JP3431818B2

JP3431818B2 - タイヤ性能のシミュレーション方法

Info

Publication number: JP3431818B2
Application number: JP00761298A
Authority: JP
Inventors: 明男見寄; 正貴白石
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 2003-07-28
Anticipated expiration: 2018-01-19
Also published as: JPH11201875A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タイヤの摩耗特性
を精度良くシミュレートしうるタイヤ性能のシミュレー
ション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
タイヤの開発は、試作品を作り、それを実験し、実験結
果から改良品をさらに試作するという繰り返し作業で行
われていた。この方法では、試作品の製造や実験に多く
の費用と時間を要するため、開発効率の向上には限界が
ある。かかる問題点を克服するために、近年では近似解
析手法などを用いたコンピューターシミュレーションに
より、タイヤを試作しなくてもある程度の性能を予測・
解析する方法が提案されている。

【０００３】コンピュータシミュレーションには、種々
の解析法が用いられ、例えば有限要素法を用いたものが
良く知られている。有限要素法（Finite Element Metho
d ）は、構造物を有限要素と呼ばれる有限の大きさの多
数の領域に分割し、各有限要素に比較的簡単な特性を与
えて系全体を解析する手法である。

【０００４】従来のタイヤ性能の有限要素法による解析
は、せいぜいタイヤの非転動状態での荷重負荷解析が主
流であったため、例えばタイヤの摩耗特性などについて
は、実際に走行試験を行う必要があった。

【０００５】また近年では、タイヤの摩耗評価方法とし
て摩耗エネルギーを用いるものが提案されている。この
摩耗エネルギーは、タイヤトレッド面上の任意の点が受
けるＸ方向及びＹ方向のせん断力と、前記各Ｘ方向及び
Ｙ方向のすべり量との積で表すことができる。すなわ
ち、転動しているタイヤトレッド面のある一点におい
て、圧力と路面とのすべり量を、その一点が路面に接地
してから離れるまでの時間で測定し、それらを掛け合わ
せた値の総和が摩耗エネルギーとなり、この摩耗エネル
ギーが多い箇所ほど早期に摩耗しやすいことが判ってき
た。

【０００６】従来、このような摩耗エネルギーを算出す
るためにトレッド面上の任意の点に作用するせん断力、
及びすべり量を測定することは非常に困難かつ手間のか
かる作業であり、また測定した点についてのみしか評価
することができず、タイヤトレッド面上の広範囲に亘っ
て評価する場合、莫大な時間を要していた。また、この
場合においても、分散された測定点を多く確保するとい
う擬似的な評価しかなしえず、しかもブロックのエッジ
や、スタッドレスタイヤのように細い溝が密集した部分
についても測定することが非常に困難であった。

【０００７】またトレッドパターンについては、溝のな
い、いわゆるプレーントレッドが多く、タイヤのトレッ
ドパターン全てを有限要素にモデル化したものは知られ
ていない。さらに、タイヤの内部には、カーカス、ベル
トなどのコード材を角度を変えて積層した補強層などが
設けられるが、これらについても１枚の平面シェル要素
などで簡略モデル化した解析がほとんどであった。

【０００８】このため、これまでのシミュレーションで
は、タイヤの性能をおおまかに予測・解析することはで
きるが、タイヤの摩耗特性や、この摩耗特性に与えるト
レッドパターン、内部構造などの影響については解析不
能であった。

【０００９】本発明のうち、請求項１、２記載の発明で
は、走行試験を行わずに段差や突起を有する任意の路面
を通過する際のタイヤの挙動、摩耗特性を解析しうるタ
イヤ性能のシミュレーション方法を提供することを目的
としている。

