JP2004142503A - Tire model, tire performance prediction method using the tire model, tire performance prediction program, and input/output device - Google Patents

Tire model, tire performance prediction method using the tire model, tire performance prediction program, and input/output device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tire model, a tire performance prediction method using the tire model, a tire performance prediction program, and an input/output device capable of improving tire performance, especially the ground-contact pressure of the tire and prediction accuracy of uneven wear of a tire block based on that. <P>SOLUTION: The tire performance is predicted using the tire model made by connecting a tread pattern model 2 which forms at least side face part of the groove of the tread pattern with two and more layers finite number of elements 2c, 2d toward the groove depth direction, and a tire casing model. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タイヤモデル、このタイヤモデルを用いたタイヤ性能予測方法およびタイヤ性能予測プログラム並びに入出力装置に関し、さらに詳しくは、トレッドパターンモデルとタイヤケーシングモデルとを結合してなるタイヤモデル、このタイヤモデルを用いたタイヤ性能予測方法およびタイヤ性能予測プログラム並びに入出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来タイヤは、試作品を走行試験や搬送試験等に供して得られた結果を元に、さらに改良を加えて試作品を試作するという繰返しによって開発されていた。このような開発手法は、試作と試験との繰返しになるので、開発効率が悪いという問題点があった。この問題点を解決するために、近年では数値解析を用いたコンピュータシミュレーションによって、試作品を作らなくともタイヤの性能を予測することができる方法が提案されている。
【０００３】
上記タイヤの性能の予測を行うためには、主にＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）が用いられている。このＦＥＭは、実際のタイヤの３次元形状を有限個の要素に分割することで、実際のタイヤに近似したタイヤモデルを作成し、このタイヤモデルに荷重によって生じる垂直応力や剪断応力等を外力として与えた場合におけるタイヤの性能を予測するものである。ここで、自動車用（乗用車、トラックなど）や自動二輪車用のタイヤは、タイヤと路面との接触部であるトレッド部の表面にトレッドパターン（複数の溝）が刻まれている。従って、上記ＦＥＭによりタイヤの性能の予測を行うために、トレッドパターンの部分を除いたタイヤ自体であるタイヤケーシングモデルとトレッドパターンモデルとを結合したタイヤモデルが作成されていた。
【０００４】
ここで、数年前までは、トレッドパターンを有するタイヤの性能の予測は、トレッドパターンを簡略化したトレッドパターンモデルとタイヤケーシングモデルとを結合したタイヤモデル、あるいはトレッドパターンモデルを有せずタイヤケーシングモデルのみからなるタイヤモデルにより行われていた。実際のタイヤのトレッドパターンは、複数の溝を刻むことで形成されており、その形状が複雑であるため、このトレッドパターンに近似するトレッドパターンモデルは膨大な数の要素から構成される。つまり、タイヤモデルを構成する要素が多くなるので、コンピュータによりタイヤの予測を行うことが不可能であった。しかし、現在ではコンピュータの急速な発達により、トレッドパターンに近似したトレッドパターンモデルを作成し、タイヤの性能の予測を行うことが可能となった（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２８２８７３
【特許文献２】
特開２００２−７４８９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のタイヤの性能予測においては、トレッドパターンに近似したトレッドパターンモデルとタイヤケーシングモデルとを結合したタイヤモデルをＦＥＭにより解析することで、実際のタイヤの接地領域における接地圧等の物理量を予測していた。しかしながら、トレッドパターンを構成するタイヤブロック自体のせん断力による変形や接地圧等を考慮してタイヤの性能の予測をするものではなかった。図１７は、従来例を示す図であり、同図（ａ）はタイヤブロックの実際の変形、同図（ｂ）は従来のタイヤブロックモデルの変形を示す図である。
【０００７】
同図（ａ）に示すように、タイヤケーシングの上面に設けられたトレッドパターンを構成するタイヤブロック１００は、実際のタイヤの内圧、荷重により、地面等の路面３００に力Ｆにより押し付けられる。このとき、路面３００からの反力Ｆ´により、タイヤブロック１００は図示しないタイヤケーシングと路面３００との間で弾性変形する。すなわち、タイヤブロック１００は、タイヤケーシングと路面３００との間で圧縮されるとともに、図示しない溝の側面を形成するタイヤブロック１００の側面部分がその中央部の変形量が多く、その上下方向に向かって変形量が小さくなるようにこの溝方向に変形する。
【０００８】
一方、従来のトレッドパターンモデルでは、同図（ｂ）に示すように、タイヤブロック１００の高さ方向（溝深さ方向）に分割せずに有限個の要素１０１、１０２でタイヤブロックを形成している。このトレッドパターンモデルのタイヤブロック１００を形成する要素１０１、１０２に上記と同様な力Ｆを与えると、要素１０１、１０２は、図示しないタイヤケーシングモデルと仮想路面３００´との間で圧縮されるとともに、図示しない溝の側面を形成する要素１０１、１０２がこの溝方向に変形する。すなわちタイヤブロック１００を形成する要素１０１と１０２のタイヤモデルの軸方向断面形が底辺（仮想路面３００´側）が上辺（タイヤケーシングモデル側）より長い台形状に変形する。従って、従来のトレッドパターンモデルのタイヤブロック１００を形成する要素１０１、１０２の変形は、同図（ａ）に示すような実際のタイヤのタイヤブロック１００の変形とは異なるものとなっていた。
【０００９】
また、図１８は、従来例を示す図であり、同図（ａ）はタイヤブロックの実際の変形、同図（ｂ）は従来のタイヤブロックモデルの変形を示す図である。同図（ａ）に示すように、実際のタイヤケーシングの上面に設けられるトレッドパターンの溝２３０の側面は、複数個のタイヤブロック２１０、２２０で構成されている。このタイヤブロック２１０、２２０は、実際のタイヤの内圧、荷重により、路面３００に力Ｆにより押し付けられると、タイヤブロック２１０、２２０が図示しないタイヤケーシングと路面３００との間で弾性変形する。このとき、タイヤブロック２１０、２２０の溝２３０の側面部分を構成する側面部分が溝２３０方向に変形するが、この変形に伴いタイヤブロック２１０、２２０どうしが溝２３０で接触すると、このタイヤブロック２１０、２２０の側面部分は溝２３０方向に変形することができなくなる。
【００１０】
一方、従来のトレッドパターンモデルでは、同図（ｂ）に示すように、タイヤブロック２１０、２２０の高さ方向（溝深さ方向）に分割されていない有限個の要素２１１、２１２、２２１、２２２でタイヤブロック２１０、２２０を形成している。このトレッドパターンモデルのタイヤブロック２１０、２２０を形成する要素２１１、２１２、２２１、２２２に力Ｆを与えると、要素２１１、２１２、２２１、２２２は、図示しないタイヤケーシングモデルと仮想路面３００´との間で圧縮されるとともに、要素２１１、２１２、２２１、２２２が変形する。
このとき、溝２３０を介して隣り合うタイヤブロック２１０、２２０の要素２１１、２２１は、上記のようにその側面部分が溝２３０方向に変形するが、この変形に伴い要素２１１、２２１どうしが溝２３０で接触しても、互いの要素２１１、２２１を貫通して変形する。従って、従来のトレッドパターンモデルのタイヤブロック２１０、２２０を形成する要素２１１、２１２、２２１、２２２の変形は、同図（ａ）に示すような実際のタイヤのタイヤブロック２１０、２２０の変形とは異なるものとなっていた。
【００１１】
つまり、実際のタイヤのタイヤブロックの変形と従来のトレッドパターンモデルのタイヤブロックを形成する要素の変形が異なるものとなっていたため、実際のタイヤ全体の大まかな接地圧などの予測には問題ないが、トレッドパターンのブロック自体の接地圧などの予測は精度良く行えないという問題があった。また、タイヤモデルの偏摩耗、すなわちタイヤブロックの偏摩耗を予測するためには、タイヤブロックの接地圧とせん断変形が必要となる。ここで、タイヤブロックの接地圧はタイヤブロックの変形により変化するが、従来のトレッドパターンモデルのタイヤブロックを形成する要素では、実際のタイヤブロックの変形を正確に再現できないため、実際のタイヤの偏摩耗の予測を精度良く行えないという問題もある。
【００１２】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、タイヤの性能、特にタイヤの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測の精度を向上することができるタイヤモデル、このタイヤモデルを用いたタイヤ性能予測方法およびタイヤ性能予測プログラム並びに入出力装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明では、性能を予測するトレッドパターンとタイヤケーシングからなるタイヤを有限個の要素に分割し、トレッドパターンモデルおよびタイヤケーシングモデルを形成し、当該トレッドパターンモデルとタイヤケーシングモデルとを結合してなるタイヤモデルにおいて、トレッドパターンモデルは、少なくともトレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に２層以上の有限個の要素で形成することを特徴とする。ここで、タイヤケーシングとは、カーカス、ベルトなどの補強コードおよびビードなど有するゴム材からなる構造体である（以下同様）。
【００１４】
この発明によれば、トレッドパターンモデルは、少なくともトレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に２層以上の有限個の要素で形成する、すなわちトレッドパターンを構成するタイヤブロックの側面部分を２層以上の有限個の要素で形成するので、トレッドパターンモデルのタイヤブロックを形成する要素の荷重等による変形が、実際のタイヤのタイヤブロックの変形に近似することができ、タイヤの性能、特にタイヤブロックの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測精度を向上することができる。
【００１５】
また、この発明では、請求項１に記載のタイヤモデルにおいて、トレッドパターンモデルは、少なくともトレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に３層以上５層以内の有限個の要素で形成することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、トレッドパターンモデルは、少なくともトレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に３層以上５層以内の有限個の要素で形成するので、すなわちトレッドパターンのタイヤブロックの側面部分を３層以上５層以内の有限個の要素で形成するので、トレッドパターンモデルのタイヤブロックを形成する要素の荷重等による変形が、実際のタイヤのタイヤブロックの変形にさらに近似することができ、タイヤの性能、特にタイヤブロックの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測精度をさらに向上することができる。
【００１７】
また、この発明では、請求項１または２に記載のタイヤモデルにおいて、タイヤケーシングモデルは、タイヤケーシングを周方向に有限個の要素に等分割して形成され、且つトレッドパターンモデルは、トレッドパターンの全周を有限個の要素に分割して形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、タイヤケーシングモデルは、タイヤケーシングを周方向に有限個の要素に等分割して形成され、且つトレッドパターンモデルは、トレッドパターンの全周を有限個の要素に分割して形成されているので、実際のタイヤには存在しない質量や剛性の不均衡による振動が発生することを抑制することができ、タイヤ性能の予測精度をさらに向上することができる。
【００１９】
また、この発明では、請求項１〜３のいずれか一つに記載のタイヤモデルにおいて、少なくともトレッドパターンモデルは、少なくとも１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数領域で粘性を有する粘弾性材料モデルであることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、少なくともトレッドパターンモデルは、少なくとも１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数領域で粘性を有する粘弾性材料モデルであるので、トレッドパターンモデルが仮想路面に接地、離地を繰り返す際に発生する振動を減衰することができるので、タイヤ性能の予測精度をさらに向上することができる。
【００２１】
また、この発明では、トレッドパターンとタイヤケーシングからなるタイヤを有限個の要素に分割し、当該タイヤに近似したタイヤモデルを作成し、当該タイヤモデルに境界条件を設定し、有限要素法により、タイヤの性能予測を行うタイヤ性能予測方法において、タイヤモデルには、請求項１〜４のいずれか一つに記載のタイヤモデルを用いることを特徴とする。ここで、境界条件とは、実際のタイヤの内圧、荷重、スリップ角、回転させる場合は回転速度、タイヤを装着するホイールのリム幅などをいう。
【００２２】
この発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つに記載のタイヤモデルを用いてタイヤの性能の予測を行うので、タイヤ性能の予測精度を向上することができる。
【００２３】
また、この発明では、請求項５に記載のタイヤモデル性能予測方法において、作成したトレッドパターンモデルのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素に、当該要素どうしが互いに貫通できない拘束条件を設定することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、作成したトレッドパターンモデルのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素に、当該要素どうしが互いに貫通できない拘束条件を設定するので、トレッドパターンの溝の対向する側面部分、すなわちトレッドパターンのタイヤブロックの側面部分を形成する要素どうしの荷重等による変形が、実際のタイヤのトレッドパターンの溝に対向する側面部分、すなわちトレッドパターンのタイヤブロックの側面部分の変形にさらに近似することができ、タイヤの性能、特にタイヤの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測精度をさらに向上することができる。
