JP2006285624A - ホイールモデルの作成方法、ホイールモデルの作成プログラム、ホイールモデルの作成装置及びタイヤホイールモデルのシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミホイールの精度の解析において、良好な精度を確保しつつ、解析に費やす時間を短縮することができるホイールモデルの作成方法、ホイールモデルの作成プログラム、ホイールモデルの作成装置、及びタイヤホイールモデルのシミュレーション方法を提供する。
【解決手段】 タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを、有限個の要素でモデル化するホイールモデルの作成方法において、リムの輪郭部の少なくとも一部は、シェル要素を用いてモデル化され、リムの輪郭部の少なくとも一部以外及びディスク部は、ソリッド要素を用いてモデル化される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ホイールを有限個の要素でモデル化するホイールモデルの作成方法、ホイールモデルの作成プログラム、ホイールモデルの作成装置、及びタイヤホイールモデルのシミュレーション方法に関する。

従来、空気入りタイヤを有限個の要素でモデル化することによってタイヤモデルを作成し、有限要素法(Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ(ＦＥＭ))を用いてこのタイヤモデルの性能を解析する方法が知られている。

また、近年においては、空気入りタイヤとホイールとの相互作用による性能を解析するために、ホイールも有限個の要素でモデル化し、有限要素法(ＦＥＭ)を用いて、この空気入りタイヤとホイールとの複合体の性能の解析が行われている。この場合において、一般的に、比較的肉厚であるアルミホイール等にはソリッド要素が用いられ、比較的肉薄であるスチールホイール等にはシェル要素が用いられている(例えば、特許文献１参照)。これにより、それぞれのホイールを、精度よく解析することが可能である。
特開２００２−３５０２９４号公報

しかしながら、上記のように、アルミホイールの全域をソリッド要素を用いてモデル化し、解析を行うと、膨大な時間を費やしてしまうという問題があった。例えば、スチールホイールをシェル要素を用いて解析するには、２０秒で完了するところを、アルミホイールをソリッド要素を用いて解析するには、１６０秒、すなわち８倍もの時間を費やしていた。また、シェル要素でモデル化したスチールホイールとタイヤとの複合体を解析するには、８時間で完了していたが、ソリッド要素でモデル化したアルミホイールとタイヤとの複合体を解析するには、４８時間、すなわち６倍もの時間を費やしていた。

上記問題を解決するために、アルミホイールをシェル要素を用いてモデル化し、解析することが考えられるが、一般的にアルミホイールのディスク部はスチールホイールに比べて肉厚であり、また複雑化されているため、精度良く解析するためにはソリッド要素を用いることが好ましかった。

そこで、本発明は、上述の問題を鑑み、アルミホイールの精度の解析において、良好な精度を確保しつつ、解析に費やす時間を短縮することができるホイールモデルの作成方法、ホイールモデルの作成プログラム、ホイールモデルの作成装置、及びタイヤホイールモデルのシミュレーション方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを、有限個の要素でモデル化するホイールモデルの作成方法において、リムの輪郭部の少なくとも一部は、シェル要素を用いてモデル化され、リムの輪郭部の少なくとも一部以外及びディスク部は、ソリッド要素を用いてモデル化されることを特徴とするホイールモデルの作成方法であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、スチールホイールに比べて肉厚であり、また、意匠性が高いアルミホイールのディスク部をソリッド要素を用いてモデル化し、解析するため、アルミホイールの精度の解析において、良好な精度を確保することができる。

また、ディスク部に比べて単純化されているリムの輪郭部の少なくとも一部をシェル要素を用いてモデル化し、解析するために、解析に費やす時間を短縮することができる。

なお、ここで、リムの輪郭部とは、JATMA YEAR BOOKにおけるＲ章に図示されている部分である。

また、リムの輪郭部の少なくとも一部は、タイヤ装着時におけるリムの輪郭部において、タイヤ径方向長さが略同一である部分であることが好ましい。リムの輪郭部の少なくとも一部が、タイヤ装着時におけるリムの輪郭部において、タイヤ径方向長さが略同一である部分、すなわち、リムの輪郭部の中でもより単純化されている部分であるため、精度を落とすことなく、解析に費やす時間を短縮することができる。

