JP2012159377A

JP2012159377A - 自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法

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Publication number: JP2012159377A
Application number: JP2011018743A
Authority: JP
Inventors: Ro Yo; ▲ろ▼ 余
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP5602037B2

Abstract

【課題】タイヤの設計を効率化する。
【解決手段】自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法であり、自動車用タイヤに作用する横力と、この横力により生じる横変位との比（横力／横変位）である横ばね定数を予測する工程を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、実用性が高くタイヤの設計を効率化するのに役立つ自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法に関する。

コーナリング中の自動車用タイヤには、横方向の力が作用する。従来より、横方向の力と、これによって生じるタイヤの横方向変位との比である横バネ定数がタイヤのコーナリング性能を評価する指標として用いられる。

ところで、従来から、タイヤの各部の物性から横バネ定数を推定する方法が種々提案されている。例えば、横バネ定数の推定式として、下記式（３）が提案されている。

ここで
Ｇｙ：横バネ定数（Ｎ／mm）
Ｓ：接地面積（cm²）
ｒ：ベルト層の半径（mm）
Ｃｙ：トレッドゴムの横剛性
Ｋｙ：カーカスの横剛性
Ｅ：ベルト層の弾性定数
Ｉ：ベルト層のＺ軸回りの断面二次モーメント（mm⁴）
φ0：ベルト層の回転角度（°）
ｒ：ベルト層の半径（mm）

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しかしながら、上記式（３）で表される横バネ定数の推定式に入力される物性値等は、ほとんどが抽象的な物理量であるため、実際のタイヤの設計にはあまり役に立たず実用的ではない。

本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、実用性が高くタイヤの設計を効率化するのに役立つ自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法を提供することを主たる目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、下記式（１）を用いて、自動車用タイヤの横バネ定数を予測する工程を含むことを特徴とする自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法。

ここで
Ｇｙ：横バネ定数（Ｎ／mm）
Ｓ：タイヤの接地面積（cm²）
Ｔｅ：トレッドゴムの複素弾性率（ＭＰａ）
ｒ：ベルト層の半径（mm）
Ｆ：接地時の接線力（Ｎ）
ｙ：トレッド部の陸部のタイヤ軸方向の変位（mm）
ｈ：トレッド部の陸部の高さ（mm）
Ｅｙ：トレッドゴムのヤング率（Ｎ／cm²）
Ｇ：トレッドゴムの剪断剛性（Ｎ／cm²）
Ｉｍ：トレッド部の陸部の断面２次モーメント（mm⁴）
Ａ：トレッド部の陸部の断面積（cm²）
Ａｐ：空気圧（ｋＰａ）
Ｐｎ：カーカスプライの枚数（枚）
Ｈｉ：外側カーカスプライの折返し部の高さ（mm）
Ｈｏ：内側カーカスプライの折返し部の高さ（mm）
Ｂｎ：ビード補強層の枚数（枚）
Ｃｗ：クリンチゴムの最大厚さ（mm）
Ｂｈ：ビードエーペックスの高さ（mm）
Ｂｇ：ビードエーペックスのゴム硬度（度）
α：ベルトコードのタイヤ軸方向に対する角度（°）
Ｂｗ：ベルトプライのタイヤ軸方向の最大幅（mm）
ａ１〜ａ１４：定数

また、請求項２記載の発明は、上記式（１）には、前記自動車用タイヤのトレッド部にサイピングが設けられる場合、下記式（２）が用いられる請求項１に記載の自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法である。

ここで
Ｗ：陸部の幅（mm）
Ｌ: サイピングの周方向方向成分長さ（mm）
ｈｓ：サイピングの深さ（mm）

なお、本明細書では、特に断りがない限り、タイヤの各部の寸法は、正規リムにリム組みされかつ正規内圧が充填された無負荷の正規状態において特定される値とする。

また、前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば "標準リム" 、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、ＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim" とする。

さらに「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば "最高空気圧" 、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" とするが、タイヤが乗用車用である場合には一律に１８０ｋＰａとする。

本発明の自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法では、上記式（１）を用いて、自動車用タイヤの横バネ定数を予測する工程を含む。上記式（１）に入力される物性値は、いずれもタイヤを設計する際に決定される具体的な設計因子である。従って、本発明の予測方法では、実用性が高く、コーナリング性能に優れたタイヤ設計の効率化を図ることができる。

本実施形態のコーナリング性能の予測方法で評価される空気入りタイヤの断面図である。図１のトレッド展開図である。（ａ）はブロックを示す斜視図、（ｂ）はサイピング入りブロックを示す斜視図である。本実施形態の予測方法で予測された横バネ定数と、実測された横バネ定数との相関を示したグラフである。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本発明の自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法（以下、単に「予測方法」ということがある）では、自動車用タイヤに作用する横力と、この横力により生じる横変位との比（横力／横変位）である横ばね定数を予測する工程を含み、自動車用タイヤのコーナリング性能を評価するものである。

