JPH11201874A - Method for simulating tire performance - Google Patents

Method for simulating tire performance

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JPH11201874A
JPH11201874A JP10007611A JP761198A JPH11201874A JP H11201874 A JPH11201874 A JP H11201874A JP 10007611 A JP10007611 A JP 10007611A JP 761198 A JP761198 A JP 761198A JP H11201874 A JPH11201874 A JP H11201874A
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finite
rubber
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正貴 白石
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simulate a vibration characteristic of a tire. SOLUTION: A tire to be evaluated is approximated by a tire finite element model 2 obtained by dividing the tire to a finite count of many elements, and performance of the tire is simulated from the model 2 with the use of a finite element method in this simulation method. The tire finite element model 2 is subjected to a run simulation process whereby a behavior of the model when relatively moved in touch with a virtual road face having projections is simulated. An information process is also carried out whereby a vibration characteristic of the model 2 when passing the projections is obtained from the run simulation process.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、タイヤの振動特性
を精度良くシミュレートしうるタイヤ性能のシミュレー
ション方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tire performance simulation method capable of accurately simulating the vibration characteristics of a tire.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
タイヤの開発は、試作品を作り、それを実験し、実験結
果から改良品をさらに試作するという繰り返し作業で行
われていた。この方法では、試作品の製造や実験に多く
の費用と時間を要するため、開発効率の向上には限界が
ある。かかる問題点を克服するために、近年では近似解
析手法などを用いたコンピューターシミュレーションに
より、タイヤを試作しなくてもある程度の性能を予測・
解析する方法が提案されている。
2. Description of the Related Art
The development of tires was an iterative process of creating prototypes, testing them, and producing further prototypes based on the results of the experiments. This method requires a lot of cost and time for prototype production and experimentation, and thus limits the improvement of development efficiency. In order to overcome such problems, computer simulations using approximation analysis techniques etc. have recently predicted a certain level of performance without prototype tires.
Analyzing methods have been proposed.

【0003】コンピュータシミュレーションには、種々
の解析法が用いられ、例えば有限要素法を用いたものが
良く知られている。有限要素法(Finite Element Metho
d )は、構造物を有限要素と呼ばれる有限の大きさの多
数の領域に分割し、各有限要素に比較的簡単な特性を与
えて系全体を解析する手法である。
[0003] Various analysis methods are used in computer simulation. For example, a method using a finite element method is well known. Finite Element Metho
d) is a method in which a structure is divided into a large number of areas of finite size called finite elements, and each finite element is given relatively simple characteristics to analyze the entire system.

【0004】従来のタイヤ性能の有限要素法による解析
は、せいぜいタイヤの非転動状態での荷重負荷解析が主
流であったため、例えば段差や突起を有する路面を通過
する際のタイヤの挙動や振動特性などについては、実際
に走行試験を行う必要があった。
In the conventional analysis of tire performance by the finite element method, at most a load analysis in a non-rolling state of a tire is mainly used, so that, for example, the behavior and vibration of a tire when passing on a road surface having steps or protrusions are considered. As for the characteristics, it was necessary to actually perform a running test.

【0005】またトレッドパターンについては、溝のな
い、いわゆるプレーントレッドが多く、タイヤのトレッ
ドパターン全てを有限要素にモデル化したものは知られ
ていない。さらに、タイヤの内部には、カーカス、ベル
トなどのコード材を角度を変えて積層した補強層などが
設けられるが、これらについても1枚の平面シェル要素
などで簡略モデル化した解析がほとんどであった。
[0005] As for tread patterns, there are many so-called plain treads without grooves, and there is no known tread pattern in which all tread patterns of a tire are modeled as finite elements. Further, inside the tire, there are provided reinforcing layers or the like in which cord materials such as carcass and belts are laminated at different angles, and these are also often analyzed in a simplified model using a single plane shell element or the like. Was.

【0006】このため、これまでのシミュレーションで
は、タイヤの性能をおおまかに予測・解析することはで
きるが、段差や突起を有する路面を通過する際のタイヤ
の挙動や振動特性に対するトレッドパターン、内部構造
などによる影響については精度良く解析することは困難
であった。
For this reason, in the simulations so far, the performance of the tire can be roughly predicted and analyzed. However, the tread pattern and the internal structure for the behavior and vibration characteristics of the tire when passing on a road surface having steps or protrusions can be obtained. It was difficult to analyze the effects of such factors with high accuracy.

【0007】本発明のうち、請求項1、2記載の発明で
は、走行試験を行わずに段差や突起を有する任意の路面
を通過する際のタイヤの挙動、振動特性を解析しうるタ
イヤ性能のシミュレーション方法を提供することを目的
としている。
According to the first and second aspects of the present invention, the tire performance and vibration characteristics can be analyzed without passing through a running test and analyzing the behavior and vibration characteristics of the tire when passing on an arbitrary road surface having steps or protrusions. It is intended to provide a simulation method.

【0008】また、請求項3記載の発明では、前記目的
に加えて、トレッドパターン、内部構造などによる影響
についても解析可能とするタイヤ性能のシミュレーショ
ン方法を提供することを目的としている。
It is another object of the present invention to provide a method of simulating tire performance that can analyze the influence of a tread pattern, an internal structure, and the like in addition to the above objects.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項1記
載の発明は、評価しようとするタイヤを有限個の多数の
要素に分割したタイヤ有限要素モデルで近似し、有限要
素法を用いて前記タイヤ有限要素モデルからタイヤ性能
をシミュレーションするタイヤ性能のシミュレーション
方法であって、仮想リムに装着した前記タイヤ有限要素
モデルを、突起、段差又は溝を含む非平坦部を有する仮
想路面に接地させて相対移動させたときの挙動をシミュ
レーションする走行シミュレーション処理と、この走行
シミュレーション処理から前記非平坦部を通過する際の
タイヤ有限要素モデルの少なくとも振動特性を取得する
情報取得処理とを含むことを特徴とするタイヤ性能のシ
ミュレーション方法である。
According to the first aspect of the present invention, a tire to be evaluated is approximated by a tire finite element model obtained by dividing a tire into a finite number of elements, and the tire is evaluated using a finite element method. A tire performance simulation method for simulating tire performance from the tire finite element model, wherein the tire finite element model mounted on a virtual rim is grounded on a virtual road surface having a non-flat portion including a protrusion, a step or a groove. It includes a traveling simulation process of simulating a behavior at the time of relative movement, and an information acquisition process of acquiring at least a vibration characteristic of a tire finite element model when passing through the non-flat portion from the traveling simulation process. This is a method for simulating tire performance.

