JP2013067184A - Tire simulation method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tire simulation method designed to precisely simulate tire performance on a soft mud road surface, while reducing calculation time.SOLUTION: A tire simulation method for simulating tire performance on a soft mud road surface includes: a tire model setting step S1 for setting a tire model formed by modeling a tire having at least a tread pattern with a numerically analyzable element; a road surface model setting step S2 for setting a soft road model formed by modeling the mud road surface with the numerically analyzable element; and a simulation step S4 for bringing the tire model into contact with the soft road model and performing deformation calculation of the soft road model by use of a computer for each minute time increment. In the tire model setting step S1, the tire model is set as an undeformable rigid body, while in the simulation step S4, the deformation calculation of the tire model is not performed.

Description

本発明は、計算時間を短縮しつつ軟弱な路面でのタイヤ性能を精度良くシミュレートしうるタイヤのシミュレーション方法に関する。   The present invention relates to a tire simulation method capable of accurately simulating tire performance on a soft road surface while reducing calculation time.

四輪駆動車やSUVといった多目的車両に装着される空気入りタイヤは、泥路面のような軟弱な路面を走行する機会があるため、このような泥路面での走行性能(以下、このような性能を「マッド性能」と呼ぶことがある。)を良好に発揮することが求められている。従来、タイヤのマッド性能は、テストタイヤを装着した実車で泥路面を走行させ、ドライバーのフィーリングによって評価されていた。しかしながら、このような評価方法では、天候等による泥路面の状況の変化やドライバーの能力等によってバラツキが生じやすく、定量的なマッド性能の把握が困難であった。   Pneumatic tires mounted on multi-purpose vehicles such as four-wheel drive vehicles and SUVs have the opportunity to travel on soft road surfaces such as mud road surfaces. Is sometimes called “mud performance”). Conventionally, the tire mud performance has been evaluated by the driver's feeling by running on a muddy road surface with an actual vehicle equipped with a test tire. However, in such an evaluation method, variations are likely to occur due to changes in the condition of the mud road surface due to the weather or the like, and the ability of the driver, and it is difficult to quantitatively grasp the mud performance.

そこで、近年では、有限要素法等の数値解析手法を用いたコンピュータシミュレーションにより、泥路面でのタイヤの走行性能を予測・解析する方法が提案されている。関連する技術としては、下記特許文献1乃至2がある。   Therefore, in recent years, a method for predicting and analyzing tire running performance on a mud road surface by computer simulation using a numerical analysis method such as a finite element method has been proposed. As related technologies, there are the following Patent Documents 1 and 2.

特開2003−315236号公報JP 2003-315236 A 特開2009−300278号公報JP 2009-3000278 A

しかしながら、上述のシミュレーション方法では、タイヤを実物通り弾性体としてモデル化したタイヤモデルと、泥路面をモデル化した泥路面モデルとを設定し、これらを接触させ、タイヤモデル及び泥路面モデルの両者の変形計算をコンピュータを用いて微小な時間増分毎に行う必要があり、多くの時間を要していた。   However, in the simulation method described above, a tire model in which the tire is modeled as an elastic body and a mud road surface model in which the mud road surface is modeled are set and brought into contact with each other. It was necessary to perform deformation calculation for each minute time increment using a computer, which required a lot of time.

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、計算時間を短縮しつつ軟弱な路面でのタイヤ性能を精度良くシミュレートしうるタイヤのシミュレーション方法を提供することを主たる目的としている。   The present invention has been devised in view of the above problems, and it is a main object of the present invention to provide a tire simulation method capable of accurately simulating tire performance on a soft road surface while reducing calculation time. It is said.

本発明のうち請求項1記載の発明は、軟弱な路面でのタイヤ性能をシミュレートするタイヤのシミュレーション方法であって、数値解析が可能な要素で少なくともトレッドパターンを有するタイヤをモデル化したタイヤモデルを設定するタイヤモデル設定ステップと、数値解析が可能な要素で前記路面をモデル化した軟弱路モデルを設定する路面モデル設定ステップと、タイヤモデルと軟弱路モデルとを接触させかつ軟弱路モデルの変形計算をコンピュータを用いて微小な時間増分毎に行うシミュレーションステップとを含むとともに、前記タイヤモデル設定ステップでは、前記タイヤモデルを変形不能な剛体として設定し、前記シミュレーションステップでは、前記タイヤモデルの変形計算を行わないことを特徴とする。   The invention according to claim 1 of the present invention is a tire simulation method for simulating tire performance on a soft road surface, and is a tire model in which a tire having at least a tread pattern is modeled as an element capable of numerical analysis. A tire model setting step for setting the road surface, a road surface model setting step for setting the soft road model in which the road surface is modeled by an element capable of numerical analysis, and the tire model and the soft road model are brought into contact with each other and the soft road model is deformed. A simulation step in which calculation is performed for each minute time increment using a computer. In the tire model setting step, the tire model is set as a non-deformable rigid body, and in the simulation step, deformation calculation of the tire model is performed. It is characterized by not performing.

