JP2018131163A - 空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターン領域同士でピッチ配列が相違している場合にも、パターンノイズを予測する。【解決手段】 トレッド面２が複数（ｎ）本のパターン領域４に区画されたタイヤ１において、パターン領域４毎に、ピッチ７の列をパルス列に置換し、かつそのパルス列をフーリエ変換して１〜Ｋ次の振幅Ｐ（Ｋ）を求める。パターン領域４毎に求めた振幅Ｐ（Ｋ）を合算した合成振幅Ｐ０（Ｋ）に基づいて、ピッチノイズを予測する。【選択図】図４

Description

本発明は、トレッド面の模様構成単位をなすピッチの配列から、パターンノイズを予測する空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法に関する。

下記の特許文献１には、トレッドパターンのピッチ配列から求めたパルス列をフーリエ変換し、これによって得られる振幅Ｐを所定の値以下とすることにより、タイヤの騒音性能を向上することが提案されている。

具体的には、模様構成単位をなすピッチの配列をパルス列に置換し、このパルス列を下記式（１）〜（３）でフーリエ変換することにより１〜Ｋ次（Ｋ＝１〜２Ｎまでの自然数）の振幅Ｐ（Ｋ）を求めている。このときの振幅Ｐ（Ｋ）が、タイヤの騒音を周波数分析したときのノイズエネルギーと相関があるとの知見に基づき、振幅Ｐを所定の値以下とすることで、騒音性能を向上させている。

しかし、前記特許文献１では、タイヤ軸方向で隣り合うピッチ（模様構成単位）が何れも同じ場合に限られる。従って、トレッド面が、周方向溝によって複数の陸部に区分され、かつ前記陸部同士でピッチ配列が相違している場合には、対応することができず、パターンノイズを予測することができなかった。

特許第４３１１７８８号公報

本発明は、トレッド面が複数（ｎ）本のパターン領域に区分され、かつパターン領域同士でピッチ配列が相違している場合にも、パターンノイズを予測しうる空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法を提供することを課題としている。

本発明は、トレッド面に、タイヤ周方向にのびる周方向溝によって区画された複数（ｎ）本のパターン領域を具え、かつ前記パターン領域に、模様構成単位をなす複数（Ｎ）個のピッチがタイヤ周方向に配列された空気入りタイヤにおけるパターンノイズの予測方法であって、
前記パターン領域毎に
タイヤ周方向に配列された前記ピッチの列を、各ピッチを単位パルスとしかつ１つのピッチを起点として前記配列の順にしかも各ピッチの周方向の長さであるピッチ長さを隔てたパルス列に置換し、
かつ前記パルス列を下記式（１）〜（３）でフーリエ変換して得られる１〜Ｋ次（Ｋ＝１〜２Ｎまでの自然数）の振幅Ｐ（Ｋ）を求めるとともに、
前記パターン領域毎に求めた前記振幅Ｐ（Ｋ）を合算して合成振幅Ｐ０（Ｋ）を求め、
かつ前記合成振幅Ｐ０（Ｋ）に基づいて、パターンノイズを予測することを特徴としている。

Ｎは、ピッチの総数
Ｘ（ｊ）は、パルス列におけるｊ番目の単位パルスの位置
Ｌは、タイヤ周長変数
Ｋは、１〜２Ｎまでの自然数

本発明に係る空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法では、前記合成振幅Ｐ０（Ｋ）は、前記パターン領域毎の振幅Ｐｉ（Ｋ）に、前記パターン領域毎に定めた係数Ｓｉを掛けて合算した次式（４）により求めることが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法では、前記パターン領域は、このパターン領域を横切る向きにのびる横溝に基づいて模様構成単位が構成されるとともに、
前記係数Ｓｉは、それぞれのパターン領域のタイヤ軸方向幅ｙｉと、それぞれのパターン領域に配される前記横溝のタイヤ軸方向長さｇｉとに基づく幅係数Ａｉ、及びそれぞれのパターン領域に配される前記横溝のタイヤ周方向に対する角度θｉに基づく角度係数Ｂｉの積（Ａｉ×Ｂｉ）としたことが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法では、前記幅係数Ａｉは、次式（５）により求めることが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法では、前記角度係数Ｂｉは、それぞれのパターン領域におけるタイヤ接地形状の接線がタイヤ周方向に対する角度をθ’ｉ、そのパターン領域に配される横溝のタイヤ周方向に対する角度をθｉとしたとき、次式（６ａ）又は（６ｂ）により求めることが好ましい。
Ｂｉ＝θｉ／θ’ｉ（θ’ｉ≧θｉの場合） −−−（６ａ）
Ｂｉ＝θ’ｉ／θｉ（θｉ＞θ’ｉの場合） −−−（６ｂ）