【００１０】また、請求項３記載の発明では、前記目的
に加えて、トレッドパターン、内部構造などによる影響
についても解析可能とするタイヤ性能のシミュレーショ
ン方法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１記
載の発明は、評価しようとするタイヤを有限個の多数の
要素に分割したタイヤ有限要素モデルで近似し、有限要
素法を用いて前記タイヤ有限要素モデルからタイヤ性能
をシミュレーションするタイヤ性能のシミュレーション
方法であって、カーカス、ベルトを含むコード補強材
と、サイドウォールゴム、ビードゴムを含むゴム部と、
ビードコアとがタイヤ周方向に同一断面形状で連続しし
かもタイヤ周方向にのびる縦溝とこの縦溝と交わる向き
にのびる横溝とからなるトレッドパターンが形成された
ゴム部を除いた部分であるタイヤボディ部を、その回転
軸を含む子午断面の２次元形状を周方向に展開して有限
個の要素に分割したタイヤボディ部要素モデルを設定す
る処理と、前記タイヤの前記トレッドパターンが形成さ
れたゴム部をタイヤ周方向の全周に亘り有限個の多数の
要素に分割したトレッドパターン部要素モデルを、前記
トレッドパターンが異なる複数設定する処理と、トレッ
ドパターン部要素モデルを前記タイヤボディ部要素モデ
ルに結合することによりタイヤ有限要素モデルを設定す
る処理と、仮想リムに装着した前記タイヤ有限要素モデ
ルを、仮想路面に接地させて相対移動させたときの挙動
をシミュレーションする走行シミュレーション処理と、
この走行シミュレーション処理からタイヤ有限要素モデ
ルの摩耗特性を取得する情報取得処理とを含むことを特
徴とするタイヤ性能のシミュレーション方法である。

【００１２】また請求項２記載の発明は、前記走行シミ
ュレーション処理は、タイヤ有限要素モデルの内圧、軸
荷重、走行速度、スリップ角、キャンバー角、タイヤ有
限要素モデルと仮想路面との間の摩擦係数を含む走行条
件を設定して行うとともに、前記情報取得処理は、タイ
ヤ有限要素モデルの接地面の各要素の節点が受けるＸ方
向及びＹ方向のせん断力と、前記各要素の節点について
のＸ方向及びＹ方向のすべり量とを含む情報に基づいて
摩耗エネルギーを算出することを特徴とする請求項１記
載のタイヤ性能のシミュレーション方法である。

【００１３】また請求項３記載の発明は、前記タイヤボ
ディ部要素モデルは、前記コード補強材を構成するコー
ド材とこれを被覆するトッピングゴムとを夫々有限個の
複数の要素に分割したコード補強材要素モデルと、前記
ゴム部を有限個の複数の要素に分割したゴム部要素モデ
ルと、前記ビードコアを有限個の複数の要素に分割した
ビードコア要素モデルとを含み、しかも、前記コード補
強材要素モデルは、前記コード材を異方性が定義された
四辺形膜要素にモデル化されるとともに前記トッピング
ゴムは六面体ソリッド要素にモデル化されたことを特徴
とする請求項１又は２記載のタイヤ性能のシミュレーシ
ョン方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を図面
に基づき説明する。本実施形態では、図１２に示すよう
な乗用車用ラジアルタイヤ（以下、単にタイヤというこ
とがある。）Ｔの性能をシミュレートするものを例示し
ている。タイヤＴは、トレッド部１２からサイドウォー
ル部１３を経てビード部１４のビードコア１５の回りで
折り返されかつコードをタイヤ周方向に対して略９０度
で傾けたプライ１６ａからなるカーカス１６と、このカ
ーカス１６のタイヤ半径方向外側かつトレッド部１２の
内方に配されるベルト層１７とを含むコード補強材Ｆを
具える。

【００１５】前記ベルト層１７は、本例ではタイヤ周方
向に対して２０度の角度で並列された内、外２枚のベル
トプライ１７Ａ、１７Ｂが前記コードが交差する向きに
積層されて構成される。また本例では、前記ベルト層１
７のタイヤ半径方向外側に、ナイロンコードをタイヤ周
方向に実質的に平行に配列したバンド層１９を具え、高
速走行時のベルト層１７のリフティングを防止してい
る。なおバンド層１９は本例ではベルト層１７の両端部
を覆うエッジバンドと、ベルト層１７の略全巾を覆うフ
ルバンドとから構成される。

【００１６】なお前記カーカスプライ１６Ａは、例えば
ポリエステルなどの有機繊維コードを、またベルトプラ
イ１７Ａ、１７Ｂはスチールコードを、それぞれシート
状のトッピングゴムにより被覆されて構成されている。
なおコード補強材Ｆには、前記カーカス１６、ベルト層
１７、バンド層１９の他、ビード部１４の剛性を補強す
るビード補強フィラーなどを必要に応じて含ませること
ができる。

