JP2012131485A - リブシフト法による第２次調波の改善 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ構成の高速均一性性能を向上させる方法を提供する。
【解決手段】次数の小さい調波と次数の大きい調波の少なくとも一方を低減させてタイヤ性能の高速均一性を向上させる方法に係る。この方法は、第１のトレッド構成を有する第１のタイヤを高速に回転させることによって生じる力の変動を求めることを含む。力の変動の第２次調波を分析する。第１のトレッド構成の１つまたは２つ以上のリブを周方向にシフトさせて第２次調波を単独であるいは他の調波と組み合わせて最小限に抑える第２のトレッド構成を生成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、概して、高速均一性を向上させるタイヤトレッド構成の改良に関する。

移動中の車輌に伴う振動は、少なくとも部分的にはタイヤ／路面接触力によるものである。このような振動は、タイヤの回転によって増幅され、走行中に律動を生じさせるタイヤ構成の非均一性によって生じると考えられる。このような振動は、タイヤ／車輌システムの共鳴によってさらに増幅される可能性がある。

一般に、振動の振幅は、車輌の速度が上昇するにつれて大きくなる。したがって、タイヤ製造業界内では、高速時の性能を向上させるようにタイヤの構成を改良することに強い関心が抱かれている。タイヤが最高２５０ｋｍ／ｈ（約１５５ｍｐｈ）の自動車速度と同等の角速度で回転するときに生成される様々な力を定量化する高速均一性（「ＨＳＵ」）装置が市販されている。あるいは、コンピュータモデルが実際のタイヤの組み立てなしで力の変動をシミュレートするように構成されている。

米国特許第７１９５０４７号明細書 米国特許第７５３３０１０号明細書 米国特許第６８００１６１号明細書

タイヤトレッドの形状および剛性を含む、タイヤ構成の効果を評価することによって、タイヤのＨＳＵ性能を引き続きさらに向上させることに強い関心が寄せられている。

本発明は、低調波と高調波の少なくとも一方を低減させて高速均一性性能を改善することによってタイヤ構成の高速均一性性能の前述の欠点およびその他の欠点を解消する。本発明についてある実施態様に関連して説明するが、本発明がこれらの実施態様に限定されないことが理解されよう。逆に、本発明は、本発明の趣旨および範囲内に含まれると考えられるすべての代替実施態様、修正実施態様、および均等実施態様を含む。

例示的な一実施態様では、本発明は、タイヤ性能の高速均一性を向上させる方法に関する。この方法は、第１のタイヤを高速で回転させることによって生じる力の変動を求めることを含む。第１のタイヤは第１のトレッド構成を有する。力の変動の第２次調波を分析する。第１のトレッド構成の１つまたは２つ以上のリブを周方向にシフトして第２次調波を最小限に抑える第２のタイヤ構成を生成する。

第１のトレッド構成を有する第１のタイヤをモデル化し、その回転をコンピュータ上でシミュレートしてもよい。あるいは、タイヤを組み立て、高速均一性装置上で回転させてもよい。

この方法は、力の変動の第ｎ次調波を分析することをさらに含んでもよい。１つまたは２つ以上のリブは、第ｎ次調波の最小化に従ってさらにシフトされる。

例示的な他の実施態様では、本発明は、第１および第２のショルダリブと、第１のリブと第２のリブの間の少なくとも１つの中間リブとを有するタイヤトレッド構成に関する。各リブは、複数のブロック部材からなるピッチ配列を含む。第２のショルダリブと少なくとも１つの中間リブの少なくとも一方のブロック部材からなるピッチ配列を第１のショルダリブに対してシフトして、タイヤが高速で回転するときに力の変動の第２次調波を最小限に抑える。

本発明の上記の目的および利点ならびに他の目的および利点は、添付の図面およびその説明から明らかになろう。

本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の複数の実施形態を示し、上記の本発明の概略的な説明および以下の実施形態の詳細な説明と一緒に、本発明の原則を説明する働きをする。

第１のトレッド構成を有するタイヤの部分断面斜視図である。 図１のタイヤの斜視図である。 図１のタイヤのトレッド構成の２つのブロック部材およびサイプの概略図である。 図１〜図３のタイヤが取り付けられているように示されている高速均一性（「ＨＳＵ」）装置の側面図である。 本発明の複数の実施形態に係る調波分析を実行するように構成されたコンピュータの概略図である。 周期波形を示すグラフである。 図６の波形、および図６の波形の４つの次数の調波を示すグラフである。 タイヤトレッド構成の高速均一性を向上させる例示的な一方法を示すフローチャートである。 トレッド構成を構成する４つのリブの各々のシフトを示す半径方向プロットである。 ４つのリブの各々が２０個のブロック部材を含み、各リブが図８の半径方向プロットに従ってシフトされている、図式的な３６０度分のトレッド構成である。 リブが図８および図９に示されているようにシフトされているタイヤのリブのシフト度とその結果得られる調波の振幅との関係を示す図である。 リブが図８および図９に示されているようにシフトされているタイヤのリブのシフト度とその結果得られる調波の振幅との関係を示す図である。 リブが図８および図９に示されているようにシフトされているタイヤのリブのシフト度とその結果得られる第２次調波および第８０次調波との関係を示す図である。

