JP5186856B2 - Tire model creation method and tire simulation method - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤのシミュレーション計算に用いるタイヤモデルを作成するタイヤモデルの作成方法、及び、この作成方法を用いたタイヤのシミュレーション方法に関する。 The present invention relates to a tire model creation method for creating a tire model used for tire simulation calculation, and a tire simulation method using the creation method.
今日、タイヤ特性を解析するために、タイヤモデルを用いてシミュレーション計算を行うが、コンピュータの能力向上に伴って種々のシミュレーション計算が提案されている。例えば、所定の転動速度におけるコーナリング特性を算出するために、コーナリングフォースを算出する手法等が提案されている。 Today, in order to analyze tire characteristics, simulation calculation is performed using a tire model, and various simulation calculations have been proposed along with the improvement of computer capability. For example, in order to calculate the cornering characteristics at a predetermined rolling speed, a method for calculating a cornering force has been proposed.
これらのシミュレーションは、タイヤ特性の検討のために、タイヤモデルの形状を可能な限り実際のタイヤの形状に一致させたタイヤモデルを作成することによって行う。タイヤモデルの形状を実際のタイヤの形状に可能な限り一致させるのは、タイヤの外形形状がタイヤ特性に与える影響は極めて大きいからである。タイヤの外形形状が異なると、タイヤの接地形状や接地圧分布が変わり、コーナリング特性等のタイヤの特性が変化する。 These simulations are performed by creating a tire model in which the shape of the tire model matches the actual tire shape as much as possible in order to examine the tire characteristics. The reason why the shape of the tire model matches the actual tire shape as much as possible is that the influence of the outer shape of the tire on the tire characteristics is extremely large. If the outer shape of the tire is different, the contact shape and contact pressure distribution of the tire change, and the tire characteristics such as cornering characteristics change.
一方において、下記特許文献1には、解析対象のタイヤの外側断面形状を予め常温状態で計測し、この計測結果のタイヤの外側断面形状を基準として外側断面形状内部にタイヤ基本モデルを設定して、解析対象のタイヤのタイヤモデルを作成する方法が記載されている。これによって、タイヤモデルを用いた解析で使用状態に近いタイヤモデルを構築することができる、とされている。 On the other hand, in Patent Document 1 below, an outer cross-sectional shape of a tire to be analyzed is measured in advance at room temperature, and a tire basic model is set inside the outer cross-sectional shape based on the outer cross-sectional shape of the tire as a result of the measurement. A method for creating a tire model of a tire to be analyzed is described. Thereby, it is said that a tire model close to a use state can be constructed by analysis using a tire model.
しかし、上記特許文献1では、解析対象とするタイヤの外側断面形状を予め計測する必要があるので、実際に作製したタイヤを解析対象とする。したがって、この方法で作製されるタイヤモデルは、実際のタイヤの外形形状を正確に再現できても、タイヤを作製するために用いるタイヤの加硫用金型の内面形状との関係が不明なので、この加硫用金型から、どのようなタイヤ形状を有するタイヤが作製され、その作製されたタイヤがどのようなタイヤ特性を発揮するか、予測することはできない。一方において、加硫用金型を用いて作製されたタイヤの外形形状は、そのタイヤの作製に用いた加硫用金型の内面形状とは一致しないことも当業者では周知の事項である。
このため、タイヤの加硫用金型の内面形状から作製されるタイヤの外形形状を予測することはできず、したがって、タイヤの加硫用金型の内面形状から、この加硫用金型によって作製されるタイヤのタイヤ特性を予測することも、解析することもできない。
However, in the above-mentioned Patent Document 1, since it is necessary to measure the outer cross-sectional shape of the tire to be analyzed in advance, the actually manufactured tire is set as the analysis target. Therefore, even if the tire model produced by this method can accurately reproduce the outer shape of the actual tire, the relationship with the inner surface shape of the vulcanization mold of the tire used to produce the tire is unknown, It is impossible to predict what tire shape the tire has from this vulcanizing mold and what tire characteristics the produced tire will exhibit. On the other hand, it is also well known to those skilled in the art that the outer shape of a tire produced using a vulcanizing mold does not match the inner shape of the vulcanizing mold used to produce the tire.
For this reason, it is impossible to predict the outer shape of the tire produced from the inner surface shape of the tire vulcanizing mold, and therefore, from the inner surface shape of the tire vulcanizing mold, The tire characteristics of the produced tire cannot be predicted or analyzed.
