JP2011219028A - シミュレーション方法及びシミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度の良いタイヤ性能予測を行うことを可能とする。
【解決手段】スムースタイヤモデルとともにタイヤモデルを構成する部分ブロックモデル、車体モデル及び流体モデルが作成されるとともに、空気入りタイヤの回転状態と、空気入りタイヤと車体との併進状態とに応じて、部分ブロックモデルの境界条件が設定される。更に、境界条件が設定された部分ブロックモデルの周囲の流体である空気の挙動が算出される。
【選択図】図２

Description

空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いたシミュレーション方法及びシミュレーション装置に関する。

空気入りタイヤの開発において、有限要素法などの数値解析手法や計算機環境の発達により、実際に空気入りタイヤを製造し、自動車に装着して走行試験を行わなくても、新たに設計した空気入りタイヤの走行性能や特性といったタイヤ性能の予測・評価が可能になってきた（例えば、特許文献１参照）。タイヤ性能予測方法を用いて、空気入りタイヤの設計・製造・評価といった開発サイクルの一部を数値解析で置き換えることで、空気入りタイヤの開発期間の短縮が実現されている。

近年では、空気入りタイヤの高性能化に伴って、複雑な構造を正確に表すことのできる構造モデルを作成し、この構造モデルを使って、より精度の高い解析を行いたいという要求が高まっている。そこで、従来のタイヤ性能予測方法では、平面に作成された２次元パターンにおいて要素分割を設定し、続いて、高さ方向（すなわち、タイヤ径方向）に細分化することによって３次元モデルを作成することができる。

特開２００６−１６８５０５号公報 第４図

しかし、従来は、次のような問題点があった。すなわち、空気入りタイヤと周囲の空気との間の熱の移動を示す熱伝達率を計算する場合、当該熱伝達率は、空気の流れ（挙動）に依存するため、当該空気の流れを精度良く計算することが要求される。しかしながら、従来は、空気入りタイヤのみをモデル化していたため、当該空気の流れを精度良く計算することができなかった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、精度の良いタイヤ性能予測を行うことが可能なシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は以下の特徴を備える。すなわち、本発明の第１の特徴は、車体に取り付けられる空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いたシミュレーション方法であって、車体モデルを作成するステップと、前記タイヤモデルと、前記車体モデルとを用いて、前記空気入りタイヤの周囲の流体のモデルの挙動を計算するステップとを備えることを要旨とする。

本発明の第１の特徴によれば、車体モデルを作成し、タイヤモデルと車体モデルとを用いて、空気入りタイヤの周囲の流体のモデルの挙動を計算しており、車体による流体の挙動の変化を考慮した計算が可能となる。

本発明の第２の特徴は、車体に取り付けられる空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いたシミュレーション方法であって、前記タイヤモデルの一部を構成し、前記空気入りタイヤのトレッド部に作成された溝と陸部との基本構造を有限個の要素に分割したトレッドパターンモデルを作成するステップと、前記トレッドパターンモデルを用いて、前記空気入りタイヤの周囲の流体のモデルの挙動を計算するステップとを備えることを要旨とする。

本発明の第２の特徴によれば、トレッドパターンモデルを作成し、当該トレッドパターンモデルを用いて、空気入りタイヤの周囲の流体のモデルの挙動を計算しており、トレッド部による流体の挙動の変化を考慮した計算が可能となる。

本発明の第３の特徴は、車体に取り付けられる空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いたシミュレーション方法であって、前記空気入りタイヤの回転の状態と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態とを設定するステップと、前記タイヤモデルと、設定された前記空気入りタイヤの回転の状態と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態とを用いて、前記空気入りタイヤの周囲の流体のモデルの挙動を計算するステップとを備えることを要旨とする。

本発明の第３の特徴によれば、空気入りタイヤの回転の状態と、空気入りタイヤと車体の併進の状態とを設定し、これらの状態とタイヤモデルとを用いて、空気入りタイヤの周囲の流体の挙動を計算しており、空気入りタイヤの回転の状態と、空気入りタイヤと車体の併進の状態とを考慮した計算が可能となる。

本発明の第４の特徴は、前記空気入りタイヤの回転の状態と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態とを設定するステップは、前記空気入りタイヤの回転と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態に応じて、前記タイヤモデルを再作成することを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、前記空気入りタイヤの回転の状態と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態とを設定するステップは、前記空気入りタイヤの回転と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態に応じて、前記タイヤモデルの境界条件を設定することを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、シミュレーション装置であって、上述のシミュレーション方法を実行することを要旨とする。

本発明によれば、精度の良いタイヤ性能予測を行うことが可能なシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供できる。

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図１は、本実施形態に係る空気入りタイヤの周囲の空気の挙動の解析方法を説明するフローチャートである。 図２は、スムースタイヤモデルを表す図である。 図３は、１ピッチ分のケース部モデルを表す図である。 図４は、１ピッチ分のトレッドパターンモデルを表す図である。 図５は、１ピッチ分のケース部モデルと、１ピッチ分のトレッドパターンモデルとの結合を表す図である。 図６は、車体モデルを表す図である。 図７は、部分ブロックモデルと、車体モデルと、流体モデルとのイメージを説明する図である。 図８は、本発明の実施形態に係るシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置の構成図である。