（定義）
以下の用語は、本明細書内の説明全体にわたって使用されるものであり、一般に、以下の他の説明と矛盾しないかあるいは他の説明によって具体的に述べられていないかぎり次の意味を有するものとする。

「エアチャンバ」は、タイヤがリム上に設置されたときにタイヤとリムとの間に形成される空気が入った環状のチャンバを意味する。

「軸線方向の」は、タイヤの軸線に平行な方向を指す。

「ビード」は、ビード領域のコアを形成し、タイヤをリムに保持することに関連する、周方向にほぼ伸長不能な金属線組立体を意味する。

「ベルト」または「補強ベルト」は、織物または不織布であり、トレッドの下に位置し、ビードに固定されておらず、タイヤの赤道面に対する左右のコード角度が１７°から２７°の範囲である、互いに平行な複数のコードの少なくとも２つの環状の層すなわちプライを意味する。

「ブロック部材」は、周方向溝またはショルダと、左右方向に延びる一対の溝または場合によってはサイプとによって画定されるタイヤトレッド部材を意味する。

「ブロック幅」は、縦方向におけるブロック部材面のアーク長を意味する。

「ブロック長さ」は、タイヤトレッドの円周に沿ったブロック部材のアーク長を意味する。

「周方向の」は、軸線方向に垂直なタイヤトレッドの表面の周縁に沿って延びるラインまたは方向を意味する。

「フットプリント」は、速度が零であり標準荷重および標準空気圧下にあるときに、タイヤトレッドと平坦な面が接触する接触部分すなわち接触領域を意味する。

「インナーライナ」は、タイヤが組み立てられたときにカーカスの内側を覆いかつエアチャンバに面する成形済みのゴム層を意味する。

「溝」は、タイヤトレッドに沿って周方向または左右方向に直線状、曲線状、またはジグザグ状に延びてよいタイヤトレッド内の細長い空洞領域を意味する。周方向および左右方向に延びる複数の溝は、共通部分を有することがある。各溝は、タイヤにおける深さが一定でなくてよい。溝の深さは、タイヤトレッドの円周に沿って一定でなくてよく、あるいは１つの溝の深さが、一定であってあるが、タイヤの他の溝の深さとは異なっていてもよい。溝は一般にタイヤのフットプリントにおいて開放されている。

「左右方向」は、タイヤの一方のサイドウォールから、概ねタイヤトレッドを横切りかつタイヤの円周に垂直にタイヤの他方のサイドウォールに向かう方向である。

「左右方向の力の変動」は、タイヤの左右方向（軸線方向）の力がタイヤの円周に沿って不均一であり、それによって走行時に左右方向の振動（たとえば、ウォブリング）が生じることを指す動的不均一性を意味する。この変動は通常、縦方向の外郭とタイヤの円周の両方に沿って寸法、剛性、または質量分布が不均一であることによって生じる。

「縦」または「縦方向の」は、タイヤ軸線を含む平面に沿ったタイヤの断面を指す。

「オーバレイ」は、ベルトの外面に沿って位置し、動作時にベルトを安定させる織物材料を意味する。

「プライ」は、タイヤの従来のカーカスを形成するようにゴムで覆われかつビード同士の間に巻かれた、カレンダ仕上げされた織り糸である。

「空気入りタイヤ」は、一般にトロイダル状で通常は開放されたトーラスであり、複数のビードとトレッドとを有し、ゴム、化学物質、織物、および鋼または他の材料で作られている、積層された機械的装置を意味する。タイヤは、車輪上に取り付けられたときに、タイヤのトレッドを通じて静止摩擦を生じさせ、車輌の荷重を支える流体を含む。

「半径方向の（ラジアル）」は、半径方向においてタイヤの回転軸線に向かうかあるいは軸線から離れる方向を指す。

「半径方向の力の変動」は、タイヤの半径方向の力がタイヤの円周に沿って不均一であり、それによって走行時に垂直方向および前後方向の振動が生じることを指す動的不均一性を意味する。この変動は通常、タイヤの円周に沿って寸法、剛性、または質量分布が不均一であることによって生じる。

「リブ」は、少なくとも１つの周方向溝と第２のそのような溝または左右の縁部とによって画定され、全深さ溝によって左右方向に分割されない、タイヤトレッド上のゴムの周方向に延びるストリップを意味する。

「サイドウォール」は、タイヤの、タイヤトレッドとビード領域との間の部分を意味する。

「ショルダ」は、タイヤトレッド縁部のすぐ下の、サイドウォールの上部を意味する。

「サイプ」は、タイヤのトレッド部材に成形され、タイヤトレッドブロックを細分し、静止摩擦を向上させる小さい長穴を意味する。サイプは一般に、幅が狭く、タイヤのフットプリントにおいて開放されたままである溝とは異なりタイヤのフットプリントにおいて閉鎖される。

