JP2021139770A - Method, device, and program for simulating tire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、雪路面を走行するタイヤの挙動を再現するタイヤのシミュレーション方法、その装置及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to a tire simulation method, an apparatus and a program thereof for reproducing the behavior of a tire traveling on a snowy road surface.
タイヤの剛体路面への荷重負荷や転動解析を実行することによって、シミュレーションによるタイヤ性能の予測が可能となっている。雪で覆われた路面、即ち雪路面についても、このようなシミュレーションによるタイヤ性能の予測が提案されている(特許文献1〜3参照)。 By executing load load and rolling analysis on the rigid road surface of the tire, it is possible to predict the tire performance by simulation. Prediction of tire performance by such simulation has been proposed for a road surface covered with snow, that is, a snowy road surface (see Patent Documents 1 to 3).
一般的な公道の雪路面の状態は、車両が走行した後からも分かるように、雪と水が混じり合っている。しかしながら、従来の雪路面のシミュレーションでは、このような雪と水が複合化した雪モデルを用いた解析は行われておらず、必ずしも公道の雪路面を再現しているとはいえない。 The condition of the snowy road surface on a general public road is a mixture of snow and water, as can be seen even after the vehicle has traveled. However, in the conventional simulation of the snow road surface, the analysis using such a snow model in which snow and water are combined has not been performed, and it cannot always be said that the snow road surface of a public road is reproduced.
雪路面でのタイヤ性能、例えばトラクション性能は、タイヤ接地部における雪の挙動が重要であり、実現象の再現性を向上してタイヤ性能の予測精度を向上するためには、より現実に即した雪モデルを構築してシミュレーションを行うことが望ましい。 For tire performance on snowy roads, for example, traction performance, the behavior of snow at the tire contact point is important, and in order to improve the reproducibility of actual phenomena and improve the prediction accuracy of tire performance, it is more realistic. It is desirable to build a snow model and perform a simulation.
本発明の実施形態は、以上の点に鑑み、雪路面でのタイヤ性能の予測精度を向上することができる、タイヤのシミュレーション方法、その装置及びプログラムを提供することを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a tire simulation method, an apparatus and a program thereof, which can improve the prediction accuracy of tire performance on a snowy road surface.
本発明に係る第1の態様は、雪路面を走行するタイヤの挙動を再現するタイヤのシミュレーション方法であって、数値解析が可能な有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを設定するステップと、内部に雪を配置した解析モデルとして、雪面の少なくとも一部に水膜が設けられた雪モデルを含むオイラー要素モデルを設定するステップと、前記タイヤモデルを前記雪モデル上で転動させて動的解析を行うステップと、を含む、タイヤのシミュレーション方法である。 The first aspect according to the present invention is a tire simulation method for reproducing the behavior of a tire traveling on a snowy road surface, in which a step of setting a tire model modeled by a finite number of elements capable of numerical analysis and a step of setting a tire model. As an analysis model in which snow is arranged inside, a step of setting an oiler element model including a snow model in which a water film is provided on at least a part of the snow surface, and a step of rolling the tire model on the snow model to move the tire model. It is a tire simulation method including a step of performing a target analysis.
本発明の第2の態様は、雪路面を走行するタイヤの挙動を再現するタイヤのシミュレーション装置であって、数値解析が可能な有限個の要素で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部と、内部に雪を配置した解析モデルとして、雪面の少なくとも一部に水膜が設けられた雪モデルを含むオイラー要素モデルを設定するオイラー要素モデル設定部と、前記タイヤモデルを前記雪モデル上で転動させて動的解析を行う動的解析部と、を備える、タイヤのシミュレーション装置である。 A second aspect of the present invention is a tire simulation device that reproduces the behavior of a tire traveling on a snowy road surface, and is a tire model setting unit that sets a tire model modeled by a finite number of elements capable of numerical analysis. And, as an analysis model in which snow is arranged inside, an oiler element model setting unit that sets an oiler element model including a snow model in which a water film is provided on at least a part of the snow surface, and a tire model on the snow model. It is a tire simulation device including a dynamic analysis unit that rolls and performs dynamic analysis.
本発明の第3の態様は、雪路面を走行するタイヤの挙動を再現するためのプログラムであって、コンピュータに数値解析が可能な有限個の要素で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機能と、内部に雪を配置した解析モデルとして、雪面の少なくとも一部に水膜が設けられた雪モデルを含むオイラー要素モデルを設定するオイラー要素モデル設定機能と、前記タイヤモデルを前記雪モデル上で転動させて動的解析を行う動的解析機能と、を実現させるためのタイヤシミュレーションプログラムである。 A third aspect of the present invention is a program for reproducing the behavior of a tire traveling on a snowy road surface, and a tire model setting for setting a tire model modeled by a finite number of elements capable of numerical analysis on a computer. An oiler element model setting function that sets an oiler element model including a function and a snow model in which a water film is provided on at least a part of the snow surface as an analysis model in which snow is arranged inside, and the tire model is the snow model. It is a tire simulation program to realize a dynamic analysis function that rolls on and performs dynamic analysis.