【0010】また請求項2記載の発明では、前記走行シ
ミュレーション処理は、タイヤ有限要素モデルの内圧、
軸荷重、走行速度、スリップ角、キャンバー角、タイヤ
有限要素モデルと仮想路面との間の摩擦係数を含む走行
条件を設定して行うとともに、前記情報取得処理は、タ
イヤ有限要素モデルの回転軸に作用する垂直荷重、前後
荷重、タイヤの内部応力分布を含む情報に基づいて処理
することにより前記振動特性を取得することを特徴とす
る請求項1記載のタイヤ性能のシミュレーション方法で
ある。
Further, in the invention described in claim 2, the running simulation processing includes the step of:
Axial load, running speed, slip angle, camber angle, and running conditions including the friction coefficient between the tire finite element model and the virtual road surface are set and performed, and the information acquisition processing is performed on the rotation axis of the tire finite element model. The tire performance simulation method according to claim 1, wherein the vibration characteristic is obtained by performing processing based on information including a vertical load acting on the tire, a front-rear load, and an internal stress distribution of the tire.

【0011】また請求項3記載の発明は、前記タイヤ有
限要素モデルは、カーカス、ベルトを含むコード補強材
と、サイドウォールゴム、ビードゴムを含むゴム部と、
ビードコアとがタイヤ周方向に同一断面形状で連続する
タイヤボディ部を有限要素法に基づき分割したタイヤボ
ディ部要素モデルと、このタイヤボディ部要素モデルの
外周面に配されかつ前記タイヤのトレッドパターンをタ
イヤ周方向の全周に亘り有限個の多数の要素に分割した
トレッドパターン部要素モデルとからなり、かつ前記タ
イヤボディ部要素モデルは、前記コード補強材を構成す
るコード材とこれを被覆するトッピングゴムとを夫々有
限個の複数の要素に分割したコード補強材要素モデル
と、前記ゴム部を有限個の複数の要素に分割したゴム部
要素モデルと、前記ビードコアを有限個の複数の要素に
分割したビードコア要素モデルとを含み、しかも、前記
コード補強材要素モデルは、前記コード材を異方性が定
義された四辺形膜要素にモデル化されるとともに前記ト
ッピングゴムは六面体ソリッド要素にモデル化されたこ
とを特徴とする請求項1又は2記載のタイヤ性能のシミ
ュレーション方法である。
According to a third aspect of the present invention, the tire finite element model includes a cord reinforcing member including a carcass and a belt, a rubber portion including a sidewall rubber and a bead rubber,
A tire body part element model obtained by dividing a tire body part having a bead core and the same cross-sectional shape continuous in the tire circumferential direction based on a finite element method, and a tire tread pattern disposed on the outer peripheral surface of the tire body part element model and the tire tread pattern. A tread pattern part element model divided into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction, and the tire body part element model comprises a cord material constituting the cord reinforcing material and a topping covering the cord material A cord reinforcing material element model in which rubber is divided into a finite number of elements, a rubber part element model in which the rubber part is divided into a finite number of elements, and the bead core is divided into a finite number of elements. And a cord reinforcement element model, wherein the cord material is a quadrilateral membrane having anisotropy defined. The topping rubber is a simulation method of tire performance according to claim 1 or 2, wherein the modeled into hexahedral solid elements while being modeled.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を図面
に基づき説明する。本実施形態では、図12に示すよう
な乗用車用ラジアルタイヤ(以下、単にタイヤというこ
とがある。)Tの性能をシミュレートするものを例示し
ている。タイヤTは、トレッド部12からサイドウォー
ル部13を経てビード部14のビードコア15の回りで
折り返されかつコードをタイヤ周方向に対して略90度
で傾けたプライ16aからなるカーカス16と、このカ
ーカス16のタイヤ半径方向外側かつトレッド部12の
内方に配されるベルト層17とを含むコード補強材Fを
具える。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, an example is shown that simulates the performance of a radial tire (hereinafter simply referred to as a tire) T for a passenger car as shown in FIG. The tire T has a carcass 16 composed of a ply 16a having a cord folded from the tread portion 12 through the sidewall portion 13 around the bead core 15 of the bead portion 14 and having a cord inclined at substantially 90 degrees with respect to the tire circumferential direction. And a belt layer 17 disposed outside the tire radial direction and inside the tread portion 12.

【0013】前記ベルト層17は、本例ではタイヤ周方
向に対して20度の角度で並列された内、外2枚のベル
トプライ17A、17Bが前記コードが交差する向きに
積層されて構成される。また本例では、前記ベルト層1
7のタイヤ半径方向外側に、ナイロンコードをタイヤ周
方向に実質的に平行に配列したバンド層19を具え、高
速走行時のベルト層17のリフティングを防止してい
る。なおバンド層19は本例ではベルト層17の両端部
を覆うエッジバンドと、ベルト層17の略全巾を覆うフ
ルバンドとから構成される。
In the present embodiment, the belt layer 17 is formed by laminating two inner and outer belt plies 17A and 17B in parallel with each other at an angle of 20 degrees with respect to the circumferential direction of the tire. You. In this example, the belt layer 1
7, a band layer 19 in which nylon cords are arranged substantially parallel to the tire circumferential direction is provided on the outer side in the tire radial direction to prevent lifting of the belt layer 17 during high-speed running. In this embodiment, the band layer 19 includes an edge band covering both ends of the belt layer 17 and a full band covering substantially the entire width of the belt layer 17.