【００２５】
また、この発明では、請求項５に記載のタイヤ性能予測方法において、作成したトレッドパターンモデルをグループ化し、当該グループ化されたトレッドパターンモデルにトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素どうしが互いに貫通できない拘束条件を設定することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、作成したトレッドパターンモデルをグループ化し、当該グループ化されたトレッドパターンモデルにトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素どうしが互いに貫通できない拘束条件を設定するので、トレッドパターンの溝の対向する側面部分、すなわちトレッドパターンのタイヤブロックの側面部分を形成する要素どうしの荷重等による変形が、実際のタイヤのトレッドパターンの溝に対向する側面部分、すなわちトレッドパターンのタイヤブロックの側面部分の変形にさらに近似することができ、タイヤの性能、特にタイヤの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測の精度をさらに向上することができる。また、トレッドパターンモデルをグループ化した後に拘束条件をグループ化したトレッドパターンモデルに設定するので、すべてのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素に拘束条件を容易に設定することができ、タイヤ性能の予測をコンピュータで行うオペレータの作業時間を短縮することができる。
【００２７】
また、この発明では、請求項６または７に記載のタイヤ性能予測方法において、拘束条件は、トレッドパターンモデルの溝の溝幅Ｗと溝深さＧとの比Ｗ／ＧがＷ／Ｇ≦０．６である溝の対向する側面部分を形成する要素どうしに対して行うことを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、拘束条件は、トレッドパターンモデルの溝の溝幅Ｗと溝深さＧとの比Ｗ／ＧがＷ／Ｇ≦０．６である溝の対向する側面部分を形成する要素どうしに対して行うので、すべてのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素に対して拘束条件を設定する必要がなくなり、上記請求項６または７に記載の発明の作用効果に加えて、タイヤ性能の予測時間を短縮することができる。
【００２９】
また、この発明のタイヤ性能予測プログラムは、請求項５〜８のいずれか一つにタイヤ性能予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、プログラムをコンピュータに読み取らせて実行することによって、請求項５〜８のいずれか一つに記載のタイヤ性能予測方法をコンピュータを利用して実現することができ、これらの各方法と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、この発明では、請求項９に記載のタイヤ性能予測プログラムをコンピュータに実行させる際に使用する入出力装置であって、コンピュータにタイヤモデルを作成するのに必要なトレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数その他各値およびタイヤ性能予測に必要な境界条件その他のデータを与える入力手段と、入力の際にはトレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数の入力を促す画面を表示して前記分割数を取得し、タイヤ性能予測結果を出力する際にはコンピュータから送られてくるタイヤ性能予測結果を出力する表示手段とを備えたことを特徴とする。ここで、トレッドパターンモデルとタイヤケーシングモデルを作成するのに必要な各値とは、トレッドパターンの平面のＣＡＤデータ、タイヤケーシングの断面のＣＡＤデータ、トレッドパターンの表面の輪郭データ、タイヤケーシングの表面の輪郭データ、材料データ等である。
【００３２】
この発明によれば、入力の際にはトレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数の入力を促す画面を表示するので、タイヤ性能予測の演算を行う前に作成したトレッドパターンモデルのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素が２層以上で構成されていることを確認することができ、入力ミスを防止できる。これにより、タイヤ性能の予測の精度を向上することができる。
【００３３】
また、この発明では、請求項１０に記載の入出力装置において、入力の際には、拘束条件の入力を促す画面を表示手段に表示して拘束条件を取得することを特徴とする。
【００３４】
この発明によれば、入力の際には、拘束条件の入力を促す画面を表示手段に表示するので、拘束条件を入力したことを確認することができ、入力ミスを防止できる。これにより、タイヤ性能の予測の精度をさらに向上することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００３６】
本実施形態は、タイヤモデルを作成し、このタイヤモデルを用いて実際のタイヤの性能をＦＥＭ（有限要素法）により予測するものである。図１は、性能を予測する対象である実際の自動車用のタイヤの一部断面図である。同図に示すように、自動車用のタイヤ（以下、タイヤという。）１０は、トレッドパターン１１とタイヤケーシング１２とにより構成されている。トレッドパターン１１は、タイヤ１０が路面と接地する部分に設けられており、主にキャップトレッド１３に複数の溝１３ａを刻みこむことで構成されている。つまり、トレッドパターン１１は、溝１３ａとタイヤブロック１３ｂ（この溝１３ａで仕切られたキャップトレッド１３）とにより構成されている。ここで、キャップトレッド１３は、ベルト１６、カーカス１７および図示しないブレーカの外側を覆うゴム層であり、路面との摩擦により制動力、駆動力、旋回力を伝達するとともに、タイヤ１０が受けるカット衝撃に対してベルト１６やカーカス１７を保護する役目を持っている。
【００３７】
一方、タイヤケーシング１２は、主にアンダトレッド１４、サイドトレッド１５、ベルト１６、カーカス１７、ビード１８、ビードフィラ１９などにより構成されている。つまり、このタイヤケーシング１２は、タイヤ１０のトレッドパターン１１を構成する要素（溝１３ａ、タイヤブロック１３ｂなど）以外の要素で構成されている。アンダトレッド１４は、キャップトレッド１３とベルト１６との間に配置されているゴム層であり、発熱性、接着性等を向上させる機能を有している。サイドトレッド１５は、タイヤ１０の図示しないサイドウォール部分の最も外側に配置されており、このタイヤ１０のサイドウォール部の傷がカーカス１７に達することを防止する。また、サイドトレッド１５は、タイヤ１０がラジアルタイヤの場合において、図示しない車軸からの駆動力をキャップトレッド１３を介して路面に伝達する補助的機能を有している。
【００３８】
ベルト１６は、キャップトレッド１３とカーカス１７との間に配置されたゴム引きコード層である。ここで、タイヤ１０がバイアスタイヤの場合は、ブレーカと呼ばれるものである。このベルト１６は、タイヤ１０がラジアルタイヤの場合においては、形状保持および強度メンバーとしての機能を有している。カーカス１７は、タイヤ１０の骨格をなすゴム引きコード層である。このカーカス１７は、タイヤ１０に気体（空気、窒素など）を充填した際に圧力容器としての機能を有する強度メンバーであり、その内圧によってタイヤ１０にかかる荷重を支えるとともに、走行時の動的荷重に耐える構造を有している。
【００３９】
ビード１８は、上記内圧によって発生するカーカス１７のコード張力を支えているスチールワイヤの束を硬質ゴムにより固めたリングである。タイヤ１０を図示しないホイールのリムに固定させる機能を有するとともに、ベルト１６、カーカス１７およびサイドトレッド１５などとともにタイヤ１０の強度を確保する部材である。ビードフィラ１９は、カーカス１７をビード１８のスチールワイヤに巻きこむ際に生じる空間に充填するゴムである。また、ビードフィラ１９は、カーカス１７をビード１８に固定するとともに、その部分の形状を整え、ビード１８全体の剛性を高めるものである。上記のようにタイヤ１０はゴム（キャップトレッド１３、アンダトレッド１４、サイドトレッド１５など）をベルト１６、カーカス１７等の補強コードによって補強した構造体である。
【００４０】
次に、タイヤモデルを作成しタイヤ性能予測方法を実行するタイヤ性能予測装置について説明する。図２は、この発明にかかるタイヤ性能予測方法を実行するタイヤ性能予測装置の構成例を示す図である。同図に示すように、タイヤ性能予測装置５０は、処理部５２と記憶部５４とにより構成されている。なお、このタイヤ性能予測装置５０には、入出力装置５１が接続されており、この入出力装置５１の入力手段５３により、後述するタイヤモデルを作成するのに必要な各値およびタイヤ性能予測に必要な境界条件その他のデータ等をタイヤ性能予測装置５０に入力する。ここで、入力手段５３には、キーボード、マウス、マイク等の入力デバイスを使用することができる。
【００４１】
記憶部５４は、この発明にかかるタイヤ性能予測方法が組み込まれたＦＥＭのプログラムが格納されている。ここで、記憶部５４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段等の組み合わせにより構成されている。
【００４２】
また、上記プログラムは、必ずしも単一的に構成されるものに限られず、コンピュータシステムにすでに記憶されているプログラム、例えばＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものであっても良い。また、図２における処理部５２の機能を実現するための上記プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりこの発明にかかるタイヤモデル作成方法およびタイヤ性能予測方法を実行しても良い。なお、「コンピュータシステム」とは、上記ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものである。
【００４３】
処理部５２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリとＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）とにより構成されている。タイヤ性能予測の際には、後述するタイヤモデルを作成するためのデータおよび入力データに基づいて、この処理部５２が上記プログラムを処理部５２の図示しないメモリに読み込んで演算を行う。なお、処理部５２は、適宜演算途中の数値を記憶部５４に格納し、格納した数値を適宜記憶部５４から取り出して演算を行う。なお、この処理部５２は、上記プログラムの替わりに専用のハードウェアにより実現されるものであっても良い。処理部５２が演算することで求められたタイヤモデルやタイヤ性能予測結果は、入出力装置５１の表示手段５５により表示される。ここで、表示手段５５には、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ）や液晶表示装置等を使用することができる。また、このタイヤモデルやタイヤ性能予測結果は、図示しないプリンタに出力することができる。また、記憶部５４は、処理部５２内に設けられていても良いし、他の装置（例えば、データベースサーバ）内に設けられていても良い。また、入出力装置５１を備えた図示しない端末装置から、タイヤ性能予測装置５０に有線、無線のいずれかの方法でアクセスすることができる構成であっても良い。
【００４４】
次に、タイヤ性能予測方法について説明する。図３は、この発明のタイヤ性能予測方法のフローチャートを示す図である。同図に示すように、この発明にかかるタイヤ性能予測方法は、まずタイヤケーシングモデルの作成（ステップＳ１０１）を行う。図４は、タイヤケーシングモデルの作成方法のフローチャートを示す図である。同図に示すように、まず実際のタイヤ１０のタイヤケーシング１２（図１参照）の断面のＣＡＤデータを作成する（ステップＳ２０１）。なお、タイヤケーシング１２の断面のＣＡＤデータは、タイヤ１０の設計時に作成されたＣＡＤデータを用いても良い。
【００４５】
次に、このＣＡＤデータに基づいてタイヤケーシング１２の断面の２次元メッシュを作成する（ステップＳ２０２）。この２次元メッシュは、タイヤケーシング１２の断面（ＣＡＤデータ）を要素に分割するものであり、タイヤケーシング１２を構成するアンダトレッド１４、サイドトレッド１５、ベルト１６、カーカス１７などを三角形要素、四角形要素等の２次元要素に分割するものである。
【００４６】
ここで、タイヤケーシング１２の断面を忠実に再現して２次元メッシュとすることは、タイヤケーシングモデルの作成やタイヤ性能予測の際における計算量の増大を招くため、単純化することが好ましい。つまり、図示しないゴム層（アンダトレッド１４も含まれる）内に設けられているベルト１６、カーカス１７等の補強コードは、撚り線やモノフィラメントにスパライル状または平板状の波付けをしたものが使用されており、この補強コードの断面形状は、補強コードの長さ方向に対して変化しており、その形状が複雑である。そこで、補強コードの断面形状がこの補強コードの長さ方向に対して変化しないものとして、すなわち単純化して補強コードの２次元メッシュを作成する。これにより、タイヤケーシングモデルの作成やタイヤ性能予測の際の計算量を軽減することができ、ＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源の負担を軽減することができる。
【００４７】
また、補強コードは、ゴム層内に複数本設けられているので、上記のように補強コードを単純化した場合でも、この単純化した補強コードを複数本有するタイヤケーシングの断面の２次元メッシュを作成する必要があるので、複数の補強コードを均一なソリッド要素または均一なシェル要素としても良い。このように、複数の補強コードを均一な要素とすることで単純化して補強コードの２次元メッシュを作成することで、タイヤケーシングモデルの作成やタイヤ性能予測の際の計算量をさらに軽減することができ、ＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源の負担をさらに軽減することができる。
【００４８】
次に、作成されたタイヤケーシングの断面の２次元メッシュの材料データを設定する（ステップＳ２０３）。これは、タイヤケーシング１２を構成するアンダトレッド１４、サイドトレッド１５、ベルト１６、カーカス１７等に対応する２次元メッシュ、すなわち分割された２次元要素に材料（例えば、ゴム材、スチール材）のデータを設定するものである。
【００４９】
次に、材料データを設定したタイヤケーシング１２の断面の２次元メッシュを周方向に展開するためのデータを設定する（ステップ２０４）。ここでは、オペレータがタイヤケーシング１２を周方向に分割する際の角度、その繰り返し数を入力手段５３から順次入力する。
【００５０】
２次元メッシュを周方向に展開するためのデータを設定（入力）されたタイヤ性能予測装置５０は、タイヤケーシングの断面の２次元メッシュを周方向に展開し、タイヤケーシングモデルを作成する（ステップＳ２０５）。図５は、タイヤケーシングモデルの構成例を示す図である。この作成されたタイヤケーシングモデル１は、有限個の要素１ａ、１ｂ等に分割される。ここで、要素１ａ、１ｂ等は、３次元体であり四面体ソリッド要素、五面体ソリッド要素、六面体ソリッド要素、三角形シェル要素、四角形シェル要素等の３次元要素である。また、上記要素１ａ、１ｂは、タイヤの性能の予測を行う際には、３次元座標を用いて逐一特定される。
【００５１】
なお、タイヤ１０を回転させた場合のタイヤの性能予測、すなわちタイヤの動的性能を予測する場合では、タイヤケーシング１２を周方向に有限個の要素に等分割したタイヤケーシングモデル１を作成することが好ましい。これは、実際のタイヤには存在しない質量や剛性の不均衡による振動が発生することを抑制するためである。
