JP4496716B2 - Tire simulation method, tire performance prediction method, tire manufacturing method, tire and program - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路面上を走行するタイヤの挙動を再現するタイヤのシミュレーション方法、タイヤ性能予測方法、タイヤ製造方法、タイヤおよびプログラムに関し、特に、路面に形成された水膜上をタイヤが通過するときタイヤ挙動を再現するタイヤのシミュレーション方法、タイヤのウェット性能の予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの処理能力の向上に伴って、車両に装着される空気入りタイヤ（以降、単にタイヤという）の濡れた路面でのウェット性能を、有限要素法や有限体積法を用いて予測する方法が種々提案されている。
タイヤのウェット性能とは、例えば、路面に溜まった水膜上をタイヤが走行するとき、タイヤと路面との間に水が進入してタイヤが持つ路面へのグリップ力が低下し、最終的に水膜の上をタイヤが滑りタイヤの制御が効かなくなるハイドロプレーニング現象に代表されるように、タイヤと路面間に水が介在することによってタイヤ性能が低下することをいう。
このようなタイヤ性能の低下はタイヤの走行速度（並進速度）が増大した際に発生し易いため、有限要素法や有限体積法を用いてウェット性能を予測する場合、並進速度が高い状態にあるタイヤの有限要素モデルを用いて計算処理を行う必要がある。ハイドロプレーニング性能の場合、例えば８０〜１００ｋｍ／時の並進速度の動的状態を再現したタイヤの有限要素モデルを作成しなければならない。
【０００３】
したがって、タイヤの有限要素モデルを用いてハイドロプレーニング性能を評価する場合、水膜を再現した水膜モデル上で静止したタイヤの有限要素モデルの転動を開始させて所定の並進速度に達するまで徐々に並進速度を上げなければならない。あるいは、予め所定の走行速度に達したタイヤの有限要素モデルを、路面モデル上に作成された水膜モデル上で定常状態となるまで転動させなければならない。いずれにおいても、タイヤの有限要素モデルの進行方向に沿って水膜モデルの長さを確保してハイドロプレーニング性能の評価を行う必要がある。
【０００４】
下記特許文献１では、有限要素モデルのタイヤモデルと有限体積モデルの流体モデルとを用いて、タイヤモデルが流体モデルと接触したときに生じる物理量を算出することにより、タイヤ性能を予測するタイヤ性能予測方法を提案している。当該特許文献１では、水膜モデルである流体モデルを形成する領域は、タイヤモデルが移動する領域を含むものとして作成する（当該文献１の［００６１］参照）。そして、タイヤモデルが流体モデルに進入した際、流体モデルの流体領域を分割した各微小流体要素にタイヤモデルとの干渉部分があるか否かを、各微小流体要素全てについて逐次調べることにより、流体モデルがタイヤモデルに与える境界条件およびタイヤモデルが流体モデルに与える境界条件を設定する。これらの境界条件に基づいてタイヤの変形計算および流体モデルの流れ計算を行うことにより、流体モデルを通過するときのタイヤモデルの挙動を算出することができ、流体を介して使用する環境下におけるタイヤ性能の予測が可能となる、と記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１３３７３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載のタイヤ性能予測方法では、図１４に示すように、タイヤモデルが移動する極めて長い領域に流体モデルを作成し、しかも、流体モデルの各微小流体要素についてタイヤモデルとの干渉部分があるか否かを逐次調べる必要がある。このため、タイヤ性能を予測する際の計算処理に極めて多大の時間がかかり、例えば数十時間〜数百時間に及び、計算処理速度の点で実用的ではなかった。
このような計算処理速度の問題は、コンピュータの処理能力の向上によって解決する問題ではあるが、処理能力の向上したコンピュータの出現により正確なタイヤ性能の予測を行うためには、タイヤモデルや微小流体要素をより一層細分化した高精細なモデルを用いる必要があり、この場合も、同様の問題が発生するのは明らかである。
【０００７】
上記特許文献１では、計算処理効率の問題を解決するために、トレッドパターンの無いスムースタイヤモデルを転動させた時のスムースタイヤモデルのベルト部分の移動の軌跡や変形履歴を予め求めておき（グローバル解析）、この軌跡をトレッドパターンが一部分に設けられたタイヤモデルのベルト部分に強制入力として与えることで、タイヤモデルのトレッドパターンが流体モデルに及ぼす影響を解析（ローカル解析）するグローバル／ローカル解析を提案している。しかし、この解析方法では、ローカル解析を実行する時、ベルト部分の変形履歴を、予めスムースタイヤモデル等で計算した結果の通りに強制的に入力する必要がある。このため、ローカル解析時に、トレッドパターンを付けたタイヤモデルのベルト部分の変形を拘束するため、トレッドパターンの違いによるベルト部分の変形の違いを考慮した解析結果を得ることができないといった問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、タイヤウェット性能をはじめとするタイヤ性能の予測を効率よく短時間にしかも精度良く行うためのタイヤのシミュレーション方法、タイヤ性能予測方法を提案すると共に、このタイヤ性能予測方法を用いたタイヤ製造方法、タイヤおよびタイヤのシミュレーション方法をコンピュータが行うプログラムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、路面上を走行するタイヤの挙動を再現するタイヤのシミュレーション方法であって、路面を再現した路面モデルと、この路面モデル上を移動するタイヤモデルと、前記路面モデル上の一部の空間領域をメッシュ分割して得られた複数の領域要素を有し、前記空間領域に所定の流体物質を充填した流体解析領域と、を作成するモデル作成ステップと、前記タイヤモデルが前記流体解析領域に進入することにより前記タイヤモデルが前記流体解析領域内の前記流体物質に与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいて前記流体解析領域における流体物質の流れを計算する流体計算ステップと、前記タイヤモデルの移動に応じて前記流体解析領域の移動を行う解析領域移動ステップと、前記タイヤモデルが前記流体解析領域に進入することにより前記流体解析領域内の前記流体物質の流れが前記タイヤモデルに与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいて前記タイヤモデルの変形を計算する変形計算ステップと、前記流体計算ステップ、前記解析領域移動ステップ、および前記変形計算ステップを繰返し行う繰返しステップと、を有することを特徴とするタイヤのシミュレーション方法を提供する。
【００１０】
前記繰返しステップにおいて、前記流体計算ステップで得られた前記流体物質の物理量に基づいて、次回の前記変形計算ステップにおける前記境界条件が与えられ、前記変形計算ステップで得られた前記タイヤモデルの変形に基づいて、次回の前記流体計算ステップにおける前記境界条件が与えられるのが好ましい。
また、前記解析領域移動ステップにおいて、移動後の流体解析領域の各領域要素における前記流体物質の物理量が、移動前の流体解析領域の各領域要素における前記流体物質の物理量をマッピング処理することによって生成されるのが好ましい。その際、前記マッピング処理は、例えば、移動後の流体解析領域の領域要素と移動前の流体解析領域の領域要素とが重なる重複部分の有する要素変数を重み付け係数として、移動前の流体解析領域の各領域要素における物理量を加重平均する処理である。前記要素変数は、例えば、移動前の流体解析領域の領域要素と重なる移動後の流体解析領域の領域要素に占める前記重複部分の要素体積の比率である。また、前記要素体積の比率の他に、例えば、前記重複部分の表面積の比率、さらには、この重複部分における前記流体物質の質量の比率、前記流体物質の流速の比率等が挙げられる。
前記流体物質の物理量は、前記流体物質の流体圧力、前記流体物質の流速および前記領域要素に含まれる前記流体物質の体積含有率のうち少なくとも１つを含むのが好ましい。
【００１１】
また、前記流体計算ステップにおいて、前記流体物質に重力加速度を作用させて前記流体物質の流れを計算するのが好ましい。
さらに、前記解析領域移動ステップにおいて、前記タイヤモデルが前記流体物質に与える境界条件の他に、前記流体解析領域の境界面のうち、前記タイヤモデルの移動方向の前端面には前記流体物質の流入のみを許容する境界条件を、前記流体解析領域の後端面には前記流体物質の流出のみを許容する境界条件を付与するとともに、前記流体計算ステップにおいて、前記領域要素のうち、前記流体解析領域の前端に位置し、前記前端面が前記流体物質と接する少なくとも前端の領域要素には前記流体物質が前記タイヤモデルの移動方向に流速を有するように前記流体物質の流れを拘束する拘束条件を付与するのが好ましい。その際、さらに、前記流体解析領域の境界面のうち、前記流体解析領域の側面および下面には、前記流体物質の流出および流入を禁止する境界条件を付与するのが好ましい。
【００１２】
また、前記タイヤモデルの移動方向における前記流体解析領域の長さは、前記タイヤモデルが前記流体解析領域のない前記路面モデルの部分と接触するときの、前記タイヤモデルの前記移動方向における最大接触長さの０．５倍以上４倍以下であるのが好ましい。
前記タイヤモデルは、タイヤ構成部材を有限個の要素に分割して作成された有限要素モデルであるのが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明は、前記タイヤのシミュレーション方法を行って、前記タイヤモデルに作用する物理量および前記流体物質の物理量の少なくとも一方を算出するステップと、算出された物理量に基づいてタイヤ性能を予測するステップと、を有することを特徴とするタイヤ性能予測方法を提供する。
【００１４】
さらに、本発明は前記タイヤ性能予測方法を用いて設計されたタイヤを製造することを特徴とするタイヤ製造方法を提供する。さらに、このタイヤ製造方法を用いて製造されたことを特徴とするタイヤを提供する。
【００１５】
さらに、本発明は、路面上を走行するタイヤの挙動を再現するタイヤのシミュレーション方法をコンピュータに実行させる、コンピュータが実効可能なプログラムであって、路面を再現した路面モデルと、この路面モデル上を移動するタイヤモデルと、前記路面モデル上の一部の空間領域をメッシュ分割して作成された複数の領域要素を有し、前記空間領域に所定の流体物質を充填した流体解析領域と、を前記コンピュータの演算手段に作成させるモデル作成手順と、前記タイヤモデルが前記流体解析領域に進入することにより前記タイヤモデルが前記流体解析領域内の前記流体物質に与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいて前記流体解析領域における流体物質の流れを前記演算手段に計算させる流体計算手順と、前記タイヤモデルの移動に応じて前記流体解析領域の移動を前記演算手段に行わせる解析領域移動手順と、前記タイヤモデルが前記流体解析領域に進入することにより前記流体解析領域内の前記流体物質の流れが前記タイヤモデルに与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいて前記タイヤモデルの変形を前記演算手段に計算させる変形計算手順と、を有し、前記流体計算手順、前記解析領域移動手順、および前記変形計算手順を繰返し行わせることを特徴とするプログラムを提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタイヤのシミュレーション方法、タイヤ性能予測方法、タイヤ製造方法、タイヤおよびプログラムについて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明のタイヤのシミュレーション方法およびタイヤ性能予測方法を行うタイヤ性能予測装置（以降、本装置という）１００の概略の構成をブロック図で示した概略構成図である。
【００１８】
本装置１００は、解析対象とするタイヤモデルあるいはリムモデルに装着されたタイヤモデルをはじめとする各種モデルの作成を行うモデル作成部２００と、静的解析処理、例えば、リムモデルの装着されたタイヤモデルに内圧充填処理を施し、鉛直荷重を負荷して接地変形させる接地処理を行う静的解析部３００と、静的解析部３００で接地処理の施された静止状態にあるタイヤモデルを所定の走行速度で転動させる転動処理部４００と、ハイドロプレーニング状態などのウェット路面での動的状態の解析（動的解析）を行う動的解析部５００と、動的解析を行ったタイヤモデル等に作用する物理量を抽出する物理量抽出部６００と、物理量の抽出結果に基づいてウエット路面でのタイヤ性能を予測するタイヤ性能予測部７００と、を有する。さらに、上記各部位の機能および制御を行うＣＰＵ１１０と、各部位で作成された結果を記憶、保持するメモリ１２０とを有する。
【００１９】
本装置１００は、プログラムを実行することによって各部位が機能を発揮するコンピュータによって構成された装置であってもよいし、専用回路によって構成された専用装置であってもよいし、一部分がコンピュータにより、他の部分が専用回路によって構成された装置であってもよい。
【００２０】
図２は、モデル作成部２００で作成される各種モデルの一例を示す斜視図である。
モデル作成部２００は、操作者により図示されないマウスやキーボード等の操作系を用いて設定されたモデル作成条件に基づいてトレッドパターンの付いたタイヤモデル２０１を作成する。さらに、別途作成されたリムモデルがタイヤモデル２０１にマージされて、リムモデルの装着されたタイヤモデル２０１を作成する。図２においては、リムモデルは省略されている。さらに、剛体平面モデルである路面モデル２０２と路面モデル２０２上に流体解析領域２０３とを作成する。
【００２１】
図２に示される流体解析領域２０３とは、路面モデル２０２上の一部の空間領域をメッシュ分割して作成された複数の領域要素を有し、流体解析領域２０４内に水等の密度と粘性係数で特徴付けられた流体物質が配された、いわゆる流体モデルが形成された領域である。
【００２２】
ここで、流体物質は流体解析領域２０３内に存在するが、流体物質を、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように初期設定して配置することができる。
例えば、図３（ａ）に示すように、流体解析領域２０３の路面モデル２０２と接する下面領域全面に流体物質が一様な厚さ（深さ）で配置される。図３（ｂ）に示すように、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３内にある程度進入した後流体物質と接触するように、タイヤモデル２０１の移動方向の前方の一部分に流体物質が一様な厚さ（深さ）で配置される。また、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）に示す流体物質の満たされる領域のうち、タイヤモデル２０１のタイヤ幅より広い、幅方向（タイヤモデル２０１の移動方向と直交する方向）の一部分に流体物質が一様な厚さ（深さ）で配置される。
【００２３】
また、流体物質には、重力加速度を作用させる。これは、例えば、タイヤによってタイヤの移動方向前方に跳ね除けられた水等の流体が空間を飛散して再び路面上に着地する現象を解析できるようにする場合、重力加速度の作用が必要とされるからである。重力加速度を流体物質に作用させることで、実際の流体の流れをより正確に再現することが可能となり、タイヤの接地面前端付近で発生する水の跳ね返りを正確にモデルで再現することができる。
【００２４】
流体解析領域２０３の境界面のうち、タイヤモデル２０１の移動方向の前端面には、流体解析領域２０３をタイヤモデル２０１とともに移動させる際、常に前端面から流体物質が流入だけが許容されて流体物質が補充されるように境界条件が付与される。また、流体解析領域２０３の境界面のうち、タイヤモデル２０１の移動方向の反対側に位置する後端面には、流体解析領域２０３の移動の際、流体物質の流出だけが許容されるように境界条件が付与される。
