JP2010202049A - タイヤ性能解析システム、トレッドパターン性能解析システム、タイヤ性能解析方法、トレッドパターン性能解析方法、タイヤ性能解析プログラム及びトレッドパターン性能解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】高精度のタイヤ性能シミュレーション方法、装置、及びタイヤ性能シミュレーションプログラムを記録した記録媒体を提供する。
【解決手段】トレッド部を有する空気入りタイヤの性能を数値解析するタイヤ性能解析システムにおいて、前記空気入りタイヤを有限個の要素でタイヤモデル化するタイヤモデル化手段と、路面を有限個の要素で路面モデル化し、前記路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する路面モデル化手段と、前記タイヤモデルを前記路面モデルに接触させるモデル接触手段と、接触させた前記タイヤモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する解析手段と、を具える。
【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤ性能解析方法に関し、特に性能を数値解析するタイヤ性能解析システム、トレッドパターン性能解析システム、タイヤ性能解析方法、トレッドパターン性能解析方法、タイヤ性能解析プログラム及びトレッドパターン性能解析プログラムに関する。

近年では、タイヤを有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを設定し、タイヤモデルを仮想路面上で転動させることにより、タイヤを試作しなくてもある程度の性能を予測・解析する方法が提案されている。

従来のタイヤの性能の予測・解析は、路面を剛体としてモデル化して行われている（例えば、特許文献１，特許文献２，特許文献３参照。）。また、路面とタイヤとの間に流体を挿入してモデル化したタイヤの性能の予測・解析も提案されている（例えば、特許文献４参照。）。

特許第３３１４０８２号公報 特許第３３６３４４２号公報 特許第３３６３４４３号公報 特許第３１３３７３８号公報 特開２００７−９１０１７号公報

しかしながら、上述した従来の方法では路面を仮想的なものや剛体としてモデル化しており、実際の路面に存在する弾性や粘弾性を考慮したモデル化がなされていない。このような実際の路面に存在する弾性や粘弾性は、路面に接触するタイヤのトレッド部の変形に影響する。つまり路面の弾性や粘弾性を含んだ路面モデル化をしないと、トレッド部の変形を精度良く予測できないため正確なタイヤ性能解析が行えない問題がある。また、路面の弾性や粘弾性を考慮した従来例（例えば、特許文献５）もあるが、路面を均質なものとしているため、路面のモデル化は十分には成されておらず、シミュレーションの構成が不十分であるという問題がある。

本発明は、上述した問題点を解消し、精度の高いタイヤ性能解析を行うことができるタイヤ性能解析システム、トレッドパターン性能解析システム、タイヤ性能解析方法、トレッドパターン性能解析方法、タイヤ性能解析プログラム及びトレッドパターン性能解析プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）トレッド部を有する空気入りタイヤの性能を数値解析するタイヤ性能解析システムにおいて、
前記空気入りタイヤを有限個の要素でタイヤモデル化するタイヤモデル化手段と、
少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化し、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する路面モデル化手段と、
前記タイヤモデルを前記路面モデルに接触させるモデル接触手段と、
接触させた前記タイヤモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する解析手段と、
を具えることを特徴とするタイヤ性能解析システム。

（２）前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする上記（１）に記載のタイヤ性能解析システム。

（３）路面モデル化手段は、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする上記（１）または（２）に記載のタイヤ性能能解析システム。

（４）前記路面は複数の路面層からなり、
前記路面モデル化手段は、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
ことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のタイヤ性能解析システム。

（５）前記タイヤモデル化手段は、前記トレッド部のパターンを有限個の要素でモデル化することを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のタイヤ性能解析システム。

（６）タイヤのトレッドパターンの少なくとも一部を路面に接触させた状態の前記トレッドパターンの性能を数値解析するトレッドパターン性能解析システムにおいて、
前記トレッドパターンを有限個の要素でトレッドパターンモデル化するトレッドパターンモデル化手段と、
少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化し、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する路面モデル化手段と、
前記トレッドパターンモデルを前記路面モデルに接触させるモデル接触手段と、
接触させた前記トレッドパターンモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてトレッドパターン性能を数値解析する解析手段と、
を含むことを特徴とするトレッドパターン性能解析システム。

（７）前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする上記（６）に記載のトレッドパターン性能解析システム。

（８）路面モデル化手段は、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする上記（６）または（７）に記載のトレッドパターン性能解析システム。

（９）前記路面は複数の路面層からなり、
前記路面モデル化手段は、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
ことを特徴とする上記（６）〜（８）のいずれかに記載のタイヤ性能解析システム。

（１０）トレッド部を有する空気入りタイヤの性能を数値解析するタイヤ性能解析方法において、
前記空気入りタイヤを有限個の要素でタイヤモデル化するステップと、
少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化するステップであって、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成するステップと、
前記タイヤモデルを前記路面モデルに接触させるステップと、
接触させた前記タイヤモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析するステップと、
を含むことを特徴とするタイヤ性能解析方法。

