JP2022091029A - Tire designing method, program, and tire designing device - Google Patents

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Abstract

To provide a tire designing method capable of calculating characteristic values and costs for a plurality of tires different in layout with less labor.SOLUTION: The tire designing method includes the steps of: acquiring an initial finite element model representing the section of a tire composed of a plurality of tire components; generating a plurality of morphing models different in layout through morphing on the basis of the initial finite element model; executing finite element analysis for the morphing models to calculate tire characteristic values; and calculating a tire cost for each morphing model on the area of each tire component appearing in the morphing model and the material cost of each tire component.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明はタイヤ設計方法、プログラム及びタイヤ設計装置に関する。 The present invention relates to a tire design method, a program and a tire design device.

従来から、設計変数が設定されたタイヤの有限要素モデルを用いて有限要素解析を行い、タイヤの特性値を取得する方法が知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, there has been known a method of acquiring a tire characteristic value by performing a finite element analysis using a finite element model of a tire in which a design variable is set (see, for example, Patent Document 1).

従来から、タイヤの設計を行う際には、設計変数の異なる複数の有限要素モデルを作成し、それぞれの有限要素モデルについて有限要素解析を行って特性値を求めていた。そして、特性値が最適となる設計変数を採用して、タイヤの設計を行っていた。 Conventionally, when designing a tire, a plurality of finite element models with different design variables have been created, and each finite element model has been subjected to finite element analysis to obtain characteristic values. Then, the tire was designed by adopting the design variable that optimizes the characteristic value.

特開2017-91007号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-91007

しかし、設計変数の異なるタイヤ毎に一から有限要素モデルを作成するのは手間がかかる。また、タイヤの設計をするにあたり、タイヤの原価も考慮したいという要請もある。 However, it is troublesome to create a finite element model from scratch for each tire with different design variables. There is also a request to consider the cost of tires when designing tires.

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、レイアウトの少しずつ異なる複数のタイヤについて、少ない手間で特性値と原価とを算出することのできるタイヤ設計方法、プログラム及びタイヤ設計装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a tire design method, a program, and a tire design device capable of calculating characteristic values and costs with little effort for a plurality of tires having slightly different layouts. The challenge is to provide.

実施形態のタイヤ設計方法は、設計変数に基づきタイヤの特性値をコンピュータが算出するステップを含むタイヤ設計方法において、複数のタイヤ構成部材からなるタイヤの断面を表す初期有限要素モデルを取得するステップと、前記初期有限要素モデルに基づき、モーフィングにより、レイアウトの異なる複数のモーフィングモデルを生成するステップと、それぞれの前記モーフィングモデルについて有限要素解析を実行してタイヤの前記特性値を算出するステップと、前記モーフィングモデルに現れる各タイヤ構成部材の面積と、各タイヤ構成部材の材料原価とに基づき、それぞれの前記モーフィングモデルのタイヤの原価を算出するステップと、を含む。 The tire design method of the embodiment includes a step of acquiring an initial finite element model representing a cross section of a tire composed of a plurality of tire components in a tire design method including a step of calculating a tire characteristic value by a computer based on design variables. , A step of generating a plurality of morphing models having different layouts by morphing based on the initial finite element model, a step of performing a finite element analysis for each of the morphing models, and a step of calculating the characteristic value of the tire. It includes a step of calculating the cost of each tire of the morphing model based on the area of each tire component appearing in the morphing model and the material cost of each tire component.

また、実施形態のプログラムは、上記の方法を実行するプログラムである。 The program of the embodiment is a program that executes the above method.

また、実施形態のタイヤ設計装置は、設計変数に基づきタイヤの特性値を算出する特性値計算部を含むタイヤ設計装置において、複数のタイヤ構成部材からなるタイヤの断面を表す初期有限要素モデルを取得する初期モデル取得部と、前記初期有限要素モデルに基づき、モーフィングにより、レイアウトの異なる複数のモーフィングモデルを生成するモーフィング部と、それぞれの前記モーフィングモデルについて特性値を算出する特性値計算部と、前記モーフィングモデルに現れる各タイヤ構成部材の面積と、各タイヤ構成部材の材料原価とに基づき、それぞれの前記モーフィングモデルのタイヤの原価を算出する原価算出部と、を含む。 Further, the tire design device of the embodiment acquires an initial finite element model representing a cross section of a tire composed of a plurality of tire components in a tire design device including a characteristic value calculation unit that calculates a tire characteristic value based on design variables. An initial model acquisition unit, a morphing unit that generates a plurality of morphing models having different layouts by morphing based on the initial finite element model, a characteristic value calculation unit that calculates characteristic values for each of the morphing models, and the above. It includes a cost calculation unit that calculates the cost of each tire of the morphing model based on the area of each tire component appearing in the morphing model and the material cost of each tire component.

上記のタイヤ設計方法、プログラム及びタイヤ設計装置によれば、レイアウトの少しずつ異なる複数のタイヤについて、少ない手間で特性値と原価とを算出することができる。 According to the above-mentioned tire design method, program, and tire design device, it is possible to calculate characteristic values and costs for a plurality of tires having slightly different layouts with little effort.

タイヤ設計装置を示す図。The figure which shows the tire design apparatus. データベースを示す図。The figure which shows the database. テーブルを示す図。The figure which shows the table. タイヤ2次元モデルを示す図。The figure which shows the tire 2D model. タイヤ設計方法のフローチャート。Flowchart of tire design method. 実施例のタイヤモデルの図。(a)は初期有限要素モデル。(b)は最適モデル。The figure of the tire model of an Example. (A) is an initial finite element model. (B) is the optimum model. 変更例のタイヤ設計装置を示す図。The figure which shows the tire design apparatus of the modification example. 特性値と原価との関係をプロットした図。A plot of the relationship between characteristic values and costs. タイヤの原価が所望範囲に入るデータをプロットした図。The figure which plotted the data which the cost of a tire falls within a desired range. 変更例のタイヤ設計方法のフローチャート。Flowchart of tire design method of modification example.

実施形態について図面に基づき説明する。なお、以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更されたものについては、本発明の範囲に含まれるものとする。 The embodiment will be described with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below are merely examples, and those appropriately modified without departing from the spirit of the present invention shall be included in the scope of the present invention.

なお、以下の説明において、タイヤ軸方向とは、タイヤの回転軸の延長方向のことである。 In the following description, the tire axis direction is the extension direction of the tire rotation axis.

実施形態のタイヤ設計装置10は、タイヤの断面を表す初期有限要素モデルに基づきレイアウトの異なる複数のモーフィングモデルを生成し、それぞれのモーフィングモデルについて有限要素解析を実行してそれぞれのタイヤの特性値(以下「タイヤ特性値」とする)を算出するとともに、複数のモーフィングモデルに基づきそれぞれのタイヤの原価を算出する装置である。それらの算出結果は、タイヤのレイアウトの最適化に利用される。 The tire design device 10 of the embodiment generates a plurality of morphing models having different layouts based on an initial finite element model representing a cross section of a tire, performs finite element analysis on each morphing model, and performs characteristic values of each tire ( It is a device that calculates the cost of each tire based on a plurality of morphing models while calculating (hereinafter referred to as "tire characteristic value"). The calculation results are used for optimizing the tire layout.

なお、レイアウトとは、例えば、タイヤ構成部材の様々な部分の寸法や、2つのタイヤ構成部材の重なり量のことである。タイヤ構成部材の寸法としては、タイヤ構成部材の厚み等が挙げられる。ここで、タイヤ構成部材とは、タイヤを構成するトレッドゴム25やサイドウォールゴム26(図4参照)等の部材のことである。また、厚みとは、タイヤ構成部材のタイヤ内面側の面からタイヤ外面側の面までの、タイヤ内面側の面に対して垂直な方向の長さのことである
本実施形態においては、複数のモーフィングモデルとして、タイヤのレイアウトの異なる複数のモーフィングモデル、より具体的にはタイヤ構成部材の厚みの異なる複数のモーフィングモデルを生成するものとする。なお、複数のモーフィングモデルを生成することは、複数のタイヤを簡易的に設計することであるため、タイヤ設計方法の一種であると言える。
The layout is, for example, the dimensions of various parts of the tire constituent members and the amount of overlap of the two tire constituent members. Examples of the dimensions of the tire component include the thickness of the tire component. Here, the tire constituent member is a member such as a tread rubber 25 or a sidewall rubber 26 (see FIG. 4) constituting the tire. Further, the thickness is a length in a direction perpendicular to the surface on the inner surface side of the tire from the surface on the inner surface side of the tire to the surface on the outer surface side of the tire of the tire constituent member. In the present embodiment, a plurality of thicknesses are used. As the morphing model, it is assumed that a plurality of morphing models having different tire layouts, more specifically, a plurality of morphing models having different thicknesses of tire components are generated. It can be said that generating a plurality of morphing models is a kind of tire design method because a plurality of tires are simply designed.

