JP7006174B2 - Simulation method, its equipment and program - Google Patents

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Description

本発明は、コンピュータを用いたタイヤのシミュレーション方法、その装置およびプログラムに関し、特に、転動解析のようにタイヤと路面間のような剛性差の大きな接触問題における解析結果を向上させたタイヤのシミュレーション方法、その装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a method for simulating a tire using a computer, a device and a program thereof, and in particular, a tire simulation with improved analysis results in a contact problem having a large difference in rigidity such as between a tire and a road surface such as rolling analysis. With respect to the method, its equipment and program.

現在、コンピュータが解析可能なタイヤモデル等を作成し、有限要素法(FEM)により、タイヤ等の性能をシミュレーションする方法が提案されている。タイヤ等の性能シミュレーションでは、タイヤを有限個の要素に分割して得られたタイヤモデルを作成し、この有限要素で構成されたタイヤモデルを、路面を模した仮想路面で転動させている。タイヤの性能シミュレーションを用いてタイヤを設計する場合、最適化設計手法に基づき複数のタイヤ形状についてシミュレーションを行っている。 Currently, a method of creating a tire model or the like that can be analyzed by a computer and simulating the performance of the tire or the like by the finite element method (FEM) has been proposed. In performance simulation of tires and the like, a tire model obtained by dividing a tire into a finite number of elements is created, and the tire model composed of the finite elements is rolled on a virtual road surface imitating a road surface. When designing a tire using tire performance simulation, simulations are performed for multiple tire shapes based on an optimized design method.

タイヤの有限要素法のシミュレーションにおいて、転動解析のようにタイヤと路面のような剛性差の大きなものの接触問題においては、接触面の貫入が問題になることがある。そのため、接触反力を与え貫入量の調節、または貫入を防ぐことにより解析結果の精度を向上させている。例えば、特許文献1には、タイヤサイズの変化に伴い発生する、接触前における路面モデルのタイヤモデルへの貫入を防ぐことにより、路面モデル等との接触解析を含む形状最適化計算のような繰返し計算において、モデルの配置位置を起因とする計算の破綻を防ぐために好適なタイヤのシミュレーション方法が提案されている。 In the simulation of the finite element method of a tire, the penetration of the contact surface may become a problem in the contact problem of a tire and an object having a large rigidity difference such as a road surface such as rolling analysis. Therefore, the accuracy of the analysis result is improved by applying a contact reaction force to adjust the intrusive amount or prevent the intrusive. For example, Patent Document 1 describes repetition such as shape optimization calculation including contact analysis with a road surface model or the like by preventing the road surface model from penetrating into the tire model before contact, which occurs due to a change in tire size. In the calculation, a suitable tire simulation method has been proposed in order to prevent the calculation from breaking due to the placement position of the model.

特開2015-125461号公報JP-A-2015-125461

上述の特許文献1においては、路面モデルが予めタイヤモデルに貫入しているのを防ぐことが提案されている。しかしながら、接触後における貫入量はトレッド形状、材料物性、およびメッシュサイズ等に依存するが、これらを考慮していない。このため、より高い信頼性およびより高い解析精度を得ようとする場合には、計算方法として十分ではないことが懸念される。 In the above-mentioned Patent Document 1, it is proposed to prevent the road surface model from penetrating the tire model in advance. However, the amount of penetration after contact depends on the tread shape, material properties, mesh size, etc., but these are not taken into consideration. Therefore, when trying to obtain higher reliability and higher analysis accuracy, there is a concern that the calculation method is not sufficient.

本発明の目的は、前述の従来技術に基づく問題点を解消し、接触時における適切な貫入量を設定し、信頼性の高い計算結果を得られるタイヤのシミュレーション方法、その装置およびプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a tire simulation method, an apparatus and a program thereof, which solves the above-mentioned problems based on the prior art, sets an appropriate penetration amount at the time of contact, and can obtain highly reliable calculation results. There is something in it.

上記目的を達成するために、本発明は、コンピュータによる数値解析により実行されるタイヤのシミュレーション方法であって、タイヤについて、コンピュータで数値解析可能なタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成工程と、タイヤが接触する路面について、コンピュータで数値解析可能な路面モデルを作成する路面モデル作成工程と、コンピュータにより、タイヤモデルと路面モデルとの接触解析を実施し、所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を得る接触解析工程と、コンピュータにより、接触解析工程で得られたペナルティ剛性値を用いてタイヤモデルと路面モデルとの転動解析を実施する転動解析工程とを有し、接触解析工程は、予め複数設定された、タイヤモデルと路面モデルとの貫入量に比例した接触力に基づいて規定されるペナルティ剛性に対して、それぞれタイヤモデルの位置と路面モデルの位置とで規定される貫入量を求める工程と、ペナルティ剛性と貫入量との関係を表す回帰曲線を得る工程と、その回帰曲線を用いて、所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を求める工程とを有するタイヤのシミュレーション方法を提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention is a tire simulation method executed by numerical analysis by a computer, and is a tire model creation process for creating a tire model that can be numerically analyzed by a computer, and a tire. For the road surface in contact, the road surface model creation process that creates a road surface model that can be numerically analyzed by a computer and the contact analysis between the tire model and the road surface model by a computer are performed, and the penalty rigidity value at a predetermined penetration amount is obtained. It has a step and a rolling analysis step of performing a rolling analysis of a tire model and a road surface model using a penalty rigidity value obtained in the contact analysis step by a computer, and a plurality of contact analysis steps are set in advance. In addition, for the penalty rigidity defined based on the contact force proportional to the penetration amount between the tire model and the road surface model, the process of obtaining the penetration amount specified by the position of the tire model and the position of the road surface model, respectively. The present invention provides a method for simulating a tire having a step of obtaining a regression curve representing the relationship between the penalty rigidity and the penetration amount, and a step of obtaining a penalty rigidity value at a predetermined penetration amount using the regression curve.

所定の貫入量は、1.0×10-5~5.0×10-1(mm)であることが好ましい。
ペナルティ剛性は、要素面積、要素体積、およびペナルティ係数が少なくとも含まれた式にて定義され、要素面積、要素体積、およびペナルティ係数のうち、少なくとも1つを変えることにより、貫入量を調整することができる。
接触解析工程で設定されるペナルティ剛性の水準数は、少なくとも3水準であることが好ましい。
タイヤモデルは、タイヤ断面幅方向において複数の領域に分割されており、複数の領域毎にペナルティ剛性値が調整されて貫入量が定められることが好ましい。
The predetermined penetration amount is preferably 1.0 × 10 -5 to 5.0 × 10 -1 (mm).
Penalty stiffness is defined by an equation that includes at least the element area, element volume, and penalty factor, and the penetration amount is adjusted by changing at least one of the element area, element volume, and penalty coefficient. Can be done.
The number of levels of penalty rigidity set in the contact analysis step is preferably at least 3 levels.
The tire model is divided into a plurality of regions in the tire cross-sectional width direction, and it is preferable that the penalty rigidity value is adjusted for each of the plurality of regions to determine the penetration amount.

本発明は、タイヤについて、コンピュータで数値解析可能なタイヤモデルと、タイヤが接触する路面について、コンピュータで数値解析可能な路面モデルを作成するモデル作成部と、タイヤモデルと路面モデルとの接触解析を実施し、所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を得て、得られたペナルティ剛性値を用いてタイヤモデルと路面モデルとの転動解析を実施する解析部とを有し、解析部は、予め複数設定された、タイヤモデルと路面モデルとの貫入量に比例した接触力に基づいて規定されるペナルティ剛性に対して、それぞれタイヤモデルの位置と路面モデルの位置とで規定される貫入量を求め、ペナルティ剛性と貫入量との関係を表す回帰曲線を得て、その回帰曲線を用いて、所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を求めるタイヤのシミュレーション装置を提供するものである。 The present invention provides a tire model that can be numerically analyzed by a computer for a tire, a model creation unit that creates a road surface model that can be numerically analyzed by a computer for a road surface that the tire contacts, and contact analysis between the tire model and the road surface model. It has an analysis unit that performs rolling analysis between the tire model and the road surface model using the obtained penalty rigidity value, and has a plurality of analysis units in advance. For the set penalty rigidity defined based on the contact force proportional to the penetration amount between the tire model and the road surface model, the penetration amount specified by the position of the tire model and the position of the road surface model is obtained. Provided is a tire simulation device for obtaining a regression curve showing the relationship between a penalty rigidity and a penetration amount, and using the regression curve to obtain a penalty rigidity value at a predetermined penetration amount.