「サイプ長さ」は、同じリブのタイヤトレッドの連続するブロック部材同士の間のサイプのアーク長を意味する。

「接線方向の」は、両方の円形線分に相互に接する単一の線を引くことができる点で交差する円曲線の複数の線分を指す。

「接線方向の力の変動」は、タイヤのビード領域の回転に対するタイヤの外面の不均一な回転を意味する。この変動は、タイヤトレッドの接線方向でありかつタイヤの回転軸線に垂直である方向においてタイヤと路面の間の接触面で発生する前後方向の力または「圧縮引張」力の変動を生じさせる。

「タイヤ軸線」はタイヤの回転軸線を意味する。

「トレッド」は、タイヤが標準空気圧および標準荷重下にあるときに路面に接触するタイヤの部分を含む、成形済みのゴム構成部材を意味する。

（実施例）
次に各図、特に図１〜図３を参照すると、空気入りタイヤ（「タイヤ」）１０が部分断面図で示されている。タイヤ１０は、エアチャンバ（不図示）内に空気を閉じ込められるようにするインナーライナ１２と、特定の形状を形成する１つまたは２つ以上のプライ１４と、インナーライナ１２および１つまたは２つ以上のプライ１４を環境要素から保護する複数のサイドウォール１６と、タイヤの剛性を高める１つまたは２つ以上のベルト１８と、タイヤトレッド（「トレッド」）２０とを有する複合構造である。トレッド２０は、濡路面および乾路面牽引性、ハイドロプレーニングの可能性に対する対処、騒音レベル、コーナリング時の車輌のハンドリング、およびハンドルの応答といった所望の機能に応じた特定の構成を含む。

トレッド２０は、図１および図２に示されているように、４つのリブ、すなわち、第１のショルダリブＳ１、第２のショルダリブＳ２、並びに第１および第２の中間リブＩＭ１，ＩＭ２を含む。具体的には示されていないが、１つまたは２つ以上の中央リブを含めてもよい。リブＳ１，ＩＭ１，ＩＭ２，Ｓ２は、トレッド２０と路面（不図示）との間の周方向の接触点を形成している。ショルダリブＳ１，Ｓ２は、タイヤ１０に沿って左右両方向に延びており、車輌の操作時にトレッド２０と路面（不図示）を確実に接触させる。リブＳ１，ＩＭ１，ＩＭ２，Ｓ２の各々は、周方向溝３０によって隣接する１つまたは２つ以上のリブから全体的に分離されている。

リブＳ１，ＩＭ１，ＩＭ２，Ｓ２の各々は複数のブロック部材（「ブロック」）３２すなわちセグメントで構成されており、各ブロック３２は左右方向溝３４によって隣接するブロック３２から少なくとも部分的に分離されている。特定のトレッドパターンは、互いに分離されたブロック３２と互いに連結されたブロック３２の任意の組み合わせを含んでもよい。図３は、必ずしも原寸に比例していないが、連続する２つのブロック３２ａ，３２ｂおよび関連する左右方向溝３４をある程度さらに詳しく示す概略図である。各ブロック３２ａ，３２ｂは、トレッド２０の周方向に沿った長さｌｂと、半径方向においてｌｂに直交する幅ｗとを有する。ブロック３２ａ，３２ｂは、本明細書では同様のｌｂを有するように示されているが、このことは必須ではない。また、ブロック３２ａ，３２ｂは、長さｌｓを有する左右方向溝３４によって分離されている。当業者には、複数のブロック３２と複数の左右方向溝３４の少なくとも一方の様々な組み合わせが可能であり、あるタイヤ性能を発揮するうえで実際に有利であると考えられることが容易に理解されよう。複数のブロックの特定の配列またはユニットが、リブＳ１，ＩＭ１，ＩＭ２，Ｓ２の長さまたは範囲にわたって繰り返されており、ピッチと呼ばれている。

複数の左右方向溝３４および周方向溝３０は全体として、各ブロック３２のある移動および変形を可能にし、したがって、タイヤ１０と路面との間の静止摩擦を向上させる。リブ同士の間ではなく同じリブ内の、サイプ３４の数および形状と、ブロック３２の相対的なサイズおよび形状は、リブＳ１，Ｉｍ１，Ｉｍ２，Ｓ２の相対的な剛性を調整するように変更されてよく、静止摩擦に影響を与える。

次に、図１〜２および図４を参照すると分かるように、タイヤ１０がリム上に取り付けられると、ビード組立体４０がタイヤ１０をリムに固定するように動作する。たとえば、品質管理および製品試験時に、タイヤ１０が高速均一性（「ＨＳＵ」）装置のリム５２上に取り付けられることがある。一例として図４に示されたＨＳＵ装置５４は、タイヤ１０を高速に回転させ、３つの方向、すなわち半径方向５６、左右方向５８、および接線方向６０の１つまたは２つ以上の方向においてタイヤ１０に対する力の変動を測定する。高速は、少なくとも１０ｍｐｈ（１６ｋｐｈ）のすべての直線速度を含む。

