JP2013035413A - Prediction method of tire wear energy, and design method of tire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、短時間でタイヤの転動時の摩耗エネルギーをシミュレートするタイヤの摩耗エネルギーの予測方法及びタイヤの設計方法に関する。 The present invention relates to a method for predicting tire wear energy and a method for designing a tire that simulate the wear energy during rolling of a tire in a short time.
従来からタイヤの摩耗性能を向上させるために種々の研究が行われており、その一つにコンピュータを使用してタイヤの摩耗特性を解析する摩耗シミュレーションが例えば下記特許文献1乃至3に提案されている。 Conventionally, various studies have been made to improve the wear performance of tires, and one of them is a wear simulation for analyzing tire wear characteristics using a computer, for example, in Patent Documents 1 to 3 below. Yes.
このような従来の摩耗シミュレーションでは、タイヤを有限個の要素を用いてタイヤモデルを設定し、該タイヤモデルを仮想路面(路面モデル)に接触させかつ転動させる転動シミュレーションが行われる。そして、転動するタイヤモデルの接地部分において発生するせん断力とすべりとが計算され、これらの積によって、各要素ごとに摩耗エネルギーの計算が行なわれていた。 In such a conventional wear simulation, a rolling simulation is performed in which a tire model is set using a finite number of elements, and the tire model is brought into contact with a virtual road surface (road surface model) and rolled. Then, the shearing force and slip generated at the contact portion of the rolling tire model are calculated, and the wear energy is calculated for each element by the product of these.
しかしながら、上述のタイヤの転動シミュレーションは、タイヤモデルを転動させるものであるため、計算に非常に多くの時間を要し、摩耗エネルギーを計算するには多くの時間が掛かるという問題があった。 However, since the tire rolling simulation described above rolls the tire model, it takes a very long time to calculate and there is a problem that it takes a lot of time to calculate the wear energy. .
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、設定されたタイヤモデルを転動させずに静的接地シミュレーションを行ない、この静的接地シミュレーションによって取得された接地形状及び接地圧の分布から算出した中間物理量と、コンピュータに予め記憶されかつ回帰分析にて得られた中間物理量から摩耗エネルギーを予測しうる予測式とを用いることを基本として、従来の手法に比して短時間でタイヤの転動時の摩耗エネルギーをシミュレートするタイヤの摩耗エネルギーの予測方法を提供することを目的としている。 The present invention has been devised in view of the above problems. A static ground simulation is performed without rolling a set tire model, and the ground shape and ground obtained by the static ground simulation are calculated. Compared to conventional methods, it is based on the use of intermediate physical quantities calculated from the pressure distribution and prediction formulas that can be used to predict wear energy from intermediate physical quantities that are stored in advance in the computer and obtained by regression analysis. An object of the present invention is to provide a method for predicting the wear energy of a tire that simulates the wear energy during rolling of the tire over time.
本発明のうち請求項1記載の発明は、タイヤの転動時の摩耗エネルギーをコンピュータを用いてシミュレートするタイヤの摩耗エネルギーの予測方法であって、前記コンピュ−タに、トレッドパターンを具えたタイヤを有限個の要素に分割してトレッドパターン部を有するタイヤモデルを入力するモデル設定ステップと、前記コンピュータが、予め定めた境界条件に基づいて前記タイヤモデルの前記トレッドパターン部を仮想路面に接触させる静的接地シミュレーションを行ない、前記トレッドパターン部の接地形状及び接地圧の分布を取得する取得ステップと、前記コンピュータが、前記接地形状及び接地圧分布から、前記トレッドパターン部のうち、予め定められた摩耗エネルギーの評価を行う領域の接地圧、タイヤ周方向の接地長さ及びパターン剛性を含む中間物理量の少なくとも一つを算出する算出ステップと、前記コンピュータが、該コンピュータに予め記憶されかつ回帰分析にて得られた前記中間物理量から摩耗エネルギーを予測しうる予測式に、前記算出された中間物理量を代入して摩耗エネルギーを計算する計算ステップとを含むことを特徴とする。 The invention according to claim 1 of the present invention is a tire wear energy prediction method for simulating the wear energy at the time of rolling of a tire using a computer, and the computer has a tread pattern. A model setting step of inputting a tire model having a tread pattern portion by dividing a tire into a finite number of elements, and the computer contacts the tread pattern portion of the tire model with a virtual road surface based on a predetermined boundary condition Performing a static grounding simulation to obtain a grounding shape and a distribution of grounding pressure of the tread pattern unit, and the computer is predetermined from the grounding shape and grounding pressure distribution among the tread pattern unit. Contact pressure in the area where wear energy is evaluated, contact length in the tire circumferential direction, and A calculation step for calculating at least one of intermediate physical quantities including pattern rigidity, and a prediction formula that allows the computer to predict wear energy from the intermediate physical quantities stored in advance in the computer and obtained by regression analysis, And a calculation step of calculating wear energy by substituting the calculated intermediate physical quantity.
