JP2006011688A - タイヤモデル作成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくともコード補強材、ゴム部材およびビードコアを含むタイヤボディ部モデルと、タイヤ全周の長さに対して所定の割合の周長をもち、トレッドパターンを詳細にモデル化した詳細トレッド部モデルと、トレッドパターンを簡易にモデル化した簡易トレッド部モデルとを作成する。そして、前記詳細トレッド部モデルと前記簡易トレッド部モデルとを結合することによって、タイヤ全周の周長をもつトレッドパターン部モデルを作成し、前記タイヤボディ部モデルと前記トレッドパターン部モデルを結合してタイヤモデルを作成する。さらに、質量または剛性を含む物理量を用いて簡易トレッド部モデルに与えられる材料定数を補正して、前記簡易トレッド部モデルに与える。
【選択図】図4
Description
しかしながら、タイヤ特性を精度よく予測するには、トレッドパターンをより詳細にモデル化しなければならず、詳細なトレッドパターンの作成には多大な労力を費やし、シミュレーションの演算処理には膨大な時間を要していた。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤモデルを用いてタイヤ特性を解析する際に解析精度を維持したまま、タイヤモデルの作成時間および演算処理における計算時間の短縮化を実現することが可能なタイヤモデル作成方法を提供することを目的とする。
トレッドパターン部モデルを作成するステップは、少なくとも1つ以上の詳細トレッド部モデルと、少なくとも1つ以上の簡易トレッド部モデルを結合することが好ましい。
上記第1の態様および第2の態様において、トレッドパターンが異なる複数の詳細トレッド部モデルを結合することにより、前記詳細トレッド部モデルを作成するステップをさらに含むことが好ましい。
簡易トレッド部モデルを含むことでトレッドパターンを詳細にモデル化する割合を低減し、タイヤモデルの作成時間および演算処理時間を短縮するとともに、簡易トレッド部モデルの材料定数を補正するため、トレッドパターンを簡易にモデル化したことによる解析精度の低下を抑制する。
本発明によれば、タイヤモデルを用いてタイヤ特性を解析する際に解析精度を維持したまま、タイヤモデルの作成時間および演算処理における計算時間の短縮化を実現することが可能なタイヤモデル作成方法を提供することができる。
図1は、本発明のタイヤモデル作成方法を行い、さらに実際のタイヤ特性試験をシミュレーションして、タイヤ特性の解析を実行するシミュレーション装置の概略を示す概略図である。
シミュレーション装置1は、各部位(処理部)の機能を制御し、装置全体の処理を制御する中央演算処理装置(CPU)2と、各部位で得られた演算結果などを一時的に記憶するRAMや各部位の処理を実行するための各種制御情報を記憶するROMなどのメモリ3と、入出力ポート4とを備える。
また、シミュレーション装置1は、入出力ポート4を介して、モデル作成条件、処理条件、あるいは特性演算条件など各種の条件を入力するキーボードやマウスなどの入力装置5と、その入力装置5による入力結果やタイヤ特性の解析結果などを表示するディスプレイやプリンタなどの出力装置6と、ハードディスクや光磁気ディスクなどの外部記憶装置7と接続されている。
タイヤモデル10は、タイヤボディ部を再現したタイヤボディ部の有限要素モデル(以下、タイヤボディ部という)18と、タイヤのトレッドパターンを再現したトレッドパターン部の有限要素モデル(以下、トレッドパターン部という)16から構成される。
一方、簡易トレッド部14は、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略して、ストレート溝のみを再現した3次元モデルである。
また、簡易トレッド部14は、詳細トレッド部12に比べて粗い要素によってメッシュ分割されるが、タイヤボディ部18より細かい要素によってメッシュ分割される。簡易トレッド部14をストレート溝のみで簡略化して再現することでタイヤモデル10の作成時間が短縮され、さらに粗い要素によってメッシュ分割されているため、シミュレーションにおける演算処理時間を短縮することができる。
したがって、簡易トレッド部14のように簡略化した有限要素モデルを用いて解析を行なうと、演算結果は実際の試験と比べて剛性が高くなる傾向にある。また、簡易トレッド部14は、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略してトレッドパターン部を簡略化して再現するため、実際のトレッドパターン部に比して質量が重くなる。
そこで、トレッドパターン部16における簡易トレッド部14の質量または剛性を含む材料定数を補正する。
G’ = G × α × β ・・・(1)
