JP5186810B2

JP5186810B2 - タイヤの性能予測方法及びタイヤの性能予測用コンピュータプログラム、並びにタイヤの設計方法

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Publication number: JP5186810B2
Application number: JP2007142238A
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Inventors: 政奇呉
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Description

本発明は、タイヤの性能を予測することに関し、簡易にタイヤの性能を予測し、評価できるタイヤの性能予測方法及びタイヤの性能予測用コンピュータプログラムに関する。

従来の空気入りタイヤは、試作品を走行試験や搬送試験等に供して得られた結果を元に、さらに改良を加えて試作品を試作するという繰り返しによって開発されていた。このような開発手法は、試作と試験との繰り返しになるので、開発効率が悪いという問題点があった。この問題点を解決するために、近年では数値解析を用いたシミュレーションによって、試作品を製造しなくともタイヤの性能を予測することが可能な手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−２０１８７４号公報Ｐ２〜６

ところで、タイヤを設計する場合には、タイヤの性能を評価し、設計変数を変更する必要がある。タイヤを設計する際にシミュレーションを用いてタイヤの性能を予測する場合、異なる条件（例えば、転動、自由転動、左右のコーナーリング等）でシミュレーションを実行する必要がある。このため、計算量が増加し、計算時間及び計算コストの増加を招いていた。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、迅速にタイヤの性能を予測できるタイヤの性能予測方法及びタイヤの性能予測用コンピュータプログラム、並びにタイヤの設計方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明者は鋭意研究した結果、内圧を負荷した状態におけるタイヤの子午断面内におけるタイヤの幅方向のベルト張力分布、又はタイヤの子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方は、タイヤの性能（例えば偏摩耗やベルト層間せん断ひずみ等）と相関が高いことを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。

本発明に係るタイヤの性能予測方法は、タイヤに内圧を負荷した状態で、前記タイヤの子午断面内における前記タイヤのベルトの張力を取得する手順と、前記子午断面内における前記タイヤの幅方向のベルト張力分布、又は前記子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方に基づき、前記タイヤの性能を予測する手順と、を含むことを特徴とする。

本発明に係るタイヤの性能予測方法は、タイヤを解析に供する解析モデル化して、タイヤモデルを作成する手順と、前記タイヤモデルに内圧を負荷する手順と、前記タイヤモデルに内圧を負荷した状態で、前記タイヤモデルの子午断面内における、前記タイヤモデルのベルトの張力を取得する手順と、前記子午断面内における前記タイヤモデルの幅方向のベルト張力分布、又は前記子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方に基づき、前記タイヤの性能を予測する手順と、を含むことを特徴とする。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの性能予測方法において、前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との相違に基づいて、前記タイヤの性能を予測することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの性能予測方法において、前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との誤差、又は前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との相関係数に基づいて、前記タイヤの性能を予測することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの性能予測方法において、前記所定の関数は、前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向位置のべき乗で表されることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの性能予測方法において、前記所定の関数は、前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向位置の二次関数で表されることが好ましい。

本発明に係るタイヤの性能予測用コンピュータプログラムは、前記タイヤの性能予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明に係るタイヤの性能予測方法は、タイヤに内圧を負荷した状態で、前記タイヤの子午断面内における、前記タイヤのベルトの張力を取得する手順と、前記子午断面内における前記タイヤの幅方向のベルト張力分布、又は前記子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方を求める手順と、前記タイヤの幅方向のベルト張力分布、又は前記子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方が、予め定めた目標値となるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更する手順と、を含むことを特徴とする。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの設計方法において、前記子午断面内における前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向中心部で最大となるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの設計方法において、前記子午断面内における前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向外側から幅方向中心に向かって大きくなるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの設計方法において、前記子午断面内における前記ベルトの張力の分布形状が、前記タイヤの径方向外側に向かって凸の曲線となるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの設計方法において、前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合において、前記ベルト張力分布と前記所定の関数との相違が最小になるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの設計方法において、前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との誤差が最小になるように、又は前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との相関係数が最大になるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの設計方法において、前記所定の関数は、前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向位置のべき乗で表されることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記タイヤの設計方法において、前記所定の関数は、前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向位置の二次関数で表されることが好ましい。

この発明に係るタイヤの性能予測方法及びタイヤの性能予測用コンピュータプログラム、並びにタイヤの設計方法は、迅速にタイヤの性能を予測できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。以下においては、空気入りタイヤを例とするが、本発明が適用できるタイヤは空気入りタイヤに限定されるものではない。

