JP4525263B2 - タイヤ接地状態における物理量取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの接地状態における物理量を取得するタイヤ接地状態における物理量取得方法に関するものである。

タイヤのトレッド部には、トレッドパターンが形成されている。このトレッドパターンは、複数の溝部により区画された陸部、すなわち複数個のブロックおよび／またはリブ（以下、単に「ブロック／リブ」と称する）により構成されている。このタイヤの接地状態（タイヤが路面に接地している状態）は、タイヤの様々な性能に影響を及ぼす。この中で、操縦安定性、騒音性能、摩耗特性などは、このタイヤの路面との接地面に存在する複数個のブロック／リブで構成されるブロック／リブ群の剛性、すなわちパターン剛性の影響を受けるので、これらの性能を向上させるためには、このパターン剛性を精度良く予測することが重要である。

従来、パターン剛性を予測する方法としては、外力が付加されたブロック／リブ単体の断面二次モーメントを用いた線形理論によりブロック／リブ単体１００の剛性を算出し、この算出されたブロック／リブ単体１００の剛性に基づいて予測する方法がある。図７−１は、ブロック／リブ単体の曲げ変形の模式図である。図７−２は、ブロック／リブ単体のせん断変形の模式図である。ここで、ブロック／リブ単体１００の剛性の指標となる横弾性定数Ｃは、ブロック／リブ単体１００の曲げ変形とせん断変形とを考慮することにより、算出することができる。

具体的には、まず曲げによる変形量ｗ₁を下記の式（１）より求める。なお、図７−１に示すように、Ｐはブロック／リブ単体１００に付加される外力、ｌはブロック／リブ単体１００の一端を固定する固定面からの距離、Ｅはヤング率、Ｉは断面二次モーメントである。
ｗ₁＝（Ｐｌ³）／（３ＥＩ） …（１）

次に、せん断による変形量ｗ₂を下記の式（２）より求める。なお、図７−２に示すように、Ａはブロック／リブ単体１００の断面積、Ｇはせん断弾性率である。
ｗ₂＝（Ｐｌ）／（ＡＧ） …（２）

横弾性定数Ｃは、上記の式（１）より求められた曲げによる変形量ｗ₁と曲げによる変形量ｗ₂との総和ｗとブロック／リブ単体１００に付加される外力Ｐから、近似的に下記の式（３）により求めることができる。ここで、ゴムの非圧縮性を考慮してＧ＝Ｅ／３とする。
Ｃ＝Ｐ／ｗ＝Ｐ／（ｗ₁＋ｗ₂）＝Ｅ／（（ｌ³／３Ｉ）＋（３ｌ／Ａ）） …（３）

上記式（３）により算出されたブロック／リブ単体１００の横弾性定数Ｃは、ブロック／リブ単体１００の断面二次モーメントＩが大きい場合は、ブロック／リブ単体１００の断面積Ａの変化により支配される。つまり、ブロック／リブ単体１００の断面二次モーメントＩが大きくなると、このブロック／リブ単体１００の横弾性定数Ｃに対するこの断面二次モーメントＩの影響が小さくなる。また、断面積Ａには、ブロック／リブ単体１００の形状効果が含まれておらず、幾何学的非線形性の影響が加味されてない。従って、外力を付加されたブロック／リブ単体１００に生じる物理量である剛性を精度良く算出することができず、パターン剛性を精度良く予測することが困難であった。

そこで、特許文献１に示すように、ブロック／リブ単体１００を有限個の要素に分割してブロック／リブ単体１００の剛性を予測する方法が提案されている。これによれば、断面二次モーメントを用いた線形理論によりブロック／リブ単体１００の剛性を算出するよりも、このブロック／リブ単体１００の剛性を精度良く予測することができる。

国際公開第９８／２９２７０号パンフレット

しかしながら、上記特許文献１に示すような方法では、タイヤの接地面において存在するブロック／リブ群の各ブロック／リブ単体１００の剛性を予測して、予測された各ブロック／リブ単体１００の剛性によりパターン剛性を予測する必要があった。つまり、タイヤの路面との接地面に存在する複数個のブロック／リブ単体１００の剛性をすべて予測する必要があり、パターン剛性を予測するのに多くの時間が必要であるという問題があった。

なお、車両のコーナリング時などにタイヤが受ける力は時々刻々と変化し、この力はタイヤの接地面に存在するブロック／リブ群に外力であるせん断力として付加される。一方、通常のタイヤトレッドパターンは、様々な形状のブロック／リブで構成されているため、殆どの場合そのパターン剛性は、付加されるせん断力の方向に応じて一定値とはならず角度依存性を有する。従って、パターン剛性を予測する際には、このパターン剛性の角度依存性を考慮する必要があるため、せん断力が付加される方向ごとにパターン剛性を予測する必要もある。

