JP2005265677A - タイヤの振動特性評価方法及びタイヤの振動特性評価用コンピュータプログラム、並びにタイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤのトレッドパターンに起因するパターンノイズを的確に評価すること。
【解決手段】このタイヤの振動特性評価方法は、まずタイヤ１０に荷重Ｆを負荷して、路面４０上を転動させる。次に前記タイヤ１０と前記路面４０との間に発生する接触反力ＲＦを取得する。そして、取得した前記接触反力ＲＦの変動に基づいて、前記タイヤ１０のパターンノイズを評価する。パターンノイズの評価にあたっては、例えば、所定期間における接触反力ＲＦの最大値と最小値との差を用いることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、タイヤの振動特性評価及び製造に関するものであり、さらに詳しくは、タイヤのトレッドパターンに起因するパターンノイズを的確に評価できるタイヤの振動特性評価方法及びタイヤの振動特性評価用コンピュータプログラム、並びにタイヤの製造方法に関するものである。

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り返しによって開発されていた。このような開発手法は、試作と試験との繰り返しになるので、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物理的性質を予測することができる手法が提案されている。

通常タイヤのトレッド面には、排水性を向上させるための溝が形成されており、この溝が、いわゆるトレッドパターンを形成する。タイヤが転動する際には、トレッドパターンがタイヤの振動特性に影響を与える。特許文献１には、トレッドパターンの影響を考慮して、タイヤが非平坦部を通過する際におけるタイヤの振動特性を取得するタイヤ性能のシミュレーション方法が開示されている。

特許第３４３１８１７号公報

ところで、トレッドパターンを有するタイヤにおいては、当該タイヤが転動する際には、このトレッドパターンに起因するパターンノイズが発生する。このパターンノイズは、固体伝播と空気伝播とが複合された複雑な振動現象である。特許文献１に開示されたタイヤ性能のシミュレーション方法では、パターンノイズの評価については直接言及されていない。

また、特許文献１に開示されたタイヤ性能のシミュレーション方法では、タイヤが非平坦部を通過する際におけるタイヤの振動特性を取得する。このため、特許文献１に開示されたシミュレーション方法でパターンノイズを評価しようとすると、固体伝播及び空気伝播の影響の他に、タイヤが非平坦部を乗り越えるときの影響も含まれた評価となってしまう。さらに、特許文献１に開示されたタイヤ性能のシミュレーション方法では、タイヤの回転軸に作用する垂直荷重、前後荷重等を含む情報に基づいてタイヤの振動特性を取得する。かかる情報は、タイヤ及びホイール及びハブの影響を含む情報なので、トレッドパターンの影響を的確に評価するためには不十分であり、タイヤを効率的に開発するためには改善の余地がある。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、タイヤのトレッドパターンに起因するパターンノイズを的確に評価して、効率的にタイヤを開発できる、タイヤの振動特性評価方法及びタイヤの振動特性評価用プログラム、並びにタイヤの製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、タイヤに荷重を負荷して路面上を転動させる手順と、前記タイヤと前記路面との間に発生する接触反力を取得する手順と、取得した前記接触反力の変動に基づいて前記タイヤの振動特性を評価する手順と、を含むことを特徴とする。

本発明者らは鋭意研究の結果、タイヤと路面との間に発生する接触反力が、パターンノイズと極めて強い相関を持つことを見出した。このタイヤの振動特性評価方法は、タイヤと路面との間に発生する接触反力に基づいて、タイヤの振動特性を評価する。このため、タイヤのパターンノイズを的確に評価して、効率的にタイヤを開発できる。ここで、接触反力とは、タイヤに所定の荷重を与えてタイヤを転動させた場合に、タイヤの接地面と路面との間に発生する、路面からタイヤに与えられる力をいう。接触反力は、接触圧力と接地面積との積で表すことができる。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、前記タイヤが前記路面上を転動する際には、前記タイヤの回転軸と前記路面との距離をほぼ一定に拘束することを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の構成を備えるので、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、このタイヤの振動特性評価方法は、タイヤの回転軸と前記路面との距離をほぼ一定に拘束する。これにより、タイヤ転動時における平均荷重をほぼ一定にできる。このタイヤの振動特性評価方法では、接触反力の変動によりタイヤの振動特性を評価するので、タイヤ転動時における平均荷重をほぼ一定にすることにより、接触反力の影響を抽出して、精度のよい振動特性の評価が可能となる。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、前記路面は平坦であることを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の構成を備えるので、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、このタイヤの振動特性評価方法は、タイヤが接する路面を平坦な路面とする。このタイヤの振動特性評価方法では、接触反力の変動によりタイヤの振動特性を評価するので、タイヤが接する路面を平坦な路面とすることにより、接触反力に影響を与える要因を低減できる。これにより、接触反力の影響を抽出して、精度のよい振動特性の評価が可能となる。

タイヤが接する路面の平坦度合いは、次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法のように、前記路面の曲率半径は、前記タイヤの半径の１０倍以上であることが好ましい。

また、次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法のように、タイヤが接する路面の平坦度合いは、前記路面上で前記タイヤの転動方向に向かって直線上を走査した場合において、走査距離が１０ｃｍあたりにおける路面高さの最大値と最小値との差は２ｍｍ以下であることが好ましい。

このような範囲であれば、接触反力に影響を与える要因を十分に低減できるので、接触反力の影響を抽出して、精度のよい振動特性の評価が可能となる。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、前記タイヤの振動特性を評価する手順では、前記接触反力の時間変化履歴を周波数分析し、前記接触反力のゲインと周波数との関係に基づいて前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の構成を備えるので、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、このタイヤの振動特性評価方法は、接触反力のゲインと周波数との関係を用いて、タイヤの振動特性を評価する。このようにすれば、実車計測におけるタイヤの特徴を精度よく再現できる。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、前記接触反力のゲインに対する周波数の帯域を少なくとも２帯域に分割し、それぞれの周波数帯域における前記接触反力のゲインに重み付け係数を乗じて求めた重み付けゲインにより前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の構成を備えるので、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、このタイヤの振動特性評価方法は、周波数の帯域を少なくとも２帯域に分割し、各周波数帯域毎における前記接触反力のゲインに重み付け係数を乗じて求めた重み付けゲインによりタイヤの振動特性を評価する。このように、各周波数帯域毎に重み付け係数を乗ずるので、着目する周波数帯域の寄与度を考慮してタイヤの振動特性を評価できる。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、前記タイヤの振動特性を評価する手順では、取得した前記接触反力の時間変化履歴のうち所定期間における最大接触反力と最小接触反力との差を求め、これに基づいて前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の構成を備えるので、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、このタイヤの振動特性評価方法は、最大接触反力と最小接触反力との差を求め、これに基づいてタイヤの振動特性を評価する。このようにすれば、周波数分析を必要とせず、簡易にタイヤの周波数特性を評価できる。特に、トレッドパターンのタイヤ周方向ピッチに変化がない場合には、実車計測におけるタイヤの特徴を精度よく再現できるので好ましい。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、有限要素法に基づき、前記タイヤのトレッドパターンを、前記タイヤの周方向にわたって有限個の微小要素に分割することによりタイヤモデルを作成する手順と、前記タイヤモデルを、予め作成したホイールのリムモデルに装着する手順と、前記リムモデルに装着した前記タイヤモデルを予め作成した路面モデルに接触させ、前記タイヤモデルに所定の荷重を負荷して転動させる手順と、前記タイヤと前記路面との間に発生する接触反力を取得する手順と、前記接触反力の変動に基づいて前記タイヤの振動特性を評価する手順と、を含むことを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、タイヤと路面との間に発生する接触反力に基づいて、タイヤの振動特性を評価する。このため、タイヤのパターンノイズを的確に評価して、効率的にタイヤを開発できる。また、有限要素法を用いた転動シミュレーションによって、接触反力を取得するので、実際にタイヤを試作し、評価する手順が不要になり、開発効率がさらに向上する。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、前記タイヤが前記路面上を転動する際には、前記タイヤの回転軸と前記路面との距離をほぼ一定に拘束することを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の構成を備えるので、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、このタイヤの振動特性評価方法は、タイヤの回転軸と前記路面との距離をほぼ一定に拘束する。これにより、タイヤ転動時における平均荷重をほぼ一定にできる。このタイヤの振動特性評価方法では、接触反力の変動によりタイヤの振動特性を評価するので、タイヤ転動時における平均荷重をほぼ一定にすることにより、接触反力の影響を抽出して、精度のよい振動特性の評価が可能となる。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、前記路面は平坦であることを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の構成を備えるので、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、このタイヤの振動特性評価方法は、タイヤが接する路面を平坦な路面とする。このタイヤの振動特性評価方法では、接触反力の変動によりタイヤの振動特性を評価するので、タイヤが接する路面を平坦な路面とすることにより、接触反力に影響を与える要因を低減できる。これにより、接触反力の影響を抽出して、精度のよい振動特性の評価が可能となる。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、前記タイヤの振動特性を評価する手順では、前記接触反力の時間変化履歴を周波数分析し、前記接触反力のゲインと周波数との関係に基づいて前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の構成を備えるので、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、このタイヤの振動特性評価方法は、接触反力のゲインと周波数との関係を用いて、タイヤの振動特性を評価する。このようにすれば、実車計測におけるタイヤの特徴を精度よく再現できる。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤのタイヤの振動特性評価方法において、前記タイヤの振動特性を評価する手順では、取得した前記接触反力の時間変化履歴のうち所定期間における最大接触反力と最小接触反力との差を求め、これに基づいて前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする。

このタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の構成を備えるので、上記タイヤの振動特性評価方法と同様の作用、効果を奏する。さらに、このタイヤの振動特性評価方法は、最大接触反力と最小接触反力との差を求め、これに基づいてタイヤの振動特性を評価する。このようにすれば、周波数分析を必要とせず、簡易にタイヤの周波数特性を評価できる。特に、トレッドパターンのタイヤ周方向ピッチに変化がない場合には、実車計測におけるタイヤの特徴を精度よく再現できるので好ましい。

次の本発明に係るタイヤの振動特性評価用コンピュータプログラムは、上記タイヤの振動特性評価方法をコンピュータ上で実現させることを特徴とする。これにより、上記のタイヤの振動特性評価方法が、コンピュータを利用して実現できる。

次の本発明に係るタイヤの製造方法は、記タイヤの振動特性評価方法により、タイヤの振動特性を評価する手順と、評価した前記タイヤの振動特性に基づいて、前記タイヤのトレッドパターンを決定する手順と、決定した前記トレッドパターンを転写できる加硫金型によりグリーンタイヤを加硫する手順と、を含むことを特徴とする。

このタイヤの製造方法は、タイヤと路面との間に発生する接触反力に基づいて評価したタイヤの振動特性に基づきトレッドパターンを設計する。そして、そのトレッドパターンを転写できる加硫金型を用いてグリーンタイヤを加硫してタイヤを製造する。このため、タイヤのパターンノイズを的確に評価して、パターンノイズを低減したトレッドパターンを効率的に設計して、タイヤを効率的に開発できる。

本発明に係るタイヤの振動特性評価方法及びタイヤの振動特性評価用コンピュータプログラム、並びにタイヤの製造方法は、パターンノイズを的確に評価して効率的にタイヤを開発できるという効果を奏する。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、発明を実施するための最良の形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。なお、本発明はタイヤ全般に対して適用でき、空気入りタイヤに限定されるものではない。

この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法は、タイヤと路面との間に発生する接触反力に基づいて、タイヤのパターンノイズ等の振動特性を評価する点に特徴がある。本実施例に係るタイヤの振動特性評価方法の内容について説明する前に、評価対象であるタイヤについて説明する。図１は、タイヤの回転軸を含む子午面で切ったタイヤ断面を示す一部断面図である。同図を用いて、振動特性評価対象であるタイヤ１０の構造について、簡単に説明する。キャップトレッド１１は、タイヤ１０の路面接地部に配置されており、カーカス１５、ベルト１４又はブレーカの外側を覆うゴム層である。

キャップトレッド１１は、カット衝撃に対してカーカス１５やベルト１４を保護する役目を持っている。ここで、キャップトレッド１１が路面と接する面をトレッド面１１ｍという。トレッド面１１ｍは、複数の縦溝１１ｓ₁や横溝により区切られて、複数のブロック１１ｂが形成される。トレッド面１１ｍに形成された前記縦溝１１ｓ₁や横溝、あるいはブロック１１ｂのなすパターンを、トレッドパターンあるいはブロックパターンという。

アンダトレッド１２は、キャップトレッド１１とベルト１４との間に配置されるゴム層で、発熱性、接着性等を向上させる目的で用いられる。サイドトレッド１３は、サイドウォール部の最も外側に配置されて外からの傷がカーカス１５に達するのを防止するとともに、ラジアルタイヤの場合には、車軸からの駆動力を路面に伝える補助的役割も担っている。

ベルト１４は、キャップトレッド１１とカーカス１５との間に配置されたゴム引きコード層である。なお、バイアスタイヤの場合にはブレーカと呼ぶ。ラジアルタイヤにおいて、ベルト１４は形状保持及び強度メンバーとして重要な役割を担っている。カーカス１５はタイヤ１０の骨格をなすゴム引きコード層である。カーカス１５は、タイヤ１０に空気を充填した際に圧力容器としての役目を果たす強度メンバーであり、空気の内圧によって荷重を支え、走行中の動的荷重に耐える構造に構成される。

空気の内圧によって発生するカーカス１５のコード張力は、スチールワイヤの束で支えられる。このスチールワイヤの束を硬質ゴムで固めたリングをビード１６という。ビード１６は、タイヤ１０をホイールのリムに固定させる役割を果たす他、カーカス１５、ベルト１４及びトレッドとともに、タイヤ１０の強度部材となる。ビードフィラ１７は、カーカス１５をビードワイヤの周囲に巻き込む際に生ずる空間へ充填するゴムである。カーカス１５をビード１６に固定するとともに、その部分の形状を整え、ビード部全体の剛性を高める。

図２は、トレッド面に形成されるトレッドパターンの一例を示す一部平面図である。このタイヤ１０のキャップトレッド１１は、横溝１１ｓ₂によって、タイヤ１０の周方向（図２の矢印方向）に対して分割されるとともに、縦溝１１ｓ₁によって、タイヤの周方向に対して直交する方向に分割されている。これにより、キャップトレッド１１は、タイヤ１０の周方向に対してピッチを持つ複数のブロック１１ｂ_n、１１ｂ_n+1等に分割されている。以下、縦溝１１ｓ₁及び横溝１１ｓ₂を総称したときには、溝１１という。図２に示すタイヤ１０のように、各ブロック１１ｂ_n-1、１１ｂ_n、１１ｂ_n+1等の周方向における長さ（周方向ピッチ）Ｐ_n-1、Ｐ_n、Ｐ_n+1等をそれぞれ異ならせるようにしてもよい。これにより、特定の周波数のパターンノイズが目立つことを抑制する。なお、周方向ピッチＰ_n-1、Ｐ_n、Ｐ_n+1等をすべて同じ大きさとしてもよい。

トレッド面１１ｍに溝１１ｓが形成されているタイヤが転動する際には、溝１１ｓにより形成されるトレッド面１１ｍのブロック１１ｂ_n、１１ｂ_n+1等が接地し、離れるときにノイズを発生する。このノイズは、パターンノイズと呼ばれており、溝１１ｓがなすトレッドパターンの形状によって変化する。トレッドパターンを持つタイヤでは、パターンノイズの発生は避けられないため、このパターンノイズを低減するようにタイヤ１０を設計する。

