JP4622336B2 - タイヤモデル作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、有限要素法によってタイヤ特性を評価する際の解析モデルの作成方法に関する。

有限要素法を用いて、タイヤ特性を予測し、このタイヤ特性に基づいてタイヤを設計する方法が種々提案されている。これらの方法は、いずれもコンピュータを用いてタイヤの有限要素モデルを作成し、作成したタイヤモデルを用いてタイヤの静止状態あるいは転動状態を再現し、このときタイヤモデルに作用する特定の物理量を算出してタイヤ特性を評価している。このタイヤ特性を用いることで、実際にタイヤを作製することなく、タイヤ特性の優れたタイヤを設計することができる。

このようなタイヤのシミュレーションに用いるタイヤモデルの作成方法として、トレッドパターンによる影響を解析することができるトレッド付きタイヤの有限要素モデルの作成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、特許文献１では、タイヤボディ部と、タイヤボディ部よりも詳細に分割したトレッドパターン部とを結合してタイヤモデルの有限要素モデルを作成している。
しかしながら、タイヤ特性を精度よく予測するには、トレッドパターンをより詳細にモデル化しなければならず、詳細なトレッドパターンの作成には多大な労力を費やし、シミュレーションの演算処理には膨大な時間を要していた。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤモデルを用いてタイヤ特性を解析する際に解析精度を維持したまま、タイヤモデルの作成時間および演算処理における計算時間の短縮化を実現することが可能なタイヤモデル作成方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、タイヤ特性を、シミュレーション装置を用いたシミュレーションにより解析するためのタイヤモデル作成方法であって、前記シミュレーション装置が、少なくともコード補強材、ゴム部材、およびビードコアを含むタイヤボディ部モデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、タイヤ全周の長さに対して所定の割合の周長を持ち、トレッドパターンを詳細にモデル化した１以上の詳細トレッド部モデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記タイヤ全周の長さに対して前記１以上の詳細トレッド部モデルの全周長を除くタイヤ周長を持ち、トレッドパターンを簡易にモデル化した１以上の簡易トレッド部モデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記１以上の詳細トレッド部モデルと前記１以上の簡易トレッド部モデルとを結合することによって、前記タイヤ全周の周長を持つトレッドパターン部モデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記タイヤボディ部モデルと前記トレッドパターン部モデルを結合してタイヤモデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記詳細トレッド部モデルの質量または剛性を含む物理量に対して前記簡易トレッド部モデルの溝面積と前記詳細トレッド部モデルの溝面積との比を用いて前記１以上の簡易トレッド部モデルに与えられる材料定数を補正して、補正された前記材料定数を前記簡易トレッド部モデルに与えるステップと、を有することを特徴とする。
前記１以上の詳細トレッド部モデルは、トレッドパターンが異なる複数の詳細トレッド部モデルであり、前記トレッドパターン部モデルを作成するステップでは、前記シミュレーション装置が、前記複数の詳細トレッド部モデルと、前記１以上の簡易トレッド部モデルを結合することが好ましい。

本発明の第２の態様は、タイヤ特性を、シミュレーション装置を用いたシミュレーションにより解析するためのタイヤモデル作成方法であって、前記シミュレーション装置が、タイヤのトレッドパターンを簡易にモデル化した、タイヤ全周の周長を持つ簡易トレッド部モデルを含むタイヤモデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記タイヤ全周の長さに対して所定の割合の周長を持ち、トレッドパターンを詳細にモデル化した１以上の詳細トレッド部モデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記簡易トレッド部モデルの、前記１以上の詳細トレッド部モデルに対応する一部分の要素および節点を前記タイヤモデルから削除して、一部トレッド無タイヤモデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記１以上の詳細トレッド部モデルと、前記簡易トレッド部モデルの前記一部分の要素および節点が削除された前記一部トレッド無タイヤモデルとを結合して、前記１以上の詳細トレッド部モデルと、前記簡易トレッド部モデルとが結合された前記タイヤ全周の周長を持つトレッドパターン部モデルを含むタイヤモデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記詳細トレッド部モデルの質量または剛性を含む物理量に対して前記簡易トレッド部モデルの溝面積と前記詳細トレッド部モデルの溝面積との比を用いて前記一部トレッド無タイヤモデルの前記簡易トレッド部モデルに与えられる材料定数を補正して、補正された前記材料定数を前記簡易トレッド部モデルに与えるステップと、を含むことを特徴とする。
前記１以上の詳細トレッド部モデルは、トレッドパターンが異なる複数の詳細トレッド部モデルであり、前記結合するステップでは、前記シミュレーション装置が、前記複数の詳細トレッド部モデルと、前記一部トレッド無タイヤモデルを結合することが好ましい。