ここで、従来、タイヤの性能の予測は、タイヤ周方向連続する主溝のみを有するタイヤモデルか全く溝のないタイヤモデルにより行われていた。しかし、現在ではコンピュータの急速な発達により、トレッドパターンをモデル化したパターンモデルとタイヤケーシングモデルとを結合したフルタイヤモデルを生成し、このフルタイヤモデルによりタイヤの性能の予測を行うことが可能となった。

しかしながら、上記フルタイヤモデルに外力を付加して、このフルタイヤモデルに含まれるパターンモデルに生じる物理量であるパターン剛性を予測するためには、このフルタイヤモデルを構成する要素が多いため膨大な計算時間が必要となる。特に、パターン剛性の角度依存性を考慮して外力であるせん断力が付加される方向ごとにパターン剛性を予測するためには、さらに膨大な計算時間が必要であるという問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、タイヤ接地状態における物理量取得方法において、外力を付加されたパターンモデルに生じる物理量の予測精度を向上するとともに、この物理量を取得するための総時間の増加を抑制することができるタイヤ接地状態における物理量取得方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、タイヤの接地形状を取得する手順と、前記取得したタイヤの接地形状に基づいて有限個の要素で構成されるパターンモデルを生成する手順と、前記生成したパターンモデルに外力を付加する手順と、前記外力を付加されたパターンモデルに生じる物理量である前記各要素の各節点における変位、反力、前記反力に基づいたパターン剛性のいずれかを取得する手順と、を含み、前記パターンモデルは、前記タイヤの接地形状を構成するトレッドパターン領域および当該トレッドパターン領域に隣接する溝下領域に基づいて生成されることを特徴とする。

この発明によれば、取得したタイヤの接地形状から、タイヤの路面との接地面に存在するブロック／リブ群のモデル、すなわちパターンモデルを生成する。この生成されたパターンモデルに外力を付加し、外力を付加されたパターンモデルに生じる物理量、例えばタイヤの路面との接地面に存在するブロック／リブ群の剛性であるパターン剛性を取得する。そして、例えば、この取得したパターン剛性に基づいてタイヤの接地状態における評価値を取得する。従って、取得したタイヤの路面に対する接地形状から生成されたパターンモデルに基づいて物理量を予測するので、断面二次モーメントを用いた線形理論により算出されたブロック／リブ単体の物理量、あるいはブロック／リブ単体を有限個の要素に分割して予測されたブロック／リブ単体の物理量に基づいてタイヤの路面との接地面に存在するブロック／リブ群の物理量を予測する手法と比較して、予測精度を向上することができる。また、パターンモデルは、取得されたタイヤの路面との接地面に存在するブロック／リブ群に基づいて生成し、パターンモデルのみで評価を行うため、フルタイヤモデルと比較して要素数を大幅に少なくすることができる。従って、パターンモデルを生成する生成時間は、フルタイヤモデルの生成時間よりも短時間とすることができる。さらに、パターンモデルに生じる物理量を取得する際の計算時間は、フルタイヤモデルよりも大幅に要素数が少ないので、フルタイヤモデルに外力を付加し、このフルタイヤモデルのパターンモデルに生じる物理量を取得するための計算時間よりも短時間とすることができる。これらにより、パターンモデルに生じる物理量を取得するための総時間の増加を抑制することができる。
ここで、実際のタイヤのトレッド部は、トレッドパターン領域である複数個のブロック／リブと、このトレッドパターン領域のタイヤ径方向内側に隣接する溝下領域である溝下ゴムと、この溝下領域のタイヤ径方向内側に隣接する繊維補強層領域であるベルトなどの繊維補強層などにより構成されている。従って、この発明によれば、パターンモデルをトレッドパターン領域と溝下領域とに基づいて生成することで、実際のタイヤの路面との接地面におけるブロック／リブ群の変形状態に近似することができる。これにより、トレッドパターン領域および溝下領域に基づいて生成されるパターンモデルに基づいてパターン剛性を予測するので、予測精度をさらに向上することができる。

また、この発明では、上記タイヤ接地状態における物理量取得方法において、前記外力は、圧縮力およびせん断力であることを特徴とする。

また、この発明では、上記タイヤ接地状態における物理量取得方法において、前記せん断力を付加する方向を異ならせ、当該外力が付加されたパターンモデルに生じる物理量を繰り返し取得することを特徴とする。