上記第1〜3の態様においては、前記タイヤモデルを静止させた状態で前記雪モデルに対して所定荷重で接地させる静的解析を行うステップ、静的解析部又は静的解析機能を更に含んでもよい。 The first to third aspects may further include a step of performing a static analysis in which the tire model is brought into contact with the snow model with a predetermined load while the tire model is stationary, a static analysis unit, or a static analysis function. good.
また、シミュレートする雪路面の雪質に応じて雪モデルの雪面に設ける水膜の厚みを設定してもよい。より詳細には、シミュレートする雪路面の雪の密度が大きいほど水膜の厚みを大きく設定してもよい。 Further, the thickness of the water film provided on the snow surface of the snow model may be set according to the snow quality of the simulated snow road surface. More specifically, the larger the density of snow on the simulated snow road surface, the larger the thickness of the water film may be set.
また、路面に対するタイヤの接地圧分布を求めるステップ、接地圧分布解析部又は接地圧分布機能を更に含み、前記オイラー要素モデルを設定する際に、前記接地圧分布に基づいて水膜を設ける位置及び/又は水膜の厚みを設定してもよい。 In addition, it further includes a step of obtaining the contact pressure distribution of the tire with respect to the road surface, a contact pressure distribution analysis unit or a contact pressure distribution function, and when setting the oiler element model, a position where a water film is provided based on the contact pressure distribution and a position. / Or the thickness of the water film may be set.
また、前記オイラー要素モデルを設定する際に、タイヤが雪面に接地する部位の全体に水膜を設けてもよい。 Further, when setting the Euler element model, a water film may be provided on the entire portion where the tire touches the snow surface.
本発明の実施形態によれば、雪モデルの表層に水膜を配置したことにより、一般的な公道の雪の状態により近い現象を再現することができ、雪路面でのタイヤ性能の予測精度を向上することができる。 According to the embodiment of the present invention, by arranging the water film on the surface layer of the snow model, it is possible to reproduce a phenomenon closer to the snow condition on a general public road, and to predict the accuracy of tire performance on a snowy road surface. Can be improved.
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
一実施形態に係るタイヤのシミュレーション装置10は、雪路面を走行する空気入りタイヤの挙動を再現するシミュレーション装置であって、図1に示すように、入力部12、タイヤモデル設定部14、路面モデル設定部16、オイラー要素モデル設定部18、静的解析部20、動的解析部22、評価値取得部24、タイヤ性能予測部26、及び出力部28を有する。
The
このシミュレーション装置10は、例えば、マウスとキーボードを有する汎用のコンピュータを基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、入力部12、タイヤモデル設定部14、路面モデル設定部16、オイラー要素モデル設定部18、静的解析部20、動的解析部22、評価値取得部24、タイヤ性能予測部26、及び出力部28は、上記のコンピュータに搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、シミュレーション装置10は、上記のプログラムをコンピュータに予めインストールすることで実現してもよいし、CD−ROM等の記憶媒体に記憶して、又はネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータに適宜インストールすることで実現してもよい。
The
以下、上記各部の構成と機能について順番に説明する。 Hereinafter, the configurations and functions of the above parts will be described in order.
[1]入力部12
入力部12は、解析対象となる空気入りタイヤ及び雪路面をそれぞれモデル化するために必要なモデル作成条件と、これらのモデルを用いて解析を行うための解析条件を取得する。
[1]
The
モデル作成条件としては、モデルの形状、メッシュ分割数等が挙げられ、例えば、タイヤモデルの作成条件としては、タイヤ断面形状を含めたタイヤについての種々のデータ(タイヤ設計情報)が挙げられ、具体的には、タイヤの外形形状や内部構造等の各寸法諸元、タイヤを構成するトレッド、ベルト、カーカスなどの各部材についてヤング率、ポアソン比や比重などの材料特性などが入力される。 The model creation conditions include the shape of the model, the number of mesh divisions, and the like. For example, the tire model creation conditions include various data (tire design information) about the tire including the tire cross-sectional shape. Specifically, each dimensional specification such as the outer shape and internal structure of the tire, material properties such as Young's ratio, Poisson's ratio and specific gravity for each member such as tread, belt and carcass constituting the tire are input.