【0014】なお前記カーカスプライ16Aは、例えば
ポリエステルなどの有機繊維コードを、またベルトプラ
イ17A、17Bはスチールコードを、それぞれシート
状のトッピングゴムにより被覆されて構成されている。
なおコード補強材Fには、前記カーカス16、ベルト層
17、バンド層19の他、ビード部14の剛性を補強す
るビード補強フィラーなどを必要に応じて含ませること
ができる。
The carcass ply 16A is formed by coating an organic fiber cord such as polyester, for example, and the belt plies 17A and 17B are formed by coating a steel cord with a sheet-like topping rubber.
The cord reinforcing material F may include a bead reinforcing filler that reinforces the rigidity of the bead portion 14 in addition to the carcass 16, the belt layer 17, and the band layer 19, if necessary.

【0015】またタイヤTは、前記各コード補強材Fの
外側に、トレッドゴム20、サイドウォールゴム21、
ビードゴム22などを配している。前記トレッドゴム2
0は、本例では前記ベルト層17の半径方向外側面に配
され、タイヤ子午断面において縦溝G1の溝底ラインの
下近傍を通りトレッド部12の表面に略沿ってのびるト
レッド部ベースゴム20aと、その外側に配され路面と
接触して様々な力を伝達するトレッド部キャップゴム2
0bとから構成された2層構造を例示する。
The tire T has a tread rubber 20, a sidewall rubber 21,
A bead rubber 22 and the like are provided. The tread rubber 2
Reference numeral 0 denotes a tread base rubber 20a that is disposed on the radially outer surface of the belt layer 17 in the present example, and extends substantially along the surface of the tread portion 12 in the meridional section of the tire, passing near below the groove bottom line of the longitudinal groove G1. And a tread cap rubber 2 disposed outside thereof and in contact with a road surface to transmit various forces.
0b is exemplified.

【0016】前記サイドウォールゴム21は、タイヤの
転動時に大きく屈曲する部分であり、路面の縁石と接触
したときでもタイヤTの側部を保護するもので、例えば
前記トレッドゴム20よりも複素弾性率が小さい柔軟な
ゴムを用いるのが好ましい。また前記ビードゴム22
は、リムフランジと接触する嵌合部付近に配され、例え
ば比較的弾性率の大きくかつ耐摩耗性に優れたゴムから
構成されうる。
The sidewall rubber 21 is a portion which is largely bent when the tire rolls, and protects the side portion of the tire T even when it comes into contact with a curb on a road surface. It is preferable to use a flexible rubber having a low rate. The bead rubber 22
Is disposed in the vicinity of the fitting portion in contact with the rim flange, and may be made of, for example, rubber having a relatively large elastic modulus and excellent wear resistance.

【0017】また、トレッド部12の外表面には、例え
ばタイヤ周方向にのびる縦溝G1と、この縦溝G1に交
わる向きにのびる横溝G2などにより所定のトレッドパ
ターンが形成されている。このトレッドパターンは、タ
イヤ性能に大きく影響を与えるもので、本実施形態のシ
ミュレーション方法では、後述するようにこのトレッド
パターンのタイヤ性能への影響を解析することが可能に
なる。
On the outer surface of the tread portion 12, a predetermined tread pattern is formed by, for example, a vertical groove G1 extending in the tire circumferential direction and a horizontal groove G2 extending in a direction crossing the vertical groove G1. This tread pattern greatly affects tire performance, and the simulation method of the present embodiment makes it possible to analyze the influence of this tread pattern on tire performance, as described later.

【0018】本シミュレーション方法を行う装置として
は、例えば図6に示すように、演算処理装置であるCP
Uと、このCPUの処理手順などが予め記憶されるRO
Mと、画像ないし数値を一時的に記憶しうる作業用メモ
リであるRAMと、入出力ポートと、これらを結ぶデー
タバスとから構成されている。
As an apparatus for performing the simulation method, for example, as shown in FIG.
U and RO in which the processing procedure of this CPU and the like are stored in advance.
M, a RAM which is a working memory capable of temporarily storing images or numerical values, input / output ports, and a data bus connecting these.

【0019】また、前記入出力ポートには、本例ではタ
イヤ有限要素モデルを設定するための数値などを入力す
るキーボード、マウス等の入力手段Iと、入力結果やシ
ミュレーション結果を表示しうるディスプレイ、プリン
タなどの出力手段Oと、ハードディスク、光磁気ディス
クなどの外部記憶装置Dとが接続されている。また前記
ROMには、予め図7に示すようなシミュレーションの
処理手順などが記憶されており以下説明する。
In the present embodiment, the input / output ports are provided with input means I such as a keyboard and a mouse for inputting numerical values for setting a tire finite element model, a display capable of displaying input results and simulation results, An output unit O such as a printer and an external storage device D such as a hard disk and a magneto-optical disk are connected. The ROM stores in advance the processing procedure of the simulation as shown in FIG. 7 and will be described below.

【0020】本実施形態のシミュレーション方法では、
評価しようとするこのようなタイヤTを、図1に示すよ
うな有限個の多数の要素2a、2b、2c…に分割した
タイヤ有限要素モデル2で近似し、有限要素法を用いて
前記タイヤ有限要素モデル2からタイヤ性能をシミュレ
ーションするもので、前記タイヤ有限要素モデル2は、
タイヤボディ部要素モデル3と、トレッドパターン部要
素モデル4とから構成されたものを示す。
In the simulation method of the present embodiment,
Such a tire T to be evaluated is approximated by a tire finite element model 2 divided into a finite number of elements 2a, 2b, 2c... As shown in FIG. The tire performance is simulated from the element model 2, and the tire finite element model 2 is
1 shows a tire body element model 3 and a tread pattern element model 4.

【0021】前記タイヤボディ部要素モデル3は、図
1、図2に示すように、タイヤボディ部1Bを有限要素
法に基づき分割して得られるものである。ここでタイヤ
ボディ部1Bとは、評価すべきタイヤにおいて周方向に
ついて実質的に同じ材料でかつ同じ断面形状が連続する
部分であって、本例では前記タイヤTからトレッドゴム
20のトレッド部キャップゴム20bだけを除いた部分
として定められる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the tire body part element model 3 is obtained by dividing the tire body part 1B based on the finite element method. Here, the tire body portion 1B is a portion where substantially the same material and the same cross-sectional shape are continuous in the circumferential direction in the tire to be evaluated. In this example, the tread cap rubber of the tread rubber 20 from the tire T is used in this example. It is determined as a portion excluding only 20b.

