JP4119034B2

JP4119034B2 - タイヤの接地形状推定方法

Info

Publication number: JP4119034B2
Application number: JP10826299A
Authority: JP
Inventors: 一夫浅野
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: JP2000296706A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤの接地形状を予め推定でき設計効率などを向上しうるタイヤの接地形状推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
タイヤのトレッド面は、走行中に路面と接地する部分であり、その形状によってタイヤの直進安定性、操縦安定性、乗り心地、耐摩耗性能などの諸性能に大きな影響を与えることが知られている。また、タイヤのトレッド面の輪郭線等の違いにより、タイヤの路面に対する接地形状が大きく異なってくる。つまり、タイヤ性能は、接地形状によって大きく左右される。
【０００３】
従来、形状が異なる種々のトレッド面のタイヤについて、その接地形状を調べるためには、これらのタイヤを現実に試作して確かめることが行われていた。しかしながら、このような方法では、トレッド面の形状が異なる複数の金型を準備する必要がある他、接地形状の測定試験など多大の時間、費用を要するという問題があった。
【０００４】
また、近年ではタイヤを現実に試作することなく、例えばタイヤを有限個の多数の要素に分割して三次元にモデリング化し、これに種々の境界条件等を設定して有限要素法等によるコンピュータ解析で接地形状を調べる方法も提案されている。しかしながら、このような有限要素法では、金型製作に要するコストを低減しうるものの、タイヤのモデリング化や境界条件の設定などに多くの時間と手間を要し、またトレッド面を変化させて接地形状変化の傾向を確認するなどの評価には、モデリング化の再入力を必要とするなどさらに多くの時間を要し不向きでもある。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、タイヤの接地形状を簡単に推定でき、タイヤの開発ないし設計効率を高めうるタイヤの接地形状推定方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【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、タイヤ回転軸を含んだタイヤ子午線断面におけるトレッド面の標準の輪郭線である２次元のトレッド面輪郭線を特定するトレッド面輪郭線特定処理と、このトレッド面輪郭線を前記タイヤ回転軸の周りに回転させることにより３次元のトレッド面トロイド体を特定するトレッド面特定処理と、このトレッド面トロイド体をその表面からタイヤ半径方向内方の接地深さ点を通りかつ仮想路面と平行な平面で切断した切り口がなす仮想接地面の面積Ａｇを演算する仮想接地面積推定処理と、前記面積Ａｇがタイヤの荷重Ｗを充填内圧Ｐで除して求まる接地面積Ａｃ（＝Ｗ／Ｐ）と等しくなる仮想接地面の形状をタイヤの接地形状として決定する接地形状特定処理とを含んでなるタイヤの接地形状推定方法である。
【０００７】
また請求項２記載の発明では、前記平面は、前記タイヤ回転軸と平行をなすことによりタイヤ直進状態の接地形状を推定することを特徴としている。
【０００８】
また請求項３記載の発明では、前記平面は、前記タイヤ回転軸に対して傾くことによりタイヤ旋回状態の接地形状を推定することを特徴としている。
【０００９】
【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。
本実施形態のタイヤ接地形状推定方法は、例えばトレッド面輪郭線特定処理、トレッド面特定処理、仮想接地面積推定処理及び接地形状特定処理を含む。
【００１０】