（１１）前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする上記（１０）に記載のタイヤ性能解析方法。

（１２）路面モデル化ステップは、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする上記（１０）または（１１）に記載のタイヤ性能能解析方法。

（１３）前記路面は複数の路面層からなり、
前記路面モデル化ステップは、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
ことを特徴とする上記（１０）〜（１２）のいずれかに記載のタイヤ性能解析方法。

（１４）前記有限個の要素でタイヤモデル化するステップが、前記トレッド部のパターンを有限個の要素でモデル化することを特徴とする上記（１０）〜（１３）のいずれかに記載のタイヤ性能解析方法。

（１５）タイヤのトレッドパターンの少なくとも一部を路面に接触させた状態の前記トレッドパターンの性能を数値解析するトレッドパターン性能解析方法において、
前記トレッドパターンを有限個の要素でトレッドパターンモデル化するステップと、
少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化し、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成するステップと、
前記トレッドパターンモデルを前記路面モデルに接触させるステップと、
接触させた前記トレッドパターンモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてトレッドパターン性能を数値解析するステップと、
を含むことを特徴とするトレッドパターン性能解析方法。

（１６）前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする上記（１５）に記載のトレッドパターン性能解析方法。

（１７）路面モデル化ステップは、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする上記（１５）または（１６）に記載のトレッドパターン性能能解析方法。

（１８）前記路面は複数の路面層からなり、
前記路面モデル化ステップは、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
ことを特徴とする上記（１５）〜（１７）のいずれかに記載のタイヤ性能解析方法。

（１９）トレッド部を有する空気入りタイヤの性能を数値解析するタイヤ性能解析プログラムにおいて、
コンピュータに、
前記空気入りタイヤを有限個の要素でタイヤモデル化する命令と、
少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化する命令であって、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する命令と、
前記タイヤモデルを前記路面モデルに接触させる命令と、
接触させた前記タイヤモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する命令と、
を実行させるためのタイヤ性能解析プログラム。

（２０）前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする上記（１９）に記載のタイヤ性能解析プログラム。

（２１）路面モデル化命令は、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする上記（１９）または（２０）に記載のタイヤ性能解析プログラム。

（２２）前記路面は複数の路面層からなり、
前記路面モデル化命令は、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
ことを特徴とする上記（１９）〜（２１）のいずれかに記載のタイヤ性能解析プログラム。

（２３）前記タイヤモデル化する命令は、前記トレッド部のパターンを有限個の要素でモデル化することを特徴とする上記（１９）〜（２２）のいずれかに記載のタイヤ性能解析プログラム。

（２４）タイヤのトレッドパターンの少なくとも一部を路面に接触させた状態の前記トレッドパターンの性能を数値解析するトレッドパターン性能解析プログラムにおいて、
コンピュータに、
前記トレッドパターンを有限個の要素でトレッドパターンモデル化する命令と、
少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化する命令であって、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する命令と、
前記トレッドパターンモデルを前記路面モデルに接触させる命令と、
接触させた前記トレッドパターンモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてトレッドパターン性能を数値解析する命令と、
を実行させるためのトレッドパターン性能解析プログラム。

（２５）前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする上記（２４）に記載のトレッドパターン性能解析プログラム。

（２６）路面モデル化命令は、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする上記（２４）または（２５）に記載のトレッドパターン性能能解析プログラム。

（２７）前記路面は複数の路面層からなり、
前記路面モデル化命令は、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
ことを特徴とする上記（２４）〜（２６）のいずれかに記載のタイヤ性能解析方法。

本発明によれば、路面を有限個の要素で路面モデル化し、前記路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成することで、精度の高いタイヤ性能解析を行うことができるタイヤ性能解析システム、トレッドパターン性能解析システム、タイヤ性能解析方法、トレッドパターン性能解析方法、タイヤ性能解析プログラム及びトレッドパターン性能解析プログラムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るタイヤ性能解析システムの模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤモデルを示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤモデルを示す断面図である。 （ａ）は、通常の路面の断面図であり、（ｂ）（ｃ）は、図４（ａ）に示した路面の路面モデルを示す断面図である。 本発明の路面モデルを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤ側の接地圧分布を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るタイヤ性能解析方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るタイヤ性能解析システムの模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るタイヤモデルを示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るタイヤ性能解析方法を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係るゴムブロック側の接地圧分布を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るゴムブロック単体を示す斜視図である。

