JP5236301B2 - Tire design method - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤの設計方法、及びそのためのプログラム、並びに、該設計方法を用いたタイヤの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a tire design method, a program therefor, and a tire manufacturing method using the design method.

空気入りタイヤのトレッドパターンは、排水性能、制動性能、騒音などに対して大きな影響を与えるため、位相及び形状について最適化したタイヤトレッドパターンの意匠を設計することが求められる。   Since the tread pattern of a pneumatic tire has a great influence on drainage performance, braking performance, noise, and the like, it is required to design a tire tread pattern design optimized for phase and shape.

タイヤトレッドパターンの意匠を設計する場合、要求性能を満たす設計案を従来の知見、経験及び設計制約に基づいて設計し、その確認のための1つの手段として、構造解析を用いて要求性能を満たしているか否かの確認を行う。この段階で要求性能を満たしていない場合、設計の修正を行い、再度構造解析により確認を行う。このプロセスを要求性能が満たされるまで、繰り返し行い、設計案を確定している。   When designing a tire tread pattern design, a design plan that meets the required performance is designed based on conventional knowledge, experience, and design constraints, and structural analysis is used to satisfy the required performance as one means for confirmation. Confirm whether or not. If the required performance is not satisfied at this stage, the design is corrected and the structural analysis is performed again. This process is repeated until the required performance is satisfied to finalize the design plan.

かかる従来の設計方法では、設計制約に基づく範囲の中で確定した設計案が、最適値であるか否かの保証はない。また、設計、構造解析及び再設計の繰り返しプロセスを行うため、設計に要する時間が膨大になることがある。   In such a conventional design method, there is no guarantee as to whether or not the design plan determined within the range based on the design constraint is the optimum value. In addition, since the design, structural analysis, and redesign process is repeated, the time required for the design may be enormous.

タイヤトレッドパターンの意匠を最適化計算により最適化する場合、一般的に遺伝的アルゴリズムを用いることが多いが(例えば、下記特許文献1参照)、意匠の設計領域が広い場合などには遺伝子の個体数が多くなる。そのため、計算負荷が大きく、実用上、設計に適用できるレベルにない。   When the design of a tire tread pattern is optimized by optimization calculation, a genetic algorithm is generally used (see, for example, Patent Document 1 below), but if the design area of the design is wide, an individual gene The number increases. For this reason, the calculation load is large and practically not at a level applicable to design.

ところで、有限要素法を利用したレイアウトの最適化手法として、ECAT法(Evolutional Clustering Algorithm for Topological optimization)がある(下記非特許文献1〜3参照)。ECAT法は、対象とする構造体を1つの個体と考え、問題に応じて定める評価指標の大小によって要素をクラス分けし、構造内の前記評価指標の分布を大域的に捉え、前記評価指標の小さい要素をクラス単位で次々に除去、また付加する行為をふるまいと捉え、ふるまいを進化させることにより、レイアウトを決定する方法である。このECAT法は、これまで片持ち梁などの機械構造物のレイアウト最適化問題に用いられているが、タイヤトレッドパターンへの適用は知られていない。
国際公開第98/29270号パンフレット 長谷川浩司、川面恵司「GA利用による機械構造物の位相最適化法の一方法(有限要素の除去および付加パラメータを染色体とする位相最適化法)」、日本機械学会論文集(A編)、61巻581号(1995−1)、p183−p190 鶴田靖、長谷川浩司、川面恵司「GA利用による機械構造物の位相最適化法の一方法(第2報、有限要素の除去および付加パラメータを染色体とする方法の収束性の検討)」、日本機械学会論文集(A編)、63巻605号(1997−1)、p170−p177 鈴木雄作、長谷川浩司、川面恵司「GA利用による機械構造物の位相最適化法の一方法(第3報、有限要素の除去および付加パラメータを用いた単一個体による確定的方法)」、日本機械学会論文集(A編)、64巻626号(1998−10)、p49−p54
Incidentally, an ECAT method (Evolutional Clustering Algorithm for Topological optimization) is known as a layout optimization method using the finite element method (see Non-Patent Documents 1 to 3 below). The ECAT method considers the target structure as one individual, classifies elements according to the size of the evaluation index determined according to the problem, grasps the distribution of the evaluation index in the structure globally, This is a method of determining the layout by considering the behavior of removing and adding small elements one after another in class units as behavior and evolving the behavior. This ECAT method has been used for layout optimization problems of mechanical structures such as cantilever beams, but its application to tire tread patterns is not known.
International Publication No. 98/29270 Pamphlet Koji Hasegawa, Keiji Kawamata “A Method for Optimizing Topology of Machine Structures Using GA (Topology Optimization Method Using Finite Element Removal and Additional Parameters as Chromosomes)”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (A), 61 Volume 581 (1995-1), p183-p190 Satoshi Tsuruta, Koji Hasegawa, Keiji Kawamata “A Method for Optimizing Topology of Mechanical Structures Using GA (2nd Report, Examination of Convergence of Methods Using Chromosomes with Finite Element Elimination)” Proceedings of the Society (A), 63, 605 (1997-1), p170-p177 Yusaku Suzuki, Koji Hasegawa, Keiji Kawamata “A Method for Topological Optimization of Mechanical Structures Using GA (3rd Report, Definitive Method Using Single Individuals with Finite Element Removal and Additional Parameters)”, Nippon Machinery Proceedings of the Society (A), Vol. 64, No. 626 (1998-10), p49-p54

本発明は、タイヤトレッドパターンの設計にECAT法を適用することにより、効率的な設計を可能にするとともに、タイヤ性能を大幅に向上することができるタイヤの設計方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a tire design method that enables efficient design and can greatly improve tire performance by applying the ECAT method to the design of a tire tread pattern. .

本発明に係るタイヤの設計方法は、
(a)タイヤトレッドパターンの1ピッチ単位の初期レイアウトを定めるステップと、
(a’)タイヤ性能に関する目的関数を定めるステップと、
(b)初期レイアウトの1ピッチ単位をタイヤ周方向に複数ピッチ展開したタイヤについて有限要素モデルを作成するステップと、
(c)前記初期レイアウトの有限要素モデルを用いて構造解析により各要素について評価指標を算出するステップと、
(d)算出した評価指標を対応する要素毎に1ピッチ単位に集約し、集約した前記評価指標の大小によって前記要素をクラス分けして、除去対象要素の属する複数のクラスを決定し、決定した各クラスの中からファジイ分割により除去する要素を選定するステップと、
(e)前記で除去した要素の中から復活する要素を選定するステップと、
(f)前記ステップ(d)及び(e)における要素の除去と復活により現世代のレイアウトを得て、該レイアウトの1ピッチ単位をタイヤ周方向に複数ピッチ展開したタイヤの有限要素モデルを作成するステップと、
(g)前記現世代のレイアウトの有限要素モデルを用いて構造解析により各要素について評価指標を算出するステップと、
(h)算出した評価指標から目的関数の収束性を判定して、収束していないと判定したときにはレイアウトを前記現世代のレイアウトに更新して前記ステップ(d)に戻り、収束したと判定したときには前記現世代のレイアウトを最適解としてタイヤトレッドパターンを決定するステップと、を含むものである。
The tire designing method according to the present invention includes:
(A) defining an initial layout in units of one pitch of the tire tread pattern;
(A ′) determining an objective function related to tire performance;
(B) creating a finite element model for a tire in which one pitch unit of the initial layout is developed in a plurality of pitches in the tire circumferential direction;
(C) calculating an evaluation index for each element by structural analysis using the finite element model of the initial layout;
(D) The calculated evaluation index is aggregated in units of one pitch for each corresponding element, the elements are classified according to the size of the aggregated evaluation index, and a plurality of classes to which the removal target element belongs are determined and determined Selecting an element to be removed by fuzzy division from each class;
(E) selecting an element to be restored from among the elements removed above;
(F) The current generation layout is obtained by removing and reviving the elements in the steps (d) and (e), and a finite element model of the tire is created by developing a plurality of pitch units in the tire circumferential direction in the layout. Steps,
(G) calculating an evaluation index for each element by structural analysis using the finite element model of the current generation layout;
(H) The convergence of the objective function is determined from the calculated evaluation index . When it is determined that the target function has not converged, the layout is updated to the current generation layout and the process returns to step (d) to determine that the convergence has been achieved. Sometimes determining a tire tread pattern using the current generation layout as an optimal solution.

