JPH11321257A - 転動状態に対する空気入りタイヤの設計方法 - Google Patents
転動状態に対する空気入りタイヤの設計方法Info
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- JPH11321257A JPH11321257A JP11118137A JP11813799A JPH11321257A JP H11321257 A JPH11321257 A JP H11321257A JP 11118137 A JP11118137 A JP 11118137A JP 11813799 A JP11813799 A JP 11813799A JP H11321257 A JPH11321257 A JP H11321257A
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- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
- B60C5/00—Inflatable pneumatic tyres or inner tubes
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 摩耗特性、コーナリング特性を判定する。
【解決手段】 転動状態における空気入りタイヤの設計
方法は、オペレーターにより形成される有限要素タイヤ
モデルを使用する。変数の第1の組がこのタイヤモデル
に応用され、定常状態の踏面条件及び踏面の制約が収束
するならば、タイヤモデルへの変数のかかる適用から得
られた定常状態の踏面条件が予定された踏面の制約と対
比される。そうでない場合は、組になっている制御変数
の値が増加され、踏面の制約において定常状態の踏面条
件が収束するまで再び比較が行われる。
方法は、オペレーターにより形成される有限要素タイヤ
モデルを使用する。変数の第1の組がこのタイヤモデル
に応用され、定常状態の踏面条件及び踏面の制約が収束
するならば、タイヤモデルへの変数のかかる適用から得
られた定常状態の踏面条件が予定された踏面の制約と対
比される。そうでない場合は、組になっている制御変数
の値が増加され、踏面の制約において定常状態の踏面条
件が収束するまで再び比較が行われる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は空気入りタイヤの設計及
び製造の技術に関する。より特別には、本発明は、種々
の構造形態及び作動上の制約下でタイヤ性能をモデル化
するための方法及び装置に関する。更に特別には、本発
明は、定常転動状態にあるタイヤ性能をモデル化するた
めに有限要素解析法を使用する方法及び装置に関する。
び製造の技術に関する。より特別には、本発明は、種々
の構造形態及び作動上の制約下でタイヤ性能をモデル化
するための方法及び装置に関する。更に特別には、本発
明は、定常転動状態にあるタイヤ性能をモデル化するた
めに有限要素解析法を使用する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来技術及びその課題】過去においては、空気入りタ
イヤの設計は、主に、既設計の同様な空気入りタイヤの
歴史及び製造に基づいていた。換言すれば、構造と性能
とを相関付けるために利用し得るデータは、主に、実際
に装着されそして試験データが得られたそれまでの物理
的構造に基づいていた。かかるデータベースにより、設
計者は特定の設計の特徴が、摩耗、コーナリング、或は
残存セルフアライニングトルクのようなタイヤ性能にど
のように影響を与えるかを推定し又は計画した。かかる
タイヤのモデル化又は設計の方法は非常に費用と時間と
がかかり、誤差を与えることも多いことは言うまでもな
い。タイヤ性能のある面を改善しようとした設計変更
が、他の面に悪影響を与えることが見いだされたことも
しばしばある。不幸にも、タイヤ設計が完了し試験タイ
ヤが使用されるまでは発見されなかった。
イヤの設計は、主に、既設計の同様な空気入りタイヤの
歴史及び製造に基づいていた。換言すれば、構造と性能
とを相関付けるために利用し得るデータは、主に、実際
に装着されそして試験データが得られたそれまでの物理
的構造に基づいていた。かかるデータベースにより、設
計者は特定の設計の特徴が、摩耗、コーナリング、或は
残存セルフアライニングトルクのようなタイヤ性能にど
のように影響を与えるかを推定し又は計画した。かかる
タイヤのモデル化又は設計の方法は非常に費用と時間と
がかかり、誤差を与えることも多いことは言うまでもな
い。タイヤ性能のある面を改善しようとした設計変更
が、他の面に悪影響を与えることが見いだされたことも
しばしばある。不幸にも、タイヤ設計が完了し試験タイ
ヤが使用されるまでは発見されなかった。
【0003】近年、予め決められた演算基準への種々の
構造の反応を評価し又は査定するために有限要素解析の
手法が使用されてきた。本技術熟練者によく知られるよ
うに、有限要素解析は、連結された節点のマトリックス
で特定の構造を表し、種々の設定条件下でのこれら節点
の反応を評価する。タイヤ構造に対する有限要素解析評
価法の概念は静的な条件下で使われてきたが、転動して
いるタイヤの反応を評価するためには、これまで常習的
には使われていない。タイヤ設計に関する対象物の作用
は主にタイヤの回転運動と関係するため、従来は、有限
要素解析の手法は、静的なタイヤ踏面の初歩的な解析に
利用されただけであった。
構造の反応を評価し又は査定するために有限要素解析の
手法が使用されてきた。本技術熟練者によく知られるよ
うに、有限要素解析は、連結された節点のマトリックス
で特定の構造を表し、種々の設定条件下でのこれら節点
の反応を評価する。タイヤ構造に対する有限要素解析評
価法の概念は静的な条件下で使われてきたが、転動して
いるタイヤの反応を評価するためには、これまで常習的
には使われていない。タイヤ設計に関する対象物の作用
は主にタイヤの回転運動と関係するため、従来は、有限
要素解析の手法は、静的なタイヤ踏面の初歩的な解析に
利用されただけであった。
