JP7315824B2 - Tire initial shape design method, tire initial shape design device, and program - Google Patents

Tire initial shape design method, tire initial shape design device, and program Download PDF

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Description

本発明は、コンピュータにて数値解析可能な要素でモデル化されたタイヤにおいて、形状最適化計算結果を用いたタイヤの初期形状設計方法、タイヤの初期形状設計装置、およびタイヤの初期形状設計方法を実行するプログラムに関し、特に、目的特性を満足するタイヤ形状の特徴を損なわずに、実際の製造上の制約を加味したタイヤの初期形状設計方法、タイヤの初期形状設計装置、およびタイヤの初期形状設計方法を実行するプログラムに関する。 The present invention provides an initial tire shape design method, an initial tire shape design apparatus, and an initial tire shape design method using shape optimization calculation results in a tire modeled with elements that can be numerically analyzed by a computer. Regarding programs to be executed, in particular, an initial tire shape designing method, an initial tire shape designing apparatus, and an initial tire shape design that take into consideration actual manufacturing restrictions without impairing the characteristics of the tire shape that satisfies the target characteristics It relates to a program that implements the method.

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、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。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する。有限要素で構成されたタイヤモデルを用いて最適化計算を行うことにより、タイヤの最適形状を求めることがなされている。また、タイヤの最適形状の計算結果を用いてタイヤの金型の形状設計することもなされている。 Currently, a method has been proposed in which a tire model or the like that can be analyzed by a computer is created and the performance of the tire or the like is simulated. Performance simulation creates a tire model obtained by dividing the tire into a finite number of elements. An optimum tire shape is obtained by performing optimization calculations using a tire model composed of finite elements. Also, the shape of a tire mold is designed using the calculation result of the optimum shape of the tire.

例えば、特許文献1のタイヤ設計方法は、複数の目的関数と、制約条件と、タイヤ基本モデルにおける複数の制御点の位置の決定に用いられる設計パラメータとを設定する設定ステップと、目的関数の最適値を与える設計変数に基づいて最終的な設計パラメータを決定する設計パラメータ決定ステップとを備える。複数の制御点は、第1部材および第2部材モデルの形状を変更可能にし、設定ステップは、第1部材モデルが移動された場合には、操作制御点に基づいて、操作無制御点を移動させ、操作制御点を設計パラメータに含めて設定し、第2部材モデルが移動された場合には、操作制御点に基づいて、第1および第2部材モデルの部材間隔を設計パラメータに含めて設定する。各制御点に沿う曲線(例えば、Bスプライン曲線)は、タイヤ断面形状を規定することができる。 For example, the tire design method of Patent Document 1 includes a setting step of setting a plurality of objective functions, constraints, and design parameters used to determine the positions of a plurality of control points in the basic tire model, and optimization of the objective function. and a design parameter determination step of determining final design parameters based on the value-giving design variables. The plurality of control points enable the shape of the first member and the second member model to be changed, and the setting step moves the no-operation control point based on the operation control point when the first member model is moved. and the operation control point is included in the design parameters, and when the second member model is moved, based on the operation control point, the member spacing of the first and second member models is included in the design parameters and set. do. A curve (eg, a B-spline curve) along each control point can define the tire profile.

特開2014-148196号公報JP 2014-148196 A

特許文献1のタイヤの設計方法は、補強層の位置もコントロールするものである。特許文献1では移動後の各制御点により形成されるタイヤ断面形状を波状に形成させずに、なだらかな形状にさせることができるとされている。しかし、タイヤ断面形状を有限個の要素にてモデル化した場合、モデル上は離散的な点の集合となるため、数値制御による金型加工を行う際には外形線上の離散点間をどのように規定するか定めないと精度の良い加工指示情報として与えることができない。そのため、特許文献1のタイヤの設計方法で得られたタイヤの最適形状の計算結果を用いて金型を作製する場合、例えば、円弧、もしくは直線、もしくは円弧および直線の組合せのような関数に従い、タイヤの外形線を調整することが望ましい。しかし、外形線の調整度合いによってはタイヤの最適形状が有する特性バランスを損なうことがある。特許文献1のタイヤの設計方法では、上述の問題に関しての記載はされておらず、得られた計算結果に基づいて得られるタイヤの初期形状について十分なものとはいえない。
さらには、特許文献1のタイヤの設計方法で得られたタイヤの最適形状の計算結果を用いて金型の寸法を規定する場合について十分なものとはいえない。
The tire design method of Patent Document 1 also controls the position of the reinforcing layer. Patent Literature 1 states that the tire cross-sectional shape formed by each control point after movement can be formed into a gentle shape instead of a wavy shape. However, when the tire cross-sectional shape is modeled using a finite number of elements, the model becomes a set of discrete points. If it is not specified or defined, it cannot be given as highly accurate processing instruction information. Therefore, when producing a mold using the calculation result of the optimum tire shape obtained by the tire design method of Patent Document 1, for example, according to a function such as a circular arc, a straight line, or a combination of a circular arc and a straight line, It is desirable to adjust the profile of the tire. However, depending on the degree of adjustment of the contour line, the balance of characteristics of the optimum shape of the tire may be impaired. In the tire design method of Patent Document 1, there is no description regarding the above problem, and it cannot be said that the initial shape of the tire obtained based on the obtained calculation results is sufficient.
Furthermore, it cannot be said to be sufficient in the case of defining the dimensions of the mold using the calculation result of the optimum shape of the tire obtained by the tire design method of Patent Document 1.

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、目的特性を満足する形状の特徴を損なわずに、タイヤ外側の輪郭線が影響する物理量を考慮したタイヤ断面形状を効率よく算出できるタイヤの初期形状設計方法、およびタイヤの初期形状設計装置、ならびにタイヤの初期形状設計方法を実行するプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems based on the prior art, and to efficiently calculate a tire cross-sectional shape that takes into account the physical quantities affected by the contour of the tire outside without impairing the characteristics of the shape that satisfies the target characteristics. To provide a tire initial shape designing method, an initial tire shape designing device, and a program for executing the tire initial shape designing method.

上述の目的を達成するために、本発明の第1の態様は、基準となるタイヤの断面形状を設定する形状設定工程と、基準となるタイヤの断面形状におけるトレッド部の外形線を、x、yを変数とし、a、b、p、q、x、yをパラメータとする下記数式で表される関数を用いて規定する外形規定工程と、タイヤについて、形状に関係する設計変数、目的関数、制約条件、および最適解の判定条件を設定する問題設定工程と、タイヤについて、コンピュータで数値解析可能な要素でタイヤモデルを作成する作成工程と、問題設定工程で設定された設計変数、目的関数、制約条件、および最適解の判定条件に基づき、タイヤモデルについて形状最適化計算を行う演算工程と、演算工程の形状最適化計算の結果から、所定の抽出条件を用いて少なくとも1つの解を抽出し、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報を得る取得工程とを有する、ことを特徴とするタイヤの初期形状設計方法を提供するものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the first aspect of the present invention includes a shape setting step of setting a cross-sectional shape of a reference tire, and an outline of a tread portion in the cross-sectional shape of the reference tire, x, With y as a variable and a, b, p, q, x 0 and y 0 as parameters, the outer shape defining process is defined using a function represented by the following formula, and for the tire, design variables related to shape, purpose A problem setting process in which functions, constraints, and optimal solution judgment conditions are set; a creation process in which a tire model is created using elements that can be numerically analyzed by a computer; and design variables and objectives set in the problem setting process A computing step of performing shape optimization calculations for a tire model based on functions, constraints, and optimal solution determination conditions; and an acquisition step of obtaining information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of design variables that make up the extracted solution.

取得工程で得られたタイヤモデルの断面形状に対して熱収縮計算を実施し、タイヤモデルの熱収縮断面形状の情報を得る収縮補正工程と、タイヤモデルの熱収縮断面形状をタイヤの初期形状データとして出力する出力工程とを有することが好ましい。
タイヤモデルの断面形状の情報から、形状最適化計算により得られたタイヤの外形線を得て、形状最適化計算により得られたタイヤの外形線を金型形状データとして出力する出力工程とを有し、設計変数に、トレッド部の外形線を規定する関数のパラメータのうち、少なくとも1つが含まれることが好ましい。
作成工程は、関数のパラメータa、b、p、q、x、yのうち、少なくとも1つを固定し、残りのパラメータを設計変数に含めるか、または固定したパラメータを残りのいずれかのパラメータに従属させて、演算工程で、タイヤモデルについて形状最適化計算を行うことが好ましい。
また、作成工程では、タイヤモデルをコンピュータで数値解析可能な複数の節点および要素にて構成されるメッシュで作成しており、演算工程では、タイヤモデルにおけるメッシュを再分割して新規タイヤモデルを作成し、新規タイヤモデルに対して形状最適化計算を行うことが好ましい。
Thermal contraction calculation is performed on the cross-sectional shape of the tire model obtained in the acquisition process, and the shrinkage correction process to obtain information on the heat-shrink cross-sectional shape of the tire model. It is preferable to have an output step of outputting as.
an output step of obtaining a tire outline obtained by shape optimization calculation from information on the cross-sectional shape of the tire model, and outputting the tire outline obtained by the shape optimization calculation as mold shape data; However, the design variables preferably include at least one of the parameters of the function that defines the outline of the tread portion.
The creation step includes fixing at least one of the parameters a, b, p, q, x 0 , and y 0 of the function and including the remaining parameters in the design variables, or setting the fixed parameters to any of the remaining parameters. It is preferable to perform shape optimization calculations on the tire model in a computational step dependent on the parameters.
In the creation process, the tire model is created with a mesh composed of multiple nodes and elements that can be numerically analyzed by a computer.In the calculation process, the mesh in the tire model is subdivided to create a new tire model. However, it is preferable to perform shape optimization calculations on the new tire model.

形状設定工程と外形規定工程との間に、形状設定工程で設定された、基準となるタイヤの断面形状に対して接地解析を実施し、接地領域を特定する接地解析工程を有し、接地解析工程で特定された接地領域は、少なくともトレッド中央部から接地端迄の範囲を含み、外形規定工程では、接地領域に対して関数を用いて外形線を規定することが好ましい。
問題設定工程で設定される設計変数は、タイヤモデルのトレッド部の端部とサイドウォール部との接続点を含む領域の形状変化を含むことが好ましい。
Between the shape setting process and the outer shape defining process, a ground contact analysis process is carried out for the reference cross-sectional shape of the tire set in the shape setting process, and a ground contact area is specified. The contact area specified in the step includes at least the range from the tread center to the contact edge, and in the contour defining step, it is preferable to define the contour using a function for the contact area.
It is preferable that the design variables set in the problem setting step include shape changes in the region including the connecting point between the edge of the tread portion and the sidewall portion of the tire model.

本発明の第2の態様は、基準となるタイヤの断面形状を設定し、基準となるタイヤの断面形状におけるトレッド部の外形線を、x、yを変数とし、a、b、p、q、x0、y0をパラメータとする下記数式で表される関数を用いて規定し、かつタイヤについて、形状に関係する設計変数、目的関数、制約条件、および最適解の判定条件を設定する条件設定部と、タイヤについて、コンピュータで数値解析可能な要素でタイヤモデルを作成するモデル作成部と、条件設定部で設定された設計変数、目的関数、制約条件、および最適解の判定条件に基づき、タイヤモデルについて形状最適化計算を行う演算部と、演算部の形状最適化計算の結果から、所定の抽出条件を用いて少なくとも1つの解を抽出し、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報を得る、データ作成部とを有し、設計変数に、トレッド部の外形線を規定する関数のパラメータのうち、少なくとも1つが含まれることを特徴とするタイヤの初期形状設計装置を提供するものである。 In a second aspect of the present invention, a reference tire cross-sectional shape is set, and the outline of the tread portion in the reference tire cross-sectional shape is represented by a, b, p, q, with x and y as variables. A condition setting unit that defines using a function represented by the following formula with x0 and y0 as parameters, and sets design variables, objective functions, constraints, and optimum solution judgment conditions related to the shape of the tire. , tire models based on the design variables, objective functions, constraints, and optimal solution judgment conditions set in the model creation section, which creates a tire model with elements that can be numerically analyzed by a computer, and the condition setting section. A computing unit that performs shape optimization calculations, and a tire corresponding to a combination of design variables that extracts at least one solution from the result of the shape optimization calculations performed by the computing unit using predetermined extraction conditions, and that constitutes the extracted solution. and a data creation unit for obtaining information on the cross-sectional shape of the model, wherein the design variables include at least one parameter of a function that defines the outline of the tread portion. It provides an apparatus.

データ作成部は、得られたタイヤモデルの断面形状に対して熱収縮計算を実施し、タイヤモデルの熱収縮断面形状の情報を取得し、タイヤモデルの熱収縮断面形状をタイヤの初期形状データとして出力することが好ましい。
データ作成部は、タイヤモデルの断面形状の情報から、形状最適化計算により得られたタイヤの外形線を得て、形状最適化計算により得られたタイヤの外形線を金型形状データとして出力することが好ましい。
The data creation unit performs heat shrinkage calculations on the cross-sectional shape of the obtained tire model, acquires information on the heat-shrinkable cross-sectional shape of the tire model, and uses the heat-shrinkable cross-sectional shape of the tire model as the initial shape data of the tire. Output is preferred.
The data creation unit obtains the outline of the tire obtained by the shape optimization calculation from the information on the cross-sectional shape of the tire model, and outputs the outline of the tire obtained by the shape optimization calculation as mold shape data. is preferred.

条件設定部では、関数のパラメータa、b、p、q、x、yのうち、少なくとも1つを固定し、残りのパラメータを設計変数に含めるか、または固定したパラメータを残りのいずれかのパラメータに従属させて、演算部で、タイヤモデルについて形状最適化計算を行うことが好ましい。
モデル作成部では、タイヤモデルをコンピュータで数値解析可能な複数の節点および要素にて構成されるメッシュで作成しており、演算部では、タイヤモデルにおけるメッシュを再分割して新規タイヤモデルを作成し、新規タイヤモデルに対して形状最適化計算を行うことが好ましい。
条件設定部は、条件設定部で規定される基準となるタイヤの断面形状に対して接地解析を実施するものであり、接地解析で特定された接地領域は、少なくともトレッド中央部から接地端迄の範囲を含んでおり、条件設定部は、接地領域に対して関数を用いて外形線を規定することが好ましい。
条件設定部で設定される設計変数は、タイヤモデルのトレッド部の端部とサイドウォール部との接続点を含む領域の形状変化を含むことが好ましい。
In the condition setting part, at least one of the function parameters a, b, p, q, x 0 , and y 0 is fixed, and the remaining parameters are included in the design variables, or the fixed parameters are It is preferable that the shape optimization calculation is performed on the tire model by the computing unit depending on the parameters of .
In the model creation section, the tire model is created with a mesh composed of multiple nodes and elements that can be numerically analyzed by a computer. , the shape optimization calculations are preferably performed on the new tire model.
The condition setting section performs ground contact analysis for the standard cross-sectional shape of the tire defined by the condition setting section. Preferably, the range is included, and the condition setting unit defines the outline using a function for the ground area.
It is preferable that the design variables set by the condition setting section include shape change of the region including the connection point between the edge of the tread portion and the sidewall portion of the tire model.

