JP7056405B2 - タイヤの使用条件頻度分布取得方法、及び、装置、並びに、タイヤの摩耗量予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの使用条件頻度分布を取得するための方法、及び、装置、並びに、タイヤの摩耗量予測方法に関する。

従来、タイヤの摩耗エネルギーを計算して、その摩耗量を予測するために、車両の走行履歴から、車両の加速度とその頻度との関係を示す加速度頻度分布が求められている。

走行中の車両は、空気抵抗を受ける。これは、走行速度に比例して大きくなる。このような空気抵抗により、車両には、負の加速度が作用しているとみなせる。しかしながら、走行履歴から取得される加速度には、空気抵抗が考慮されていないため、求められた加速度頻度分布を用いて、タイヤの摩耗量を精度よく予測することが難しい。下記特許文献１では、走行履歴から取得された加速度を空気抵抗で補正することで、加速度頻度分布を求めることを提案している。

特許第５５０４９１２号公報

ところで、走行中の車両には、空気抵抗以外に、転がり抵抗が作用している。このような転がり抵抗は、高速走行時だけでなく、空気抵抗が小さい低速走行時においても、大きく作用している。従って、上記特許文献１の方法では、加速度が転がり抵抗で補正されていないため、タイヤの摩耗量の予測精度の向上には、さらなる改善の余地がある。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、タイヤの摩耗量を精度よく予測することができるタイヤの使用条件頻度分布取得方法、そのタイヤの使用条件頻度分布を用いたタイヤの摩耗量予測方法、及び、タイヤの使用条件頻度分布取得装置を提供することを主たる目的としている。

本発明は、車両に装着されたタイヤの使用条件と、その頻度との関係を示すタイヤの使用条件頻度分布を取得するための方法であって、前記車両の走行履歴を用いて、前記車両の加速度と、その頻度との関係を示す車両の加速度頻度分布を取得する工程と、前記車両に装着されたタイヤの転がり抵抗を少なくとも含む前記タイヤの使用条件に影響する影響因子を取得する工程と、前記車両の前記加速度、前記車両の質量、及び、前記影響因子に基づいて、前記タイヤの使用条件頻度分布を取得する工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る前記タイヤの使用条件頻度分布取得方法において、前記影響因子を取得する工程は、前記転がり抵抗を、前記影響因子として特定する工程を含んでもよい。

本発明に係る前記タイヤの使用条件頻度分布取得方法において、前記影響因子を取得する工程は、前記転がり抵抗を１．５～３．５倍した値を、前記影響因子として特定する工程を含んでもよい。

本発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の前記タイヤの使用条件頻度分布を用いて、前記タイヤのトレッド部の摩耗量を予測するための方法であって、前記トレッド部の予め定められた評価対象位置において、摩耗エネルギーを計算する工程と、前記摩耗エネルギーを、前記タイヤの使用条件及び前記頻度で重み付けをして、前記評価対象位置の摩耗量を計算する工程とを含むことを特徴とする。

本発明は、車両に装着されたタイヤの使用条件と、その頻度との関係を示すタイヤの使用条件頻度分布を取得する演算処理装置を有する装置であって、前記演算処理装置は、前記車両の走行履歴を用いて、前記車両の加速度と、その頻度との関係を示す車両の加速度頻度分布を取得する車両加速度頻度分布取得部と、前記車両に装着されたタイヤの転がり抵抗を少なくとも含む前記タイヤの使用条件に影響する影響因子を取得する影響因子取得部と、前記車両の加速度、前記車両の質量、及び、前記影響因子に基づいて、前記タイヤの使用条件頻度分布を取得する使用条件頻度分布取得部とを含むことを特徴とする。

本願の第１の発明のタイヤの使用条件頻度分布取得方法は、前記車両の走行履歴を用いて、前記車両の加速度と、その頻度との関係を示す車両の加速度頻度分布を取得する工程と、前記車両に装着されたタイヤの転がり抵抗を少なくとも含む前記タイヤの使用条件に影響する影響因子を取得する工程と、前記車両の前記加速度、前記車両の質量、及び、前記影響因子に基づいて、前記タイヤの使用条件頻度分布を取得する工程とを含んでいる。従って、本願の第１の発明は、車両の加速度頻度分布の前記加速度と、車両の質量とに基づいて取得されたタイヤに作用する使用条件について、前記転がり抵抗を少なくとも含む前記影響因子を考慮することができる。したがって、本願の第１の発明は、タイヤの摩耗量を精度よく予測することができるタイヤの使用条件頻度分布を取得することができる。

本願の第２の発明のタイヤの摩耗量予測方法は、前記トレッド部の予め定められた評価対象位置において、摩耗エネルギーを計算する工程と、前記摩耗エネルギーを、前記タイヤの使用条件及び前記頻度で重み付けをして、前記評価対象位置の摩耗量を計算する工程とを含んでいる。従って、本願の第２の発明では、転がり抵抗を少なくとも含む前記影響因子用いて取得されたタイヤの使用条件頻度分布が用いられるため、タイヤの摩耗量を高い精度で予測することができる。

本願の第３の発明のタイヤの使用条件頻度分布取得装置は、前記車両の走行履歴を用いて、前記車両の加速度と、その頻度との関係を示す車両の加速度頻度分布を取得する加速度頻度分布取得部と、前記車両に装着されたタイヤの転がり抵抗を少なくとも含む前記タイヤの使用条件に影響する影響因子を取得する影響因子取得部と、前記車両の加速度、前記車両の質量、及び、前記影響因子に基づいて、前記タイヤの使用条件頻度分布を取得する使用条件頻度分布取得部とを含んでいる。このような本願の第３の発明は、車両の加速度頻度分布の前記加速度と、車両の質量とに基づいて取得されたタイヤに作用する使用条件について、前記転がり抵抗を少なくとも含む前記影響因子を考慮することができる。したがって、本願の第３の発明は、タイヤの摩耗量を高い精度で予測することができるタイヤの使用条件頻度分布を取得することができる。