オイラー要素モデルの作成条件としては、タイヤモデルの大きさに応じたモデルの大きさ、メッシュ分割数、メッシュを細分化する領域及び細分化の程度、路面上の雪質、雪の厚み、雪の1メッシュの厚み、水膜の1メッシュの厚みなどが挙げられる。 The conditions for creating the Euler element model are the size of the model according to the size of the tire model, the number of mesh divisions, the area to subdivide the mesh and the degree of subdivision, the snow quality on the road surface, the thickness of snow, and the snow. Examples include the thickness of one mesh and the thickness of one mesh of the water film.
解析条件としては、リムモデルに装着されたタイヤモデルに対する内圧や荷重、タイヤモデルの動的状態を定める並進速度(即ち、タイヤモデルの走行速度)、スリップ角などのタイヤモデルの運動や接地に関する条件の他、動的解析における解析時間などが入力される。 The analysis conditions include the internal pressure and load on the tire model mounted on the rim model, the translational speed that determines the dynamic state of the tire model (that is, the running speed of the tire model), the slip angle, and other conditions related to the movement and ground contact of the tire model. In addition, the analysis time in dynamic analysis is input.
これらの情報の入力は、キーボードを用いて行われてもよく、CD−ROM等の記録媒体やネットワーク等を通じて行われてもよい。 The input of such information may be performed using a keyboard, or may be performed through a recording medium such as a CD-ROM, a network, or the like.
[2]タイヤモデル設定部14
タイヤモデル設定部14は、数値解析が可能な有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを設定する。例えば、入力部12で入力されたモデル作成条件に基づいて、トレッドパターンを持つタイヤについて、有限要素モデルを作成する。
[2] Tire
The tire
詳細には、自然平衡状態のタイヤ形状を基準形状とし、この基準形状をFEMによりモデル化して、メッシュ分割によって多数の有限要素に分割された三次元のタイヤモデルを作成する。かかる要素としては、4面体ソリッド要素、5面体ソリッド要素、6面体ソリッド要素などが挙げられ、これらの要素は三次元座標を用いて逐一特定される。図3において符号50としてパターン付きタイヤモデルの一例を示す。
Specifically, the tire shape in the natural equilibrium state is used as a reference shape, and this reference shape is modeled by FEM to create a three-dimensional tire model divided into a large number of finite elements by mesh division. Examples of such elements include tetrahedral solid elements, pentahedral solid elements, hexahedral solid elements, and the like, and these elements are specified one by one using three-dimensional coordinates. In FIG. 3, an example of a patterned tire model is shown as
このようなタイヤモデルの作成方法自体は公知であり、かかる公知の方法を用いてタイヤをモデル化することができる。なお、予め作成されたタイヤモデルを入力部12から入力してもよく、その場合、タイヤモデル設定部14は、入力されたタイヤモデルを解析対象として設定する。
The method for creating such a tire model itself is known, and the tire can be modeled using such a known method. A tire model created in advance may be input from the
[3]路面モデル設定部16
路面モデル設定部16は、路面を再現した路面モデルを設定する。詳細には、入力部12で入力されたモデル作成条件に基づいて、道路の表面を数値解析が可能な要素に置き換えた路面モデルを作成する。
[3] Road surface
The road surface
路面モデルとしては、図3において符号52としてその一例を示すように、外力が作用しても変形しない平坦な四角形状の剛表面要素により構成してもよく、凹凸を有するものを路面モデルとして定義してもよい。路面モデルには、例えばアスファルト路面とほぼ同様の表面摩擦係数が境界条件として定義される。
As an example of the road surface model as
本実施形態では、雪路面を走行するタイヤの挙動を再現するために、タイヤモデルはオイラー要素モデルの雪モデル上を走行する。そのため、オイラー要素モデルの底面が剛体表面として固定されていれば、路面モデルは必須ではなく、省略してもよい。 In the present embodiment, the tire model travels on the snow model of the Euler element model in order to reproduce the behavior of the tire traveling on the snowy road surface. Therefore, if the bottom surface of the Euler element model is fixed as a rigid body surface, the road surface model is not essential and may be omitted.