本発明の第２の態様において、前記簡易トレッド部モデルを含むタイヤモデルを作成するステップは、前記シミュレーション装置が、少なくともコード補強材、ゴム部材、およびビードコアを含むタイヤボディ部モデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記タイヤ全周の長さを持つ簡易トレッド部モデルを作成するステップと、前記シミュレーション装置が、前記タイヤボディ部モデルと前記簡易トレッド部モデルを結合して前記簡易トレッド部モデルを含むタイヤモデルを作成するステップと、を含むことが好ましい。

上記第１の態様と第２の態様において、前記モデル間の結合のうち少なくとも一つの結合は、結合面における一方のモデルの節点を他方のモデルの節点と相対的な位置関係を変えることのない非共有な状態で結合される非共有な結合であることが好ましい。
前記材料定数は、せん断方向の弾性率であることが好ましい。
前記材料定数の補正は、キャンバ角やスリップ角が付いたコーナリング時のドライ性能を解析する場合には、タイヤ周方向に対して垂直な方向のせん断弾性率を基準として、前記タイヤの回転軸に制動トルクや駆動トルクを付与した時の制駆動性能を解析する場合には、前記タイヤ周方向に対して前記簡易トレッド部モデルの前後となる前記トレッドパターン部モデルの前記せん断方向の弾性率を基準として、または前記タイヤ周方向に対して簡易トレッド部モデルの前後となる前記トレッドパターン部モデルおよび前記タイヤ周方向に対して垂直な方向のタイヤモデルに、同時に応力負荷が生じるような場合には、両部分の弾性率に応じた値に基づいて、前記簡易トレッド部モデルの前記せん断方向の弾性率を補正することが好ましい。
前記材料定数は、前記簡易トレッド部モデルの溝面積と前記詳細トレッド部モデルの溝面積との比に対して所定の補正係数を乗じた値を用いて補正されることが好ましい。

本発明は、トレッドパターンを詳細にモデル化した詳細トレッド部モデルとトレッドパターンを簡易にモデル化した簡易トレッド部モデルとを含んでタイヤモデルを作成する。
簡易トレッド部モデルを含むことでトレッドパターンを詳細にモデル化する割合を低減し、タイヤモデルの作成時間および演算処理時間を短縮するとともに、簡易トレッド部モデルの材料定数を補正するため、トレッドパターンを簡易にモデル化したことによる解析精度の低下を抑制する。
本発明によれば、タイヤモデルを用いてタイヤ特性を解析する際に解析精度を維持したまま、タイヤモデルの作成時間および演算処理における計算時間の短縮化を実現することが可能なタイヤモデル作成方法を提供することができる。

以下、本発明のタイヤモデル作成方法について、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。
図１は、本発明のタイヤモデル作成方法を行い、さらに実際のタイヤ特性試験をシミュレーションして、タイヤ特性の解析を実行するシミュレーション装置の概略を示す概略図である。
シミュレーション装置１は、各部位（処理部）の機能を制御し、装置全体の処理を制御する中央演算処理装置（ＣＰＵ）２と、各部位で得られた演算結果などを一時的に記憶するＲＡＭや各部位の処理を実行するための各種制御情報を記憶するＲＯＭなどのメモリ３と、入出力ポート４とを備える。
また、シミュレーション装置１は、入出力ポート４を介して、モデル作成条件、処理条件、あるいは特性演算条件など各種の条件を入力するキーボードやマウスなどの入力装置５と、その入力装置５による入力結果やタイヤ特性の解析結果などを表示するディスプレイやプリンタなどの出力装置６と、ハードディスクや光磁気ディスクなどの外部記憶装置７と接続されている。

このようなシミュレーション装置１は、オペレータの入力に従って、タイヤの有限要素法（Finite Element Method）における解析モデル（以下、タイヤモデル１０という）を作成し、シミュレーション条件（境界条件）を設定し、シミュレーションを実行してタイヤ特性を演算する。

図２は、本発明に従って作成される、詳細トレッド部要素モデル（以下、詳細トレッド部という）と簡易トレッド部要素モデル（以下、簡易トレッド部という）を含むタイヤモデルの一例を示す斜視図である。図３は図２に示すタイヤモデルの拡大図であり、詳細トレッド部要素モデルと簡易トレッド部要素モデルの境界面を示す。
タイヤモデル１０は、タイヤボディ部を再現したタイヤボディ部の有限要素モデル（以下、タイヤボディ部という）１８と、タイヤのトレッドパターンを再現したトレッドパターン部の有限要素モデル（以下、トレッドパターン部という）１６から構成される。