パターンノイズは、溝１１ｓに起因して発生し、タイヤ１０からホイールに伝播した後、ホイールから車軸、サスペンション、車両のボディの順に伝わって空気を振動させる、固体を媒体として伝わる個体伝播によって人間の耳に到達する。また、前記固体伝播の他、タイヤ１０の接地面から入力された振動がタイヤ１０の振動を励起させることで空気を振動させる、いわゆる空気伝播によっても人間の耳に到達する。このように、パターンノイズは複雑な振動現象なので、実車両にタイヤを装着して走行試験し、パネラーと呼ばれる熟練した評価者が官能評価する。そして、このパネラーによって得られた評価結果を基に、試作品を製造し評価することの繰り返しでタイヤを設計していた。このため、タイヤの試作、評価には多大な手間と時間とを要していた。さらに、パターンノイズに影響するタイヤ単体の特性を定量的に評価することは、事実上不可能であった。

図３は、タイヤと路面との関係を示す説明図である。図４−１は、路面上をタイヤが転動したときにおける接触反力の時間変化履歴を示す説明図である。図４−２は、接触反力の時間変化履歴を周波数分析した結果を示す説明図である。図４に示す結果は、ホイールにタイヤを装着して転動させるコンピュータシミュレーションによって求めたものである。ここで、接触反力ＲＦとは、図３に示すように、タイヤ１０あるいはタイヤモデル１０ｍに所定の荷重Ｆを与えてタイヤ１０を転動させた場合に、タイヤ１０の接地面と路面４０との間に発生する、路面４０からタイヤ１０に与えられる力をいう。

図４に示すように、接触反力ＲＦは、その大きさが時間の経過とともに周期的に変化、すなわち振動する。例えば、図４に示す例では、接触反力ＲＦの振動の１周期が、トレッドパターンを構成する各ブロックの周方向ピッチＰｎに相当する。パターンノイズは、固体伝播と空気伝播とが複合された複雑な振動現象であるが、タイヤ１０への加振源は、接地面からの入力である。このため、接地面からの入力の大小がパターンノイズに直接影響を与える。接地面からタイヤ１０に対する入力は、接触反力ＲＦで表せるので、接地面からタイヤ１０に対する加振入力の大小を表す代表値として接触反力ＲＦの振動を用いると、パターンノイズを正確に評価することができる。また、接触反力ＲＦの時間変化履歴を周波数分析すれば（図４−２）、接触反力のゲインＧの周波数分布がわかるので、パターンノイズの分布を知ることもできる。本発明者らは鋭意研究の結果、タイヤをホイールに装着し、所定の内圧、荷重を負荷してタイヤを転動させた際において、タイヤ接地面と路面との間に生じる接触反力の振動が、パターンノイズの代用特性として極めて有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

次に、本発明の実施例に係るタイヤの振動特性評価方法の手順について説明する。なお、以下の説明においては、コンピュータシミュレーションにより本実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を実現する例を説明するが、本発明は、コンピュータシミュレーション以外の方法でも実現できる。例えば、ロードセンサやひずみセンサその他の、力を測定可能なセンサにより、接触反力ＲＦを直接取得することによっても、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法は実現できる。また、この実施例で評価するタイヤの振動特性は、トレッドパターンに起因するパターンノイズであるが、この他にも、乗り心地に影響を与える低周波数の振動その他の、パターンノイズ以外の振動も、タイヤの周波数特性として評価することができる。

本発明の実施例に係るタイヤの振動特性評価方法の手順を説明する前に、このタイヤの振動特性評価方法を実行するタイヤの振動特性評価装置について説明する。図５は、この実施例に係るタイヤの振動特性評価装置の構成を示す説明図である。タイヤの振動特性評価装置（以下評価装置）５０は、処理部５０ｐと記憶部５０ｍとを備えて構成される。処理部５０ｐと記憶部５０ｍとは、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）５９を介して接続してある。

処理部５０ｐは、モデル作成部５１と、タイヤ装着部５２と、転動解析部５３と、接触反力解析部５４とを含んで構成される。これらがこの実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を実行する。モデル作成部５１と、タイヤ装着部５２と、転動解析部５３と、接触反力解析部５４とは入出力ポート（Ｉ／Ｏ）５９に接続されており、相互にデータをやり取りできるように構成されている。

また、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）５９には、端末装置６０が接続されており、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を実行するために必要なデータ、例えば、タイヤ１０を構成するゴムの物性値やホイールの物性値、あるいは転動解析における境界条件や走行条件等を、端末装置６０に接続された入力装置６１によって評価装置５０へ与える。また、評価装置５０からタイヤの振動特性評価結果を受け取り、端末装置６０に接続された表示装置６２に、その結果を表示する。さらに、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）５９には、各種データサーバー６４₁、６４₂等が接続されている。そして、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を実行するにあたっては、処理部５０ｐが各種データサーバー６４₁、６４₂等内に格納されている各種データベースを利用できるように構成されている。

記憶部５０ｍには、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法の処理手順を含むコンピュータプログラムや、各種データサーバー６４₁、６４₂等から取得した、材料物性等のデータが格納されている。なお、材料物性等のデータは、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を実行する際に用いる。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、処理部５０ｐは、メモリ及びＣＰＵにより構成することができる。また、記憶部５０ｍは、処理部５０ｐに内蔵されるものであっても、他の装置（例えばデータベースサーバ）内にあってもよい。このように、上記評価装置５０は、通信により端末装置６０から処理部５０ｐや記憶部５０ｍにアクセスするものであってもよい。

上記コンピュータプログラムは、処理部５０ｐが備えるモデル作成部５１や接触反力解析部５４等へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この評価装置５０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、処理部５０ｐが備えるモデル作成部５１、タイヤ装着部５２、転動解析部５３及び接触反力解析部５４の機能を実現するものであってもよい。次に、この評価装置５０を用いて、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を実現する手順を説明する。

図６は、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法の処理手順を示すフローチャートである。この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を実行するにあたり、評価装置５０の処理部５０ｐが備えるモデル作成部５１は、タイヤモデルを作成するとともに（ステップＳ１０１）、路面モデルを作成する（ステップＳ１０２）。なお、タイヤモデルの作成と路面モデルの作成との順序は問わない。

この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法では、タイヤの振動特性を評価するために用いる解析手法として、有限要素法（Finite Element Method：ＦＥＭ）を使用する。なお、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法に適用できる解析手法は有限要素法に限られず、境界要素法（Boundary Element Method：ＢＥＭ）、有限差分法（Finite Differences Method：ＦＤＭ）等も使用できる。また、境界条件等によって最も適当な解析手法を選択し、又は複数の解析手法を組み合わせて使用することもできる。なお、有限要素法は、構造解析に適した解析手法なので、特にタイヤやホイールのような構造体に対して好適に適用できる。また、本発明は、特に有限要素法の陽解法によってタイヤの諸性能を予測する際に好適である。

図７は、タイヤを微小要素に分割したタイヤモデルの一例を示す斜視図である。図８−１は、路面をモデル化した一例を示す説明図である。タイヤモデル１０ｍや路面モデル４０ｍを作成するにあたっては、有限要素法等の解析手法によって解析できるように、それぞれの解析手法に適したタイヤモデル１０ｍあるいは路面モデル４０ｍを作成する。

例えば有限要素法を使用する場合、図７に示すように、有限要素法に基づきタイヤ１０を有限個の微小要素１０ｍ₁、１０ｍ₂、１０ｍ_n等に分割する。これにより、タイヤモデル１０ｍを作成することができる。同様に、図８−１に示すように、有限要素法に基づき路面４０を有限個の微小要素４０ｍ₁、４０ｍ₂、４０ｍ_n等に分割する。これにより、路面モデル４０ｍを作成することができる。

有限要素法に基づく微小要素とは、例えば２次元平面においては四辺形要素、３次元体としては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等のソリッド要素や、三角形シェル要素、四角形シェル要素等のシェル要素等、コンピュータで用いうる要素とすることが望ましい。このようにして分割された微小要素は、解析の過程においては、３次元座標を用いて逐一特定される。

例えば、有限要素法によりタイヤモデル１０ｍを作成するにあたっては、タイヤ１０の内部構造と、トレッドパターンとを含むタイヤ形状とを再現したタイヤモデル１０ｍを作成する。トレッドパターンに複数の周方向ピッチからなるバリアブルピッチ配列を採用している場合、この振動特性を評価もモデル化することが好ましい。これにより、接触反力の予測精度が向上できるので、より適切にタイヤのパターンノイズを評価することができる。