また請求項2記載の発明は、前記シミュレーションステップでは、予め定められた条件に基づいて、前記タイヤモデルを前記軟弱路モデルに対して転動させることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the simulation step, the tire model is rolled with respect to the soft road model based on a predetermined condition.

また請求項3記載の発明は、前記軟弱路モデル設定ステップは、前記シミュレーションステップにおいて、前記トレッドパターンが接触しない厚さで前記軟弱路モデルを設定することを特徴とする。   The invention according to claim 3 is characterized in that the soft road model setting step sets the soft road model with a thickness that the tread pattern does not contact in the simulation step.

軟弱な路面、例えば十分な深さを有する泥路面では、通常、タイヤは、泥路面の底に接地することなく該底から浮いた状態で浮力を受けながら走行するため、タイヤを大きく変形させる程の荷重が作用しないことが多い。本発明では、このような軟弱路でのタイヤ走行状況に着目した。即ち、本発明では、タイヤモデルを変形不能な剛体として設定し、シミュレーションステップでは、軟弱路モデルの変形計算のみを行い、タイヤモデルの変形計算を行わないことを特徴としている。従って、本発明によれば、タイヤモデルの変形計算がなくなるため、計算時間を大幅に短縮することができる。他方、軟弱路では、上述のようにタイヤの変形は極めて小さい範囲に止まるため、タイヤモデルを剛体として取り扱ってもマッド性能の傾向に大きな差異が生じないので、シミュレーション結果をマッド性能の評価に有効に利用することができる。   On a soft road surface, for example, a muddy road surface having a sufficient depth, the tire usually travels while receiving buoyancy while floating from the bottom without touching the bottom of the mud road surface. Often, the load does not act. In the present invention, attention is paid to the tire running condition on such a soft road. That is, the present invention is characterized in that the tire model is set as a rigid body that cannot be deformed, and in the simulation step, only the deformation calculation of the soft road model is performed and the deformation calculation of the tire model is not performed. Therefore, according to the present invention, since the deformation calculation of the tire model is eliminated, the calculation time can be greatly shortened. On the other hand, on soft roads, as described above, tire deformation remains in a very small range, so there is no significant difference in the tendency of mud performance even if the tire model is handled as a rigid body. Can be used.

本実施形態で用いたコンピュータ装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the computer apparatus used by this embodiment. 本実施形態の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of this embodiment. タイヤモデルを視覚化して示す斜視図である。It is a perspective view which visualizes and shows a tire model. 泥路面モデルと、それに接触させられたタイヤモデルとの関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the relationship between a mud road surface model and the tire model made to contact with it. シミュレーションステップにおいて得られたタイヤモデルの縦荷重と時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the longitudinal load and time of the tire model obtained in the simulation step. 図5のグラフにおいて、0〜0.30sのタイヤモデルと軟弱路モデルとの関係を示す断面図である。In the graph of FIG. 5, it is sectional drawing which shows the relationship between the tire model of 0-0.30s, and a soft road model. 図5のグラフにおいて、0.30s〜0.35sのタイヤモデルと軟弱路モデルとの関係を示す断面図である。In the graph of FIG. 5, it is sectional drawing which shows the relationship between the tire model of 0.30s-0.35s, and a soft road model. 図5のグラフにおいて、0.35s〜0.40sのタイヤモデルと軟弱路モデルとの関係を示す断面図である。In the graph of FIG. 5, it is sectional drawing which shows the relationship between the tire model of 0.35 s-0.40 s, and a soft road model. 図5のグラフにおいて、0.40s以降のタイヤモデルと軟弱路モデルとの関係を示す断面図である。In the graph of FIG. 5, it is sectional drawing which shows the relationship between the tire model after 0.40 s, and a soft road model.

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本発明のタイヤのシミュレーション方法は、十分な厚さを有する軟弱な路面を走行するときのタイヤの走行性能を評価することができる。軟弱な路面の代表例としては、泥で満たされた泥路面が挙げられる。本発明の実施形態は、以下、泥路面を例に挙げて説明される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The tire simulation method of the present invention can evaluate the running performance of a tire when running on a soft road surface having a sufficient thickness. A typical example of a soft road surface is a mud road surface filled with mud. Embodiments of the present invention will be described below using a mud road surface as an example.

本明細書において、泥とは、少なくとも粘土(粒径:0.005未満)、シルト(粒径:0.005〜0.075mm)、細砂(粒径:0.075〜0.250mm)、中砂(粒径:0.250〜0.850mm)、粗砂(粒径:0.850〜2.00mm)、細礫(2.00mm〜4.75mm)及び中礫(4.75mm〜19.00mm)の1種又は2種以上の粒子と水分(10〜50%)とを含む混合物とする。   In this specification, mud is at least clay (particle size: less than 0.005), silt (particle size: 0.005 to 0.075 mm), fine sand (particle size: 0.075 to 0.250 mm), Medium sand (particle size: 0.250-0.850 mm), coarse sand (particle size: 0.850-2.00 mm), fine gravel (2.00 mm-4.75 mm) and medium gravel (4.75 mm-19) 0.001 mm) or a mixture containing two or more particles and moisture (10 to 50%).