本発明に係るシミュレーション方法であるタイヤ性能予測方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）空気入りタイヤの周囲の空気の挙動の解析方法、（２）シミュレーション装置、（３）作用・効果、（４）その他の実施形態について説明する。

なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。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る。

（１）空気入りタイヤの周囲の空気の挙動の解析方法
以下、本発明の実施形態に係る、空気入りタイヤの周囲の空気の挙動の解析方法について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る、空気入りタイヤの周囲の空気の挙動の計算方法を説明するフローチャートである。

ステップＳ３１では、シミュレーション装置は、空気入りタイヤのタイヤモデルを作成する。ここで、タイヤモデルの作成手法としては、空気入りタイヤが変形しない状態で空気の挙動を解析する際のタイヤモデルの作成手法（第１の作成手法）と、空気入りタイヤが接地等によって変形した状態で空気の挙動を解析する際のタイヤモデルの作成手法（第２の作成手法）とがある。

第１の作成手法では、シミュレーション装置は、空気入りタイヤ全体に対応するタイヤモデルを作成する。

第２の作成手法では、シミュレーション装置は、タイヤモデルを作成するための数値解析手法として、有限要素法（ＦＥＭ）を適用する。具体的には、シミュレーション装置は、ゴム、ベルト、プライ、鉄、有機繊維等でできた補強コード、補強コードをシート状に束ねた補強材などの空気入りタイヤの内部構造のみが設定された、図２に示すスムースタイヤモデル２０を作成する。

次に、シミュレーション装置は、周方向の１ピッチ分のケース部のモデルを作成する。ケース部モデルは、空気入りタイヤのうち、一方のビードから他方のビードまで延在し、スムースタイヤモデルとトレッドパターンモデルとに対応する部分以外の部分のモデルである。図３は、１ピッチ分のケース部モデル２２を表す図である。１ピッチ分のケース部モデル２２は、空気入りタイヤのケース部のうち、周方向の１ピッチ分を有限個の要素によって分割したものである。

シミュレーション装置は、単位ブロックモデルを作成する。単位ブロックモデルは、空気入りタイヤの陸部ブロックのうち１ブロックを有限個の要素によって分割したものである。なお、単位ブロックモデルは、形状の異なるブロック毎に作成される。更に、シミュレーション装置は、周方向の１ピッチ分のトレッドパターンモデルを作成する。

図４は、１ピッチ分のトレッドパターンモデル２４を表す図である。１ピッチ分のトレッドパターンモデル２４は、単位ブロックモデルをタイヤトレッド幅方向及び周方向に複数個配列されることによって形成される。

シミュレーション装置は、スムースタイヤモデル２０に、周方向の全体に対応する数のピッチ分のケース部モデル２２を結合する。更に、シミュレーション装置は、周方向の全体に対応する数のピッチ分のケース部モデル２２に含まれる、１ピッチ分のケース部モデル２２のそれぞれに対して、１ピッチ分のトレッドパターンモデル２４を多点拘束（ＭＰＣ：Multiple Point Constraint）の手法により結合する。図５は、１ピッチ分のケース部モデル２２と、１ピッチ分のトレッドパターンモデル２４との結合を表す図である。

このように、第２の作成手法では、スムースタイヤモデル２０、周方向の全体に対応する数のピッチ分のケース部モデル２２、及び、周方向の全体に対応する数のピッチ分のトレッドパターンモデル２４が結合されることにより、タイヤモデルが作成される。更に、作成されたタイヤモデルについて、接地計算が行われ、接地により変形したタイヤモデル２５が得られる。以下においては、タイヤモデル２５は、第２の作成手法によって作成されるものとする。

ステップＳ３２では、シミュレーション装置は、空気入りタイヤが取り付けられる車体のモデルを作成する。図６は、車体モデル３０を説明する図である。

ステップＳ３３では、シミュレーション装置は、タイヤモデルの周囲の流体である空気のモデル（流体モデル）を作成する。ここでは、シミュレーション装置は、トレッドパターンモデル２４上に、流体の膜（気膜）を有限個の要素に分割した流体モデルを作成する。

図７は、本実施形態に係るタイヤ性能予測方法によって作成されるタイヤモデル２５と、車体モデル３０と、流体モデル４０とのイメージを説明する図である。シミュレーション装置は、トレッドパターンモデル２４と、車体モデル３０と、これらトレッドパターンモデル２４と車体モデル３０との間の流体モデル４０との３者モデルの間の物理量変化を算出することができる。

ステップＳ３４では、シミュレーション装置は、タイヤモデルの境界条件を設定する。ここでは、シミュレーション装置は、空気入りタイヤと車体とを空間に固定させ、空気入りタイヤの回転状態と、空気入りタイヤ及び車体の並進状態とを、境界条件として設定する。

ステップＳ３５では、シミュレーション装置は、トレッドパターンモデル２４の周囲の流体モデル４０の挙動を算出する。ここでは、シミュレーション装置は、境界条件が設定されたタイヤモデルを転動させる転動計算を実行することにより、流体モデル４０に生じるパターン表面の熱伝達率を算出する。