本発明の第3の態様は、本発明の第1の態様のタイヤの初期形状設計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。 A third aspect of the present invention provides a program for causing a computer to execute each step of the initial tire shape design method of the first aspect of the present invention as a procedure.

本発明によれば、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報を用いて、目的特性を満足する形状の特徴を損なわずに、タイヤ外側の輪郭線が影響する物理量を考慮したタイヤ断面形状を有するタイヤの初期形状を効率よく算出できる。
本発明によれば、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報を用いて、目的特性を満足する形状の特徴を損なわずに、タイヤ外側の輪郭線が影響する物理量を考慮したタイヤ断面形状を、金型形状データとして効率よく算出することもできる。
According to the present invention, by using the information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of the design variables that constitute the extracted solution, the outline of the outside of the tire can be influenced without impairing the characteristics of the shape that satisfies the target characteristics. It is possible to efficiently calculate the initial shape of the tire having the tire cross-sectional shape in consideration of the physical quantity to be measured.
According to the present invention, by using the information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of the design variables that constitute the extracted solution, the outline of the outside of the tire can be influenced without impairing the characteristics of the shape that satisfies the target characteristics. It is also possible to efficiently calculate the tire cross-sectional shape in consideration of the physical quantity to be measured as the mold shape data.

本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法に利用されるタイヤの初期形状設計装置を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing an initial tire shape designing device used in an initial tire shape designing method according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法の一例を工程順に示すフローチャートである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a flowchart which shows an example of the initial shape design method of the tire of embodiment of this invention to process order. (a)は本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計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り、(b)はトレッド部外形線を構成する楕円弧の作成方法の一例を示す模式図であり、(c)はトレッド部外形線を構成する楕円弧の作成方法の他の例を示す模式図である。(a) is a schematic diagram showing an example of a tire model used in a method for designing an initial shape of a tire according to an embodiment of the present invention, and (b) is a schematic diagram showing an example of a method for creating an elliptical arc forming a tread contour. It is a figure and (c) is a schematic diagram which shows the other example of the preparation method of the elliptical arc which comprises a tread part outline. (a)は本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計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り、(b)は本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法に用いられるタイヤモデルの一例を示す要部を拡大して示す模式図である。(a) is a schematic diagram showing an example of a tire model used in the initial tire shape design method of the embodiment of the present invention, and (b) is a tire used in the initial tire shape design method of the embodiment of the present invention. It is a schematic diagram which expands and shows the principal part which shows an example of a model. 本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法に基づく楕円弧の第1の例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a first example of an elliptical arc based on the initial tire shape design method of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法に基づく楕円弧の第2の例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a second example of an elliptical arc based on the initial tire shape design method of the embodiment of the present invention. (a)はタイヤのトレッド部のメッシュ再分割の一例を示す模式図であり、(b)はタイヤのトレッド部のメッシュ再分割の他の例を示す模式図である。(a) is a schematic diagram showing an example of mesh subdivision of a tread portion of a tire, and (b) is a schematic diagram showing another example of mesh subdivision of a tread portion of a tire. 本発明の実施形態のタイヤモデルの一例を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing an example of a tire model of an embodiment of the present invention. (a)は本発明の実施形態のタイヤの形状変化パラメータの一例を示す模式図であり、(b)は本発明の実施形態のタイヤの形状変化パラメータの他の例を示す模式図である。(a) is a schematic diagram showing an example of the tire shape change parameter of the embodiment of the present invention, and (b) is a schematic diagram showing another example of the tire shape change parameter of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法の他の例を工程順に示すフローチャートである。4 is a flow chart showing another example of the initial tire shape design method according to the embodiment of the present invention in order of steps. (a)は基準例の接地圧分布を示す模式図であり、(b)は実施例1の接地圧分布を示す模式図であり、(c)は比較例1の接地圧分布を示す模式図である。(a) is a schematic diagram showing the ground pressure distribution of a reference example, (b) is a schematic diagram showing the ground pressure distribution of Example 1, and (c) is a schematic diagram showing the ground pressure distribution of Comparative Example 1. is.

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のタイヤの初期形状設計方法、およびタイヤの初期形状設計装置、ならびにタイヤの初期形状設計方法を実行するプログラムを詳細に説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An initial tire shape design method, an initial tire shape design apparatus, and a program for executing the initial tire shape design method of the present invention will be described below in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

[タイヤの初期形状設計装置]
図1は本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法に利用されるタイヤの初期形状設計装置を示す模式図である。
本実施形態のタイヤの初期形状設計方法の実行には、図1に示すタイヤの初期形状設計装置10が用いられる。以下、タイヤの初期形状設計装置10のことを、単に設計装置10ともいう。
[Initial tire shape design device]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an initial tire shape designing apparatus used in an initial tire shape designing method according to an embodiment of the present invention.
An initial tire shape designing apparatus 10 shown in FIG. 1 is used to execute the initial tire shape designing method of the present embodiment. Hereinafter, the initial tire shape designing device 10 is also simply referred to as the designing device 10 .

設計装置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。上述のように本発明のタイヤの初期形状設計方法には、図1に示す設計装置10が用いられるが、タイヤの初期形状設計方法をコンピュータ等のハードウェアおよびソフトウェアを用いて実行することができれば設計装置10に限定されるものではなく、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でもよい。 The design device 10 is configured using hardware such as a computer. As described above, the design apparatus 10 shown in FIG. 1 is used for the initial tire shape design method of the present invention. The program is not limited to the design apparatus 10, and may be a program for causing a computer to execute each process as a procedure.

設計装置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、演算部24、データ作成部26、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、演算部24、データ作成部26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、演算部24、およびデータ作成部26のデータがメモリ28に記憶される。
以下に説明するタイヤの初期形状設計方法において、処理部12の各部で種々の処理がなされる。以下の説明では制御部32により処理部12の各部で種々の処理がなされることの説明を省略しているが、各部の一連の処理は制御部32により制御される。メモリ28には、後述する各種の判定条件も記憶されている。制御部32がメモリ28から判定条件を読み出して、演算部24で得られた結果と比較し、判定結果に基づいて各部の動作を決定し、決定した動作に基づいて各部を動作させる。
The design device 10 has a processing section 12 , an input section 14 and a display section 16 . The processing unit 12 has a condition setting unit 20 , a model creation unit 22 , a calculation unit 24 , a data creation unit 26 , a memory 28 , a display control unit 30 and a control unit 32 . In addition, although not shown, it has a ROM and the like.
The processing unit 12 is controlled by the control unit 32 . In the processing unit 12, the condition setting unit 20, the model creation unit 22, the calculation unit 24, and the data creation unit 26 are connected to the memory 28, and the condition setting unit 20, the model creation unit 22, the calculation unit 24, and the data creation unit are connected. The data of section 26 is stored in memory 28 .
In the initial tire shape design method described below, various processes are performed in each part of the processing unit 12 . In the following description, the control unit 32 performs various processes in each part of the processing unit 12, but the control unit 32 controls a series of processes in each part. The memory 28 also stores various determination conditions, which will be described later. The control unit 32 reads out the determination conditions from the memory 28, compares them with the results obtained by the calculation unit 24, determines operations of each unit based on the determination results, and operates each unit based on the determined operations.

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、タイヤの初期形状設計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 such as a mouse and a keyboard for inputting various information according to operator's instructions. The display unit 16 displays, for example, the results obtained by the tire initial shape design method, and various known displays are used. The display unit 16 also includes a device such as a printer for displaying various information on an output medium.

設計装置10は、ROM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で実行することにより、条件設定部20、モデル作成部22、演算部24、およびデータ作成部26の各部を機能的に形成する。設計装置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。 The design apparatus 10 executes a program (computer software) stored in a ROM or the like with the control unit 32 to function the condition setting unit 20, the model creation unit 22, the calculation unit 24, and the data creation unit 26. to form As described above, the design apparatus 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.

本実施形態のタイヤの初期形状設計方法は、後述のように、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報を用いて、タイヤの初期形状および金型形状データを得るものであり、コンピュータを用いたタイヤの初期形状データ作成手法および金型形状データ作成手法に関する。
タイヤの初期形状設計方法では、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報を用いて、予め関数を用いて外形線を規定するため、目的特性を満足する形状の特徴を損なわずに、タイヤ外側の輪郭線が影響する物理量を考慮したタイヤの初期形状を、効率よく探索でき、かつ算出できる。これにより、目的特性を満足するタイヤ形状の特徴を損なうことがないタイヤの初期形状データを得ることができる。
また、タイヤの初期形状設計方法では、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報を用いて、予め関数を用いて外形線を規定するため、目的特性を満足する形状の特徴を損なわずに、タイヤ外側の輪郭線が影響する物理量を考慮したタイヤ断面形状を、金型形状データとしても効率よく探索でき、かつ算出できる。これにより、目的特性を満足するタイヤ形状の特徴を損なうことがない金型形状データを得ることができる。
As will be described later, the initial tire shape design method of the present embodiment uses information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of the design variables that make up the extracted solution to obtain the initial tire shape and mold shape data. It relates to a method for creating initial tire shape data and a method for creating mold shape data using a computer.
In the tire initial shape design method, information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of the design variables that make up the extracted solution is used to define the outline using a function in advance. Without impairing the characteristics of (1), the initial shape of the tire can be efficiently searched and calculated in consideration of the physical quantity affected by the contour of the tire outer side. As a result, it is possible to obtain the initial tire shape data that satisfies the target characteristics and does not impair the characteristics of the tire shape.
In addition, in the initial tire shape design method, information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of design variables that make up the extracted solution is used to define the outline using a function in advance, so that the target characteristics are satisfied. It is possible to efficiently search and calculate the tire cross-sectional shape as mold shape data, taking into account the physical quantity affected by the contour of the tire outside without impairing the shape characteristics of the mold. As a result, it is possible to obtain mold shape data that does not impair the characteristics of the tire shape that satisfies the target characteristics.

設計装置10の条件設定部20は、基準となるタイヤの断面形状を設定するものである。基準となるタイヤの断面形状は、特に限定されるものではなく、線で表された図形データであってもよく、有限個の要素にメッシュ分割された有限要素モデルでもよい。なお、最適化計算は、コンピュータにて数値解析可能な要素によりモデル化されたデータにて探索がなされるため、図形データの場合、コンピュータにて数値解析可能な要素によりモデル化されたデータに変換する必要がある。 The condition setting unit 20 of the design device 10 sets a reference cross-sectional shape of the tire. The reference cross-sectional shape of the tire is not particularly limited, and may be graphic data represented by lines or a finite element model divided into a finite number of elements. In addition, since the optimization calculation is searched with data modeled by elements that can be numerically analyzed by a computer, in the case of graphic data, it is converted to data that is modeled by elements that can be numerically analyzed by a computer. There is a need to.

条件設定部20には、タイヤおよびタイヤを構成する材料を規定するパラメータのうち設計変数として定めた複数のパラメータが設定される。なお、設計変数のパラメータには、荷重および境界条件等のばらつき因子、ならびに製品の場合には、大きさおよび質量等の制約条件を設定してもよい。
また、タイヤおよびタイヤを構成する材料を規定するパラメータのうち特性値(目的関数)として定めた複数のパラメータが設定される。特性値には、コスト等の物理的および化学的な特性値以外の、タイヤおよびタイヤを構成する材料を評価する指標を用いてもよい。
タイヤおよびタイヤを構成する材料は、タイヤ単体ではなく、タイヤを構成するパーツ、タイヤのアッセンブリ形態等のタイヤを含むシステム全体、またはその一部を対象としてもよい。
In the condition setting unit 20, a plurality of parameters defined as design variables among the parameters that define the tire and the material that constitutes the tire are set. The parameters of the design variables may include variation factors such as loads and boundary conditions, and, in the case of products, constraint conditions such as size and mass.
Also, a plurality of parameters defined as characteristic values (objective functions) among the parameters that define the tire and the material that constitutes the tire are set. The characteristic value may be an index for evaluating the tire and the material forming the tire, other than physical and chemical characteristic values such as cost.
The tire and the material that constitutes the tire may be the entire system including the tire, such as the parts that constitute the tire, the assembly form of the tire, or the like, or a part thereof, instead of the tire alone.

条件設定部20は、基準となるタイヤの断面形状におけるトレッド部の外形線を、x、yを変数とし、a、b、p、q、x、yをパラメータとする下記数式で表される関数を用いて規定するものである。外形線の作成方法については後に詳細に説明する。
なお、外形線とは、タイヤ赤道面と直交するタイヤ断面において、一方のビードトウからトレッド部を通過して反対側のビードトウ迄の外表面側の線のことである。
The condition setting unit 20 expresses the outline of the tread portion in the cross-sectional shape of the reference tire by the following formula with x and y as variables and a, b, p, q, x 0 and y 0 as parameters. It is specified using a function that A method for creating outlines will be described later in detail.
The profile line is a line on the outer surface side from one bead toe through the tread portion to the opposite bead toe in a tire cross section orthogonal to the tire equatorial plane.

また、条件設定部20は、タイヤモデルの形状最適化計算に必要な設計変数、目的関数、制約条件、および最適解の判定条件を設定する。また、その他、タイヤモデルの形状最適化計算に必要な各種の条件、情報が入力され、設定する。設計変数、目的関数、制約条件、最適解の判定条件および各種の条件、ならびに情報は、入力部14を介して入力される。条件設定部20で設定する設計変数、目的関数、制約条件、最適解の判定条件、および各種の条件、ならびに情報はメモリ28に記憶される。
条件設定部20には、外形線の規定に利用される節点の抽出条件を設定することもできる。
In addition, the condition setting unit 20 sets design variables, objective functions, constraints, and optimal solution judgment conditions necessary for shape optimization calculation of the tire model. In addition, various conditions and information necessary for shape optimization calculation of the tire model are input and set. Design variables, objective functions, constraints, optimal solution determination conditions, various conditions, and information are input via the input unit 14 . The memory 28 stores design variables, objective functions, constraints, optimal solution determination conditions, various conditions, and information set by the condition setting unit 20 .
In the condition setting unit 20, it is also possible to set extraction conditions for nodes used to define outlines.