図1に示すように、実施形態のタイヤ設計装置10は、処理装置(CPU)11や記憶装置12等からなるコンピュータシステムである。タイヤ設計装置10には、キーボードやマウス等の入力装置13及びディスプレイ等の出力装置14が接続されている。 As shown in FIG. 1, the tire design device 10 of the embodiment is a computer system including a processing device (CPU) 11, a storage device 12, and the like. An input device 13 such as a keyboard and a mouse and an output device 14 such as a display are connected to the tire design device 10.

記憶装置12には、本実施形態の方法を実行するためのプログラム15、有限要素解析及び原価の算出に必要なデータが格納されたデータベース16、後述するモーフィングで使用される設計変数群を生成するためのテーブル17等が記憶されている。処理装置11は、記憶装置12のプログラム15を読み込んで実行することにより、初期モデル取得部30、モーフィング部31、特性値計算部32、部材体積算出部33、原価算出部34、応答曲面生成部35、最適化計算部36として機能する。 The storage device 12 generates a program 15 for executing the method of the present embodiment, a database 16 in which data necessary for finite element analysis and cost calculation are stored, and a group of design variables used in morphing described later. Table 17 and the like for this purpose are stored. By reading and executing the program 15 of the storage device 12, the processing device 11 reads and executes the initial model acquisition unit 30, the morphing unit 31, the characteristic value calculation unit 32, the member volume calculation unit 33, the cost calculation unit 34, and the response curved surface generation unit. 35, functions as an optimization calculation unit 36.

図2のように、データベース16には、タイヤ構成部材の材料の番号(以下「配合番号」)と、各材料の物性値、密度、材料原価等のデータとが、紐付けられて格納されている。ここで、物性値には、ポアソン比や弾性率等の、有限要素モデルによるシミュレーションにおいて必要とされる物性値が含まれている。また、材料原価は、材料の単位質量あたりの価格である。また、材料としては、配合の異なる各種のゴムが想定される。密度及び材料原価のデータはタイヤの原価の算出に使用され、物性値は有限要素解析に使用される。 As shown in FIG. 2, in the database 16, the material numbers of the tire components (hereinafter referred to as “blending numbers”) and the data such as the physical property values, densities, and material costs of each material are linked and stored. There is. Here, the physical property values include physical property values required for simulation by a finite element model, such as Poisson's ratio and elastic modulus. The material cost is the price per unit mass of the material. Further, as the material, various rubbers having different formulations are assumed. Density and material cost data are used to calculate tire costs, and physical property values are used for finite element analysis.

また、図3のように、テーブル17には、初期有限要素モデルからの設計変数の変化量が規定されている。本実施形態においては、少なくともタイヤ構成部材の厚みを変化させた複数のモーフィングモデルを生成するものとする。そこで、テーブル17には、少なくとも、トレッドゴム25(図4参照)等のタイヤ構成部材の基準となる厚み(言い換えれば、初期有限要素モデルにおけるタイヤ構成部材の厚み。この厚みのような、初期有限要素モデルにおける設計変数の数値のことを「基準値」とする)からの変化量が規定されている。基準値に対してテーブル17の数値の加算や減算が行われることにより、モーフィングで使用される設計変数群が生成される。 Further, as shown in FIG. 3, the table 17 defines the amount of change in the design variable from the initial finite element model. In the present embodiment, it is assumed that at least a plurality of morphing models in which the thickness of the tire constituent member is changed are generated. Therefore, the table 17 has at least a reference thickness of a tire component such as a tread rubber 25 (see FIG. 4) (in other words, the thickness of the tire component in the initial finite element model. An initial finite such as this thickness. The amount of change from the numerical value of the design variable in the element model is defined as the "reference value"). By adding or subtracting the numerical values in Table 17 with respect to the reference value, a group of design variables used in morphing is generated.

タイヤ構成部材の厚み以外の設計変数も変化させたモーフィングモデルを生成しようとする場合は、テーブル17には、タイヤ構成部材の厚み以外にも、変化させようとする設計変数の変化量が規定されている。 When trying to generate a morphing model in which design variables other than the thickness of the tire component are also changed, the table 17 defines the amount of change in the design variable to be changed in addition to the thickness of the tire component. ing.

なお、複数のモーフィングモデルの生成のために変化させる設計変数には、タイヤのレイアウトに関する設計変数、例えばタイヤ構成部材の様々な部分の寸法が含まれる。タイヤ構成部材の厚みは、レイアウトに関する設計変数の1つである。他には、トレッド幅等もレイアウトに関する設計変数である。 It should be noted that the design variables that are changed for the generation of the plurality of morphing models include design variables related to the layout of the tire, for example, the dimensions of various parts of the tire component. The thickness of the tire component is one of the design variables related to the layout. In addition, tread width and the like are also design variables related to layout.

初期モデル取得部30はタイヤのモデルを取得する。ここで取得されるタイヤのモデルは、タイヤが有限個の要素に分割された有限要素モデルである。各要素には、要素番号、節点番号、節点座標及び材料物性値(密度、ヤング率、ポアソン比、降伏応力、最大強度、線膨張係数等)等が設定される。 The initial model acquisition unit 30 acquires a tire model. The tire model acquired here is a finite element model in which the tire is divided into a finite number of elements. Element numbers, node numbers, node coordinates, material property values (density, Young's modulus, Poisson's ratio, yield stress, maximum strength, linear expansion coefficient, etc.) are set for each element.

本実施形態における有限要素モデルは、図4に示すようなタイヤの軸方向断面の2次元モデル(以下「タイヤ2次元モデル20」とする)である。また、このタイヤ2次元モデル20は、タイヤ軸方向片側のモデルである。ただし、タイヤ2次元モデルとしてタイヤ軸方向両側が揃ったモデルが取得されても良い。 The finite element model in this embodiment is a two-dimensional model of the axial cross section of the tire as shown in FIG. 4 (hereinafter referred to as “tire two-dimensional model 20”). Further, the tire two-dimensional model 20 is a model on one side in the tire axial direction. However, as a two-dimensional tire model, a model in which both sides in the tire axial direction are aligned may be acquired.

タイヤ2次元モデル20には、ビード21、カーカスプライ22、インナーライナー23、ベルト24、トレッドゴム25、サイドウォールゴム26、リムストリップ27等のタイヤ構成部材が現れている。また、トレッドゴム25には主溝28が現れている。主溝28は、実際のタイヤにおいては、タイヤ周方向に1周している。 In the tire two-dimensional model 20, tire components such as a bead 21, a carcass ply 22, an inner liner 23, a belt 24, a tread rubber 25, a sidewall rubber 26, and a rim strip 27 appear. Further, the main groove 28 appears in the tread rubber 25. In an actual tire, the main groove 28 makes one round in the tire circumferential direction.

このようなタイヤ2次元モデル20は、タイヤの2次元のCAD図面の形状がメッシュ分割されて作成され、記憶装置12に予め記憶されている。なお、メッシュ分割とは、タイヤを多数の要素に分割することであり、公知の手法で行うことができる。 Such a tire two-dimensional model 20 is created by dividing the shape of the two-dimensional CAD drawing of the tire into a mesh and is stored in advance in the storage device 12. The mesh division is to divide the tire into a large number of elements, and can be performed by a known method.

初期モデル取得部30によって取得された時点のタイヤ2次元モデル20のことを、初期有限要素モデルと言うこととする。 The tire two-dimensional model 20 at the time acquired by the initial model acquisition unit 30 is referred to as an initial finite element model.

モーフィング部31は、初期有限要素モデルからレイアウトを変化させたモーフィングモデルを生成する。本実施形態においては、モーフィングモデルとして、タイヤ構成部材のレイアウト、詳細には少なくともタイヤ構成部材の厚みを変化させた複数のモデルが生成されるものとする。 The morphing unit 31 generates a morphing model whose layout is changed from the initial finite element model. In the present embodiment, as a morphing model, it is assumed that a plurality of models in which the layout of the tire constituent members, in detail, at least the thickness of the tire constituent members is changed, are generated.

そのために、初期有限要素モデルにおいて厚みを変更しようとする領域が選択される。ここで領域とは、タイヤ構成部材の一部又は全部である。この選択により、選択された領域内の全ての節点(又は所定条件を満たす一部の節点)が、コントロールポイントとして設定される。領域の選択については後述する。 Therefore, the region whose thickness is to be changed is selected in the initial finite element model. Here, the area is a part or all of the tire constituent members. By this selection, all the nodes (or some nodes satisfying a predetermined condition) in the selected area are set as control points. The selection of the area will be described later.