なお、予め作成された路面モデルを入力部12から入力してもよく、その場合、路面モデル設定部16は、入力された路面モデルを解析対象として設定する。また、ハードディスクなどの記憶手段に1又は複数の路面モデルを予め記憶させておき、マウスやキーボードなどを介して選択された路面モデルを、解析対象として設定してもよい。
The road surface model created in advance may be input from the
[4]オイラー要素モデル設定部18
オイラー要素モデル設定部18は、入力部12で入力されたモデル作成条件に基づいて、内部に雪を配置した解析モデルとしてオイラー要素モデルを作成する。
[4] Euler element
The Euler element
オイラー要素モデルは、その一例を図3において符号54で示すように、路面モデル52上の空間領域を8節点のオイラーメッシュで分割して得られた複数の直方体要素からなるものであり、全体として直方体の形状を有する。
As shown by
オイラー要素モデル54は、動的解析におけるタイヤモデル50の全移動範囲にわたって設けてもよいが、この例では動的解析において転動するタイヤモデル50の移動に応じてオイラー要素モデル54を移動させるため、オイラー要素モデル54は、タイヤモデル50との重なり部とその近傍周辺部を含む範囲で作成される。
The
オイラー要素モデル54は、タイヤ軸方向に平行な複数の垂直面と、タイヤ前後方向に平行な複数の垂直面と、高さが異なる複数の水平面とで複数の直方体要素に区画されている。図3に示す例において、直方体要素は、路面モデル52に接し配されるオイラー要素モデル54の下面から高さ方向に離れるに従い、その体積が大きくなるように生成されている。また、オイラー要素モデル54は、タイヤモデル50と重なる部分において要素が細分化されており、即ち、タイヤモデル50の接地部及びその近傍に相当する領域がその周りの領域よりもメッシュ分割が密に設定されている。
The
オイラー要素モデル54の内部に所定の高さで雪が配されることにより、雪モデル56が構成されている。また、雪モデル56には、その雪面(即ち、上面)の少なくとも一部に水膜58が設けられている。図3に示す例では、雪モデル56の表層の全体に水膜58が設けられている。オイラー要素モデル54では、要素の形状は変化することなく、雪や水などの物体が空間内を移動する。オイラー要素モデル54における雪モデル56及び水膜58が配された領域よりも上には、空気からなる空間領域が確保されている。なお、雪面の少なくとも一部に設けられる水膜58は、雪モデル56の表層においてオイラー要素モデル54内に配置する雪を水で置換することにより形成されたものでもよく、雪モデル56の上面に水の層を追加することにより形成されたものでもよい。
The
オイラー要素モデル54の内部に配置された雪は、オイラー要素モデル54における路面モデル52と接する下面領域全面に一様な厚さ(高さ)で配置されており、図3の例では、最下段から3段目の要素の位置まで、即ちメッシュ3層分の厚みで雪(図3において薄い灰色で示す。)が充填されている。また、この雪の上にメッシュ1層分の厚みで水(図3において濃い灰色で示す。)が充填されて水膜58が形成されている。
The snow arranged inside the
雪モデル56のメッシュ層数は、シミュレートする雪路面の雪の厚みを、雪モデル56の1メッシュの厚みで除することにより求めることができる。雪モデル56の1メッシュの厚みは、雪モデル56に接触するタイヤモデル50のトレッドにおける1メッシュの厚みよりも小さい(薄い)ことが好ましく、これにより動的解析及び静的解析において雪や水がタイヤモデル表面のメッシュを貫通するようなエラー計算が起こることを回避することができる。
The number of mesh layers of the
雪モデル56は、弾塑性モデル(例えば、修正Drucker-Prager/Cap塑性モデル)であり、密度、弾性特性(例えばヤング率、ポアソン比など)、塑性特性(例えば粘着力、摩擦角など)などで特徴付けられる。水膜58は、ニュートン流体である水の流体モデルであり、密度、粘性、水中の音速などで特徴付けられる。
The
好ましい実施形態において、オイラー要素モデル54は、シミュレートする雪路面の雪質に応じて雪モデル56の雪面に設ける水膜58の厚みが異なる大きさに設定されるよう構成されている。一般に雪の上をタイヤが走行すると水が発生するが、その際の発水量は雪質により異なる。詳細には、新雪上を走行しても水はほとんど発生しないが、小しまり雪、しまり雪、ざらめ雪と雪質の変化に応じて発水量が多くなることが判明した。雪質の変態過程として、新雪→小しまり雪→しまり雪→ざらめ雪となるに従って密度が大きくなることが知られている(尾田敏男、工藤清、雪質と密度、日雪月報2、昭和15年、19−24頁、43−45頁)。そのため、シミュレートする雪路面の雪の密度が大きいほど水膜の厚みを大きく(詳細には、水膜のメッシュ層数を多く)設定することが好ましい。
In a preferred embodiment, the
一例として、シミュレートする雪路面の雪質を新雪、小しまり雪、しまり雪、ざらめ雪の4種類として、それぞれの雪質に応じて下記表1に示すように、水膜のメッシュ層数を設定することが好ましい。 As an example, the snow quality of the simulated snow road surface is set to four types: fresh snow, small snow, tight snow, and rough snow, and the number of mesh layers of the water film is as shown in Table 1 below according to each snow quality. It is preferable to set.