図１に示されるように、本実施形態の予測方法で評価される自動車用タイヤ（以下、単に「タイヤ」ということがある）１は、例えば、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、このカーカス６のタイヤ半径方向外側かつトレッド部２の内方に配されたベルト層７とを具える。

前記トレッド部２には、ベルト層７のタイヤ半径方向外側にトレッドゴム２Ｇが配されている。トレッドゴム２Ｇの外面には、図２に示されるように、例えば、タイヤ周方向に連続してのびる主溝１１と、該主溝１１と交わる向きにのびる複数本の横溝１２とが設けられ、これらの主溝１１及び横溝１２により、複数の陸部１３が区分される。この陸部１３には、溝幅が１．５mm以下の切り込みであるサイピング１６（図３（ｂ）に示す）の１、又は２本以上が設けられてもよい。

図１に示されるように、前記カーカス６は、トレッド部２からサイドウォール部３を経てビード部４に至る本体部６ａと、この本体部６ａに連なりかつビード部４に埋設されたビードコア５で両端が折り返された折返し部６ｂとを含む２枚のカーカスプライ、即ち、内側カーカスプライ６Ａ、及び外側カーカスプライ６Ｂから構成される。なお、前記「内側、外側」は、タイヤ赤道Ｃの位置で区別される。

前記内側カーカスプライ６Ａ、及び外側カーカスプライ６Ｂは、例えば、タイヤ赤道Ｃに対して８０〜９０度の角度で配列されたカーカスコードが、互いに交差する向きに重ねられる。また、内側、外側カーカスプライ６Ａ、６Ｂの本体部６ａと折返し部６ｂとの間には、ビードコア５からタイヤ半径方向外側にのびかつＪＩＳデュロメータＡ硬さ、例えば７５〜９０度の硬質ゴムからなるビードエーペックスゴム８が配され、ビード部４が適宜補強される。また、ビード部４には、該ビード部４の外側面をなすリムずれ防止用のクリンチゴム９と、ビードコア５の周りをＵ字に囲むビード補強層１０とが配されている。

本実施形態の前記ベルト層７は、ベルトコードをタイヤ赤道Ｃに対して例えば１０〜３５度の小角度で傾けて配列した２枚、即ち内側ベルトプライ７Ａ、及び外側ベルトプライ７Ｂをベルトコードが互いに交差する向きに重ね合わせて構成される。本実施形態のベルトコードは、スチールコードが採用されている。

そして、前記タイヤ１の横バネ定数を予測する工程では、下記式（１）が用いられる。本実施形態では、上記のように、トレッド部２に複数のブロック１５が形成された乗用車用タイヤが評価される。

ここで
Ｇｙ：横バネ定数（Ｎ／mm）
Ｓ：タイヤの接地面積（cm²）
Ｔｅ：トレッドゴムの複素弾性率（ＭＰａ）
ｒ：ベルト層の半径（mm）
Ｆ：接地時の接線力（Ｎ）
ｙ：トレッド部の陸部のタイヤ軸方向の変位（mm）
ｈ：トレッド部の陸部の高さ（mm）
Ｅｙ：トレッドゴムのヤング率（Ｎ／cm²）
Ｇ：トレッドゴムの剪断剛性（Ｎ／cm²）
Ｉｍ：トレッド部の陸部の断面２次モーメント（mm⁴）
Ａ：トレッド部の陸部の断面積（cm²）
Ａｐ：空気圧（ｋＰａ）
Ｐｎ：カーカスプライの枚数（枚）
Ｈｉ：外側カーカスプライの折返し部の高さ（mm）
Ｈｏ：内側カーカスプライの折返し部の高さ（mm）
Ｂｎ：ビード補強層の枚数（枚）
Ｃｗ：クリンチゴムの最大厚さ（mm）
Ｂｈ：ビードエーペックスの高さ（mm）
Ｂｇ：ビードエーペックスのゴム硬度（度）
α：ベルトコードのタイヤ軸方向に対する角度（°）
Ｂｗ：ベルトプライのタイヤ軸方向の最大幅（mm）
ａ１〜ａ１４：定数

前記接地面積Ｓは、例えば、上記タイヤ１が正規リムにリム組みしかつ正規内圧を充填するとともに正規荷重を負荷して平面に接地させた正規荷重負荷状態での接地面１４の面積とする。

前記「正規荷重」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、ＪＡＴＭＡであれば最大負荷能力、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "LOAD CAPACITY"とする。