また、タイヤ回転軸に制動トルクや駆動トルクを付与した時の制駆動性能を解析する場合には、タイヤ周方向に対して簡易トレッド部14の前後となるトレッドパターン部16のせん断弾性率を基準として、その簡易トレッド部14のせん断弾性率を補正することが好ましい。
さらに、タイヤ周方向に対して簡易トレッド部14の前後となるトレッドパターン部16、およびタイヤ周方向に対して垂直な方向のタイヤモデル10に、同時に応力負荷が生じるような場合には、両部分の弾性率に応じた適切な数値に基づいて、簡易トレッド部14のせん断弾性率を補正することが好ましい。
このように詳細トレッド部12のみからなるタイヤモデル10は、様々なトレッドパターンによる影響を考慮してタイヤ特性を評価する場合に、複数のタイヤモデル10を作成しシミュレーションすることなく、一つのタイヤモデル10をシミュレーションして、最適なトレッドパターンを選択したり、各トレッドパターン評価したりするような解析に有効である。
例えば、タイヤの磨耗状況の解析の場合には、詳細トレッド部12のタイヤ周方向の長さは全周の1/2以上が好ましく、より好ましくは3/4以上である。また、突起乗り越しの解析の場合には、詳細トレッド部12のタイヤ周方向の長さは、接地長さの2倍以上が好ましく、より好ましくは3倍以上である。
ウェット路面を再現した流体モデルを備え、ウェット路面で行なうハイドロプレーニング性能の解析の場合には、詳細トレッド部12のタイヤ周方向の長さは、接地長さの2倍以上が好ましく、より好ましくは3倍以上である。また、キャンバ角やスリップ角が付いたコーナリング時のドライ性能の解析の場合には、詳細トレッド部12のタイヤ周方向の長さは、全周の1/2以上が好ましく、より好ましくは3/4以上である。
図4(a)は詳細トレッド部の有限要素モデルの概略を示し、図4(b)は簡易トレッド部の有限要素モデルの概略を示す。図4(c)は詳細トレッド部と簡易トレッド部を結合したトレッドパターン部の有限要素モデルの概略を示す斜視図である。
このような詳細トレッド部22は、2次元形状の断面モデルを作成し、それを周方向に対して一定の割合だけ展開して3次元モデルを作成し、別に作成した2次元形状のトレッドパターンを3次元モデルに転写して作成することができる。
なお、メッシュ分割する要素の細かさ、すなわち要素数は、多ければ多いほどタイヤ特性の解析精度を向上させることができるが、演算処理における計算時間やタイヤモデル10の作成時間が増加するため、解析の種類や目的に応じて適宜設定する。
このような簡易トレッド部24は、トレッドパターンとしてストレート溝しか再現しないため、2次元形状の断面モデルを作成し、それを周方向に対して一定の割合だけ展開することで作成することができる。
次に、詳細トレッド部22の各節点の挙動を、各節点を内包する簡易トレッド部24の有限要素の節点の挙動によって規制する拘束条件を求め、この拘束条件により簡易トレッド部24の挙動を拘束する。
この拘束条件は、詳細トレッド部22の各節点を内包する簡易トレッド部24の有限要素の形状を、パラメトリック空間上の所定の基準形状から形状関数を用いて形状変換したものとして定めることにより、詳細トレッド部22の各節点の基準形状内における対応点の位置情報を求め、この位置情報および形状関数を用いて定める(詳しくは、特願2004−29195参照)。
なお、詳細トレッド部22および簡易トレッド部24の有限要素モデルの作成方法は、これに限定されず他の方法により作成してもよい。
タイヤボディ部28は主に、ベルト部、トレッドベース部、カーカス部、サイド部、ビードフィラー部およびビード部等を有しており、タイヤモデル10からトレッドパターン部26が取り除かれたモデルであり、略トロイダル形状である。
タイヤボディ部28は、各部材を再現した3次元モデルを作成し、その3次元モデルを結合して作成することができる。また、タイヤボディ部28の作成方法しては、各部材を含む2次元断面を展開してタイヤボディ部28の3次元モデルを作成してもよい。なお、タイヤボディ部の有限要素モデルの作成方法は、これに限定されず他の方法により作成してもよい。
タイヤモデル10は、図4(c)に示すトレッドパターン部26と図5に示すタイヤボディ部28と結合することにより得られる。このようなタイヤモデル10は、タイヤ周方向において、タイヤのトレッドパターンを詳細に再現した詳細トレッド部22と、タイヤのトレッドパターンを簡略化して再現した簡易トレッド部24とを含むトレッドパターン部26を有する。
トレッドパターン部26とタイヤボディ部28の結合は、上述と同様に、一方を結合面とし他方を被結合面として定め、この結合面に位置する要素の節点が、結合される面である被結合面に位置する要素の節点に対して、相対的に変化しないような拘束条件を付与することでなされる。
このような結合を行なうことにより、接合面における節点が非共有な状態で結合されるため、接合面および被接合面における要素の節点が共有するように、トレッドパターン部26とタイヤボディ部28を作成する必要がない。したがって、接合面を非共有で結合することによって、トレッドパターン部26とタイヤボディ部28を容易かつ簡単に作成することができる。