前記「タイヤ接地形状」は、正規リムにリム組みしかつ正規内圧を充填した状態のタイヤに、正規荷重を負荷してキャンバー角０度で平面に静的に押し付けたときに得られるトレッド部の接地形状である。

なお前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、或いはＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim"を意味する。前記「正規内圧」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE"を意味するが、乗用車用タイヤの場合には１８０ｋＰａとする。前記「正規荷重」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、ＪＡＴＭＡであれば最大負荷能力、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "LOAD CAPACITY"である。

本発明は叙上の如く、トレッド面が周方向溝によって複数（ｎ）本のパターン領域に区画されたタイヤにおいて、パターン領域毎に、ピッチの列をパルス列に置換し、かつそのパルス列をフーリエ変換して１〜Ｋ次の振幅Ｐ（Ｋ）を求めている。そして、パターン領域毎に求めた振幅Ｐ（Ｋ）を合算した合成振幅Ｐ０（Ｋ）に基づいて、ピッチノイズを予測している。

従って、パターン領域毎にピッチ配列が相違している場合にも、タイヤ全体としてのパターンノイズを予測することができる。

本発明のパターンノイズ予測方法を説明するために例示されたトレッドパターンの展開図である。 （Ａ）、（Ｂ）はピッチ及びピッチ列を例示する線図である。 パルス列を例示するグラフである。 フーリエ変換によりパルス列から得られた振幅Ｐ（Ｋ）を概念的に示すグラフである。 角度係数を説明する線図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は比較例１、２及び実施例３のトレッドパターンである。 （Ａ）〜（Ｃ）は比較例１、２及び実施例３の合成振幅Ｐ０（Ｋ）を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に示されるように、空気入りタイヤ１は、トレッド面２に、タイヤ周方向にのびる周方向溝３を具え、これによりトレッド面２が、陸部である複数（ｎ）本のパターン領域４に区画される。本例では、３本の周方向溝３により、トレッド面２が４本（ｎ＝４）のパターン領域４に区画される場合が示される。

各パターン領域４を区別する場合、図１において左側から順に、パターン領域４_１〜４_ｎと記載する場合がある。

各パターン領域４には、それぞれ、模様構成単位をなす複数（Ｎ）個のピッチ７がタイヤ周方向に配列される。本例では、それぞれのパターン領域４には、パターン領域４を横切る向きにのびる横溝８が設けられ、この横溝８に基づいて模様構成単位をなすピッチ７が構成される。

図１，２（Ａ）には、横溝８がパターン領域４を貫通する場合が示される。この場合、パターン領域４は、横溝８により複数のブロック９に区分される。そして、一つのブロック９と、このブロック９にタイヤ周方向一方側で隣り合う一つの横溝８とによって、一つのピッチ７が構成される。又図２（Ｂ）には、横溝８の一端がパターン領域４内で途切れる場合が示される。この場合、横溝８、８間の陸部分１０と、この陸部分１０にタイヤ周方向一方側で隣り合う横溝８とによって、一つのピッチ７が構成される。

各パターン領域４において、前記ピッチ７は、その周方向の長さであるピッチ長さＣＬが異なる複数種類のピッチ７で構成される。そして各パターン領域４には、この複数種類のピッチ７が、ピッチバリエーション法などに基づいてタイヤ周方向に配列したピッチ列７Ｒが配される。

パターン領域４毎のピッチ７の種類数として、従来と同様、例えば３〜８の範囲が好適に採用できる。又パターン領域４毎のタイヤ１周当たりのピッチ７の総数Ｎも、従来と同様、タイヤサイズやカテゴリーに応じて適宜設定される。通常、前記総数Ｎは５０〜８０程度である。なお各パターン領域４における、ピッチ７の総数Ｎは、互いに等しい。ピッチ７の種類数は、パターン領域４毎に相違しても良い。