条件設定部20に設定される複数種の特性値は、評価しようとする物理量、すなわち、目的関数である。目的関数は、性能として好ましい方向があり、値が大きくなる、小さくなる、または所定の値に近づく等がある。また、目的関数については、上述の好ましい方向以外に、好ましい方向とは反対の好ましくない方向もある。
目的関数はタイヤの特性値である。この場合、特性値としては、タイヤ性能として評価しようとする物理量であり、例えば、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、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ばね定数、耐摩耗性の指標となるタイヤトレッド部の摩耗エネルギー等が挙げられる。これ以外に、タイヤの物理量の例として、形状および寸法値がある。形状としては、例えば、断面形状である。寸法値としては、例えば、タイヤの幅、タイヤの外径等である。タイヤの物理量の例として、形状または寸法値に加えて、たわみ量、接地圧、転がり抵抗およびコーナリング特性等がある。
The multiple types of characteristic values set in the condition setting unit 20 are physical quantities to be evaluated, that is, objective functions. The objective function has a direction in which performance is preferable, and the value increases, decreases, or approaches a predetermined value. Moreover, regarding the objective function, there is also an unfavorable direction opposite to the preferable direction in addition to the above-mentioned preferable direction.
The objective function is a tire characteristic value. In this case, the characteristic value is a physical quantity to be evaluated as tire performance. For example, CP (cornering power), which is the lateral force near zero slip angle, which is an index of steering stability, and an index of ride comfort. Examples include the primary natural frequency of a tire, rolling resistance as an index of fuel efficiency performance, lateral spring constant as an index of steering stability, and wear energy of a tire tread portion as an index of wear resistance. Other examples of tire physical quantities include shape and dimensional values. The shape is, for example, a cross-sectional shape. The dimension values are, for example, the width of the tire, the outer diameter of the tire, and the like. Examples of tire physical quantities include deflection, contact pressure, rolling resistance, cornering characteristics, etc., in addition to shape and dimensions.

設計変数は、タイヤの形状、タイヤの内部構造および材料特性等を規定するものである。設計変数は、タイヤの材料挙動、タイヤの形状、タイヤの断面形状、タイヤの固有振動モードおよびタイヤの構造のうち、複数のパラメータである。設計変数としては、例えば、タイヤのトレッド部におけるクラウン形状を規定する曲率半径、タイヤ内部構造を規定するタイヤのベルト幅寸法等が挙げられる。金型形状データを得るため、設計変数は、タイヤの形状に関するものであることが好ましい。 The design variables define the shape of the tire, internal structure of the tire, material properties, and the like. The design variables are multiple parameters of tire material behavior, tire shape, tire cross-sectional shape, tire natural vibration modes, and tire structure. Design variables include, for example, the radius of curvature that defines the crown shape of the tread portion of the tire, the width of the tire belt that defines the internal structure of the tire, and the like. To obtain mold shape data, the design variables are preferably related to the shape of the tire.

設計変数には、上述の関数で規定された、トレッド部の外形線を規定する関数のパラメータのうち、少なくとも1つが含まれる。上述のように関数は、x、yを変数とし、a、b、p、q、x、yをパラメータとしている。具体的には、例えば、摩耗性能または制動性能に影響を与えるトレッド部の設計変数として、パラメータa、b、p、qのうち、少なくとも1つが含まれる。例えば、タイヤ断面形状を径方向に変化させる設計変数として、パラメータb、yのうち、少なくとも1つが含まれる。また,例えば、回転方向や装着方向が指定されたタイヤを対象とする場合、トレッド部形状を断面幅方向に非対称に変化させる設計変数として、xが少なくとも含まれる。 The design variables include at least one of the parameters of the function defining the outline of the tread portion defined by the above function. As described above, the function has x and y as variables and a, b, p, q, x 0 and y 0 as parameters. Specifically, for example, at least one of parameters a, b, p, and q is included as a design variable of the tread portion that affects wear performance or braking performance. For example, at least one of the parameters b, y0 is included as a design variable that changes the tire cross-sectional shape in the radial direction. Further, for example, when targeting a tire whose rotation direction and mounting direction are specified, at least x0 is included as a design variable for asymmetrically changing the tread portion shape in the cross-sectional width direction.

制約条件は、目的関数の値が所定の範囲を満足するための条件、設計変数の値が所定の範囲を満足するための条件である。
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。
Constraint conditions are conditions for the value of the objective function to satisfy a predetermined range, and conditions for the value of the design variable to satisfy a predetermined range.
In addition, information on vehicle specifications for use in vehicle running simulations, such as tire load, running conditions such as tire rolling speed, road surface conditions on which tires run, such as uneven shape, friction coefficient, etc. set.

また、条件設定部20に、複数種の設計変数と複数種の特性値との間の非線形応答関係を定めるための情報が設定される。この非線形応答関係には、例えば、FEM(有限要素法)等の数値シミュレーション、理論式等が含まれる。
条件設定部20では、非線形応答関係により生成するモデル、そのモデルの境界条件、FEM等の数値シミュレーションする場合には、そのシミュレーション条件、シミュレーションにおける制約条件を設定する。
Information for defining nonlinear response relationships between multiple types of design variables and multiple types of characteristic values is set in the condition setting unit 20 . This non-linear response relationship includes, for example, numerical simulations such as FEM (finite element method), theoretical formulas, and the like.
The condition setting unit 20 sets a model generated by a nonlinear response relationship, boundary conditions of the model, simulation conditions in the case of performing a numerical simulation such as FEM, and constraint conditions in the simulation.

更には、最適解の判定条件を設定する。最適解の判定条件は、例えば、パレート解を得るための最適化条件、パレート解探索のための条件等である。パレート解探索のための条件は、パレート解を探索するための手法、パレート解探索における各種条件である。
本実施形態では、例えば、パレート解を探索するための手法として、遺伝的アルゴリズム(GA)を用いることができる。一般に、特性値(目的関数)の増大と共に、遺伝的アルゴリズムの探索能力が低下することが知られている。それを解決する方法の一つが、個体数を増加させる方法である。
これ以外に、条件設定部20に設計変数の定義域を設定する。設計変数の定義域は、離散的な水準値でも、定数であってもよい。なお、複数種の設計変数があるため、全ての設計変数に対して、それぞれに離散的な水準値を設定し、残りの設計変数については定義域を定数として、設計変数の組合せをコンピュータが変更しながら特性値を算出し、後述するパレート解の抽出を行ってもよい。
また、条件設定部20には、上述のように外形線の規定に利用される節点の抽出条件を設定することもできる。節点の抽出条件は、例えば、抽出する節点の数、および節点を抽出する範囲等である。
Furthermore, the conditions for determining the optimum solution are set. The optimal solution determination condition is, for example, an optimization condition for obtaining a Pareto solution, a condition for searching for a Pareto solution, and the like. The conditions for Pareto solution search are a method for searching for Pareto solutions and various conditions in Pareto solution search.
In this embodiment, for example, a genetic algorithm (GA) can be used as a method for searching Pareto solutions. It is generally known that the search capability of a genetic algorithm decreases as the characteristic value (objective function) increases. One of the ways to solve it is to increase the population.
In addition, the domain of design variables is set in the condition setting unit 20 . The domain of design variables may be discrete level values or constants. Since there are multiple types of design variables, a discrete level value is set for each design variable, and the domain of the remaining design variables is defined as a constant, and the combination of design variables is changed by a computer. It is also possible to calculate the characteristic value while performing the extraction of the Pareto solution, which will be described later.
Further, the condition setting unit 20 can also set extraction conditions for nodes used for defining outlines as described above. The node extraction conditions include, for example, the number of nodes to be extracted, the range of node extraction, and the like.

形状最適化計算に関しては、入力変数と出力変数の非線形関係(応答曲面)を用いて逐次的に探索する手法および進化計算手法のような最適化アルゴリズムに従い入力変数を変化させながら出力値を算出して探索する手法のどちらを用いてもよい。 Regarding the shape optimization calculation, the output value is calculated while changing the input variable according to the optimization algorithm such as the method of sequentially searching using the nonlinear relationship (response surface) of the input variable and the output variable and the evolutionary calculation method. You can use either of the methods of searching by

モデル作成部22は、コンピュータで数値解析可能な要素でモデル化されたタイヤモデルを作成するものである。モデル作成部22は、設定された非線形応答関係に基づいて、各種の計算モデルを作成するものである。非線形応答関係は、上述のようにFEM等の数値シミュレーションが含まれており、この場合、モデル作成部22で、設計変数を表わす設計パラメータ、特性値を表わす特性値パラメータに応じたメッシュモデルが生成される。また、理論式等の場合にも、設計パラメータ、特性値パラメータに応じた理論式等が作成される。演算部24でタイヤモデルを用いてシミュレーション演算がなされる。 The model creation unit 22 creates a tire model modeled with elements that can be numerically analyzed by a computer. The model creation unit 22 creates various calculation models based on the set nonlinear response relationship. The non-linear response relationship includes numerical simulation such as FEM as described above. In this case, the model creation unit 22 generates a mesh model corresponding to design parameters representing design variables and characteristic value parameters representing characteristic values. be done. Also, in the case of a theoretical formula, etc., a theoretical formula, etc. corresponding to design parameters and characteristic value parameters is created. A simulation calculation is performed by the calculation unit 24 using the tire model.

なお、モデル作成部22で作成されるタイヤモデルは、条件設定部20で設定された各種類の設計パラメータを用いて作成されるが、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。なお、タイヤモデルは、少なくとも、このタイヤモデルを転動させる対象である路面モデルも併せて生成する。また、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。
また、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、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 tire model created by the model creation unit 22 is created using various types of design parameters set by the condition setting unit 20, but a known creation method can be used to create the tire model. . The tire model also generates at least a road surface model on which the tire model is rolled. A tire model that reproduces a rim on which a tire is mounted, a wheel, and a tire rotation axis may also be used. Also, 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, rim model (wheel model), and tire rotation axis model are integrated based on preset boundary conditions.
The form of the tire model used for analysis is not particularly limited, and may be a smooth tire without grooves, a tire with only main grooves, or a tire with a pattern.

なお、モデル作成部22で作成されるタイヤモデルは、条件設定部20で設定された各種類の設計パラメータを用いて作成されるが、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、タイヤモデルを作成する。
タイヤモデルを構成する要素は、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。
The tire model created by the model creation unit 22 is created using various types of design parameters set by the condition setting unit 20, but a known creation method can be used to create the tire model. .
For example, a tire model is created by dividing a tire into a finite number of elements each composed of a plurality of nodes.
Elements constituting a tire model include, for example, quadrilateral elements in a two-dimensional plane, solid elements such as tetrahedral solid elements, pentahedral solid elements, and hexahedral solid elements in three-dimensional bodies, and shell elements such as triangular shell elements and quadrilateral shell elements. Elements, surface elements, and other elements that can be analyzed by computer. In the process of analysis, the elements divided in this way are specified one by one using three-dimensional coordinates for a three-dimensional model and using two-dimensional coordinates for a two-dimensional model.

これら各モデルは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あればよい。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最適化するタイヤ設計案を求める場合等、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。 Each of these models may be a discretized model capable of numerical calculation, such as a finite element model for use in a known finite element method (FEM). In addition, in addition to the road surface model and the tire model, inclusions existing on the road surface are reproduced using the tire model, for example, when obtaining a tire design plan that optimizes tire performance including tire wet performance. You should generate a model. For example, as inclusion models, various models that reproduce water, snow, mud, sand, gravel, ice, and the like on the road surface may be generated as numerically calculable discretized models. Note that the road surface model is not limited to a model that reproduces a road surface with a flat surface, and may be a model that reproduces a road surface shape having an uneven surface as necessary.

演算部24は、条件設定部20で設定された形状に関する設計変数、目的関数、制約条件、および最適解の判定条件に基づき、モデル作成部22で作成されたタイヤモデルについて形状最適化計算を行うものである。これにより、設計変数に対する特性値(出力値)が得られる。得られた出力値(出力値)は、メモリ28に記憶される。演算部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。
演算部24は、非線形応答関係を用いて、複数種の設計変数の値と特性値で構成される特性値空間での出力値(サンプリング点)を計算する。また、演算部24は、設計変数と出力値(サンプリング点)とを用い、出力値である特性値を目的関数として、近似モデル(メタモデル)を作成する。
上述の近似モデル(メタモデル)は、入出力の関係を近似する数学的モデルのことであり、パラメータを調整することにより、様々な入出力関係を近似できるものである。上述の近似モデルには、例えば、多項式モデル、クリギング、ニューラルネットワークおよび動径基底関数等を用いることができる。
The calculation unit 24 performs shape optimization calculations for the tire model created by the model creating unit 22 based on the shape-related design variables, objective functions, constraints, and optimal solution determination conditions set by the condition setting unit 20. It is. Thereby, a characteristic value (output value) for the design variable is obtained. The obtained output value (output value) is stored in the memory 28 . The calculation unit 24 functions by executing a subroutine by a known finite element solver, for example.
The calculation unit 24 uses the nonlinear response relationship to calculate output values (sampling points) in a characteristic value space composed of multiple types of design variable values and characteristic values. Further, the calculation unit 24 uses the design variables and the output values (sampling points) to create an approximate model (metamodel) with the characteristic value, which is the output value, as the objective function.
The approximate model (metamodel) described above is a mathematical model that approximates the input/output relationship, and can approximate various input/output relationships by adjusting parameters. For example, polynomial models, kriging, neural networks, radial basis functions, and the like can be used for the approximate models described above.

演算部24は、近似モデルを用いて形状最適化計算を実行するものでもある。形状最適化計算結果からデータ作成部26にて抽出した解(パレート解を含んでもよい)を用いて、規定した非線形関係を用いて実計算を実行させるものでもある。これ以外にも、演算部24は、近似モデルを用いることなく、有限要素法を用いて、設計変数の組合せから表現されるタイヤモデルに境界条件を与え、直接特性値を算出するものでもある。形状最適化計算手法としては、例えば、進化計算手法の一つである遺伝的アルゴリズム(GA)を用いる。遺伝的アルゴリズムとしては、例えば、解集合を目的関数に沿って複数の領域に分割し、この分割した解集合毎に多目的GAを行うDRMOGA(Divided Range Multi-Objective GA)、NCGA(Neighborhood Cultivation GA),DCMOGA(Distributed Cooperation model of MOGA and SOGA)、NSGA(Non-dominated Sorting GA)、NSGA2(Non-dominated Sorting GA-II)、SPEAII(Strength Pareto Evolutionary Algorithm-II)法等の公知の方法を用いることができる。 The calculation unit 24 also performs shape optimization calculation using an approximate model. Using a solution (which may include a Pareto solution) extracted by the data creation unit 26 from the shape optimization calculation result, actual calculation is also executed using a defined nonlinear relationship. In addition to this, the calculation unit 24 also uses the finite element method to give boundary conditions to a tire model represented by a combination of design variables without using an approximation model, and directly calculates characteristic values. As a shape optimization calculation method, for example, a genetic algorithm (GA), which is one of evolutionary calculation methods, is used. Genetic algorithms include, for example, DRMOGA (Divided Range Multi-Objective GA) and NCGA (Neighborhood Cultivation GA) in which a solution set is divided into a plurality of regions along an objective function and a multi-objective GA is performed for each divided solution set. , DCMOGA (Distributed Cooperation model of MOGA and SOGA), NSGA (Non-dominated Sorting GA), NSGA2 (Non-dominated Sorting GA-II), SPEAII (Strength Pareto Evolutionary Algorithm-II) using known methods such as the method can be done.

