JP5304093B2 - Method and apparatus for simulating tire rolling resistance - Google Patents
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Description
本発明は、転動中のタイヤの転がり抵抗を再現するタイヤのシミュレーション方法およびシミュレーション装置に関する。 The present invention relates to a tire simulation method and a simulation apparatus that reproduce the rolling resistance of a rolling tire.
車両の燃費を低減するために、タイヤの転がり抵抗を低減することが、タイヤ開発に強く求められ、タイヤの転がり抵抗の大小を評価するためにシミュレーションによりエネルギーロスを解析する方法が種々提案されている。 In order to reduce the fuel consumption of vehicles, reducing tire rolling resistance is strongly required for tire development, and various methods for analyzing energy loss by simulation have been proposed to evaluate the magnitude of tire rolling resistance. Yes.
例えば、下記特許文献１には、コンピュータを用いてタイヤのシミュレーションを行うタイヤのシミュレーション方法が記載されている。このシミュレーション方法では、路面モデルにタイヤのゴム部材を弾性体としてモデル化して、路面上を一定速度にてタイヤが転動する解析を行なう。これにより得られたタイヤの各ゴム要素に発生する歪波形から、上記ゴム材料の歪の振幅と周波数を求めた後、ゴム材料の粘弾性試験を上記求められた歪の振幅と周波数で実施して、上記ゴム材料の粘弾性率を算出し、この粘弾性率を用いてタイヤモデルを作成するとともに、このタイヤモデルを用いてタイヤ・ホイール組立体の数値解析モデルを作成して転動解析を行い転がり抵抗の値を求める。 For example, the following Patent Document 1 describes a tire simulation method in which a tire is simulated using a computer. In this simulation method, a tire rubber member is modeled as an elastic body in a road surface model, and an analysis is performed in which the tire rolls at a constant speed on the road surface. After obtaining the strain amplitude and frequency of the rubber material from the strain waveform generated in each rubber element of the tire obtained in this way, the viscoelasticity test of the rubber material is performed with the obtained strain amplitude and frequency. The viscoelastic modulus of the rubber material is calculated and a tire model is created using this viscoelastic modulus, and a numerical analysis model of the tire / wheel assembly is created using this tire model for rolling analysis. The value of rolling resistance is obtained.
このような引用文献１に記載の方法を用いてタイヤの転がり抵抗を精度良く求めることはできるが、タイヤのどの部分がどの程度転がり抵抗に寄与しているかを系統的に求めることはできない。
このため、転がり抵抗の低減のために、ゴム材料の変更や構造変更を効果的に行うための対策を迅速に行うことはできない、といった問題がある。
Although it is possible to accurately determine the rolling resistance of the tire using the method described in the cited document 1, it is not possible to systematically determine which part of the tire contributes to the rolling resistance.
For this reason, in order to reduce rolling resistance, there is a problem that measures for effectively changing the rubber material or changing the structure cannot be performed quickly.
そこで、本発明は、転動中のタイヤの転がり抵抗の値に対して、タイヤのどの部位がどの程度寄与しているかを、定量的かつ正確に知ることのできるタイヤの転がり抵抗のシミュレーション方法および装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a tire rolling resistance simulation method that can quantitatively and accurately know which part of a tire contributes to the value of rolling resistance of a rolling tire, and how much. An object is to provide an apparatus.
本発明は、タイヤを再現するタイヤモデルを用いた転動中のタイヤの転がり抵抗を、コンピュータを用いて計算するシミュレーション方法であって、前記コンピュータに実行させるステップとして、複数の要素で構成されるタイヤモデルと路面を再現する路面モデルとの間の摩擦係数の値と、タイヤモデルの各要素に、タイヤのゴム材料の弾性特性を表す弾性パラメータの値とを、タイヤモデルに付与することにより、転動中のタイヤモデルに作用する前後軸力を摩擦抵抗として求める第１のステップと、前記摩擦係数および前記弾性パラメータの値の付与の他に、前記タイヤモデルの複数の要素のうち、少なくとも１つの要素に、タイヤのゴム材料の粘性特性を表す粘性パラメータの値を付与することにより、転動中のタイヤモデルに作用する前後軸力を第１の転がり抵抗として求める計算処理を、前記粘性パラメータの値を付与する要素を変更しながら、繰り返し行う第２のステップと、前記計算処理を繰り返し行って得られた複数の第１の転がり抵抗の値から、前記摩擦抵抗の値を差し引くことにより、複数の部分転がり抵抗の値を求める第３のステップと、前記部分転がり抵抗の値を用いて、タイヤの各位置に応じた転がり抵抗の大きさを評価する第４のステップと、を有することを特徴とするタイヤの転がり抵抗のシミュレーション方法を提供する。 The present invention, the rolling resistance of tires in rolling using a tire model to reproduce the tire, a simulation method for calculating using a computer, as steps to be executed by the computer includes a plurality of elements By giving the tire model the value of the coefficient of friction between the tire model and the road surface model that reproduces the road surface, and the value of the elastic parameter representing the elastic characteristics of the rubber material of the tire to each element of the tire model, In addition to the first step of obtaining the longitudinal axial force acting on the rolling tire model as a frictional resistance, and providing the friction coefficient and the elastic parameter value, at least one of the plurality of elements of the tire model By applying a viscosity parameter value that represents the viscosity characteristics of the rubber material of the tire to one element, it acts on the tire model during rolling. A second step of repeatedly calculating the longitudinal axial force as the first rolling resistance while changing the element to which the value of the viscosity parameter is changed, and a plurality of values obtained by repeatedly performing the calculation processing A third step of obtaining a plurality of partial rolling resistance values by subtracting the frictional resistance value from the first rolling resistance value, and depending on each position of the tire using the partial rolling resistance value And a fourth step of evaluating the magnitude of the rolling resistance. A method for simulating rolling resistance of a tire is provided.
さらに、前記コンピュータに実行させるステップとして、前記摩擦係数の値の付与の他に、前記第２のステップにおいて前記粘性パラメータの値を繰り返し与える複数の要素の少なくとも一部を含む複数の要素に、前記弾性パラメータの値の他に前記粘性パラメータの値を付与して、転動中のタイヤモデルにかかる前後軸力を第２の転がり抵抗として求める第５のステップと、前記第２の転がり抵抗の値から前記摩擦抵抗の値を差し引くことにより、粘性に基づく第３の転がり抵抗の値を求める第６のステップと、を有し、前記第４のステップでは、前記第３の転がり抵抗の値に対する前記部分転がり抵抗の値の占める比率を求めて、タイヤの各位置に応じた転がり抵抗の寄与率を求めることが好ましい。 Further, as a step of causing the computer to execute, in addition to the provision of the friction coefficient value, a plurality of elements including at least a part of a plurality of elements that repeatedly give the viscosity parameter value in the second step, A fifth step of assigning the value of the viscosity parameter in addition to the value of the elastic parameter to obtain the longitudinal axial force applied to the rolling tire model as the second rolling resistance, and the value of the second rolling resistance Subtracting the value of the frictional resistance from the sixth step to obtain a third rolling resistance value based on the viscosity, and in the fourth step, the value corresponding to the third rolling resistance value is It is preferable to obtain the contribution ratio of the rolling resistance corresponding to each position of the tire by determining the ratio of the partial rolling resistance value.