【００１７】またタイヤＴは、前記各コード補強材Ｆの
外側に、トレッドゴム２０、サイドウォールゴム２１、
ビードゴム２２などを配している。前記トレッドゴム２
０は、本例では前記ベルト層１７の半径方向外側面に配
され、タイヤ子午断面において縦溝Ｇ１の溝底ラインの
下近傍を通りトレッド部１２の表面に略沿ってのびるト
レッド部ベースゴム２０ａと、その外側に配され路面と
接触して様々な力を伝達するトレッド部キャップゴム２
０ｂとから構成された２層構造を例示する。

【００１８】前記サイドウォールゴム２１は、タイヤの
転動時に大きく屈曲する部分であり、路面の縁石と接触
したときでもタイヤＴの側部を保護するもので、例えば
前記トレッドゴム２０よりも複素弾性率が小さい柔軟な
ゴムを用いるのが好ましい。また前記ビードゴム２２
は、リムフランジと接触する嵌合部付近に配され、例え
ば比較的弾性率の大きくかつ耐摩耗性に優れたゴムから
構成されうる。

【００１９】また、トレッド部１２の外表面には、例え
ばタイヤ周方向にのびる縦溝Ｇ１と、この縦溝Ｇ１に交
わる向きにのびる横溝Ｇ２などにより所定のトレッドパ
ターンが形成されている。このトレッドパターンは、タ
イヤ性能に大きく影響を与えるもので、本実施形態のシ
ミュレーション方法では、後述するようにこのトレッド
パターンのタイヤ性能への影響を解析することが可能に
なる。

【００２０】本シミュレーション方法を行う装置として
は、例えば図６に示すように、演算処理装置であるＣＰ
Ｕと、このＣＰＵの処理手順などが予め記憶されるＲＯ
Ｍと、画像ないし数値を一時的に記憶しうる作業用メモ
リであるＲＡＭと、入出力ポートと、これらを結ぶデー
タバスとから構成されている。

【００２１】また、前記入出力ポートには、本例ではタ
イヤ有限要素モデルを設定するための数値などを入力す
るキーボード、マウス等の入力手段Ｉと、入力結果やシ
ミュレーション結果を表示しうるディスプレイ、プリン
タなどの出力手段Ｏと、ハードディスク、光磁気ディス
クなどの外部記憶装置Ｄとが接続されている。また前記
ＲＯＭには、予め図７に示すようなシミュレーションの
処理手順などが記憶されており以下その内容を説明す
る。

【００２２】本実施形態のシミュレーション方法では、
評価しようとするこのようなタイヤＴを、図１に示すよ
うな有限個の多数の要素２ａ、２ｂ、２ｃ…に分割した
タイヤ有限要素モデル２で近似し、有限要素法を用いて
前記タイヤ有限要素モデル２からタイヤ性能をシミュレ
ーションするもので、前記タイヤ有限要素モデル２は、
タイヤボディ部要素モデル３と、トレッドパターン部要
素モデル４とから構成されたものを示す。

【００２３】前記タイヤボディ部要素モデル３は、図
１、図２に示すように、タイヤボディ部１Ｂを有限個の
要素に分割して得られるものである。ここでタイヤボデ
ィ部１Ｂとは、評価すべきタイヤにおいて周方向につい
て実質的に同じ材料でかつ同じ断面形状が連続する部分
であって、本例では前記タイヤＴからトレッドゴム２０
のトレッド部キャップゴム２０ｂだけを除いた部分とし
て定められる。

【００２４】このタイヤボディ部１Ｂは、具体的には前
記タイヤのカーカス１６、ベルト層１７、バンド層１９
を含むコード補強材Ｆと、トレッドゴム２０のトレッド
部ベースゴム２０ａ、サイドウォールゴム２１、ビード
ゴム２２を含むゴム部と、ビードコア１５とを含む。