本発明の第２の特徴は、タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを、有限個の要素でモデル化するホイールモデルの作成プログラムにおいて、リムの輪郭部の少なくとも一部を、シェル要素を用いてモデル化する手順と、リムの輪郭部の少なくとも一部以外及びディスク部を、ソリッド要素を用いてモデル化する手順とを実行させることを特徴とするホイールモデルの作成プログラムであることを要旨とする。

かかる特徴によれば、アルミホイールの精度の解析において、良好な精度を確保しつつ、解析に費やす時間を短縮することができるホイールモデルの作成プログラムを、記録媒体に保持することができる。

本発明の第３の特徴は、タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを、有限個の要素でモデル化するホイールモデルの作成装置において、リムの輪郭部の少なくとも一部を、シェル要素を用いてモデル化するリムの輪郭部モデル化部と、リムの輪郭部の少なくとも一部以外及びディスク部を、ソリッド要素を用いてモデル化するディスク部モデル化部とを備えることを特徴とするホイールモデルの作成装置であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、ホイールモデルの作成装置が、リムの輪郭部の少なくとも一部を、シェル要素を用いてモデル化するリムの輪郭部モデル化部を備えるため、ホイールモデルにおける全域をソリッド要素で解析する場合に比べ、解析に費やす時間を短縮することができる。

また、ホイールモデルの作成装置が、リムの輪郭部の少なくとも一部以外及びディスク部を、ソリッド要素を用いてモデル化するディスク部モデル化部を備えるため、スチールホイールに比べて肉厚であり、また、意匠性が高いアルミホイールのディスク部を、精度を落とすことなく解析することができる。

本発明の第４の特徴は、タイヤを有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを作成するステップと、タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを、有限個の要素でモデル化するホイールモデルを作成するステップと、タイヤモデルとホイールモデルとを組み合わせたタイヤホイールモデルの性能を予測するステップとを有するタイヤホイールモデルのシミュレーション方法であって、ホイールモデルを作成するステップは、リムの輪郭部の少なくとも一部を、シェル要素を用いてモデル化し、リムの輪郭部の少なくとも一部以外及びディスク部を、ソリッド要素を用いてモデル化することを特徴とするタイヤホイールモデルのシミュレーション方法であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、タイヤホイールモデルのシミュレーション方法が、ホイールモデルを作成するステップを有し、このステップが、スチールホイールに比べて肉厚であり、また、意匠性が高いアルミホイールのディスク部をソリッド要素を用いてモデル化し、ディスク部に比べて単純化されているリムの輪郭部の少なくとも一部をシェル要素を用いてモデル化し、このディスク部とリムの輪郭部とを有するホイールモデルとタイヤモデルとを組み合わせたタイヤホイールモデルの性能を予測するため、良好な精度を確保しつつ、解析に費やす時間を短縮することができる。

本発明によると、アルミホイールの精度の解析において、良好な精度を確保しつつ、解析に費やす時間を短縮することができるホイールモデルの作成方法、ホイールモデルの作成プログラム、ホイールモデルの作成装置、及びタイヤホイールモデルのシミュレーション方法を提供することができる。

(ホイールモデルの作成装置)
以下において、本実施形態におけるホイールモデルの作成装置２００について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態におけるホイールモデルの作成装置２００の構成は、図１に示すように、入力部２１１と、処理部２１２と、記憶部２１３と、表示部２１４と、プログラム保持部２１５とを備える。

入力部２１１は、キーボード及びマウス等の機器であり、ホイールモデル１を作成するための必要な情報を入力する。入力部２１１に対して入力操作が行われることにより、対応するキー情報や位置情報が処理部２１２に伝達される。

処理部２１２は、各種情報設定部２１２ａと、ホイールモデル作成部２１２ｂと、性能予測部２１２ｃと、タイヤモデル作成部２１２ｄと、タイヤホイールモデルシミュレーション部２１２ｅと、結果出力部２１２ｆとから構成されている。

具体的に、各種情報設定部２１２ａは、入力部２１１に入力された各種情報を、記憶部２１３にデータとして設定する。

ここで、各種情報とは、ホイールモデルのサイズ、ホイールモデルを構成するリムの輪郭部やディスク部の形状、ホイールモデルの材質等である。また、各種情報とは、タイヤに用いられるゴムやコードの材料やその特性、空気圧や荷重等であってもよい。