また請求項2記載の発明は、前記接地圧は、前記領域に含まれる要素について、予め定めた閾値以下の接地圧を無視した平均の接地圧である請求項1記載のタイヤの摩耗エネルギーの予測方法である。 According to a second aspect of the invention, the contact pressure is an average contact pressure neglecting a contact pressure equal to or lower than a predetermined threshold for the elements included in the region. Is the method.
また請求項3記載の発明は、前記平均の接地圧は、加重平均で算出される請求項2記載のタイヤの摩耗エネルギーの予測方法である。
The invention according to
また請求項4記載の発明は、前記接地長さは、タイヤ周方向の最大長さ又はタイヤ軸方向に亘る平均長さである請求項1乃至3のいずれかに記載のタイヤの摩耗エネルギーの予測方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, the contact length is a maximum length in the tire circumferential direction or an average length in the tire axial direction. The tire wear energy prediction according to any one of the first to third aspects. Is the method.
また請求項5記載の発明は、前記パターン剛性は、前記トレッドパターン部の陸部に作用する力Fと、該力Fによって前記陸部が変形した変形量Lとの比F/Lで計算される請求項1乃至4のいずれかに記載のタイヤの摩耗エネルギーの予測方法である。
In the invention according to
また請求項6記載の発明は、前記パターン剛性は、前記トレッドパターン部の陸部の断面二次モーメント、弾性率及びせん断弾性率を含む物理量によって計算される請求項1乃至4のいずれかに記載のタイヤの摩耗エネルギーの予測方法である。
The invention according to
また請求項7記載の発明は、前記パターン剛性は、前記トレッドパターン部の単位面積当たりの単位パターン剛性である請求項5又は6に記載のタイヤの摩耗エネルギーの予測方法である。
The invention according to claim 7 is the tire wear energy prediction method according to
また請求項8記載の発明は、前記算出ステップは、前記3つの中間物理量の全てが算出される請求項1乃至7のいずれかに記載のタイヤの摩耗エネルギーの予測方法である。
The invention according to
また請求項9記載の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載のタイヤの摩耗エネルギーの予測方法によって予測されたタイヤの転動時の前記摩耗エネルギーが、予め定められた許容摩耗エネルギー以下になるまで、前記タイヤモデルの前記トレッドパターン部を変更する工程を含み、このトレッドパターン部に基づいてタイヤのトレッドパターンを設計する工程を含むことを特徴とするタイヤの設計方法である。 In the invention according to claim 9, the wear energy at the time of rolling of the tire predicted by the method for predicting wear energy of the tire according to any one of claims 1 to 8 is equal to or less than a predetermined allowable wear energy. The method for designing a tire includes a step of changing the tread pattern portion of the tire model until the time reaches, and a step of designing a tread pattern of the tire based on the tread pattern portion.
本発明のタイヤの転動時の摩耗エネルギーをコンピュータを用いてシミュレートするタイヤの摩耗エネルギーを予測する方法では、前記コンピュ−タに、トレッドパターンを具えたタイヤを有限個の要素に分割してトレッドパターン部を有するタイヤモデルを入力するモデル設定ステップと、前記コンピュータが、予め定めた境界条件に基づいて前記タイヤモデルの前記トレッドパターン部を仮想路面に接触させる静的接地シミュレーションを行ない、前記トレッドパターン部の接地形状及び接地圧の分布を取得する取得ステップと、前記コンピュータが、前記接地形状及び接地圧分布から、前記トレッドパターン部のうち、予め定められた摩耗エネルギーの評価を行う領域の接地圧、タイヤ周方向の接地長さ及びパターン剛性を含む中間物理量の少なくとも一つを算出する算出ステップと、前記コンピュータが、該コンピュータに予め記憶されかつ回帰分析にて得られた前記中間物理量から摩耗エネルギーを予測しうる予測式に、前記算出された中間物理量を代入して摩耗エネルギーを計算する計算ステップとを含む。 According to the method of predicting the wear energy of a tire by simulating the wear energy during rolling of the tire of the present invention using a computer, the tire having a tread pattern is divided into a finite number of elements in the computer. A model setting step of inputting a tire model having a tread pattern portion, and the computer performs a static grounding simulation for bringing the tread pattern portion of the tire model into contact with a virtual road surface based on a predetermined boundary condition, and the tread An acquisition step of acquiring a ground shape of the pattern portion and a distribution of the ground pressure, and grounding of a region in which the computer evaluates a predetermined wear energy in the tread pattern portion from the ground shape and the ground pressure distribution. Intermediate including pressure, tire circumferential contact length and pattern stiffness A calculation step for calculating at least one of the quantities; and the calculated intermediate physical quantity in a prediction formula that allows the computer to predict wear energy from the intermediate physical quantity stored in advance in the computer and obtained by regression analysis. And calculating a wear energy by substituting.