前記トレッド面輪郭線特定処理は、図１に示す如く、タイヤ回転軸ＣＬを含んだタイヤ子午線断面におけるトレッド面２の標準の輪郭線である２次元のトレッド面輪郭線Ｌを特定することにより行われる。本例では、Ｘ−Ｙ直交座標上にこのトレッド面輪郭線Ｌ１を特定したものを示し、より詳しくは前記タイヤ回転軸ＣＬをＸ軸に一致させ、またタイヤ赤道面ＣＰがＹ軸に一致するように特定したものを例示している。なお「トレッド面の標準の輪郭線」とは、接地形状を推定しようとするタイヤに応じて決定される輪郭線であって、既に実在するタイヤのものであっても良いし、また仮想の輪郭線であっても良い。またこのようなトレッド面輪郭線Ｌは、例えば正規リムにリム組みしかつ正規内圧を充填した正規状態のものとするのが良い。
【００１１】
前記トレッド面輪郭線Ｌは、例えばタイヤ赤道面ＣＰからトレッド縁２ｅまで連続する関数Ｆ（Ｘ，Ｙ）＝０の曲線により規定されるものや、また中心、半径が夫々異なる複数の円弧を適宜つなぎ合わせて近似的に表したものなど、種々の方法によって定めることができる。また本発明は、トレッド面２の接地形状を推定するものであるため、トレッド縁２ｅまでを規定できれば足り、サイドウォール面の輪郭線３などは特に規定しなくても構わない。
【００１２】
次に前記トレッド面特定処理は、本実施形態ではこのトレッド面輪郭線Ｌを前記タイヤ回転軸ＣＬ（本例ではＸ軸）の周りに回転させることにより、図２に示す如く、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標上に３次元のトレッド面トロイド体４を特定することにより行われる。なおトレッド面トロイド体４は、必ずしも３６０゜連続しなくても良く、接地形状を推定するのに必要な範囲で特定されれば良い。
【００１３】
次に前記仮想接地面積推定処理は、本実施形態では、図２、図３に示す如く、このトレッド面トロイド体４をその表面からタイヤ半径方向内方の接地深さ点Ｋを通りかつ仮想路面５と平行な平面６で切断した切り口７がなす仮想接地面Ｖｃの面積Ａｇを演算することによって行われる。前記仮想路面５とは、タイヤを接地させようとする仮想の平面であって、必要に応じて適宜設定しうるものであるが、本例の前記仮想路面５は、図２、図３に示す如く、Ｚ軸と直交する平面をなす。この場合、仮想路面５は、タイヤ回転軸ＣＬ（Ｘ軸）と平行をなし、実質的にタイヤ直進状態の接地形状を推定することが可能になる。なおここでいうタイヤ直進状態は、キャンバー角０゜の状態であり、走行中又は静的（停止中）の双方の状態を含む。
【００１４】
また前記接地深さ点Ｋとは、タイヤに荷重を負荷して前記平面６に接地させたときのタイヤの接地点の１つを特定する点である。本例の接地深さ点Ｋは、タイヤ赤道ＣがＺ軸と交わるトレッド面トロイド体４の表面ＣＰ１を基準とし、該表面ＣＰ１からＺ軸上をタイヤ半径方向内方へ小距離δを隔てた位置に設定されたものが示されている。そして、この接地深さ点Ｋを通りかつ前記仮想路面５と平行に平面６が設定される。
【００１５】
また、図２、図３に示すように、トレッド面トロイド体４は、平面６にて部分的に切断されその切り口７が特定される。この切り口７の輪郭は、例えばトレッド面トロイド体４の最大半径をＲとすると、平面６の方程式Ｚ＝（Ｒ−δ）とトレッド面トロイド体４を示す曲面方程式Ｆ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝０とを連立して得られる曲線の関数ｆ（Ｘ，Ｙ）＝０として求めることができる。またこの切り口７の輪郭を表す関数ｆ（Ｘ，Ｙ）＝０を積分することにより、この切り口７がなす仮想接地面Ｖｃの面積Ａｇを演算しうる。
【００１６】
また、前記接地形状特定処理は、前記面積Ａｇが、タイヤの荷重Ｗを充填内圧Ｐで除して求まる接地面積Ａｃ（＝Ｗ／Ｐ）と等しくなるよう前記平面６の接地深さをトレッド面トロイド体４の表面側から種々設定し、該等しくなる仮想接地面Ｖｃの形状をタイヤの接地形状として決定することにより行われる。一般に、曲げ剛性などを無視しうる風船等の圧力容器については薄膜理論が適用できる。この薄膜理論では、例えば風船を荷重ｗで平面に押し当てた際、その平面と風船の接触面積ａは、荷重ｗを充填内圧ｐで除した値として近似的に求めることができる、というものである。
【００１７】