【0004】タイヤの運動の基本的なモードは定常的に
転動しているタイヤの運動であるため、このような定常
状態の作動条件にあるタイヤの解析を達成し得ることが
最も望まれる。
転動しているタイヤの運動であるため、このような定常
状態の作動条件にあるタイヤの解析を達成し得ることが
最も望まれる。
【0005】
【発明の開示】以上に鑑み、タイヤ性能が定常状態の転
動条件下でモデル化されるようにして転動状態の空気入
りタイヤを設計する方法を提供することが本発明の第1
の態様である。
動条件下でモデル化されるようにして転動状態の空気入
りタイヤを設計する方法を提供することが本発明の第1
の態様である。
【0006】本発明の別の態様は、コーナリング、摩耗
及び残存アライニングトルクを含んだ領域でのタイヤ設
計を改善するための、転動状態における空気入りタイヤ
の設計方法の提供である。
及び残存アライニングトルクを含んだ領域でのタイヤ設
計を改善するための、転動状態における空気入りタイヤ
の設計方法の提供である。
【0007】本発明の更に別の態様は、制御アルゴリズ
ムが静的荷重のかけられたタイヤの有限要素(fini
te element)解析を反復して実行する転動状
態の空気入りタイヤの設計方法の提供である。
ムが静的荷重のかけられたタイヤの有限要素(fini
te element)解析を反復して実行する転動状
態の空気入りタイヤの設計方法の提供である。
【0008】本発明のなお別の態様は、収束が達成され
るまで逐次代入法により踏面モデルに修正が加えられる
転動状態の空気入りタイヤの設計方法の提供である。
るまで逐次代入法により踏面モデルに修正が加えられる
転動状態の空気入りタイヤの設計方法の提供である。
【0009】本発明の更なる態様は、現存の有限要素解
析技術を使用し希望の設計を達成するために、この手法
を反復して適用することにより容易に実行される転動状
態の空気入りタイヤの設計方法の提供である。
析技術を使用し希望の設計を達成するために、この手法
を反復して適用することにより容易に実行される転動状
態の空気入りタイヤの設計方法の提供である。
【0010】本発明のなお別の目的は、過渡的な挙動を
モデル化する必要なしに、転動状態を達成するために静
的な解析を使用し得る転動状態の空気入りタイヤの設計
方法の提供である。
モデル化する必要なしに、転動状態を達成するために静
的な解析を使用し得る転動状態の空気入りタイヤの設計
方法の提供である。
【0011】ここに明らかにされるであろう以上及びそ
の他の態様は実施態様により達成される。
の他の態様は実施態様により達成される。
【0012】
【本発明を実行するための最良の方式】本発明の目的、
技術及び構成を完全に理解するために、以下の詳細な説
明及び付属図面を参照する。
技術及び構成を完全に理解するために、以下の詳細な説
明及び付属図面を参照する。
【0013】技術熟練者は、転動しているタイヤのモデ
ル化が困難な業務であることを認めるであろう。特に多
種のタイヤを確かめねばならない場合、必要な多数の増
分段階とともに、変数の数がタイヤの設計及び最適化の
ための転動タイヤのモデル化のための負担を大きくす
る。従って、本発明の概念は、静的な(静止時の)タイ
ヤのモデル化手順を使用して、定常的に転動しているタ
イヤに生ずる詳細な力、応力、歪及び撓みを解析して判
定し、更にこの技術を適用して摩耗、コーナリング特性
及び残存セルフアライニングトルクに対して改良された
タイヤを作ることであることが理解されるであろう。こ
の目的を達成するために、本発明の概念は、収束した結
果が定常転動状態の正確なシミュレーションである反復
計算ループとリンクされたタイヤ構造のコンピューター
シミュレーションを使用することである。この結果は、
タイヤの荷重及び変形の諸変数に特定の増分変化を使用
し改良されよく収束した解を繰り返し求めるすることに
より達成される。
ル化が困難な業務であることを認めるであろう。特に多
種のタイヤを確かめねばならない場合、必要な多数の増
分段階とともに、変数の数がタイヤの設計及び最適化の
ための転動タイヤのモデル化のための負担を大きくす
る。従って、本発明の概念は、静的な(静止時の)タイ
ヤのモデル化手順を使用して、定常的に転動しているタ
イヤに生ずる詳細な力、応力、歪及び撓みを解析して判
定し、更にこの技術を適用して摩耗、コーナリング特性
及び残存セルフアライニングトルクに対して改良された
タイヤを作ることであることが理解されるであろう。こ
の目的を達成するために、本発明の概念は、収束した結
果が定常転動状態の正確なシミュレーションである反復
計算ループとリンクされたタイヤ構造のコンピューター
シミュレーションを使用することである。この結果は、
タイヤの荷重及び変形の諸変数に特定の増分変化を使用
し改良されよく収束した解を繰り返し求めるすることに
より達成される。
【0014】本発明の概念は、定常的に転動しているタ
イヤの評価に関係する。本発明においては、定常転動と
は、タイヤ軸に平行な基準フレームから見たとき、測定
可能なタイヤの諸変数−軸荷重、内部応力と歪、変形、
踏面のずれ、及び踏面形状−の全てが一定であって時間
とともに変化しない転動として定義される。この定常転
動条件には、垂直方向の力に加えて、曲線走行の際に遭
遇するサイドフォース、駆動トルクまたは制動トルク、
或いはこれらの適宜な力の組合せが含まれる。実験室に
おいては、制約及び/又は荷重が一定の転動タイヤでは
僅か1、2回転後に定常転動状態に達することに特に注
意すべきである。典型的に、自動車用タイヤは、オペレ
ーターからの一定入力に続く同程度の時間内に定常転動
状態に達することに注意されたい。このため、及び本技
術熟練者により理解されるであろうように、タイヤが遭
遇する移動の大部分は定常転動状態にあるか、又はこれ
に近い状態である。従って、タイヤ設計のために必要な
解析のかなりの部分に対して、定常転動状態のシミュレ
ーションが望まれる。
イヤの評価に関係する。本発明においては、定常転動と
は、タイヤ軸に平行な基準フレームから見たとき、測定
可能なタイヤの諸変数−軸荷重、内部応力と歪、変形、