図８−２、図８−３は、路面の凹凸を説明する概念図である。路面モデル４０ｍを作成するにあたっては、路面４０の凹凸を考慮することが好ましい。すなわち、路面４０を、ほぼ平坦な路面としてモデル化することが好ましい。この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法においては、トレッドパターンによって生ずる接触反力の時間に対する変動を評価するため、路面４０は、曲率、突起、段差あるいは溝等のような、接触反力に影響を与える要因を持たない方が好ましい。ただし、実際のアスファルト路面や、アスファルト路面を模した試験路面が有する凹凸程度は有していてもよい。また、室内試験ドラムのような曲率を有する試験路面の場合、接触反力の変動に影響する接地長が、平坦路面の場合と異なるので適切な路面形状とはいえない。

これらを勘案すると、図８−２に示すように、路面４０の凹部又は凸部の最小曲率半径ｒ_rは、少なくともタイヤ１０の半径ｒ_tの１０倍以上が好ましく、振動特性評価の精度を向上させるためには、１５倍以上とすることが好ましい。また、図８−３に示すように、路面４０の粗さは、路面４０上の任意の直線を走査した場合において、長さＬ＝１０ｃｍにおける最大路面高さｈ_maxと最小路面高さｈ_minとの差Δｈｒ（＝ｈ_max−ｈ_min）が、２ｍｍ以下となることが好ましい。この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法では、このような路面４０をモデル化して、路面モデル４０ｍを作成する。なお、路面モデル４０ｍを作成するにあたっては、ウェット状態や積雪状態を考慮してもよい。

次に、タイヤ装着部５２は、作成したタイヤモデル１０ｍを、モデル作成部５１で予め作成しておいたホイールモデルに装着し（ステップＳ１０３）、タイヤモデル１０ｍへ内圧を負荷する（ステップＳ１０４）。次に、この手順の一例について説明する。図９は、ホイールモデルの一例を示す斜視図である。図１０は、タイヤ／ホイール組立体モデルの一例を示す斜視図である。図１１−１、図１１−２は、タイヤモデルをホイールモデルに装着する方法例の概要を示す説明図である。図１１−３は、タイヤモデル及びホイールモデルの各軸を示す説明図である。図１２は、この実施例に係るタイヤモデルの装着手順を示すフローチャートである。

ここで説明するタイヤモデルをホイールモデルに装着し、タイヤ／ホイール組立体モデルを作成する方法は、次の点に特徴がある。すなわち、有限要素法等に基づいてモデル化したホイールのリムモデルのリム幅を、タイヤモデルのビード部の幅よりも大きく広げてから、前記リムモデルをタイヤモデルのビード部へ嵌合させる。その後、タイヤモデルの幅方向における並進自由度をリムモデルの両リム間で一致させて、タイヤ／ホイール組立体モデルを作成する。

まず、モデル作成部５１により、図９に示すようなホイールモデル３０ｍを作成する。このホイールモデル３０ｍは、図７に示すタイヤモデル１０ｍと同様に、有限要素法に基づきホイールを有限個の微小要素３０ｍ₁、３０ｍ₂、３０ｍ_n等に分割することにより、ホイールモデル３０ｍを作成する（ステップＳ２０１）。次に、図１１−１に示すように、ホイールの正規のリム幅Ｊ１よりも、２個のリム２１、２２のリム幅Ｊ２を広くしたリムモデル２０を設定する（ステップＳ２０２）。

リムモデル２０の作成方法は、上述したホイールモデル３０ｍの作成方法と同様である。なお、ホイールモデル３０ｍの作成時に、予めリムモデル２０のリム幅Ｊ２を、正規のリム幅Ｊ１よりも大きく設定してもよい。なお、図９では、ホイール全体をモデル化して、リムモデル２０が含まれるようにしているが、必ずしもホイール全体をモデル化する必要はなく、リム２１、２２の部分のみをモデル化したリムモデルを用いてもよい。さらに、リムモデル２０は、タイヤモデル１０ｍのビード部１６ｍを覆う範囲のみが、例えば有限要素法等に基づいてモデル化されていればよく、リムモデル２０全体をモデル化する必要はない。

ここで、リム幅とは、ホイールの両リム２１、２２の内側における両リム２１、２２間の最大幅をいう。また、ビード部の幅とは、タイヤの両ビード部がリムと嵌合する部分における最大幅をいう。本発明のタイヤ性能の予測方法では、タイヤモデル１０ｍをホイールモデル３０ｍに装着する前後においてホイールのリム幅を変化させるので、この間においてリム幅とビード幅とは変化する。

また、本発明に適用できるリムモデル２０は、全体を変形体として構成することができる。すなわち、リムモデル２０の全体にわたってリム２１、２２の弾性率や変形等を考慮してリムモデル２０を構成することができる。また、リムモデル２０を変形体としてではなく剛体としてモデル化してもよい。この場合には次の点で有利である。

有限要素法の陽解法においては、Ｃｏｕｒａｎｔ条件を満たす必要がある。一般にホイールはアルミニウム合金や鉄等によって製造されており、その弾性率は高くなる。また、一般にホイールは形状が複雑であるので、これを有限要素法において精度よく解析するためには、各微小要素の大きさを小さくする必要がある。このため、ホイールのリム２１、２２を変形体としてリムモデル化すると、前記Ｃｏｕｒａｎｔ条件を満たすために時間増分値が小さくなりやすく、計算に多くの時間を要することになる。ここで、ホイールのリム２１、２２を変形体としてではなく剛体としてモデル化すれば、弾性率や分割する微小要素の大きさを考慮する必要はない。その結果、前記時間増分値が減少しないので、計算時間の増加を抑制することができる。

図１３−１、図１３−２、図１３−３は、左右を別体としたリムモデルを示す説明図である。両リム２１、２２を別体としたリムモデル２０の場合、両方のリム２１、２２を剛体あるいは変形体として取り扱ってもよいが、本発明においてはこれに限られない。例えば、図１３−１に示すように、例えば一方のリム２１を剛体とし、もう一方のリム２２を変形体として取り扱ってもよい。この場合、リム幅Ｊ２を正規のリム幅Ｊ１に狭めた後（図１３−３参照）に、変形体として取り扱ったリム２２を剛体として取り扱うリム２１に一体化させることが好ましい。このように、一方のリムを剛体として、もう一方のリムを変形体として取り扱うことにより、両方のリムを剛体として取り扱う場合と比較して、計算のアルゴリズムを簡素化することができる。

前記ステップＳ２０２で作成したリムモデル２０の両方のリム２１、２２は、タイヤモデル１０ｍの幅方向（図１１−１〜図１１−３中のＺ方向）における並進自由度のみを独立させ、残りの自由度は一致させておく。すなわち、タイヤモデル１０ｍのＸ軸周りにおける回転及び並進自由度と、Ｙ軸周りにおける回転及び並進自由度と、Ｚ軸周りにおける回転自由度とを一致させておく。ここで、Ｚ軸はタイヤモデル１０ｍ及びホイールモデル３０ｍの回転軸であり、Ｘ軸はタイヤモデル１０ｍ及びホイールモデル３０ｍの転動方向である。また、Ｙ軸は、前記Ｚ軸とＸ軸とに垂直な軸である。

次に、図１１−２に示すように、リムモデル２０の回転軸とタイヤモデル１０ｍの回転軸とを一致させて、リムモデル２０のリム幅を正規のリム幅Ｊ１へ狭め、タイヤモデル１０ｍのビード部１６ｍをリム２１、２２へ嵌合させ、タイヤモデル１０ｍをホイールモデル３０ｍに装着する（ステップＳ２０３）。このとき、タイヤモデル１０ｍのビード幅部のＷ₂がＷ₁へ狭まり、正規のリム幅Ｊ１に対するビード部の幅となる。