１つの適切なＨＳＵ装置として、オハイオ州アルコンのＴＭＳＩから市販されているＭｏｄｅｌ １０６４Ｂ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｍａｃｈｉｎｅがある。ＨＳＵ装置５４はロードホイール６２を含んでおり、ロードホイール６２は路面を模倣するように、取り付けられたタイヤ１０と接触する。ロードホイール６２は、複数の車軸または構造部材を含んでもよい車軸６４によって回転式モータ（不図示）に結合されている。リム５２を有する車輪１０およびロードホイール６２は、キャリッジプラットフォーム６６に結合されている。キャリッジプラットフォーム６６は、タイヤ１０に対する特定の車輌の荷重をシミュレートするようにタイヤ１０とロードホイール６２との相互作用量を選択するタイヤ荷重アクチュエータ７０をさらに含んでもよい。

タイヤが特定の角速度ωで回転すると、１つまたは２つ以上のフォースセル７１（図５）が、３つの方向５６，５８，６０の各々における力の変動を測定する。フォースセル７１（図５）は、タイヤに物理的に接触し、かつタイヤの回転時にたわむ接触スタイラス若しくはタッチプローブのようなアナログ装置、またはタイヤの回転時に変更される電界を生成する容量センサ若しくはタイヤの回転時に反射光の変化が測定されるレーザセンサなどのデジタル装置を含んでよい。フォースセル７１（図５）によって生成されたアナログ信号またはデジタル信号は、公知の方法、例えば有線通信または無線通信を介してコントローラ７４に送信される。コントローラ７４は、以下に詳しく説明するように信号を記憶するか、信号を送信するか、あるいは信号を処理するように構成されてよい。

コントローラ７４は、任意の種類のコンピュータ、コンピュータシステム、コンピューティングシステム、サーバ、ディスクアレイ、またはマルチユーザコンピュータ、単一ユーザコンピュータ、ハンドヘルド装置、ネットワーク化された装置のようなプログラム可能な装置などを表すとみなされる、図５に示されたコンピュータなどのコンピュータ８４であってよい。コンピュータ８４は、たとえば、クラスタまたは他の分散コンピューティングシステムにおける１つまたは２つ以上のネットワーク化されたコンピュータを使用して実現されてよい。コンピュータ８４は、説明を簡単にするために「コンピュータ」と呼ばれる。ただし、「コンピューティングシステム」が本発明の各実施形態と矛盾しない適切な他のプログラム可能な電子装置を含んでもよいことを理解されたい。

コンピュータ８４は、いくつかの異なる種類の周辺装置、たとえば、大容量記憶装置９０、（たとえば、ユーザ入力装置およびディスプレイを含む）ユーザインタフェース９２、およびネットワークインタフェース９４と一緒に、メモリ８８に結合された少なくとも１つの処理ユニット８６（「ＣＰＵ」として示されている）を通常含んでいる。メモリ８８は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、非揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、永続性メモリ、フラッシュメモリ、少なくとも１つのハードディスクドライブおよび他のデジタル記憶媒体のうちの少なくとも１つを含んでもよい。大容量記憶装置９０は通常、少なくとも１つのハードディスクドライブであり、別個のエンクロージャ内、または、１つ若しくは２つ以上のネットワーク化されたコンピュータ、（例えば、テープドライブを含む）１つ若しくは２つ以上のネットワーク化された記憶装置、および（例えば、サーバを含む）１つ若しくは２つ以上の他のネットワーク化された装置の少なくとも１つの装置内のように、コンピュータ８４の外部に配置されてよい。

図５に示されているように、コンピュータ８４は１つの処理ユニット８６を含む。処理ユニット８６は、様々な実施形態では、当技術分野で公知のようにシングルスレッド処理ユニット、マルチスレッド処理ユニット、マルチコア処理ユニットおよびマルチエレメント処理ユニット（不図示）の少なくとも１つであってよい。他の実施形態では、コンピュータ８４は、複数のシングルスレッド処理ユニット、複数のマルチスレッド処理ユニット、複数のマルチコア処理ユニット、複数のマルチエレメント処理ユニット、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１種を含む複数の処理ユニットを含んでいてもよい。同様に、メモリ８８は、当技術分野で公知のように個々の処理ユニット８６または複数の処理ユニット（不図示）に働く１つまたは２つ以上のレベルのデータキャッシュ、命令キャッシュ、および組み合わせキャッシュの少なくとも１つを含んでよい。

コンピュータ８４のメモリ８８は、当技術分野で公知のようにコンピュータ８４の一次動作を制御するオペレーティングシステム１０４（「ＯＳ」として示されている）を含んでよい。メモリ８８は、オペレーティングシステム１０４と組み合わされて実行され、かつ本明細書で説明するように調波分析とトレッド設計の少なくとも一方といったタスクを実行するように構成された少なくとも１つのアプリケーション１０６または他のソフトウェアプログラムを含んでもよい。