即ち、本発明のタイヤの摩耗エネルギーを予測する方法は、静的接地シミュレーションによって取得されたトレッドパターン部の接地形状及び接地圧から摩耗エネルギーの評価を行う領域の中間物理量を算出する。そして、コンピュータに予め記憶されかつ回帰分析にて得られた前記中間物理量から摩耗エネルギーを予測しうる予測式に、前記算出された中間物理量を代入して摩耗エネルギーを計算する。このような摩耗エネルギーを予測する方法は、タイヤモデルの転動を行うことなく静的接地シミュレーションの結果から短時間で摩耗エネルギーを計算できる。従って、本発明は、従来の転動シミュレーションから摩耗エネルギーを予測する方法に比して短時間で摩耗エネルギーの予測を行うことができる。 That is, in the method for predicting the wear energy of the tire according to the present invention, an intermediate physical quantity in a region where the wear energy is evaluated is calculated from the contact shape and contact pressure of the tread pattern portion acquired by the static contact simulation. Then, the wear energy is calculated by substituting the calculated intermediate physical quantity into a prediction formula that can be predicted from the intermediate physical quantity that is stored in advance in the computer and obtained by regression analysis. Such a method for predicting wear energy can calculate the wear energy in a short time from the result of the static contact simulation without rolling the tire model. Therefore, according to the present invention, the wear energy can be predicted in a short time as compared with the method of predicting the wear energy from the conventional rolling simulation.
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図1には、本発明のタイヤの摩耗エネルギーの予測方法を含むタイヤの設計方法の手順の一実施例が示される。本実施形態のタイヤの摩耗エネルギーを予測する方法は、タイヤの転動時の摩耗エネルギーについてコンピュータ1を用いてシミュレートする方法であって、コンピュータにタイヤモデルを入力するモデル設定ステップS1と、静的接地シミュレーションを行い、トレッドパターン部の接地形状及び接地圧の分布を取得する取得ステップS2と、前記接地形状及び接地圧の分布から中間物理量の少なくとも一つを算出する算出ステップS3と、前記算出された中間物理量を代入して摩耗エネルギーを計算する計算ステップS4とを含んで構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a procedure of a tire design method including a method for predicting tire wear energy according to the present invention. The method for predicting the wear energy of the tire according to the present embodiment is a method of simulating the wear energy at the time of rolling of the tire using the computer 1, which includes a model setting step S 1 for inputting the tire model to the computer, Step S2 for obtaining a contact shape and contact pressure distribution of the tread pattern portion, calculating step S3 for calculating at least one intermediate physical quantity from the contact shape and contact pressure distribution, and the calculation And a calculation step S4 for calculating the wear energy by substituting the intermediate physical quantity.
図2には、本発明を実施するための前記コンピュータ1が示されている。このコンピュータ1は、本体1a、入力手段としてのキーボード1b、マウス1c及び、出力手段としてのディスプレイ装置1dを含み構成されている。本体1aには、図示していないが、公知のように演算処理装置、メモリー、磁気ディスク、CD−ROMやフレキシブルディスクのドライブ1a1、1a2などを適宜具えている。そして、前記磁気ディスクにはタイヤのシミュレーション方法を実行するためのプログラムが記憶されている。コンピュータ1としては、高速なEWS、スーパーコンピュータなどが好適である。
FIG. 2 shows the computer 1 for carrying out the present invention. The computer 1 includes a
前記モデル設定ステップS1では、トレッドパターンを具えたタイヤ(空気入りタイヤ)を有限個の要素に分割してトレッドパターン部3を有するタイヤモデル2が前記コンピュータ1に入力される。なお、タイヤモデル2は、現実的にはコンピュータ1において取り扱われる数値データであるが、図3にはこれを視覚化した断面図が示される。