所定の貫入量は、1.0×10-5~5.0×10-1(mm)であることが好ましい。
ペナルティ剛性は、要素面積、要素体積、およびペナルティ係数が少なくとも含まれた式にて定義され、解析部は、要素面積、要素体積、およびペナルティ係数のうち、少なくとも1つを変えることにより、貫入量を調整することができる。
解析部で設定されるペナルティ剛性の水準数は、少なくとも3水準であることが好ましい。
モデル作成部は、タイヤ断面幅方向において複数の領域に分割されたタイヤモデルを作成し、解析部は、複数の領域毎にペナルティ剛性値を調整して貫入量を定めることが好ましい。
The predetermined penetration amount is preferably 1.0 × 10 -5 to 5.0 × 10 -1 (mm).
Penalty stiffness is defined by an equation that includes at least the element area, element volume, and penalty coefficient, and the analyzer changes the penetration amount by changing at least one of the element area, element volume, and penalty coefficient. Can be adjusted.
The number of levels of penalty rigidity set by the analysis unit is preferably at least 3 levels.
It is preferable that the model creating unit creates a tire model divided into a plurality of regions in the tire cross-sectional width direction, and the analysis unit adjusts the penalty rigidity value for each of the plurality of regions to determine the penetration amount.

本発明のタイヤのシミュレーション方法の各工程を手順としてコンピュータに実行させるためのプログラムを提供するものである。 The present invention provides a program for causing a computer to execute each step of the tire simulation method of the present invention as a procedure.

本発明によれば、適切な貫入量を設定し、信頼性の高い計算結果を得ることができるタイヤのシミュレーション方法およびタイヤのシミュレーション装置ならびにタイヤのシミュレーション用のプログラムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a tire simulation method, a tire simulation device, and a program for tire simulation that can set an appropriate penetration amount and obtain highly reliable calculation results.

本発明の実施形態のシミュレーション方法に用いられるシミュレーション装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the simulation apparatus used in the simulation method of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のシミュレーション方法に用いられるタイヤモデルの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the tire model used in the simulation method of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のシミュレーション方法に用いられるタイヤモデルの一例の要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the main part of the example of the tire model used in the simulation method of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のシミュレーション方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the simulation method of embodiment of this invention. 接地中心部における貫入量とペナルティ剛性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the penetration amount and the penalty rigidity in the contact center part. タイヤモデルの摩耗エネルギーの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the wear energy of a tire model. タイヤモデルの摩耗エネルギーの他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the wear energy of a tire model. 本発明の実施形態のシミュレーション方法に用いられるタイヤモデルの他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the tire model used in the simulation method of embodiment of this invention. 実施例1および比較例1~5の貫入量とペナルティ剛性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the penetration amount and the penalty rigidity of Example 1 and Comparative Examples 1-5. 実施例1のタイヤモデルの摩耗エネルギーの結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the result of the wear energy of the tire model of Example 1. FIG. 比較例3のタイヤモデルの摩耗エネルギーの結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the result of the wear energy of the tire model of the comparative example 3. FIG. 実施例1のタイヤモデルの摩耗エネルギーの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the wear energy of the tire model of Example 1. FIG. 比較例3のタイヤモデルの摩耗エネルギーの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the wear energy of the tire model of the comparative example 3. FIG.

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のシミュレーション方法、その装置およびプログラムを詳細に説明する。
図1は本発明の実施形態のシミュレーション方法に用いられるシミュレーション装置を示す模式図である。図2は本発明の実施形態のシミュレーション方法に用いられるタイヤモデルの一例を示す模式図である。
Hereinafter, the simulation method, the apparatus and the program thereof of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a simulation device used in the simulation method of the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a tire model used in the simulation method of the embodiment of the present invention.

図1に示すシミュレーション装置10(以下、単に処理装置10という)は、本発明のタイヤのシミュレーション方法を実施する装置の一例である。処理装置10は、コンピュータ等のハードウェアを用いて構成される。本発明のタイヤのシミュレーション方法には、図1に示す処理装置10が用いられるが、タイヤのシミュレーション方法をコンピュータ等のハードウェアまたはソフトウェアを用いて、数値解析により実行することができれば処理装置10に限定されるものではない。 The simulation device 10 shown in FIG. 1 (hereinafter, simply referred to as a processing device 10) is an example of a device that implements the tire simulation method of the present invention. The processing device 10 is configured by using hardware such as a computer. The processing device 10 shown in FIG. 1 is used for the tire simulation method of the present invention. However, if the tire simulation method can be executed by numerical analysis using hardware or software such as a computer, the processing device 10 can be used. Not limited.

処理装置10は、処理部12と、入力部14と、表示部16とを有する。処理部12は、条件設定部20、モデル作成部22、解析部24、メモリ28、表示制御部30および制御部32を有する。この他に図示はしないがROM等を有する。
処理部12は、制御部32により制御される。また、処理部12において条件設定部20、モデル作成部22、解析部24、および表示制御部30はメモリ28に接続されており、条件設定部20、モデル作成部22および解析部24のデータがメモリ28に記憶される。
The processing device 10 has a processing unit 12, an input unit 14, and a display unit 16. The processing unit 12 includes a condition setting unit 20, a model creation unit 22, an analysis unit 24, a memory 28, a display control unit 30, and a control unit 32. In addition to this, although not shown, it has a ROM and the like.
The processing unit 12 is controlled by the control unit 32. Further, in the processing unit 12, the condition setting unit 20, the model creation unit 22, the analysis unit 24, and the display control unit 30 are connected to the memory 28, and the data of the condition setting unit 20, the model creation unit 22, and the analysis unit 24 are connected to the memory 28. It is stored in the memory 28.

入力部14は、マウスおよびキーボード等の各種情報をオペレータの指示により入力するための各種の入力デバイスである。表示部16は、例えば、本発明のタイヤのシミュレーション方法で得られた結果等を表示するものであり、公知の各種のディスプレイが用いられる。また、表示部16には各種情報を出力媒体に表示するためのプリンタ等のデバイスも含まれる。 The input unit 14 is various input devices for inputting various information such as a mouse and a keyboard according to an operator's instruction. The display unit 16 displays, for example, the results obtained by the tire simulation method of the present invention, and various known displays are used. Further, the display unit 16 also includes a device such as a printer for displaying various information on an output medium.

処理装置10は、メモリ28等に記憶されたプログラム(コンピュータソフトウェア)を、制御部32を用いて実行することにより、条件設定部20、モデル作成部22および解析部24の各部を機能的に形成する。処理装置10は、上述のように、プログラムが実行されることで各部位が機能するコンピュータによって構成されてもよいし、各部位が専用回路で構成された専用装置であってもよい。
本実施形態のタイヤのシミュレーション方法では、タイヤの接触解析およびタイヤの転動解析を行うため、処理装置10はタイヤの接触解析およびタイヤの転動解析を実施する機能を有する。
The processing device 10 functionally forms each part of the condition setting unit 20, the model creation unit 22, and the analysis unit 24 by executing the program (computer software) stored in the memory 28 or the like by using the control unit 32. do. As described above, the processing device 10 may be configured by a computer in which each part functions by executing a program, or may be a dedicated device in which each part is configured by a dedicated circuit.
In the tire simulation method of the present embodiment, since the tire contact analysis and the tire rolling analysis are performed, the processing device 10 has a function of performing the tire contact analysis and the tire rolling analysis.

条件設定部20は、本実施形態のタイヤのシミュレーション方法において必要な各種の条件および情報が入力されて設定するものである。条件設定部20は、例えば、タイヤのサイズ、タイヤを構成する各部材の大きさ、配置位置および弾性係数等の物理特性等の各種の条件および情報が入力され、これらを設定する。各種の条件および情報は、例えば、入力部14を介して入力される。条件設定部20で設定する各種の条件および情報はメモリ28に記憶される。 The condition setting unit 20 inputs and sets various conditions and information necessary for the tire simulation method of the present embodiment. The condition setting unit 20 inputs and sets various conditions and information such as the size of the tire, the size of each member constituting the tire, the arrangement position, and the physical characteristics such as the elastic modulus. Various conditions and information are input via, for example, the input unit 14. Various conditions and information set by the condition setting unit 20 are stored in the memory 28.

条件設定部20に設定される特性値は評価しようとする物理量である。目的関数は、評価しようとする物理量を求めるための関数である。
タイヤの場合、特性値はタイヤの特性値である。特性値としては、例えば、タイヤ性能として評価しようとする物理量であり、操縦安定性の指標となるスリップ角ゼロ近傍における横力であるCP(コーナリングパワー)、乗心地性の指標となるタイヤの1次固有振動数、低燃費性能の指標となる転がり抵抗、操縦安定性の指標となる横剛性、縦剛性、たわみ量、接地圧分布、コーナリングフォース、摩擦係数および耐摩耗性の指標となるタイヤトレッド部材の摩耗エネルギー等が挙げられる。
The characteristic value set in the condition setting unit 20 is a physical quantity to be evaluated. The objective function is a function for finding the physical quantity to be evaluated.
In the case of a tire, the characteristic value is the characteristic value of the tire. The characteristic values are, for example, a physical quantity to be evaluated as tire performance, CP (cornering power) which is a lateral force near zero slip angle which is an index of steering stability, and 1 of a tire which is an index of riding comfort. Next natural frequency, rolling resistance as an index of fuel efficiency, lateral rigidity as an index of steering stability, vertical rigidity, amount of deflection, ground pressure distribution, cornering force, friction coefficient and tire tread as an index of wear resistance Examples include wear energy of members.

