JP4426769B2 - 空気入りタイヤの残留コーナリングフォース評価方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有限要素モデルで近似モデル化して空気入りタイヤを仮想路面上で転動させることにより、簡易に残留コーナリングフォースを取得する手法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
一般の道路面は排水性を良くするために、中央部を高く、路肩に行くにしたがって低くなる傾斜（カント）を備えているため、車両が直線道路を走行する際には、路面からカントを下る方向に力を受けるため、車両はその方向に流れようとするが、空気入りタイヤの構造によって、実質的にそれ自身で横力を発生させ得る。この横力が残留コーナリングフォース（ＲＣＦ）であり、このＲＣＦとカントによる横方向の力が釣り合えば、車両はカント方向に流れず、直線走行することになる。従って、空気入りタイヤの走行性能評価項目の一つとしてＲＣＦ性能は重要である。
【０００３】
従来、この種のＲＣＦ性能評価法としては、空気入りタイヤを試作し、この試作タイヤを走行路面を模した試験ドラムに接触させて、室内試験場において実路と同様な走行状態が得られるようにし、スリップ角を変化させつつドラム回転中に試作タイヤに発生するコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクとを実測し、得られたデータからＲＣＦを算出するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記室内試験評価法では、試作した空気入りタイヤを用いているため、設計変更タイヤの性能確認には、工数及び費用が非常に大きいものであり、かつ精度が悪くなり、空気入りタイヤの設計ステップに、ＲＣＦ評価を組み込むことに障害があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑み、タイヤを試作することなく、タイヤの残留コーナリングフォースの性能評価を行え、タイヤの設計ステップに組み込むことができる評価手法の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る空気入りタイヤの残留コーナリングフォース評価法は、タイヤを複数の要素に分割してメッシュ化したタイヤモデルを備え、前記タイヤモデルを使用して有限要素法による解析により残留コーナリングフォースを解析評価することを特徴としている。
【０００７】
上記評価方法によると、有限要素法による空気入りタイヤのＲＣＦシュミレーションシステムを用いることによって、タイヤ性能を実測することなく、精度よく、かつ簡単にＲＣＦを取得することができ、これをタイヤ設計ステップに組み込むことができる。
【０００８】
モデル化するタイヤモデルとしては、特にＲＣＦに影響を及ぼすトレッドパターンを詳細にモデル化したパターン部と、カーカス、ベルト、サイドウオール及びビードをモデル化したタイヤボディ部とから構成すればよい。また、タイヤモデルは、タイヤを構成するゴム材料については等方性材料要素を、カーカスやベルトなどの複合材料については異方性材料要素を夫々採用し、さらに、パターン部とタイヤボディ部との接合部は、パターン内面とタイヤボディ外面とを面接合する。
【０００９】
残留コーナリングフォースの有限要素法による解析としては、タイヤモデルの定常転動をシュミレートする陰解法あるいは陽解法のいずれをも採用できるが、踏面部のみにパターンを作成して所定の条件下でコーナリングフォース（ＣＦ）およびセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を算出する陰解法の方が、タイヤ全面にパターンを施してＣＦおよびＳＡＴを算出する陽解法に比べて、精度および解析時間が短いので有利である。
【００１０】
また、残留コーナリングフォース（ＲＣＦ）の算出は、タイヤモデルのスリップ角度をステップごとに変化させていき、各ステップごとのコーナリングフォース（ＣＦ）とセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）とを取得し、取得したコーナリングフォース（ＣＦ）とセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）に基づいて、ＳＡＴがゼロのときのスリップ角に対応するコーナリングフォースを残留コーナリングフォース（ＲＣＦ）とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る空気入りタイヤの残留コーナリングフォース評価法に使用する全体モデル、図２は同じくＲＣＦ算出シュミレーションのフローチャート、図３は路面に垂直に立ってタイヤを上からみて、スリップ角、コーナリングフォース、セルフアライニングトルクの関係を示す図、図４は同じくタイヤのコーナリング時におけるコーナリングフォースとセルフアライニングトルクと残留コーナリングフォースの関係を示す図である。
【００１２】
図に示すように、タイヤのＲＣＦ評価法は、有限要素法を用いて、タイヤモデル１を作成し、次に、材料特性の設定、荷重条件、拘束条件等の条件を設定し、残留コーナリングフォース（ＲＣＦ）を算出する。
【００１３】
タイヤモデル１は、図１に示すように、目的とするタイヤをメッシュ状に分割する。タイヤモデル１は、トレッドパターンを詳細にモデル化したパターン部２と、カーカス、ベルト、サイドウオール及びビードをモデル化したタイヤボディ部３とから構成する。
【００１４】
また、トレッド部やサイドウオール部などのゴム材料は等方性材料要素を採用し、カーカスやベルト層などのコードとゴムとの複合材料については異方性材料要素を採用すればよい。実パターンは、メッシュ密度の異なるパターン部と、ベルト層やカーカス等のタイヤボディとの接合部は、パターン部内面とタイヤボディ外面とを面接合する。
【００１５】
残留コーナリングフォースの解析は、タイヤモデル１の転動状態をシュミレートする有限要素法を用いて行う。この場合、有限要素法は陽解法と陰解法のいずれをも採用することができる。
【００１６】