この発明によれば、生成されたパターンモデルに付加する外力であるせん断力の方向を異ならせて、この付加された方向の異なるせん断力ごとにパターンモデルに生じる物理量であるパターン剛性を取得する。従って、取得したタイヤの路面に対する接地形状から生成されたパターンモデルに基づいて物理量を精度良く予測することができるので、付加されるせん断力により変化する物理量の予測精度をも向上することができる。また、付加されるせん断力により変化する物理量を取得する際の計算時間は、このパターンモデルがフルタイヤモデルよりも大幅に要素数が少ないので、フルタイヤモデルに異なる方向からせん断力を付加し、付加されるせん断力により変化するこのフルタイヤモデルのパターンモデルに生じる物理量を取得するのに要する計算時間より短時間とすることができる。これにより、付加されるせん断力により変化するパターンモデルに生じる物理量を取得するための総時間の増加を抑制することができる。

また、この発明では、上記タイヤ接地状態における物理量取得方法において、前記パターンモデルを構成する有限個の要素は、五面体要素あるいは六面体要素の少なくともいずれか一方であること特徴とする。

ここで、パターンモデルが四面体要素を含んで構成されていると、外力を付加することでパターンモデルに生じる物理量であるパターン剛性の予測精度が低下する。しかしながら、この発明によれば、パターンモデルを構成する要素は、五面体要素あるいは六面体要素となる。これにより、予測精度をさらに向上することができる。

また、この発明では、上記タイヤ接地状態における物理量取得方法において、前記パターンモデルは、前記タイヤの接地形状を構成するトレッドパターン領域、当該トレッドパターン領域に隣接する溝下領域および当該溝下領域に隣接する繊維補強層領域に基づいて生成されることを特徴とする。

この発明によれば、パターンモデルをトレッドパターン領域と他の領域（溝下領域、繊維補強層領域）とに基づいて生成することで、実際のタイヤの路面との接地面におけるブロック／リブ群の変形状態に近似することができる。これにより、トレッドパターン領域、溝下領域および繊維補強層領域に基づいて生成されるパターンモデルに基づいてパターン剛性を予測するので、予測精度をさらに向上することができる。

この発明にかかるタイヤ接地状態における物理量取得方法は、タイヤの接地状態からパターンモデルを生成するので、外力を付加されたパターンモデルに生じる物理量の予測精度を向上するとともに、この物理量を取得するための総時間の増加を抑制することができるという効果を奏する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下の説明におけるタイヤ接地状態における物理量取得方法では、外力、ここでは圧縮力およびせん断力を付加することでパターンモデルに生じる物理量、ここではパターン剛性を予測する解析手法として有限要素法（Finite Element Method：ＦＥＭ）を使用する場合について説明する。なお、この発明にかかるタイヤのシミュレーション方法に適用できる解析手法は、有限要素法に限られず、境界要素法（Boundary Element Method：ＢＥＭ）、有限差分法（finite Differences Method：ＦＤＭ）等も使用することができる。また、これらの各解析手法を複数組み合わせて使用しても良い。ここで、有限要素法は、構造解析に適した解析手法であり、タイヤの構造解析に好適である。

図１は、この発明にかかるタイヤ接地状態における物理量取得方法を実行するタイヤ接地形状評価装置の構成例を示す図である。同図に示すように、タイヤ接地形状評価装置１０は、処理部１１と、記憶部１２と、入力ポート１３_INと、出力ポート１３_OUTとにより構成されている。この処理部１１および記憶部１２は、入力ポート１３_INおよび出力ポート１３_OUTにそれぞれ接続されている。

処理部１１は、接地形状取得部１４と、パターンモデル生成部１５と、外力付加部１６と、解析部１７と、接触状態評価部１８とを含んで構成されている。これらは、タイヤの接地状態における物理量を取得するタイヤ接地状態における物理量取得方法を実行する。この接地形状取得部１４、パターンモデル生成部１５、外力付加部１６、解析部１７、接触状態評価部１８は、入力ポート１３_INおよび出力ポート１３_OUTにそれぞれ接続されている。

また、タイヤ接地状態評価装置１０には、端末装置２０および各種データサーバー３０が接続されている。つまり、端末装置２０および各種データサーバー３０は、それぞれ入力ポート１３_INおよび出力ポート１３_OUTに接続されている。この端末装置２０は、タイヤ接地状態における物理量取得方法を実行するのに必要なデータをこの端末装置２０に接続された入力装置２１からタイヤ接地状態評価装置１０に入力するものである。この必要なデータとしては、例えば、図示しない評価対象となるタイヤのトレッドパターンを構成する陸部の材料（ゴム）の物性値、後述するパターンモデル４に付加する外力である圧縮力およびせん断力のそれぞれ大きさおよび方向などである。また、この端末装置２０は、タイヤ接地状態評価装置１０からタイヤの接地状態における評価結果が入力され、この端末装置２０に接続された表示装置２２にこの評価結果を表示するものである。また、処理部１１の各部１４〜１８がタイヤ接地状態における物理量取得方法を実行する際には、上記各種データサーバー３０内に格納されている各種データベースを利用することができる。