演算部24は、条件設定部20で設定されたパレート解探索の条件に応じて、演算部24で得られた近似モデルを用いた形状最適化計算結果から、パレート解を探索し、パレート解を抽出するものでもある。得られたパレート解は、メモリ28に記憶される。
ここで、パレート解は、トレードオフの関係にある複数の特性値(目的関数)において、他の任意の解よりも優位にあるとはいえないが、より優れた解が他に存在しない解をいう。一般にパレート解は集合として複数個存在する。パレート解の探索には、例えば、パレートランキング法を用いる。
The calculation unit 24 searches for a Pareto solution from the shape optimization calculation result using the approximate model obtained by the calculation unit 24 according to the conditions for the Pareto solution search set by the condition setting unit 20, and finds the Pareto solution. There is also something to extract. The resulting Pareto solutions are stored in memory 28 .
Here, a Pareto solution cannot be said to be superior to any other solution in terms of multiple characteristic values (objective functions) in a trade-off relationship, but is a solution for which there is no other superior solution. say. In general, a plurality of Pareto solutions exist as a set. A Pareto ranking method, for example, is used to search for Pareto solutions.

演算部24では、例えば、ベクトル評価遺伝的アルゴリズム(Vector Evaluated Generic Algorithms:VEGA)、パレートランキング法、またはトーナメント法を用いた選択が行われる。遺伝的アルゴリズム(GA)以外も、同じ進化計算手法として、例えば、焼きなまし法(SA)または粒子群最適化(PSO)を用いてもよい。 The calculation unit 24 performs selection using, for example, Vector Evaluated Generic Algorithms (VEGA), a Pareto ranking method, or a tournament method. Other than the genetic algorithm (GA), the same evolutionary computation technique, such as simulated annealing (SA) or particle swarm optimization (PSO), may also be used.

本発明では、設計変数と特性値との間で定める非線形応答関係、すなわち、設計変数を用いて特性値を求める場合に利用されるものは、FEM等のシミュレーションに限定されるものではなく、上述のように理論式等を用いることもできる。 In the present invention, the non-linear response relationship defined between design variables and characteristic values, that is, what is used when obtaining characteristic values using design variables is not limited to simulations such as FEM, and the above-mentioned A theoretical formula or the like can also be used.

データ作成部26は、演算部24の形状最適化計算の結果から、所定の抽出条件を用いて少なくとも1つの解を抽出する。抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報を得るものである。さらに、データ作成部26は、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報から、形状最適化計算により得られたタイヤの外形線を得て、形状最適化計算により得られたタイヤの外形線を金型形状データとして出力するものである。
タイヤモデルの断面形状の情報から、形状最適化計算により得られたタイヤの外形線を得る方法は、タイヤモデルの断面形状の外形線を抽出することができれば、特に限定されるものではなく、公知の方法が利用可能である。
金型形状データとは、外形線を構成する直線の長さ、曲線の曲率、直線の位置座標、曲線の位置座標を示す寸法データのことである。具体的には、例えば、NC加工機を用いて金型を作製する際に必要な寸法データのことである。金型形状データとしては、寸法データ以外に、外形線を構成する節点間が関数にて規定されているタイヤモデルの形状で示したものであってもよく、この場合、タイヤモデルは、例えば、数値解析可能な要素でモデル化されたものでもよい。
The data creation unit 26 extracts at least one solution from the result of the shape optimization calculation by the calculation unit 24 using predetermined extraction conditions. Information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of design variables that constitute the extracted solution is obtained. Furthermore, the data creation unit 26 obtains the outline of the tire obtained by the shape optimization calculation from the information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of the design variables that make up the extracted solution, and performs the shape optimization calculation. The contour line of the tire obtained by is output as mold shape data.
The method of obtaining the outline of the tire obtained by the shape optimization calculation from the information of the cross-sectional shape of the tire model is not particularly limited as long as the outline of the cross-sectional shape of the tire model can be extracted. method is available.
Mold shape data is dimension data indicating the length of a straight line, the curvature of a curved line, the positional coordinates of the straight line, and the positional coordinates of the curved line. Specifically, for example, it is dimensional data required when producing a mold using an NC processing machine. As the mold shape data, in addition to the dimension data, the shape of the tire model in which the nodes forming the outline are defined by a function may be used. It may be modeled with elements that can be numerically analyzed.

表示制御部30は、条件設定部20に設定される設計変数、特性値等の各種のパラメータ、演算部24で得られた出力値、タイヤモデルを表示部16に表示させるものである。例えば、特性値の値、タイヤモデルの形状最適化計算の結果をメモリ28から読み出し、表示部16に表示させる。
また、表示制御部30は、入力部14を介して入力される各種の情報、タイヤモデル、数値計算の結果、および最適解を表示部16に表示させることもできる。例えば、タイヤモデル、タイヤモデルの形状最適化計算の結果をメモリ28から読み出し、表示部16に表示させる。
The display control unit 30 causes the display unit 16 to display various parameters such as design variables and characteristic values set in the condition setting unit 20, output values obtained by the calculation unit 24, and tire models. For example, the value of the characteristic value and the result of the shape optimization calculation of the tire model are read from the memory 28 and displayed on the display unit 16 .
The display control unit 30 can also cause the display unit 16 to display various types of information input via the input unit 14, tire models, numerical calculation results, and optimal solutions. For example, the tire model and the result of shape optimization calculation of the tire model are read from the memory 28 and displayed on the display unit 16 .

制御部32は、上述のように、処理部12を制御するものであり、以下に示すタイヤの初期形状設計方法でなされる各種の工程を処理部12のモデル作成部22、演算部24、およびデータ作成部26に行わせるものである。
設計装置10では、形状または構造を変化させる際の入力ファイルにおいて、境界条件および解析ステップ等の共通した部分と節点座標値、補強材の配置角度および初期張力等の個々の形状によって異なる部分を分割し、共通部分に取り込むようなファイル形式を用いて自動化すること、すなわち、個別の情報をインクルードファイル化することにより、多数のタイヤ形状について検討を行う場合であっても容易にタイヤ形状の検討が可能である。
The control unit 32 controls the processing unit 12 as described above, and performs various processes performed in the initial tire shape design method described below by the model generation unit 22, the calculation unit 24, and the processing unit 12. This is done by the data creation unit 26 .
In the design device 10, the input file for changing the shape or structure is divided into common parts such as boundary conditions and analysis steps, and parts that differ according to individual shapes such as node coordinate values, reinforcing material arrangement angles and initial tension. However, by automating it using a file format that incorporates it into a common part, that is, by making individual information into an include file, it is possible to easily study tire shapes even when studying a large number of tire shapes. It is possible.

なお、データ作成部26は、上述の構成に限定されるものではない。データ作成部26は、得られたタイヤモデルの断面形状に対して熱収縮計算を実施し、タイヤモデルの熱収縮断面形状の情報を取得する。さらに、タイヤモデルの熱収縮断面形状をタイヤの初期形状データとして出力するものである。なお、データ作成部26は、タイヤモデルの熱収縮断面形状から、タイヤの外形線を得て、得られたタイヤの外形線をタイヤの初期形状データとして出力することもできる。
熱収縮計算では、製造時における熱収縮を考慮し、出力した金型形状を基に熱収縮計算を行い、得られた結果を用いて金型形状、例えばタイヤ外形線上におけるトレッド各陸部形状を膨出させ、対となる金型側の形状を凹ませたラインに修正する処理が含まれてもよい。熱収縮計算には、タイヤ形状、およびタイヤの組成等に応じた熱収縮率が予め設定されている。設定された熱収縮率は、メモリ28に記憶されていてもよく、入力部14により入力されてもよい。また、冷却され安定な状態となるまでを計算により模擬する場合、実際の製造プロセスを鑑み、内圧を充填した状態において、熱による変形と内圧との力が釣り合った状態を計算するように設定してもよい。
なお、タイヤの初期形状とは、金型にて加硫する前の成型した未加硫タイヤ(グリーンタイヤまたは生タイヤ)が加硫され、金型から解放された後、冷却され安定した形状となった状態における製品形状のことである。
In addition, the data preparation part 26 is not limited to the above-mentioned structure. The data creation unit 26 performs heat shrinkage calculation on the obtained cross-sectional shape of the tire model, and acquires information on the heat-shrinkable cross-sectional shape of the tire model. Furthermore, the heat-shrink cross-sectional shape of the tire model is output as the initial shape data of the tire. The data creation unit 26 can also obtain the outline of the tire from the heat-shrinkage cross-sectional shape of the tire model, and output the obtained outline of the tire as the initial shape data of the tire.
In the thermal shrinkage calculation, heat shrinkage during manufacturing is taken into consideration, and heat shrinkage calculation is performed based on the output mold shape. A process of expanding and correcting the shape of the mating mold side to a recessed line may be included. In the heat shrinkage calculation, a heat shrinkage rate is set in advance according to the tire shape, the composition of the tire, and the like. The set thermal shrinkage rate may be stored in the memory 28 or input by the input unit 14 . In addition, when simulating by calculation until it is cooled and stabilized, in consideration of the actual manufacturing process, it is set to calculate the state in which the deformation due to heat and the force of the internal pressure are balanced in the state where the internal pressure is filled. may
In addition, the initial shape of the tire refers to the shape in which the molded unvulcanized tire (green tire or raw tire) is vulcanized before vulcanization in the mold, and after being released from the mold, it is cooled and stabilized. It is the product shape in the folded state.

[タイヤの初期形状設計方法]
次に、本実施形態のタイヤの初期形状設計方法について説明する。
図2は本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法の一例を工程順に示すフローチャートである。図3(a)は本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計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り、(b)はトレッド部外形線を構成する楕円弧の作成方法の一例を示す模式図であり、(c)はトレッド部外形線を構成する楕円弧の作成方法の他の例を示す模式図である。
[Initial tire shape design method]
Next, the initial shape design method of the tire of this embodiment will be described.
FIG. 2 is a flow chart showing an example of the initial tire shape design method according to the embodiment of the present invention in order of steps. FIG. 3(a) is a schematic diagram showing an example of a tire model used in the tire initial shape design method of the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3C is a schematic diagram showing another example of a method for creating an elliptical arc that forms the outline of the tread portion; FIG.

まず、図2に示すように、基準となるタイヤの断面形状を設定する(ステップS10)。ステップS10(形状設定工程)では、上述のように、基準となるタイヤの断面形状は、図形データでもよく、有限要素モデルでもよい。
次に、基準となるタイヤの断面形状におけるトレッド部の外形線を、上述の関数を用いて規定する(ステップS12)。すなわち、ステップS12(外形規定工程)では、上述の関数を用いてタイヤの断面形状のトレッド部の外形線を近似している。
ステップS12において、トレッド部の外形線を上述の関数を用いて規定する場合、外形線を規定する手法は特に限定されるものではない。例えば、基準となるタイヤの断面形状が、有限要素モデルをベースとする場合は、節点と楕円弧間の距離に着目し、最小二乗法のように残差平方和を最小化する手法、および各節点における残差のうち、それらの最大値が最も小さくなる楕円弧を選択する手法等が挙げられる。以下、具体的に説明する。
First, as shown in FIG. 2, a reference cross-sectional shape of a tire is set (step S10). In step S10 (shape setting step), as described above, the reference cross-sectional shape of the tire may be graphic data or a finite element model.
Next, the contour line of the tread portion in the cross-sectional shape of the reference tire is defined using the above function (step S12). That is, in step S12 (outer shape defining step), the above function is used to approximate the outer shape of the tread portion of the cross-sectional shape of the tire.
When defining the outline of the tread portion using the above function in step S12, the method of defining the outline is not particularly limited. For example, if the cross-sectional shape of the reference tire is based on a finite element model, focus on the distance between the node and the elliptical arc, a method of minimizing the residual sum of squares such as the least squares method, and each node Among the residuals in , a method of selecting an elliptical arc with the smallest maximum value can be mentioned. A specific description will be given below.

基準となるタイヤの断面形状が、図3(a)に示すトレッド部51を有するタイヤモデル50を表す有限要素モデルの場合、断面形状において、外側の輪郭を構成する複数の節点を抽出する。例えば、図3(b)に示すように、節点52a、節点52b、節点52c、節点52d、節点52eおよび節点52fの6点を抽出する。
外側の輪郭において抽出した複数の節点、すなわち、抽出形状の外形線上において抽出した複数の節点は、タイヤトレッド部の代表的な位置における節点が含まれることが好ましい。タイヤ断面形状を例にすると、キャップトレッドセンター位置(トレッド中央部)、トレッド展開幅位置等である。なお、抽出した複数の節点は上記代表的な位置における節点を不変とし、他の節点を近似曲線上に補正してもよく、全ての抽出した節点を近似曲線上に補正するようにしてもよい。
When the cross-sectional shape of the reference tire is a finite element model representing the tire model 50 having the tread portion 51 shown in FIG. For example, as shown in FIG. 3(b), six points of node 52a, node 52b, node 52c, node 52d, node 52e and node 52f are extracted.
The plurality of nodes extracted on the outer contour, that is, the plurality of nodes extracted on the outline of the extracted shape preferably include nodes at representative positions of the tire tread portion. Taking the tire cross-sectional shape as an example, it is the cap tread center position (tread central portion), the tread development width position, and the like. In addition, with respect to the plurality of extracted nodes, the node at the representative position may be unchanged, and the other nodes may be corrected on the approximate curve, or all the extracted nodes may be corrected on the approximate curve. .

