JP2002067636A

JP2002067636A - 車両・タイヤ性能のシミュレーション方法

Info

Publication number: JP2002067636A
Application number: JP2001177588A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shiraishi; 正貴白石; Naoaki Iwasaki; 直明岩崎
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-03-08
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: JP3253952B1

Abstract

(57)【要約】【課題】車両に適したタイヤを効率良く開発する。【解決手段】プライを含めてタイヤを有限個の要素に
モデル化したタイヤモデルを作成するタイヤモデルステ
ップＳ１と、サスペンション部材を含めて車体を有限個
の要素にモデル化した車体モデルを作成する車体モデル
作成ステップＳ２と、前記車体モデルの前記サスペンシ
ョン部材がモデル化されたサスペンションモデルに前記
タイヤモデルを装着して車両モデルを作成する車両モデ
ルステップＳ３と、所定の境界条件を与えて前記車両モ
デルを仮想走行させ車両走行特性、又はタイヤ特性をシ
ミュレーションするステップＳ４、Ｓ５とからなる車両
・タイヤ性能のシミュレーション方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に適したタイ
ヤを効率良く開発するのに役立つ車両・タイヤ性能シミ
ュレーション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
特定の車両に適したタイヤを開発する場合、実際にタイ
ヤを試作し、これを前記車両に装着するとともに、実際
に車両を走行させて官能あるいは計測等の種々の評価が
なされている。また試作されたタイヤは、例えば実験室
などにおいてドラム試験機を用いてコーナリング特性な
どが調べられ、その結果からさらに試作モデルに改良を
加えて、再び車両モデルに装着して実車評価を繰り返す
ことが行われていた。

【０００３】しかしながら、従来の開発手法では、先ず
実車評価を行うため実際にタイヤの試作が必要となる
他、実車試験に用いる車両、該車両の走行場所や必要な
計測機器、計測者、テストドライバーなどを必要とする
など、多くの手間と労力さらには時間が必要となる。

【０００４】本発明は、このような問題点に鑑み案出な
されたもので、タイヤ、車両の車体本体、サスペンショ
ン部材などを有限要素法にて取扱可能な要素でモデル化
した車両モデルを作成し、これをコンピュータ等を用い
て仮想走行させて車両走行特性、又はタイヤ特性をシミ
ュレーションすることにより、前記車両に適したタイヤ
を短期間でかつ効率よく開発しうる車両・タイヤ性能の
シミュレーション方法を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、プライを含め
てタイヤを有限個の要素にモデル化したタイヤモデルを
作成するタイヤモデル作成ステップと、サスペンション
部材を含めて車体を有限個の要素にモデル化した車体モ
デルを作成する車体モデル作成ステップと、前記車体モ
デルの前記サスペンション部材がモデル化されたサスペ
ンションモデルに前記タイヤモデルを装着して車両モデ
ルを作成する車両モデル作成ステップと、設定された境
界条件に基づいて前記車両モデルの走行シミュレーショ
ンを行ない車両走行特性又はタイヤ特性を取得するシミ
ュレーションステップとを含むことを特徴とする車両・
タイヤ性能のシミュレーション方法である。

【０００６】また前記車両走行特性は、アンダーステア
ー又はオーバーステアの程度、ステアリング時の車両応
答早さ、ロールの程度の少なくとも１つを含むことがで
きる。また前記サスペンション部材は、アーム、スプリ
ング、ショックアブソーバ、トーションビーム、スタビ
ライザー、リンクロッド、及びゴムブッシュを含んでな
り、前記アーム及び前記リンクロッドは剛体ビーム要素
に、前記スプリング、前記ジョックアブソーバ及び前記
ゴムブッシュは線形若しくは非線形のバネ要素に、前記
トーションビーム及び前記スタビライザーはねじれのビ
ーム要素にそれぞれモデル化することができる。

【０００７】また他の前記車両走行特性としては、例え
ば１０Hz以下の車体振動特性が挙げられる。この場合、
前記車体モデルを変形しない剛体モデルで設定すること
が望ましい。また、さらに他の車両走行特性としては、
１０Hzよりも大かつ１００Hz以下の車体振動特性を含む
ことができる。この場合、前記サスペンションモデルを
除く車体モデルの振動モードを、評価しようとする車体
の振動モードと実質的に一致させることが好適である。

【０００８】前記走行シミュレーションは、前記車両モ
デルを、路面を要素でモデル化した路面モデル上で転動
させることによって行うことができる。路面モデルとし
てはは、例えば剛体要素と、その上に設定されかつ水を
要素でモデル化した水要素とからなる。この場合、前記
車両走行特性としてウエット走行特性を好適にシミュレ
ーションすることができる。また路面モデルは、剛体要
素と、その上に設定されかつ雪を要素でモデル化した雪
要素とを用いることができる。この場合、車両走行特性
として雪上走行特性を好適にシミュレーションすること
ができる。

【０００９】また路面モデルは、剛体要素と、その上に
設定されかつ泥を要素でモデル化した泥要素とで設定す
ることができる。この場合、車両走行特性として泥濘地
走行特性を好適にシミュレーションすることができる。
さらに路面モデルは、剛体要素と、その上に設定されか
つ砂を要素でモデル化した砂要素とで設定することがで
きる。この場合、車両走行特性として砂地走行特性を好
適にシミュレーションすることができる。なお路面モデ
ルは、平坦であっても良いが、凹凸部を含むこともでき
る。この場合、前記車両走行特性として乗り心地特性を
好適にシミュレーションすることができる。

【００１０】また前記車両モデル作成ステップは、０Ｇ
の重力条件においてタイヤモデルに内圧条件を設定する
ステップと、前記タイヤモデルに内圧条件を設定した後
に１Ｇの重力条件に設定しタイヤモデルに車体モデルの
荷重を負荷するステップとを含むことが望ましい。

【００１１】また前記シミュレーションステップは、初
期速度ｖ（≠０）を有する車両モデルを用いることがで
きる。この場合、前記車体モデルには、前記初期速度ｖ
の並進成分の速度が定義されるとともに、前記タイヤモ
デルには、前記初期速度ｖの並進成分の速度と回転成分
の速度とが定義される。

【００１２】また前記走行シミュレーションとしては、
タイヤモデルの舵角を一定として定常円旋回させる定常
円旋回シミュレーションを含むことができる。この場
合、車両走行特性として、この定常円旋回シミュレーシ
ョンから得られる車両モデルの旋回半径の大きさ又は車
両モデルのロール角度により評価されるステアリング特
性を好適にシミュレーションすることができる。

【００１３】また走行シミュレーションとしては、レー
ンチェンジ状態をシミュレーションするレーンチェンジ
シミュレーションを含むことができる。この場合、車両
走行特性として、このレーンチェンジシミュレーション
から得られる車両モデルの挙動又は車両モデルの舵角を
戻したときの収れん性により評価されるレーンチェンジ
特性を好適にシミュレーションすることができる。

【００１４】また走行シミュレーションとしては、タイ
ヤモデルに一定のトルクを与えて車両モデルの速度変化
を観察する駆動シミュレーションを含むことができる。
この場合、前記車両走行特性として駆動力特性を好適に
シミュレーションすることができる。