以下においては、コンピュータを用いた数値シミュレーションを用いてタイヤの性能を予測する方法を説明するが、本発明を実現する手法は、コンピュータを用いたシミュレーションに限られるものではない。例えば、タイヤのベルトにひずみゲージを取り付け、内圧を負荷した状態で取得したベルトのひずみをベルトの張力に換算することで、タイヤが備えるベルトの張力を求めることができる。このようにして求めたベルトの張力を用いて、本発明を実現してもよい。

本実施形態は、次の点に特徴がある。すなわち、タイヤに内圧を負荷した状態で、前記タイヤの子午断面内における前記タイヤのベルトの張力を取得する。そして、前記タイヤの子午断面内における前記タイヤの幅方向のベルト張力分布、又は前記タイヤの子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方に基づき、前記タイヤの性能を予測する。また、前記タイヤの子午断面内における前記タイヤの幅方向のベルト張力分布、又は前記タイヤの子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方が、予め定めた目標値となるように、タイヤの設計変数を変更する。

図１は、タイヤの子午断面を示す断面図である。ここで、タイヤの子午断面とは、タイヤ１の回転軸（図１のＹ軸）を通る平面でタイヤ１を切った場合の断面である。タイヤ１の子午断面には、カーカス２、ベルト３、ベルトカバー４、ビードコア５が現れている。タイヤ１は、母材であるゴムを、強化材であるカーカス２、ベルト３、あるいはベルトカバー４等の補強繊維によって補強した複合材料の構造体である。

カーカス２は、タイヤ１に空気を充填した際に圧力容器としての役目を果たす強度メンバーであり、その内圧によって荷重を支え、走行中の動的荷重に耐えるようになっている。ベルト３は、キャップトレッドとカーカス２との間に配置されたゴム引きコードを束ねた補強繊維の層である。なお、バイアスタイヤの場合にはブレーカと呼ぶ。ラジアルタイヤにおいて、ベルト３は形状保持及び強度メンバーとして重要な役割を担っている。

ベルト３の接地面側には、ベルトカバー４が配置されている。ベルトカバー４は、例えば有機繊維材料を層状に配置したものであり、ベルト３の保護層としての役割や、ベルト３の補強層としての役割を持つ。ビードコア５は、内圧によってカーカス２に発生するコード張力を支えているスチールワイヤの束である。ビードコア５は、カーカス２、ベルト３、ベルトカバー４及びトレッドとともに、タイヤ１の強度部材となる。次に、本実施形態に係る本実施形態に係るタイヤの性能予測方法を実行するタイヤの性能予測装置について説明する。

図２は、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法を実行するタイヤの性能予測装置の構成例を示す説明図である。図３は、タイヤの性能予測装置が備える処理部の構成例を示す説明図である。図２に示すように、タイヤの性能予測装置５０は、処理部５２と記憶部５４とにより構成されている。

このタイヤの性能予測装置５０には、入出力装置５１が接続されており、この入出力装置５１の入力手段５３により、後述するタイヤモデルを作成するのに必要な値、例えばタイヤ１を構成するゴムや繊維材料等の物性値（例えば弾性率Ｅ）、及びタイヤの性能の予測に必要な境界条件や荷重条件あるいは接地条件、転動条件等を処理部５２や記憶部５４へ入力する。ここで、タイヤ１を構成するゴムや繊維材料等には、図１に示すベルト３やカーカス２等がある。

ここで、入力手段５３には、キーボード、マウス、マイク等の入力デバイスを使用することができる。また、図３に示すように、処理部５２は、タイヤ及びこのタイヤが接地する路面の解析モデルを作成する解析モデル作成部５２ａと、タイヤ及び路面の解析モデルを用いてタイヤの諸性能を予測する解析部５２ｂとにより構成されている。

記憶部５４は、この発明に係るタイヤの性能予測用方法が組み込まれたタイヤの性能予測用コンピュータプログラム（以下プログラムと称する）が格納されている。ここで、記憶部５４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段等の組み合わせにより構成されている。

また、上記プログラムは、必ずしも単一的に構成されるものに限られず、コンピュータシステムへ既に記憶されているプログラム、例えばＯＳ（Operating System）に代表される別個のプログラムとともにその機能を達成するものであってもよい。また、図３に示す処理部５２の機能、すなわち解析モデル作成部５２ａ、解析部５２ｂの機能を実現するための上記プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、本実施形態に係るタイヤモデル作成方法及びタイヤの性能予測方法を実行してもよい。なお、「コンピュータシステム」とは、上記ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものである。