【００５２】
次に、図３に示すこの発明のタイヤ性能予測方法のフローチャートに戻って、トレッドパターンモデルの作成（ステップＳ１０２）を行う。図６は、トレッドパターンモデルの作成方法のフローチャートを示す図である。また、図７（ａ）はトレッドパターンのＣＡＤデータの構成例、図７（ｂ）はトレッドパターンの２次元メッシュ構成例、図８（ａ）はトレッドパターンの２次元メッシュの構成例、図８（ｂ）はトレッドパターンの２次元メッシュの構成例を示す図である。
【００５３】
図６に示すように、まず実際のタイヤ１０のトレッドパターン１１（図１参照）を図７（ａ）に示すような平面の２次元ＣＡＤデータ１１´を作成する（ステップＳ３０１）。なお、トレッドパターン１１の２次元ＣＡＤデータ１１´は、タイヤ１０の設計時に作成されたＣＡＤデータを用いても良い。次に、図７（ｂ）に示すように、この２次元ＣＡＤデータ１１´に基づいてトレッドパターン１１を構成する最小単位のみの２次元メッシュ１１ａを作成する。次に、図８（ａ）に示すように、この２次元メッシュ１１ａの一部を反転複写し、所定の位置に移動することで、２次元メッシュ１１ｂを作成する。そして、図８（ｂ）に示すように、この２次元メッシュ１１ｂをトレッドパターン１１の周方向に複写することで、トレッドパターン１１の２次元メッシュ１１ｃを作成する（ステップＳ３０２）。この２次元メッシュ１１ｃは、トレッドパターン１１（ＣＡＤデータ）を要素に分割したものであり、トレッドパターン１１を構成するキャップトレッド１３を三角形要素、四角形要素等の２次元要素に分割するものである。
【００５４】
次に、実際のタイヤ１０のトレッドパターン１１の表面の輪郭データを作成する（ステップＳ３０３）。次に、実際のタイヤ１０のタイヤケーシング１２の表面の輪郭データを作成する（ステップＳ３０４）。そして、上記トレッドパターン１１の２次元メッシュをトレッドパターン１１の表面の輪郭に投影し、タイヤケーシング１２の表面の輪郭との間にトレッドパターンモデルを作成する（ステップＳ３０５）。つまり、３次元座標におけるトレッドパターン１１の表面の輪郭とタイヤケーシング１２の表面の輪郭との間の空間に、トレッドパターン１１の表面の輪郭に投影されたトレッドパターン１１の２次元メッシュ１１ｃからトレッドパターンモデルを作成する。なお、２次元ＣＡＤデータ１１´に基づいて作成された最小単位のみの２次元メッシュ１１ａ（図７（ａ）参照）からトレッドパターンモデルの一部を作成し、このトレッドパターンの一部を反転複写、移動、周方向に複写することでトレッドパターンモデルを作成しても良い。
【００５５】
２次元メッシュ１１ｃからトレッドパターンモデルを作成する際に、タイヤ性能予測装置５０は、トレッドパターン１１の溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数の入力を促す画面を入出力装置５１の表示手段５５に表示する。具体的には、表示手段５５に、分割数として作成されるトレッドパターンモデルのトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分を形成する要素が当該溝深さ方向に２層以上となるように２以上数を表示画面５５に表示する。そして、オペレータは、この表示手段５５に表示される入力画面に基づいて、入力手段５３から所望の分割数を入力する。なお、オペレータに上記分割数の入力を促す方法としては、タイヤ性能予測装置５０からの指令により音声で入力を促しても良い。あるいは、画面と音声との両方で再入力を促すようにしても良い。
【００５６】
上記分割数、すなわちトレッドパターンモデルのトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分を形成する要素を積層する数は、３層以上５層以内が好ましい。
３層以上とするのは、トレッドパターン１１の溝１３ａの溝深さが一定でない場合に、２層では浅い溝と深い溝の両方をトレッドパターンモデルで再現できずタイヤの性能の予測精度が低下する恐れを防止するためである。一方、５層以内とするのは、５層もあればタイヤ１０のトレッドパターン１１をトレッドパターンモデルで充分再現できるからである。つまり、要素を６層以上としても要素を５層とした場合と比較してのタイヤ性能の予測精度はそれほど向上しないが、６層以上とするとトレッドパターンモデルを構成する要素数が膨大となり、タイヤ性能の予測の際の計算量が増加し、ＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源の負担が増大してしまう。
【００５７】
図９は、トレッドパターンモデルの構成例を示す図である。同図に示すように、作成されたトレッドパターンモデル２は、有限個の要素２ａ、２ｂ等に分割される。ここで、要素２ａ、２ｂは、３次元体であり四面体ソリッド要素、五面体ソリッド要素、六面体ソリッド要素のソリッド要素であることが好ましい。また、必要に応じて、三角形シェル要素、四角形シェル要素等の３次元シェル要素を３次元ソリッド要素の表面に設けても良い。また、上記要素２ａ、２ｂ等は、タイヤの性能の予測を行う際には、３次元座標を用いて逐一特定される。
【００５８】
なお、要素２ａ、２ｂは、可能な限り６面体ソリッド要素を用いて、五面体ソリッド要素の使用は最小限とすることが好ましい。これは、四面体ソリッド要素では、タイヤ性能の予測の際の計算量が増加し、ＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源の負担が増大するとともに、このタイヤ性能の予測精度が低下する恐れがある。また、五面体ソリッド要素では、タイヤ性能の予測精度が低下する恐れがあるからである。さらに、タイヤ性能の予測の結果と実際のタイヤについて実験等を行うことにより求められた結果との誤差が許容できる場合は、要素２ａ、２ｂに用いられる要素は、１点積分要素とすることが好ましい。これは、ＦＥＭでは、要素２ａ、２ｂの応力やひずみ等を予測するためにこの要素２ａ、２ｂの代表点として数値積分点を用いる。例えば、要素２ａ、２ｂが完全積分要素である場合は、６面体ソリッド要素では代表点である数値積分点は８個存在し、１つの要素について８回計算することが必要となる。トレッドパターンモデルは、タイヤ１０のトレッドパターン１１の複雑な形状を再現するため膨大な要素が必要になるため、１つの要素について８回も計算するとなるとタイヤ性能予測の計算量が激増し、ＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源の負担が増大することとなる。
従って、要素２ａ、２ｂを代表点が１つしかない１点積分要素とすることにより、上記完全積分要素と比較して、タイヤ性能の予測の際の計算量を大幅に軽減でき、ＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源の負担が大幅に軽減できるからである。
【００５９】
図１０は、分割数を２としたトレッドパターンモデルの拡大図である。図６に示すステップＳ３０５において、オペレータが表示手段５５に表示されている分割数から２を選択した場合は、図１０に示すように、トレッドパターンモデル２のトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分、すなわちトレッドパターン１１のタイヤブロック１３ｂの側面部分は、要素２ｃ、２ｄによりこの溝１３ａの溝深さ方向に２層に構成される。また、上記分割数から３を選択した場合は、図１１に示すように、トレッドパターンモデル２のトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分は、要素２ｃ、２ｄによりこの溝１３ａの溝深さ方向に３層に構成される。
【００６０】
また、タイヤ１０を回転させた場合のタイヤの性能予測、すなわちタイヤ１０の動的性能を予測する場合は、トレッドパターン１１の全周を有限個の要素に分割したトレッドパターンモデル２を作成することが好ましい。これは、実際のタイヤ１０には存在しない質量や剛性の不均衡による振動が発生することを抑制するためである。また、同様にタイヤ１０の動的性能を予測する場合は、トレッドパターンモデル２の材料データを設定する際に、このトレッドパターンモデル２の３次元要素を粘弾性材料として設定することが好ましい。これは、トレッドパターンモデル２が仮想路面に接地、離地を繰り返す際に発生する振動を減衰させるためである。なお、この粘弾性材料は、少なくとも１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数領域で粘性を有することが好ましい。これは、タイヤ１０の固有振動数が１５０Ｈｚ近傍にあり、タイヤ１０のトレッドパターン１１の固有振動数が８００〜１０００Ｈｚにあるためである。
【００６１】
次に、作成されたトレッドパターンモデル２のトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分、すなわちトレッドパターン１１のタイヤブロック１３ｂの側面部分を形成する要素２ｃ、２ｄどうしが互いに貫通できない拘束条件を設定する（ステップ３０６）。上記拘束条件の設定の方法は、溝１３ａの側面部分を形成する一方の要素２ｃをマスター、この要素２ｃに対向する要素２ｄをスレーブと定義し、マスターとスレーブが接触した際には、マスターがスレーブをスレーブがマスターを貫通することができないと設定する。なお、マスターである要素が複数の溝１３ａの側面部分を形成する場合、すなわちマスターである要素がタイヤブロック１３ｂの側面部分を複数個所形成する場合は、隣り合うタイヤブロック１３ｂの側面部分を形成する要素をスレーブとして、上記と同様に設定する。
【００６２】
次に、作成されたトレッドパターンモデル２の材料データを設定する（ステップＳ３０７）。これは、タイヤ１０のトレッドパターン１１を構成するキャップトレッド１３に対応する３次元メッシュ、すなわち分割された３次元要素に材料（例えば、ゴム材）のデータを設定するものである。
【００６３】
次に、図３に示すこの発明のタイヤ性能予測方法のフローチャートに戻って、タイヤケーシングモデル１とトレッドパターンモデル２とを結合して、図１２に示すようなタイヤモデル３を作成する（ステップＳ１０３）。次に、図１２に示すタイヤモデル３に対する境界条件を設定する（ステップＳ１０４）。この境界条件としては、タイヤ１０の内圧、タイヤ１０にかかる荷重、スリップ角、回転させる場合は回転速度、タイヤ１０を装着するホイールのリム幅などがある。ここで、上記内圧は、このタイヤモデル３の内側面に実際のタイヤ１０の内圧に相当する等分布荷重を作用させることで設定することができる。また、スリップ角とは、路面の進行方向とタイヤの周方向の中心線とのなす角のことをいう。
【００６４】
次にタイヤの性能の予測を行う（ステップＳ１０５）。このタイヤの性能の予測は、ＦＥＭによりタイヤ１０の挙動を解析し、タイヤの性能（例えば、タイヤ１０の接地圧力分布など）を予測する。つまり、タイヤ１０は、図１２に示すように要素に分割されたタイヤモデル３として、タイヤ性能予測装置５０の記憶部５４に３次元座標のデータとして格納されている。そして、タイヤ性能予測装置５０の処理部５２は、このタイヤモデル３の要素の座標データと上記境界条件とから、各時間における各要素のひずみや応力等を演算し、タイヤ１０全体の挙動を求める。
【００６５】
図１３は、この発明にかかるトレッドパターンモデルの変形状態を示す図である。上記タイヤの性能の予測の際に、図１３に示すように、トレッドパターンモデル２のトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分を形成する要素２ｃ、２ｄに力Ｆを与えると要素２ｃ、２ｄは、図示しないタイヤケーシングモデル１と仮想路面３００´との間で圧縮されるとともに、図示しない溝の側面を形成する要素２ｃ、２ｄがこの溝方向に変形する。この要素２ｃ、２ｄの変形は、その中央部、すなわち上側（タイヤケーシングモデル１側）の要素２ｃ、２ｄと下側（仮想路面３００´側）の要素２ｃ、２ｄとの節点部の溝方向への変形量が多く、その上下方向に向かって溝方向への変形量が小さくなる。従って、トレッドパターンモデル２のトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分を形成する要素２ｂ、２ｃの荷重等による変形が、図１７（ａ）に示す実際のタイヤ１０のトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分、すなわちトレッドパターン１１のタイヤブロック１３ｂの側面部分の変形に近似することができる。これにより、タイヤの性能、特にタイヤブロックの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測精度を向上することができる。
【００６６】
図１４は、この発明にかかるトレッドパターンの溝の側面部分を形成する要素の変形状態を示す図であり、同図（ａ）は変形前の状態、同図（ｂ）は拘束条件を設定した場合の変形状態を示す図である。上記タイヤの性能の予測の際に、図６に示すステップＳ３０６で拘束条件を設定した状態で、トレッドパターンモデル２のトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分を形成する要素２ｃ、２ｄに力Ｆを与えると要素２ｃ、２ｄは、同図（ａ）に示す状態から同図（ｂ）に示すように、図示しないタイヤケーシングモデル１と仮想路面３００´との間で圧縮されるとともに、図示しない溝の側面を形成する要素２ｃ、２ｄがこの溝方向に変形する。このとき、溝１３ａの側面部分を形成する要素２ｃ、２ｄどうしが接触すると、上記拘束条件により、互いの要素２ｃ、２ｄを貫通することができない。従って、トレッドパターンモデル２のトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分を形成する要素２ｃ、２ｄの荷重等による変形が、図１８（ａ）に示す実際のタイヤ１０のトレッドパターン１１の溝１３ａの側面部分、すなわちトレッドパターン１１のタイヤブロック１３ｂの側面部分の変形に近似することができる。これにより、タイヤの性能、特にタイヤブロックの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測精度を向上することができる。
【００６７】
なお、上記実施形態では、拘束条件をトレッドパターンモデルを作成する際に設定したが、タイヤモデルを作成した後に拘束条件を設定しても良い。図１５は、この発明のタイヤ性能予測方法の他のフローチャートを示す図である。タイヤケーシングモデルの作成（ステップＳ１０１）、トレッドパターンモデルの作成（ステップＳ１０２）とタイヤケーシングモデルとトレッドパターンモデルとを結合しタイヤモデルを作成（ステップＳ１０３）は、図３に示すタイヤ性能予測方法のフローチャートと同様であるのでその説明は省略する。なお、ステップＳ１０２において、図６に示すステップＳ３０６の拘束条件の設定は行わないものとする。
【００６８】
作成されたタイヤモデル３のトレッドパターンモデル２をグループ化する（ステップＳ１０６）。これは、トレッドパターンモデル２を構成する各要素２ａ、２ｂ等を１つのグループとするものである。グループ化されたトレッドパターンモデル２のすべての溝２ｅ（図１４（ａ）参照）の溝幅Ｗと溝深さＧとの比Ｗ／ＧがＷ／Ｇ≦０．６である否かを判断する（ステップＳ１０７）。Ｗ／Ｇ≦０．６である溝２ｅの対向する側面部分を形成する要素２ｃ、２ｄどうしに対して互いに貫通できない拘束条件を設定する（ステップＳ１０８）。つまり、グループ化したトレッドパターンモデル２に自己の要素である溝２ｅの対向する側面部分を形成する要素２ｃ、２ｄどうしに対して互いに貫通できないという自己接触の定義を行う。次に、タイヤモデル３に対する境界条件を設定する（ステップＳ１０４）し、タイヤの性能の予測を行う（ステップＳ１０５）。なお、トレッドパターンモデル２をグループ化せずに、Ｗ／Ｇ≦０．６である溝の対向する側面部分を形成する要素どうしに対して拘束条件を設定しても良い。
【００６９】