前記ベルト層の半径ｒは、ベルト層７のタイヤ半径方向最外端における半径で特定される。本実施形態では、外側ベルトプライ７Ｂのタイヤ半径方向最外端における半径とする。

上記式（１）中のＣｙは、トレッドゴムの横剛性を示し、本実施形態では、トレッドゴムの複素弾性率Ｔｅと、タイヤ１のパターン横剛性Ｋとの積で求めている。

前記トレッドゴムの複素弾性率Ｔｅは、トレッド部２のトレッドゴム２Ｇの複素弾性率であり、ＪＩＳ−Ｋ６３９４の規定に準じ、次に示される条件で（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて測定された値である。
初期歪：１０％
動歪み（振幅）：±２％
周波数：１０Ｈｚ
変形モード：引張
測定温度：３０℃

なお、トレッドゴム２Ｇが多層構造をなす場合、前記複素弾性率Ｔｅは、接地しているゴム層の複素弾性率の値が用いられる。

また、上記式（１）中の前記パターン横剛性Ｋは、図２に示されるように、前記正規荷重負荷状態における接地面１４において、トレッド接地端２ｅ、２ｅを通るタイヤ周方向線Ｌｅ、Ｌｅに挟まれた全周の範囲にある全ての陸部１３を対象に以下の要領で特定される。

先ず、前記陸部１３がブロック１５である場合には、図３（ａ）に示されるように、そのタイヤ半径方向の内端側で支持された片持ち梁として擬似的にモデル化することができ、これに梁の曲げとせん断とを適用して陸部１３のパターン横剛性Ｋが求められる。

また、図２に示されるように、トレッド接地端２ｅ側に配されるショルダーブロック１５Ｓについては、陸部１３の幅Ｗを、トレッド接地端２ｅまでの長さであるＷｓとみなしてパターン横剛性が算出される。

なお、図３（ｂ）に示されるように、ブロック１５にサイピング１６があるときは、ブロック１５の横剛性が低下することを考慮し、下記式（２）で修正された値が用いられるのが好ましい。

ここで
Ｗ：陸部の幅（mm）
Ｌ: サイピングの周方向方向成分長さ（mm）
ｈｓ：サイピングの深さ（mm）

また、陸部１３がタイヤ周方向に連続するリブの場合には、接地面１４内の周方向長さを有し、かつ陸部１３の半分の高さを有するブロックとみなして、パターン横剛性Ｋを求めるものとする。

なお、実際のブロック１５には、矩形状以外の種々のものが含まれるため、個々のブロック１５のパターン横剛性を求める際には、求積法や座標変換などを用いて算出することもできる。

上記式（１）中のＫｙは、カーカスの横剛性が示される。前記外側、内側カーカスプライの折返し部の高さＨｉ、Ｈｏ、及びビードエーペックスの高さＢｈは、それぞれのビードベースラインＢＬからのタイヤ半径方向の最外端の高さで特定される。また、カーカス６が１枚のカーカスプライ６Ａからなる場合は、内側カーカスプライの折返し部の高さＨｏに、該カーカスプライ６Ａの最外端の高さが代入され、外側カーカスプライの折返し部の高さＨｉに０が代入される。

なお、前記「ビードベースライン」とは、タイヤが基づく規格で定められるビード径位置を通るタイヤ軸方向線とする。

また、前記ビードエーペックスのゴム硬度Ｂｇは、ＪＩＳ−Ｋ６２５３に準拠し、２３℃の環境下におけるデュロメータータイプＡによる硬さとする。

前記カーカスプライの枚数Ｐｎは、各カーカスプライがビードコア５に跨って配されていれば、ビードコア５で両端が折り返された折返し部６ｂを含まなくても１枚としてカウントされる。

上記式（１）中のＥは、ベルト層の弾性定数が示される。前記ベルトコードのタイヤ軸方向に対する角度αは、本実施形態のように、ベルト層７に複数のベルトプライ７Ａ、７Ｂが含まれる場合、トレッド部２の外面側に近いベルトプライ（本実施形態では外側ベルトプライ７Ｂ）で特定される。

また、上記式（１）中のＩは、ベルト層のＺ軸回りの断面二次モーメントが示される。この最大幅Ｂｗは、ベルト層７に複数のベルトプライ７Ａ、７Ｂが含まれる場合、トレッド部２の外面側に近いベルトプライ（本実施形態では外側ベルトプライ７Ｂ）で特定される。

前記定数ａ１〜ａ１４は、１４本のタイヤ１の実測した横バネ定数を上記式（１）の横バネ定数Ｇｙに代入するとともに、各タイヤの設計因子（パラメータ）を上記式（１）〜（７）に代入することにより成立する１４個の連立方程式を解くことにより求められる。