【００１５】また走行シミュレーションとしては、タイ
ヤモデルに一定の制動力を与えて車両モデルの速度変化
を観察する制動シミュレーションを含むことができる。
この場合、前記車両走行特性として制動力特性を好適に
シミュレーションすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を図面
に基づき説明する。図１には本実施形態の車両・タイヤ
性能のシミュレーション方法の処理手順のフローチャー
トを例示している。図の如く本シミュレーション方法で
は、プライを含めてタイヤを有限個の要素にモデル化し
たタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成ステップＳ
１と、サスペンション部材を含めて車体を有限個の要素
にモデル化した車体モデルを作成する車体モデル作成ス
テップＳ２と、前記車体モデルの前記サスペンション部
材がモデル化されたサスペンションモデルに前記タイヤ
モデルを装着して車両モデルを作成する車両モデル作成
ステップＳ３と、設定された境界条件に基づいて前記車
両モデルの走行シミュレーションを行ない車両走行特性
又はタイヤ特性に関する情報を取得するシミュレーショ
ンステップＳ４、Ｓ５とを含んでいる。以下、順に説明
する。

【００１７】先ずタイヤモデル作成ステップＳ１を説明
する。本実施形態では、例えば図２に示すような構造を
有する乗用車用ラジアルタイヤ（以下、単に「タイヤ」
ということがある。）Ｔをモデル化するものを例示す
る。タイヤＴは、トレッド部１２からサイドウォール部
１３を経てビード部１４のビードコア１５の回りで折り
返されかつコードをタイヤ周方向に対して略９０度で傾
けたカーカスプライ１６ａからなるカーカス１６と、こ
のカーカス１６のタイヤ半径方向外側かつトレッド部１
２の内方に配されるベルト層１７とを具える。

【００１８】前記ベルト層１７は、本例ではタイヤ周方
向に対して小角度で並列された内、外２枚のベルトプラ
イ１７Ａ、１７Ｂが前記コードを交差する向きに積層し
て構成されている。前記カーカスプライ１６ａは、例え
ばポリエステルなどの有機繊維コードを、またベルトプ
ライ１７Ａ、１７Ｂはスチールコードを、それぞれシー
ト状のトッピングゴムにより被覆されて構成されてい
る。なお前記ベルト層１７の外側には、有機繊維コード
をタイヤ周方向に実質的に平行に配列したバンド層１９
が配されている。

【００１９】またタイヤＴは、トレッドゴム１２Ｇ、サ
イドウォールゴム１３Ｇ、ビードゴム１４Ｇなどで覆わ
れる。前記トレッドゴム１２Ｇは、本例では前記バンド
層１９の外側に配されている。また、トレッド部１２の
外表面には、例えばタイヤ周方向にのびる縦溝Ｇ１と、
この縦溝Ｇ１に交わる向きにのびる横溝Ｇ２などにより
所定のトレッドパターンが形成されている。

【００２０】タイヤモデル２は、図３に示すように、前
記カーカスプライ１６Ａ、ベルトプライ１７Ａ、１７
Ｂ、バンド層１９を含むプライＦを含めてタイヤＴを有
限個の要素にモデル化したものである。即ち、コンピュ
ータによって数値解析が可能な解析モデルとして定義さ
れる。タイヤモデル２を構成する前記要素２ａ、２ｂ…
には、いずれもコンピュータで処理可能な要素が用いら
れる。具体的には、２次元要素では四辺形要素、３次元
要素としては、４面体ソリッド要素、５面体ソリッド要
素、６面体ソリッド要素などが挙げられる。

【００２１】また「プライを含めて有限個の要素にモデ
ル化する」とは、プライのコード材、トッピングゴム
を、それぞれに対応した要素にモデル化することであ
る。例えばベルト層１７については、図４に示すような
ベルト層モデル５にモデル化することを言う。すなわち
ベルトコードｃについては四辺形膜要素５ａ、５ｂにモ
デル化し、またベルトコードｃを被覆しているトッピン
グゴムｔについては前記四辺形膜要素を覆う六面体ソリ
ッド要素５ｃ、５ｄ、５ｅでモデル化し、これらを厚さ
方向に順番に積層した複合シェル要素とする。また前記
ベルトコードｃをモデル化した前記四辺形膜要素５ａ、
５ｂの材料定義は、その厚さを例えばコードｃの直径に
設定し、ベルトコードｃの配列方向とこれと直交する方
向とにおいて剛性の異なる直交異方性材料とする。また
各方向の剛性は均質化しているものとして取り扱うこと
が望ましい。なおカーカスプライ１６ａについも同様に
モデル化される。

【００２２】またプライＦのトッピングゴムｔを表す六
面体ソリッド要素５ｃ、５ｄ、５ｅは、他のゴム部材と
同様に超粘弾性材料として定義して取り扱うことができ
る。このように、プライＦについては、コード材、トッ
ピングゴムそれぞれについて材質の特性に応じてモデル
化しているため、実際の製品に非常に近い状態をシミュ
レーションでき精度の高い開発に役立つ。なお各ゴム部
材、プライＦ、ビードコア５を有限要素にモデル化する
際には、各ゴム部、コードの複素弾性率、ビードコアの
弾性率などに基づき材料特性、剛性が定義される。

【００２３】また本例のタイヤモデル２は、例えば多数
の四面体、五面体又は六面体要素、さらにはこれらの組
み合わせを用いることにより、前記縦溝Ｇ１、横溝Ｇ２
を含むトレッドパターンを忠実にモデル化している。し
かし、開発の主眼がゴム材料やカーカス１６のプロファ
イルといった内部構造に関する場合、タイヤモデル２の
トレッドパターンを省略したプレーンなトレッド面とす
ることができる。この場合、タイヤモデル２の要素総数
を減じてコンピュータでの計算時間を短縮するのに役立
つ。このようにタイヤモデル２は、評価したいタイヤの
設計因子を表現できる有限要素モデルであれば種々、態
様を変形しうる。また、このようなタイヤモデル２の作
成は、予め基本となる数パターンをタイヤモデルデータ
ベース（図１参照）に蓄えておくこともでき、そこから
選択することでも良い。

【００２４】次に前記車体モデル作成ステップＳ２を説
明する。車体モデル作成ステップＳ２は、サスペンショ
ン部材を含めて評価しようとする車体を有限個の要素に
モデル化した車体モデルを作成する。即ち、解析対象の
車体が、コンピュータによって数値解析可能な解析モデ
ルとして定義される。図５に示すように、本例の車体モ
デル６は、車体本体モデル６Ａと、サスペンションモデ
ル６Ｂとを含む。

【００２５】前記車体本体モデル６Ａは、車両から車輪
とサスペンション部材とを除いた部分を有限個の要素で
モデル化して構成される。また車体本体モデル６Ａは、
本例では、下部フレーム６Ａ１や外装部材６Ａ２といっ
た基本的な骨格部分を含むが、車両の運動性能に実質的
に関与しない例えば内装部材やその他細部についてはモ
デル化せずに省略している。

【００２６】前記車体本体モデル６Ａは、本例では外力
が加えられても変形しない剛体要素でモデル化したもの
を示す。但し、車体本体モデル６Ａは、実際の車体に使
用される材料に近い変形特性、振動特性等を定義しても
良い。この場合、より精度の高い解析が可能である。さ
らに車体本体モデル６Ａは、例えばエンジンを剛体要素
でモデル化したエンジンモデル（図示省略）を可撓要素
（例えばゴムブッシュ）を介して支持させることもでき
る。この場合、エンジンモデルは支持された可撓要素の
変形によって動くため、車両の走行中の乗り心地などを
さらに精度良くシミュレーションすることも可能にな
る。