本発明はまた、コンピュータによってタイヤを設計するためのプログラムを提供するものであり、該プログラムは上記各ステップをコンピュータに実行させるためのものである。本発明は更に、上記設計方法を用いてタイヤを設計し、製造することを特徴とするタイヤの製造方法を提供するものである。   The present invention also provides a program for designing a tire by a computer, which causes the computer to execute the above steps. The present invention further provides a method for manufacturing a tire characterized by designing and manufacturing a tire using the above-described design method.

本発明では、タイヤトレッドパターンの意匠の最適化(レイアウト最適化)にECAT法を用いている。すなわち、タイヤトレッドパターンの有限要素モデルについて算出した評価指標の大小によって要素をクラス分けして、レイアウト内における評価指標の分布を大域的に捉えて、要素の除去及び付加(復活)する行為としてのふるまいを進化させることにより、最終的なレイアウトを決定するようにしている。このように評価指標の分布を大域的に捉えて最適化を行うため、局所的解に陥ることなく、大域的な最適解が得られ、タイヤ性能を向上することができる。また、従来の遺伝的アルゴリズムを用いる場合と比較して、計算負荷が小さく、そのため、タイヤトレッドパターンの意匠を効率的に設計することができる。   In the present invention, the ECAT method is used to optimize the design (layout optimization) of the tire tread pattern. That is, as an act of classifying elements according to the size of the evaluation index calculated for the finite element model of the tire tread pattern, grasping the distribution of the evaluation index in the layout globally, and removing and adding (revitalizing) the element The final layout is determined by evolving the behavior. Since optimization is performed by globally grasping the distribution of the evaluation index, a global optimal solution can be obtained without falling into a local solution, and tire performance can be improved. In addition, the calculation load is small as compared with the case where a conventional genetic algorithm is used. Therefore, the design of the tire tread pattern can be efficiently designed.

また、本発明によれば、有限要素モデルを用いた構造解析では、レイアウトの1ピッチ単位をタイヤ周方向に複数ピッチ展開して評価指標を算出し、該複数ピッチ分の評価指標から目的関数を求めて収束性を評価している。その一方で、要素の除去及び復活のプロセスでは、これらを1ピッチ単位に集約した値を用いている。タイヤトレッドパターンは、一般に、1ピッチ単位の意匠を周方向に周期的に配置することで、トレッド意匠を構成する。そのため、複数ピッチ分の評価指標及び目的関数を用いて評価することで、より実情に即した最適化を行うことができる。また、要素の除去及び復活のプロセスでは、1ピッチ単位に集約した値を用いるので、ピッチ間で異なる意匠に設計される不具合を回避することができる。   Further, according to the present invention, in the structural analysis using the finite element model, one pitch unit of the layout is developed in a plurality of pitches in the tire circumferential direction to calculate an evaluation index, and an objective function is calculated from the evaluation indexes for the plurality of pitches. The convergence is evaluated. On the other hand, in the process of element removal and restoration, a value obtained by collecting them in units of one pitch is used. A tire tread pattern generally constitutes a tread design by periodically arranging designs in units of one pitch in the circumferential direction. For this reason, by using an evaluation index and an objective function for a plurality of pitches, optimization in accordance with the actual situation can be performed. In addition, in the process of element removal and restoration, the values aggregated in units of one pitch are used, so that it is possible to avoid problems that are designed in different designs between pitches.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、第1の実施形態に係るタイヤの設計方法の流れを示すフローチャートである。本実施形態は、空気入りタイヤのトレッドパターンについて、ECAT法(上記非特許文献1〜3参照)を用いて、その位相と形状を最適化するものであり、コンピュータを用いて実施することができる。   FIG. 1 is a flowchart showing a flow of a tire designing method according to the first embodiment. This embodiment optimizes the phase and shape of the tread pattern of a pneumatic tire using the ECAT method (see Non-Patent Documents 1 to 3 above) and can be implemented using a computer. .

より詳細には、下記のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを作成しておき、このプログラムをハードディスクなどに格納(インストール)したパソコンなどのコンピュータを用いることにより、本実施形態の設計方法を実施することができる。すなわち、ハードディスクに保存されたプログラムは、実行する際に適宜RAMに読み込まれ、キーボードなどの入力手段から入力された種々のデータを用いて、CPUにより演算を行い、モニターなどの表示手段により結果が表示される。なお、このようなプログラムは、CD−ROM、DVD、MD、MOなどのコンピュータ読み取り可能な各種記録媒体に記憶させることができるので、そのような記録媒体のためのドライブ装置をコンピュータに設けておき、該ドライブ装置を介してプログラムを実行するようにしてもよい。   More specifically, the design method of this embodiment is implemented by creating a program for causing a computer to execute the following steps and using a computer such as a personal computer storing (installing) the program in a hard disk or the like. can do. In other words, the program stored in the hard disk is appropriately read into the RAM at the time of execution, and is calculated by the CPU using various data input from input means such as a keyboard, and the result is displayed by display means such as a monitor. Is displayed. Such a program can be stored in various computer-readable recording media such as a CD-ROM, DVD, MD, and MO. Therefore, a drive device for such a recording medium is provided in the computer. The program may be executed via the drive device.

本実施形態の設計方法においては、まず、ステップS10において、タイヤトレッドパターンの1ピッチ単位の初期レイアウトを定めるとともに、タイヤ性能に関する目的関数を定める。初期レイアウトとしては、トレッドに溝が全く無いものや、トレッドに周方向に延びる主溝のみを備えるもの、主溝と該主溝に交差する方向に延びる横溝とを持つもの、更には、主溝と横溝により区画されるブロックを持つものなど、特に限定されない。本実施形態では、周方向溝である主溝のみを備えたものをトレッドパターンの初期レイアウトとする。従って、本実施形態では、トレッドパターンの幅、1ピッチ単位の長さ、主溝のタイヤ幅方向における位置、及び主溝の幅によって、初期レイアウトが定まる。   In the design method of the present embodiment, first, in step S10, an initial layout for each pitch of the tire tread pattern is determined, and an objective function related to tire performance is determined. As an initial layout, the tread has no groove at all, the tread has only a main groove extending in the circumferential direction, a main groove and a transverse groove extending in a direction intersecting with the main groove, and the main groove There is no particular limitation such as a block having a block defined by a lateral groove. In the present embodiment, an initial layout of a tread pattern is provided with only a main groove that is a circumferential groove. Therefore, in the present embodiment, the initial layout is determined by the width of the tread pattern, the length of one pitch unit, the position of the main groove in the tire width direction, and the width of the main groove.