【００２５】
路面モデル２０２を移動するタイヤモデル２０１が長い移動距離において流体物質を踏込むシミュレーションを行うために、流体解析領域２０３の前端面から流体物質が流入して、流体物質が補充されるように境界条件が付与される。上記前端面からの流体物質の補充がない場合、流体解析領域２０３の移動にともなって、流体物質はタイヤモデル２０１の移動方向と反対方向（後方）に移動して、タイヤモデル２０１の移動方向の前方にあった流体物質が存在しなくなってしまうからである。
【００２６】
また、流体物質に重力加速度を付与する場合、流体解析領域２０３に一定の厚さで存在する流体物質が自重によって流体解析領域２０３から流れ出ることのないように、流体解析領域２０３の側面および下面には流体物質の流入および流出を禁止する境界条件が付与される。流体解析領域２０３の上面では流体物質の流入および流出は禁止されない。上記流体解析領域２０３の側面に境界条件が付与されない場合、流体物質が側面から流れ出てしまい、一定の厚さ（深さ）が維持できなくなる。
【００２７】
ここで、タイヤモデル２０１が後述するように転動して路面モデル２０２を移動するときの移動方向における流体解析領域２０３の長さは、タイヤモデル２０１が路面モデル２０２に接地して路面モデル２０２と接触する前記移動方向の最大接触長さの０．５倍〜４倍とするのが好ましい。流体解析領域２０３が０．５倍より小さいと、タイヤが路面上の水を排除しながら移動する排水性を再現することができず、４倍より大きいと流体解析領域２０３の規模が大きくなって解析に要する処理時間の短縮が小さくなってしまうからである。この範囲の長さを流体解析領域２０３が有することで、移動するタイヤが水膜を通過するときのタイヤの挙動を、計算に要する処理時間を短縮しながら正確に再現することができる。
【００２８】
タイヤモデル２０１は、タイヤ構成部材を有限個の変形可能な弾性体の要素に分割して構成された三次元有限要素モデルである。例えば、カーカス補強部材およびベルト補強部材、ビード補強材等の構成部材は、張力と曲げ剛性を持つシェル要素で、ゴム部材、例えば、トレッドゴム部材やサイドウォールゴム部材やビードフィラーゴム部材やカーカスコートゴム部材等の構成部材は、４面体、５面体、６面体固体要素などで作成される。
【００２９】
静的解析部３００は、モデル作成部２００で作成されたリムモデルの装着されたタイヤモデル２０１に対して、静的解析処理、例えば、所定の内圧を充填する内圧充填処理と、路面モデル２０２に接地させてタイヤモデル２０１を接地変形させる接地処理と、を行うように構成される。
【００３０】
転動処理部４００は、接地処理の施されたタイヤモデル２０１を所定の走行速度で移動するようにタイヤモデル２０１を転動状態とする。ここで、タイヤモデル２０１を静止状態から所定の走行速度で移動するように処理を施すが、この処理方法は、特に制限されない。例えば、タイヤモデル２０１にタイヤ回転軸の周りに所定の回転速度および並進速度（走行速度）を与え、この回転速度、並進速度を徐々に増加させて目標とする回転速度および走行速度にする方法を用いて所望の転動状態のタイヤモデル２０１を作成する。あるいは、タイヤモデル２０１および装着された図示されないリムモデルを変形を許容しない剛体モデルに一旦変換し、この後、目標とする回転速度および並進速度（走行速度）を瞬時に入力し、この後、剛体モデルを変形可能なタイヤモデルおよびリムモデルに復元する方法を用いて所望の転動状態のタイヤモデル２０１を作成してもよい。この方法は、本願出願人により出願された特願２００２−３３２１６８号に詳細に記載されている。
【００３１】
動的解析部５００は、転動処理部４００で作成された動的状態のタイヤモデル２０１と流体解析領域２０３の形成された路面モデル２０２との境界条件を設定する境界条件設定部と、設定された境界条件に基づいて、走行速度を付与した条件下における転動状態（動的状態）のタイヤモデル２０１の変形計算および流体解析領域２０３内の流体物質の流れ計算を行うタイヤ・流体計算部と、を有して構成される。
タイヤ・路面モデル計算部において、流体解析領域２０３内の流体物質の計算結果あるいはタイヤモデル２０１の計算結果が所定の条件を満たさない場合、上記境界条件設定部へ戻り、タイヤモデル２０１の変形状態および流体物質の流れを新たな境界条件として設定して上記計算が繰り返される。
また、計算の際、タイヤモデル２０１にキャンバ角やスリップ角が付いたコーナリング状態、もしくはタイヤ回転軸に制動トルクや駆動トルクを付与したブレーキング状態を計算してもよい。
また、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０２に所定長さ進入して、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０２内の流体物質に与える境界条件が設定されると、流体解析領域２０２は、タイヤモデル２０１の移動に応じてタイヤ移動方向に移動するように構成される。
【００３２】
物理量抽出部６００は、作成された動的状態のタイヤモデル２０１の物理量を算出する部位である。
例えば、タイヤモデル２０１が路面モデル２０２上の流体解析領域２０３に進入したときの解析を行って、流体解析領域２０３内の流体物質がタイヤモデル２０１に作用する浮力、タイヤモデル２０１が路面モデル２０２から受ける踏面反力、流体解析領域２０３内の各領域要素に含まれる流体物質の体積含有率、流体物質の流体圧力、流速、流量、エネルギー密度、またはエネルギーの各種分布、また、タイヤモデル２０１の路面モデル２０２と接触する接地形状、接地面積または接地圧分布等を物理量として算出する。
タイヤ性能予測部７００は、算出された物理量に基づいて、ウェット性能の良否を予測する部位である。
【００３３】
このような本装置１００がコンピュータによって構成される場合、以下のプログラムが実行されて各部位が機能する。すなわち、路面を再現した路面モデル２０２と、この路面モデル２０２上を移動するタイヤモデル２０１と、路面モデル２０２上の一部の空間領域をメッシュ分割して作成された複数の領域要素を有し、この空間領域に所定の流体物質を充填した流体解析領域２０３と、をＣＰＵ１１０に作成させるモデル作成手順と、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入することによりタイヤモデル２０１が流体解析領域２０３内の流体物質に与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいて流体解析領域２０３における流体物質の流れをＣＰＵ１１０に計算させ、計算結果をメモリ１２０に記憶させる流体計算手順と、タイヤモデル２０１の移動に応じて流体解析領域２０３の移動をＣＰＵ１１０に行わせる解析領域移動手順と、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入することにより流体解析領域２０３内の流体物質がタイヤモデル２０１に与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいてタイヤモデル２０１の変形をＣＰＵ１１０に計算させ、計算結果をメモリ１２０に記憶させる変形計算手順と、を有し、前記流体計算手順、前記解析領域移動手順、および前記変形計算手順を、タイヤモデル２０１あるいは流体解析領域２０３内の流体物質の計算結果が所定の条件を満たすまで繰返し行わせる。
【００３４】
このような本装置１００は、図４に示すフローに沿って動的状態のタイヤモデルを作成してウェット性能の予測を行うことができる。
図４は本発明のタイヤのシミュレーションおよびタイヤ性能予測方法の流れの一例を示すフローチャートである。
まず、本装置１００に、操作者から図示されない操作系によって、モデル作成条件および転動条件が入力される。
モデル作成条件とは、トレッドパターン付きのタイヤモデル２０１、路面モデル２０２および流体解析領域２０３をどのように構成するか、モデルの形状、メッシュ分割数、あるいは、有限要素モデルの場合、有限要素の配置や有限要素の剛性パラメータ等を設定するための条件である。
一方、転動条件とは、図示されないリムモデルの装着されたタイヤモデル２０１の動的状態を定める、並進速度（走行速度）、回転速度、およびタイヤモデル２０１に負荷される荷重、さらには路面モデル２０２による摩擦係数等のタイヤモデル２０１の運動や接地に関する条件である。
【００３５】
まず、モデル作成部２００では、トレッドパターン付きのタイヤモデル２０１が作成される（ステップＳ２０１）。
タイヤモデル２０１の作成は、例えば、タイヤのトレッドパターン部分のないタイヤケーシング部分をモデル化したタイヤ基台モデルおよびトレッドパターン部分を再現したトレッドパターンモデルを作成し、このトレッドパターンモデルをタイヤ基台モデルへマージすることで、タイヤモデル２０１の作成が行われる。あるいは、モデル作成条件により直接トレッドパターンを有するタイヤモデル２０１が作成されてもよい。また、別途、図示されないリムモデルが作成され、先に作成されたタイヤモデル２０１にリムモデルをマージしてリムモデルの装着されたタイヤモデル２０１が作成される。
一方、別途、路面モデル２０２が作成される他、流体モデルとなる流体解析領域２０３が作成される（ステップＳ２０２）。
【００３６】
リムモデルは、変形可能な弾性体の有限要素モデルであってもよいし、一部分が剛体となっており、他の部分が弾性体となって構成されたモデルであってもよいし、全体が剛体となったモデルであってもよい。路面モデル２０２は、変形を許容しない剛体モデルであってもよいし、変形可能な弾性体モデルであってもよい。
以上がモデル作成の流れである。
【００３７】
次に、静的解析部３００で静的解析が行われる（ステップＳ３０１）。
リムモデルの装着されたタイヤモデル２０１に対して内圧充填処理が行われる。内圧充填処理は、タイヤ内表面に相当するタイヤモデル２０１の空洞領域内面に一様な圧力を加える計算によって行われる。この処理が所定の解析時間行われたか否かが判断され、所定の解析時間が経過するまで内圧充填処理が施される。
さらに、内圧充填処理されたタイヤモデル２０１が路面モデル２０２に対して接地するように、設定された荷重に応じて接地処理が行われる。この処理が所定の解析時間行われたか否かが判断され、所定の解析時間が経過するまで接地処理が施される。なお、荷重は転動条件の１つとして与えられている。
これによってタイヤモデル２０１は、路面モデル２０２に接地して変形されたタイヤモデル２０１となる。接地処理の際、転動条件の１つとして設定された路面モデル２０２の摩擦係数を用いて接地処理を行ってもよい。
以上が静的解析の流れである。
【００３８】
次に、接地処理の施されたタイヤモデル２０１に転動処理が行われる（ステップＳ４０１）。
転動処理は、タイヤモデル２０１を静止した状態から所定の走行速度で移動するようにする処理であり、この処理の方法は特に制限されない。例えば、タイヤモデル２０１にタイヤ回転軸の周りに所定の回転速度、並進速度（走行速度）を与え、回転速度、並進速度を徐々に増加させて目標とする回転速度および並進速度にする。あるいは、タイヤモデル２０１および装着された図示されないリムモデルを変形を許容しない剛体モデルに一旦変換し、この後、目標とする回転速度および並進速度（走行速度）を瞬時に入力して与え、この後、剛体モデルを変形可能なタイヤモデルおよびリムモデルに復元して所望の転動状態のタイヤモデル２０１を作成してもよい。
【００３９】
次に、転動状態のタイヤモデル２０１に対して動的解析が行われる（ステップＳ５０１）。
図５は、動的解析の処理の流れを詳細に示したフローチャートである。
動的解析の計算については、流体解析領域２０３内の流体物質がタイヤモデル２０１に与える境界条件に基づいて、所定の時間の刻み幅で、逐次タイヤモデル２０１の変形計算が行われるとともに、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３内の流体物質に与える境界条件に基づいて、所定の時間の刻み幅で流体物質の流れ計算が逐次行われる。
【００４０】
まず、タイヤモデル２０１と流体解析領域２０３内の流体物質との境界面が計算される（ステップＳ５０２）。
図６は、路面モデル２０２上を転動するタイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入する直前の状態を示した図である。なお、図６における流体解析領域２０３には、路面モデル２０２の上方の空間領域を高さ方向に１０分割して形成された１０段の領域要素が形成されている。また、路面モデル２０２と接する最下段から３段目の領域要素の位置まで流体物質（図７において灰色領域）が充填されている。この状態から、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入する。なお、流体解析領域２０３は、空間領域をメッシュ分割したオイラーメッシュによって路面モデル２０２の上に作成されたものであり、流体解析領域２０３内の流体物質は、密度と体積弾性率によって特徴付けられたものである。なお、流体物質は、密度と体積弾性率で特徴付けられるものの他、弾性率、粘性係数、あるいは動粘度などで特徴付けられるものであってもよい。
【００４１】
図７は、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入して、流体物質を部分的に排除した状態を模式的に説明した図である。
ここで、各領域要素に記載されている数値は、流体物質（図７中の灰色領域）が各領域要素に占有する各要素領域の体積比率を表し、１．０は、領域要素内が流体物質で完全に満たされていることを示す。
流体物質で構成された流体モデルとタイヤモデル２０１との境界面Ａは以下のようにして計算される。
【００４２】
タイヤモデル２０１と流体物質で構成された流体モデルとの境界面Ａの計算をより具体的に説明する。
図８はタイヤモデルと流体物質との境界面の計算の流れを示すフローチャートであり、図９（ａ），（ｂ）は境界面の計算を説明する説明図である。
まず、流体解析領域２０３の各領域要素がタイヤモデル２０１と交わる交点が存在するか否かが判別される（ステップＳ６００）。
交点が存在すると判別された場合、交点から境界面が求められる。具体的には、図９（ａ）に示されるように、タイヤモデル２０１の外殻を成す要素の表面Ｓと各領域要素の各要素辺とによって交点が存在するか求められ、少なくとも３個（図９（ａ）中では４個の交点Ｐa 〜Ｐc ）の交点が求められると、これらの交点を結ぶ線分で囲まれた境界面の位置が算出される（ステップＳ６０２）。
一方、交点が存在しないと判別された場合、領域要素がタイヤモデル２０１の外側に存在するか否かが判別される（ステップＳ６０４）。流体解析領域２０３の領域要素がタイヤモデルの内側に存在する場合、タイヤモデル２０１において流体物質が排除されて存在しないため、後述する流体物質の流体物理量（流速、流体圧力、体積比率等）は存在しないものとして扱われる（ステップＳ６０５）。
【００４３】
ステップＳ６００およびステップＳ６０４の判別において肯定された場合、タイヤモデル２０１との境界面から分離された領域要素における流体物理量の算出が行われる（ステップＳ６０６）。
流体物理量が、例えば図７に示されるような流体物質の領域要素に占める体積比率である場合、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入することによって、図９（ｂ）に示すように、領域要素が境界面によって分離されて図９（ｂ）の領域Ｆのように小さくなり、流体物質が占める体積比率は小さくなる。また、流体物理量が、例えば流体物質の流速、流体圧力、エネルギー等の場合、境界面で分離されたタイヤモデル２０１の外側に位置する領域Ｆの、元の領域要素に対する体積比率と、境界面で分離される前の元の領域要素における流体物理量の値とを演算することで、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入することによって規制される流体物質の流体物理量が算出される。なお、ステップＳ６０４の判別において肯定された場合、領域要素は境界面で分離されないので、流体物理量は変化しない。