その際、前記第２のステップにおける前記転動中のタイヤモデルの変形と、前記第５のステップにおけるタイヤモデルの転動中の変形とが、略同一となるように、計算が行われることが好ましい。その際、前記第２のステップにおいて用いる弾性パラメータの値は、前記タイヤモデルの変形が略一定となるように、前記第５のステップにおいて用いる弾性パラメータの値に対して異なるように調整されることが好ましい。
また、前記第５のステップは、前記第２のステップの前に行われ、前記第２のステップでは、前記第５のステップにおいて得られたタイヤモデルの節点の変位を、タイヤモデルの節点に与えることにより、前記第５のステップにおける前記転動中のタイヤモデルの変形と、前記第２のステップにおけるタイヤモデルの転動中の変形とを略同一にすることも同様に好ましい。
At this time, the calculation may be performed so that the deformation of the rolling tire model in the second step is substantially the same as the deformation of the tire model in the fifth step during rolling. preferable. At that time, the value of the elastic parameter used in the second step is adjusted to be different from the value of the elastic parameter used in the fifth step so that the deformation of the tire model becomes substantially constant. Is preferred.
The fifth step is performed before the second step. In the second step, the displacement of the node of the tire model obtained in the fifth step is given to the node of the tire model. Accordingly, it is also preferable that the deformation of the tire model during rolling in the fifth step is substantially the same as the deformation of the tire model during rolling in the second step.
さらに、本発明は、タイヤを再現するタイヤモデルを用いて、転動中のタイヤの転がり抵抗を計算するシミュレーション装置であって、複数の要素で構成されるタイヤモデルと路面を再現する路面モデルとの間の摩擦係数の値と、タイヤモデルの各要素に、タイヤのゴム材料の弾性特性を表す弾性パラメータの値とを、タイヤモデルに付与することにより、転動中のタイヤモデルに作用する前後軸力を摩擦抵抗として求める手段と、前記摩擦係数および前記弾性パラメータの値の付与の他に、前記タイヤモデルの複数の要素のうち、少なくとも１つの要素に、タイヤのゴム材料の粘性特性を表す粘性パラメータの値を付与することにより、転動中のタイヤモデルに作用する前後軸力を第１の転がり抵抗として求める計算処理を、前記粘性パラメータの値を付与する要素を変更しながら、繰り返し行う手段と、前記計算処理を繰り返し行って得られた複数の第１の転がり抵抗の値から、前記摩擦抵抗の値を差し引くことにより、複数の部分転がり抵抗の値を求める手段と、前記部分転がり抵抗を用いて、タイヤの各位置に応じた転がり抵抗の大きさを評価する手段と、を有することを特徴とするタイヤの転がり抵抗のシミュレーション装置を提供する。 Furthermore, the present invention is a simulation device for calculating the rolling resistance of a rolling tire using a tire model that reproduces a tire, and a tire model composed of a plurality of elements and a road surface model that reproduces a road surface, Before and after acting on the rolling tire model by assigning the tire model with the value of the coefficient of friction between the tire and the elastic parameter value representing the elastic characteristics of the tire rubber material for each element of the tire model. In addition to the means for obtaining axial force as frictional resistance, and the provision of the values of the friction coefficient and the elastic parameter, at least one of the plurality of elements of the tire model represents the viscosity characteristics of the tire rubber material. A calculation process for obtaining a longitudinal axial force acting on a rolling tire model as a first rolling resistance by assigning a value of the viscosity parameter is the viscosity parameter. By subtracting the value of the frictional resistance from the plurality of first rolling resistance values obtained by repeatedly performing the calculation process while changing the element to which the data value is added, A tire rolling resistance simulation comprising: means for obtaining a value of partial rolling resistance of the tire; and means for evaluating the magnitude of rolling resistance according to each position of the tire using the partial rolling resistance. Providing the device.
本発明では、タイヤモデルと路面モデルとの間に作用する摩擦抵抗を求め、この摩擦抵抗の値を、各注目する部位の要素に粘性パラメータを与えたときの転がり抵抗の値から差し引くことで、部分転がり抵抗を求めるので、タイヤのどの部位がどの程度、転がり抵抗に寄与しているかを、定量的かつ正確に知ることができる。
また、各部位の転がり抵抗を求めるとき、タイヤモデルを略同一の変形をさせることで、より正確に各部位の転がり抵抗の寄与率を求めることができる。
In the present invention, the frictional resistance acting between the tire model and the road surface model is obtained, and the value of this frictional resistance is subtracted from the value of the rolling resistance when the viscosity parameter is given to each element of interest, Since the partial rolling resistance is obtained, it is possible to know quantitatively and accurately which part of the tire contributes to the rolling resistance.
Moreover, when calculating | requiring the rolling resistance of each site | part, the contribution rate of the rolling resistance of each site | part can be calculated | required more correctly by making the tire model deform | transform substantially the same.
以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明のタイヤのシミュレーション方法およびシミュレーション装置を詳細に説明する。 Hereinafter, a tire simulation method and a simulation apparatus according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
図１は、本発明のタイヤのシミュレーション方法を実施する、本発明のシミュレーション装置の実施形態を示す図である。
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、タイヤモデルを用いたシミュレーションのためのシミュレーション条件として、タイヤモデルの各要素に与える基本となる材料パラメータや、タイヤ内圧、接地荷重、走行速度等の条件が定められるとともに、タイヤの各部位のうち、オペレータの注目するタイヤの部位と、その部位に与える材料パラメータの値の組が、内部変数に応じて変化するように内部変数が設定される。内部変数とは、後述する処理計算において処理計算の中で自動的に定まる変数をいう。例えば、各内部変数の開始からの解析時間を用い、シミュレーションにおける解析時間が一定の時間を過ぎると、内部変数が自動的に１繰り上がるように設定される。
シミュレーション装置１０は、タイヤを再現したタイヤモデル及び路面を再現した路面モデルを生成し、タイヤモデルに設定されたタイヤ内圧で内圧充填処理を施し、タイヤモデルが設定された接地荷重で路面モデルに接地する接地処理を施す。この後、タイヤモデルに設定された走行速度の転動処理を施して、転動中のタイヤモデルを作成し、さらに、転動中のタイヤモデルにおいて、内部変数を変化させることにより、各内部変数毎の転がり抵抗や摩擦抵抗を算出し、更にタイヤの各部位の転がり抵抗に対する寄与率を求める。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a simulation apparatus of the present invention that implements the tire simulation method of the present invention.
An outline of the simulation apparatus 10 shown in FIG. 1 is as follows. First, as simulation conditions for the simulation using the tire model, basic material parameters given to each element of the tire model, conditions such as tire internal pressure, contact load, traveling speed, etc. are determined, and each part of the tire is Among them, the internal variable is set so that the set of the tire part to which the operator pays attention and the value of the material parameter given to the part change according to the internal variable. The internal variable is a variable that is automatically determined in the process calculation in the process calculation described later. For example, the analysis time from the start of each internal variable is used, and when the analysis time in the simulation exceeds a certain time, the internal variable is set to be automatically incremented by one.
The simulation device 10 generates a tire model that reproduces the tire and a road surface model that reproduces the road surface, performs an internal pressure filling process with the tire internal pressure set in the tire model, and contacts the road model with the ground load set with the tire model Apply grounding treatment. After that, rolling processing of the running speed set in the tire model is performed to create a rolling tire model, and each internal variable is changed by changing the internal variables in the rolling tire model. The rolling resistance and the frictional resistance are calculated for each, and the contribution ratio of each part of the tire to the rolling resistance is obtained.
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すことにより、条件設定モジュール１８、モデル生成モジュール２０、シミュレーション演算モジュール２２、および転がり抵抗算出モジュール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 simulation apparatus 10 is configured by a computer including a CPU 12, a memory 14, and an input / output unit 16. An input operation system 26 such as a mouse and a keyboard and a display 28 are connected to the computer via an input / output unit 16.