一般に、本発明の各実施形態を実現するように実行されるルーチンは、オペレーティングシステム１０４の一部として実現されるか、それとも特定のアプリケーション１０６、コンポーネント、アルゴリズム、プログラム、オブジェクト、モジュール、または命令のシーケンス、あるいは場合によってはそれらのサブセットとして実現されるかにかかわらず、本明細書では「コンピュータプログラムコード」または単に「プログラムコード」と呼ばれる。プログラムコードは通常、コンピュータ８４内のメモリ８８および大容量記憶装置９０の少なくとも一方に常駐し、コンピュータ８４内の処理ユニット８６によって読み取られ実行されたときに、本発明の様々な態様を具体化するステップまたは要素を実行するのに必要なステップをコンピュータ８４内の処理ユニット８６に実行させる１つまたは２つ以上の命令を有する。

当業者には、図５に示されている環境が本発明を限定するものではないことが認識されよう。そればりでなく、当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに他のハードウェア環境とソフトウェア環境の少なくとも一方を使用できることが認識されよう。

引き続き図５を参照し、さらに図６および図６Ａを参照して、タイヤの均一性を判定する際に使用されてよい例示的な調波分析について説明する。調波分析によれば、３つの方向５６，５８，６０（図２）の少なくとも１つの方向における力の変動が検出され、時間と相関される。力の変動は、時間またはタイヤの回転度に応じて異なり、波形ｆ（ｔ）１０８としてオシロスコープ上に表示されるかあるいはコンピュータ８４（図５）上で再構成されてよい。タイヤ１０（図１）が完全に回転し、すなわち、タイヤが３６０°回転するたびに、トレッド２０（図１）の同じ位置または同じ回転度がサンプリングされるため、力の変動の同じ振幅をある時間間隔で測定する必要があり、ｆ（ｔ）１０８は周期的であると言われる。ｆ（ｔ）１０８の周期性は、２π周期関数、すなわち、［−π、π］に対して積分可能な関数のフーリエ級数として記述されてよく、この場合、２πラジアンは３６０°と等価である。

上式で、ｔは時間であり、ａ_ｎおよびｂ_ｎはｆ（ｔ）のフーリエ係数であり、次式のように定義される。

再び式１を参照すると、波形ｆ（ｔ）は正弦／余弦を含むｎ個の項に分解されてよく、ｎは１から∞までの範囲であり、各項は次式によって与えられる。

ｎ＝１項は、最長空間周期、すなわち最低空間周波数を含み、基本調波すなわち第１次調波と呼ばれることが少なくない。ｎ＝２，３，４，・・・項は、順に短くなる空間周期、すなわち順に高くなる空間周波数を有し、それぞれ、第２次調波、第３次調波、第４次調波などである。

図６Ａは、ｆ（ｔ）１０８についての第１〜第４次調波１１０，１１２，１１４，１１６とともにｆ（ｔ）１０８を示している。タイヤトレッド構成の当業者には、より小さい次数の調波、すなわち第１次調波、第２次調波、第３次調波および第４次調波の少なくとも１つの評価がタイヤの均一性を反映し、より大きい次数、通常約５０次から約８０次までの範囲の調波の評価が可聴騒音を反映することが理解されよう。

タイヤ構成の詳細を概略的に説明したが、次に図１〜３および図７〜１１を参照して、リブシフト法によって特定のトレッド構成の高速均一性を向上させる例示的な方法１２０について詳しく説明する。

方法１２０ではまず、ブロック１２２で、第１のタイヤトレッド構成が決定される。タイヤ１０は、第１のタイヤトレッド構成に応じて製造およびモデル化の少なくとも一方が実施される。タイヤトレッド構成はたとえば、図１〜２に示されているかまたは以下に詳しく説明する図８および図９による構成に類似していてよいが、これらの特定の構造および構成は必要でも必須でもなく、方法１２０は、本明細書に図示し説明する任意の特定のトレッド構成に限定されるべきものではない。

例示のために、図８および図９は、第１および第２のショルダリブＳ１，Ｓ２と第１および第２の中間リブＩｍ１，Ｉｍ２とを有する１つのトレッド構成を示している。このトレッド構成は図９に３６０度分のトレッドとして示されており、トレッド２０と路面のような平面が接触することによって形成される直線的な陰画の痕跡（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）である。例示のためのみに、各リブＳ１，ＩＭ１，ＩＭ２，Ｓ２は、２０個のブロック（Ｂ１〜Ｂ２０で示されている）またはそれぞれ４つのブロックから成る５つのユニット（４つのブロックの組）で構成されており、ピッチは４に等しいと言われる。本明細書で２０ブロックリブのパターンを使用しているのは、便宜上のことに過ぎず、前述の方法を簡略化するのを助けるものであり、制限とみなされるべきものではない。