【0022】このタイヤボディ部1Bは、具体的には前
記タイヤのカーカス16、ベルト層17、バンド層19
を含むコード補強材Fと、トレッドゴム20のトレッド
部ベースゴム20a、サイドウォールゴム21、ビード
ゴム22を含むゴム部と、ビードコア15とを含む。
The tire body portion 1B is formed of a carcass 16, a belt layer 17, and a band layer 19 of the tire.
, A rubber portion including a tread base rubber 20 a, a sidewall rubber 21, and a bead rubber 22 of the tread rubber 20, and a bead core 15.

【0023】本例のシミュレーション方法では、前記タ
イヤボディ部1Bは、有限要素法に基づき有限個の要素
に分割される。有限要素法に基づく要素とは、例えば2
次元平面では四辺形要素など、3次元要素としては、4
面体ソリッド要素、5面体ソリッド要素、6面体ソリッ
ド要素など、いずれもコンピュータで処理可能な要素と
するのが望ましく、これらの要素は3次元座標X−Y−
Zを用いて相互の位置関係が逐一特定されうる。
In the simulation method of this embodiment, the tire body 1B is divided into a finite number of elements based on the finite element method. An element based on the finite element method is, for example, 2
For a three-dimensional element, such as a quadrilateral element on a dimensional plane, 4
It is desirable that all of the elements be a computer-processable element such as a solid solid element, a solid solid element, a solid solid element, a solid solid element, and the like, and these elements have three-dimensional coordinates XY-
The mutual positional relationship can be specified one by one using Z.

【0024】前記コード補強材Fとして例えばベルト層
17の任意の微小領域は、図3に示すように、コード補
強材要素モデル5に設定される。本例ではコード補強材
Fのうちコード材cは、四辺形膜要素5a5bにてモデ
ル化され、またトッピングゴムtについては、四辺形膜
要素5a又は5bを覆う六面体ソリッド要素5c、5
d、5eでモデル化したものを例示している。
For example, an arbitrary minute area of the belt layer 17 as the cord reinforcing material F is set in the cord reinforcing element model 5 as shown in FIG. In this example, the cord material c of the cord reinforcing material F is modeled by the quadrangular membrane elements 5a and 5b, and the topping rubber t is the hexahedral solid elements 5c and 5c covering the quadrangular membrane elements 5a or 5b.
Examples modeled by d and 5e are shown.

【0025】前記コード材cをモデル化した前記四辺体
膜要素5aの材料定義は、その厚さを例えばコード材c
の直径とし、コード材cの配列方向と、これと直交する
方向とにおいて剛性の異なる直交異方性材料として取り
扱い、各方向の剛性は均質化しているものとして取り扱
うことができる。またコード補強材Fのトッピングゴム
tを表す六面体ソリッド要素5c〜5eは、他のゴム部
材と同様に超粘弾性材料として定義して取り扱うことが
できる。
The material definition of the tetrahedral membrane element 5a, which models the cord material c, is such that its thickness is, for example, the cord material c
, And treated as orthogonally anisotropic materials having different stiffness in the arrangement direction of the cord material c and in the direction orthogonal thereto, and the stiffness in each direction can be treated as being homogenized. The hexahedral solid elements 5c to 5e representing the topping rubber t of the cord reinforcing material F can be defined and handled as a super viscoelastic material like other rubber members.

【0026】また、タイヤボディ部1Bのトレッド部ベ
ースゴム部10a、サイドウォールゴム21、ビードゴ
ム22、ビードコア14については、例えば六面体ソリ
ッド要素または五面体ソリッド要素でモデル化する処理
を行う。このようなモデル化は、前記入力手段Iを用い
て行うことができる。またタイヤボディ部要素モデル3
は、タイヤの回転軸を含む子午断面の2次元形状を特定
し、これを周方向に展開する形で要素分割することによ
り、比較的簡単にモデリングを行うことができる。
The tread base rubber portion 10a, the sidewall rubber 21, the bead rubber 22, and the bead core 14 of the tire body 1B are subjected to, for example, a process of modeling with a hexahedral solid element or a pentahedral solid element. Such modeling can be performed using the input means I. In addition, tire body part element model 3
Can relatively easily perform modeling by specifying a two-dimensional shape of a meridional section including a rotation axis of a tire and dividing the two-dimensional shape into elements that are developed in a circumferential direction.

【0027】このように、本例ではコード補強材Fを従
来のように1枚の平面シェル要素でモデル化するのでは
なく、コード材c、トッピングゴムtというように、そ
れぞれ材質の特性に応じてモデル化することによって、
実際の製品により近いタイヤ性能をシミュレートするこ
とが可能となる。また、各ゴム部20〜22、コード補
強材F、ビードコア14を有限要素にモデル化する際に
は、各ゴム、コードの複素弾性率、ビードコアの弾性率
などに基づき材料、剛性を定義しうる。
As described above, in the present embodiment, the cord reinforcing material F is not modeled by a single flat shell element as in the prior art, but is changed according to the characteristics of the material, such as the cord material c and the topping rubber t. By modeling
It is possible to simulate tire performance closer to an actual product. Further, when modeling each of the rubber parts 20 to 22, the cord reinforcing material F, and the bead core 14 as finite elements, the material and rigidity can be defined based on the complex elastic modulus of each rubber, cord, bead core, and the like. .

【0028】次に、前記トレッドパターン部要素モデル
4は、図4に示すように、タイヤのトレッドパターンを
タイヤ周方向の全周に亘り有限個の多数の要素に分割し
たトレッドパターン要素部を設定する処理により得られ
る。このパターン要素モデル4は、本例では前記トレッ
ドゴムのトレッド部キャップゴム20bをモデル化した
もので、前記タイヤボディ部要素モデル3とは別個に設
定された後、前記タイヤボディ部要素モデル3に結合さ
れるものを例示している。
Next, as shown in FIG. 4, the tread pattern part element model 4 sets a tread pattern element part obtained by dividing the tire tread pattern into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction. To be obtained. In this example, the pattern element model 4 is a model of the tread cap rubber 20b of the tread rubber. After being set separately from the tire body element model 3, the pattern element model 4 It illustrates what is combined.