上記目的関数としては、タイヤトレッドパターンによりその値が変化する物理量が挙げられ、具体的には、制動時や加速時などのタイヤの接地圧分散、タイヤの平均接地圧、応力、ひずみ、ひずみエネルギー、摩擦エネルギー、路面の滑り速度および変位などが挙げられる。一例として、目的関数をタイヤの接地圧分散とし、これを最小化する最適化問題を定義する。   Examples of the objective function include physical quantities whose values change depending on the tire tread pattern. Specifically, the tire contact pressure distribution during braking and acceleration, the average contact pressure of the tire, stress, strain, and strain energy. , Friction energy, road slip speed and displacement. As an example, the objective function is the tire contact pressure dispersion, and an optimization problem is defined that minimizes the objective function.

次のステップS12では、初期レイアウトのタイヤ有限要素モデル(以下、FEMモデルという。)を作成する。FEMモデルはタイヤを内部構造を含めてメッシュ状に要素分割してなるものであり、タイヤ性能を評価するための上記物理量を構造解析により数値的、解析的に求めることができるようにタイヤをモデル化したものである。ここでは、図2に示すように、トレッド1の表面に主溝2のみを備えたトレッドパターンからなるタイヤFEMモデルが作成される。   In the next step S12, an initial layout tire finite element model (hereinafter referred to as FEM model) is created. The FEM model is formed by dividing the tire into elements including the internal structure in a mesh shape. The tire is modeled so that the physical quantities for evaluating the tire performance can be obtained numerically and analytically by structural analysis. It has become. Here, as shown in FIG. 2, a tire FEM model including a tread pattern having only the main groove 2 on the surface of the tread 1 is created.

かかるFEMモデルの作成に際しては、初期レイアウトの1ピッチ単位をタイヤ周方向に複数ピッチ展開したタイヤについてタイヤ一周分でのFEMモデルを作成する。この例では、初期レイアウトは主溝のみを備えたトレッドパターンであるため、図2に示す二次元のFEMモデルをタイヤ全周に単にスイープさせればよい。但し、図2は半断面であるため、全幅分のものをスイープさせる。また、このときの周方向展開は等間隔、不等間隔など目的に応じてなされる。上記スイープにより、初期レイアウトを複数ピッチ展開したタイヤのFEMモデルが三次元FEMモデルとして作成される。   In creating such an FEM model, an FEM model for one tire is created for a tire in which one pitch unit of the initial layout is developed by a plurality of pitches in the tire circumferential direction. In this example, since the initial layout is a tread pattern having only main grooves, the two-dimensional FEM model shown in FIG. 2 may be simply swept around the entire circumference of the tire. However, since FIG. 2 is a half cross-section, the entire width is swept. Further, the circumferential development at this time is made according to purposes such as equal intervals and unequal intervals. By the sweep, a tire FEM model in which an initial layout is developed by a plurality of pitches is created as a three-dimensional FEM model.

次のステップS14では、上記で得られた初期レイアウトのタイヤFEMモデルを用いて構造解析を実施する。構造解析は、FEMモデルに対し、タイヤ内圧、荷重、路面との摩擦係数、トレッドパターンを構成するゴム材料物性等の解析条件を付与して、演算することにより行われ、タイヤトレッドパターンにおける接地面の各要素について、評価指標を算出する。このような構造解析は、汎用プログラム言語(フォートランなど)を用いて、独自のプログラムを作成し、実行することが可能であり、また、市販のFEM解析ソフトウェアを利用することも可能である。市販のソフトウェアとしては、ABAQUS Inc.社製の「ABAQUS」、エムエスシーソフトウェア株式会社製の「MARC」などが挙げられる。   In the next step S14, structural analysis is performed using the tire FEM model of the initial layout obtained above. The structural analysis is performed by giving the FEM model analysis conditions such as tire internal pressure, load, coefficient of friction with the road surface, physical properties of the rubber material constituting the tread pattern, etc., and calculating the ground contact surface in the tire tread pattern An evaluation index is calculated for each element. Such a structural analysis can be performed by creating a unique program using a general-purpose programming language (Fortran, etc.), and commercially available FEM analysis software can also be used. Commercially available software includes ABAQUS Inc. “ABAQUS” manufactured by the company, “MARC” manufactured by MSC Software Co., Ltd., and the like.

上記評価指標とは、接地面の各要素について算出される物理量であって、タイヤ性能としての上記目的関数を算出する際の基礎となる物理量である。評価指標としては、例えば、応力、ひずみ、ひずみエネルギー、接地圧力、接地圧分散、摩擦エネルギー、路面のすべり速度および変位などが挙げられる。   The evaluation index is a physical quantity calculated for each element of the contact surface, and is a physical quantity serving as a basis for calculating the objective function as tire performance. Examples of the evaluation index include stress, strain, strain energy, ground pressure, ground pressure dispersion, friction energy, road slip speed, and displacement.

次のステップS16では、上記で算出した評価指標を対応する要素毎に1ピッチ単位に集約し、集約した評価指標の大小によってこれらの要素をクラス分けする。 In the next step S16, the evaluation index calculated above is aggregated in units of one pitch for each corresponding element, and these elements are classified according to the size of the aggregated evaluation index .

評価指標を1ピッチ単位に集約する方法について、図3,4に基づき説明する。図3に示すように、5ピッチ分周期的に配置した場合において、各ピッチの対応する要素の評価指標の関数は次のように表される。 A method for consolidating evaluation indexes in units of one pitch will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, in the case where the pitches are periodically arranged for five pitches, the function of the evaluation index of the element corresponding to each pitch is expressed as follows.

・第1ピッチ:F(i,j,1)
・第2ピッチ:F(i,j,2)
・第3ピッチ:F(i,j,3)
・第4ピッチ:F(i,j,4)
・第5ピッチ:F(i,j,5)
そのため、これらの評価指標を、図4に示すように1ピッチ単位に集約した場合、該1ピッチ単位のレイアウトにおける任意の要素の評価指標、即ち集約した評価指標の関数A(i,j)は、下記式(1)により表される。

Figure 0005236301
First pitch: F (i, j, 1)
Second pitch: F (i, j, 2)
Third pitch: F (i, j, 3)
-Fourth pitch: F (i, j, 4)
・ Fifth pitch: F (i, j, 5)
Therefore, when these evaluation indexes are aggregated in units of one pitch as shown in FIG. 4, the evaluation indexes of arbitrary elements in the layout in units of one pitch, that is, the function A (i, j) of the aggregated evaluation indexes is Is represented by the following formula (1).
Figure 0005236301

なお、1ピッチ単位に集約する場合、このように平均値を求めてもよく、あるいはまた単に合計値を求めてもよい。   In addition, when collecting in 1 pitch unit, you may obtain | require an average value in this way, or you may obtain | require only a total value.

このようにして集約した評価指標に基づいて1ピッチ単位のレイアウトに含まれる要素をクラス分けする。詳細には、評価指標の大きさを複数のレベルに分割してクラス分けする。例えば、評価指標の最小値と最大値の間を10等分して10個のレベルを設定し、全ての要素をそれぞれ対応するレベルに割り付けることで、10クラスに分類する。なお、クラスの設定は、このように等間隔でもよく、また不等間隔でもよい。 The elements included in the layout of one pitch unit are classified into classes based on the evaluation indexes collected in this way. Specifically, the size of the evaluation index is divided into a plurality of levels and classified. For example, 10 levels are set by dividing the minimum value and the maximum value of the evaluation index into 10 equal parts, and all the elements are assigned to the corresponding levels, thereby classifying into 10 classes. Note that the class may be set at regular intervals as described above, or at irregular intervals.