ステップＳ６００〜６０６の計算は、流体解析領域２０３の各領域要素毎に行われる。
【００４４】
このようにして、タイヤモデル２０１と流体解析領域２０３内の流体物質との境界面が計算され、流体物理量が計算される。この計算は、上述したように流体解析領域２０３の各領域要素毎に調べられる。本発明においては、後述するように、流体解析領域２０３は、タイヤモデル２０１の移動に応じて移動するので、従来方法のようにタイヤモデル２０１の移動方向に長い流体解析領域を作成する必要がなく、流体解析領域の領域要素の要素数を従来の方法で用いる流体解析領域の要素数に比べて数分の１に小さくすることができる。したがって、各領域要素毎に行われる境界面の計算および流体物理量の計算に要する処理時間は従来の方法に比べて短縮される。
【００４５】
次に、流体解析領域２０３内の流体物質からタイヤモデル２０１へ作用する力が境界条件として設定され（ステップＳ５０３）、これに基づいて転動するタイヤモデル２０１の変形計算が行われ、タイヤモデル２０１の変位や応力が算出される（ステップＳ５０４）。
ここで、境界条件の設定は、例えば、境界面に作用する流体物質の流体圧力が境界面を形成する領域要素の頂点に力として集約され、頂点に集約された力がタイヤモデル２０１の対応する節点に付与されるようタイヤモデル２０１の境界条件が算出される。
【００４６】
一方、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入することにより流体物質によって変形を受けたタイヤモデル２０１の変形形状とタイヤモデル２０１の転動に伴う速度成分とから流体物質への境界条件として設定される（ステップＳ５０５）。
すなわち、タイヤモデル２０１と流体物質との境界面は、ステップＳ５０２において設定されているので、この境界面を幾何学境界条件として、タイヤモデル２０１の転動に伴う速度成分によって生じる流体物質の流体解析空間２０３内での体積変化量が設定される。さらに、流体解析領域２０３の領域要素のうち、流体解析領域２０３の前端に位置し、前端面が流体物質と接する少なくとも前端の領域要素には、流体物質がタイヤモデル２０１の移動方向に流速を有するように流体物質の流れを拘束する拘束条件が付与され、さらに、流体解析領域２０３の境界面のうち、流体解析領域２０３の側面および下面には、流体物質の流出および流入を禁止する境界条件が付与される。
これに基づいて、流体物質の流れ計算が行われ、流体解析領域２０３における流体物質の流体圧力、流速および体積含有率等が計算される（ステップＳ５０６）。
【００４７】
次に、タイヤモデル２０１の移動に追従するように流体解析領域２０３の移動が行われる（ステップＳ５０７）。この場合、流体解析領域２０３の境界面のうち、タイヤモデル２０１の移動方向の前端面には流体物質の流入のみを許容する境界条件を、流体解析領域２０３の後端面には流体物質の流出のみを許容する境界条件が付与される。
タイヤモデル２０１の移動方向における流体解析領域２０３の長さは短く作成されることから、流体解析領域２０３をタイヤモデル２０１の移動に追従させて十分に定常状態となった安定したタイヤモデル２０１の挙動を求めるために、タイヤモデル２０１の移動に追従するように流体解析領域２０３の移動が行われる。
すなわち、流体解析領域２０３は、タイヤモデル２０１の走行速度と動的解析を行う所定の解析時間の刻み幅との積で定まる距離分、タイヤモデル２０１の移動方向に移動する。これにより、常に、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３内に位置するように設定される。
なお、流体解析領域２０３の移動は、タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３内に所定長さ進入した時点、または、タイヤモデル２０１と路面モデル２０２とで挟まれた空間に流体解析領域２０３内の流体物質が満たされた時点から開始するとよい。
【００４８】
次に、流体解析領域２０３内の流体物質の物理量（流体物理量）のマッピング処理が行われる（ステップＳ５０８）。
マッピング処理は、動的解析を行う際の解析時間の刻み幅によって移動した流体解析領域２０３の移動先の流体物質の流体物理量（体積含有率、流体圧力、流速）を設定するために行われる。
【００４９】
図１０（ａ），（ｂ）は、移動前の流体解析領域２０１内の１つの領域要素Ｅ1 および移動後の領域要素Ｅ1 ’に注目してマッピング処理を模式的に説明した説明図である。
このマッピング処理は、移動後の流体解析領域２０３の各領域要素と移動前の流体解析領域２０３の領域要素とが重なる重複部分の有する要素体積の、移動後の流体解析領域２０３の領域要素の体積に占める比率を重み付け係数として、移動前の流動解析領域２０３の領域要素における流体物理量を加重平均し、この加重平均値を移動後の流体解析領域２０３の各領域要素における流体物理量とする。
【００５０】
図１０（ａ）に示すように、体積Ｖ1 および流体物理量Ｐ1 を有する領域要素Ｅ1 および隣接する体積Ｖ2 および流体物理量Ｐ2 を有する領域要素Ｅ2 が移動して、図１０（ｂ）に示す位置に移動したとき、注目する移動後の領域要素Ｅ1 ’は、移動前の領域要素Ｅ1 と領域要素Ｅ2 に跨がっている。この場合、領域要素Ｅ1 ’の有する流体物理量Ｐ1 ’は、移動後の領域要素Ｅ1'と移動前の領域要素Ｅ1 ，Ｅ2 との重なる重複部分の要素体積の比率（移動後の領域要素Ｅ1'に占める重複部分の要素体積の比率）を重み付け係数として、移動前の領域要素Ｅ1 ，Ｅ2 の流体物理量Ｐ1 ，Ｐ2 を加重平均し、この加重平均値を移動後の領域要素Ｅ1 ’における流体物理量Ｐ1 ’とする。
すなわち、領域要素Ｅ1 ，Ｅ2 が領域要素Ｅ1'内に占める要素体積の比率をα1 ，α2 （α1 ＋α2 ＝１）とすると、下記式（１）によって、流体物理量Ｐ1'は求められる。
Ｐ1 ' ＝ α1 ・Ｐ1 ＋α2 ・Ｐ2 （１）
【００５１】
図１０（ａ），（ｂ）に示す例は、移動後の領域要素が移動前の２つの領域要素に跨がるものであるが、本発明においては、流体解析領域２０３のメッシュ分割によっては、複数（ｎ個）の領域要素に跨がる場合もある。この場合、上記式（１）は、下記式（２）のように表すことができる。αn は、物理量Ｐn を有する移動前の領域要素Ｅn が移動後の領域要素Ｅ1 ’に占める体積比率である。
Ｐ1' ＝ α1 ・Ｐ1 ＋α2 ・Ｐ2 ＋・・・・＋αn ・Ｐn （２）
但し、 α1 ＋α2 ＋・・・・＋αn ＝１
このようなマッピング処理をすることで、移動後の流体解析領域２０３の流体物理量を用いて、解析時間の刻み幅１つ分進んだタイヤモデル２０１の変形計算と流体物質の流れの計算とを行うことができる。
なお、上記マッピング処理は、必ずしも、重複部分の要素体積の比率を重み付け係数として加重平均する処理に限られず、例えば、要素体積に替えて重複部分の表面積の比率、重複部分における流体物質の質量の比率、流体物質の流速の比率等の領域要素における重複部分の有する要素変数を用いてもよい。また、マッピング処理は加重平均による処理に限られない。少なくとも、移動後の流体解析領域２０３の各領域要素における流体物理量を、移動前の流体解析領域２０３の各領域要素における流体物理量を含む要素変数を用いて算出する処理であればよい。
【００５２】
次に、動的解析の計算結果が所定の条件を満たすか否かが判別される（ステップＳ５０９）。ここで、条件とは、計算終了後の流体物質の流体物理量あるいはタイヤモデル２０１に作用する計算終了後の物理量が、例えば予め設定された条件を満たすか否かであってもよいし、予め定められた解析時間を経過したか否かであってもよい。
判別において否定されると、解析時間が時間刻み幅１つ分進み、再度ステップＳ５０２に戻り、ステップＳ５０２〜Ｓ５０８が行われる。こうして流体物質の流体物理量あるいはタイヤモデル２０１に作用する物理量が所定の条件を満たすまで、ステップＳ５０２〜Ｓ５０８が繰返し行われる。
その際、ステップＳ５０４の計算結果、すなわち、タイヤモデル２０１の変形計算結果と、ステップＳ５０８で求められた移動後の流体解析領域２０３における流体物理量とを用いて、解析時間の刻み幅１つ分進んだ解析時間におけるステップＳ５０２の境界面が設定される。さらに、ステップＳ５０８で求められた流体物理量を用いて、解析時間の刻み幅１つ分進んだ解析時間におけるタイヤモデル２０１に与えられる境界条件が設定される。さらに、ステップＳ５０４で求められたタイヤモデル２０１の変形計算結果を用いて、解析時間の刻み幅１つ分進んだ解析時間における流体物質へ与えられる境界条件が設定される。このようにして、タイヤモデル２０１と流体解析領域２０３内の流体物質との干渉が計算される。
【００５３】
ステップＳ５０４およびステップＳ５０８では、繰返し計算される度に、タイヤモデル２０１の物理量および流体物質の流体物理量が算出され、メモリ１２０に記憶、保持される。
タイヤモデル２０１の物理量として、例えば、タイヤモデル２０１のタイヤ回転軸に作用する浮力、路面モデル２０２がタイヤモデル２０１のタイヤ回転軸に作用する路面反力、タイヤモデル２０１と路面モデル２０２の間に生じる摩擦力、タイヤモデル２０１の接地形状、接地面積または接地圧分布等が算出される。一方、流体物質の流体物理量として、流体物質の体積比率、流体圧力、および流速の分布の他に、流体物質の流量、エネルギー密度、またはエネルギー等の各種分布が算出される。
動的解析（ステップＳ５０１）は、以上のように行われる。
【００５４】
なお、流体解析領域２０３をタイヤモデル２０１の移動に追従させて移動させることで、流体解析領域２０３のタイヤモデル２０３の移動方向における長さを従来方法に比べて短くすることができる。
図１１（ａ）〜（ｃ）は、走行速度Ｖでタイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入する状態を模式的に表した図である。
本発明の方法では、タイヤモデル２０１と路面モデル２０２との接触部分の周辺の、タイヤモデル２０１の挙動に極めて大きな影響を与える範囲Ｘに流体解析領域２０３を設け、この流体解析領域２０３をタイヤモデル２０１の移動に追従させて移動させるため、流体解析領域２０３の長さを短くしても、解析結果の精度は低下しない。しかも、流体解析領域２０３の領域要素の要素数を少なくできるため、ステップＳ５０２で行う境界面の計算処理が短時間で済むといった利点を有する。
この場合、タイヤモデル２０１の移動方向における流体解析領域２０３の長さは、短いのが好ましいが、短すぎると、解析結果の精度が低下する。タイヤモデル２０１が路面モデル２０２に接地して路面モデル２０２と接触するタイヤモデル２０１の最大接触長さの０．５倍〜４倍とするのが好ましい。流体解析領域２０３が０．５倍より小さいと、タイヤが路面上の水を排除しながら移動する排水性を再現することができず、４倍より大きいと流体解析領域２０３の規模が大きくなって解析に要する処理時間の短縮が小さくなってしまうからである。この範囲の長さを流体解析領域２０３が有することで、従来の方法同様に、移動するタイヤが水膜を通過するときのタイヤの挙動を、計算処理時間を短縮しながら正確に再現することができるからである。
【００５５】
一方、 図１２（ａ）〜（ｃ）に示す従来の方法では、タイヤモデル２０１の挙動に極めて小さな影響しか与えない、タイヤモデル２０１から遠くに離れた範囲Ｙにも流体解析領域が設けられるので、この範囲Ｙの領域要素における境界面の計算処理も行われることとなり、計算処理に膨大な時間がかかる。
【００５６】
動的解析の終了後、動的解析の結果である各解析時間の刻み幅毎のタイヤモデル２０１の物理量および流体物質の流体物理量が記憶、保持されたメモリ１２０から呼び出されて、時系列データで表された物理量として抽出される（ステップＳ６０１）。
図１３は、抽出された物理量の一例を表した図である。図１３に表した物理量は、タイヤモデル２０１が路面モデル２０２から受ける、タイヤ回転軸に作用する路面反力である。
図１３に示す路面反力は、乗用車用タイヤをモデル化したタイヤモデル２０１を荷重４（ｋＮ）で路面モデル２０２に接地させ、走行速度１００（ｋｍ／時）で厚さ３ｍｍの流体物質が形成された流体解析領域２０３に進入させたときの路面反力である。タイヤモデル２０１が流体解析領域２０３に進入した直後（解析時間０．２秒の直後）、路面反力は大きく変動するが、０．０８秒後（解析時間０．２０８秒の時点）には路面反力は略２（ｋＮ）に漸近し定常状態となっている。つまり、タイヤモデル２０１が略２（ｋＮ）の浮力を路面モデル２０２から受けていることがわかる。このような物理量の抽出結果は、図１４に示す従来のタイヤ性能予測方法で得られる路面反力と一致する。
【００５７】
最後に、抽出された物理量を用いてタイヤ性能の予測が行われる（ステップＳ７０１）。
例えば、図１３に示す物理量が抽出された場合、定常状態の路面反力の大きさ、この場合略２（ｋＮ）であるが、この路面反力を、予め定められた値と比較することによりハイドロプレーニングの優劣を予測することができる。
また、タイヤリムモデル２０１のタイヤ回転軸に作用する浮力、タイヤリムモデル２０１の接地形状、接地面積または接地圧分布や、流体物質の体積含有率、流体物質の流体圧力、流速、流量、エネルギー密度、またはエネルギー等の各種分布を物理量として抽出してタイヤ性能を予測することもできる。
【００５８】
以上のタイヤシミュレーション方法を用いて、タイヤ性能の予測を行った場合、以下のように計算処理速度が向上する。
下記表１には、図１３に示す物理量を抽出した際に用いた、本発明の方法によるタイヤモデルの要素数、流体解析領域の領域要素数および計算処理速度と、図１４に示す従来の方法で同様の処理を行ったときのタイヤモデルの要素数、流体解析領域の領域要素数および計算処理速度と、を示している。計算処理速度は指数で表されており、指数が高いほど計算処理速度が速いことを意味する。
本発明による方法および従来の方法で用いたタイヤモデルは同じ有限要素モデルであり、流体解析領域の領域要素数のみが異なっている。計算処理速度は、本発明による方法が従来の方法に比べて６５％向上することがわかる。従来の方法では数十時間〜数百時間の計算処理時間を要するが、本発明による方法では６５％の計算処理速度の向上により、計算処理時間が、数時間〜数十時間程度（１日程度）短縮する。
【００５９】
【表１】

Figure 0004496716
【００６０】
以上のようなタイヤ性能の予測方法は、例えば、タイヤモデル２０１を構成するトレッドパターンを備えていないタイヤ基台モデルおよびトレッドパターンモデルを予め種々用意しておき、この用意されたモデルの中から、タイヤ性能の予測結果が最も良好なタイヤ基台モデルおよびトレッドパターンモデルの組み合わせを効率よく選択する際に有効に用いることができる。また、遺伝的アルゴリズムなどの最適化手法を用いてタイヤ基台モデルおよびトレッドやパターンモデルを逐次修正しながら、最適なタイヤモデルを効率よく求める際に有効に用いることができる。こうして選択された、あるいは見出されたタイヤモデルを実現するタイヤを設計し、このタイヤを製造するタイヤ製造用金型を設計し、このタイヤ製造用金型を用いて設計したタイヤを製造することができる。
本発明はこのようなタイヤ製造方法およびこの製造方法を用いて製造されたタイヤを提供する。
【００６１】
なお、上記実施形態では、タイヤモデルが直進する場合を説明したが、本発明では、路面モデル上を移動するタイヤモデルが旋回運動するものであってもよい。この場合、流体解析領域は、タイヤモデルの旋回する方向に追従して路面モデル上は２次元的に移動するとよい。さらに、本発明では、タイヤモデルの走行速度が加速度を持って加速、減速するものであってもよい。
また、上記実施形態では、タイヤが路面に設けられた水膜上を通過するタイヤのシミュレーション方法およびタイヤ性能予測方法を中心に説明したが、本発明における流体物質は水膜を構成する水に限らず、液体または気体であってもよい。例えば、移動するタイヤ周りの空気の流れをシミュレーションしてタイヤ性能を予測するものであってもよい。
【００６２】