By reading the program stored in the memory 14, each program module group of the condition setting module 18, the model generation module 20, the simulation calculation module 22, and the rolling resistance calculation module 24 is formed.
The CPU 12 controls and manages the operation of each program module, and is also a part that substantially calculates the processing contents of each program module.
条件設定モジュール１８は、有限要素法を用いてタイヤの転がり抵抗や摩擦抵抗を算出するときの、シミュレーション条件を設定する部分であり、シミュレーション条件には、タイヤモデルや路面モデルの構成や、タイヤ内圧、接地荷重、走行速度等の後述する内部変数によらない共通の条件が含まれる。また、シミュレーション条件には、後述するように有限要素法を用いてタイヤの転動状態を再現するとき、タイヤモデルに用いる材料パラメータ（弾性パラメータや粘性パラメータ）の値を設定する内容も含まれる。例えば、タイヤモデルに用いるためのタイヤの各部位の材料パラメータについて、その値の組が内部変数に応じて変化するように、複数の内部変数が設定される。このとき、タイヤの全ての部位を、内部変数に応じて材料パラメータが変更される対象部位とする必要はなく、例えば、ビード部を注目する部位の対象から除外し、内部変数に拠らない共通の条件が付与される部分としてもよい。すなわち、内部変数が変更されても、ビードに付与する弾性パラメータの値は常に一定値として設定されることになる。 The condition setting module 18 is a part for setting simulation conditions when calculating the rolling resistance and frictional resistance of the tire using the finite element method. The simulation conditions include the configuration of the tire model and the road surface model, and the tire internal pressure. , Common conditions that do not depend on internal variables, which will be described later, such as ground contact load and traveling speed, are included. In addition, the simulation conditions include contents for setting values of material parameters (elastic parameters and viscosity parameters) used for the tire model when the rolling state of the tire is reproduced using the finite element method as will be described later. For example, for a material parameter of each part of a tire for use in a tire model, a plurality of internal variables are set such that a set of values changes according to the internal variable. At this time, it is not necessary to make all the parts of the tire the target part whose material parameter is changed according to the internal variable. For example, the bead portion is excluded from the target part of interest and does not depend on the internal variable. It is good also as a part to which these conditions are provided. That is, even if the internal variable is changed, the value of the elastic parameter applied to the bead is always set as a constant value.
シミュレーション条件の設定内容は、入力操作系２６からのオペレータの指示に従って定められ、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。この記憶された内容は、シミュレーションを行うときに呼び出されて設定される。
本発明では、具体的には、内部変数０として、内部変数に応じて材料パラメータの値を変更する注目する全部位に該当する要素Ａ2〜Ａnに弾性パラメータの値のみを与える（粘性パラメータの値は０となる）ように条件が設定される。内部変数１として、注目する全部位に該当する要素Ａ2〜Ａnに弾性パラメータおよび粘性パラメータの値を与えるように条件が設定される。内部変数２として、一部分の注目する部位に該当する要素Ａ2に弾性パラメータの値と粘性パラメータの値を与え、これ以外の要素には、弾性パラメータの値しか与えない（粘性パラメータの値は０となる）ように条件が設定される。同様に、内部変数ｋ（ｋ＝３〜ｎの整数）として、一部分である注目する部位に該当する要素Ａｋに弾性パラメータの値と粘性パラメータの値を与え、これ以外の要素には、弾性パラメータの値しか与えない（粘性パラメータの値は０となる）ように条件が設定される。注目する部位は、タイヤを構成するトレッドキャップ部材、ベルト部材、サイド部材等、各タイヤ構成部材単位を注目する部位としてもよいし、タイヤ構成部材の一部分を注目する部位としてもよいし、複数のタイヤ構成部材間を跨ぐ部分を注目する部位としてもよい。
The setting contents of the simulation conditions are determined in accordance with an operator instruction from the input operation system 26 and are stored and held in the memory 14. The operator's instruction is given while looking at the input setting screen displayed on the display 28 by the operator. The stored contents are called and set when simulation is performed.
In the present invention, specifically, as an internal variable 0, give only values of all position the elastic applicable to the element A 2 to A n in the parameter of interest to change the value of material parameters according to the internal variable (viscosity parameter Is set to 0). As internal variables 1, conditions to provide the value of the elastic parameters and the viscosity parameter in the element A 2 to A n corresponding to all positions of interest is set. As the internal variable 2, the value of the elastic parameter and the value of the viscosity parameter are given to the element A 2 corresponding to a part of interest, and only the value of the elastic parameter is given to the other elements (the value of the viscosity parameter is 0). The conditions are set so that Similarly, as an internal variable k (k = 3 to n an integer), giving the values of the viscosity parameter of the elastic parameters to the element A k corresponding to the site of interest is a part, the other element, the elastic Conditions are set so that only parameter values are given (viscosity parameter values are 0). The site of interest may be a site of interest for each tire component unit such as a tread cap member, a belt member, a side member, etc. constituting the tire, or may be a site of interest for a part of the tire component member, It is good also as a site | part which pays attention to the part straddling between tire structural members.
モデル生成モジュール２０は、タイヤモデルを再現した複数の要素で構成された有限要素モデルを自動的に生成するとともに、タイヤモデルを接地するための路面モデルを自動的に生成する部分である。路面モデルとして例えば剛体平面モデルが生成される。ここで、タイヤモデルは、周知の通り、タイヤのトレッドキャップ部材、ベルト部材、カーカス部材、サイド部材、ビードフィラー部材、ビード部材及びインナーライナ部材等を複数の要素に分割して形成された３次元モデルである。図２には、有限要素モデルであるタイヤモデルＴと路面モデルＧの例を示している。図２に示すタイヤモデルＴは、六面体要素及び面要素を用いて構成され、要素数約５４０００、節点数約５９０００である。 The model generation module 20 is a part that automatically generates a finite element model composed of a plurality of elements that reproduce the tire model, and also automatically generates a road surface model for grounding the tire model. For example, a rigid plane model is generated as the road surface model. Here, as is well known, the tire model is a three-dimensional tire formed by dividing a tread cap member, a belt member, a carcass member, a side member, a bead filler member, a bead member, an inner liner member, and the like into a plurality of elements. It is a model. FIG. 2 shows an example of a tire model T and a road surface model G that are finite element models. The tire model T shown in FIG. 2 is composed of hexahedral elements and surface elements, and has about 54,000 elements and about 59000 nodes.
シミュレーション演算モジュール２２は、生成されたタイヤモデルに対して、タイヤ内圧の充填を再現した内圧充填処理を施し、生成されたタイヤモデルに対して、設定された接地荷重で路面モデルに接地させる接地処理を施し、さらに、接地処理の施されたタイヤモデルに対して転動処理を施す部分である。シミュレーション演算モジュール２２では、内部変数に応じて、タイヤの部材の材料パラメータ（弾性パラメータ、粘性パラメータ）の値を変化させてタイヤのそれぞれの転動状態を実現する。 The simulation calculation module 22 performs an internal pressure filling process that reproduces the filling of the tire internal pressure on the generated tire model, and causes the generated tire model to contact the road surface model with a set ground load. In addition, this is a part that performs a rolling process on the tire model subjected to the grounding process. The simulation calculation module 22 changes the value of the material parameter (elastic parameter, viscosity parameter) of the tire member in accordance with the internal variable to realize each rolling state of the tire.
