JP4913418B2 - Simulation method for radiation noise from tires - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤ転動時に発生する放射騒音をシミュレートするシミュレーション方法、及びそのためのプログラムに関し、特には、パターンインパクト音に基づく放射騒音をシミュレートする方法に関するものである。 The present invention relates to a simulation method for simulating radiated noise generated during rolling of a tire and a program therefor, and more particularly to a method for simulating radiated noise based on a pattern impact sound.
最近、環境問題への注目度が高くなるにつれ、車両から発生する放射騒音（車外騒音）低減の取り組みが進み、タイヤから放射される騒音の低減が急務となっている。かかるタイヤ転動時の放射騒音に関連する騒音源としては、タイヤ溝や路面空隙によるポンピング音や、タイヤ空洞の共鳴音、タイヤ表面に配されるパターンと路面間で発生するパターンインパクト音やすべり音、路面の凹凸によってタイヤが振動励起されタイヤ表面が振動することによって発生する振動音などがある。 Recently, as attention to environmental problems has increased, efforts to reduce radiated noise (external noise) generated from vehicles have progressed, and reduction of noise radiated from tires has become an urgent task. Noise sources related to radiated noise during tire rolling include pumping noise caused by tire grooves and road clearances, resonance noise of tire cavities, pattern impact sound generated between the pattern placed on the tire surface and the road surface, and slippage. There are sound and vibration noise generated when the tire surface is vibrated by the unevenness of the road surface and the tire surface vibrates.
これらのタイヤからの放射騒音のうち、パターンインパクト音（パターン加振音と称されることもある。）は、トレッドパターンが接地するときに路面に衝突し、そのときの衝撃力によりタイヤが振動することにより発生する５００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度の音であり、タイヤ放射騒音の主要因の１つである。 Of the radiated noise from these tires, pattern impact sound (sometimes called pattern excitation sound) collides with the road surface when the tread pattern touches down, and the tire vibrates due to the impact force at that time. It is a sound of about 500 Hz to 1 kHz generated by doing this, and is one of the main factors of tire radiation noise.
従来、かかるパターンインパクト音に基づく騒音性能を改善するために、簡易計算式を用いて発生する騒音の周波数帯を予測したり、実験的アプローチによって得られた推定式を用いて騒音のレベル予測を実施している。 Conventionally, in order to improve the noise performance based on such pattern impact sound, the frequency band of the generated noise is predicted using a simple calculation formula, or the noise level is predicted using an estimation formula obtained by an experimental approach. We are carrying out.
また、下記特許文献１には、タイヤの路面に対する接地パターンを、トレッドパターンの周方向に沿って走査させることにより、トレッド部の接地面積の変動データを取得し、該変動データに基づく周波数分析によりパターンインパクト騒音の評価を行うシミュレーション方法が提案されている。 Further, in Patent Document 1 below, the ground contact pattern with respect to the road surface of the tire is scanned along the circumferential direction of the tread pattern to obtain variation data of the contact area of the tread portion, and by frequency analysis based on the variation data. A simulation method for evaluating pattern impact noise has been proposed.
また、下記特許文献２には、タイヤのピッチ配列に起因するノイズの周波数に対応する振幅波形をノイズシミュレーション法により求め、その振幅波形と該振幅波形から回帰して得られる４次式との間の相関係数の値から上記ピッチ配列が低パターンノイズのピッチ配列であるか否かを評価する方法が提案されている。
上記従来技術においては、タイヤの放射騒音の周波数やレベルに関して簡易予測にとどまっており、予測精度において問題がある。例えば、タイヤは路面との接地端部からホーン形状（ラッパの形状）を有しており、このことが放射騒音特性に影響を及ぼし、また特にパターンインパクト音の場合、タイヤトレッドパターンは幅方向に広がりを有しているが、簡易計算では幅方向の影響を考慮するのは困難であるという問題がある。 In the above-described prior art, simple prediction is limited with respect to the frequency and level of radiation noise of the tire, and there is a problem in prediction accuracy. For example, a tire has a horn shape (a trumpet shape) from the contact end with the road surface, which affects the radiation noise characteristics, and in the case of a pattern impact sound, the tire tread pattern extends in the width direction. Although there is a spread, there is a problem that it is difficult to consider the influence of the width direction in the simple calculation.
また、例えば、上記特許文献１の場合、接地面の面積変動データにより騒音評価を行っているが、主溝に交差する副溝には一般に深さにバリエーションがあるため、面積変動データでは正確な予測が難しい。また、周波数分析から直ちに騒音レベルを換算するものであるため、周波数分析の結果と騒音レベルとの関係を予め求めておく必要がある。 For example, in the case of the above-mentioned Patent Document 1, noise evaluation is performed based on the area variation data of the contact surface. However, since the sub-groove that intersects the main groove generally has variations in depth, the area variation data is accurate. It is difficult to predict. Further, since the noise level is immediately converted from the frequency analysis, it is necessary to obtain the relationship between the frequency analysis result and the noise level in advance.