その後、タイヤモデル１０ｍの幅方向における並進自由度を、リム２１とリム２２との間で一致させる（ステップＳ２０４）。図１４−１、図１４−２は、並進自由度を一致させる方法の一例を示す説明図である。並進自由度を一致させるためには、例えば、両リム２１、２２の間に拘束条件を設け、一体化したリムの挙動を表現する方法がある。また、図１４−２に示すように、リム２１、２２の幅を正規のリム幅Ｊ１に狭めてリム２１、２２とタイヤモデル１０ｍのビード部１６ｍとを嵌合させた後、両リム２１、２２を一体化した一体リムモデル２０ａに差替えてもよい。一体リムモデル２０ａへの差替えは、例えば、リムモデル２０がタイヤモデル１０ｍのビード部１６ｍへ接触したときと同期させて、一体リムモデル２０ａに変更することで実現できる。このように、一体リムモデル２０ａに差し替えれば、両リム２１、２２の拘束条件を設ける必要がなくなるので、計算のアルゴリズムを簡易にできる。

このような方法によって、タイヤモデル１０ｍにリムモデル２０を組み付けた状態における性能評価において、両方のリム２１、２２を一体とした、一つのリムとして取り扱うことができる。また、前記並進自由度を一致させる手順は、コンピュータシミュレーションにおいては瞬時に終了するので、計算時間はほとんど増加しない。これにより、ホイールモデル３０ｍにタイヤモデル１０ｍを装着してからタイヤの振動特性評価、あるいはタイヤ／ホイール組立体としての振動特性評価が終了するまでの計算時間を短縮することができる。

なお、タイヤの諸性能を評価する際には、タイヤに内圧Ｐを負荷する必要がある（ステップＳ１０４；図６）。内圧Ｐは、リムモデル２０のリム幅を正規のリム幅Ｊ１へ狭めるとき、又は、前記並進自由度をリム２１とリム２２との間で一致させるときのいずれかのステップで負荷することができる。あるいは、リム幅を狭め、前記並進自由度を一致させながら負荷することもできる。これにより、内圧負荷のステップをリムの嵌合等と同時に進行させることができるので、その分計算時間を短縮することができる。なお、内圧Ｐは、リムモデル２０のリム幅を正規のリム幅Ｊ１へ狭めた後、又は、前記並進自由度をリム２１とリム２２との間で一致させた後に負荷してもよい。

この実施例においては、リムモデル２０のリム幅を正規のリム幅Ｊ１へ狭めながら、リム２１、２２とビード部１６ｍとを嵌合させるので、タイヤモデル１０ｍのビード部１６ｍを一旦狭める手順が不要となる。これによって、リム２１、２２とビード部１６ｍとが嵌合する際におけるビード部１６ｍの動きを小さくできるので、嵌合後に内圧Ｐを負荷する際には、ビード部１６ｍが急激にリム２１、２２へ嵌合することを防止できる。その結果、リム２１、２２とビード部１６ｍとが嵌合する際におけるタイヤの振動を低減できるので、前記振動の減衰時間を短縮して計算時間を短くすることができる。

ここで、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法に適用できるタイヤモデルの装着手順は、次に説明するものに限られるものではない。例えば、現実にタイヤをホイールに装着する手順を模擬して、一体として作成したホイールモデルにタイヤモデルを装着してもよい。また、接触反力を実際に測定して取得することにより、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を実現する場合には、タイヤをホイールに装着してから、内圧を負荷することになる。

上記装着手順によってタイヤモデル１０ｍがホイールモデル３０ｍに装着し、タイヤ／ホイール組立体モデル１００ｍを得たら、所定の荷重Ｆ、速度、スリップ角、キャンバー角、スリップ率、横力、前後力、その他の走行条件を与える。そして、タイヤ／ホイール組立体モデル１００ｍを転動させてタイヤモデル１０ｍを転動解析する（ステップＳ１０５）。タイヤモデル１０ｍの転動解析においては、タイヤモデル１０ｍが回転を開始し、スリップ角、コーナーリングフォース、前後力の少なくとも一つがほぼ定常状態になった後に、タイヤモデルを少なくとも１回転させることが好ましい。このようにすれば、取得する接触反力のばらつきを小さくできるので、精度の高い振動特性評価が実現できる。

また、転動解析時には、転動時の平均荷重Ｆｍがほぼ一定となるように、タイヤモデル１０ｍの回転軸Ｚと路面モデル４０ｍとの距離ｈをほぼ一定に拘束することが好ましい（図３参照）。なお、実験により接触反力ＲＦを求める場合には、タイヤ１０の転動時に、タイヤ１０の回転軸Ｚと路面４０との距離ｈをほぼ一定に拘束することが好ましい（図３参照）。このようにすれば、タイヤモデル１０ｍあるいはタイヤ１０に与える荷重Ｆのばらつきを低減できるので、接触反力の変動に与える影響を小さくして、精度の高い振動特性評価が実現できる。特に、接触反力を実測する場合、荷重Ｆを一定に制御しようとすると制御機構が複雑になる。このため、タイヤ１０の回転軸Ｚと路面４０との距離ｈを一定に拘束することにより、タイヤ１０に与える荷重をほぼ一定に制御することが好ましい。なお、タイヤの回転軸Ｚと路面４０との距離ｈは、接触反力の変動に与える影響を小さくする観点から、タイヤの回転軸Ｚと路面４０との基準距離ｈ_bに対して±５％以内とすることが好ましく、さらには、±３％以内とすることが好ましい。

タイヤモデル１０ｍを転動解析したら（ステップＳ１０５）、タイヤモデル１０ｍ又はタイヤ１０の接地面と路面モデル４０ｍとの間に生ずる接触反力ＲＦを取得する（ステップＳ１０６）。そして、取得した接触反力ＲＦを用いてタイヤモデル１０ｍのパターンノイズやその他の振動を評価するが、このとき取得した接触反力ＲＦは次のように取り扱うことが好ましい。タイヤ接地面における接触反力ＲＦは、タイヤ接地面における各部の接触反力ＲＦを接地面全体で積算した合計値で評価することが好ましい。このようにすれば、一つの値で接触反力ＲＦを評価できるので、評価が簡易になり、好ましい。図１５−１は、タイヤ接地面を示す平面図である。図１５−２は、タイヤモデルのタイヤ接地面に作用する接触反力を示す説明図である。

図１５−１、図１５−２に示すように、タイヤモデル１０ｍのタイヤ接地面１０ｍｐは、複数の微小要素に分割されている。そして、有限要素法によるタイヤ転動解析により、各微小要素の接触反力ＲＦが求められる。そして、タイヤ接地面１０ｍｐ全体で積算した合計値［ΣＲＦｉ；｛ｉ＝１〜ｎ｝］を求め、この合計接触反力ＲＦｓを用いて、タイヤモデル１０ｍの振動やパターンノイズを評価する。

図１６−１は、タイヤの各軸と接触反力との関係を示す説明図である。タイヤモデル１０ｍやタイヤ１０の振動やパターンノイズを評価する際には、接触反力ＲＦは、タイヤ１０あるいはタイヤモデル１０ｍの上下方向（荷重作用方向、すなわちＹ軸方向）、前後方向（進行方向、すなわちＸ軸方向）又は横方向（タイヤ回転軸に平行な方向、すなわちＺ軸方向）の少なくとも一つを用いることが好ましい。

図１６−２、図１６−３は、路面に対する接触反力の方向を示す説明図である。接触反力ＲＦは、タイヤ１０あるいはタイヤモデル１０ｍの上下方向、前後方向又は横方向の成分を持つが、これらのうち、少なくとも２方向の成分の合力で接触反力ＲＦを求めてもよい。図１６−２は、タイヤ１０あるいはタイヤモデル１０ｍに作用する、上下方向及び前後方向の合力を用いて、接触反力ＲＦを求めた例である。また、図１６−３は、タイヤ１０あるいはタイヤモデル１０ｍに作用する、上下方向及び前後方向、及び横方向の合力で、接触反力ＲＦを求めた例である。さらに、接触反力ＲＦは、任意に設定した軸周りのモーメントとして取り扱ってもよい。