なお、オイラー要素モデルは、予め作成されたものを入力部12から入力してもよく、その場合、オイラー要素モデル設定部18は、入力されたオイラー要素モデルを解析対象として設定する。また、ハードディスクなどの記憶手段に1又は複数のオイラー要素モデルを予め記憶させておき、マウスやキーボードなどを介して選択されたオイラー要素モデルを、解析対象として設定してもよい。
The Euler element model may be input in advance from the
[5]静的解析部20
静的解析部20は、タイヤモデル50を転動させずに雪モデル56に対して所定荷重で接地させる静的解析を行う。この例では、静的解析は、上記で設定した路面モデル52にオイラー要素モデル54を組み合わせた上で、タイヤモデル50をオイラー要素モデル54の雪モデル56に対して接地させる。
[5]
The
詳細には、タイヤモデル設定部14で得られたタイヤモデル50をリムモデル(不図示)に装着した上で、有限要素解析法による静的解析を行う。すなわち、タイヤモデル50に所定の内圧を充填しながらタイヤモデル50の変形計算を行う内圧充填処理と、タイヤモデル50を転動させることなく静止した状態で、路面モデル52上のオイラー要素モデル54、詳細には雪モデル56に対して所定の荷重で接地させながら、タイヤモデル50の変形計算と雪及び水の挙動計算を行う接地解析処理とを行う。かかる静的解析自体は、汎用解析プログラムを用いた静的陰解法により行うことができ、汎用解析プログラムとしては、例えばダッソー・システムズ社製のAbaqus/Standardなどが挙げられる。
Specifically, the
図5(A)は、タイヤモデル50をオイラー要素モデル54の雪モデル56に接地させる前の状態を示し、この状態からタイヤモデル50を雪モデル56に所定の荷重で接地させて、図5(B)に示す接地させた状態とする。この接地させた状態では、図6に示すように、オイラー要素モデル54の雪モデル56が変形して、タイヤモデル50の一部が雪モデル56に入り込んだ状態となり、雪モデル56とタイヤモデル50のトレッド表面との間に水膜58が介在した状態となる。なお、図5及び図6において、タイヤモデル50はメッシュを省略して示している。
FIG. 5A shows a state before the
[6]動的解析部22
動的解析部22は、タイヤモデル50を雪モデル56上で転動させて動的解析を行う。この例では、タイヤモデル50を雪モデル56上で転動させ、かつ転動するタイヤモデル50の移動に応じてオイラー要素モデル54を路面モデル52上で移動させる動的状態において、タイヤモデル50の変形計算と雪及び水の挙動計算を行う動的解析(詳細には、トラクショング解析)を行う。
[6]
The
動的解析部22は、タイヤモデル50を前方、即ち図3において矢印D1で示す方向に所定の加速度で並進するように転動(即ち、回転)させるとともに、そのタイヤモデル50の移動に伴って同じ加速度でオイラー要素モデル54を前方に移動させながら、上記変形計算及び挙動計算を行う動的解析を実行する。その際、タイヤモデル50とオイラー要素モデル54は、入力部12で入力された解析時間にて、静止状態から最終速度(目標とする並進速度)まで、所定の加速度で移動してもよく、あるいは、目標とする並進速度を瞬時に入力して所望の動的状態としてもよい。
The
かかる動的解析自体は、上記特許文献3に記載の方法や、汎用解析プログラムを用いた動的陽解法により行うことができ、汎用解析プログラムとしては、例えばダッソー・システムズ社製のAbaqus/Explicitなどが挙げられる。 Such dynamic analysis itself can be performed by the method described in Patent Document 3 or a dynamic explicit method using a general-purpose analysis program. Examples of the general-purpose analysis program include Abaqus / Explicit manufactured by Dassault Systèmes. Can be mentioned.
より詳細には、解析手法としては、タイヤモデルをラグランジュ要素とし、空気/水/雪のモデルをオイラー要素とした、Abaqus/Explicitによるオイラー・ラグランジュ(CEL)解析を用いて実施することができる。雪の特性値(物性値)としては、修正Drucker-Prager/Cap塑性モデルとして、例えば、解析条件を、粘着力:d=15,000Pa、摩擦角:β=22.53°、キャップ偏心パラメータ:R=0.001、キャップ降伏曲面位置:ε0=0.001、遷移曲面半径パラメータ:α=0.0、3軸引張降伏応力比:K=1.0とし、更に質量密度と等方性弾性を上記表1のとおり設定してもよい。また、水の特性値(物性値)としては、水中の音速:1483 m/s、質量密度:1000 kg/m3、粘性:0.001kg/msに設定してもよい。 More specifically, as an analysis method, it can be carried out by using Euler-Lagrange (CEL) analysis by Abaqus / Explicit, in which the tire model is a Lagrange element and the air / water / snow model is an Euler element. As the characteristic value (physical property value) of snow, as a modified Drucker-Prager / Cap plastic model, for example, the analysis conditions are: adhesive force: d = 15,000Pa, friction angle: β = 22.53 °, cap eccentricity parameter: R = 0.001 , Cap yield surface position: ε 0 = 0.001, Transition surface radius parameter: α = 0.0, 3-axis tensile yield stress ratio: K = 1.0, and mass density and isotropic elasticity can be set as shown in Table 1 above. good. Further, as the characteristic value (physical property value) of water, the speed of sound in water: 1483 m / s, the mass density: 1000 kg / m 3 , and the viscosity: 0.001 kg / ms may be set.