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、タイヤ放射騒音の主要因の１つであるパターンインパクト音を精度良く予測することができるシミュレーション方法、及びそのためのプログラムを提供することを目的とする。 This invention is made in view of the above point, and provides the simulation method which can predict the pattern impact sound which is one of the main factors of tire radiation noise accurately, and the program for it. Objective.
本発明に係るタイヤからの放射騒音シミュレーション方法は、タイヤ周方向に延びる複数の主溝と、該主溝によって複数に区画され、かつ主溝に交差する副溝によって分割されるブロックがタイヤ周方向に沿って配列されたブロック列と、を備えるトレッドパターンの空気入りタイヤについて、パターンインパクト音による放射騒音をシミュレートする方法であって、次のステップを含むものである。 In the method for simulating radiation noise from a tire according to the present invention, the tire circumferential direction includes a plurality of main grooves extending in the tire circumferential direction, and blocks divided by the main grooves and divided by sub-grooves intersecting the main grooves. A pneumatic tire having a tread pattern including a row of blocks arranged along the line simulating radiation noise due to pattern impact sound, the method including the following steps.
（ａ）タイヤの路面に対する接地形状を求めるステップ、
（ｂ）前記接地形状を用いて各ブロック列毎にタイヤ周方向での容積変動データを求めるステップ、
（ｃ）前記容積変動データにタイヤの仮想転動速度を付与して振動データに変換してから、周波数分析を実施して周波数による容積速度変化を表す周波数分析データを得て、前記周波数分析データから転動相当時における各ブロック列の接地端該当ブロックにおける接触面要素の面速度を算出し、その際、前記各ブロック列毎に算出された接地端該当ブロックにおける接触面要素の面積と、前記周波数分析の容積速度とから前記面速度を求めるステップ、及び、
（ｄ）前記面速度を、境界要素モデルにおける各ブロック列の接地端該当ブロックにおける接触面要素に、音響解析における音源の入力情報として付与して、境界要素法による音響解析によりタイヤからの放射騒音を求めるステップ。
(A) a step of obtaining a ground contact shape with respect to a road surface of the tire;
(B) obtaining volume fluctuation data in the tire circumferential direction for each block row using the ground contact shape;
In (c) the volume variation data after converting to impart virtual rolling speed of the tire vibration data to obtain the frequency analysis data representing the volume velocity change due to the frequency to implement the frequency analysis, the frequency analysis data From the contact surface element in the contact end corresponding block of each block row at the time of rolling equivalent, the area of the contact surface element in the contact end corresponding block calculated for each block row, Obtaining the surface velocity from the volumetric velocity of frequency analysis ; and
(D) The surface velocity is given as input information of the sound source in the acoustic analysis to the contact surface element in the block corresponding to the grounding end of each block row in the boundary element model, and the radiation noise from the tire by the acoustic analysis by the boundary element method Step to ask for.
本発明はまた、上記トレッドパターンの空気入りタイヤについて、パターンインパクト音による放射騒音をシミュレートするシミュレーション方法を実行するためのプログラムを提供するものであり、該プログラムは上記各ステップをコンピュータに実行させるためのものである。 The present invention also provides a program for executing a simulation method for simulating radiation noise caused by a pattern impact sound for the pneumatic tire having the tread pattern, and the program causes a computer to execute the above steps. Is for.
本発明はまた、上記シミュレーション方法を用いてタイヤを設計し、製造することを特徴とする空気入りタイヤの製造方法を提供するものである。 The present invention also provides a method for manufacturing a pneumatic tire, wherein the tire is designed and manufactured using the simulation method.
上記本発明では、前記タイヤの接地形状がタイヤ接地開始時の接地ラインであり、前記ステップ（ｂ）において、前記接地ラインをトレッドパターンの周方向に沿って走査させて、前記各ブロック列毎に前記容積変動データを求めるようにしてもよい。 In the present invention, the ground contact shape of the tire is a ground line at the start of tire ground contact. In the step (b), the ground line is scanned along the circumferential direction of the tread pattern, and each block row is scanned. The volume fluctuation data may be obtained .