【００２５】本例のシミュレーション方法では、前記タ
イヤボディ部１Ｂは、有限個の要素に分割される。前記
要素は、例えば２次元平面では四辺形要素など、３次元
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、いずれもコンピュータで
処理可能な要素とするのが望ましく、これらの要素は３
次元座標Ｘ−Ｙ−Ｚを用いて相互の位置関係が逐一特定
されうる。

【００２６】前記コード補強材Ｆとして例えばベルト層
１７の任意の微小領域は、図３に示すように、コード補
強材要素モデル５に設定される。本例ではコード補強材
Ｆのうちコード材ｃは、四辺形膜要素５ａ、５ｂにてモ
デル化され、またトッピングゴムｔについては、四辺形
膜要素５ａ又は５ｂを覆う六面体ソリッド要素５ｃ、５
ｄ、５ｅでモデル化したものを例示している。

【００２７】前記コード材ｃをモデル化した前記四辺体
膜要素５ａの材料定義は、その厚さを例えばコード材ｃ
の直径とし、コード材ｃの配列方向と、これと直交する
方向とにおいて剛性の異なる直交異方性材料として取り
扱い、各方向の剛性は均質化しているものとして取り扱
うことができる。またコード補強材Ｆのトッピングゴム
ｔを表す六面体ソリッド要素５ｃ〜５ｅは、他のゴム部
材と同様に超粘弾性材料として定義して取り扱うことが
できる。

【００２８】また、タイヤボディ部１Ｂのトレッド部ベ
ースゴム部１０ａ、サイドウォールゴム２１、ビードゴ
ム２２、ビードコア１４については、例えば六面体ソリ
ッド要素または五面体ソリッド要素でモデル化する処理
を行う。このようなモデル化は、前記入力手段Ｉを用い
て行うことができる。またタイヤボディ部要素モデル３
は、タイヤの回転軸を含む子午断面の２次元形状を特定
し、これを周方向に展開する形で要素分割することによ
り、比較的簡単にモデリングを行うことができる。

【００２９】このように、本例ではコード補強材Ｆを従
来のように１枚の平面シェル要素でモデル化するのでは
なく、コード材ｃ、トッピングゴムｔというように、そ
れぞれ材質の特性に応じてモデル化することによって、
実際の製品により近いタイヤ性能をシミュレートするこ
とが可能となる。また、各ゴム部２０〜２２、コード補
強材Ｆ、ビードコア１４を有限要素にモデル化する際に
は、各ゴム、コードの複素弾性率、ビードコアの弾性率
などに基づき材料、剛性を定義しうる。

【００３０】次に、前記トレッドパターン部要素モデル
４は、図４に示すように、タイヤのトレッドパターンを
タイヤ周方向の全周に亘り有限個の多数の要素に分割し
たトレッドパターン要素部を設定する処理により得られ
る。このパターン要素モデル４は、本例では前記トレッ
ドゴムのトレッド部キャップゴム２０ｂをモデル化した
もので、前記タイヤボディ部要素モデル３とは別個に設
定された後、前記タイヤボディ部要素モデル３に結合さ
れるものを例示している。

【００３１】本実施形態では、トレッドパターン部要素
モデル４は、タイヤ周方向に配されるトレッド部キャッ
プゴム２０ｂを、有限個の多数の四面体要素４ａ、４ｂ
…で分割したものを例示し、タイヤ全周にわたって構成
される。このようにトレッドパターン部要素モデル４
を、タイヤボディ部要素モデル３と分離してモデル化す
ることにより、例えば本例のように前記タイヤボディ部
要素モデル３よりも詳細に要素化（メッシュ化）でき、
トレッドパターンの影響をより詳しく解析しうる点で好
ましい。また、タイヤの内部構造を同じとし、トレッド
パターンのみ異なる種々のタイヤについては、トレッド
パターン部要素モデル４のみを設定し、タイヤボディ部
要素モデル３についてはこれを共用化でき、さらに開発
効率を向上しうる利点がある。

【００３２】そして、本実施形態では前記タイヤボディ
部要素モデル３に、前記トレッドパターン部要素モデル
４を結合する処理を行うことにより、タイヤ有限要素モ
デル２を完成させる。なお図５に示すように、トレッド
パターン部要素モデル４の内側の面または節点は、タイ
ヤボディ部要素モデル３の面または節点に対してその相
対位置が変わらないように強制変位させるよう定義して
接合される。