そこで、本発明は、タイヤのシミュレーション計算に用いるタイヤモデルを作成するとき、タイヤの加硫用金型の内面形状から、この加硫用金型によって作製されるタイヤのタイヤ特性を予測することが可能なタイヤモデルの作成方法を提供するとともに、この方法によって作成されたタイヤモデルを用いたタイヤのシミュレーション方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention predicts the tire characteristics of a tire produced by this vulcanizing mold from the inner surface shape of the tire vulcanizing mold when creating a tire model used for tire simulation calculation. It is an object of the present invention to provide a method for creating a possible tire model and to provide a tire simulation method using a tire model created by this method.
本発明は、タイヤのシミュレーション計算に用いるタイヤモデルを作成するタイヤモデルの作成方法であって、タイヤの加硫用金型の内面形状を所定の外形形状として備える第1のタイヤモデルを作成するステップと、第1のタイヤモデルの、少なくともタイヤトレッド部材に対応する部分に、前記タイヤトレッド部材の熱膨張係数を付与するステップと、前記熱膨張係数の付与された第1のタイヤモデルに対して、所定の温度低下を与えて熱変形解析を行うステップと、変形した前記第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とし、かつ、変形した前記第1のタイヤモデルに生じた歪みや応力を持たない第2のタイヤモデルを初期タイヤモデルとして作成するステップと、を有することを特徴とするタイヤモデルの作成方法を提供する。
また、前記第2のタイヤモデルは、前記外周面の形状のみならず、その内周面の形状も、熱変形した前記第1のタイヤモデルの形状に合せてあり、前記第1のタイヤモデルおよび前記第2のタイヤモデルを有限要素モデルとした場合に、前記第2のタイヤモデルは、熱変形を受ける前の前記第1のタイヤモデルとは、外形形状のみが異なり、有限要素モデル内での各要素の構成は同じであることが好ましい。
The present invention relates to a method of making a tire model to create a tire model used in the simulation calculation of the tire, the step of creating a first tire model with the vulcanizing mold of the inner surface shape of the tire as a predetermined outer shape And applying a thermal expansion coefficient of the tire tread member to at least a portion corresponding to the tire tread member of the first tire model, and for the first tire model to which the thermal expansion coefficient is applied, A step of performing a thermal deformation analysis by applying a predetermined temperature drop, an external shape of the deformed first tire model is set to an external shape , and distortion and stress generated in the deformed first tire model are provided. And a step of creating a second tire model that does not exist as an initial tire model.
In the second tire model, not only the shape of the outer peripheral surface but also the shape of the inner peripheral surface thereof is matched to the shape of the first tire model that has been thermally deformed. When the second tire model is a finite element model, the second tire model is different from the first tire model before being subjected to thermal deformation only in the outer shape, and within the finite element model. The configuration of each element is preferably the same.
その際、前記熱変形解析を行うステップでは、前記熱変形解析の他に内圧充填処理を施
し、これらの処理によって変形した第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とする第2
のタイヤモデルを初期タイヤモデルとして作成することが好ましい。
又、前記第1のタイヤモデルに設定される前記熱膨張係数の値は、その値と前記温度低下の積の絶対値が0.001〜0.1となるように、設定されることが好ましい。
At this time, in the step of performing the thermal deformation analysis, an internal pressure filling process is performed in addition to the thermal deformation analysis, and the external shape of the first tire model deformed by these processes is set as the external shape.
It is preferable to create the tire model as an initial tire model .
Moreover , it is preferable that the value of the thermal expansion coefficient set in the first tire model is set so that an absolute value of a product of the value and the temperature decrease is 0.001 to 0.1. .
さらに、本発明は、前記タイヤモデル作成方法で作成された初期タイヤモデルを用いて、タイヤのシミュレーションを行うことを特徴とするタイヤのシミュレーション方法を提供する。 Furthermore, the present invention provides a tire simulation method, wherein a tire simulation is performed using the initial tire model created by the tire model creation method.
本発明では、作成した所定の外形形状を備える第1のタイヤモデルの、少なくともタイヤトレッド部材に対応する部分に熱膨張係数を付与し、所定の温度変化を与えて熱変形解析を行った後、この結果変形した第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とする第2のタイヤモデルを初期タイヤモデルとして作成する。このため、所定の外形形状を例えばタイヤの加硫用金型の内面形状とすることにより、タイヤの加硫用金型の内面形状から、この加硫用金型によって作製されるタイヤの外形形状が予測でき、タイヤ特性を予測、解析することができる。 In the present invention, after the thermal deformation analysis is performed by giving a predetermined temperature change, giving a thermal expansion coefficient to at least a portion corresponding to the tire tread member of the first tire model having the predetermined outer shape created. As a result, a second tire model having the outer shape of the deformed first tire model as an outer shape is created as an initial tire model. For this reason, the outer shape of the tire produced by this vulcanizing mold from the inner surface shape of the vulcanizing mold of the tire by setting the predetermined outer shape to the inner surface shape of the vulcanizing mold of the tire, for example. Can be predicted, and tire characteristics can be predicted and analyzed.