踏面のずれ、及び踏面形状−の全てが一定であって時間
とともに変化しない転動として定義される。この定常転
動条件には、垂直方向の力に加えて、曲線走行の際に遭
遇するサイドフォース、駆動トルクまたは制動トルク、
或いはこれらの適宜な力の組合せが含まれる。実験室に
おいては、制約及び/又は荷重が一定の転動タイヤでは
僅か1、2回転後に定常転動状態に達することに特に注
意すべきである。典型的に、自動車用タイヤは、オペレ
ーターからの一定入力に続く同程度の時間内に定常転動
状態に達することに注意されたい。このため、及び本技
術熟練者により理解されるであろうように、タイヤが遭
遇する移動の大部分は定常転動状態にあるか、又はこれ
に近い状態である。従って、タイヤ設計のために必要な
解析のかなりの部分に対して、定常転動状態のシミュレ
ーションが望まれる。
【0015】有限要素解析のよく知られた手法と一致し
て、本発明は、タイヤ踏面における個別接触点の特定の
計算された増分的な変位制御を行う手法を使用する。こ
れらの点又は節点は、有限要素解析において典型的に評
価される節点である。踏面の節点は模擬路面と接触して
いる全タイヤの部分である。反復した静的な解から定常
転動の予知を達成するために、定常的な踏面の特有の諸
性質に基づいて増分変位計算を行う。タイヤと路面との
境界において滑らずかつ路面が変形しない状態であると
したとき、定常状態の動的条件は踏面において定義され
る。かかる踏面が図1及び2に示され、これらにおいて
は、路面12上で転動していて、これにより両者間の境
界面における接触部14を確立しているタイヤ10が示
される。本発明により、横すべりなしの定常的な転動に
対する踏面又は接触部14における動的条件は次の通り
である。
て、本発明は、タイヤ踏面における個別接触点の特定の
計算された増分的な変位制御を行う手法を使用する。こ
れらの点又は節点は、有限要素解析において典型的に評
価される節点である。踏面の節点は模擬路面と接触して
いる全タイヤの部分である。反復した静的な解から定常
転動の予知を達成するために、定常的な踏面の特有の諸
性質に基づいて増分変位計算を行う。タイヤと路面との
境界において滑らずかつ路面が変形しない状態であると
したとき、定常状態の動的条件は踏面において定義され
る。かかる踏面が図1及び2に示され、これらにおいて
は、路面12上で転動していて、これにより両者間の境
界面における接触部14を確立しているタイヤ10が示
される。本発明により、横すべりなしの定常的な転動に
対する踏面又は接触部14における動的条件は次の通り
である。
【0016】1.踏面の全ての節点が、踏面の前端部か
ら後端部への真っすぐな軌道16を移動する。
ら後端部への真っすぐな軌道16を移動する。
【0017】2.接触節点の軌道16は移動方向と平行
でありかつ整列する。この移動方向は、車輪平面に対し
てコーナリング角又は横すべり角αにある。真っすぐな
軌跡は、先頭の接触点と横すべり角とにより完全に定義
される。
でありかつ整列する。この移動方向は、車輪平面に対し
てコーナリング角又は横すべり角αにある。真っすぐな
軌跡は、先頭の接触点と横すべり角とにより完全に定義
される。
【0018】3.図3A及び3Bに示されるように、接
触節点の軌跡16の方向における伸び率λは踏面の前端
から後端まで均一である。伸び率λは、式 λ=RE/R
O に従ってタイヤの有効転動半径とタイヤの膨らみかつ
撓みのないときの半径との間の比により定められる。
触節点の軌跡16の方向における伸び率λは踏面の前端
から後端まで均一である。伸び率λは、式 λ=RE/R
O に従ってタイヤの有効転動半径とタイヤの膨らみかつ
撓みのないときの半径との間の比により定められる。
【0019】4.定常転動連続条件は、踏面の前端にお
ける引張りずれ応力がゼロであることを必要とする。こ
れらの基本的な踏面に対する制約を要約すれば、各節点
に対して横すべり角αの直線の軌跡があり、軌跡にわた
って均一な伸び率があり、そして前端におけるずれ応力
がゼロである。
ける引張りずれ応力がゼロであることを必要とする。こ
れらの基本的な踏面に対する制約を要約すれば、各節点
に対して横すべり角αの直線の軌跡があり、軌跡にわた
って均一な伸び率があり、そして前端におけるずれ応力
がゼロである。
【0020】本発明により、有限要素解析法は、静的に
撓んだタイヤについての詳細な均衡解を得るための手段
を提供し、上述の定常転動している踏面条件を、対応し
た踏面形状、反力及び接触引張り応力とともに規定す
る。現在利用可能な有限要素解析法のソフトウエアは、
この機能を正確に行うことができる。有限要素解析は以
下の特性を有する有限要素タイヤモデルで行われる。
撓んだタイヤについての詳細な均衡解を得るための手段
を提供し、上述の定常転動している踏面条件を、対応し
た踏面形状、反力及び接触引張り応力とともに規定す
る。現在利用可能な有限要素解析法のソフトウエアは、
この機能を正確に行うことができる。有限要素解析は以
下の特性を有する有限要素タイヤモデルで行われる。
【0021】1.モデルは、特定の内圧及び荷重に対す
る全踏面又は接触部14を再現できる。
る全踏面又は接触部14を再現できる。
【0022】2.定常転動の諸要求に合致するために、
タイヤモデルのトレッドは、連続した円周方向のトレッ
ドリブ又は平らなトレッドとして模擬することができ
る。しかし、トレッドパターンの構造的な影響は、プロ
グラム又は/解析を利用でき或いは市販の微細要素コー
ドの販売者により提供される同等の直交異方性材料でト
レッドを構成することによりそのモデルに含むことがで
きる。
タイヤモデルのトレッドは、連続した円周方向のトレッ
ドリブ又は平らなトレッドとして模擬することができ
る。しかし、トレッドパターンの構造的な影響は、プロ
グラム又は/解析を利用でき或いは市販の微細要素コー
ドの販売者により提供される同等の直交異方性材料でト
レッドを構成することによりそのモデルに含むことがで
きる。
【0023】定常転動の解を与える反復制御ループを実
行するためには、問題の変数を決めなければならない。
本発明により、かかる変数の三つの特別なグループがア
