JP6437772B2 - タイヤ周囲空間モデルの生成装置、方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ放射音解析に利用可能なタイヤ周囲空間モデルを生成する装置、方法及びコンピュータプログラムに関する。

従来、タイヤのトレッドパターンと路面との間に形成される気柱共鳴管で生じる騒音など、タイヤからの放射音を予測・評価する技術が知られている。例えば特許文献１には、タイヤの接地部におけるトレッド部の溝と路面との間に形成される溝空間と、この溝空間につながっている空間であってタイヤの外側の予め定めた形状の空間と、を含むタイヤ周囲空間を複数の要素に分割した空間音響モデルを生成し、タイヤの放射音を解析することが記載されている。

特許文献２には、トレッドパターンと路面との間に形成される溝空間のみをモデル化し、溝空間モデルのみを用いてタイヤの放射音を解析することが記載されている。

特開２０１０−０３６８５０号公報 特開２００７−２３７７５１号公報

上記特許文献１に記載のモデル生成方法は、トレッドパターンを有するタイヤＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法）モデルを生成し、このタイヤモデルを接地変形させ、変形したタイヤモデルの外表面と路面とで形成される空間モデルを生成する。この空間モデルは、トレッドパターンと路面の間に形成される溝空間を有すると共に、路面から離間しているタイヤ外表面と路面の間の空間（タイヤ軸に沿って見れば楔状に見える）を有するため、解析精度が好ましい。しかしながら、精度良い解析結果が得られる反面、ＦＥＭタイヤモデルを厳密に生成する必要があり、モデル生成コスト及び計算コストが増大してしまい、実用性が損なわれる。

一方、特許文献２に記載のモデル生成方法は、トレッドパターンと路面の間に形成される溝空間のみを空間モデルとするので、トレッドパターンデータ（溝形状、溝深さを含む）があれば、空間モデルを生成でき、モデル生成コスト及び計算コストが低コストで好ましい。しかしながら、当該モデル生成方法は、接地形状を考慮せず、且つ、路面から離間しているタイヤ外表面と路面の間の空間を持たないため、タイヤ外表面と路面の間に形成される気柱共鳴管の管長さが現実と大きく逸脱してしまう。気柱共鳴管は管の長さが解析精度に影響するので、解析精度が悪く、実用的ではない。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、モデル生成コストの低減と解析精度の向上とを両立可能なタイヤ周囲空間モデルの生成装置、方法及びコンピュータプログラムを提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。

すなわち、本発明のタイヤ周囲空間モデルの生成装置は、所定荷重の下でタイヤが接地変形した場合に、或るタイヤ幅方向位置の接地長に関するデータをタイヤ幅方向位置毎に関連づけた接地長データを記憶する記憶部と、予め定めたタイヤ軸位置に配置したタイヤ外表面モデルと路面の重なり部分に形成される接地長が前記接地長データにおける各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、タイヤ子午線断面の端面形状を生成し、当該端面形状をタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルを生成するタイヤ外表面モデル生成部と、前記タイヤ外表面モデル生成部で得られるタイヤ外表面モデルと、予め定めた形状を有する路面モデルと、予め定めた形状を有するタイヤ周囲空間の最外面モデルと、トレッドパターンで定まるタイヤと路面の間の溝空間モデルと、を結合し、タイヤ前後に楔状空間を有するタイヤ周囲空間モデルを生成する結合部と、を備えることを特徴とする。

本発明のタイヤ周囲空間モデルの生成方法は、所定荷重の下でタイヤが接地変形した場合に、或るタイヤ幅方向位置の接地長に関するデータをタイヤ幅方向位置毎に関連づけた接地長データを記憶部に記憶するステップと、予め定めたタイヤ軸位置に配置したタイヤ外表面モデルと路面の重なり部分に形成される接地長が前記接地長データにおける各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、タイヤ子午線断面の端面形状を生成するステップと、前記端面形状をタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルを生成するステップと、前記タイヤ外表面モデルと、予め定めた形状を有する路面モデルと、予め定めた形状を有するタイヤ周囲空間の最外面モデルと、トレッドパターンで定まるタイヤと路面の間の溝空間モデルと、を結合し、タイヤ前後に楔状空間を有するタイヤ周囲空間モデルを生成するステップと、を含む。