また、タイヤの負荷荷重、タイヤの転動速度を初めとする走行条件、タイヤが走行する路面条件、例えば、凹凸形状、摩擦係数等、車両の走行シミュレーションに用いるための車両諸元の情報等が設定される。 In addition, information such as tire load, running conditions such as tire rolling speed, road surface conditions on which the tire runs, such as uneven shape, friction coefficient, and vehicle specifications for use in vehicle running simulation, etc. Set.

モデル作成部22は、タイヤについてコンピュータで数値解析可能なタイヤモデルと、タイヤが接触する路面についてコンピュータで数値解析可能な路面モデルを作成するものであり、路面はタイヤを転動させる対象である。
タイヤモデルとしては、タイヤが装着されるリム、ホイール、およびタイヤ回転軸を再現するものをタイヤモデルとしてもよい。また、必要に応じて、タイヤが装着される車両を再現するモデルをタイヤモデルに組み込んでもよい。この際、タイヤモデル、リムモデル、ホイールモデル、およびタイヤ回転軸モデルを、予め設定された境界条件に基づいて一体化したモデルを作成することもできる。
解析に用いるタイヤモデルの形態は、特に限定されるものではなく、例えば、図2に示すタイヤモデル40が例示される。図2に示すようにタイヤモデル40は複数の要素41で構成されている。また、解析に用いるタイヤモデルの形態は、溝のないスムースタイヤでも主溝のみのものでもパターン付きであってもよい。
The model creation unit 22 creates a tire model in which the tire can be numerically analyzed by a computer and a road surface model in which the road surface in contact with the tire can be numerically analyzed by a computer, and the road surface is a target for rolling the tire.
As the tire model, a tire model that reproduces the rim on which the tire is mounted, the wheel, and the axis of rotation of the tire may be used. Further, if necessary, a model that reproduces the vehicle on which the tire is mounted may be incorporated into the tire model. At this time, it is also possible to create a model in which the tire model, the rim model, the wheel model, and the tire rotation axis model are integrated based on the preset boundary conditions.
The form of the tire model used for the analysis is not particularly limited, and for example, the tire model 40 shown in FIG. 2 is exemplified. As shown in FIG. 2, the tire model 40 is composed of a plurality of elements 41. Further, the form of the tire model used for the analysis may be a smooth tire without a groove, a tire with only a main groove, or a pattern.

なお、モデル作成部22で作成されるタイヤモデルの作成には公知の作成方法を用いることができる。例えば、タイヤを複数の節点で構成される有限個の要素に分割して、タイヤモデル40を作成する。
路面モデル42はタイヤモデル40と同様に作成してもよいし、弾性体として解析モデル化してもよいし、さらには剛体として解析モデル化してもよい。また、路面モデル42は、3次元離散化モデルでもよいし、サーフェスとして解析モデル化してもよい。
タイヤモデル40または路面モデル42を構成する要素は、例えば、2次元平面では四辺形要素、3次元体では四面体ソリッド要素、五面体ソリッド要素、六面体ソリッド要素等のソリッド要素、三角形シェル要素、四角形シェル要素等のシェル要素、面要素等のコンピュータで数値解析可能な要素とする。このようにして分割された要素は、解析の過程においては、3次元モデルでは3次元座標を用いて、2次元モデルでは2次元座標を用いて逐一特定される。
A known creation method can be used to create the tire model created by the model creation unit 22. For example, a tire model 40 is created by dividing a tire into a finite number of elements composed of a plurality of nodes.
The road surface model 42 may be created in the same manner as the tire model 40, may be analytically modeled as an elastic body, or may be analytically modeled as a rigid body. Further, the road surface model 42 may be a three-dimensional discretized model or an analysis model as a surface.
The elements constituting the tire model 40 or the road surface model 42 are, for example, a quadrilateral element in a two-dimensional plane, a tetrahedral solid element in a three-dimensional body, a pentahedron solid element, a solid element such as a hexahedral solid element, a triangular shell element, and a quadrangle. Shell elements such as shell elements and elements such as surface elements that can be numerically analyzed by a computer. In the process of analysis, the elements divided in this way are identified one by one using the three-dimensional coordinates in the three-dimensional model and the two-dimensional coordinates in the two-dimensional model.

モデル作成部22で作成されるタイヤモデルおよび路面モデルは、数値解析のための数値計算可能な離散化モデルであればよく、例えば、公知の有限要素法(FEM)に用いるための有限要素モデル等で構成される。
なお、タイヤモデルを用いて、例えば、タイヤウエット性能を初めとするタイヤ性能を求める場合等、路面モデルとタイヤモデルの他に、路面上に存在する介在物を再現するモデルを生成しておけばよい。例えば、介在物モデルとして、路面上の水、雪、泥、砂、砂利および氷等を再現する各種モデルを、数値計算可能な離散化モデルで生成しておけばよい。
なお、路面モデルも、表面が平坦な路面を再現するモデルに限らず、必要に応じて、表面に凹凸を有する路面形状を再現するモデルであってもよい。
The tire model and the road surface model created by the model creation unit 22 may be discretized models that can be numerically calculated for numerical analysis, and are, for example, finite element models for use in the known finite element method (FEM). Consists of.
If the tire model is used to obtain tire performance such as tire wet performance, for example, if a model that reproduces inclusions existing on the road surface is generated in addition to the road surface model and the tire model. good. For example, as an inclusion model, various models that reproduce water, snow, mud, sand, gravel, ice, etc. on the road surface may be generated by a discretized model that can be calculated numerically.
The road surface model is not limited to a model that reproduces a road surface having a flat surface, and may be a model that reproduces a road surface shape having irregularities on the surface, if necessary.

解析部24は、タイヤモデル40と路面モデル42との接触解析を実施し、所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を得て、得られたペナルティ剛性値を用いてタイヤモデルと路面モデルとの転動解析を実施するものである。
解析部24では、予め複数設定された、タイヤモデルと路面モデルとの接触力に基づいて規定されるペナルティ剛性に対して、それぞれタイヤモデルの位置と路面モデルの位置とで規定される貫入量を求める。これにより、ペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとの組を複数得る。
The analysis unit 24 performs contact analysis between the tire model 40 and the road surface model 42, obtains a penalty rigidity value at a predetermined penetration amount, and uses the obtained penalty rigidity value to roll the tire model and the road surface model. The analysis is carried out.
In the analysis unit 24, the penetration amount defined by the position of the tire model and the position of the road surface model is determined for each of a plurality of preset penalty rigidity defined based on the contact force between the tire model and the road surface model. Ask. As a result, a plurality of pairs of penalty rigidity data and penetration amount data are obtained.

次に、複数のペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとの組を用いて、ペナルティ剛性と貫入量との関係を表す回帰曲線を得る。この回帰曲線を用いて、所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を求める。得られた複数のペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとは、組にしてメモリ28に記憶される。
解析部24では、予め複数設定されたペナルティ剛性に対して、それぞれ貫入量との関係を求める。具体的には、ペナルティ剛性と貫入量との回帰曲線を得る。解析部24では、回帰曲線を用いて、所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を求める。
Next, a regression curve showing the relationship between the penalty stiffness and the penetration amount is obtained by using a set of a plurality of penalty rigidity data and the penetration amount data. Using this regression curve, the penalty stiffness value at a predetermined penetration amount is obtained. The obtained plurality of penalty rigidity data and the penetration amount data are stored in the memory 28 as a set.
The analysis unit 24 obtains a relationship with the penetration amount for each of a plurality of preset penalty rigidity. Specifically, a regression curve between the penalty rigidity and the penetration amount is obtained. The analysis unit 24 uses a regression curve to obtain a penalty stiffness value at a predetermined penetration amount.

回帰曲線は、ペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとの組を複数用いた、公知の方法により得ることができ、回帰曲線を得る方法は、特に限定されるものではなく、回帰曲線には累乗または指数モデル等の非線形の関数を用いることが好ましい。
例えば、メモリ28に回帰曲線を得るためのプログラムが記憶されている。解析部24では、メモリ28からプログラム、およびペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとの組を呼び出して、ペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとの組を複数用いて回帰曲線を得る。
また、解析部24で設定されるペナルティ剛性の水準数は、回帰曲線の精度を高めるために少なくとも3水準設定することが好ましい。
The regression curve can be obtained by a known method using a plurality of sets of penalty rigidity data and penetration amount data, and the method for obtaining the regression curve is not particularly limited, and the regression curve is a power. Alternatively, it is preferable to use a non-linear function such as an exponential model.
For example, a program for obtaining a regression curve is stored in the memory 28. The analysis unit 24 calls the program and the set of the penalty rigidity data and the penetration amount data from the memory 28, and obtains a regression curve by using a plurality of sets of the penalty rigidity data and the penetration amount data.
Further, it is preferable that the number of levels of the penalty rigidity set by the analysis unit 24 is set to at least three levels in order to improve the accuracy of the regression curve.