ドレスされる。変数の初期のグループは使用者により典
型的に特定されるものであって、空気圧、キャンバー
角、垂直方向の力又は撓み、横すべり角又はコーナリン
グフォース/横方向の力、及び駆動力又は制動力を含
む。これらの変数については、特定の垂直方向の力又は
撓みに収束させるため及び/又は特定されたコーナリン
グ角度又は横方向の力に収束させるための反復スキーム
を考えることができる。変数の別な組は初期の踏面の制
約を含み、これは、上述のように、評価すべき接触節点
の真っすぐで平行な軌跡、任意の特定軌跡に沿った均一
な伸び率λ、及び先端部のずれ引張りゼロを含む。
行するためには、問題の変数を決めなければならない。
本発明により、かかる変数の三つの特別なグループがア
ドレスされる。変数の初期のグループは使用者により典
型的に特定されるものであって、空気圧、キャンバー
角、垂直方向の力又は撓み、横すべり角又はコーナリン
グフォース/横方向の力、及び駆動力又は制動力を含
む。これらの変数については、特定の垂直方向の力又は
撓みに収束させるため及び/又は特定されたコーナリン
グ角度又は横方向の力に収束させるための反復スキーム
を考えることができる。変数の別な組は初期の踏面の制
約を含み、これは、上述のように、評価すべき接触節点
の真っすぐで平行な軌跡、任意の特定軌跡に沿った均一
な伸び率λ、及び先端部のずれ引張りゼロを含む。
【0024】最後に、制御変数は、踏面又は接触部の均
一な垂直方向の移動、踏面の均一な横方向及び前後方向
の移動、接触部における個々の節線の横方向及び前後方
向の移動、並びに有効転動半径を含む。
一な垂直方向の移動、踏面の均一な横方向及び前後方向
の移動、接触部における個々の節線の横方向及び前後方
向の移動、並びに有効転動半径を含む。
【0025】本発明の概念は、ループを繰り返して特定
の設計目的に対する解に収束するため、有限要素解析法
と組み合って、使用者の特定した変数、初期の踏面の制
約、及び初期の制御変数をアドレスすることであること
が明らかとなったであろう。事実上、反復手法は、前述
の使用者の特定する変数によりモデルから得られる最初
の踏面又は接触部を確定するために静的な解から開始す
る。これら変数は解の独立変数であり、ループの開始時
に設定され、その後は一定に保たれる。最初の踏面又は
接触部が確立したら、解析は主反復ループに入り、そし
て増分は、制御変数を調整することによって踏面の制約
を満たすようにされる。これらの特別の段階が図5の手
順において説明される。図示のように、本発明の基本的
な方法手順は流れ図形式で示され一般に番号20で示さ
れる。22においてプログラムが開始されると、第1段
階は24におけるようにタイヤモデルを作ることであ
る。熟練技術者は、このタイヤモデルが、モデルを構成
している各節点の撓み、力、応力及び歪を評価するため
の同伴方程式を有する有限要素モデルであることを認め
るであろう。有限要素モデルを作るためのかかるプログ
ラムは、一般に市場で入手可能である。段階26、28
及び30において、タイヤ内圧、半径方向荷重、横すべ
り角及びキャンバーのような使用者特定変数が設定され
る。これらの条件が設定されると、一定状態の踏面条件
が32において調査され、34のようにこれらが踏面の
制約を満たすか否かが判定される。定常状態の踏面条件
が36におけるように踏面の制約により収束しない場合
は、40におけるように収束を達成し42におけるよう
にように解を得てプログラムが終了するまで、制御変数
が38のように増加され、32、34、36、38の反
復ループが継続される。
の設計目的に対する解に収束するため、有限要素解析法
と組み合って、使用者の特定した変数、初期の踏面の制
約、及び初期の制御変数をアドレスすることであること
が明らかとなったであろう。事実上、反復手法は、前述
の使用者の特定する変数によりモデルから得られる最初
の踏面又は接触部を確定するために静的な解から開始す
る。これら変数は解の独立変数であり、ループの開始時
に設定され、その後は一定に保たれる。最初の踏面又は
接触部が確立したら、解析は主反復ループに入り、そし
て増分は、制御変数を調整することによって踏面の制約
を満たすようにされる。これらの特別の段階が図5の手
順において説明される。図示のように、本発明の基本的
な方法手順は流れ図形式で示され一般に番号20で示さ
れる。22においてプログラムが開始されると、第1段
階は24におけるようにタイヤモデルを作ることであ
る。熟練技術者は、このタイヤモデルが、モデルを構成
している各節点の撓み、力、応力及び歪を評価するため
の同伴方程式を有する有限要素モデルであることを認め
るであろう。有限要素モデルを作るためのかかるプログ
ラムは、一般に市場で入手可能である。段階26、28
及び30において、タイヤ内圧、半径方向荷重、横すべ
り角及びキャンバーのような使用者特定変数が設定され
る。これらの条件が設定されると、一定状態の踏面条件
が32において調査され、34のようにこれらが踏面の
制約を満たすか否かが判定される。定常状態の踏面条件
が36におけるように踏面の制約により収束しない場合
は、40におけるように収束を達成し42におけるよう
にように解を得てプログラムが終了するまで、制御変数
が38のように増加され、32、34、36、38の反
復ループが継続される。
【0026】熟練技術者は、反復ループが以下の方法で
踏面の接触節点の位置を調整することを認めるであろ
う。
踏面の接触節点の位置を調整することを認めるであろ
う。
【0027】1.全部の垂直方向の力を保存するように
踏面の垂直方向位置を調整し、 2.前端部の横方向の平均ずれ引張り力をゼロに減らす
ように踏面の横方向位置を調整し、 3.前端部の前後方向の平均引張り力をゼロに減らすよ
うに踏面の均一な前後位置を調整し、 4.特定された横方向の力を保存するように横すべり角
αを調整し、 5.特定された駆動力又は制動力を保存するように有効
転動半径を調整し、 6.前端部の横方向ずれ引張り力を減らすように各前端
部の節点の横方向位置を調整し、そして 7.前端部における前後方向のずれ引張り力を減らすた