次のステップS18では、除去対象要素の属するクラスを決定する。かかる除去対象クラスの決定は、各クラスの評価指標の大きさのレベルに従ってなされる。 In the next step S18, the class to which the removal target element belongs is determined. Such a removal target class is determined according to the level of the evaluation index of each class.

すなわち、評価指標が接地圧分散(即ち、平均接地圧に対する該要素の接地圧の差の二乗)である場合のように、評価指標が大きいものを除去対象とする場合、評価指標の大きい側の複数のクラスを除去対象クラスとして決定する。逆に、評価指標が小さいものを除去対象とする場合(例えば、トレッド部の撓みを大きくするパターンを設計したい場合、各要素の変位において変位の小さい要素を除去する。)、評価指標の小さい側の複数のクラスを除去対象クラスとして決定する。詳細には、次式(2)に基づいて除去対象クラスを決定することができる。 That is, the evaluation index ground contact pressure distribution (i.e., relative to the average ground contact pressure squared differences of the ground pressure of the element) as in the case where, when subject to removal evaluation index is large, the large end of the evaluation index Multiple classes are determined as classes to be removed. On the other hand, when an object with a small evaluation index is to be removed (for example, when designing a pattern that increases the deflection of the tread portion, an element with a small displacement is removed in the displacement of each element), the side with a small evaluation index Are determined as classes to be removed. Specifically, the removal target class can be determined based on the following equation (2).

cβ=βNcμ …(2)
式中、Ncβは、除去対象要素の属するクラス番号の上限、Ncμは、評価指標の平均値を持つ要素の属するクラス番号、βは除去係数である。式(2)で求められたNcβ以下のクラス番号に属する要素を除去対象とする。ここで、クラス番号は、評価指標が大きいものを除去対象とする場合、評価指標が大きいものから順番に小さなクラス番号を割り当て、評価指標が小さいものを除去対象とする場合、評価指標が小さいものから順番に小さなクラス番号を割り当てる。除去係数βは、予め定められた値を用いてもよく、あるいはまた、上記非特許文献1に記載されているように、α−カット値及び付加係数γとともに、これらのパラメータを遺伝子として染色体にコーディングする遺伝的アルゴリズムなどの最適化計算により求めてもよい。ここで、付加係数γは、上記非特許文献1に記載されているように、下記式(3)により定義される係数である。
N = βN (2)
In the equation, N is the upper limit of the class number to which the removal target element belongs, N is the class number to which the element having the average value of the evaluation index belongs, and β is the removal coefficient. An element belonging to a class number equal to or less than N obtained by Expression (2) is a removal target. Here, when class numbers with a large evaluation index are to be removed, a small class number is assigned in order from a large evaluation index, and those with a small evaluation index are to be removed, with a small evaluation index. Assign small class numbers in order. As the removal coefficient β, a predetermined value may be used. Alternatively, as described in Non-Patent Document 1 above, together with the α-cut value and the additional coefficient γ, these parameters are used as genes for chromosomes. You may obtain | require by optimization calculation, such as the genetic algorithm to code. Here, as described in Non-Patent Document 1, the additional coefficient γ is a coefficient defined by the following equation (3).

pγ=γNps …(3)
式中、Npγは付加する要素数、Npsは累積除去要素数である。後記のステップS22〜S26でボイド比に基づいて復活する要素を決定する代わりに、除去した要素を除去した順番にその除去履歴を記憶しておき、式(3)で求められたNpγ以降の順番の要素を全て復活するようにしてもよい。
N = γN ps (3)
In the formula, N is the number of elements to be added, and N ps is the number of cumulative removal elements. Instead of determining the elements to be restored based on the void ratio in steps S22 to S26 described later, the removal history is stored in the order in which the removed elements are removed, and after N obtained by the equation (3) You may make it restore all the elements of order.

次のステップS20では、上記ステップS18で決定した各除去対象クラスの中から除去する要素を選定し、選定した要素をレイアウトから除去する。除去要素は、除去対象クラスからあいまいに摘出されることが好ましい。あいまいに摘出するためには、上記非特許文献1に記載されているように、ファジイc−means法を用いてメンバーシップ関数を作成し、ファジイ分割を行う。該メンバーシップ関数は、除去対象クラス中の要素を、α−カット値により除去対象要素と非除去対象要素に分けるものであり、α−カット値αを求めることで除去要素が選定される。   In the next step S20, an element to be removed is selected from each removal target class determined in step S18, and the selected element is removed from the layout. It is preferable that the removal element is ambiguously extracted from the class to be removed. In order to extract it ambiguously, as described in Non-Patent Document 1, a membership function is created using the fuzzy c-means method, and fuzzy division is performed. The membership function divides the elements in the removal target class into removal target elements and non-removal target elements based on the α-cut value, and the removal element is selected by obtaining the α-cut value α.

このように、本ECAT法では、除去対象クラスとして複数のクラスを決定し、各除去対象クラスの中からファジイ分割により除去要素を選定することにしている。そのため、評価指標が大きいものを除去対象とする場合に、単に評価指標の大きい側のクラスからそのクラス全体の要素を除去する場合に比べて、局所的解に陥ることを回避してよりよい最適解を得ることができる。 Thus, in this ECAT method, a plurality of classes are determined as removal target classes, and removal elements are selected from each removal target class by fuzzy division. Therefore, when an object with a large evaluation index is to be removed, it is better to avoid falling into a local solution than simply removing the elements of the entire class from the class with the larger evaluation index. A solution can be obtained.

このようにして要素を除去した後、トレッドパターンのボイド比についての制約条件に基づいて除去した要素の中から復活(即ち、付加)する要素を決定する。詳細には、まず、ステップS22において、要素を除去した後のレイアウトのボイド比を計算する。ここで、ボイド比とは、トレッドパターンの1ピッチ単位の全面積に対する溝部(非接地部)の面積の比であり、通常、0.25〜0.45の範囲内で制約条件としてのボイド比の上限が定められる。   After removing the elements in this way, the elements to be restored (ie, added) are determined from the removed elements based on the constraint condition on the void ratio of the tread pattern. Specifically, first, in step S22, the void ratio of the layout after removing the elements is calculated. Here, the void ratio is the ratio of the area of the groove (non-grounding portion) to the total area of one pitch unit of the tread pattern, and is usually a void ratio as a constraint within a range of 0.25 to 0.45. An upper limit is set.

次いで、ステップS24において、計算により得られたボイド比が上記制約条件を満たすかどうか判定する。そして、制約条件を満たさない場合、即ち算出されたボイド比が予め定められたボイド比の上限を超える場合、ステップS26において、不足分の要素を補うように、除去した要素を復活する。すなわち、ステップS20で選定した除去要素の中から、ボイド比の制約条件を満足するように必要数の要素を復活させる。ステップS20で除去された要素については評価指標が記憶されているので、レイアウトに残る可能性の高い要素から順番に、すなわち、評価指標が大きいものを除去対象とする場合、評価指標の小さい要素から、また、評価指標が小さいものを除去対象とする場合、評価指標の大きい要素から、復活させる。   Next, in step S24, it is determined whether the void ratio obtained by the calculation satisfies the above constraint conditions. When the constraint condition is not satisfied, that is, when the calculated void ratio exceeds the predetermined upper limit of the void ratio, the removed element is restored to compensate for the deficient element in step S26. That is, a necessary number of elements are restored from the removal elements selected in step S20 so that the void ratio constraint is satisfied. Since the evaluation index is stored for the elements removed in step S20, in order from the element that has a high possibility of remaining in the layout, that is, when an element with a large evaluation index is to be removed, the element with a small evaluation index is selected. In addition, when an object with a small evaluation index is to be removed, it is restored from an element with a large evaluation index.