タイヤの使用条件頻度分布取得方法、及び、タイヤの摩耗量予測方法が実行されるコンピュータの一例を示すブロック図である。 車両に作用する加速度及び影響因子を説明する概念図である。 タイヤの使用条件頻度分布取得方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 車両の加速度頻度分布の一例を示すグラフである。 タイヤの使用条件頻度分布の一例を示すグラフである。 予測方法で摩耗量が予測されるタイヤの一例を示す断面図である。 タイヤの摩耗量予測方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 摩耗エネルギー計算工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。 タイヤモデルの一例を示す断面図である。 タイヤモデル及び路面モデルの一例を示す斜視図である。 摩耗量計算工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。 実験例の実測摩耗量と実施例の予測摩耗量との関係、及び、実験例の実測摩耗量と比較例の予測摩耗量との関係を示すグラフである。 各縦陸部の摩耗量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。
図１は、タイヤの使用条件頻度分布取得方法（以下、単に「取得方法」ということがある。）、及び、タイヤの摩耗量予測方法（以下、単に「予測方法」ということがある。）が実行されるコンピュータ１の一例を示すブロック図である。

本実施形態のコンピュータ１は、入力デバイスとしての入力部２、出力デバイスとしての出力部３、及び、タイヤの物理量等を計算する演算処理装置４を有し、タイヤの使用条件頻度分布取得装置（以下、単に「取得装置」ということがある。）１Ａ、及び、タイヤの摩耗量予測装置（以下、単に「予測装置」ということがある。）１Ｂとして構成されている。

入力部２は、例えば、キーボード又はマウス等が用いられる。出力部３は、例えば、ディスプレイ装置又はプリンタ等が用いられる。演算処理装置４は、各種の演算を行う演算部（ＣＰＵ）４Ａ、データやプログラム等が記憶される記憶部４Ｂ、及び、作業用メモリ４Ｃを含んで構成されている。

記憶部４Ｂは、例えば、磁気ディスク、光ディスク又はＳＳＤ等からなる不揮発性の情報記憶装置である。記憶部４Ｂには、データ部５及びプログラム部６が設けられている。

データ部５は、車両の走行履歴が記憶される走行履歴入力部５ａと、タイヤの転がり抵抗が記憶される転がり抵抗入力部５ｂと、タイヤの使用条件頻度分布を記憶するための使用条件頻度分布入力部５ｃと、影響因子を記憶するための影響因子入力部５ｄと、車両の加速度頻度分布を記憶するための加速度頻度分布入力部５ｅとを含んで構成されている。

さらに、データ部５は、評価対象のタイヤや路面に関する情報（例えば、ＣＡＤデータ等）が記憶される初期データ部５ｆ、タイヤモデル及び路面モデルが入力されるモデル入力部５ｇ、シミュレーションの境界条件が入力される境界条件入力部５ｈ、及び、演算部４Ａが計算した物理量が入力される物理量入力部５ｉが含まれている。

プログラム部６は、演算部４Ａによって実行されるプログラムである。プログラム部６には、タイヤの使用条件頻度分布を取得する使用条件頻度分布取得部６ａ、影響因子を取得する影響因子取得部６ｂ、及び、車両の加速度頻度分布を取得する加速度頻度分布取得部６ｃを含んで構成されている。さらに、本実施形態のプログラム部６は、タイヤモデルの摩耗エネルギーを計算する摩耗エネルギー計算部６ｄと、タイヤの摩耗量を計算する摩耗量計算部６ｅとを含んで構成されている。

次に、本実施形態の取得方法について説明する。本実施形態の取得方法は、車両に装着されたタイヤの使用条件と、その頻度との関係を示すタイヤの使用条件頻度分布が取得される。タイヤの使用条件頻度分布は、後述の予測方法において、タイヤのトレッド部の摩耗エネルギーの重み付けに用いられる。図２は、車両に作用する加速度及び影響因子を説明する概念図である。

本明細書において、タイヤの使用条件とは、駆動時及び制動時（前後方向）、及び、左旋回時及び右旋回時（左右方向）に、タイヤに作用する力を意味している。このようなタイヤの使用条件は、タイヤが装着される車両の加速度Ａと、車両の質量とに基づいて求めることができる。

ところで、走行中の車両１１には、タイヤの使用条件に影響する影響因子Ｒが作用している。影響因子Ｒの一例としては、転がり抵抗Ｒｒや空気抵抗が含まれる。しかしながら、加速度センサー等で測定された車両の加速度Ａは、影響因子Ｒが考慮されていない。従って、車両の加速度Ａと、実際のタイヤに作用する力（使用条件Ｂ）とは、乖離している。本実施形態の取得方法では、車両の加速度Ａと、車両の質量と、影響因子Ｒに基づいて、タイヤの使用条件頻度分布を取得している。図３は、取得方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態の取得方法では、先ず、図２に示した車両１１の加速度頻度分布が取得される（工程Ｓ１）。車両の加速度頻度分布は、車両の加速度Ａと、その頻度との関係を示すものである。車両の加速度Ａは、従来と同様に、予め提供された車両１１（図２に示す）の走行履歴を用いて取得される。本実施形態の車両１１としては、例えば乗用車である場合が例示されるが、特に限定されるわけではなく、例えば、トラック又はバス等であってもよい。車両１１には、例えば、図示しない速度計及び加速度センサーが取り付けられている。