次に、抽出した複数の節点間を近似する楕円弧を、x、yを変数とし、a、b、p、q、x、yをパラメータとする上記数式で表される上述の関数を用いて作成する。具体的には、図3(b)に示すように抽出した6つの節点52a、節点52b、節点52c、節点52d、節点52eおよび節点52fの間を近似する楕円弧61をトレッド部外形線58として作成する。これにより、図3(a)に示すタイヤモデル50のトレッド部51の外形線を示す楕円弧が得られる。なお、図3(b)のO(x、y)は、楕円弧61の中心である。
楕円弧61は、抽出した6つの節点52a、節点52b、節点52c、節点52d、節点52eおよび節点52fに対して近似したものであるが、楕円弧61と、抽出した6つの節点52a、節点52b、節点52c、節点52d、節点52eおよび節点52fのそれぞれとは距離δ(残差)が小さい程、近似の精度が高い。楕円弧61は、近似精度が高いものが好ましい。
近似手法としては、特に限定されるものではない。例えば、上述の節点と楕円弧間の距離に着目し、最小二乗法のように残差平方和を最小化する手法、および各節点における距離δ(残差)のうち、それらの最大値が最も小さくなる楕円弧を選択する手法等が挙げられる。
Next, an elliptical arc approximating between the extracted nodes is obtained by using the above-mentioned function represented by the above formula with x and y as variables and a, b, p, q, x 0 and y 0 as parameters. to create. Specifically, an elliptical arc 61 that approximates the six nodes 52a, 52b, 52c, 52d, 52e and 52f extracted as shown in FIG. do. As a result, an elliptical arc representing the outline of the tread portion 51 of the tire model 50 shown in FIG. 3(a) is obtained. Note that O(x 0 , y 0 ) in FIG. 3B is the center of the elliptical arc 61 .
The elliptical arc 61 is an approximation to the extracted six nodes 52a, 52b, 52c, 52d, 52e and 52f. The smaller the distance δ (residual error) from each of 52c, node 52d, node 52e and node 52f, the higher the accuracy of approximation. The elliptical arc 61 preferably has high approximation accuracy.
The approximation method is not particularly limited. For example, focusing on the distance between the above-mentioned nodes and elliptical arcs, a method of minimizing the residual sum of squares like the least squares method, and the distance δ (residual error) at each node, which is the smallest A method of selecting an elliptical arc that is

例えば、図3(c)に示すように、抽出した4つの節点56a、節点56b、節点56cおよび節点56dとの距離δ(残差)が最小な楕円弧61を作成する。具体的には、下記数式を満たす楕円弧とする。なお、距離δ(残差)は、特に限定されるものではないが、ユークリッド距離、マンハッタン距離、または距離の軸方向成分(距離の直交する2成分におけるいずれか一方の成分)を用いて規定することが好ましい。
下記数式において、rは楕円弧61の中心O(x、y)から各節点56a~56d迄の距離である。sは楕円弧の中心O(x、y)と各節点56a~56dを通る直線上における、楕円弧の中心Oと楕円弧と直線との交点間の距離である。図3(c)に、各節点56a~56dの距離s~sを示す。
For example, as shown in FIG. 3(c), an elliptical arc 61 with a minimum distance .delta. (residual error) between the extracted four nodes 56a, 56b, 56c and 56d is created. Specifically, it is an elliptical arc that satisfies the following formula. Note that the distance δ (residual) is not particularly limited, but is defined using the Euclidean distance, the Manhattan distance, or the axial component of the distance (one of the two orthogonal components of the distance) is preferred.
In the following formula, r i is the distance from the center O(x 0 , y 0 ) of the elliptical arc 61 to each node 56a-56d. s i is the distance between the intersections of the elliptical arc center O (x 0 , y 0 ) and the straight lines passing through the elliptical arc center O (x 0 , y 0 ) and the nodes 56a to 56d. FIG. 3(c) shows the distances s 1 to s 4 of the nodes 56a to 56d.

楕円弧61については、例えば、2つの節点52、54を固定点として、2つの固定点の間で、上述の数式を満たす楕円弧61を探索してもよい。この場合、楕円弧61はパラメータa、b、p、q、x、yの値を逐次的に変更しながら探索してもよく、また、いずれか一方の固定点が楕円の長軸もしくは短軸上に位置するように、パラメータa、b、x、yの値のうち少なくとも一つを固定し、残りのパラメータおよびパラメータp、qの値を変化させながら探索してもよい。
図3(b)では、6つの節点52a~52fに対して固定点を設けていないが、これに限定されるものではなく、例えば、両端の節点を固定点として、楕円弧を作成してもよい。
Regarding the elliptical arc 61, for example, two nodes 52 and 54 may be used as fixed points, and an elliptical arc 61 that satisfies the above formula may be searched between the two fixed points. In this case, the elliptical arc 61 may be searched while sequentially changing the values of the parameters a, b, p, q, x 0 , and y 0 , and either fixed point may be the major or minor axis of the ellipse. At least one of the values of the parameters a, b, x 0 and y 0 may be fixed so as to be positioned on the axis, and the search may be performed while changing the values of the remaining parameters and the parameters p and q.
In FIG. 3B, no fixed points are provided for the six nodes 52a to 52f, but the invention is not limited to this. For example, an elliptical arc may be created using the nodes at both ends as fixed points. .

基準となるタイヤの断面形状が図形データの場合も、トレッド部の外形線を複数の点集合にて表現し、上述の有限要素モデルと同様の手法を用いて、トレッド部の外形線を上述の関数を用いて規定することができる。
また、作成した楕円弧において、対象となる節点を含むタイヤ断面形状上に周方向溝が存在し、複数の陸部に分割されている場合、製造時における熱収縮を考慮し、出力した金型形状を基に熱収縮計算を行い、得られた結果を用いてトレッド各陸部形状を膨出させたラインに修正する処理をステップS18の最後に与えてもよい。具体的には作成した楕円弧を基準とし、楕円弧よりもトレッド外側に膨出し、かつ陸部の両端を通る曲線を関数としてパラメトリックに定義し、熱収縮計算後のラインとの差分を最小化させるパラメータの探索を最適化アルゴリズムに組み込み、コンピュータに実施させることにより修正後のラインを規定する。
Even when the cross-sectional shape of the reference tire is graphic data, the outline of the tread portion is represented by a set of points, and the outline of the tread portion is calculated using the same method as the finite element model described above. It can be specified using a function.
In addition, in the created elliptical arc, if there is a circumferential groove on the tire cross-sectional shape including the target node and it is divided into multiple land parts, considering the heat shrinkage during manufacturing, the output mold shape Thermal shrinkage calculation may be performed based on , and the obtained result may be used to correct the shape of each land portion of the tread to a swollen line at the end of step S18. Specifically, with the created elliptical arc as a reference, the curve that bulges to the outside of the tread from the elliptical arc and passes through both ends of the land portion is parametrically defined as a function, and parameters that minimize the difference from the line after heat shrinkage calculation. A search for is incorporated into the optimization algorithm and run by the computer to define the corrected line.

次に、タイヤについて、設計変数、特性値(目的関数)、制約条件等の最適化条件を設定する(ステップS14)。また、ステップS14(問題設定工程)では、最適解の判定条件および節点の抽出条件も設定する。例えば、タイヤとしては、サイズが195/65R15のタイヤが挙げられる。
設計変数として、例えば、タイヤの形状またはタイヤの断面形状を変化させる設計変数を設定する。設計変数の設定方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ラテンハイパーキューブ法(ラテン超方格法)を用いて設計変数の設計値が設定される。
特性値としては、例えば、タイヤの物理特性としてタイヤ剛性、接地圧、転がり抵抗、空気抵抗やコーナリング性能、摩擦エネルギー等がある。例えば、第1の特性値と第2の特性値の2つのタイヤ物理特性を目的関数として設定する。なお、目的関数として設定する特性値は1でもよく、3つ以上でもよい。
Next, for the tire, optimization conditions such as design variables, characteristic values (objective function), and constraints are set (step S14). In step S14 (problem setting step), the optimal solution determination condition and the node extraction condition are also set. For example, the tire has a size of 195/65R15.
As design variables, for example, design variables that change the shape of the tire or the cross-sectional shape of the tire are set. The setting method of the design variables is not particularly limited, and for example, the design values of the design variables are set using the Latin hypercube method (Latin hypercube method).
The characteristic values include, for example, tire physical properties such as tire rigidity, contact pressure, rolling resistance, air resistance, cornering performance, and frictional energy. For example, two tire physical characteristics, a first characteristic value and a second characteristic value, are set as objective functions. Note that the characteristic value set as the objective function may be 1, or may be 3 or more.

設計変数(入力パラメータ)がタイヤの断面形状のパラメータであり、特性値(出力パラメータ)がタイヤ物理特性である2つの特性値である。タイヤの断面形状のパラメータ、2つの特性値が条件設定部20に設定される。
本実施形態では、このような設定条件でタイヤの初期形状設計方法により、近似モデルが作成される。タイヤの断面形状のパラメータの値による第1の特性値と第2の特性値の変化を求める。
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において、コンピュータで数値解析可能な要素でタイヤモデル、例えば、複数の節点および要素にて構成されるメッシュを有するメッシュモデル等のタイヤモデルを作成する(作成工程)。
Design variables (input parameters) are tire cross-sectional shape parameters, and characteristic values (output parameters) are two characteristic values that are tire physical characteristics. A parameter of the cross-sectional shape of the tire and two characteristic values are set in the condition setting unit 20 .
In this embodiment, an approximate model is created by the initial tire shape design method under such setting conditions. A change in the first characteristic value and the second characteristic value due to the value of the tire cross-sectional parameter is obtained.
Using the information set in the condition setting unit 20, the model creation unit 22 creates a tire model with elements that can be numerically analyzed by a computer, for example, a tire such as a mesh model having a mesh composed of a plurality of nodes and elements. Create a model (creation process).

次に、設計変数から特性値を求める際に用いる非線形応答を条件設定部20に設定する。すなわち、設計変数と特性値との関係を定める。この非線形応答の種類は、例えば、メモリ28に記憶される。例えば、タイヤの断面形状のパラメータと、第1の特性値および第2の特性値との関係を設定する。タイヤの断面形状のパラメータを入力とし、第1の特性値および第2の特性値を出力とした場合、設定する関係は、例えば、第1の特性値がタイヤの断面形状のパラメータを変数とする多項式等の非線形関数を用いて表わされるものである。また、第2の特性値がタイヤの断面形状のパラメータを変数とする多項式等の非線形関数を用いて表現されるものである。 Next, the condition setting unit 20 is set with a nonlinear response to be used when obtaining characteristic values from the design variables. That is, the relationship between design variables and characteristic values is determined. The type of nonlinear response is stored in memory 28, for example. For example, the relationship between the parameter of the cross-sectional shape of the tire and the first characteristic value and the second characteristic value is set. When the parameter of the cross-sectional shape of the tire is input and the first characteristic value and the second characteristic value are output, the relationship to be set is, for example, that the first characteristic value is the parameter of the cross-sectional shape of the tire as a variable It is expressed using a nonlinear function such as a polynomial. Also, the second characteristic value is expressed using a non-linear function such as a polynomial having parameters of the cross-sectional shape of the tire as variables.

次に、ステップS14(問題設定工程)で設定された非線形応答関係を用いて、複数種の設計変数の値と特性値で構成される特性値空間での出力値を計算する。すなわち、設計変数を入力とした場合の出力である特性値を算出するサンプリング計算を実行する。
次に、サンプリング計算で得られた出力値を用いて近似モデルを作成する。すなわち、設計変数と特性値の関係を近似モデルにて表す。
次に、演算部24で近似モデルを用いた形状最適化計算を実行する(ステップS16)。
ステップS16(演算工程)の形状最適化計算に関しては、入力変数と出力変数の非線形関係(応答曲面)を用いて探索する手法や最適化アルゴリズムに従い入力変数を逐次的に変化させながら出力値を算出して探索する手法のどちらを用いても良い。形状最適化計算は、目的関数が複数設定されていれば、多目的最適化計算ともいう。
Next, using the nonlinear response relationship set in step S14 (problem setting step), the output value in a characteristic value space composed of multiple types of design variable values and characteristic values is calculated. That is, a sampling calculation is performed to calculate characteristic values that are outputs when design variables are input.
Next, an approximation model is created using the output values obtained by the sampling calculation. That is, the relationship between design variables and characteristic values is represented by an approximation model.
Next, the calculation unit 24 executes shape optimization calculation using the approximate model (step S16).
Regarding the shape optimization calculation in step S16 (calculation step), the output value is calculated while sequentially changing the input variable according to a search method or optimization algorithm using the nonlinear relationship (response surface) between the input variable and the output variable. You can use either of the methods of searching by The shape optimization calculation is also called multi-objective optimization calculation if a plurality of objective functions are set.

次に、形状最適化計算の結果から、所定の抽出条件を用いて少なくとも1つの解を抽出する(抽出工程)。抽出工程では、形状最適化計算の結果から、解を構成する設計変数の組合せに対応する形状(抽出形状)が抽出され、タイヤモデル50(図4(a)および(b)参照)を得ることができる。
なお、抽出工程では、設定する抽出条件として、パレート解探索部にてパレート解を抽出し、パレート解を得てもよい。また、パレート解に限らず全ての個体(解)から目的関数以外の特性を制約条件として解を抽出してもよい。
Next, from the result of the shape optimization calculation, at least one solution is extracted using predetermined extraction conditions (extraction step). In the extraction step, a shape (extracted shape) corresponding to a combination of design variables that constitute a solution is extracted from the result of the shape optimization calculation to obtain a tire model 50 (see FIGS. 4(a) and 4(b)). can be done.
In the extraction step, as the extraction condition to be set, a Pareto solution may be extracted by the Pareto solution searching unit and a Pareto solution may be obtained. Further, solutions may be extracted from all individuals (solutions), not limited to Pareto solutions, by using characteristics other than the objective function as constraint conditions.

次に、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデル50(図4(a)および(b)参照)の断面形状の情報を得る(ステップS18(取得工程))。
タイヤモデル50(図4(a)および(b)参照)の断面形状の情報とは、有限要素モデルであれば、各要素の大きさおよび配置位置の情報、ならびにタイヤモデル50の輪郭を表す最も外側の節点の情報である。なお、図4(a)はタイヤモデル50が接地面BGに接している状態を示す。
図形データであれば、例えば、タイヤモデル50の輪郭を表す外形線を構成する点の座標データである。これ以外に、外形線がスプライン曲線で表されている場合には、スプライン関数が図形データである。
Next, information on the cross-sectional shape of the tire model 50 (see FIGS. 4A and 4B) corresponding to the combination of design variables forming the extracted solution is obtained (step S18 (acquisition step)).
Information on the cross-sectional shape of the tire model 50 (see FIGS. 4A and 4B) includes, in the case of a finite element model, information on the size and position of each element, and information on the contour of the tire model 50. This is the information of the outer nodes. Note that FIG. 4(a) shows a state in which the tire model 50 is in contact with the ground plane BG.
If it is graphic data, it is, for example, coordinate data of points forming an outline representing the contour of the tire model 50 . In addition to this, when the outline is represented by a spline curve, the spline function is graphic data.