上記のように、トレッドパターンモデル２をグループ化した後に拘束条件をグループ化したトレッドパターンモデル２に設定するので、タイヤの性能、特にタイヤブロックの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測精度を向上することができるとともに、すべてのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素２ｃ、２ｄに拘束条件を容易に設定することができ、タイヤ性能の予測をコンピュータで行うオペレータの作業時間を短縮することができる。また、比Ｗ／Ｇ≦０．６である溝の対向する側面部分を形成する要素どうしに対して拘束条件を設定するので、すべてのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素に対して拘束条件を設定する必要がなくなり、タイヤ性能の予測時間を短縮することができる。
【００７０】
なお、ステップＳ１０６でトレッドパターンモデル２をグループ化した後、タイヤ性能予測装置５０によりグループ化したトレッドパターンモデル２に拘束条件を設定する、すなわち拘束条件の入力を促す画面を入出力装置５１の表示手段５５に表示しても良い。具体的には、表示手段５５に、拘束条件を設定するか否かを例えば「ＹＥＳ／ＮＯ」を表示画面５５に表示する。これにより、オペレータは、この表示手段５５に表示される入力画面に基づいて、入力手段５３から拘束条件を設定することを入力するので、拘束条件を入力したことを確認することができ、オペレータによる入力ミスを防止することができる。ここで、オペレータに上記拘束条件の入力を促す方法としては、タイヤ性能予測装置５０からの指令により音声で入力を促しても良い。あるいは、画面と音声との両方で再入力を促すようにしても良い。
【００７１】
〔実施例１〕
ここでは、実際のタイヤとして、トレッドパターンの溝の溝幅Ｗと溝深さＧとの比Ｗ／Ｇがすべて比Ｗ／Ｇ＞０．６であるサイズが２１５／４５Ｒ１７である乗用車用のラジアルタイヤを１７×７．０ＪＪのリムに装着した状態のものを用い、タイヤの内圧２３０ｋＰａ、荷重３．８ｋＮとし、負荷としてタイヤの横方向に０．７６ｋＮの荷重を与え、トレッドパターンのタイヤブロックの端部２０箇所について接地圧を測定した。一方、上記実際のタイヤのタイヤモデルを作成し、この発明にかかるタイヤ性能予測方法を用いて、接地圧を予測した予測結果を図１６（ａ）に示す。ここで、タイヤモデルの境界条件およびトレッドパターンモデルの溝は、上記実際のタイヤと同様の条件とする。
【００７２】
比較例１は、トレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数を１とし、拘束条件を設けないで接地圧の予測結果を上記実際のタイヤの接地圧の測定結果と比較した誤差を示す。一方、実施例１〜５は、分割数を２〜６と順次増やしていき、拘束条件を設けないで接地圧の予測結果を上記実際のタイヤ１０の接地圧の測定結果と比較した誤差を示す。なお、図１６（ａ）に示す、計算時間とは実施例１の計算時間を１００とした指数で表すものである。また、誤差は、それぞれの測定個所における誤差の絶対値の平均値より求め、この誤差は１５％以内であれば、実用上問題ないものとする。
【００７３】
図１６（ａ）に示すように、分割数が１の比較例の場合は、計算時間が８２であり、計算時間は分割数が２の実施例１と比較して短くなるが、タイヤの性能の予測精度である誤差は３２．４％となるため、実用上使用することは困難である。
分割数が２である実施例１は、計算時間は比較例１と比較して長くなるが、誤差は１４％となるため、実用上使用することは問題ない。分割数が３である実施例２は、計算時間は実施例１と比較して長くなるが、誤差は９．４％となるので、分割数を２から３にすると、誤差に顕著な差異が見られる。また、実施例３〜５のように分割数を増やしていくと、誤差は低減するが、計算時間は実施例２と比較して相対的に長くなる。特に分割数が５である実施例４と、分割数が６である実施例５とでは、誤差に顕著な差異が見られないわりには、計算時間は長くなっている。従って、トレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数を２以上、特に分割数を３〜５とすることで、タイヤ性能の予測の際の計算時間を考慮して精度を向上することができる。
【００７４】
〔実施例２〕
ここでは、実際のタイヤとして、トレッドパターンの溝の溝幅Ｗと溝深さＧとの比Ｗ／Ｇがすべて比Ｗ／Ｇ＝０．６であるサイズが２０５／６５Ｒ１５である乗用車用のラジアルタイヤを１５×６．０ＪＪのリムに装着した状態のものを用い、タイヤの内圧２００ｋＰａ、荷重４．０ｋＮとし、負荷としてタイヤの横方向に０．８ｋＮの荷重を与え、トレッドパターンのタイヤブロックの端部２０箇所について接地圧を測定した。一方、上記実際のタイヤのタイヤモデルを作成し、この発明にかかるタイヤ性能予測方法を用いて、接地圧を予測した予測結果を図１６（ｂ）に示す。ここで、タイヤモデルの境界条件は、上記実際のタイヤと同様の条件とする。
【００７５】
比較例２は、トレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数を２とし、拘束条件を設けないで接地圧の予測結果を上記実際のタイヤの接地圧の測定結果と比較した誤差を示す。比較例３は、トレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数を３とし、拘束条件を設けないで接地圧の予測結果を上記実際のタイヤの接地圧の測定結果と比較した誤差を示す。一方、実施例６、７は、分割数をそれぞれ２、３とし、拘束条件を設けた状態で接地圧の予測結果を上記実際のタイヤ１０の接地圧の測定結果と比較した誤差を示す。なお、図１６（ｂ）に示す、計算時間とは比較例２の計算時間を１００とした指数で表すものである。また、誤差はそれぞれの測定個所における誤差の絶対値の平均値より求め、この誤差は１５％以内であれば、実用上問題ないものとする。
【００７６】
図１６（ｂ）に示すように、拘束条件を設けない比較例１、２の場合は、タイヤの性能の予測精度である誤差はそれぞれ２３．２％、１９．５％となるため、実用上使用することは困難である。拘束条件を設けた実施例６、７は、計算時間は比較例２、３と比較して長くなるが、誤差はそれぞれ１２．６％、８．７％となるため、実用上使用することは問題ない。従って、トレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素どうしが互いに貫通できない拘束条件を設けることで、タイヤ性能の予測精度を向上することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２に記載の発明によれば、トレッドパターンモデルは、少なくともトレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に２層以上あるいは３層以上５層以内の有限個の要素で形成する、すなわちトレッドパターンを構成するタイヤブロックの側面部分を２層以上あるいは３層以上５層以内の有限個の要素で形成するので、トレッドパターンモデルのタイヤブロックを形成する要素の荷重等による変形が、実際のタイヤのタイヤブロックの変形に近似することができ、タイヤの性能、特にタイヤブロックの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測精度を向上することができる。
【００７８】
また、請求項３に記載の発明によれば、タイヤケーシングモデルは、タイヤケーシングを周方向に有限個の要素に等分割して形成され、且つトレッドパターンモデルは、トレッドパターンの全周を有限個の要素に分割して形成されているので、実際のタイヤには存在しない質量や剛性の不均衡による振動が発生することを抑制することができ、タイヤ性能の予測精度をさらに向上することができる。
【００７９】
また、請求項４に記載の発明によれば、少なくともトレッドパターンモデルは、少なくとも１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数領域で粘性を有する粘弾性材料モデルであるので、トレッドパターンモデルが仮想路面に接地、離地を繰り返す際に発生する振動を減衰することができるので、タイヤ性能の予測精度をさらに向上することができる。
【００８０】
また、請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つに記載のタイヤモデルを用いてタイヤの性能の予測を行うので、タイヤ性能の予測精度を向上することができる。
【００８１】
また、請求項６に記載の発明によれば、作成したトレッドパターンモデルのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素に、当該要素どうしが互いに貫通できない拘束条件を設定するので、トレッドパターンの溝の対向する側面部分、すなわちトレッドパターンのタイヤブロックの側面部分を形成する要素どうしの荷重等による変形が、実際のタイヤのトレッドパターンの溝に対向する側面部分、すなわちトレッドパターンのタイヤブロックの側面部分の変形にさらに近似することができ、タイヤの性能、特にタイヤの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測精度をさらに向上することができる。
【００８２】
また、請求項７に記載の発明によれば、作成したトレッドパターンモデルをグループ化し、当該グループ化されたトレッドパターンモデルにトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素どうしが互いに貫通できない拘束条件を設定するので、トレッドパターンの溝の対向する側面部分、すなわちトレッドパターンのタイヤブロックの側面部分を形成する要素どうしの荷重等による変形が、実際のタイヤのトレッドパターンの溝に対向する側面部分、すなわちトレッドパターンのタイヤブロックの側面部分の変形にさらに近似することができ、タイヤの性能、特にタイヤの接地圧やこれに基づくタイヤブロックの偏摩耗の予測の精度をさらに向上することができる。また、トレッドパターンモデルをグループ化した後に拘束条件をグループ化したトレッドパターンモデルに設定するので、すべてのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素に拘束条件を容易に設定することができ、タイヤ性能の予測をコンピュータで行うオペレータの作業時間を短縮することができる。
【００８３】
また、請求項８に記載の発明によれば、拘束条件は、トレッドパターンモデルの溝の溝幅Ｗと溝深さＧとの比Ｗ／ＧがＷ／Ｇ≦０．６である溝の対向する側面部分を形成する要素どうしに対して行うので、すべてのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素に対して拘束条件を設定する必要がなくなり、上記請求項６または７に記載の発明の作用効果に加えて、タイヤ性能の予測時間を短縮することができる。
【００８４】
また、請求項９に記載の発明によれば、プログラムをコンピュータに読み取らせて実行することによって、請求項５〜８のいずれか一つに記載のタイヤ性能予測方法をコンピュータを利用して実現することができ、これらの各方法と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、請求項１０に記載の発明によれば、入力の際にはトレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数の入力を促す画面を表示するので、タイヤ性能予測の演算を行う前に作成したトレッドパターンモデルのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素が２層以上で構成されていることを確認することができ、入力ミスを防止でき、タイヤ性能の予測の精度を向上することができる。
【００８６】
また、請求項１１に記載の発明によれば、入力の際には拘束条件の入力を促す画面を表示手段に表示するので、拘束条件を入力したことを確認することができ、入力ミスを防止でき、タイヤ性能の予測の精度をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車用のタイヤの断面図である。
【図２】この発明にかかるタイヤ性能予測方法を実行するタイヤ性能予測装置の構成例を示す図である。
【図３】この発明のタイヤ性能予測方法のフローチャートを示す図である。
【図４】タイヤケーシングモデルの作成方法のフローチャートを示す図である。
【図５】タイヤケーシングモデルの構成例を示す図である。
【図６】トレッドパターンモデルの作成方法のフローチャートを示す図である。
【図７】同図（ａ）はトレッドパターンのＣＡＤデータの構成例、同図（ｂ）はトレッドパターンの２次元メッシュ構成例を示す図である。
【図８】同図（ａ）はトレッドパターンの２次元メッシュの構成例、同図（ｂ）はトレッドパターンの２次元メッシュの構成例を示す図である。
【図９】トレッドパターンモデルの構成例を示す図である。
【図１０】分割数を２としたトレッドパターンモデルの拡大図である。
【図１１】分割数を３としたトレッドパターンモデルの拡大図である。
【図１２】タイヤモデルの構成例を示す図である。
【図１３】この発明にかかるトレッドパターンモデルの変形状態を示す図である。
【図１４】この発明にかかるトレッドパターンモデルの変形状態を示す図であり、同図（ａ）は変形前の状態、同図（ｂ）は拘束条件を設定した場合の変形状態を示す図である。
【図１５】この発明のタイヤ性能予測方法の他のフローチャートを示す図である。
【図１６】この発明にかかるタイヤ性能予測方法の予測結果を示す図である。
【図１７】従来例を示す図であり、同図（ａ）はタイヤブロックの実際の変形、同図（ｂ）は従来のタイヤブロックモデルの変形を示す図である。
【図１８】従来例を示す図であり、同図（ａ）はタイヤブロックの実際の変形、同図（ｂ）は従来のタイヤブロックモデルの変形を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　タイヤケーシングモデル
２　　　　トレッドパターンモデル
３　　　　タイヤモデル
１０　　　タイヤ
５０　　　タイヤ性能予測装置
５１　　　入出力装置
５２　　　処理部
５３　　　入力手段
５４　　　記憶部
５５　　　表示手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tire model, a tire performance prediction method, a tire performance prediction program using the tire model, and an input / output device, and more specifically, a tire model formed by combining a tread pattern model and a tire casing model, and the tire The present invention relates to a tire performance prediction method using a model, a tire performance prediction program, and an input / output device.
[0002]
[Prior art]
Conventional tires have been developed by repeatedly making prototypes with further improvements based on results obtained by subjecting prototypes to running tests and conveyance tests. Such a development method has a problem that development efficiency is low because trial production and testing are repeated. In order to solve this problem, in recent years, a method has been proposed in which the performance of a tire can be predicted by computer simulation using numerical analysis without creating a prototype.