モーフィング部31は、設定されたコントロールポイントを、テーブル17に基づき変位させる。モーフィング部31は、設定されたコントロールポイントの座標に、テーブル17のそれぞれの値を作用させる(つまり、テーブル17の値を加算又は減算する)ことにより、複数の新しい座標を生成し、それらの新しい座標に基づき設計変数としてタイヤ構成部材の厚みを生成する。また、モーフィング部31は、必要に応じて、タイヤ構成部材の厚み以外の設計変数(例えばトレッド幅)も生成する。 The morphing unit 31 displaces the set control points based on the table 17. The morphing unit 31 generates a plurality of new coordinates by applying the respective values of the table 17 to the coordinates of the set control points (that is, adding or subtracting the values of the table 17), and those new coordinates are generated. The thickness of the tire component is generated as a design variable based on the coordinates. Further, the morphing unit 31 also generates design variables (for example, tread width) other than the thickness of the tire constituent member, if necessary.

モーフィング部31は、生成した設計変数に基づき、モーフィングによりモーフィングモデル群を生成する。モーフィングモデル群に含まれる複数のモーフィングモデルは、タイヤ構成部材の厚みが少しずつ異なる。また、モーフィング部31がタイヤ構成部材の厚み以外の設計変数も生成した場合には、その設計変数も、複数のモーフィングモデルにおいて少しずつ異なる。複数のモーフィングモデルは全て有限要素モデルであるが、それぞれ初期有限要素モデルに対してタイヤ構成部材の節点が変位しており、メッシュ形状が変化している。 The morphing unit 31 generates a morphing model group by morphing based on the generated design variables. The plurality of morphing models included in the morphing model group have slightly different thicknesses of tire components. Further, when the morphing unit 31 also generates design variables other than the thickness of the tire constituent member, the design variables are also slightly different in the plurality of morphing models. The plurality of morphing models are all finite element models, but the nodes of the tire components are displaced with respect to the initial finite element model, and the mesh shape is changed.

なお、モーフィング部31は、初期有限要素モデルにおけるタイヤ構成部材の厚み方向の長さが所定以下(例えば0.2mm以下)の要素を含む領域については、タイヤ構成部材の厚みを厚くする方向にのみ変化させる。 The morphing portion 31 includes only an element having a length in the thickness direction of the tire component in the initial finite element model of a predetermined value or less (for example, 0.2 mm or less) in the direction of increasing the thickness of the tire component. Change.

特性値計算部32は、モーフィング部31が生成したモーフィングモデルを用いて有限要素解析を実行し、タイヤ特性値を算出する。モーフィング部31が生成したモーフィングモデルは複数あるので、特性値計算部32はそれぞれのモーフィングモデルについて有限要素解析を実行してタイヤ特性値を算出する。算出されるタイヤ特性値としては、タイヤの縦剛性、横剛性、前後剛性、転がり抵抗、接地圧力分散、接地長、接地幅、コーナリングパワー、ピークμ等が挙げられる。 The characteristic value calculation unit 32 executes finite element analysis using the morphing model generated by the morphing unit 31 and calculates the tire characteristic value. Since there are a plurality of morphing models generated by the morphing unit 31, the characteristic value calculation unit 32 executes finite element analysis for each morphing model to calculate the tire characteristic value. Examples of the calculated tire characteristic values include vertical rigidity, lateral rigidity, front-rear rigidity, rolling resistance, ground contact pressure distribution, ground contact length, ground contact width, cornering power, peak μ, and the like of the tire.

有限要素解析のためにタイヤ以外のモデル(例えば路面モデル)が必要な場合は、そのモデルは初期モデル取得部30によって取得され、特性値計算部32によって有限要素解析に使用される。 When a model other than the tire (for example, a road surface model) is required for the finite element analysis, the model is acquired by the initial model acquisition unit 30 and used for the finite element analysis by the characteristic value calculation unit 32.

なお、算出しようとするタイヤ特性値によっては、特性値計算部32は2次元のモーフィングモデル(有限要素モデル)をそのまま用いて有限要素解析を実行することができる。しかし、算出しようとするタイヤ特性値によっては、特性値計算部32は3次元の有限要素モデルを用いて有限要素解析を実行する必要がある。その場合は、特性値計算部32が有限要素解析を実行する前に、不図示の3次元モデル作成部が、3次元の有限要素モデルを作成する。 Depending on the tire characteristic value to be calculated, the characteristic value calculation unit 32 can execute the finite element analysis by using the two-dimensional morphing model (finite element model) as it is. However, depending on the tire characteristic value to be calculated, the characteristic value calculation unit 32 needs to execute the finite element analysis using the three-dimensional finite element model. In that case, the three-dimensional model creation unit (not shown) creates a three-dimensional finite element model before the characteristic value calculation unit 32 executes the finite element analysis.

具体的には、3次元モデル作成部は、モーフィング部31が生成した2次元のモーフィングモデルをタイヤ回転軸を中心としてタイヤ周方向に複写展開することにより、3次元の有限要素モデルを作成する。3次元の有限要素モデルは、モーフィング部31が生成した複数のモーフィングモデルのそれぞれに対して作成される。 Specifically, the three-dimensional model creation unit creates a three-dimensional finite element model by copying and developing the two-dimensional morphing model generated by the morphing unit 31 in the tire circumferential direction around the tire rotation axis. The three-dimensional finite element model is created for each of the plurality of morphing models generated by the morphing unit 31.

部材体積算出部33及び原価算出部34は、特性値計算部32による特性値の算出とは別に、タイヤの原価の算出を実行する。 The member volume calculation unit 33 and the cost calculation unit 34 execute the calculation of the tire cost separately from the calculation of the characteristic value by the characteristic value calculation unit 32.

部材体積算出部33は、モーフィング部31が生成した各モーフィングモデルについて、各タイヤ構成部材の体積を算出する。例えば、部材体積算出部33は、モーフィングモデルの各要素をタイヤ回転軸の周りで1周させることにより各要素の3次元上での体積を算出する。そして、部材体積算出部33は、タイヤ構成部材を構成する全ての要素の体積を足し合わせることによりそのタイヤ構成部材の体積を算出する。具体的には、まず、パップス・ギュルダンの定理を用いて、次の式により、モーフィングモデルの各要素をタイヤ回転軸の周りで1周させたときの体積を算出する。 The member volume calculation unit 33 calculates the volume of each tire component for each morphing model generated by the morphing unit 31. For example, the member volume calculation unit 33 calculates the volume of each element in three dimensions by making each element of the morphing model make one revolution around the tire rotation axis. Then, the member volume calculation unit 33 calculates the volume of the tire constituent member by adding the volumes of all the elements constituting the tire constituent member. Specifically, first, using Pappus-Guldin's theorem, the volume when each element of the morphing model is made to make one round around the tire rotation axis is calculated by the following equation.

Figure 2022091029000002
Figure 2022091029000002

ここで、Rmはm番目の要素の重心までのタイヤ回転軸からの距離、Smはm番目の要素の面積、vmはm番目の要素の体積である。なお、タイヤ回転軸から要素の重心までの距離Rは重心座標から求まり、重心座標は節点座標から求まる。このようにして求まる各要素の体積vmを、次の式により足し合わせることにより、タイヤ構成部材の体積を求めることができる。 Here, R m is the distance from the tire rotation axis to the center of gravity of the m-th element, S m is the area of the m-th element, and v m is the volume of the m-th element. The distance R from the tire rotation axis to the center of gravity of the element is obtained from the coordinates of the center of gravity, and the coordinates of the center of gravity are obtained from the coordinates of the node. By adding the volumes v m of each element obtained in this way by the following equation, the volume of the tire constituent member can be obtained.

Figure 2022091029000003
Figure 2022091029000003

ここで、jはタイヤ構成部材を構成する要素の数である。 Here, j is the number of elements constituting the tire constituent member.

モーフィングモデルがタイヤ軸方向片側のみのモデルの場合、数2の式で算出された体積Vを2倍することにより、タイヤ構成部材の体積を算出することができる。また、モーフィングモデルがタイヤ軸方向両側の揃ったモデルの場合、数2の式で算出された体積Vがタイヤ構成部材の体積である。 When the morphing model is a model having only one side in the tire axial direction, the volume of the tire component can be calculated by doubling the volume V calculated by the equation of Equation 2. Further, when the morphing model is a model in which both sides in the tire axial direction are aligned, the volume V calculated by the equation of Equation 2 is the volume of the tire constituent member.

この方法で、部材体積算出部33は、各モーフィングモデルに基づく3次元のタイヤの各タイヤ構成部材の体積を算出する。 In this way, the member volume calculation unit 33 calculates the volume of each tire component of the three-dimensional tire based on each morphing model.