以上、本発明のタイヤのシミュレーション方法、タイヤ性能予測方法、タイヤ製造方法、タイヤおよびプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００６３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明は、タイヤモデルを用いて路面を移動するタイヤの挙動を再現する際、路面モデル上の一部の空間領域をメッシュ分割した複数の領域要素を有し、この空間領域に流体物質を充填した流体解析領域を、タイヤモデルの移動に応じて移動させるので、流体解析領域の長さを短くして領域要素数を減少させることができ、流体物質とタイヤモデルの干渉を計算する動的解析の計算処理時間を短縮することができる。これにより、実用的なタイヤ性能の予測を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のタイヤのシミュレーション方法およびタイヤ性能予測方法を行うタイヤ性能予測装置の概略の構成を示した概略構成図である。
【図２】 本発明のタイヤのシミュレーション方法およびタイヤ性能予測方法で作成される各種モデルの一例を示す斜視図である。
【図３】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のタイヤのシミュレーション方法およびタイヤ性能予測方法で用いられる流体物質の配置を説明する図である。
【図４】 本発明のタイヤのシミュレーションおよびタイヤ性能予測方法の流れの一例を示すフローチャートである。
【図５】 本発明のタイヤのシミュレーションおよびタイヤ性能予測方法において行われる動的解析の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】 本発明のタイヤのシミュレーションおよびタイヤ性能予測方法において行われる、タイヤモデルが流体解析領域に進入する直前の状態を示す図である。
【図７】 タイヤモデルが流体解析領域に進入して、流体物質を部分的に排除した状態を模式的に説明する図である。
【図８】 タイヤモデルと流体物質との境界面の計算の流れを示すフローチャートである。
【図９】 （ａ），（ｂ）は境界面の計算を説明する説明図である。
【図１０】 （ａ）および（ｂ）は、本発明のタイヤのシミュレーションおよびタイヤ性能予測方法において行われるマッピング処理を模式的に説明する説明図である。
【図１１】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のタイヤのシミュレーションおよびタイヤ性能予測方法で設定された流体解析領域にタイヤモデルが進入する状態を模式的に表す図である。
【図１２】 （ａ）〜（ｃ）は、従来のタイヤ性能予測方法で設定された流体解析領域にタイヤモデルが進入する状態を模式的に表す図である。
【図１３】 本発明のタイヤ性能予測方法で抽出された物理量の一例を表す図である。
【図１４】 従来のタイヤ性能予測方法で作成されるタイヤモデルおよび流体モデルの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００ タイヤ性能予測装置
１１０ ＣＰＵ
１２０ メモリ
２００ モデル作成部
２０１ タイヤモデル
２０２ 路面モデル
２０３ 流体解析領域
３００ 静的解析部
４００ 転動処理部
５００ 動的解析部
６００ 物理量抽出部
７００ タイヤ性能予測部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tire simulation method, a tire performance prediction method, a tire manufacturing method, a tire and a program that reproduce the behavior of a tire traveling on a road surface, and particularly when the tire passes over a water film formed on a road surface. The present invention relates to a tire simulation method that reproduces tire behavior and a tire wet performance prediction method.
[0002]
[Prior art]
A method of predicting wet performance on a wet road surface of a pneumatic tire (hereinafter simply referred to as a tire) mounted on a vehicle by using a finite element method or a finite volume method in accordance with improvement in computer processing capacity in recent years. Various proposals have been made.
The wet performance of a tire means that, for example, when a tire runs on a water film accumulated on the road surface, water enters between the tire and the road surface, and the grip force to the road surface that the tire has decreases. As represented by the hydroplaning phenomenon in which a tire slides on a water film and control of the tire is not effective, the tire performance is reduced due to water intervening between the tire and the road surface.
Such a decrease in tire performance is likely to occur when the running speed (translation speed) of the tire increases. Therefore, when the wet performance is predicted using the finite element method or the finite volume method, the translation speed is high. It is necessary to perform a calculation process using a finite element model of the tire. In the case of hydroplaning performance, for example, a finite element model of a tire that reproduces a dynamic state of a translation speed of 80 to 100 km / hour must be created.
[0003]
Therefore, when evaluating hydroplaning performance using a finite element model of a tire, rolling of the finite element model of a stationary tire is started on a water film model that reproduces a water film until the predetermined translation speed is reached. The translation speed must be increased. Alternatively, a finite element model of a tire that has reached a predetermined traveling speed in advance must be rolled until it reaches a steady state on a water film model created on a road surface model. In any case, it is necessary to evaluate the hydroplaning performance by securing the length of the water film model along the traveling direction of the finite element model of the tire.
[0004]
In Patent Document 1 below, tire performance prediction is performed to predict tire performance by calculating a physical quantity generated when a tire model comes into contact with a fluid model using a tire model of a finite element model and a fluid model of a finite volume model. Proposed method. In the said patent document 1, the area | region which forms the fluid model which is a water film model is created as a thing containing the area | region where a tire model moves (refer the said patent document 1 [0061]). Then, when the tire model enters the fluid model, each microfluidic element that divides the fluid region of the fluid model is sequentially examined for all the microfluidic elements to determine whether or not there is an interference portion with the tire model. The boundary condition that the model gives to the tire model and the boundary condition that the tire model gives to the fluid model are set. By calculating the deformation of the tire and the flow of the fluid model based on these boundary conditions, the behavior of the tire model when passing through the fluid model can be calculated. It is described that the performance can be predicted.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 313338
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the tire performance prediction method described in Patent Document 1, as shown in FIG. 14, a fluid model is created in an extremely long region in which the tire model moves, and for each microfluidic element of the fluid model, It is necessary to sequentially check whether there is any interference part. For this reason, the calculation process for predicting the tire performance takes an extremely long time, for example, several tens of hours to several hundreds of hours, which is not practical in terms of calculation processing speed.
These computational speed problems can be solved by improving the processing power of computers. However, in order to accurately predict tire performance by the emergence of computers with improved processing power, tire models and microfluidics It is necessary to use a high-definition model in which elements are further subdivided, and it is clear that a similar problem occurs in this case.
[0007]
In Patent Document 1, in order to solve the problem of calculation processing efficiency, the movement trajectory and deformation history of the belt portion of the smooth tire model when the smooth tire model without a tread pattern is rolled are obtained in advance ( Global analysis) By applying this trajectory as a forced input to the belt part of a tire model with a tread pattern in part, a global / local analysis that analyzes the effect of the tread pattern of the tire model on the fluid model (local analysis) Has proposed. However, in this analysis method, when executing the local analysis, it is necessary to forcibly input the deformation history of the belt portion in accordance with a result calculated in advance by a smooth tire model or the like. For this reason, the deformation of the belt portion of the tire model with a tread pattern is restrained at the time of local analysis, and therefore there is a problem that it is impossible to obtain an analysis result considering the difference in deformation of the belt portion due to the difference in the tread pattern. .