転がり抵抗算出モジュール２４は、転動中のタイヤモデルの回転軸に作用する前後軸力を転がり抵抗あるいは摩擦抵抗として算出する部分である。ここで、前後軸力とは、タイヤモデルの回転軸に垂直な面と、タイヤモデルが接地する路面との交線に沿った方向の、タイヤモデルの回転軸に作用する軸力成分をいう。
転がり抵抗または摩擦抵抗は、タイヤの回転軸周りの回転トルクが０のときの回転軸に作用する前後軸力であるので、タイヤモデルに作用する回転トルクが略０になるようにする。例えば、タイヤモデルの回転軸を回転フリー状態とし、一定の解析時間の間に走行速度に対応する距離の分だけ、タイヤモデルを変位させる。あるいは、タイヤモデルの転動処理が、タイヤモデルに並進運動と回転運動を別々に与える処理である場合、タイヤモデルの回転運動を定める角速度が変化するように定め、この角速度を変えてタイヤモデルの回転軸に作用する回転トルクの値が略０となる角速度を探す。こうして回転トルクの値が略０のとき、タイヤモデルは自由転動状態を表しており、転がり抵抗モジュール２４はこのときのタイヤモデルのシミュレーション結果を、メモリ１４に記憶する。
回転トルクの値が略０となる角速度の探索は、例えば、角速度を順次変更するように設定することにより可能となる。
The rolling resistance calculation module 24 is a part that calculates the longitudinal axial force acting on the rotating shaft of the rolling tire model as rolling resistance or frictional resistance. Here, the front / rear axial force refers to an axial force component acting on the rotation axis of the tire model in a direction along an intersection line between a plane perpendicular to the rotation axis of the tire model and a road surface on which the tire model contacts the ground.
Since the rolling resistance or the frictional resistance is a longitudinal axial force acting on the rotating shaft when the rotating torque around the rotating shaft of the tire is zero, the rotating torque acting on the tire model is set to be substantially zero. For example, the rotation axis of the tire model is in a rotation-free state, and the tire model is displaced by a distance corresponding to the traveling speed during a certain analysis time. Alternatively, when the rolling process of the tire model is a process of separately giving a translational motion and a rotational motion to the tire model, the angular velocity that determines the rotational motion of the tire model is determined to change, and this angular velocity is changed to change the tire model The angular velocity at which the value of the rotational torque acting on the rotation shaft is substantially zero is searched. Thus, when the value of the rotational torque is approximately 0, the tire model represents a free rolling state, and the rolling resistance module 24 stores the simulation result of the tire model at this time in the memory 14.
The search for the angular velocity at which the value of the rotational torque is approximately 0 can be made by setting the angular velocity to be changed sequentially, for example.
転がり抵抗算出モジュール２４は、回転トルクの値が略０のとき、タイヤモデルに作用する前後軸力を転がり抵抗または摩擦抵抗として算出する。シミュレージョン演算モジュール２２では、上述したように複数の内部変数を用いてタイヤモデルの転動状態が複数再現されるため、転がり抵抗算出モジュール２４は、内部変数毎の転がり抵抗や摩擦抵抗の値を算出する。回転トルクの値が略０となる角速度を探索し、摩擦抵抗や転がり抵抗が算出されると、内部変数の値は１増加される。
また、上述した内部変数の設定例の場合、内部変数に応じて算出された各転がり抵抗の中から、内部変数ｋ（ｋは２〜ｎの整数）の転がり抵抗の値から内部変数０における摩擦抵抗の値を差し引いて得られる部分転がり抵抗を求め、これらの部分転がり抵抗の値を用いて、タイヤの各部位に応じた転がり抵抗の大きさを評価する。
さらに、内部変数１のときの転がり抵抗の値から内部変数０のときの摩擦抵抗の値を差し引いて得られる差分を、粘性に基づく転がり抵抗として求め、この粘性に基づく転がり抵抗の値を１００としたときの部分転がり抵抗の占める比率を用いて、タイヤの各位置に応じた転がり抵抗の寄与率を求める。
算出された転がり抵抗の値や評価結果や寄与率の算出結果は、転動状態のタイヤモデルのデータとともに、入出力ユニット１６を介してディスプレイ２８に送られ画面表示される。あるいは、図示されないプリンタに出力される。
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。
The rolling resistance calculation module 24 calculates a longitudinal axial force acting on the tire model as a rolling resistance or a frictional resistance when the value of the rotational torque is substantially zero. Since the simulation calculation module 22 reproduces a plurality of rolling states of the tire model using a plurality of internal variables as described above, the rolling resistance calculation module 24 calculates the values of rolling resistance and friction resistance for each internal variable. calculate. When an angular velocity at which the rotational torque value is approximately 0 is searched and the frictional resistance and rolling resistance are calculated, the value of the internal variable is increased by one.
In the case of the internal variable setting example described above, the friction in the internal variable 0 is determined from the rolling resistance value of the internal variable k (k is an integer of 2 to n) from among the rolling resistances calculated according to the internal variable. The partial rolling resistance obtained by subtracting the resistance value is obtained, and the magnitude of the rolling resistance corresponding to each part of the tire is evaluated using these partial rolling resistance values.
Further, a difference obtained by subtracting the frictional resistance value at the internal variable 0 from the rolling resistance value at the internal variable 1 is obtained as a rolling resistance based on the viscosity, and the rolling resistance value based on the viscosity is set to 100. The contribution ratio of the rolling resistance corresponding to each position of the tire is obtained by using the ratio of the partial rolling resistance at that time.
The calculated rolling resistance value, evaluation result, and contribution rate calculation result are sent to the display 28 via the input / output unit 16 and displayed on the screen together with the rolling tire model data. Alternatively, it is output to a printer (not shown).
The tire simulation method executed by the simulation apparatus 10 having the above configuration will be described in more detail.
図３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、シミュレーション条件が設定される（ステップＳ１００）。具体的に、タイヤの注目する部位を定めるとともに、この部位に付与する材料パラメータ（弾性パラメータ、粘性パラメータ）の値が内部変数の関数として設定され、さらに、タイヤモデルや路面モデルの構成や、タイヤの走行速度および接地荷重、タイヤ内圧および摩擦係数が内部変数によらない共通の条件として、シミュレーション条件が設定される。
弾性パラメータとして、例えば、超弾性ポテンシャルのパラメータが用いられ、粘性パラメータとして、弾性率をProny級数の第１項近似の式で表すためのパラメータが用いられる。本発明における弾性パラメータや粘性パラメータは、超弾性ポテンシャルのパラメータやProny級数の第１項近似の式で表すためのパラメータに限定されない。少なくとも、弾性パラメータと粘性パラメータを別々に設定することのできる材料パラメータであればよい。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing flow of an embodiment of the tire simulation method of the present invention.
First, simulation conditions are set (step S100). Specifically, the region of interest of the tire is determined, and the values of material parameters (elastic parameters, viscosity parameters) applied to this region are set as a function of internal variables. Further, the configuration of the tire model and road surface model, the tire The simulation conditions are set as common conditions in which the traveling speed, the ground load, the tire internal pressure, and the friction coefficient are independent of internal variables.
As the elastic parameter, for example, a parameter of a superelastic potential is used, and as a viscosity parameter, a parameter for expressing the elastic modulus by an expression of the first term approximation of the Prony series is used. The elastic parameter and the viscosity parameter in the present invention are not limited to a parameter for superelastic potential and a parameter for expressing the first term approximate expression of the Prony series. It is only necessary that the material parameter can set at least the elastic parameter and the viscosity parameter separately.