ステップS24において制約条件を満たす場合、ステップS28に進み、上記ステップで要素を除去及び復活することにより得られた現世代のレイアウトを確定する。   When the constraint condition is satisfied in step S24, the process proceeds to step S28, and the layout of the current generation obtained by removing and restoring the element in the above step is determined.

そして、ステップS30において、現世代のレイアウトのタイヤFEMモデルを作成する。その際、現世代のレイアウトの1ピッチ単位をタイヤ周方向に複数ピッチ展開したタイヤについてタイヤ全周でのFEMモデルを作成する。ここで、現世代のレイアウトの1ピッチ単位の意匠をピッチ展開する方法について、図5,6に基づき説明する。   In step S30, a tire FEM model of the current generation layout is created. At that time, an FEM model for the entire circumference of the tire is created for a tire in which one pitch unit of the current generation layout is developed in a plurality of pitches in the tire circumferential direction. Here, a method for pitch-developing a design in units of one pitch in the layout of the current generation will be described with reference to FIGS.

図5は、トレッドの全幅についてのタイヤトレッドパターンの1ピッチ単位の意匠を示したものであり、符号2が主溝、符号3が横溝、符号4の黒塗りの部分が陸部、をそれぞれ示す。また、Xがタイヤ周方向、Yがタイヤ幅方向である。この1ピッチ単位の意匠を、図6に示すように、タイヤ周方向Xに所定ピッチの数だけ周期的に配置する。図6の例では、第1ピッチから第5ピッチまでの5ピッチ分周期的に配置している。   FIG. 5 shows a design of one pitch unit of the tire tread pattern for the entire width of the tread. Reference numeral 2 indicates a main groove, reference numeral 3 indicates a lateral groove, and reference numeral 4 indicates a land portion. . X is the tire circumferential direction and Y is the tire width direction. As shown in FIG. 6, the design in units of one pitch is periodically arranged in the tire circumferential direction X by the number of a predetermined pitch. In the example of FIG. 6, they are periodically arranged for five pitches from the first pitch to the fifth pitch.

次いで、ステップS32において、得られた現世代のレイアウトのFEMモデルを用い、上記ステップS14と同様に、構造解析を実施し、タイヤトレッドパターンにおける接地面の各要素について、評価指標を算出する。   Next, in step S32, using the obtained FEM model of the current generation layout, structural analysis is performed in the same manner as in step S14, and an evaluation index is calculated for each element of the ground contact surface in the tire tread pattern.

そして、ステップS34で、目的関数の収束性を判定する。目的関数は上記構造解析により求めた評価指標から算出される。例えば、目的関数がタイヤの接地圧分散である場合、評価指標である各要素の接地圧分散から算出される。   In step S34, the convergence of the objective function is determined. The objective function is calculated from the evaluation index obtained by the structural analysis. For example, when the objective function is tire contact pressure dispersion, it is calculated from the contact pressure dispersion of each element as an evaluation index.

収束性の判定は、例えば、1つ前の世代のレイアウトでの目的関数の値と、現世代のレイアウトでの目的関数との差が、所定値よりも小さいかどうかで行う。あるいはまた、現世代のレイアウトでの目的関数が、初期レイアウトでの目的関数の値に比べて、所定の値以上又は以下になったかどうかで判定することもできる。   The determination of convergence is made, for example, based on whether or not the difference between the value of the objective function in the previous generation layout and the objective function in the current generation layout is smaller than a predetermined value. Alternatively, the determination can be made based on whether the objective function in the current generation layout is greater than or equal to a predetermined value compared to the value of the objective function in the initial layout.

かかる判定により目的関数が収束していないと判定したときには、レイアウトを現世代のレイアウトに更新して、ステップS16に戻る。すなわち、現世代のレイアウトを初期値として、次のステップS16にて要素のクラス分けを行い、ステップS18以下に進み、目的関数が収束するまで、ステップS16〜S34を繰り返す。   If it is determined by this determination that the objective function has not converged, the layout is updated to the current generation layout, and the process returns to step S16. That is, using the current generation layout as an initial value, the elements are classified in the next step S16, the process proceeds to step S18 and the subsequent steps, and steps S16 to S34 are repeated until the objective function converges.

そして、ステップS34において目的関数が収束したと判定したときには、そのときの現世代のレイアウトを最適解に決定し(ステップS36)、該最適解に基づいてトレッドパターンを決定する(ステップS38)。   If it is determined in step S34 that the objective function has converged, the layout of the current generation at that time is determined as an optimal solution (step S36), and a tread pattern is determined based on the optimal solution (step S38).

このようにしてトレッドパターンを設計したタイヤは、常法に従い、加硫成形することで、実際の空気入りタイヤとして製造することができ、これにより、上記目的関数に係るタイヤ性能が改善された空気入りタイヤが得られる。   The tire with the tread pattern designed in this way can be manufactured as an actual pneumatic tire by vulcanization molding according to a conventional method, and thereby the air performance with improved tire performance according to the objective function is improved. An inset tire is obtained.

本実施形態であると、タイヤトレッドパターンの意匠の最適化にECAT法を用いたことにより、局所的最適解に陥ることなく、大域的な最適解が得られ、タイヤ性能を向上することができる。また、従来の遺伝的アルゴリズムを用いる場合と比べて、計算負荷が小さいので、タイヤトレッドパターンの意匠を効率的に設計することができる。   In this embodiment, by using the ECAT method for the optimization of the design of the tire tread pattern, a global optimum solution can be obtained without falling into the local optimum solution, and the tire performance can be improved. . In addition, since the calculation load is small compared to the case of using a conventional genetic algorithm, the design of the tire tread pattern can be efficiently designed.

本実施形態であると、FEMモデルを用いた構造解析及び目的関数の収束性判定では、レイアウトの1ピッチ単位を複数ピッチ展開したものを用いる一方、ECAT法による要素の除去及び復活のプロセスでは、これらを1ピッチ単位に集約した値を用いている。そのため、タイヤトレッドパターンの設計においてより実情に即した最適化を行うことができ、また、ピッチ間で異なる意匠に設計される不具合を回避することができる。   In the present embodiment, in the structural analysis using the FEM model and the convergence determination of the objective function, one obtained by developing a plurality of pitch units of the layout is used, while in the process of removing and restoring elements by the ECAT method, A value obtained by collecting these in units of one pitch is used. Therefore, optimization in accordance with the actual situation can be performed in the design of the tire tread pattern, and inconveniences designed in different designs between pitches can be avoided.