本発明によれば、接地変動解析により転動相当時の各ブロック列の接地端要素での面速度を算出し、該面速度を境界要素法による解析の入力情報として用いることにより、予測精度の優れた騒音シミュレーションが可能となる。すなわち、本発明では、転動相当時の各ブロック列の接地端要素での面速度に着目し、これをパターンインパクト音の音源として境界要素法によるシミュレーションを行うことにより、優れた精度でパターンインパクト音を予測することができる。 According to the present invention, the surface speed at the ground end element of each block row at the time of rolling equivalent is calculated by the ground contact fluctuation analysis, and the surface speed is used as input information for the analysis by the boundary element method. Excellent noise simulation becomes possible. In other words, the present invention focuses on the surface speed at the contact end element of each block row corresponding to rolling, and uses this as a pattern impact sound source to perform simulation by the boundary element method, so that the pattern impact can be achieved with excellent accuracy. Sound can be predicted.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明の一実施形態にかかるタイヤパターンインパクト騒音シミュレーション方法の流れを示すフローチャートであり、コンピュータを用いて実施することができる。このシミュレーション方法は、有限要素法（ＦＥＭ）の接地解析によって得られる接地形状を用いた接地変動解析によりタイヤの容積変動データを得て、該データから面速度を算出し、これを仮想振動速度として境界要素法（ＢＥＭ）による解析の入力情報として用いて、放射騒音のシミュレーションを行うものであり、ＦＥＭとＢＥＭを組みあわせたシミュレーション方法である。 FIG. 1 is a flowchart showing the flow of a tire pattern impact noise simulation method according to an embodiment of the present invention, which can be implemented using a computer. In this simulation method, tire volume variation data is obtained by ground contact variation analysis using a ground contact shape obtained by a finite element method (FEM) ground contact analysis, a surface speed is calculated from the data, and this is used as a virtual vibration speed. It is used as input information for analysis by the boundary element method (BEM) to simulate radiation noise, and is a simulation method combining FEM and BEM.
上記接地変動解析は、上記特許文献１記載の画像処理法に変更を加えることで行われるものであり、具体的には次のようにしてなされる。 The ground contact fluctuation analysis is performed by modifying the image processing method described in Patent Document 1, and is specifically performed as follows.
まず、図１に示すように、ステップＡ１において、トレッドパターンを画像化する。詳細には、トレッドパターンをＣＡＤで作成し、接地部と非接地である溝部との色分けを行う。色分けに際しては、後記ステップＡ３で容積変動データを取得するため、溝深さに対応した色情報を割り当てる。図２は、解析対象となる空気入りタイヤのトレッドパターンの一部を平面展開した図であり、図３は、該トレッドパターンを画像化した図である。図３において、濃く色づけされた部分が接地部であり、それ以外の部分が非接地部であって、白色に近いほど溝深さが深いことを示す。このトレッドパターンを表す画像データはハードディスクに記憶される。 First, as shown in FIG. 1, in step A1, a tread pattern is imaged. More specifically, a tread pattern is created by CAD, and the grounding part and the non-grounded groove part are color-coded. At the time of color classification, color information corresponding to the groove depth is assigned in order to acquire volume fluctuation data in step A3 described later. FIG. 2 is a plan view of a part of a tread pattern of a pneumatic tire to be analyzed, and FIG. 3 is an image of the tread pattern. In FIG. 3, the darkly colored part is the grounding part, and the other part is the non-grounding part, and the closer to white, the deeper the groove depth. Image data representing the tread pattern is stored in the hard disk.
ここで、解析対象である空気入りタイヤのトレッドパターンについて説明する。図２に示すように、該トレッドパターンには、タイヤ周方向に延びる複数（この例では４本）の主溝１２と、主溝１２を横切る多数の副溝１４とが形成されており、主溝１２と副溝１４によりブロック１６が区画形成されている。ブロック１６はタイヤ周方向に沿って配列されることでブロック列１８を構成しており、ブロック列１８は、主溝１２によってタイヤ幅方向に複数に区画されている。 Here, the tread pattern of the pneumatic tire to be analyzed will be described. As shown in FIG. 2, the tread pattern is formed with a plurality of (four in this example) main grooves 12 extending in the tire circumferential direction and a number of sub grooves 14 crossing the main grooves 12. A block 16 is defined by the groove 12 and the sub-groove 14. The blocks 16 are arranged along the tire circumferential direction to constitute a block row 18, and the block row 18 is divided into a plurality of portions in the tire width direction by the main grooves 12.
より詳細には、この例では、トレッドの幅方向中央部に２本の主溝１２により区画された中央リブ２０を備え、その幅方向外側の両側に、メディエート部のブロック列１８Ａが設けられるとともに、更にその幅方向外側の両側に、ショルダー部のブロック列１８Ｂが設けられている。各ブロック列１８において、ブロック１６は所定のピッチ長を持つように形成されており、該ピッチ長は３種類以上の異なる長さに設定されている。この例では、Ｓ（小）、Ｍ（中）、Ｌ（大）の３種類のピッチ長を持つブロック１６が所定のピッチ配列で並設されており、これら３種類のピッチ長はタイヤ１周分で平均すれば、中間のピッチ長であるＭとなるように設定されている。 More specifically, in this example, a center rib 20 defined by two main grooves 12 is provided in the center portion in the width direction of the tread, and block rows 18A of mediate portions are provided on both sides on the outer side in the width direction. Further, block rows 18B of shoulder portions are provided on both sides on the outer side in the width direction. In each block row 18, the blocks 16 are formed to have a predetermined pitch length, and the pitch length is set to three or more different lengths. In this example, blocks 16 having three types of pitch lengths of S (small), M (medium), and L (large) are arranged side by side in a predetermined pitch arrangement, and these three types of pitch length are equal to one tire circumference. The average pitch length is set to M which is an intermediate pitch length.