処理部５２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリとＣＰＵ（Central Processing Unit）とにより構成されている。タイヤの性能を予測する際には、後述するタイヤモデルを作成するためのデータに基づいて、この処理部５２が上記プログラムを処理部５２が備えるメモリに読み込んで演算する。処理部５２は、演算途中の数値を適宜記憶部５４に格納し、格納した数値を適宜記憶部５４から取り出して演算する。なお、この処理部５２は、上記プログラムの代わりに専用のハードウェアにより、解析モデル作成部５２ａ、解析部５２ｂを実現するものであってもよい。

処理部５２が演算することで求められたタイヤモデルやタイヤの性能の予測結果は、入出力装置５１の表示手段５５により表示される。記憶部５４は、処理部５２内に設けられていてもよいし、他の装置（例えば、データベースサーバ）内に設けられていてもよい。また、入出力装置５１を備えた端末装置から、タイヤの性能予測装置５０に有線、無線のいずれかの方法でアクセスすることができる構成であってもよい。次に、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法について説明する。

図４は、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法の手順を示すフローチャートである。図５は、タイヤモデルの一例を示す斜視図である。図６は、図５に示すタイヤモデルの子午断面を示す一部断面図である。図７−１、図７−２は、本実施形態に係るタイヤモデルに内圧を負荷した状態を示す模式図である。図８は、本実施形態に係るタイヤモデルのベルトモデルを示す拡大図である。図９は、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法におけるタイヤモデルの幅方向位置を説明する模式図である。図１０は、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法に用いるベルト張力の分布の一例を示す説明図である。

本実施形態に係るタイヤの性能予測方法を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、タイヤの性能予測装置５０の処理部５２が備える解析モデル作成部５２ａ（図３参照）は、図５に示すように、評価対象のタイヤの解析モデル（以下タイヤモデルという）１０を作成する。タイヤモデル１０はコンピュータで解析可能なモデルであり、例えば、離散化手法によって作成される。なお、タイヤモデル１０の作成手法は離散化手法によるものに限定されるものではない。

図５、図６に示すように、解析モデル作成部５２ａは、離散化手法の一つである有限要素法に基づき性能を予測するタイヤを有限個の要素１０_１、１０_２・・・１０_ｎ等に分割して、タイヤモデル１０を作成する。図６に示すように、要素１０ｎ等は、複数の節点ｉ、ｉ＋１等を含んでいる。図５に示すタイヤモデル１０において、Ｙ軸はタイヤモデル１０の回転軸、Ｚ軸はＹ軸に直交する軸、Ｘ軸はＺ軸とＹ軸とに直交する軸である。

タイヤモデル１０を構成する要素には、例えば二次元平面では四辺形要素、三次元体では四面体ソリッド要素、五面体ソリッド要素、六面体ソリッド要素等のソリッド要素や三角形シェル要素、四角形シェル要素等のシェル要素等、コンピュータで用い得る要素とすることが望ましい。このようにして分割された要素は、解析の過程においては、三次元座標を用いて逐一特定される。

ステップＳ１０１でタイヤモデル１０を作成したら、ステップＳ１０２において、タイヤの性能予測装置５０が備える処理部５２の解析部５２ｂは、タイヤモデル１０に圧力Ｐを負荷する。これにより、タイヤモデル１０には内圧が負荷される。タイヤモデル１０に内圧を負荷したら、ステップＳ１０３に進み、解析部５２ｂは、有限要素法に基づき、タイヤモデル１０の応力やひずみの状態等を解析する。

タイヤモデル１０の解析が終了したら、ステップＳ１０４において、解析部５２ｂは、内圧負荷時におけるタイヤモデル１０のベルトの張力（ベルト張力）ＦＴを取得する。なお、上述したように、タイヤのベルトに取り付けたひずみゲージによってベルトのひずみを検出し、このひずみを力に変換することにより、ベルト張力ＦＴを取得してもよい。

ベルト張力ＦＴは、図８に示すベルトモデル３０を構成するベルト繊維モデル３１の張力ＦＴである。ベルトモデル３０は、タイヤモデル１０に含まれており、タイヤのベルトが解析モデル化されたものである。ベルトモデル３０は、タイヤモデル１０と同様に、離散化手法によって作成される。本実施形態では、ベルトを有限個の要素に分割することによりベルトモデル３０が作成される。