図7は、第2の実施形態に係るタイヤの設計方法の流れを示すフローチャートである。この実施形態では、初期レイアウトのタイヤトレッドパターンが周方向溝とともに横溝を備えている。タイヤトレッドパターンの意匠を設計する場合、ある程度、意匠としての設計制約が課せられる場合がある。例えば、図5に示すように、トレッドパターンとして、主溝2と横溝3を持つ意匠の大まかな設計が指定されている場合があり、その場合、この指定されたトレッドパターンを初期レイアウトとして最適化を実施する。   FIG. 7 is a flowchart showing a flow of a tire designing method according to the second embodiment. In this embodiment, the tire tread pattern of the initial layout includes a lateral groove as well as a circumferential groove. When designing a design of a tire tread pattern, design constraints as a design may be imposed to some extent. For example, as shown in FIG. 5, a rough design of a design having a main groove 2 and a lateral groove 3 may be designated as a tread pattern. In this case, the designated tread pattern is optimized as an initial layout. To implement.

本実施形態では、上記の指定されたトレッドパターンを初期レイアウトとして、該初期レイアウトを持つタイヤFEMモデルを構造解析するために、当該タイヤFEMモデルを、主溝のみを持つタイヤのFEMモデルから自動生成させる。詳細には、次のステップにより実現する。   In the present embodiment, the tire FEM model having the initial layout is automatically generated from the FEM model of the tire having only the main groove in order to analyze the structure of the tire FEM model having the initial layout using the specified tread pattern as an initial layout. Let Specifically, this is realized by the following steps.

ステップS10で初期レイアウトを決定した後、ステップS40において、第1の実施形態のステップS12と同様に、主溝のみを持つタイヤのFEMモデルを作成する。すなわち、図2に示す二次元のFEMモデルをタイヤ全周にスイープさせて三次元FEMモデルを生成する。   After the initial layout is determined in step S10, a tire FEM model having only main grooves is created in step S40, as in step S12 of the first embodiment. That is, the two-dimensional FEM model shown in FIG. 2 is swept around the entire tire to generate a three-dimensional FEM model.

次いで、ステップS42において、上記初期レイアウトのトレッドパターンに関するインプットデータを作成する。詳細には、上記の指定されたトレッドパターンを表す各図形の座標データを作成し、入力する。   In step S42, input data relating to the tread pattern of the initial layout is created. Specifically, the coordinate data of each figure representing the specified tread pattern is created and input.

そして、ステップS44において、主溝のみを持つタイヤのFEMモデルから上記の指定された初期レイアウトのタイヤトレッドパターンを持つタイヤのFEMモデルを作成するために、上記インプットデータを用いてマッピングアルゴリズムを実施する。マッピングアルゴリズムは、トレッドパターンの1ピッチ単位の意匠について実施する。   In step S44, a mapping algorithm is performed using the input data in order to create a tire FEM model having the tire tread pattern of the designated initial layout from the tire FEM model having only the main groove. . The mapping algorithm is performed for a design in units of one pitch of the tread pattern.

マッピングアルゴリズムによるプロセスについて説明する。図8は、初期レイアウトの意匠の1つである閉図形(m角形)P−P−…−P−Pi+1−…−Pと、FEMモデルとの関係を示したものであり、点線により有限要素を示している。ここでまず、有限要素Aを構成する節点の一つNについて考える。始めに、NベクトルとNi+1ベクトルの外積を求め、外積のz成分の正負を調べる。同時に、NベクトルとNi+1ベクトルのなす角θ(<180°)を求める。これをi=1〜mのそれぞれについて行う。次に、下記式(4)を計算し、|θtotal|>180°のとき、Nが閉図形の中にあると判定し、|θtotal|≦180°のとき、Nが閉図形の外にあると判定する。

Figure 0005236301
The process by the mapping algorithm will be described. 8, which is one closed drawing of the initial layout design (m square) P 1 -P 2 - ... -P i -P i + 1 - ... and -P m, shows a relationship between the FEM model The finite element is indicated by a dotted line. Here, first, considered one N 1 of nodes composing the finite element A. First, the outer product of the N 1 P i vector and the N 1 P i + 1 vector is obtained, and the positive / negative of the z component of the outer product is examined. At the same time, an angle θ i (<180 °) formed by the N 1 P i vector and the N 1 P i + 1 vector is obtained. This is performed for each of i = 1 to m. Then, the following equation (4) is calculated, | theta total | when> 180 °, determines that N 1 is in the closed figure, | theta total | time ≦ 180 °, N 1 is closed figures It is determined that it is outside.
Figure 0005236301

(式中、εiは、外積のz成分が正の場合は+1、外積のz成分が負の場合は−1)
このような関係の確認を、節点N,N,Nについても同様に行い、1つの要素を構成する全節点が全て閉図形の内部にあるときに限りその要素は閉図形に属していると判定する。
(Where ε i is +1 if the z component of the outer product is positive and -1 if the z component of the outer product is negative)
Confirmation of such a relationship is similarly performed for the nodes N 2 , N 3 , and N 4 , and the element belongs to the closed figure only when all the nodes constituting one element are all inside the closed figure. It is determined that

また、図9(a)に示すような多角形の閉図形について、以下のマッピングプロセスを実施することもできる。図9(a)は、初期レイアウトの意匠の1つである閉図形として、多角形P1−P2−P3−P4−P5を示している。ここで、例えば有限要素Aを構成する節点n1について、多角形を構成している1つの辺を表すベクトルP1P2と、n1を通りベクトルP1P2に対する法線ベクトルとの外積を求め、外積の第3成分(z成分)の符号により、節点n1とベクトルP1P2との位置関係が分かる。このような関係の確認をn1に対し、各辺を構成する全てのベクトルに対して求める。これを節点n2、n3及びn4についても同様に確認し、1つの要素を構成する節点が全て閉図形の内部にあるか否かを判定する。図9(b)は、閉図形内に属さない有限要素Bの例を示している。   Moreover, the following mapping process can also be implemented about the polygonal closed figure as shown to Fig.9 (a). FIG. 9A shows a polygon P1-P2-P3-P4-P5 as a closed figure which is one of the designs of the initial layout. Here, for example, for the node n1 constituting the finite element A, the outer product of the vector P1P2 representing one side constituting the polygon and the normal vector passing through n1 and the vector P1P2 is obtained, and the third component of the outer product is obtained. The positional relationship between the node n1 and the vector P1P2 can be understood from the sign of (z component). The confirmation of such a relationship is obtained for all vectors constituting each side for n1. This is similarly confirmed for the nodes n2, n3 and n4, and it is determined whether or not all the nodes constituting one element are inside the closed figure. FIG. 9B shows an example of the finite element B that does not belong to the closed figure.

このようにして、トレッドパターンの1ピッチ単位分の全ての有限要素について初期レイアウトの意匠との関係を求めて1ピッチ単位のトレッドパターンのFEMモデルを作成し、これを所定ピッチの分だけ周方向に配置することで、上記の指定されたトレッドパターンからなる初期レイアウトのタイヤFEMモデルが作成される(ステップS46)。その後は、第1の実施形態と同様、ステップS14以下の各ステップを実施することにより、タイヤトレッドパターンを最適化することができる。   In this manner, the FEM model of the tread pattern in one pitch unit is created by obtaining the relationship with the design of the initial layout for all the finite elements for one pitch unit of the tread pattern, and this is generated in the circumferential direction by the predetermined pitch. The tire FEM model of the initial layout which consists of said designated tread pattern is produced by arrange | positioning in (step S46). Thereafter, as in the first embodiment, the tire tread pattern can be optimized by performing the steps after step S14.

本実施形態によれば、タイヤトレッドパターンに意匠としての設計制約が課せられる場合でも、初期レイアウトとして定義したい意匠に解析モデルを自動生成させることができる。そのため、設計制約が課されている場合にも、効率的にトレッドパターンを設計することができる。   According to this embodiment, even when a design constraint as a design is imposed on the tire tread pattern, an analysis model can be automatically generated for the design that is desired to be defined as the initial layout. Therefore, even when design restrictions are imposed, a tread pattern can be designed efficiently.