特に限定はされないが、好ましい軟弱な泥路面としては、前記粒径は5.0mm以下、かつ、含水率(泥全体に占める水分の重量%)は0%よりも大かつ100%以下、好ましくは10〜50%、より好ましくは20〜40%、さらに好ましくは20〜30%程度の路面を想定することができる。   Although not particularly limited, as a preferable soft mud road surface, the particle diameter is 5.0 mm or less, and the moisture content (% by weight of moisture in the entire mud) is greater than 0% and 100% or less, preferably A road surface of about 10 to 50%, more preferably 20 to 40%, and still more preferably about 20 to 30% can be assumed.

図1には、本発明のシミュレーション方法を実施するためのコンピュータ装置1が示されている。前記コンピュータ装置1は、本体1a、キーボード1b、マウス1c及びディスプレイ装置1dを含んで構成される。前記本体1aには、演算処理装置(CPU)、ROM、作業用メモリー、磁気ディスクのような大容量記憶装置(いずれも図示せず。)、CD−ROMなどのドライブ装置1a1、1a2が設けられる。そして、前記大容量記憶装置には後述するシミュレーション方法を実行するために必要な処理手順(プログラム)が記憶される。   FIG. 1 shows a computer apparatus 1 for carrying out the simulation method of the present invention. The computer device 1 includes a main body 1a, a keyboard 1b, a mouse 1c, and a display device 1d. The main body 1a is provided with an arithmetic processing unit (CPU), a ROM, a working memory, a mass storage device such as a magnetic disk (all not shown), and drive devices 1a1, 1a2 such as a CD-ROM. . The large-capacity storage device stores a processing procedure (program) necessary for executing a simulation method described later.

図2には、前記コンピュータ装置1を用いて行われる本発明のシミュレーション方法の手順の一実施形態が示される。先ず、本実施形態では、数値解析が可能な要素で少なくともトレッドパターンを有するタイヤをモデル化したタイヤモデルを設定するタイヤモデル設定ステップが行われる(ステップS1)。ここで、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て取り扱い可能なことを意味し、本例では有限要素法及び有限体積法が採用される。   FIG. 2 shows an embodiment of the procedure of the simulation method of the present invention performed using the computer apparatus 1. First, in the present embodiment, a tire model setting step of setting a tire model obtained by modeling a tire having at least a tread pattern as an element capable of numerical analysis is performed (step S1). Here, that numerical analysis is possible means that it can be handled by a numerical analysis method such as a finite element method, a finite volume method, a difference method or a boundary element method. In this example, the finite element method and the finite volume method are used. Adopted.

図3には、タイヤモデル2の一例が3次元上に視覚化して表されている。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…を用いて表すことによりモデル化される。このようなタイヤモデル2の実体は、前記コンピュータ装置1で取り扱いが可能な数値データである。具体的には、各要素2a、2b、2c…の節点座標値、要素番号及び節点番号及が定義される。特に限定されないが、各要素2a、2b、2c…には、例えば、縦溝と横溝とを含む複雑なトレッドパターンを表現するのに適した三次元の4面体ソリッド要素等が好ましい。これにより、図3のタイヤモデル2では、トレッド表面の縦溝及び横溝を含んだトレッドパターン形状が忠実に再現されている。但し、これ以外にも5面体又は6面体ソリッド要素などが用いられても良い。   FIG. 3 shows an example of the tire model 2 visualized in three dimensions. The tire model 2 is modeled by representing a tire to be analyzed using a finite number of small elements 2a, 2b, 2c. The substance of the tire model 2 is numerical data that can be handled by the computer device 1. Specifically, the node coordinate value, element number, and node number of each element 2a, 2b, 2c... Are defined. Although not particularly limited, each of the elements 2a, 2b, 2c... Is preferably a three-dimensional tetrahedral solid element suitable for expressing a complicated tread pattern including vertical grooves and horizontal grooves, for example. Thereby, in the tire model 2 of FIG. 3, the tread pattern shape including the vertical groove and the horizontal groove on the tread surface is faithfully reproduced. However, other than this, a pentahedron or a hexahedron solid element may be used.