記憶部１２には、タイヤ接地状態における物理量取得方法が組み込まれたタイヤ接地状態における物理量取得用コンピュータプログラム（以下、「プログラム」と称する）や、上記各種データサーバー３０から取得された後述するパターンモデル４に与えられる材料特性などのデータが格納されている。ここで、記憶部１２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段等の組み合わせにより構成されている。

また、上記プログラムは、必ずしも単一的に構成されるものに限られず、コンピュータシステムにすでに記憶されているプログラム、例えばＯＳ（Operating System）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものであっても良い。また、同図処理部１１の各部１４〜１８を実現するための上記プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりタイヤ接地状態における物理量取得方法を実行しても良い。なお、「コンピュータシステム」とは、上記ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものである。

処理部１１は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリとＣＰＵ（Central Processing Unit）とにより構成されている。タイヤ接地状態における物理量取得方法を実行する際には、処理部５１が上記プログラムを処理部１１の図示しないメモリに読み込んで演算を行う。なお、処理部１１は、適宜演算途中の数値を記憶部１２に格納し、格納した数値を適宜記憶部１２から取り出して演算を行う。なお、この処理部１１は、上記プログラムの替わりに専用のハードウェアにより、接地形状取得部１４、パターンモデル生成部１５、外力付加部１６、解析部１７、接触状態評価部１８が実現されるものであっても良い。

次に、タイヤ接地状態における物理量取得方法について説明する。図２には、この発明にかかるタイヤ接地状態における物理量取得方法のフローチャートを示す図である。図３は、取得されたタイヤの接地形状を示す図である。図４−１は、取得されたタイヤの接地形状の処理状態を示す図である。図４−２は、生成されたパターンモデルとその変形状態を示す図である。

図２に示すように、タイヤ接地状態における物理量取得方法は、まず、処理部１１の接地形状取得部１４がタイヤの接地形状を取得する（ステップＳＴ１）。タイヤの接地形状１の取得には、種々の方法ある。例えば、実際のタイヤからタイヤの接地形状１を取得する場合がある。この場合は、まず、図示しない撮像装置が、実際のタイヤの接地状態を撮像する。実際のタイヤの接地状態は、この実際のタイヤをＪＡＴＭＡなどの規格に規定されている規定リムに装着し、規定内圧の空気を充填し、透明性を有する強化ガラスなどで構成されている支持基板状に規定荷重を付加することで実現する。次に、実際のタイヤの支持基板の裏面から照明灯の光を当て、シート状媒体を介して撮像装置により撮像する。この撮像装置は、この撮像された実際のタイヤの接地状態から画像データを生成する。そして、タイヤ接地状態評価装置１０の処理部１１の接地形状取得部１４は、図３に示すように、この生成された画像データをタイヤの接地形状１として取得する。この取得されたタイヤの接地形状は、記憶部１２に格納される。なお、接地形状取得部１４は、上記実際のタイヤにスリップ角やキャンバー角を与えた状態における実際のタイヤの接地状態から撮像装置により生成された画像データをタイヤの接地形状１として取得しても良い。

ここで、処理部の１１の接地形状取得部１４が取得するタイヤの接地形状１は、実際のタイヤの接地形状から取得されるものに限られず、実際のタイヤの接地形状に近似しているものであっても良い。例えば、接地形状取得部１４は、予め記憶部１２に格納されている実際のタイヤのタイヤ外径およびタイヤ断面形状に基づいて実際のタイヤの接地形状を推定し、この推定された実際のタイヤの接地形状をタイヤの接地形状１として取得しても良い。また、接地形状取得部１４においては、実際のタイヤの接地形状を幾何学的な形状である楕円形などに近似できる場合は、この幾何学的な形状をタイヤの接地形状１として取得しても良い。

なお、上記画像データは、図示しない撮像装置の記憶部に格納されている。そこで、予め画像データを各種データサーバー３０に格納しておき、接地形状取得部１４は、この各種データサーバー３０から画像データを取得しても良い。また、画像データを図示しない記録媒体などに予め記憶しておき、接地形状取得部１４は、端末装置２０と接続された記録媒体から画像データを取得しても良い。さらに、タイヤ接地形状評価装置１０と図示しない撮像装置を予め接続しておき、接地形状取得部１４は、図示しない撮像装置の記憶部および出力ポート、入力ポート１３_INを介して画像データを取得しても良い。