本発明のコンピュータプログラムは、上記方法をコンピュータに実行させる。

このように、接地長データに基づき各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、タイヤ子午線断面における端面形状を生成し、端面形状を回転させて生成するタイヤ外表面モデルを用いるので、ＦＥＭモデルを生成しなくともタイヤ外表面モデル（トレッドパターン無し）を生成でき、モデル生成コストを低減できる。溝空間モデルは、トレッドパターンで定まるので、溝空間モデルもＦＥＭモデルを生成しなくとも得ることができ、モデル生成コストを低減できる。それでいて、溝空間による気柱共鳴管と、タイヤ前後に形成される楔状空間も実物に即して精度良く再現できるので、解析精度を確保することも可能となる。したがって、モデル生成コストの低減と解析精度の向上とが両立可能となる。

本発明のタイヤ周囲空間モデルの生成装置を示すブロック図。 接地長データに関する説明図。 タイヤＦＥＭモデルを用いた接地形状及び接地圧の解析結果を示す図。 タイヤ外表面モデルの基礎となる円と路面の関係を示す図。 タイヤ外表面モデルの基礎となるタイヤ子午線断面の端面形状を示す図。 タイヤ外表面モデルの一例を示す斜視図。 タイヤ周囲空間の最外面モデルの一例を示す斜視図。 溝空間モデルの一例を示す斜視図。 タイヤ周囲空間モデルの一例を示す一部破断斜視図。 最外面モデル、タイヤ外表面モデル、及び路面モデルで区画される空間モデルの一例を示す一部破断斜視図。 最外面モデル、タイヤ全体、及び接地形状の位置関係の一例を示す図。 本発明に係るタイヤ周囲空間モデルの生成方法を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

［タイヤ周囲空間モデルの生成装置］
本発明に係るタイヤ周囲空間モデルの生成装置は、図８に示すように、タイヤのトレッドパターンと路面の間の溝空間、タイヤ外表面、路面、及びタイヤ周囲空間の最外面に包囲されるタイヤ周囲空間モデルＭ４を生成する装置である。

具体的に、タイヤ周囲空間モデルの生成装置は、図１に示すように、記憶部１と、タイヤ外表面モデル生成部２と、結合部３と、を有する。これら各部１〜３は、ＣＰＵ、メモリ、各種インターフェイス等を備えたパソコン等の情報処理装置においてＣＰＵが予め記憶されている図示しない処理ルーチンを実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現される。

図１に示す記憶部１は、接地長データ１０を記憶する。接地長データ１０は、解析条件の一つである所定荷重の下でタイヤが接地変形した場合に、或るタイヤ幅方向位置の接地長に関するデータをタイヤ幅方向位置毎に関連づけたデータである。具体的には、接地長データ１０は、図２Ａに示すように、幅方向位置に対する接地長の分布を表す。図２Ａの例では、幅方向位置は、タイヤ赤道を基準とした距離[mm]でタイヤ幅方向位置を特定する。接地長は、タイヤ前後方向における接地部分の長さ[mm]を意味する。接地長データ１０は、図９に示すように、タイヤ接地形状および接地端付近の楔状空間ＳＰ１を再現するために用いる。接地長データ１０は、図２Ｂに示すように、タイヤＦＥＭモデルを用いた解析結果に基づき予め生成してもよく、また、実タイヤを用いてタイヤ接地長を計測して生成してもよい。なお、溝部は接地長がないため、溝部は両隣部分の接地長を用いて補間すればよい。接地長データは、トレッドパターンの無いタイヤに基づき生成してもよいが、トレッドパターンを有するタイヤに基づき生成する方が好ましい。

図１に示す記憶部１は、図示しない路面モデルに関するデータ１３、図６に示すタイヤ周囲空間の最外面モデルＭ２に関するデータ１１、及び図７に示す溝空間モデルＭ３に関するデータ１２を記憶する。各データ１１、１２、１３は、モデルデータ自体でもよいし、モデルを生成するために用いる基礎となるデータでもよい。当該データ１１、１２、１３及び接地長データ１０は、図示しない操作部に対するユーザの操作をトリガーとして、外部から装置に入力され、記憶部１に記憶される。

図１に示すタイヤ外表面モデル生成部２は、図４及び図５に示すように、タイヤ子午線断面の端面形状Ｌｉを生成し、当該端面形状Ｌｉをタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルＭ１を生成する。図１に示すように、タイヤ外表面モデル生成部２は、径算出部２０と、端面形状生成部２１と、回転生成部２２と、を有する。