次に、モデル作成モジュール２０において、設定されたシミュレーション条件に従って、図２に示すような３次元のタイヤモデルＴおよび路面モデルＧが作成される（ステップＳ１１０）。路面モデルＧは剛体平面モデルである。路面モデルＧは、弾性特性を持つ路面モデルであってもよい。 Next, in the model creation module 20, a three-dimensional tire model T and a road surface model G as shown in FIG. 2 are created in accordance with the set simulation conditions (step S110). The road surface model G is a rigid plane model. The road surface model G may be a road surface model having elastic characteristics.
次に、シミュレーション演算モジュール２２において、内部変数０として、内圧充填処理、接地処理、および転動処理が施される（ステップＳ１２０）。すなわち、作成されたタイヤモデルＴの、予め設定された注目する部位全部に該当する全要素に対して、弾性パラメータの値が付与され、このタイヤモデルＴに対して、内圧充填処理、接地処理、および転動処理が施される。この場合、勿論内部変数に拠らない共通の条件も付与される。例えば、内部変数によって材料パラメータの値が変化しない要素には、弾性パラメータの値が内部変数に拠らず共通に付与され、摩擦係数の値には内部変数に拠らない一定値が付与される。内部変数０のとき、弾性パラメータの値のみが注目する部位の全要素に付与され、粘性パラメータの値は付与されない。 Next, in the simulation calculation module 22, an internal pressure filling process, a grounding process, and a rolling process are performed as the internal variable 0 (step S120). That is, the value of the elastic parameter is given to all the elements corresponding to all the preset target portions of the created tire model T, and the internal pressure filling process, the grounding process, And rolling process is performed. In this case, of course, common conditions that do not depend on internal variables are also given. For example, elements whose material parameters do not change due to internal variables are commonly assigned elastic parameter values regardless of internal variables, and friction coefficients are assigned constant values that do not depend on internal variables. . When the internal variable is 0, only the value of the elastic parameter is given to all elements of the region of interest, and the value of the viscosity parameter is not given.
これらの処理は、内部変数に応じてメモリ１４から呼び出されたシミュレーション条件を用いて行われる。
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Ｔの内側の表面に、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、タイヤモデルＴのファイルがメモリ１４から呼び出され、このファイル内のデータから、内圧充填処理のために表した行列が作成され、この行列に対して、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Ｔのデータを算出する。算出されたタイヤモデルＴのデータは、メモリ１４に記憶される。
These processes are performed using simulation conditions called from the memory 14 in accordance with internal variables.
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 in which a pressure corresponding to the tire internal pressure is applied to the inner surface of the tire model T. Specifically, a file of the tire model T is called from the memory 14, and a matrix expressed for the internal pressure filling process is created from the data in the file, and the predetermined pressure is applied to the matrix as an external force. The data of the tire model T after the internal pressure filling process is calculated by applying and calculating the displacement, distortion and the like of the nodes. The calculated tire model T data is stored in the memory 14.
接地処理は、生成された路面モデルＧに対して内圧充填処理の施されたタイヤモデルＴを接地させる処理である。具体的には、タイヤモデルＴと路面モデルＧとの間の距離を徐々に狭くして、タイヤモデルＴが路面モデルＧに接地した状態を計算し、路面モデルＧがタイヤモデルＴに作用する反力（路面モデルＧの面に対して垂直方向の力）を計算する。この反力が目標とする値（接地荷重）になるまでタイヤモデルＴと路面モデルＧ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タイヤモデルＴ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タイヤモデルＴ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 T that has been subjected to the internal pressure filling process on the generated road surface model G. Specifically, the distance between the tire model T and the road surface model G is gradually reduced to calculate a state in which the tire model T is in contact with the road surface model G, and the road surface model G acts on the tire model T. Force (force perpendicular to the surface of the road surface model G) is calculated. The distance between the tire model T and the road surface model G 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, the tire model T data subjected to the internal pressure filling process is called from the memory 14, and the grounding process is calculated from the data using a matrix expressed for the grounding process. The data of the tire model T after the contact processing obtained by the calculation is stored in the memory 14.
転動処理は、路面モデルＧに対して、設定された走行速度でタイヤモデルＴ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（図４参照）、逐次計算することによって行われる。転動処理は、具体的には、タイヤモデルＴ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て、回転トルクが略０の状態を再現する。並進運動については、設定された走行速度でタイヤモデルＴが平行移動するように、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所定の角速度の値を付与する。なお、タイヤモデルＴは接地荷重によって変形しているので、走行速度をタイヤモデルＴ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、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、タイヤモデルＴに付与する一定の時間ごとに角速度が変更されるように、角速度が調整される（ステップＳ１３０）。なお、定常の転動状態をタイヤモデルで再現するには、タイヤ回転軸に作用する力や回転トルクが略一定となる安定状態になるまで時間を要する。このため、転動状態が安定状態になるまでの解析時間を確保しつつ角速度の変更を実行する。
タイヤ回転軸に作用する回転トルクは、図示されないリムモデルの回転軸回りのトルクの値を算出することで得られる。
The rolling process is a process for causing the tire model T to travel at a set traveling speed with respect to the road surface model G. This process is performed by calculating sequentially while ticking the analysis time at predetermined time steps (see FIG. 4). Specifically, in the rolling process, a translational motion and a rotational motion around the tire rotation axis are separately given to the tire model T to reproduce a state where the rotational torque is substantially zero. For translational movement, a translational displacement corresponding to the time step size of the time step is applied to each node of the tire model so that the tire model T translates at the set traveling speed. On the other hand, for the rotational motion, a predetermined angular velocity value is applied around the tire rotation axis. Since the tire model T is deformed by the ground contact load, even if the angular speed is obtained by dividing the traveling speed by the radius of the tire model T, the rotational torque does not become substantially zero, and the tire model is in a free rolling state. is not. For this reason, in order to search for a free-rolling state (a state in which the rotational torque is substantially 0), the angular velocity is adjusted so that the angular velocity is changed at regular intervals given to the tire model T (step S130). In order to reproduce the steady rolling state with the tire model, it takes time until the force acting on the tire rotation shaft and the rotational torque become substantially constant. For this reason, the angular velocity is changed while securing the analysis time until the rolling state becomes stable.
The rotational torque acting on the tire rotation axis can be obtained by calculating the torque value around the rotation axis of a rim model (not shown).
次に、回転トルクが略０となる角速度におけるタイヤモデルの回転軸に作用する前後軸力を摩擦抵抗として求める（ステップＳ１４０）。タイヤモデルＴのうち、リムと接触すると想定される部分の要素と回転軸との間に剛体要素を結合し、この剛体要素に作用する前後軸力を摩擦力として算出する。あるいは、タイヤモデルＴと路面モデルＧとの間に図示されないリムモデルが設けられていれば、図示されないリムモデルにおけるタイヤ回転軸に作用する前後軸力を摩擦力として算出する。上述の内部変数の場合、内部変数０における前後軸力が摩擦抵抗となる。
以上により、内部変数０における摩擦抵抗の値が算出される。なお、上記設定された解析時間内に確実に回転トルクが略０となるように調整する角速度が定められている。勿論、解析時間の範囲内で、回転トルクが略０となり、摩擦抵抗が算出された場合、処理計算は終了し、下記ステップＳ１５０に移る。
Next, the longitudinal axial force acting on the rotational axis of the tire model at an angular velocity at which the rotational torque is substantially zero is obtained as a frictional resistance (step S140). In the tire model T, a rigid body element is coupled between an element of a portion assumed to be in contact with the rim and the rotation shaft, and a longitudinal axial force acting on the rigid element is calculated as a frictional force. Alternatively, if a rim model (not shown) is provided between the tire model T and the road surface model G, the longitudinal axial force acting on the tire rotation axis in the rim model (not shown) is calculated as the friction force. In the case of the internal variable described above, the longitudinal axial force at the internal variable 0 is the frictional resistance.