第１のショルダリブＳ１は、連続するブロックＢ１〜Ｂ２０を含み、０°のリブまたは位相シフトを有する図８の半径方向プロットに示されているような相対的なベースラインを形成している。第２のショルダリブＳ２および中間リブＩＭ１，ＩＭ２は、第１のショルダリブＳ１に対して物理的にシフトされている。他の言い方をすれば、４つのリブＳ１，ＩＭ１，ＩＭ２，Ｓ２の各々は、ブロックＢ１〜Ｂ２０を他のリブのブロックＢ１〜Ｂ２０に対してずらすように、タイヤ１０（図１）の円周に沿って回転させられている。例えば、各図に示されているように、第２のショルダリブＳ２は第１のショルダリブＳ１に対して９０°シフトされている。これは、第１のブロックＢ１_Ｓ２が第１のショルダリブＳ１の第６のブロックＢ６_Ｓ１に揃うように第２のショルダリブＳ２のブロック（Ｂ１〜Ｂ２０）_Ｓ２をずらすことによって図９に概略的に示されている。この計算は、当業者には明らかであり、次式を含む。

上式で、θはリブシフト度であり、ｘはリブが他のリブに対してシフトされるブロックの数である（たとえば、θ＝９０°の場合、ｘ＝５である）。

同様に、図８において、第１の中間リブＩＭ１は第２のショルダリブＳ２に対して９０°シフトされ、第１のショルダリブＳ１に対して１８０°シフトされている。その結果、第１の中間リブＩＭ１の第１のブロックＢ１_ＩＭ１が、１０ブロックずれて第１のショルダリブＳ１の第１１のブロックＢ１１_Ｓ１に揃う。第２の中間リブＩＭ２は第１のショルダリブＳ１と第１の中間リブＩＭ１の両方に対して９０°シフトされ、第２のショルダリブＳ２に対して１８０°シフトされている。その結果、第２の中間リブＩＭ２の第１のブロックＢ１_ＩＭ２が、１５ブロックずれて第１のショルダリブＳ１の第１１のブロックＢ１６_Ｓ１に揃う。

それから、このタイヤトレッド構成に従い、従来公知でありかつタイヤ製造業の当業者によって使用されているいくつかの方法および材料のうちの１つを使用して、タイヤは製造される。タイヤ１０を製造する例示的な一方法は、開示が引用によって全体的に本明細書に組み込まれる特許文献１に記載されている。あるいは、コンピュータ８４（図５）を使用してタイヤ１０を機械的にモデル化することができる。たとえば、トレッド構成の詳細な機械的モデルを入力し、力の変動をシミュレートし、トレッド構成を増分的に変更して新しいトレッド構成によって力の変動を再計算することができる。しかし、この有限要素分析法は、多くの計算リソースおよび時間リソースを必要とする。したがって、特許文献２の空間率関数分析および特許文献３の平均ピッチ分析のようなタイヤをシミュレートする他の方法を使用してよい。どちらの開示も引用によって本明細書に全体的に組み込まれる。簡単に言えば、特許文献３の開示に従って、特定のピッチを有する各リブＳ１，ＩＭ１，ＩＭ２，Ｓ２（図２）のトレッド構成の循環パターンを入力する。各リブのトレッド構成パターンのフーリエ展開を定義することができ、かつトレッド調波数に対してリブをシフトする作用を評価することができるように各リブのトレッド構成パターンを数学的に表すことができる。これらの簡略化されたタイヤモデルは、計算時間が短縮するだけでなく、有限要素分析法にはない他の利点を有する。たとえば、有限要素法ではタイヤ全体の分析が必要であり、シミュレートされる力は、すべてのリブが同時に作用することによる累積効果である。簡略化されたモデル分析では、ユーザは、各リブの個別の力と調波効果の少なくとも一方を具体的に分析することができる。

ブロック１２２のタイヤ製造（またはモデル化）ステップが完了した後、ブロック１２４で、タイヤのＨＳＵ力の変動を測定する。ＨＳＵ力は３つの方向５６，５８，６０のいずれでも測定できるが、ここでは、接線方向の力の変動の第２次調波が特に問題のある調波であるという固有の性質を有するため、この調波の分析について説明する。理論によって制限することは望まないが、第２次調波は、通常動作速度範囲内でありかつ他のオフレゾナンス調波と比べて不均一性に関する影響が大きい、タイヤ構成の自然共鳴、すなわち前後の共鳴に整合するため特に問題があると考えられる。

一実施形態によれば、ＨＳＵ接線力６０を測定するために、タイヤ１０は、ＨＳＵ装置５４（図４）上に取り付けられ、ロードホイール６２（図４）に接触するように配置される。次に、ＨＳＵ装置５４（図４）は、タイヤ１０を所望の角速度、たとえば１２０ｍｐｈ（約１９３ｋｍ／ｈｒ）の自動車速度に対応する角速度で回転させるように操作される。フォースセルは、回転するタイヤの接線力６０の変動を測定するかあるいは求め、測定された変動をアナログ信号またはデジタル信号に変換する。この信号はコントローラ７４（図４）に中継され、そこで波形の生成、表示および出力の少なくとも１つが行われる。オペレータは次に、コントローラ７４（図４）または他の適切なコンピュータ８４（図５）を使用して、ブロック１２６で波形ｆ（ｔ）の第２次調波を分析する。例えば、Ｍｏｄｅｌ １０６４Ｂ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｍａｃｈｉｎｅを、力の変動の分析に適したソフトウェアパッケージ（ＳｐｅｃｔｒａＰＡＣＨＳＵ）と一緒に購入してもよい。