[0003]
In order to predict the performance of the tire, an FEM (Finite Element Method) is mainly used. This FEM creates a tire model that approximates the actual tire by dividing the three-dimensional shape of the actual tire into a finite number of elements, and uses the normal stress and shear stress caused by the load as an external force in this tire model. It predicts the performance of the tire when given. Here, in tires for automobiles (passenger cars, trucks, etc.) and motorcycles, tread patterns (a plurality of grooves) are engraved on the surface of the tread portion that is a contact portion between the tire and the road surface. Therefore, in order to predict the performance of the tire by the FEM, a tire model in which a tire casing model, which is the tire itself excluding the tread pattern portion, and the tread pattern model are created.
[0004]
Here, until several years ago, the performance of a tire having a tread pattern was predicted by combining a tread pattern model with a simplified tread pattern and a tire casing model, or a tire casing without a tread pattern model. It was done with a tire model consisting only of models. An actual tire tread pattern is formed by carving a plurality of grooves, and the shape thereof is complicated. Therefore, a tread pattern model that approximates the tread pattern is composed of an enormous number of elements. In other words, since there are many elements constituting the tire model, it has been impossible to predict the tire by a computer. However, with the rapid development of computers, it is now possible to create a tread pattern model that approximates the tread pattern and to predict the performance of the tire (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-282873 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-7489
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional tire performance prediction, a tire model obtained by combining a tread pattern model approximated to a tread pattern and a tire casing model is analyzed by FEM, so that a physical quantity such as a contact pressure in an actual tire contact area is calculated. I was predicting. However, the tire performance is not predicted in consideration of deformation due to shear force of the tire block itself constituting the tread pattern, contact pressure, and the like. FIGS. 17A and 17B are diagrams showing a conventional example, in which FIG. 17A shows an actual deformation of a tire block, and FIG. 17B shows a deformation of a conventional tire block model.
[0007]
As shown in FIG. 2A, the tire block 100 constituting the tread pattern provided on the upper surface of the tire casing is pressed against the road surface 300 such as the ground by the force F by the actual internal pressure and load of the tire. At this time, the tire block 100 is elastically deformed between a tire casing (not shown) and the road surface 300 by the reaction force F ′ from the road surface 300. That is, the tire block 100 is compressed between the tire casing and the road surface 300, and the side surface portion of the tire block 100 that forms the side surface of the groove (not shown) has a large amount of deformation at the center, and is directed in the vertical direction. As a result, the groove is deformed in the groove direction so that the deformation amount becomes small.
[0008]
On the other hand, in the conventional tread pattern model, a tire block is formed by a finite number of elements 101 and 102 without being divided in the height direction (groove depth direction) of the tire block 100 as shown in FIG. ing. When a force F similar to the above is applied to the elements 101 and 102 forming the tire block 100 of the tread pattern model, the elements 101 and 102 are compressed between a tire casing model (not shown) and the virtual road surface 300 ′. The elements 101 and 102 forming the side surface of the groove (not shown) are deformed in the groove direction. In other words, the tire models of the elements 101 and 102 forming the tire block 100 are deformed into a trapezoidal shape in which the axial cross-sectional shape of the tire model is longer on the bottom side (virtual road surface 300 'side) than on the upper side (tire tire model side). Therefore, the deformation of the elements 101 and 102 forming the tire block 100 of the conventional tread pattern model is different from the actual deformation of the tire block 100 of the tire as shown in FIG.
[0009]
FIG. 18 is a diagram showing a conventional example, in which FIG. 18 (a) shows an actual deformation of a tire block, and FIG. 18 (b) shows a deformation of a conventional tire block model. As shown in FIG. 5A, the side surface of the tread pattern groove 230 provided on the upper surface of the actual tire casing is composed of a plurality of tire blocks 210 and 220. The tire blocks 210 and 220 are elastically deformed between a tire casing (not shown) and the road surface 300 when the tire blocks 210 and 220 are pressed against the road surface 300 by the force F due to the actual internal pressure and load of the tire. At this time, the side surface portion constituting the side surface portion of the groove 230 of the tire block 210, 220 is deformed in the groove 230 direction. When the tire block 210, 220 comes into contact with each other in the groove 230 along with this deformation, the tire block 210, The side portion of 220 cannot be deformed in the direction of the groove 230.
[0010]
On the other hand, in the conventional tread pattern model, as shown in FIG. 5B, a finite number of elements 211, 212, 221, 222 that are not divided in the height direction (groove depth direction) of the tire blocks 210, 220. Thus, tire blocks 210 and 220 are formed. When a force F is applied to the elements 211, 212, 221, and 222 forming the tire blocks 210 and 220 of the tread pattern model, the elements 211, 212, 221, and 222 are connected to a tire casing model (not shown) and the virtual road surface 300 ′. The elements 211, 212, 221, and 222 are deformed while being compressed.
At this time, the elements 211 and 221 of the tire blocks 210 and 220 adjacent to each other through the groove 230 are deformed in the direction of the groove 230 as described above. Even if they contact with each other, they deform through the elements 211 and 221 of each other. Therefore, the deformation of the elements 211, 212, 221, 222 forming the tire blocks 210, 220 of the conventional tread pattern model is the deformation of the actual tire blocks 210, 220 of the tire as shown in FIG. It was different.
[0011]
In other words, since the deformation of the tire block of the actual tire and the deformation of the elements forming the tire block of the conventional tread pattern model are different, there is no problem in predicting the rough contact pressure of the entire actual tire. There is a problem that the contact pressure of the tread pattern block itself cannot be predicted accurately. Further, in order to predict uneven wear of the tire model, that is, uneven wear of the tire block, the ground pressure and shear deformation of the tire block are required. Here, the contact pressure of the tire block changes due to the deformation of the tire block. However, with the elements forming the tire block of the conventional tread pattern model, the actual tire block deformation cannot be accurately reproduced. There is also a problem that the prediction of wear cannot be performed with high accuracy.
[0012]
Therefore, the present invention has been made in view of the above, and a tire model that can improve the accuracy of tire performance, particularly the prediction of tire ground pressure and uneven wear of a tire block based thereon, and the tire It is an object to provide a tire performance prediction method, a tire performance prediction program, and an input / output device using a model.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a tire comprising a tread pattern and a tire casing for predicting performance is divided into a finite number of elements to form a tread pattern model and a tire casing model. In a tire model formed by combining a casing model, the tread pattern model is characterized in that at least a side surface portion of a groove of the tread pattern is formed by a finite number of elements of two or more layers in the groove depth direction. Here, the tire casing is a structure made of a rubber material having a reinforcement cord such as a carcass or a belt and a bead (the same applies hereinafter).
[0014]
According to this invention, in the tread pattern model, at least the side surface portion of the groove of the tread pattern is formed by a finite number of elements of two or more layers in the groove depth direction, that is, the side surface portion of the tire block constituting the tread pattern is formed. Since it is formed by a finite number of elements of two or more layers, the deformation due to the load of the elements forming the tire block of the tread pattern model can approximate the deformation of the tire block of the actual tire, and the tire performance, particularly The prediction accuracy of the tire block contact pressure and the uneven wear of the tire block based on the contact pressure can be improved.
[0015]
According to the present invention, in the tire model according to claim 1, the tread pattern model forms at least a side surface portion of a groove of the tread pattern with a finite number of elements of 3 to 5 layers in the groove depth direction. It is characterized by that.
[0016]
According to the present invention, the tread pattern model forms at least the side surface portion of the groove of the tread pattern with a finite number of elements of 3 to 5 layers in the groove depth direction, that is, the side surface of the tread pattern tire block. Since the portion is formed by a finite number of elements of 3 layers or more and 5 layers or less, the deformation due to the load of the elements forming the tire block of the tread pattern model can be further approximated to the deformation of the tire block of the actual tire. Further, it is possible to further improve the prediction accuracy of the tire performance, in particular, the contact pressure of the tire block and the uneven wear of the tire block based thereon.
[0017]
According to the present invention, in the tire model according to claim 1 or 2, the tire casing model is formed by equally dividing the tire casing into a finite number of elements in the circumferential direction, and the tread pattern model is a tread pattern model. The entire circumference is divided into a finite number of elements.
[0018]
According to the present invention, the tire casing model is formed by equally dividing the tire casing into a finite number of elements in the circumferential direction, and the tread pattern model is formed by dividing the entire circumference of the tread pattern into finite elements. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of vibration due to an imbalance in mass and rigidity that does not exist in an actual tire, and the tire performance prediction accuracy can be further improved.
[0019]
According to the present invention, in the tire model according to any one of claims 1 to 3, at least the tread pattern model is a viscoelastic material model having viscosity in a frequency range of at least 100 Hz to 1000 Hz. To do.
[0020]
According to the present invention, at least the tread pattern model is a viscoelastic material model having a viscosity in a frequency range of at least 100 Hz to 1000 Hz. Therefore, vibration generated when the tread pattern model repeats grounding and grounding on the virtual road surface is generated. Since it can be attenuated, the prediction accuracy of the tire performance can be further improved.
[0021]
In the present invention, a tire composed of a tread pattern and a tire casing is divided into a finite number of elements, a tire model that approximates the tire is created, boundary conditions are set for the tire model, and the tire is In the tire performance prediction method for performing the performance prediction, the tire model according to any one of claims 1 to 4 is used as a tire model. Here, the boundary conditions refer to actual internal pressure, load, slip angle of the tire, rotational speed when rotating, rim width of the wheel on which the tire is mounted, and the like.
[0022]
According to the present invention, since the tire performance is predicted using the tire model according to any one of claims 1 to 4, the prediction accuracy of the tire performance can be improved.
[0023]
According to the present invention, in the tire model performance prediction method according to claim 5, a constraint condition in which the elements do not penetrate each other is formed in the elements forming the opposite side surface portions of the grooves of the tread pattern of the created tread pattern model. It is characterized by setting.
[0024]
According to the present invention, the constraining condition in which the elements cannot penetrate each other is set in the elements forming the facing side portions of the tread pattern grooves of the created tread pattern model. That is, the deformation due to the load between the elements forming the side portion of the tire block of the tread pattern further approximates the deformation of the side portion facing the groove of the actual tire tread pattern, that is, the side portion of the tire block of the tread pattern. Thus, the tire performance, in particular, the contact pressure of the tire and the prediction accuracy of the uneven wear of the tire block based thereon can be further improved.
[0025]
Further, according to the present invention, in the tire performance prediction method according to claim 5, the created tread pattern models are grouped, and elements that form the side surface portions where the grooves of the tread pattern face each other are grouped into the grouped tread pattern models. It is characterized in that a constraint condition is set in which the two cannot penetrate each other.
[0026]
According to the present invention, the created tread pattern models are grouped, and the constraint condition in which elements forming the opposing side surface portions of the groove of the tread pattern cannot penetrate each other is set in the grouped tread pattern model. Deformation due to the load between elements forming the side surface portion of the tread pattern tire block, that is, the side portion of the tread pattern tire block facing the groove of the actual tire tread pattern, that is, the tread pattern tire block It is possible to further approximate the deformation of the side surface portion of the tire, and it is possible to further improve the accuracy of the tire performance, particularly the prediction of the tire ground pressure and the uneven wear of the tire block based on the tire contact pressure. Moreover, since the constraint conditions are set to the grouped tread pattern model after grouping the tread pattern models, the constraint conditions can be easily set for the elements forming the opposite side portions of the grooves of all tread patterns. In addition, it is possible to shorten the work time of the operator who predicts the tire performance with a computer.
[0027]
According to the present invention, in the tire performance prediction method according to claim 6 or 7, the constraint condition is that the ratio W / G of the groove width W to the groove depth G of the tread pattern model is W / G ≦ 0. 6 for the elements forming the opposite side surface portions of the groove.
[0028]
According to the present invention, the constraint condition is that the elements forming the opposing side surface portions of the groove in which the ratio W / G of the groove width W to the groove depth G of the groove of the tread pattern model is W / G ≦ 0.6. Since it is performed for each other, it is not necessary to set a constraint condition for the elements forming the opposing side surface portions of the grooves of all the tread patterns. In addition to the function and effect of the invention according to claim 6 or 7, The tire performance prediction time can be shortened.
[0029]
A tire performance prediction program according to the present invention causes a computer to execute a tire performance prediction method according to any one of claims 5 to 8.
[0030]
According to the present invention, the tire performance prediction method according to any one of claims 5 to 8 can be realized using a computer by causing the computer to read and execute the program. The same effect as the method can be obtained.
[0031]
According to the present invention, there is provided an input / output device for use in causing a computer to execute the tire performance prediction program according to claim 9, wherein the side portion of the groove of the tread pattern necessary for the computer to create a tire model is provided. Input means for giving the number of divisions in the groove depth direction and other values, boundary conditions and other data necessary for tire performance prediction, and the side surface portion of the groove of the tread pattern at the time of input Display means for displaying the screen for prompting the input of the number of divisions to be obtained, obtaining the number of divisions, and outputting the tire performance prediction result sent from the computer when outputting the tire performance prediction result It is characterized by that. Here, each value necessary to create the tread pattern model and the tire casing model is the CAD data of the plane of the tread pattern, the CAD data of the cross section of the tire casing, the contour data of the surface of the tread pattern, the surface of the tire casing Contour data, material data, and the like.
[0032]
According to the present invention, when inputting, since the screen prompting the input of the number of divisions for dividing the side surface portion of the groove of the tread pattern in the groove depth direction is displayed, it was created before the calculation of the tire performance prediction. It can be confirmed that the elements forming the opposite side surfaces of the groove of the tread pattern of the tread pattern model are composed of two or more layers, and input errors can be prevented. Thereby, the accuracy of prediction of tire performance can be improved.
[0033]
According to the present invention, in the input / output device according to claim 10, when inputting, the constraint condition is acquired by displaying on the display means a screen prompting the input of the constraint condition.