In the model setting step S1, a
タイヤモデル2は、解析しようとするタイヤを有限個の小さな要素2a、2b、2c…に分割してモデル化される。解析対象となるタイヤは実在するもの又は実在しない設計段階のもののいずれでも良い。本実施形態のタイヤモデル2は、設計段階の新品時の重荷重用ラジアルタイヤ(金型形状)を対象としてモデル化されたものが示される。
The
タイヤモデル2を構成する各要素2a、2b、2c…は、数値解析が可能に定められる。数値解析が可能とは、例えば有限要素法、有限体積法、差分法又は境界要素法といった数値解析法に従って計算が可能なことを意味する。具体的には、各要素2a、2b、2c…について、節点座標値、形状、材料特性(例えば密度、弾性率、損失正接又は減衰係数)等が定義される。各要素2a、2b、2c…は、例えば2次元平面としての三角形ないし四角形の膜要素、3次元要素としては、例えば4ないし6面体ソリッド要素等で形作られている。またタイヤモデル2は、トレッドパターン部3を有している。即ち、モデル化対象となった設計段階のタイヤのトレッドパターンを有限個の要素で分割することによりその3次元形状がモデルの中に組み入れられている。
The
図4には、タイヤモデル2のトレッドパターン部3を平面に接地させた接地形状の一例が示されている。なお本図では理解しやすいように縦溝4及びラグ溝5については要素を表示していない。このようなトレッドパターン部3は、タイヤ周方向にのびる少なくとも1本の縦溝4と、この縦溝4間を亘ることなく終端する複数本のラグ溝5とを含んでいる。
FIG. 4 shows an example of a grounding shape in which the
本実施形態の縦溝4は、最もタイヤ赤道側をタイヤ周方向に連続してのびる一対の中央の縦溝4a、4aと、該中央の縦溝4aのタイヤ軸方向外側をタイヤ周方向に連続してのびる一対の外の縦溝4b、4bとを含む。これにより、トレッドパターン部3は、前記縦溝4、4間によって形成される複数のリブ6が区画される。本実施形態のリブ6は、タイヤ赤道側からタイヤ軸方向外側に向かって順次配されたクラウンリブ6a、ミドルリブ6b及びショルダーリブ6cを含む。なお溝の具体的な形状や配置は図示の例に限定されるわけではない。
The
各リブ6のタイヤ半径方向外側面は、路面と接地するトレッド面3Aとして定義される。タイヤモデル2のトレッド面3Aは、隣接する3つ又は4つの節点で囲まれた三角形又は四角形をなす要素面の連続体で構成される。またトレッド面3Aは、後述の仮想路面8との間で接触が考慮される。
The outer surface in the tire radial direction of each
図5には、図4のトレッドパターン部3の部分拡大図が示される。トレッドパターン部3は、溝深さが最も大きい外の縦溝4bの溝底を通るラインよりもタイヤ半径方向外側の部分である。この実施形態では、トレッドパターン部3の主要部、具体的にはショルダーリブ6cのタイヤ軸方向外端間の部分が、路面と接地するトレッド面3Aと実質的に平行かつ小厚さの三次元の要素7を用いて層状にモデル化されたものとして示される。
FIG. 5 shows a partially enlarged view of the
前記要素7は、本実施形態ではタイヤ半径方向の厚さが小さい低アスペクト比を有する六面体のソリッド要素で形成されている。要素7は、層状であれば六面体に限られるものではなく、種々の要素、例えば四面体等でも良い。前記要素7は、1個当たりの厚さt1が小さくなると、要素数が著しく増加し計算時間が増大するおそれがあり、逆に前記厚さt1が大きくなると溝の深さ方向に浅いサイピングやタイバーなどを表現しづらくなるため、前記厚さt1は、最も厚さが大きい中央の縦溝4aの溝深さdの3〜50%が望ましい。
The element 7 is formed of a hexahedral solid element having a low aspect ratio with a small thickness in the tire radial direction in the present embodiment. The element 7 is not limited to a hexahedron as long as it is layered, and may be various elements such as a tetrahedron. When the thickness t1 of each element 7 is decreased, the number of elements may be remarkably increased and the calculation time may be increased. Conversely, when the thickness t1 is increased, the siping or tie bar is shallow in the depth direction of the groove. The thickness t1 is preferably 3 to 50% of the groove depth d of the central
次に、前記取得ステップS2は、本実施形態では、タイヤモデル2に必要な境界条件が設定される境界条件設定ステップS2aと、この境界条件に基づいて静的接地シミュレーションが行われるシミュレートステップS2bとを含んでいる。境界条件としては、例えばタイヤモデル2が装着されるリムに関する条件、充填される空気圧に関する条件、負荷される荷重に関する条件等が設定される。
Next, in this embodiment, the acquisition step S2 includes a boundary condition setting step S2a in which a boundary condition necessary for the
図6に示されるように、リムに関する条件は、タイヤモデル2にリム組み状態を再現させるために必要なパラメータで、具体的には、タイヤモデル2がリムと接触するリム接触域2B、2B、このリム接触域2Bを変位不能とする拘束の定義、該リム接触域2B、2B間の幅BW(通常、これは適用リムのリム幅BWに等しい)、タイヤモデル2の仮想の回転軸CL、及び該回転軸CLとリム接触域2Bとの相対距離rr(リム半径で常に一定)等を含む。また空気圧に関する条件として、タイヤモデル2の内腔面の全域に解析する空気圧に相当する等分布荷重wが定義される。負荷される荷重条件として、タイヤモデル2の回転軸CLを垂直下方に押し下げる垂直荷重Iの値、及び/又は、仮想路面8との間の静的摩擦係数等が設定される。