上記トレッドパターンを画像化することにより、図３に示すように、接地部であるブロック１６部分が濃く色づけされ、非接地部である溝部分については、溝深さの深い主溝１２部分が白色に、溝深さの浅い副溝１４部分が薄く着色されている。 By imaging the tread pattern, as shown in FIG. 3, the block 16 portion which is a grounding portion is darkly colored, and the groove portion which is a non-grounding portion has a white main groove 12 portion having a deep groove depth. In addition, the sub-groove 14 portion having a shallow groove depth is lightly colored.
次いで、ステップＡ２において、ＦＥＭ接地解析により接地形状を取得する。なお、このステップＡ２は、上記ステップＡ１と順番を入れ替えて実施することができる。ここで、ＦＥＭ（有限要素法）は、構造物の物性を調査するために、構造物を有限要素（Finite Element）に分割し、それぞれ要素で記述される運動方程式を微積分演算により求める手法である。 Next, in step A2, a ground shape is obtained by FEM ground analysis. In addition, this step A2 can be implemented by changing the order of the above step A1. Here, FEM (Finite Element Method) is a technique for dividing a structure into finite elements (Finite Elements) in order to investigate the physical properties of the structure, and obtaining a motion equation described by each element by a calculus operation. .
タイヤにおけるＦＥＭ接地解析は、まず、タイヤを有限個の多数の要素に分割したタイヤ有限要素モデル（タイヤＦＥＭモデル）を作成し、タイヤの内圧やタイヤに作用する荷重等の境界条件を設定した上で、該タイヤＦＥＭモデルを用いて仮想路面に対するＦＥＭによる接地シミュレーションを行うものであり、例えば、ＡＢＡＱＵＳ Ｉｎｃ．社の「ＡＢＡＱＵＳ」、エムエスシーソフトウエア（株）の「ＭＡＲＣ」、ＡＮＳＹＳ Ｉｎｃ．社の「ＡＮＳＹＳ」などの市販のＦＥＭ解析用ソフトウエアを用いて行うことができる。 For FEM ground contact analysis in tires, first, a tire finite element model (tire FEM model) is created by dividing the tire into a finite number of elements, and boundary conditions such as tire internal pressure and load acting on the tire are set. The ground contact simulation by FEM for the virtual road surface is performed using the tire FEM model. For example, ABAQUS Inc. “ABAQUS” of the company, “MARC” of MS Software Co., Ltd., ANSYS Inc. It can be performed using commercially available FEM analysis software such as “ANSYS” of the company.
図４は、タイヤＦＥＭモデル２２を仮想路面に接地させたときの形状を示す要部正面図であり、図５は、仮想路面に対するタイヤの接地形状を示すＦＥＭモデル２２の要部平面図である。タイヤが仮想路面に対して接触するときの接地エリア２４（グレーに色つけした部分）のうち、タイヤが接地し始めるときの接地ライン２６を接地形状として定義する。この接地ライン２６のデータはハードディスクに記憶される。 FIG. 4 is a main part front view showing a shape when the tire FEM model 22 is grounded on a virtual road surface, and FIG. 5 is a main part plan view of the FEM model 22 showing a tire ground contact shape with respect to the virtual road surface. . Of the ground contact area 24 (the portion colored in gray) when the tire contacts the virtual road surface, the ground line 26 when the tire starts to ground is defined as a ground shape. The data of the ground line 26 is stored in the hard disk.
次に、ステップＡ３において、走査解析を実施してトレッドパターンの容積変動データを取得する。走査解析では、上記接地ライン２６をトレッドパターンの周方向に沿って走査させて（図６参照）、各ブロック列１８毎にタイヤ周方向における容積変動データを求める。容積変動は、接地ライン２６上における仮想路面とタイヤ表面との間に存在する空間部の容積により求められる。すなわち、接地ライン２６上に存在する接地部及び非接地部の画素数をカウントし、接地部では容積を０とし、非接地部では溝深さに応じて定められた容積を各画素に乗じて、各ブロック列１８毎に合計することにより空間容積が得られ、該空間容積のタイヤ周方向における変動を求める。このように容積変動データを求めるのは、音は空気の膨張・圧縮により生じるため、接地部における仮想路面との間での空間部の容積変動を騒音源とみなすことができるからである。 Next, in step A3, scanning analysis is performed to acquire volume variation data of the tread pattern. In the scanning analysis, the ground line 26 is scanned along the circumferential direction of the tread pattern (see FIG. 6), and volume fluctuation data in the tire circumferential direction is obtained for each block row 18. The volume variation is obtained from the volume of the space portion existing between the virtual road surface on the contact line 26 and the tire surface. That is, the number of pixels of the grounding part and the non-grounding part existing on the grounding line 26 is counted, the volume is set to 0 in the grounding part, and each pixel is multiplied by the volume determined according to the groove depth in the non-grounding part. The space volume is obtained by summing up each block row 18, and the variation of the space volume in the tire circumferential direction is obtained. The reason why the volume variation data is obtained in this way is that sound is generated by the expansion and compression of air, so that the volume variation in the space between the ground contact portion and the virtual road surface can be regarded as a noise source.