[0034]
According to the present invention, at the time of input, a screen for prompting input of the constraint condition is displayed on the display means, so that it is possible to confirm that the constraint condition has been input and to prevent an input error. Thereby, the accuracy of prediction of tire performance can be further improved.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
[0036]
In the present embodiment, a tire model is created, and the actual tire performance is predicted by FEM (finite element method) using the tire model. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an actual automobile tire that is a target for predicting performance. As shown in the figure, an automobile tire (hereinafter referred to as a tire) 10 includes a tread pattern 11 and a tire casing 12. The tread pattern 11 is provided at a portion where the tire 10 comes into contact with the road surface, and is mainly configured by carving a plurality of grooves 13 a in the cap tread 13. That is, the tread pattern 11 includes a groove 13a and a tire block 13b (cap tread 13 partitioned by the groove 13a). Here, the cap tread 13 is a rubber layer that covers the outside of the belt 16, the carcass 17 and a breaker (not shown), and transmits a braking force, a driving force, and a turning force by friction with the road surface, and a cut impact received by the tire 10. In contrast, the belt 16 and the carcass 17 are protected.
[0037]
On the other hand, the tire casing 12 mainly includes an under tread 14, a side tread 15, a belt 16, a carcass 17, a bead 18, a bead filler 19 and the like. That is, the tire casing 12 is composed of elements other than the elements (grooves 13a, tire blocks 13b, etc.) that constitute the tread pattern 11 of the tire 10. The undertread 14 is a rubber layer disposed between the cap tread 13 and the belt 16 and has a function of improving heat generation, adhesion, and the like. The side tread 15 is disposed on the outermost side of a sidewall portion (not shown) of the tire 10, and prevents damage to the sidewall portion of the tire 10 from reaching the carcass 17. Further, the side tread 15 has an auxiliary function of transmitting a driving force from an axle (not shown) to the road surface via the cap tread 13 when the tire 10 is a radial tire.
[0038]
The belt 16 is a rubberized cord layer disposed between the cap tread 13 and the carcass 17. Here, when the tire 10 is a bias tire, it is called a breaker. When the tire 10 is a radial tire, the belt 16 functions as a shape maintaining member and a strength member. The carcass 17 is a rubberized cord layer that forms the skeleton of the tire 10. The carcass 17 is a strength member having a function as a pressure vessel when the tire 10 is filled with gas (air, nitrogen, etc.), and supports the load applied to the tire 10 by the internal pressure, and the dynamic load during traveling. It has a structure that can withstand.
[0039]
The bead 18 is a ring in which a bundle of steel wires supporting the cord tension of the carcass 17 generated by the internal pressure is hardened with hard rubber. This member has a function of fixing the tire 10 to a wheel rim (not shown), and ensures the strength of the tire 10 together with the belt 16, the carcass 17, the side tread 15, and the like. The bead filler 19 is a rubber that fills a space generated when the carcass 17 is wound around the steel wire of the bead 18. Further, the bead filler 19 fixes the carcass 17 to the bead 18 and adjusts the shape of the portion to increase the rigidity of the bead 18 as a whole. As described above, the tire 10 is a structure in which rubber (a cap tread 13, an under tread 14, a side tread 15, etc.) is reinforced by reinforcing cords such as a belt 16 and a carcass 17.
[0040]
Next, a tire performance prediction apparatus that creates a tire model and executes a tire performance prediction method will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a tire performance prediction apparatus that executes the tire performance prediction method according to the present invention. As shown in the figure, the tire performance prediction device 50 includes a processing unit 52 and a storage unit 54. An input / output device 51 is connected to the tire performance prediction device 50, and each value and tire performance prediction necessary for creating a tire model to be described later are input by the input means 53 of the input / output device 51. Necessary boundary conditions and other data are input to the tire performance prediction apparatus 50. Here, an input device such as a keyboard, a mouse, and a microphone can be used for the input means 53.
[0041]
The storage unit 54 stores an FEM program in which the tire performance prediction method according to the present invention is incorporated. Here, the storage unit 54 is configured by a combination of a memory device such as a RAM and a ROM, a fixed disk device such as a hard disk, a storage means such as a flexible disk and an optical disk, and the like.
[0042]
The program is not necessarily limited to a single configuration, and functions in cooperation with a program already stored in a computer system, for example, a separate program represented by an OS (Operating System). It may be achieved. Further, the present invention is recorded by recording the above-described program for realizing the function of the processing unit 52 in FIG. 2 on a computer-readable recording medium, causing the computer system to read and execute the program recorded on the recording medium. The tire model creation method and tire performance prediction method according to the above may be executed. The “computer system” includes hardware such as the OS and peripheral devices.
[0043]
The processing unit 52 includes a memory such as a RAM and a ROM, and a CPU (Central Processing Unit). At the time of tire performance prediction, the processing unit 52 reads the program into a memory (not shown) of the processing unit 52 and performs calculation based on data and input data for creating a tire model to be described later. Note that the processing unit 52 appropriately stores a numerical value in the middle of the calculation in the storage unit 54 and performs an operation by appropriately extracting the stored numerical value from the storage unit 54. The processing unit 52 may be realized by dedicated hardware instead of the program. The tire model and tire performance prediction result obtained by the calculation by the processing unit 52 are displayed by the display means 55 of the input / output device 51. Here, a CRT (Cathode Ray Tube), a liquid crystal display device, or the like can be used for the display means 55. The tire model and the tire performance prediction result can be output to a printer (not shown). The storage unit 54 may be provided in the processing unit 52, or may be provided in another device (for example, a database server). Moreover, the structure which can access the tire performance prediction apparatus 50 by either a wired method or a radio | wireless method from the terminal device which is not shown in figure provided with the input / output device 51 may be sufficient.
[0044]
Next, a tire performance prediction method will be described. FIG. 3 is a flowchart of the tire performance prediction method according to the present invention. As shown in the figure, the tire performance prediction method according to the present invention first creates a tire casing model (step S101). FIG. 4 is a diagram showing a flowchart of a method for creating a tire casing model. As shown in the figure, first, CAD data of a cross section of the tire casing 12 (see FIG. 1) of the actual tire 10 is created (step S201). Note that the CAD data created at the time of designing the tire 10 may be used as the CAD data of the cross section of the tire casing 12.
[0045]
Next, a two-dimensional mesh of the cross section of the tire casing 12 is created based on the CAD data (step S202). This two-dimensional mesh divides the cross section (CAD data) of the tire casing 12 into elements, and the tread 14, side tread 15, belt 16, carcass 17, etc. constituting the tire casing 12 are triangular elements and quadrangular elements. And so on.
[0046]
Here, faithfully reproducing the cross section of the tire casing 12 to form a two-dimensional mesh leads to an increase in the amount of calculation in creating the tire casing model and predicting the tire performance, so it is preferable to simplify. In other words, the reinforcing cords such as the belt 16 and the carcass 17 provided in a rubber layer (including the undertread 14) (not shown) are made of stranded wires or monofilaments with a spairy or flat corrugated shape. The cross-sectional shape of the reinforcing cord changes with respect to the length direction of the reinforcing cord, and the shape is complicated. Therefore, a two-dimensional mesh of the reinforcing cord is created on the assumption that the cross-sectional shape of the reinforcing cord does not change with respect to the length direction of the reinforcing cord. Thereby, it is possible to reduce the amount of calculation in creating a tire casing model and predicting tire performance, and it is possible to reduce the burden of hardware resources such as a CPU and a memory.
[0047]
In addition, since a plurality of reinforcing cords are provided in the rubber layer, even when the reinforcing cords are simplified as described above, a two-dimensional mesh of a cross section of a tire casing having a plurality of simplified reinforcing cords is used. Since it is necessary to create a plurality of reinforcing cords, a uniform solid element or a uniform shell element may be used. In this way, by creating a two-dimensional mesh of reinforcement cords by simplifying multiple reinforcement cords as uniform elements, further reducing the amount of calculation when creating tire casing models and predicting tire performance It is possible to further reduce the burden of hardware resources such as a CPU and a memory.
[0048]
Next, material data of a two-dimensional mesh of a cross section of the created tire casing is set (step S203). This is a two-dimensional mesh corresponding to the undertread 14, side tread 15, belt 16, carcass 17 and the like constituting the tire casing 12, that is, data of materials (for example, rubber material, steel material) in divided two-dimensional elements. Is set.
[0049]
Next, data for expanding the two-dimensional mesh of the cross section of the tire casing 12 in which the material data is set in the circumferential direction is set (step 204). Here, the angle at which the operator divides the tire casing 12 in the circumferential direction and the number of repetitions are sequentially input from the input means 53.
[0050]
The tire performance prediction apparatus 50 in which data for developing the two-dimensional mesh in the circumferential direction is set (input), develops the two-dimensional mesh of the cross section of the tire casing in the circumferential direction, and creates a tire casing model (step S205). ). FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a tire casing model. The created tire casing model 1 is divided into a finite number of elements 1a, 1b and the like. Here, the elements 1a, 1b and the like are three-dimensional bodies, and are three-dimensional elements such as a tetrahedral solid element, a pentahedral solid element, a hexahedral solid element, a triangular shell element, and a quadrangular shell element. The elements 1a and 1b are identified one by one using three-dimensional coordinates when the performance of the tire is predicted.
[0051]
In the case where the tire performance is predicted when the tire 10 is rotated, that is, the dynamic performance of the tire is predicted, the tire casing model 1 is created by equally dividing the tire casing 12 into a finite number of elements in the circumferential direction. Is preferred. This is to suppress the occurrence of vibration due to an imbalance in mass and stiffness that do not exist in actual tires.
[0052]
Next, returning to the flowchart of the tire performance prediction method of the present invention shown in FIG. 3, a tread pattern model is created (step S102). FIG. 6 is a flowchart of a tread pattern model creation method. 7A is a configuration example of CAD data of a tread pattern, FIG. 7B is a configuration example of a two-dimensional mesh of a tread pattern, FIG. 8A is a configuration example of a two-dimensional mesh of a tread pattern, FIG. (B) is a figure which shows the structural example of the two-dimensional mesh of a tread pattern.
[0053]
As shown in FIG. 6, first, two-dimensional CAD data 11 ′ having a plane as shown in FIG. 7A is created from the tread pattern 11 (see FIG. 1) of the actual tire 10 (step S301). The two-dimensional CAD data 11 ′ of the tread pattern 11 may be CAD data created at the time of designing the tire 10. Next, as shown in FIG. 7B, based on the two-dimensional CAD data 11 ′, a two-dimensional mesh 11a having only a minimum unit constituting the tread pattern 11 is created. Next, as shown in FIG. 8A, a part of the two-dimensional mesh 11a is reversely copied and moved to a predetermined position to create a two-dimensional mesh 11b. Then, as shown in FIG. 8B, the two-dimensional mesh 11b of the tread pattern 11 is created by copying the two-dimensional mesh 11b in the circumferential direction of the tread pattern 11 (step S302). The two-dimensional mesh 11c is obtained by dividing the tread pattern 11 (CAD data) into elements, and the cap tread 13 constituting the tread pattern 11 is divided into two-dimensional elements such as triangular elements and quadrilateral elements.
[0054]
Next, contour data of the surface of the tread pattern 11 of the actual tire 10 is created (step S303). Next, contour data of the surface of the tire casing 12 of the actual tire 10 is created (step S304). Then, the two-dimensional mesh of the tread pattern 11 is projected onto the contour of the surface of the tread pattern 11, and a tread pattern model is created between the contour of the surface of the tire casing 12 (step S305). That is, the tread pattern from the two-dimensional mesh 11c of the tread pattern 11 projected onto the surface contour of the tread pattern 11 is inserted into a space between the contour of the surface of the tread pattern 11 and the contour of the surface of the tire casing 12 in three-dimensional coordinates. Create a model. A part of the tread pattern model is created from the two-dimensional mesh 11a (see FIG. 7A) of only the minimum unit created based on the two-dimensional CAD data 11 ', and a part of the tread pattern is inverted and copied. The tread pattern model may be created by copying in the moving and circumferential directions.
[0055]
When creating a tread pattern model from the two-dimensional mesh 11c, the tire performance prediction device 50 displays a screen that prompts input of the number of divisions for dividing the side surface portion of the groove of the tread pattern 11 in the groove depth direction. Is displayed on the display means 55. Specifically, the display means 55 has two or more numbers so that the elements forming the side surface portion of the groove 13a of the tread pattern 11 of the tread pattern model created as the number of divisions are two or more layers in the groove depth direction. Is displayed on the display screen 55. Then, the operator inputs a desired number of divisions from the input means 53 based on the input screen displayed on the display means 55. In addition, as a method of prompting the operator to input the number of divisions, an input may be prompted by voice in response to a command from the tire performance prediction device 50. Alternatively, the user may be prompted to input again using both the screen and sound.
[0056]
The number of divisions, that is, the number of elements that form the side surface portion of the groove 13a of the tread pattern 11 of the tread pattern model is preferably 3 or more and 5 or less.
The reason why three or more layers are used is that when the groove depth of the groove 13a of the tread pattern 11 is not constant, the two layers cannot reproduce both the shallow groove and the deep groove with the tread pattern model, and the prediction accuracy of the tire performance is lowered. This is to prevent fear of doing. On the other hand, the reason why it is within 5 layers is that if there are 5 layers, the tread pattern 11 of the tire 10 can be sufficiently reproduced by the tread pattern model. In other words, even if the number of elements is 6 or more, the accuracy of prediction of the tire performance compared to the case of 5 elements is not improved so much, but if the number is 6 or more, the number of elements constituting the tread pattern model becomes enormous. The amount of calculation at the time of performance prediction increases, and the burden of hardware resources, such as CPU and memory, will increase.