めに前端の節点の各の前後方向位置を調整する。
踏面の垂直方向位置を調整し、 2.前端部の横方向の平均ずれ引張り力をゼロに減らす
ように踏面の横方向位置を調整し、 3.前端部の前後方向の平均引張り力をゼロに減らすよ
うに踏面の均一な前後位置を調整し、 4.特定された横方向の力を保存するように横すべり角
αを調整し、 5.特定された駆動力又は制動力を保存するように有効
転動半径を調整し、 6.前端部の横方向ずれ引張り力を減らすように各前端
部の節点の横方向位置を調整し、そして 7.前端部における前後方向のずれ引張り力を減らすた
めに前端の節点の各の前後方向位置を調整する。
【0028】次いで、直線かつ平行な軌跡に対する要求
を保存しつつ接触節点の変位調整を重ねる。調整された
路面接触節点の変位の結果として定常転動踏面に対する
改善された近似が得られるように有限要素解が得られ
る。この反復ループは、修正された節点の力及び変位を
求めつつ連続する。40−50回のかかるループサイク
ルから定常状態の転動解に至る合理的な収束に達するこ
とができる。
を保存しつつ接触節点の変位調整を重ねる。調整された
路面接触節点の変位の結果として定常転動踏面に対する
改善された近似が得られるように有限要素解が得られ
る。この反復ループは、修正された節点の力及び変位を
求めつつ連続する。40−50回のかかるループサイク
ルから定常状態の転動解に至る合理的な収束に達するこ
とができる。
【0029】熟練技術者は、定常転動している試験タイ
ヤにおいて路面上のトレッドのすべりが観察され、かつ
これが定常転動状態の一部分を構成することを容易に認
めるであろう。有限要素モデルの間隙/接触要素に対す
る有限摩擦を推定することにより、解におけるすべりが
許される場合は、すべり区域内では真っすぐな軌跡及び
均一伸びの定常転動の諸要求は緩和されなばならない。
図6A及び6Bに示されるように、有限摩擦により、反
復制御ループは上述と同じ段階を通って進む。各有限要
素解のなかで、隙間要素アルゴリズムは、ずれ引張り力
が摩擦限界を越えるすべりを試験しかつこれを許す。図
面に示されるように、すべり経路46は接触部44の標
準の直線軌跡16から逸れる。従って、すべりなしの制
約条件はすべり条件を越えた節点においては課せられな
い。接触点すべりのパターンは解の他の変数により収束
するであろう。定常転動解に基づくタイヤ摩耗解析のた
めに、有限摩擦すべり変位係数の使用が特に適している
ことが見いだされた。
ヤにおいて路面上のトレッドのすべりが観察され、かつ
これが定常転動状態の一部分を構成することを容易に認
めるであろう。有限要素モデルの間隙/接触要素に対す
る有限摩擦を推定することにより、解におけるすべりが
許される場合は、すべり区域内では真っすぐな軌跡及び
均一伸びの定常転動の諸要求は緩和されなばならない。
図6A及び6Bに示されるように、有限摩擦により、反
復制御ループは上述と同じ段階を通って進む。各有限要
素解のなかで、隙間要素アルゴリズムは、ずれ引張り力
が摩擦限界を越えるすべりを試験しかつこれを許す。図
面に示されるように、すべり経路46は接触部44の標
準の直線軌跡16から逸れる。従って、すべりなしの制
約条件はすべり条件を越えた節点においては課せられな
い。接触点すべりのパターンは解の他の変数により収束
するであろう。定常転動解に基づくタイヤ摩耗解析のた
めに、有限摩擦すべり変位係数の使用が特に適している
ことが見いだされた。
【0030】本発明により一般に使用されかつ図5に示
されたような定常状態の踏面の計算段階の方法により、
特別な応用の考えを試みることができる。さて、図7を
参照すれば、有限要素摩耗解析を達成する方法が、一般
に番号50で示される。この場合、主な関心事はタイヤ
摩耗を最適にするための設計パラメーターである。52
において、タイヤの特徴は、材料、トレッドの諸性質、
及び同等事項について定められる。有限要素タイヤモデ
ルが一般に54で示され、56において内圧負荷がモデ
ルに加えられる。これらの設定基準により、58におい
て定常状態の転動荷重条件がモデルに設定され、60に
おいて踏面の有限摩擦を使用した定常状態の転動踏面ア
ルゴリズムにより収束への反復が行われる。このように
して収束すると、62において、踏面で消費される摩擦
による摩耗エネルギーが計算される。これは、上述され
た特定のタイヤ形状の摩耗可能性の指標である。64に
おいて、タイヤ荷重条件の別の設定が望まれる場合は、
かかる決定が66において行われ、そして68において
定常状態の荷重条件が修正され、58において有限要素
タイヤモデルに加えられる。この場合も、踏面における
有限摩擦を使って一定形状の踏面アルゴリズムによる収
束への反復が行われ、そして62において再び摩耗可能
性が判定される。タイヤ荷重条件の希望の組の全てが評
価されたら、そのとき記述されたループが70から出
て、72においてタイヤ設計パラメーターの別の設定が
望ましいか否かの判定が行われる。74においてかかる
設計パラメーターが考慮すべきであると判定した場合
は、プロセスループは52に戻り、ここで、タイヤ形状
が再び決められる。再決定されたタイヤに対して、76
においてタイヤ設計パラメーターの全ての組が終了する
まで種々の定常状態の転動条件に対する収束までの反復
が行われる。このとき、78においてこの特徴に対する
最良の設計が選択されるように、78において摩耗性能
に対する種々の選ばれた設計パラメーターの結果が比較
される。次いでプログラムは80において停止する。
されたような定常状態の踏面の計算段階の方法により、
特別な応用の考えを試みることができる。さて、図7を
参照すれば、有限要素摩耗解析を達成する方法が、一般
に番号50で示される。この場合、主な関心事はタイヤ
摩耗を最適にするための設計パラメーターである。52
において、タイヤの特徴は、材料、トレッドの諸性質、
及び同等事項について定められる。有限要素タイヤモデ
ルが一般に54で示され、56において内圧負荷がモデ
ルに加えられる。これらの設定基準により、58におい
て定常状態の転動荷重条件がモデルに設定され、60に
おいて踏面の有限摩擦を使用した定常状態の転動踏面ア