次に、ステップS18(取得工程)で得られた、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報から、形状最適化計算により得られたタイヤの外形線の情報を得る。そして、上述のタイヤの外形線の情報を金型形状データとして出力する(ステップS20(出力工程))。このようにして、タイヤの初期形状設計方法では、ステップS18(取得工程)で得られた、抽出した解を構成する設計変数の組合せに対応するタイヤモデルの断面形状の情報からタイヤの金型形状設計に必要な金型形状データを得ることができる。 Next, from the information of the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of the design variables constituting the extracted solution obtained in step S18 (acquisition step), the information of the outline of the tire obtained by the shape optimization calculation. get Then, the information on the outline of the tire described above is output as mold shape data (step S20 (output step)). In this way, in the tire initial shape design method, the tire mold shape is obtained from information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of the design variables constituting the extracted solution obtained in step S18 (acquisition step). It is possible to obtain mold shape data necessary for design.

(接地解析)
また、基準となるタイヤの断面形状におけるトレッド部の外形線は、所定の荷重における接地解析をした後に、上述の関数を用いて規定してもよい。これにより、関数で規定する外形線の範囲が明確になる。接地解析工程は、ステップS10(形状設定工程)と、ステップS12(外形規定工程)との間で実行される工程である。接地解析工程は、基準となるタイヤの断面形状に対して接地解析を実施し、接地領域を特定する工程である。条件設定部20が、条件設定部20で規定される基準となるタイヤの断面形状に対して接地解析を実施し、接地領域に対して上述の関数を用いて外形線を規定する。接地解析は、具体的には、以下のようにして行うことができる。
条件設定部20において、図4(b)に示すタイヤモデル50のように、少なくともトレッド中央部60から接地端62迄の範囲で複数の節点を抽出し、タイヤモデル50の少なくともトレッド中央部60から接地端62迄の範囲の節点を利用して、外形線を構成する楕円弧を作成することができる。
図4(b)に示すようにタイヤモデル50のトレッド中央部60から接地端62迄の範囲が接地領域64である。この接地領域64が、外形線により近似される。
このように、節点を抽出する抽出範囲を接地領域64とし、予め計算により接地する領域を見出しておき、トレッド外側の輪郭線を1つの楕円弧にて作成することにより、複数の楕円弧を接続することが不要になり、円弧間の接続点に起因したタイヤ特性への悪影響を改善することができる。このため、接地領域64は1つの楕円弧で近似することが好ましい。
(grounding analysis)
Further, the contour line of the tread portion in the cross-sectional shape of the reference tire may be defined using the above-described function after the contact analysis under a predetermined load. This clarifies the range of the outline defined by the function. The contact analysis process is a process executed between step S10 (shape setting process) and step S12 (outline definition process). The ground contact analysis step is a step of performing a ground contact analysis on the cross-sectional shape of a reference tire and specifying a ground contact area. The condition setting unit 20 performs ground contact analysis on the reference cross-sectional shape of the tire defined by the condition setting unit 20, and defines the outline of the ground contact area using the above function. Specifically, grounding analysis can be performed as follows.
In the condition setting unit 20, like the tire model 50 shown in FIG. The nodes extending to the ground edge 62 can be used to create the elliptical arcs that make up the outline.
As shown in FIG. 4(b), the range from the tread center portion 60 of the tire model 50 to the ground contact edge 62 is the ground contact area 64. As shown in FIG. This ground area 64 is approximated by an outline.
In this way, the extraction range for extracting the nodes is set as the ground contact area 64, the area to be grounded is found by calculation in advance, and the contour line of the tread outer side is created by one elliptical arc, thereby connecting a plurality of elliptical arcs. is no longer required, and the adverse effects on tire characteristics caused by connection points between arcs can be improved. For this reason, the ground contact area 64 is preferably approximated by a single elliptical arc.

なお、図4(a)に示すタイヤモデル50では、トレッド中央部60および接地端62の節点を固定し、固定点として、接地領域64の外形線(トレッド輪郭)を楕円弧によりスムージングしているが、トレッド中央部60に節点(固定点)がなくてもよい。例えば、トレッド中央部60を軸として対称となる位置に節点(固定点)がなくてもよい。また、接地端62が楕円弧内に含まれていれば、接地端62を節点(固定点)としなくてもよい。
所定の荷重における接地解析において、その荷重は、特に限定されるものではないが、例えば、最大負荷能力相当の荷重、それに安全率を考慮した荷重、または指定した車両における軸荷重相当値を与えることが挙げられる。
接地端62側における楕円弧の端点とサイドウォール部53の外形線との接続は特に限定されるものではないが、公知の手法を用いることができ、例えば、楕円弧の端部にて接する円弧が用いられる。上述の接地端62側における楕円弧の端点とサイドウォール部53の外形線との接続において、接地端62では、トレッド部外形線58(楕円弧61)の1次微分と、サイドウォール部53の1次微分とが一致することが例として挙げられる。すなわち、接地端62側における楕円弧の端点とサイドウォール部53の外形線とが接線を共有して接続することが例として挙げられる。
In the tire model 50 shown in FIG. 4(a), the node points of the tread center portion 60 and the ground contact edge 62 are fixed, and as the fixed points, the outline (tread contour) of the ground contact area 64 is smoothed by an elliptical arc. , the tread central portion 60 may not have a node (fixed point). For example, there may be no nodes (fixed points) at symmetrical positions with respect to the tread central portion 60 as an axis. Also, if the grounding end 62 is included in the elliptical arc, the grounding end 62 does not have to be a node (fixed point).
In the ground contact analysis at a predetermined load, the load is not particularly limited, but for example, the load equivalent to the maximum load capacity, the load considering the safety factor, or the axle load equivalent value in the specified vehicle is mentioned.
The connection between the end point of the elliptical arc on the side of the grounding end 62 and the outline of the sidewall portion 53 is not particularly limited, but a known method can be used. be done. In the connection between the end point of the elliptical arc on the ground contact edge 62 side and the profile line of the sidewall portion 53 , at the ground contact edge 62 , the first derivative of the tread portion profile line 58 (elliptic arc 61 ) and the first order difference of the sidewall portion 53 An example is that the derivative is consistent. That is, for example, the end point of the elliptical arc on the side of the ground end 62 and the outline of the sidewall portion 53 are connected by sharing a tangent line.

データ作成部26は、上記関数のパラメータa、b、p、q、x、yのうち、少なくとも1つを固定し、残りのパラメータを設計変数に含めるか、または固定したパラメータを残りのいずれかのパラメータに従属させて、演算工程で、タイヤモデルについて形状最適化計算を行うことが好ましい。これにより、最適化計算におけるラメータの数を減らすこと、すなわち、自由度を下げることができ、最適化計算の効率化を図ることができる。なお、パラメータを固定するとは、パラメータを定数とすることである。
図5は本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法に基づく楕円弧の第1の例を示す模式図であり、図6は本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法に基づく楕円弧の第2の例を示す模式図である。なお、図5および図6において、図4(a)および(b)に示すタイヤモデル50と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図5に示す楕円弧70は、中心Oを固定しており、パラメータa、b、p、q、x、yのうち、パラメータb、x、yが定数であり、パラメータa、p、qの値を変えて作成されたものである。このようにして、形状最適化計算における変数の数を減らすことができる。
図5の楕円弧70は、トレッド中央部60と接地端62との間の接地領域64を近似しており、トレッド部外形線58を構成する。符号63はトレッド中央部60の節点を示し、符号65は接地端62の節点を示す。楕円弧70において、パラメータbは、中心Oからトレッド中央部60の節点63迄の距離の値である。パラメータp、qおよびパラメータaは、接地領域64を近似するように調整されたものである。楕円弧70は、上述の近似方法を用いて作成することができる。
The data generation unit 26 fixes at least one of the parameters a, b, p, q, x 0 , and y 0 of the above function and includes the remaining parameters in the design variables, or sets the fixed parameters to the remaining parameters. It is preferable to perform shape optimization calculations on the tire model in the computational step dependent on any parameter. As a result, the number of parameters in the optimization calculation can be reduced, that is, the degree of freedom can be lowered, and the efficiency of the optimization calculation can be improved. Note that fixing a parameter means setting the parameter to a constant.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a first example of an elliptical arc based on the initial tire shape design method of the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of No. 2. FIG. 5 and 6, the same components as those of the tire model 50 shown in FIGS. 4(a) and 4(b) are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
The elliptical arc 70 shown in FIG. 5 has a fixed center O, parameters a, b, p, q, x 0 , y 0 among parameters b, x 0 , y 0 are constants, and parameters a, p , q with different values. In this way the number of variables in the shape optimization calculation can be reduced.
An elliptical arc 70 in FIG. 5 approximates the contact area 64 between the tread center 60 and the contact edge 62 and defines the tread contour 58 . Reference numeral 63 indicates the node of the tread central portion 60 and reference numeral 65 indicates the node of the ground contact edge 62 . In elliptical arc 70 , parameter b is the value of the distance from center O to node 63 of tread central portion 60 . The parameters p, q and a were adjusted to approximate the grounded area 64 . Elliptical arc 70 can be constructed using the approximation method described above.

なお、タイヤモデル50のタイヤ断面形状がタイヤ赤道面CLを軸に対称な場合、楕円弧の中心Oはタイヤ赤道面CL上にあることが好ましい。図5では、楕円弧70の中心Oはタイヤ赤道面CL上にある。トレッド中央部60は、タイヤ赤道面CLと直交するタイヤモデル50の断面形状において、タイヤ赤道面CLを通るタイヤ断面高さが最大となる位置である。タイヤ赤道面CLとは、タイヤモデル50の回転軸(図示せず)に直交するとともに、タイヤモデル50のタイヤ幅の中心を通る平面である。 When the tire cross-sectional shape of the tire model 50 is symmetrical about the tire equatorial plane CL, the center O of the elliptical arc is preferably on the tire equatorial plane CL. In FIG. 5, the center O of the elliptical arc 70 is on the tire equatorial plane CL. The tread central portion 60 is a position where the tire cross-sectional height passing through the tire equatorial plane CL is maximized in the cross-sectional shape of the tire model 50 orthogonal to the tire equatorial plane CL. The tire equatorial plane CL is a plane perpendicular to the rotation axis (not shown) of the tire model 50 and passing through the center of the tire width of the tire model 50 .

図5の楕円弧70は、パラメータa、p、qの値を変えたものであるが、これに限定されるものではない。例えば、パラメータa、b、p、q、x、yのうち、パラメータa、bを定数とし、パラメータp、qの値を変えてもよい。この場合、パラメータa、bを定数とすると、タイヤ断面形状がタイヤ赤道面CLを中心に対称であるならば、中心O(x、y)が固定され、例えば、図6に示す楕円弧72が作成される。このようにして、形状最適化計算における変数の数を減らすこともできる。楕円弧72はトレッド部外形線58を構成する。図6では、楕円弧72の中心Oは、タイヤ赤道面CL上にある。 The elliptical arc 70 in FIG. 5 has different values for the parameters a, p, and q, but is not limited to this. For example, among parameters a, b, p, q, x 0 , and y 0 , parameters a and b may be constants, and parameters p and q may be changed. In this case, if the parameters a and b are constants, and the tire cross-sectional shape is symmetrical about the tire equatorial plane CL, then the center O(x 0 , y 0 ) is fixed and, for example, the elliptical arc 72 shown in FIG. is created. In this way, the number of variables in the shape optimization calculations can also be reduced. Elliptical arc 72 defines tread contour 58 . In FIG. 6, the center O of the elliptical arc 72 is on the tire equatorial plane CL.

楕円弧72において、パラメータaは、中心Oからタイヤの最大幅位置66の節点67迄の距離の値である。パラメータbは、中心Oからトレッド中央部60の節点63迄の距離の値である。パラメータp、qは、接地領域64を近似するように調整されたものである。楕円弧72は、上述の近似方法を用いて作成することができる。
この場合、固定点間における全ての節点と楕円弧との残差二乗和を最小化させるのではなく、一部の領域の精度を高めるような重みを与えてもよい。例えば、パラメータaが表す位置を最大幅位置に固定し、トレッド中央部60と接地端62との間(接地領域64)における残差二乗和が最小となるp,qの値を算出する手法を用いてもよい。
なお、パラメータa、bを定数とする場合、パラメータa、bは、タイヤ赤道面CL、タイヤ幅方向における最大長さで表される最大幅、ビード底面からタイヤ最大幅位置迄のタイヤ径方向の距離(タイヤ最大幅位置高さ)等にて規定される。
In the elliptical arc 72, the parameter a is the value of the distance from the center O to the node 67 at the widest point 66 of the tire. The parameter b is the value of the distance from the center O to the node 63 of the tread central portion 60 . The parameters p and q have been adjusted to approximate grounded area 64 . Elliptical arc 72 can be constructed using the approximation method described above.
In this case, instead of minimizing the residual sum of squares of all nodes and elliptical arcs between fixed points, a weight may be given to improve the accuracy of a part of the region. For example, a method of fixing the position represented by the parameter a to the maximum width position and calculating the values of p and q that minimize the residual sum of squares between the tread central portion 60 and the ground contact edge 62 (ground contact region 64). may be used.
When the parameters a and b are constants, the parameters a and b are the maximum width represented by the maximum length in the tire equatorial plane CL, the tire width direction, and the tire radial direction from the bead bottom to the tire maximum width position. It is defined by distance (tire maximum width position height) or the like.

また、上述の関数において、パラメータp、qの次数の定義域は特に限定されるものではないが、探索効率を高めるために楕円弧の中心を抽出節点群より内部、すなわち、軸中心側に制約したい場合は、p>1,q>1となる制約条件を与えることが好ましい。なお、楕円弧の中心が節点群より外側の場合には、アステロイド状の曲線を用いてもよい。アステロイド状の曲線は、p<1,q<1となる制約条件を与えることで得られる。 In the above function, the domain of the order of the parameters p and q is not particularly limited, but in order to improve the search efficiency, it is desired to constrain the center of the elliptical arc to be inside the extracted node group, that is, to the axis center side. In this case, it is preferable to give constraints p>1 and q>1. If the center of the elliptical arc is outside the node group, an asteroidal curve may be used. An asteroidal curve is obtained by imposing the constraints that p<1 and q<1.

