米国タイヤ研究センター（NTRC）の新しい試験機能が、タイヤ設計とバーチャル車両開発の可能性を再定義する
自動車業界では、かつてないほどの規制の変化が起きており、この新しい現実によって、安全性と燃費の両方を最適化する画期的なタイヤの設計が強く求められています。このニーズに応えるために、OEM メーカーは同様に革新的な試験技術を必要としています。
そのため、2013 年 1 月にオープンするバージニア州アルトンのタイヤ研究センター（NTRC）の責任者は、この施設がタイヤ試験の新しい中心地になると期待しています。
NTRC は、自動車やタイヤの設計を迅速かつ正確に最適化するためにOEMメーカーが必要とする人材やツールを備え、NTRC は、これまでのタイヤ試験やバーチャル車両開発の常識を覆すような体験を提供します。
「これに最も近い例はバイアスからラジアルへの移行です」と NTRC のオペレーションディレクターである Jonathan Darab 氏は述べています。「タイヤ製造に使用した技術やタイヤ自体の性能の面で、まさに大きな飛躍でした。私たちはこの能力をそのように見ています」
車両のバーチャル開発は、高い精度と再現性をもって行えば、安全で性能が高く、燃費の良い車両を設計し、迅速に市場に投入するために、OEM メーカーにとって最も重要なツールの一つです。しかし、実験装置は、さまざまな動作条件やドライブイベントを再現できなければなりません。車の設計が複雑になればなるほど、その難易度は高くなります。
この効果の代表的な例が連邦自動車安全基準（FMVSS）No.126 であり、2013 年までに車両総重量 10,000 ポンド以下のすべての乗用車、多目的乗用車、トラックに ESC（電子安定制御）システムの搭載を義務付けることになっています。FMVSS 126 試験では、特定のドライブイベントを再現することが求められます。衝突を避けるために一方向にハンドルを切った後、逆方向にハンドルを切ってしまう二重車線変更は、横転の原因としてよく知られています。
「今のところ、その 126 の手順をラボで正確に再現できるタイヤ試験システムはありません」と Darab 氏は述べました。「新設計が試験に合格するためには、自動車の製造委託会社やタイヤメーカーが、他の類似事例に基づいてデータを推定する必要があります。つまり、新しいモデルが合格するという 95％ の自信ではなく、80％ 程度の自信があるということです。」
この妥協案では、OEM メーカーは特定の周波数閾値を避けるために異なる方法で車両を調整する必要があり、また、時間と費用のかかる物理的な試験でバーチャル開発を補う必要があります。もちろん、生産後に OEM メーカー製品が FMVSS 126 試験に不合格になった場合、大きな罰金が課せられ、広報活動にも確実に支障をきたすことになります。
しかし間もなく、OEM メーカーはこの問題を解決する新しい方法を手に入れることになるでしょう。NTRC を訪れて、MTS Systems Corporation（本社：ミネソタ州エデン・プレーリー）が設計・開発した新しいタイヤ試験システムの時間を予約することができます。
NTRC は、世界の自動車メーカーやタイヤメーカーの研究開発を支援するため、あらゆる種類の高度なタイヤ試験を提供します。バージニア工科大学（VT）が所有・運営しており、革新的な試験技術によってバーチャルな車両開発を可能にするための VT の研究施設である「サザンバージニアビークルモーション研究所（SoVa Motion）」と密接に関連しています。
| NTRC は、この種の施設の中で最も包括的で有能な施設となることを目指しているため、OEM メーカーが米国や世界のどこにもないようなタイヤ試験能力を提供したいと考えています。 | |
| そこで NTRC は、30年以上にわたって平面での負荷およびモーメントの測定の業界標準となっている Flat-Trac タイヤ試験システムのメーカーである MTS と協力することにしました。要件について NTRC と共に検討した後、MTS は一連の独自の能力を発揮し高度なバーチャル開発を支援するために設計されたタイヤ試験システムである Flat-Trac LTRe を開発しました。 |  |
「装置の仕様は、126 手順を含め、自動車や小型トラックのタイヤが現実世界で遭遇するすべての運転手順を再現できるように選択されました」と Darab 氏は述べています。「そのため、とりわけスリップ角 90°/秒およびキャンバー角 38°/秒などにこだわりました。OEM 製品の 95％ がこの装置で試験できるようにしたかったのです。」
Flat-Trac LTRe の特徴は、MTS が設計した電動永久磁石モーターがスピンドルトルクドライブとして機能していることです。このモーターは、3 つの応力方向すべてに最大 30,000 N の物理的負荷がかかった状態で、フルスピードで走行トルクと制動トルクをかけるために必要な高出力密度と超高性能帯域幅をもたらします。その結果、OEM やタイヤメーカーは、より幅広いデザインのタイヤを、物理的限界を超えて試験することができるようになります。
システムの特色として、システムの速度全域および荷重範囲全体で車道ベルトをフラットに保つ特殊な水ベアリング、およびモータースポーツのコーナリングを再現するために最高時速 200 マイル (時速 320 キロ) で走行する第 2 の電気モーターが含まれます。
LTRe のように、動的な位置決め率から最大の負荷容量、トルクのかけ方まで、あらゆるスペクトルの動的試験が可能なシステムは、世界でも他にありません。
「私たちはまったく新しいジャンルの試験を作っているのです。」 NTRC の専務取締役である Frank Della Pia 氏は述べています。「NTRC と同等の設備は存在しません。「NTRC が提供するすべての機能を合わせると、タイヤ技術に大きな飛躍をもたらすことになるでしょう。」
NTRC により、以前のラボ環境では不可能だった条件でのタイヤ試験が可能になることでしょう。これにより、新しい方法でタイヤを試験したり、ハイブリッドシミュレーションを使って他のコンポーネントやサブシステムとタイヤの相互作用を調べたりすることが可能になります。ハイブリッドシミュレーションは、HIL（ハードウェアインザループ）試験とも呼ばれ、LTRe システムとフルビークルコンピュータモデルを連動させて実行されます。バーチャル車両が行う操作を LTRe が実際のタイヤで再現し、タイヤの反応をモデルにフィードバックすることで、より正確なシミュレーションを実現しています。
「OEM 試験チームが NTRC に行きついた際に、車両全体ではなくタイヤ単体を試験できるようになります」と Darab は述べています。「エラーの割合が 20％ という単一の試験を 2 日で実行していたのが、同じ2 日間で多数のシミュレーションを実行できるようになります。」
これらの機能は、NTRC の使命と一致しています。NTRC の試験担当者たちは、タイヤ試験を未知の領域へと押し進めています。タイヤ試験とモデリングの精度と再現性が、バーチャル車両開発で達成可能なことを再定義するところまで来ています。