【００３３】そして、本発明では、仮想リムに装着した
前記タイヤ有限要素モデル２を、図８に示すように仮想
路面７に接地させて相対移動させたときの挙動をシミュ
レーションする走行シミュレーション処理を行う。

【００３４】なおタイヤ有限要素モデル２を仮想リムに
装着するとは、図８に示すように、タイヤ有限要素モデ
ル２のリム接触域１０、１０を拘束するとともに該モデ
ル２のビード部間のタイヤ軸方向距離Ｗをリム巾に強制
変位させることをいう。なお、タイヤ有限要素モデル２
の回転軸ＣＬは、タイヤ有限要素モデル２のリム拘束域
との相対距離ｒが常に一定となるよう連結固定されてい
る。なお仮想路面７は、四辺形剛表面としてモデル化し
ており、平坦な路面を構成したものを示す。

【００３５】前記走行シミュレーション処理での所定の
走行条件としては、例えばタイヤ有限要素モデル２の内
圧、回転軸ＣＬに作用する軸荷重、走行速度、スリップ
角、キャンバー角、タイヤ有限要素モデル２と仮想路面
７との間の摩擦係数などを含む。また前記内圧は、タイ
ヤ有限要素モデル２の内側面にタイヤ内圧に相当する等
分布荷重を作用させることにより設定しうる。

【００３６】そして、タイヤ有限要素モデル２の摩耗特
性を解析する走行シミュレーションを行う際には、先ず
図８に示したように、実際の使用条件等に合わせて前記
タイヤ有限要素モデル２のビード部のリム接触域１０、
１０を拘束し、内圧を作用させた後、仮想路面７をタイ
ヤ有限要素モデル２のトレッド部に押しつけて接触させ
ることにより荷重を負荷する。そして、仮想路面７を所
定の速度で移動させる。このとき、タイヤ有限要素モデ
ル２は、回転軸ＣＬを自由支持としており、前記仮想路
面７との接触による摩擦力により転動する。

【００３７】そしてこの処理では、例えばタイヤ有限要
素モデル２から、時間の経過とともに変化するコーナリ
ングフォース、接地面の形状又は内部応力分布を含む情
報を数値情報、ないしアニメーションなどの画像情報と
して取得することができる。

【００３８】また、本例ではこの走行シミュレーション
処理の結果から仮想路面７を走行する際のタイヤ有限要
素モデル２の少なくとも摩耗特性を取得する情報取得処
理を行う。前記情報としては、タイヤ有限要素モデルの
接地面の各要素の節点が受けるＸ方向及びＹ方向のせん
断力と、前記各要素の節点についてのＸ方向及びＹ方向
のすべり量とを含み、これらの情報に基づいて例えば、
各方向毎にせん断力とすべり量を掛け合わせ、これらを
積算することによって、摩耗エネルギーを算出すること
を特徴としている。これによって、タイヤトレッド部の
表面のあらゆる点において、かつ短時間で摩耗エネルギ
ーの予測や解析が可能となる。なお、本例では摩耗エネ
ルギーの計算は、トレッド表面全域で可能となるが、任
意の節点を選んで計算することでも勿論良い。

【００３９】本シミュレーションは、有限要素法により
行われる。一般に、有限要素モデルに各種の境界条件を
与え、その系全体の力、変位などの情報を取得し、シミ
ュレーションする手順については、よく知られている公
知の例に従い行うことができる。本例の計算のアルゴリ
ズムは、陽解法である。例えば、要素の形状、要素の材
料特性、例えば密度、ヤング率、減衰係数などをもと
に、要素の質量マトリックスＭ、剛性マトリックスＫ、
減衰マトリックスＣを作成する。

【００４０】前記各マトリックスを組み合わせて、シミ
ュレーションされる全体の系のマトリックスを作成す
る。また適宜境界条件をあてはめて、下記数１の運動方
程式を作成する。