車両１１の走行履歴は、例えば、高速道路、山岳路、及び、一般道を含む経路に、車両１１を走行させることによって取得される。この取得された走行履歴は、本実施形態の取得方法が実施される前に、走行履歴入力部５ａ（図１に示す）に入力されている。

工程Ｓ１では、先ず、走行履歴入力部５ａ（図１に示す）に予め入力されている走行履歴が、作業用メモリ４Ｃ（図１に示す）に入力される。さらに、図１に示したプログラム部６の加速度頻度分布取得部６ｃが、作業用メモリ４Ｃに入力される。そして、加速度頻度分布取得部６ｃが、演算部４Ａ（図１に示す）によって実行される。

本実施形態の工程Ｓ１では、先ず、車両１１（図２に示す）の走行履歴を用いて、車両１１の前後方向（駆動及び制動）の加速度Ａ、及び、左右方向（右旋回及び左旋回）の加速度Ａの双方が、予め定められた距離間隔（例えば、５～１５ｍ）毎に取得されている。なお、工程Ｓ１では、取得すべき車両の使用条件頻度分布（加速度頻度分布）に応じて、前後方向の加速度Ａ、又は、左右方向の加速度Ａの一方のみが取得されていてもよい。また、前後方向の加速度Ａ及び左右方向の加速度Ａは、予め定められた時間間隔（例えば、０．１～１．０秒）毎に取得されてもよい。そして、本実施形態の工程Ｓ１では、車両の加速度（前後方向（駆動及び制動）の加速度、及び、左右方向（右旋回及び左旋回）の加速度）Ａを用いて、車両の加速度と、その頻度との関係を示す車両の加速度頻度分布が取得される。

図４は、車両の加速度頻度分布の一例を示すグラフである。図４のグラフにおいて、車両の加速度の頻度の大きさは、色付けの濃淡で示されており、色が濃いほど、頻度が大きいことを示している。車両の前後方向の加速度Ａを示す縦軸において、０よりも上へ向かうほど、前方向（駆動時）の加速度が大きいことを示しており、０よりも下に向かうほど、後方向（制動時）の加速度Ａが大きいことを示している。また、車両の左右方向の加速度Ａを示す横軸において、０よりも右に向かうほど、右方向（右旋回時）の加速度が大きいことを示しており、０よりも左に向かうほど、左方向（左旋回時）の加速度Ａが大きいことを示している。車両の加速度頻度分布は、加速度頻度分布入力部５ｅに記憶される。

次に、本実施形態の取得方法では、図２に示した車両１１の影響因子Ｒを取得する（工程Ｓ２）。影響因子Ｒは、車両１１に装着されたタイヤ１２の転がり抵抗Ｒｒを少なくとも含んでいる。

転がり抵抗Ｒｒは、走行速度に比例して大きくなる空気抵抗とは異なり、空気抵抗が大きい高速走行時だけでなく、空気抵抗が小さい低速走行時においても、車両１１に大きく作用している。即ち、転がり抵抗Ｒｒは、空気抵抗と比べて、速度依存性が小さい。また、転がり抵抗Ｒｒは、前後方向の加速度Ａがゼロとなる定速走行時を含め、走行中の車両１１（タイヤ１２）に、常に作用している。

転がり抵抗Ｒｒの測定は、従来と同様の手順で実施される。例えば、転がり抵抗試験機を用い、予め定められた測定条件（例えば、室温、荷重、内圧、リム、速度、及び、アライメント（トー角、キャンバー角））において、タイヤの転がり抵抗（単位：Ｎ）が測定される。

測定条件は、車両１１に装着されるタイヤ１２の種類に応じて、適宜設定される。速度については、転がり抵抗Ｒｒが一定の速度で測定されれば、特に限定されない。本実施形態の速度は、例えば、２０～１２０km／ｈに設定される。測定された転がり抵抗は、本実施形態の取得方法が実施される前に、転がり抵抗入力部５ｂ（図１に示す）に予め入力されている。

工程Ｓ２では、図１に示した転がり抵抗入力部５ｂに記憶されている転がり抵抗Ｒｒが、作業用メモリ４Ｃに入力される。また、工程Ｓ２では、図１に示したプログラム部６の影響因子取得部６ｂが、作業用メモリ４Ｃに入力される。そして、影響因子取得部６ｂが、演算部４Ａ（図１に示す）によって実行される。

本実施形態の工程Ｓ２では、転がり抵抗Ｒｒが、影響因子Ｒとして特定される。特定された影響因子は、影響因子入力部５ｄ（図１に示す）に入力される。

次に、本実施形態の取得方法では、タイヤの使用条件頻度分布を取得する（工程Ｓ３）。工程Ｓ３では、車両の加速度頻度分布（図４に示す）に含まれる車両の加速度Ａと、車両の質量と、影響因子Ｒ（本実施形態では、転がり抵抗Ｒｒ）とに基づいて、タイヤの使用条件頻度分布が取得される。

工程Ｓ３では、先ず、図１に示した加速度頻度分布入力部５ｅに記憶されている車両の加速度頻度分布、及び、図１に示した影響因子入力部５ｄに記憶されている影響因子Ｒが、作業用メモリ４Ｃに入力される。次に、使用条件頻度分布取得工程Ｓ３では、図１に示したプログラム部６の使用条件頻度分布取得部６ａが、作業用メモリ４Ｃに入力される。そして、使用条件頻度分布取得工程Ｓ３では、使用条件頻度分布取得部６ａが、演算部４Ａ（図１に示す）によって実行される。