[0008]
Accordingly, the present invention proposes a tire simulation method and a tire performance prediction method for efficiently and quickly predicting tire performance including tire wet performance in order to solve the above problems. Another object of the present invention is to provide a computer program for executing a tire manufacturing method, a tire, and a tire simulation method using the tire performance prediction method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention is a tire simulation method for reproducing the behavior of a tire traveling on a road surface, a road surface model reproducing the road surface, a tire model moving on the road model, A model creation step for creating a fluid analysis region having a plurality of region elements obtained by meshing a partial space region on the road surface model and filling the space region with a predetermined fluid substance; When the tire model enters the fluid analysis region, a boundary condition that the tire model gives to the fluid material in the fluid analysis region is set, and the flow of the fluid material in the fluid analysis region is determined based on the boundary condition. A fluid calculation step for calculating, an analysis region moving step for moving the fluid analysis region in accordance with the movement of the tire model, and the tire model A deformation calculation step of setting a boundary condition given to the tire model by the flow of the fluid substance in the fluid analysis area by entering the fluid analysis area, and calculating a deformation of the tire model based on the boundary condition; There is provided a tire simulation method comprising: a fluid calculation step, an analysis region movement step, and a repetition step of repeatedly performing the deformation calculation step.
[0010]
In the repetition step, the boundary condition in the next deformation calculation step is given based on the physical quantity of the fluid substance obtained in the fluid calculation step, and the deformation of the tire model obtained in the deformation calculation step is performed. Based on this, it is preferable that the boundary condition in the next fluid calculation step is given.
Further, in the analysis area moving step, the physical quantity of the fluid substance in each area element of the fluid analysis area after movement is generated by mapping the physical quantity of the fluid substance in each area element of the fluid analysis area before movement. Preferably it is done. At this time, the mapping process is performed, for example, by using, as a weighting factor, an element variable having an overlapping portion where the region element of the fluid analysis region after movement overlaps with the region element of the fluid analysis region before movement, in the fluid analysis region before movement. This is a process of weighted average of physical quantities in each area element. The element variable is, for example, the ratio of the element volume of the overlapping portion to the area element of the fluid analysis region after movement that overlaps the area element of the fluid analysis area before movement. In addition to the ratio of the element volume, for example, the ratio of the surface area of the overlapping part, the ratio of the mass of the fluid substance in the overlapping part, the ratio of the flow rate of the fluid substance, and the like can be mentioned.
Preferably, the physical quantity of the fluid substance includes at least one of a fluid pressure of the fluid substance, a flow rate of the fluid substance, and a volume content of the fluid substance included in the region element.
[0011]
In the fluid calculation step, it is preferable to calculate the flow of the fluid material by applying gravitational acceleration to the fluid material.
Further, in the analysis region moving step, in addition to the boundary condition given to the fluid material by the tire model, the fluid material flows into the front end surface in the moving direction of the tire model among the boundary surfaces of the fluid analysis region. A boundary condition that allows only the outflow of the fluid substance to the rear end surface of the fluid analysis region, and in the fluid calculation step, of the region analysis element, A restraint condition for restricting the flow of the fluid material is applied to at least a region element at the front end that is located at the front end and the front end surface is in contact with the fluid material so that the fluid material has a flow velocity in the moving direction of the tire model. Is preferred. At this time, it is preferable that a boundary condition for prohibiting outflow and inflow of the fluid substance is given to the side surface and the lower surface of the fluid analysis region among the boundary surfaces of the fluid analysis region.
[0012]
Further, the length of the fluid analysis region in the movement direction of the tire model is the maximum contact length in the movement direction of the tire model when the tire model is in contact with a portion of the road surface model without the fluid analysis region. It is preferably 0.5 times or more and 4 times or less.
The tire model is preferably a finite element model created by dividing a tire constituent member into a finite number of elements.
[0013]
The present invention further includes a step of calculating at least one of a physical quantity acting on the tire model and a physical quantity of the fluid substance by performing the tire simulation method, and a step of predicting tire performance based on the calculated physical quantity. And providing a tire performance prediction method characterized by comprising:
[0014]
Furthermore, the present invention provides a tire manufacturing method characterized by manufacturing a tire designed using the tire performance prediction method. Furthermore, the present invention provides a tire manufactured using this tire manufacturing method.
[0015]
Furthermore, the present invention is a computer-executable program for causing a computer to execute a tire simulation method that reproduces the behavior of a tire traveling on a road surface, the road surface model reproducing the road surface, and the road surface model. A moving tire model, and a fluid analysis region having a plurality of region elements created by meshing a partial space region on the road surface model and filling the space region with a predetermined fluid substance, A model creation procedure to be created by a computing means of a computer, and a boundary condition given to the fluid substance in the fluid analysis region by the tire model when the tire model enters the fluid analysis region. A fluid calculation procedure for causing the calculation means to calculate the flow of the fluid substance in the fluid analysis region, and the tire model. An analysis region moving procedure for causing the arithmetic means to move the fluid analysis region in accordance with the movement of the fluid, and the flow of the fluid substance in the fluid analysis region is caused by the tire model entering the fluid analysis region. A deformation calculation procedure for setting a boundary condition to be given to the tire model, and causing the calculation means to calculate a deformation of the tire model based on the boundary condition, the fluid calculation procedure, the analysis region moving procedure, and the Provided is a program characterized by repeatedly performing a deformation calculation procedure.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a tire simulation method, a tire performance prediction method, a tire manufacturing method, a tire and a program according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
[0017]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of a tire performance prediction apparatus (hereinafter referred to as the present apparatus) 100 for performing a tire simulation method and a tire performance prediction method of the present invention in a block diagram.
[0018]
The apparatus 100 includes a model creation unit 200 that creates various models including a tire model to be analyzed or a tire model attached to a rim model, and static analysis processing, for example, a tire model to which a rim model is attached. A static analysis unit 300 that performs an internal pressure filling process and performs a grounding process that deforms the ground by applying a vertical load, and a stationary tire model that has been subjected to the grounding process by the static analysis unit 300 at a predetermined traveling speed. It acts on a rolling processing unit 400 that rolls, a dynamic analysis unit 500 that performs analysis (dynamic analysis) of a dynamic state on a wet road surface such as a hydroplaning state, and a tire model that performs the dynamic analysis. A physical quantity extraction unit 600 that extracts a physical quantity; and a tire performance prediction unit 700 that predicts tire performance on a wet road surface based on a physical quantity extraction result. . Furthermore, it has CPU110 which performs the function and control of each said part, and the memory 120 which memorize | stores and hold | maintains the result produced in each part.
[0019]
The device 100 may be a device configured by a computer in which each part exerts a function by executing a program, may be a dedicated device configured by a dedicated circuit, or a part thereof by a computer. The other part may be configured by a dedicated circuit.
[0020]
FIG. 2 is a perspective view showing an example of various models created by the model creation unit 200.
The model creation unit 200 creates a tire model 201 with a tread pattern based on model creation conditions set by the operator using an operation system such as a mouse or a keyboard (not shown). Further, the separately created rim model is merged with the tire model 201 to create the tire model 201 with the rim model attached thereto. In FIG. 2, the rim model is omitted. Further, a road surface model 202 that is a rigid plane model and a fluid analysis region 203 are created on the road surface model 202.
[0021]
The fluid analysis region 203 shown in FIG. 2 has a plurality of region elements created by dividing a part of the spatial region on the road surface model 202 into meshes, and the density and viscosity of water or the like in the fluid analysis region 204. This is a region where a so-called fluid model is formed in which fluid substances characterized by coefficients are arranged.
[0022]
Here, although the fluid substance exists in the fluid analysis region 203, the fluid substance can be initially set and arranged as shown in FIGS.
For example, as shown in FIG. 3A, the fluid substance is arranged with a uniform thickness (depth) on the entire lower surface region in contact with the road surface model 202 of the fluid analysis region 203. As shown in FIG. 3 (b), the fluid material has a uniform thickness in a part of the front of the tire model 201 in the moving direction so that the tire model 201 contacts the fluid material after entering the fluid analysis region 203 to some extent. It is arranged at a depth (depth). Further, as shown in FIG. 3C, in the region filled with the fluid substance shown in FIG. 3B, the width direction wider than the tire width of the tire model 201 (the direction orthogonal to the moving direction of the tire model 201). ) Is disposed with a uniform thickness (depth).
[0023]
Further, gravitational acceleration is applied to the fluid substance. For example, when it is possible to analyze a phenomenon in which a fluid such as water splashed forward in the tire moving direction by the tire is scattered in the space and landed on the road surface again, the action of gravity acceleration is required. Because. By causing the gravitational acceleration to act on the fluid substance, it is possible to more accurately reproduce the actual fluid flow, and it is possible to accurately reproduce the rebound of water generated near the front end of the contact surface of the tire.
[0024]
Of the boundary surface of the fluid analysis region 203, when the fluid analysis region 203 is moved together with the tire model 201 to the front end surface in the moving direction of the tire model 201, the fluid material is always allowed to flow only from the front end surface. Boundary conditions are assigned so that Further, the rear end face located on the opposite side of the moving direction of the tire model 201 among the boundary faces of the fluid analysis area 203 is such that only the outflow of the fluid substance is allowed when the fluid analysis area 203 is moved. Conditions are granted.
[0025]
In order to perform a simulation in which the tire model 201 moving on the road surface model 202 steps on the fluid substance over a long moving distance, the boundary condition is set so that the fluid substance flows in from the front end face of the fluid analysis region 203 and is replenished with the fluid substance. Is granted. When the fluid substance is not replenished from the front end face, the fluid substance moves in the direction opposite to the movement direction of the tire model 201 (backward) with the movement of the fluid analysis region 203, This is because the fluid substance that was in front no longer exists.
[0026]
Further, when gravitational acceleration is applied to the fluid substance, the fluid analysis area 203 has a side surface and a lower face so that the fluid substance existing at a certain thickness in the fluid analysis area 203 does not flow out of the fluid analysis area 203 due to its own weight. Is provided with boundary conditions for prohibiting the inflow and outflow of fluid substances. Inflow and outflow of the fluid substance are not prohibited on the upper surface of the fluid analysis region 203. If no boundary condition is given to the side surface of the fluid analysis region 203, the fluid substance flows out from the side surface, and a certain thickness (depth) cannot be maintained.
[0027]
Here, the length of the fluid analysis region 203 in the moving direction when the tire model 201 rolls and moves the road surface model 202 as described later is the same as the road surface model 202 when the tire model 201 contacts the road surface model 202. It is preferable that the contact length is 0.5 to 4 times the maximum contact length in the moving direction. If the fluid analysis area 203 is smaller than 0.5 times, the drainage property that the tire moves while removing water on the road surface cannot be reproduced. If the fluid analysis area 203 is larger than 4 times, the scale of the fluid analysis area 203 becomes large. This is because the reduction in processing time required for analysis is reduced. Since the fluid analysis region 203 has the length in this range, the behavior of the tire when the moving tire passes through the water film can be accurately reproduced while reducing the processing time required for the calculation.
[0028]
The tire model 201 is a three-dimensional finite element model configured by dividing a tire constituent member into a finite number of deformable elastic elements. For example, components such as a carcass reinforcing member, a belt reinforcing member, and a bead reinforcing member are shell elements having tension and bending rigidity, and rubber members such as tread rubber members, sidewall rubber members, bead filler rubber members, carcass coats, and the like. Components such as rubber members are made of tetrahedron, pentahedron, hexahedron solid element, and the like.
[0029]
The static analysis unit 300 performs a static analysis process, for example, an internal pressure filling process for filling a predetermined internal pressure on the tire model 201 to which the rim model created by the model creation unit 200 is mounted, and is grounded to the road surface model 202. And a grounding process for grounding and deforming the tire model 201.
[0030]
The rolling processing unit 400 puts the tire model 201 in a rolling state so that the tire model 201 subjected to the ground contact process is moved at a predetermined traveling speed. Here, the tire model 201 is processed so as to move from a stationary state at a predetermined traveling speed, but this processing method is not particularly limited. For example, a method of giving a predetermined rotation speed and translation speed (travel speed) around the tire rotation axis to the tire model 201, and gradually increasing the rotation speed and translation speed to achieve the target rotation speed and travel speed. The tire model 201 in a desired rolling state is used. Alternatively, the tire model 201 and the mounted rim model (not shown) are once converted into a rigid body model that does not allow deformation, and thereafter the target rotational speed and translation speed (traveling speed) are instantaneously input, and then the rigid body model. A tire model 201 in a desired rolling state may be created using a method for restoring the tire model to a deformable tire model and a rim model. This method is described in detail in Japanese Patent Application No. 2002-332168 filed by the present applicant.
[0031]
The dynamic analysis unit 500 is set with a boundary condition setting unit that sets a boundary condition between the tire model 201 in the dynamic state created by the rolling processing unit 400 and the road surface model 202 in which the fluid analysis region 203 is formed. A tire / fluid calculation unit for performing deformation calculation of the tire model 201 in a rolling state (dynamic state) and flow calculation of fluid material in the fluid analysis region 203 based on the boundary condition , And is configured.
In the tire / road surface model calculation unit, when the calculation result of the fluid substance in the fluid analysis region 203 or the calculation result of the tire model 201 does not satisfy the predetermined condition, the tire / road surface model calculation unit returns to the boundary condition setting unit, The above calculation is repeated by setting the flow of the fluid substance as a new boundary condition.
In the calculation, a cornering state in which the tire model 201 has a camber angle or a slip angle, or a braking state in which braking torque or driving torque is applied to the tire rotation shaft may be calculated.
In addition, when the tire model 201 enters the fluid analysis region 202 for a predetermined length and the boundary condition that the tire model 201 gives to the fluid substance in the fluid analysis region 202 is set, the fluid analysis region 202 It is configured to move in the tire moving direction in accordance with the movement.
[0032]
The physical quantity extraction unit 600 is a part that calculates a physical quantity of the created tire model 201 in a dynamic state.