図７は、図６に示すトレッドパターンにおけるシリアル側及び反シリアル側のメディエート部のブロック列１８Ａ、並びにシリアル側及び反シリアル側のショルダー部のブロック列１８Ｂについての各容積変動データを示すグラフであり、横軸は、ある基準点からのタイヤ周方向位置を示し、縦軸は、上記空間容積を示している。図７では、タイヤ周方向における一部分のデータを示しているが、実際には、タイヤの全周にわたって該容積変動データを取得する。 FIG. 7 is a graph showing volume variation data for the serial and anti-serial side mediate block row 18A and the serial and anti-serial side shoulder row block 18B in the tread pattern shown in FIG. The horizontal axis represents the position in the tire circumferential direction from a certain reference point, and the vertical axis represents the space volume. FIG. 7 shows a part of the data in the tire circumferential direction, but actually, the volume fluctuation data is acquired over the entire circumference of the tire.
次いで、ステップＡ４において、該容積変動データを用いて周波数分析を行う。周波数分析は、上記容積変動データにタイヤの仮想転動速度（例えば６０ｋｍ／ｈ）を付与して振動データに変換してから実施し、これにより図８に示すように周波数による容積速度変化を表す周波数分析データが得られる。図８は、図７に示す４つの容積変動データの各周波数分析データであり、同図において、横軸は周波数を示し、縦軸は容積速度を示している。ここで、上記仮想転動速度は、シミュレーションの対象とする放射騒音の測定条件に応じて定義される。 Next, in step A4, frequency analysis is performed using the volume fluctuation data. The frequency analysis is performed after the virtual fluctuation speed (for example, 60 km / h) of the tire is applied to the volume fluctuation data and converted into vibration data, thereby representing the volume speed change depending on the frequency as shown in FIG. Frequency analysis data is obtained. FIG. 8 shows frequency analysis data of the four volume fluctuation data shown in FIG. 7. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the frequency and the vertical axis indicates the volume velocity. Here, the said virtual rolling speed is defined according to the measurement conditions of the radiation noise made into the object of simulation.
その後、ステップＡ５において、上記周波数分析データから、転動相当時における各ブロック列の接地端該当ブロックにおける接触面要素の面速度を算出する。面速度は、各ブロック列毎に接地端該当ブロックにおける接触面要素の面積を算出し、上記周波数分析データの容積速度を該面積で割ることにより求められる。詳細には、図２に示すトレッドパターンの場合、接地端該当ブロックにおける接触面要素の面積は、ショルダー部のブロック列１８Ｂでは３３．１ｍｍ×１８．３ｍｍ＝６０５．７ｍｍ２、メディエート部のブロック列１８Ａでは９２８．３ｍｍ２であり、図８に示される容積速度をこれらの面積で割ることにより接地端要素の面速度が求まる。その際、通常は、各周波数帯の面速度を算出するようにし、例えば２０Ｈｚ刻みで平均化した面速度を求めておく。なお、該面積は、上記ピッチ長Ｍを持つブロックについての面積とする。 Thereafter, in step A5, the surface speed of the contact surface element in the block corresponding to the ground end of each block row at the time of rolling is calculated from the frequency analysis data. The surface speed is obtained by calculating the area of the contact surface element in the block corresponding to the ground end for each block row and dividing the volume speed of the frequency analysis data by the area. Specifically, in the case of the tread pattern shown in FIG. 2, the area of the contact surface element in the block corresponding to the ground end is 33.1 mm × 18.3 mm = 605.7 mm 2 in the shoulder block row 18B, and the mediate block block row. in 18A 928.3Mm is 2, the surface speed of the ground terminal element is obtained by dividing the volume velocity shown in FIG. 8 at these areas. At that time, normally, the surface speed of each frequency band is calculated, and for example, the surface speed averaged in increments of 20 Hz is obtained. The area is the area for the block having the pitch length M.
次に、ステップＡ６において、境界要素法による解析の前準備として、タイヤ表面及びこれが接地する仮想路面を多数の要素に分割したタイヤ境界要素モデル（タイヤＢＥＭモデル）を作成する。ここで、境界要素法（Boundary Element Method）とは、基本式として境界積分方程式を選び、これを積分領域の要素分割を介して数値解析する計算機解法であり、有限要素法が未知数を対象領域全体にとるのに対し、境界要素法では境界上にのみ未知数をとるものである。 Next, in step A6, as a preparation for analysis by the boundary element method, a tire boundary element model (tire BEM model) is created by dividing the tire surface and the virtual road surface on which the tire comes into contact with a number of elements. Here, the Boundary Element Method is a computer solution that selects a boundary integral equation as a basic expression and numerically analyzes it through element division of the integration region. In contrast, the boundary element method takes unknowns only on the boundary.