【００２７】前記サスペンションモデル６Ｂは、前輪用
のサスペンションモデル６Ｂｆと、後輪用のサスペンシ
ョンモデル６Ｂｒとを含む。前輪用のサスペンションモ
デル６Ｂｆは、詳細は図示しないがステアリング可能に
モデル化される。これにより、車体本体モデル６Ａに取
り付けられたタイヤモデル２は、所定の舵角（スリップ
角）に舵取りされる。

【００２８】図６には、一例として後輪用のサスペンシ
ョン部材Ａをモデル化する略図を示している。後輪用の
サスペンション部材Ａは、概略、一端部が車体本体に枢
着されかつ他端部に車輪を装着する可回転のハブ２５を
具える一対のトレーリングアーム２６と、前記一対のト
レーリングアーム２６、２６間を継ぐトーションビーム
２７と、ショックアブソーバー３０にコイルスプリング
３１を装着した緩衝器３２とを含むものを例示する。ま
た緩衝器３２の上下は、それぞれダンパマウントアッパ
ーブュシュｂ１、ダンパマウントロアブュシュｂ２を介
して車体本体もしくはトレーリングアームに取り付けら
れる。また車体本体に固着されるトレーリングアームに
もトレーリングアームブュシュｂ３が設けられる。

【００２９】そして、このサスペンション部材Ａは、前
記ハブ２５をモデル化したハブモデル３５と、前記トレ
ーリングアームをモデル化したトレーリングアームモデ
ル３６と、前記トーションビームをモデル化したトーシ
ョンビームモデル３７と、前記緩衝器３２をモデル化し
た緩衝器モデル４２と、前記ブッシュｂ１〜ｂ３をモデ
ル化したブッシュモデル４４とを含んで後輪用のサスペ
ンションモデル６Ｂｒとしてモデル化される。

【００３０】サスペンションモデル６Ｂについては、そ
の機械的な運動を表現できるようにモデル化される。す
なわち、前記緩衝器モデル４２及びブッシュモデル４４
は、線形若しくは非線形のバネ要素が用いられ、その軸
方向に伸縮可能に定義される。またハブモデル３５、ト
レーリングアームモデル３６は、それぞれ外力が加えら
れても形状が変化しない剛体要素として定義される。前
記トーションビームモデル３７は、ねじれが作用した際
に微小のねじれ角を生じるとともに、そのねじれ角に応
じた反力が生じ得るようねじれのビーム要素にモデル化
される。なお、力が加わり部材が弾性変形することによ
って、サスペンションの性能が変化する場合があるた
め、例えば前記ハブモデル３５やトレーリングアームモ
デル３６についても、変形を考慮した要素（大きさ、断
面特性（面積、断面２次モーメントなど）、弾性率が定
義される要素）として取り扱うことにより、操縦安定性
や乗り心地性能などのシミュレーション精度が向上す
る。なおブッシュについては、軸方向と半径方向とのぞ
れぞれのバネ定数、減衰特性を定義したバネダンバーモ
デルを用いるのが望ましい。これにより、ブッシュの変
形を考慮したシミュレーションができ、操縦安定性や乗
り心地性能などの予測精度が向上する。

【００３１】またサスペンションモデル６Ｂの各構成要
素ないしその結合（節点）については、その動作状態に
基づいて図７に示すようにモデル化される。即ち、移動
不能に固定されたものとして取り扱う剛結合（図７
（Ａ））、軸方向に移動可能なスライド結合（同図
（Ｂ））、回転できかつ多軸に周りに揺動可能なジョイ
ント結合（同図（Ｃ））、１軸に関して揺動可能な回転
ジョイント結合（同図（Ｄ））などが定義される。なお
詳細は図示していないが、リンクロッド、スタビライザ
ーなども必要により、適宜要素としてモデル化される。

【００３２】さらに車体モデル６は、その重量、重心位
置の座標、慣性モーメントが定義される。またサスペン
ションモデル６Ｂには、車体本体モデル６Ａへの取り付
け位置の座標、各バネ要素のスプリングバネ定数、ダン
パー減衰定数、各ビーム要素についての曲げ剛性、ねじ
れ剛性、リンク重量、重心位置の座標、慣性モーメント
などが夫々定義される。車体の各部での変形や応力をよ
り詳細に検討するためには、車体全部または検討したい
一部をビーム、シェル、ソリッドなどの有限要素でモデ
ル化することもできる。これらの要素は、弾性率とその
形状から、変形（歪）と応力が計算できる。例えば、ビ
ーム要素の場合は、長さ、断面特性（面積、断面２次モ
ーメントなど）、弾性率が定義され、引張りや曲げの変
形や応力が計算できる。

【００３３】なお本例ではタイヤモデル作成ステップＳ
１を車体モデル作成ステップＳ２よりも先に行っている
が、逆に車体モデル作成ステップをタイヤモデル作成ス
テップよりも先に行うことでも良く、さらにはこれらを
並列して行うこともできる。

【００３４】次に車両モデル作成ステップを説明する。
車両モデル作成ステップＳ３は、前記車体モデル６の前
記サスペンションモデル６Ｂに前記タイヤモデル２を装
着して車両モデルを作成する車両モデル作成する。タイ
ヤモデル２は、リムを例えば剛体要素にてモデル化した
リムモデル（図示省略）を介して前記サスペンションモ
デル６Ｂに装着される。これにより、図８に示す如く、
車両モデル９を作成できる。

【００３５】ところで、車両の走行性能は、タイヤの接
地形状や接地圧の分布などによって大きく左右されるこ
とは良く知られている。従って、精度の良い車両・タイ
ヤ性能のシミュレーションを行うためには、前記タイヤ
モデル２の正確な接地形状、接地圧分布、たわみ形状な
どを得ることが前提となる。そこで、本実施形態では、
前記車両モデル作成ステップＳ３では、図９に示すよう
に、０Ｇ（Ｇは標準重力加速度と等しく９．８０６６５
ｍ／ｓ²を示す。）の重力条件の車両モデル９ａを準備
するステップＳ３１と、そのタイヤモデル２に内圧条件
を設定するステップＳ３２と、前記タイヤモデル２に内
圧条件を設定した後に実質的に１Ｇの重力条件に設定し
タイヤモデル２に車体モデル６の荷重を負荷するステッ
プＳ３３とを含むものが示される。

【００３６】タイヤモデル２に内圧条件を設定すると
は、タイヤモデル２に内圧条件を設定して膨張変形シミ
ュレーションを行うことを意味する。具体的には、例え
ばタイヤモデル２のビード部分をリム巾に等しく強制的
に変位させかつ拘束しリム組み状態をシミュレーション
するとともに、その後、タイヤモデル２の内腔面に内圧
に応じた等分布荷重を負荷することにより行うことがで
きる。そしてタイヤモデル２は、前記等分布荷重に基づ
き所定の膨張変形が計算されシミュレーションが行われ
る。

【００３７】このように車体モデル６の自重が作用しな
い無重力状態でのタイヤモデル２に内圧条件を設定する
ことにより、タイヤモデル２をより実物に近い均一な自
然膨張変形状態をシミュレーションしうる。これによ
り、タイヤに内圧が負荷されたときの形状や内部張力な
どを正確に表現（シミュレーション）することができ
る。