本実施形態のタイヤモデル2は、当初から剛体として定義されることを特徴事項の一つとしている。このようなタイヤモデル2は、荷重が作用しても変形しない。従って、このようなタイヤモデル2は、トレッドパターンを再現する点を除いて、タイヤの内部構造(例えば、カーカス、ベルト及び各種のゴム部材)を省略してモデル化することができる。これは、モデル作成時間の短縮に役立つ。剛体からなるタイヤモデル2は、前記各要素2a、2b…を、変形しない剛要素で定義することにより、容易に設定することができる。ただし、タイヤモデル2は、変形しない点及び内部構造が不要となる点を除き、その質量や形状、大きさなどは、解析対象となるタイヤに従って定義される。   The tire model 2 of the present embodiment is characterized by being defined as a rigid body from the beginning. Such a tire model 2 does not deform even when a load is applied. Therefore, such a tire model 2 can be modeled by omitting the internal structure of the tire (for example, a carcass, a belt, and various rubber members) except that the tread pattern is reproduced. This helps reduce model creation time. The tire model 2 made of a rigid body can be easily set by defining the elements 2a, 2b... With rigid elements that do not deform. However, the tire model 2 is defined according to the tire to be analyzed, except that the tire model 2 is not deformed and the internal structure becomes unnecessary.

次に、数値解析が可能な要素で泥の路面をモデル化した泥路面モデル3が設定される(ステップS2)。   Next, a mud road surface model 3 in which the mud road surface is modeled with elements that allow numerical analysis is set (step S2).

図4には、泥路面モデル3を視覚化した側面図が示される。この実施形態の泥路面モデル3は、有限体積法にて取り扱い可能なオイラー要素でモデル化されている。また、泥路面モデル3は、平面剛要素4の上の空間に固定された本実施形態では格子状のメッシュ3aと、このメッシュ3aによって区切られた空間を移動することができる泥モデル3b(グレーの着色部分)とを含む。格子状のメッシュの各交点又は各格子の重心点などにおいて、泥モデル3bの圧力や流速などの物理量が逐次計算されかつ記憶される。   FIG. 4 shows a side view of the mud road surface model 3 visualized. The mud road surface model 3 of this embodiment is modeled with Euler elements that can be handled by the finite volume method. In the present embodiment, the mud road surface model 3 is fixed in a space above the plane rigid element 4 and a mud model 3b (gray) that can move in a lattice-shaped mesh 3a and a space partitioned by the mesh 3a. A colored portion). Physical quantities such as pressure and flow velocity of the mud model 3b are sequentially calculated and stored at each intersection of the grid-like mesh or at the center of gravity of each grid.

前記泥モデル3bは、現実の路面の泥を模したもので、泥路面モデル3の上部を除き、底部及び周囲で閉じられている。つまり、泥モデル3bは、例えば上部が開放された箱の中に入れられた泥と等価である。前記泥モデル3bの厚さHは、解析の対象となる現実の泥路面の泥厚さに相当するので、本実施形態では、平面剛要素4の影響を無視できる程度の十分な大きさが与えられる。   The mud model 3b simulates mud on an actual road surface, and is closed at the bottom and the periphery except for the upper part of the mud road surface model 3. That is, the mud model 3b is equivalent to, for example, mud put in a box whose upper part is opened. Since the thickness H of the mud model 3b corresponds to the mud thickness of the actual mud road surface to be analyzed, in the present embodiment, the mud model 3b has a sufficient size so that the influence of the plane rigid element 4 can be ignored. It is done.

また、本実施形態の泥路面モデル3は、タイヤモデル2と接触しかつそれを転動させるのに必要かつ十分な幅及び長さが与えられた三次元空間を有する。ここで、タイヤモデル2の転動は、マッド性能を評価しうるものであれば1回転よりも小さい回転量であっても良い。   Further, the mud road surface model 3 of the present embodiment has a three-dimensional space provided with a width and a length necessary and sufficient to contact and roll the tire model 2. Here, the rolling of the tire model 2 may be a rotation amount smaller than one rotation as long as the mud performance can be evaluated.

さらに、図4に示されるように、泥路面モデル3は、タイヤモデル2の表面との接触が考慮される。泥路面モデル3の変形計算(後述)では、タイヤモデル2及び泥路面モデル3の互いの位置情報から両者の交差部分Jが計算される。タイヤモデル2及び泥モデル3bは、前記交差部分Jの境界JL(つまり、タイヤモデル2のトレッドパターンの表面)を介して接触するものとして取り扱われる。即ち、泥モデル3bは境界JLを介してタイヤモデル2に圧力等を与える。逆に、タイヤモデル2は、その表面を「壁」(カップリングサーフェース)として泥モデル3bに与え、該泥モデル3bを変形させる。   Furthermore, as shown in FIG. 4, the mud road surface model 3 takes into account the contact with the surface of the tire model 2. In the deformation calculation (described later) of the mud road surface model 3, the intersection J between the tire model 2 and the mud road surface model 3 is calculated from the mutual position information. The tire model 2 and the mud model 3b are handled as being in contact with each other via the boundary JL of the intersecting portion J (that is, the surface of the tread pattern of the tire model 2). That is, the mud model 3b applies pressure or the like to the tire model 2 via the boundary JL. Conversely, the tire model 2 gives its surface as a “wall” (coupling surface) to the mud model 3b and deforms the mud model 3b.

