JP6565561B2 - タイヤのシミュレーション方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの性能を、より正確に評価することができるタイヤのシミュレーション方法に関する。

従来、コンピュータを用いてタイヤの性能を評価するためのタイヤのシミュレーション方法が、種々提案されている。例えば、下記特許文献１では、タイヤの接地特性を解析するために、物理量の時間変化を計算するタイヤのシミュレーション方法が提案されている。

特開２００５−０２２４６９号公報

コンピュータを用いてタイヤの性能を評価する場合、タイヤを有限個の要素でモデル化したタイヤモデルが用いられる。各要素の辺又は面は、直線又は平面である。従って、タイヤモデルを側面から見ると、タイヤモデルは、タイヤ周方向に各要素を１辺とする多角形状として構成されている。このようなタイヤモデルを転動させて計算した場合、計算された結果には、多角形の頂点に起因した振動成分が含まれる。このような振動成分は、タイヤの性能を評価するときのノイズとなり、正確な評価を妨げている。

上記特許文献１のタイヤのシミュレーション方法では、この振動成分を除去するために、計算された物理量に対し平滑化処理が行われている。しかしながら、特許文献１の平滑化処理は、その時間領域において一律に行われているため、平滑化処理された物理量が、真の値に対して誤差の大きいものとなる場合があった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、物理量の連続的な時間変化のある区間を、少なくとも２つの区間に分けて、それぞれに異なる平滑化処理を行うことを基本として、タイヤの性能を、より正確に評価することができるタイヤのシミュレーション方法を提供することを主たる目的としている。

本発明は、コンピュータを用いてタイヤの性能を評価するためのタイヤのシミュレーション方法であって、前記コンピュータに、トレッド部を含む前記タイヤを有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを入力する入力工程と、前記コンピュータが、前記タイヤモデルを、予め定めた路面モデル上で転動させ、前記タイヤの性能に関する物理量の時間変化を計算する計算工程と、前記コンピュータが、前記物理量の時間変化に対し、少なくとも２つの区間に分けて、それぞれに異なる平滑化処理を行う平滑化工程と、前記コンピュータが、前記平滑化処理が行われた前記物理量に基づいて、前記タイヤの性能を評価する評価工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係るタイヤのシミュレーション方法において、前記平滑化工程では、前記平滑化処理が移動平均フィルタにより行われ、前記少なくとも２つの区間では、それぞれの区間における前記移動平均フィルタの計算に用いられる時間幅が異なるのが望ましい。

本発明に係るタイヤのシミュレーション方法において、前記要素には、複数の節点が設けられ、前記計算工程では、前記タイヤモデルの前記節点が、前記路面モデルに接地している時間領域において、前記物理量の時間変化を計算するのが望ましい。

本発明に係るタイヤのシミュレーション方法において、前記タイヤの性能は、摩耗性能を含むのが望ましい。

本発明に係るタイヤのシミュレーション方法において、前記物理量は、前記トレッド部のすべり量を含むのが望ましい。

本発明に係るタイヤのシミュレーション方法において、前記物理量は、前記トレッド部のせん断力を含むのが望ましい。

本発明に係るタイヤのシミュレーション方法において、前記少なくとも２つの区間の分割位置は、予め設定されたしきい値に基づいて設定されるのが望ましい。

本発明に係るタイヤのシミュレーション方法において、前記少なくとも２つの区間の分割位置は、前記物理量の時間変化の程度に基づいて設定されるのが望ましい。

本発明に係るタイヤのシミュレーション方法において、前記物理量の時間変化は、前記タイヤモデルの前記各要素毎に計算され、前記少なくとも２つの区間の分割位置は、前記タイヤモデルの前記各要素毎に個別に設定されるのが望ましい。

本発明のタイヤのシミュレーション方法は、コンピュータが、物理量の時間変化に対し、少なくとも２つの区間に分けて、それぞれに異なる平滑化処理を行う平滑化工程を含んでいる。このようなタイヤのシミュレーション方法は、それぞれの区間毎に適切な平滑化処理を行えるので、平滑化処理された物理量を真の値に近づけることができる。このため、この平滑化処理を含むタイヤのシミュレーション方法は、タイヤの性能を、より正確に評価することができる。