[0057]
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a tread pattern model. As shown in the figure, the created tread pattern model 2 is divided into a finite number of elements 2a, 2b and the like. Here, the elements 2a and 2b are three-dimensional bodies, and are preferably tetrahedral solid elements, pentahedral solid elements, and hexahedral solid elements. If necessary, a three-dimensional shell element such as a triangular shell element or a quadrangular shell element may be provided on the surface of the three-dimensional solid element. The elements 2a, 2b and the like are identified one by one using three-dimensional coordinates when predicting tire performance.
[0058]
The elements 2a and 2b are preferably hexahedral solid elements as much as possible, and the use of pentahedral solid elements is preferably minimized. This is because, in the tetrahedral solid element, the amount of calculation at the time of prediction of tire performance increases, the burden of hardware resources such as CPU and memory increases, and the prediction accuracy of the tire performance may decrease. Further, in the pentahedral solid element, there is a possibility that the prediction accuracy of the tire performance is lowered. Furthermore, when the error between the prediction result of the tire performance and the result obtained by conducting the experiment on the actual tire is acceptable, the element used for the elements 2a and 2b may be a one-point integration element. preferable. In the FEM, a numerical integration point is used as a representative point of the elements 2a and 2b in order to predict stress and strain of the elements 2a and 2b. For example, when the elements 2a and 2b are perfect integration elements, there are eight numerical integration points which are representative points in the hexahedral solid element, and it is necessary to calculate eight times for one element. The tread pattern model requires a large number of elements to reproduce the complicated shape of the tread pattern 11 of the tire 10, and if the calculation is performed eight times for one element, the calculation amount of the tire performance prediction increases dramatically, and the CPU and The burden of hardware resources such as memory increases.
Therefore, by making the elements 2a and 2b one-point integral elements having only one representative point, the amount of calculation in predicting the tire performance can be greatly reduced as compared with the above-mentioned perfect integral elements. This is because the burden of hardware resources such as can be greatly reduced.
[0059]
FIG. 10 is an enlarged view of a tread pattern model in which the number of divisions is two. In step S305 shown in FIG. 6, when the operator selects 2 from the number of divisions displayed on the display means 55, as shown in FIG. 10, the side surface portion of the groove 13a of the tread pattern 11 of the tread pattern model 2, That is, the side surface portion of the tire block 13b of the tread pattern 11 is configured in two layers in the groove depth direction of the groove 13a by the elements 2c and 2d. In addition, when 3 is selected from the number of divisions, as shown in FIG. 11, the side surface portion of the groove 13a of the tread pattern 11 of the tread pattern model 2 is arranged in the groove depth direction of the groove 13a by the elements 2c and 2d. It is composed of three layers.
[0060]
In addition, when the tire performance is predicted when the tire 10 is rotated, that is, when the dynamic performance of the tire 10 is predicted, the tread pattern model 2 in which the entire circumference of the tread pattern 11 is divided into a finite number of elements is created. Is preferred. This is to suppress the occurrence of vibration due to an imbalance in mass and rigidity that does not exist in the actual tire 10. Similarly, when predicting the dynamic performance of the tire 10, it is preferable to set the three-dimensional element of the tread pattern model 2 as a viscoelastic material when setting the material data of the tread pattern model 2. This is to attenuate the vibration that occurs when the tread pattern model 2 repeatedly touches and leaves the virtual road surface. In addition, it is preferable that this viscoelastic material has viscosity in a frequency range of at least 100 Hz to 1000 Hz. This is because the natural frequency of the tire 10 is near 150 Hz, and the natural frequency of the tread pattern 11 of the tire 10 is 800 to 1000 Hz.
[0061]
Next, a restraint condition is set in which the elements 2c and 2d forming the side surface portion of the groove 13a of the tread pattern 11 of the tread pattern model 2 created, that is, the side surface portion of the tire block 13b of the tread pattern 11, cannot penetrate each other ( Step 306). The method for setting the constraint condition is that one element 2c that forms the side surface portion of the groove 13a is defined as a master, and an element 2d that faces the element 2c is defined as a slave. Set the slave as a slave cannot penetrate the master. In addition, when the element which is a master forms the side part of the some groove | channel 13a, ie, when the element which is a master forms multiple side parts of the tire block 13b, the side part of the adjacent tire block 13b is formed. Set the elements as slaves as above.
[0062]
Next, material data of the created tread pattern model 2 is set (step S307). This is to set data of a material (for example, rubber material) in a three-dimensional mesh corresponding to the cap tread 13 constituting the tread pattern 11 of the tire 10, that is, a divided three-dimensional element.
[0063]
Next, returning to the flowchart of the tire performance prediction method of the present invention shown in FIG. 3, the tire casing model 1 and the tread pattern model 2 are combined to create the tire model 3 as shown in FIG. 12 (step S103). ). Next, boundary conditions for the tire model 3 shown in FIG. 12 are set (step S104). The boundary conditions include an internal pressure of the tire 10, a load applied to the tire 10, a slip angle, a rotation speed when rotating, a rim width of a wheel on which the tire 10 is mounted, and the like. Here, the internal pressure can be set by applying an evenly distributed load corresponding to the actual internal pressure of the tire 10 to the inner surface of the tire model 3. The slip angle is an angle formed by the traveling direction of the road surface and the center line in the circumferential direction of the tire.
[0064]
Next, the performance of the tire is predicted (step S105). The tire performance is predicted by analyzing the behavior of the tire 10 by FEM and predicting the tire performance (for example, the contact pressure distribution of the tire 10). That is, the tire 10 is stored as three-dimensional coordinate data in the storage unit 54 of the tire performance prediction device 50 as the tire model 3 divided into elements as shown in FIG. Then, the processing unit 52 of the tire performance prediction device 50 calculates the behavior of the entire tire 10 by calculating the strain and stress of each element at each time from the coordinate data of the elements of the tire model 3 and the boundary conditions. .
[0065]
FIG. 13 is a diagram showing a deformed state of the tread pattern model according to the present invention. When predicting the performance of the tire, as shown in FIG. 13, when a force F is applied to the elements 2c and 2d forming the side portions of the groove 13a of the tread pattern 11 of the tread pattern model 2, the elements 2c and 2d are While being compressed between the tire casing model 1 (not shown) and the virtual road surface 300 ′, the elements 2 c and 2 d forming the side surfaces of the groove (not shown) are deformed in the groove direction. The deformation of the elements 2c and 2d is in the groove direction of the central portion thereof, that is, the node portion between the elements 2c and 2d on the upper side (tire casing model 1 side) and the elements 2c and 2d on the lower side (virtual road surface 300 ′ side). The amount of deformation is large, and the amount of deformation in the groove direction decreases in the vertical direction. Therefore, the deformation due to the load or the like of the elements 2b and 2c forming the side surface portion of the groove 13a of the tread pattern 11 of the tread pattern model 2 is changed to the side surface of the groove 13a of the tread pattern 11 of the actual tire 10 shown in FIG. It is possible to approximate the deformation of the portion, that is, the side portion of the tire block 13b of the tread pattern 11. As a result, it is possible to improve the tire performance, in particular, the prediction accuracy of the tire block ground pressure and the uneven wear of the tire block based thereon.
[0066]
FIG. 14 is a diagram showing a deformed state of elements forming the side surface portion of the groove of the tread pattern according to the present invention. FIG. 14 (a) shows a state before deformation, and FIG. It is a figure which shows the deformation | transformation state in a case. When the tire performance is predicted, a force F is applied to the elements 2c and 2d forming the side surface portion of the groove 13a of the tread pattern 11 of the tread pattern model 2 in a state where the constraint condition is set in step S306 shown in FIG. When given, the elements 2c and 2d are compressed between the tire casing model 1 (not shown) and the virtual road surface 300 'as shown in FIG. The elements 2c and 2d forming the side surfaces of the first and second surfaces are deformed in the groove direction. At this time, if the elements 2c and 2d forming the side surface portion of the groove 13a come into contact with each other, the elements 2c and 2d cannot be penetrated due to the constraint condition. Therefore, the deformation due to the load or the like of the elements 2c and 2d forming the side surface portion of the groove 13a of the tread pattern 11 of the tread pattern model 2 is changed to the side surface of the groove 13a of the tread pattern 11 of the actual tire 10 shown in FIG. It is possible to approximate the deformation of the portion, that is, the side portion of the tire block 13b of the tread pattern 11. As a result, it is possible to improve the tire performance, in particular, the prediction accuracy of the tire block ground pressure and the uneven wear of the tire block based thereon.
[0067]
In the above embodiment, the constraint condition is set when the tread pattern model is created. However, the constraint condition may be set after the tire model is created. FIG. 15 is a view showing another flowchart of the tire performance prediction method of the present invention. Tire tire model creation (step S101), tread pattern model creation (step S102), tire casing model and tread pattern model are combined to create a tire model (step S103). Since it is the same as the flowchart, the description thereof is omitted. In step S102, it is assumed that the constraint conditions in step S306 shown in FIG. 6 are not set.
[0068]
The created tread pattern models 2 of the tire model 3 are grouped (step S106). In this case, the elements 2a, 2b, etc. constituting the tread pattern model 2 are grouped into one group. It is determined whether or not the ratio W / G of the groove width W to the groove depth G of all the grooves 2e (see FIG. 14A) of the grouped tread pattern model 2 is W / G ≦ 0.6. (Step S107). Restriction conditions that cannot penetrate each other are set for the elements 2c and 2d forming the opposing side surface portions of the groove 2e where W / G ≦ 0.6 (step S108). That is, the self-contact definition that the elements 2c and 2d forming the opposing side surface portions of the groove 2e that is the element of the grouped tread pattern model 2 cannot penetrate each other is defined. Next, boundary conditions for the tire model 3 are set (step S104), and the performance of the tire is predicted (step S105). Instead of grouping the tread pattern model 2, a constraint condition may be set for elements that form opposite side portions of the groove where W / G ≦ 0.6.
[0069]
As described above, after the tread pattern model 2 is grouped, the constraint condition is set to the grouped tread pattern model 2, so that the tire performance, in particular, the tire block contact pressure and the tire block uneven wear prediction based thereon are predicted. The operator's work can improve accuracy and can easily set restraint conditions on the elements 2c and 2d forming the opposing side surface portions of the grooves of all tread patterns, and predict the tire performance with a computer. Time can be shortened. In addition, since the constraint condition is set for the elements forming the opposing side surface portions of the groove having the ratio W / G ≦ 0.6, the elements forming the opposing side surface portions of the grooves of all the tread patterns are set. Therefore, it is not necessary to set constraint conditions, and the prediction time of tire performance can be shortened.
[0070]
In addition, after grouping the tread pattern models 2 in step S106, a constraint condition is set for the tread pattern models 2 grouped by the tire performance prediction device 50, that is, a screen prompting input of the constraint conditions is displayed on the input / output device 51. You may display on the means 55. FIG. Specifically, for example, “YES / NO” is displayed on the display screen 55 as to whether or not to set the constraint condition. Thereby, the operator inputs setting of the constraint condition from the input unit 53 based on the input screen displayed on the display unit 55, so that the operator can confirm that the constraint condition has been input. Input errors can be prevented. Here, as a method for prompting the operator to input the constraint condition, an input may be prompted by voice in response to a command from the tire performance prediction device 50. Alternatively, the user may be prompted to input again using both the screen and sound.
[0071]
[Example 1]
Here, as an actual tire, a radial for a passenger car in which the ratio W / G of the groove width W and the groove depth G of the groove of the tread pattern is all ratio W / G> 0.6 is 215 / 45R17. Using a tire mounted on a 17 × 7.0JJ rim, the tire has an internal pressure of 230 kPa and a load of 3.8 kN. A load of 0.76 kN is applied in the lateral direction of the tire as a load. The contact pressure was measured at 20 end portions. On the other hand, FIG. 16A shows a prediction result obtained by creating a tire model of the actual tire and predicting the contact pressure using the tire performance prediction method according to the present invention. Here, the boundary condition of the tire model and the groove of the tread pattern model are the same as those of the actual tire.
[0072]
In Comparative Example 1, the number of divisions for dividing the side surface portion of the groove of the tread pattern in the groove depth direction is 1, and the prediction result of the contact pressure is set as the measurement result of the actual contact pressure of the tire without setting a constraint condition. The compared error is shown. On the other hand, Examples 1-5 show the error which increased the division | segmentation number sequentially with 2-6, and compared the predicted result of the contact pressure with the measurement result of the actual contact pressure of the said tire 10 without providing restraint conditions. . Note that the calculation time shown in FIG. 16A is an index with the calculation time of Example 1 as 100. Further, the error is obtained from the average value of the absolute values of the errors at the respective measurement points, and if this error is within 15%, there is no practical problem.
[0073]
As shown in FIG. 16A, in the case of the comparative example with one division, the calculation time is 82, and the calculation time is shorter than that in Example 1 with two divisions. Since the error, which is the prediction accuracy, is 32.4%, it is difficult to use in practice.
In Example 1, in which the number of divisions is 2, the calculation time is longer than that in Comparative Example 1, but the error is 14%, so there is no problem in practical use. In the second embodiment in which the number of divisions is 3, the calculation time is longer than that in the first embodiment, but the error is 9.4%. Therefore, when the number of divisions is changed from 2 to 3, there is a significant difference in the error. It can be seen. Further, as the number of divisions is increased as in the third to fifth embodiments, the error is reduced, but the calculation time is relatively longer than that in the second embodiment. In particular, in Example 4 in which the number of divisions is 5, and Example 5 in which the number of divisions is 6, the calculation time is long although no significant difference is seen in the error. Therefore, the number of divisions for dividing the side surface portion of the groove of the tread pattern in the groove depth direction is 2 or more, and in particular, the number of divisions is 3 to 5, thereby taking into consideration the calculation time when predicting tire performance. Can be improved.