上記タイヤのモデル化を行った後、材料特性の設定、荷重条件、拘束条件等の条件を設定する。材料特性の設定は、例えば、ヤング率、ポアソン比、密度、ゴム厚などの特性を入力する。荷重条件は、荷重とその方向を任意の部分に入力する。拘束条件は、拘束する条件を入力する。タイヤが回転移動するため、回転中心軸の自由度それぞれに対して、どのようになっているかを入力する。本実施形態では、例えば、タイヤ内圧２００ｋＰａ、荷重条件としては垂直荷重３５００Ｎを入力して解析する。
【００１７】
そして、コーナリングフォース（ＣＦ）およびセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を算出するために、タイヤモデル１を転動させる。この際、スリップ角度をステップごとに変化させていき、各ステップごとのコーナリングフォース（ＣＦ）とセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）とを取得する。
【００１８】
ここで、コーナリングフォース（ＣＦ）およびセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を図３に基づいて説明する。図３は路面に垂直に立ってタイヤを上からみた図で、ハンドルを右に切ったときの状態を示す。タイヤ中心を原点として、車の進行方向にＸ´軸、直角右方向にＹ´軸をとり、ハンドルを右に切った場合、タイヤの回転面はＸ軸となり、これに直角な車軸がＹ軸となる。タイヤの回転面と車の進行方向に対してある角度（α）をもつことになるが、車は慣性のために直進しようとするから、タイヤの回転面と車の進行方向にずれが起こる。このずれをスリップ角（Slip Angle）である。
【００１９】
車が曲線運動を起こさせる力がコーナリングフォース（ＣＦ：図３においてはＦ´ｙ）で、通常、コーナリングフォース（ＣＦ）の着力点はタイヤ接地面の後半にあるため、コーナリングフォースは紙面に垂直なＺ´軸（図示略）に対してモーメントをもち、その方向は与えられたスリップ角を減少するように働く。このモーメントをセルフアライニングトルク（ＳＡＴ：図３においてＭｚ）という。
【００２０】
コーナリング特性においては、コーナリングフォースとセルフアライニングトルク、さらには残留コーナリングフォース（ＲＣＦ）が重要になってくる。残留コーナリングフォース（ＲＣＦ）は、セルフアライニングトルクがゼロのときのスリップ角に対応するコーナリングフォースとして定義する。
【００２１】
そこで、残留コーナリングフォースのシュミレーションシステムにおいては、図４に示すように、タイヤモデル１を転動させて、スリップ角度をステップごとに変化させていき、各ステップごとのコーナリングフォース（ＣＦ）とセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）とを取得する。
【００２２】
次に、取得したコーナリングフォースとセルフアライニングトルクに基づいて、セルフアライニングトルクがゼロのときのスリップ角に対応するコーナリングフォースを残留コーナリングフォースとして算出する。なお、図４において、ＲＡＴとは、コーナリングフォースがゼロのときのスリップ角に対応するセルフアライニングトルクを残留セルフアライニングトルクと定義している。
【００２３】
図５は、ＲＣＦについて、上記有限要素法によって算出された計算値と、従来のような室内実験によって得られた実測値との比較図であり、横軸が有限要素法による計算値を、縦軸が実測値を示す。また、図中、ｔｙｐｅＡ，Ｂ，Ｃは図６に示す３タイプの実パターン（ａ）（ｂ）（ｃ）に対応するＲＣＦ結果を示す。
【００２４】
図５および図６に示すように、有限要素法によって算出されたＲＣＦは、従来のような室内実験結果による解析結果とほぼ一致した値が得られた。従って、タイヤモデルについて、簡単な方法で残留コーナリングフォースを予測することができ、これをタイヤ設計ステップに組み込むことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、タイヤモデルを使用して有限要素法による解析により、残留コーナリングフォースを算出することができるので、タイヤを試作することなく、タイヤの残留コーナリングフォースを予測してタイヤ設計ステップに組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気入りタイヤの残留コーナリングフォース評価法に使用する全体モデル
【図２】ＲＣＦ算出シュミレーションのフローチャート
【図３】空気入りタイヤのスリップ角、コーナリングフォース、セルフアライニングトルクの関係を示す図
【図４】コーナリングフォースとセルフアライニングトルクと残留コーナリングフォースの関係を示す図
【図５】ＲＣＦについて、上記有限要素法によって算出された計算値と、従来のような室内実験によって得られた実測値との比較図
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は図５中のｔｙｐｅＡ，Ｂ，Ｃに対応する３タイプの実パターンを示す図
【符号の説明】
１ タイヤモデル
２ パターン部
３ タイヤボディ部

Claims (1)

1. タイヤを複数の要素に分割してメッシュ化したタイヤモデルを備え、
   前記タイヤモデルを使用して有限要素法による解析により残留コーナリングフォースを解析評価する空気入りタイヤの残留コーナリングフォース評価方法において、
   前記タイヤモデルを、トレッドパターンを詳細にモデル化したパターン部と、カーカス、ベルト、サイドウオール及びビードをモデル化したタイヤボディ部とから構成し、
   残留コーナリングフォースの解析は、踏面部のみにパターンを作成して所定の条件下でコーナリングフォースおよびセルフアライニングトルクを算出する陰解法を用いて前記タイヤモデルの転動状態をシュミレートする有限要素法を用い、
   残留コーナリングフォースを算出するために、タイヤモデルのスリップ角度をステップごとに変化させていき、各ステップごとのコーナリングフォースとセルフアライニングトルクとを取得し、取得したコーナリングフォースとセルフアライニングトルクに基づいて、セルフアライニングトルクがゼロのときのスリップ角に対応するコーナリングフォースを残留コーナリングフォースとして算出することを特徴とする空気入りタイヤの残留コーナリングフォース評価方法。

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