次に、接触解析について、ペナルティ剛性を含め説明する。
図3は本発明の実施形態のシミュレーション方法に用いられるタイヤモデルの一例の要部を示す模式図であり、図3は図2の要部を拡大して示している。
FEM(有限要素法)による接触問題の解法として、ペナルティ法が一般的に用いられる。ペナルティ法は接触する物体同士の侵入を許容し、侵入量に応じた力を接触力として物体に与える方法である。すなわち、接触する物体同士に仮想的なバネを張ったようにすることで接触を数値的に模擬する方法である。
Next, the contact analysis will be described including the penalty rigidity.
FIG. 3 is a schematic view showing a main part of an example of a tire model used in the simulation method of the embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows an enlarged part of FIG.
The penalty method is generally used as a method for solving a contact problem by the FEM (finite element method). The penalty method is a method of allowing the intrusion of objects in contact with each other and applying a force according to the amount of intrusion to the objects as a contact force. That is, it is a method of numerically simulating contact by making a virtual spring stretch between objects that come into contact with each other.

図3は、図2に示すタイヤモデル40の要素41のうち、路面モデル42と接するものを示している。図3では、要素41の表面41aが路面モデル42の表面42aに侵入している。また、要素41の表面41aに接触反力fを作用させている。
接触反力fは、f=-kLで表される。kは、ペナルティ剛性であり、Lは、貫入量である。貫入量Lは、図3に示すように、要素41の表面41aと路面モデル42の表面42aとの距離である。なお、図3は、タイヤモデル40が路面モデル42に侵入している状態を示している。
FIG. 3 shows the element 41 of the tire model 40 shown in FIG. 2 that is in contact with the road surface model 42. In FIG. 3, the surface 41a of the element 41 invades the surface 42a of the road surface model 42. Further, a contact reaction force f is applied to the surface 41a of the element 41.
The contact reaction force f is represented by f = −kL. k is the penalty rigidity and L is the penetration amount. As shown in FIG. 3, the penetration amount L is the distance between the surface 41a of the element 41 and the surface 42a of the road surface model 42. Note that FIG. 3 shows a state in which the tire model 40 has invaded the road surface model 42.

また、汎用有限要素法ソフトウェアのひとつであるLS-DYNAを例にとると、ペナルティ剛性kは、要素がソリッド要素の場合、下記式で定義される。下記式のfsiはスケールファクター(ペナルティ係数)である。Kは体積弾性率であり、K=E/(3(1-2ν))で表される。Eはヤング率であり、νはポアソン比である。また、Aは要素面積であり、Vは要素体積である。
なお、要素がシェル要素の場合、下記式のV(要素体積)が、対角線長となる。
Taking LS-DYNA, which is one of the general-purpose finite element method software, as an example, the penalty rigidity k is defined by the following equation when the element is a solid element. F si in the following equation is a scale factor (penalty coefficient). K is a bulk modulus and is represented by K = E / (3 (1-2ν)). E is Young's modulus and ν is Poisson's ratio. Further, A is an element area and V is an element volume.
When the element is a shell element, V (element volume) in the following equation is the diagonal length.

Figure 0007006174000001
Figure 0007006174000001

上述の式から、ペナルティ剛性kは、要素面積A、要素体積V、およびペナルティ係数(スケールファクター)fsiのうち、少なくとも1つを変えることにより、貫入量を調整することができる。これにより、ペナルティ剛性のチューニングパラメータとしては、ペナルティ係数に限定されず、メッシュサイズも考慮可能であることにより、解析対象および制約条件に応じたパラメータを選択することができる。
また、タイヤモデルのメッシュサイズを変更して、ペナルティ剛性を調整する場合は、要素の分割数を大きくする程、計算時間は多くなるが計算精度は高くなる。このため、計算時間とのバランスを考慮した上で要素分割の数をできるだけ多くすることが好ましい。
また、トレッド陸部の端部においては、一般的に摩耗エネルギーの変化が大きいことが知られていることから、ブロック端部の分割数を多くして評価精度の低下を抑制することが好ましい。このことから、摩耗エネルギー解析を目的として、トレッド部の幅方向断面位置によってメッシュサイズが変化する場合は、ペナルティ剛性を調整して貫入量が同一断面の幅方向位置によって大きく変化しないようにすることが好ましい。
From the above equation, the penalty rigidity k can adjust the penetration amount by changing at least one of the element area A, the element volume V, and the penalty coefficient (scale factor) f si . As a result, the tuning parameter of the penalty rigidity is not limited to the penalty coefficient, and the mesh size can be taken into consideration, so that the parameter can be selected according to the analysis target and the constraint condition.
Further, when the mesh size of the tire model is changed to adjust the penalty rigidity, the larger the number of divisions of the element, the longer the calculation time, but the higher the calculation accuracy. Therefore, it is preferable to increase the number of element divisions as much as possible in consideration of the balance with the calculation time.
Further, since it is generally known that the change in wear energy is large at the end of the land portion of the tread, it is preferable to increase the number of divisions at the end of the block to suppress a decrease in evaluation accuracy. Therefore, for the purpose of wear energy analysis, when the mesh size changes depending on the widthwise cross-sectional position of the tread, the penalty rigidity should be adjusted so that the penetration amount does not change significantly depending on the widthwise cross-sectional position of the same cross section. Is preferable.

また、接触解析は、効率よくデータを取得するために静的接地解析が好ましい。また、静的接地解析では、材料構成則に粘弾性を用いる場合、定常状態となり安定した貫入量を取得するために、十分な時間または運動方程式に減衰項を与えることが好ましい。
また、貫入量は同一断面上におけるタイヤ幅方向の接地領域で同じ値であることが好ましく、少なくとも所定の値との誤差が50%以内であることが望ましい。例えば、貫入量の所定値として接地中心部における貫入量を定め、その値が0.01mmであった場合、接地中心を含むタイヤ幅方向断面の各位置における貫入量は0.005mm~0.015mmに収まることが望ましい。
In addition, static grounding analysis is preferable for contact analysis in order to acquire data efficiently. Further, in the static grounding analysis, when viscoelasticity is used as the material constitutive law, it is preferable to give a damping term to a sufficient time or an equation of motion in order to obtain a stable intrusion amount in a steady state.
Further, the penetration amount is preferably the same value in the ground contact region in the tire width direction on the same cross section, and it is desirable that the error from at least a predetermined value is within 50%. For example, if the penetration amount at the center of contact is set as a predetermined value of the penetration amount and the value is 0.01 mm, the penetration amount at each position of the cross section in the tire width direction including the contact center is 0.005 mm to 0.015 mm. It is desirable to fit in.

解析部24では、上述のように、得られたペナルティ剛性値を用いてタイヤモデルと路面モデルとの転動解析を実施する。例えば、路面上を転動するタイヤの転動を再現するシミュレーション条件を、モデル作成部22で生成したタイヤモデル、または路面モデル等に与えたときの、タイヤモデルの挙動、またはタイヤモデルに作用する力等の物理量を時系列に求める。解析部24は、例えば、公知の有限要素ソルバーによるサブルーチンを実行することで機能するものである。
また、解析部24では、上述の特性値を算出する。特性値としては、例えば、摩耗エネルギーが算出される。なお、転動解析は、特に限定されるものではなく、公知の方法を適宜用いることができる。
また、転動解析の解析対象は、特に限定されるものではなく、直進状態やコーナリング等の旋回状態に加え、加速度を付与した制動状態や駆動状態の解析がなされる。
As described above, the analysis unit 24 performs rolling analysis between the tire model and the road surface model using the obtained penalty rigidity value. For example, it acts on the behavior of the tire model or the tire model when the simulation condition for reproducing the rolling of the tire rolling on the road surface is given to the tire model generated by the model creation unit 22, the road surface model, or the like. Obtain physical quantities such as forces in chronological order. The analysis unit 24 functions, for example, by executing a subroutine by a known finite element solver.
Further, the analysis unit 24 calculates the above-mentioned characteristic value. As the characteristic value, for example, wear energy is calculated. The rolling analysis is not particularly limited, and a known method can be appropriately used.
Further, the analysis target of the rolling analysis is not particularly limited, and in addition to the straight running state and the turning state such as cornering, the braking state and the driving state to which the acceleration is applied are analyzed.