図１に示す径算出部２０は、図３に示すように、予め定めたタイヤ軸位置Ｐ_１を中心とする円Ｃ_１と直線状の路面ｒｏとの重なり部分に形成される接地長Ｌが接地長データ１０における各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、予め定めたタイヤ軸位置Ｐ_１に関するデータと接地長データ１０に基づいて円Ｃ_１の径Ｄをタイヤ幅方向位置毎に算出する。本明細書では、径Ｄは半径の意味で利用しているが、直径の意味としてもよい。予め定めたタイヤ軸位置Ｐ_１は、所定荷重においてタイヤを接地変形させたときの路面ｒｏに対するタイヤ中心位置を意味する。径Ｄの算出には次の式（１）を用いる。
路面ｒｏに対するタイヤ軸位置Ｐ_１の高さをＨで表す。Ｈとしてタイヤ動荷重半径を利用することもできる。

図１に示す端面形状生成部２１は、図４に示すように、径算出部２０が算出した径Ｄに基づきタイヤ子午線断面の端面形状Ｌｉを生成する。具体的には、タイヤ軸からタイヤ径方向外側ＲＤ１へ径Ｄに対応する距離離間した位置にプロットＰｔを置く。プロットＰｔは各々のタイヤ幅方向位置毎に置く。各プロットＰｔは離散しているので、連続した端面形状を生成すべく、プロットＰｔ間を補間して、タイヤ子午線断面における端面形状Ｌｉ（線データ）を生成する。

このようにすれば、予め定めたタイヤ軸位置に配置したタイヤ外表面モデルと路面の重なり部分に形成される接地長Ｌが接地長データ１０における各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、タイヤ子午線断面の端面形状Ｌｉが生成される。

図１に示す回転生成部２２は、端面形状生成部２１が生成した端面形状（図４参照）をタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルＭ１（図５参照）を生成する。回転させる角度は、３６０度回転させてもよいが、３６０度より小さい角度で回転させたときに生成される回転断面が最外面モデルＭ２の表面と交差しない範囲であれば、３６０度より小さい角度でもよい。本実施形態では、１８０度にした。

図１に示す結合部３は、タイヤ外表面モデル生成部２で得られるタイヤ外表面モデルＭ１（図５参照）と、予め定めた形状を有する路面モデル（図示せず）と、予め定めた形状を有するタイヤ周囲空間の最外面モデルＭ２（図６参照）と、トレッドパターンで定まるタイヤと路面の間の溝空間モデルＭ３（図７参照）と、を結合し、タイヤ前後に楔状空間を有するタイヤ周囲空間モデルＭ４（図８参照）を生成する。具体的には、図６に示すタイヤ周囲空間の最外面モデルＭ２から図５に示すタイヤ外表面モデルＭ１を切り取れば、図９に示すように、タイヤ接地形状および接地端の前後にある楔状空間ＳＰ１を再現した空間モデルＭ５を得ることができる。更に、この空間モデルＭ５と溝空間モデルＭ３（図７参照）の和を取れば、タイヤ周囲空間モデルＭ４を得ることができる。

なお、各モデルのサイズは、次のようにするのが好ましい。

タイヤ周囲空間の最外面モデルＭ２は、半球状をなしているが、図１０に示すように、その直径は、接地長Ｌの２倍（２Ｌ）以上であって、タイヤＴ全体を包含しない大きさが好ましい。狭すぎると共鳴特性を十分に予測できず、広すぎると計算コストが増大するからである。

溝空間モデルＭ３は、その管長が接地長データ１０における最大接地長よりも長く、且つ、最外面モデルＭ２を超えない長さであることが好ましい。管長が接地長よりも長くすることで管の開口の形状を精度よく再現できる。管長が最外面モデルＭ２を超えると、各モデルの結合時に不具合が生じるからである。

［タイヤ周囲空間モデルの生成方法］
上記生成装置を用いたタイヤ周囲空間モデルを生成する方法を、図１１を用いて説明する。

まず、ステップＳ１００において、記憶部１は、所定荷重の下でタイヤが接地変形した場合に、或るタイヤ幅方向位置の接地長に関するデータをタイヤ幅方向位置毎に関連づけた接地長データ１０を記憶する。

次のステップＳ１０１において、径算出部２０が、予め定めたタイヤ軸位置を中心とする円Ｃ_１と路面ｒｏとの重なり部分に形成される接地長Ｌが接地長データ１０における各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、予め定めたタイヤ軸位置Ｐ_１に関するデータと接地長データ１０に基づいて円Ｃ_１の径Ｄをタイヤ幅方向位置毎に算出する。

次のステップＳ１０２において、端面形状生成部２１が、算出した径Ｄに基づきタイヤ子午線断面の端面形状Ｌｉを生成する。

次のステップＳ１０３において、回転生成部２２が、端面形状Ｌｉをタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルＭ１を生成する。