タイヤボディ部１８は、主に、ベルト部材を再現したベルト部材モデル、トレッドベース部材を再現したトレッドベース部材モデル、カーカス部材を再現したカーカス部材モデル、サイド部材を再現したサイド部材モデル、ビードフィラー部材を再現したビードフィラー部材モデル、およびビード部材を再現したビード部材モデル等を有して構成される。

トレッドパターン部１６は、詳細トレッド部１２と簡易トレッド部１４から構成される。詳細トレッド部１２はラグ溝やサイプなどの横溝などを含み、実際のタイヤのトレッドパターンを詳細に再現した３次元モデルである。また、詳細トレッド部１２は、タイヤのトレッドパターンが与える影響を考慮して解析を行なうため、細かな要素によってメッシュ分割される。
一方、簡易トレッド部１４は、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略して、ストレート溝のみを再現した３次元モデルである。
また、簡易トレッド部１４は、詳細トレッド部１２に比べて粗い要素によってメッシュ分割されるが、タイヤボディ部１８より細かい要素によってメッシュ分割される。簡易トレッド部１４をストレート溝のみで簡略化して再現することでタイヤモデル１０の作成時間が短縮され、さらに粗い要素によってメッシュ分割されているため、シミュレーションにおける演算処理時間を短縮することができる。

有限要素法においては、一般に有限要素モデルにおけるメッシュ分割を粗くすると、各要素の変形の自由度が減少するため、実際の試験に比して剛性値の高い演算結果が得られる。
したがって、簡易トレッド部１４のように簡略化した有限要素モデルを用いて解析を行なうと、演算結果は実際の試験と比べて剛性が高くなる傾向にある。また、簡易トレッド部１４は、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略してトレッドパターン部を簡略化して再現するため、実際のトレッドパターン部に比して質量が重くなる。
そこで、トレッドパターン部１６における簡易トレッド部１４の質量または剛性を含む材料定数を補正する。

例えば、下記式（１）に示すように、せん断方向の弾性率（せん断弾性率）を補正する場合には、簡易トレッド部１４の溝面積と詳細トレッド部１２の溝面積との比αと、補正係数βとを乗じた値を用いて、詳細トレッド部１２のせん断方向の弾性率Ｇを補正し、簡易パターン部のせん断方向の弾性率Ｇ’とすることができる。
Ｇ’ ＝ Ｇ × α × β ・・・（１）

簡易トレッド部１４の材料定数の補正は、解析の種類に応じても異なる。例えば、キャンバ角やスリップ角が付いたコーナリング時のドライ性能を解析する場合には、タイヤ周方向に対して垂直な方向のせん断弾性率を基準として、簡易トレッド部１４のせん断弾性率を補正することが好ましい。
また、タイヤ回転軸に制動トルクや駆動トルクを付与した時の制駆動性能を解析する場合には、タイヤ周方向に対して簡易トレッド部１４の前後となるトレッドパターン部１６のせん断弾性率を基準として、その簡易トレッド部１４のせん断弾性率を補正することが好ましい。
さらに、タイヤ周方向に対して簡易トレッド部１４の前後となるトレッドパターン部１６、およびタイヤ周方向に対して垂直な方向のタイヤモデル１０に、同時に応力負荷が生じるような場合には、両部分の弾性率に応じた適切な数値に基づいて、簡易トレッド部１４のせん断弾性率を補正することが好ましい。

したがって、簡易トレッド部１４を詳細トレッド部１２に比べて粗い要素によりメッシュ分割してトレッドパターン部を作成し、簡易トレッド部１４におけるトレッドパターン部１６における質量または剛性を含む材料定数を補正することにより、タイヤ特性の解析における解析精度を維持したまま、タイヤモデル１０の作成時間および演算処理における計算時間を従来に比して短縮することができる。

本実施形態では、トレッドパターン部１６における詳細トレッド部１２は一箇所しか存在しないが、本発明はそれに限定されることなく、トレッドパターン部１６に異なる詳細トレッド部１２を二箇所以上にわたって設けてもよく、またトレッドパターン部１６は簡易トレッド部１４を含まず、複数の異なる詳細トレッド部１２のみから構成されてもよい。
このように詳細トレッド部１２のみからなるタイヤモデル１０は、様々なトレッドパターンによる影響を考慮してタイヤ特性を評価する場合に、複数のタイヤモデル１０を作成しシミュレーションすることなく、一つのタイヤモデル１０をシミュレーションして、最適なトレッドパターンを選択したり、各トレッドパターンを評価したりするような解析に有効である。