【0029】本実施形態では、トレッドパターン部要素
モデル4は、タイヤ周方向に配されるトレッド部キャッ
プゴム20bを、有限個の多数の四面体要素4a、4b
…で分割したものを例示し、タイヤ全周にわたって構成
される。このようにトレッドパターン部要素モデル4
を、タイヤボディ部要素モデル3と分離してモデル化す
ることにより、例えば本例のように前記タイヤボディ部
要素モデル3よりも詳細に要素化(メッシュ化)でき、
トレッドパターンの影響をより詳しく解析しうる点で好
ましい。また、タイヤの内部構造を同じとし、トレッド
パターンのみ異なる種々のタイヤについては、トレッド
パターン部要素モデル4のみを設定し、タイヤボディ部
要素化モデル用3についてはこれを共用化でき、さらに
開発効率を向上しうる利点がある。
In the present embodiment, the tread pattern part element model 4 includes a finite number of tetrahedral elements 4a, 4b
.. Are illustrated over the entire circumference of the tire. Thus, the tread pattern part element model 4
Is modeled separately from the tire body part element model 3, for example, as in the present example, the element can be made more detailed (meshed) than the tire body part element model 3,
This is preferable because the influence of the tread pattern can be analyzed in more detail. In addition, for various tires having the same internal structure and different tread patterns, only the tread pattern element model 4 is set, and the tire body element model 3 can be used in common. There is an advantage that can be improved.

【0030】そして、本実施形態では前記タイヤボディ
部要素モデル3に、前記トレッドパターン部要素モデル
4を結合する処理を行うことにより、タイヤ有限要素モ
デル2を完成させる。なお図5に示すように、トレッド
パターン部要素モデル4の内側の面または節点は、タイ
ヤボディ部要素モデル3の面または節点に対してその相
対位置が変わらないように強制変位させるよう定義して
接合される。
In this embodiment, the tire finite element model 2 is completed by performing a process of combining the tread pattern part element model 4 with the tire body part element model 3. As shown in FIG. 5, the inner surface or node of the tread pattern element model 4 is defined so as to be forcibly displaced with respect to the surface or node of the tire body element model 3 so that its relative position does not change. Joined.

【0031】そして、本発明では、図9(A)に示すよ
うに、仮想リムに装着した前記タイヤ有限要素モデル2
を、突起、段差又は溝を含む非平坦部9を有する仮想路
面7に接地させて相対移動させたときの挙動をシミュレ
ーションする走行シミュレーション処理を行う。
In the present invention, as shown in FIG. 9A, the tire finite element model 2
Is performed on the virtual road surface 7 having a non-flat portion 9 including a protrusion, a step, or a groove, and a traveling simulation process is performed to simulate the behavior when the relative movement is performed.

【0032】前記「タイヤ有限要素モデル2を仮想リム
に装着する」とは、図8に示すように、タイヤ有限要素
モデル2のリム接触域10、10を拘束するとともに該
モデル2のビード部間のタイヤ軸方向距離Wをリム巾に
強制変位させることをいう。なお、タイヤ有限要素モデ
ル2の回転軸CLは、図8に示したようにタイヤ有限要
素モデル2のリム拘束域との相対距離rが常に一定とな
るよう連結固定されている。
As shown in FIG. 8, "mounting the tire finite element model 2 on the virtual rim" means that the rim contact areas 10 and 10 of the tire finite element model 2 are Of the tire axial direction W is forcibly displaced to the rim width. The rotation axis CL of the tire finite element model 2 is connected and fixed so that the relative distance r from the rim constraint area of the tire finite element model 2 is always constant, as shown in FIG.

【0033】また、仮想路面7の要素モデルを図9
(A)に示している。本実施形態では、仮想路面7は、
突起8からなる非平坦部9を具えているものを示す。仮
想路面7は、四辺形剛表面としてモデル化しており、前
記突起8は、図9(B)に拡大して示すように、四辺形
剛表面8a、8b、8c…を連結することによって形成
しており、本例では半径1cmの半円状突起を要素化した
ものを示す。
The element model of the virtual road surface 7 is shown in FIG.
It is shown in FIG. In the present embodiment, the virtual road surface 7 is
Shown is a non-flat portion 9 comprising a projection 8. The virtual road surface 7 is modeled as a quadrilateral rigid surface, and the projections 8 are formed by connecting quadrilateral rigid surfaces 8a, 8b, 8c... As shown in an enlarged manner in FIG. In this example, a semi-circular protrusion having a radius of 1 cm is shown as an element.

【0034】前記走行シミュレーション処理での所定の
走行条件としては、例えばタイヤ有限要素モデル2の内
圧、回転軸CLに作用する軸荷重、走行速度、スリップ
角、キャンバー角、タイヤ有限要素モデル2と仮想路面
7との間の摩擦係数などを含む。また前記内圧は、タイ
ヤ有限要素モデル2の内側面にタイヤ内圧に相当する等
分布荷重を作用させることにより設定しうる。
The predetermined running conditions in the running simulation processing include, for example, the internal pressure of the tire finite element model 2, the axial load acting on the rotation axis CL, the running speed, the slip angle, the camber angle, the tire finite element model 2, and the virtual. It includes the coefficient of friction with the road surface 7 and the like. The internal pressure can be set by applying an evenly distributed load corresponding to the tire internal pressure to the inner surface of the tire finite element model 2.

【0035】そして、タイヤ有限要素モデル2の突起乗
り越し時の振動特性を解析する走行シミュレーションを
行う際には、先ず図8に示したように、実際の使用条件
等に合わせて記タイヤ有限要素モデル2のビード部のリ
ム接触域10を拘束し、内圧を作用させた後、タイヤ有
限要素モデル2の回転軸CLに荷重を負荷して仮想路面
7に押しつけて接触させる。そして、タイヤ有限要素モ
デル2が前記非平坦部9を通過するように仮想路面7を
所定の速度で移動させる。
When performing a running simulation for analyzing the vibration characteristics of the tire finite element model 2 when riding over a protrusion, first, as shown in FIG. After the rim contact area 10 of the bead portion 2 is constrained and an internal pressure is applied, a load is applied to the rotation axis CL of the tire finite element model 2 and pressed against the virtual road surface 7 to make contact therewith. Then, the virtual road surface 7 is moved at a predetermined speed so that the tire finite element model 2 passes through the uneven portion 9.