以下に図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るタイヤ性能解析システムは、図１に示すように、トレッド部を有する空気入りタイヤの性能を数値解析するタイヤ性能解析システムであって、中央処理装置（ＣＰＵ）１０、主記憶装置１１、タイヤモデル記憶装置１２、路面モデル記憶装置１３、入力装置１４、及び出力装置１５を備える。ＣＰＵ１０は、タイヤモデル化手段１００ａと、路面モデル化手段１０１と、モデル接触手段１０２と、解析手段１０３とを備える。また、ＣＰＵ１０は、図示を省略した記憶装置管理手段を備える。尚、数値解析には、有限要素法解析（ＦＥＭ）を用いる。

タイヤモデル化手段１００ａは、空気入りタイヤを有限個の要素２００ａ，２００ｂ，２００ｃ・・・の集合体で、図２に示すように、タイヤモデル化してタイヤモデル２０を形成する。要素２００ａ，２００ｂ，２００ｃ・・・は、ＣＰＵ１０で数値解析が可能なデータである。タイヤモデル化手段１００ａは、タイヤモデル２０のデータをタイヤモデル記憶装置１２に送信し記憶させる。

タイヤモデル２０は、図２に示すＡ−Ａで切った断面図である図３に示すように、トレッド部２１、ショルダー部２３、サイド部２４、及びビード部２５のモデルを備えている。トレッド部２１には溝２２が形成されており、トレッド部２１の溝２２によるパターンを有限個の要素でモデル化することができる。例えば、要素２００ａ，２００ｂ，２００ｃ・・・は、２次元の三角形・四角形からなる膜要素、３次元の四面体、五面体、または六面体からなるリソッド要素が挙げられる。また、各要素２００ａ，２００ｂ，２００ｃ・・・には、座標のデータ、タイヤの材料特性（例えば、ゴムの密度、弾性係数）等が定義されている。

ベルト、プライ等の補強部材は、シェル要素、膜要素、及びリバー要素でモデル化することができる。ビードワイヤ２６は、複数本のスチールコード全体を含むソリッド要素でモデル化しているが、それぞれのスチールコードを個別にソリッド要素、リバー要素、ビーム要素でモデル化することも可能である。

路面モデル化手段１０１は、路面を有限個の要素で路面モデル化し、路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成した路面モデル３０を形成する。
通常の路面は、図４（ａ）に示すように、表層３１、基層３２、路盤３３（上層路盤３３Ｕおよび下層路盤３３Ｌからなる）、路床３４、路体３５からなる。この路面をモデル化する際には、それぞれを別個にして５層にすることもできるし、従来行われている方法として、図４（ｂ）に示すように、表層３１と基層３２が同じ場合は両者で１層とし、路盤３３を１層、路床３４を１層とした合計３層に簡素化したソリッド要素とすることもできる。
ここで、それぞれの層を詳細に解析すると、表層３１および基層３２にはアスファルト混合物およびコンクリートが広く使われている。これらのアスファルト混合物およびコンクリートは、砂利、砂等を骨材として、アスファルト、セメント等をバインダーとして混合したものである。
そこで、本発明では、より詳細なシミュレーションを行うために、路面を有限個の要素で路面モデル化し、前記路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるようにモデル化を行う。具体的には、図４（ｃ）に一例を示すように、骨材ＡとバインダーＢを分けて路面をソリッド要素でモデル化している。
路面モデル化手段１０１は、路面モデル３０のデータを路面モデル記憶装置１３に送信し記憶させる。

本発明の路面モデルに関して、模式的に示した図５を用いて以下に説明する。本発明の路面モデルは、図５（ａ）に示すように、１層の路面Ｒの要素が少なくとも２つの互いに異なる物性Ａ、Ｂを具える場合、図５（ｂ）に示すように、路面を２層の路面Ｒ_１、Ｒ_２で構成し、路面Ｒ_１の要素が少なくとも２つの互いに異なる物性Ａ、Ｂを具え、路面Ｒ_１の要素が物性Ｃを具える場合、図５（ｃ）に示すように、路面を２層の路面Ｒ_１、Ｒ_２で構成し、路面Ｒ_１の要素が少なくとも２つの互いに異なる物性Ａ、Ｂを具え、路面Ｒ_１の要素が少なくとも２つの互いに異なる物性Ｃ、Ｄを具える場合、図５（ｄ）に示すように、路面を２層の路面Ｒ_１、Ｒ_２で構成し、路面Ｒ_１の要素が少なくとも２つの互いに異なる物性Ａ、Ｂを具え、路面Ｒ_１の要素が少なくとも２つの互いに異なる物性Ａ、Ｃを具える場合を含むものとする。