次に、ステップＳ１０５において、解析部５２ｂは、タイヤモデル１０の子午断面内におけるタイヤ幅方向（すなわちタイヤの回転軸Ｙと平行な方向）のベルト張力ＦＴの分布（以下ベルト張力分布という）を求める。ステップＳ１０５で得られたベルト張力分布は、例えば、図１０の実線に示すようになる。ここで、図１０の縦軸はベルト張力ＦＴ（相対値）であり、横軸はタイヤ幅方向におけるベルト位置Ｙｒ（相対値）である。図１０に示すベルト位置Ｙｒは、図９に示すベルト位置Ｙｒと対応しており、子午断面内におけるタイヤの幅方向中心位置がＹｒ＝０となる。

タイヤが複数層のベルトを備える場合、いずれのベルトからベルト張力を取得してもよい。例えば、図９に示すタイヤモデル１０では、２層のベルトモデル３０を備えているが、タイヤモデル１０の径方向内側のベルトモデル３０あるいは径方向外側のベルトモデル３０のいずれか一方からベルト張力ＦＴを取得してもよいし、両方のベルトモデル３０の平均値を、タイヤモデル１０のベルト張力ＦＴとしてもよい。タイヤ１のベルト３から直接ベルト張力ＦＴを取得する場合も同様である。

図１０には、２種類のタイヤのベルト張力分布が示される。図１０中の実線はタイヤＡのベルト張力分布であり、一点鎖線はタイヤＢのベルト張力分布である。なお、図１０において、タイヤＡの張力分布及びタイヤＢのベルト張力分布は、タイヤＡ、Ｂを解析モデル化し、この解析モデルに内圧を負荷した状態で得られたベルト張力の分布である。図１０中の点線は、ＦＴ＝−Ｙｒ^２＋Ｂで表される、タイヤの径方向外側に向かって凸の二次曲線である（Ｂは定数）。なお、以下の図中において、タイヤの径方向外側に向かって凸の二次曲線は、便宜上上に凸の放物線という。

タイヤＡのベルト張力分布は、タイヤの径方向外側に向かって凸、かつタイヤの幅方向中心部（Ｙｒ＝０近傍）でベルト張力ＦＴが最大となる。このように、タイヤＡのベルト張力分布は、ＦＴ＝−Ｙｒ^２＋Ｂで表される、タイヤの径方向外側に向かって凸の放物線（曲線）に近似した形状になる。一方、タイヤＢのベルト張力分布は、タイヤの幅方向外側（Ｙｒ＝±２５付近の位置）でベルト張力ＦＴが最大となるような凹状の分布となる。このように、タイヤＡのベルト張力分布は、ＦＴ＝−Ｙｒ^２＋Ｂで表される、タイヤの径方向外側に向かって凸の放物線とは大きく異なる形状になる。

本実施形態では、空気充填時におけるタイヤ（あるいはタイヤモデル）のベルト張力分布に基づいて、タイヤの性能を予測する。すなわち、空気充填時におけるタイヤのベルト張力分布がタイヤの径方向外側に向かって凸の曲線（例えば二次曲線）に近づくほど、タイヤの性能が向上する。例えば、空気充填時におけるタイヤのベルト張力分布がタイヤの径方向外側に向かって凸の放物線（例えば二次曲線）に近づくほど、偏摩耗やベルト層間ひずみは小さくなる。このように、本実施形態では、空気充填時におけるタイヤのベルト張力分布と、タイヤの径方向外側に向かって凸の曲線とを比較することにより、タイヤの性能を予測することができるので、タイヤの性能を簡易かつ迅速に評価することができる。

図１０に示す例では、上述したように、タイヤＡのベルト張力分布がタイヤの径方向外側に向かって凸の曲線（例えば二次曲線）に近似しているが、タイヤＢのベルト張力分布は、タイヤの径方向外側に向かって凸の放物線（二次曲線）とは異なる形状である。この場合、タイヤＢよりもタイヤＡの方が偏摩耗やベルト層間ひずみは小さくなると予測され、タイヤＡの方がタイヤＢよりも耐久性が高いと予測される。