（３）シミュレーション装置
図８には、本発明の実施形態に係るタイヤ性能予測方法を実行するシミュレーション装置としてのコンピュータ３００の概略が示されている。図６に示すように、コンピュータ３００は、半導体メモリー、ハードディスクなどの記憶部（不図示）、処理部（不図示）などを備えた本体部３１０と、入力部３２０と、表示部３３０とを備える。処理部は、図１を用いて説明した空気の挙動の解析方法を実行する。

コンピュータ３００は、図示しないが着脱可能な記憶媒体と、この記憶媒体に対して書き込み・読み出しを可能にするドライバが備えられていてもよい。図１を用いて説明した空気の挙動の解析方法を実行するプログラムを予め記憶媒体に記録しておき、記憶媒体から読み出されたプログラムを実行してもよい。コンピュータ３００の記憶部にプログラムを格納（インストール）して実行してもよい。コンピュータ３００は、図示しないが、例えば、ネットワークに接続可能であってもよい。ネットワークを介して、タイヤ性能予測方法、及び、空気の挙動の計算方法を実行するプログラムを取得してもよい。

（４）作用・効果
本実施形態のシミュレーション方法によれば、シミュレーション装置は、タイヤモデルの一部を構成するトレッドパターンモデル２４、車体モデル３０及び流体モデル４０を作成するとともに、空気入りタイヤの回転状態と、空気入りタイヤと車体との併進状態とに応じて、タイヤモデルの境界条件を設定する。更に、シミュレーション装置は、境界条件が設定されたタイヤモデル内のトレッドパターンモデル２４の周囲の流体である空気の挙動を算出する。

このように、スムースタイヤモデル２０のみを用いたシミュレーションではなく、トレッドパターンモデル２４、車体モデル３０を用い、更に、タイヤモデルの境界条件を設定した上で、タイヤモデル内のトレッドパターンモデル２４の周囲の空気の挙動を算出しているため、車体による流体の挙動の変化、トレッド部による流体の挙動の変化、及び、空気入りタイヤの回転の状態と、空気入りタイヤと車体の併進の状態とを考慮した計算が可能となる。

（５）その他の実施形態
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が明らかとなる。例えば、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。

実施形態では、シミュレーション装置は、タイヤモデルの一部を構成するトレッドパターンモデル２４、車体モデル３０及び流体モデル４０を作成するとともに、空気入りタイヤの回転状態と、空気入りタイヤと車体との併進状態とに応じて、タイヤモデルの境界条件を設定し、境界条件が設定されたタイヤモデルの一部を構成するトレッドパターンモデル２４の周囲の流体である空気の挙動を算出した。しかし、シミュレーション装置は、トレッドパターンモデルを含まないタイヤモデルと、車体モデル３０及び流体モデル４０を用いて、空気の挙動を算出してもよい。また、シミュレーション装置は、空気入りタイヤと車体との併進状態とを考慮せずに、タイヤモデルの境界条件を設定し、境界条件が設定されたタイヤモデルの一部を構成するトレッドパターンモデル２４の周囲の流体である空気の挙動を算出するようにしてもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

２０…スムースタイヤモデル、２２…ケース部モデル、２４…トレッドパターンモデル、２５…切断面、３０…車体モデル、４０…流体モデル、３００…コンピュータ、３１０…本体部、３２０…入力部、３３０…表示部

Claims (6)

1. 車体に取り付けられる空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いたシミュレーション方法であって、
   車体モデルを作成するステップと、
   前記タイヤモデルと、前記車体モデルとを用いて、前記空気入りタイヤの周囲の流体のモデルの挙動を計算するステップと、
   を備えるシミュレーション方法。
2. 車体に取り付けられる空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いたシミュレーション方法であって、
   前記タイヤモデルの一部を構成し、前記空気入りタイヤのトレッド部に作成された溝と陸部との基本構造を有限個の要素に分割したトレッドパターンモデルを作成するステップと、
   前記トレッドパターンモデルを用いて、前記空気入りタイヤの周囲の流体のモデルの挙動を計算するステップと、
   を備えるシミュレーション方法。
3. 車体に取り付けられる空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いたシミュレーション方法であって、
   前記空気入りタイヤの回転の状態と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態とを設定するステップと、
   前記タイヤモデルと、設定された前記空気入りタイヤの回転の状態と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態とを用いて、前記空気入りタイヤの周囲の流体のモデルの挙動を計算するステップと、
   を備えるシミュレーション方法。
4. 前記空気入りタイヤの回転の状態と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態とを設定するステップは、前記空気入りタイヤの回転と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態に応じて、前記タイヤモデルを再作成する請求項３に記載のシミュレーション方法。
5. 前記空気入りタイヤの回転の状態と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態とを設定するステップは、前記空気入りタイヤの回転と、前記空気入りタイヤと前記車体の併進の状態に応じて、前記タイヤモデルの境界条件を設定する請求項３に記載のシミュレーション方法。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載のシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置。

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