タイヤモデル１０ｍ又はタイヤ１０の接地面と路面モデル４０ｍ又は路面４０との間に生ずる接触反力ＲＦを取得したら（ステップＳ１０６）、この接触反力ＲＦを用いてタイヤ接地面からの入力を評価する（ステップＳ１０７）。例えば、タイヤが１回転した場合における最大接触反力ＲＦｍａｘと最小反力ＲＦｍｉｎとの差ΔＲＦ_1r（図４−１）、周方向ピッチ長を１単位とした場合における最大接触反力ＲＦｍａｘと最小反力ＲＦｍｉｎとの差ΔＲＦ_1p（図４−１）により、タイヤ接地面からの入力を評価することができる。なお、上記図４−１に示す接触反力ＲＦの波形は、タイヤ１回転分を１単位として正規化してもよい。

また、得られた接触反力ＲＦをＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）等により周波数分析して得られる接触反力ＲＦのゲインＧに変換して、これに基づきタイヤ接地面からの入力を評価することもできる（図４−２）。このときには、周波数分析した結果は、前記ゲインＧのピーク値、面積、帯域の面積、尖度（波形の広がり）あるいは歪度（波形の対称性）等によりタイヤ接地面からの入力を評価することもできる。ここで、ゲインＧとは、各周波数に対する振幅の大きさをいう。ここで、タイヤ１回転分を１単位として、上記図４−１に示す接触反力ＲＦの波形を正規化した場合、周波数分析結果は、タイヤ１回転を１次として表すことが好ましい。

また、接触反力のゲインＧに対する周波数の帯域を少なくとも２帯域に分割し、それぞれの周波数帯域における前記ゲインＧに重み付け係数を乗じて求めた重み付けゲインＧｃを用いてもよい。周波数帯域の分割数は、着目する周波数帯域の数に応じて、適宜変更する。例えば、車両騒音では１０００Ｈｚ近傍が目立ちやすい。このため、周波数帯域を１０００Ｈｚ近傍とそれ以下の帯域との２帯域に分けるとともに、１０００Ｈｚ近傍のゲインＧに対しては他の周波数帯域よりも重み付け係数を大きくする。これにより、１０００Ｈｚ近傍の周波数帯域におけるゲインＧの寄与度が大きくなるように考慮することができる。

より具体的には、周波数帯域をｆ₁＝０〜１００Ｈｚ、ｆ₂＝１００Ｈｚ〜５００Ｈｚ、ｆ₃＝５００Ｈｚ〜２０００Ｈｚ・・・ｆ_mとする。このとき、それぞれの周波数帯域におけるゲインを、Ｇ₁、Ｇ₂、Ｇ₃・・・Ｇ_mとする。重み付け係数をａ₁、ａ₂、ａ₃・・・ａ_mとすると、それぞれの周波数帯域における重み付けゲインは、Ｇｃ₁、Ｇｃ₂、Ｇｃ₃・・・Ｇｃ_mとなる。車両騒音に対しては周波数帯域ｆ₃（５００Ｈｚ〜２０００Ｈｚ）が最も影響を与えるので、この周波数帯域におけるゲインＧ₃に乗ずる重み付け係数ａ₃の値を、他の重み付け係数よりも大きくする。ここで、各重み付け係数は、例えば、Σａ_i＝１：ｉ＝１〜ｍ｝となるように規格化される。このように取り扱うことで、着目する周波数帯域の寄与度を考慮してタイヤの振動特性を評価できる。

接触反力ＲＦを用いてタイヤ接地面からの入力を評価したら（ステップＳ１０７）、この評価結果を基に、タイヤの振動やパターンノイズを評価する（ステップＳ１０８）。例えば、トレッドパターンを変更した複数のタイヤモデルの評価結果からパターンノイズの大きさや質を評価したり、評価車両が異なるときにおいて、車両の影響かトレッドパターンの影響かを考察したりすることができる。

図１７は、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を含むタイヤの製造方法を示すフローチャートである。まず、評価しようとするタイヤの接触反力を取得し（ステップＳ３０１）、タイヤの振動、パターンノイズを評価する（ステップＳ３０２）。この手順は、本実施例に係るタイヤの振動特性評価方法で説明した手順と同様である。次に、評価結果が所定の目標値や基準値に達しているか否かを判定する（ステップＳ３０３）。評価結果が所定の目標値や基準値に達していない場合（ステップＳ３０３；Ｎｏ）、トレッドパターンやキャップトレッドを構成するゴムのコンパウンド等を変更する（ステップＳ３０４）。そして、改良試作タイヤあるいは改良試作タイヤモデルを作成して、ステップＳ３０１、Ｓ３０２の評価を繰り返す。

評価結果が所定の目標値や基準値に達した場合（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、このトレッドパターンを形成できる加硫金型を設計し、製造する（ステップＳ３０５）。そして、グリーンタイヤを製造し（ステップＳ３０６）、このグリーンタイヤを前記加硫金型へ入れて加硫して（ステップＳ３０７）、パターンノイズを低減したタイヤが完成する（ステップＳ３０８）。

以上、この実施例に係るタイヤの評価方法及びタイヤの製造方法によれば、タイヤと路面との間に発生する接触反力を取得し、この変動に基づいてタイヤの振動特性を評価する。このため、タイヤのパターンノイズを的確に評価して、効率的にタイヤを開発できる。また、有限要素法等の解析手法を用いた転動シミュレーションを併用して接触反力を取得すれば、実際にタイヤを試作し、評価する手順が不要になるので、開発効率がさらに向上する。

接触反力の変化により、タイヤ単体のパターンノイズの情報を得ることができるので、タイヤ単体から得られた接触反力の変動波形と実車装着時の騒音情報とを比較することにより、車両の影響かタイヤの影響かを見極める情報として極めて有効である。また、固体伝播における振動伝達媒体であるホイール、車軸、サスペンションその他振動伝達媒体を含む振動伝達系の伝達特性が影響して騒音が大きくなる場合と、トレッドパターンそのものの騒音が大きい場合とがある。このような場合でも、接触反力の変化から、タイヤ単体のパターンノイズの情報を得ることができるので、振動伝達系の影響とトレッドパターンの影響とを分離することが極めて容易になる。その結果、車両が異なる場合において車内外騒音の評価結果が異なるときに、その違いの解釈にも極めて有効である。

なお、この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法は、上記タイヤの振動特性評価装置５０を使用しなくとも、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。このプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することができる。また、このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

［評価例１］
本実施例に係るタイヤの振動特性評価方法、及びパネラーによる官能評価により、５種類の異なるトレッドパターンＴＰ１〜ＴＰ５を持つ試験タイヤのパターンノイズを評価した。その結果について説明する。図１８−１〜図１８−５は、評価例１に供したタイヤのトレッドパターンを示す平面図である。図中の矢印ＲＲ方向が、評価時におけるタイヤの転動方向である。また、各トレッドパターンＴＰ１〜ＴＰ５は、周方向に対するブロック配列ピッチの大きさが変化しない、等周方向ピッチパターンである。

パネラーによる実車走行試験の条件は次の通りである。２１５／７０Ｒ１６サイズの溝なしタイヤに、トレッドパターンＴＰ１〜ＴＰ５のパターンを手彫りした５種類の試験タイヤを試作した。各タイヤを１６×６ＪＪのリムに装着し、内圧２００ｋＰａとして、実車走行試験を行った。実車走行試験は、排気量２リッターの小型四輪駆動車の右後輪にのみ試験タイヤを装着し、他の３輪には同サイズの溝なしタイヤを装着した。そして、よく訓練された３名のパネラーが、速度５０ｋｍ／ｈで試験車両をテストコースで走行させて実車走行において各試験タイヤの騒音を評価した。各試験タイヤの騒音の優劣は、騒音フィーリングを１点〜５点で点数化し、３名の合計点数で判定した。