【００３８】そして、タイヤモデル２に内圧条件が設定
された後に車両モデル９を１Ｇの重力状態とすること
で、車体モデル６の自重がサスペンションモデル６Ｂを
介してタイヤモデル２に負荷される。内圧条件が既に設
定されているタイヤモデル２は、車体モデル６の自重と
内圧との関係によって撓み変形し、１Ｇの初期状態が設
定される。これにより、タイヤモデル２の正確な接地形
状、接地圧分布、たわみ形状などを得ることができる。
またこれにより車体モデル６も１Ｇの初期状態へと設定
される（図１０（Ａ）参照）。

【００３９】タイヤモデル２、車体モデル６をともに１
Ｇの重力条件で別々に設定し、これらを結合することも
考えられる。しかし、この方法では、結合に際して、タ
イヤモデル２と車体モデル６との力の釣り合いが正確に
とれないことがあり、その場合には車両モデル９に振動
が生じる不具合が考えられる。この方法では、結合初期
状態においてタイヤたわみ荷重、サスペンション変形荷
重、車両重量が釣り合っている保証がない。なぜなら、
各々の１Ｇの重力状態は設定された荷重で求められたも
のであり、真の荷重ではないからである（例えば設定時
に前輪右荷重は５５０kgｆだとしても、実際にはタイヤ
変形、サスペンション変形で車体に傾きが生じて５５５
kgｆになる様な場合がある。）。この様な場合、結合初
期のアンバランスにより振動が発生するので、この振動
を収めて荷重が釣り合った状態で、評価シミュレーショ
ンを行う必要がある。

【００４０】また、先にタイヤモデル２に荷重を負荷
し、その後にタイヤモデル２に内圧を設定した場合に
は、内圧が０のタイヤに荷重を負荷することとなり、タ
イヤモデル２が大きく変形してしまい、そのサイドウォ
ール部の折れ曲がり変形を考慮した計算が必要になるた
め好ましくない。またサイドウォール部の大きな折れ曲
がり変形を表現できる要素が必要となり、実用性に欠け
るものとなる。

【００４１】０Ｇの車両モデル９を作成する方法は特に
限定されない。従って、設定初期の段階から、０Ｇの車
両モデル９を一からモデル化する方法や、例えば図１０
（Ａ）に示すように、先に１Ｇの重力条件で車両モデル
９を設定し、そこから１Ｇの重力分の荷重を除荷するこ
とにより図１０（Ｂ）のように、擬似的に０Ｇの重力条
件での車両モデル９を作成する方法が可能である。即
ち、後者の場合、１Ｇの重力条件での各部の初期応力を
計算し、１Ｇの重力条件の車両モデル９からこの初期応
力が０となるよう荷重を除荷するシミュレーションを行
う。これより、図１０（Ａ）、（Ｂ）の対比から明らか
なように、例えばサスペンションモデル６Ｂは、その機
械的な拘束が許す範囲で伸び、０Ｇ（無重力状態）のサ
スペンションジオメトリーも設定できる。

【００４２】また１Ｇの重力条件では、例えばサスペン
ションには１Ｇに基づく車体モデル６Ａの重量が負荷さ
れ、前記コイルスプリング３１、ブッシュなどには初期
状態で応力と歪が既に生じている。本実施形態では、上
記のステップＳ３１、Ｓ３２を行うことにより、１Ｇの
初期状態で生じているサスペンションの応力、歪を車両
モデル９に取り入れ再現できる。有限要素法を用いた数
値解析は、車体モデル６、タイヤモデル２に荷重を負荷
し、各部に生じる応力、歪に基づいて計算が行われる。
従って、１Ｇ状態を基準とした車体モデル６では、サス
ペンションに生じている１Ｇの重力分の歪、応力が計算
上無視されてしまうためシミュレーション精度を低下さ
せるおそれがある。本実施形態では、モデル化作業をそ
れほど複雑化することなくとりわけサスペンションモデ
ル６Ｂでの計算誤差を防止し、より精度の高い車両・タ
イヤ性能のシミュレーション結果を得ることも可能とな
る。

【００４３】サスペンションモデルの荷重負荷状態は、
例えば緩衝器モデル４２の変位だけに依存させること
も、またブッシュ等の変形まで考慮に入れることもでき
る。後者の場合、１Ｇ状態車両モデルの車軸センターに
各輪の荷重を抜く方向に荷重負荷して、０Ｇ状態のサス
ペンションジオメトリーを計算できる。このように計算
された０Ｇの重力条件のジオメトリーでの車両モデルに
ついて、内部応力を０として、自重負荷を行う。

【００４４】本シミュレーション方法を行う装置として
は、例えば図１１に示すようなコンピュータ１０が使用
される。コンピュータ１０は、演算処理装置であるＣＰ
Ｕと、このＣＰＵの処理手順などが予め記憶されるＲＯ
Ｍと、ＣＰＵの作業用メモリであるＲＡＭと、入出力ポ
ートと、これらを結ぶデータバスとを含んで構成されて
いる。前記入出力ポートには、本例では所定の情報を入
力、設定するためのキーボード、マウス等の入力手段Ｉ
と、入力結果やシミュレーション結果を表示しうるディ
スプレイ、プリンタなどの出力手段Ｏと、磁気ディス
ク、光磁気ディスクなどの外部記憶装置Ｄとが接続され
る。また前記外部記憶装置Ｄには、シミュレーションの
処理手順、その他、所定のプログラム、データを記憶し
うる。

【００４５】本実施形態では、上記コンピュータ１０を
用い設定された境界条件に基づいて前記車両モデル９の
走行シミュレーションを行う。そして、解析しようとす
る車両の大凡の走行特性、タイヤ性能に関する情報を取
得することができる（ステップＳ５、Ｓ６）。一般にタ
イヤモデル２を使用したシミュレーション手法は従来か
ら存在する（例えば特開平１１−１５３５２０号公報な
ど）。このようなシミュレーション方法は、タイヤ単体
が主となるタイヤ性能は評価できるが、具体的な車両が
持つ特性、すなわち車体剛性、サスペンションの特性な
どとの適合性については未だ十分な評価ができない。そ
こで、本発明のように、有限要素法を用いて、車体とタ
イヤとをそれぞれモデル化して組み合わせて車両モデル
を作成し、かつコンピュータ上で走行シミュレーション
を行うことで、車両によりきめ細かく適合しうるタイヤ
の開発、評価を可能としている。同様に車体モデル側に
おいては、車体剛性やサスペンション部材などについ
て、タイヤの特性を生かした開発を行うのに役立つ。

【００４６】本実施形態の走行シミュレーションでは、
設定された所定の境界条件に基づき車両モデル９を路面
モデル１１上で走行させる。入力される境界条件として
は、タイヤモデル２についてのリムサイズ、内圧、速
度、舵角などが挙げられる。速度を与えるには、車体モ
デル６を動かすことや駆動輪を回転させることにより行
いうる。また。舵角は、タイヤモデル２をキングピン
（図示せず）回りに所定角度回転させることにより再現
できる。