本実施形態の工程Ｓ３では、先ず、車両の加速度頻度分布（図４に示す）の各頻度の加速度に、車両の質量がそれぞれ乗じられる。そして、車両の前後方向の加速度Ａに車両の質量を乗じた値（前後方向でタイヤに作用する力）に、影響因子Ｒ（本実施形態では、転がり抵抗Ｒｒ）が加算される。なお、車両の左右方向の加速度Ａに車両の質量を乗じた値（左右方向の力）については、転がり抵抗Ｒｒを無視することができる。そして、車両の加速度Ａに車両の質量を乗じた値（即ち、影響因子Ｒが考慮された前後方向の力、及び、左右方向の力）を、駆動輪の本数でそれぞれ除することで、タイヤの使用条件（前後方向、及び、左右方向）がそれぞれ求められる。これにより、タイヤの使用条件頻度分布が取得されている。図５は、タイヤの使用条件頻度分布の一例を示すグラフである。

このように、タイヤの使用条件頻度分布に含まれるタイヤの使用条件は、車両の加速度Ａ、車両の質量、及び、転がり抵抗Ｒｒを少なくとも含む影響因子Ｒを考慮して求められているため、空気抵抗のみが考慮される場合に比べて、実際にタイヤ１２に作用する力に近似する。従って、タイヤの使用条件頻度分布は、後述の予測方法で用いられることで、タイヤ１２の摩耗量を高い精度で求めるのに役立つ。

本実施形態の取得方法は、車両の加速度頻度分布の各頻度を維持したまま、タイヤの使用条件を求めることができる。これにより、図５に示されるように、本実施形態の取得方法は、車両の加速度頻度分布に含まれる各頻度の加速度Ａに車両の質量を乗じた値（即ち、図５に示される「タイヤの前後方向の使用条件」と、「影響因子（転がり抵抗）を考慮する前のタイヤの左右方向の使用条件（２点鎖線）」とで表された頻度分布の値）を、影響因子Ｒに基づいて一括で変換（シフト）することで、タイヤ１２の使用条件をそれぞれ求めることができる。従って、本実施形態の取得方法（取得装置）は、タイヤの使用条件頻度分布を簡単に取得することができる。タイヤの使用条件頻度分布は、使用条件頻度分布入力部５ｃ（図１に示す）に記憶される。

図２に示した車両１１において、影響因子Ｒには、転がり抵抗Ｒｒの他に、空気抵抗（図示省略）、及び、車両１１の構成部材同士の摩擦抵抗（図示省略）等を含んでいる。発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、走行中の車両１１に作用する全ての影響因子Ｒに対して、転がり抵抗Ｒｒの割合は、２５％～７０％であることを知見した。

このような知見に基づいて、影響因子を取得する工程Ｓ２（図３に示す）では、転がり抵抗Ｒｒを１．５～３．５倍した値を、影響因子Ｒとして特定されるのが望ましい。これにより、本実施形態の取得方法（取得装置）では、転がり抵抗Ｒｒだけでなく、空気抵抗（図示省略）、及び、車両１１の構成部材同士の摩擦抵抗（図示省略）等を含む全ての影響因子Ｒを考慮したタイヤの使用条件頻度分布を取得することができる。従って、本実施形態の取得方法（取得装置）は、タイヤ１２の摩耗量を、より精度よく予測することができるタイヤの使用条件頻度分布を取得することができる。また、本実施形態では、空気抵抗、及び、車両１１の構成部材同士の摩擦抵抗を測定しなくても、これらの影響因子Ｒを考慮することができるため、計算時間及び計算コストの増大を防ぐことができる。

次に、本実施形態の予測方法について説明する。本実施形態の予測方法は、取得方法で取得されたタイヤの使用条件頻度分布（図５に示す）を用いて、図２に示したタイヤ１２のトレッド部の摩耗量が予測される。図６は、予測方法で摩耗量が予測されるタイヤ１２の一例を示す断面図である。

本実施形態のタイヤ１２は、例えば乗用車用タイヤである場合が例示されるが、特に限定されるわけではなく、例えば、トラック又はバスに用いられる重荷重用タイヤであってもよい。本実施形態のタイヤ１２は、従来のタイヤと同様に、トレッド部１２ａからサイドウォール部１２ｂを経てビード部１２ｃのビードコア１３に至るカーカス１４と、このカーカス１４のタイヤ半径方向外側かつトレッド部１２ａの内部に配されるベルト層１５とが設けられている。

トレッド部１２ａには、タイヤ周方向に連続してのびる周方向溝１６（センター主溝１６Ａ、ショルダー主溝１６Ｂ）が設けられる。これにより、トレッド部１２ａは、周方向溝１６で区分された複数の縦陸部１７が設けられる。本実施形態の縦陸部１７は、センター縦陸部１７Ａ、ミドル縦陸部１７Ｂ及びショルダー縦陸部１７Ｃを含んでいる。各縦陸部１７Ａ～１７Ｃには、周方向溝１６と交差する向きにのびる横溝（図示省略）等が、タイヤ周方向に隔設されてもよい。図７は、予測方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態の予測方法は、図６に示したトレッド部１２ａの予め定められた評価対象位置１８において、摩耗エネルギーを計算する（摩耗エネルギー計算工程Ｓ４）。