コンピュータシミュレーションの実施形態では、ブロック１２４および１２６の分析ステップは、上述のフーリエ拡張または当業者によって容易に理解される他の方法を含んでもよい。

図１０Ａは、図８および図９のタイヤトレッド構成を有するモデル化されたタイヤ１０の第２次調波１２８の一例を示している。このシミュレーションデータでは、タイヤが完全に対称的であり、リブの剛性の分布が一様であると仮定した（すなわち、すべてのブロックおよびリブが同じ長さ、幅、および高さを有する）。図１０Ａから、第２次調波１２８が、それぞれ９０°および２７０°に対応する２つの局所化最小値１３０ａ、１３０ｂを有することが分かる。

次に、図７を参照すると分かるように、第２次調波１２８を分析し、特性のタイヤトレッド分析に第ｎ次調波分析が望ましいかどうかについての判定１３２が下される。均一性に関係する次数の小さい調波または騒音分析に関係する次数の大きい調波を含む任意の次数の調波を分析してよい。

図１０Ａに示されているように、引き続き図７を参照すると分かるように、ユーザは、ブロック１３８のように第１次調波１３４および第３次調波１３６を分析することを選択した。第２次調波１２８は局所化最小値１３０ａ，１３０ｂで最小化されるが、これらの点はそれぞれ、最大振幅の約７０％である第１次調波１３４および第３次調波１３６の点１４０ａ，１４０ｂに対応する。したがって、９０°および２７０°のリブシフトはＨＳＵへの第２次調波の寄与を最小化するうえで有利であるが、これらのシフトでは、ＨＳＵへの第１次調波および第３次調波の寄与がほぼ最大になる。したがって、ＨＳＵへの他の寄与を低減させかつタイヤ性能全体を最適化するために第２次調波１２８の局所化最小値１３０ａ，１３０ｂをわずかに犠牲にするかあるいは他の調波との兼ね合わせを図ることが全体的なトレッド構成およびタイヤ性能には有利であると考えられる。例えば、それぞれ点１４２ａ，１４２ｂに対応する８０°〜１００°および２６０°〜２８０°のリブシフトは、第３次調波１３６による寄与を低減させ、一方、第１次調波１３４および第２次調波１２８による寄与をわずかに増大させる。

図１０Ｂは、図１０Ａの分析と同様の分析を示しているが、タイヤトレッド構成は、少なくとも２つの対応するリブ上に非対称的なトレッド剛性を含むようにモデル化されている。特定の例示的な例では、シミュレートされたトレッドパターンは、３ピッチ配列については１：１．３８６６：１．６１１６および１：１．２５０７：１．５６０７の剛比を含み、パターンまたは配列のブロックの剛性は、長さ、高さ、幅、または他の既知の物理パラメータを調整することによって増減させられる。図１０Ｂでは、次に、第２次調波１４６の局所化最小値１４４ａ、１４４ｂがそれぞれ約８７．８°および約２６７．８°ずらされ、振幅が最大値の約８％になるが、第１次調波１４８および第３次調波１５０は、それらのそれぞれの最大値の約６７％（点１５２ａ、１５２ｂ参照）および約８３％（点１５４ａ、１５４ｂ）だけ寄与する。ＨＳＵ性能を最適化すること、すなわち第１次調波１４６、第２次調波１４８、および第３次調波１５０からの寄与を最小限に抑えることは、リブＳ１，Ｉｍ１，Ｉｍ２，Ｓ２をブロックの一部またはその他の長さだけ物理的にわずかにシフトすることによって実現することができる。当業者には、様々な調波の効果の釣り合いをとり、分析された調波の所望の釣り合いを実現するのに必要なシフトの種類が容易に理解されよう。

図１１は、ブロック１３８で、ユーザが第２次調波１５６、および騒音成分に対応する第８０次調波１５８を分析した例示的な他の分析を示している。当業者には、第８０次調波１５８の振幅におけるわずかな振動がモデル化された不均一なトレッド剛性によるものであることが容易に理解されよう。図示のように、第２次調波１５６は、リブシフトが８７．８°および２６７．８°のときに局所化最小値１６０ａ、１６０ｂを有するが、第８０次調波１４４は、これと同じリブシフトで、局所化最大値１６２ａ、１６２ｂの周囲に位置する。したがって、点１６４ａ、１６４ｂでのリブシフトを約８７°〜８８．６°および２６７°〜２６８．６°に調整することによって第２次調波１５６からの寄与をわずかに犠牲にすると、第８０次調波１５８による寄与が著しく低減する。

適切なリブシフトを求めた後、図７のブロック１６６で第２のタイヤ構成を形成または生成することができる。当業者には、ブロック１６６に戻って第２次調波のみを用いて処理するかあるいはブロック１２６に戻って他の第ｎ次調波を分析することによって第２のタイヤ構成に同様な分析を施すことができることが容易に理解されよう。