【００４７】また車両モデル６を仮想走行させる路面モ
デル１１は、例えば図１２（Ａ）に示すように、４角形
の剛表面を有する剛体要素Ｅａからなる平坦な路面モデ
ルや、図１２（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、凹凸部ｊを
含む路面モデルが定義できる。凹凸部ｊは、車両モデル
９の進行方向Ｘに対して直角にのびる凸部ｊ１、凹部ｊ
２又は段差ｊ３（同図（Ｂ）、（Ｃ））を含む他、車両
モデル９の進行方向に沿ってのびるわだち状の凹部ｊ４
（同図（Ｄ））、さらには図示していないがこれらを組
み合わせたものなど種々の態様で定義できる。また凹凸
部ｊは、例えば、路面形状に合わせて剛体要素Ｅａを連
ねて定義できる。

【００４８】車両走行特性として、操縦安定性などを評
価する場合には、路面モデル１１は平坦なものが望まし
く、幾何学的な無限または有限平面としてモデル化す
る。他方、乗り心地、わだち乗り越し、突起乗り越え特
性等を評価する場合には、路面モデル１１を凹凸部ｊを
含んでモデル化するのが良い。

【００４９】タイヤモデル２と路面モデル１１とは互い
に接触の可能性が定義される。時間を追うシミュレーシ
ョンの中では、両者が互いに接触しているかどうかが常
に判定される。また、タイヤモデル２の表面と路面モデ
ル１１との間には摩擦係数が定義される。前記接触が生
じている場合、この摩擦係数に基づき発生する摩擦力が
計算されかつこれをタイヤモデル２に作用させる。なお
この摩擦係数の設定により、例えば凍結路といった氷路
面を容易に設定することができる

【００５０】また水が溜まった路面を車両で走行する場
合のウエット走行性能（ないしハイドロプレーニング性
能）、雪が積もった路面を車両で走行する場合の雪上走
行性能、泥濘地を車両で走行する場合の泥濘地走行性
能、又は砂地を車両で走行する場合の砂地走行性能を検
討する場合は、タイヤと接する水、雪、泥、砂などが流
動もしくは変形し、これが走行性能に影響を与えること
を考慮する必要がある。このような車両走行特性をシミ
ュレーションする場合、水、雪、泥又は砂を、これらに
働く力と、流動もしくは変形とを表現しうる要素でモデ
ル化し、これを前記剛体要素Ｅａの上に定義する。ウエ
ット走行性能を評価する場合には水要素を、雪上走行特
性を評価する場合には雪要素を、泥濘地走行特性を評価
する場合には泥要素を、砂地走行性能を評価する場合に
は砂要素をそれぞれ剛体要素Ｅａとの上に設定する。

【００５１】水のように流動性が強い対象物質をモデル
化する場合、剛体要素Ｅａの上の空間上に３次元状に格
子を設定し、その各格子点で対象物質に働く圧力や速
度、密度を計算するオイラー要素を用いる。これにより
水要素が定義できる。また、例えば雪、泥のように変形
性が強い対象物質をモデル化する場合は、これらを有限
の要素に分割し、各々の要素に働く応力や変形、密度変
化を計算するラグランジュ要素が用いられる。即ちラグ
ランジュ要素を用いて雪要素、泥要素を定義できる。さ
らに、砂のように流動性、変形性のどちらが強いとも言
えない場合、オイラー要素とラグランジュ要素の両者を
混合した要素を用いて砂要素を定義するのが良い。この
場合は、まず図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、砂が
変形したと仮定して先にラグランジュ要素での計算を行
い、その後、図１３（Ｃ）の如く変形した要素をもとの
形状にもどす操作（リメッシュ）を行ってオイラー要素
の計算を行うことができる。

【００５２】次に車両モデル９の走行シミュレーション
は、下記の運動方程式を時間積分する事により行われ
る。

【００５３】

【数１】

【００５４】本シミュレーションを構成する剛体やバ
ネ、タイヤの各要素に対して上記の式が作成され、微小
時間ステップを追って積分する事で時々刻々の車両モデ
ル９の状態がシミュレーションされていく。この時の時
間ステップは使用されている個々の有限要素を応力波が
伝わる時間で最小の時間より小さくなければならず、従
って要素の大きさに依存するが、概ね１０^-5〜１０^-6se
c 程度とするのが好ましい。また例えば路面モデルとタ
イヤモデル２との間の様に接触現象が起こる部分では、
接触を考慮する様に定義されている。すなわち、前記微
小時間ステップの中で、路面モデル１１とタイヤモデル
２との接触が検知されると、接触がないものとして路面
モデル内に食い込んだタイヤモデル２に該部分を押し戻
す反力を与えることにより前記接触を表現しうる。他
方、路面モデル１１に水要素などの剛体要素以外の要素
が存在する場合、タイヤモデルの表面がその境界面とし
て与えられ、その部分の要素が排除される（流体との連
成）。このような過程で行われるシミュレーションによ
り、各部の変形形状、速度、加速度、力（圧力）などが
逐次計算され、かつ出力される。このような具体的には
計算には、米国リバモア・ソフトウエア・テクノロジー
（ＬＳＴＣ）社製のアプリケーションソフト「ＬＳ−Ｄ
ＹＮＡ」などを用いて行うことができる。

【００５５】また本実施形態では、このシミュレーショ
ンステップにおいて、初期速度ｖ（≠０）を有する車両
モデルを用いるものが例示される。車両・タイヤ走行シ
ミュレーションで走行状態を計算する場合、速度が０か
ら評価速度まで速度を上昇させていく方法が考えられ
る。しかしながら、この方法では、加速に要する時間
と、その間に車両モデルが移動する距離がいずれも大と
なり、モデルの規模が大きくなりかつ計算時間も非常に
大となる。また、例えば車両モデル９に大きな加速度を
与えて計算時間を小とすることも一応考えられるが、大
きな加速度を受けて、車両モデル９の要素が潰れてしま
い計算が不可能になることもある。

【００５６】本実施形態では、このような不具合を克服
するために、車両モデル９全体に対して初期速度ｖ（≠
０）を定義している。車体本体モデル６Ａ、サスペンシ
ョンモデル６Ｂについては、速度並進成分、即ち車両が
進行する方向と平行な速度成分を与える。車両の前後方
向をＸ、幅方向をＹ、上下方向をＺとすると、Ｘ方向に
初期速度を与えるする。一方、タイヤモデル２（リムモ
デルを含む）については、速度並進成分と回転成分との
合計の速度を定義しかつ与える。

【００５７】この初期速度は、例えば評価速度と同一に
設定することが望ましい。評価速度が数段階存在する場
合、同じ操作を数段階について行うか、或いは速度を変
更して行うことができる。速度が０から設定された初速
までの加速度の影響は、例えば車両モデル９に荷物等が
積載されており、この荷物等が加速度で移動し車両モデ
ル９の重心位置が変化するといった場合に影響がある
が、このような想定は非常に希であり実質的な走行シミ
ュレーションに影響するものではない。このように車両
モデル９において、予め初速ｖを定義することにより、
加速中の計算をすることなく、タイヤ車両走行シミュレ
ーションが初期速度の走行状態となり、計算時間の大幅
な短縮化が可能となる。