解析部24では、接触解析後、摩耗エネルギー、接触圧、タイヤ剛性および転動特性等の物理量を解析することもできる。
上述の接触解析および転動解析では、例えば、タイヤモデルに対して所定の内圧を付与して内圧充填処理(インフレート処理とも言う)を施し、内圧充填処理後のタイヤモデルを用いてもよく、内圧充填処理後に内圧を除去した状態、すなわち、タイヤがパンクした状態を模擬したタイヤモデルを用いてもよい。また、タイヤモデルは、リムに嵌められたコンピュータで数値解析可能なタイヤモデルでもよいが、例えば、リム接触部を拘束したようなリムがないモデルでもよい。
解析部24では、例えば、図2に示す状態でタイヤモデル40の回転軸(図示せず)および路面モデル42のいずれか一方を拘束して接触解析を行う。また、解析部24では、モデル作成部22で作成された各種のモデルを用いて特性値を算出する。
After the contact analysis, the analysis unit 24 can also analyze physical quantities such as wear energy, contact pressure, tire rigidity, and rolling characteristics.
In the above-mentioned contact analysis and rolling analysis, for example, a tire model may be used after applying a predetermined internal pressure to the tire model to perform an internal pressure filling process (also referred to as an inflatable process). A tire model simulating a state in which the internal pressure is removed after the internal pressure filling process, that is, a state in which the tire is punctured may be used. Further, the tire model may be a tire model that can be numerically analyzed by a computer fitted to the rim, but may be, for example, a model without a rim that constrains the rim contact portion.
In the analysis unit 24, for example, in the state shown in FIG. 2, contact analysis is performed by constraining either the rotation axis (not shown) of the tire model 40 or the road surface model 42. Further, the analysis unit 24 calculates characteristic values using various models created by the model creation unit 22.

表示制御部30は、タイヤモデル、路面モデル、数値計算の結果、および最適解を表示部16に表示させるものであり、例えば、タイヤモデル、路面モデルをメモリ28から読み出し、表示部16に表示させる。 The display control unit 30 displays the tire model, the road surface model, the result of the numerical calculation, and the optimum solution on the display unit 16. For example, the tire model and the road surface model are read from the memory 28 and displayed on the display unit 16. ..

次に、本実施形態のタイヤのシミュレーション方法について説明する。
図4は、本発明の実施形態のシミュレーション方法を示すフローチャートである。図5は接地中心部における貫入量とペナルティ剛性との関係を示すグラフである。
本実施形態では、例えば、サイズが195/65R15のタイヤをシミュレーションの対象とする。
シミュレーションの前に、タイヤの形状、タイヤのサイズ、およびタイヤのパターン等を条件設定部20に設定する。本実施形態では、例えば、接触部におけるタイヤブロックのせん断力とすべり量の積にて定義される摩耗エネルギーを求めるため、特性値(目的関数)として摩耗エネルギーを設定する。タイヤの形状パラメータが条件設定部20に設定される。特性値(目的関数)を求める際に用いる非線形応答を定める。
Next, a tire simulation method of the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a flowchart showing a simulation method according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the penetration amount and the penalty rigidity at the center of contact with the ground.
In this embodiment, for example, a tire having a size of 195 / 65R15 is targeted for simulation.
Before the simulation, the tire shape, the tire size, the tire pattern, and the like are set in the condition setting unit 20. In the present embodiment, for example, the wear energy is set as a characteristic value (objective function) in order to obtain the wear energy defined by the product of the shear force and the slip amount of the tire block at the contact portion. The tire shape parameter is set in the condition setting unit 20. Determine the nonlinear response used to obtain the characteristic value (objective function).

シミュレーション方法では、条件設定部20に設定された情報を用いて、モデル作成部22でメッシュモデル等のタイヤモデル40(図2参照)を作成する(ステップS10)。ステップS10がタイヤモデル作成工程である。
次に、条件設定部20に設定された情報を用いて、モデル作成部22で路面モデル42(図2参照)を作成する(ステップS12)。ステップS12が路面モデル作成工程である。
次に、回帰曲線を得るために、複数のペナルティ剛性を条件設定部20に設定する(ステップS14)。ステップS14で設定される複数のペナルティ剛性の設定値は、ペナルティ剛性の変化が予め設定した任意の値に対して離散的に設定することが望ましく、例えば、任意の値に対して大きくなる、小さくなる、または所定の値に近づくように設定する。
In the simulation method, the model creating unit 22 creates a tire model 40 (see FIG. 2) such as a mesh model using the information set in the condition setting unit 20 (step S10). Step S10 is a tire model creating process.
Next, the model creation unit 22 creates a road surface model 42 (see FIG. 2) using the information set in the condition setting unit 20 (step S12). Step S12 is a road surface model creation process.
Next, in order to obtain a regression curve, a plurality of penalty stiffnesses are set in the condition setting unit 20 (step S14). It is desirable that the set values of the plurality of penalty rigidity set in step S14 are set discretely with respect to an arbitrary value in which the change in the penalty rigidity is set in advance. Or set to approach a predetermined value.

次に、解析部24で、ステップS14で設定した複数のペナルティ剛性を用いてタイヤモデル40(図2参照)と路面モデル42(図2参照)との接触解析を実施する(ステップS16)。ステップS16が接触解析工程であり、ステップS16では、タイヤモデル40と路面モデル42のいずれか一方を拘束し、その状態で接触処理を実施する。接触解析としては、例えば、上述のように静的接地解析がなされる。
ステップS16の接触解析により、貫入量Lを取得する(ステップS18)。ステップS18により、ペナルティ剛性に対する貫入量が得られ、ペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとの組が得られ、メモリ28に記憶される。なお、取得する貫入量はタイヤモデルのトレッド部において、路面と接触する領域のメッシュサイズや材料物性が同一であれば、代表的な位置、例えば、接地中心における貫入量のみ対象にする判定条件をプログラムとして設定されていてもよい。
Next, the analysis unit 24 performs contact analysis between the tire model 40 (see FIG. 2) and the road surface model 42 (see FIG. 2) using the plurality of penalty rigidity set in step S14 (step S16). Step S16 is a contact analysis step, and in step S16, either one of the tire model 40 and the road surface model 42 is restrained, and the contact process is performed in that state. As the contact analysis, for example, a static grounding analysis is performed as described above.
The penetration amount L is acquired by the contact analysis in step S16 (step S18). In step S18, the penetration amount for the penalty rigidity is obtained, and the set of the penalty rigidity data and the penetration amount data is obtained and stored in the memory 28. In addition, if the mesh size and material properties of the area in contact with the road surface are the same in the tread portion of the tire model, the intrusive amount to be acquired is a judgment condition that targets only the intrusive amount at a typical position, for example, the center of ground contact. It may be set as a program.

ステップS14において、複数のペナルティ剛性が設定されている。設定したペナルティ剛性について対応する全ての貫入量を取得したかを判定し(ステップS20)、全てのペナルティ剛性の貫入量を求めるまで、上述のステップS14~ステップS18を繰り返し実行する(ステップS20)。これにより、設定した全てのペナルティ剛性について、ペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとの組み合わせが得られる。 In step S14, a plurality of penalty stiffnesses are set. It is determined whether all the corresponding penetration amounts have been acquired for the set penalty rigidity (step S20), and the above-mentioned steps S14 to S18 are repeatedly executed until the penetration amounts of all the penalty rigidity are obtained (step S20). As a result, a combination of the penalty rigidity data and the penetration amount data can be obtained for all the set penalty rigidity.

回帰曲線を求めるため、同一箇所におけるペナルティ剛性データと貫入量のデータとの組は、少なくとも3組あることが好ましい。このため、予め設定されるペナルティ剛性の水準数は少なくとも3水準であることが好ましい。ペナルティ剛性データと貫入量のデータとの組が少なくとも3組あれば、精度の良い回帰曲線を得ることができる。
上述のペナルティ剛性データと貫入量のデータとの組、すなわち、予め設定されるペナルティ剛性の数の上限は、特に限定されるものではないが、計算時間、要求される貫入量の精度等から適宜決定されるものである。
また、例えば、回帰係数または残差二乗和の変化を判定条件として定め、値に変化が生じなければ、上述のステップS14~ステップS18を繰り返すことを、打ち切る設定をプログラムに組み込んでもよい。
In order to obtain the regression curve, it is preferable that there are at least three pairs of the penalty stiffness data and the penetration amount data at the same location. Therefore, it is preferable that the number of levels of the penalty rigidity set in advance is at least three levels. If there are at least three pairs of penalty stiffness data and penetration amount data, an accurate regression curve can be obtained.
The combination of the above-mentioned penalty rigidity data and the penetration amount data, that is, the upper limit of the number of preset penalty rigidity is not particularly limited, but is appropriate from the calculation time, the required accuracy of the penetration amount, and the like. It will be decided.
Further, for example, a setting may be incorporated in the program to set a change in the regression coefficient or the residual sum of squares as a determination condition and to stop repeating the above-mentioned steps S14 to S18 if the value does not change.

次に、得られたペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとの組を複数用いて、回帰分析により、図5に示すように回帰曲線50を得る(ステップS22)。回帰曲線50を得る方法は上述のとおりである。なお、図5に示す符号51は、ペナルティ剛性のデータと貫入量のデータとの組で表されるデータ点である。 Next, a regression curve 50 is obtained as shown in FIG. 5 by regression analysis using a plurality of pairs of the obtained penalty rigidity data and the penetration amount data (step S22). The method for obtaining the regression curve 50 is as described above. The reference numeral 51 shown in FIG. 5 is a data point represented by a set of the penalty rigidity data and the penetration amount data.