また、タイヤの周方向における詳細トレッド部が占める割合または長さは、タイヤ特性の評価対象やそれに応じた解析によって異なる。
例えば、タイヤの磨耗状況の解析の場合には、詳細トレッド部１２のタイヤ周方向の長さは全周の１／２以上が好ましく、より好ましくは３／４以上である。また、突起乗り越しの解析の場合には、詳細トレッド部１２のタイヤ周方向の長さは、接地長さの２倍以上が好ましく、より好ましくは３倍以上である。
ウェット路面を再現した流体モデルを備え、ウェット路面で行なうハイドロプレーニング性能の解析の場合には、詳細トレッド部１２のタイヤ周方向の長さは、接地長さの２倍以上が好ましく、より好ましくは３倍以上である。また、キャンバ角やスリップ角が付いたコーナリング時のドライ性能の解析の場合には、詳細トレッド部１２のタイヤ周方向の長さは、全周の１／２以上が好ましく、より好ましくは３／４以上である。

また、本実施形態では、トレッドパターン部１６における簡易トレッド部１４はストレート溝のみを再現しているが、簡易トレッド部１４は、ストレート溝を省略した平滑な形状の有限要素モデルを簡易パターン部として作成してもよく、またストレート溝のみでなくラグ溝を含んだ有限要素モデルを簡易パターン部として作成してもよい。

図４から図６は本実施形態の一例であるタイヤモデルの作成方法を示す図である。
図４（ａ）は詳細トレッド部の有限要素モデルの概略を示し、図４（ｂ)は簡易トレッド部の有限要素モデルの概略を示す。図４（ｃ）は詳細トレッド部と簡易トレッド部を結合したトレッドパターン部の有限要素モデルの概略を示す斜視図である。

詳細トレッド部２２は、トレッドパターン部２６の一部を構成し、タイヤのトレッドパターンを詳細に再現したものである。また、詳細トレッド部２２は四面体や六面体などのソリッド要素からなる３次元要素モデルであり、所望のタイヤ特性の解析精度に基づいて細かな要素によってメッシュ分割される。
このような詳細トレッド部２２は、２次元形状の断面モデルを作成し、それを周方向に対して一定の割合だけ展開して３次元モデルを作成し、別に作成した２次元形状のトレッドパターンを３次元モデルに転写して作成することができる。
なお、メッシュ分割する要素の細かさ、すなわち要素数は、多ければ多いほどタイヤ特性の解析精度を向上させることができるが、演算処理における計算時間やタイヤモデル１０の作成時間が増加するため、解析の種類や目的に応じて適宜設定する。

簡易トレッド部２４は、タイヤのトレッドパターンのうち、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略したもので、ストレート溝のみを有し、詳細トレッド部２２と比較して粗い要素でメッシュ分割される。また、簡易トレッド部２４は、トレッドパターン部２６の一部分を取り除いた形状であり、タイヤ周方向に対して離間した２つの断面を有する。
このような簡易トレッド部２４は、トレッドパターンとしてストレート溝しか再現しないため、２次元形状の断面モデルを作成し、それを周方向に対して一定の割合だけ展開することで作成することができる。

トレッドパターン部２６は、詳細トレッド部２２と簡易トレッド部２４とを結合することにより得られる。この結合方法としては、簡易トレッド部２４の領域に詳細トレッド部２２を配置し、前記詳細トレッド部２２が簡易トレッド部２４の有限要素の境界を交差する交点がある場合、この交点を求め、この交点を詳細トレッド部２２における節点として追加して有限要素を再構成する。
次に、詳細トレッド部２２の各節点の挙動を、各節点を内包する簡易トレッド部２４の有限要素の節点の挙動によって規制する拘束条件を求め、この拘束条件により簡易トレッド部２４の挙動を拘束する。
この拘束条件は、詳細トレッド部２２の各節点を内包する簡易トレッド部２４の有限要素の形状を、パラメトリック空間上の所定の基準形状から形状関数を用いて形状変換したものとして定めることにより、詳細トレッド部２２の各節点の基準形状内における対応点の位置情報を求め、この位置情報および形状関数を用いて定める（詳しくは、特願２００４−２９１９５参照）。

このような結合を行なうことにより、接合面における節点が非共有な状態で結合されるため、接合面および被接合面における要素の節点が共有されるように、詳細トレッド部と簡易トレッド部を作成する必要がない。したがって、接合面を非共有で結合することによって、詳細トレッド部２２と簡易トレッド部２４を容易かつ簡単に作成することができる。
なお、詳細トレッド部２２および簡易トレッド部２４の有限要素モデルの作成方法は、これに限定されず他の方法により作成してもよい。