原価算出部34は、データベース16から読み込んだ各タイヤ構成部材の材料原価と、部材体積算出部33が算出した各タイヤ構成部材の体積とから、タイヤの原価を算出する。詳細には、原価算出部34は、タイヤ構成部材の体積にそのタイヤ構成部材の材料密度と材料原価を掛けることによりそのタイヤ構成部材の原価を算出し、全てのタイヤ構成部材の原価を足すことによりタイヤの原価を算出する。すなわち、タイヤの原価は次の式により算出される。 The cost calculation unit 34 calculates the tire cost from the material cost of each tire component read from the database 16 and the volume of each tire component calculated by the member volume calculation unit 33. Specifically, the cost calculation unit 34 calculates the cost of the tire component by multiplying the volume of the tire component by the material density and the material cost of the tire component, and adds the costs of all the tire components. The cost of the tire is calculated by. That is, the tire cost is calculated by the following formula.

Figure 2022091029000004
Figure 2022091029000004

ここで、Yはタイヤの原価(円)、Vはn番目のタイヤ構成部材の体積(m)、ρはn番目のタイヤ構成部材の材料密度(kg/m)、cは材料原価(円/kg)、iは1つのタイヤを構成するタイヤ構成部材の数である。 Here, Y is the cost of the tire (yen), V n is the volume of the nth tire component (m 3 ), ρ n is the material density of the nth tire component (kg / m 3 ), and cn is the material density of the nth tire component. The material cost (yen / kg) and i are the number of tire components constituting one tire.

なお、データベース16に、ゴム部材の材料のデータのみが格納され、スチールコードや有機繊維コード等のゴム部材以外の部材の材料のデータが含まれていない場合は、数3の式だけではタイヤの正確な原価を算出できない。その場合は、数3で算出された原価Yに、ゴム部材以外の部材の原価を加算することにより、タイヤのより正確な原価を算出することができる。 If the database 16 stores only the data of the material of the rubber member and does not include the data of the material of the member other than the rubber member such as the steel cord and the organic fiber cord, the formula of Equation 3 alone is used for the tire. The exact cost cannot be calculated. In that case, a more accurate cost of the tire can be calculated by adding the cost of the member other than the rubber member to the cost Y calculated by the equation 3.

一方、データベース16に、スチールコードや有機繊維コード等のゴム部材以外の部材の材料のデータが含まれている場合は、数3の式でタイヤのより正確な原価を算出することができる。 On the other hand, when the database 16 includes data on materials for members other than rubber members such as steel cords and organic fiber cords, the more accurate cost of the tire can be calculated by the formula of Equation 3.

この方法で、原価算出部34は、各モーフィングモデルのタイヤの原価を算出する。 In this way, the costing unit 34 calculates the cost of the tires of each morphing model.

応答曲面生成部35は、特性値計算部32が算出したタイヤ特性値のいずれか1つ又は原価算出部34が算出したタイヤの原価と、設計変数との関係を示す応答曲面を生成する。ここでの設計変数にはタイヤ構成部材の厚みが含まれる。設計変数としてタイヤ構成部材の厚みのみを考慮する場合は、応答曲面は実際には曲線となる。しかし、設計変数としてタイヤ構成部材の厚み以外のものも考慮する場合は、応答曲面は文字通り曲面となる。 The response curved surface generation unit 35 generates a response curved surface showing the relationship between any one of the tire characteristic values calculated by the characteristic value calculation unit 32 or the tire cost calculated by the cost calculation unit 34 and the design variable. The design variable here includes the thickness of the tire component. If only the thickness of the tire component is considered as a design variable, the response surface is actually a curve. However, when considering factors other than the thickness of the tire component as design variables, the response curved surface is literally a curved surface.

応答曲面生成部35は複数の応答曲面を生成する。例えば、設計変数とタイヤの原価との応答曲面、設計変数とタイヤの縦剛性との応答曲面、設計変数と転がり抵抗との応答曲面といった複数の応答曲面を生成する。 The response curved surface generation unit 35 generates a plurality of response curved surfaces. For example, a plurality of response curves such as a response curve between the design variable and the cost of the tire, a response curve between the design variable and the longitudinal rigidity of the tire, and a response curve between the design variable and the rolling resistance are generated.

応答曲面生成部35が応答曲面を生成することにより、離散的データであった設計変数とタイヤ特性値等との関係のデータが、両者の関係を示す連続的な曲面となる。 By generating the response curved surface by the response curved surface generation unit 35, the data of the relationship between the design variable and the tire characteristic value, which was discrete data, becomes a continuous curved surface showing the relationship between the two.

最適化計算部36では、最適化計算を行うための設定として、設計変数の範囲の設定、特性値の制約の設定、及び目的関数の設定が行われる。特性値の制約とは、例えば、特性値の上限値及び下限値である。 In the optimization calculation unit 36, as the setting for performing the optimization calculation, the range of the design variable is set, the constraint of the characteristic value is set, and the objective function is set. The constraint of the characteristic value is, for example, an upper limit value and a lower limit value of the characteristic value.

本実施形態における目的関数は、タイヤ特性値及びタイヤの原価を含む、最小化又は最大化しようとする関数である。例えば、タイヤの縦剛性が大きく、かつ、タイヤの原価が小さくなる設計変数を求めようとする場合、最適化計算部36では、次のような目的関数Fが設定される。 The objective function in this embodiment is a function to be minimized or maximized, including the tire characteristic value and the cost of the tire. For example, when trying to obtain a design variable in which the vertical rigidity of the tire is large and the cost of the tire is small, the following objective function F is set in the optimization calculation unit 36.

Figure 2022091029000005
Figure 2022091029000005

ここで、Xは初期有限要素モデルのタイヤの縦剛性に対するモーフィングモデルのタイヤの縦剛性の減少率、Yは初期有限要素モデルのタイヤの原価に対するモーフィングモデルのタイヤの原価の減少率、aとbはそれぞれ重み付けの係数である。 Here, X is the rate of decrease in the vertical rigidity of the tire of the morphing model with respect to the vertical rigidity of the tire of the initial finite element model, Y is the rate of decrease in the cost of the tire of the morphing model with respect to the cost of the tire of the initial finite element model, a and b. Are weighting coefficients, respectively.

最適化計算部36は、設計変数の範囲、特性値の制約及び目的関数の設定の後に、最適化計算を実行する。具体的には、最適化計算部36は、設計変数を変化させながら、応答曲面生成部35の生成した応答曲面を使用して目的関数を繰り返し計算し、目的関数を最小化又は最大化する設計変数の組み合わせを求める。この計算には、ネルダーミード法等の最適化アルゴリズムが使用される。 The optimization calculation unit 36 executes the optimization calculation after setting the range of design variables, the constraint of the characteristic value, and the objective function. Specifically, the optimization calculation unit 36 is designed to repeatedly calculate the objective function using the response curved surface generated by the response curved surface generation unit 35 while changing the design variables, and to minimize or maximize the objective function. Find the combination of variables. An optimization algorithm such as the Nelder-Mead method is used for this calculation.

例えば、目的関数として上記の数4の目的関数Fが設定された場合、最適化計算部36による最適化計算により、タイヤの縦剛性が大きく、かつ、タイヤの原価が小さくなる最適な設計変数が求まる。このとき求まる設計変数には、タイヤ構成部材の厚みが含まれる。 For example, when the objective function F of the above equation 4 is set as the objective function, the optimum design variable in which the vertical rigidity of the tire is large and the cost of the tire is small is obtained by the optimization calculation by the optimization calculation unit 36. I want it. The design variable obtained at this time includes the thickness of the tire component.

このようにして最適化計算部36が求めた設計変数は、出力装置14に出力される。また、モーフィング部31、特性値計算部32、部材体積算出部33、原価算出部34及び応答曲面生成部35による計算結果も、それぞれ出力装置14に出力される。 The design variables obtained by the optimization calculation unit 36 in this way are output to the output device 14. Further, the calculation results by the morphing unit 31, the characteristic value calculation unit 32, the member volume calculation unit 33, the cost calculation unit 34, and the response curved surface generation unit 35 are also output to the output device 14, respectively.

以上のタイヤ設計装置10によるタイヤ設計方法について、図5のフローチャートに基づき説明する。 The tire design method using the tire design device 10 will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、初期モデル取得部30が、初期有限要素モデルとしてのタイヤ2次元モデル20を取得する(S1)。 First, the initial model acquisition unit 30 acquires the tire two-dimensional model 20 as the initial finite element model (S1).

次に、モーフィング部31において、初期有限要素モデルにおいて厚み等を変更するタイヤ構成部材と、そのタイヤ構成部材の中で厚み等を変更する領域が選択される(S2)。 Next, in the morphing unit 31, a tire component whose thickness or the like is changed in the initial finite element model and a region where the thickness or the like is changed in the tire component member are selected (S2).