次に、ステップS22で得られた回帰曲線を用いて所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を得る(ステップS24)。ステップS24では、例えば、図5に示す回帰曲線50を用いて所定の貫入量Dでのペナルティ剛性値を得る。
次に、ステップS24で得たペナルティ剛性値を用いて、解析部24にて、タイヤモデル40(図2参照)と路面モデル42(図2参照)との転動解析を実施する(ステップS26)。ステップS26が転動解析工程であり、ステップS26の転動解析は、例えば、特性値として摩耗エネルギーを求める。ステップS26で得られた摩耗エネルギーの結果は、例えば、メモリ28に記憶される。
Next, the regression curve obtained in step S22 is used to obtain a penalty stiffness value at a predetermined penetration amount (step S24). In step S24, for example, the regression curve 50 shown in FIG. 5 is used to obtain a penalty rigidity value at a predetermined penetration amount D.
Next, using the penalty rigidity value obtained in step S24, the analysis unit 24 performs rolling analysis between the tire model 40 (see FIG. 2) and the road surface model 42 (see FIG. 2) (step S26). .. Step S26 is a rolling analysis step, and in the rolling analysis of step S26, for example, wear energy is obtained as a characteristic value. The result of the wear energy obtained in step S26 is stored in, for example, the memory 28.

ステップS26で得られたタイヤの摩耗エネルギーの結果を図6に示す。タイヤモデルの図6に示すトレッド部60における摩耗エネルギーの分布は、第1の領域61a、第2の領域61b、第3の領域62aおよび第4の領域62bのいずれにおいても、タイヤ周方向のばらつきが殆どない。すなわち、適切な貫入量が設定されタイヤモデル40(図2参照)と路面モデル42(図2参照)とが均一に接触した状態で転動解析がなされたことを示す。 The result of the tire wear energy obtained in step S26 is shown in FIG. The distribution of wear energy in the tread portion 60 shown in FIG. 6 of the tire model varies in the tire circumferential direction in any of the first region 61a, the second region 61b, the third region 62a, and the fourth region 62b. There is almost no. That is, it is shown that the rolling analysis was performed in a state where an appropriate penetration amount was set and the tire model 40 (see FIG. 2) and the road surface model 42 (see FIG. 2) were in uniform contact with each other.

一方、本発明の方法を用いない場合、タイヤモデルの図7に示すトレッド部100における摩耗エネルギーの分布は、図6に比して、第1の領域101a、第2の領域101b、第3の領域102aおよび第4の領域102bのいずれの領域でも、タイヤ周方向の摩耗エネルギーにばらつきがある。本来、周方向のメッシュ分割が均一であり、ラグ溝等を持たない図6および図7のようなタイヤモデルであれば、粘弾性材料の応答遅れや主溝エッジ部の振動等があっても、定常状態下における摩耗エネルギーは周方向にほぼ均一な分布となるはずである。摩耗エネルギーのばらつきは、ペナルティ剛性が大きすぎること、もしくは小さすぎること、すなわち、適切な貫入量が設定されていないことに大きく起因するものである。本発明のように適切な貫入量を設定することにより、図6に示すようにばらつきが小さい摩耗エネルギーの分布が得られ、信頼性の高い計算結果を得ることができる。
なお、物性値としては、摩耗エネルギーに限定されるものではなく、タイヤと路面間における摩擦係数をパラメータとして、摩耗エネルギー試験結果と計算結果を合わせこむ際に上述の手法を用いることにより推定可能である。
On the other hand, when the method of the present invention is not used, the distribution of wear energy in the tread portion 100 shown in FIG. 7 of the tire model is the first region 101a, the second region 101b, and the third region 101b as compared with FIG. In both the region 102a and the fourth region 102b, the wear energy in the tire circumferential direction varies. Originally, in the case of the tire model as shown in FIGS. 6 and 7 in which the mesh division in the circumferential direction is uniform and does not have a lug groove or the like, even if there is a response delay of the viscoelastic material or vibration of the main groove edge portion. The wear energy under steady state should be distributed almost uniformly in the circumferential direction. The variation in wear energy is largely due to the fact that the penalty rigidity is too large or too small, that is, an appropriate penetration amount is not set. By setting an appropriate penetration amount as in the present invention, a distribution of wear energy with small variation can be obtained as shown in FIG. 6, and highly reliable calculation results can be obtained.
The physical property value is not limited to the wear energy, but can be estimated by using the above-mentioned method when combining the wear energy test result and the calculation result with the friction coefficient between the tire and the road surface as a parameter. be.

なお、ペナルティ剛性値を得るための所定の貫入量Dは1.0×10-5~5.0×10-1(mm)であることが好ましい。所定の貫入量Dとしては、上述の範囲が実用上の範囲であり、より精度の良いタイヤの転動解析結果を得ることができる。
上述のシミュレーション方法では、1つのタイヤモデルに対して、所定の貫入量を1つ設定するものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図8に示すタイヤモデル40では、トレッド部44が、タイヤ断面幅方向Wにおいて複数の領域44a~44cに分割されている。複数の領域44a~44c毎にペナルティ剛性を調整して貫入量を決定するようにしてもよい。これにより、貫入量を領域毎に細かくコントロールすることが可能となり、タイヤモデルのメッシュサイズを修正することなく効率的に精度の高いタイヤの転動解析の結果を得ることができる。
The predetermined penetration amount D for obtaining the penalty rigidity value is preferably 1.0 × 10 -5 to 5.0 × 10 -1 (mm). As the predetermined penetration amount D, the above range is a practical range, and a more accurate tire rolling analysis result can be obtained.
In the above-mentioned simulation method, one predetermined penetration amount is set for one tire model, but the present invention is not limited to this. For example, in the tire model 40 shown in FIG. 8, the tread portion 44 is divided into a plurality of regions 44a to 44c in the tire cross-sectional width direction W. The penalty rigidity may be adjusted for each of the plurality of regions 44a to 44c to determine the penetration amount. This makes it possible to finely control the penetration amount for each region, and it is possible to efficiently obtain highly accurate tire rolling analysis results without modifying the mesh size of the tire model.

領域の分割としては、例えば、タイヤの周方向溝を境界とした陸部(ショルダー部またはセンター部等)に分類することが挙げられる。図8に示す領域44aおよび領域44bはセンター部と呼ばれる領域であり、領域44cはショルダー部と呼ばれる領域である。
図8に示すタイヤモデル40の場合でも、貫入量は同一断面の幅方向領域で同じ値であることが望ましい。陸部毎に貫入量を大きく変えてしまうと接地圧やすべり量に影響するため正確な摩耗エネルギー分布を評価できない。このため、同一断面の幅方向領域における貫入量は、少なくとも所定の貫入量の値との誤差が50%以内であることが好ましい。
As the division of the region, for example, it may be classified into a land portion (shoulder portion, center portion, etc.) with the circumferential groove of the tire as a boundary. The region 44a and the region 44b shown in FIG. 8 are regions called a center portion, and the region 44c is a region called a shoulder portion.
Even in the case of the tire model 40 shown in FIG. 8, it is desirable that the penetration amount is the same value in the width direction region of the same cross section. If the amount of penetration is greatly changed for each land area, the contact pressure and slip amount will be affected, so an accurate wear energy distribution cannot be evaluated. Therefore, it is preferable that the intrusive amount in the width direction region of the same cross section has an error of at least 50% or less from the value of the predetermined intrusive amount.

本実施形態においては、適切な貫入量を設定し、信頼性の高い計算結果を得ることができる。また、タイヤモデルのメッシュサイズ、およびタイヤの材料物性等に影響されずにタイヤの性能をより正確に評価することができる。
上述のタイヤのシミュレーション方法は、上述の処理装置10で実行することができる。また、上述のシミュレーション方法の各工程を手順としてコンピュータに実行させるためのプログラムを用いて、上述のシミュレーション方法を実行することもできる。
In the present embodiment, an appropriate penetration amount can be set and a highly reliable calculation result can be obtained. In addition, the performance of the tire can be evaluated more accurately without being affected by the mesh size of the tire model, the material physical characteristics of the tire, and the like.
The tire simulation method described above can be performed by the processing device 10 described above. Further, the above-mentioned simulation method can also be executed by using a program for causing a computer to execute each step of the above-mentioned simulation method as a procedure.

本実施形態においては、図2に示す2次元タイヤ断面モデルのタイヤモデル40を周方向に展開して作成した3次元有限要素モデルを例にして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、実際の製品におけるパターンデザインを用いる場合、複雑な溝形状のため同一断面上に有限要素モデルの節点が揃わない場合がある。その場合は所定の断面、例えば、接地中心部に最も近傍な節点を中心とし、その幅方向断面線からの周方向距離が近傍な節点あるいは要素群を抽出し、それらの貫入量を用いて評価するようなプログラムを処理装置10に与えておいてもよい。 In the present embodiment, a three-dimensional finite element model created by expanding the tire model 40 of the two-dimensional tire cross-section model shown in FIG. 2 in the circumferential direction has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, when using a pattern design in an actual product, the nodes of the finite element model may not be aligned on the same cross section due to the complicated groove shape. In that case, a node or element group having a predetermined cross section, for example, a node closest to the ground contact center and having a circumferential distance from the width direction cross section is extracted, and evaluated using the penetration amount thereof. Such a program may be given to the processing apparatus 10.