タイヤボディ部20を作成する(ステップS101)。シミュレーション装置1は、入力装置5を介してオペレータの入力に従って、タイヤボディ部の3次元の有限要素モデルを作成しメッシュ分割する。
詳細トレッド部の要素分割は、要求されるタイヤ特性の解析精度に応じて詳細になされる。
簡易トレッド部24は、タイヤのトレッドパターンのうち、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略したものであり、詳細トレッド部22に比べて粗い要素によってメッシュ分割される。そうすることにより、タイヤモデルの作成時間および解析かかる演算処理時間を短縮することができる。
詳細トレッド部22と簡易トレッド部24は、接合面における節点を非共有な状態で結合される。そうすることにより、接合面における節点が共有するように詳細トレッド部22と簡易トレッド部24を作成する必要がなく、S102における詳細トレッド部22やS103における簡易トレッド部24を容易かつ簡単に作成することができる。
タイヤボディ部28とトレッドパターン部26との結合は、S104と同様に、接合面における節点を非共有な状態で行なわれる。そうすることにより、接合面における節点が共有するようにタイヤボディ部28とトレッドパターン部26を作成する必要がないため、タイヤボディ部28とトレッドパターン部26を容易かつ簡単に作成することができる。
こうして作成されたタイヤモデル10は、詳細トレッド部22と、詳細トレッド部22に比べて粗い要素によりメッシュ分割された簡易トレッド部24とを含むトレッドパターン部26を有し、簡易トレッド部24における質量や剛性を含む材料定数が補正されるため、その後に実行されるタイヤ特性の解析における解析精度を維持したまま、タイヤモデル10の作成時間および演算処理における計算時間を従来に比して短縮することができる。
簡易トレッド付タイヤモデル31は主に、トレッドパターン部、ベルト部、トレッドベース部、カーカス部、サイド部、ビードフィラー部およびビード部等を有しており、略トロイダル形状である。トレッドパターン部は、タイヤのトレッドパターンのうち、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略したもので、ストレート溝のみを有し、粗い要素でメッシュ分割される。
簡易トレッド付タイヤモデル31は、各部材を再現した3次元モデルを作成し、その3次元モデルを作成することができる。また、タイヤボディ部は、各部材を含む2次元断面を展開して3次元モデルを作成してもよい。なお、簡易トレッド付タイヤモデルの有限要素モデルの作成方法は、これに限定されず他の方法により作成してもよい。
詳細トレッド部32は、トレッドパターン部の一部を構成し、タイヤのトレッドパターンを詳細に再現したものである。また、詳細トレッド部32は四面体や六面体などのソリッド要素からなる3次元要素モデルであり、所望のタイヤ特性の解析精度に基づいて細かな要素によってメッシュ分割される。
このような詳細トレッド部32は、2次元形状の断面モデルを作成し、それを周方向に対して一定の割合だけ展開して3次元モデルを作成し、別に作成した2次元形状のトレッドパターンを3次元モデルに転写して作成することができる。
なお、メッシュ分割する要素の細かさ、すなわち要素数は、多ければ多いほどタイヤ特性の解析精度を向上させることができるが、演算処理における計算時間やタイヤモデル30の作成時間が増加するため、解析の種類や目的に応じて適宜設定する。
一部トレッド無タイヤモデルは、図8に示す簡易トレッド付モデル34から一部分を取り除いた有限要素モデルであり、タイヤモデルに詳細トレッド部32を適用した場合に、詳細トレッド部32の要素と節点に対応する簡易トレッド付タイヤモデル34の要素と節点を、簡易トレッド付タイヤモデル34から取り除いて作成される。
タイヤモデル30は、図9に示す詳細トレッド部32と図10に示す一部トレッド無タイヤモデルとを結合することにより得られる。この結合は、一方を結合面とし他方を被結合面として定め、この結合面に位置する要素の節点が、結合される面である被結合面に位置する要素の節点に対して、相対的に変化しないような拘束条件を付与することでなされる。
このようなタイヤモデル30は、タイヤ周方向において、タイヤのトレッドパターンを詳細に再現したトレッドパターンと、タイヤのトレッドパターンを簡略化して再現したトレッドパターンとを含むトレッド部を有する。
このような結合を行なうことにより、接合面における節点が非共有な状態で結合されるため、接合面および被接合面における要素の節点が共有するように、詳細トレッド部32と一部トレッド無タイヤモデルを作成する必要がない。したがって、接合面を非共有で結合することによって、詳細トレッド部32と一部トレッド無タイヤモデルを容易かつ簡単に作成することができる。