For example, when the tire model 201 enters the fluid analysis region 203 on the road surface model 202, the buoyancy that the fluid substance in the fluid analysis region 203 acts on the tire model 201 is analyzed. Receiving tread reaction force, volume content of fluid substance contained in each area element in fluid analysis area 203, fluid pressure of fluid substance, flow velocity, flow rate, energy density, or various distributions of energy, and road surface of tire model 201 A contact shape, a contact area, a contact pressure distribution, etc. in contact with the model 202 are calculated as physical quantities.
The tire performance prediction unit 700 is a part that predicts the quality of the wet performance based on the calculated physical quantity.
[0033]
When the present apparatus 100 is configured by a computer, the following programs are executed so that each part functions. That is, a road surface model 202 that reproduces a road surface, a tire model 201 that moves on the road surface model 202, and a plurality of area elements that are created by dividing a partial spatial area on the road surface model 202, A model creation procedure for causing the CPU 110 to create a fluid analysis region 203 filled with a predetermined fluid substance in the space region, and the tire model 201 in the fluid analysis region 203 when the tire model 201 enters the fluid analysis region 203. A boundary condition to be given to the fluid substance is set, a fluid calculation procedure for causing the CPU 110 to calculate the flow of the fluid substance in the fluid analysis region 203 based on the boundary condition, and storing the calculation result in the memory 120, and movement of the tire model 201 In response, the analysis region moving procedure for causing the CPU 110 to move the fluid analysis region 203 and the tire model The boundary condition that the fluid substance in the fluid analysis region 203 gives to the tire model 201 when the robot 201 enters the fluid analysis region 203 is set, and the CPU 110 calculates the deformation of the tire model 201 based on the boundary condition. A deformation calculation procedure for storing the result in the memory 120, and the calculation result of the fluid substance in the tire model 201 or the fluid analysis region 203 includes the fluid calculation procedure, the analysis region movement procedure, and the deformation calculation procedure. Repeat until a predetermined condition is met.
[0034]
Such an apparatus 100 can create a tire model in a dynamic state along the flow shown in FIG. 4 and predict wet performance.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the flow of the tire simulation and tire performance prediction method of the present invention.
First, model creation conditions and rolling conditions are input to the apparatus 100 by an operating system (not shown) from an operator.
The model creation conditions include how to configure the tire model 201 with the tread pattern, the road surface model 202, and the fluid analysis region 203, the shape of the model, the number of mesh divisions, or the arrangement of finite elements in the case of a finite element model. Or a finite element stiffness parameter or the like.
On the other hand, the rolling condition is a translation speed (traveling speed), a rotational speed, a load applied to the tire model 201, and a road surface model 202, which determine a dynamic state of the tire model 201 to which a rim model (not shown) is attached. This is a condition relating to the movement and grounding of the tire model 201 such as the friction coefficient.
[0035]
First, the model creation unit 200 creates a tire model 201 with a tread pattern (step S201).
The tire model 201 is created, for example, by creating a tire base model that models a tire casing portion without a tread pattern portion of a tire and a tread pattern model that reproduces the tread pattern portion, and this tread pattern model is used as a tire base model. The tire model 201 is created by merging. Alternatively, the tire model 201 having a direct tread pattern may be created according to the model creation conditions. In addition, a rim model (not shown) is created separately, and the tire model 201 with the rim model attached is created by merging the rim model with the previously created tire model 201.
On the other hand, in addition to the road surface model 202 being separately created, a fluid analysis region 203 serving as a fluid model is created (step S202).
[0036]
The rim model may be a finite element model of a deformable elastic body, or may be a model in which a part is a rigid body and the other part is an elastic body, or the entire body is a rigid body. It may be the model that became. The road surface model 202 may be a rigid body model that does not allow deformation, or may be a deformable elastic body model.
The above is the flow of model creation.
[0037]
Next, static analysis is performed by the static analysis unit 300 (step S301).
An internal pressure filling process is performed on the tire model 201 to which the rim model is attached. The internal pressure filling process is performed by calculation for applying a uniform pressure to the inner surface of the cavity region of the tire model 201 corresponding to the inner surface of the tire. It is determined whether or not this process has been performed for a predetermined analysis time, and an internal pressure filling process is performed until the predetermined analysis time has elapsed.
Further, the grounding process is performed according to the set load so that the tire model 201 subjected to the internal pressure filling process is grounded to the road surface model 202. It is determined whether or not this process has been performed for a predetermined analysis time, and the grounding process is performed until the predetermined analysis time has elapsed. The load is given as one of the rolling conditions.
As a result, the tire model 201 becomes a tire model 201 deformed by being brought into contact with the road surface model 202. In the grounding process, the grounding process may be performed using the friction coefficient of the road surface model 202 set as one of the rolling conditions.
The above is the flow of static analysis.
[0038]
Next, a rolling process is performed on the tire model 201 subjected to the grounding process (step S401).
The rolling process is a process for moving the tire model 201 from a stationary state at a predetermined traveling speed, and the method of this process is not particularly limited. For example, a predetermined rotation speed and translation speed (travel speed) are given to the tire model 201 around the tire rotation axis, and the rotation speed and translation speed are gradually increased to reach the target rotation speed and translation speed. Alternatively, the tire model 201 and the mounted rim model (not shown) are once converted into a rigid body model that does not allow deformation, and thereafter the target rotational speed and translation speed (traveling speed) are instantaneously input and given, and then The tire model 201 in a desired rolling state may be created by restoring the rigid model to a deformable tire model and a rim model.
[0039]
Next, dynamic analysis is performed on the tire model 201 in a rolling state (step S501).
FIG. 5 is a flowchart showing in detail the flow of the dynamic analysis process.
Regarding the calculation of the dynamic analysis, the tire model 201 is sequentially calculated with a predetermined time increment based on the boundary condition given to the tire model 201 by the fluid substance in the fluid analysis region 203, and the tire model is also calculated. Based on the boundary condition that 201 gives to the fluid substance in the fluid analysis region 203, the flow calculation of the fluid substance is sequentially performed at a predetermined time interval.
[0040]
First, a boundary surface between the tire model 201 and the fluid substance in the fluid analysis region 203 is calculated (step S502).
FIG. 6 is a view showing a state immediately before the tire model 201 rolling on the road surface model 202 enters the fluid analysis region 203. In the fluid analysis region 203 in FIG. 6, a 10-step region element formed by dividing the space region above the road surface model 202 into 10 in the height direction is formed. Further, the fluid substance (gray region in FIG. 7) is filled from the lowest level in contact with the road surface model 202 to the position of the third level region element. From this state, the tire model 201 enters the fluid analysis region 203. The fluid analysis region 203 is created on the road surface model 202 by an Euler mesh obtained by dividing the space region into meshes, and the fluid substance in the fluid analysis region 203 is characterized by density and bulk modulus. Is. The fluid substance may be characterized by an elastic modulus, a viscosity coefficient, or a kinematic viscosity, in addition to those characterized by density and bulk modulus.
[0041]
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a state where the tire model 201 enters the fluid analysis region 203 and the fluid substance is partially excluded.
Here, the numerical value described in each area element represents the volume ratio of each element area occupied by the fluid substance (gray area in FIG. 7) in each area element, and 1.0 is the fluid in the area element. Indicates that the substance is completely filled.
The boundary surface A between the fluid model composed of the fluid substance and the tire model 201 is calculated as follows.
[0042]
The calculation of the boundary surface A between the tire model 201 and the fluid model composed of the fluid substance will be described more specifically.
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of calculation of the boundary surface between the tire model and the fluid substance, and FIGS. 9A and 9B are explanatory diagrams for explaining the calculation of the boundary surface.
First, there is an intersection where each region element in the fluid analysis region 203 intersects with the tire model 201. Or It is determined whether or not (step S600).
When it is determined that an intersection exists, a boundary surface is obtained from the intersection. Specifically, as shown in FIG. 9A, it is determined whether or not there is an intersection by the surface S of the element constituting the outer shell of the tire model 201 and each element side of each region element, and at least three ( In FIG. 9A, when the intersections of four intersections Pa to Pc) are obtained, the position of the boundary surface surrounded by the line segment connecting these intersections is calculated (step S602).
On the other hand, when it is determined that no intersection exists, it is determined whether or not the region element exists outside the tire model 201 (step S604). When the area element of the fluid analysis area 203 exists inside the tire model, the fluid substance is excluded and does not exist in the tire model 201, so that there are fluid physical quantities (flow velocity, fluid pressure, volume ratio, etc.) of the fluid substance described later. It is treated as not (step S605).
[0043]
If the determination in step S600 and step S604 is affirmative, the fluid physical quantity in the region element separated from the boundary surface with the tire model 201 is calculated (step S606).
When the fluid physical quantity is, for example, the volume ratio of the fluid substance in the region element as shown in FIG. 7, the tire model 201 enters the fluid analysis region 203, and as shown in FIG. The elements are separated by the boundary surface and become smaller as in the region F in FIG. 9B, and the volume ratio occupied by the fluid substance becomes smaller. Further, when the fluid physical quantity is, for example, the flow rate of fluid substance, fluid pressure, energy, etc., the volume ratio of the region F located outside the tire model 201 separated by the boundary surface to the original region element, and the boundary surface By calculating the value of the fluid physical quantity in the original area element before the separation, the fluid physical quantity of the fluid substance regulated by the tire model 201 entering the fluid analysis area 203 is calculated. If the determination in step S604 is affirmative, the region physical elements are not separated at the boundary surface, and the fluid physical quantity does not change.
The calculations in steps S600 to S606 are performed for each region element in the fluid analysis region 203.
[0044]
In this manner, the boundary surface between the tire model 201 and the fluid substance in the fluid analysis region 203 is calculated, and the fluid physical quantity is calculated. This calculation is examined for each region element in the fluid analysis region 203 as described above. In the present invention, as will be described later, since the fluid analysis region 203 moves in accordance with the movement of the tire model 201, it is not necessary to create a fluid analysis region that is long in the moving direction of the tire model 201 as in the conventional method. In addition, the number of elements in the region of the fluid analysis area can be reduced to a fraction of the number of elements in the fluid analysis area used in the conventional method. Therefore, the processing time required for the calculation of the boundary surface and the calculation of the fluid physical quantity performed for each region element is shortened as compared with the conventional method.
[0045]
Next, the force acting on the tire model 201 from the fluid substance in the fluid analysis region 203 is set as a boundary condition (step S503), and the deformation calculation of the rolling tire model 201 is performed based on this, and the tire model 201 is calculated. Displacement and stress are calculated (step S504).
Here, the boundary condition is set by, for example, collecting the fluid pressure of the fluid substance acting on the boundary surface as a force on the vertex of the region element forming the boundary surface, and the force aggregated on the vertex corresponds to the tire model 201. The boundary conditions of the tire model 201 are calculated so as to be given to the nodes.
[0046]
On the other hand, the tire model 201 is set as a boundary condition to the fluid material from the deformed shape of the tire model 201 that has been deformed by the fluid material by entering the fluid analysis region 203 and the speed component accompanying the rolling of the tire model 201. (Step S505).
That is, since the boundary surface between the tire model 201 and the fluid substance is set in step S502, fluid analysis of the fluid substance generated by the velocity component accompanying the rolling of the tire model 201 is performed using the boundary surface as a geometric boundary condition. A volume change amount in the space 203 is set. Further, among the region elements of the fluid analysis region 203, the fluid material has a flow velocity in the moving direction of the tire model 201 in at least the region element at the front end that is located at the front end of the fluid analysis region 203 and whose front end surface is in contact with the fluid material. In addition, a constraint condition for restricting the flow of the fluid substance is applied, and among the boundary surface of the fluid analysis area 203, the boundary condition for prohibiting the outflow and inflow of the fluid substance is provided on the side surface and the lower surface of the fluid analysis area 203. Is granted.
Based on this, flow calculation of the fluid substance is performed, and the fluid pressure, flow velocity, volume content, and the like of the fluid substance in the fluid analysis region 203 are calculated (step S506).
[0047]
Next, the fluid analysis region 203 is moved so as to follow the movement of the tire model 201 (step S507). In this case, of the boundary surface of the fluid analysis region 203, a boundary condition that allows only the inflow of fluid substance is permitted on the front end surface in the moving direction of the tire model 201, and only the outflow of fluid material is present on the rear end surface of the fluid analysis region 203. Boundary conditions that allow
Since the length of the fluid analysis region 203 in the moving direction of the tire model 201 is made short, the behavior of the stable tire model 201 that has sufficiently reached a steady state by causing the fluid analysis region 203 to follow the movement of the tire model 201. Therefore, the fluid analysis region 203 is moved so as to follow the movement of the tire model 201.
That is, the fluid analysis region 203 moves in the moving direction of the tire model 201 by a distance determined by the product of the traveling speed of the tire model 201 and the step size of a predetermined analysis time for performing dynamic analysis. Thus, the tire model 201 is always set so as to be located in the fluid analysis region 203.
The fluid analysis region 203 is moved when the tire model 201 enters the fluid analysis region 203 for a predetermined length or when the fluid in the fluid analysis region 203 is in a space sandwiched between the tire model 201 and the road surface model 202. It is best to start when the substance is filled.
[0048]
Next, a mapping process of the physical quantity (fluid physical quantity) of the fluid substance in the fluid analysis region 203 is performed (step S508).
The mapping process is performed to set the fluid physical quantity (volume content, fluid pressure, flow velocity) of the destination fluid substance in the fluid analysis region 203 that has moved according to the step size of the analysis time when performing the dynamic analysis.