各パターン領域４において、複数種類のピッチ７をそのピッチ長さＣＬの順に並べたとき、隣り合うピッチ間のピッチ長さＣＬの増加比が大きすぎると、剛性差が大となって偏摩耗をもたらす傾向がある。逆に小さすぎると、ノイズが広い周波数域に分散させることが難しい。かかる観点より、隣り合うピッチ間のピッチ長さＣＬの増加比は、１．０５〜１．４０、さらには１．１０〜１．３０の範囲が好ましい。

そして、本発明のパターンノイズ予測方法では、パターン領域４毎に、ピッチ列７Ｒをパルス列に置換する置換段階と、そのパルス列をフーリエ変換して１〜Ｋ次の振幅Ｐ（Ｋ）を求めるフーリエ変換段階とを含む。

図３に示すように、前記置換段階では、ピッチ列７Ｒにおいて、各ピッチ７を大きさが等しい単位パルスＵとし、かつ１つのピッチ７を起点として前記ピッチ列７Ｒの順に、しかも各ピッチ７を、前記ピッチ長さＣＬに相当する間隔を隔て配列する。このピッチ列７Ｒからパルス列への置換は、タイヤ一周に亘って行われる。

図３において、縦軸はパルスの大きさを示し、横軸は単位パルスＵの発生する間隔を示している。ここで、単位パルスＵの発生間隔は、等間隔ではなく各ピッチ長さＣＬに応じたものとなる。本例では、発生間隔をピッチ比ＰＬで代用する。「ピッチ比ＰＬ」とは、複数種類のピッチ７の中から、基準となる一つの基準ピッチを定め、この基準ピッチの長さに対する各ピッチの長さの比で表される。基準ピッチは、好ましくは複数種類のピッチ７を長さの順に並べたときの中間もしくはそれに近いピッチとするのが好ましい。

各パターン領域４においてパルス列を求める場合、単位パルスの起点は、全てのパターン領域４で統一する必要がある。具体的には、図１に示すように、タイヤ軸方向にのびる基準線Ｚを設け、この基準線Ｚ上に位置するピッチ７を起点Ｏとしてパルス列を形成する。

フーリエ変換段階では、図４に概念的に示すように、各前記パルス列を下記式（１）〜（３）でフーリエ変換することにより、１〜Ｋ次（Ｋ＝１〜２Ｎまでの自然数）の振幅Ｐ（Ｋ）を得る。

式（１）、（２）の「Ｌ」はタイヤ周長変数として定義され、タイヤ１周に亘り全てのピッチ７のピッチ比ＰＬを総和したものとして定義される。また式（１）、（２）の「Ｘ（ｊ）」とは、起点Ｏからｊ番目のピッチ７までのパルス位置を示し、以下の如く起点Ｏからｊ番目までのピッチ比ＰＬの和で表される。
Ｘ（１）＝ＰＬ（１）
Ｘ（２）＝ＰＬ（１）＋ＰＬ（２）
Ｘ（ｊ）＝ＰＬ（１）＋ＰＬ（２）＋ … ＋ＰＬ（ｊ）
なおＰＬ（ｊ）（ｊは、１〜Ｎまでの自然数）は、起点Ｏからｊ番目に配列されているピッチ７のピッチ比ＰＬの値である。

このように、パルス列をフーリエ変換して得られる振幅Ｐ（Ｋ）は、一つのパターン領域４から発生するパターンノイズを周波数分析したときのノイズエネルギーと相関がある。また次数Ｋは、パターンノイズの周波数と相関がある。

従って、パターン領域４毎に求めた振幅Ｐ（Ｋ）を、互いに合算して合成振幅Ｐ０（Ｋ）を求めることにより、この合成振幅Ｐ０（Ｋ）に基づいて、トレッドパターン全体から発生するパターンノイズ、特にパターンノイズの音圧レベルを予測することが可能になる。

このとき、合成振幅Ｐ０（Ｋ）は、パターン領域４毎の振幅Ｐｉ（Ｋ）に、パターン領域４毎に定めた係数Ｓｉを掛けて合算した次式（４）により求めることが好ましい。

これは、パターン領域４によって、トレッドパターン全体から発生しうるパターンノイズへの寄与率が相違するためであり、この寄与率に相当する係数Ｓｉによって、各パターン領域４の振幅Ｐｉ（Ｋ）を補正する。