次のステップＳ１０４において、結合部３が、タイヤ外表面モデルＭ１と、予め定めた形状を有する路面モデルと、予め定めた形状を有するタイヤ周囲空間の最外面モデルＭ２と、トレッドパターンで定まるタイヤと路面の間の溝空間モデルＭ３と、を結合し、タイヤ前後に楔状空間ＳＰ１を有するタイヤ周囲空間モデルＭ４を生成する。

以上のように、本実施形態のタイヤ周囲空間モデルの生成装置は、所定荷重の下でタイヤが接地変形した場合に、或るタイヤ幅方向位置の接地長Ｌに関するデータをタイヤ幅方向位置毎に関連づけた接地長データ１０を記憶する記憶部１と、
予め定めたタイヤ軸位置に配置したタイヤ外表面モデルＭ１と路面ｒｏの重なり部分に形成される接地長Ｌが接地長データにおける各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、タイヤ子午線断面の端面形状Ｌｉを生成し、端面形状Ｌｉをタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルＭ１を生成するタイヤ外表面モデル生成部２と、
タイヤ外表面モデル生成部２で得られるタイヤ外表面モデルＭ１と、予め定めた形状を有する路面モデルと、予め定めた形状を有するタイヤ周囲空間の最外面モデルＭ２と、トレッドパターンで定まるタイヤと路面の間の溝空間モデルＭ３と、を結合し、タイヤ前後に楔状空間ＳＰ１を有するタイヤ周囲空間モデルＭ４を生成する結合部３と、
を備える。

本実施形態のタイヤ周囲空間モデルの生成方法は、コンピュータが実行する方法であって、所定荷重の下でタイヤが接地変形した場合に、或るタイヤ幅方向位置の接地長に関するデータをタイヤ幅方向位置毎に関連づけた接地長データ１０を記憶部１に記憶するステップ（Ｓ１００）と、
予め定めたタイヤ軸位置に配置したタイヤ外表面モデルＭ１と路面ｒｏの重なり部分に形成される接地長Ｌが接地長データ１０における各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、タイヤ子午線断面の端面形状Ｌｉを生成するステップ（Ｓ１０１）と、
端面形状Ｌｉをタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルＭ１を生成するステップ（Ｓ１０２）と、
タイヤ外表面モデルＭ１と、予め定めた形状を有する路面モデルと、予め定めた形状を有するタイヤ周囲空間の最外面モデルＭ２と、トレッドパターンで定まるタイヤと路面の間の溝空間モデルＭ３と、を結合し、タイヤ前後に楔状空間ＳＰ１を有するタイヤ周囲空間モデルＭ４を生成するステップと、
を含む。

このように、接地長データ１０に基づき各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長Ｌになるように、タイヤ子午線断面における端面形状Ｌｉを生成し、端面形状Ｌｉを回転させて生成するタイヤ外表面モデルＭ１を用いるので、ＦＥＭモデルを生成しなくともタイヤ外表面モデル（トレッドパターン無し）を生成でき、モデル生成コストを低減できる。溝空間モデルは、トレッドパターンで定まるので、溝空間モデルもＦＥＭモデルを生成しなくとも得ることができ、モデル生成コストを低減できる。それでいて、溝空間による気柱共鳴管と、タイヤ前後に形成される楔状空間ＳＰ１も実物に即して精度良く再現できるので、解析精度を確保することも可能となる。したがって、モデル生成コストの低減と解析精度の向上とが両立可能となる。

本実施形態の装置において、タイヤ外表面モデル生成部２は、
予め定めたタイヤ軸位置を中心とする円Ｃ_１と路面ｒｏとの重なり部分に形成される接地長Ｌが接地長データ１０における各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、予め定めたタイヤ軸位置Ｐ_１に関するデータと接地長データ１０に基づいて円Ｃ_１の径Ｄをタイヤ幅方向位置毎に算出する径算出部２０と、
径算出部２０が算出した径に基づきタイヤ子午線断面の端面形状Ｌｉを生成する端面形状生成部２１と、
端面形状生成部２１が生成した端面形状Ｌｉをタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルＭ１を生成する回転生成部２２と、
を有する。

本実施形態の方法において、タイヤ子午線断面の端面形状Ｌｉを生成するステップは、
予め定めたタイヤ軸位置Ｐ_１を中心とする円Ｃ_１と路面ｒｏとの重なり部分に形成される接地長Ｌが接地長データ１０における各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、予め定めたタイヤ軸位置Ｐ_１に関するデータと接地長データ１０に基づいて円Ｃ_１の径Ｄをタイヤ幅方向位置毎に算出するステップ（Ｓ１０１）と、
算出した径Ｄに基づきタイヤ子午線断面の端面形状Ｌｉを生成するステップ（Ｓ１０２）と、を含む。