【００５８】図１４には、このような車両走行シミュレ
ーションを行った車両モデル９の走行軌跡図を示し、図
１５には、車両モデル９の重心位置Ｇが描く軌跡曲線Ｌ
１、Ｌ２を示している。軌跡曲線Ｌ１では旋回中に車両
モデルが旋回外側に張り出すいわゆるアンダーステアー
傾向が大きく、目標とするニュートラルステアーでない
ことが分かった。このようにシミュレーションの結果、
目標を達成できていないと判断される場合（ステップＳ
７でＮ）、ステップＳ１１のようにタイヤの設計因子を
変更し、再度、シミュレーションを行う（ステップＳ
５）。タイヤの設計因子については、例えば前輪のタイ
ヤモデル２のトレッドゴム要素を高いグリップ力を有す
る要素に定義変更したり、トレッドパターンを改良した
り、タイヤの内部構造に改良を加えることなどが挙げら
れる。そして、再度走行シミュレーションを行うことに
より、車両モデル９の重心位置は例えば図１１の軌跡曲
線Ｌ２のように改良され、目標とするニュートラルステ
アーがほぼ得られることを突き止めることができる。

【００５９】車両走行特性の他の例としては、１０Hz以
下の車体振動特性が挙げられる。１０Hz以下の車体振動
特性とは、車両が走行している際に生じる振動数が１０
Hz以下の比較的大きな揺れに関する性能である。このよ
うな大きな周期の揺れは、主としてサスペンションの特
性とタイヤ性能とに由来し、車体本体やシャシーに生じ
る小さな変形等の影響はきわめて少ないことが判明し
た。従って、このような特性をシミュレーションする場
合、前記車体本体モデル６Ａを、外力が作用しても変形
しない剛体モデルで構成（定義）することが望ましい。
剛体モデルは、運動計算が可能な最小限の変数、例えば
その質量、重心座標、慣性モーメント等が定義される。
このように、車体本体モデル６Ａを定義することによっ
て、走行シミュレーションにおいて車体本体モデルの変
形計算が無くなるため計算時間を大幅に短縮しうる。

【００６０】車両走行特性のさらに他の例としては、１
０Hzよりも大かつ１００Hz以下の車体振動特性が挙げら
れる。この振動特性は、車両が走行している際に生じる
振動数が１０Hzよりも大かつ１００Hz以下の微細な車両
の揺れに関する性能であり、主に車体が持つ振動モード
とタイヤ性能との組み合わせに大きく影響を受ける。こ
のような特性をシミュレーションする場合、車体モデル
９の振動モードを、評価しようとする車体の振動モード
と実質的に一致させることが望ましい。

【００６１】このように、車体モデル６を評価車両の車
体の振動モードをもった振動モデルとして定義する。振
動モードは、系に固有の振動形態であり、一連の離散的
な振動数と各振動数ごとの特徴ある運動様式をもつ。評
価車両の車体の振動モードは、加振実験または有限要素
モデルのモード解析により得ることができる。簡易な例
では、図１６に示すように１本の棒の１次の振動モード
がｆHzであるとき、この振動は図１７に示す１自由度の
質量ｍとバネｓとの連結体からなる振動モデルとして定
義でき、振動数ｆを所定の関数で表すことができる。車
体モデル６についてもこの例の様に、車体がもつ振動モ
ードと等価な振動モデルに置き換えることによりシミュ
レーションでの取り扱いを簡易にできる。なお減衰につ
いては、実車について加振実験から得られた減衰特性が
定義される。この例では、車体モデルの振動特性が加わ
り、剛体モデルとした場合に比べ、計算時間は大となる
が車体の振動変形を考慮した計算ができ、上記振動数の
車体の揺れをより精度良くシミュレーションすることが
できる。

【００６２】また車両走行特性の他の形態として、ステ
アリング特性を含むことができる。ステアリング特性
は、例えば図１８に示すように、定常円旋回シミュレー
ションを行い、このシミュレーションから得られる車両
モデル９の旋回半径Ｒの大きさ、又は車両モデル９のロ
ール角度により評価することができる。定常円旋回シミ
ュレーションは、車両モデル９において、タイヤモデル
２の舵角を一定としかつ一定の速度で路面モデル１１を
走行させることにより行う。

【００６３】このシミュレーションから、車両モデル９
の重心点が描く軌跡（円）に関する情報を取得し、車両
モデル９の旋回半径Ｒを調べることができる。ステアリ
ング特性は、この旋回半径Ｒの大きさによって、アンダ
ーステア傾向、あるいはオーバーステア傾向なといった
ステアリング特性が評価される。また種々のタイヤモデ
ル２を準備し、同一の速度で定常円旋回シミュレーショ
ンでの旋回半径を調べることにより、タイヤ性能の比較
等を容易に行うことができる。このように、試作前の段
階でステアリング特性を予測することにより、タイヤモ
デル２、サスペンションモデル６Ｂの開発期間を大幅に
短縮するのに役立つ。さらにステアリング特性は、前記
旋回半径の他、旋回走行中の車両モデル９のロール角度
によっても評価することができる。なおロール角度は、
旋回外側への車両モデルの傾き角度をもって表す。

【００６４】また車両走行特性の他の形態として、レー
ンチェンジ特性を含むことができる。レーンチェンジ
は、図１８に示すように、走行中の車両モデル９に舵角
を与え走行車線をＦ１からＦ２へ横方向に移動させると
ともに、舵角を元に戻す動作をいう。そして、前記走行
シミュレーションステップでは、このレーンチェーンジ
を、車両モデル９、路面モデル１１を用いてシミュレー
ションするレーンチェンジシミュレーションを行う。そ
して、このレーンチェンジシミュレーションから、車両
モデル９の挙動（例えばロール角度の変化、横加速度の
変化等）又は車両モデルの舵角を戻したときの収れん性
（車両モデルの重心点の軌跡のふらつき等）の情報を取
得し、その性能を評価することができる。

【００６５】図２０〜図２４には、レーンチェンジシミ
ュレーションにおける車両モデルを視覚化して示す。図
２０では、舵角０の初期走行時の車両モデルを示してい
る。また図２１では、舵角を入力した直後の車両モデル
９を示す。車両モデルには小さなロールが生じているこ
とが判る。図２２には、レーンチェンジ中の車両モデル
９を示し、車体モデルが比較的大きくロールしているこ
とが判る。図２３には、舵角を０に戻したときの車両モ
デルの状態を示す。さらに図２４にはレーンチェンジを
終えて車両モデル９が収束した状態を示す。

【００６６】また図２５（Ａ）〜（Ｄ）には、このレー
ンチェンジシミュレーションから取得した種々の情報を
示し、（Ａ）は車両モデル９の速度と時間との関係、
（Ｂ）は車両モデル９の舵角と時間との関係、（Ｃ）は
車両モデル９のヨー角と時間との関係、（Ｄ）はロール
角と時間との関係をそれぞれ示している。このような情
報をシミュレーションステップから取得することによ
り、解析対象となる車体、サスペンション及びタイヤを
組み合わせた車両の大凡のレーンチェンジ挙動を推察す
ることができる。