本発明を様々な実施形態を説明することによって例示し、これらの実施形態についてある程度詳しく説明したが、これらの実施形態は添付の特許請求の範囲をこのような詳細に制限するかあるいは何らかの点で限定するものではない。当業者には他の利点および修正が容易に明らかになろう。本発明の様々な特徴は、ユーザの要求および好みに応じて、単独で使用されても、あるいは任意に組み合わせて使用されてもよい。現在知られているような、本発明を実施する方法と一緒に本発明について説明した。しかし、本発明自体は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義されるものである。

１０ 空気入りタイヤ
１２ インナーライナ
１４ プライ
１６ サイドウォール
１８ ベルト
２０ トレッド
３０ 周方向溝
３２ ブロック部材
３４ 左右方向溝
４０ ビード組立体
５２ リム
５６ 半径方向
５８ 左右方向
６０ 接線方向
６２ ロードホイール
６４ 車輌
７０ タイヤ荷重アクチュエータ
７１ フォースセル
７４ コントローラ
８４ コンピュータ
Ｓ１、Ｉｍ１、Ｉｍ２、Ｓ２ リブ

Claims (22)

1. タイヤ性能の高速均一性を向上させる方法であって、
   第１のトレッド構成を有する第１のタイヤの回転によって生じる力の変動を求めることを含む方法において、
   前記力の変動の第２次調波を分析することと、
   前記第２次調波を最小限に抑えるように前記第１のトレッド構成の１つまたは２つ以上のリブが周方向にシフトされた第２のトレッド構成を生成することと、を含む、方法。
2. 前記力の変動は接線方向であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のトレッド構成に従って前記第１のタイヤを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２のトレッド構成に従って第２のタイヤを形成させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２次調波をさらに最小限に抑えるように前記第２のトレッド構成の前記１つまたは２つ以上のリブがさらにシフトされた第３のトレッド構成を生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記力の変動の第ｎ次調波も最小限に抑えるように前記第２のトレッド構成を生成するステップが前記１つまたは２つ以上のリブをさらにシフトするように、前記第ｎ次調波を分析することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第ｎ次調波は、前記第１のタイヤの均一性をさらに向上させる前記第１次調波または第３次調波であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 第ｎ次調波は、前記第１のタイヤの騒音の影響を改善するためのより次数の大きい調波であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
9. 前記より次数の大きい調波は約５０次から約８０次までの範囲であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記１つまたは２つ以上のリブのシフトは、前記第２次調波および前記第ｎ次調波を最適化することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
11. 前記第１のトレッド構成は、それぞれの異なる剛性度を有する２つまたは３つ以上のリブを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
12. 前記タイヤの前記回転はコンピュータ上でシミュレートされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
13. 前記タイヤの前記回転は高速均一性装置上で実施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
14. 第１および第２のショルダリブであって、該第１および第２のショルダリブのそれぞれの長さにわたってｎ回繰り返される複数のブロック部材の配列をそれぞれ有する、第１および第２のショルダリブと、
    前記第１のショルダリブと前記第２のショルダリブとの間に位置する少なくとも１つの中間リブであって、該少なくとも１つの中間リブの長さにわたってｎ回繰り返される複数のブロック部材の配列を有する少なくとも１つの中間リブと、を有するタイヤトレッド構成において、
    前記第２のショルダリブ、前記少なくとも１つの中間リブ、またはその両方の複数のブロック部材の配列は、タイヤトレッドを有するタイヤが回転するときに前記タイヤの力の変動の第２次調波を最小限に抑えるように前記第１のショルダリブの前記一連のブロックに対してシフトされているタイヤトレッド構成。
15. 前記力の変動は接線方向であることを特徴とする、請求項１４に記載のタイヤトレッド構成。
16. 前記第２のショルダリブ、前記少なくとも１つの中間リブ、またはその両方の複数のブロック部材の前記配列は、前記力の変動の第ｎ次調波を最小限に抑えるようにさらにシフトされていることを特徴とする、請求項１４に記載のタイヤトレッド構成。
17. 前記第２のショルダリブ、前記少なくとも１つの中間リブ、またはその両方の複数のブロック部材の前記配列をシフトして前記第２次調波および第ｎ次調波が最適化されていることを特徴とする、請求項１６に記載のタイヤトレッド構成。
18. 第ｎ次調波は、前記タイヤの均一性性能を向上させるための第１次調波、第３次調波、または第４次調波であることを特徴とする、請求項１６に記載のタイヤトレッド構成。
19. 第ｎ次調波は、前記タイヤの騒音効果を向上させるための約５０次から約８０次までの範囲であることを特徴とする、請求項１６に記載のタイヤトレッド構成。
20. 複数のブロックの前記配列内の１つのブロックの剛性は、複数のブロックの前記配列を構成する少なくとも１つの他のブロックと比べて異なっていることを特徴とする、請求項１６に記載のタイヤトレッド構成。
21. 前記タイヤの前記回転はコンピュータ上でシミュレートされることを特徴とする、請求項１６に記載のタイヤトレッド構成。
22. 前記タイヤの前記回転は高速均一性装置上で実施される、請求項１６に記載のタイヤトレッド構成。

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