さらに、前記泥モデル3bには、実際の泥に近似した物性が定義され、本実施形態では弾塑性特性、崩壊特性及び粘着力が定義される。   Further, the mud model 3b defines physical properties approximate to actual mud, and in this embodiment, elasto-plastic characteristics, collapse characteristics, and adhesive strength are defined.

前記弾塑性特性とは、泥モデル3bの物理特性が、応力状態に基づいて異なること言う。   The elasto-plastic property means that the physical property of the mud model 3b differs based on the stress state.

また、前記崩壊特性とは、泥モデル3bが、圧縮応力(平均圧縮応力)の下では塑性ひずみが生じても破壊しない一方、引張応力(平均引張応力)の下では、その等価塑性ひずみが特定の値に達すると破壊する特性である。泥モデル3bが破壊する等価塑性ひずみは、拘束圧に拘わらずほぼ一定の値を示す。従って、泥モデル3bに、この崩壊特性と上記弾塑性特性とを定義することにより、タイヤが泥路面を走行するときの泥路面状況がシミュレーション結果により正確に取り込まれる。   In addition, the collapse characteristic is that the mud model 3b does not break even if plastic strain occurs under compressive stress (average compressive stress), while the equivalent plastic strain is specified under tensile stress (average tensile stress). It is a characteristic that destroys when the value of is reached. The equivalent plastic strain that the mud model 3b breaks exhibits a substantially constant value regardless of the restraint pressure. Therefore, by defining the collapse characteristic and the elasto-plastic characteristic in the mud model 3b, the mud road surface condition when the tire travels on the mud road surface is accurately captured by the simulation result.

さらに、泥モデル3bには、粘着力が定義される。タイヤが泥路面を走行した場合、泥はタイヤ表面に粘着する。従って、タイヤ表面に粘着した泥は、トレッドパターンを埋めるため、タイヤのトラクション低下などを引き起こす。しかし、トレッドパターンの溝の排土性が良ければ、このようなトラクション低下は最小限に抑えられる。従って、本発明のシミュレーション方法は、タイヤの溝の排土性をも評価するのに役立つ。   Furthermore, an adhesive force is defined in the mud model 3b. When the tire travels on the mud road surface, the mud adheres to the tire surface. Therefore, mud adhering to the tire surface fills the tread pattern and causes a reduction in tire traction. However, such a reduction in traction can be minimized if the tread pattern groove has good soil removal. Therefore, the simulation method of the present invention is useful for evaluating the soil removal performance of tire grooves.

泥モデル3bに定義される上記各特性は、解析対象となる泥路面の粒子や含水率に応じて設定される。なお、各特性の定義等については、解析対処の泥路面等に基づき、例えば、先に示した特許文献2の記載された方法が好適に利用できる。   Each of the above characteristics defined in the mud model 3b is set according to the mud road surface particles and moisture content to be analyzed. In addition, about the definition of each characteristic etc., based on the mud road surface etc. of analysis handling, the method described in the patent document 2 shown previously can be used suitably, for example.

次に、本実施形態では、境界条件等、後述のシミュレーションステップを行うに際して必要な条件が定義される(ステップS3)。設定される条件としては、例えばタイヤモデル2が装着されるリム、内圧、泥路面モデル3とタイヤモデル2との間の摩擦係数、タイヤモデル2のスリップ角、キャンバー角、転動速度、タイヤモデル2や泥路面モデル3の変形計算時の初期の時間増分及び両モデル2、6の初期位置などの条件が含まれる。   Next, in the present embodiment, conditions necessary for performing a simulation step described later, such as boundary conditions, are defined (step S3). The set conditions include, for example, the rim on which the tire model 2 is mounted, the internal pressure, the friction coefficient between the mud road surface model 3 and the tire model 2, the slip angle, the camber angle, the rolling speed, and the tire model of the tire model 2. 2 and the initial time increment when the mud road surface model 3 is deformed and conditions such as the initial positions of the models 2 and 6 are included.

また、境界条件として、泥路面モデル3には、泥モデル3bの流出流入条件などが挙げられる。本実施形態の泥路面モデル3では、泥モデル3bが存在する泥層については、上面を除いた底部及び側部を壁で囲まれた条件が定義される。即ち、泥層については、上面を除いて泥モデル3bの出入り、即ち流出入はない。また外部から泥モデル3bが供給されることはない。さらに、泥路面モデル3の泥モデル3bの上部には、泥モデル3bが移動可能なようにある程度の高さを有した空間層3cが設けられている。該空間層3cは、全ての面が解放されている。   Further, as the boundary condition, the mud road surface model 3 includes the outflow / inflow condition of the mud model 3b. In the mud road surface model 3 of the present embodiment, for the mud layer in which the mud model 3b exists, a condition is defined in which the bottom and side portions excluding the upper surface are surrounded by walls. That is, with respect to the mud layer, the mud model 3b does not enter or exit except the upper surface. The mud model 3b is not supplied from the outside. Furthermore, a space layer 3c having a certain height is provided above the mud model 3b of the mud road surface model 3 so that the mud model 3b can move. All the surfaces of the space layer 3c are released.