ここで、厚みを変更するタイヤ構成部材としては、初期有限要素モデルにおいて所定以上の面積を有するタイヤ構成部材が選択される。例えば、初期有限要素モデルの全面積に対する占有率が3%以上のタイヤ構成部材が選択される。そのようなタイヤ構成部材として、トレッドゴム25やサイドウォールゴム26が挙げられる。また、厚みを変更するタイヤ構成部材からは、繊維材(繊維製のコード等)及びインナーライナー23が除外されることが好ましい。 Here, as the tire component whose thickness is changed, a tire component having an area equal to or larger than a predetermined area is selected in the initial finite element model. For example, a tire component having an occupancy of 3% or more with respect to the total area of the initial finite element model is selected. Examples of such a tire component include a tread rubber 25 and a sidewall rubber 26. Further, it is preferable that the fiber material (fiber cord or the like) and the inner liner 23 are excluded from the tire constituent members whose thickness is changed.

また、厚みを変更する領域の選択のために、まず、タイヤ軸方向断面上で、タイヤ構成部材がその長手方向に並ぶ複数の領域に分割される。ただし、タイヤ軸方向断面上でタイヤ構成部材が十分な長さを有していない場合には、タイヤ構成部材は複数の領域に分割されない。 Further, in order to select a region for changing the thickness, first, the tire constituent members are divided into a plurality of regions arranged in the longitudinal direction thereof on the cross section in the tire axial direction. However, if the tire component does not have a sufficient length on the cross section in the tire axial direction, the tire component is not divided into a plurality of regions.

具体例としては、タイヤ軸方向断面上でのタイヤ構成部材の長さが30mm以上の場合は、タイヤ構成部材は長手方向の3つの領域に分割される。また、タイヤ軸方向断面上でのタイヤ構成部材の長さが20mm以上30mm未満の場合は、タイヤ構成部材は長手方向の2つの領域に分割される。また、タイヤ軸方向断面上でのタイヤ構成部材の長さが20mm未満の場合は、タイヤ構成部材は領域に分割されない。 As a specific example, when the length of the tire component on the cross section in the tire axial direction is 30 mm or more, the tire component is divided into three regions in the longitudinal direction. When the length of the tire component on the cross section in the tire axial direction is 20 mm or more and less than 30 mm, the tire component is divided into two regions in the longitudinal direction. Further, when the length of the tire constituent member on the cross section in the tire axial direction is less than 20 mm, the tire constituent member is not divided into regions.

なお、タイヤ構成部材の長さとは、タイヤ構成部材のタイヤ内面側の面とタイヤ外面側の面のタイヤ軸方向断面上での長さのうち、長い方の長さのことである。また、タイヤ構成部材の長手方向とは、タイヤ軸方向断面上でタイヤ構成部材の長さが定義される線の方向のことである。 The length of the tire constituent member is the longer of the lengths of the tire inner surface side surface and the tire outer surface side surface on the tire axial cross section. Further, the longitudinal direction of the tire component is the direction of a line in which the length of the tire component is defined on the cross section in the tire axial direction.

タイヤ構成部材が複数の領域に分割された後、複数の領域の中から、厚みを変更する1つ以上の領域が選択される。このとき、タイヤ構成部材の全ての領域が選択されても良い。 After the tire component is divided into a plurality of regions, one or more regions whose thickness is to be changed are selected from the plurality of regions. At this time, all areas of the tire components may be selected.

なお、厚みを変更する部材の選択、その部材の領域への分割及び厚みを変更する領域の選択は、操作者によって入力装置13を介して行われても良いが、処理装置11がプログラム15を読み込んで実行することにより実現される領域設定部によって自動的に行われても良い。 The selection of the member whose thickness is to be changed, the division of the member into the area, and the selection of the area whose thickness is to be changed may be performed by the operator via the input device 13, but the processing device 11 executes the program 15. It may be automatically performed by the area setting unit realized by reading and executing.

厚みを変更する領域が選択されると、モーフィング部31が、選択された領域内の全ての節点(又は所定条件を満たす一部の節点)を、コントロールポイントとして設定する。 When the region whose thickness is to be changed is selected, the morphing unit 31 sets all the nodes (or some nodes satisfying a predetermined condition) in the selected region as control points.

次に、モーフィング部31が設計変数群を生成する(S3)。設計変数には、タイヤのレイアウトに関する数値、詳細にはタイヤ構成部材の厚みについての数値が含まれる。 Next, the morphing unit 31 generates a design variable group (S3). Design variables include numerical values for tire layout, and more specifically for tire component thickness.

次に、モーフィング部31が、設計変数に基づきモーフィングモデル群を生成する(S4)。生成された複数のモーフィングモデルでは、ステップS2において選択された領域の厚みが少しずつ異なる。 Next, the morphing unit 31 generates a morphing model group based on the design variables (S4). In the plurality of generated morphing models, the thickness of the region selected in step S2 is slightly different.

次に、有限要素モデルであるモーフィングモデルに対し、配合番号がデータベース16から取得される(S5)。具体的には、操作者による入力装置13での入力操作等を介して、有限要素モデルであるモーフィングモデルの各要素に、データベース16に格納されている配合番号が割り当てられる。これにより、各要素と、配合番号に紐付けられた物性値、密度及び材料原価とが紐付けられる。1つのタイヤ構成部材に対して複数の要素が存在するので、同じタイヤ構成部材に属する複数の要素に対しては同じ配合番号が割り当てられる。 Next, for the morphing model, which is a finite element model, the formulation number is acquired from the database 16 (S5). Specifically, a compounding number stored in the database 16 is assigned to each element of the morphing model, which is a finite element model, through an input operation by the operator in the input device 13. As a result, each element is associated with the physical property value, density, and material cost associated with the compounding number. Since there are a plurality of elements for one tire component, the same compounding number is assigned to the plurality of elements belonging to the same tire component.

モーフィングモデルは、各要素に物性値が割り当てられることにより、シミュレーションに使用できるようになる。また、モーフィングモデルは、各要素に密度及び材料原価が割り当てられることにより、タイヤの原価の算出に使用できるようになる。 The morphing model can be used for simulation by assigning physical property values to each element. In addition, the morphing model can be used to calculate the cost of tires by assigning density and material cost to each element.

次に、特性値計算部32が、生成された複数のモーフィングモデルについてそれぞれ有限要素解析を実行し、それぞれのモーフィングモデルにおけるタイヤ特性値を算出する(S6)。特性値計算部32は、ステップS5において割り当てられた配合番号に基づきその材料の物性値をデータベース16から読み込んで有限要素解析に使用する。 Next, the characteristic value calculation unit 32 executes finite element analysis for each of the generated plurality of morphing models, and calculates the tire characteristic value in each morphing model (S6). The characteristic value calculation unit 32 reads the physical characteristic value of the material from the database 16 based on the compounding number assigned in step S5 and uses it for the finite element analysis.

なお、有限要素解析の際に3次元の有限要素モデルが必要な場合は、特性値計算部32が有限要素解析を実行する前に、不図示の3次元モデル作成部が、2次元のモーフィングモデルの基づき3次元の有限要素モデルを作成する。 When a three-dimensional finite element model is required for finite element analysis, a three-dimensional model creation unit (not shown) performs a two-dimensional morphing model before the characteristic value calculation unit 32 executes the finite element analysis. Create a three-dimensional finite element model based on.

次に、それぞれのモーフィングモデルに基づき、タイヤの原価が算出される。具体的には、まず、部材体積算出部33が、モーフィングモデルに基づき、各タイヤ構成部材の体積を算出する(S7)。 Next, the cost of the tire is calculated based on each morphing model. Specifically, first, the member volume calculation unit 33 calculates the volume of each tire component member based on the morphing model (S7).

次に、原価算出部34が、各タイヤ構成部材の体積、密度及び材料原価に基づき、タイヤの原価を算出する(S8)。このとき、原価算出部34は、ステップS5において割り当てられた配合番号に基づきその材料の原価をデータベース16から読み込んで算出に使用する。 Next, the cost calculation unit 34 calculates the cost of the tire based on the volume, density, and material cost of each tire component (S8). At this time, the cost calculation unit 34 reads the cost of the material from the database 16 based on the compounding number assigned in step S5 and uses it for the calculation.

次に、応答曲面生成部35が、ステップS6で算出されたタイヤ特性値と設計変数との応答曲面と、ステップS8で算出されたタイヤの原価と設計変数との応答曲面とを生成する(S9)。ここでの設計変数にはタイヤ構成部材の厚みが含まれる。 Next, the response curved surface generation unit 35 generates a response curved surface of the tire characteristic value calculated in step S6 and the design variable, and a response curved surface of the tire cost calculated in step S8 and the design variable (S9). ). The design variable here includes the thickness of the tire component.