[7]評価値取得部24
評価値取得部24は、上記動的解析から、雪路面でのタイヤ性能、例えばトラクション性能を評価するための評価値を取得する。例えば、タイヤモデル50のオイラー要素モデル54に対する接地形状、接地面積、接地圧分布など; オイラー要素モデル54の各要素に含まれる雪の体積含有率、反力など; タイヤモデル50の軸力などを評価値として取得する。
[7] Evaluation
The evaluation
[8]タイヤ性能予測部26
タイヤ性能予測部26は、評価値取得部24で得られた評価値に基づいて、雪路面におけるトラクション性能などの予測し、その良否を評価する。
[8] Tire
The tire
[9]出力部28
出力部28は、上記により得られたタイヤ性能の予測結果を出力する。出力は、ディスプレイによって表示したり、プリンタによって印刷したりすることにより行うことができる。
[9]
The
次に、本実施形態に係るシミュレーション方法について、図2のフローチャートに基づいて説明する。 Next, the simulation method according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
ステップS1において、入力部12から入力されたモデル作成条件に基づき、タイヤモデル設定部14がタイヤモデル50を作成する。予め作成されたタイヤモデル50を入力部12から入力し、入力されたタイヤモデルを解析対象として設定してもよい。そして、ステップS2に進む。
In step S1, the tire
ステップS2において、入力部12から入力されたモデル作成条件に基づき、路面モデル設定部16が路面モデル52を作成する。予め作成された路面モデル52を入力部12から入力し、入力された路面モデルを解析対象として設定してもよい。そして、ステップS3に進む。
In step S2, the road surface
ステップS3において、入力部12から入力されたモデル作成条件に基づき、オイラー要素モデル設定部18がオイラー要素モデル54を作成する。詳細には、メッシュ生成部により、路面上の空間領域を8節点のオイラーメッシュで分割してなるオイラー要素モデル54を作成する。次いで、物体配置部により、オイラー要素モデル54の内部に雪を配置して雪モデル56を形成するとともに、雪面の少なくとも一部に水膜58を設ける。その際、解析しようとする雪質に応じて、密度やヤング率などの特性値を付与するとともに、雪質に応じて水膜58の厚みを変えるために雪質に応じて定められたメッシュ層数にて水膜58を設ける。そして、ステップS4に進む。
In step S3, the Euler element
ステップS4において、静的解析部20が、ステップS1で得られたタイヤモデル50と、ステップS2で得られた路面モデル52と、ステップS3で得られたオイラー要素モデル54を用いて、有限要素解析法による静的解析を行い、タイヤモデル50を雪モデル56に接地させる。そして、ステップS5に進む。
In step S4, the
ステップS5において、動的解析部22が、接地状態のタイヤモデル50とオイラー要素モデル54を用いて、動的解析(詳細には、トラクション解析)を行う。動的解析では、タイヤモデル50を雪モデル56上で転動させ、かつ転動するタイヤモデル50の移動に応じてオイラー要素モデル54を路面モデル52上で移動させる動的状態において、タイヤモデル50の変形計算と雪及び水の挙動計算を行う動的解析を行う。詳細には、表層に水膜58を持つ雪モデル56がタイヤモデル50に与える境界条件に基づいて、所定の時間の刻み幅で、タイヤモデル50の変形計算が逐次行われるとともに、タイヤモデル50が雪モデル56に与える境界条件に基づいて、所定の時間の刻み幅で雪及び水の挙動計算が逐次行われる。
In step S5, the
より詳細には、まず、タイヤモデル50とオイラー要素モデル54を所定の時間の刻み幅で移動させ、タイヤモデル50と水膜58を持つ雪モデル56との境界面を計算する。次いで、雪モデル56からタイヤモデル50へ作用する力が境界条件として設定され、これに基づいて転動するタイヤモデル50の変形計算が行われ、タイヤモデル50の変位や応力が算出される。一方、タイヤモデル50の変形と転動に伴う速度成分が雪モデル56への境界条件として設定され、これに基づいて雪及び水の挙動計算が行われる。次いで、オイラー要素モデル54内の雪及び水の物理量のマッピング処理が行われる。以上のステップを所定の解析時間が経過するまで繰り返し、所定の解析時間が経過すれば動的解析は終了する。
More specifically, first, the
このようにして動的解析が終了した後、ステップS6において、評価値取得部24が、動的解析の結果から、雪路面でのタイヤ性能を評価するための評価値を取得する。そして、ステップS7に進む。
After the dynamic analysis is completed in this way, in step S6, the evaluation
ステップS7において、タイヤ性能予測部26が、ステップS6で得られた評価値に基づいて雪路面でのタイヤ性能の良否を予測し、出力部28がその結果を出力する。
In step S7, the tire
[作用・効果]
本実施形態によれば、雪モデル56の表層に水膜58を配置したことにより、一般的な公道の雪の状態により近い現象を考慮できるようになる。タイヤトレッドと雪との間に水が発生すると、ゴムと雪との間に介在する水の影響で剪断力が低下し、摩擦係数が低下する。水膜58を配置することにより、タイヤトレッドと雪路面との間での摩擦係数を下げて、実現象に近い状況を再現することができる。そのため、雪路面でのタイヤ性能の予測精度を向上することができる。
[Action / Effect]
According to the present embodiment, by arranging the
また、シミュレートする雪路面の雪質に応じて水膜58の厚みを変え、詳細には雪の密度が大きいほど水膜58の厚みを大きく設定したので、雪質に応じて発生する水の量を考慮して、より実現象に近い状況を再現することができ、予測精度を更に高めることができる。
Further, the thickness of the
[その他の実施形態]
上記実施形態において、オイラー要素モデル54は、雪モデル56の表層全体に水膜58が設けられていたが、水膜58は、タイヤが雪面に接地する部位を含むように設けられていれば、雪面全体に設けられている必要はなく、雪面の少なくとも一部に設けられてもよい。
[Other Embodiments]
In the above embodiment, in the