前記係数Ｓｉとして、幅係数Ａｉと角度係数Ｂｉの積（Ａｉ×Ｂｉ）を採用するのが好ましい。図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、前記幅係数Ａｉは、それぞれのパターン領域４のタイヤ軸方向幅ｙｉと、それぞれのパターン領域４に配される横溝８のタイヤ軸方向長さｇｉとに基づいて定まる。

一つのパターン領域４からのピッチ音は、そのパターン領域４に配される横溝８のタイヤ軸方向の長さｇｉが長い程大きくなる。そして、横溝８が貫通溝であって、横溝８の長さｇｉが、パターン領域４の幅ｙｉと等しいとき、ピッチ音が最大となる。従って前記幅係数Ａｉとして、次式（５）により求めることが好ましい。

又角度係数Ｂｉは、それぞれのパターン領域４に配される横溝８のタイヤ周方向に対する角度θｉに基づいて定まる。

図５に示すように、一つのパターン領域４において、そのパターン領域４に配される横溝８が、そのパターン領域４におけるタイヤ接地形状２０の接線Ｔと平行に近いほど、横溝８の各部が一度に接地しやすくなる。即ち、一つのパターン領域４からのピッチ音は、横溝８のタイヤ周方向に対する前記角度θｉと、接線Ｔのタイヤ周方向に対する角度θ’ｉとの比が１に近いほど大きくなる。従って、前記角度係数Ｂｉとして、次式（６ａ）又は（６ｂ）により求めることが好ましい。
Ｂｉ＝θｉ／θ’ｉ（θ’ｉ≧θｉの場合） −−−（６ａ）
Ｂｉ＝θ’ｉ／θｉ（θｉ＞θ’ｉの場合） −−−（６ｂ）

前記接線Ｔの角度θ’ｉは、各パターン領域４のタイヤ軸方向幅ｙｉの幅中心位置において、タイヤ接地形状２０と接する接線の角度である。又横溝８の角度θｉは、横溝８が曲線溝の場合、横溝８の両端における溝幅中心点間を結ぶ直線の角度である。

トレッドパターンは、ピッチ列７Ｒを具えないパターン領域４を含むことができる。この場合、ピッチ列７Ｒを具えないパターン領域４の振幅Ｐ（Ｋ）は、０である。

このように、本発明のパターンノイズ予測方法では、パターン領域毎にピッチ配列が相違している場合にも、タイヤ全体としてのパターンノイズを、実際のタイヤを試作することなく、ピッチ配列から予測することができる。逆に、このような予測から、最大の音圧レベルが低くパターンノイズ性能に優れたピッチ配列やトレッドパターンを、効率よく設計することが可能になり、タイヤの研究開発に大きく貢献しうる。

模様構成単位をなすピッチ７としては、横溝８のないリブパターンの場合、周方向溝３をジグザグ溝としたときのジグザグピッチで構成することができる。具体的には、ジグザグ溝の谷−谷間、又は山−山間の領域として、１ピッチが構成される。

この場合、前記式（５）の幅係数Ａｉにおいて、パターン領域４の幅ｙｉとして、パターン領域４の最大幅が採用できる。又長さｇｉとして、ジグザグ縁の振幅が採用できる。又前記式（６ａ）、（６ｂ）の角度θｉとしては、ジグザグの山と谷とを結ぶ斜辺の角度が採用できる。

以上、本発明の特に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うる。

本発明の効果を確認するため、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すトレッドパターンを有するタイヤサイズ（１９５／５５Ｒ１５）のタイヤ１，２，３を試作し、各タイヤのパターンノイズを測定した。従来例では、特許文献１に記載の方法に基づいて、パターンノイズを予測した。実施例では、合成振幅Ｐ０（Ｋ）を求め、これに基づいてパターンノイズを予測した。なお合成振幅Ｐ０（Ｋ）において、各振幅Ｐ（Ｋ）は、幅係数Ａｉと角度係数Ｂｉとの積（Ａｉ×Ｂｉ）にて補正している。表２に予測結果を記載している。