【0036】このとき、タイヤ有限要素モデル2は、回
転軸CLを自由支持としており、前記仮想路面7との接
触による摩擦力により転動する。またタイヤ有限要素モ
デル2は、突起8を乗り越える際に、回転軸CLに前後
力、垂直荷重などが負荷される。
At this time, the tire finite element model 2 freely supports the rotation axis CL, and rolls by frictional force caused by contact with the virtual road surface 7. Further, when the tire finite element model 2 gets over the protrusion 8, a longitudinal force, a vertical load, and the like are applied to the rotation axis CL.

【0037】また、この走行シミュレーション処理から
前記非平坦部7aを通過する際のタイヤ有限要素モデル
2の少なくとも振動特性を取得する情報取得処理を行
う。この処理は、例えばタイヤ有限要素モデル2から、
時間の経過とともに変化するコーナリングフォース、接
地面の形状又は内部応力分布を含む情報を数値情報、な
いしアニメーションなどの画像情報として取得すること
ができる。
Further, information acquisition processing for acquiring at least vibration characteristics of the tire finite element model 2 when passing through the non-flat portion 7a is performed from the running simulation processing. This processing is performed, for example, from the tire finite element model 2,
Information including a cornering force that changes over time, a shape of a ground contact surface, or an internal stress distribution can be acquired as numerical information or image information such as animation.

【0038】前記情報としては、前記通過前後のタイヤ
有限要素モデル2の回転軸CLに作用しうる垂直荷重、
前後荷重、タイヤの内部応力分布を含む情報を取得する
のが好ましい。これにより、本シミュレーション方法で
は、非平坦部9を通過する際のタイヤ有限要素モデル2
の複雑な挙動、振動特性を解析することがきる。
The information includes a vertical load acting on the rotation axis CL of the tire finite element model 2 before and after the passage,
It is preferable to acquire information including the longitudinal load and the internal stress distribution of the tire. Thereby, in the present simulation method, the tire finite element model 2 when passing through the non-flat portion 9
Can analyze the complex behavior and vibration characteristics.

【0039】本シミュレーションは、有限要素法により
行われる。一般に、有限要素モデルに各種の境界条件を
与え、その系全体の力、変位などの情報を取得する手順
については、よく知られている公知の例に従い行うこと
ができる。なお本例の計算のアルゴリズムは、陽解法で
ある。例えば、要素の形状、要素の材料特性、例えば密
度、ヤング率、減衰係数などをもとに、要素の質量マト
リックスM、剛性マトリックスK、減衰マトリックスC
を作成する。
This simulation is performed by the finite element method. In general, a procedure for giving various boundary conditions to a finite element model and acquiring information such as force and displacement of the entire system can be performed according to a well-known example. The algorithm of the calculation in this example is an explicit method. For example, based on the shape of the element, material properties of the element, for example, density, Young's modulus, damping coefficient, etc., the element's mass matrix M, rigidity matrix K, damping matrix C
Create

【0040】前記各マトリックスを組み合わせて、シミ
ュレーションされる全体の系のマトリックスを作成す
る。また適宜境界条件をあてはめて、下記数1の運動方
程式を作成する。
The matrices of the entire system to be simulated are created by combining the above matrices. Also, by appropriately applying the boundary conditions, the following equation of motion is created.

【数1】 (Equation 1)

【0041】この数1を微小時間tごとにCPUにて逐
次計算することによりシミュレーションを行ないうる。
前記逐次計算の微小時間tは、全ての要素について応力
波の伝達時間を計算し、その最小時間の0.9倍以下の
時間とするのが好ましい。そして、前記情報取得処理と
して、タイヤ有限要素モデル2の回転軸CLに作用しう
る垂直荷重、前後荷重、タイヤの内部応力分布を含む情
報を取得するのが好ましい。
A simulation can be performed by sequentially calculating the equation (1) every minute time t by the CPU.
It is preferable that the minute time t in the successive calculation is a time that is 0.9 times or less the minimum time of calculating the transmission time of the stress wave for all elements. Then, as the information acquisition processing, it is preferable to acquire information including a vertical load, a longitudinal load, and an internal stress distribution of the tire that can act on the rotation axis CL of the tire finite element model 2.

【0042】タイヤには、コーナリングフォース、制動
性能、ノイズ性能、摩耗性能、転がり抵抗性能など多く
の性能が要求され、特にこれらのタイヤ性能を解析する
ためには、タイヤを転動させるシミュレーションが必要
となる。本実施形態のシミュレーションでは、タイヤボ
ディ部要素モデル2、トレッドパターン部要素モデル3
がいずれも周方向に連続するため転動シミュレーション
が可能であり、コーナリング性能や摩耗性能、さらに、
減衰の効果を考慮すれば振動性能、流体との連成により
ハイドロプレーニング性能についての予測・解析が可能
となる。
Tires are required to have many performances such as cornering force, braking performance, noise performance, wear performance, and rolling resistance performance. In particular, in order to analyze these tire performances, a simulation of rolling the tires is required. Becomes In the simulation of this embodiment, the tire body part element model 2, the tread pattern part element model 3
Are continuous in the circumferential direction, so rolling simulation is possible, and cornering performance, wear performance,
If the effect of damping is taken into account, it is possible to predict and analyze hydroplaning performance by coupling with vibration performance and fluid.