図５はタイヤボディ部の有限要素モデルの概略を示す斜視図である。
タイヤボディ部２８は主に、ベルト部、トレッドベース部、カーカス部、サイド部、ビードフィラー部およびビード部等を有しており、タイヤモデル１０からトレッドパターン部２６が取り除かれたモデルであり、略トロイダル形状である。
タイヤボディ部２８は、各部材を再現した３次元モデルを作成し、その３次元モデルを結合して作成することができる。また、タイヤボディ部２８の作成方法しては、各部材を含む２次元断面を展開してタイヤボディ部２８の３次元モデルを作成してもよい。なお、タイヤボディ部の有限要素モデルの作成方法は、これに限定されず他の方法により作成してもよい。

図６はタイヤモデルの有限要素モデルの概略を示す斜視図である。
タイヤモデル２０は、図４（ｃ）に示すトレッドパターン部２６と図５に示すタイヤボディ部２８と結合することにより得られる。このようなタイヤモデル２０は、タイヤ周方向において、タイヤのトレッドパターンを詳細に再現した詳細トレッド部２２と、タイヤのトレッドパターンを簡略化して再現した簡易トレッド部２４とを含むトレッドパターン部２６を有する。
トレッドパターン部２６とタイヤボディ部２８の結合は、上述と同様に、一方を結合面とし他方を被結合面として定め、この結合面に位置する要素の節点が、結合される面である被結合面に位置する要素の節点に対して、相対的に変化しないような拘束条件を付与することでなされる。
このような結合を行なうことにより、接合面における節点が非共有な状態で結合されるため、接合面および被接合面における要素の節点が共有されるように、トレッドパターン部２６とタイヤボディ部２８を作成する必要がない。したがって、接合面を非共有で結合することによって、トレッドパターン部２６とタイヤボディ部２８を容易かつ簡単に作成することができる。

図７はタイヤモデル作成方法の処理の流れを示すフロー図である。
タイヤボディ部２８を作成する（ステップＳ１０１）。シミュレーション装置１は、入力装置５を介してオペレータの入力に従って、タイヤボディ部の３次元の有限要素モデルを作成しメッシュ分割する。

詳細トレッド部を作成する（ステップＳ１０２）。シミュレーション装置１は、入力装置５を介してオペレータの入力に従って、解析の種類に基づいて定まる、周方向に対して一定の割合または長さを有する詳細トレッド部の３次元の有限要素モデルを作成し、メッシュ分割する。
詳細トレッド部の要素分割は、要求されるタイヤ特性の解析精度に応じて詳細になされる。

簡易トレッド部２４を作成する（ステップＳ１０３）。シミュレーション装置１は、入力装置５を介してオペレータの入力に従って、ストレート溝のみからなる簡易トレッド部２４の３次元の有限要素モデルを作成し、メッシュ分割する。
簡易トレッド部２４は、タイヤのトレッドパターンのうち、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略したものであり、詳細トレッド部２２に比べて粗い要素によってメッシュ分割される。そうすることにより、タイヤモデルの作成時間および解析にかかる演算処理時間を短縮することができる。

詳細トレッド部２２と簡易トレッド部２４の継ぎ目を結合し、トレッドパターン部２６を作成する（ステップＳ１０４）。シミュレーション装置１は、入力装置５を介してオペレータの入力に従って、Ｓ１０２で作成された詳細トレッド部２２と、Ｓ１０３で作成された簡易トレッド部２４とを結合し、トレッドパターン部２６を作成する。
詳細トレッド部２２と簡易トレッド部２４は、接合面における節点を非共有な状態で結合される。そうすることにより、接合面における節点が共有されるように詳細トレッド部２２と簡易トレッド部２４を作成する必要がなく、Ｓ１０２における詳細トレッド部２２やＳ１０３における簡易トレッド部２４を容易かつ簡単に作成することができる。

タイヤボディ部とトレッドパターン部を結合する（ステップＳ１０５）。シミュレーション装置１は、入力装置５を介してオペレータの入力に従って、Ｓ１０１で作成されたタイヤボディ部２８と、Ｓ１０４で作成されたトレッドパターン部２６とを結合してタイヤモデル２０を作成し、質量密度やせん断剛性率など各部材の材料定数を設定したのち、簡易トレッド部２４における材料定数を補正する。
タイヤボディ部２８とトレッドパターン部２６との結合は、Ｓ１０４と同様に、接合面における節点を非共有な状態で行なわれる。そうすることにより、接合面における節点が共有されるようにタイヤボディ部２８とトレッドパターン部２６を作成する必要がないため、タイヤボディ部２８とトレッドパターン部２６を容易かつ簡単に作成することができる。
こうして作成されたタイヤモデル２０は、詳細トレッド部２２と、詳細トレッド部２２に比べて粗い要素によりメッシュ分割された簡易トレッド部２４とを含むトレッドパターン部２６を有し、簡易トレッド部２４における質量や剛性を含む材料定数が補正されるため、その後に実行されるタイヤ特性の解析における解析精度を維持したまま、タイヤモデル２０の作成時間および演算処理における計算時間を従来に比して短縮することができる。