As shown in FIG. 6, the rim-related conditions are parameters necessary for the
上述のタイヤモデル2を設定するモデル設定ステップ及びこの境界条件の設定は、通常、前記コンピュータ1を利用しつつユーザの要望を考慮しながら適宜設定される。
The model setting step for setting the
前記シミュレートステップS2bでは、前記定められた境界条件に基づいてタイヤモデル2を仮想路面8に接地させる静的接地シミュレーションが行われる。そして、そのシミュレーションからトレッドパターン部3の接地形状及び接地圧の分布が取得される。
In the simulation step S2b, a static ground simulation is performed in which the
前記仮想路面8は、タイヤが走行する路面がモデル化されたもので、本実施形態では水平に配置された平面の剛要素でモデル化されている。
前記静的接地シミュレーションは、タイヤモデル2を転動させることなく、境界条件に基づいて仮想路面8に接地させることにより、トレッドパターン部3の接地形状及び接地圧の分布が計算される。つまり、タイヤモデル2の静的な変形状態が計算が行われる。この計算は、タイヤモデル2及び上記境界条件等を設定することができれば、これらの情報に基づいて例えば汎用有限要素解析アプリケーションソフトウエア(例えば米国リバモア・ソフトウエア・テクノロジー(LSTC)社製のアプリケーションソフト「LS−DYNA」など)により前記コンピュータ1を用いて行われる。
The
In the static ground simulation, the ground shape of the
このような静的接地シミュレーションを行うことにより、トレッドパターン部3の接地形状及び接地圧の分布を取得でき、当該トレッドパターン部3における摩耗しやすい箇所や摩耗しにくい箇所などを特定することができる。
By performing such a static contact simulation, the contact shape and contact pressure distribution of the
図7には、このようなトレッドパターン部3の接地形状及び接地圧の分布を彩度情報に変換して視覚化したトレッドパターン部3の部分展開図が示される。本図には、一定の閾値以上の接地圧が作用している領域が白色で表示されている。即ち、接地圧の大きさの変化が、グレーと白色で示されている。この結果では、クラウンリブ6aとミドルリブ6bとを含めた中央部分、及びショルダーリブ6cの中央部分に大きな接地圧が作用している。
FIG. 7 shows a partial development view of the
前記算出ステップS3では、コンピュータ1が、接地形状及び接地圧分布から、前記トレッドパターン部3のうち、予め定められた摩耗エネルギーの評価を行う領域の中間物理量を算出する。ここで、前記「領域」とは、例えば、全てのリブ6を含んだトレッド面3Aの全体の領域でも良いし、リブ6a乃至6cの少なくとも1のリブにおける領域でも良く、また、1つのリブ6をタイヤ軸方向及び/又はタイヤ周方向において分割した領域としても構わない。
In the calculation step S3, the computer 1 calculates an intermediate physical quantity of a region in the
また、前記中間物理量は、接地圧Px、タイヤ周方向の接地長さPy及びパターン剛性Pzを含み、少なくとも一つの中間物理量が摩耗エネルギーの評価を行う領域の接地形状及び接地圧から算出されれば良い。 Further, the intermediate physical quantity includes a contact pressure Px, a contact length Py in the tire circumferential direction, and a pattern rigidity Pz, and if at least one intermediate physical quantity is calculated from a contact shape and a contact pressure in a region where wear energy is evaluated. good.
前記接地圧Pxは、タイヤ転動時のトレッドパターン部3の陸部(リブ6)に作用する力の指標として用いられる。このような接地圧Pxは、前記領域に含まれる要素について、予め定めた閾値以下の接地圧を無視した平均の接地圧Px1であるのが望ましい。即ち、前記閾値以下の接地圧は、摩耗に与える影響がごくわずかであり、この部分を含めて平均の接地圧を計算すると、接地圧が過小評価されるおそれがある。従って、前記閾値以下の接地圧を無視することにより、タイヤの摩耗エネルギーを予測するのに適した接地圧とすることができる。なお、例えば、重荷重用タイヤの場合、前記閾値は、0.09〜0.13MPaであるのが望ましく、また、乗用車用タイヤの場合、前記閾値は、0.05〜0.08MPaであるのが望ましい。
The contact pressure Px is used as an index of the force acting on the land portion (rib 6) of the
また、平均の接地圧Px1は、前記領域内における要素の大きさで重み付けされた加重平均で算出されるのが望ましい。これにより、さらにタイヤの摩耗エネルギーを予測するのに適した接地圧とすることができる。 The average contact pressure Px1 is preferably calculated by a weighted average weighted by the size of the element in the region. As a result, the contact pressure suitable for predicting the wear energy of the tire can be obtained.