なお、演算部24では、複数の節点および要素にて構成されるメッシュで構成されたタイヤモデルにおけるメッシュを再分割して新規タイヤモデルを作成し、新規タイヤモデルに対して形状最適化計算を行ってもよい。すなわち、演算工程(ステップS16)では、タイヤモデルにおけるメッシュを再分割して新規タイヤモデルを作成し、新規タイヤモデルに対して形状最適化計算を行ってもよい。
ここで、図7(a)はタイヤのトレッド部のメッシュ再分割の一例を示す模式図であり、(b)はタイヤのトレッド部のメッシュ再分割の他の例を示す模式図である。
上述の再分割とは、形状最適化計算において、物理特性を計算する場合、メッシュピッチによっては、物理特性を反映しない場合がある。この場合、図7(a)に示すようにタイヤモデル50のトレッド部51を小さいメッシュ80に再分割する。これにより、関数を用いて規定したトレッド部の外形線と要素モデルとの誤差が少なくなるため、精度の良い形状探索が可能になる。
一方、図7(b)に示すようにタイヤモデル50のトレッド部51を大きいメッシュ82に再分割する。これにより、形状最適化計算に要する時間を短くできる。
なお、図7(a)および(b)では、いずれもトレッド部の領域におけるメッシュを一律に再分割しているが、これに限定されるものではない。例えば、タイヤモデルにおいて、キャップ部と、ケーシング部とに分けておき、キャップ部のみに対して再分割を行い、ケーシング部のメッシュと結合させたものを用いてもよい。これは、外形線を構成し、形状最適化計算に影響を与える領域、すなわち、キャップ部だけを再分割すればよいためである。上記手法を実施するため、メッシュ品質の判定条件として、予めオペレータがサイズ、要素の角度、または対象領域等を定めておくことにより、コンピュータが自動的に判断してメッシュの再分割を実行するプログラムを演算工程(ステップS16)に加えてもよい。
The calculation unit 24 creates a new tire model by subdividing the mesh in the tire model composed of a mesh composed of a plurality of nodes and elements, and performs shape optimization calculation on the new tire model. may That is, in the calculation step (step S16), the mesh in the tire model may be redivided to create a new tire model, and the shape optimization calculation may be performed on the new tire model.
Here, FIG. 7(a) is a schematic diagram showing an example of mesh subdivision of the tread portion of the tire, and FIG. 7(b) is a schematic diagram showing another example of mesh subdivision of the tread portion of the tire.
The above-mentioned subdivision means that, when calculating physical properties in the shape optimization calculation, the physical properties may not be reflected depending on the mesh pitch. In this case, the tread portion 51 of the tire model 50 is subdivided into small meshes 80 as shown in FIG. 7(a). As a result, the error between the outline of the tread portion defined using the function and the element model is reduced, so that the shape can be searched with high accuracy.
On the other hand, as shown in FIG. 7B, the tread portion 51 of the tire model 50 is subdivided into large meshes 82 . As a result, the time required for shape optimization calculation can be shortened.
In both FIGS. 7A and 7B, the mesh in the region of the tread portion is uniformly subdivided, but the present invention is not limited to this. For example, a tire model may be divided into a cap portion and a casing portion, and only the cap portion may be redivided and combined with the mesh of the casing portion. This is because only the region that constitutes the outline and affects the shape optimization calculation, ie the cap portion, needs to be subdivided. In order to implement the above method, the operator predetermines the size, element angle, target area, etc. as mesh quality judgment conditions, and the computer automatically judges and executes the mesh subdivision program. may be added to the calculation step (step S16).

ここで、図8は本発明の実施形態のタイヤモデルの一例を示す模式図である。図9(a)は本発明の実施形態のタイヤの形状変化パラメータの一例を示す模式図であり、(b)は本発明の実施形態のタイヤの形状変化パラメータの他の例を示す模式図である。
設計変数は、図8に示すように、タイヤモデル50のトレッド部51の接地端62とサイドウォール部53との接続点68とを含む領域59の形状変化を含んでもよい。これにより、上述の関数を用いて規定したトレッド部外形線58とサイドウォール部53の接続点68とにおけるトレッド部外形線58の目的関数への感度を明らかにするとともに、目的特性に応じた接続点68の最適形状を与えることができる。
上述の領域59の形状変化は発熱または剛性に関するタイヤ物理特性と関連しており、上述の領域59の形状変化を設計変数とすることにより、目的とする特性が複数あっても、より高い次元にて特性をバランスさせた形状を取得可能にする。
タイヤモデル50のトレッド部51の接地端62とサイドウォール部53との接続点68との接続は、公知の方法により接続することができる。例えば、トレッド部外形線58(楕円弧61)の接地端62で接する円弧をトレッド部まで延伸し、サイドウォール部53と接続させる手法が挙げられる。
Here, FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a tire model according to the embodiment of the present invention. FIG. 9A is a schematic diagram showing an example of the shape change parameter of the tire according to the embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a schematic diagram showing another example of the shape change parameter of the tire according to the embodiment of the present invention. be.
The design variables may include the shape change of the region 59 including the connection point 68 between the ground contact edge 62 of the tread portion 51 and the sidewall portion 53 of the tire model 50, as shown in FIG. As a result, the sensitivity of the tread portion outline 58 to the objective function at the connection point 68 of the tread portion outline 58 and the sidewall portion 53 defined using the above function is clarified, and the connection according to the objective characteristics is clarified. An optimal shape for point 68 can be provided.
The change in the shape of the region 59 described above is related to the physical properties of the tire related to heat generation or stiffness. It is possible to obtain a shape with balanced characteristics by using
The connection between the ground contact end 62 of the tread portion 51 of the tire model 50 and the connection point 68 between the sidewall portion 53 can be connected by a known method. For example, a method of extending the arc of the tread portion contour line 58 (elliptic arc 61 ) contacting the ground contact end 62 to the tread portion and connecting it to the sidewall portion 53 can be used.

なお、上述の形状変化とは、例えば、図9(a)に示すように、領域59が法線方向に形状が変化することが挙げられる。図9(a)に示す形状変化の場合、領域59の法線方向への形状変化量が設計変数である。
また、上述の形状変化とは、図9(b)に示すように、領域59の体積が変化することが含まれてもよい。体積変化には、体積の増加と、体積の減少とが含まれる。図9(b)に示す体積変化の場合、領域59の体積変化量が設計変数である。
なお、以上、説明したタイヤの初期形状設計方法は、いずれもタイヤの初期形状設計方法を実行するプログラムにより、上述のタイヤの初期形状設計方法の各工程を手順としてコンピュータに実行させることができる。
Note that the above-described shape change includes, for example, a change in the shape of the region 59 in the normal direction, as shown in FIG. 9A. In the case of the shape change shown in FIG. 9A, the amount of shape change in the normal direction of the region 59 is the design variable.
Moreover, the shape change described above may include a change in the volume of the region 59 as shown in FIG. 9B. Volume change includes volume increase and volume decrease. In the case of the volume change shown in FIG. 9B, the volume change amount of the region 59 is the design variable.
In any of the above-described initial tire shape designing methods, a program for executing the initial tire shape designing method can cause a computer to execute each step of the above-described initial tire shape designing method as a procedure.

[タイヤの初期形状設計方法]
次に、本実施形態のタイヤの初期形状設計方法の他の例について説明する。
図10は本発明の実施形態のタイヤの初期形状設計方法の他の例を工程順に示すフローチャートである。図10に示すタイヤの初期形状設計方法の他の例においては、上述の図2に示すタイヤの初期形状設計方法と同様の工程について、その詳細な説明は省略する。
[Initial tire shape design method]
Next, another example of the initial tire shape design method of the present embodiment will be described.
FIG. 10 is a flow chart showing another example of the initial tire shape design method according to the embodiment of the present invention in order of steps. In another example of the initial tire shape designing method shown in FIG. 10, detailed descriptions of the steps similar to those of the initial tire shape designing method shown in FIG. 2 will be omitted.

タイヤの初期形状設計方法は、タイヤの初期形状設計方法に比して、取得工程で得られたタイヤモデルの断面形状に対して熱収縮計算を実施し、タイヤモデルの熱収縮断面形状の情報を得る収縮補正工程(ステップS22)を有する点と、タイヤモデルの熱収縮断面形状をタイヤの初期形状データとして出力する出力工程(ステップS24)を有する点とが異なり、それ以外の工程は、タイヤの初期形状設計方法と同様であるため、その詳細な説明は省略する。 Compared to the initial tire shape design method, the initial tire shape design method performs heat shrinkage calculations on the cross-sectional shape of the tire model obtained in the acquisition process, and obtains information on the heat-shrink cross-sectional shape of the tire model. and an output step (step S24) of outputting the heat-shrink cross-sectional shape of the tire model as the initial shape data of the tire. Since it is the same as the initial shape design method, its detailed description is omitted.

タイヤの初期形状設計方法では、収縮補正工程(ステップS22)では、ステップS18で得られたタイヤモデルの断面形状に対して熱収縮計算を実施し、タイヤモデルの熱収縮断面形状の情報を得る。熱収縮計算は、上述の通りである。
収縮補正工程の後、タイヤモデルの熱収縮断面形状をタイヤの初期形状データとして出力する(ステップS24)。これにより、タイヤの初期形状データを得ることができる。
なお、ステップS24(出力工程)では、タイヤモデルの熱収縮断面形状から、タイヤの外形線を得て、得られたタイヤの外形線をタイヤの初期形状データとして出力することもできる。
なお、以上、説明したタイヤの初期形状設計方法は、タイヤの初期形状設計方法を実行するプログラムにより、上述のタイヤの初期形状設計方法の各工程を手順としてコンピュータに実行させることができる。
In the initial tire shape design method, in the shrinkage correction step (step S22), heat shrinkage calculation is performed on the cross-sectional shape of the tire model obtained in step S18 to obtain information on the heat-shrink cross-sectional shape of the tire model. Thermal shrinkage calculations are as described above.
After the shrinkage correction step, the thermally shrunk cross-sectional shape of the tire model is output as the initial shape data of the tire (step S24). Thereby, the initial shape data of the tire can be obtained.
In step S24 (output step), it is also possible to obtain the contour line of the tire from the heat-shrink cross-sectional shape of the tire model and output the obtained contour line of the tire as the initial shape data of the tire.
In the above-described initial tire shape design method, a program for executing the initial tire shape design method can cause a computer to execute each step of the above-described initial tire shape design method as a procedure.

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、本発明のタイヤの初期形状設計方法、タイヤの初期形状設計装置、およびプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上述の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 initial tire shape design method, the initial tire shape design apparatus, and the program according to the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and within the scope of the present invention, Of course, various improvements or changes may be made.

以下、本発明のタイヤの初期形状設計方法の実施例について具体的に説明する。
本実施例では、以下に示す実施例1および比較例1を用いて本発明のタイヤの初期形状設計方法の効果について確認した。なお、実施例1および比較例1は、基準タイヤをもとに比較した。
EXAMPLES Examples of the method for designing the initial shape of a tire according to the present invention will be specifically described below.
In this example, the effect of the initial tire shape design method of the present invention was confirmed using Example 1 and Comparative Example 1 shown below. Note that Example 1 and Comparative Example 1 were compared based on a reference tire.

実施例1、比較例1、および基準タイヤは、同一のタイヤの有限要素モデルを用いており、実施例1および比較例1は、基準タイヤからトレッド部の規定を変えたものであり、外形線の補正方法が異なるだけである。
なお、タイヤモデルでは、接触不良とならない様にリム接触部は形状を不変として形状最適化計算を実施している。また、実施例1と比較例1は、外形線の補正方法が異なるだけであり、元とする形状は同じ結果を用いている。
Example 1, Comparative Example 1, and the reference tire use the same tire finite element model. The only difference is the correction method for .
In the tire model, shape optimization calculations are performed with the shape of the rim contact portion unchanged so as not to cause poor contact. Further, the first embodiment and the first comparative example differ only in the method of correcting the outline, and the same result is used for the original shape.

実施例1は、本発明のタイヤの初期形状設計方法を適用したものであり、楕円弧を用いてタイヤモデルの外形線を作成したものである。
比較例1は、接続部において接線を共有する2種の円弧を組み合わせてタイヤモデルの外形線を作成したものである。
上述のように、実施例1は楕円弧で外形線が構成され、比較例1は2種の円弧を組み合わせて外形線が構成されたものであり、実施例1と比較例1とはタイヤモデルの外形線が異なる以外は、同じ構成であり、FEM解析の際もタイヤモデルの外形線が異なる以外は同じ構成とした。
In Example 1, the initial tire shape design method of the present invention is applied, and an outline of a tire model is created using an elliptical arc.
In Comparative Example 1, the contour line of the tire model is created by combining two types of circular arcs that share a tangent line at the connecting portion.
As described above, in Example 1, the outline is composed of elliptical arcs, and in Comparative Example 1, the outline is composed by combining two types of arcs. They have the same configuration except for the different outlines, and the same configuration was used for the FEM analysis, except for the different outlines of the tire models.

実施例1、比較例1および基準タイヤに対して、接地面積最大化と接地圧分散の最小化を目的関数に設定し、有限要素法(FEM)を用いた形状最適化計算を行い、接地形状およびタイヤ特性を比較した。その結果を図11(a)~図11(c)に示す。図11(a)は基準例の接地圧分布を示す模式図であり、(b)は実施例1の接地圧分布を示す模式図であり、(c)は比較例1の接地圧分布を示す模式図である。なお、図11(a)~図11(c)の図面左右方向がタイヤ幅方向である。
また、実施例1、比較例1および基準タイヤについて、それぞれ接地面積を求め、さらに各接地圧から接地圧分散を求めた。実施例1および比較例1の結果を下記表1に示す。
接地圧分散とは、タイヤモデルの各節点において、検出された接地圧と全節点における接地圧の平均値との差分(偏差)の二乗和を算出し、それを検出した節点数にて除した値のことである。接地圧分散の値が低いほど接地領域における接地圧のばらつきが小さい、すなわち、接地圧が均一化されていることを示す。
For Example 1, Comparative Example 1, and a reference tire, maximizing the contact area and minimizing contact pressure dispersion were set as objective functions, and shape optimization calculations were performed using the finite element method (FEM). and tire characteristics were compared. The results are shown in FIGS. 11(a) to 11(c). 11(a) is a schematic diagram showing the ground pressure distribution of the reference example, (b) is a schematic diagram showing the ground pressure distribution of Example 1, and (c) is a schematic diagram showing the ground pressure distribution of Comparative Example 1. It is a schematic diagram. 11(a) to 11(c) is the tire width direction.
In addition, for Example 1, Comparative Example 1, and the reference tire, the contact area was determined, and the contact pressure distribution was determined from each contact pressure. The results of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Table 1 below.
The contact pressure variance is obtained by calculating the sum of the squares of the difference (deviation) between the contact pressure detected at each node of the tire model and the average value of the contact pressure at all nodes, and dividing it by the number of detected nodes. It's about value. The lower the ground pressure distribution value, the smaller the variation in the ground pressure in the ground contact area, that is, the more uniform the ground pressure.