路面を剛体シェルでモデル化した場合のタイヤ側の接地圧分布を図６（ａ）に示す。こ
のとき、路面は剛体なので変形しないが、実際の路面は剛体ではなく、表層３１はもとより路盤３３を含めて弾性を持っている。タイヤのような弾性を持つ物体と、路面のようにタイヤよりは剛性が明らかに大きいが弾性を持つ物体が接触する場合、近似的には剛性の大きい路面を剛体としてモデル化することは可能である。しかし、本来はタイヤおよび路面の双方とも弾性を持つので、より精度良くタイヤ側の変形、応力、歪みを解析するためには路面側も弾性体としてモデル化する必要がある。
そこで、図６（ａ）に、路面を剛体シェルでモデル化した場合のタイヤ側の接地圧分布を示し、図６（ｂ）に、路面を弾性体としてモデル化した場合のタイヤ側の接地圧分布を示す。図６（ａ）に示す剛体路面上では、タイヤ幅方向中央部付近で接地圧が高いが、路面を弾性体としてモデル化することにより、この部分の路面変形量が大きくなり、その結果、図６（ｂ）に示すように均等な接地圧分布へと変化する。
さらに、路面を均質な弾性体あるいは粘弾性体としてモデル化するだけでなく、弾性率や粘性が異なる骨材とバインダーとを考慮することにより、さらに精度の良い解析を行うことができる。例えば、骨材の方がバインダーと比較して剛性が高いため、骨材密度が高い部分ではタイヤの接地圧が高くなる。このように路面を詳細にモデル化することで、より実使用条件に近い状態でのタイヤの接地圧分布を解析することが可能となる。

路面の表層３１に広く使われているアスファルトは粘性を持つことが知られている。一方、骨材の砂利や砂の粘性はアスファルトの粘性に比較して非常に小さい。このように、粘性を持つ材料が混合された路面にタイヤが接触する場合、粘性により路面側の変形量が時間によって変化する。この路面変形量はバインダーにかかる応力、歪に依存すること、
骨材の密度、配置によりこの応力、歪が変化することから、骨材を詳細にモデル化すればより精度良く変形量が分かる。このような時間変化を含めてより精度良くタイヤ側の変形、応力、歪を解析するためには路面側の弾性に加えて粘性を考慮することが好適である。

モデル接触手段１０２は、タイヤモデル記憶装置１２及びデータを路面モデル記憶装置１３からそれぞれタイヤモデル２０及び路面モデル３０を読み出し、タイヤモデル２０を路面モデル３０に接触させる。

解析手段１０３は、モデル接触手段１０２によって接触させたタイヤモデル２０と路面モデル３０に基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する。タイヤ性能の数値解析としては、タイヤモデル２０が路面モデル３０上を転動している際の強度及び状態等の挙動を解析する。

タイヤ性能解析システムは、入力装置１４、出力装置１５等をＣＰＵ１０につなぐ図示を省略した入出力制御装置（インターフェース）を備える。また、主記憶装置１１は、ＲＯＭ及びＲＡＭが組み込まれている。ＲＡＭはＣＰＵ１０におけるプログラム実行中に利用される情報等を逐次記憶し、作業領域として利用される情報メモリ等として機能する。タイヤモデル記憶装置１２及び路面モデル記憶装置１３は、磁気テープ、磁気ドラム、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいはＲＯＭ、ＲＡＭなどの半導体メモリ等を用いた記録部である。入力装置１４は、キーボード、マウス、ボイスデバイス又はライトペン等で構成される。出力装置１５としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ＣＲＴディスプレイやプリンタ等を用いることができる。

第１の実施の形態に係るタイヤ性能解析システムによれば、路面の異なる物性、例えば骨材とバインダーを考慮した路面モデル化をすることができるので、タイヤモデル２０のトレッド部２１の変形を精度良く予測でき、正確なタイヤ性能解析を行うことができる。

以下に、第１の実施形態に係るタイヤ性能解析システムを用いたタイヤ性能解析方法を図７のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１０１ａにおいて、タイヤモデル化手段１００ａで、空気入りタイヤを有限個の要素２００ａ，２００ｂ，２００ｃ・・・の集合体で、タイヤモデル化してタイヤモデル２０を形成する。そして、タイヤモデル２０のデータは、タイヤモデル記憶装置１２に送信され記憶される。

ステップＳ１０２において、路面モデル化手段１０１で、路面を有限個の要素で路面モデル化し、路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成した路面モデル３０を形成する。そして、路面モデル３０のデータは、路面モデル記憶装置１３に送信され記憶される。

ステップＳ１０３において、モデル接触手段１０２で、タイヤモデル記憶装置１２及びデータを路面モデル記憶装置１３からそれぞれタイヤモデル２０及び路面モデル３０を読み出し、タイヤモデル２０を路面モデル３０に接触させる。

ステップＳ１０４において、解析手段１０３で、モデル接触手段１０２によって接触させたタイヤモデル２０と路面モデル３０に基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する。