本実施形態の摩耗エネルギー計算工程Ｓ４では、車両１１（図２に示す）の前後方向（駆動及び制動）の摩耗エネルギー、及び、左右方向（右旋回及び左旋回）の摩耗エネルギーの双方が取得される。なお、摩耗量を予測すべき走行条件に応じて、車両の前後方向の摩耗エネルギー、又は、左右方向の摩耗エネルギーの一方のみが取得されてもよい。

本実施形態において、前後方向（駆動及び制動）の摩耗エネルギー、及び、左右方向（右旋回及び左旋回）の摩耗エネルギーは、単位距離当たりの摩耗エネルギーとしてそれぞれ取得される。単位距離としては、工程Ｓ１で加速度が取得される距離間隔に設定されるのが望ましい。これらの摩耗エネルギーは、コンピュータを用いたタイヤのシミュレーションによって計算される。

評価対象位置１８としては、適宜設定することができる。本実施形態の評価対象位置１８は、トレッド部１２ａの各縦陸部１７として設定される。なお、評価対象位置１８は、センター主溝１６Ａの溝縁、ショルダー主溝１６Ｂの溝縁、及び、ショルダーラグ溝（図示省略）の溝縁でもよい。

本実施形態の摩耗エネルギー計算工程Ｓ４では、初期データ部５ｆ（図１に示す）に記憶されている評価対象のタイヤ１２（図６に示す）や路面２０（図２に示す）に関する情報（例えば、ＣＡＤデータ等）が、作業用メモリ４Ｃ（図１に示す）に読み込まれる。また、境界条件入力部５ｈ（図１に示す）に記載されているシミュレーションの境界条件が、作業用メモリ４Ｃに読み込まれる。さらに、図１に示したプログラム部６の摩耗エネルギー計算部６ｄが、作業用メモリ４Ｃに読み込まれる。そして、摩耗エネルギー計算部６ｄが、演算部４Ａ（図１に示す）によって実行される。図８は、摩耗エネルギー計算工程Ｓ４の処理手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態の摩耗エネルギー計算工程Ｓ４では、先ず、コンピュータ１に、図６に示したタイヤ１２をモデル化したタイヤモデルが設定される（工程Ｓ４１）。図９は、タイヤモデル２１の一例を示す断面図である。

工程Ｓ４１では、タイヤ１２（図６に示す）に関する情報に基づいて、数値解析法により取り扱い可能な有限個の要素Ｇ（ｉ）（ｉ＝１、２、…）で離散化している。これにより、タイヤ１２がモデル化されたタイヤモデル２１が設定される。タイヤモデル２１のトレッド部２１ａには、周方向溝１６（図６に示す）を再現した周方向溝モデル２２と、評価対象位置１８である縦陸部１７（図６に示す）を再現した縦陸部モデル２３とが設定されている。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ている。

要素Ｇ（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面体ソリッド要素などが用いられるのが望ましい。各要素Ｇ（ｉ）には、複数個の節点２５が設けられる。このような各要素Ｇ（ｉ）には、要素番号、節点２５の番号、節点２５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）などの数値データが定義される。タイヤモデル２１は、モデル入力部５ｇ（図１に示す）に記憶される。

次に、本実施形態の摩耗エネルギー計算工程Ｓ４では、コンピュータ１に、路面２０（図２に示す）をモデル化した路面モデルが設定される（工程Ｓ４２）。図１０は、タイヤモデル２１及び路面モデル２６の一例を示す斜視図である。

工程Ｓ４２では、路面２０（図２に示す）に関する情報に基づいて、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Ｈ（ｉ）（ｉ＝１、２、…）で離散化する。これにより、工程Ｓ４２では、路面２０（図２に示す）をモデル化した路面モデル２６が設定される。要素Ｈ（ｉ）は、変形不能に設定された剛平面要素からなる。この要素Ｈ（ｉ）には、複数の節点２８が設けられる。さらに、要素Ｈ（ｉ）は、要素番号や、節点２８の座標値等の数値データが定義される。

本実施形態では、路面モデル２６として、平滑な表面を有するものが例示されたが、必要に応じて、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も良い。路面モデル２６は、モデル入力部５ｇ（図１に示す）に記憶される。

次に、本実施形態の摩耗エネルギー計算工程Ｓ４では、タイヤモデル２１に境界条件が定義される（工程Ｓ４３）。図９及び図１０に示されるように、境界条件としては、例えば、タイヤモデル２１の内圧条件、負荷荷重条件Ｌ、キャンバー角、及び、タイヤモデル２１と路面モデル２６との間の摩擦係数等が設定される。さらに、境界条件としては、タイヤモデル２１のトルクＴＬ、横力（図示省略）、及び、タイヤモデル２１の走行速度Ｖに対応する路面モデル２６の並進速度Ｖ２が設定される。

前後方向の摩耗エネルギーを計算する後述の工程Ｓ４５において、トルクＴＬには、タイヤ１２（図２に示す）の駆動時及び制動時に対応するトルクが設定され、横力（図示省略）には、ゼロが設定される。また、左右方向の摩耗エネルギーを計算する後述の工程Ｓ４６において、横力（図示省略）には、タイヤ１２の旋回時に対応する横力が設定され、トルクＴＬには、ゼロが設定される。

次に、本実施形態の摩耗エネルギー計算工程Ｓ４では、内圧及び荷重を定義したタイヤモデル２１が計算される（工程Ｓ４４）。工程Ｓ４４では、図９に示されるように、タイヤ１２のリム１９（図６に示す）がモデル化されたリムモデル２９によって、タイヤモデル２１のビード部２１ｃ、２１ｃが拘束され、内圧条件に相当する等分布荷重ｗに基づいてタイヤモデル２１の変形が計算される。これにより、工程Ｓ４４では、内圧充填後のタイヤモデル２１が計算される。

