JP2015123941A - タイヤの摩耗シミュレーション装置、その方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
入力部12は、解析対象となる空気入りタイヤの断面形状を含めたタイヤについてのデータ(タイヤ設計情報)を取得する。具体的には、タイヤの外形形状や内部構造等の各寸法諸元、タイヤを構成するトレッドゴム、サイドウォールゴム、ベルト、カーカスプライ、ビードコア、チェーハーなどの各タイヤ部材についての形状、配置、材料物性値などが入力される。これらの情報の入力は、キーボードを用いて行われてもよく、あるいはまた、記録媒体やネットワーク等を通じて行われてもよい。
モデル作成部14は、入力部12で入力されたデータに基づいて、シミュレートするタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを作成する。タイヤモデルとは、タイヤを数値的・解析的手法に基づいて作成されたコンピュータプログラムへのインプットデータ形式に数値化したものをいう。本実施形態では、数値解析手法として有限要素法(FEM)を用いる。そのため、タイヤモデルは、有限要素法に対応した要素分割、例えばメッシュ分割によって複数の要素に分割される。
転動条件設定部16は、上記で得られたタイヤモデルを転動させる際に必要な条件を設定する。条件としては、タイヤ側の条件として、例えばリムサイズ、空気圧、及び転動条件などが挙げられ、また、路面側の条件として、例えば摩擦係数などが挙げられる。
転動解析部18は、上記複数の転動条件でタイヤモデルの転動解析を行う。転動解析は、路面に接触したタイヤを回転させたときの変化、すなわちタイヤ形状の変形を解析するものであり、それ自体は公知であり、そのような公知の手法を用いて行うことができる。
基準摩擦エネルギー算出部20は、上記転動解析の結果から、複数の転動条件のそれぞれについて、摩擦エネルギー(E)を算出する。摩擦エネルギーは、摩耗のしやすさの程度をトレッド表面が路面に接触した際の摩擦によるエネルギーを用いて評価するために算出される。
モード摩擦エネルギー算出部22は、上記基準摩擦エネルギーを用いた補間計算により、シミュレートするタイヤ走行の各モードについて、直進時の摩擦エネルギーと、前後力による摩擦エネルギーの増加分と、横力による摩擦エネルギーの増加分と、キャンバー角による摩擦エネルギーの増加分をそれぞれ算出し、直進時の摩擦エネルギーに前後力による摩擦エネルギーの増加分と横力による摩擦エネルギー増加分とキャンバー角による摩擦エネルギー増加分を加えることにより、各モードにおける摩擦エネルギー(以下、モード摩擦エネルギーということがある。)を算出する。
直進時エネルギー算出部40は、荷重(Fz)の異なる複数の転動条件での摩擦エネルギーと当該荷重との関係を用いた補間計算により各モードにおける直進時摩擦エネルギーE_Freeを算出する。なお、補間に用いる転動条件の荷重は、通常2条件とするが、3条件以上として計算精度を向上してもよい。
前後力増加分算出部42は、前後力(Fx)の異なる複数の転動条件での摩擦エネルギーと当該前後力との関係を用いた補間計算により各モードにおける前後力による摩擦エネルギーの増加分ΔE_Fx_CA0を算出する。なお、補間に用いる転動条件の前後力は、前後力0の他に、通常+値と−値についてそれぞれ1条件とするが、それぞれ2条件以上として計算精度を向上してもよい。
横力増加分算出部44は、横力(Fy)の異なる複数の転動条件での摩擦エネルギーと当該横力との関係を用いた補間計算により各モードにおける横力による摩擦エネルギーの増加分ΔE_Fy_CA0を算出する。なお、補間に用いる転動条件の横力は、横力0の他に、通常+値と−値についてそれぞれ1条件とするが、それぞれ2条件以上として計算精度を向上してもよい。
キャンバー角増加分算出部46は、キャンバー角(CA)の異なる複数の転動条件での摩擦エネルギーと当該キャンバー角との関係を二次曲線で定義し、該二次曲線を用いた補間計算により各モードにおけるキャンバー角による摩擦エネルギーの増加分ΔE_CAを算出する。なお、補間に用いる転動条件のキャンバー角は、キャンバー角0の他に、通常+値と−値についてそれぞれ2条件とするが、それぞれ3条件以上として計算精度を向上してもよい。