As described above, the value of the frictional resistance in the internal variable 0 is calculated. Note that an angular velocity for adjusting the rotational torque to be substantially zero within the set analysis time is determined. Of course, when the rotational torque becomes substantially 0 within the range of the analysis time and the frictional resistance is calculated, the process calculation ends, and the process proceeds to the following step S150.
次に、設定された全ての内部変数について、摩擦抵抗あるいは転がり抵抗の値の算出が実施されたか否かが判別される（ステップＳ１５０）。勿論、内部変数が０の場合、判別結果は否定される。 Next, it is determined whether or not the frictional resistance or rolling resistance value has been calculated for all the set internal variables (step S150). Of course, when the internal variable is 0, the determination result is negated.
ステップＳ１５０において、判別結果が否定された場合、内部変数が変更され（内部変数がｋの場合から（ｋ＋１）とされ）、新たな内部変数における転動処理がタイヤモデルに施される（ステップＳ１６０）。具体的には、転動中のタイヤモデルＴに内部変数に拠らない共通の条件が付与されるとともに、注目する部位に該当する要素に対して、弾性パラメータの値の他、粘性パラメータの値が付与される。転動処理は上述した処理である。この後、ステップＳ１３０に進む。
こうして、ステップＳ１５０における判別結果が肯定されるまで、内部変数１〜ｎにおける転がり抵抗の値が算出される。算出された各値は、メモリ１４に記憶される。
In step S150, when the determination result is negative, the internal variable is changed (from the case where the internal variable is k to (k + 1)), and rolling processing with the new internal variable is performed on the tire model (step S160). ). Specifically, the rolling tire model T is given a common condition that does not depend on internal variables, and the elastic parameter value as well as the viscosity parameter value for the element corresponding to the region of interest. Is granted. The rolling process is the process described above. Thereafter, the process proceeds to step S130.
Thus, the value of the rolling resistance in the internal variables 1 to n is calculated until the determination result in step S150 is affirmed. Each calculated value is stored in the memory 14.
図４には、内部変数０，１における転動処理の内容が示されている。内部変数０，１のいずれにおいても、一定時間間隔ごとに角速度が徐々に大きくなり、回転トルクが略０となる角速度が探索される。この場合、解析時間はｔ1に設定されており、この解析時間ｔ1で確実に回転トルクが略０となるように、角速度が多数設定されている。図中Ｘ1の位置で回転トルクが略０となったとき、ステップＳ１４０の実行後、解析時間はｔ1の経過を待たずに、ステップＳ１５０の判別に直ちに進む。 FIG. 4 shows the contents of the rolling process for the internal variables 0 and 1. In any of the internal variables 0 and 1, the angular velocity at which the angular velocity gradually increases and the rotational torque becomes substantially zero is searched for every certain time interval. In this case, the analysis time is set to t 1, so that reliable torque in this analysis time t 1 is substantially 0, it is set angular velocity number. When the rotational torque at the position of the drawing X 1 becomes substantially 0, after execution of step S140, the analysis time without waiting for the lapse of t 1, the process immediately proceeds to the determination in the step S150.
内部変数１では、内部変数２〜ｎにおいて設定されるタイヤの注目する部位に該当する全要素に対して、弾性パラメータの値の他に、粘性パラメータの値を与えるので、内部変数１で算出される転がり抵抗には、注目する部位に該当する全要素の粘性パラメータの値が転がり抵抗に与える成分と、タイヤモデルＴと路面モデルＧとの間の摩擦係数に基づく摩擦抵抗とが含まれる。
一方、内部変数２〜ｎでは、タイヤの注目する一部分の部位に該当する要素に、弾性パラメータの値の他に、粘性パラメータの値を与え、それ以外の要素には、弾性パラメータの値しか付与しないので、算出される転がり抵抗には、注目する一部分の部位に該当する要素の粘性パラメータの値が転がり抵抗に与える成分と、タイヤモデルＴと路面モデルＧとの間の摩擦係数に基づく摩擦抵抗とが含まれる。
In the internal variable 1, since the value of the viscosity parameter is given in addition to the value of the elastic parameter to all the elements corresponding to the target region of the tire set in the internal variables 2 to n, the internal variable 1 is calculated. The rolling resistance includes a component given to the rolling resistance by the viscosity parameter values of all the elements corresponding to the region of interest, and a friction resistance based on a friction coefficient between the tire model T and the road surface model G.
On the other hand, in the internal variables 2 to n, in addition to the elastic parameter value, the value of the viscosity parameter is given to the element corresponding to the part of the portion of interest of the tire, and only the elastic parameter value is given to the other elements. Therefore, in the calculated rolling resistance, the frictional resistance based on the friction coefficient value between the tire model T and the road surface model G, and the component that the value of the viscosity parameter of the element corresponding to the part of the portion of interest gives to the rolling resistance. And are included.
次に、ステップＳ１５０の判別結果が肯定された場合、メモリ１４から読み出された各内部変数の値毎の摩擦抵抗や転がり抵抗の値を用いて、部分転がり抵抗の値が算出される（ステップＳ１７０）。
部分転がり抵抗は、内部変数０における摩擦抵抗の値を、内部変数２〜ｎにおける各転がり抵抗の値から差し引くことにより求められる。この部分転がり抵抗は、注目する一部分の部位に該当する要素に付与される粘性パラメータの値が転がり抵抗に与える成分を表す。このような処理を行うのは、従来より転動中のタイヤモデルの回転軸に作用する前後軸力として算出される転がり抵抗には、ゴム部材の粘性に基づく転がり抵抗の成分の他に、摩擦抵抗が含まれており、この摩擦抵抗を取り除くためである。これにより、部分転がり抵抗の値を用いて、タイヤの各位置に応じた転がり抵抗の大きさを評価することができる。
Next, when the determination result in step S150 is affirmative, the value of the partial rolling resistance is calculated using the frictional resistance and the rolling resistance value for each internal variable value read from the memory 14 (step S150). S170).
The partial rolling resistance is obtained by subtracting the value of the friction resistance in the internal variable 0 from the value of each rolling resistance in the internal variables 2 to n. This partial rolling resistance represents a component given to the rolling resistance by the value of the viscosity parameter applied to an element corresponding to a part of the site of interest. Such a process is performed for the rolling resistance calculated as the longitudinal axial force acting on the rotating shaft of the tire model that has been rolling conventionally, in addition to the rolling resistance component based on the viscosity of the rubber member. This is because resistance is included to remove this frictional resistance. Thereby, the magnitude | size of rolling resistance according to each position of a tire can be evaluated using the value of partial rolling resistance.
最後に、タイヤ各部位の転がり抵抗の寄与率が求められる（ステップＳ１８０）。
具体的には、内部変数１における転がり抵抗の値から内部変数０における摩擦抵抗の値を差し引くことにより、粘性に基づく転がり抵抗の値を求め、この転がり抵抗の値に対する上述の部分転がり抵抗の値の占める比率を求めて、タイヤの各位置に応じた転がり抵抗の寄与率が求められる。
内部変数１における転がり抵抗は、内部変数２〜ｎにおいて設定されたタイヤの注目する部位に該当する全要素に対して、弾性パラメータの値の他に、粘性パラメータの値を与える。このため、内部変数１で算出される転がり抵抗の値から、内部変数０における摩擦抵抗の値を差し引くことにより、粘性に基づく転がり抵抗の値を求めることができる。したがって、粘性に基づく転がり抵抗に占める部分転がり抵抗の寄与率を求めることにより、摩擦抵抗を除外した転がり抵抗の寄与率を正確に求めることができる。
本発明では、内部変数１における転動処理では、内部変数２〜ｎにおいて設定されたタイヤの注目する部位に該当する全要素に替えて、全要素の一部を含む複数の要素に対して、弾性パラメータの値の他に、粘性パラメータの値を与えてもよい。例えば、トレッドキャップ部材等のタイヤ構成部材の各部位を注目する部位とし、このタイヤ構成部材に対するこの構成部材中の各注目する部位の、転がり抵抗の寄与率を求めることができる。さらには、上記注目する全要素の他に、この要素以外のタイヤモデルの要素、すなわち、タイヤモデルを構成する全要素に対して、弾性パラメータの値の他に、粘性パラメータの値を与えてもよい。
Finally, the contribution ratio of the rolling resistance of each part of the tire is obtained (step S180).