以下、上記実施形態に係る最適化手法を用いたタイヤトレッドパターンの最適化の実施例について説明する。   Hereinafter, an example of optimization of a tire tread pattern using the optimization method according to the embodiment will be described.

この実施例では、タイヤサイズを225/45R17とし、構造解析における条件を、空気圧:220kPa、使用リム:17×7.5JJ、荷重:5782N、路面との摩擦の関係はスリップ条件とした。目的関数は、タイヤの接地圧分散とし、該接地圧分散を最小化する最適化問題を定義した。また、評価指標は各要素の接地圧分散とした。   In this example, the tire size was 225 / 45R17, the conditions in the structural analysis were air pressure: 220 kPa, rim used: 17 × 7.5JJ, load: 5782N, and the frictional relationship with the road surface was the slip condition. The objective function is the tire contact pressure distribution, and an optimization problem that minimizes the contact pressure distribution is defined. The evaluation index was the contact pressure dispersion of each element.

実施例1は、上記第1の実施形態に相当するものであり、初期値として主溝のみのトレッドパターンからトレッドパターン最適化を実施した。初期レイアウトは図10(a)に示す通りであり(但し、同図は周方向に5ピッチ分展開した接地形状を示す。)、構造解析ではこれを周方向に5ピッチ分展開した。要素のクラス分けは20クラスとし、除去係数β=0.8、α−カット値α=0.95とした。また、ボイド比の上限は0.35とした。最適化された最終レイアウトは、図10(b)に示す通りであった(但し、同図は周方向に5ピッチ分展開した接地形状を示す。)。   Example 1 corresponds to the first embodiment, and the tread pattern optimization was performed from the tread pattern of only the main groove as an initial value. The initial layout is as shown in FIG. 10A (however, this figure shows the ground contact shape developed by 5 pitches in the circumferential direction), and this was developed by 5 pitches in the circumferential direction in the structural analysis. The element classification was 20 classes, the removal coefficient β = 0.8, and α-cut value α = 0.95. The upper limit of the void ratio was 0.35. The optimized final layout was as shown in FIG. 10B (however, this figure shows the ground contact shape developed by 5 pitches in the circumferential direction).

実施例2は、上記第2の実施形態に相当するものであり、初期値として指定されたトレッドパターンからのトレッドパターン最適化を実施した。初期レイアウトは図11(a)に示す通りであり(但し、同図は周方向に5ピッチ分展開した接地形状を示す。)、構造解析ではこれを周方向に5ピッチ分展開した。要素のクラス分けは20クラスとし、除去係数β=0.8、α−カット値α=0.95とした。また、ボイド比の上限は0.35とした。最適化された最終レイアウトは、図11(b)に示す通りであった(但し、同図は周方向に5ピッチ分展開した接地形状を示す。)。   Example 2 corresponds to the second embodiment, and tread pattern optimization from a tread pattern designated as an initial value was performed. The initial layout is as shown in FIG. 11A (however, this figure shows the ground contact shape developed by 5 pitches in the circumferential direction), and this was developed by 5 pitches in the circumferential direction in the structural analysis. The element classification was 20 classes, the removal coefficient β = 0.8, and α-cut value α = 0.95. The upper limit of the void ratio was 0.35. The optimized final layout was as shown in FIG. 11B (however, this figure shows the ground contact shape developed by 5 pitches in the circumferential direction).

比較のために、比較例1として、従来の設計→構造解析→再設計の繰り返しによる試行錯誤による設計方法を実施した。また、比較例2として、初期値に主溝のみのトレッドパターンを用いて該トレッドパターンから遺伝的アルゴリズムを用いて最適解を求める設計方法を実施した。   For comparison, as Comparative Example 1, a design method by trial and error by repeating conventional design → structural analysis → redesign was performed. Further, as a comparative example 2, a design method for obtaining an optimal solution from the tread pattern using a genetic algorithm using a tread pattern of only the main groove as an initial value was performed.

そして、実施例1,2及び比較例1,2について、最適化に要した計算コストを下記表1に示すとともに、コントロールタイヤとしての従来タイヤに対する目的関数(接地圧分散)の改良効果を下記表1に示した。   The calculation costs required for optimization for Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below, and the effect of improving the objective function (ground pressure dispersion) for the conventional tire as a control tire is shown in Table 1 below. It was shown in 1.

目的関数の改良効果については、構造解析による解析値と、実際にタイヤを作製して計測したときの実測値について、従来タイヤ(従来品)の接地圧分散の解析値と実測値をそれぞれ100とした指数で表示した。また、計算コストについては、比較例1で要した計算時間を100とした指数で表示した。数値が小さいほど計算時間が短く、計算コストに優れることを意味する。

Figure 0005236301
As for the improvement effect of the objective function, the analysis value of the contact pressure dispersion of the conventional tire (conventional product) and the actual measurement value are 100 and 100 respectively for the analysis value by the structural analysis and the actual measurement value when actually manufacturing and measuring the tire. The index was displayed. Further, the calculation cost is expressed as an index with the calculation time required in Comparative Example 1 as 100. The smaller the value, the shorter the calculation time, and the higher the calculation cost.
Figure 0005236301

表1に示すように、本発明に係る実施例の場合、従来タイヤに比べて接地圧分散が大幅に向上しており、また、比較例1や比較例2に対して計算時間が短かった。   As shown in Table 1, in the case of the example according to the present invention, the contact pressure dispersion was greatly improved as compared with the conventional tire, and the calculation time was shorter than that of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.

本発明は、空気入りラジアルタイヤ等の各種タイヤのトレッドパターンの設計に効果的に利用することができる。   The present invention can be effectively used for designing a tread pattern of various tires such as a pneumatic radial tire.

第1の実施形態に係るタイヤ設計方法の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the tire design method which concerns on 1st Embodiment. タイヤの有限要素モデルの一例を示すタイヤの半断面図。The half section view of the tire which shows an example of the finite element model of a tire. 5ピッチ展開した例において任意の要素の評価指標の関数を各ピッチにおいて評価する位置を示す図。The figure which shows the position which evaluates the function of the evaluation parameter | index of arbitrary elements in each pitch in the example developed 5 pitches. 任意の要素について各ピッチの評価指標の関数を1ピッチ単位に集約した評価指標の関数を評価する位置を示す図。The figure which shows the position which evaluates the function of the evaluation index which aggregated the function of the evaluation index of each pitch about arbitrary elements in 1 pitch unit. トレッドパターンの1ピッチ単位の意匠の一例を示す図。The figure which shows an example of the design of 1 pitch unit of a tread pattern. 1ピッチ単位の意匠を5ピッチ展開した例を示す図。The figure which shows the example which developed 5 pitches of designs of 1 pitch unit. 第2の実施形態に係るタイヤ設計方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the tire design method which concerns on 2nd Embodiment. マッピングプロセスにおける初期レイアウトのある閉図形と有限要素モデルとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the closed figure with an initial layout in a mapping process, and a finite element model. (a)はマッピングプロセスにおいてある有限要素が閉図形に属する例を示す図、(b)はある有限要素が閉図形に属さない例を示す図。(A) is a figure which shows the example in which a certain finite element belongs to a closed figure in a mapping process, (b) is a figure which shows the example in which a certain finite element does not belong to a closed figure. (a)実施例1における初期レイアウトの図、(b)実施例1にて最適化された最終レイアウトの図。(A) The figure of the initial layout in Example 1, (b) The figure of the final layout optimized in Example 1. FIG. (a)実施例2における初期レイアウトの図、(b)実施例2の最適化レイアウトの図。(A) The figure of the initial layout in Example 2, (b) The figure of the optimization layout of Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…トレッド、2…主溝(周方向溝)、3…横溝、4…陸部、   1 ... tread, 2 ... main groove (circumferential groove), 3 ... transverse groove, 4 ... land,