図９は、タイヤＢＥＭモデル２８の一例を示した図である。タイヤＢＥＭモデル２８は、タイヤ全体で作成してもよいが、本実施形態では、計算工数を考慮して、部分的に作成している。詳細には、パターンインパクト音の測定は、図１０に示すように、タイヤの前方に所定距離において所定高さの位置にマイク３０があると仮定してなされるため、タイヤＢＥＭモデル２８は、仮想路面３２に対する接地部を含むその前後近傍領域と、マイク３０側のタイヤ部分とについて作成する。該マイク３０側のタイヤ部分は、図１０の例では、マイク３０からタイヤＢＥＭモデル２８の外周面に接線Ｔを引いたとき、その接点よりもマイク３０側の部分とされている。 FIG. 9 is a view showing an example of the tire BEM model 28. The tire BEM model 28 may be created for the entire tire, but in the present embodiment, it is partially created in consideration of the calculation man-hours. Specifically, as shown in FIG. 10, the measurement of the pattern impact sound is performed on the assumption that the microphone 30 is located at a predetermined height at a predetermined distance in front of the tire. It creates about the front-and-rear vicinity region including the ground contact portion with respect to the road surface 32 and the tire portion on the microphone 30 side. In the example of FIG. 10, the tire portion on the microphone 30 side is a portion closer to the microphone 30 than the contact when the tangent line T is drawn from the microphone 30 to the outer peripheral surface of the tire BEM model 28.
次いで、ステップＡ７において、上記ＢＥＭモデルを用いて境界要素法により、放射騒音（パターンインパクト音）のシミュレーションを実施して、タイヤから放射されるパターンインパクト音を求める。かかるＢＥＭによる音響解析は、例えば、ＬＭＳ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社の「ＳＹＳＮＯＩＳＥ」、ＥＳＩ社の「ＲＡＹＯＮ」などの市販のソフトウエアを用いて行うことができる。 Next, in step A7, a simulation of radiated noise (pattern impact sound) is performed by the boundary element method using the BEM model to obtain a pattern impact sound radiated from the tire. Such acoustic analysis by BEM can be performed using commercially available software such as “SYSNOISE” from LMS International, “RAYON” from ESI.
本実施形態では、上記ＢＥＭ解析における音源の入力情報として、上記ステップＡ５で求めた接地端該当ブロックにおける接触面要素の面速度（振動速度）を用いる点を特徴としており、該面速度をタイヤＢＥＭモデル２８における各ブロック列の接地端該当ブロックにおける接触面要素３４に付与して（図９，１０参照）、ＢＥＭによるエネルギー計算（数値計算）をすることにより、所定位置（即ち、マイク３０）での音のレベルと周波数とを算出することができる。上記面速度を付与する接触面要素３４は、タイヤＢＥＭモデル２８の接地端（進行方向前方における接地開始時の接地端）に位置しているブロック１６に存在する全ての接触面要素であり、図９において着色した要素である。 The present embodiment is characterized in that the surface speed (vibration speed) of the contact surface element in the corresponding block at the contact end obtained in step A5 is used as input information of the sound source in the BEM analysis. By giving to the contact surface element 34 in the block corresponding to the grounding end of each block row in the model 28 (see FIGS. 9 and 10), energy calculation (numerical calculation) by BEM is performed, so that the predetermined position (that is, the microphone 30) The sound level and frequency can be calculated. The contact surface elements 34 that give the surface speed are all contact surface elements that exist in the block 16 located at the contact end of the tire BEM model 28 (the contact end at the start of contact in front of the traveling direction). 9 is a colored element.
以上より、タイヤのパターンインパクト音について、過大な計算コストをかけることなく、騒音レベルを精度良く予測することができる。 As described above, the noise level can be accurately predicted for the pattern impact sound of the tire without incurring an excessive calculation cost.
以上説明したシミュレーション方法は、パソコンなどのコンピュータを用いて実現することができる。通常は、上記シミュレーション方法の各ステップを実行させるためのシミュレーションプログラムがコンピュータのハードディスクに保存されており、プログラムを実行する場合に適宜ＲＡＭに読み込まれ、キーボードなどの入力手段から入力された種々のデータを用いて、ＣＰＵにより演算を行い、モニターなどの表示手段により結果が表示される。 The simulation method described above can be realized using a computer such as a personal computer. Usually, a simulation program for executing each step of the simulation method is stored in a hard disk of a computer, and various data input from an input means such as a keyboard are appropriately read into a RAM when the program is executed. Is used to calculate by the CPU, and the result is displayed by display means such as a monitor.