次に、処理部１１のパターンモデル生成部１５は、取得されたタイヤの接地形状１からパターンモデル４を生成する（ステップＳＴ２）。具体的には、まず、パターンモデル生成部１５は、図３に示すように、接地形状取得部１４により取得されたタイヤ接地形状１（画像データ）における各ブロック／リブ単体２の外郭線を認識する。次に、図４−１に示すように、認識された各ブロック／リブ単体２の外郭線内の領域を有限個の二次元要素３ａに分割する。つまり、性能を予測する空気入りタイヤを有限要素法に基づき、二次元要素３ａに分割することで、取得されたタイヤの接地形状１から二次元有限要素モデル３と生成する。ここで、この二次元要素３ａとしては、三角形要素や四辺形要素などがある。そして、図４−２に示すように、この二次元有限要素モデル３を実際のタイヤのトレッドリブ／ブロック単体の厚みと同じ厚みとなるように、厚さ方向にスイープすることなどにより、パターンモデル４を生成する。なお、上記パターンモデル４の生成方法は、上記方法に限定されるものではない。

生成されたパターンモデル４は、有限個の三次元要素４ａにより構成されており、複数個の三次元要素４ａにより、ブロック／リブ単体モデル５が形成されている。このパターンモデル４を構成する三次元要素４ａとしては、四面体要素、五面体要素、六面体要素など、コンピュータで用い得る要素がある。ここで、生成されたパターンモデル４は、タイヤ接地状態における物理量取得方法で用いられるパターンモデル４を構成する三次元要素４ａとして、五面体要素および／または六面体要素である三次元要素４ａで構成されていることが好ましい。これにより、生成されるパターンブロック４を構成する三次元要素には、後述する外力を付加することでこのパターンモデル４に生じる物理量であるパターン剛性の予測精度が低下する原因となる四面体要素などが三次元要素４ａに含まれない。従って、タイヤ接地状態における物理量取得方法では、五面体要素および／または六面体要素などの三次元要素４ａで構成されているパターンモデル４に基づいてパターン剛性を予測するので、予測精度を向上することができる。なお、生成されたパターンモデル４には、実際のタイヤのトレッドパターンに形成されるサイプ、細溝、溝部の底上げ、ブロック／リブの端部の切り欠きなどがパターンモデル４を構成する三次元要素４ａによりモデル化されていても良い。ここで、分割された三次元要素４ａは、処理部１１のパターンモデル生成部１５による解析の過程においては、３次元座標を用いて逐一特定される。

なお、このパターンモデル生成部１５は、パターンモデル４に後述する外力を付加する前に、このパターンモデル４の各三次元要素４ａの材料特性を設定する。ここで、実際のタイヤの路面との接地面におけるブロック／リブ群を近似する各三次元要素４ａには、線形材料としての物性値を設定しても良いが、よりこの実際のタイヤの路面との接地面におけるブロック／リブ群を構成する材料であるゴムに近似させるために、非線形材料であるとともに非圧縮性材料であるゴム弾性材料としての物性値を設定することが好ましい。具体的には、入力装置２１から生成されたパターンモデル４に対して設定する材料特性を入力することで、各種データサーバー３０に格納されている種々の材料特性に対応する物性値のうち入力された材料特性の物性値がこのパターンモデル４の各三次元要素４ａに設定される。

次に、処理部１１の外力付加部１６は、パターンモデル４に外力を付加する（ステップＳＴ３）。具体的には、図４−２に示すように、生成されたパターンモデル４に外力として、このパターンモデル４を圧縮する圧縮力とこのパターンモデル４をせん断するせん断力を付加する。ここで、この圧縮力は、任意の値であり、厚み方向（実際のタイヤのタイヤ径方向内側に向かう方向）にパターンモデル４を構成する各三次元要素４ａの各節点に対して均一に付加されるものである。なお、予めこの外力付加部１６が実際のタイヤと路面との接地面に圧力分布データを取得し、この取得された圧力分布データに基づいて圧縮力を各三次元要素４ａの各節点ごとに付加しても良い。一方、せん断力は、任意の値であり、このパターンモデル４の厚み方向と直交する任意の方向にパターンモデル４全体に付加、すなわち各三次元要素４ａの各節点に均一に付加するものである。なお、上記圧縮力およびせん断力は、パターンモデル４の各三次元要素４ａに力として付加する場合に限定されず、強制変位として付加しても良い。具体的には、例えばパターンモデル４を構成する各三次元要素４ａのうち、このパターンモデル４の表面を構成する各三次元要素４ａの上面の節点に対して、もしくはこの上面の節点の参照節点に対して強制変位を付加しても良い。

次に、処理部１１の解析部１７は、この外力が付加された状態のパターンモデル４の解析を行い、この外力が付加されたことでパターンモデル４に生じる物理量を取得する（ステップＳＴ４）。物理量としては、各三次元要素４ａの各節点における変位や反力などがあるが、ここでは反力に基づいてパターン剛性を取得する。具体的には、例えば外力が付加されることで各三次元要素４ａの上面の節点が変位する際の単位変位量当たりに対する反力を算出し、この算出された反力の総和をパターン剛性とする。