[0049]
10A and 10B show one region element E in the fluid analysis region 201 before movement. 1 And the moved area element E 1 It is explanatory drawing which demonstrated mapping processing typically paying attention to '.
In this mapping process, the volume of the area element of the fluid analysis area 203 after the movement of the overlapping area where each area element of the fluid analysis area 203 after the movement overlaps with the area element of the fluid analysis area 203 before the movement. As a weighting coefficient, the fluid physical quantity in the area element of the flow analysis area 203 before movement is weighted and the weighted average value is used as the fluid physical quantity in each area element of the fluid analysis area 203 after movement.
[0050]
As shown in FIG. 1 And fluid physical quantity P 1 Region element E with 1 And adjacent volume V 2 And fluid physical quantity P 2 Region element E with 2 Is moved, and moved to the position shown in FIG. 1 'Is the area element E before movement 1 And area element E 2 Is straddling. In this case, the area element E 1 Fluid physical quantity P 1 'Is the area element E after the movement 1 'And area element E before movement 1 , E 2 The ratio of the element volume of the overlapping part overlapping with (region element E after movement 1 The ratio of the element volume of the overlapping portion to ' 1 , E 2 Fluid physical quantity P 1 , P 2 Is weighted average, and this weighted average value is moved to the area element E after moving. 1 Fluid physical quantity P ' 1 'And.
That is, the area element E 1 , E 2 Is an area element E 1 'The ratio of the element volume in 1 , Α 2 (Α 1 + Α 2 = 1), the fluid physical quantity P is obtained by the following equation (1). 1 'Is required.
P 1 '= Α 1 ・ P 1 + Α 2 ・ P 2 (1)
[0051]
In the example shown in FIGS. 10A and 10B, the area element after movement straddles the two area elements before movement, but in the present invention, depending on the mesh division of the fluid analysis area 203, In some cases, it extends over a plurality (n) of region elements. In this case, the above formula (1) can be expressed as the following formula (2). α n Is the physical quantity P n Region element E before movement with n Is the area element E after the movement 1 The volume ratio of '
P 1 '= Α 1 ・ P 1 + Α 2 ・ P 2 + ...... + α n ・ P n (2)
Where α 1 + Α 2 + ...... + α n = 1
By performing such mapping processing, using the fluid physical quantity in the fluid analysis region 203 after movement, the deformation calculation of the tire model 201 advanced by one increment of the analysis time and the calculation of the flow of fluid material are performed. be able to.
The mapping process is not necessarily limited to the process of performing weighted averaging using the ratio of the element volume of the overlapping part as a weighting coefficient. For example, the ratio of the surface area of the overlapping part instead of the element volume and the mass of the fluid substance in the overlapping part. You may use the element variable which the overlap part in area | region elements, such as a ratio and the ratio of the flow rate of a fluid substance, has. Further, the mapping process is not limited to the process based on the weighted average. At least the fluid physical quantity in each area element of the fluid analysis area 203 after movement may be processed using an element variable including the fluid physical quantity in each area element of the fluid analysis area 203 before movement.
[0052]
Next, it is determined whether or not the calculation result of the dynamic analysis satisfies a predetermined condition (step S509). Here, the condition may be whether or not the fluid physical quantity of the fluid substance after the calculation or the physical quantity after the calculation acting on the tire model 201 satisfies a preset condition, for example. It may be whether or not the analyzed time passed.
If the determination is negative, the analysis time advances by one time step, returns to step S502 again, and steps S502 to S508 are performed. Thus, steps S502 to S508 are repeatedly performed until the fluid physical quantity of the fluid substance or the physical quantity acting on the tire model 201 satisfies a predetermined condition.
At that time, using the calculation result of step S504, that is, the deformation calculation result of the tire model 201 and the fluid physical quantity in the fluid analysis region 203 after movement obtained in step S508, the analysis time advances by one step. The boundary surface of step S502 in the analysis time is set. Further, using the fluid physical quantity obtained in step S508, the boundary condition given to the tire model 201 at the analysis time advanced by one step size of the analysis time is set. Further, using the deformation calculation result of the tire model 201 obtained in step S504, a boundary condition to be given to the fluid substance at the analysis time advanced by one step size of the analysis time is set. In this way, the interference between the tire model 201 and the fluid substance in the fluid analysis region 203 is calculated.
[0053]
In step S504 and step S508, each time it is repeatedly calculated, the physical quantity of the tire model 201 and the fluid physical quantity of the fluid substance are calculated and stored in the memory 120.
As physical quantities of the tire model 201, for example, buoyancy that acts on the tire rotation axis of the tire model 201, road reaction force that the road surface model 202 acts on the tire rotation axis of the tire model 201, and between the tire model 201 and the road surface model 202 are generated. A frictional force, a contact shape of the tire model 201, a contact area, a contact pressure distribution, and the like are calculated. On the other hand, the volume of the fluid substance as the fluid physical quantity of the fluid substance ratio, In addition to the distribution of fluid pressure and flow velocity, various distributions such as the flow rate, energy density, or energy of the fluid substance are calculated.
The dynamic analysis (step S501) is performed as described above.
[0054]
In addition, by moving the fluid analysis region 203 following the movement of the tire model 201, the length of the fluid analysis region 203 in the moving direction of the tire model 203 can be shortened as compared with the conventional method.
FIGS. 11A to 11C are diagrams schematically showing a state where the tire model 201 enters the fluid analysis region 203 at the traveling speed V. FIG.
In the method of the present invention, a fluid analysis region 203 is provided in a range X around the contact portion between the tire model 201 and the road surface model 202 that greatly affects the behavior of the tire model 201, and this fluid analysis region 203 is defined as the tire model. Since the movement is performed following the movement of 201, the accuracy of the analysis result does not decrease even if the length of the fluid analysis region 203 is shortened. Moreover, since the number of area elements in the fluid analysis area 203 can be reduced, there is an advantage that the calculation process of the boundary surface performed in step S502 can be completed in a short time.
In this case, the length of the fluid analysis region 203 in the moving direction of the tire model 201 is preferably short, but if it is too short, the accuracy of the analysis result decreases. The tire model 201 is preferably 0.5 to 4 times the maximum contact length of the tire model 201 that contacts the road surface model 202 by contacting the road surface model 202. If the fluid analysis area 203 is smaller than 0.5 times, the drainage property that the tire moves while removing water on the road surface cannot be reproduced. If the fluid analysis area 203 is larger than 4 times, the scale of the fluid analysis area 203 becomes large. This is because the reduction in processing time required for analysis is reduced. Since the fluid analysis region 203 has a length in this range, the behavior of the tire when the moving tire passes through the water film can be accurately reproduced while reducing the calculation processing time, as in the conventional method. Because it can.
[0055]
On the other hand, in the conventional method shown in FIGS. 12A to 12C, the fluid analysis region is also provided in the range Y far away from the tire model 201, which has a very small influence on the behavior of the tire model 201. The calculation process of the boundary surface in the area element in the range Y is also performed, and the calculation process takes a long time.
[0056]
After the end of the dynamic analysis, the physical quantity of the tire model 201 and the fluid physical quantity of the fluid substance for each step size of each analysis time, which is the result of the dynamic analysis, are called from the memory 120 that is stored and held, and the time series data It is extracted as the represented physical quantity (step S601).
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the extracted physical quantity. The physical quantities shown in FIG. 13 are road surface reaction forces that the tire model 201 receives from the road surface model 202 and that acts on the tire rotation axis.
The road surface reaction force shown in FIG. 13 is that a tire model 201 that is a model of a tire for passenger cars is grounded to the road surface model 202 with a load of 4 (kN), and a fluid material having a thickness of 3 mm is formed at a traveling speed of 100 (km / hour). The road surface reaction force when entering the fluid analysis region 203. Immediately after the tire model 201 enters the fluid analysis region 203 (immediately after the analysis time of 0.2 seconds), the road surface reaction force varies greatly, but after 0.08 seconds (when the analysis time is 0.208 seconds), the road surface The reaction force asymptotically approaches 2 (kN) and is in a steady state. That is, it can be seen that the tire model 201 receives a buoyancy of approximately 2 (kN) from the road surface model 202. Such physical quantity extraction results coincide with the road surface reaction force obtained by the conventional tire performance prediction method shown in FIG.
[0057]
Finally, the tire performance is predicted using the extracted physical quantity (step S701).
For example, when the physical quantity shown in FIG. 13 is extracted, the magnitude of the road surface reaction force in the steady state is approximately 2 (kN) in this case. By comparing this road surface reaction force with a predetermined value, The superiority or inferiority of hydroplaning can be predicted.
Further, the buoyancy acting on the tire rotation axis of the tire rim model 201, the contact shape of the tire rim model 201, the contact area or the contact pressure distribution, the volume content of the fluid substance, the fluid pressure of the fluid substance, the flow velocity, the flow rate, the energy density, or It is also possible to predict tire performance by extracting various distributions such as energy as physical quantities.
[0058]
When the tire performance is predicted using the above tire simulation method, the calculation processing speed is improved as follows.
Table 1 below shows the number of tire model elements, the number of area elements in the fluid analysis region, the calculation processing speed, and the conventional method shown in FIG. 14 used when the physical quantities shown in FIG. 13 are extracted. The number of elements of the tire model, the number of area elements in the fluid analysis area, and the calculation processing speed when the same processing is performed in FIG. The calculation processing speed is represented by an index. The higher the index, the faster the calculation processing speed.
The tire models used in the method according to the present invention and the conventional method are the same finite element model, and only the number of area elements in the fluid analysis area is different. It can be seen that the calculation processing speed is improved by 65% in the method according to the present invention compared to the conventional method. The conventional method requires several tens of hours to several hundreds of hours of calculation processing time. In the method according to the present invention, the calculation processing time is about several hours to several tens of hours (about one day) due to a 65% improvement in calculation processing speed. )Shorten.
[0059]
[Table 1]
Figure 0004496716
[0060]
The tire performance prediction method as described above is, for example, a tire base model and a tread pattern model that do not include the tread pattern constituting the tire model 201. The Various types are prepared in advance, and can be effectively used when efficiently selecting a combination of a tire base model and a tread pattern model having the best prediction result of tire performance from the prepared models. In addition, the tire base model and the tread and pattern model are sequentially corrected using an optimization method such as a genetic algorithm, and can be used effectively when the optimum tire model is efficiently obtained. Designing a tire that realizes the tire model selected or found in this way, designing a tire manufacturing mold for manufacturing the tire, and manufacturing a tire designed using the tire manufacturing mold Can do.
The present invention provides such a tire manufacturing method and a tire manufactured using this manufacturing method.
[0061]
In the above-described embodiment, the case where the tire model goes straight has been described. However, in the present invention, the tire model that moves on the road surface model may turn. In this case, the fluid analysis region may move two-dimensionally on the road surface model following the turning direction of the tire model. Furthermore, in the present invention, the running speed of the tire model may be accelerated and decelerated with acceleration.
In the above embodiment, the tire simulation method and the tire performance prediction method in which the tire passes over the water film provided on the road surface have been mainly described. However, the fluid substance in the present invention is limited to the water constituting the water film. Alternatively, it may be a liquid or a gas. For example, the tire performance may be predicted by simulating the air flow around the moving tire.
[0062]
The tire simulation method, tire performance prediction method, tire manufacturing method, tire, and program of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and does not depart from the spirit of the present invention. Of course, various improvements and modifications may be made.
[0063]
【The invention's effect】
As described above in detail, when reproducing the behavior of a tire moving on a road surface using a tire model, the present invention has a plurality of area elements obtained by mesh-dividing a part of the space area on the road surface model. Since the fluid analysis area filled with the fluid substance in this space area is moved according to the movement of the tire model, the length of the fluid analysis area can be shortened and the number of area elements can be reduced. The calculation processing time of the dynamic analysis for calculating the interference of the model can be shortened. This makes it possible to predict practical tire performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a schematic configuration of a tire performance prediction apparatus that performs a tire simulation method and a tire performance prediction method according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of various models created by the tire simulation method and tire performance prediction method of the present invention.
FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining the arrangement of fluid substances used in the tire simulation method and tire performance prediction method of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the flow of the tire simulation and tire performance prediction method of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of dynamic analysis processing performed in the tire simulation and tire performance prediction method of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a state immediately before the tire model enters the fluid analysis region, which is performed in the tire simulation and tire performance prediction method of the present invention.
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a state in which a tire model enters a fluid analysis region and fluid substances are partially excluded.
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of calculation of an interface between a tire model and a fluid substance.
FIGS. 9A and 9B are explanatory diagrams for explaining calculation of a boundary surface.
FIGS. 10A and 10B are explanatory views schematically illustrating mapping processing performed in the tire simulation and tire performance prediction method of the present invention.
FIGS. 11A to 11C are diagrams schematically illustrating a state in which a tire model enters a fluid analysis region set by a tire simulation and a tire performance prediction method according to the present invention.
FIGS. 12A to 12C are diagrams schematically illustrating a state in which a tire model enters a fluid analysis region set by a conventional tire performance prediction method.
FIG. 13 is a diagram showing an example of physical quantities extracted by the tire performance prediction method of the present invention.
FIG. 14 is a perspective view showing an example of a tire model and a fluid model created by a conventional tire performance prediction method.