第１の実施形態に係るタイヤ性能解析方法によれば、路面の異なる物性、例えば骨材とバインダーを考慮した路面モデル化をすることができるので、タイヤモデル２０のトレッド部２１の変形を精度良く予測でき、正確なタイヤ性能解析を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係るタイヤ性能解析方法として図７に示した一連の命令、即ち
（ａ）空気入りタイヤを有限個の要素でタイヤモデル化する命令
（ｂ）路面を有限個の要素で路面モデル化する命令であって、路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する命令
（ｃ）タイヤモデルを路面モデルに接触させる命令
（ｄ）接触させたタイヤモデルと路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する命令
等は、図７と等価なアルゴリズムのプログラム（タイヤ性能解析プログラム）により、図１に示したＣＰＵ１０を制御して実行できる。プログラムは、図１に示したタイヤ性能解析システムを構成するコンピュータシステムの主記憶装置１１等に記憶させれば良い。また、プログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、保存した記録媒体を主記憶装置１１に読み込ませることにより、本発明の第１の実施形態に係る一連の命令を実行することができる。

ここで、「コンピュータ読取り可能な記録媒体」とは、例えばコンピュータの外部メモリ装置、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのプログラムを記録することができるような媒体などを意味する。具体的には、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＭＯディスク、カセットテープ、オープンリールテープなどが「コンピュータ読取り可能な記録媒体」に含まれる。例えば、マスクデータ生成システムの本体は、フレキシブルディスク装置（フレキシブルディスクドライブ）及び光ディスク装置（光ディスクドライブ）を内蔵若しくは外部接続するように構成できる。フレキシブルディスクドライブに対してはフレキシブルディスクを、また光ディスクドライブに対してはＣＤ−ＲＯＭを挿入口から挿入し、所定の読み出し操作を行うことにより、これらの記録媒体に格納されたプログラムを主記憶装置１１にインストールすることができる。また、所定のドライブ装置を接続することにより、例えばゲームパック等に利用されているメモリ装置としてのＲＯＭや、磁気テープ装置としてのカセットテープを用いることもできる。更に、インターネット等の情報処理ネットワークを介して、プログラムを他のプログラム記憶装置に格納することが可能である。

第１の実施形態に係るタイヤ性能解析プログラムによれば、路面の異なる物性を考慮した路面モデル化をすることができるので、タイヤモデル２０のトレッド部２１の変形を精度良く予測でき、正確なタイヤ性能解析を行うことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るタイヤ性能解析システムを図８に示す。本発明の第２の実施形態に係るタイヤ性能解析システムは、図１に示したタイヤ性能解析システムがタイヤモデルを用いた性能解析であるのに対し、トレッドパターンモデルを用いた解析である点が異なる。したがって、第２の実施形態に係るタイヤ性能解析システムは、図１に示したタイヤモデル化手段１００ａの代わりにトレッドパターンモデル化手段１００ｂを備える。その他は図１に示したタイヤ性能解析システムと実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。

トレッドパターンモデル化手段１００ｂは、図９に示すように、ゴムブロック２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ・・・を有するトレッド部２１のトレッドパターンを有限個の要素でモデル化してトレッドパターンモデルを形成する。トレッドパターンモデル化手段１００ｂは、トレッドパターンモデルのデータをタイヤモデル記憶装置１２に送信し記憶させる。

第２の実施形態に係るタイヤ性能解析システムによれば、路面を有限個の要素で路面モデル化し、路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成することができるので、トレッド部２１の変形を精度良く予測でき、正確なタイヤ性能解析を行うことができる。更に、トレッドパターンをモデル化することで、それぞれのゴムブロック２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ・・・内部の接地圧をより詳細に解析することができる。また路面側の小さな骨材分布をモデル化しているので、タイヤ側のトレッド部のパターンをモデル化すればより詳細にタイヤの接地圧を解析できるようになる。この結果、路面側の弾性や粘性があるため路面側の形状が変化し、それに伴いタイヤ側の形状も変化する。つまり路面を仮想的なものや剛体でモデル化する場合よりも、路面に骨材とバインダーの詳細モデル化を行い、弾性や粘性を考慮した場合は、トレッドパターンをモデル化すると、タイヤ側の変形、応力、歪みをより精度良く予測できる。

以下に、第２の実施形態に係るタイヤ性能解析システムを用いたタイヤ性能解析方法を図１０のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１０１ａにおいて、トレッドパターンモデル化手段１００ｂで、トレッド部２１のトレッドパターンを有限個の要素でモデル化してトレッドパターンモデルを形成する。そして、トレッドパターンモデルのデータは、タイヤモデル記憶装置１２に送信され記憶される。

ステップＳ１０２において、路面モデル化手段１０１で、路面を有限個の要素で路面モデル化し、路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成した路面モデル３０を形成する。そして、路面モデル３０のデータは、路面モデル記憶装置１３に送信され記憶される。