本発明は、基本的に以上のように構成されるものである。以上、本発明のシミュレーション方法、その装置およびプログラム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、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。 The present invention is basically configured as described above. Although the simulation method, the apparatus and the program of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements or changes may be made without departing from the gist of the present invention. Of course.

以下、本発明のシミュレーション方法の効果について具体的に説明する。
本実施例では、実施例1および比較例1~5のシミュレーション方法で、タイヤモデルと路面モデルとの接触解析および転動解析を実施し、タイヤの摩耗エネルギーを計算し、本発明のシミュレーション方法の効果を確認した。
Hereinafter, the effect of the simulation method of the present invention will be specifically described.
In this embodiment, the contact analysis and rolling analysis between the tire model and the road surface model are performed by the simulation methods of Example 1 and Comparative Examples 1 to 5, the wear energy of the tire is calculated, and the simulation method of the present invention is used. The effect was confirmed.

本実施例では、タイヤサイズ195/65R15のタイヤモデルを用いて、貫入量を調節し、コーナリング時における摩耗エネルギーを、有限要素法(FEM)を用いて算出した。また、比較のためにタイヤ実物の摩耗エネルギーを求めた。
タイヤモデルおよび実物のタイヤでは、空気圧を230kPaとし、荷重を4.0kNとし、コーナリング速度を20km/時とした。
In this embodiment, a tire model having a tire size of 195 / 65R15 was used, the penetration amount was adjusted, and the wear energy at the time of cornering was calculated by using the finite element method (FEM). In addition, the wear energy of the actual tire was obtained for comparison.
In the tire model and the actual tire, the air pressure was 230 kPa, the load was 4.0 kN, and the cornering speed was 20 km / hour.

以下、実施例1および比較例1~5について説明する。
図9は実施例1および比較例1~5の貫入量とペナルティ剛性との関係を示すグラフである。
本実施例では、同一のメッシュを有するタイヤモデルを用いて、ペナルティ剛性の異なる5ケースの解析結果から回帰分析を行い、回帰曲線50を求め、実施例1として、所望の貫入量となるペナルティ剛性値を取得した。取得したペナルティ剛性値を用いて解析を行った。なお、タイヤモデルにおける断面幅方向の貫入量が、同一断面幅方向位置における貫入量の平均値との差分が±50%以内であったため、図9は接地中心部における値を代表値として比較を行っている。
Hereinafter, Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 will be described.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the penetration amount and the penalty rigidity of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 5.
In this embodiment, using a tire model having the same mesh, regression analysis is performed from the analysis results of five cases having different penalty rigidity, a regression curve 50 is obtained, and as Example 1, the penalty rigidity having a desired penetration amount is obtained. I got the value. The analysis was performed using the obtained penalty stiffness value. Since the difference between the penetration amount in the cross-sectional width direction in the tire model and the average value of the penetration amount in the same cross-sectional width direction position was within ± 50%, FIG. 9 is a comparison using the value at the center of contact as a representative value. Is going.

また、回帰曲線を得るために、ペナルティ剛性の設定値を5ケース設定し、5ケースの貫入量とペナルティ剛性との組を、図9に示すように比較例1~比較例5とした。また、図9に示す回帰曲線50から、所定の貫入量の実施例1を得た。
タイヤモデルと路面モデルとの転動解析は、旋回力(横力)0.2Gを負荷した旋回状態において評価を実施した。このとき、出力間隔を1000Hzとし、微少時間ステップ毎に接触領域各節点のせん断力とすべり量を1.0秒分算出した。すなわち、1000個のデータを得た。そして、得られたせん断力の値とすべり量の値とを乗じることにより、実施例1および比較例1~5の摩耗エネルギーを算出した。
Further, in order to obtain a regression curve, the set value of the penalty rigidity was set in 5 cases, and the set of the penetration amount and the penalty rigidity in the 5 cases was set as Comparative Example 1 to Comparative Example 5 as shown in FIG. Further, from the regression curve 50 shown in FIG. 9, Example 1 having a predetermined penetration amount was obtained.
The rolling analysis of the tire model and the road surface model was carried out in a turning state in which a turning force (lateral force) of 0.2 G was applied. At this time, the output interval was set to 1000 Hz, and the shear force and the slip amount at each node in the contact region were calculated for 1.0 second for each minute time step. That is, 1000 pieces of data were obtained. Then, the wear energy of Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 was calculated by multiplying the obtained value of the shearing force and the value of the slip amount.

実測値は、タイヤモデルと同じタイヤサイズ195/65R15の実物のタイヤを、上述のタイヤモデルと同じ走行状態(空気圧230kPa、荷重4.0kN、コーナリング速度20km/時)において所定の計測装置により計測した結果を用いた。実物のタイヤを転動させ、旋回力(横力)0.2Gを負荷した旋回状態において、せん断力とすべり量を計測し、せん断力とすべり量を得た。せん断力の値とすべり量の値とを乗じることにより、摩耗エネルギーの実測値を得た。
下記表1に実施例1および比較例1~5、ならびに実測値の摩耗エネルギーを示す。なお、下記表1では実測値の摩耗エネルギーを100として規格化している。
The measured values were measured by measuring a real tire with the same tire size of 195 / 65R15 as the tire model under the same running conditions as the above-mentioned tire model (pneumatic pressure 230 kPa, load 4.0 kN, cornering speed 20 km / hour). The results were used. In a turning state in which a real tire was rolled and a turning force (lateral force) of 0.2 G was applied, the shear force and the slip amount were measured, and the shear force and the slip amount were obtained. The measured value of wear energy was obtained by multiplying the value of shear force and the value of slip amount.
Table 1 below shows the wear energies of Example 1 and Comparative Examples 1 to 5, as well as the measured values. In Table 1 below, the measured wear energy is standardized as 100.

Figure 0007006174000002
Figure 0007006174000002

上記表1に示すように、実施例1は、比較例1~5よりも摩耗エネルギーが実測値に近く、信頼性の高い計算結果が得られた。
ここで、図10は実施例1のタイヤモデルの摩耗エネルギーの結果を示す模式図であり、図11は比較例3のタイヤモデルの摩耗エネルギーの結果を示す模式図である。図12は実施例1のタイヤモデルの摩耗エネルギーの結果を示すグラフであり、図13は比較例3のタイヤモデルの摩耗エネルギーの結果を示すグラフである。図12において、符号70はデータ数1000の全平均値を示し、符号72はデータ数1000の中においてピークとなった値を示す。図13において、符号110はデータ数1000の全平均値を示し、符号112はデータ数1000の中におけるピーク値を示す。
As shown in Table 1 above, in Example 1, the wear energy was closer to the measured value than in Comparative Examples 1 to 5, and highly reliable calculation results were obtained.
Here, FIG. 10 is a schematic diagram showing the result of the wear energy of the tire model of the first embodiment, and FIG. 11 is a schematic diagram showing the result of the wear energy of the tire model of the comparative example 3. FIG. 12 is a graph showing the results of wear energy of the tire model of Example 1, and FIG. 13 is a graph showing the results of wear energy of the tire model of Comparative Example 3. In FIG. 12, reference numeral 70 indicates an overall average value of 1000 data numbers, and reference numeral 72 indicates a peak value in 1000 data numbers. In FIG. 13, reference numeral 110 indicates an overall average value of 1000 data numbers, and reference numeral 112 indicates a peak value in 1000 data numbers.

図10と図12は実施例1の摩耗エネルギーの結果を示し、図11と図13は比較例3の摩耗エネルギーの結果を示す。図10にトレッド部64における摩耗エネルギーの分布を示す。図10に示す実施例1のトレッド部64の領域65aは図12の符号73aに対応し、領域65bは図12の符号73bに対応し、領域65cは図12の符号73cに対応し、領域65dは図12の符号73dに対応している。
図11に比較例3のトレッド部105における摩耗エネルギーの分布を示す。図11に示すトレッド部105の領域106aは図13の符号114aに対応し、領域106bは図13の符号114bに対応し、領域106cは図13の符号114cに対応し、領域106dは図13の符号114dに対応している。
10 and 12 show the results of the wear energy of Example 1, and FIGS. 11 and 13 show the results of the wear energy of Comparative Example 3. FIG. 10 shows the distribution of wear energy in the tread portion 64. The region 65a of the tread portion 64 of the first embodiment shown in FIG. 10 corresponds to the reference numeral 73a in FIG. 12, the region 65b corresponds to the reference numeral 73b in FIG. 12, and the region 65c corresponds to the reference numeral 73c in FIG. Corresponds to reference numeral 73d in FIG.
FIG. 11 shows the distribution of wear energy in the tread portion 105 of Comparative Example 3. The region 106a of the tread portion 105 shown in FIG. 11 corresponds to the reference numeral 114a in FIG. 13, the region 106b corresponds to the reference numeral 114b in FIG. 13, the region 106c corresponds to the reference numeral 114c in FIG. 13, and the region 106d corresponds to the reference numeral 114c in FIG. It corresponds to the reference numeral 114d.