次に、最適化計算部36において、設計変数の範囲の設定、特性値の制約の設定、及び目的関数の設定が行われる(S10)。次に、最適化計算部36が最適化計算を行い、目的関数を最小化又は最大化する設計変数の組み合わせを求める(S11)。ステップS11で求まった設計変数の組み合わせ(そのうちの1つはタイヤ構成部材の厚みである)は、タイヤ特性値とタイヤの原価とが両立された最適解を実現する設計変数の組み合わせである。 Next, in the optimization calculation unit 36, the range of the design variable is set, the constraint of the characteristic value is set, and the objective function is set (S10). Next, the optimization calculation unit 36 performs an optimization calculation to obtain a combination of design variables that minimizes or maximizes the objective function (S11). The combination of design variables obtained in step S11 (one of which is the thickness of the tire component) is a combination of design variables that realizes an optimum solution in which the tire characteristic value and the cost of the tire are compatible.

ステップS11で求まった設計変数に基づきタイヤを設計することにより、最適なタイヤ、例えばタイヤの縦剛性が大きくかつタイヤの原価が小さいタイヤを設計することができる。 By designing the tire based on the design variable obtained in step S11, it is possible to design an optimum tire, for example, a tire having a large vertical rigidity of the tire and a low cost of the tire.

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態のタイヤ設計方法は、タイヤ2次元モデル20を取得するステップと、タイヤ2次元モデル20に基づきレイアウトの異なる複数のモーフィングモデルを生成するステップと、それぞれのモーフィングモデルについて有限要素解析を実行してタイヤの特性値を算出するステップと、モーフィングモデルに現れる各タイヤ構成部材の面積及び材料原価に基づき、それぞれのモーフィングモデルのタイヤの原価を算出するステップと、を含む。 Next, the effect of this embodiment will be described. In the tire design method of the present embodiment, a step of acquiring a tire two-dimensional model 20, a step of generating a plurality of morphing models having different layouts based on the tire two-dimensional model 20, and a finite element analysis for each morphing model are executed. This includes a step of calculating the characteristic value of the tire and a step of calculating the cost of the tire of each morphing model based on the area and material cost of each tire component appearing in the morphing model.

このように、タイヤ2次元モデル20に基づきモーフィング技術を用いて複数のモーフィングモデルが生成されるので、少ない手間でレイアウトの異なる複数のタイヤモデルを生成(言い換えれば設計)することができる。 In this way, since a plurality of morphing models are generated using the morphing technique based on the tire two-dimensional model 20, it is possible to generate (in other words, design) a plurality of tire models having different layouts with little effort.

また、本実施形態のタイヤ設計方法は、複数のモーフィングモデルについてタイヤの特性値を算出するとともにタイヤの原価を算出するので、レイアウトの少しずつ異なる複数のタイヤについて特性値と原価とを算出することができる。 Further, in the tire design method of the present embodiment, since the tire characteristic value is calculated for a plurality of morphing models and the tire cost is calculated, the characteristic value and the cost are calculated for a plurality of tires having slightly different layouts. Can be done.

そして、レイアウトの少しずつ異なる複数のタイヤについて特性値と原価とが算出されるので、それらの算出結果に基づき、タイヤ設計装置10が最適なタイヤの設計変数を求めることができたり、それらの算出結果を人が最適なタイヤの設計の参考にできたりする。 Then, since the characteristic values and the costs are calculated for a plurality of tires having slightly different layouts, the tire design device 10 can obtain the optimum tire design variables based on the calculation results, or calculate them. The results can be used by humans as a reference for optimal tire design.

また、タイヤのレイアウトに関する設計変数と、タイヤの原価及びタイヤ特性値を含む目的関数とが設定され、その目的関数を最小化又は最大化する設計変数が最適化計算で算出されるため、タイヤの原価とタイヤ特性値とが両立される設計変数を求めることができる。 In addition, design variables related to the layout of the tire and objective functions including the cost of the tire and tire characteristic values are set, and the design variables that minimize or maximize the objective function are calculated by the optimization calculation. It is possible to obtain a design variable in which both the cost and the tire characteristic value are compatible.

また、モーフィングによりレイアウト(特に厚み)を変化させる部材として、初期有限要素モデルにおいて所定以上(例えば、初期有限要素モデルの全面積に対する占有率が3%以上)の面積を有するタイヤ構成部材が選択されるため、設計変更の余地が十分にあり、かつ原価への寄与の大きいタイヤ構成部材を、変化させる対象として選択することができる。また、モーフィングによりレイアウト(特に厚み)を変化させる部材から、繊維材(繊維製のコード等)及びインナーライナー23が除外されるため、材質や厚みの性質上実際には設計変更できないタイヤ構成部材が選択されることを防ぐことができ、計算コストを抑えることができる。 Further, as a member whose layout (particularly thickness) is changed by morphing, a tire component having an area equal to or larger than a predetermined value (for example, an occupancy rate of 3% or more with respect to the total area of the initial finite element model) is selected in the initial finite element model. Therefore, it is possible to select a tire component that has sufficient room for design change and has a large contribution to cost as a target to be changed. In addition, since the fiber material (fiber cord, etc.) and the inner liner 23 are excluded from the members whose layout (especially the thickness) is changed by morphing, the tire components whose design cannot be actually changed due to the nature of the material and the thickness. It can be prevented from being selected, and the calculation cost can be suppressed.

また、選択されたタイヤ構成部材のさらに一部のみがモーフィングにより変化させる領域として選択されることにより、計算コストを抑えることができる。また、タイヤ軸方向断面上での長さの長いタイヤ構成部材ほど多くの領域に分割され、それらの領域の中からモーフィングにより変化させる領域が選択されることにより、タイヤ構成部材の実際の製造上制御可能な範囲をモーフィングにおいて変化させることとなり、計算の無駄が生じない。 Further, the calculation cost can be suppressed by selecting only a part of the selected tire constituent member as a region to be changed by morphing. Further, a tire component having a longer length in a cross section in the tire axial direction is divided into more regions, and a region to be changed by morphing is selected from these regions, so that the tire component can be actually manufactured. The controllable range is changed in morphing, and there is no waste of calculation.

また、上記のように、選択された領域の厚みをモーフィングにより変化させる場合において、初期有限要素モデルにおける前記厚み方向の長さが所定以下(例えば0.2mm以下)の要素を含む領域については、モーフィングにおいて厚みを厚くする方向にのみ変化させる。それにより、モーフィングにおいて薄過ぎるタイヤ構成部材が発生することを防ぐことができ、製造不可能なモーフィングモデルの生成を防ぐことができる。 Further, as described above, when the thickness of the selected region is changed by morphing, the region including an element having a length in the thickness direction of a predetermined value or less (for example, 0.2 mm or less) in the initial finite element model is used. In morphing, change only in the direction of increasing the thickness. Thereby, it is possible to prevent the generation of tire components that are too thin in morphing, and it is possible to prevent the generation of a morphing model that cannot be manufactured.

また、有限要素モデルであるモーフィングモデルに基づき求まる各タイヤ構成部材の体積と、データベース16に記憶されている各タイヤ構成部材の材料原価とに基づき、完成品としてのタイヤの原価が算出される。それにより、管理されている材料原価のデータと、シミュレーションのために作成された有限要素モデルとを活用して、タイヤの原価を算出することができる。 Further, the cost of the tire as a finished product is calculated based on the volume of each tire component obtained based on the morphing model which is a finite element model and the material cost of each tire component stored in the database 16. Thereby, the tire cost can be calculated by utilizing the managed material cost data and the finite element model created for the simulation.

また、本実施形態では、2次元のモーフィングモデルをタイヤ周方向に1周展開したときの各タイヤ構成部材の体積を算出することにより、1つのタイヤ全体の中での各タイヤ構成部材の体積を算出することができる。そして、その体積を使用してタイヤの原価を算出することができる。そのため、タイヤ特性の算出のために3次元の有限要素モデルを作成する必要がない場合には、タイヤの原価の算出のためだけに3次元モデルを作成することなく、タイヤの原価を算出することができる。 Further, in the present embodiment, the volume of each tire component in one tire is calculated by calculating the volume of each tire component when the two-dimensional morphing model is deployed once in the tire circumferential direction. Can be calculated. Then, the cost of the tire can be calculated using the volume. Therefore, when it is not necessary to create a three-dimensional finite element model for calculating tire characteristics, calculate the tire cost without creating a three-dimensional model just for calculating the tire cost. Can be done.