エネルギー計算部48は、上記で得られたE_Free、ΔE_Fx_CA0、ΔE_Fy_CA0及びΔE_CAから式(2)に基づいて各モードにおける摩擦エネルギーEtotalを算出する。算出は、図8に示す全モードについて行う。
積算摩擦エネルギー算出部24は、上記で得られた各モードの摩擦エネルギーに各モードの走行頻度を乗じて積算することにより積算摩擦エネルギーを算出する。すなわち、各モードの摩耗エネルギーに対し、そのモードの走行頻度を掛けて、得られた積を足し合わせることにより、シミュレートするタイヤ走行における各表面節点での積算摩擦エネルギーが得られる。そのため、該積算摩擦エネルギーを、トレッド表面に位置する全表面節点について取得する。
摩耗量算出部26は、上記積算摩擦エネルギーに基づいて、トレッド表面における摩耗量、即ち、トレッドパターン表面に位置する各表面節点の摩耗量を算出する。摩耗量の算出方法は、特に限定しないが、一般に摩耗量は摩擦エネルギーと比例関係にあるため、摩擦エネルギーに対するゴム材料の摩耗情報を解析や実験から取得して、摩擦エネルギーと摩耗量の比例関係を求めておき、該比例関係を用いて上記積算摩擦エネルギーから摩耗量を算出すればよい。
摩耗モデル生成部28は、上記摩耗量に基づいて、タイヤモデルのトレッド表面を移動させることにより摩耗タイヤモデルを生成(作成)する。すなわち、摩耗モデル生成部28は、タイヤモデルの表面節点を、鉛直方向(トレッド厚み方向)に上記摩耗量にて移動させる。
判定部30は、上記摩耗タイヤモデルにおける初期タイヤモデルからの摩耗量が、予め定められた目標摩耗量を満たしているかどうかを判定する。
モデル更新部32は、判定部30が目標摩耗量を満たしていないと判定した場合にタイヤモデルを更新するものであり、すなわち、摩耗モデル生成部28で生成した摩耗タイヤモデルを、次の転動解析を行うタイヤモデルとして設定する。
出力部34は、目標摩耗量を満たした摩耗タイヤモデルを出力する。摩耗タイヤモデルの出力は、ディスプレイによって表示したり、プリンタによって印刷したりすることにより行うことができる。ハードディスクなどの記憶装置やDVDなどの記録媒体に保存してもよい。
Claims (6)
- タイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを作成するモデル作成部と、
前記タイヤモデルを転動させる条件として荷重、前後力、横力及びキャンバー角のいずれか1つ以上が異なる複数の基準となる転動条件を設定する転動条件設定部と、
前記複数の転動条件で前記タイヤモデルの転動解析を行う転動解析部と、
前記転動解析の結果から前記複数の転動条件のそれぞれについて摩擦エネルギーを算出する基準摩擦エネルギー算出部と、
前記複数の転動条件での摩擦エネルギーを用いた補間計算により、シミュレートするタイヤ走行の各モードについて、直進時の摩擦エネルギーと、前後力による摩擦エネルギーの増加分と、横力による摩擦エネルギーの増加分と、キャンバー角による摩擦エネルギーの増加分をそれぞれ算出し、前記直進時の摩擦エネルギーに前記前後力による摩擦エネルギーの増加分と前記横力による摩擦エネルギー増加分と前記キャンバー角による摩擦エネルギー増加分を加えることにより、前記各モードにおける摩擦エネルギーを算出するモード摩擦エネルギー算出部と、
前記各モードの摩擦エネルギーに各モードの走行頻度を乗じて積算することにより積算摩擦エネルギーを算出する積算摩擦エネルギー算出部と、
前記積算摩擦エネルギーに基づいてトレッド表面における摩耗量を算出する摩耗量算出部と、
前記摩耗量に基づいて前記タイヤモデルのトレッド表面を移動させることにより摩耗タイヤモデルを生成する摩耗モデル生成部と、
を有するタイヤの摩耗シミュレーション装置。 - 前記モード摩擦エネルギー算出部は、キャンバー角の異なる複数の転動条件での摩擦エネルギーと当該キャンバー角との関係を二次曲線で定義し、該二次曲線を用いた補間計算により前記各モードにおける前記キャンバー角による摩擦エネルギーの増加分を算出するキャンバー角増加分算出部を有する、