Specifically, the value of the rolling resistance based on the viscosity is obtained by subtracting the value of the friction resistance in the internal variable 0 from the value of the rolling resistance in the internal variable 1, and the value of the above-mentioned partial rolling resistance with respect to this rolling resistance value. The contribution ratio of the rolling resistance corresponding to each position of the tire is obtained.
The rolling resistance in the internal variable 1 gives the value of the viscosity parameter in addition to the value of the elastic parameter to all elements corresponding to the region of interest of the tire set in the internal variables 2 to n. For this reason, the value of the rolling resistance based on the viscosity can be obtained by subtracting the value of the frictional resistance in the internal variable 0 from the value of the rolling resistance calculated by the internal variable 1. Therefore, by determining the contribution ratio of the partial rolling resistance to the rolling resistance based on the viscosity, it is possible to accurately determine the contribution ratio of the rolling resistance excluding the frictional resistance.
In the present invention, in the rolling process in the internal variable 1, in place of all the elements corresponding to the target part of the tire set in the internal variables 2 to n, for a plurality of elements including a part of all the elements, In addition to the elastic parameter value, a viscosity parameter value may be given. For example, each part of a tire constituent member such as a tread cap member is regarded as a part to be noticed, and the contribution ratio of the rolling resistance of each part to be noticed in this constituent member with respect to the tire constituent member can be obtained. Further, in addition to the above-described all elements of interest, the values of the viscosity parameter in addition to the elastic parameter values may be given to the elements of the tire model other than this element, that is, all elements constituting the tire model. Good.
図５には、ステップＳ１８０で得られたタイヤ各部位の転がり抵抗の寄与率が示されている。図５に示す例は、２０５／６５Ｒ１６のタイヤサイズのモデルであり、タイヤモデルと路面モデルとの間の摩擦係数を１．０とし、接地荷重を４ｋＮとし、タイヤ内圧を２００ｋＰａとし、走行速度を８０ｋｍ／時としたときのものである。タイヤモデルは、要素数５４０００、節点数５９０００の３次元モデルとし、路面モデルは、剛体平面モデルとした。
内部変数に応じて材料パラメータを変更する部位は、タイヤ構成部材を単位として行い、トレッドキャップ部材、プライ部材（カーカス部材）、サイド部材、リムクッション部材、ビードフィラー部材の計５つとした。すなわち、５つのタイヤ構成部材に該当する全要素に弾性パラメータの値のみを付与する内部変数０と、５つのタイヤ構成部材に該当する全要素に弾性パラメータおよび粘性パラメータの値を付与する内部変数１と、各タイヤ構成部材に該当する要素に弾性パラメータおよび粘性パラメータの値を付与し、それ以外のタイヤ構成部材に該当する要素に弾性パラメータの値のみを付与する内部変数ｋ（ｋ＝２〜６の整数）を設定した。
内部変数１における転がり抵抗の値から内部変数０における摩擦抵抗の値を差し引いて得られた粘性に基づく転がり抵抗の値を１００％としたとき、トレッドキャップ部材は、４１．２％の寄与率を示し、プライ部材（カーカス部材）は１１．１％、サイド部材は、２５．０％等の寄与率を示している。
このような結果は、ディスプレイ２８に画面表示される。
FIG. 5 shows the contribution ratio of the rolling resistance of each part of the tire obtained in step S180. The example shown in FIG. 5 is a model with a tire size of 205 / 65R16, the coefficient of friction between the tire model and the road surface model is 1.0, the contact load is 4 kN, the tire internal pressure is 200 kPa, and the running speed is This is when 80 km / h. The tire model was a three-dimensional model having 54000 elements and 59000 nodes, and the road surface model was a rigid plane model.
The site where the material parameter is changed in accordance with the internal variable is set in units of the tire constituent member, and a total of five portions, that is, a tread cap member, a ply member (carcass member), a side member, a rim cushion member, and a bead filler member. That is, an internal variable 0 that gives only elastic parameter values to all elements corresponding to five tire constituent members, and an internal variable 1 that gives elastic parameter and viscosity parameter values to all elements corresponding to five tire constituent members. And an internal variable k (k = 2 to 6) that assigns elastic parameter and viscosity parameter values to the elements corresponding to the respective tire constituent members and assigns only elastic parameter values to the other constituent elements of the tire constituent members. Integer).
When the value of rolling resistance based on viscosity obtained by subtracting the value of frictional resistance in internal variable 0 from the value of rolling resistance in internal variable 1 is 100%, the tread cap member has a contribution ratio of 41.2%. The ply member (carcass member) shows a contribution rate of 11.1% and the side member shows a contribution rate of 25.0%.
Such a result is displayed on the screen of the display 28.
なお、ステップＳ１６０における内部変数２〜ｎにおいて得られる転動中のタイヤモデルＴの変形は、内部変数１におけるタイヤモデルＴの転動中の変形と略同一となるように、計算が行われることが好ましい。
例えば、ステップ１６０において与えられる、内部変数２〜ｎにおける弾性パラメータの値は、内部変数１における弾性パラメータの値に対して異なるように調整される。内部変数２〜ｎにおいて付与される粘性パラメータの値は、弾性パラメータの値と同様に、タイヤモデルＴの剛性に寄与するため、内部変数１における弾性パラメータの値を用いたとき、タイヤモデルＴの剛性が高くなり、この結果変形が小さくなるためである。このため、ステップＳ１６０においては、内部変数２〜ｎでは、内部変数１で与えられる弾性パラメータの値に対して小さな値を弾性パラメータの値として与えることが好ましい。
It should be noted that calculation is performed so that the deformation of the rolling tire model T obtained in the internal variables 2 to n in step S160 is substantially the same as the deformation of the tire model T in the internal variable 1 during rolling. Is preferred.
For example, the value of the elastic parameter in the internal variables 2 to n given in step 160 is adjusted to be different from the value of the elastic parameter in the internal variable 1. Since the value of the viscosity parameter given in the internal variables 2 to n contributes to the rigidity of the tire model T, similarly to the value of the elastic parameter, when the value of the elastic parameter in the internal variable 1 is used, This is because the rigidity becomes high, and as a result, the deformation becomes small. For this reason, in step S160, it is preferable to give a small value as the elastic parameter value for the internal variables 2 to n with respect to the elastic parameter value given by the internal variable 1.
また、ステップＳ１６０の転動処理では、内部変数１における転動処理で得られたタイヤモデルＴの節点変位をメモリ１４に記憶し、この節点変位を内部変数２〜ｎにおいて、タイヤモデルＴに与えることにより、内部変数１における転動中のタイヤモデルＴの変形と略同一となるように計算をすることもできる。 Further, in the rolling process of step S160, the nodal displacement of the tire model T obtained by the rolling process in the internal variable 1 is stored in the memory 14, and this nodal displacement is given to the tire model T in the internal variables 2 to n. Accordingly, the calculation can be performed so as to be substantially the same as the deformation of the rolling tire model T in the internal variable 1.