本発明の一実施形態のタイヤのシミュレーション方法の処理手順を示すフローチャートである。 性能が評価されるタイヤモデルを視覚化した側面図である。 トレッド部のすべり量の計算結果の一例を示すグラフである。 平滑化工程の処理手順を示すフローチャートである。 図３の分割位置を示すグラフである。 平滑化処理されたトレッド部のすべり量の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態のタイヤのシミュレーション方法（以下、単に「シミュレーション方法」ということがある。）は、タイヤの性能を、コンピュータを用いて再現し、評価するための方法である。

図１は、本実施形態のシミュレーション方法の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態のシミュレーション方法では、まず、コンピュータに、タイヤモデル１を入力する入力工程Ｓ１が実行される。

図２は、本実施形態のシミュレーション方法により性能が評価される３次元のタイヤモデル１を視覚化した部分的な側面図である。入力工程Ｓ１では、図２に示されるように、タイヤに関する情報に基づいて、トレッド部を含むタイヤを数値解析法により取り扱い可能な有限個の小さな要素Ｆ（ｉ）（ｉ＝１，２，…）に離散化している。これにより、タイヤを有限個の要素Ｆ（ｉ）で３次元的にモデル化したタイヤモデル１が設定される。なお、数値解析法としては、例えば有限要素法、有限体積法、差分法又は境界要素法が適宜採用できるが、本実施形態では有限要素法が採用される。

要素Ｆ（ｉ）としては、例えば、４面体ソリッド要素、５面体ソリッド要素、又は６面体ソリッド要素等が用いられる。各要素Ｆ（ｉ）には、複数個の節点Ｐ（ｊ）（ｊ＝１，２，…）が設けられる。このような各要素Ｆ（ｉ）には、要素番号、節点Ｐ（ｊ）の番号、節点Ｐ（ｊ）の座標値及び材料特性（例えば密度、ヤング率及び／又は減衰係数等）等の数値データが定義される。

タイヤモデル１は、例えば、タイヤ内周側のボディモデル２と、タイヤ外周側のトレッドモデル３とを含んでいる。ボディモデル２は、例えば、タイヤ周方向、タイヤ径方向及びタイヤ幅方向に対して、要素Ｆ（ｉ）が規則正しく整列されている。このようなボディモデル２は、計算時間を短縮することができる。一方、トレッドモデル３は、評価対象のトレッド部のトレッドパターンを再現するために、ボディモデル２の要素Ｆ（ｉ）よりも小さい要素Ｆ（ｉ）により構成されているのが望ましい。このようなトレッドモデル３は、トレッドパターンを再現するとともに、トレッド部接地時の変形をより正確に再現することができる。

図１に示されるように、シミュレーション方法は、次に、タイヤモデル１等の初期設定を行う設定工程Ｓ２が実行される。設定工程Ｓ２では、例えば、路面モデルの設定、境界条件の設定、タイヤモデル１の内圧付加及びタイヤモデル１と路面モデルとの接地等が行われる。

路面モデルの設定は、例えば、タイヤモデル１と同様に、評価対象となる路面に関する情報に基づいて、路面を数値解析法（本実施形態では、有限要素法）により取り扱い可能な有限個の要素に離散化している。路面モデルとしては、平滑な表面を有するものであるのが望ましいが、アスファルト路面のような微小凹凸、不規則な段差、窪み、うねり又は轍等の実走行路面に近似した凹凸などが設けられていても良い。

境界条件の設定は、例えば、タイヤモデル１の内圧条件、負荷荷重条件、キャンバー角及びタイヤモデル１と路面モデルとの摩擦係数等が設定される。さらに、境界条件としては、走行速度に対応する角速度、並進速度、及び、横力等が設定される。

タイヤモデル１の内圧付加では、例えば、内圧条件の基づいて内圧が充填された後のタイヤモデル１が計算される。内圧は、例えば、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格が定めている空気圧が設定されるのが望ましい。