そして、処理部１１の接地状態評価部１８は、上記取得された物理量であるパターン剛性に基づいて評価値を取得し、この評価値に基づいてタイヤの接地状態（タイヤが路面に接地している状態）における性能を予測し、評価する（ステップＳＴ５）。ここで、タイヤの接地状態における性能には、例えば操縦安定性、騒音性能、摩耗特性などがあげられる。

以上により、タイヤのシミュレーション方法を終了する。タイヤ接地状態における物理量取得方法では、取得したタイヤの接地形状１から生成されたパターンモデル４に基づいて物理量を予測するので、断面二次モーメントを用いた線形理論により算出されたブロック／リブ単体の物理量、あるいはブロック／リブ単体を有限個の要素に分割して予測されたブロック／リブ単体の物理量に基づいてタイヤの路面との接地面に存在するブロック／リブ群の物理量を予測する手法と比較して、予測精度を向上することができる。また、パターンモデル４は、取得されたタイヤの路面との接地面に存在するブロック／リブ群に基づいて生成し、パターンモデル４のみで評価を行うため、フルタイヤモデルと比較して要素数を大幅に少なくすることができる。従って、パターンモデル４を生成する生成時間は、フルタイヤモデルの生成時間よりも短時間とすることができる。さらに、パターンモデル４に生じる物理量を取得する際の計算時間は、パターンモデル４を構成する三次元要素４ａの要素数がフルタイヤモデルの要素数よりも大幅に少ないので、フルタイヤモデルに外力を付加し、このフルタイヤモデルのパターンモデルに生じる物理量を取得するための計算時間よりも短時間とすることができる。これらにより、パターンモデル４に生じる物理量を取得するための総時間の増加を抑制することができる。

なお、実際のタイヤが装着された車両のコーナリング時におけるパターン剛性を予測する際には、このパターン剛性の角度依存性を考慮する。従って、せん断力が付加される方向を変化させ、このせん断力が付加される方向ごとのパターンモデル４に生じるパターン剛性を取得する。具体的には、上記ステップＳＴ３において処理部１１の外力付加部１６がパターンモデル４に外力を付加することと、上記ステップＳＴ４において処理部１１の解析部１７が付加された外力によりパターンモデル４に生じるパターン剛性を取得することとを、せん断力が付加される方向ごとに繰り返す（図２に示す点線）。そして、上記ステップＳＴ５において処理部１１の接地状態評価部１８が、上記せん断力が付加される方向ごとに取得されたパターン剛性に基づいて評価値を取得し、この評価値に基づいてタイヤの接地状態における性能を予測し、評価する。

以上のように、生成されたパターンモデル４に付加するせん断力の方向を異ならせて、この付加された方向の異なるせん断力ごとにパターンモデル４に生じる物理量を取得することで、取得したタイヤの接地形状１から生成されたパターンモデル４に基づいて物理量を精度良く予測することができ、付加されるせん断力により変化する物理量の予測精度をも向上することができる。また、付加されるせん断力により変化する物理量を取得する際の計算時間は、このパターンモデル４を構成する三次元要素４ａの総数がフルタイヤモデルよりも少ないので、フルタイヤモデルに異なる方向からせん断力を付加し、付加されるせん断力により変化するこのフルタイヤモデルのパターンモデルに生じる物理量を取得するのに要する計算時間より短時間とすることができる。これにより、付加されるせん断力により変化するパターンモデル４に生じる物理量を取得するための総時間の増加を抑制することができる。具体的には、タイヤ接地状態における物理量取得方法によれば、フルタイヤモデルを生成し、このフルタイヤモデルのパターンモデルに外力を付加し、この付加されたフルタイヤモデルのパターンモデルに生じる物理量を取得するために必要な総時間と比較して大幅に短縮することができる。

ここで、パターンモデル４に異なる方向のせん断力を付加する場合は、実際のタイヤの赤道方向に対応するパターンモデル４の赤道方向（０°、１８０°）を基準として、５°〜３０°の範囲内の間隔でせん断力を付加することが好ましい。これは、５°よりも小さい間隔でパターンモデル４にせん断力を付加すると、付加されるせん断力により変化する物理量を取得する際の計算時間が長時間となり、３０°よりも大きい間隔でパターンモデル４にせん断力を付加すると、付加されるせん断力により変化する物理量の予測精度が低下する虞があるからである。また、トレッドパターンが点対称あるいは方向性パターンである実際のタイヤの接地形状１から生成されたパターンモデル４では、０°〜１８０°の範囲内でせん断力を付加することが好ましい。また、トレッドパターンが非対称パターンである実際のタイヤの接地形状１から生成されたパターンモデル４では、０°〜３６０°の範囲内でせん断力を付加することが好ましい。