また、前記接地長さPyは、タイヤ転動時のトレッドパターン部3の陸部(リブ6)の接地入りから接地出までの時間の指標として用いられる。接地長さPyは、例えば、図7に示されるように、前記領域の接地形状(各リブ6)におけるタイヤ周方向の最大長さPy1又は各リブ6のタイヤ軸方向に亘る平均長さPy2(図示せず)であるのが望ましい。さらに、接地長さPyは、タイヤ軸方向中心のタイヤ周方向長さPy3で代用されても良い。
The contact length Py is used as an index of the time from when the land portion (rib 6) of the
また、前記パターン剛性Pzは、タイヤ転動時のトレッドパターン部3の陸部(リブ6)に作用する力による歪の指標として用いられる。パターン剛性Pzは、トレッドパターン部3のリブ6に作用する力Fと、該力Fによって前記リブ6が前記力の作用方向に変形した変形量Lとの比F/Lで計算されるのが望ましい。
The pattern rigidity Pz is used as an index of distortion due to a force acting on the land portion (rib 6) of the
このようなパターン剛性Pzは、例えば、前記トレッドパターン部3の陸部の断面二次モーメントI、弾性率E及びせん断弾性率Gを含む物理量によって計算されるのが望ましい。パターン剛性Pzを算出する具体的な計算式は、下記式(1)の通りである。
Pz=F/L=1/(h3/(3×E×I)+h/(S×G))…(1)
で示される。なお、図5に示されるように、式(1)中の「h」は、陸部のタイヤ半径方向の高さ、即ちリブ6に隣接する縦溝4の溝深さdを示し、「S」は、陸部(リブ6)の表面積を表す。
Such pattern rigidity Pz is preferably calculated by physical quantities including, for example, the secondary moment of section I, the elastic modulus E, and the shear elastic modulus G of the land portion of the
Pz = F / L = 1 / (h 3 / (3 × E × I) + h / (S × G)) (1)
Indicated by As shown in FIG. 5, “h” in the equation (1) indicates the height of the land portion in the tire radial direction, that is, the groove depth d of the
また、さらに好ましくは、パターン剛性Pzが、前記トレッドパターン部3のトレッド面3Aの単位面積当たりの単位パターン剛性で算出されるのが望ましい。このような単位パターン剛性によると、サイピング等が多数設けられたトレッドパターン部3の陸部のパターン剛性を小さくできるため、次工程において適正に摩耗エネルギーを計算するのに役立つ。
More preferably, the pattern rigidity Pz is calculated as a unit pattern rigidity per unit area of the
次に、前記計算ステップS4が行われる。計算ステップS4は、コンピュータ1が、該コンピュータ1に予め記憶された摩耗エネルギーを予測する予測式を用い、この予測式に前記算出された中間物理量を代入して摩耗エネルギーP1の値が計算される。このような予測式は、前記算出された中間物理量と、転動シミュレーションによって算出された摩耗エネルギーP2とを、例えば、回帰分析又は重回帰分析して得られる。 Next, the calculation step S4 is performed. In the calculation step S4, the computer 1 uses a prediction formula for predicting the wear energy stored in advance in the computer 1, and the value of the wear energy P1 is calculated by substituting the calculated intermediate physical quantity into this prediction formula. . Such a prediction formula is obtained by, for example, regression analysis or multiple regression analysis of the calculated intermediate physical quantity and the wear energy P2 calculated by the rolling simulation.
前記転動シミュレーションによって算出された摩耗エネルギーP2とは、転動しているトレッド面3Aの各要素について、作用する力とすべり量との積を、当該要素が路面に接地してから離れるまでの間、微小時間刻みで計算しかつそれらを総和した物理量として表される。この転動シミュレーションでは、タイヤモデル2のトレッドパターン部3において、トレッド面3Aに表れる少なくとも全ての節点について、接地中において受けるX、Y方向のせん断力と、各せん断力の作用方向に対するすべり量とが計算され、さらにこれらの値を掛け合わせることにより、摩耗エネルギーP2が計算される。
The wear energy P2 calculated by the rolling simulation is the product of the acting force and the amount of slip for each element of the rolling
前記予測式は、算出される中間物理量の種類に応じて異なり、例えば、接地圧のみによって摩耗エネルギーP1を予測する場合は、
P1=72.6×Px−179.8という予測式が採用される。
また、例えば、接地長さのみによって摩耗エネルギーP1を予測する場合は、
P1=0.73×Py−38.4という予測式が採用される。
また、例えば、パターン剛性のみによって摩耗エネルギーP1を予測する場合は、
P1=−106.2×Pz+152.2という予測式が採用される。
また、例えば、接地圧及び接地長さによって摩耗エネルギーP1を予測する場合は、
P1=61.0×Px+0.53×Py−218.1という予測式が採用される。
また、例えば、接地圧及びパターン剛性によって摩耗エネルギーP1を予測する場合は、
P1=72.1×Px−11.8×Pz−168.8という予測式が採用される。
また、例えば、パターン剛性及び接地長さによって摩耗エネルギーP1を予測する場合は、
P1=0.87×Py−213.7×Pz+106.8という予測式が採用される。
The prediction formula varies depending on the type of the calculated intermediate physical quantity. For example, when the wear energy P1 is predicted only by the contact pressure,
A prediction formula of P1 = 72.6 × Px-179.8 is adopted.
For example, when the wear energy P1 is predicted only by the contact length,
A prediction formula of P1 = 0.73 × Py−38.4 is employed.
For example, when the wear energy P1 is predicted only by the pattern rigidity,
A prediction formula of P1 = −106.2 × Pz + 152.2 is adopted.
For example, when the wear energy P1 is predicted by the contact pressure and the contact length,
A prediction formula of P1 = 61.0 × Px + 0.53 × Py-218.1 is employed.
For example, when the wear energy P1 is predicted by the contact pressure and the pattern rigidity,
A prediction formula of P1 = 72.1 × Px−11.8 × Pz−168.8 is employed.
For example, when the wear energy P1 is predicted by the pattern rigidity and the contact length,
A prediction formula of P1 = 0.87 × Py-213.7 × Pz + 106.8 is employed.