以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明のタイヤモデルの作成方法及びタイヤのシミュレーション方法を詳細に説明する。 Hereinafter, a tire model creation method and a tire simulation method according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
図1に示すシミュレーション装置10は、概説すると以下の処理を実行する。まず、タイヤの加硫用金型の内面形状を外形形状として備える第1のタイヤモデルを作成し、作成した第1のタイヤモデルの、少なくともタイヤトレッド部材に対応する部分に、タイヤトレッド部材の材料物性値として熱膨張係数を付与する。次に、熱膨張係数の付与された第1のタイヤモデルに対して、所定の温度変化、例えば加硫温度から室温程度までの温度変化を与えて熱変形解析を行う。この熱変形解析によって変形した第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とする第2のタイヤモデルを初期タイヤモデルとして作成し、この作成した初期タイヤモデルをシミュレーション計算に用い、シミュレーション結果を出力する。
An outline of the
シミュレーション装置10は、CPU12、メモリ14及び入出力ユニット16を備えるコンピュータによって構成される。コンピュータには、入出力ユニット16を介して、マウスやキーボード等の入力操作系26とディスプレイ28とプリンタ30が接続されている。
メモリ14に記憶されたプログラムを読み出しプログラムを実行することにより、条件作成モジュール18、熱変形解析モジュール20、タイヤモデル作成モジュール22、およびシミュレーション演算モジュール24の各プログラムモジュール群が形成される。
CPU12は、各プログラムモジュールの動作を制御管理するとともに、各プログラムモジュールの処理内容を実質的に演算処理する部分でもある。
The
By reading the program stored in the
The
条件作成モジュール18は、有限要素法を用いたタイヤモデルを作成するためのモデル条件を設定し、さらに、タイヤの接地状態あるいは転動状態をシミュレーションにより再現するときのシミュレーション条件等を設定する部分である。例えば、タイヤモデルの要素数や節点数等のモデルの構成を定める情報や、タイヤの部材の材料パラメータの値を設定する。又、タイヤモデルに施す内圧や接地荷重や走行速度等のシミュレーション条件を設定する。
これらの設定内容は、入力操作系26からのオペレータの指示に従って作成され、メモリ14に記憶保持されている。オペレータによる指示は、オペレータがディスプレイ28に表示された入力設定画面を見ながら為される。シミュレーションを行うとき、この記憶された内容は、条件作成モジュール18によって呼び出されてモデル作成条件及びシミュレーション条件が設定される。
The
These setting contents are created in accordance with an operator instruction from the
熱変形解析モジュール20は、後述するタイヤモデル作成モジュール22で作成された第1のタイヤモデルに対して熱変形解析を行う部分である。具体的には、第1のタイヤモデルは、タイヤの加硫用金型の内面形状を外形形状として備える有限要素モデルであり、材料物性値には、ヤング率及びせん断剛性等の力学特性を表す材料物性値の他に、熱膨張係数が少なくとも含まれている。本願発明では、これらの値を、材料パラメータと呼ぶ。したがって、第1のタイヤモデルに対して、雰囲気温度が加硫温度170℃から室温の20℃に低下することを再現するように、温度変化を−150℃に設定することで、温度変化に基づいてタイヤモデルに現れる歪み分布、応力分布及び熱変形を計算することができる。熱膨張係数は、温度1℃上昇したときの長さ又は体積の変化率をいう。ここで、第1のタイヤモデルのうち、少なくともトレッドゴム部材に相当する部分に熱膨張係数を付与することが好ましい。トレッドゴム部材は、タイヤの他の構成部材、例えば、サイドゴム部材、ビードフィラーゴム部材、リムクッションゴム部材、インナーライナーゴム部材、ベルト部材に用いるコードゴム部材等に比べて体積比率が大きいので、他の構成部材に比べて熱収縮は大きい。このため、少なくともトレッドゴム部材に相当する部分に熱膨張係数を付与することが好ましい。
熱変形解析モジュール20で算出された熱変形解析後の第1のタイヤモデルのデータはメモリ14に記憶される。
The thermal
The data of the first tire model after the thermal deformation analysis calculated by the thermal
タイヤモデル作成モジュール22は、条件作成モジュール18で作成されメモリ14に記憶されているタイヤモデルを作成するためのモデル条件を呼び出して設定し、あるいはメモリ14に記憶されている第1のタイヤモデルの熱変形解析後のデータを呼び出し、この呼び出した条件やデータに基づいてタイヤモデルを作成する部分である。タイヤモデルは、第1のタイヤモデル及び第2のタイヤモデルを含む。第1のタイヤモデルは、熱変形解析を行うための有限要素モデルからなるモデルで、タイヤの加硫用金型の内面形状を外形形状として備える。又、第1のタイヤモデルには、ヤング率、せん断剛性、ポアソン比等の力学特性を示す材料物性値が付与されている他、上述したように、少なくともトレッド部材に相当する部分に、熱変形解析による変形が生じるように熱膨張係数が付与されている。第2のタイヤモデルは、熱変形解析後の第1のタイヤモデルのデータを用いて、熱変形後の第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とする、有限要素モデルからなるモデルである。
第2のタイヤモデルには、後述するシミュレーション演算を行うために必要な材料物性値が付与されている。作成された第2のタイヤモデルのデータはメモリ14に記憶される。
The tire
A material property value necessary for performing a simulation calculation described later is given to the second tire model. The data of the created second tire model is stored in the
シミュレーション演算モジュール24では、設定されたシミュレーション条件に従って、第2のタイヤモデルに対して内圧充填処理、接地処理を行い、さらに、必要に応じて転動処理を行って、タイヤの転動を再現したシミュレーションを行う。例えば、転動速度を50(km/時)として転動処理を行い、この後、スリップ角を1度与えてコーナリング走行を再現したシミュレーションを行う。
このようなシミュレーションの結果のデータは、メモリ14に記憶されるとともに、入出力ユニット16を介して、シミュレーション結果はディスプレイ28に画面表示され、あるいはプリンタ30に出力される。
以上の構成のシミュレーション装置10が実行するタイヤのシミュレーション方法についてより詳細に説明する。
In the
The simulation result data is stored in the
The tire simulation method executed by the