なお、横バネ定数の実測値は、タイヤ静的試験機を用い、前記正規荷重負荷状態において、横力１ｋＮを作用させたときの横変位を計測し、この横変位で横力１ｋＮを除すことにより求められる。

図４には、カーカス６やベルト層７等のタイヤ構成部材が異なる複数のタイヤにおいて、上記式（１）で予測された横バネ定数をＸ、実測した横バネ定数をＹとしてプロットしたグラフが示される。このグラフに示されるように、上記式（１）を用いて予測された横バネ定数は、実測した横バネ定数との相関が非常に高いことが確認できる。このように、本発明の予測方法は、横バネ定数を実測することなく、タイヤ構成部材の具体的な設計因子を上記式（１）に代入することにより容易に予測できるので、実用性が高く、コーナリング性能に優れたタイヤ設計の効率化を図ることができる。

また、定数ａ１〜ａ１４は、タイヤサイズの異なるタイヤ１を用いて求められることにより、横バネ定数をより高い精度で求めることができる。

上記式（１）を用いて、タイヤ構成部材が異なる２４６本のタイヤについて横バネ定数を予測するとともに、それらのタイヤの横バネ定数を実測した。予測された横バネ定数をＸ、実測した横バネ定数をＹとしてプロットされたグラフを図４に示す。
なお共通仕様は次のとおりである。
定数ａ１：０．３７
定数ａ２：０．１１
定数ａ３：１．３２
定数ａ４：０．０３
定数ａ５：０．１２
定数ａ６：−３．８７
定数ａ７：−４１．５６
定数ａ８：２．２７
定数ａ９：０．０１
定数ａ１０：０．２９
定数ａ１１：０．０１
定数ａ１２：０．４９
定数ａ１３：１２．９３
定数ａ１４：−２５．９４

また、上記の定数ａ１〜ａ１４は、１４本のタイヤの実測した横バネ定数と、各タイヤの設計因子を上記式（１）に代入することにより成立する１４個の連立方程式を解くことにより求められた。
１４本のタイヤの設計因子の詳細を表１に示す。

テストの結果、本発明の予測方法で予測された横バネ定数は、実測した横バネ定数との相関係数が０．９６であり、相関が非常に高く、高精度で横ばね定数を予測できることが確認できた。従って、本発明の予測方法は、設計因子を代入するだけで予測できるため、実用性が高く、コーナリング性能に優れたタイヤ設計の効率化を図りうることが確認できた。

１自動車用タイヤ
２トレッド部
３サイドウォール部
４ビード部
６Ａ内側カーカスプライ
６Ｂ外側カーカスプライ
７Ａ内側ベルトプライ
７Ｂ外側ベルトプライ
８ビードエーペックスゴム
９クリンチゴム
１０ビード補強層

Claims

下記式（１）を用いて、自動車用タイヤの横バネ定数を予測する工程を含むことを特徴とする自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法。

ここで
Ｇｙ：横バネ定数（Ｎ／mm）
Ｓ：タイヤの接地面積（cm²）
Ｔｅ：トレッドゴムの複素弾性率（ＭＰａ）
ｒ：ベルト層の半径（mm）
Ｆ：接地時の接線力（Ｎ）
ｙ：トレッド部の陸部のタイヤ軸方向の変位（mm）
ｈ：トレッド部の陸部の高さ（mm）
Ｅｙ：トレッドゴムのヤング率（Ｎ／cm²）
Ｇ：トレッドゴムの剪断剛性（Ｎ／cm²）
Ｉｍ：トレッド部の陸部の断面２次モーメント（mm⁴）
Ａ：トレッド部の陸部の断面積（cm²）
Ａｐ：空気圧（ｋＰａ）
Ｐｎ：カーカスプライの枚数（枚）
Ｈｉ：外側カーカスプライの折返し部の高さ（mm）
Ｈｏ：内側カーカスプライの折返し部の高さ（mm）
Ｂｎ：ビード補強層の枚数（枚）
Ｃｗ：クリンチゴムの最大厚さ（mm）
Ｂｈ：ビードエーペックスの高さ（mm）
Ｂｇ：ビードエーペックスのゴム硬度（度）
α：ベルトコードのタイヤ軸方向に対する角度（°）
Ｂｗ：ベルトプライのタイヤ軸方向の最大幅（mm）
ａ１〜ａ１４：定数
上記式（１）には、前記自動車用タイヤのトレッド部にサイピングが設けられる場合、下記式（２）が用いられる請求項１に記載の自動車用タイヤのコーナリング性能の予測方法。

ここで
Ｗ：陸部の幅（mm）
Ｌ: サイピングの周方向方向成分長さ（mm）
ｈｓ：サイピングの深さ（mm）