さらに、泥モデル3bの厚さ(即ち、泥層の厚さ)Hが定義される。この厚さHは、後述のシミュレーションステップにおいて、タイヤモデル2のトレッドパターンが、泥路面モデル3の底面である平面剛要素4に接触しない泥厚さで定義される。この厚さHは、泥モデル3bの粘度、及び、タイヤモデル2の縦荷重などによって適宜決定することができる。   Furthermore, the thickness (that is, the thickness of the mud layer) H of the mud model 3b is defined. The thickness H is defined as a mud thickness at which the tread pattern of the tire model 2 does not contact the planar rigid element 4 that is the bottom surface of the mud road surface model 3 in a simulation step described later. This thickness H can be appropriately determined depending on the viscosity of the mud model 3b, the longitudinal load of the tire model 2, and the like.

次に、コンピュータ装置1は、図4に示されるように、タイヤモデル2と泥路面モデル3の泥モデル3bとを接触させかつ泥路面モデル3の変形計算を、微小な時間増分毎に行うシミュレーションステップが行われる(ステップS4)。本発明のシミュレーションステップでは、泥路面モデル3の変形計算のみ行われ、剛体であるタイヤモデル2の変形計算を行わないことを特徴としている。   Next, as shown in FIG. 4, the computer apparatus 1 makes a simulation in which the tire model 2 and the mud model 3b of the mud road model 3 are brought into contact with each other and the deformation calculation of the mud road model 3 is performed at every minute time increment. A step is performed (step S4). In the simulation step of the present invention, only the deformation calculation of the mud road surface model 3 is performed, and the deformation calculation of the tire model 2 which is a rigid body is not performed.

上述のように、軟弱かつ十分な深さを有する泥路面では、通常、タイヤは、泥路面の底に接地することなく浮いた状態で走行するため、タイヤを大きく変形させるような荷重が殆ど作用しない。本発明では、このようなタイヤの泥路面走行時の状況に着目して、タイヤモデル2を変形不能な剛体として設定している。そして、シミュレーションステップでは、泥路面モデル3の変形計算のみを行い、タイヤモデル2の変形計算を行わないこととした。これにより、本発明では、タイヤモデル2の作成時間の短縮はもとより、タイヤモデル2の変形計算がなくなるため、シミュレーションに要する計算時間を大幅に短縮することができる。また、泥路面では、上述のようにタイヤの変形は極めて小さい範囲に止まるため、タイヤモデル2を剛体として取り扱っても、大きな精度の低下なしにマッド性能をシミュレートすることができる。   As described above, on a muddy road surface that is soft and has a sufficient depth, the tire usually runs in a floating state without touching the bottom of the muddy road surface, so a load that greatly deforms the tire is almost effective. do not do. In the present invention, the tire model 2 is set as a non-deformable rigid body by paying attention to the situation when the tire travels on a muddy road surface. In the simulation step, only the deformation calculation of the mud road surface model 3 is performed, and the deformation calculation of the tire model 2 is not performed. As a result, in the present invention, the calculation time required for the simulation can be greatly reduced since the deformation calculation of the tire model 2 is eliminated as well as the creation time of the tire model 2 is shortened. Further, on the mud road surface, since the deformation of the tire is limited to a very small range as described above, even if the tire model 2 is handled as a rigid body, the mud performance can be simulated without a large decrease in accuracy.

泥路面モデル3の変形計算は、種々の方法で行われるが、本実施形態では陽解法で計算される。陽解法は、各モデル2、3に荷重等が作用した瞬間を時刻0とし、設定された時間増分Δtごとに時間を区切り、各時刻でのモデル2、3の変位が求められる。このため、収束計算は必要ないが、計算を安定させるために、前記時間増分Δtは、クーラン(Courant)条件を満たすように設定される。このような計算には、例えば、汎用の有限要素解析アプリケーションソフトウエア(例えばMSC社製 MSC−Dytran)などを用いて行われる。   The deformation calculation of the mud road surface model 3 is performed by various methods. In this embodiment, the deformation calculation is performed by the explicit method. In the explicit method, the moment when a load or the like is applied to each of the models 2 and 3 is set to time 0, the time is divided for each set time increment Δt, and the displacement of the models 2 and 3 at each time is obtained. Therefore, although convergence calculation is not necessary, the time increment Δt is set so as to satisfy the Courant condition in order to stabilize the calculation. Such calculation is performed, for example, using general-purpose finite element analysis application software (for example, MSC-Dytran manufactured by MSC).