【0043】以上、詳述したが、本発明は上記実施形態
に限定されるものではなく、例えばタイヤボディ部1B
はベルト層までとし、トレッド部ベースゴム20aをト
レッドパターン部に含ませるなど、種々の態様に変形し
うる。また、仮想路面の非平坦部については、突起につ
いて例示したが段差、溝、さらには、突起が連続するも
のなどの他、種々摩擦係数を変えて雪路、氷路、砂地な
ど種々の路面として変形しうる。
Although described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the tire body 1B
Can be deformed in various modes, such as up to the belt layer and including the tread base rubber 20a in the tread pattern portion. In addition, as for the non-flat portion of the virtual road surface, the protrusions are exemplified, but steps, grooves, and even protrusions are continuous, and various road surfaces such as snowy roads, icy roads, and sandy grounds with various friction coefficients are changed. Can be deformed.

【0044】[0044]

【実施例】今回シミュレーションを行ったタイヤは、2
35/45ZR17LM602(住友ゴム工業株式会社
製)であり、突起を有する仮想路面を乗り越える際の回
転軸に作用する垂直荷重、前後荷重などについて調べ
た。このタイヤの有限要素モデルは図1に示したものと
同じであり、節点数は43896、要素数は76359
である。
[Example] The tires simulated this time were 2
35 / 45ZR17LM602 (manufactured by Sumitomo Rubber Industries, Ltd.), and a vertical load, a front-rear load, and the like acting on a rotating shaft when the vehicle crosses a virtual road surface having a protrusion were examined. The finite element model of this tire is the same as that shown in FIG. 1, with 43896 nodes and 76359 elements.
It is.

【0045】また仮想路面は、図9(A)、(B)に示
した突起を有する剛表面としてモデル化した。そしてタ
イヤ有限要素モデルのビード部を拘束し、タイヤ内圧荷
重を作用させた後、タイヤモデルを仮想路面に押しつけ
て荷重負荷し、路面をタイヤに対して所定の速度で移動
させて、突起乗り越し時のシミュレーションを行った。
タイヤ有限要素モデルは回転軸をフリーとしており、路
面の移動による摩擦力により転動する。タイヤと路面の
摩擦係数は、静動摩擦とともに1.0とした。路面の移
動速度は時速60km/hとした。
The virtual road surface was modeled as a rigid surface having projections shown in FIGS. 9A and 9B. Then, after confining the bead portion of the tire finite element model and applying a tire internal pressure load, the tire model is pressed against a virtual road surface to apply a load, and the road surface is moved at a predetermined speed with respect to the tire, when riding over a protrusion. Was simulated.
The tire finite element model has a free rotation axis and rolls due to frictional force due to the movement of the road surface. The coefficient of friction between the tire and the road surface was set to 1.0 together with static friction. The traveling speed of the road surface was 60 km / h.

【0046】図10には、本シミュレーションによるタ
イヤが突起を乗り越える瞬間の画像を示している。画像
には、応力分布図が色彩の変化により表現される。
FIG. 10 shows an image of the present simulation at the moment when the tire passes over the protrusion. In the image, a stress distribution diagram is represented by a change in color.

【0047】図11には、タイヤモデルの回転軸に発生
する垂直反力、前後反力について、縦軸に力、横軸に時
間をとりグラフで表示した。実線が実際のタイヤでの測
定結果であり、点線は本シミュレーション結果によるも
のであるが、両者は、良い相関を持っており、このシミ
ュレーションの精度の高さが窺える。
FIG. 11 is a graph showing the vertical reaction force and the longitudinal reaction force generated on the rotation axis of the tire model, with the vertical axis representing the force and the horizontal axis representing the time. The solid line is the measurement result of the actual tire, and the dotted line is the result of the present simulation. The two have a good correlation, indicating the high accuracy of this simulation.

【0048】[0048]

【発明の効果】上述したように、請求項1及び2記載の
発明では、実際の走行試験を行わずに段差や突起を有す
る任意の路面を通過する際のタイヤの挙動、振動特性を
解析することができるから開発効率を大幅に向上するこ
とができる。
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, the behavior and vibration characteristics of the tire when passing through an arbitrary road surface having steps or protrusions without performing an actual running test are analyzed. Can greatly improve the development efficiency.

【0049】また、請求項3記載の発明では、タイヤ有
限要素モデルは、タイヤ周方向に同一断面が連続するタ
イヤボディ部要素モデルに、トレッドパターンを全周に
わたって有限要素化したトレッドパターン部要素モデル
を備えるため、このタイヤ有限要素モデルを用いて走行
シミュレーションを行うことにより、トレッドパターン
の影響などを含め、精度の良いタイヤ性能をシミュレー
トでき、開発効率を高めるのに役立つ。
According to the third aspect of the present invention, the tire finite element model is a tread pattern part element model in which the tread pattern is converted into a finite element over the entire circumference in the tire body part element model having the same cross section in the tire circumferential direction. Therefore, by performing a running simulation using the tire finite element model, it is possible to simulate the tire performance with high accuracy, including the influence of the tread pattern, and to improve the development efficiency.

【0050】さらに、タイヤの内部構造に関して、カー
カス、ベルト層といったコード補強材、サイドウォール
ゴムなどのゴム部、ビードコアなど、各構造材を有限個
の複数の要素に分割した要素モデルを設定するととも
に、コード補強材のうちコード材については、異方性を
定義した四辺形膜要素にモデル化し、またトッピングゴ
ムについては六面体ソリッド要素にモデル化することに
よって、非常に精度の良いタイヤ性能をシミュレートで
き、タイヤのパターン形状や、カーカスやベルトの配
置、トッピングゴムの厚さなど詳細なタイヤ設計までを
検討可能としうる。
Further, regarding the internal structure of the tire, an element model in which each structural material is divided into a finite number of elements, such as a cord reinforcing material such as a carcass and a belt layer, a rubber portion such as a sidewall rubber, and a bead core, is set. By modeling the cord material among the cord reinforcement materials into quadrilateral membrane elements that define anisotropy, and modeling the topping rubber into hexahedral solid elements, it simulates highly accurate tire performance. It is possible to study detailed tire design such as tire pattern shape, arrangement of carcass and belt, and thickness of topping rubber.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のタイヤ有限要素モデルの斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view of a tire finite element model of the present invention.

【図2】タイヤボディ部要素モデルの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a tire body part element model.

【図3】コード補強材の要素モデル化を示す概念図であ
る。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing element modeling of a cord reinforcing material.