タイヤの径方向外側に向かって凸の曲線としては、例えば、式（１）に示すべき乗関数がある。ここで、ＦＴがベルト張力を表し、Ｙｒはタイヤの幅方向の位置を表す。なお、タイヤ幅方向の位置は、上述したように、Ｙｒ＝０がタイヤの幅方向中心位置である。ａ、ｂは予め定める定数であり、ｃはタイヤの幅方向中心におけるベルト張力である。ｂは、自然数とすることが好ましく、より好ましくは２とする。すなわち、タイヤの性能（特に偏摩耗やベルト層間ひずみ等の耐久性に関する性能）を向上させる観点から、タイヤのベルト張力分布は、タイヤの径方向外側に向かって凸の二次曲線となることが好ましい。
ＦＴ＝−｜ａ×Ｙｒ^ｂ｜＋ｃ・・（１）

タイヤのベルト張力分布が式（１）に示すべき乗関数に近似しているか否かは、例えば、最小二乗法等によってベルト張力分布を式（１）のべき乗関数に近似した場合における近似誤差によって評価することができる。また、例えば、最小二乗法等によってベルト張力分布を式（１）のべき乗関数に近似した場合における相関係数によっても、タイヤのベルト張力分布がタイヤの径方向外側に向かって凸の曲線（例えば二次曲線）に近似しているか否かを評価することができる。

ステップＳ１０５でタイヤモデル１０のベルト張力分布を求めたら、ステップＳ１０６で、上述したように、タイヤのベルト張力分布と所定のべき乗関数とを比較することによりタイヤの性能を評価する。例えば、タイヤを設計変更する前後において、ベルト張力分布を式（１）のべき乗関数に近似した場合における相関係数を求める。そして、設計変更前におけるタイヤよりも設計変更後におけるタイヤの相関係数が大きい場合には、設計変更後におけるタイヤの方がタイヤの偏摩耗及びタイヤのベルト層間せん断ひずみは小さくなると予測できる。本実施形態では、空気充填時におけるタイヤのベルト張力分布と、所定のべき乗関数とを比較することにより、タイヤの性能（特に耐久性）を予測することができるので、タイヤの性能を簡易かつ迅速に評価することができる。

図１１は、本実施形態に係るタイヤの設計方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るタイヤの設計方法では、ベルト張力分布を所定の関数、すなわち式（１）のべき乗関数に近似した場合において、ベルト張力分布と所定の関数との相違が最小になるように、タイヤを設計する際の設計変数を変更する。これを実現するために、本実施形態に係るタイヤの設計方法では、ベルト張力分布を式（１）のべき乗関数に近似した場合における近似誤差（以下ベルト張力分布近似誤差という）、又はベルト張力分布を式（１）のべき乗関数に近似した場合における相関係数（以下ベルト張力分布相関係数という）、又はベルト張力のうち少なくとも一つを目的関数とする。そして、上述したタイヤの性能予測方法を用いて得られたベルト張力分布近似誤差やベルト張力分布相関係数が、目標とする目的関数となるように、タイヤの設計変数を設定する。

なお、ベルト張力分布近似誤差又はベルト張力分布相関係数は、いずれか一方を選択してもよい。また、タイヤ幅方向中心部におけるベルト張力の大きさは、タイヤの性能（特に偏摩耗やベルト層間ひずみ等の耐久性に関する性能）と相関が高い。したがって、ベルト張力を目的関数とする場合、タイヤ幅方向中心部におけるベルト張力の大きさを目的関数とすることが好ましい。

なお、ベルト張力分布近似誤差やベルト張力分布相関係数が、目標とする目的関数となるように、タイヤの設計変数を設定するが、ベルト張力分布近似誤差が最小になるように、あるいはベルト張力分布相関係数が最大となるように、タイヤの設計変数を設定してもよい。この場合、ベルト張力分布近似誤差を最小にするためには、目標とする目的関数を０とし、ベルト張力分布相関係数を最大にするためには、目標とする目的関数を１とすればよい。したがって、目標とする目的関数の設定によって、ベルト張力分布近似誤差が最小になるように、あるいはベルト張力分布相関係数が最大となるようにタイヤを設計することができる。

本実施形態に係るタイヤの設計方法を実行するにあたり、ステップＳ３０１において、タイヤの設計において目標とする目的関数（すなわちベルト張力分布近似誤差やベルト張力分布相関係数の目標値、あるいはベルト張力）、及びタイヤの設計における制約条件を設定する。なお、ベルト張力分布が目標とするべき乗関数は、式（１）の定数ａ、ｂ、ｃを設定することにより、予め決定しておく。次に、ステップＳ３０２において、設計変数を設定する。設計変数は、タイヤの設計において変更可能な変数であり、例えば、タイヤの外形形状や厚さ、あるいはタイヤの溝幅寸法、ベルトやカーカスの寸法、ゴムや繊維の材料等がある。