ステップＳ１０３において、モデル接触手段１０２で、タイヤモデル記憶装置１２及びデータを路面モデル記憶装置１３からそれぞれトレッドパターンモデル及び路面モデル３０を読み出し、トレッドパターンモデルを路面モデル３０に接触させる。

ステップＳ１０４において、解析手段１０３で、モデル接触手段１０２によって接触させたトレッドパターンモデルと路面モデル３０に基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する。

第２の実施形態に係るタイヤ性能解析方法によれば、路面を有限個の要素で路面モデル化し、路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成することができるので、トレッド部２１の変形を精度良く予測でき、正確なタイヤ性能解析を行うことができる。更に、トレッドパターンをモデル化することで、それぞれのゴムブロック２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ・・・内部の接地圧をより詳細に解析することができる。また路面側の小さな骨材分布をモデル化しているので、タイヤ側のトレッド部のパターンをモデル化すればより詳細にタイヤの接地圧を解析できるようになる。この結果、路面側の弾性や粘性があるため路面側の形状が変化し、それに伴いタイヤ側の形状も変化する。つまり路面を仮想的なものや剛体でモデル化する場合よりも、路面に骨材とバインダーの詳細モデル化を行い、弾性や粘性を考慮した場合は、トレッドパターンをモデル化すると、タイヤ側の変形、応力、歪みをより精度良く予測できる。

本発明の第２の実施形態に係るタイヤ性能解析方法として図１０に示した一連の命令、即ち
（ａ）トレッド部２１のトレッドパターンを有限個の要素でトレッドパターンモデル化する命令
（ｂ）路面を有限個の要素で路面モデル化する命令であって、路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する命令
（ｃ）トレッドパターンモデルを路面モデルに接触させる命令
（ｄ）接触させたトレッドパターンモデルと路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する命令
等は、図１０と等価なアルゴリズムのプログラム（タイヤ性能解析プログラム）により、図１に示したＣＰＵ１０を制御して実行できる。プログラムは、図１に示したタイヤ性能解析システムを構成するコンピュータシステムの主記憶装置１１等に記憶させれば良い。また、プログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、保存した記録媒体を主記憶装置１１に読み込ませることにより、本発明の第２の実施形態に係る一連の命令を実行することができる。

第２の実施形態に係るタイヤ性能解析プログラムによれば、路面を有限個の要素で路面モデル化し、路面の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成することができるので、トレッド部２１の変形を精度良く予測でき、正確なタイヤ性能解析を行うことができる。更に、トレッドパターンをモデル化することで、それぞれのゴムブロック２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ・・・内部の接地圧をより詳細に解析することができる。また路面側の小さな骨材分布をモデル化しているので、タイヤ側のトレッド部のパターンをモデル化すればより詳細にタイヤの接地圧を解析できるようになる。この結果、路面側の弾性や粘性があるため路面側の形状が変化し、それに伴いタイヤ側の形状も変化する。つまり路面を仮想的なものや剛体でモデル化する場合よりも、路面に骨材とバインダーの詳細モデル化を行い、弾性や粘性を考慮した場合は、トレッドパターンをモデル化すると、タイヤ側の変形、応力、歪みをより精度良く予測できる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るタイヤ性能解析方法は、ゴムブロック２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ・・・の単体を解析して、より精度良くゴムブロックの変形、応力、歪みを予測する。

図１１（ａ）〜（ｄ）に、ゴムブロック２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ・・・の単体を剛体路面上、弾性体路面上、及び粘弾性体路面上に押し付けた場合の接地圧分布を示す。
図１１（ａ）は、ゴムブロックを剛体路面上に押し付けた際の接地圧分布であり、図１１（ｂ）は、均質弾性体路面上に押し付けた際の接地圧分布である。図１１（ａ）に示す剛体路面上で接地圧が高い部分は、図１１（ｂ）に示す均質弾性体路面では、路面の変形量が増えるため、ゴムブロックの押しつぶされる量が減り、接地圧が低くなっていることが分かる。
さらに、図１１（ｃ）は、路面を骨材とバインダーでモデル化し、バインダーを弾性体でモデル化した場合に、ゴムブロックを路面上に押し付けた際の接地圧分布であり、剛性の高い骨材部分（図中円で表した部分）でブロックの接地圧が高くなっていることが分かる。さらに、図１１（ｄ）は、バインダーを粘弾性体でモデル化した場合に、ゴムブロックを路面上に押し付けてから１秒経過後の接地圧分布であり、図１１（ｃ）に示した骨材部分の接地圧が、時間経過と共に低下し、結果としてゴムブロックの接地圧分布が変化していることがわかる。
このように、トレッド部のゴムブロック単体を解析する場合も、路面の骨材とバインダーをモデル化し、さらに、路面の弾性および粘性を考慮することにより、精度良くゴムブロックの変形、応力、歪を予測することができる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、図２及び図９に示したタイヤモデルは一例であり、その他種々のタイヤモデルを用いることができる。