図2は、本発明のタイヤのシミュレーション方法の一実施形態の処理のフローを示すフローチャートである。
まず、タイヤモデルを作成する上でのモデル条件及びシミュレーション演算を行う上でのシミュレーション条件の作成が行われる(ステップS10)。モデル条件及びシミュレーション条件は、入力操作系26を介してオペレータが画面を見ながら入力することによって作成される。作成されたモデル条件及びシミュレーション条件はメモリ14に記憶される。
モデル条件として、有限要素モデルの各要素の配置に関する情報、要素数及び節点数、さらには、各要素に付与する材料パラメータの値等が挙げられる。シミュレーション条件として、内圧、接地荷重、転動速度、路面の凹凸の他、タイヤモデルに付与するスリップ角、キャンバー角、トー角、スリップ率、路面との間の摩擦係数等の走行条件が挙げられる。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing flow of an embodiment of the tire simulation method of the present invention.
First, a model condition for creating a tire model and a simulation condition for performing a simulation calculation are created (step S10). The model condition and the simulation condition are created when the operator inputs through the
The model conditions include information on the arrangement of each element of the finite element model, the number of elements and the number of nodes, and the value of a material parameter to be given to each element. Simulation conditions include running conditions such as internal pressure, contact load, rolling speed, road surface unevenness, slip angle, camber angle, toe angle, slip ratio, coefficient of friction with the road surface, etc. applied to the tire model. .
次に、タイヤモデル作成モジュール22は、メモリ14から呼び出され設定されたタイヤモデルのモデル条件に従って、第1のタイヤモデルを作成する(ステップS20)。又、シミュレーション条件において路面に接地するシミュレーションを行うことが設定されているとき、このシミュレーション条件に応じて路面モデルが作成される。
次に、タイヤモデル作成モジュール22は、作成された第1のタイヤモデルに設定されたモデル条件に従って、第1のタイヤモデルに熱膨張係数を付与する(ステップS30)。勿論、力学特性を示す材料物性値も付与される。
図3には、作成された第1のタイヤモデルTの断面形状が示されている。タイヤモデルTの外形形状は、タイヤの加硫用金型の内面形状に一致する形状となっている。タイヤモデルTの作成とは、具体的に、タイヤモデルTの各要素における番号付けられた節点の座標位置のデータと、各要素を構成する節点の番号のデータと、シミュレーション条件のデータと、がタイヤモデルのファイルとしてまとめられることをいう。さらに、第1のタイヤモデルのデータに、ヤング率、せん断剛性、ポアソン比の材料物性値の他に、熱膨張係数の値が付与される。なお、温度変化による熱ひずみは、熱膨張係数と温度変化の積によって定まるので、この積の値が同じであれば同じ熱ひずみが生じる。ゴム部材の熱膨張係数は10-5〜5×10-4であり、加硫温度から室温までの温度変化は略150℃である。本実施形態では、熱膨張係数と温度変化の積の絶対値が0.001〜0.1の範囲内であればよい。さらに、熱膨張係数と温度変化の積が同じ値であり、その積の絶対値が0.001〜0.1の範囲にあれば、熱膨張係数の値と温度変化をどのように設定して付与してもよい。例えば、温度変化を10倍にすれば、熱膨張係数を10分の1に設定しても、熱変形解析の結果は変化しない。
Next, the tire
Next, the tire
FIG. 3 shows a cross-sectional shape of the created first tire model T. The external shape of the tire model T is a shape that matches the internal shape of the tire vulcanization mold. Specifically, the creation of the tire model T includes the coordinate position data of the numbered nodes in each element of the tire model T, the number data of the nodes constituting each element, and the simulation condition data. It means to be compiled as a tire model file. Furthermore, in addition to the material property values of Young's modulus, shear rigidity, and Poisson's ratio, the value of the thermal expansion coefficient is given to the data of the first tire model. The thermal strain due to temperature change is determined by the product of the thermal expansion coefficient and the temperature change, and the same thermal strain occurs if the product value is the same. The thermal expansion coefficient of the rubber member is 10 −5 to 5 × 10 −4 , and the temperature change from the vulcanization temperature to room temperature is approximately 150 ° C. In the present embodiment, the absolute value of the product of the thermal expansion coefficient and the temperature change may be in the range of 0.001 to 0.1. Furthermore, if the product of the thermal expansion coefficient and the temperature change is the same value and the absolute value of the product is in the range of 0.001 to 0.1, how can the value of the thermal expansion coefficient and the temperature change be set? It may be given. For example, if the temperature change is 10 times, even if the thermal expansion coefficient is set to 1/10, the result of the thermal deformation analysis does not change.