設計変数を設定したら、ステップＳ３０３に進み、上述した本実施形態に係るタイヤの性能予測方法を用いて、設計したタイヤの性能を予測する。タイヤの性能を予測するにあたっては、上述したタイヤの性能予測方法を用いて、ステップＳ３０１において設定した制約条件及びステップＳ３０２において設定した設計変数の条件下で、ベルト張力分布を求める。そして、得られたベルト張力分布と目標とするべき乗関数とから、ベルト張力分布近似誤差やベルト張力分布相関係数を求める。

次に、ステップＳ３０４において、ステップＳ３０２で設定した設計変数の妥当性を評価する。この場合、得られたベルト張力分布近似誤差やベルト張力分布相関係数と、ステップＳ３０１で設定した目標とする目的関数とを比較する。ステップＳ３０４でＹｅｓと判定された場合、すなわち、ステップＳ３０１において設定した制約条件及びステップＳ３０２において設定した設計変数の条件下で得られたベルト張力分布近似誤差やベルト張力分布相関係数が、ステップＳ３０１で設定した目的関数に対して許容範囲に入っている場合、ステップＳ３０２において設定した設計変数は妥当であると判定できる。この場合、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０２において設定した設計変数をタイヤの設計変数として採用する。

ステップＳ３０４でＮｏと判定された場合、すなわち、ステップＳ３０１において設定した制約条件及びステップＳ３０２において設定した設計変数の条件下で得られたベルト張力分布近似誤差やベルト張力分布相関係数が、ステップＳ３０１で設定した目的関数の許容範囲から外れる場合、ステップＳ３０２において設定した設計変数は妥当ではないと判定できる。この場合、ステップＳ３０２に戻り、現在の設計変数を変更し、ステップＳ３０３、ステップＳ３０４を実行する。このとき、図５に示すタイヤモデル１０や図１に示すタイヤ１自体の構造を変更してもよい。そして、設計変数を変更して得られたベルト張力分布近似誤差やベルト張力分布相関係数が、ステップＳ３０１で設定した目標とする目的関数の許容範囲に入るまで、ステップＳ３０２〜ステップＳ３０４を繰り返す。

本実施形態に係るタイヤの設計方法は、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法を用いて設計、あるいは設計変更したタイヤの性能を予測し、評価する。上述したように、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法は、ベルト張力分布に基づいてタイヤの性能を予測し評価するので、簡易かつ迅速にタイヤの性能を予測し、評価することができる。その結果、設計変数を変更した場合でも、迅速に性能を予測し評価して、設計変数を変更した影響を評価することができるので、効率的にタイヤを設計することができる。また、設計変数の変更を多数回試みても、タイヤの性能を迅速に評価することができるので、より適切な設計変数を得ることができる。

（評価例１）
図１２は、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法により得られた、設計変更前後におけるベルト張力分布を示す説明図である。表１は、評価結果を示す。評価例１では、１４５Ｒ１２−６のタイヤＡを解析モデル化し、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法により、偏摩耗及びベルト層間せん断ひずみを評価した。図１２の点線Ａは、設計変更前におけるタイヤＡの解析モデルのベルト張力分布であり、実線ＡＲは、設計変更後におけるタイヤＡＲの解析モデルのベルト張力分布である。二点鎖線ａは、設計変更前におけるタイヤａのベルト張力分布を、式（１）のｂ＝２とした関数、すなわち二次関数に近似した場合の曲線を示す。一点鎖線ａｒは、設計変更後におけるタイヤＡＲのベルト張力分布を、式（１）のｂ＝２とした関数、すなわち二次関数に近似した場合の曲線を示す。なお、この曲線は、タイヤの径方向外側に向かって凸の放物線になる。

ここで、図１２の横軸は、タイヤ幅方向におけるベルト位置Ｙｒであり、相対値で表示してある。また、図１２は、ベルト張力分布の傾向を示すものであり、図１２の縦軸のベルト張力ＦＴは、基準となる評価用タイヤのベルト張力を用いて正規化した相対的な値である。また、表中のベルト層間せん断ひずみ及び偏摩耗は、タイヤＡの評価値を１００として相対的に評価した結果を表示している。ここで、偏摩耗は、タイヤのショルダー部における摩擦エネルギで評価した。上記ベルト張力差やベルト層間ひずみ等の取り扱いについては、以下の例でも同様である。