このように、本発明のタイヤの摩耗エネルギーを予測する方法は、静的接地シミュレーションによって取得されたトレッドパターン部3の接地形状及び接地圧から摩耗エネルギーの評価を行う領域の中間物理量を算出する。そして、コンピュータに予め記憶されかつ回帰分析にて得られた前記中間物理量から摩耗エネルギーを予測しうる予測式に、前記算出された中間物理量を代入して摩耗エネルギーP1を計算する。このような摩耗エネルギーを予測する方法は、タイヤモデル2の転動を行うことなく静的接地シミュレーションの結果から短時間で摩耗エネルギーを計算できる。従って、本発明は、従来の転動シミュレーションから摩耗エネルギーP2を予測する方法に比して短時間で摩耗エネルギーの予測を行うことができる。
As described above, the method for predicting the wear energy of the tire according to the present invention calculates the intermediate physical quantity of the region where the wear energy is evaluated from the contact shape and the contact pressure of the
また、発明者らは、種々の実験の結果から、前記算出ステップは、前記3つの中間物理量の全てを算出するのが望ましいことを知見した。そして、下記予測式(2)を使用することにより、転動シミュレーションで求められる摩耗エネルギーと非常に相関性の高い結果を得ることを知見した。このような予測式(2)は、
P1=A×(Px)2+B×Px+C×Py+D×Pz+E…(2)
で表される。なお、各係数A乃至Eは、算出された3つの中間物理量と、転動シミュレーションによって算出された摩耗エネルギーP2とを重回帰分析して得られた係数である。
また、摩耗エネルギーP1、接地圧Px、接地長さPy及びパターン剛性Pzの単位は、
P1:J/m2
Px:kgf/cm2
Py:mm
Pz:N/mm/mm2
が採用される。
Further, the inventors have found from the results of various experiments that the calculation step preferably calculates all the three intermediate physical quantities. Then, it was found that by using the following prediction formula (2), a result having a high correlation with the wear energy obtained by the rolling simulation is obtained. Such a prediction formula (2) is
P1 = A × (Px) 2 + B × Px + C × Py + D × Pz + E (2)
It is represented by Each coefficient A to E is a coefficient obtained by multiple regression analysis of the calculated three intermediate physical quantities and the wear energy P2 calculated by the rolling simulation.
The units of wear energy P1, contact pressure Px, contact length Py, and pattern rigidity Pz are:
P1: J / m 2
Px: kgf / cm 2
Py: mm
Pz: N / mm / mm 2
Is adopted.
発明者らは、上記転動シミュレーションによる摩耗エネルギーP2と、接地圧Px、タイヤ周方向の接地長さPy及びパターン剛性Pzが算出される中間物理量を前記予測式(2)に代入して得た摩耗エネルギーP1との相関性を確認するため、前記転動シミュレーションによる摩耗エネルギー予測方法と本発明の摩耗エネルギーの予測方法とを用いてテストを行った。なお、タイヤサイズは、225/50R17、235/60R18及び235/50R18の3種類を使用し、リム7.5J、内圧230kPa及び速度20km/hの仕様は共通である。また、225/50R17のタイヤには、6kN又は8kNの荷重が、235/60R18のタイヤには、7kN又は9kNの荷重が、235/50R18のタイヤには、4.29kN又は5.34kNの荷重が負荷された。前記A乃至Eの係数は、以下の通りであった。
A:21.8
B:−107
C:0.65
D:−111.5
E:169
The inventors obtained the wear energy P2 by the rolling simulation, the contact pressure Px, the contact length Py in the tire circumferential direction and the intermediate physical quantity for calculating the pattern stiffness Pz by substituting them into the prediction formula (2). In order to confirm the correlation with the wear energy P1, a test was performed using the wear energy prediction method based on the rolling simulation and the wear energy prediction method of the present invention. Three types of tire sizes, 225 / 50R17, 235 / 60R18, and 235 / 50R18, are used, and the specifications of the rim 7.5J, the internal pressure 230 kPa, and the speed 20 km / h are common. The 225 / 50R17 tire has a load of 6 kN or 8 kN, the 235 / 60R18 tire has a load of 7 kN or 9 kN, and the 235 / 50R18 tire has a load of 4.29 kN or 5.34 kN. Was loaded. The coefficients A to E were as follows.
A: 21.8
B: -107
C: 0.65
D: -111.5
E: 169
テストの結果、図8に示されるように、本発明による摩耗エネルギーの予測方法による摩耗エネルギーP1は、従来の摩耗エネルギーの予測方法による摩耗エネルギーP2と相関性があることが理解できる。また、本発明の予測方法による摩耗エネルギーP1の計算時間は、従来の転動シミュレーションによる摩耗エネルギーP2の計算時間の10%であった。即ち、本発明の予測方法に要する時間は、従来の転動シミュレーションに要する時間に比して、約90%短縮できることが理解できる。従って、本発明の予測方法は従来の予測方法に比して有用であることが理解できる。 As a result of the test, as shown in FIG. 8, it can be understood that the wear energy P1 by the wear energy prediction method according to the present invention has a correlation with the wear energy P2 by the conventional wear energy prediction method. Moreover, the calculation time of the wear energy P1 by the prediction method of the present invention was 10% of the calculation time of the wear energy P2 by the conventional rolling simulation. That is, it can be understood that the time required for the prediction method of the present invention can be reduced by about 90% compared to the time required for the conventional rolling simulation. Therefore, it can be understood that the prediction method of the present invention is more useful than the conventional prediction method.