さらに、工程Ｓ４４では、図１０に示されるように、内圧充填後のタイヤモデル２１と、路面モデル２６との接触が計算される。次に、工程Ｓ４４では、負荷荷重条件Ｌ、キャンバー角（図示省略）、及び、摩擦係数に基づいて、タイヤモデル２１の変形が計算される。これにより、工程Ｓ４４では、路面モデル２６に接地したタイヤモデル２１が計算される。

タイヤモデル２１の変形計算は、図９に示した各要素Ｇ（ｉ）の形状及び材料特性などをもとに、各要素Ｇ（ｉ）の質量マトリックス、剛性マトリックス、及び、減衰マトリックスがそれぞれ作成される。さらに、これらの各マトリックスが組み合わされて、全体の系のマトリックスが作成される。そして、コンピュータ１が、前記各種の条件を当てはめて運動方程式を作成し、これらを微小時間（単位時間Ｔｘ（ｘ＝０、１、…））ごとにタイヤモデル２１の変形計算を行う。このようなタイヤモデル２１の変形計算（後述する転動計算を含む）は、例えば、LSTC社製の LS-DYNA などの市販の有限要素解析アプリケーションソフトを用いて計算されうる。なお、単位時間Ｔｘについては、求められるシミュレーション精度によって、適宜設定されうる。

次に、本実施形態の摩耗エネルギー計算工程Ｓ４では、トレッド部の前後方向（駆動時及び制動時（前後Ｇ付加条件））の摩耗エネルギーが計算される（工程Ｓ４５）。

工程Ｓ４５では、先ず、各縦陸部モデル２３について、駆動時の１回転当たりの摩耗エネルギーが計算される。工程Ｓ４５では、図１０に示されるように、並進速度Ｖ２が路面モデル２６に設定される。さらに、駆動時のトルクＴＬがタイヤモデル２１に設定される。これにより、駆動時のタイヤモデル２１が計算される。そして、工程Ｓ４５では、各縦陸部モデル２３の接地面２３ｓを構成する各節点２５（図９に示す）が、路面モデル２６に接地している間、各節点２５において、せん断力及びすべり量が計算される。せん断力Ｐには、タイヤ軸方向のせん断力Ｐｘ及びタイヤ周方向のせん断力Ｐｙが含まれる。また、すべり量Ｑには、前記せん断力Ｐｘ、Ｐｙに対応する、タイヤ軸方向のすべり量Ｑｘ及びタイヤ周方向のすべり量Ｑｙが含まれる。

駆動時のタイヤモデル２１の転動計算は、転動開始から、予め定められた転動終了まで、シミュレーションの単位時間Ｔｘ毎に計算される。これにより、工程Ｓ４５では、縦陸部モデル２３の接地面２３ｓを構成する各節点２５のせん断力Ｐｘ、Ｐｙ及びすべり量Ｑｘ、Ｑｙが、転動開始から転動終了まで単位時間Ｔｘ刻みで複数回計算される。

各縦陸部モデル２３において、各節点２５のせん断力Ｐｘ（ｉ）、Ｐｙ（ｉ）と、該せん断力Ｐｘ（ｉ）、Ｐｙ（ｉ）に対応するすべり量Ｑｘ（ｉ）、Ｑｙ（ｉ）とを乗じた値が、各縦陸部モデル２３の接地入りから接地端までの要素Ｇ（ｉ）を対象に積算される。そして、各縦陸部モデル２３の前記積算値が、各縦陸部モデル２３の接地面積で除されることにより、１回転あたりの平均摩耗エネルギーが、縦陸部モデル２３毎に計算される。さらに、１回転あたりの平均摩耗エネルギーが、タイヤ周長で除されることにより、駆動時の単位距離当たりの摩耗エネルギーが、縦陸部モデル２３毎に計算される。駆動時の単位距離当たりの摩耗エネルギーは、物理量入力部５ｉ（図１に示す）に記憶される。

次に、工程Ｓ４５では、各縦陸部モデル２３について、制動時の単位距離当たりの摩耗エネルギーが計算される。工程Ｓ４５では、並進速度Ｖ２が路面モデル２６に設定される。さらに、制動時のトルクＴＬがタイヤモデル２１に設定される。これにより、制動時のタイヤモデル２１が計算される。そして、上記した駆動時の単位距離当たりの摩耗エネルギーを求める手順と同様に、制動時の単位距離当たりの摩耗エネルギーが、縦陸部モデル２３毎に計算される。制動時の単位距離当たりの摩耗エネルギーは、物理量入力部５ｉ（図１に示す）に記憶される。

次に、本実施形態の摩耗エネルギー計算工程Ｓ４では、トレッド部の左右方向（右旋回及び左旋回）の摩耗エネルギーが計算される（工程Ｓ４６）。

工程Ｓ４６では、先ず、各縦陸部モデル２３について、右旋回時の単位距離当たりの摩耗エネルギーが計算される。工程Ｓ４６では、並進速度Ｖ２が路面モデル２６に設定される。さらに、右旋回時の横力（図示省略）がタイヤモデル２１に設定される。これにより、右旋回中のタイヤモデル２１が計算される。そして、上記した駆動時の単位距離当たりの摩耗エネルギーを求める手順と同様に、右旋回時の単位距離当たりの摩耗エネルギーが、縦陸部モデル２３毎に計算される。右旋回時の単位距離当たりの摩耗エネルギーは、物理量入力部５ｉ（図１に示す）に記憶される。