この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

次に、本発明の方法によりタイヤ性能を解析した実施例を以下に説明する。
実測例は、タイヤ（ＰＳＲ１９５／６５Ｒ１５）をリム（リム幅６Ｊ）に組み付けてタイヤ車輪とし、タイヤ内圧を２１０ｋＰａに調整した後、荷重４．４１ｋＮを与えた。３０℃のアスファルト路面上に富士フィルム製感圧紙を敷き、その上から上記条件でタイヤを押し付けて接地する部分の圧力を測定した。接地圧の最大値、平均値から偏差を求めた。
解析例は、実測例と同様の条件でタイヤモデルを作成した。そして、従来例１として剛体平坦路面と、発明例１として骨材とバインダーをモデル化した弾性体の平坦路面から、それぞれ路面モデルを作成した。作成したモデルを用いて、弾性体路面はシェル要素でモデル化し、厚さは実測例の表層と同じにし、弾性率も実測から求めた。
作成したタイヤモデルと路面モデルを用いて、接地圧の最大値、平均値からの偏差を求めた。実測結果を１００として指数にて評価した結果を表１に示す。表１より、骨材とバインダーをモデル化した弾性体路面（発明例１）では、剛体路面（従来例１）より実測に近い結果が得られたことが分かる。

以下に、ゴムブロック単体の種々の路面に対する接地圧の違いを計測した実施例を示す。
実測例は、図９に示したタイヤのタイヤ幅方向中央部のトレッドブロックを切り出し、図１２に示すようにゴムブロック単体（２０ｍｍ×２２ｍｍ×高さ８．２ｍｍ）として加工した。３０℃のアスファルト路面上に富士フィルム製感圧紙を敷き、その上にゴムブロック単体を配置した。ゴムブロック単体を１３ｋｇｆの荷重をかけて押し付けて接地する部分の圧力を測定した。測定は５秒後と１日放置後に実施した。測定した接地圧より、接地圧の最大値、平均値からの偏差を求めた。
解析例は、実測例と同様の条件でトレッドパターンモデルを作成した。そして、従来例２として剛体平坦路面と、発明例２Ａとして骨材とバインダーをモデル化した弾性体の平坦路面と、発明例２Ｂとして骨材とバインダーをモデル化した粘弾性体の平坦路面とから、それぞれ路面モデルを作成した。作成したトレッドパターンモデルと路面モデルを用いて、接地圧の最大値、平均値からの偏差を求めた。５秒後と１日放置後の実測結果を１００として指数にて評価した結果を表２に示す。表２より、粘弾性体路面（発明例２Ｂ）では、剛体路面（従来例２）、弾性体路面（発明例２A）より実測に近い結果が得られたことがわかる。

１０ ＣＰＵ
１１ 主記憶装置
１２ タイヤモデル記憶装置
１３ 路面モデル記憶装置
１４ 入力装置
１５ 出力装置
２０ タイヤモデル
２１ トレッド部
２２ 溝
２３ ショルダー部
２４ サイド部
２５ ビード部
２６ ビードワイヤ
３０ 路面モデル
３１ 表層
３２ 基層
３３ 路盤
３４ 路床
３５ 路体
１００ａ タイヤモデル化手段
１００ｂ トレッドパターンモデル化手段
１０１ 路面モデル化手段
１０２ モデル接触手段
１０３ 解析手段
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ 要素
２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ ゴムブロック

Claims (27)