【数１】

【００４１】この数１を微小時間ｔごとにＣＰＵにて逐
次計算することによりシミュレーションを行ないうる。
前記逐次計算の微小時間ｔは、全ての要素について応力
波の伝達時間を計算し、その最小時間の０．９倍以下の
時間とするのが好ましい。そして、シミュレーションを
行った結果から、タイヤ有限要素モデル２のトレッドパ
ターン要素モデル部４の各要素の各節点の接地中のＸ、
Ｙ方向のせん断力、および各せん断力が作用する方向へ
のすべり量を取り出して、これらの値から摩耗エネルギ
ーを計算することができる。

【００４２】またタイヤには、コーナリングフォース、
制動性能、ノイズ性能、摩耗性能、転がり抵抗性能など
多くの性能が要求され、特にこれらのタイヤ性能を解析
するためには、タイヤを転動させるシミュレーションが
必要となる。本実施形態のシミュレーションでは、タイ
ヤボディ部要素モデル２、トレッドパターン部要素モデ
ル３がいずれも周方向に連続するため転動シミュレーシ
ョンが可能であり、コーナリング性能や摩耗性能、さら
に、減衰の効果を考慮すれば振動性能、流体との連成に
よりハイドロプレーニング性能についての予測・解析が
可能となる点でも好ましい。

【００４３】以上、詳述したが、本発明は上記実施形態
に限定されるものではなく、例えばタイヤボディ部１Ｂ
はベルト層までとし、トレッド部ベースゴム２０ａをト
レッドパターン部に含ませるなど、種々の態様に変形し
うる。また、仮想路面の摩擦係数を種々変えて雪路、氷
路、砂地など種々の路面での摩耗特性も容易に解析する
ことができる。

【００４４】

【実施例】今回シミュレーションを行ったタイヤは、２
３５／４５ＺＲ１７ＬＭ６０２（住友ゴム工業株式会社
製）であり、コーナリング中のトレッド面の摩耗エネル
ギー、応力分布である。このタイヤの有限要素モデルは
図１に示したものと同じであり、節点数は４３８９６、
要素数は７６３５９である。

【００４５】また仮想路面は、平坦な剛表面としてモデ
ル化した。そして、図８、図９に示すように、タイヤ有
限要素モデルのビード部のリム接触域１０を拘束し、タ
イヤ内圧荷重を作用させた後、仮想路面７をタイヤモデ
ル２に押しつけて荷重負荷し、路面をタイヤに対して所
定の速度で移動させて、シミュレーションを行った。タ
イヤ有限要素モデルは回転軸をフリーとしており、路面
の移動による摩擦力により転動する。タイヤと路面の摩
擦係数は、静動摩擦とともに１．０とした。路面の移動
速度は時速２０km／ｈ、スリップ角は４°とした。

【００４６】図１０には、本シミュレーションによる摩
耗エネルギーの分布を、接地による変形前のトレッドパ
ターン要素モデル部２に描画したものを示している。画
像には、摩耗エネルギーの違いが色彩の変化により表現
される。最も色の濃い部分は最も摩耗エネルギーが大き
いことを表している。

【００４７】また図１１（Ａ）には、本シミュレーショ
ン結果と実測により得られた平均摩耗エネルギーの比較
を示している。スリップ角を０°、４°の２種の条件で
調べたところ、両者には非常に精度良く一致しているこ
とが確認できる。

【００４８】また図１１（Ｂ）には、トレッドパターン
の異なる２種のタイヤ（タイヤＡ、タイヤＢ）につい
て、本シミュレーションにより平均の摩耗エネルギーを
それぞれスリップ角を０°、４°の２種の条件で調べた
ところ、タイヤＡの方が摩耗エネルギーが小さく耐摩耗
性が優れていることが瞬時に確認できた。このように、
本シミュレーション方法によれば、タイヤのパターンを
変更したときにその摩耗特性がすぐさま確認できる。

【００４９】

【発明の効果】上述したように、請求項１及び２記載の
発明では、実際の走行試験を行わずにタイヤの摩耗特性
を解析することができるから開発効率を大幅に向上する
ことができる。また、タイヤの内部構造を同じとし、ト
レッドパターンのみ異なる種々のタイヤについては、ト
レッドパターン部要素モデルのみを設定し、タイヤボデ
ィ部要素モデル用についてはこれを共用化でき、さらに
開発効率を向上しうる利点がある。このように、本シミ
ュレーション方法によれば、タイヤのパターンを変更し
たときにその摩耗特性がすぐさま確認できる。