次に、熱変形解析モジュール20は、作成された第1のタイヤモデルに対して上述した温度変化を与えて、熱変形解析を行う(ステップS40)。熱変形解析では、少なくともトレッド部材に相当する要素には熱膨張係数が付与され、温度が150℃低下するので、この熱膨張係数によって要素は熱収縮し、これによって第1のタイヤモデルに熱ひずみが生じるとともに、要素の各節点の位置が変位して第1のタイヤモデルが変形する。熱変形解析では、例えば、タイヤがリムと接触する部分に相当する第1のタイヤモデルの節点の位置において変位を固定することにより行う。
Next, the thermal
次に、タイヤモデル作成モジュール22は、熱変形を受けた第1のタイヤモデルの外形形状が外形形状となる第2のタイヤモデルを作成する(ステップS50)。熱変形をうけた第1のタイヤモデルは、歪みや応力が生じているが、作成される第2のタイヤモデルは、この歪みや応力を持たず、熱変形をうけた第1のタイヤモデルの外形形状と同じ外形形状を有する。ここで、第2のタイヤモデルは、タイヤモデルのトロイダル形状の外周面の形状のみならず、内周面の形状も、熱変形した第1のタイヤモデルの形状に合せる。
したがって、第2のタイヤモデルは、熱変形を受ける前の第1のタイヤモデルとは、外形形状のみが異なり、モデル内での各要素の構成は同じである。一方、各要素の節点の位置座標は、外形形状が変化することにより変わる。作成された第2のタイヤモデルのデータは、初期タイヤモデルとしてメモリ14に記憶される。
Next, the tire
Therefore, the second tire model is different from the first tire model before undergoing thermal deformation only in the outer shape, and the configuration of each element in the model is the same. On the other hand, the position coordinates of the nodes of each element change as the outer shape changes. The data of the created second tire model is stored in the
シミュレーション演算モジュール24は、こうして作成された初期タイヤモデルのデータを呼び出し、ステップS10で作成されたシミュレーション条件に従って、初期タイヤモデルに、内圧充填処理、接地処理及び転動処理を施することで、所望のシミュレーション演算を行う(ステップS60)。
The
内圧充填処理は、タイヤをリム組して内圧を充填する工程を再現したもので、タイヤモデルの内周面に、タイヤ内圧に相当する圧力を負荷する処理をいう。具体的には、第2のタイヤモデルのデータから、内圧充填処理のために表した行列を用いた式が作成され、この式に対して、上記所定の圧力を外力として付与して節点の変位、歪み等を算出することによって、内圧充填処理後のタイヤモデルのデータを算出する。算出されたタイヤモデルのデータは、メモリ14に記憶される。
The internal pressure filling process is a process that reproduces the process of filling the tire with the rim and filling the internal pressure. The internal pressure filling process refers to a process of applying a pressure corresponding to the tire internal pressure to the inner peripheral surface of the tire model. Specifically, an equation using a matrix expressed for the internal pressure filling process is created from the data of the second tire model, and the above-mentioned predetermined pressure is applied as an external force to this equation to displace the node. The tire model data after the internal pressure filling process is calculated by calculating the strain and the like. The calculated tire model data is stored in the
接地処理は、生成された路面モデルに対して内圧充填処理の施されたタイヤモデルを接地させる処理である。具体的には、タイヤ初期モデルと路面モデルとの間の距離を徐々に狭くして、初期タイヤモデルが路面モデルに接地した状態を計算し、路面モデルが初期タイヤモデルに作用する反力を計算する。この反力が目標とする値(接地荷重)になるまで初期タイヤモデルと路面モデルとの間の距離を狭くして行き、反力が目標とする値になるまで繰り返す。このような接地処理では、内圧充填処理を施した初期タイヤモデルのデータをメモリ14から呼び出して、このデータから接地処理のために表した行列を用いて接地処理の演算が行われる。演算されて得られた接地処理後の初期タイヤモデルのデータはメモリ14に記憶される。
The grounding process is a process of grounding the tire model that has been subjected to the internal pressure filling process on the generated road surface model. Specifically, gradually reduce the distance between the tire initial model and the road surface model, calculate the state where the initial tire model touches the road surface model, and calculate the reaction force that acts on the initial tire model. To do. The distance between the initial tire model and the road surface model is decreased until the reaction force reaches a target value (contact load), and the process is repeated until the reaction force reaches a target value. In such a grounding process, data of the initial tire model subjected to the internal pressure filling process is called from the