例えば、一実施形態において、タイヤの接地圧分布に基づいて水膜を設ける位置や水膜の厚みを設定してもよい。その場合、路面に対するタイヤの接地圧分布を求めるステップを更に含み、オイラー要素モデルを設定するステップS3において、上記で求めた接地圧分布に基づいて水膜を設ける位置及び/又は水膜の厚みを設定すればよい。 For example, in one embodiment, the position where the water film is provided and the thickness of the water film may be set based on the contact pressure distribution of the tire. In that case, a step of obtaining the contact pressure distribution of the tire with respect to the road surface is further included, and in step S3 of setting the Euler element model, the position where the water film is provided and / or the thickness of the water film is determined based on the contact pressure distribution obtained above. Just set it.
一例として、図7はタイヤの接地圧分布を示したものである。ステップS1でタイヤモデルを設定し、ステップS2で路面モデルを設定した後、タイヤモデルをリムモデルに装着した上で、有限要素解析法による静的解析を行う。すなわち、タイヤモデルに所定の内圧を充填しながらタイヤモデルの変形計算を行う内圧充填処理と、タイヤモデルを転動させることなく路面モデルに対して所定の荷重で接地させながら、タイヤモデルの変形計算を行う接地解析処理とを行う。これにより図7に示すような接地圧分布が得られる。 As an example, FIG. 7 shows the contact pressure distribution of the tire. After setting the tire model in step S1 and setting the road surface model in step S2, the tire model is mounted on the rim model, and then static analysis is performed by the finite element analysis method. That is, the internal pressure filling process that calculates the deformation of the tire model while filling the tire model with a predetermined internal pressure, and the deformation calculation of the tire model while grounding the road surface model with a predetermined load without rolling the tire model. Performs grounding analysis processing. As a result, the ground pressure distribution as shown in FIG. 7 can be obtained.
図7では、白色の部分を除き、グレーの色が濃い部分ほど接地圧が低く、グレーの色が薄い部分ほど接地圧が高いことを示す。そのため、タイヤ赤道寄りのセンターリブよりも、その両側の接地端側のショルダーリブの方が、接地圧が高い。 In FIG. 7, except for the white portion, the darker the gray color, the lower the contact pressure, and the lighter the gray color, the higher the contact pressure. Therefore, the contact pressure of the shoulder ribs on both sides of the center rib near the equator of the tire is higher than that of the center rib.
そこで、図8に示す例では、接地圧の高いショルダーリブに対応する部位のみに水膜58を設けており、雪モデル56の上面のその他の部位には水膜を設けていない。なお、図8は、接地形状と水膜58との関係を理解しやすくするために、ステップS4の静的解析後のオイラー要素モデル54を、上側の空気からなる空間領域を省いて示した図である。
Therefore, in the example shown in FIG. 8, the
図8に示すように接地圧の高い部位のみに水膜58を設ける代わりに、接地圧の高い部位の水膜の厚みを他の部位の水膜の厚みよりも大きく設定してもよい。また、水膜を設ける位置と水膜の厚みの双方を接地圧分布に基づいて変えるようにしてもよく、例えば、接地圧の大きさに応じて3つの領域に分けて、接地圧が一番高い部位には第1厚みの水膜を設け、接地圧が二番目に高い部位には第1厚みよりも薄い第2厚みの水膜を設け、接地圧が最も低い部位には水膜を設けないよう設定してもよい。
Instead of providing the
タイヤ走行時における雪の発水量は接地圧が大きいほど多くなる。そのため、このように接地圧分布に基づいて水膜を設ける位置及び/又は水膜の厚みを設定することにより、より実現象に近い状況を再現することができ、予測精度を更に高めることができる。 The amount of snow generated when the tires are running increases as the contact pressure increases. Therefore, by setting the position where the water film is provided and / or the thickness of the water film based on the ground pressure distribution in this way, it is possible to reproduce a situation closer to the actual phenomenon and further improve the prediction accuracy. ..
