、i∈I：说明变量的下标

※需要说明的是，说明变量通过对运转数据进行前处理而生成，要素包括按压位置数据

d(t)(为了赋予d的偏微分)以及压力数据

其中、

依次推断模型的按压负载推定值

b₀(t)，b₁(t)：时刻t的依次推断模型的系数参数

在第二实施方式的负载模型的推断方法中，使用式(15)～式(19)来依次推断上述的偏差(系数参数b₀(t)以及系数参数b₁(t))，由此推断负载推断式。需要说明的是，在第二实施方式中，这些式(15)～式(19)中的式(15)～式(17)示出依次更新矩阵Y以及矩阵Z来推断负载推断式的方法，式(18)以及式(19)示出使用惯用的迭代最小二乘法来推断负载推断式的方法。

若将这样计算出的偏差(系数参数b₀(t)以及系数参数b₁(t))代入式(20)以及式(21)进行计算，则能够得到准确的数值作为目标鼓位置推断值。

需要说明的是，式(20)以及式(21)是使用最速下降法的公式。换句话说，若能够计算出公称模型中的目标按压位置、目标按压位置、按压位置中的负载依次推断值、目标负载等，则能够求出图13的粗线所示的部分的斜率。在最速下降法中，通过考虑为鼓按压位置的偏差(d_G-d₀)、按压负载的偏差(F_G-F₀)足够小，且考虑上述的粗线部分的斜率与依次负载推断式的偏微分梯度相等，来求出该偏差。

其中、

与鼓位置为d₀时的公称模型中的按压位置相关的偏微分梯度

d₀：公称模型中的目标鼓位置推断值

d_G：所求的目标鼓位置推断值

鼓位置为d₀时的公称模型的负载推断值

鼓位置为d_G时的公称模型的负载推断值

若按照上述的顺序推断负载模型，能够以考虑了测量轮胎T的参数、轮胎均匀性时的条件等的影响的形式进行负载推断式的匹配，能够进行更加准确的负载模型的推断。

需要说明的是，在上述的第二实施方式中，也能够应对在第一实施方式的一次线性模型中无法充分地推断的情况、换言之必须进行考虑了非线性的负载推断的情况。

本次公开的实施方式在全部方面均为例示，不应被认为是限制性内容。尤其是在此次公开的实施方式中，未明确公开的事项、例如运转条件、操作条件、各种参数、构成物的尺寸、重量、体积等采用未脱离本领域技术人员通常实施的范围的值，且是本领域技术人员能够容易假定的值。

本申请基于2014年10月9日申请的日本专利申请(特愿2014-208109)而完成，在此作为参照而援引其内容。

附图标记说明：

1 轮胎均匀性试验机

2 转鼓

100 控制装置

110 运转DB

120 数据权重计算功能部

130 负载模型推断功能部

140 转鼓位置计算功能部

150 计算结果DB

200 轮胎均匀性试验机

300 控制装置

330 公称模型DB

340 公称模型选择部

350 依次推断功能部

360 依次推断模型DB