上記プログラムは、機能としては、トレッドパターンを画像化するパターン画像生成部と、ＦＥＭ解析により接地形状を取得する接地形状取得部と、上記パターン画像と接地形状とを用いた走査解析により容積変動データを取得する容積変動データ取得部と、該容積変動データを周波数分析する周波数分析部と、得られた周波数分析データより転動相当時における各ブロック列の接地端要素の面速度を算出する面速度算出部と、パターンインパクト音シミュレートのためのＢＥＭモデルを作成するＢＥＭモデル作成部と、ＢＥＭ解析を行ってパターンインパクト音を求めるＢＥＭ解析部との各機能を実現させるものである。なお、かかるシミュレーションプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）に記録されていてもよい。 The program functions as follows: a pattern image generation unit that images a tread pattern; a ground shape acquisition unit that acquires a ground shape by FEM analysis; and volume fluctuation data by scanning analysis using the pattern image and the ground shape. The volume fluctuation data acquisition section for acquiring the frequency fluctuation, the frequency analysis section for frequency analysis of the volume fluctuation data, and the surface speed for calculating the surface speed of the grounded end element of each block row at the time of rolling from the obtained frequency analysis data Each function of the calculation unit, the BEM model creation unit that creates a BEM model for simulating a pattern impact sound, and the BEM analysis unit that performs a BEM analysis to obtain a pattern impact sound is realized. Such a simulation program may be recorded on a computer-readable recording medium (CD-ROM, DVD, etc.).
上記シミュレーション方法は、タイヤの設計に用いることができ、所定の設計値に基づいてモデル化したタイヤに対して、上記シミュレーション方法により騒音評価を行い、得られた結果が目標性能を達成しているか否かを判定して、達成していない場合に、上記設計値を変更し、目標性能を達成するまで上記シミュレーション方法を繰り返すことで、目標性能を満足する設計値を得ることができる。そして、この設計方法によって得られた設計値に基づいてタイヤを製造することで、パターンインパクト音の低減された空気入りタイヤを低コストに設計し、製造することができる。 The simulation method can be used for tire design, and noise evaluation is performed on the tire modeled based on a predetermined design value by the simulation method, and whether the obtained result achieves the target performance. If the design value is not achieved and the design value is changed and the simulation method is repeated until the target performance is achieved, a design value that satisfies the target performance can be obtained. And by manufacturing a tire based on the design value obtained by this design method, a pneumatic tire with reduced pattern impact sound can be designed and manufactured at low cost.
上記実施形態に係るシミュレーション方法の効果を示すために、実測値との比較実験を行った。実験では、１９５／６５Ｒ１５の３種類のパターン付タイヤについて、上記実施形態に係るシミュレーション方法（実施例）と、実際にタイヤを用いた台上計測（実測値）とを実施した。 In order to show the effect of the simulation method according to the embodiment, a comparison experiment with actual measurement values was performed. In the experiment, simulation methods (examples) according to the above-described embodiment and bench measurements (actual measurement values) using the tires were actually performed on three types of tires with a pattern of 195 / 65R15.
測定対象となる３種類のトレッドパターンは、メディエート部のブロック列１８Ａにおいて各ブロックを区画する副溝１４Ａのタイヤ幅方向に対する角度αと、ショルダー部のブロック列１８Ｂにおいて各ブロックを区画する副溝１４Ｂのタイヤ幅方向に対する角度βを（図２参照）、それぞれ下記表１に示すとおりに設定し、その他の構成は同一とした。 The three types of tread patterns to be measured are the angle α with respect to the tire width direction of the sub-groove 14A that partitions each block in the block row 18A of the mediate portion, and the sub-groove 14B that partitions each block in the block row 18B of the shoulder portion. The angle β with respect to the tire width direction (see FIG. 2) was set as shown in Table 1 below, and the other configurations were the same.
なお、パターンインパクト音の計測条件としては、タイヤ速度を６０ｋｍ／ｈとし、タイヤの進行方向前方に１００ｃｍの位置で、路面から高さ２５ｃｍに、マイクをおいて計測するものとした。また、実施例のＢＥＭ解析において、各接地端要素に面速度を付与する際には、２０Ｈｚ刻みで平均化した面速度を付与した。 The pattern impact sound was measured at a tire speed of 60 km / h, measured with a microphone at a position 100 cm ahead of the tire in the traveling direction and a height of 25 cm from the road surface. In addition, in the BEM analysis of the example, when the surface speed was applied to each grounded end element, the surface speed averaged in increments of 20 Hz was applied.
結果は、下記表１に示すとおりであり、発生周波数帯域（３７５〜６２５Ｈｚ）での騒音レベルで評価したところ、本実施例によれば、３種類のトレッドパターンについて、いずれも騒音レベルを精度良く予測することができ、また、３種類のトレッドパターン間での騒音レベルについても、本実施例では実測値と同じ順位付けがなされていた。
本発明は、タイヤの放射騒音の主要因であるパターンインパクト音を精度良く予測することができるので、例えば、空気入りタイヤを設計する際に、そのタイヤのパターンインパクト音をシミュレーションにより予測することができ、タイヤの設計に効果的に利用することができる。 Since the present invention can accurately predict the pattern impact sound that is the main factor of the radiation noise of the tire, for example, when designing a pneumatic tire, the pattern impact sound of the tire can be predicted by simulation. Can be used effectively for tire design.