次に、工程Ｓ４６では、各縦陸部モデル２３について、左旋回時の単位距離当たりの摩耗エネルギーが計算される。工程Ｓ４６では、並進速度Ｖ２が路面モデル２６に設定される。さらに、左旋回時の横力（図示省略）がタイヤモデル２１に設定される。これにより、左旋回中のタイヤモデル２１が計算される。そして、上記した駆動時の単位距離当たりの摩耗エネルギーを求める手順と同様に、左旋回時の単位距離当たりの摩耗エネルギーが、縦陸部モデル２３毎に計算される。左旋回時の単位距離当たりの摩耗エネルギーは、物理量入力部５ｉ（図１に示す）に記憶される。

次に、本実施形態の予測方法は、図６に示した評価対象位置１８（各縦陸部１７）の摩耗量を計算する（摩耗量計算工程Ｓ５）。本実施形態の評価対象位置１８の摩耗量は、評価対象位置１８（図１０に示した縦陸部モデル２３）の摩耗エネルギーを、タイヤの使用条件頻度分布（図５に示す）のタイヤの使用条件及び頻度で重み付けをすることによって計算される。

本実施形態の摩耗量計算工程Ｓ５では、使用条件頻度分布入力部５ｃ（図１に示す）に記憶されているタイヤの使用条件頻度分布（図５に示す）が、作業用メモリ４Ｃ（図１に示す）に読み込まれる。また、物理量入力部５ｉ（図１に示す）に記憶されている駆動時の単位距離当たりの摩耗エネルギー、制動時の単位距離当たりの摩耗エネルギー、右旋回時の単位距離当たりの摩耗エネルギー、及び、左旋回時の単位距離当たりの摩耗エネルギーが、作業用メモリ４Ｃに読み込まれる。さらに、図１に示したプログラム部６の摩耗量計算部６ｅが、作業用メモリ４Ｃに読み込まれる。そして、摩耗量計算部６ｅが、演算部４Ａによって実行される。図１１は、摩耗量計算工程Ｓ５の処理手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態の摩耗量計算工程Ｓ５では、先ず、各評価対象位置１８（図１０に示した縦陸部モデル２３）において、単位距離当たりの摩耗エネルギーが、タイヤの使用条件頻度分布で重み付けされた推定摩耗エネルギーが計算される（工程Ｓ５１）。各評価対象位置１８の推定摩耗エネルギーＥは、適宜求めることができる。推定摩耗エネルギーＥは、例えば、タイヤ使用条件頻度分布（図５に示す）上の全ての点（頻度）において、各点の摩耗エネルギーと、その点での頻度とを乗じた値を積算して求められる。各点の摩耗エネルギーは、代表条件の摩耗エネルギーから、近似関数を作成することで求めることができる。代表条件は、適宜定義することができる。代表条件の一例としては、自由転動、駆動（０．２Ｇ）、制動（０．２Ｇ）、右旋回（０．２Ｇ）、及び、左旋回（－０．２Ｇ）である。これらの条件で求められた摩耗エネルギーが、各条件に対応する頻度に乗じられる。推定摩耗エネルギーＥは、評価対象位置１８（図１０に示した縦陸部モデル２３）毎に計算される。

次に、本実施形態の摩耗量計算工程Ｓ５では、各評価対象位置１８（図６に示す）において、推定摩耗エネルギーＥから摩耗量が計算される（工程Ｓ５２）。本実施形態では、先ず、各評価対象位置１８のゴム材料の摩耗量と、ゴム材料の摩耗エネルギーとの関係を示す摩耗指数が取得される。摩耗指数は、例えば、室内摩耗試験機（ランボーン摩耗試験機等）を用いたゴム材料の摩耗試験によって取得することができる。摩耗指数は、ゴム材料の摩耗エネルギーの増加により、ゴム材料の摩耗量が線形に増加している。

工程Ｓ５２では、各評価対象位置１８（図６に示す）において、ゴム材料の摩耗指数に、縦陸部モデル２３の推定摩耗エネルギーＥが乗じられることによって、摩耗量が計算される。各評価対象位置１８の摩耗量は、物理量入力部５ｉ（図１に示す）に記憶される。

このように、本実施形態の予測方法は、転がり抵抗Ｒｒを含む影響因子Ｒ（図２に示す）を考慮したタイヤの使用条件頻度分布（図５に示す）を用いて、タイヤモデル２１（図１２に示す）の摩耗エネルギーが重み付けされるため、車両の走行履歴、及び、転がり抵抗Ｒｒを含む影響因子Ｒ（図２に示す）を考慮した推定摩耗エネルギー、及び、摩耗量を求めることができる。従って、本実施形態では、タイヤ１２（図６に示す）の摩耗量を高い精度で予測することができる。従って、本実施形態の予測方法は、摩耗量が予め定められた範囲になるまで、タイヤ１２が設計変更されることにより、耐摩耗性能の優れたタイヤ１２を効率よく設計するのに役立つ。

次に、本実施形態の予測方法は、評価対象位置の摩耗量が許容範囲内か否かが判断される（工程Ｓ６）。許容範囲については、タイヤ１２の構造に応じて、適宜設定される。工程Ｓ６において、評価対象位置１８の摩耗量が許容範囲内であると判断された場合（工程Ｓ６で、「Ｙ」）、タイヤ１２が製造される（工程Ｓ７）。他方、評価対象位置１８の摩耗量が許容範囲外であると判断された場合（工程Ｓ６で、「Ｎ」）、タイヤ１２の設計因子が変更され（工程Ｓ８）、工程Ｓ４～工程Ｓ６が再度実施される。これにより、本実施形態の予測方法は、耐摩耗性に優れるタイヤ１２を確実に設計することができる。