ここで、タイヤには、実際には曲げ剛性があり、またその剛性分布もトレッド部、サイドウォール部で異なるものではあるが、事実、タイヤの接地面積は、上述のようにタイヤの荷重Ｗを充填内圧Ｐで除して求まる接地面積Ａｃ（＝Ｗ／Ｐ）に非常に近い値になることが経験的、実験的にも確認されている。そこで、本発明では、前記トレッド面トロイド体４の仮想接地面Ｖｃ（切り口７）の面積Ａｇを求め、この値がタイヤの荷重Ｗ、充填内圧Ｐから計算によって求まる接地面積Ａｃと等しいことを条件に、このときの仮想接地面Ｖｃの形状を、タイヤの接地形状として近似的に推定している。そして、この仮想接地面Ｖｃの輪郭を、印刷、表示等することによって、タイヤの推定接地形状を容易に確認することができる。
【００１８】
このように、本実施形態のタイヤの接地形状推定方法では、実際のタイヤを試作することなく、またタイヤを数多くの有限要素にモデリング化することなしに、２次元のトレッド面輪郭線Ｌを与えることにより例えば立体幾何等の簡単な計算でタイヤの接地形状を実質的に推定することができるから、非常に短い時間で接地形状を推定しうる。またトレッド面輪郭線Ｌの変更も、２次元上の輪郭線を変更するだけで容易に行うことができるから、トレッド面の形状変化に伴う接地形状の変化等の解析も効率よく行うことができ、ひいてはタイヤの開発効率、設計効率を大幅に向上しうる。
【００１９】
また上記実施形態では、説明を簡略化するため、トレッド面にタイヤ周方向にのびるトレッド溝などを設けていない例を示したが、必要に応じてトレッド面輪郭線Ｌにトレッド溝を設けておくことも可能である。さらに、上記実施形態では、仮想路面５が、タイヤの回転軸ＣＬと平行なものを例示したが、例えばこれをタイヤ回転軸に対して傾かせること、本例では、Ｙ軸周りに小角度で回転させることによって、タイヤの旋回状態やキャンバー角を付与した接地形状を推定することも可能となる。
【００２０】
このような処理は、例えばコンピュータを用いて容易に行うことができる。図４には、このようなタイヤの接地形状を推定する処理手順の一例をフローチャートによって示している。この例では、先ず前記荷重Ｗ、充填内圧Ｐなどを入力することにより薄膜理論に基づいた前記接地面積Ａｃを予め設定してある（ステップＳ１）。そして、上述したトレッド面輪郭線特定処理（ステップＳ２）、トレッド面特定処理（ステップＳ３）を行う。次に仮想路面５を設定する（ステップＳ４）。この処理では、仮想路面５のタイヤ赤道面ＣＰに対する傾きの他、前記接地深さδの初期値として、例えばδ＝０、つまり、接地深さ点として、Ｋ＝（０、０、Ｒ）が設定される。
【００２１】
そして、トレッド面トロイド体４を、仮想路面５と平行かつ前記接地深さ点Ｋを通る平面６で切断した切り口７がなす仮想接地面Ｖｃの面積Ａｇを演算し（ステップＳ５）、この値が前記接地面積Ａｃと一致するか否かを判断する（ステップＳ６）。一致しない場合には（ステップＳ６でＮ）、前記接地深さδにきざみ値Δδ（＞０）を加算し（ステップＳ７）、再度、仮想接地面Ｖｃを設定し直してその面積Ａｇを求める（ステップＳ５）。つまり前記接地深さδは、トレッド面トロイド体４の表面からタイヤ半径方向内方に向けてＡｃ≒Ａｇとなるまで徐々に大として設定される。
【００２２】
このような処理を繰り返し、仮想接地面の面積Ａｇが前記接地面積Ａｃと実質的に一致すると（ステップＳ６でＹ）、当該仮想接地面Ｖｃを接地形状として決定し、それが適宜表示等される（ステップＳ８）。なおこの処理手順は、あくまで一例であって、ステップＳ１の処理位置を適宜入れ替えるなど種々変更しうるのは言うまでもない。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
タイヤサイズが２１５／４５Ｒ１６であるタイヤについて接地形状を推定した例を示す。先ず、トレッド面輪郭線Ｌを図５に示す。この輪郭線Ｌは、下記数１に示されるように、基礎楕円に長さＢの糸を巻き付けていく際に該糸の先端が描く軌跡であるインボリュート曲線によって特定されるものを例示しており、曲率半径Ｒ（ｘ）がトレッド縁２ｅ側に向けて徐々に減少するものを例示している。
【００２４】
【数１】