図１２の結果から分かるように、設計変更後におけるタイヤＡＲは、設計変更前におけるタイヤＡよりも、タイヤの径方向外側に向かって凸の放物線に近い形状であることが分かる。また、表１の結果から、設計変更後におけるタイヤＡＲは、設計変更前におけるタイヤＡよりも、タイヤの径方向外側に向かって凸の放物線に対するベルト張力分布相関係数Ｋが大きいことが分かる。そして、設計変更後におけるタイヤＡＲは、設計変更前におけるタイヤＡよりも、ベルト層間せん断ひずみ及び偏摩耗は小さい。また、タイヤ幅方向中心部（Ｙｒ＝０近傍）のベルト張力ＦＴｃは、設計変更前におけるタイヤＡよりも設計変更後におけるタイヤＡＲの方が大きい。このように、ベルト張力分布の形状と、タイヤの性能との間の相関が確認された。また、タイヤ幅方向中心部のベルト張力ＦＴｃが大きい方が、タイヤの偏摩耗やベルト層間ひずみ等が小さくなり、タイヤの耐久性が向上することが確認された。これによって、本実施形態では、ベルト張力分布の形状や、タイヤ幅方向中心部のベルト張力を用いて、タイヤの性能を評価できることが確認された。

（評価例２）
図１３は、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法により得られた、設計変更前後におけるベルト張力分布を示す説明図である。表２は、評価結果を示す。評価例１では、１９５／６０Ｒ１６のタイヤＢを解析モデル化し、本実施形態に係るタイヤの性能予測方法により、偏摩耗及びベルト層間せん断ひずみを評価した。このように、評価例２のタイヤＢは、評価例１のタイヤ１とは寸法が異なる。図１２の点線Ｂは、設計変更前におけるタイヤＢの解析モデルのベルト張力分布であり、実線ＢＲは、設計変更後におけるタイヤＢＲの解析モデルのベルト張力分布である。

図１３の結果から分かるように、設計変更後におけるタイヤＢＲは、設計変更前におけるタイヤＢよりも、タイヤの径方向外側に向かって凸の放物線に近い形状であることが分かる。また、表１の結果から、設計変更後におけるタイヤＢＲは、設計変更前におけるタイヤＢよりも、タイヤの径方向外側に向かって凸の放物線に対するベルト張力分布相関係数Ｋが大きいことが分かる。そして、設計変更後におけるタイヤＢＲは、設計変更前におけるタイヤＢよりも、ベルト層間せん断ひずみ及び偏摩耗は小さい。また、タイヤ幅方向中心部のベルト張力ＦＴｃは、設計変更前におけるタイヤＢよりも設計変更後におけるタイヤＢＲの方が大きい。このように、タイヤの寸法を変更した場合に措いても、ベルト張力分布の形状と、タイヤの性能との間の相関が確認された。また、タイヤ幅方向中心部のベルト張力ＦＴｃが大きい方が、タイヤの偏摩耗やベルト層間ひずみ等が小さくなり、タイヤの耐久性が向上することが確認された。これによって、本実施形態では、ベルト張力分布の形状や、タイヤ幅方向中心部のベルト張力を用いて、タイヤの性能を評価できることが確認された。

以上、本実施形態では、内圧を負荷したタイヤモデル、あるいは内圧を負荷したタイヤから取得した、タイヤの幅方向におけるベルト張力の分布、又はベルト張力（特にタイヤ幅方向中心部におけるベルト張力）の大きさのうち少なくとも一方に基づいてタイヤの性能を予測する。また、ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合において、ベルト張力分布と所定の関数との相違が最小になるように、タイヤを設計する際の設計変数を変更したりする。

このような構成により、異なる条件（例えば、転動、自由転動、左右のコーナーリング等）でシミュレーションを実行する必要はない。これによって、簡易にタイヤの性能を予測して、タイヤの性能を予測する時間を短縮できる。

以上のように、この発明に係るタイヤの性能予測方法及びタイヤの性能予測用コンピュータプログラム、並びにタイヤの設計方法は、タイヤの性能を予測する際に有用であり、特に、タイヤの性能予測に要する時間を短縮することに適している。