接触反力は、コンピュータによる数値シミュレーションにより求め、求めた接触反力の振動、すなわち時間変化履歴によりパターンノイズを評価した。タイヤモデルは、上記試験タイヤの形状、内部構造、トレッドパターン及び材料特性を再現した５種類の試験タイヤモデルを用意した。なお、これらの試験タイヤモデルは有限要素法に基づいてモデル化された。これら５種類の試験タイヤモデルを１６×６ＪＪのリムモデルに装着し、２００ｋＰａの内圧を負荷した。そして、平坦な路面モデルを作成し、静止時の荷重が３．２ｋＮとなるように試験タイヤモデルの回転軸を強制変位させることにより、試験タイヤモデルを路面モデルに押し付けた。その後、試験タイヤモデルの回転軸と路面との距離が一定となるように固定した。ここで、静止時の荷重が３．２ｋＮとは、実車走行試験に使用した車両の右後輪荷重に等しい大きさである。

上記条件の下で、試験タイヤモデルの回転軸をスリップ角０．０度、キャンバー角０．０度で固定し、転動シミュレーションにより路面モデル上を速度５０ｋｍ／ｈで移動させる。試験タイヤ−路面モデル間の前後力がほぼ定常状態となった後、試験タイヤ−路面モデル間の上下方向における接触反力の履歴を、試験タイヤモデルが２回転動する間取得した。このときのサンプリング周期は、１／１００００秒である。そして、試験タイヤモデル２回転分における最大接触反力ＲＦｍａｘと最小接触反力ＲＦｍｉｎとの差（ΔＲＦ）の大きさにより、パターンノイズを評価した。図１９−１は、接触反力ＲＦと試験タイヤモデルの転動数との評価結果の一例を示す説明図である。このように、各試験タイヤモデルの接触反力を取得し、ΔＲＦを求める。そして、ΔＲＦが大きいほど、パターンノイズは大きいと判定する。図１９−２は、図１９−１に示した評価結果を周波数分析して、ゲインと周波数との関係で表した例を示す説明図である。図１９−２に示すように、評価結果をゲインと周波数との関係で表せば、接触反力ＲＦの大きさとその発生帯域を知ることができる。

パネラーによる実車走行試験の結果では、ＴＰ１≫ＴＰ２＞ＴＰ３＞ＴＰ５≧ＴＰ４の順に、各試験タイヤの騒音は悪くなると判定された。本実施例に係るタイヤの振動特性評価方法では、トレッドパターンＴＰ１のΔＲＦを１００として指数化すると、ＴＰ１＝１００、ＴＰ２＝１３４、ＴＰ３＝１４７、ＴＰ４＝１６１、ＴＰ５＝１５６となった。これを、ΔＲＦの小さい順、すなわち、騒音がよい順から悪い順へ並べ替えると、ＴＰ１→ＴＰ２→ＴＰ３→ＴＰ５→ＴＰ４となり、パネラーによる実車走行試験の結果と一致する。これにより、接触反力ＲＦを用いる実施例１に係るタイヤの振動特性評価方法の有効性が確認できた。

［評価例２］
接触反力に基づいてタイヤの振動をした場合において、評価路面の影響を評価した。評価路面は、平坦な路及びドラム試験路であり、両者を有限要素法に基づいてモデル化した。図２０−１は、タイヤモデルと路面モデルとの関係を示す説明図である。平坦な路面モデル４０ｍの最小曲率半径ｒ_rは、タイヤモデル１０ｍの半径ｒ_tの１０倍以上であり、また、長さＬ＝１０ｃｍにおける最大路面高さｈ_maxと最小路面高さｈ_minとの差Δｈｒが２ｍｍ以下である。図２０−２は、ドラム試験機とタイヤモデルとの関係を示す説明図である。図２０−２に示すように、ドラム路面モデル４６ｍは、ドラム直径Ｄ_Dが１７０１ｍｍである。評価例２においては、前記２種類の路面モデルそれぞれに対して、評価例１で評価した５種類のトレッドパターンを評価例１の評価条件及び評価方法で数値シミュレーションした。評価結果の比較対象は、同じく評価例１における実車走行試験の結果である。

評価例１における実車走行試験の結果は、ＴＰ１≫ＴＰ２＞ＴＰ３＞ＴＰ５≧ＴＰ４の順に、各試験タイヤの騒音は悪くなると判定された。平坦な路面モデル４０ｍにおける評価結果は、トレッドパターンＴＰ１のΔＲＦを１００として指数化すると、ＴＰ１＝１００、ＴＰ２＝１３４、ＴＰ３＝１４７、ＴＰ４＝１６１、ＴＰ５＝１５６となった。これを、ΔＲＦの小さい順、すなわち、騒音が小さい順から大きい順へ並べ替えると、ＴＰ１→ＴＰ２→ＴＰ３→ＴＰ５→ＴＰ４となり、パネラーによる実車走行試験の結果と一致する。ドラム路面モデル４６ｍにおける評価結果は、トレッドパターンＴＰ１のΔＲＦを１００として指数化すると、ＴＰ１＝１００、ＴＰ２＝８０、ＴＰ３＝１４６、ＴＰ４＝５８、ＴＰ５＝７４となった。これを、ΔＲＦの小さい順、すなわち、騒音が小さい順から大きい順へ並べ替えると、ＴＰ４→ＴＰ５→ＴＰ２→ＴＰ１→ＴＰ３となり、パネラーによる実車走行試験の結果とは一致しない。この結果から、本実施例に係るタイヤの振動特性評価方法においては、平坦路又は平坦路に近い路面で評価することが効果的であることがわかる。

［評価例３］
評価例３においては、周方向に対するピッチを変更したバリアブルピッチ配列のトレッドパターンを評価した。図２１−１、図２１−２は、評価例３で評価対象としたトレッドパターンを示す平面図である。評価例３においては、図２１−１に示すトレッドパターンＴＰ２１と、図２１−２に示すトレッドパターンＴＰ２２とを評価した。図中の矢印ＲＲ方向が、評価時における転動方向である。

実車走行試験の条件は次の通りである。トレッドパターンＴＰ２１、ＴＰ２２を持つ、２３５／４５Ｒ１７サイズの試験タイヤを試作した。各試験タイヤを１７×８ＪＪのリムに装着し、内圧２３０ｋＰａとして、実車走行試験を行った。実車走行試験は、排気量２リッターの四輪駆動乗用車の全輪に試験タイヤを装着し、テストコースを６０ｋｍ／ｈで直進走行した際の車内音圧（ｄＢ）を測定した。

接触反力は、コンピュータによる数値シミュレーションにより求め、接触反力のゲインＧと周波数との関係に整理して、パターンノイズを評価した。タイヤモデルは、上記試験タイヤの形状、内部構造、トレッドパターン及び材料特性を再現した２種類の試験タイヤモデルを用意した。なお、これらの試験タイヤモデルは有限要素法に基づいてモデル化された。これら２種類の試験タイヤモデルを１７×８ＪＪのリムモデルに装着し、２３０ｋＰａの内圧を負荷した。そして、平坦な路面モデルを作成し、静止時の荷重が４．０ｋＮとなるように試験タイヤモデルの回転軸を強制変位させることにより、試験タイヤモデルを路面モデルに押し付けた。その後、試験タイヤモデルの回転軸と路面との距離が一定となるように固定した。

上記条件の下で、試験タイヤモデルの回転軸をスリップ角０．０度、キャンバー角０．０度で固定し、転動シミュレーションにより路面モデル上を速度６０ｋｍ／ｈで移動させる。試験タイヤ−路面モデル間の前後力がほぼ定常状態となった後、試験タイヤ−路面モデル間の上下方向における接触反力の履歴を、試験タイヤモデルが２回転動する間取得した。このときのサンプリング周期は、１／１００００秒である。得られた接触反力の時間変化履歴を周波数分析し、接触反力のゲインＧの周波数に対する分布を求め、これによりタイヤモデルのパターンノイズを評価した。