図５−１および図５−２は、従来例と参考例との比較を示す図である。図５−１において、Ａに示す参考例は、上記タイヤ接地状態における物理量取得方法により取得した、せん断力の方向を変化させた時のパターンモデル４のパターン剛性変化である。一方、Ｂに示す従来例は、実際のタイヤと路面との接地面におけるブロック／リブ単体の断面二次モーメントと断面積を各々算出し、それらを用いて線形理論によりパターン剛性を算出した。そして、せん断力の方向を変化させた時の断面二次モーメントを同様に算出し、せん断力の方向を変化させた時のパターン剛性を算出したものである。図５−２において、Ｃに示す参考例は、上記タイヤ接地状態における物理量取得方法により取得したせん断力により変化するパターンモデル４に生じるパターン剛性である。一方、Ｄに示す従来例は、従来の実際のタイヤと路面との接地面におけるブロック／リブ群の代表的な形状のブロック／リブ単体の剛性を有限要素法などで算出したものである。なお、図５−１および図５−２において、実際のタイヤの赤道方向におけるパターン剛性あるいはブロック／リブ単体の剛性を１として、各角度（赤道方向に対するせん断力を付加する方向の角度）におけるパターン剛性あるいはブロック／リブ単体の剛性を指数化したものである。

図５−１に示すように、Ａに示す参考例では、赤道方向に対してほぼ垂直方向にせん断力が付加されると赤道方向にせん断力が付加される場合と比較してパターン剛性が最も低下するがその低下する量は、Ｂに示す従来例のように著しいものではない。パターン構成にもよるが、通常、せん断力が付加される方向によって、パターン剛性が極端に変化しないものが多いので、Ａに示す参考例は、Ｂに示す従来例と比較して、予測精度が高いことが分かる。

図５−２に示すように、Ｃに示す参考例では、赤道方向に対してほぼ垂直方向にせん断力が付加されると赤道方向にせん断力が付加される場合と比較してパターン剛性が最も低下するがその低下する量は、Ｄに示す従来例のブロック／リブ単体の剛性よりも大きくなる。

なお、上記実施例において、異なる方向からせん断方向をパターンモデル４に付加する場合は、処理部１１の接地形状取得部１４が取得するタイヤの接地形状１は、パターンモデル４に付加されるせん断力の方向に応じて取得することが好ましい。これにより、処理部１１のパターンモデル生成部１５は、外力付加部１６が付加するせん断力が実際のタイヤに付加された際のタイヤの接地形状１に基づいてパターンモデル４を生成することができる。これにより、付加されるせん断力により変化する物理量の予測精度をさらに向上することができる。

また、タイヤ接地状態における物理量取得方法においては、処理部１１の外力付加部１６は、生成されたパターンモデル４に圧縮力およびせん断力を外力として付加したがこれに限定されるものではない。例えば、せん断力の代わりにパターンモデル４に捻り力、すなわち回転モーメントを付加しても良い。具体的には、パターンモデル４をこのパターンモデル４の厚み方向を軸とする回転モーメントを各三次元要素４ａに付加しても良い。

また、処理部１１のパターンモデル生成部１５は、実際のタイヤのタイヤ周方向の曲率およびタイヤ幅方向の曲率に基づいて湾曲した状態のパターンモデル４を生成しても良い。

また、タイヤ接地状態における物理量取得方法により生成されたパターンモデル４は、上記のように実際のタイヤの路面との接地面におけるブロック／リブ群のみに基づいて生成される場合に限定されるものではない。図６−１は、実際のタイヤの断面形状を示す図である。図６−２は、生成された他のパターンモデルを示す図である。図６−１に示すように、実際のタイヤのトレッド部は、タイヤ径方向外側から内側に向かって、複数個のブロック／リブにより形成されるトレッドパターン領域４１と、このトレッドパターン領域４１に隣接する溝下ゴムにより形成される溝下領域４２と、この溝下領域４２に隣接するベルトなどの繊維補強層により形成される繊維補強層領域４３などから構成される。従って、実際のタイヤの路面との接地面におけるブロック／リブ群は、外力が付加されるとこのブロック／リブ群の溝下ゴムやベルトなどの繊維補強層の影響を受けながら変形する。つまり、パターンモデル４をトレッドパターン領域４１と他の領域である溝下領域４２あるいはこの溝下領域４２および繊維補強層領域４３とに基づいて生成することで、実際のタイヤの路面との接地面におけるブロック／リブ群の変形状態に近似することができる。

そこで、図６−２に示すように、取得されたタイヤの接地形状１から生成されたトレッドパターン領域モデル６のみならず、このトレッドパターン領域モデル６と溝下ゴム領域４２を形成する溝下ゴムをモデル化した溝下領域モデル７および繊維補強層領域４３を形成するベルトなどの繊維補強層をモデル化した繊維補強層領域モデル８とにより構成されたパターンモデル４に基づいて、パターン剛性を予測するので、予測精度を向上することができる。