ルゴリズムにより収束への反復が行われる。このように
して収束すると、62において、踏面で消費される摩擦
による摩耗エネルギーが計算される。これは、上述され
た特定のタイヤ形状の摩耗可能性の指標である。64に
おいて、タイヤ荷重条件の別の設定が望まれる場合は、
かかる決定が66において行われ、そして68において
定常状態の荷重条件が修正され、58において有限要素
タイヤモデルに加えられる。この場合も、踏面における
有限摩擦を使って一定形状の踏面アルゴリズムによる収
束への反復が行われ、そして62において再び摩耗可能
性が判定される。タイヤ荷重条件の希望の組の全てが評
価されたら、そのとき記述されたループが70から出
て、72においてタイヤ設計パラメーターの別の設定が
望ましいか否かの判定が行われる。74においてかかる
設計パラメーターが考慮すべきであると判定した場合
は、プロセスループは52に戻り、ここで、タイヤ形状
が再び決められる。再決定されたタイヤに対して、76
においてタイヤ設計パラメーターの全ての組が終了する
まで種々の定常状態の転動条件に対する収束までの反復
が行われる。このとき、78においてこの特徴に対する
最良の設計が選択されるように、78において摩耗性能
に対する種々の選ばれた設計パラメーターの結果が比較
される。次いでプログラムは80において停止する。
【0031】図7のプロセスから次のことが見られる。
即ち、種々のタイヤ形状のいずれに対しても定常状態の
種々のタイヤ踏面形状の適切な摩耗解析が行われ、この
解析は、タイヤ形状及び組み合わせられた一定形状の踏
面についての摩耗エネルギーの消費又は摩耗可能性を決
定できるように収束まで反復される。このようにして摩
耗可能性の改良を容易に達成することができる。
即ち、種々のタイヤ形状のいずれに対しても定常状態の
種々のタイヤ踏面形状の適切な摩耗解析が行われ、この
解析は、タイヤ形状及び組み合わせられた一定形状の踏
面についての摩耗エネルギーの消費又は摩耗可能性を決
定できるように収束まで反復される。このようにして摩
耗可能性の改良を容易に達成することができる。
【0032】さて、図8を参照すれば、本発明の手順
を、タイヤ構造の種々の設計について曲線走行状態を改
良するための方法90に更に拡張することを見ることが
できる。示されるように、タイヤの大きさ、形状、材料
及びトレッドの諸性質を含んだタイヤ形態が92におい
て選定され、94において有限要素タイヤモデルが考え
られる。96、98においてモデルに内圧及び半径方向
荷重が適用され、100において定常状態アルゴリズム
による収束への反復が行われる。図8に示されるよう
に、収束への反復は、典型的に2種の異なった横すべり
角度で行われる。収束への反復に対して種々の横すべり
角を使用し得ることが理解される。次いで、102にお
いてコーナリング剛性が計算され、104においてコー
ナリングフォース/剛性が受容し得るか否かの判定が行
われる。受容できない場合は、106においてタイヤの
構造又は形状が変更され、94において新しい有限要素
タイヤモデルが作られる。次いで、ループは、希望の横
すべり角における定常状態の踏面により収束への反復を
継続し、104においてコーナリング剛性又はコーナリ
ングフォースは受容し得るように限定され、108にお
いて横すべり角と対比した横方向の力が示される。
を、タイヤ構造の種々の設計について曲線走行状態を改
良するための方法90に更に拡張することを見ることが
できる。示されるように、タイヤの大きさ、形状、材料
及びトレッドの諸性質を含んだタイヤ形態が92におい
て選定され、94において有限要素タイヤモデルが考え
られる。96、98においてモデルに内圧及び半径方向
荷重が適用され、100において定常状態アルゴリズム
による収束への反復が行われる。図8に示されるよう
に、収束への反復は、典型的に2種の異なった横すべり
角度で行われる。収束への反復に対して種々の横すべり
角を使用し得ることが理解される。次いで、102にお
いてコーナリング剛性が計算され、104においてコー
ナリングフォース/剛性が受容し得るか否かの判定が行
われる。受容できない場合は、106においてタイヤの
構造又は形状が変更され、94において新しい有限要素
タイヤモデルが作られる。次いで、ループは、希望の横
すべり角における定常状態の踏面により収束への反復を
継続し、104においてコーナリング剛性又はコーナリ
ングフォースは受容し得るように限定され、108にお
いて横すべり角と対比した横方向の力が示される。
【0033】従って、図8から、種々のタイヤ形状の、
そのときの内圧及び半径方向荷重におけるコーナリング
フォースを安定状態の転動状態において判定でき、設計
者はかかる特徴に対してタイヤ設計を最適にすることが
できる。
そのときの内圧及び半径方向荷重におけるコーナリング
フォースを安定状態の転動状態において判定でき、設計
者はかかる特徴に対してタイヤ設計を最適にすることが
できる。
【0034】さて、図9を参照すれば、プロセスが一般
に番号110で示される残留セルフアライニングトルク
のための設計について定常状態の踏面の解析を実施する
ことに、本発明の概念が拡張されることを見ることがで
きる。残存セルフアライニングトルクが、通常は顧客に
より特定されかつ異なった車両/タイヤの用途により変
化する設計特徴であることは熟練技術者の認めるところ
であろう。本発明により、提案されたタイヤ設計に対す
る残存セルフアライニングトルクを計算するために定常
状態の踏面有限解析を使用することができ、更にこのト
ルクの計算値が希望値と等しくなかった場合は、寸法及
び材料の性質のようなタイヤ設計特性を変更することが
できる。新たに変更された設計のトルクが希望値に近く
ない場合は、決定するために定常状態の踏面が再び計算
される。図9に示されるように、形状及び材料の諸特性
のような解析すべきタイヤの仕様は112において確立
され、そして各リブについてのトレッド要素の剛性が1
14において計算される。熟練技術者は、本技術におい
て公知の有限要素解析又は適切なトレッド剛性モデルに
よりリブ剛性を決定できることを認めるであろう。次い