タイヤの子午断面を示す断面図である。本実施形態に係るタイヤの性能予測方法を実行するタイヤの性能予測装置の構成例を示す説明図である。タイヤの性能予測装置が備える処理部の構成例を示す説明図である。本実施形態に係るタイヤの性能予測方法の手順を示すフローチャートである。タイヤモデルの一例を示す斜視図である。図５に示すタイヤモデルの子午断面を示す一部断面図である。本実施形態に係るタイヤモデルに内圧を負荷した状態を示す模式図である。本実施形態に係るタイヤモデルに内圧を負荷した状態を示す模式図である。本実施形態に係るタイヤモデルのベルトモデルを示す拡大図である。本実施形態に係るタイヤの性能予測方法におけるタイヤモデルの幅方向位置を説明する模式図である。本実施形態に係るタイヤの性能予測方法に用いるベルト張力の分布の一例を示す説明図である。本実施形態に係るタイヤの設計方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るタイヤの性能予測方法により得られた、設計変更前後におけるベルト張力分布を示す説明図である。本実施形態に係るタイヤの性能予測方法により得られた、設計変更前後におけるベルト張力分布を示す説明図である。

符号の説明

１タイヤ
２カーカス
３ベルト
４ベルトカバー
５ビードコア
１０タイヤモデル
２０路面モデル
３０ベルトモデル
３１ベルト繊維モデル
５０性能予測装置
５１入出力装置
５２処理部
５２ａ解析モデル作成部
５２ｂ解析部
５３入力手段
５４記憶部
５５表示手段

Claims

タイヤに内圧を負荷した状態で、前記タイヤの子午断面内における前記タイヤのベルトの張力を取得する手順と、
前記子午断面内における前記タイヤの幅方向のベルト張力分布、又は前記子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方に基づき、前記タイヤの性能を予測する手順と、
を含み、前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との相違に基づいて、前記タイヤの性能を予測することを特徴とするタイヤの性能予測方法。
タイヤを解析に供する解析モデル化して、タイヤモデルを作成する手順と、
前記タイヤモデルに内圧を負荷する手順と、
前記タイヤモデルに内圧を負荷した状態で、前記タイヤモデルの子午断面内における、前記タイヤモデルのベルトの張力を取得する手順と、
前記子午断面内における前記タイヤモデルの幅方向のベルト張力分布、又は前記子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方に基づき、前記タイヤの性能を予測する手順と、
を含み、前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との相違に基づいて、前記タイヤの性能を予測することを特徴とするタイヤの性能予測方法。
前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との誤差、又は前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との相関係数に基づいて、前記タイヤの性能を予測することを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤの性能予測方法。
前記所定の関数は、前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向位置のべき乗で表されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のタイヤの性能予測方法。
前記所定の関数は、前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向位置の二次関数で表されることを特徴とする請求項４に記載のタイヤの性能予測方法。
請求項２〜５のいずれか１項に記載のタイヤの性能予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とするタイヤの性能予測用コンピュータプログラム。
タイヤに内圧を負荷した状態で、前記タイヤの子午断面内における、前記タイヤのベルトの張力を取得する手順と、
前記子午断面内における前記タイヤの幅方向のベルト張力分布、又は前記子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方を求める手順と、
前記タイヤの幅方向のベルト張力分布、又は前記子午断面内における前記ベルトの張力の大きさのうち少なくとも一方が、予め定めた目標値となるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更する手順と、
を含み、前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合において、前記ベルト張力分布と前記所定の関数との相違が最小になるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することを特徴とするタイヤの設計方法。
前記子午断面内における前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向中心部で最大となるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することを特徴とする請求項７に記載のタイヤの設計方法。
前記子午断面内における前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向外側から幅方向中心に向かって大きくなるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することを特徴とする請求項８に記載のタイヤの設計方法。
前記子午断面内における前記ベルトの張力の分布形状が、前記タイヤの径方向外側に向かって凸の曲線となるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することを特徴とする請求項９に記載のタイヤの設計方法。
前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との誤差が最小になるように、又は前記ベルト張力分布を所定の関数に近似した場合における前記ベルト張力分布と前記所定の関数との相関係数が最大になるように、前記タイヤを設計する際の設計変数を変更することを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載のタイヤの設計方法。
前記所定の関数は、前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向位置のべき乗で表されることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載のタイヤの設計方法。
前記所定の関数は、前記ベルトの張力が、前記タイヤの幅方向位置の二次関数で表されることを特徴とする請求項１２に記載のタイヤの設計方法。