[0074]
[Example 2]
Here, as an actual tire, a radial for a passenger car in which the ratio W / G of the groove width W to the groove depth G of the groove of the tread pattern is all ratio W / G = 0.6 is 205 / 65R15. A tire mounted on a 15 × 6.0JJ rim is used, the tire has an internal pressure of 200 kPa and a load of 4.0 kN, and a load of 0.8 kN is applied in the lateral direction of the tire as a load. The contact pressure was measured at 20 end portions. On the other hand, the tire tire model of the actual tire is created, and the prediction result of predicting the contact pressure using the tire performance prediction method according to the present invention is shown in FIG. Here, the boundary condition of the tire model is the same as that of the actual tire.
[0075]
In Comparative Example 2, the number of divisions for dividing the side surface portion of the groove of the tread pattern in the groove depth direction is 2, and the predicted result of the contact pressure without the constraint condition is the measurement result of the actual contact pressure of the tire. The compared error is shown. In Comparative Example 3, the number of divisions for dividing the side surface portion of the groove of the tread pattern in the groove depth direction is 3, and the predicted result of the contact pressure without the constraint condition is the measurement result of the actual contact pressure of the tire. The compared error is shown. On the other hand, Examples 6 and 7 show errors in which the number of divisions is set to 2 and 3 respectively, and the prediction result of the contact pressure is compared with the actual measurement result of the contact pressure of the tire 10 in a state where the constraint condition is provided. Note that the calculation time shown in FIG. 16B is an index with the calculation time of Comparative Example 2 as 100. Further, the error is obtained from the average value of the absolute value of the error at each measurement point, and if this error is within 15%, there is no practical problem.
[0076]
As shown in FIG. 16 (b), in the case of Comparative Examples 1 and 2 in which no constraint condition is provided, the error that is the prediction accuracy of the tire performance is 23.2% and 19.5%, respectively. It is difficult to use. In Examples 6 and 7 provided with constraint conditions, the calculation time is longer than that in Comparative Examples 2 and 3, but the errors are 12.6% and 8.7%, respectively. no problem. Therefore, by providing a constraint condition in which elements forming the side surface portions of the tread pattern facing each other cannot penetrate each other, the prediction accuracy of the tire performance can be improved.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in claim 1 or 2, the tread pattern model has at least the side surface portion of the groove of the tread pattern in the depth direction of the groove in the groove depth direction of 2 layers or more, or 3 layers or more and 5 layers or less. An element that forms a tire block of a tread pattern model because it is formed by a finite number of elements, that is, the side surface portion of the tire block that constitutes the tread pattern is formed by a finite number of elements that are two or more layers or three to five layers. The deformation due to the load of the tire can be approximated to the deformation of the tire block of the actual tire, and the tire performance, in particular, the contact pressure of the tire block and the prediction accuracy of the uneven wear of the tire block based on this can be improved. .
[0078]
According to the invention described in claim 3, the tire casing model is formed by equally dividing the tire casing into a finite number of elements in the circumferential direction, and the tread pattern model has a finite number of tread pattern perimeters. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of vibration due to a mass or rigidity imbalance that does not exist in an actual tire, and to further improve the prediction accuracy of the tire performance. .
[0079]
According to the invention described in claim 4, since at least the tread pattern model is a viscoelastic material model having viscosity in a frequency range of at least 100 Hz to 1000 Hz, the tread pattern model is configured to ground and take off from the virtual road surface. Since the vibration generated during the repetition can be attenuated, the prediction accuracy of the tire performance can be further improved.
[0080]
In addition, according to the invention described in claim 5, since the tire performance is predicted using the tire model according to any one of claims 1-4, the prediction accuracy of the tire performance can be improved. it can.
[0081]
According to the invention described in claim 6, since the elements that form the opposite side surface portions of the grooves of the tread pattern of the created tread pattern model are set with a constraint condition that the elements cannot penetrate each other, the tread pattern Deformation due to the load or the like of the elements forming the side surface portion of the tread pattern tire block is caused by deformation of the side surface portion facing the groove of the actual tire tread pattern, that is, the tread pattern tire block. It is possible to further approximate the deformation of the side surface portion, and it is possible to further improve the tire performance, in particular, the prediction accuracy of the tire ground pressure and the uneven wear of the tire block based on this.
[0082]
According to the invention described in claim 7, the created tread pattern models are grouped, and the elements that form the opposing side surface portions of the tread pattern grooves in the grouped tread pattern models are not allowed to penetrate each other. Since the conditions are set, the side portions of the tread pattern grooves facing each other, that is, the side portions of the tread pattern tire block side surfaces facing the grooves of the actual tire tread pattern are deformed due to the load between elements. That is, it is possible to further approximate the deformation of the side surface portion of the tire block having a tread pattern, and to further improve the accuracy of the tire performance, particularly the prediction of the tire ground pressure and the uneven wear of the tire block based on the tire contact pressure. Moreover, since the constraint conditions are set to the grouped tread pattern model after grouping the tread pattern models, the constraint conditions can be easily set for the elements forming the opposite side portions of the grooves of all tread patterns. In addition, it is possible to shorten the work time of the operator who predicts the tire performance with a computer.
[0083]
According to the eighth aspect of the present invention, the constraint condition is that the ratio of the groove width W to the groove depth G in the tread pattern model is W / G ≦ 0.6. It is not necessary to set a constraint condition for the elements forming the opposite side surface portions of the grooves of all tread patterns. In addition to the effects of the invention, the tire performance prediction time can be shortened.
[0084]
According to the ninth aspect of the invention, the tire performance prediction method according to any one of the fifth to eighth aspects is realized using a computer by causing the computer to read and execute the program. The same effects as those of these methods can be obtained.
[0085]
According to the invention described in claim 10, when inputting, a screen prompting the input of the number of divisions for dividing the side surface portion of the groove of the tread pattern in the groove depth direction is displayed. It is possible to confirm that the elements that form the opposite side portions of the tread pattern groove of the tread pattern model created before the calculation is composed of two or more layers, prevent input mistakes, and improve tire performance. The accuracy of prediction can be improved.
[0086]
According to the eleventh aspect of the present invention, since a screen for prompting the input of the constraint condition is displayed on the display means when inputting, it is possible to confirm that the constraint condition has been input and to prevent an input error. This can further improve the accuracy of prediction of tire performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a tire for an automobile.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a tire performance prediction apparatus that executes a tire performance prediction method according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a flowchart of a tire performance prediction method according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for creating a tire casing model.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a tire casing model.
FIG. 6 is a flowchart of a tread pattern model creation method.
FIG. 7A is a diagram showing a configuration example of tread pattern CAD data, and FIG. 7B is a diagram showing a two-dimensional mesh configuration example of a tread pattern.
8A is a diagram illustrating a configuration example of a two-dimensional mesh of a tread pattern, and FIG. 8B is a diagram illustrating a configuration example of a two-dimensional mesh of a tread pattern.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a tread pattern model.
FIG. 10 is an enlarged view of a tread pattern model in which the number of divisions is two.
FIG. 11 is an enlarged view of a tread pattern model in which the number of divisions is three.
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of a tire model.
FIG. 13 is a diagram showing a deformation state of the tread pattern model according to the present invention.
14A and 14B are diagrams showing a deformation state of the tread pattern model according to the present invention, in which FIG. 14A is a state before the deformation, and FIG. 14B is a diagram showing a deformation state when a constraint condition is set. is there.
FIG. 15 is a view showing another flowchart of the tire performance prediction method of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a prediction result of the tire performance prediction method according to the present invention.
FIGS. 17A and 17B are diagrams showing a conventional example, in which FIG. 17A shows an actual deformation of the tire block, and FIG. 17B shows a deformation of a conventional tire block model.
18A and 18B are diagrams showing a conventional example, in which FIG. 18A shows an actual deformation of a tire block, and FIG. 18B shows a deformation of a conventional tire block model.
[Explanation of symbols]
1 Tire casing model
2 Tread pattern model
3 Tire models
10 tires
50 Tire performance prediction device
51 I / O device
52 processor
53 Input means
54 Memory
55 Display means

Claims (11)

性能を予測するトレッドパターンとタイヤケーシングからなるタイヤを有限個の要素に分割し、トレッドパターンモデルおよびタイヤケーシングモデルを形成し、当該トレッドパターンモデルとタイヤケーシングモデルとを結合してなるタイヤモデルにおいて、
前記トレッドパターンモデルは、少なくとも前記トレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に２層以上の有限個の要素で形成することを特徴とするタイヤモデル。In a tire model formed by dividing a tire composed of a tread pattern and a tire casing for predicting performance into a finite number of elements, forming a tread pattern model and a tire casing model, and combining the tread pattern model and the tire casing model,
In the tread pattern model, at least a side surface portion of a groove of the tread pattern is formed by a finite number of elements of two or more layers in the groove depth direction. 前記トレッドパターンモデルは、少なくとも前記トレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に３層以上５層以内の有限個の要素で形成することを特徴とする請求項１に記載のタイヤモデル。2. The tire model according to claim 1, wherein the tread pattern model forms at least a side surface portion of a groove of the tread pattern with a finite number of elements of 3 to 5 layers in the groove depth direction. 前記タイヤケーシングモデルは、前記タイヤケーシングを周方向に有限個の要素に等分割して形成され、且つ前記トレッドパターンモデルは、前記トレッドパターンの全周を有限個の要素に分割して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤモデル。The tire casing model is formed by equally dividing the tire casing into a finite number of elements in the circumferential direction, and the tread pattern model is formed by dividing the entire circumference of the tread pattern into finite elements. The tire model according to claim 1, wherein the tire model is a tire model. 少なくとも前記トレッドパターンモデルは、少なくとも１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数領域で粘性を有する粘弾性材料モデルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のタイヤモデル。The tire model according to any one of claims 1 to 3, wherein at least the tread pattern model is a viscoelastic material model having viscosity in a frequency range of at least 100 Hz to 1000 Hz. トレッドパターンとタイヤケーシングからなるタイヤを有限個の要素に分割し、当該タイヤに近似したタイヤモデルを作成し、当該タイヤモデルに境界条件を設定し、有限要素法により、タイヤの性能予測を行うタイヤ性能予測方法において、
前記タイヤモデルには、前記請求項１〜４のいずれか一つに記載のタイヤモデルを用いることを特徴とするタイヤ性能予測方法。A tire composed of a tread pattern and a tire casing is divided into a finite number of elements, a tire model that approximates the tire is created, boundary conditions are set for the tire model, and tire performance is predicted by the finite element method In the performance prediction method,
The tire model according to any one of claims 1 to 4, wherein the tire model is a tire performance prediction method. 前記作成したトレッドパターンモデルのトレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素に、当該要素どうしが互いに貫通できない拘束条件を設定することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ性能予測方法。The tire performance prediction method according to claim 5, wherein a constraint condition in which the elements do not penetrate each other is set in an element that forms the side surfaces facing each other of the groove of the tread pattern of the created tread pattern model. 前記作成したトレッドパターンモデルをグループ化し、当該グループ化されたトレッドパターンモデルに前記トレッドパターンの溝の対向する側面部分を形成する要素どうしが互いに貫通できない拘束条件を設定することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ性能予測方法。The created tread pattern model is grouped, and a constraint condition is set such that elements forming the opposing side surface portions of the groove of the tread pattern cannot penetrate each other in the grouped tread pattern model. 5. The tire performance prediction method according to 5. 前記拘束条件は、前記トレッドパターンモデルの溝の溝幅Ｗと溝深さＧとの比Ｗ／ＧがＷ／Ｇ≦０．６である溝の対向する側面部分を形成する要素どうしに対して行うことを特徴とする請求項６または７に記載のタイヤ性能予測方法。The constraint condition is that elements that form opposite side portions of the groove where the ratio W / G of the groove width W to the groove depth G of the groove of the tread pattern model is W / G ≦ 0.6. The tire performance prediction method according to claim 6, wherein the tire performance prediction method is performed. 請求項５〜８のいずれか一つに記載のタイヤ性能予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とするタイヤ性能予測プログラム。A tire performance prediction program for causing a computer to execute the tire performance prediction method according to any one of claims 5 to 8. 請求項９に記載のタイヤ性能予測プログラムをコンピュータに実行させる際に使用する入出力装置であって、
前記コンピュータに前記タイヤモデルを作成するのに必要な前記トレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数その他各値および前記タイヤ性能予測に必要な境界条件その他のデータを与える入力手段と、
入力の際には前記トレッドパターンの溝の側面部分を当該溝深さ方向に分割する分割数の入力を促す画面を表示して前記分割数を取得し、タイヤ性能予測結果を出力する際には前記コンピュータから送られてくるタイヤ性能予測結果を出力する表示手段と、
を備えたことを特徴とする入出力装置。An input / output device for use in causing a computer to execute the tire performance prediction program according to claim 9,
The computer is provided with the number of divisions and other values for dividing the side surface portion of the groove of the tread pattern necessary for creating the tire model in the groove depth direction, and boundary conditions and other data necessary for the tire performance prediction. Input means;
When inputting, when displaying the screen for prompting the input of the number of divisions to divide the side surface portion of the groove of the tread pattern in the groove depth direction, obtaining the division number, and outputting the tire performance prediction result Display means for outputting a tire performance prediction result sent from the computer;
An input / output device comprising: 前記入力の際には、前記拘束条件の入力を促す画面を前記表示手段に表示して前記拘束条件を取得することを特徴とする請求項１０に記載の入出力装置。The input / output apparatus according to claim 10, wherein, at the time of the input, the constraint condition is acquired by displaying a screen prompting the input of the constraint condition on the display unit.
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