1. トレッド部を有する空気入りタイヤの性能を数値解析するタイヤ性能解析システムにおいて、
   前記空気入りタイヤを有限個の要素でタイヤモデル化するタイヤモデル化手段と、
   少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化し、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する路面モデル化手段と、
   前記タイヤモデルを前記路面モデルに接触させるモデル接触手段と、
   接触させた前記タイヤモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する解析手段と、
   を具えることを特徴とするタイヤ性能解析システム。
2. 前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ性能解析システム。
3. 路面モデル化手段は、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ性能能解析システム。
4. 前記路面は複数の路面層からなり、
   前記路面モデル化手段は、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ性能解析システム。
5. 前記タイヤモデル化手段は、前記トレッド部のパターンを有限個の要素でモデル化することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ性能解析システム。
6. タイヤのトレッドパターンの少なくとも一部を路面に接触させた状態の前記トレッドパターンの性能を数値解析するトレッドパターン性能解析システムにおいて、
   前記トレッドパターンを有限個の要素でトレッドパターンモデル化するトレッドパターンモデル化手段と、
   少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化し、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する路面モデル化手段と、
   前記トレッドパターンモデルを前記路面モデルに接触させるモデル接触手段と、
   接触させた前記トレッドパターンモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてトレッドパターン性能を数値解析する解析手段と、
   を含むことを特徴とするトレッドパターン性能解析システム。
7. 前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする請求項６に記載のトレッドパターン性能解析システム。
8. 路面モデル化手段は、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする請求項６または７に記載のトレッドパターン性能解析システム。
9. 前記路面は複数の路面層からなり、
   前記路面モデル化手段は、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
   ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のタイヤ性能解析システム。
10. トレッド部を有する空気入りタイヤの性能を数値解析するタイヤ性能解析方法において、
    前記空気入りタイヤを有限個の要素でタイヤモデル化するステップと、
    少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化するステップであって、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成するステップと、
    前記タイヤモデルを前記路面モデルに接触させるステップと、
    接触させた前記タイヤモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析するステップと、
    を含むことを特徴とするタイヤ性能解析方法。
11. 前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする請求項１０に記載のタイヤ性能解析方法。
12. 路面モデル化ステップは、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする請求項１０または１１に記載のタイヤ性能能解析方法。
13. 前記路面は複数の路面層からなり、
    前記路面モデル化ステップは、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
    ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のタイヤ性能解析方法。
14. 前記有限個の要素でタイヤモデル化するステップが、前記トレッド部のパターンを有限個の要素でモデル化することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のタイヤ性能解析方法。
15. タイヤのトレッドパターンの少なくとも一部を路面に接触させた状態の前記トレッドパターンの性能を数値解析するトレッドパターン性能解析方法において、
    前記トレッドパターンを有限個の要素でトレッドパターンモデル化するステップと、
    少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化し、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成するステップと、
    前記トレッドパターンモデルを前記路面モデルに接触させるステップと、
    接触させた前記トレッドパターンモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてトレッドパターン性能を数値解析するステップと、
    を含むことを特徴とするトレッドパターン性能解析方法。
16. 前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする請求項１５に記載のトレッドパターン性能解析方法。
17. 路面モデル化ステップは、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする請求項１５または１６に記載のトレッドパターン性能能解析方法。
18. 前記路面は複数の路面層からなり、
    前記路面モデル化ステップは、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
    ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載のタイヤ性能解析方法。
19. トレッド部を有する空気入りタイヤの性能を数値解析するタイヤ性能解析プログラムにおいて、
    コンピュータに、
    前記空気入りタイヤを有限個の要素でタイヤモデル化する命令と、
    少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化する命令であって、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する命令と、
    前記タイヤモデルを前記路面モデルに接触させる命令と、
    接触させた前記タイヤモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてタイヤ性能を数値解析する命令と、
    を実行させるためのタイヤ性能解析プログラム。
20. 前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ性能解析プログラム。
21. 路面モデル化命令は、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする請求項１９または２０に記載のタイヤ性能解析プログラム。
22. 前記路面は複数の路面層からなり、
    前記路面モデル化命令は、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
    ことを特徴とする請求項１９〜２１のいずれかに記載のタイヤ性能解析プログラム。
23. 前記タイヤモデル化する命令は、前記トレッド部のパターンを有限個の要素でモデル化することを特徴とする請求項１９〜２２のいずれかに記載のタイヤ性能解析プログラム。
24. タイヤのトレッドパターンの少なくとも一部を路面に接触させた状態の前記トレッドパターンの性能を数値解析するトレッドパターン性能解析プログラムにおいて、
    コンピュータに、
    前記トレッドパターンを有限個の要素でトレッドパターンモデル化する命令と、
    少なくとも１層の路面層からなる路面の少なくとも１層の路面層を有限個の複数の要素で路面モデル化する命令であって、前記複数の要素の少なくとも２つは互いに異なる物性を具えるように構成する命令と、
    前記トレッドパターンモデルを前記路面モデルに接触させる命令と、
    接触させた前記トレッドパターンモデルと前記路面モデルに基づき、有限要素法解析を用いてトレッドパターン性能を数値解析する命令と、
    を実行させるためのトレッドパターン性能解析プログラム。
25. 前記物性が骨材とバインダーの物性を含むことを特徴とする請求項２４に記載のトレッドパターン性能解析プログラム。
26. 路面モデル化命令は、前記路面を粘弾性体としてモデル化することを特徴とする請求項２４または２５に記載のトレッドパターン性能能解析プログラム。
27. 前記路面は複数の路面層からなり、
    前記路面モデル化命令は、少なくとも２層の路面層を有限個の複数の要素に分割し、複数の要素の少なくとも２つが互いに異なる物性を具える少なくとも２層の路面層を路面モデル化し、前記少なくとも２層の路面層が具える要素の物性の少なくとも１つが、前記少なくとも２層の路面層間で互いに異なるように構成される、
    ことを特徴とする請求項２４〜２６のいずれかに記載のタイヤ性能解析方法。