ホイールモデル作成部２１２ｂは、各種情報設定部２１２ａによって設定された各種情報のデータを示す設計データに基づいて、タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを有限個の要素でモデル化したホイールモデルを作成する。

このホイールモデル作成部２１２ｂは、リムの輪郭部の少なくとも一部を、シェル要素を用いてモデル化するリムの輪郭部モデル化部と、リムの輪郭部の少なくとも一部以外及びディスク部を、ソリッド要素を用いてモデル化するディスク部モデル化部とから構成されている。

性能予測部２１２ｃは、有限要素法(ＦＥＭ)を用いて、ホイールモデル作成部２１２ｂにおいて作成されたホイールモデルの性能を予測する。

タイヤモデル作成部２１２ｄは、各種情報設定部２１２ａによって設定された各種情報やタイヤの形状や構造、トレッドパターン等のデータを示す設計データに基づいて、タイヤを有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを作成する。

タイヤホイールモデルシミュレーション部２１２ｅは、ホイールモデル作成部２１２ｂとタイヤモデル作成部２１２ｄとによって作成されたホイールモデルとタイヤモデルとを組み合わせたタイヤホイールモデルのシミュレーションを行い、性能を予測する。

なお、ホイールモデルに関する解析を行うのみの場合においては、タイヤモデル作成部２１２ｄ及びタイヤホイールモデルシミュレーション部２１２ｅは使用されない。

結果出力部２１２ｆは、性能予測部２１２ｃ及びタイヤホイールモデルシミュレーション部２１２ｅによって予測された結果を、表示部２１４に表示させる。

記憶部２１３は、前述したように、入力部２１１に入力され、各種情報設定部２１２ａによって設定されたデータを記憶する。

表示部２１４は、前述したように、性能予測部２１２ｃ及びタイヤホイールモデルシミュレーション部２１２ｅによって予測された結果を表示する。また、この表示部２１４は、入力部２１１に入力された情報を表示してもよい。

プログラム保持部２１５は、ホイールモデル作成部２１２ｂ等を処理部２１２に実行させるためのタイヤモデルの作成プログラムを保存する記憶媒体である。このタイヤモデルの作成プログラムは、ホイールモデルにおけるリムの輪郭部の少なくとも一部をシェル要素を用いてモデル化する手順と、リムの輪郭部の少なくとも一部以外及びディスク部をソリッド要素を用いてモデル化する手順とを実行させる。記憶媒体は、例えば、ＲＡＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＩＣチップ、カセットテープ等が挙げられる。このようなプログラムを保持した記録媒体によれば、プログラムの保存、運搬、販売等を容易に行うことができる。

(ホイールモデルの作成方法)
次に、本実施形態に係るホイールモデル１の作成方法について、図２を用いて説明する。

図２のステップ１０において、各種情報設定部２１２ａは、入力部２１１に入力された各種情報を、記憶部２１３にデータとして設定する。

ステップ２０において、ホイールモデル作成部２１２ｂは、記憶部２１３に記憶された各種情報及び設計データに基づいて、ホイールを有限個の要素でモデル化したホイールモデル１を作成する。

図３は、本実施形態に係るホイールモデル１を示す斜視図である。

同図に示すように、ホイールモデル１は、タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部２と、リムの輪郭部２の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部３とから構成されたホイールを、有限個の要素でモデル化したものである。

ディスク部３の略中央部は、ボルトを用いてホイールを車輌に固定するためのボルト孔４を複数有する。

なお、ホイールは、一般的に、アルミ等の軽合金からなるものと、スチール等からなるものがあるが、本発明においては、アルミ等の軽合金からなるものを対象とする。

図４は、本実施形態に係るホイールモデル１の拡大図である。また、同図は、図３におけるホイールモデル１の回転軸Ｔから上方を、Ａ方向から見た図である。

リムの輪郭部２は、シェル要素５を用いてモデル化されている。

また、ディスク部３は、ソリッド要素６を用いてモデル化されている。

なお、同図において、リムの輪郭部２の全域がシェル要素５を用いてモデル化されているが、これに限定されるものではなく、リムの輪郭部２の少なくとも一部が、シェル要素を用いてモデル化されていればよい。