Claims (6)

(a)タイヤトレッドパターンの1ピッチ単位の初期レイアウトを定めるステップと、
(a’)タイヤ性能に関する目的関数を定めるステップと、
(b)初期レイアウトの1ピッチ単位をタイヤ周方向に複数ピッチ展開したタイヤについて有限要素モデルを作成するステップと、
(c)前記初期レイアウトの有限要素モデルを用いて構造解析により各要素について評価指標を算出するステップと、
(d)算出した評価指標を対応する要素毎に1ピッチ単位に集約し、集約した前記評価指標の大小によって前記要素をクラス分けして、除去対象要素の属する複数のクラスを決定し、決定した各クラスの中からファジイ分割により除去する要素を選定するステップと、
(e)前記で除去した要素の中から復活する要素を選定するステップと、
(f)前記ステップ(d)及び(e)における要素の除去と復活により現世代のレイアウトを得て、該レイアウトの1ピッチ単位をタイヤ周方向に複数ピッチ展開したタイヤの有限要素モデルを作成するステップと、
(g)前記現世代のレイアウトの有限要素モデルを用いて構造解析により各要素について評価指標を算出するステップと、
(h)算出した評価指標から目的関数の収束性を判定して、収束していないと判定したときにはレイアウトを前記現世代のレイアウトに更新して前記ステップ(d)に戻り、収束したと判定したときには前記現世代のレイアウトを最適解としてタイヤトレッドパターンを決定するステップと、
を含むタイヤの設計方法。
(A) defining an initial layout in units of one pitch of the tire tread pattern;
(A ′) determining an objective function related to tire performance;
(B) creating a finite element model for a tire in which one pitch unit of the initial layout is developed in a plurality of pitches in the tire circumferential direction;
(C) calculating an evaluation index for each element by structural analysis using the finite element model of the initial layout;
(D) The calculated evaluation index is aggregated in units of one pitch for each corresponding element, the elements are classified according to the size of the aggregated evaluation index, and a plurality of classes to which the removal target element belongs are determined and determined Selecting an element to be removed by fuzzy division from each class;
(E) selecting an element to be restored from among the elements removed above;
(F) The current generation layout is obtained by removing and reviving the elements in the steps (d) and (e), and a finite element model of the tire is created by developing a plurality of pitch units in the tire circumferential direction in the layout. Steps,
(G) calculating an evaluation index for each element by structural analysis using the finite element model of the current generation layout;
(H) The convergence of the objective function is determined from the calculated evaluation index . When it is determined that the target function has not converged, the layout is updated to the current generation layout and the process returns to step (d) to determine that the convergence has been achieved. Sometimes determining the tire tread pattern with the current generation layout as an optimal solution;
Tire design method including:
前記ステップ(e)において、トレッドパターンのボイド比についての制約条件に基づいて前記除去した要素の中から復活する要素を決定する、請求項1記載のタイヤの設計方法。   The tire design method according to claim 1, wherein in step (e), an element to be restored is determined from the removed elements based on a constraint condition on a void ratio of the tread pattern. 前記初期レイアウトのタイヤトレッドパターンが周方向溝のみを備えるものである請求項1又は2記載のタイヤの設計方法。   The tire design method according to claim 1 or 2, wherein the tire tread pattern of the initial layout includes only circumferential grooves. 前記初期レイアウトのタイヤトレッドパターンが周方向溝とともに横溝及び/又はブロックを備えるものであり、前記ステップ(b)において、トレッドに周方向溝のみを持つタイヤの有限要素モデルからマッピングアルゴリズムにより前記初期レイアウトのタイヤトレッドパターンを持つタイヤの有限要素モデルを作成する、請求項1又は2記載のタイヤの設計方法。   The tire tread pattern of the initial layout includes a lateral groove and / or a block together with a circumferential groove. In the step (b), the initial layout is performed by a mapping algorithm from a finite element model of a tire having only the circumferential groove on the tread. The tire design method according to claim 1, wherein a finite element model of a tire having a tire tread pattern is created. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法を用いてタイヤを設計し、製造することを特徴とするタイヤの製造方法。   A tire manufacturing method, wherein the tire is designed and manufactured using the method according to claim 1. コンピュータによってタイヤを設計するためのプログラムであって、
(a)タイヤトレッドパターンの1ピッチ単位の初期レイアウトを定めるステップと、
(a’)タイヤ性能に関する目的関数を定めるステップと、
(b)初期レイアウトの1ピッチ単位をタイヤ周方向に複数ピッチ展開したタイヤについて有限要素モデルを作成するステップと、
(c)前記初期レイアウトの有限要素モデルを用いて構造解析により各要素について評価指標を算出するステップと、
(d)算出した評価指標を対応する要素毎に1ピッチ単位に集約し、集約した前記評価指標の大小によって前記要素をクラス分けして、除去対象要素の属する複数のクラスを決定し、決定した各クラスの中からファジイ分割により除去する要素を選定するステップと、
(e)前記で除去した要素の中から復活する要素を選定するステップと、
(f)前記ステップ(d)及び(e)における要素の除去と復活により現世代のレイアウトを得て、該レイアウトの1ピッチ単位をタイヤ周方向に複数ピッチ展開したタイヤの有限要素モデルを作成するステップと、
(g)前記現世代のレイアウトの有限要素モデルを用いて構造解析により各要素について評価指標を算出するステップと、
(h)算出した評価指標から目的関数の収束性を判定して、収束していないと判定したときにはレイアウトを前記現世代のレイアウトに更新して前記ステップ(d)に戻り、収束したと判定したときには前記現世代のレイアウトを最適解としてタイヤトレッドパターンを決定するステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
A program for designing tires by a computer,
(A) defining an initial layout in units of one pitch of the tire tread pattern;
(A ′) determining an objective function related to tire performance;
(B) creating a finite element model for a tire in which one pitch unit of the initial layout is developed in a plurality of pitches in the tire circumferential direction;
(C) calculating an evaluation index for each element by structural analysis using the finite element model of the initial layout;
(D) The calculated evaluation index is aggregated in units of one pitch for each corresponding element, the elements are classified according to the size of the aggregated evaluation index, and a plurality of classes to which the removal target element belongs are determined and determined Selecting an element to be removed by fuzzy division from each class;
(E) selecting an element to be restored from among the elements removed above;
(F) The current generation layout is obtained by removing and reviving the elements in the steps (d) and (e), and a finite element model of the tire is created by developing a plurality of pitch units in the tire circumferential direction in the layout. Steps,
(G) calculating an evaluation index for each element by structural analysis using the finite element model of the current generation layout;
(H) The convergence of the objective function is determined from the calculated evaluation index . When it is determined that the target function has not converged, the layout is updated to the current generation layout and the process returns to step (d) to determine that the convergence has been achieved. Sometimes determining the tire tread pattern with the current generation layout as an optimal solution;
A program that causes a computer to execute.
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