そして、上記シミュレーションステップを終えると、必要な物理量が出力される(ステップS5)。図5には、横軸に時間、縦軸に物理量としてタイヤモデル2に作用した縦荷重が出力されている。このシミュレーションの計算条件等は、次の通りである。
<泥モデルの特性の参考とした実際の泥>
採取地:奈良県
礫分(粒子径2〜75mm):0%
砂分(粒子径0.075〜2mm):44.8%
砂粒分(粒子径:0.075mm未満):55.2%
含水率:26.3%
地盤材料の分類:砂質粘度(低粘性)
分類記号(CLS)
When the simulation step is finished, a necessary physical quantity is output (step S5). In FIG. 5, the vertical load acting on the tire model 2 is output as time on the horizontal axis and physical quantity on the vertical axis. The calculation conditions of this simulation are as follows.
<Actual mud with reference to the characteristics of the mud model>
Collection location: Nara Prefecture Gravel (particle size 2 to 75mm): 0%
Sand content (particle size 0.075-2mm): 44.8%
Sand particle content (particle diameter: less than 0.075 mm): 55.2%
Moisture content: 26.3%
Ground material classification: sandy viscosity (low viscosity)
Classification symbol (CLS)

<計算条件>
タイヤサイズ:285/60R18
泥の厚さH:15cm
タイヤモデルの泥路面モデルへの沈下量D:8cm
タイヤモデルを回転させるときの速度:1rps
<Calculation conditions>
Tire size: 285 / 60R18
Mud thickness H: 15cm
Subsidence amount of tire model to mud road surface model D: 8cm
Speed when rotating tire model: 1rps

<実施例1、2>
実施例1及び2は、タイヤモデルが剛体からなり、シミュレーションにおいて、タイヤモデルの変形計算が行われていない。また、実施例1のシミュレーションでは、タイヤモデルを時刻0.3秒においてタイヤモデルを上記回転速度で開始させている。実施例2のシミュレーションでは、タイヤモデルを上記縦荷重のみ作用させて泥路面モデルに接触させており、回転はさせていない。
<Examples 1 and 2>
In Examples 1 and 2, the tire model is formed of a rigid body, and the deformation calculation of the tire model is not performed in the simulation. In the simulation of the first embodiment, the tire model is started at the rotational speed at the time of 0.3 seconds. In the simulation of Example 2, the tire model is made to contact only the mud road surface model by applying only the longitudinal load, and is not rotated.

<比較例1、2>
比較例1及び2は、タイヤモデルが弾性体からなる。即ち、これらのタイヤモデルは、内部構造までモデル化されており、各要素には、解析対象となるタイヤモデルの材料物性が定義されている。また、シミュレーションにおいて、タイヤモデルの変形計算も行われている。さらに、比較例1のシミュレーションでは、タイヤモデルを時刻0.3秒においてタイヤモデルを上記回転速度で開始させている。比較例2のシミュレーションでは、タイヤモデルを上記縦荷重のみ作用させて泥路面モデルに接触させており、回転はさせていない。
<Comparative Examples 1 and 2>
In Comparative Examples 1 and 2, the tire model is made of an elastic body. That is, these tire models are modeled to the internal structure, and the material properties of the tire model to be analyzed are defined for each element. In the simulation, tire model deformation calculation is also performed. Furthermore, in the simulation of the comparative example 1, the tire model is started at the rotational speed at the time of 0.3 seconds. In the simulation of Comparative Example 2, the tire model is caused to act only on the longitudinal load and contact the mud road surface model, and is not rotated.

[シミュレーション結果の検討]
次に、図5において、回転させていない比較例2及び実施例2について検討する。図6及び図7に示されるように、比較例2では、0〜0.3秒かけてタイヤモデル2を8cmの沈下量Dで沈下させた。その課程において、泥路面モデル3の反力Rが約0.15秒で最大となった。タイヤモデル2は、泥路面モデル3からの反力によって支えられ、0.4秒後以降は、タイヤモデル2によってどけられた泥モデル3bが周囲にゆっくりと流れていき、反力(縦荷重)が徐々に減少する。実施例2では、タイヤモデルが剛体であるため、弾性変形しない分、波形に振動が無いことがわかる。また、図5から明らかなように、実施例2では、反力の増加は比較例2に比べると小さい。しかし、実施例2も、縦荷重の変遷を見れば、比較例2とほぼ同様の傾向を示していることがわかる。
[Examination of simulation results]
Next, Comparative Example 2 and Example 2 which are not rotated in FIG. 5 will be examined. As shown in FIGS. 6 and 7, in Comparative Example 2, the tire model 2 was subtracted with a subsidence amount D of 8 cm over 0 to 0.3 seconds. In the course, the reaction force R of the mud road surface model 3 reached its maximum in about 0.15 seconds. The tire model 2 is supported by the reaction force from the mud road surface model 3, and after 0.4 seconds, the mud model 3b removed by the tire model 2 slowly flows around and reacts (longitudinal load). Gradually decreases. In Example 2, since the tire model is a rigid body, it can be seen that there is no vibration in the waveform because it is not elastically deformed. As is clear from FIG. 5, in Example 2, the increase in reaction force is smaller than that in Comparative Example 2. However, it can be seen that Example 2 shows almost the same tendency as Comparative Example 2 when the transition of the longitudinal load is observed.