[Explanation of symbols]
100 Tire performance prediction device
110 CPU
120 memory
200 Model creation department
201 tire model
202 Road surface model
203 Fluid Analysis Area
300 Static analysis part
400 Rolling processing part
500 Dynamic analysis part
600 Physical quantity extraction unit
700 Tire Performance Prediction Unit

Claims (17)

路面上を走行するタイヤの挙動を再現するタイヤのシミュレーション方法であって、
路面を再現した路面モデルと、この路面モデル上を移動するタイヤモデルと、前記路面モデル上の一部の空間領域をメッシュ分割して得られた複数の領域要素を有し、前記空間領域に所定の流体物質を充填した流体解析領域からなる、前記流体物質の流れの計算の対象となる流体モデルと、を作成するモデル作成ステップと、
前記タイヤモデルが前記流体解析領域に進入することにより前記タイヤモデルが前記流体解析領域内の前記流体物質に与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいて前記流体解析領域からなる前記流体モデルにおける前記流体物質の流れを計算する流体計算ステップと、
前記路面モデル上を転動する前記タイヤモデルのタイヤ走行方向の移動に応じて、前記路面モデルに対して、前記流体計算ステップにおいて前記流体物質の流れを計算する前記流体解析領域からなる前記流体モデル全体の前記タイヤ走行方向の移動を行う解析領域移動ステップと、
前記タイヤモデルが前記流体解析領域に進入することにより前記流体解析領域内の前記流体物質の流れが前記タイヤモデルに与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいて前記タイヤモデルの変形を計算する変形計算ステップと、
前記流体計算ステップ、前記解析領域移動ステップ、および前記変形計算ステップを繰返し行う繰返しステップと、を有することを特徴とするタイヤのシミュレーション方法。A tire simulation method that reproduces the behavior of a tire traveling on a road surface,
A road surface model that reproduces the road surface, a tire model that moves on the road surface model, and a plurality of area elements obtained by dividing a part of the space area on the road surface model into meshes. A model creation step for creating a fluid model to be a target of calculation of the flow of the fluid substance, comprising a fluid analysis region filled with the fluid substance of
When the tire model enters the fluid analysis region, a boundary condition that the tire model gives to the fluid substance in the fluid analysis region is set, and based on the boundary condition, the fluid model including the fluid analysis region a fluid calculation step of calculating the flow of said fluid material,
The fluid model comprising the fluid analysis region for calculating the flow of the fluid substance in the fluid calculation step with respect to the road surface model in accordance with movement of the tire model rolling on the road surface model in a tire traveling direction. An analysis region moving step for moving the entire tire traveling direction ;
When the tire model enters the fluid analysis region, a boundary condition given to the tire model by the flow of the fluid substance in the fluid analysis region is set, and the deformation of the tire model is calculated based on the boundary condition. Deformation calculation step;
A tire simulation method comprising: the fluid calculation step, the analysis region movement step, and a repetition step of repeatedly performing the deformation calculation step. 前記繰返しステップにおいて、前記流体計算ステップで得られた前記流体物質の物理量に基づいて、次回の前記変形計算ステップにおける前記境界条件が設定され、前記変形計算ステップで得られた前記タイヤモデルの変形に基づいて、次回の前記流体計算ステップにおける前記境界条件が設定される請求項１に記載のタイヤのシミュレーション方法。  In the repetition step, the boundary condition in the next deformation calculation step is set based on the physical quantity of the fluid substance obtained in the fluid calculation step, and the deformation of the tire model obtained in the deformation calculation step is performed. The tire simulation method according to claim 1, wherein the boundary condition in the next fluid calculation step is set based on. 前記解析領域移動ステップにおいて、移動後の流体解析領域の各領域要素における前記流体物質の物理量が、移動前の流体解析領域の各領域要素における前記流体物質の物理量をマッピング処理することによって生成される請求項１または２に記載のタイヤのシミュレーション方法。  In the analysis area moving step, the physical quantity of the fluid substance in each area element of the fluid analysis area after movement is generated by mapping the physical quantity of the fluid substance in each area element of the fluid analysis area before movement. The tire simulation method according to claim 1 or 2. 前記マッピング処理は、移動後の流体解析領域の領域要素と移動前の流体解析領域の領域要素とが重なる重複部分の有する要素変数を重み付け係数として、移動前の流体解析領域の各領域要素における物理量を加重平均する処理である請求項３に記載のタイヤのシミュレーション方法。  In the mapping process, a physical quantity in each area element of the fluid analysis area before movement is set by using, as a weighting factor, an element variable having an overlapping portion where the area element of the fluid analysis area after movement and the area element of the fluid analysis area before movement overlap The tire simulation method according to claim 3, wherein the weighted average processing is performed. 前記要素変数は、移動前の流体解析領域の領域要素と重なる移動後の流体解析領域の領域要素に占める、前記重複部分の要素体積の比率である請求項４に記載のタイヤのシミュレーション方法。  5. The tire simulation method according to claim 4, wherein the element variable is a ratio of an element volume of the overlapped portion to a region element in the fluid analysis region after movement overlapping with a region element in the fluid analysis region before movement. 前記流体物質の物理量は、前記流体物質の流体圧力、前記流体物質の流速および前記領域要素に含まれる前記流体物質の体積含有率のうち少なくとも１つを含む請求項３〜５のいずれか１項に記載のタイヤのシミュレーション方法。  The physical quantity of the fluid substance includes at least one of a fluid pressure of the fluid substance, a flow rate of the fluid substance, and a volume content of the fluid substance included in the region element. The tire simulation method described in 1. 前記流体計算ステップおよび前記解析領域移動ステップにおいて、前記流体物質に重力加速度を作用させて前記流体物質の流れを計算する請求項１〜６のいずれか１項に記載のタイヤのシミュレーション方法。  The tire simulation method according to claim 1, wherein, in the fluid calculation step and the analysis region movement step, a gravitational acceleration is applied to the fluid material to calculate a flow of the fluid material. 前記解析領域移動ステップにおいて、前記流体解析領域の境界面のうち、前記タイヤモデルの移動方向の前端面には前記流体物質の流入のみを許容する境界条件を、前記流体解析領域の後端面には前記流体物質の流出のみを許容する境界条件を付与するとともに、
前記流体計算ステップにおいて、前記領域要素のうち、前記流体解析領域の前端に位置し、前記前端面が前記流体物質と接する少なくとも前端の領域要素には前記流体物質が前記タイヤモデルの移動方向に流速を有するように前記流体物質の流れを拘束する拘束条件を付与する請求項１〜７のいずれか１項に記載のタイヤのシミュレーション方法。In the analysis region moving step, among the boundary surfaces of the fluid analysis region, the front end surface in the moving direction of the tire model has a boundary condition that only allows the inflow of the fluid substance, and the rear end surface of the fluid analysis region Giving boundary conditions that allow only the outflow of the fluid substance;
In the fluid calculation step, among the region elements, the fluid substance is positioned at the front end of the fluid analysis region and the front end surface is in contact with the fluid substance, and the fluid substance has a flow velocity in the moving direction of the tire model. The tire simulation method according to claim 1, wherein a restraint condition for restraining the flow of the fluid substance is provided so as to have the following. さらに、前記流体解析領域の境界面のうち、前記流体解析領域の側面および下面に、前記流体物質の流出および流入を禁止する境界条件を付与する請求項８に記載のタイヤのシミュレーション方法。  The tire simulation method according to claim 8, wherein a boundary condition for prohibiting outflow and inflow of the fluid substance is applied to a side surface and a lower surface of the fluid analysis region among boundary surfaces of the fluid analysis region. 前記タイヤモデルの移動方向における前記流体解析領域の長さは、前記タイヤモデルが前記流体解析領域のない前記路面モデルの部分と接触するときの、前記タイヤモデルの前記移動方向における最大接触長さの０．５倍以上４倍以下である請求項１〜９のいずれか１項に記載のタイヤのシミュレーション方法。  The length of the fluid analysis region in the moving direction of the tire model is the maximum contact length of the tire model in the moving direction when the tire model is in contact with a portion of the road surface model without the fluid analyzing region. It is 0.5 times or more and 4 times or less, The tire simulation method of any one of Claims 1-9. 前記タイヤモデルは、タイヤ構成部材を有限個の要素に分割して作成された有限要素モデルである請求項１〜１０のいずれか１項に記載のタイヤのシミュレーション方法。  The tire simulation method according to claim 1, wherein the tire model is a finite element model created by dividing a tire constituent member into a finite number of elements. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のタイヤのシミュレーション方法を行って、前記タイヤモデルに作用する物理量および前記流体物質の物理量の少なくとも一方を算出するステップと、
算出された物理量に基づいてタイヤ性能を予測するステップと、を有することを特徴とするタイヤ性能予測方法。Performing the tire simulation method according to any one of claims 1 to 11 to calculate at least one of a physical quantity acting on the tire model and a physical quantity of the fluid substance;
Predicting tire performance based on the calculated physical quantity, and a tire performance prediction method. 請求項１２に記載のタイヤ性能予測方法を用いて設計されたタイヤを製造することを特徴とするタイヤ製造方法。  A tire manufacturing method comprising manufacturing a tire designed using the tire performance prediction method according to claim 12. 路面上を走行するタイヤの挙動を再現するタイヤのシミュレーション方法をコンピュータに実行させる、コンピュータが実効可能なプログラムであって、
路面を再現した路面モデルと、この路面モデル上を移動するタイヤモデルと、前記路面モデル上の一部の空間領域をメッシュ分割して作成された複数の領域要素を有し、前記空間領域に所定の流体物質を充填した流体解析領域からなる、前記流体物質の流れの計算の対象とする流体モデルと、を前記コンピュータの演算手段に作成させるモデル作成手順と、
前記タイヤモデルが前記流体解析領域に進入することにより前記タイヤモデルが前記流体解析領域内の前記流体物質に与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいて前記流体解析領域からなる前記流体モデルにおける前記流体物質の流れを前記演算手段に計算させる流体計算手順と、
前記路面モデル上を転動する前記タイヤモデルのタイヤ走行方向の移動に応じて、前記路面モデルに対して、前記流体計算手順において前記流体物質の流れを計算する前記流体解析領域からなる前記流体モデル全体の前記タイヤ走行方向の移動を前記演算手段に行わせる解析領域移動手順と、
前記タイヤモデルが前記流体解析領域に進入することにより前記流体解析領域内の前記流体物質の流れが前記タイヤモデルに与える境界条件を設定し、この境界条件に基づいて前記タイヤモデルの変形を前記演算手段に計算させる変形計算手順と、を有し、
前記流体計算手順、前記解析領域移動手順、および前記変形計算手順を繰返し行わせることを特徴とするプログラム。A computer-executable program that causes a computer to execute a tire simulation method that reproduces the behavior of a tire traveling on a road surface,
A road surface model that reproduces the road surface, a tire model that moves on the road surface model, and a plurality of area elements created by dividing a part of the space area on the road surface model into meshes, and the predetermined space area A fluid analysis area filled with the fluid substance, and a fluid model to be calculated for the flow of the fluid substance, and a model creation procedure for causing the computing means to create the computer,
When the tire model enters the fluid analysis region, a boundary condition that the tire model gives to the fluid substance in the fluid analysis region is set, and based on the boundary condition, the fluid model including the fluid analysis region a fluid calculation procedure for calculating the flow of said fluid material to said computing means,
The fluid model comprising the fluid analysis region for calculating the flow of the fluid substance in the fluid calculation procedure with respect to the road surface model in accordance with movement of the tire model rolling on the road surface model in a tire traveling direction. An analysis region moving procedure for causing the calculating means to move the entire tire traveling direction ;
When the tire model enters the fluid analysis region, a boundary condition that the flow of the fluid substance in the fluid analysis region gives the tire model is set, and deformation of the tire model is calculated based on the boundary condition. A deformation calculation procedure for causing the means to calculate,
A program characterized by causing the fluid calculation procedure, the analysis region moving procedure, and the deformation calculation procedure to be repeated. 前記解析領域移動手順において、移動後の流体解析領域の各領域要素における前記流体物質の物理量が、移動前の流体解析領域の各領域要素における前記流体物質の物理量をマッピング処理することによって生成される請求項１４に記載のプログラム。In the analysis area moving procedure, the physical quantity of the fluid substance in each area element of the fluid analysis area after movement is generated by mapping the physical quantity of the fluid substance in each area element of the fluid analysis area before movement. The program according to claim 14. 前記マッピング処理は、移動後の流体解析領域の領域要素と移動前の流体解析領域の領域要素とが重なる重複部分の有する要素変数を重み付け係数として、移動前の流体解析領域の各領域要素における物理量を加重平均する処理である請求項１５に記載のプログラム。In the mapping process, a physical quantity in each area element of the fluid analysis area before movement is set by using, as a weighting factor, an element variable having an overlapping portion where the area element of the fluid analysis area after movement and the area element of the fluid analysis area before movement overlap The program according to claim 15, which is a weighted average process. 前記タイヤモデルの移動方向における前記流体解析領域の長さは、前記タイヤモデルが前記流体解析領域のない前記路面モデルの部分と接触するときの、前記タイヤモデルの前記移動方向における最大接触長さの０．５倍以上４倍以下である請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のプログラム。The length of the fluid analysis region in the moving direction of the tire model is the maximum contact length of the tire model in the moving direction when the tire model is in contact with a portion of the road surface model without the fluid analyzing region. The program according to any one of claims 14 to 16, wherein the program is 0.5 to 4 times.
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