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うる。

トレッドパターン及びタイヤの内部構造が異なる４種類のタイヤが試作された。各タイヤが下記リムにリム組みされ、下記の車両に下記の条件で装着された。そして、車両を一般道及び高速道路で合計約２００００ｋｍ走行させた後に、トレッド部のセンター縦陸部、ミドル縦陸部、及び、ショルダー縦陸部について、各縦陸部の縁部の摩耗量が測定された。摩耗量の測定は、各縦陸部について、タイヤ周方向に略等ピッチに離間する８箇所で行われた。そして、各縦陸部において、８箇所の摩耗量の平均値がそれぞれ求められた（実験例）。

実験例で取得された走行履歴を用いて、車両の前後方向の加速度及び左右方向の加速度と、その頻度との関係を示す車両の加速度頻度分布が取得された（実施例、比較例）。

実施例では、図３及び図４に示した処理手順に従って、車両の加速度、車両の質量、及び、転がり抵抗を含む影響因子に基づいて、車両の使用条件頻度分布が取得された。さらに、図７、図８及び図１１に示した処理手順に従って、センター縦陸部、ミドル縦陸部、及び、ショルダー縦陸部の摩耗エネルギーが計算された。そして、各縦陸部の摩耗エネルギーが、実施例の使用条件頻度分布で重み付けされて、各縦陸部の予測摩耗量が計算された。

比較例では、車両の加速度が空気抵抗で補正した加速度頻度分布が取得された。さらに、センター縦陸部、ミドル縦陸部、及び、ショルダー縦陸部の摩耗エネルギーが計算された。そして、各縦陸部の摩耗エネルギーを、比較例の加速度頻度分布で重み付けして、各縦陸部の予測摩耗量が計算された。共通仕様は、次の通りである。
タイヤサイズ：２１５／６０Ｒ１６
リムサイズ：１６×６．５Ｊ
内圧：２４０kPa
荷重：３．９２kN
車両：国産ＦＦ車
転がり抵抗試験：
温度：２０℃、
荷重：２６．７２ｋＮ
速度：８０km／h

図１２は、実験例の実測摩耗量と実施例の予測摩耗量との関係、及び、実験例の実測摩耗量と比較例の予測摩耗量との関係を示すグラフである。図１２は、４種類のタイヤについて、各縦陸部の摩耗量（指数）をそれぞれプロットしたものである。摩耗量の指数は、それぞれの縦陸部の摩耗量の平均値を基準としたものである。図１３は、実験例、実施例及び比較例について、４種類のタイヤの各縦陸部の摩耗量（指数）の平均値を示すグラフである。

テストの結果、実施例の予測摩耗量は、比較例の予測摩耗量に比べて、実験例の実測摩耗量に近似させることができた。従って、実施例は、比較例に比べて、タイヤの摩耗量を精度よく予測することができた。

Ｓ１ 車両の加速度を取得する工程
Ｓ２ 車両の影響因子を取得する工程
Ｓ３ タイヤの使用条件頻度分布を取得する工程

Claims (5)

1. 車両に装着されたタイヤの使用条件と、その頻度との関係を示すタイヤの使用条件頻度分布を取得するための方法であって、
   前記車両の走行履歴を用いて、前記車両の加速度と、その頻度との関係を示す車両の加速度頻度分布を取得する工程と、
   前記車両に装着されたタイヤの転がり抵抗を少なくとも含む前記タイヤの使用条件に影響する影響因子を取得する工程と、
   前記車両の前記加速度、前記車両の質量、及び、前記影響因子に基づいて、前記タイヤの使用条件頻度分布を取得する工程とを含む、
   タイヤの使用条件頻度分布取得方法。
2. 前記影響因子を取得する工程は、前記転がり抵抗を、前記影響因子として特定する工程を含む、請求項１記載のタイヤの使用条件頻度分布取得方法。
3. 前記影響因子を取得する工程は、前記転がり抵抗を１．５～３．５倍した値を、前記影響因子として特定する工程を含む、請求項１記載のタイヤの使用条件頻度分布取得方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の前記タイヤの使用条件頻度分布を用いて、前記タイヤのトレッド部の摩耗量を予測するための方法であって、
   前記トレッド部の予め定められた評価対象位置において、摩耗エネルギーを計算する工程と、
   前記摩耗エネルギーを、前記タイヤの使用条件及び前記頻度で重み付けをして、前記評価対象位置の摩耗量を計算する工程とを含む、
   タイヤの使用条件頻度分布取得方法。
5. 車両に装着されたタイヤの使用条件と、その頻度との関係を示すタイヤの使用条件頻度分布を取得する演算処理装置を有する装置であって、
   前記演算処理装置は、前記車両の走行履歴を用いて、前記車両の加速度と、その頻度との関係を示す車両の加速度頻度分布を取得する加速度頻度分布取得部と、
   前記車両に装着されたタイヤの転がり抵抗を少なくとも含む前記タイヤの使用条件に影響する影響因子を取得する影響因子取得部と、
   前記車両の加速度、前記車両の質量、及び、前記影響因子に基づいて、前記タイヤの使用条件頻度分布を取得する使用条件頻度分布取得部とを含む、
   タイヤの使用条件頻度分布取得装置。

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