で、トレッド要素の剛性についての材料の諸係数の表現
が116において計算され、タイヤ自体の有限要素モデ
ルが118において作られる。タイヤの有限要素モデル
がこのように決められると、120においてタイヤの内
圧負荷が設定され、定常状態の踏面荷重が122におい
て設定される。124において定常状態の踏面アルゴリ
ズムによる収束への反復が行われ、126において全体
のアライニングトルクが計算される。計算された残存セ
ルフアライニングトルクが128において決定された希
望値と等しくなかった場合は、132において設計仕様
を修正するように130において決定され、計算された
残存セルフアライニングトルクが希望値と等しくなるま
で再び上述のプロセスを経て循環する。言い換えれば、
残存セルフアライニングトルクが希望したものでない場
合は、計算された残存セルフアライニングトルクが希望
値と等しくなるまで、タイヤ仕様とトレッド要素の剛性
を再設定し、課せられた定常状態の踏面により収束への
反復をしなければならない。134において決定される
と、このプロセス判定が110において完了する。
に番号110で示される残留セルフアライニングトルク
のための設計について定常状態の踏面の解析を実施する
ことに、本発明の概念が拡張されることを見ることがで
きる。残存セルフアライニングトルクが、通常は顧客に
より特定されかつ異なった車両/タイヤの用途により変
化する設計特徴であることは熟練技術者の認めるところ
であろう。本発明により、提案されたタイヤ設計に対す
る残存セルフアライニングトルクを計算するために定常
状態の踏面有限解析を使用することができ、更にこのト
ルクの計算値が希望値と等しくなかった場合は、寸法及
び材料の性質のようなタイヤ設計特性を変更することが
できる。新たに変更された設計のトルクが希望値に近く
ない場合は、決定するために定常状態の踏面が再び計算
される。図9に示されるように、形状及び材料の諸特性
のような解析すべきタイヤの仕様は112において確立
され、そして各リブについてのトレッド要素の剛性が1
14において計算される。熟練技術者は、本技術におい
て公知の有限要素解析又は適切なトレッド剛性モデルに
よりリブ剛性を決定できることを認めるであろう。次い
で、トレッド要素の剛性についての材料の諸係数の表現
が116において計算され、タイヤ自体の有限要素モデ
ルが118において作られる。タイヤの有限要素モデル
がこのように決められると、120においてタイヤの内
圧負荷が設定され、定常状態の踏面荷重が122におい
て設定される。124において定常状態の踏面アルゴリ
ズムによる収束への反復が行われ、126において全体
のアライニングトルクが計算される。計算された残存セ
ルフアライニングトルクが128において決定された希
望値と等しくなかった場合は、132において設計仕様
を修正するように130において決定され、計算された
残存セルフアライニングトルクが希望値と等しくなるま
で再び上述のプロセスを経て循環する。言い換えれば、
残存セルフアライニングトルクが希望したものでない場
合は、計算された残存セルフアライニングトルクが希望
値と等しくなるまで、タイヤ仕様とトレッド要素の剛性
を再設定し、課せられた定常状態の踏面により収束への
反復をしなければならない。134において決定される
と、このプロセス判定が110において完了する。
【0035】本発明の諸目的は以上与えられた手法及び
プロセスにより満たされることが見られる。かかる収束
を満たすように決められるたタイヤの形態及びパラメー
ターによって定常状態の踏面条件の希望の設定を確立す
ることにより、収束に至る反復を行うことができる。従
って、タイヤ設計の最適化、摩耗、コーナリング及びセ
ルフアライニングトルク特性を達成できる。
プロセスにより満たされることが見られる。かかる収束
を満たすように決められるたタイヤの形態及びパラメー
ターによって定常状態の踏面条件の希望の設定を確立す
ることにより、収束に至る反復を行うことができる。従
って、タイヤ設計の最適化、摩耗、コーナリング及びセ
ルフアライニングトルク特性を達成できる。
【0036】特許に従って本発明の最良の方式及び好ま
しい実施例が与えられ詳細に説明されたが、本発明はこ
れに限定されないことが理解されるであろう。本発明の
真の範囲及びその外延の理解は以下の実施態様によるべ
きである。
しい実施例が与えられ詳細に説明されたが、本発明はこ
れに限定されないことが理解されるであろう。本発明の
真の範囲及びその外延の理解は以下の実施態様によるべ
きである。
【0037】本発明の実施態様は以下のとおりである。
【0038】1.転動条件に対する空気入りタイヤの設
計方法であって有限要素タイヤモデルを作り、前記タイ
ヤモデルに変数の第1の組を適用し、定常状態の踏面条
件及び予め決められた踏面の制約(constrain
ts)が収束した(converged)か否かを判定
するために、前記タイヤモデルへの変数の前記第1の組
の前記適用より得られた定常状態の踏面条件を前記踏面
の制約に対して比較し、そして制御変数の組を増加して
前記定常状態の踏面条件及び前記踏面の制約が収束する
まで前記比較段階を繰り返すことを含んだ前記方法。
計方法であって有限要素タイヤモデルを作り、前記タイ
ヤモデルに変数の第1の組を適用し、定常状態の踏面条
件及び予め決められた踏面の制約(constrain
ts)が収束した(converged)か否かを判定
するために、前記タイヤモデルへの変数の前記第1の組
の前記適用より得られた定常状態の踏面条件を前記踏面
の制約に対して比較し、そして制御変数の組を増加して
前記定常状態の踏面条件及び前記踏面の制約が収束する
まで前記比較段階を繰り返すことを含んだ前記方法。
【0039】2.前記変数の第1の組が、半径方向荷
重、横すべり角、キャンバー角及び内圧よりなるグルー
プから選定される実施態様1による方法。
重、横すべり角、キャンバー角及び内圧よりなるグルー
プから選定される実施態様1による方法。
【0040】3.前記有限要素タイヤモデルが支持面と
接触している節点のマトリックスから形成されるタイヤ