転動処理は、路面モデルに対して、設定された走行速度で初期タイヤモデルが走行するようにする処理である。この処理は、所定の時間ステップで解析時間を刻みながら、逐次計算することによって行われる。転動処理では、具体的には、初期タイヤモデルに並進運動とタイヤ回転軸周りの回転運動とを別々に与える。並進運動については、設定された走行速度で初期タイヤモデルが平行移動するように、初期タイヤモデルの各節点に、時間ステップの時間刻み幅に対応した平行移動の変位を付与する。一方、回転運動については、タイヤ回転軸の周りに回転するように、所定の角速度に対応した変位を付与する。なお、自由転動処理は、タイヤ回転軸周りの回転トルクが略0の状態を再現するが、初期タイヤモデルは接地荷重によって変形しているので、走行速度を初期タイヤモデルの半径で割った値を角速度としても、回転トルクが略0とはならず、初期タイヤモデルは自由転動状態となっていない。このため、自由転動状態(回転トルク略0の状態)を探索するために、本実施形態では、初期タイヤモデルに付与する角速度を逐次変更しつつ自由転動状態を設定する。あるいは、初期タイヤモデルの回転軸を、回転自由度の拘束されない回転フリー状態とし、初期タイヤモデルが所定の走行速度で移動するように変位を与えることによって、初期タイヤモデルが自由転動する転動処理を行ってもよい。 The rolling process is a process for causing the initial tire model to travel at a set traveling speed with respect to the road surface model. This process is performed by sequentially calculating the analysis time at predetermined time steps. In the rolling process, specifically, translational motion and rotational motion around the tire rotation axis are separately given to the initial tire model. For translational motion, a translation displacement corresponding to the time step size of the time step is applied to each node of the initial tire model so that the initial tire model translates at the set traveling speed. On the other hand, for the rotational motion, a displacement corresponding to a predetermined angular velocity is applied so as to rotate around the tire rotation axis. The free rolling process reproduces the state where the rotational torque around the tire rotation axis is substantially zero, but the initial tire model is deformed by the ground load, so the value obtained by dividing the running speed by the radius of the initial tire model. Even if the angular velocity is used, the rotational torque does not become substantially zero, and the initial tire model is not in a free rolling state. For this reason, in order to search for a free rolling state (a state in which the rotational torque is substantially 0), in this embodiment, the free rolling state is set while sequentially changing the angular velocity applied to the initial tire model. Alternatively, the rotation of the initial tire model can be freely rolled by setting the rotation axis of the initial tire model to a rotation-free state in which the degree of freedom of rotation is not constrained and by giving displacement so that the initial tire model moves at a predetermined traveling speed. Processing may be performed.
こうして自由転動状態の初期タイヤモデルに対してシミュレーション条件に従って、必要に応じて、スリップ角、キャンバー角、路面の凹凸条件等を変更して、初期タイヤモデルに作用する物理量、例えば回転軸に作用する横力、前後力等を算出する。
算出された物理量は、シミュレーション結果として、転動状態の初期タイヤモデルのデータとともに、メモリ14に記憶するとともに、入出力ユニット16を介してディスプレイ28及びプリンタ30に出力する(ステップS70)。
In this way, according to the simulation conditions for the initial tire model in the free-rolling state, if necessary, the slip angle, camber angle, road surface unevenness conditions, etc. are changed to affect the physical quantity acting on the initial tire model, for example, the rotating shaft. Calculate lateral force, longitudinal force, etc.