このような装置構成及び方法によれば、単純な計算によって端面形状Ｌｉを生成できるので、実用的である。

本実施形態に係るコンピュータプログラムは、上記タイヤ周囲空間モデルの生成方法を構成する各ステップをコンピュータに実行させるプログラムである。

本実施形態の記憶媒体は、上記コンピュータプログラムを記憶したコンピュータに読取り可能な記憶媒体である。上記プログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。言い換えると、上記装置は、上記方法を使用しているとも言える。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、図１に示す各部２〜３は、所定プログラムをコンピュータのＣＰＵで実行することで実現しているが、各部を専用メモリや専用回路で構成してもよい。

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…記憶部
１０…接地長データ
２…タイヤ外表面モデル生成部
２０…径算出部
２１…端面形状生成部
２２…回転生成部
３…結合部
Ｐ_１…タイヤ軸位置
Ｌ…接地長
Ｌｉ…タイヤ子午線断面の端面形状
ＳＰ１…楔状空間
Ｍ１…タイヤ外表面モデル
Ｍ２…タイヤ周囲空間の最外面モデル
Ｍ３…溝空間モデル
Ｍ４…タイヤ周囲空間モデル

Claims (5)

1. 所定荷重の下でタイヤが接地変形した場合に、或るタイヤ幅方向位置の接地長に関するデータをタイヤ幅方向位置毎に関連づけた接地長データを記憶する記憶部と、
   予め定めたタイヤ軸位置に配置したタイヤ外表面モデルと予め定めた形状を有する路面モデルの重なり部分に形成される接地長が前記接地長データにおける各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、タイヤ子午線断面の端面形状を生成し、当該端面形状をタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルを生成するタイヤ外表面モデル生成部と、
   前記タイヤ外表面モデル生成部で得られるタイヤ外表面モデルと、前記予め定めた形状を有する路面モデルと、予め定めた形状を有するタイヤ周囲空間の最外面モデルと、トレッドパターンで定まるタイヤと路面の間の溝空間モデルと、を結合し、タイヤ前後に楔状空間を有するタイヤ周囲空間モデルを生成する結合部と、を備えることを特徴とするタイヤ周囲空間モデルの生成装置。
2. 前記タイヤ外表面モデル生成部は、
   予め定めたタイヤ軸位置を中心とする円と前記予め定めた形状を有する路面モデルとの重なり部分に形成される接地長が前記接地長データにおける各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、予め定めたタイヤ軸位置に関するデータと前記接地長データに基づいて前記円の径をタイヤ幅方向位置毎に算出する径算出部と、
   前記径算出部が算出した径に基づきタイヤ子午線断面の端面形状を生成する端面形状生成部と、
   前記端面形状生成部が生成した端面形状をタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルを生成する回転生成部と、を有する請求項１に記載のタイヤ周囲空間モデルの生成装置。
3. 所定荷重の下でタイヤが接地変形した場合に、或るタイヤ幅方向位置の接地長に関するデータをタイヤ幅方向位置毎に関連づけた接地長データを記憶部に記憶するステップと、
   予め定めたタイヤ軸位置に配置したタイヤ外表面モデルと予め定めた形状を有する路面モデルの重なり部分に形成される接地長が前記接地長データにおける各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、タイヤ子午線断面の端面形状を生成するステップと、
   前記端面形状をタイヤ軸回りに回転させてタイヤ外表面モデルを生成するステップと、
   前記タイヤ外表面モデルと、前記予め定めた形状を有する路面モデルと、予め定めた形状を有するタイヤ周囲空間の最外面モデルと、トレッドパターンで定まるタイヤと路面の間の溝空間モデルと、を結合し、タイヤ前後に楔状空間を有するタイヤ周囲空間モデルを生成するステップと、を含むタイヤ周囲空間モデルの生成方法。
4. 前記タイヤ子午線断面の端面形状を生成するステップは、
   予め定めたタイヤ軸位置を中心とする円と前記予め定めた形状を有する路面モデルとの重なり部分に形成される接地長が前記接地長データにおける各々のタイヤ幅方向位置に対応する接地長になるように、予め定めたタイヤ軸位置に関するデータと前記接地長データに基づいて前記円の径をタイヤ幅方向位置毎に算出するステップと、
   算出した径に基づきタイヤ子午線断面の端面形状を生成するステップと、を含む請求項３に記載のタイヤ周囲空間モデルの生成方法。
5. 請求項３又は４に記載の方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。