次に、本発明によるタイヤの摩耗エネルギーを予測する方法を用いたタイヤの設計方法について説明する。 Next, a tire design method using the method for predicting tire wear energy according to the present invention will be described.
本実施形態のタイヤの設計方法は、上述の摩耗エネルギーの予測方法によって予測されたタイヤの転動時の摩耗エネルギーが、予め定められた許容摩耗エネルギー以下になるまで、タイヤモデル2のトレッドパターン部3を変更する工程S5を含む。即ち、この工程S5では、計算によって得られる摩耗エネルギーP1が、許容摩耗エネルギー以下になるまで、前記モデル設定ステップS1から計算ステップS4までが繰り返して行われる。
The tire design method according to the present embodiment is a tread pattern portion of the
なお、許容摩耗エネルギーは、耐摩耗性能が良いタイヤから実験的に求められる摩耗エネルギーの値が使用される。これにより、耐摩耗性能の良いタイヤを容易に設計することができる。 As the allowable wear energy, a value of wear energy obtained experimentally from a tire having good wear resistance is used. This makes it possible to easily design a tire with good wear resistance.
次に、許容摩耗エネルギー以下になったトレッドパターン部3に基づいてタイヤのトレッドパターンが設計される。
Next, a tread pattern of the tire is designed based on the
このように、本実施形態のタイヤの設計方法では、トレッドパターン部3が変更されるたびに、本発明の摩耗エネルギーの予測方法が用いられる。これにより、従来のタイヤの転動シミュレーションが繰り返されるタイヤの設計方法に比して、極めて短時間にタイヤのトレッドパターンを設計するができる。
Thus, in the tire design method of the present embodiment, the wear energy prediction method of the present invention is used every time the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施し得る。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and can be implemented in various forms.
1 コンピュータ
2 タイヤモデル
8 仮想路面
Px 接地圧
Py 接地長さ
Pz パターン剛性
S1 モデル設定ステップ
S2 取得ステップ
S3 算出ステップ
S4 計算ステップ
1
Claims (9)
前記コンピュ−タに、トレッドパターンを具えたタイヤを有限個の要素に分割してトレッドパターン部を有するタイヤモデルを入力するモデル設定ステップと、
前記コンピュータが、予め定めた境界条件に基づいて前記タイヤモデルの前記トレッドパターン部を仮想路面に接触させる静的接地シミュレーションを行ない、前記トレッドパターン部の接地形状及び接地圧の分布を取得する取得ステップと、
前記コンピュータが、前記接地形状及び接地圧分布から、前記トレッドパターン部のうち、予め定められた摩耗エネルギーの評価を行う領域の接地圧、タイヤ周方向の接地長さ及びパターン剛性を含む中間物理量の少なくとも一つを算出する算出ステップと、
前記コンピュータが、該コンピュータに予め記憶されかつ回帰分析にて得られた前記中間物理量から摩耗エネルギーを予測しうる予測式に、前記算出された中間物理量を代入して摩耗エネルギーを計算する計算ステップとを含むことを特徴とするタイヤの摩耗エネルギーの予測方法。 A method for predicting tire wear energy by simulating tire wear energy using a computer,
A model setting step of inputting a tire model having a tread pattern portion by dividing a tire having a tread pattern into a finite number of elements on the computer;
The computer performs a static contact simulation in which the tread pattern portion of the tire model is brought into contact with a virtual road surface based on a predetermined boundary condition, and acquires a contact shape and a distribution of contact pressure of the tread pattern portion. When,
From the contact shape and contact pressure distribution, the computer calculates intermediate physical quantities including the contact pressure, the contact length in the tire circumferential direction, and the pattern rigidity in a region where a predetermined wear energy is evaluated in the tread pattern portion. A calculating step for calculating at least one;
A calculation step in which the computer calculates wear energy by substituting the calculated intermediate physical quantity into a prediction formula that can be stored in the computer in advance and that can predict wear energy from the intermediate physical quantity obtained by regression analysis; A method for predicting tire wear energy.
このトレッドパターン部に基づいてタイヤのトレッドパターンを設計する工程を含むことを特徴とするタイヤの設計方法。 The tire model of the tire model until the wear energy at the time of rolling of the tire predicted by the method for predicting the wear energy of the tire according to any one of claims 1 to 8 is equal to or less than a predetermined allowable wear energy. Including a step of changing the tread pattern portion,
A tire designing method comprising a step of designing a tread pattern of a tire based on the tread pattern portion.
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