また、実施形態のタイヤ設計装置10は、初期有限要素モデルを取得する初期モデル取得部30と、初期有限要素モデルに基づきレイアウトの異なる複数のモーフィングモデルを生成するモーフィング部31と、それぞれのモーフィングモデルについて設計変数に基づきタイヤ特性値を算出する特性値計算部32と、モーフィングモデルに現れる各タイヤ構成部材の面積と、各タイヤ構成部材の材料原価とに基づき、それぞれのモーフィングモデルのタイヤの原価を算出する原価算出部34と、を有している。 Further, the tire design device 10 of the embodiment includes an initial model acquisition unit 30 that acquires an initial finite element model, a morphing unit 31 that generates a plurality of morphing models having different layouts based on the initial finite element model, and each morphing model. Based on the characteristic value calculation unit 32 that calculates the tire characteristic value based on the design variables, the area of each tire component appearing in the morphing model, and the material cost of each tire component, the cost of the tire of each morphing model is calculated. It has a cost calculation unit 34 for calculation.

このように、タイヤ設計装置10はモーフィング技術により複数のモーフィングモデルを生成するため、レイアウトの少しずつ異なる複数のタイヤのモデルを少ない手間で生成することができる。そして、タイヤ設計装置10は、特性値計算部32と原価算出部34とにより、それらのタイヤについてタイヤ特性値と原価とを算出することができる。 As described above, since the tire design device 10 generates a plurality of morphing models by the morphing technique, it is possible to generate a plurality of tire models having slightly different layouts with less effort. Then, the tire design device 10 can calculate the tire characteristic value and the cost for those tires by the characteristic value calculation unit 32 and the cost calculation unit 34.

次に実施例について説明する。実施例として、実際に上記実施形態の方法を実行した。図6(a)は初期有限要素モデルである。また図6(b)は、上記のステップ1~ステップS11を実行してステップS11で求まった設計変数に基づき設計された最適モデルである。図6(a)と図6(b)を比較すると、図6(b)の最適モデルの方がサイドウォールゴム及びビードフィラーが薄いことがわかる。 Next, an embodiment will be described. As an example, the method of the above embodiment was actually executed. FIG. 6A is an initial finite element model. Further, FIG. 6B is an optimum model designed based on the design variables obtained in step S11 by executing the above steps 1 to S11. Comparing FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b), it can be seen that the sidewall rubber and the bead filler are thinner in the optimum model of FIG. 6 (b).

表1に、タイヤの原価、縦剛性及び転がり抵抗について、初期有限要素モデルにおける値を1としたときの最適モデルにおける値を示す。タイヤの原価については、数値が小さいほど安いことを意味する。縦剛性及び転がり抵抗については、数値が小さいほど性能に優れることを意味する。 Table 1 shows the values of the tire cost, longitudinal rigidity, and rolling resistance in the optimum model when the value in the initial finite element model is 1. As for the cost of tires, the smaller the number, the cheaper it is. As for the vertical rigidity and rolling resistance, the smaller the value, the better the performance.

表1からわかるように、上記実施形態の方法で求まった設計変数に基づく最適モデルは、初期有限要素モデルよりも原価、縦剛性及び転がり抵抗において値が小さく優れていることが確認できた。 As can be seen from Table 1, it was confirmed that the optimum model based on the design variables obtained by the method of the above embodiment has smaller values and is superior to the initial finite element model in terms of cost, longitudinal rigidity and rolling resistance.

Figure 2022091029000006
Figure 2022091029000006

以上の実施形態に対して様々な変更を行うことができる。以下では変更例について説明する。 Various changes can be made to the above embodiments. An example of the change will be described below.

<変更例1>
変更例のタイヤ設計装置110を図7に示す。このタイヤ設計装置110は、上記実施形態のタイヤ設計装置10における応答曲面生成部35及び最適化計算部36の代わりに、クラスタ分析部135及び最適設計変数特定部136を有している。クラスタ分析部135及び最適設計変数特定部136は、処理装置11がプログラム15を読み込んで実行することにより実現される。
<Change example 1>
FIG. 7 shows a modified example tire design device 110. The tire design device 110 has a cluster analysis unit 135 and an optimum design variable identification unit 136 instead of the response curved surface generation unit 35 and the optimization calculation unit 36 in the tire design device 10 of the above embodiment. The cluster analysis unit 135 and the optimum design variable identification unit 136 are realized by the processing device 11 reading and executing the program 15.

クラスタ分析部135は、複数のモーフィングモデルについての特性値と原価とのデータを取得する。ここで、特性値とは、特性値計算部32が算出したタイヤの特性値(タイヤの縦剛性や転がり抵抗等)のいずれかである。また、原価とは、原価算出部34が算出したタイヤの原価である。複数のモーフィングモデルがあるので、特性値と原価との関係が、モーフィングモデルの数だけ発生する。 The cluster analysis unit 135 acquires data of characteristic values and costs for a plurality of morphing models. Here, the characteristic value is any one of the characteristic values of the tire (vertical rigidity of the tire, rolling resistance, etc.) calculated by the characteristic value calculation unit 32. The cost is the cost of the tire calculated by the cost calculation unit 34. Since there are multiple morphing models, there are as many relationships between characteristic values and costs as there are morphing models.

特性値と原価との関係は図8のようにプロットすることができる。1つのプロット点は1つのモーフィングモデルについての特性値と原価との関係を示している。プロット点の数はモーフィングモデルの数と一致する。 The relationship between the characteristic value and the cost can be plotted as shown in FIG. One plot point shows the relationship between characteristic values and costs for one morphing model. The number of plot points matches the number of morphing models.

クラスタ分析部135は、図8のデータの中から、タイヤの原価が所望の範囲に入るデータを抽出する。ここで、タイヤの原価の所望範囲は、操作者によって入力装置13から入力され設定される。図8において、横に延びる2本の破線で挟まれた範囲のデータが、抽出されるデータである。抽出されたデータを図9に示す。 The cluster analysis unit 135 extracts data in which the tire cost falls within a desired range from the data shown in FIG. Here, the desired range of the tire cost is input and set by the operator from the input device 13. In FIG. 8, the data in the range between the two horizontally extending broken lines is the data to be extracted. The extracted data is shown in FIG.

クラスタ分析部135は、抽出したデータについてクラスタ分析を実行し、タイヤの特性値が近いプロット点(特性値と原価との関係)毎にグループに分類する。クラスタ分析の方法としては、ウォード法による階層化クラスタリング等、様々な方法が利用できる。 The cluster analysis unit 135 executes a cluster analysis on the extracted data, and classifies the extracted data into groups according to plot points (relationship between the characteristic value and the cost) in which the characteristic values of the tires are close to each other. As a method of cluster analysis, various methods such as hierarchical clustering by Ward's method can be used.

図9において、縦に延びる2本の破線で挟まれた範囲のデータが、同じグループに属している。図9では、G1~G7の7つのグループが形成されている。G1~G7は、タイヤの特性値の大小順になっており、G1がタイヤの特性値の最も小さいグループ、G7がタイヤの特性値の最も大きいグループである。 In FIG. 9, the data in the range sandwiched by the two vertically extending broken lines belong to the same group. In FIG. 9, seven groups of G1 to G7 are formed. G1 to G7 are in order of magnitude of tire characteristic value, G1 is the group having the smallest tire characteristic value, and G7 is the group having the largest tire characteristic value.

最適設計変数特定部136は、クラスタ分析部135が分類した複数のグループG1~G7の特性値の大小と、グループG1~G7の特性値を算出する基となった設計変数の大小との関係を整理する。そして、最適設計変数特定部136は、特性値の大小関係と同じ大小関係を有する設計変数を、その設計変数を最適設計変数として特定する。 The optimum design variable specifying unit 136 determines the relationship between the magnitude of the characteristic values of the plurality of groups G1 to G7 classified by the cluster analysis unit 135 and the magnitude of the design variable that is the basis for calculating the characteristic values of the groups G1 to G7. organize. Then, the optimum design variable specifying unit 136 specifies a design variable having the same magnitude relation as the magnitude relation of the characteristic value, and the design variable is specified as the optimum design variable.

例えば、トレッドゴム25の厚みがグループG1において最も小さく、グループG7において最も大きい場合は、グループG1~G7の特性値の大小関係と、グループG1~G7の特性値を算出する基となった設計変数(すなわちトレッドゴム25の厚み)の大小関係が同じである。そこで、最適設計変数特定部136は、トレッドゴム25の厚みを、最適設計変数として特定する。 For example, when the thickness of the tread rubber 25 is the smallest in the group G1 and the largest in the group G7, the design variable used as the basis for calculating the magnitude relationship between the characteristic values of the groups G1 to G7 and the characteristic values of the groups G1 to G7. The magnitude relationship (that is, the thickness of the tread rubber 25) is the same. Therefore, the optimum design variable specifying unit 136 specifies the thickness of the tread rubber 25 as the optimum design variable.