例えば、図５に示すように、タイヤ装着時におけるリムの輪郭部２において、タイヤ径方向(矢印Ｒ方向)の長さが略同一である部分のみが、シェル要素でモデル化されてもよい。この場合に、リムの輪郭部におけるシェル要素でモデル化されない部位については、ディスク部３と同様に、ソリッド要素６を用いてモデル化される。

なお、ここで、リムの輪郭部２において、タイヤ装着時におけるタイヤ径方向Ｒの長さが略同一である部分とは、タイヤ径方向Ｒの長さが誤差±０．５ｍｍの範囲にある部分である。

ステップ３０において、性能予測部２１２ｃは、有限要素法(ＦＥＭ)を用いて、ホイールモデル１の性能を予測する。

ステップ４０において、タイヤモデル作成部２１２ｄは、記憶部２１３に記憶された各種情報及び設計データに基づいて、タイヤを有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを作成する。

ステップ５０において、タイヤホイールモデルシミュレーション部２１２ｅは、ホイールモデル作成部２１２ｂと、タイヤモデル作成部２１２ｄとによって作成されたホイールモデルとタイヤモデルとを組み合わせたタイヤホイールモデルのシミュレーションを行い、性能を予測する。

なお、ホイールモデル１に関する解析のみを行う場合においては、ステップ４０及びステップ５０は省略される。

ステップ６０において、結果出力部２１２ｆは、ステップ３０において予測されたホイールモデル１の性能と、ステップ５０において予測されたタイヤホイールモデルの性能とを表示部２１４に表示する。

(本実施形態に係るホイールモデルの作成方法、ホイールモデルの作成プログラム、ホイールモデルの作成装置及びタイヤホイールモデルのシミュレーション方法の作用・効果)
本発明のホイールモデルの作成方法によれば、スチールホイールに比べて肉厚であり、また、意匠性が高いアルミホイールのディスク部３をソリッド要素６を用いてモデル化し、解析するため、アルミホイールの精度の解析において、良好な精度を確保することができる。

また、ディスク部３に比べて単純化されているリムの輪郭部２の少なくとも一部をシェル要素５を用いてモデル化し、解析するために、解析に費やす時間を短縮することができる。

また、リムの輪郭部２の少なくとも一部が、タイヤ装着時におけるリムの輪郭部２において、タイヤ径方向Ｒ長さが略同一である部分、すなわち、リムの輪郭部２の中でもより単純化されている部分であるため、精度を落とすことなく、解析に費やす時間を短縮することができる。

また、本発明のホイールモデルの作成プログラムによれば、アルミホイールの精度の解析において、良好な精度を確保しつつ、解析に費やす時間を短縮することができるホイールモデル１の作成プログラムを、記録媒体に保持することができる。

また、本発明のホイールモデルの作成装置によれば、ホイールモデル１の作成装置２００が、リムの輪郭部２の少なくとも一部を、シェル要素５を用いてモデル化するリムの輪郭部モデル化部を備えるため、ホイールモデル１における全域をソリッド要素６で解析する場合に比べ、解析に費やす時間を短縮することができる。

また、ホイールモデルの作成装置２００が、リムの輪郭部２の少なくとも一部以外及びディスク部３を、ソリッド要素６を用いてモデル化するディスク部モデル化部を備えるため、スチールホイールに比べて肉厚であり、また、意匠性が高いアルミホイールのディスク部３を、精度を落とすことなく解析することができる。

また、本発明のタイヤホイールモデルのシミュレーション方法によれば、タイヤホイールモデルのシミュレーション方法が、ホイールモデル１を作成するステップを有し、このステップが、スチールホイールに比べて肉厚であり、また、意匠性が高いアルミホイールのディスク部３をソリッド要素６を用いてモデル化し、ディスク部３に比べて単純化されているリムの輪郭部２の少なくとも一部をシェル要素５を用いてモデル化し、このディスク部３とリムの輪郭部２とを有するホイールモデル１とタイヤモデルとを組み合わせたタイヤホイールモデルの性能を予測するため、良好な精度を確保しつつ、解析に費やす時間を短縮することができる。

以下において、本発明におけるホイールモデルの作成方法、ホイールモデルの作成プログラム、ホイールモデルの作成装置、及びタイヤホイールモデルのシミュレーション方法における実施例について説明する。