請求項1記載のタイヤの摩耗シミュレーション装置。 - 前記摩耗モデル生成部は、前記摩耗量をD、トレッド表面に位置する表面節点から厚み方向に隣り合う第1内部節点までの距離をa、前記第1内部節点から厚み方向に順次隣り合う第i内部節点と第i+1内部節点間の距離をbi(但しiは1以上の整数)として、前記表面節点の移動量をDに設定し、前記第1内部節点を含む第i内部節点の移動量をD×bi/aに設定する、
請求項1又は2記載のタイヤの摩耗シミュレーション装置。 - 前記表面節点の移動量Dが前記aよりも大きい場合には、当該表面節点を含む要素を削除し、前記Dから前記aを差し引いた値を要素削除後の表面節点の移動量とし、要素削除後の第i内部節点の移動量を(D−a)×bi/aに設定する、
請求項3記載のタイヤの摩耗シミュレーション装置。 - タイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを作成するモデル作成ステップと、
前記タイヤモデルを転動させる条件として荷重、前後力、横力及びキャンバー角のいずれか1つ以上が異なる複数の基準となる転動条件を設定する転動条件設定ステップと、
前記複数の転動条件で前記タイヤモデルの転動解析を行う転動解析ステップと、
前記転動解析の結果から前記複数の転動条件のそれぞれについて摩擦エネルギーを算出する基準摩擦エネルギー算出ステップと、
前記複数の転動条件での摩擦エネルギーを用いた補間計算により、シミュレートするタイヤ走行の各モードについて、直進時の摩擦エネルギーと、前後力による摩擦エネルギーの増加分と、横力による摩擦エネルギーの増加分と、キャンバー角による摩擦エネルギーの増加分をそれぞれ算出し、前記直進時の摩擦エネルギーに前記前後力による摩擦エネルギーの増加分と前記横力による摩擦エネルギー増加分と前記キャンバー角による摩擦エネルギー増加分を加えることにより、前記各モードにおける摩擦エネルギーを算出するモード摩擦エネルギー算出ステップと、
前記各モードの摩擦エネルギーに各モードの走行頻度を乗じて積算することにより積算摩擦エネルギーを算出する積算摩擦エネルギー算出ステップと、
前記積算摩擦エネルギーに基づいてトレッド表面における摩耗量を算出する摩耗量算出ステップと、
前記摩耗量に基づいて前記タイヤモデルのトレッド表面を移動させることにより摩耗タイヤモデルを生成する摩耗モデル生成ステップと、
を有するタイヤの摩耗シミュレーション方法。 - タイヤの摩耗をシミュレーションにより解析するプログラムであって、
コンピュータに、
タイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを作成するモデル作成機能と、
前記タイヤモデルを転動させる条件として荷重、前後力、横力及びキャンバー角のいずれか1つ以上が異なる複数の基準となる転動条件を設定する転動条件設定機能と、
前記複数の転動条件で前記タイヤモデルの転動解析を行う転動解析機能と、
前記転動解析の結果から前記複数の転動条件のそれぞれについて摩擦エネルギーを算出する基準摩擦エネルギー算出機能と、
前記複数の転動条件での摩擦エネルギーを用いた補間計算により、シミュレートするタイヤ走行の各モードについて、直進時の摩擦エネルギーと、前後力による摩擦エネルギーの増加分と、横力による摩擦エネルギーの増加分と、キャンバー角による摩擦エネルギーの増加分をそれぞれ算出し、前記直進時の摩擦エネルギーに前記前後力による摩擦エネルギーの増加分と前記横力による摩擦エネルギー増加分と前記キャンバー角による摩擦エネルギー増加分を加えることにより、前記各モードにおける摩擦エネルギーを算出するモード摩擦エネルギー算出機能と、
前記各モードの摩擦エネルギーに各モードの走行頻度を乗じて積算することにより積算摩擦エネルギーを算出する積算摩擦エネルギー算出機能と、
前記積算摩擦エネルギーに基づいてトレッド表面における摩耗量を算出する摩耗量算出機能と、
前記摩耗量に基づいて前記タイヤモデルのトレッド表面を移動させることにより摩耗タイヤモデルを生成する摩耗モデル生成機能と、
を実現させるためのタイヤの摩耗シミュレーションプログラム。
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