図８から図１０は本実施形態の他の一例であるタイヤモデルの作成方法を示す図である。図８は簡易トレッド付タイヤモデルの概略を示す斜視図である。
簡易トレッド付タイヤモデル３１は主に、トレッドパターン部、ベルト部、トレッドベース部、カーカス部、サイド部、ビードフィラー部およびビード部等を有しており、略トロイダル形状である。トレッドパターン部は、タイヤのトレッドパターンのうち、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略したもので、ストレート溝のみを有し、粗い要素でメッシュ分割される。
簡易トレッド付タイヤモデル３１は、各部材を再現した３次元モデルを作成することができる。また、タイヤボディ部は、各部材を含む２次元断面を展開して３次元モデルを作成してもよい。なお、簡易トレッド付タイヤモデルの有限要素モデルの作成方法は、これに限定されず他の方法により作成してもよい。

図９は詳細トレッド部の概略を示す斜視図である。
詳細トレッド部３２は、トレッドパターン部の一部を構成し、タイヤのトレッドパターンを詳細に再現したものである。また、詳細トレッド部３２は四面体や六面体などのソリッド要素からなる３次元要素モデルであり、所望のタイヤ特性の解析精度に基づいて細かな要素によってメッシュ分割される。
このような詳細トレッド部３２は、２次元形状の断面モデルを作成し、それを周方向に対して一定の割合だけ展開して３次元モデルを作成し、別に作成した２次元形状のトレッドパターンを３次元モデルに転写して作成することができる。
なお、メッシュ分割する要素の細かさ、すなわち要素数は、多ければ多いほどタイヤ特性の解析精度を向上させることができるが、演算処理における計算時間やタイヤモデル３０の作成時間が増加するため、解析の種類や目的に応じて適宜設定する。

図１０は一部トレッド無タイヤモデルの概略を示す斜視図である。
一部トレッド無タイヤモデルは、図８に示す簡易トレッド付タイヤモデル３１から一部分を取り除いた有限要素モデルであり、タイヤモデルに詳細トレッド部３２を適用した場合に、詳細トレッド部３２の要素と節点に対応する簡易トレッド付タイヤモデル３１の要素と節点を、簡易トレッド付タイヤモデル３１から取り除いて作成される。

図１１はタイヤモデルの有限要素モデルの概略を示す斜視図である。
タイヤモデル３０は、図９に示す詳細トレッド部３２と図１０に示す一部トレッド無タイヤモデルとを結合することにより得られる。この結合は、一方を結合面とし他方を被結合面として定め、この結合面に位置する要素の節点が、結合される面である被結合面に位置する要素の節点に対して、相対的に変化しないような拘束条件を付与することでなされる。
このようなタイヤモデル３０は、タイヤ周方向において、タイヤのトレッドパターンを詳細に再現したトレッドパターンと、タイヤのトレッドパターンを簡略化して再現したトレッドパターンとを含むトレッドパターン部を有する。

詳細トレッド部３２と一部トレッド無タイヤモデルの結合方法は、一方を結合面とし他方を被結合面として定め、結合される面である被結合面に位置する要素の節点に対して、この結合面に位置する要素の節点の相対位置が変化しないような拘束条件を付与することでなされる。
このような結合を行なうことにより、接合面における節点が非共有な状態で結合されるため、接合面および被接合面における要素の節点が共有されるように、詳細トレッド部３２と一部トレッド無タイヤモデルを作成する必要がない。したがって、接合面を非共有で結合することによって、詳細トレッド部３２と一部トレッド無タイヤモデルを容易かつ簡単に作成することができる。
なお、詳細トレッド部３２と一部トレッド無タイヤモデルの有限要素モデルの作成方法は、これに限定されず他の方法により作成してもよい。

図１２はタイヤモデル作成方法の処理の流れを示すフロー図である。
簡略化したトレッドパターンを有するタイヤモデルを作成する（ステップＳ２０１）。シミュレーション装置１は、入力装置５を介してオペレータの入力に従って、タイヤモデルの３次元の有限要素モデルを作成し、メッシュ分割する。このタイヤモデルにおけるトレッドパターンは、ラグ溝やサイプなどの横溝などを省略したものであり、比較的粗い要素によってメッシュ分割される。