次に、比較例1及び実施例1について検討する。比較例1では、図6乃至7に示されるように、0〜0.3秒かけてタイヤモデル2を8cm沈下させた後、図8乃至9に示されるように、0.3秒から1rpsでタイヤモデル2を回転させた。従って、比較例1は、0.3秒までは、比較例2と同一の課程を辿る一方、0.3秒以降は、タイヤモデル2の回転に伴って泥が掘られ、一気に縦荷重Rが減少することがわかる。このような縦荷重の変化に関して、実施例2でも、比較例2とほぼ同様の傾向を示していることがわかる。   Next, Comparative Example 1 and Example 1 will be examined. In Comparative Example 1, as shown in FIGS. 6 to 7, after the tire model 2 was sunk for 8 cm over 0 to 0.3 seconds, from 0.3 seconds to 1 rps as shown in FIGS. The tire model 2 was rotated. Accordingly, Comparative Example 1 follows the same process as Comparative Example 2 until 0.3 seconds, while mud is dug along with rotation of the tire model 2 after 0.3 seconds, and the longitudinal load R is suddenly applied. It turns out that it decreases. With respect to such a change in the longitudinal load, it can be seen that Example 2 also shows a tendency similar to that of Comparative Example 2.

次に、上記実施例2及び比較例2の各シミュレーションに要した時間を調べた。タイヤモデルの作成時間については、比較例2の作成時間を100とすると、実施例2では25となり75%の短縮が図れた。また、シミュレーション時間については、比較例2を100とすると、実施例2では29となり、71%の大幅な短縮が図れた。   Next, the time required for each simulation of Example 2 and Comparative Example 2 was examined. With respect to the tire model creation time, assuming that the creation time of Comparative Example 2 was 100, Example 2 was 25, a 75% reduction. The simulation time was 29 in Example 2 when Comparative Example 2 was set to 100, which was a significant reduction of 71%.

以上の実施例から明らかなように、本発明では、マッド性能の傾向を損ねることなしに、計算結果を大幅に短縮していることが確認できた。   As is clear from the above examples, it has been confirmed that the calculation results are greatly shortened without impairing the tendency of the mud performance in the present invention.

1 コンピュータ装置
2 タイヤモデル
3 泥路面モデル
3a メッシュ
3b 泥モデル
1 Computer device 2 Tire model 3 Mud road surface model 3a Mesh 3b Mud model

Claims (3)

軟弱な路面でのタイヤ性能をシミュレートするタイヤのシミュレーション方法であって、
数値解析が可能な要素で少なくともトレッドパターンを有するタイヤをモデル化したタイヤモデルを設定するタイヤモデル設定ステップと、
数値解析が可能な要素で前記路面をモデル化した軟弱路モデルを設定する路面モデル設定ステップと、
タイヤモデルと軟弱路モデルとを接触させかつ軟弱路モデルの変形計算をコンピュータを用いて微小な時間増分毎に行うシミュレーションステップとを含むとともに、
前記タイヤモデル設定ステップでは、前記タイヤモデルを変形不能な剛体として設定し、
前記シミュレーションステップでは、前記タイヤモデルの変形計算を行わないことを特徴とするタイヤのシミュレーション方法。
A tire simulation method for simulating tire performance on a soft road surface,
A tire model setting step for setting a tire model obtained by modeling a tire having at least a tread pattern as an element capable of numerical analysis;
A road surface model setting step for setting a soft road model in which the road surface is modeled with an element capable of numerical analysis;
A simulation step of contacting the tire model with the soft road model and performing a deformation calculation of the soft road model for each minute time increment using a computer,
In the tire model setting step, the tire model is set as a non-deformable rigid body,
In the simulation step, a tire simulation method is characterized in that deformation calculation of the tire model is not performed.
前記シミュレーションステップでは、予め定められた条件に基づいて、前記タイヤモデルを前記軟弱路モデルに対して転動させる請求項1記載のタイヤのシミュレーション方法。   The tire simulation method according to claim 1, wherein, in the simulation step, the tire model rolls with respect to the soft road model based on a predetermined condition. 前記軟弱路モデル設定ステップは、前記シミュレーションステップにおいて、前記トレッドパターンが接触しない厚さで前記軟弱路モデルを設定する請求項1又は2記載のタイヤのシミュレーション方法。   3. The tire simulation method according to claim 1, wherein the soft road model setting step sets the soft road model with a thickness at which the tread pattern does not contact in the simulation step.
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