図12に示すように、実施例1はデータ数1000の全平均値と、データ数1000のピーク値とが殆ど同じであった。一方、比較例3はデータ数1000の全平均値と、データ数1000のピーク値とのずれが大きい、すなわち、データ間のばらつきが大きかった。このように同一断面の幅方向における貫入量の値のばらつきを抑制し、なおかつその貫入量を最適化することにより、解析精度が高く、なおかつ各陸部における値のばらつきが小さい結果を得ることができた。 As shown in FIG. 12, in Example 1, the total average value of 1000 data and the peak value of 1000 data were almost the same. On the other hand, in Comparative Example 3, the deviation between the total average value of 1000 data and the peak value of 1000 data was large, that is, the variation between the data was large. By suppressing the variation in the value of the intrusion amount in the width direction of the same cross section and optimizing the intrusion amount in this way, it is possible to obtain a result with high analysis accuracy and small variation in the value in each land area. did it.

10 シミュレーション装置(処理装置)
12 処理部
14 入力部
16 表示部
20 条件設定部
22 モデル作成部
24 解析部
28 メモリ
30 表示制御部
32 制御部
40 タイヤモデル
42 路面モデル
50 回帰曲線
10 Simulation equipment (processing equipment)
12 Processing unit 14 Input unit 16 Display unit 20 Condition setting unit 22 Model creation unit 24 Analysis unit 28 Memory 30 Display control unit 32 Control unit 40 Tire model 42 Road surface model 50 Regression curve

Claims (11)

コンピュータによる数値解析により実行されるタイヤのシミュレーション方法であって、
前記タイヤについて、前記コンピュータで数値解析可能なタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成工程と、
前記タイヤが接触する路面について、前記コンピュータで数値解析可能な路面モデルを作成する路面モデル作成工程と、
前記コンピュータにより、前記タイヤモデルと前記路面モデルとの接触解析を実施し、所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を得る接触解析工程と、
前記コンピュータにより、前記接触解析工程で得られた前記ペナルティ剛性値を用いて前記タイヤモデルと前記路面モデルとの転動解析を実施する転動解析工程とを有し、
前記接触解析工程は、
予め複数設定された、前記タイヤモデルと前記路面モデルとの貫入量に比例した接触力に基づいて規定されるペナルティ剛性に対して、それぞれ前記タイヤモデルの位置と前記路面モデルの位置とで規定される貫入量を求める工程と、
前記ペナルティ剛性と前記貫入量との関係を表す回帰曲線を得る工程と、
前記回帰曲線を用いて、前記所定の貫入量における前記ペナルティ剛性値を求める工程とを有するタイヤのシミュレーション方法。
It is a tire simulation method executed by numerical analysis by a computer.
A tire model creation process for creating a tire model that can be numerically analyzed by the computer for the tire,
A road surface model creation process for creating a road surface model that can be numerically analyzed by the computer for the road surface with which the tires come into contact.
A contact analysis step of performing contact analysis between the tire model and the road surface model by the computer and obtaining a penalty rigidity value at a predetermined penetration amount.
The computer has a rolling analysis step of performing rolling analysis between the tire model and the road surface model using the penalty rigidity value obtained in the contact analysis step.
The contact analysis step is
The position of the tire model and the position of the road surface model are defined for each of a plurality of preset penalty rigidity defined based on the contact force proportional to the penetration amount between the tire model and the road surface model. The process of determining the amount of penetration and
A step of obtaining a regression curve representing the relationship between the penalty rigidity and the penetration amount,
A method for simulating a tire, which comprises a step of obtaining the penalty rigidity value at the predetermined penetration amount using the regression curve.
前記所定の貫入量は、1.0×10-5~5.0×10-1(mm)である請求項1に記載のタイヤのシミュレーション方法。 The tire simulation method according to claim 1, wherein the predetermined penetration amount is 1.0 × 10 -5 to 5.0 × 10 -1 (mm). 前記ペナルティ剛性は、要素面積、要素体積、およびペナルティ係数が少なくとも含まれた式にて定義され、前記要素面積、前記要素体積、および前記ペナルティ係数のうち、少なくとも1つを変えることにより、前記貫入量を調整する請求項1または2に記載のタイヤのシミュレーション方法。 The penalty rigidity is defined by an equation including at least an element area, an element volume, and a penalty coefficient, and the penetration is performed by changing at least one of the element area, the element volume, and the penalty coefficient. The method for simulating a tire according to claim 1 or 2, wherein the amount is adjusted. 前記接触解析工程で設定される前記ペナルティ剛性の水準数は、少なくとも3水準である請求項1~3のいずれか1項に記載のタイヤのシミュレーション方法。 The tire simulation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of levels of the penalty rigidity set in the contact analysis step is at least three levels. 前記タイヤモデルは、タイヤ断面幅方向において複数の領域に分割されており、前記複数の領域毎にペナルティ剛性値が調整されて前記貫入量が定められる請求項1~4のいずれか1項に記載のタイヤのシミュレーション方法。 The tire model is divided into a plurality of regions in the tire cross-sectional width direction, and the penetration amount is determined by adjusting the penalty rigidity value for each of the plurality of regions according to any one of claims 1 to 4. Tire simulation method. タイヤについて、コンピュータで数値解析可能なタイヤモデルと、前記タイヤが接触する路面について、前記コンピュータで数値解析可能な路面モデルを作成するモデル作成部と、
前記タイヤモデルと前記路面モデルとの接触解析を実施し、所定の貫入量におけるペナルティ剛性値を得て、得られた前記ペナルティ剛性値を用いて前記タイヤモデルと前記路面モデルとの転動解析を実施する解析部とを有し、
前記解析部は、予め複数設定された、前記タイヤモデルと前記路面モデルとの貫入量に比例した接触力に基づいて規定されるペナルティ剛性に対して、それぞれ前記タイヤモデルの位置と前記路面モデルの位置とで規定される貫入量を求め、前記ペナルティ剛性と前記貫入量との関係を表す回帰曲線を得て、前記回帰曲線を用いて、前記所定の貫入量における前記ペナルティ剛性値を求めるタイヤのシミュレーション装置。
A tire model that can be numerically analyzed by a computer for tires, and a model creation unit that creates a road surface model that can be numerically analyzed by the computer for the road surface with which the tires come into contact.
Contact analysis between the tire model and the road surface model is performed, a penalty rigidity value at a predetermined penetration amount is obtained, and the rolling analysis between the tire model and the road surface model is performed using the obtained penalty rigidity value. Has an analysis unit to carry out
The analysis unit determines the position of the tire model and the road surface model, respectively, with respect to a plurality of preset penalty rigidity defined based on a contact force proportional to the penetration amount between the tire model and the road surface model. The penetration amount defined by the position is obtained, a regression curve representing the relationship between the penalty rigidity and the penetration amount is obtained, and the regression curve is used to obtain the penalty rigidity value at the predetermined penetration amount. Simulation device.
前記所定の貫入量は、1.0×10-5~5.0×10-1(mm)である請求項6に記載のタイヤのシミュレーション装置。 The tire simulation apparatus according to claim 6, wherein the predetermined penetration amount is 1.0 × 10 -5 to 5.0 × 10 -1 (mm). 前記ペナルティ剛性は、要素面積、要素体積、およびペナルティ係数が少なくとも含まれた式にて定義され、前記解析部は、前記要素面積、前記要素体積、および前記ペナルティ係数のうち、少なくとも1つを変えることにより、前記貫入量を調整する請求項6または7に記載のタイヤのシミュレーション装置。 The penalty rigidity is defined by an equation including at least an element area, an element volume, and a penalty coefficient, and the analysis unit changes at least one of the element area, the element volume, and the penalty coefficient. The tire simulation apparatus according to claim 6 or 7, wherein the penetration amount is adjusted accordingly. 前記解析部で設定される前記ペナルティ剛性の水準数は、少なくとも3水準である請求項6~8のいずれか1項に記載のタイヤのシミュレーション装置。 The tire simulation apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein the number of levels of the penalty rigidity set by the analysis unit is at least three levels. 前記モデル作成部は、タイヤ断面幅方向において複数の領域に分割された前記タイヤモデルを作成し、前記解析部は、前記複数の領域毎にペナルティ剛性値を調整して前記貫入量を定める請求項6~9のいずれか1項に記載のタイヤのシミュレーション装置。 The model creating unit creates the tire model divided into a plurality of regions in the tire cross-sectional width direction, and the analysis unit adjusts a penalty rigidity value for each of the plurality of regions to determine the penetration amount. The tire simulation apparatus according to any one of 6 to 9. 請求項1~5のいずれか1項に記載のタイヤのシミュレーション方法の各工程を手順としてコンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute each step of the tire simulation method according to any one of claims 1 to 5 as a procedure.
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