また、一実施形態において、雪モデルに水膜を設ける場合、タイヤが雪面に接地する部位の全体に水膜を設けてもよい。これによりタイヤが接地する雪面全体でタイヤ走行時における雪の発水よる影響を考慮したシミュレーションを行うことができる。 Further, in one embodiment, when the water film is provided on the snow model, the water film may be provided on the entire portion where the tire touches the snow surface. As a result, it is possible to perform a simulation considering the influence of snow water generation when the tire is running on the entire snow surface where the tire touches the ground.
上記実施形態では、動的解析において、タイヤモデル50の移動に応じてオイラー要素モデル54を移動させることとしたが、オイラー要素モデル54は移動させずにタイヤモデル50を移動させるようにしてもよい。
In the above embodiment, in the dynamic analysis, the
上記実施形態では、動的解析に先立って、タイヤモデル50を転動させずに雪モデル56に対して接地させる静的解析を実施したが、特許文献2に記載されているように、静的解析を実施せずにそのまま動的解析を実施してもよい。
In the above embodiment, prior to the dynamic analysis, a static analysis was performed in which the
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10…シミュレーション装置、14…タイヤモデル設定部、16…路面モデル設定部、18…オイラー要素モデル設定部、22…動的解析部、50…タイヤモデル、54…オイラー要素モデル、56…雪モデル、58…水膜 10 ... Simulation device, 14 ... Tire model setting unit, 16 ... Road surface model setting unit, 18 ... Euler element model setting unit, 22 ... Dynamic analysis unit, 50 ... Tire model, 54 ... Euler element model, 56 ... Snow model, 58 ... Water film
Claims (8)
数値解析が可能な有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを設定するステップと、
内部に雪を配置した解析モデルとして、雪面の少なくとも一部に水膜が設けられた雪モデルを含むオイラー要素モデルを設定するステップと、
前記タイヤモデルを前記雪モデル上で転動させて動的解析を行うステップと、
を含む、タイヤのシミュレーション方法。 A tire simulation method that reproduces the behavior of tires running on snowy roads.
Steps to set a tire model modeled with a finite number of elements that can be numerically analyzed,
As an analysis model in which snow is placed inside, a step of setting an Euler element model including a snow model in which a water film is provided on at least a part of the snow surface, and
A step of rolling the tire model on the snow model to perform dynamic analysis,
Tire simulation methods, including.
数値解析が可能な有限個の要素で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部と、
内部に雪を配置した解析モデルとして、雪面の少なくとも一部に水膜が設けられた雪モデルを含むオイラー要素モデルを設定するオイラー要素モデル設定部と、
前記タイヤモデルを前記雪モデル上で転動させて動的解析を行う動的解析部と、
を備える、タイヤのシミュレーション装置。 A tire simulation device that reproduces the behavior of tires running on snowy roads.
A tire model setting unit that sets a tire model modeled with a finite number of elements that can be numerically analyzed,
As an analysis model in which snow is placed inside, an Euler element model setting unit that sets an Euler element model including a snow model in which a water film is provided on at least a part of the snow surface, and an oiler element model setting unit.
A dynamic analysis unit that rolls the tire model on the snow model to perform dynamic analysis,
A tire simulation device.
コンピュータに、
数値解析が可能な有限個の要素で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機能と、
内部に雪を配置した解析モデルとして、雪面の少なくとも一部に水膜が設けられた雪モデルを含むオイラー要素モデルを設定するオイラー要素モデル設定機能と、
前記タイヤモデルを前記雪モデル上で転動させて動的解析を行う動的解析機能と、
を実現させるためのタイヤシミュレーションプログラム。 It is a program to reproduce the behavior of tires running on snowy roads.
On the computer
A tire model setting function that sets a tire model modeled with a finite number of elements that can be numerically analyzed,
As an analysis model in which snow is placed inside, an Euler element model setting function that sets an Euler element model including a snow model in which a water film is provided on at least a part of the snow surface, and an oiler element model setting function,
A dynamic analysis function that rolls the tire model on the snow model to perform dynamic analysis,
Tire simulation program to realize.
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