詳細トレッド部３２を作成する（ステップＳ２０２）。シミュレーション装置１は、入力装置５を介してオペレータの入力に従って、解析の種類に基づいて定まる、周方向に対して一定の割合または長さを有する詳細トレッド部の３次元の有限要素モデルを作成し、メッシュ分割する。
詳細トレッド部３２の要素分割は、要求されるタイヤ特性の解析精度に応じて詳細になされる。

詳細トレッド部を適用する範囲のタイヤモデルについて要素と節点を削除し、部分的にトレッドパターン部がないタイヤモデルを作成する（ステップＳ２０３）。シミュレーション装置１は、入力装置５を介してオペレータの入力に従って、詳細トレッド部３２をタイヤモデルのトレッドパターンとして適用した場合に、詳細トレッド部と重なり合う範囲のタイヤモデルの要素と節点を削除する。
結合面における節点を非共有で結合するため、結合面における節点を共有させる必要はない。そのため、タイヤモデルの作成時間は従来に比べて大幅に減少することができる。

詳細トレッド部と部分的にトレッドパターン部がないタイヤモデルを結合する（ステップＳ２０４）。シミュレーション装置１は、入力装置５を介してオペレータの入力に従って、Ｓ２０２で作成された詳細トレッド部３２と、Ｓ２０３で作成された一部トレッド無タイヤモデルとを結合してタイヤモデルを作成し、質量密度やせん断剛性率など各部材の材料定数を設定したのち、一部トレッド無タイヤモデルのトレッドパターン部の材料定数を補正する。
詳細トレッド部と一部トレッド無タイヤモデルとの結合は、接合面における節点を非共有な状態で行なわれる。そうすることにより、接合面における節点が共有されるように各有限要素モデルを作成する必要がなく、Ｓ２０１における簡易トレッド付タイヤモデルやＳ２０２における詳細トレッド部を容易かつ簡単に作成することができる。

こうして作成されたタイヤモデルは、細かな要素でメッシュ分割される詳細トレッド部と、粗い要素によりメッシュ分割されたタイヤモデルのトレッドパターン部とを含み、粗い要素によりメッシュ分割されたタイヤモデルのトレッドパターン部における質量や剛性を含む材料定数が補正されるため、その後に実行されるタイヤ特性の解析における解析精度を維持したまま、タイヤモデルの作成時間および演算処理における計算時間を従来に比して短縮することができる。

以上、本発明に係るタイヤモデル作成方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。

タイヤ特性の解析を実行するシミュレーション装置の構成を示す概略図である。 タイヤモデルの一例を示す斜視図である。 図２に示すタイヤモデルの拡大図である。 詳細トレッド部、簡易トレッド部およびトレッドパターン部の有限要素モデルの概略を示す斜視図である。 タイヤボディ部の有限要素モデルの概略を示す斜視図である。 タイヤモデルの有限要素モデルの概略を示す斜視図である。 タイヤモデル作成方法の処理の流れを示すフロー図である。 簡易トレッド付タイヤモデルの概略を示す斜視図である。 詳細トレッド部の概略を示す斜視図である。 一部トレッド無タイヤモデルの概略を示す斜視図である。 タイヤモデルの有限要素モデルの概略を示す斜視図である。 タイヤモデル作成方法の処理の流れを示すフロー図である。

符号の説明

１ シミュレーション装置
３ メモリ
４ 入出力ポート
５ 入力装置
６ 出力装置
７ 外部記憶装置
１０ タイヤモデル
１２ 詳細トレッド部
１４ 簡易トレッド部
１６ トレッドパターン部
１８ タイヤボディ部

Claims (9)