【００５０】また、請求項３記載の発明では、タイヤ有
限要素モデルは、タイヤ周方向に同一断面が連続するタ
イヤボディ部要素モデルに、トレッドパターンを全周に
わたって有限要素化したトレッドパターン部要素モデル
を備えるため、このタイヤ有限要素モデルを用いて走行
シミュレーションを行うことにより、トレッドパターン
の影響を含めたより精度の高い摩耗特性をシミュレート
でき、開発効率を高めるのに役立つ。

【００５１】さらに、タイヤの内部構造に関して、カー
カス、ベルト層といったコード補強材、サイドウォール
ゴムなどのゴム部、ビードコアなど、各構造材を有限個
の複数の要素に分割した要素モデルを設定するととも
に、コード補強材のうちコード材については、異方性を
定義した四辺形膜要素にモデル化し、またトッピングゴ
ムについては六面体ソリッド要素にモデル化することに
よって、これらの摩耗特性に与える影響をも含めて非常
に精度の高い摩耗特性をシミュレートでき、タイヤのパ
ターン形状や、カーカスやベルトの配置、トッピングゴ
ムの厚さなど詳細なタイヤ設計までを検討可能としう
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタイヤ有限要素モデルの斜視図であ
る。

【図２】タイヤボディ部要素モデルの斜視図である。

【図３】コード補強材の要素モデル化を示す概念図であ
る。

【図４】トレッドパターン部要素モデルの斜視図であ
る。

【図５】タイヤ有限要素モデルの変形を例示する線図で
ある。

【図６】本発明のシミュレーション装置の実施形態を示
すブロック図である。

【図７】本実施形態の処理手順を示すフローチャート図
である。

【図８】タイヤ有限要素モデルを仮想路面に接地させた
断面の概念図である。

【図９】タイヤ有限要素モデルを仮想路面に接地させた
平面図である。

【図１０】本シミュレーション結果を示す摩耗エネルギ
ーの分布図である。

【図１１】（Ａ）は、本シミュレーションと実測値との
比較を示し、（Ｂ）は本シミュレーション方法による２
種のタイヤの摩耗エネルギーの比較結果を示すグラフで
ある。