１２…主溝、１４…副溝、１６…ブロック、１８…ブロック列、２２…タイヤＦＥＭモデル、２４…接地エリア、２６…接地ライン、２８…タイヤＢＥＭモデル、３０…マイク、３２…仮想路面、３４…接地端該当ブロックにおける接触面要素 DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Main groove, 14 ... Sub groove, 16 ... Block, 18 ... Block row, 22 ... Tire FEM model, 24 ... Ground area, 26 ... Ground line, 28 ... Tire BEM model, 30 ... Microphone, 32 ... Virtual road surface, 34 ... Contact surface element in the block corresponding to the ground end
Claims (5)
（ａ）タイヤの路面に対する接地形状を求めるステップと、
（ｂ）前記接地形状を用いて各ブロック列毎にタイヤ周方向での容積変動データを求めるステップと、
（ｃ）前記容積変動データにタイヤの仮想転動速度を付与して振動データに変換してから、周波数分析を実施して周波数による容積速度変化を表す周波数分析データを得て、前記周波数分析データから転動相当時における各ブロック列の接地端該当ブロックにおける接触面要素の面速度を算出し、その際、前記各ブロック列毎に算出された接地端該当ブロックにおける接触面要素の面積と、前記周波数分析の容積速度とから前記面速度を求めるステップと、
（ｄ）前記面速度を、境界要素モデルにおける各ブロック列の接地端該当ブロックにおける接触面要素に、音響解析における音源の入力情報として付与して、境界要素法による音響解析によりタイヤからの放射騒音を求めるステップと、
を含むタイヤからの放射騒音シミュレーション方法。 A tread comprising a plurality of main grooves extending in the tire circumferential direction and a block row in which blocks divided by the main grooves and divided by sub-grooves intersecting the main grooves are arranged along the tire circumferential direction A method of simulating radiation noise caused by pattern impact sound for a pneumatic tire of a pattern,
(A) a step of obtaining a ground contact shape with respect to a road surface of the tire;
(B) obtaining volume fluctuation data in the tire circumferential direction for each block row using the ground contact shape;
In (c) the volume variation data after converting to impart virtual rolling speed of the tire vibration data to obtain the frequency analysis data representing the volume velocity change due to the frequency to implement the frequency analysis, the frequency analysis data From the contact surface element in the contact end corresponding block of each block row at the time of rolling equivalent, the area of the contact surface element in the contact end corresponding block calculated for each block row, Obtaining the surface velocity from the volumetric velocity of frequency analysis ;
(D) The surface velocity is given as input information of the sound source in the acoustic analysis to the contact surface element in the block corresponding to the grounding end of each block row in the boundary element model, and the radiation noise from the tire by the acoustic analysis by the boundary element method A step of seeking
For radiating noise from tires including
（ａ）タイヤの路面に対する接地形状を求めるステップと、
（ｂ）前記接地形状を用いて各ブロック列毎にタイヤ周方向での容積変動データを求めるステップと、
（ｃ）前記容積変動データにタイヤの仮想転動速度を付与して振動データに変換してから、周波数分析を実施して周波数による容積速度変化を表す周波数分析データを得て、前記周波数分析データから転動相当時における各ブロック列の接地端該当ブロックにおける接触面要素の面速度を算出し、その際、前記各ブロック列毎に算出された接地端該当ブロックにおける接触面要素の面積と、前記周波数分析の容積速度とから前記面速度を求めるステップと、
（ｄ）前記面速度を、境界要素モデルにおける各ブロック列の接地端該当ブロックにおける接触面要素に、音響解析における音源の入力情報として付与して、境界要素法による音響解析によりタイヤからの放射騒音を求めるステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 A tread comprising a plurality of main grooves extending in the tire circumferential direction and a block row in which blocks divided by the main grooves and divided by sub-grooves intersecting the main grooves are arranged along the tire circumferential direction A program for executing a simulation method for simulating radiation noise caused by a pattern impact sound for a pneumatic tire of a pattern,
(A) a step of obtaining a ground contact shape with respect to a road surface of the tire;
(B) obtaining volume fluctuation data in the tire circumferential direction for each block row using the ground contact shape;
In (c) the volume variation data after converting to impart virtual rolling speed of the tire vibration data to obtain the frequency analysis data representing the volume velocity change due to the frequency to implement the frequency analysis, the frequency analysis data From the contact surface element in the contact end corresponding block of each block row at the time of rolling equivalent, the area of the contact surface element in the contact end corresponding block calculated for each block row, Obtaining the surface velocity from the volumetric velocity of frequency analysis ;
(D) The surface velocity is given as input information of the sound source in the acoustic analysis to the contact surface element in the block corresponding to the grounding end of each block row in the boundary element model, and the radiation noise from the tire by the acoustic analysis by the boundary element method A step of seeking
A program that causes a computer to execute.
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