1. タイヤ特性を、シミュレーション装置を用いたシミュレーションにより解析するためのタイヤモデル作成方法であって、
   前記シミュレーション装置が、少なくともコード補強材、ゴム部材、およびビードコアを含むタイヤボディ部モデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、タイヤ全周の長さに対して所定の割合の周長を持ち、トレッドパターンを詳細にモデル化した１以上の詳細トレッド部モデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記タイヤ全周の長さに対して前記１以上の詳細トレッド部モデルの全周長を除くタイヤ周長を持ち、トレッドパターンを簡易にモデル化した１以上の簡易トレッド部モデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記１以上の詳細トレッド部モデルと前記１以上の簡易トレッド部モデルとを結合することによって、前記タイヤ全周の周長を持つトレッドパターン部モデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記タイヤボディ部モデルと前記トレッドパターン部モデルを結合してタイヤモデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記詳細トレッド部モデルの質量または剛性を含む物理量に対して前記簡易トレッド部モデルの溝面積と前記詳細トレッド部モデルの溝面積との比を用いて前記１以上の簡易トレッド部モデルに与えられる材料定数を補正して、補正された前記材料定数を前記簡易トレッド部モデルに与えるステップと、を有することを特徴とするタイヤモデル作成方法。
2. 前記１以上の詳細トレッド部モデルは、トレッドパターンが異なる複数の詳細トレッド部モデルであり、
   前記トレッドパターン部モデルを作成するステップでは、前記シミュレーション装置が、前記複数の詳細トレッド部モデルと、前記１以上の簡易トレッド部モデルを結合する請求項１に記載のタイヤモデル作成方法。
3. タイヤ特性を、シミュレーション装置を用いたシミュレーションにより解析するためのタイヤモデル作成方法であって、
   前記シミュレーション装置が、タイヤのトレッドパターンを簡易にモデル化した、タイヤ全周の周長を持つ簡易トレッド部モデルを含むタイヤモデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記タイヤ全周の長さに対して所定の割合の周長を持ち、トレッドパターンを詳細にモデル化した１以上の詳細トレッド部モデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記簡易トレッド部モデルの、前記１以上の詳細トレッド部モデルに対応する一部分の要素および節点を前記タイヤモデルから削除して、一部トレッド無タイヤモデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記１以上の詳細トレッド部モデルと、前記簡易トレッド部モデルの前記一部分の要素および節点が削除された前記一部トレッド無タイヤモデルとを結合して、前記１以上の詳細トレッド部モデルと、前記簡易トレッド部モデルとが結合された前記タイヤ全周の周長を持つトレッドパターン部モデルを含むタイヤモデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記詳細トレッド部モデルの質量または剛性を含む物理量に対して前記簡易トレッド部モデルの溝面積と前記詳細トレッド部モデルの溝面積との比を用いて前記一部トレッド無タイヤモデルの前記簡易トレッド部モデルに与えられる材料定数を補正して、補正された前記材料定数を前記簡易トレッド部モデルに与えるステップと、を含むことを特徴とするタイヤモデル作成方法。
4. 前記１以上の詳細トレッド部モデルは、トレッドパターンが異なる複数の詳細トレッド部モデルであり、
   前記結合するステップでは、前記シミュレーション装置が、前記複数の詳細トレッド部モデルと、前記一部トレッド無タイヤモデルを結合する請求項３に記載のタイヤモデル作成方法。
5. 前記簡易トレッド部モデルを含むタイヤモデルを作成するステップは、
   前記シミュレーション装置が、少なくともコード補強材、ゴム部材、およびビードコアを含むタイヤボディ部モデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記タイヤ全周の長さを持つ簡易トレッド部モデルを作成するステップと、
   前記シミュレーション装置が、前記タイヤボディ部モデルと前記簡易トレッド部モデルを結合して前記簡易トレッド部モデルを含むタイヤモデルを作成するステップと、を含む請求項３または４に記載のタイヤモデル作成方法。
6. 前記モデル間の結合のうち少なくとも一つの結合は、結合面における一方のモデルの節点を他方のモデルの節点と相対的な位置関係を変えることのない非共有な状態で結合される非共有な結合である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタイヤモデル作成方法。
7. 前記材料定数は、せん断方向の弾性率である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタイヤモデル作成方法。
8. 前記材料定数の補正は、キャンバ角やスリップ角が付いたコーナリング時のドライ性能を解析する場合には、タイヤ周方向に対して垂直な方向のせん断弾性率を基準として、
   前記タイヤの回転軸に制動トルクや駆動トルクを付与した時の制駆動性能を解析する場合には、前記タイヤ周方向に対して前記簡易トレッド部モデルの前後となる前記トレッドパターン部モデルの前記せん断方向の弾性率を基準として、または
   前記タイヤ周方向に対して簡易トレッド部モデルの前後となる前記トレッドパターン部モデルおよび前記タイヤ周方向に対して垂直な方向のタイヤモデルに、同時に応力負荷が生じるような場合には、両部分の弾性率に応じた値に基づいて、
   前記簡易トレッド部モデルの前記せん断方向の弾性率を補正する請求項７に記載のタイヤモデル作成方法。
9. 前記材料定数は、前記簡易トレッド部モデルの溝面積と前記詳細トレッド部モデルの溝面積との比に対して所定の補正係数を乗じた値を用いて補正される請求項１乃至８のいずれか１項に記載のタイヤモデル作成方法。

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