また、タイヤ接地状態における物理量取得方法により生成されたパターンモデル４は、実際のタイヤの路面との接地面に相当する領域に存在する複数個のブロック／リブ単体であるブロック／リブ群を有限個に分割して生成される場合に限られるものではなく、この実際のタイヤの路面との接地面に相当する領域およびその周辺領域に存在するブロック／リブ群を有限個に分割して生成しても良い。ブロック／リブ単体２の一部が実際のタイヤの路面との接地面に相当する領域に存在する場合において、生成されたパターンモデル４に外力を付加することで発生するこのブロック／リブ単体２の一部に対応する部分の剛性の精度が低下し、パターン剛性の精度が低下する虞がある。これは、実際のタイヤの路面との接地面に相当する領域に存在するブロック／リブ単体２の一部は、周辺領域に存在するこのブロック／リブ単体２の他の部分と一体となっているため、この他の部分がブロック／リブ単体２の一部に影響を与えるためである。従って、パターンモデル４を実際のタイヤの路面との接地面に相当する領域およびその周辺領域に存在する複数個のブロック／リブ単体２を有限個に分割して生成することでパターン剛性の精度の低下を抑制することができる。

この周辺領域とは、少なくとも実際のタイヤの路面との接地面に相当する領域に一部が存在するブロック／リブ単体２が含まれる領域であることが好ましい。具体的には、タイヤ周方向における周辺領域とは、タイヤ周方向においては、実際のタイヤの路面との接地面からこの接地面のタイヤ周方向の長さであるタイヤ接地長の５０％の範囲内、タイヤ幅方向においては、実際のタイヤの路面との接地面からこの接地面のタイヤ幅方向の長さであるタイヤ接地幅の２０％の範囲内である。

以上のように、この発明にかかるタイヤ接地状態における物理量取得方法は、タイヤの接地状態における性能を予測する際に有用であり、特に、外力を付加されたパターンモデルに生じる物理量の予測精度を向上するとともに、この物理量を取得するための総時間の増加を抑制するのに適している。

この発明にかかるタイヤ接地状態評価装置の構成例を示す図である。 この発明にかかるタイヤ接地状態における物理量取得方法のフローチャートを示す図である。 取得されたタイヤの接地形状を示す図である。 取得されたタイヤの接地形状の処理状態を示す図である。 生成されたパターンモデルとその変形状態を示す図である。 従来例と参考例との比較を示す図である。 従来例と参考例との比較を示す図である。 実際のタイヤの断面形状を示す図である。 生成された他のパターンモデルを示す図である。 ブロック／リブ単体の曲げ変形の模式図である。 ブロック／リブ単体のせん断変形の模式図である。

１ タイヤの接地形状
２ ブロック／リブ単体
３ 二次元有限要素モデル
４ パターンモデル
５ ブロック／リブ単体モデル
６ トレッドパターン領域モデル
７ 溝下領域モデル
８ 繊維補強層領域モデル
１０ タイヤ接地状態評価装置
１１ 処理部
１２ 記憶部
１３_IN 入力ポート
１３_OUT 出力ポート
１４ 接地形状取得部
１５ パターンモデル生成部
１６ 外力付加部
１７ 解析部
１８ 接触状態評価部
２０ 端末装置
２１ 入力装置
２２ 出力装置
３０ 各種データサーバー
４０ トレッド部
４１ トレッドパターン領域
４２ 溝下領域
４３ 繊維補強層領域
１００ ブロック／リブ単体

Claims (5)

1. タイヤの接地形状を取得する手順と、
   前記取得したタイヤの接地形状に基づいて有限個の要素で構成されるパターンモデルを生成する手順と、
   前記生成したパターンモデルに外力を付加する手順と、
   前記外力を付加されたパターンモデルに生じる物理量である前記各要素の各節点における変位、反力、前記反力に基づいたパターン剛性のいずれかを取得する手順と、
   を含み、
   前記パターンモデルは、前記タイヤの接地形状を構成するトレッドパターン領域および当該トレッドパターン領域に隣接する溝下領域に基づいて生成されることを特徴とするタイヤ接地状態における物理量取得方法。
2. 前記外力は、圧縮力およびせん断力であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ接地状態における物理量取得方法。
3. 前記せん断力を付加する方向を異ならせ、当該外力が付加されたパターンモデルに生じる物理量を繰り返し取得することを特徴とする請求項２に記載のタイヤ接地状態における物理量取得方法。
4. 前記パターンモデルを構成する有限個の要素は、五面体要素あるいは六面体要素の少なくともいずれか一方であること特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤ接地状態における物理量取得方法。
5. 前記パターンモデルは、前記タイヤの接地形状を構成するトレッドパターン領域、当該トレッドパターン領域に隣接する溝下領域および当該溝下領域に隣接する繊維補強層領域に基づいて生成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のタイヤ接地状態における物理量取得方法。

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