本発明のホイールモデルの作成方法を用いて、図５に示すホイールモデル(実施例１)と、図４に示すホイールモデル（実施例２）とを作成し、解析した場合における精度と解析に費やす時間とを調査した。なお、比較として、図６に示すように、ホイールモデル全域においてソリッド要素を用いたホイールモデル(比較例１)と、図７に示すように、ホイールモデル全域を、比較例１よりも粗いソリッド要素を用いたホイールモデル(比較例２)とを作成し、同一条件で調査した。

得られた結果を表１に示す。

表１の結果より、比較例１は、実施例１及び実施例２と比較し、固有振動数の予測精度は高いが、解析に費やす時間が長いことが分かった。

また、比較例２は、実施例１及び実施例２と比較し、解析に費やす時間は略同等であるが、固有振動数の予測精度が低いことが分かった。

これにより、本発明のホイールモデルの作成方法を用いてホイールモデルを作成することにより、アルミホイールの精度の解析において、良好な精度を確保しつつ、解析に費やす時間を短縮することができることが分かった。

本実施形態に係るホイールモデルの作成装置の構成を示す図である。 本実施形態に係るホイールモデルの作成方法を示すフロー図である。 本実施形態に係るホイールモデル１を示す斜視図である。 本実施形態に係るホイールモデル１を示す拡大図である。 本実施形態に係るホイールモデル１を示す拡大図である。 実施例における比較例１のホイールモデルを示す拡大図である。 実施例における比較例２のホイールモデルを示す拡大図である。

符号の説明

１…ホイールモデル
２…リムの輪郭部
３…ディスク部
４…ボルト孔
５…シェル要素
６…ソリッド要素
２００…ホイールモデルの作成装置
２１１…入力部
２１２…処理部
２１２ａ…各種情報設定部
２１２ｂ…ホイールモデル作成部
２１２ｃ…性能予測部
２１２ｄ…タイヤモデル作成部
２１２ｅ…タイヤホイールモデルシミュレーション部
２１２ｆ…結果出力部
２１３…記憶部
２１４…表示部
２１５…プログラム保持部

Claims (5)

1. タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、前記リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを、有限個の要素でモデル化するホイールモデルの作成方法において、
   前記リムの輪郭部の少なくとも一部は、シェル要素を用いてモデル化され、
   前記リムの輪郭部の少なくとも一部以外及び前記ディスク部は、ソリッド要素を用いてモデル化されることを特徴とするホイールモデルの作成方法。
2. 前記リムの輪郭部の少なくとも一部は、タイヤ装着時における前記リムの輪郭部において、タイヤ径方向長さが略同一である部分であることを特徴とする請求項１に記載のホイールモデルの作成方法。
3. タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、前記リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを、有限個の要素でモデル化するホイールモデルの作成プログラムにおいて、
   前記リムの輪郭部の少なくとも一部を、シェル要素を用いてモデル化する手順と、
   前記リムの輪郭部の少なくとも一部以外及び前記ディスク部を、ソリッド要素を用いてモデル化する手順とを実行させることを特徴とするホイールモデルの作成プログラム。
4. タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、前記リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを、有限個の要素でモデル化するホイールモデルの作成装置において、
   前記リムの輪郭部の少なくとも一部を、シェル要素を用いてモデル化するリムの輪郭部モデル化部と、
   前記リムの輪郭部の少なくとも一部以外及び前記ディスク部を、ソリッド要素を用いてモデル化するディスク部モデル化部とを備えることを特徴とするホイールモデルの作成装置。
5. タイヤを有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを作成するステップと、
   タイヤ装着時において、タイヤの内周面に沿ってタイヤ周方向に延びる環状のリムの輪郭部と、前記リムの輪郭部の一方の開口部を塞ぐ円盤状のディスク部とから構成され、軽合金から成るホイールを、有限個の要素でモデル化するホイールモデルを作成するステップと、
   前記タイヤモデルと前記ホイールモデルとを組み合わせたタイヤホイールモデルの性能を予測するステップとを有するタイヤホイールモデルのシミュレーション方法であって、
   前記ホイールモデルを作成するステップは、
   前記リムの輪郭部の少なくとも一部を、シェル要素を用いてモデル化し、
   前記リムの輪郭部の少なくとも一部以外及び前記ディスク部を、ソリッド要素を用いてモデル化することを特徴とするタイヤホイールモデルのシミュレーション方法。