各タイヤは、タイヤ赤道上をのびる１本の周方向溝３により、第１のパターン領域４_１と第２のパターン領域４_２とに区画されている。タイヤ１では、第１、第２のパターン領域４_１、４_２に、それぞれ、ピッチ７を同じピッチ配列Ａにて形成している。タイヤ２では、第１、第２のパターン領域４_１、４_２に、それぞれ、ピッチ７を同じピッチ配列Ｂにて形成している。タイヤ３では、第１のパターン領域４_１にはピッチ配列Ａ、第２のパターン領域４_２にはピッチ配列Ｂが形成されている。ピッチ配列Ａ、Ｂの仕様は表１に示される。

（１）パターンノイズ
タイヤをテスト車輌に装着し、ＩＳＯ路面を速度６０km/hで惰行走行したときの通過騒音をマイクロフォンにより測定した。

従来例では、タイヤ１、２のピッチ音の音圧の予測しかできなかった。しかし、本発明では、タイヤ３のように、パターン領域毎にピッチ配列が異なる場合にも、トレッドパターン全体から発生するピッチ音の音圧を予測しうるのが確認できる。

１ 空気入りタイヤ
２ トレッド面
４ パターン領域
７ ピッチ
７Ｒ ピッチの列
８ 横溝
２０ タイヤ接地形状
Ｏ 起点
ＰＬ ピッチ長さ
Ｔ 接線

Claims (5)

1. トレッド面に、タイヤ周方向にのびる周方向溝によって区画された複数（ｎ）本のパターン領域を具え、かつ前記パターン領域に、模様構成単位をなす複数（Ｎ）個のピッチがタイヤ周方向に配列された空気入りタイヤにおけるパターンノイズの予測方法であって、
   前記パターン領域毎に
   タイヤ周方向に配列された前記ピッチの列を、各ピッチを単位パルスとしかつ１つのピッチを起点として前記配列の順にしかも各ピッチの周方向の長さであるピッチ長さを隔てたパルス列に置換し、
   かつ前記パルス列を下記式（１）〜（３）でフーリエ変換して得られる１〜Ｋ次（Ｋ＝１〜２Ｎまでの自然数）の振幅Ｐ（Ｋ）を求めるとともに、
   前記パターン領域毎に求めた前記振幅Ｐ（Ｋ）を合算して合成振幅Ｐ０（Ｋ）を求め、
   かつ前記合成振幅Ｐ０（Ｋ）に基づいて、パターンノイズを予測することを特徴とする空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法。
   

   

   
   Ｎは、ピッチの総数
   Ｘ（ｊ）は、パルス列におけるｊ番目の単位パルスの位置
   Ｌは、タイヤ周長変数
   Ｋは、１〜２Ｎまでの自然数
2. 前記合成振幅Ｐ０（Ｋ）は、前記パターン領域毎の振幅Ｐｉ（Ｋ）に、前記パターン領域毎に定めた係数Ｓｉを掛けて合算した次式（４）により求めることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法。
   

   
3. 前記パターン領域は、このパターン領域を横切る向きにのびる横溝に基づいて模様構成単位が構成されるとともに、
   前記係数Ｓｉは、それぞれのパターン領域のタイヤ軸方向幅ｙｉと、それぞれのパターン領域に配される前記横溝のタイヤ軸方向長さｇｉとに基づく幅係数Ａｉ、及びそれぞれのパターン領域に配される前記横溝のタイヤ周方向に対する角度θｉに基づく角度係数Ｂｉの積（Ａｉ×Ｂｉ）としたことを特徴とする請求項２記載の空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法。
4. 前記幅係数Ａｉは、次式（５）により求めることを特徴とする請求項３記載の空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法。
   

   
5. 前記角度係数Ｂｉは、それぞれのパターン領域におけるタイヤ接地形状の接線がタイヤ周方向に対する角度をθ’ｉ、そのパターン領域に配される横溝のタイヤ周方向に対する角度をθｉとしたとき、次式（６ａ）又は（６ｂ）により求めることを特徴とする請求項３又は４記載の空気入りタイヤのパターンノイズ予測方法。
   Ｂｉ＝θｉ／θ’ｉ（θ’ｉ≧θｉの場合） −−−（６ａ）
   Ｂｉ＝θ’ｉ／θｉ（θｉ＞θ’ｉの場合） −−−（６ｂ）

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