クラスタ分析部135及び最適設計変数特定部136は図10のフローチャートに従う。まず、クラスタ分析部135が、複数のモーフィングモデルについての特性値と原価とのデータを取得する(S1)。次に、クラスタ分析部135は、取得したデータの中から、タイヤの原価が所望の範囲に入るデータを抽出する(S2)。次に、クラスタ分析部135は、抽出したデータについてクラスタ分析を実行し、タイヤの特性値が近いデータ(特性値と原価との関係)毎にグループに分類する(S3)。 The cluster analysis unit 135 and the optimum design variable identification unit 136 follow the flowchart of FIG. First, the cluster analysis unit 135 acquires data of characteristic values and costs for a plurality of morphing models (S1). Next, the cluster analysis unit 135 extracts data in which the tire cost falls within a desired range from the acquired data (S2). Next, the cluster analysis unit 135 executes a cluster analysis on the extracted data, and classifies the extracted data into groups according to data (relationship between the characteristic value and the cost) having similar tire characteristic values (S3).

次に、最適設計変数特定部136が、クラスタ分析部135が分類した複数のグループの特性値の大小と、それらのグループの特性値を算出する基となった設計変数の大小との関係を整理する(S4)。そして、最適設計変数特定部136が、特性値の大小関係と同じ大小関係を有する設計変数を、その設計変数を最適設計変数として特定する(S5)。 Next, the optimum design variable identification unit 136 organizes the relationship between the magnitude of the characteristic values of a plurality of groups classified by the cluster analysis unit 135 and the magnitude of the design variable on which the characteristic values of those groups are calculated. (S4). Then, the optimum design variable specifying unit 136 specifies a design variable having the same magnitude relation as the magnitude relation of the characteristic value, and the design variable is specified as the optimum design variable (S5).

このようにして特定される最適設計変数は、タイヤの原価を所望範囲に維持しつつ、タイヤの特性を向上させるために有効な設計変数である。そのため、最適設計変数を使用してタイヤを設計することにより。原価及び特性値の最適化されたタイヤを設計することができる。 The optimum design variable identified in this way is an effective design variable for improving the characteristics of the tire while keeping the cost of the tire within a desired range. Therefore, by designing the tire using optimal design variables. Tires with optimized cost and characteristic values can be designed.

<変更例2>
初期モデル取得部30の取得する有限要素モデルは、タイヤ全体の3次元モデルでも良い。その場合、部材体積算出部33は、上記のように2次元モデルをタイヤ周方向に展開する計算をしなくても、3次元モデルから各タイヤ構成部材の体積を算出することができる。
<Change example 2>
The finite element model acquired by the initial model acquisition unit 30 may be a three-dimensional model of the entire tire. In that case, the member volume calculation unit 33 can calculate the volume of each tire component from the three-dimensional model without performing the calculation of expanding the two-dimensional model in the tire circumferential direction as described above.

<変更例3>
タイヤ設計装置10の具体的使用形態は限定されない。例えば、サーバに上記のタイヤ設計装置10を設け、そのサーバにネットワークを介して複数のクライアントコンピュータを接続することにより、それぞれのクライアントコンピュータで上記の方法を実行することができるよう構成されていても良い。
<Change example 3>
The specific usage pattern of the tire design device 10 is not limited. For example, even if the above tire design device 10 is provided on the server and a plurality of client computers are connected to the server via a network, the above method can be executed on each client computer. good.

10…タイヤ設計装置、11…処理装置、12…記憶装置、13…入力装置、14…出力装置、15…プログラム、16…データベース、17…テーブル、20…タイヤ2次元モデル、21…ビード、22…カーカスプライ、23…インナーライナー、24…ベルト、25…トレッドゴム、26…サイドウォールゴム、27…リムストリップ、28…主溝、30…初期モデル取得部、31…モーフィング部、32…特性値計算部、33…部材体積算出部、34…原価算出部、35…応答曲面生成部、36…最適化計算部、110…タイヤ設計装置、135…クラスタ分析部、136…最適設計変数特定部 10 ... tire design device, 11 ... processing device, 12 ... storage device, 13 ... input device, 14 ... output device, 15 ... program, 16 ... database, 17 ... table, 20 ... tire two-dimensional model, 21 ... bead, 22 ... carcass ply, 23 ... inner liner, 24 ... belt, 25 ... tread rubber, 26 ... sidewall rubber, 27 ... rim strip, 28 ... main groove, 30 ... initial model acquisition part, 31 ... morphing part, 32 ... characteristic value Calculation unit, 33 ... Member volume calculation unit, 34 ... Cost calculation unit, 35 ... Response curved surface generation unit, 36 ... Optimization calculation unit, 110 ... Tire design device, 135 ... Cluster analysis unit, 136 ... Optimal design variable identification unit

Claims (6)

設計変数に基づきタイヤの特性値をコンピュータが算出するステップを含むタイヤ設計方法において、
複数のタイヤ構成部材からなるタイヤの断面を表す初期有限要素モデルを取得するステップと、
前記初期有限要素モデルに基づき、モーフィングにより、レイアウトの異なる複数のモーフィングモデルを生成するステップと、
それぞれの前記モーフィングモデルについて有限要素解析を実行してタイヤの前記特性値を算出するステップと、
前記モーフィングモデルに現れる各タイヤ構成部材の面積と、各タイヤ構成部材の材料原価とに基づき、それぞれの前記モーフィングモデルのタイヤの原価を算出するステップと、
を含む、タイヤ設計方法。
In a tire design method that includes a step in which a computer calculates a tire characteristic value based on design variables.
A step to obtain an initial finite element model representing a cross section of a tire consisting of multiple tire components,
Based on the initial finite element model, morphing is used to generate multiple morphing models with different layouts.
A step of performing a finite element analysis for each of the morphing models to calculate the characteristic value of the tire, and
A step of calculating the cost of each tire of the morphing model based on the area of each tire component appearing in the morphing model and the material cost of each tire component.
Tire design methods, including.
タイヤのレイアウトに関する設計変数と、前記原価及び前記特性値を含む目的関数とが設定され、前記目的関数を最小化又は最大化する設計変数が算出されるステップを含む、請求項1に記載のタイヤ設計方法。 The tire according to claim 1, wherein a design variable relating to the layout of the tire, an objective function including the cost and the characteristic value are set, and a design variable for minimizing or maximizing the objective function is calculated. Design method. 前記初期有限要素モデルにおいて所定以上の面積を有するタイヤ構成部材が選択されるステップと、
選択された前記タイヤ構成部材の一部又は全部が、モーフィングにより変化させる領域として選択されるステップと、を含み、
選択された前記領域を変化させた複数のモーフィングモデルをモーフィングにより生成する、請求項1又は2に記載のタイヤ設計方法。
In the initial finite element model, a step of selecting a tire component having an area equal to or larger than a predetermined area, and
Including a step in which some or all of the selected tire components are selected as areas to be altered by morphing.
The tire design method according to claim 1 or 2, wherein a plurality of morphing models in which the selected regions are changed are generated by morphing.
選択された前記領域の厚みを前記モーフィングにより変化させることとし、
前記初期有限要素モデルにおける前記厚み方向の長さが所定以下の要素を含む領域については、前記モーフィングにおいて、厚みを厚くする方向にのみ変化させる、
請求項3に記載のタイヤ設計方法。
The thickness of the selected area is changed by the morphing.
In the morphing, the region including the element whose length in the thickness direction is equal to or less than a predetermined value in the initial finite element model is changed only in the direction of increasing the thickness.
The tire design method according to claim 3.
請求項1~4のいずれかの方法を実行するプログラム。 A program that executes any of the methods of claims 1 to 4. 設計変数に基づきタイヤの特性値を算出する特性値計算部を含むタイヤ設計装置において、
複数のタイヤ構成部材からなるタイヤの断面を表す初期有限要素モデルを取得する初期モデル取得部と、
前記初期有限要素モデルに基づき、モーフィングにより、レイアウトの異なる複数のモーフィングモデルを生成するモーフィング部と、
それぞれの前記モーフィングモデルについて特性値を算出する特性値計算部と、
前記モーフィングモデルに現れる各タイヤ構成部材の面積と、各タイヤ構成部材の材料原価とに基づき、それぞれの前記モーフィングモデルのタイヤの原価を算出する原価算出部と、
を含む、タイヤ設計装置。
In a tire design device that includes a characteristic value calculation unit that calculates the characteristic value of a tire based on design variables.
An initial model acquisition unit that acquires an initial finite element model that represents a cross section of a tire composed of a plurality of tire components, and an initial model acquisition unit.
Based on the initial finite element model, a morphing unit that generates a plurality of morphing models with different layouts by morphing,
A characteristic value calculation unit that calculates characteristic values for each of the morphing models,
A cost accounting unit that calculates the cost of each tire of the morphing model based on the area of each tire component appearing in the morphing model and the material cost of each tire component.
Including tire design equipment.
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