【００６７】また車両走行特性の他の形態として、駆動
力特性を含むことができる。この場合、走行シミュレー
ションとして、例えば静止している車両モデル９のタイ
ヤモデルに一定のトルクを与えて路面モデル１１上を走
行させる駆動力シミュレーションを行う。駆動力は、例
えば解析対象となる車両が前輪駆動の場合、２つの前輪
の車軸にトルクを与えることで再現できる。このトルク
の大きさは、定義したアクセルスロット開度に応じたエ
ンジン回転数とギアレシオから決定できる。また車両に
は、通常、ディファレンシャルギヤが装着されているた
め、直進時には、エンジントルクから算出されるトルク
の半分を左右の前輪にそれぞれ配分する。例えば、エン
ジントルクをＴ、ギアレシオをｒとするとき、左右の前
輪それぞれには、Ｔ・ｒ／２のトルクが与えられる。そ
して、駆動力シミュレーションから、図２６に示すよう
に、種々の車両モデルについて、時間−速度の変化につ
いての情報を取得しこれを用いて各種評価をなしうる。

【００６８】また車両走行特性の他の形態として、制動
力特性を含むことができる。この場合、走行シミュレー
ションとして、例えば走行している車両モデル９のタイ
ヤモデルに一定の制動力を与えて路面モデル１１上を制
動させる制動力シミュレーションを行う。制動力は、車
輪４輪にトルクとして与えられる。このトルクの大きさ
は、想定したブレーキ力により設定される。そして、こ
の制動力シミュレーションから、図２７に示すように、
時間−速度の変化についての情報を取得しこれを用いて
評価を行う。制動力を一定とした場合でも、車体、サス
ペンション、タイヤの仕様によって、減速度が種々異な
るため、このような制動力シミュレーションを行うこと
により、解析対象に適した車体、サスペンション、さら
にはタイヤを推測することができる。また前記駆動力シ
ミュレーション、制動力シミュレーションなどにおい
て、車両モデルの重心位置の変化なども調べることがで
き、制動、駆動時の挙動なども容易に評価することがで
きる。

【００６９】このように種々の走行シミュレーションの
結果によって目標が達成された場合（ステップＳ７で
Ｙ）、評価されたタイヤモデル２に従って実際のタイヤ
を試作し（ステップＳ８）、これを実車にて評価するこ
とが望ましい（ステップＳ９）。実車評価によっても、
シミュレーションと同様に目標を達成することができた
場合（ステップＳ１０でＹ）、車両に適したタイヤの開
発を終了できる。このように、本実施形態の車両・タイ
ヤの走行シミュレーション方法にあっては、シミュレー
ションにより、目標に達するまでタイヤの設計因子を種
々変更し、車両に最適なタイヤを検討することができる
ため、従来の試作を繰り返していた開発手法に比して大
幅に効率化でき、開発期間の短縮に役立ちタイヤの低コ
スト化なども可能とする。本発明によるシミュレーショ
ン方法を用いた場合、新規の車両に適合したタイヤを開
発する期間を、従来の標準的な期間に対して約３ケ月短
縮することができた。

【００７０】なお実車評価において、タイヤの性能がシ
ミュレーションの結果とは異なり目標に到達し得ていな
いことが判明した場合（ステップＳ１０でＮ）、シミュ
レーションの補正を行う。この補正処理では、モデルと
実物とが精度良く対応できていない事が考えられるの
で、まず．実タイヤ単体の性能（例えばコーナリング性
能）と、シミュレーションで得られたタイヤモデル単体
の性能とを比較し、両者の相関付けを行う。この際、補
正する項目としては、実際のタイヤの仕上がりに応じた
設計因子の変更や摩擦係数の設定などであり、これをタ
イヤモデル側に反映させる。また実タイヤ単体の性能
と、シミュレーションで得られたタイヤモデル単体の性
能とが整合している場合には、車体モデル６側に不一致
があることになる。この場合は、車体モデル６の重量、
重心位置、サスペンションバネ定数などを適宜補正し、
実測との相関付けを行う。

【００７１】このように、実車評価をシミュレーション
の結果にフィードバックさせることにより、次回以降の
シミュレーション結果の精度をより高めることができ、
ひいてはシミュレーションの信頼性を向上しうる。

【００７２】

【発明の効果】上述したように、本発明の車両・タイヤ
性能のシミュレーション方法では、車両とタイヤとを組
み合わせたときの適合性をタイヤを実際に試作すること
なくある程度まで評価することができるため、開発効率
を大幅に向上し開発期間の短縮化に役立つ。またタイヤ
はプライを含めてモデル化しうるため、信頼性の高いシ
ミュレーション結果が得られ高度な解析も可能となる。
特にタイヤモデルはプライを含めてモデル化されている
ため、また車体モデルはサスペンションモデルを含むこ
とにより、より精度の高い解析結果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すフローチャートであ
る。

【図２】評価対象のタイヤの一例を示す断面図である。

【図３】タイヤモデルを例示する斜視図である。

【図４】タイヤのプライのモデル化を説明する概念図で
ある。

【図５】車体モデルを例示する斜視図である。

【図６】サスペンション部材のモデル化を説明する概念
図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、要素の接続部を例示する略
図である。

【図８】車両モデルを例示する斜視図である。

【図９】車両モデル作成ステップの一例を示すフローチ
ャートである。

【図１０】（Ａ）は１Ｇの重力条件での車両モデルを視
覚化した側面図、（Ｂ）は０Ｇの重力条件での車両モデ
ルを視覚化した側面図である。

【図１１】本発明を実施するコンピュータの概略図であ
る。

【図１２】（Ａ）〜（Ｅ）は、路面モデルの一例を示す
斜視図である。

【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）はオイラー要素、ラグランジ
ュ要素を説明する線図である。

【図１４】車両モデルの走行軌跡図である。

【図１５】その略図である。

【図１６】１本の棒の振動の略図である。

【図１７】質量、バネ系のモデル図である。

【図１８】定常円旋回シミュレーションを説明する概念
図である。

【図１９】レーンチェンジシミュレーションを説明する
概念図である。

【図２０】レーンチェンジシミュレーション中の車両モ
デルを視覚化した線図である。

【図２１】レーンチェンジシミュレーション中の車両モ
デルを視覚化した線図である。

【図２２】レーンチェンジシミュレーション中の車両モ
デルを視覚化した線図である。

【図２３】レーンチェンジシミュレーション中の車両モ
デルを視覚化した線図である。

【図２４】レーンチェンジシミュレーション中の車両モ
デルを視覚化した線図である。

【図２５】（Ａ）〜（Ｄ）は、レーンチェンジシミュレ
ーションから取得した車両モデル速度、舵角、ヨー角、
ロール角を示すグラフである。

【図２６】駆動力シミュレーションにおける時間、速度
の関係を示すグラフである。

【図２７】制動力シミュレーションにおける時間、速度
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

２タイヤモデル６車体モデル６Ａ車体本体モデル６Ｂサスペンションモデル９車両モデル

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年７月２３日（２００１．７．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７２】