The calculated physical quantity is stored in the
なお、上記実施形態では、加硫温度170℃から室温20℃まで、温度変化150℃を与えて熱変形解析を行った第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とする第2のタイヤモデルを初期タイヤモデルとした。本発明では、別の実施形態として、作成された第1のタイヤモデルに対して、熱変形解析の他に所定の内圧充填処理を施すことにより変形した第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とするタイヤモデルを初期タイヤモデルとしてもよい。第1のタイヤモデルに対して所定の内圧充填処理を施すのは、実際のタイヤの製造工程では、加硫用金型から取り出されたタイヤはPCI(Post Curing Inflation)工程と呼ばれる内圧付与工程がタイヤ形状を安定化させるために行われており、この工程を再現するためである。PCI工程を経たタイヤの外形形状は、加硫用金型から取り出されたタイヤの外形形状に比べて大きくなっている。
PCI工程を再現した内圧充填処理は、熱変形解析の後工程として行う他、熱変形解析の前工程として行ってもよいし、熱変形解析と同時に行ってもよい。
In the above embodiment, the second tire model having the outer shape of the first tire model subjected to the thermal deformation analysis by giving a temperature change of 150 ° C. from the vulcanization temperature of 170 ° C. to the room temperature of 20 ° C. An initial tire model was used. In the present invention, as another embodiment, the external shape of the first tire model deformed by applying a predetermined internal pressure filling process to the created first tire model in addition to thermal deformation analysis is described. The tire model may be an initial tire model. In the actual tire manufacturing process, a predetermined internal pressure filling process is performed on the first tire model. In the actual tire manufacturing process, the tire taken out from the vulcanization mold is subjected to an internal pressure applying process called a PCI (Post Curing Inflation) process. This is done to stabilize the tire shape and to reproduce this process. The outer shape of the tire after the PCI process is larger than the outer shape of the tire taken out from the vulcanization mold.
The internal pressure filling process that reproduces the PCI process may be performed as a pre-process of the thermal deformation analysis, or may be performed simultaneously with the thermal deformation analysis, as a post-process of the thermal deformation analysis.
図4(a)は、タイヤの加硫用金型の内面形状を外側形状としてタイヤモデルを作成したときのタイヤモデルの外形形状と、上記加硫用金型を用いてタイヤを作製したときのタイヤの実測の外形形状とを重ね書きすることにより、外形形状の差異を示している。実測の外形形状は、太線Aで記されている。
一方、図4(b)は、図2に示す処理フローで作成した初期タイヤモデルの外形形状と、上記加硫用金型を用いてタイヤを作製したときのタイヤの実測の外形形状とを重ね書きすることにより、外形形状の差異を示している。実測の外形形状は、太線Aで記されている。トレッド部材に相当する各要素に、熱膨張係数1.4×10-4を付与した。図4(a),(b)に示すタイヤモデルは、節点数約59000、要素数約54000の3次元モデルである。
図4(a)及び(b)を比べると、図4(a)に示すタイヤモデルの外形形状の、太線Aの実測の外形形状に対する差異はショルダー領域Sで大きくなっている。これに対して、図4(b)に示す初期タイヤモデルの外形形状の、太線Aの実測の外形形状に対する差異は図4(a)に示す差異に比べて全体的に小さく、ショルダー領域でも太線Aとの差異は小さい。これより、図2に示す処理フローで作成した初期タイヤモデルは、実測のタイヤの外形形状に近い形状を備えることが判る。
FIG. 4 (a) shows an outer shape of a tire model when an inner shape of the tire vulcanization mold is used as an outer shape and a tire is produced using the vulcanization mold. By overwriting the measured outer shape of the tire, the difference in the outer shape is shown. The actually measured outer shape is indicated by a thick line A.
On the other hand, FIG. 4 (b) superimposes the outer shape of the initial tire model created by the processing flow shown in FIG. 2 and the measured outer shape of the tire when the tire is produced using the vulcanization mold. By writing, the difference in outer shape is shown. The actually measured outer shape is indicated by a thick line A. Each element corresponding to the tread member was given a thermal expansion coefficient of 1.4 × 10 −4 . The tire model shown in FIGS. 4A and 4B is a three-dimensional model having about 59000 nodes and about 54000 elements.