【００２５】
このトレッド面輪郭線Ｌを示すインボリュート曲線を、表１に示す如くタイヤ軸方向に複数個の区間に区分し、各区間に単一の曲率半径の円弧を近似的に割り当てた。なお表１のベース距離とは、タイヤ赤道面ＣＰからのタイヤ軸方向距離を示している。
【００２６】
【表１】

【００２７】
このようなトレッド面輪郭線から上述の方法により接地形状を推定した。なお直進走行状態の接地形状と、仮想路面をＹ軸周りで＋側に１度ずつ５度まで傾けた旋回中の接地形状とを求めた。そのときの接地深さδなどを表２に、また接地形状を図６に示す。
【００２８】
【表２】

【００２９】
（実施例２）
次に同一サイズでトレッド面輪郭線が異なるタイヤの接地形状を推定した例を示す。トレッド面輪郭線の仕様を表３に、また推定された接地形状を図７に、そのときの接地深さδなどを表４にそれぞれ示す。
【００３０】
【表３】

【００３１】
【表４】

【００３２】
図６、図７を比較すると、トレッド面輪郭線の違いが、接地形状にも現れており、特に旋回状態の形状変化の違いが著しいことなどが容易に確認でき、迅速かつ簡単に、トレッド面輪郭線の変化による接地形状が推定でき、設計の方向性などを定めるのに特に有効となる。
【００３３】
【発明の効果】
上述したように、請求項１記載の発明では、実際のタイヤを試作することなく、またタイヤを数多くの有限要素にモデリング化することなしに、２次元のトレッド面輪郭線を与えることによりタイヤの接地形状を実質的に推定することができるから、非常に短い時間で簡易に接地形状を推定しうる。またトレッド面輪郭線の変更も、２次元上の輪郭線を変更するだけで行うことができるから、トレッド面の形状変化に伴う接地形状の変化等の解析も効率よく行うことができ、ひいてはタイヤの開発効率、設計効率を大幅に向上しうる。また、タイヤの直進中のみならず、旋回中などの接地形状を仮想路面を傾かせることで容易に推定でき、さらに設計効率を高めうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のトレッド面輪郭線を例示する平面図である。
【図２】本実施形態のトレッド面トロイド体を例示する斜視図である。
【図３】そのＺ−Ｘ平面の断面図である。
【図４】処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】実施例１のトレッド面輪郭線を示す図である。
【図６】その接地形状（推定）を示す平面図である。
【図７】他のトレッド面輪郭線の接地形状（推定）を示す平面図である。
【符号の説明】
２トレッド面輪郭線
４トレッド面トロイド体
５仮想路面
６平面
７切り口
Ｖｃ仮想接地面

Claims

タイヤ回転軸を含んだタイヤ子午線断面におけるトレッド面の標準の輪郭線である２次元のトレッド面輪郭線を特定するトレッド面輪郭線特定処理と、
このトレッド面輪郭線を前記タイヤ回転軸の周りに回転させることにより３次元のトレッド面トロイド体を特定するトレッド面特定処理と、
このトレッド面トロイド体をその表面からタイヤ半径方向内方の接地深さ点を通りかつ仮想路面と平行な平面で切断した切り口がなす仮想接地面の面積Ａｇを演算する仮想接地面積推定処理と、
前記面積Ａｇがタイヤの荷重Ｗを充填内圧Ｐで除して求まる接地面積Ａｃ（＝Ｗ／Ｐ）と等しくなる仮想接地面の形状をタイヤの接地形状として決定する接地形状特定処理とを含んでなるタイヤの接地形状推定方法。
前記平面は、前記タイヤ回転軸と平行をなすことによりタイヤ直進状態の接地形状を推定することを特徴とする請求項１記載のタイヤの接地形状推定方法。
前記平面は、前記タイヤ回転軸に対して傾くことによりタイヤ旋回状態の接地形状を推定することを特徴とする請求項１記載のタイヤの接地形状推定方法。