図２２−１は、本実施例に係るタイヤの振動特性評価方法により求めた接触反力のゲインの周波数に対する分布を示す説明図である。図２２−２は、実車走行試験による車内騒音（音圧）の周波数に対する分布を示す説明図である。図中の実線はトレッドパターンＴＰ２１のものであり、点線はトレッドパターンＴＰ２２のものである。図２２−２に示す実車走行試験からわかるように、トレッドパターンＴＰ２１は、１６０Ｈｚ付近（図２２−２中Ｃで示す部分）の騒音が大きく、トレッドパターンＴＰ２２は、３１５Ｈｚ〜４００Ｈｚ付近（図２２−２中Ｄで示す部分）の騒音が大きい。一方、図２２−１からわかるように、接触反力ＲＦの周波数分析結果によると、トレッドパターンＴＰ２１は１６０Ｈｚ付近で（図２２−１中Ａで示す部分）、接触反力ＲＦのゲインが突出していることがわかる。また、トレッドパターンＴＰ２２は３１５Ｈｚ〜４００Ｈｚ付近で（図２１−１中Ｂで示す部分）、接触反力ＲＦのゲインが突出していることがわかる。このように、接触反力ＲＦのゲインを用いれば、実車走行試験における各試験タイヤの特徴をよく再現できることがわかる。

以上のように、本発明に係るタイヤの振動特性評価方法及びタイヤの振動特性評価用コンピュータプログラム、並びにタイヤの製造方法は、タイヤのパターンノイズの評価に有用であり、特に、パターンノイズを的確に評価することに適している。

タイヤの回転軸を含む子午面で切ったタイヤ断面を示す一部断面図である。 トレッド面に形成されるトレッドパターンの一例を示す一部平面図である。 タイヤと路面との関係を示す説明図である。 路面上をタイヤが転動したときにおける接触反力の時間変化履歴を示す説明図である。 接触反力の時間変化履歴を周波数分析した結果を示す説明図である。 この実施例に係るタイヤの振動特性評価装置の構成を示す説明図である。 この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法の処理手順を示すフローチャートである。 タイヤを微小要素に分割したタイヤモデルの一例を示す斜視図である。 路面をモデル化した一例を示す説明図である。 路面の凹凸を説明する概念図である。 路面の凹凸を説明する概念図である。 ホイールモデルの一例を示す斜視図である。 タイヤ／ホイール組立体モデルの一例を示す斜視図である。 タイヤモデルをホイールモデルに装着する方法例の概要を示す説明図である。 タイヤモデルをホイールモデルに装着する方法例の概要を示す説明図である。 タイヤモデル及びホイールモデルの各軸を示す説明図である。 この実施例に係るタイヤモデルの装着手順を示すフローチャートである。 左右を別体としたリムモデルを示す説明図である。 左右を別体としたリムモデルを示す説明図である。 左右を別体としたリムモデルを示す説明図である。 並進自由度を一致させる方法の一例を示す説明図である。 並進自由度を一致させる方法の一例を示す説明図である。 タイヤ接地面を示す平面図である。 タイヤモデルのタイヤ接地面に作用する接触反力を示す説明図である。 タイヤの各軸と接触反力との関係を示す説明図である。 路面に対する接触反力の方向を示す説明図である。 路面に対する接触反力の方向を示す説明図である。 この実施例に係るタイヤの振動特性評価方法を含むタイヤの製造方法を示すフローチャートである。 評価例１に供したタイヤのトレッドパターンを示す平面図である。 評価例１に供したタイヤのトレッドパターンを示す平面図である。 評価例１に供したタイヤのトレッドパターンを示す平面図である。 評価例１に供したタイヤのトレッドパターンを示す平面図である。 評価例１に供したタイヤのトレッドパターンを示す平面図である。 接触反力ＲＦと試験タイヤモデルの転動数との評価結果の一例を示す説明図である。 図１９−１に示した評価結果を周波数分析して、ゲインと周波数との関係で表した例を示す説明図である。 タイヤモデルと路面モデルとの関係を示す説明図である。 ドラム試験機とタイヤモデルとの関係を示す説明図である。 評価例３で評価対象としたトレッドパターンを示す平面図である。 評価例３で評価対象としたトレッドパターンを示す平面図である。 本実施例に係るタイヤの振動特性評価方法により求めた接触反力のゲインの周波数に対する分布を示す説明図である。 実車走行試験による車内騒音（音圧）の周波数に対する分布を示す説明図である。

符号の説明

１０ タイヤ
１０ｍ タイヤモデル
１０ｍｐ タイヤ接地面
１１ キャップトレッド
１１ｍ トレッド面
１１ｂ ブロック
１１ｓ 溝
１６ ビード
１６ｍ ビード部
２０ リムモデル
２０ａ 一体リムモデル
３０ｍ ホイールモデル
４０ 路面モデル
４６ｍ ドラム路面モデル
５０ タイヤの振動特性評価装置
５１ モデル作成部
５２ タイヤ装着部
５３ 転動解析部
５４ 接触反力解析部

Claims (15)

1. タイヤに荷重を負荷して路面上を転動させる手順と、
   前記タイヤと前記路面との間に発生する接触反力を取得する手順と、
   取得した前記接触反力の変動に基づいて前記タイヤの振動特性を評価する手順と、
   を含むことを特徴とするタイヤの振動特性評価方法。
2. 前記タイヤが前記路面上を転動する際には、前記タイヤの回転軸と前記路面との距離をほぼ一定に拘束することを特徴とする請求項１に記載のタイヤの振動特性評価方法。
3. 前記路面は平坦であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤの振動特性評価方法。
4. 前記路面の曲率半径は、前記タイヤの半径の１０倍以上であることを特徴とする請求項３に記載のタイヤの振動特性評価方法。
5. 前記路面上で前記タイヤの転動方向に向かって直線上を走査した場合において、走査距離が１０ｃｍあたりにおける路面高さの最大値と最小値との差は２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のタイヤの振動特性評価方法。
6. 前記タイヤの振動特性を評価する手順では、前記接触反力の時間変化履歴を周波数分析し、前記接触反力のゲインと周波数との関係に基づいて前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤの振動特性評価方法。
7. 前記接触反力のゲインに対する周波数の帯域を少なくとも２帯域に分割し、それぞれの周波数帯域における前記接触反力のゲインに重み付け係数を乗じて求めた重み付けゲインにより前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする請求項６に記載のタイヤの振動特性評価方法。
8. 前記タイヤの振動特性を評価する手順では、取得した前記接触反力の時間変化履歴のうち所定期間における最大接触反力と最小接触反力との差を求め、これに基づいて前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤの振動特性評価方法。
9. タイヤの振動特性を評価するにあたり、
   有限要素法に基づき、前記タイヤのトレッドパターンを、前記タイヤの周方向にわたって有限個の微小要素に分割することによりタイヤモデルを作成する手順と、
   前記タイヤモデルを、予め作成したホイールのリムモデルに装着する手順と、
   前記リムモデルに装着した前記タイヤモデルを予め作成した路面モデルに接触させ、前記タイヤモデルに所定の荷重を負荷して転動させる手順と、
   前記タイヤと前記路面との間に発生する接触反力を取得する手順と、
   前記接触反力の変動に基づいて前記タイヤの振動特性を評価する手順と、
   を含むことを特徴とするタイヤの振動特性評価方法。
10. 前記タイヤが前記路面上を転動する際には、前記タイヤの回転軸と前記路面との距離をほぼ一定に拘束することを特徴とする請求項９に記載のタイヤの振動特性評価方法。
11. 前記路面は平坦であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のタイヤの振動特性評価方法。
12. 前記タイヤの振動特性を評価する手順では、前記接触反力の時間変化履歴を周波数分析し、前記接触反力のゲインと周波数との関係に基づいて前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のタイヤの振動特性評価方法。
13. 前記タイヤの振動特性を評価する手順では、取得した前記接触反力の時間変化履歴のうち所定期間における最大接触反力と最小接触反力との差を求め、これに基づいて前記タイヤの振動特性を評価することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のタイヤの振動特性評価方法。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のタイヤの振動特性評価方法をコンピュータ上で実現させることを特徴とするタイヤの振動特性評価用コンピュータプログラム。
15. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のタイヤの振動特性評価方法により、タイヤの振動特性を評価する手順と、
    評価した前記タイヤの振動特性に基づいて、前記タイヤのトレッドパターンを決定する手順と、
    決定した前記トレッドパターンを転写できる加硫金型によりグリーンタイヤを加硫する手順と、
    を含むことを特徴とするタイヤの製造方法。

Images