【図4】トレッドパターン部要素モデルの斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view of a tread pattern part element model.

【図5】タイヤ有限要素モデルの変形を例示する線図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a modification of the tire finite element model.

【図6】本発明のシミュレーション装置の実施形態を示
すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of a simulation device according to the present invention.

【図7】本実施形態の処理手順を示すフローチャート図
である。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a processing procedure according to the embodiment;

【図8】タイヤ有限要素モデルを仮想路面に接地させた
断面の概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram of a cross section in which a tire finite element model is grounded on a virtual road surface.

【図9】(A)は、タイヤ有限要素モデルを仮想路面に
接地させた斜視図であり、(B)はその非平坦部の部分
拡大図である。
FIG. 9A is a perspective view in which a tire finite element model is grounded on a virtual road surface, and FIG. 9B is a partially enlarged view of a non-flat portion thereof.

【図10】突起乗り越え時のタイヤ有限要素モデルのト
レッド面を示す側面図である。
FIG. 10 is a side view showing a tread surface of a tire finite element model when the vehicle goes over a protrusion.

【図11】(A)、(B)は、本シミュレーション結果
を示す力−時間のグラフである。
FIGS. 11A and 11B are force-time graphs showing the simulation results.

【図12】タイヤの断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a tire.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

T タイヤ 2 タイヤ有限要素モデル 3 タイヤボデイ部要素モデル 4 トレッドパターン部要素モデル 5 コード補強材要素モデル 7 仮想路面 9 仮想路面の非平坦部 T tire 2 tire finite element model 3 tire body part element model 4 tread pattern part element model 5 cord reinforcement element model 7 virtual road surface 9 virtual road surface non-flat part

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】評価しようとするタイヤを有限個の多数の
要素に分割したタイヤ有限要素モデルで近似し、有限要
素法を用いて前記タイヤ有限要素モデルからタイヤ性能
をシミュレーションするタイヤ性能のシミュレーション
方法であって、 仮想リムに装着した前記タイヤ有限要素モデルを、突
起、段差又は溝を含む非平坦部を有する仮想路面に接地
させて相対移動させたときの挙動をシミュレーションす
る走行シミュレーション処理と、 この走行シミュレーション処理から前記非平坦部を通過
する際のタイヤ有限要素モデルの少なくとも振動特性を
取得する情報取得処理とを含むことを特徴とするタイヤ
性能のシミュレーション方法。
1. A tire performance simulation method for approximating a tire to be evaluated by a tire finite element model obtained by dividing the tire into a finite number of elements, and simulating the tire performance from the tire finite element model using a finite element method. A running simulation process of simulating a behavior when the tire finite element model mounted on the virtual rim is relatively moved while being in contact with a virtual road surface having a non-flat portion including a protrusion, a step or a groove, and A tire performance simulation method, comprising: from a running simulation process, an information acquisition process for acquiring at least a vibration characteristic of a tire finite element model when passing through the non-flat portion.
【請求項2】前記走行シミュレーション処理は、タイヤ
有限要素モデルの内圧、軸荷重、走行速度、スリップ
角、キャンバー角、タイヤ有限要素モデルと仮想路面と
の間の摩擦係数を含む走行条件を設定して行うととも
に、 前記情報取得処理は、タイヤ有限要素モデルの回転軸に
作用する垂直荷重、前後荷重、タイヤの内部応力分布を
含む情報に基づいて処理することにより前記振動特性を
取得することを特徴とする請求項1記載のタイヤ性能の
シミュレーション方法。
2. The running simulation processing includes setting running conditions including an internal pressure, a shaft load, a running speed, a slip angle, a camber angle, and a friction coefficient between the tire finite element model and a virtual road surface of the tire finite element model. The information acquisition processing is characterized in that the vibration characteristics are acquired by performing processing based on information including a vertical load acting on a rotation axis of a tire finite element model, a front-rear load, and an internal stress distribution of a tire. The method for simulating tire performance according to claim 1, wherein
【請求項3】前記タイヤ有限要素モデルは、 カーカス、ベルトを含むコード補強材と、サイドウォー
ルゴム、ビードゴムを含むゴム部と、ビードコアとがタ
イヤ周方向に同一断面形状で連続するタイヤボディ部を
有限要素法に基づき分割したタイヤボディ部要素モデル
と、 このタイヤボディ部要素モデルの外周面に配されかつ前
記タイヤのトレッドパターンをタイヤ周方向の全周に亘
り有限個の多数の要素に分割したトレッドパターン部要
素モデルとからなり、 かつ前記タイヤボディ部要素モデルは、前記コード補強
材を構成するコード材とこれを被覆するトッピングゴム
とを夫々有限個の複数の要素に分割したコード補強材要
素モデルと、前記ゴム部を有限個の複数の要素に分割し
たゴム部要素モデルと、前記ビードコアを有限個の複数
の要素に分割したビードコア要素モデルとを含み、 しかも、前記コード補強材要素モデルは、前記コード材
を異方性が定義された四辺形膜要素にモデル化されると
ともに前記トッピングゴムは六面体ソリッド要素にモデ
ル化されたことを特徴とする請求項1又は2記載のタイ
ヤ性能のシミュレーション方法。
3. The tire finite element model includes a cord reinforcing material including a carcass and a belt, a rubber portion including a sidewall rubber and a bead rubber, and a tire body portion in which a bead core is continuous with the same sectional shape in the tire circumferential direction. A tire body part element model divided based on a finite element method, and a tread pattern of the tire arranged on the outer peripheral surface of the tire body part element model and divided into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction. A tread pattern part element model, and the tire body part element model is a cord reinforcing material element in which a cord material constituting the cord reinforcing material and a topping rubber covering the cord material are each divided into a finite number of elements. A model, a rubber part element model obtained by dividing the rubber part into a finite number of elements, and a finite number of And a bead core element model divided into elements, and the cord reinforcing element model is obtained by modeling the cord material into a quadrilateral membrane element with anisotropy defined, and the topping rubber becomes a hexahedral solid element. 3. The method for simulating tire performance according to claim 1, wherein the method is modeled.
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