【発明の効果】上述したように、本発明の車両・タイヤ
性能のシミュレーション方法では、車両とタイヤとを組
み合わせたときの適合性をタイヤを実際に試作すること
なくある程度まで評価することができるため、開発効率
を大幅に向上し開発期間の短縮化に役立つ。またタイヤ
はプライを含めてモデル化しうるため、信頼性の高いシ
ミュレーション結果が得られ高度な解析も可能となる。
特にタイヤモデルはプライを含めてモデル化されている
ため、また車体モデルはサスペンションモデルを含むこ
とにより、より精度の高い解析結果を得ることができ
る。また請求項１の発明では、レーンチェンジシミュレ
ーションから、例えば車両モデルの速度と時間との関
係、車両モデルの舵角と時間との関係、車両モデルのヨ
ー角と時間との関係、ロール角と時間との関係を取得す
ることにより、解析対象となる車体、サスペンション及
びタイヤを組み合わせた車両の大凡のレーンチェンジ挙
動を推察することができる。同様に請求項２記載の発明
のように、車両走行特性として１０Hz以下の車体振動特
性を評価できる。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１０月１２日（２００１．１０．
１２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】また車両モデル作成ステップは、０Ｇの重
力条件で車両モデルを作成するステップと、そのタイヤ
モデルに内圧条件を設定するステップと、前記タイヤモ
デルに内圧条件を設定した後に車両モデルを１Ｇの重力
条件に設定しタイヤモデルに車体モデルの荷重を負荷す
るステップとを含むことが望ましい。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】次に車両モデル作成ステップを説明する。
車両モデル作成ステップＳ３は、前記車体モデル６の前
記サスペンションモデル６Ｂに前記タイヤモデル２を装
着して車両モデルを作成する。タイヤモデル２は、リム
を例えば剛体要素にてモデル化したリムモデル（図示省
略）を介して前記サスペンションモデル６Ｂに装着され
る。これにより、図８に示す如く、車両モデル９を作成
できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プライを含めてタイヤを有限個の要素にモ
デル化したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成ス
テップと、サスペンション部材を含めて車体を有限個の要素にモデ
ル化した車体モデルを作成する車体モデル作成ステップ
と、前記車体モデルの前記サスペンション部材がモデル化さ
れたサスペンションモデルに前記タイヤモデルを装着し
て車両モデルを作成する車両モデル作成ステップと、設定された境界条件に基づいて前記車両モデルの走行シ
ミュレーションを行ない車両走行特性又はタイヤ特性を
取得するシミュレーションステップとを含むことを特徴
とする車両・タイヤ性能のシミュレーション方法。
【請求項２】前記車両走行特性は、アンダーステアー又
はオーバーステアの程度、ステアリング時の車両応答早
さ、ロールの程度の少なくとも１つを含むことを特徴と
する請求項１記載の車両・タイヤ性能シミュレーション
方法。
【請求項３】前記サスペンション部材は、アーム、スプ
リング、ショックアブソーバ、トーションビーム、スタ
ビライザー、リンクロッド及びゴムブッシュを含んでな
り、前記アーム及び前記リンクロッドは剛体ビーム要素に、
前記スプリング、前記ショックアブソーバ及び前記ゴム
ブッシュは線形若しくは非線形のバネ要素に、前記トー
ションビーム及び前記スタビライザーはねじれのビーム
要素にそれぞれモデル化されることを特徴とする請求項
１又は２に記載の車両・タイヤ性能シミュレーション方
法。
【請求項４】前記車両走行特性が、１０Hz以下の車体振
動特性であり、前記サスペンションモデルを除く車体モ
デルが変形しない剛体モデルからなることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の車両・タイヤ性能シ
ミュレーション方法。
【請求項５】前記車両走行特性は、１０Hzよりも大かつ
１００Hz以下の車体振動特性を含むとともに、前記車体
モデルの振動モードを、評価しようとする車体の振動モ
ードと実質的に一致させることを特徴とする請求項１乃
至３のいずれかに記載の車両・タイヤ性能シミュレーシ
ョン方法。
【請求項６】前記走行シミュレーションは、前記車両モ
デルを、路面を要素でモデル化した路面モデル上で転動
させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記
載の車両・タイヤ性能シミュレーション方法。
【請求項７】前記路面モデルは、剛体要素と、その上に
設定されかつ水を要素でモデル化した水要素とからな
り、前記車両走行特性がウエット走行特性を含むことを
特徴とする請求項６記載の車両・タイヤ性能シミュレー
ション方法。
【請求項８】前記路面モデルは、剛体要素と、その上に
設定されかつ雪を要素でモデル化した雪要素とからな
り、前記車両走行特性が雪上走行特性を含むことを特徴
とする請求項６記載の車両・タイヤ性能シミュレーショ
ン方法。
【請求項９】前記路面モデルは、剛体要素と、その上に
設定されかつ泥を要素でモデル化した泥要素とからな
り、前記車両走行特性が泥濘地走行特性を含むことを特
徴とする請求項６記載の車両・タイヤ性能シミュレーシ
ョン方法。
【請求項１０】前記路面モデルは、剛体要素と、その上
に設定されかつ砂を要素でモデル化した砂要素とからな
り、前記車両走行特性が砂地走行特性を含むことを特徴
とする請求項６記載の車両・タイヤ性能シミュレーショ
ン方法。
【請求項１１】前記路面モデルは、凹凸部を含み、前記
車両走行特性が乗り心地特性を含むことを特徴とする請
求項６乃至１０のいずれかに記載の車両・タイヤ性能シ
ミュレーション方法。
【請求項１２】前記車両モデル作成ステップは、０Ｇの
重力条件においてタイヤモデルに内圧条件を設定するス
テップと、前記タイヤモデルに内圧条件を設定した後に
１Ｇの重力条件に設定しタイヤモデルに車体モデルの荷
重を負荷するステップとを含むことを特徴とする請求項
１乃至１１のいずれかに記載の車両・タイヤ性能シミュ
レーション方法。
【請求項１３】前記シミュレーションステップは、初期
速度ｖ（≠０）を有する車両モデルを用いることを特徴
とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の車両・タイ
ヤ性能シミュレーション方法。
【請求項１４】前記車体モデルには、前記初期速度ｖの
並進成分の速度が定義されるとともに、前記タイヤモデ
ルには、前記初期速度ｖの並進成分の速度と回転成分の
速度とが定義されることを特徴とする請求項１３に記載
の車両・タイヤ性能シミュレーション方法。
【請求項１５】前記走行シミュレーションは、タイヤモ
デルの舵角を一定として定常円旋回させる定常円旋回シ
ミュレーションを含むとともに、前記車両走行特性が、
この定常円旋回シミュレーションから得られる車両モデ
ルの旋回半径の大きさ又は車両モデルのロール角度によ
り評価されるステアリング特性を含むことを特徴とする
請求項１乃至１４のいずれかに記載の車両・タイヤ性能
シミュレーション方法。
【請求項１６】前記走行シミュレーションは、レーンチ
ェンジ状態をシミュレーションするレーンチェンジシミ
ュレーションを含むとともに、前記車両走行特性が、こ
のレーンチェンジシミュレーションから得られる車両モ
デルの挙動又は車両モデルの舵角を戻したときの収れん
性により評価されるレーンチェンジ特性を含むことを特
徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の車両・タ
イヤ性能シミュレーション方法。
【請求項１７】前記走行シミュレーションは、タイヤモ
デルに一定のトルクを与えて車両モデルの速度変化を観
察する駆動シミュレーションを含むとともに、前記車両
走行特性が駆動力特性を含むことを特徴とする請求項１
ないし１４のいずれかに記載の車両・タイヤ性能シミュ
レーション方法。
【請求項１８】前記走行シミュレーションは、タイヤモ
デルに一定の制動力を与えて車両モデルの速度変化を観
察する制動シミュレーションを含むとともに、前記車両
走行特性が制動力特性を含むことを特徴とする請求項１
ないし１４のいずれかに記載の車両・タイヤ性能シミュ
レーション方法。