【図１２】タイヤの断面図である。

【符号の説明】

Ｔタイヤ２タイヤ有限要素モデル３タイヤボデイ部要素モデル４トレッドパターン部要素モデル５コード補強材要素モデル７仮想路面

フロントページの続き (56)参考文献「月刊タイヤ７月号」，月刊タイヤ社，1995年７月１日，1995年７月号，第54−65頁「ＴＯＹＯ総合最適化タイヤ設計技術、ＤＳＯＣＩＩ」，ＴＯＹＯＴＩＲＥ社，1995年５月，表紙、第２−19頁Ｒ．Ｇａｌｌｅｔａｌ．，ＯｎｔｈｅＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＦｒｉｃｉｔｉｏｎａｌ，ＴｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，1993年，ｖｏｌ．21，ｎｏ．１，ｐｐ．２−22 Ｄｒ．ＡｇｒｉｒｉｓＫａｍｏｕｌａｋｏｓ，ＰＵＣＡ’96，ＴｒａｎｓｉｅｎｔＲｓｅｐｏｎｓｅｏｆａＲｏｔａｔｉｎｇＴｉｒｅｕｎｄｅｒＭｕｌｔｉｐｌｅＩｍｐａｃｔｓｗｉｔｈａＲｏａｄＢｕｍｐｕｓｉｎｇＰＭＡ−ＳＨＯＣＫ，1996 年，ｐ．181−200 Ｂ．Ｇ．Ｋａｏｅｔａｌ．，ＴｉｒｅＴｒａｎｓｉｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｗｉｔｈａｎＥｘｐｌｉｃｉｔＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍ，ＴｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ, 1997年，ｖｏｌ．25，ｎｏ．４，ｐ230 −244 Ｒ．Ｇａｌｌｅｔａｌ．，ＳｏｍｅＮｏｔｅｓｏｎｔｈｅＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｉｒｅｓ，ＴｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，1995年，ｖｏｌ．23，ｎｏ. ３，ｐ175−188 Ｇ．Ｍｅｓｃｈｋｅｅｔａｌ．, ３ＤＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＴｉｒｅｓ：ＭａｔｅｒｉａｌＭｏｄｅｌｉｎｇ，ＭｅｓｈＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄＳｏｌｕｔｉｏｎＳｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ＴｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，1997年，ｖｏｌ．25，ｎｏ．３，ｐ154−176 最新タイヤテクノロジーＴＯＹＯ統合最適化タイヤ設計技術「ＤＳＯＣＩＩ」，ＭＯＴＯＲＦＡＮ，日本，三栄書房，1995年８月１日，1995年８月号ｎｏ．644 白石正貴、古永寛，パターン付タイヤのコーナーリングシミュレーション，ＪＡＰＡＮＬＳ−ＤＹＮＡＵＳＥＲＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ’97，1997年11月, 26ｔｈ＆ 27ｔｈ，ｐｐ．６−１−６ −８加部和幸、小石正隆，ＹＯＫＯＨＡＭＡＴＥＣＨＮＯＶＩＥＷ，1992年，第 16号，ｐ．１−６ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 17/02 B60C 11/00 B60C 19/00 G06F 17/50 612 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】評価しようとするタイヤを有限個の多数の
要素に分割したタイヤ有限要素モデルで近似し、有限要
素法を用いて前記タイヤ有限要素モデルからタイヤ性能
をシミュレーションするタイヤ性能のシミュレーション
方法であって、カーカス、ベルトを含むコード補強材と、サイドウォー
ルゴム、ビードゴムを含むゴム部と、ビードコアとがタ
イヤ周方向に同一断面形状で連続ししかもタイヤ周方向
にのびる縦溝とこの縦溝と交わる向きにのびる横溝とか
らなるトレッドパターンが形成されたゴム部を除いた部
分であるタイヤボディ部を、その回転軸を含む子午断面
の２次元形状を周方向に展開して有限個の要素に分割し
たタイヤボディ部要素モデルを設定する処理と、前記タイヤの前記トレッドパターンが形成されたゴム部
をタイヤ周方向の全周に亘り有限個の多数の要素に分割
したトレッドパターン部要素モデルを、前記トレッドパ
ターンが異なる複数設定する処理と、トレッドパターン部要素モデルを前記タイヤボディ部要
素モデルに結合することによりタイヤ有限要素モデルを
設定する処理と、仮想リムに装着した前記タイヤ有限要素モデルを、仮想
路面に接地させて相対移動させたときの挙動をシミュレ
ーションする走行シミュレーション処理と、この走行シミュレーション処理からタイヤ有限要素モデ
ルの摩耗特性を取得する情報取得処理とを含むことを特
徴とするタイヤ性能のシミュレーション方法。
【請求項２】前記走行シミュレーション処理は、タイヤ
有限要素モデルの内圧、軸荷重、走行速度、スリップ
角、キャンバー角、タイヤ有限要素モデルと仮想路面と
の間の摩擦係数を含む走行条件を設定して行うととも
に、前記情報取得処理は、タイヤ有限要素モデルの接地面の
各要素の節点が受けるＸ方向及びＹ方向のせん断力と、
前記各要素の節点についてのＸ方向及びＹ方向のすべり
量とを含む情報に基づいて摩耗エネルギーを算出するこ
とを特徴とする請求項１記載のタイヤ性能のシミュレー
ション方法。
【請求項３】前記タイヤボディ部要素モデルは、前記コ
ード補強材を構成するコード材とこれを被覆するトッピ
ングゴムとを夫々有限個の複数の要素に分割したコード
補強材要素モデルと、前記ゴム部を有限個の複数の要素
に分割したゴム部要素モデルと、前記ビードコアを有限
個の複数の要素に分割したビードコア要素モデルとを含
み、しかも、前記コード補強材要素モデルは、前記コード材
を異方性が定義された四辺形膜要素にモデル化されると
ともに前記トッピングゴムは六面体ソリッド要素にモデ
ル化されたことを特徴とする請求項１又は２記載のタイ
ヤ性能のシミュレーション方法。