以上、本発明のタイヤの転がり抵抗のシミュレーション方法および装置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 rolling resistance simulation method and apparatus according to the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course it is also good.
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 条件設定モジュール
２０ モデル生成モジュール
２２ シミュレーション演算モジュール
２４ 転がり抵抗算出モジュール
２６ 入力操作系
２８ ディスプレイ
10 Simulation device 12 CPU
14 Memory 16 Input / Output Unit 18 Condition Setting Module 20 Model Generation Module 22 Simulation Operation Module 24 Rolling Resistance Calculation Module 26 Input Operation System 28 Display
Claims (6)
前記コンピュータに実行させるステップとして、
複数の要素で構成されるタイヤモデルと路面を再現する路面モデルとの間の摩擦係数の値と、タイヤモデルの各要素に、タイヤのゴム材料の弾性特性を表す弾性パラメータの値とを、タイヤモデルに付与することにより、転動中のタイヤモデルに作用する前後軸力を摩擦抵抗として求める第１のステップと、
前記摩擦係数および前記弾性パラメータの値の付与の他に、前記タイヤモデルの複数の要素のうち、少なくとも１つの要素に、タイヤのゴム材料の粘性特性を表す粘性パラメータの値を付与することにより、転動中のタイヤモデルに作用する前後軸力を第１の転がり抵抗として求める計算処理を、前記粘性パラメータの値を付与する要素を変更しながら、繰り返し行う第２のステップと、
前記計算処理を繰り返し行って得られた複数の第１の転がり抵抗の値から、前記摩擦抵抗の値を差し引くことにより、複数の部分転がり抵抗の値を求める第３のステップと、
前記部分転がり抵抗の値を用いて、タイヤの各位置に応じた転がり抵抗の大きさを評価する第４のステップと、を有することを特徴とするタイヤの転がり抵抗のシミュレーション方法。 A simulation method for calculating the rolling resistance of a rolling tire using a tire model that reproduces the tire using a computer ,
As a step of causing the computer to execute ,
The coefficient of friction between the tire model composed of a plurality of elements and the road surface model that reproduces the road surface, and the value of the elastic parameter that represents the elastic characteristics of the rubber material of the tire for each element of the tire model, A first step of determining the longitudinal axial force acting on the rolling tire model as a frictional resistance by applying to the model;
In addition to giving the friction coefficient and the elastic parameter value, by giving a value of a viscosity parameter representing a viscous characteristic of the rubber material of the tire to at least one of the plurality of elements of the tire model, A second step of repeatedly performing a calculation process for determining the longitudinal axial force acting on the rolling tire model as the first rolling resistance while changing the element that gives the value of the viscosity parameter;
A third step of obtaining a plurality of partial rolling resistance values by subtracting the frictional resistance value from a plurality of first rolling resistance values obtained by repeatedly performing the calculation process;
And a fourth step of evaluating the magnitude of the rolling resistance corresponding to each position of the tire using the value of the partial rolling resistance. A method for simulating the rolling resistance of the tire.
前記摩擦係数の値の付与の他に、前記第２のステップにおいて前記粘性パラメータの値を繰り返し与える複数の要素の少なくとも一部を含む複数の要素に、前記弾性パラメータの値の他に前記粘性パラメータの値を付与して、転動中のタイヤモデルにかかる前後軸力を第２の転がり抵抗として求める第５のステップと、
前記第２の転がり抵抗の値から前記摩擦抵抗の値を差し引くことにより、粘性に基づく第３の転がり抵抗の値を求める第６のステップと、を有し、
前記第４のステップでは、前記第３の転がり抵抗の値に対する前記部分転がり抵抗の値の占める比率を求めて、タイヤの各位置に応じた転がり抵抗の寄与率を求める請求項１に記載のタイヤの転がり抵抗のシミュレーション方法。 Furthermore, as a step of causing the computer to execute ,
In addition to providing the value of the friction coefficient, in addition to the elastic parameter value, the viscosity parameter may be added to a plurality of elements including at least a part of the plurality of elements that repeatedly give the viscosity parameter value in the second step. And a fifth step of obtaining the longitudinal axial force applied to the rolling tire model as the second rolling resistance,
A sixth step of determining a third rolling resistance value based on viscosity by subtracting the frictional resistance value from the second rolling resistance value;
2. The tire according to claim 1, wherein in the fourth step, a ratio of the partial rolling resistance value to the third rolling resistance value is obtained, and a contribution ratio of the rolling resistance corresponding to each position of the tire is obtained. Simulation method of rolling resistance.
前記第２のステップでは、前記第５のステップにおいて得られたタイヤモデルの節点の変位を、タイヤモデルの節点に与えることにより、前記第５のステップにおける前記転動中のタイヤモデルの変形と、前記第２のステップにおけるタイヤモデルの転動中の変形とを略同一にする請求項３に記載のタイヤの転がり抵抗のシミュレーション方法。 The fifth step is performed before the second step,
In the second step, by applying the displacement of the node of the tire model obtained in the fifth step to the node of the tire model, the deformation of the rolling tire model in the fifth step; The tire rolling resistance simulation method according to claim 3, wherein the deformation during rolling of the tire model in the second step is substantially the same.
複数の要素で構成されるタイヤモデルと路面を再現する路面モデルとの間の摩擦係数の値と、タイヤモデルの各要素に、タイヤのゴム材料の弾性特性を表す弾性パラメータの値とを、タイヤモデルに付与することにより、転動中のタイヤモデルに作用する前後軸力を摩擦抵抗として求める手段と、
前記摩擦係数および前記弾性パラメータの値の付与の他に、前記タイヤモデルの複数の要素のうち、少なくとも１つの要素に、タイヤのゴム材料の粘性特性を表す粘性パラメータの値を付与することにより、転動中のタイヤモデルに作用する前後軸力を第１の転がり抵抗として求める計算処理を、前記粘性パラメータの値を付与する要素を変更しながら、繰り返し行う手段と、
前記計算処理を繰り返し行って得られた複数の第１の転がり抵抗の値から、前記摩擦抵抗の値を差し引くことにより、複数の部分転がり抵抗の値を求める手段と、
前記部分転がり抵抗を用いて、タイヤの各位置に応じた転がり抵抗の大きさを評価する手段と、を有することを特徴とするタイヤの転がり抵抗のシミュレーション装置。 A simulation device that calculates the rolling resistance of a rolling tire using a tire model that reproduces the tire,
The coefficient of friction between the tire model composed of a plurality of elements and the road surface model that reproduces the road surface, and the value of the elastic parameter that represents the elastic characteristics of the rubber material of the tire for each element of the tire model, By applying to the model, means for obtaining the longitudinal axial force acting on the rolling tire model as a frictional resistance,
In addition to giving the friction coefficient and the elastic parameter value, by giving a value of a viscosity parameter representing a viscous characteristic of the rubber material of the tire to at least one of the plurality of elements of the tire model, Means for repeatedly calculating the longitudinal axial force acting on the rolling tire model as the first rolling resistance while changing an element that gives the value of the viscosity parameter;
Means for obtaining a plurality of partial rolling resistance values by subtracting the frictional resistance value from a plurality of first rolling resistance values obtained by repeating the calculation process;
Means for evaluating the magnitude of rolling resistance in accordance with each position of the tire using the partial rolling resistance, and a tire rolling resistance simulation device.
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