タイヤモデル１と路面モデルとの接地では、例えば、負荷荷重条件、キャンバー角及び摩擦係数等に基づいて、内圧充填後のタイヤモデル１の変形が計算される。これにより、路面モデルに接地したタイヤモデル１が計算される。

シミュレーション方法は、次に、タイヤの性能に関する物理量を計算する計算工程Ｓ３が実行される。計算工程Ｓ３では、コンピュータが、タイヤモデル１を、設定工程Ｓ２で予め定めた路面モデル上で転動させ、タイヤの性能に関する物理量の時間変化を計算している。

このような計算工程Ｓ３は、図２に示されるように、タイヤモデル１を所定のタイヤ回転方向Ｒに転動させたときのタイヤの性能を、各要素Ｆ（ｉ）の節点Ｐ（ｊ）毎に単位時間刻みで計算している。計算工程Ｓ３では、タイヤモデル１の節点Ｐ（ｊ）が、路面モデルに接地している時間領域、すなわち、当該節点Ｐ（ｊ）が、接地入点ｃ１から接地出点ｃ２に至る接地面Ｃを移動する時間領域において、各節点Ｐ（ｊ）毎のタイヤの性能に関する物理量の時間変化を計算するのが望ましい。

本実施形態のタイヤの性能として、例えば、摩耗性能を含むことができる。摩耗性能は、摩耗エネルギーＥにより評価されるのが望ましい。摩耗エネルギーＥは、転動しているトレッドモデル３の各節点Ｐ（ｊ）について、作用するせん断力Ｈとすべり量Ｌとの積を、当該節点Ｐ（ｊ）が路面モデルに接地してから離れるまでの間、単位時間刻みで計算し、かつ、それらを総和した物理量である。

本実施形態の摩耗性能に関する物理量は、例えば、トレッド部のせん断力Ｈとすべり量Ｌとを含んでいる。本実施形態では、トレッドモデル３の踏面に表れる全ての要素Ｆ（ｉ）の節点Ｐ（ｊ）について、単位時間毎に、接地中に受けるタイヤ周方向及びタイヤ軸方向のせん断力Ｈと、各せん断力Ｈの作用方向に対するすべり量Ｌとが計算される。

図３には、トレッド部のすべり量Ｌの計算結果の一例を示すグラフが示されている。図３において、横軸は時間ｔであり、縦軸はすべり量Ｌである。図３に示されるように、トレッドモデル３のある節点Ｐ（ｊ）における、接地入点ｃ１（図２に示す）に達する時間ｔ１から接地出点ｃ２（図２に示す）に達する時間ｔ２までのすべり量Ｌの時間変化が計算されている。すべり量Ｌの時間変化は、例えば、接地入点ｃ１に達する時間ｔ１近傍でやや大きく、その後、小さくなり、接地出点ｃ２に達する時間ｔ２近傍で急に大きくなる傾向を有している。

図示は省略されるが、すべり量Ｌと同様に、せん断力Ｈについても、トレッドモデル３の節点Ｐ（ｊ）における、接地入点ｃ１に達する時間ｔ１から接地出点ｃ２に達する時間ｔ２までの時間変化が計算されている。

図１に示されるように、シミュレーション方法は、次に、計算された物理量に対し、平滑化処理を行う平滑化工程Ｓ４が実行される。平滑化工程Ｓ４では、コンピュータが、図３に示された物理量の時間変化のある区間（本実施形態では、ｔ１〜ｔ２）を、少なくとも２つの区間に分けて、それぞれに異なる平滑化処理を行っている。

図４は、平滑化工程Ｓ４の処理手順を示すフローチャートである。図４に示されるように、平滑化工程Ｓ４では、まず、物理量の時間変化に対し、少なくとも２つの区間の分割位置ｔｃを設定する分割工程Ｓ４１が実行される。

分割工程Ｓ４１の少なくとも２つの区間の分割位置ｔｃは、例えば、予め設定されたしきい値に基づいて設定される。図５は、図３のグラフにおいて、分割位置ｔｃを示すグラフである。図５には、第１区間Ｎ１と第２区間Ｎ２との２つの区間に分けられた例が示されている。図５に示されるように、分割位置ｔｃは、例えば、すべり量Ｌの時間変化の傾向が変わる時間近傍をしきい値として設定することができる。