なお、詳細トレッド部32と一部トレッド無タイヤモデルの有限要素モデルの作成方法は、これに限定されず他の方法により作成してもよい。
簡略化したトレッドパターンを有するタイヤモデルを作成する(ステップS201)。シミュレーション装置1は、入力装置5を介してオペレータの入力に従って、タイヤモデルの3次元の有限要素モデルを作成し、メッシュ分割する。このタイヤモデルにおけるトレッドパターンは、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略したものであり、比較的粗い要素によってメッシュ分割される。
詳細トレッド部32の要素分割は、要求されるタイヤ特性の解析精度に応じて詳細になされる。
結合面における節点を非共有で結合するため、結合面における節点を共有させる必要はない。そのため、タイヤモデルの作成時間は従来に比べて大幅に減少することができる。
詳細トレッド部と一部トレッド無タイヤモデルとの結合は、接合面における節点を非共有な状態で行なわれる。そうすることにより、接合面における節点が共有するように各有限要素モデルを作成する必要がなく、S201における簡易トレッド付タイヤモデルやS202における詳細トレッド部を容易かつ簡単に作成することができる。
3 メモリ
4 入出力ポート
5 入力装置
6 出力装置
7 外部記憶装置
10 タイヤモデル
12 詳細トレッド部
14 簡易トレッド部
16 トレッドパターン部
18 タイヤボディ部
Claims (6)
- タイヤ特性をシミュレーションにより解析するためのタイヤモデル作成方法であって、
少なくともコード補強材、ゴム部材およびビードコアを含むタイヤボディ部モデルを作成するステップと、
タイヤ全周の長さに対して所定の割合の周長をもち、トレッドパターンを詳細にモデル化した詳細トレッド部モデルを作成するステップと、
トレッドパターンを簡易にモデル化した簡易トレッド部モデルを作成するステップと、
前記詳細トレッド部モデルと前記簡易トレッド部モデルとを結合することによって、タイヤ全周の周長をもつトレッドパターン部モデルを作成するステップと、
前記タイヤボディ部モデルと前記トレッドパターン部モデルを結合してタイヤモデルを作成するステップと、
質量または剛性を含む物理量を用いて簡易トレッド部モデルに与えられる材料定数を補正して、前記簡易トレッド部モデルに与えるステップとを有することを特徴とするタイヤモデル作成方法。 - 前記トレッドパターン部モデルを作成するステップは、少なくとも1つ以上の詳細トレッド部モデルと、少なくとも1つ以上の簡易トレッド部モデルを結合する請求項1に記載のタイヤモデル作成方法。
- タイヤ特性をシミュレーションにより解析するためのタイヤモデル作成方法であって、
タイヤのトレッドパターンを簡易にモデル化した簡易トレッド部モデルを含むタイヤモデルを作成するステップと、
タイヤ全周の長さに対して所定の割合の周長をもち、トレッドパターンを詳細にモデル化した詳細トレッド部モデルを作成するステップと、
前記簡易トレッド部モデルの一部分の要素および節点を前記タイヤモデルから削除するステップと、
前記詳細トレッド部モデルと、前記簡易トレッド部モデルの一部分の要素および節点が削除された前記タイヤモデルとを結合するステップとを含むことを特徴とするタイヤモデル作成方法。 - トレッドパターンが異なる複数の詳細トレッド部モデルを結合することにより、前記詳細トレッド部モデルを作成するステップをさらに含む請求項1または3に記載のタイヤモデル作成方法。
- タイヤ特性をシミュレーションにより解析するためのタイヤモデル作成方法であって、
少なくともコード補強材、ゴム部材、およびビードコアを含むタイヤボディ部モデルを作成するステップと、
タイヤ全周の長さに対して所定の割合の周長をもち、トレッドパターンをモデル化した第1トレッド部モデルを作成するステップと、
前記第1トレッド部モデルと異なる形態のトレッドパターンをモデル化した第2トレッド部モデルを作成するステップと、
前記第1トレッド部モデルと前記第2トレッド部モデルとを結合することより、タイヤ全周の周長をもつトレッドパターン部モデルを作成するステップと、
前記タイヤボディ部モデルと前記トレッドパターン部モデルを結合してタイヤモデルを作成するステップとを含むことを特徴とするタイヤモデル作成方法。 - 前記詳細トレッド部モデルと前記簡易トレッド部モデルの結合、前記タイヤボディ部モデルと前記トレッドパターン部モデルの結合、前記複数の詳細トレッド部モデルの結合、および前記詳細トレッド部モデルと前記詳細トレッド部モデルの要素および節点が削除されタイヤモデルの結合のうち少なくとも一つの結合は、結合面における一方のモデルの節点を他方のモデルの節点と相対的な位置関係を変えることなく結合する請求項1乃至5のいずれか1項に記載のタイヤモデル作成方法。
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