上記表1に示すように、実施例1は、比較例1に比して、接地面積が大きく、かつ接地圧分散が小さい。実施例1は、比較例1に比して、接地圧が均一である。
また、図11(b)に示すように、実施例1は接地圧の圧力差が小さい。これに対して、図11(c)に示す比較例1には接地端部に接地圧の高い領域があった。
本発明では、タイヤモデルの断面形状において外側の輪郭を構成する円弧の接続端近傍に発生する局所的な接地圧の上昇を改善することができ、かつ接地圧が均一化されたタイヤ形状の外形線を取得することができた。このように、本発明では、目的特性を満足するタイヤ形状の特徴を損なうことがない金型形状データを得ることができた。
As shown in Table 1 above, Example 1 has a larger contact area and a smaller contact pressure dispersion than Comparative Example 1. In Example 1, ground pressure is more uniform than in Comparative Example 1.
Further, as shown in FIG. 11(b), in Example 1, the ground pressure difference is small. On the other hand, in Comparative Example 1 shown in FIG. 11(c), there was a region where the ground pressure was high at the ground end.
In the present invention, it is possible to improve the local contact pressure increase that occurs near the connecting ends of the arcs that form the outer contour in the cross-sectional shape of the tire model, and the tire shape outer shape in which the contact pressure is made uniform. I was able to get the line Thus, in the present invention, it was possible to obtain die shape data that does not impair the characteristics of the tire shape that satisfies the target characteristics.

10 タイヤの初期形状設計装置(設計装置)
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 演算部
26 データ作成部
28 メモリ
30 表示制御部
32 制御部
50 タイヤモデル
52a~52f、56a~56d 節点
53 サイドウォール部
58 トレッド部外形線
60 トレッド中央部
61、70、72 楕円弧
62 接地端
64 接地領域
63、65、67 節点
66 最大幅位置
80、82 メッシュ
BG 接地面
CL タイヤ赤道面
O 中心
δ 距離
10 Tire initial shape design device (design device)
12 processing unit 14 input unit 16 display unit 20 condition setting unit 22 model creation unit 24 calculation unit 26 data creation unit 28 memory 30 display control unit 32 control unit 50 tire model 52a to 52f, 56a to 56d node 53 sidewall unit 58 tread External outline 60 Tread center 61, 70, 72 Elliptical arc 62 Ground contact edge 64 Ground contact area 63, 65, 67 Node 66 Maximum width position 80, 82 Mesh BG Ground contact CL Tire equatorial plane O Center δ Distance

Claims (15)

基準となるタイヤの断面形状を設定する形状設定工程と、
基準となる前記タイヤの断面形状におけるトレッド部の外形線を、x、yを変数とし、a、b、p、q、x、yをパラメータとする下記数式で表される関数を用いて規定する外形規定工程と、
前記タイヤについて、形状に関係する設計変数、目的関数、制約条件、および最適解の判定条件を設定する問題設定工程と、
前記タイヤについて、コンピュータで数値解析可能な要素でタイヤモデルを作成する作成工程と、
前記問題設定工程で設定された前記設計変数、前記目的関数、前記制約条件、および前記最適解の判定条件に基づき、前記タイヤモデルについて形状最適化計算を行う演算工程と、
前記演算工程の前記形状最適化計算の結果から、所定の抽出条件を用いて少なくとも1つの解を抽出し、抽出した前記解を構成する設計変数の組合せに対応する前記タイヤモデルの断面形状の情報を得る取得工程とを有する、ことを特徴とするタイヤの初期形状設計方法。
A shape setting step of setting the cross-sectional shape of the tire as a reference;
The outline of the tread portion in the cross-sectional shape of the reference tire is calculated using a function represented by the following formula with x and y as variables and a, b, p, q, x 0 and y 0 as parameters. Defined outline definition process,
a problem setting step of setting design variables, objective functions, constraints, and optimal solution determination conditions related to the shape of the tire;
A creation step of creating a tire model with elements that can be numerically analyzed by a computer for the tire;
a calculation step of performing a shape optimization calculation for the tire model based on the design variables, the objective function, the constraint conditions, and the optimum solution determination conditions set in the problem setting step;
Extracting at least one solution using a predetermined extraction condition from the result of the shape optimization calculation in the computing step, and information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of design variables that make up the extracted solution An initial shape design method for a tire, comprising:
前記取得工程で得られた前記タイヤモデルの断面形状に対して熱収縮計算を実施し、前記タイヤモデルの熱収縮断面形状の情報を得る収縮補正工程と、
前記タイヤモデルの前記熱収縮断面形状をタイヤの初期形状データとして出力する出力工程とを有する、請求項1に記載のタイヤの初期形状設計方法。
a shrinkage correction step of performing heat shrinkage calculation on the cross-sectional shape of the tire model obtained in the obtaining step to obtain information on the heat-shrink cross-sectional shape of the tire model;
2. The method of designing an initial shape of a tire according to claim 1, further comprising an output step of outputting the heat-shrinkable cross-sectional shape of the tire model as initial shape data of the tire.
前記タイヤモデルの断面形状の前記情報から、前記形状最適化計算により得られたタイヤの外形線を得て、前記形状最適化計算により得られた前記タイヤの前記外形線を金型形状データとして出力する出力工程とを有し、
前記設計変数に、前記トレッド部の前記外形線を規定する前記関数の前記パラメータのうち、少なくとも1つが含まれる、請求項1に記載のタイヤの初期形状設計方法。
An outline of the tire obtained by the shape optimization calculation is obtained from the information on the cross-sectional shape of the tire model, and the outline of the tire obtained by the shape optimization calculation is output as mold shape data. and an output step to
2. The method of designing an initial shape of a tire according to claim 1, wherein said design variables include at least one of said parameters of said function defining said outline of said tread portion.
前記作成工程は、前記関数の前記パラメータa、b、p、q、x、yのうち、少なくとも1つを固定し、残りのパラメータを前記設計変数に含めるか、または前記固定したパラメータを残りのいずれかのパラメータに従属させて、前記演算工程で、前記タイヤモデルについて前記形状最適化計算を行う、請求項1~3のいずれか1項に記載のタイヤの初期形状設計方法。 The creating step includes fixing at least one of the parameters a, b, p, q, x 0 , and y 0 of the function and including the remaining parameters in the design variables, or fixing the fixed parameters. The initial tire shape design method according to any one of claims 1 to 3, wherein the shape optimization calculation is performed for the tire model in the calculation step, depending on any remaining parameter. 前記作成工程では、前記タイヤモデルを前記コンピュータで数値解析可能な複数の節点および要素にて構成されるメッシュで作成しており、
前記演算工程では、前記タイヤモデルにおける前記メッシュを再分割して新規タイヤモデルを作成し、前記新規タイヤモデルに対して前記形状最適化計算を行う、請求項1~4のいずれか1項に記載のタイヤの初期形状設計方法。
In the creation step, the tire model is created with a mesh composed of a plurality of nodes and elements that can be numerically analyzed by the computer,
5. The computing step according to any one of claims 1 to 4, wherein the mesh in the tire model is subdivided to create a new tire model, and the shape optimization calculation is performed on the new tire model. tire initial shape design method.
前記形状設定工程と前記外形規定工程との間に、前記形状設定工程で設定された、前記基準となるタイヤの断面形状に対して接地解析を実施し、接地領域を特定する接地解析工程を有し、
前記接地解析工程で特定された前記接地領域は、少なくともトレッド中央部から接地端迄の範囲を含み、
前記外形規定工程では、前記接地領域に対して前記関数を用いて前記外形線を規定する、請求項1~5のいずれか1項に記載のタイヤの初期形状設計方法。
Between the shape setting step and the outer shape defining step, a ground contact analysis step of performing a ground contact analysis on the reference cross-sectional shape of the tire set in the shape setting step and specifying a ground contact area is provided. death,
The ground contact area identified in the ground contact analysis step includes at least a range from the center of the tread to the ground contact edge,
The initial tire shape design method according to any one of claims 1 to 5, wherein, in said outline defining step, said outline is defined for said ground contact area using said function.
前記問題設定工程で設定される前記設計変数は、前記タイヤモデルのトレッド部の端部とサイドウォール部との接続点を含む領域の形状変化を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載のタイヤの初期形状設計方法。 7. The design variable according to any one of claims 1 to 6, wherein the design variables set in the problem setting step include a shape change of an area including a connection point between the end of the tread portion and the sidewall portion of the tire model. A method for initial shape design of the described tire. 基準となるタイヤの断面形状を設定し、基準となる前記タイヤの断面形状におけるトレッド部の外形線を、x、yを変数とし、a、b、p、q、x0、y0をパラメータとする下記数式で表される関数を用いて規定し、かつ前記タイヤについて、形状に関係する設計変数、目的関数、制約条件、および最適解の判定条件を設定する条件設定部と、
前記タイヤについて、コンピュータで数値解析可能な要素でタイヤモデルを作成するモデル作成部と、
前記条件設定部で設定された前記設計変数、前記目的関数、前記制約条件、および前記最適解の判定条件に基づき、前記タイヤモデルについて形状最適化計算を行う演算部と、
前記演算部の前記形状最適化計算の結果から、所定の抽出条件を用いて少なくとも1つの解を抽出し、抽出した前記解を構成する設計変数の組合せに対応する前記タイヤモデルの断面形状の情報を得る、データ作成部とを有し、
前記設計変数に、前記トレッド部の前記外形線を規定する前記関数の前記パラメータのうち、少なくとも1つが含まれることを特徴とするタイヤの初期形状設計装置。
A cross-sectional shape of a tire as a reference is set, and the outline of the tread portion in the cross-sectional shape of the tire as a reference is obtained by using x and y as variables and a, b, p, q, x0, and y0 as parameters. a condition setting unit that defines using a function expressed by a mathematical formula and sets design variables related to shape, objective functions, constraints, and optimal solution judgment conditions for the tire;
A model creation unit for creating a tire model of the tire using elements that can be numerically analyzed by a computer;
a calculation unit that performs shape optimization calculations for the tire model based on the design variables, the objective function, the constraint conditions, and the optimum solution determination conditions set by the condition setting unit;
Extracting at least one solution using a predetermined extraction condition from the result of the shape optimization calculation of the computing unit, and information on the cross-sectional shape of the tire model corresponding to the combination of design variables forming the extracted solution and a data creation unit for obtaining
An apparatus for designing an initial shape of a tire, wherein the design variables include at least one of the parameters of the function that defines the outline of the tread portion.
前記データ作成部は、得られた前記タイヤモデルの断面形状に対して熱収縮計算を実施し、前記タイヤモデルの熱収縮断面形状の情報を取得し、前記タイヤモデルの前記熱収縮断面形状をタイヤの初期形状データとして出力する、請求項8に記載のタイヤの初期形状設計装置。 The data generation unit performs heat shrinkage calculation on the obtained tire model cross-sectional shape, acquires information on the heat-shrinkable cross-sectional shape of the tire model, and converts the heat-shrinkable cross-sectional shape of the tire model into a tire. 9. The initial shape design device for a tire according to claim 8, wherein the initial shape data of the tire is output as the initial shape data of the 前記データ作成部は、前記タイヤモデルの断面形状の前記情報から、前記形状最適化計算により得られたタイヤの外形線を得て、前記形状最適化計算により得られた前記タイヤの前記外形線を金型形状データとして出力する、請求項8に記載のタイヤの初期形状設計装置。 The data creation unit obtains the outline of the tire obtained by the shape optimization calculation from the information on the cross-sectional shape of the tire model, and calculates the outline of the tire obtained by the shape optimization calculation. 9. The tire initial shape designing device according to claim 8, which outputs as mold shape data. 前記条件設定部では、前記関数の前記パラメータa、b、p、q、x、yのうち、少なくとも1つを固定し、残りのパラメータを設計変数に含めるか、または前記固定したパラメータを残りのいずれかのパラメータに従属させて、前記演算部で、前記タイヤモデルについて前記形状最適化計算を行う、請求項8~10のいずれか1項に記載のタイヤの初期形状設計装置。 In the condition setting unit, at least one of the parameters a, b, p, q, x 0 , and y 0 of the function is fixed and the remaining parameters are included in design variables, or the fixed parameters are The tire initial shape design device according to any one of claims 8 to 10, wherein the calculation unit performs the shape optimization calculation for the tire model in dependence on any of the remaining parameters. 前記モデル作成部では、前記タイヤモデルを前記コンピュータで数値解析可能な複数の節点および要素にて構成されるメッシュで作成しており、
前記演算部では、前記タイヤモデルにおける前記メッシュを再分割して新規タイヤモデルを作成し、前記新規タイヤモデルに対して前記形状最適化計算を行う、請求項8~11のいずれか1項に記載のタイヤの初期形状設計装置。
The model creation unit creates the tire model with a mesh composed of a plurality of nodes and elements that can be numerically analyzed by the computer,
The computing unit according to any one of claims 8 to 11, wherein the mesh in the tire model is subdivided to create a new tire model, and the shape optimization calculation is performed on the new tire model. tire initial shape design device.
前記条件設定部は、前記条件設定部で規定される前記基準となるタイヤの断面形状に対して接地解析を実施するものであり、前記接地解析で特定された接地領域は、少なくともトレッド中央部から接地端迄の範囲を含んでおり、
前記条件設定部は、前記接地領域に対して前記関数を用いて前記外形線を規定する、請求項10に記載のタイヤの初期形状設計装置。
The condition setting unit performs a ground contact analysis on the reference cross-sectional shape of the tire defined by the condition setting unit. It includes the range to the ground edge,
11. The tire initial shape designing apparatus according to claim 10, wherein said condition setting unit defines said outline using said function for said ground contact area.
前記条件設定部で設定される前記設計変数は、前記タイヤモデルのトレッド部の端部とサイドウォール部との接続点を含む領域の形状変化を含む、請求項8~13のいずれか1項に記載のタイヤの初期形状設計装置。 14. The design variable according to any one of claims 8 to 13, wherein the design variables set by the condition setting section include a shape change of an area including a connection point between the end of the tread portion and the sidewall portion of the tire model. An initial shape design device for the described tire. 請求項1~7のいずれか1項に記載のタイヤの初期形状設計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 initial shape design method according to any one of claims 1 to 7 as a procedure.
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