分割工程Ｓ４１の少なくとも２つの区間の分割位置ｔｃは、タイヤモデル１の各要素Ｆ（ｉ）の節点Ｐ（ｊ）毎に個別に設定されるのが望ましい。平滑化処理する際の適切な分割位置ｔｃは、トレッドパターン等の影響により、各節点Ｐ（ｊ）毎に異なる可能性がある。この場合でも、分割位置ｔｃを各節点Ｐ（ｊ）毎に個別に設定することで、平滑化処理された物理量がより正確に計算され得る。

図４に示されるように、平滑化工程Ｓ４は、次に、分割された区間毎にそれぞれ異なる平滑化処理を行う区間平滑化処理Ｓ４２が実行される。本実施形態の区間平滑化処理Ｓ４２は、移動平均フィルタにより行われるのが望ましい。この場合、少なくとも２つの区間では、それぞれの区間において移動平均フィルタの計算に用いられる時間幅が異なるのが望ましい。このような区間平滑化処理Ｓ４２は、それぞれの区間毎に適切な平滑化処理を行えるので、平滑化処理された物理量をより真の値に近づけることができる。

図６は、平滑化処理されたトレッド部のすべり量Ｌの一例を示すグラフである。図６の横軸及び縦軸は、図３と同様である。図６に示されるように、第１区間Ｎ１は、例えば、計算に用いられる時間幅が長い移動平均フィルタにより平滑化処理が行われ、第２区間Ｎ２は、例えば、計算に用いられる時間幅が短い移動平均フィルタにより平滑化処理が行われる。第１区間Ｎ１は、すべり量Ｌの時間変化量が小さいので、計算に用いられる時間幅を長くして、不要なノイズを効率よく除去することができる。第２区間Ｎ２は、すべり量Ｌの時間変化量が大きいので、計算に用いられる時間幅を短くして、真の値との誤差を小さくすることができる。

図１に示されるように、シミュレーション方法は、次に、タイヤの性能を評価する評価工程Ｓ５が実行される。評価工程Ｓ５では、コンピュータが、平滑化処理が行われた物理量に基づいて、タイヤの性能を評価している。本実施形態では、評価対象となる物理量から不要なノイズが除去されているので、タイヤの性能を、より正確に評価することができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施し得る。

例えば、上述の実施形態では、摩耗性能に関する物理量として、すべり量Ｌとせん断力Ｈとが例示されていたが、さらに、せん断力Ｈとすべり量Ｌとの積である単位時間当たりの摩耗エネルギーＥｔや、単位時間当たりの摩耗エネルギーＥｔとトレッド部の材料の摩耗係数Ｋとの積である単位時間摩耗量Ｄｔが用いられてもよい。

また、上述の実施形態では、分割工程Ｓ４１において、分割位置ｔｃがしきい値に基づいて設定されたが、分割工程Ｓ４１の少なくとも２つの区間の分割位置ｔｃは、物理量、例えば、すべり量Ｌの時間変化の程度に基づいて設定されてもよい。この場合、例えば、所定の時間幅における物理量の傾きを計算し、この傾きに基づいて、分割位置ｔｃが設定されてもよい。また、物理量の時間変化に対し、時間領域全体において一律の第１平滑化処理を行った上で、この第１平滑化処理の結果と物理量の時間変化との差に基づいて、分割位置ｔｃが設定されてもよい。第１平滑化処理として移動平均フィルタを用いる場合、第１平滑化処理の結果は、同一時間幅の物理量の時間変化の移動平均を、時間領域全体にわたって計算すればよい。

また、上述の実施形態では、平滑化処理は、移動平均フィルタにより行われたが、メディアンフィルタ又はバンドパスフィルタ等の他のフィルタを用いて行われてもよい。また、上述の実施形態では、区間毎に移動平均フィルタの時間幅を異なるものとしていたが、例えば、区間毎に異なる種類のフィルタを用いて平滑化処理をしてもよい。