4 (a) and 4 (b), the difference between the outer shape of the tire model shown in FIG. 4 (a) and the actually measured outer shape of the thick line A is larger in the shoulder region S. FIG. On the other hand, the difference between the outer shape of the initial tire model shown in FIG. 4B and the actually measured outer shape of the thick line A is generally smaller than the difference shown in FIG. The difference from A is small. From this, it can be seen that the initial tire model created by the processing flow shown in FIG. 2 has a shape close to the outer shape of the actually measured tire.
図5(a)は、図2に示す処理フローで作成した初期タイヤモデルに対して、内圧230(kPa)、接地荷重4.5(kN)のシミュレーション条件で内圧充填処理及び接地処理を施したときの、接地形状を示す図である。図5(b)は、図4(a)に示すタイヤモデルに対して、上記シミュレーション条件と同様の内圧及び接地荷重の条件で内圧充填処理及び接地処理を施したときの、接地形状を示す図である。
太線Bは、上記加硫用金型を用いて実際のタイヤを作製したときの、そのタイヤにおける内圧230(kPa)、接地荷重4.5(kN)の条件での実測の接地形状の輪郭を示す。
図4(a)に示す初期タイヤモデルの接地形状は、図4(b)に示すタイヤモデルの接地形状に比べて、実測の接地形状に近いことが判る。これより、図2に示す処理フローで作成した初期タイヤモデルの接地形状は実際のタイヤの接地形状に近いことが判る。実際、タイヤ特性は、路面と接触して形成される接地形状及び接地圧分布に大きな影響を受けて定まっているので、接地形状を実測のタイヤに近づけることができる本発明のタイヤモデル作成方法を用いることにより、タイヤ特性を精度良く予測することが可能となる。
In FIG. 5A, the initial tire model created by the processing flow shown in FIG. 2 was subjected to the internal pressure filling process and the grounding process under the simulation conditions of the internal pressure 230 (kPa) and the grounding load 4.5 (kN). It is a figure which shows the grounding shape at the time. FIG. 5B is a diagram showing a contact shape when the tire model shown in FIG. 4A is subjected to the internal pressure filling process and the ground contact process under the internal pressure and ground load conditions similar to the simulation conditions described above. It is.
The thick line B shows the contour of the measured contact shape under the conditions of an internal pressure of 230 (kPa) and a contact load of 4.5 (kN) when an actual tire is manufactured using the vulcanization mold. Show.
It can be seen that the ground contact shape of the initial tire model shown in FIG. 4A is closer to the actually measured contact shape than the contact shape of the tire model shown in FIG. From this, it can be seen that the contact shape of the initial tire model created in the processing flow shown in FIG. 2 is close to the actual contact shape of the tire. Actually, since the tire characteristics are determined by being greatly influenced by the contact shape and contact pressure distribution formed in contact with the road surface, the tire model creation method of the present invention that can bring the contact shape closer to the actually measured tire. By using it, it becomes possible to predict tire characteristics with high accuracy.
以上、本発明のタイヤモデルの作成方法およびタイヤのシミュレーション方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 The tire model creation method and tire simulation method of the present invention have been described above in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course.
10 シミュレーション装置
12 CPU
14 メモリ
16 入出力ユニット
18 条件作成モジュール
20 熱変形解析モジュール
22 タイヤモデル作成モジュール
24 シミュレーション演算モジュール
26 入力操作系
28 ディスプレイ
30 ディスプレイ
10
DESCRIPTION OF
Claims (5)
タイヤの加硫用金型の内面形状を所定の外形形状として備える第1のタイヤモデルを作成するステップと、
第1のタイヤモデルの、少なくともタイヤトレッド部材に対応する部分に、前記タイヤトレッド部材の熱膨張係数を付与するステップと、
前記熱膨張係数の付与された第1のタイヤモデルに対して、所定の温度低下を与えて熱変形解析を行うステップと、
変形した前記第1のタイヤモデルの外形形状を外形形状とし、かつ、変形した前記第1のタイヤモデルに生じた歪みや応力を持たない第2のタイヤモデルを初期タイヤモデルとして作成するステップと、を有することを特徴とするタイヤモデルの作成方法。 A tire model creation method for creating a tire model used for tire simulation calculation,
And creating a first tire model with the vulcanizing mold of the inner surface shape of the tire as a predetermined outer shape,
Providing a coefficient of thermal expansion of the tire tread member to at least a portion of the first tire model corresponding to the tire tread member;
Performing a thermal deformation analysis by giving a predetermined temperature drop to the first tire model to which the thermal expansion coefficient is given;
Creating an outer shape of the deformed first tire model as an outer shape , and creating a second tire model having no distortion or stress generated in the deformed first tire model as an initial tire model; A method for creating a tire model, comprising:
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