踏面を備える実施態様2による方法。
接触している節点のマトリックスから形成されるタイヤ
踏面を備える実施態様2による方法。
【0041】4.前記変数の組を増加させる段階が前記
踏面の垂直方向位置、前記踏面の横方向位置及び前記踏
面の前後方向位置から選択されたものの調整を行う実施
態様3による方法。
踏面の垂直方向位置、前記踏面の横方向位置及び前記踏
面の前後方向位置から選択されたものの調整を行う実施
態様3による方法。
【0042】5.前記変数の組を増加させる段階が前記
タイヤモデル上への横方向の力、前記タイヤモデルの有
効転動半径、前端部節点の横方向位置、及び前記前端部
節点の前後方向位置から選択されたものの調整を行う実
施態様3による方法。
タイヤモデル上への横方向の力、前記タイヤモデルの有
効転動半径、前端部節点の横方向位置、及び前記前端部
節点の前後方向位置から選択されたものの調整を行う実
施態様3による方法。
【0043】6.前記比較及び増加の段階が踏面の有限
摩擦を使用して定常状態の踏面アルゴリズムを収束に向
けて反復することを含む実施態様1による方法。
摩擦を使用して定常状態の踏面アルゴリズムを収束に向
けて反復することを含む実施態様1による方法。
【0044】7.組み合わせられた摩耗可能性を確立す
るために前記踏面における摩耗エネルギー消費を計算す
る段階を更に含む実施態様6による方法。
るために前記踏面における摩耗エネルギー消費を計算す
る段階を更に含む実施態様6による方法。
【0045】8.前記変数の第1の組を変更し、その後
で前記変更された変数の第1の組について前記摩耗エネ
ルギーを計算する段階を更に含んだ実施態様7による方
法。
で前記変更された変数の第1の組について前記摩耗エネ
ルギーを計算する段階を更に含んだ実施態様7による方
法。
【0046】9.前記有限要素タイヤモデルを変更し、
その後で前記変更されたタイヤモデルについて前記摩耗
エネルギーを計算する段階を更に含んだ実施態様8によ
る方法。
その後で前記変更されたタイヤモデルについて前記摩耗
エネルギーを計算する段階を更に含んだ実施態様8によ
る方法。
【0047】10.前記比較及び増分の段階が、ある設
定された横すべり角における定常状態の踏面アルゴリズ
ムによる収束への反復を含む実施態様1による方法。
定された横すべり角における定常状態の踏面アルゴリズ
ムによる収束への反復を含む実施態様1による方法。
【0048】11.コーナリング剛性を計算する段階を
更に含んだ実施態様10による方法。
更に含んだ実施態様10による方法。
【0049】12.前記有限要素タイヤモデルを変更
し、収束への反復の前記諸段階を繰り返し、そしてコー
ナリング剛性を計算する実施態様11による方法。
し、収束への反復の前記諸段階を繰り返し、そしてコー
ナリング剛性を計算する実施態様11による方法。
【0050】13.残存アライニングトルクを計算する
段階を更に含んだ実施態様1による方法。
段階を更に含んだ実施態様1による方法。
【0051】14.計算された残存セルフアライニング
トルクが希望値と比較される実施態様13による方法。
トルクが希望値と比較される実施態様13による方法。
【0052】15.前記残存セルフアライニングトルク
が前記希望値を満たさない場合は、前記有限要素タイヤ
モデルを変更し、その後で前記計算の段階を繰り返す実
施態様14による方法。
が前記希望値を満たさない場合は、前記有限要素タイヤ
モデルを変更し、その後で前記計算の段階を繰り返す実
施態様14による方法。
【図1】タイヤ/路面の接触区域の説明図である。
【図2】路面との境界面におけるタイヤ踏面である。
【図3】踏面の変形を示すために、それぞれ変形なしで
回転しているタイヤ及び変形して回転しているタイヤを
示す。
回転しているタイヤ及び変形して回転しているタイヤを
示す。
【図4】それぞれ空気の入ったタイヤのタイヤトレッド
及びこのタイヤの横すべり角αにおける踏面を表す。
及びこのタイヤの横すべり角αにおける踏面を表す。
【図5】希望のタイヤデザインに収束させるための反復
段階についての本発明の一般的手順の流れ図である。
段階についての本発明の一般的手順の流れ図である。
【図6】それぞれ、有限摩擦を有するタイヤ踏面及びタ
イヤの受ける横すべりの図である。
イヤの受ける横すべりの図である。
【図7】本発明による摩耗解析のための流れ図である。
【図8】本発明のよるコーナリングフォースの設計解析
のための流れ図である。
のための流れ図である。
【図9】本発明による残存セルフアライニングトルクの
設計解析のための流れ図である。
設計解析のための流れ図である。
10 タイヤ 12 路面 14 接触部 16 軌道 44 直線軌道
Claims (1)
- 【請求項1】 転動条件に対する空気入りタイヤの設計
方法であって有限要素タイヤモデルを作り、 前記タイヤモデルに変数の第1の組を適用し、 定常状態の踏面条件及び予め決められた踏面の制約が収
束したか否かを判定するために、前記タイヤモデルへの
変数の前記第1の組の前記適用より得られた定常状態の
踏面条件を前記踏面の制約に対して比較し、そして制御
変数の組を増加して前記定常状態の踏面条件及び前記踏
面の制約が収束するまで前記比較段階を繰り返すことを
含んだ前記方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/067,298 US6083268A (en) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | Method for designing pneumatic tires for rolling conditions |
US09/067298 | 1998-04-27 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11321257A true JPH11321257A (ja) | 1999-11-24 |
Family
ID=22075060
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