さらに、上述の実施形態では、２つの区間に分ける方法が例示されたが、３つ以上の区間に分けられてもよい。例えば、各区間が、接地入点ｃ１に達する時間ｔ１近傍の第１区間Ｎ１と、その後の小さくなる部分の第２区間Ｎ２と、接地出点ｃ２に達する時間ｔ２近傍の第３区間Ｎ３とに分けられてもよい。

また、上述の実施形態では、タイヤの性能として摩耗性能について説明されたが、ノイズ性能等の転動性能解析に用いられてもよい。

図１に示される処理手順に従って、すべり量の時間変化に対し、２つの区間に分けて、それぞれに異なる平滑化処理行われたタイヤモデルの摩耗性能が評価された（実施例）。比較例として、すべり量の時間変化に対し、平滑化処理が行われないタイヤモデルの摩耗性能（比較例１）と、すべり量の時間変化に対し、当該時間領域において一律の平滑化処理が行われたタイヤモデルの摩耗性能（比較例２）とが評価された。

実施例及び比較例の共通仕様は以下のとおりである。
タイヤサイズ ： １９５／６０Ｒ１４ ８６Ｈ
リム ： １４×６Ｊ
内圧 ： ２４０ｋＰａ
荷重 ： ３．８３ｋＮ
転動モード ： フリー転動

＜摩耗性能＞
計算されたすべり量とせん断力とから、摩耗エネルギーが計算された。結果は、別途計測された実験値を１００とする指数で示され、数値が１００に近い程、摩耗性能の再現性に優れていることを示す。

テストの結果が表１に示される。

表１から明らかなように、実施例の計算結果は、比較例に対し、実験値に近い値となっており、タイヤの摩耗性能をより正確に評価できることが確認された。

１ タイヤモデル
Ｓ３ 計算工程
Ｓ４ 平滑化工程

Claims (9)

1. コンピュータを用いてタイヤの性能を評価するためのタイヤのシミュレーション方法であって、
   前記コンピュータに、トレッド部を含む前記タイヤを有限個の要素でモデル化したタイヤモデルを入力する入力工程と、
   前記コンピュータが、前記タイヤモデルを、予め定めた路面モデル上で転動させ、前記タイヤの性能に関する物理量の時間変化を計算する計算工程と、
   前記コンピュータが、前記物理量の時間変化に対し、少なくとも２つの区間に分けて、それぞれに異なる平滑化処理を行う平滑化工程と、
   前記コンピュータが、前記平滑化処理が行われた前記物理量に基づいて、前記タイヤの性能を評価する評価工程とを含むことを特徴とするタイヤのシミュレーション方法。
2. 前記平滑化工程では、前記平滑化処理が移動平均フィルタにより行われ、
   前記少なくとも２つの区間では、それぞれの区間における前記移動平均フィルタの計算に用いられる時間幅が異なる請求項１に記載のタイヤのシミュレーション方法。
3. 前記要素には、複数の節点が設けられ、
   前記計算工程では、前記タイヤモデルの前記節点が、前記路面モデルに接地している時間領域において、前記物理量の時間変化を計算する請求項１又は２に記載のタイヤのシミュレーション方法。
4. 前記タイヤの性能は、摩耗性能を含む請求項１乃至３のいずれかに記載のタイヤのシミュレーション方法。
5. 前記物理量は、前記トレッド部のすべり量を含む請求項１乃至４のいずれかに記載のタイヤのシミュレーション方法。
6. 前記物理量は、前記トレッド部のせん断力を含む請求項１乃至５のいずれかに記載のタイヤのシミュレーション方法。
7. 前記少なくとも２つの区間の分割位置は、予め設定されたしきい値に基づいて設定される請求項１乃至６のいずれかに記載のタイヤのシミュレーション方法。
8. 前記少なくとも２つの区間の分割位置は、前記物理量の時間変化の程度に基づいて設定される請求項１乃至６のいずれかに記載のタイヤのシミュレーション方法。
9. 前記物理量の時間変化は、前記タイヤモデルの前記各要素毎に計算され、
   前記少なくとも２つの区間の分割位置は、前記タイヤモデルの前記各要素毎に個別に設定される請求項１乃至８のいずれかに記載のタイヤのシミュレーション方法。