JP4943799B2

JP4943799B2 - Tire model creation method, tire model creation device, and tire model creation program

Info

Publication number: JP4943799B2
Application number: JP2006272756A
Authority: JP
Inventors: 靖雄大澤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-10-04
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-10-04
Also published as: JP2008090714A

Description

本発明は、タイヤモデル作成方法、タイヤモデル作成装置、及びタイヤモデル作成プログラムに係り、より詳しくは、有限要素法によりタイヤの性能を解析するためタイヤモデル作成方法、タイヤモデル作成装置、及びタイヤモデル作成プログラムに関する。 The present invention relates to a tire model creation method, a tire model creation device, and a tire model creation program. More specifically, the present invention relates to a tire model creation method, a tire model creation device, and a tire model for analyzing tire performance by a finite element method. Regarding creation program.

従来、空気入りタイヤ開発において、タイヤ性能は実際にタイヤを設計・製造し、自動車に装着して性能試験を行うことにより得られるものであり、性能試験の結果に満足できなければ設計・製造からやり直す、という手順を踏んできた。 Conventionally, in the development of pneumatic tires, tire performance is obtained by actually designing and manufacturing tires, mounting them on automobiles, and performing performance tests. I have taken the steps of starting over.

最近では、数値解析手法や計算機環境の発達により、タイヤの性能をコンピュータシミュレーションにより解析する方法が提案されている。 Recently, methods of analyzing tire performance by computer simulation have been proposed due to the development of numerical analysis methods and computer environments.

数値解析手法では、タイヤのトレッド部を含むタイヤ全体や、トレッド部のみを有限個の要素に分割して解析する所謂有限要素法などの公知の手法を用いることができる。有限要素法では、分割する要素の大きさを小さくすることにより、精度良く解析することができる。例えば特許文献１乃至特許文献４には、有限要素法によりタイヤの性能をシミュレーションする際のタイヤモデルの作成方法について開示されている。 In the numerical analysis method, a known method such as a so-called finite element method in which the entire tire including the tread portion of the tire or only the tread portion is divided into a finite number of elements for analysis can be used. In the finite element method, analysis can be performed with high accuracy by reducing the size of the element to be divided. For example, Patent Literature 1 to Patent Literature 4 disclose a tire model creation method when simulating tire performance by a finite element method.

有限要素法では、連続体を有限要素に離散化する。具体的には、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、連続体であるゴムでできたトレッドパターン１００のトレッドブロック１００Ａ、１００Ｂを複数の要素１０２に分割する。なお、同図（Ａ）はトレッドパターン１００の一部平面図、同図（Ｂ）はトレッドパターン１００の一部断面図である。離散化する個数を多く、すなわち要素数を多くし、それぞれの要素のサイズを小さくすることにより、離散化誤差を小さくすることができる。 In the finite element method, a continuum is discretized into finite elements. Specifically, as shown in FIGS. 6A and 6B, tread blocks 100A and 100B of a tread pattern 100 made of a continuous rubber are divided into a plurality of elements 102. 1A is a partial plan view of the tread pattern 100, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view of the tread pattern 100. A discretization error can be reduced by increasing the number of discretizations, that is, increasing the number of elements and reducing the size of each element.

一方、局所的に小さい要素が存在すると、その部分では局所的に変形することが可能になってしまう。すなわち、実際は連続体なので連続に変形するが、局所的に小さい要素が存在すると、その部分で不連続に変形してしまう。従って、離散化誤差を小さくするためには、タイヤモデル全体での要素のサイズをなるべく同じにすることが好ましい。 On the other hand, if there is a small element locally, it becomes possible to deform locally in that part. In other words, since it is actually a continuous body, it deforms continuously, but if there is a small element locally, it deforms discontinuously at that part. Therefore, in order to reduce the discretization error, it is preferable to make the size of the elements in the entire tire model as much as possible.

数値解析を行う際には、数値誤差を考慮することが必要であり、例えば有限要素法を用いた解析では、要素の形状が歪んでいると数値誤差が大きくなることが知られている（計算力学ハンドブック第１巻有限要素法構造編、日本機械学会）。例えば四角形状の要素を２次元で見た場合、なるべく正方形に近いほど数値誤差が小さい。 When performing numerical analysis, it is necessary to consider numerical error. For example, in the analysis using the finite element method, it is known that the numerical error increases if the shape of the element is distorted (calculation). Mechanics Handbook Volume 1 Finite Element Method Structure, Japan Society of Mechanical Engineers). For example, when a quadrilateral element is viewed in two dimensions, the numerical error is smaller as it is as close to a square as possible.

さらに、解析モデルを所謂陽解法の有限要素法を用いて解析する場合、下記のクーラン条件を満たす時間刻み（△ｔ）は下記になる。 Furthermore, when the analysis model is analyzed using a so-called explicit finite element method, the time increment (Δt) that satisfies the following Courant condition is as follows.

△ｔ＜要素サイズ／要素内音速・・・（１） Δt <element size / in-element sound speed (1)

但し、要素サイズは、モデルを構成する要素の中で最も小さな要素の代表的な長さであり、要素内音速は、（Ｅ／ρ）の平方根と比例関係にある（Ｅはヤング率、ρは質量密度）。また、解析対象モデル全体でこの条件を満たす必要があるので、解析モデル全要素中最小の△ｔが問題になる。また、解析時間は要素総数が多くなると長くなる。従って解析時間を短くするためには、△ｔを大きく、要素総数を少なくすることが必要である。 However, the element size is a representative length of the smallest element among the elements constituting the model, and the sound velocity within the element is proportional to the square root of (E / ρ) (E is Young's modulus, ρ Is mass density). Moreover, since it is necessary to satisfy this condition for the entire analysis target model, the smallest Δt among all the elements of the analysis model becomes a problem. Moreover, the analysis time becomes longer as the total number of elements increases. Therefore, in order to shorten the analysis time, it is necessary to increase Δt and reduce the total number of elements.

このため、タイヤのトレッドパターンから数値計算モデルを作成する場合、トレッド表面ではなるべく四角形要素を用い、かつ各々の形状が正方形に近くなるように要素分割（メッシュ分割）を行う。図７には、１ピッチ分のあるトレッドパターン１０４について上記のようなメッシュ分割を行った場合の一例を表わす平面図を示した。同図に示すように、各要素は、ほぼ正方形のものが多くなっている。 For this reason, when creating a numerical calculation model from the tread pattern of a tire, element division (mesh division) is performed so that quadrilateral elements are used as much as possible on the tread surface and each shape is close to a square. FIG. 7 is a plan view showing an example of the case where the mesh division as described above is performed on the tread pattern 104 for one pitch. As shown in the figure, each element is mostly square.

また、図８には、あるトレッドパターン１０６についてメッシュ分割した場合の一例を表わす断面図を示した。同図（Ａ）の左側のトレッドブロック１０６Ａについては、トレッドブロック１０６Ａの中央部分については、そのトレッドブロック１０６Ａの表面と直交する縦線１０８とこれらの縦線１０８と直交する横線１１０とによってメッシュ分割し、トレッドパターン１０６の溝１１２の溝壁１１２Ａ付近については、溝壁１１２Ａのラインをそのまま内部に延長した縦線１０８Ａと横線１１０とによってメッシュ分割している。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example in which a certain tread pattern 106 is divided into meshes. As for the tread block 106A on the left side of FIG. 6A, the center portion of the tread block 106A is divided into meshes by vertical lines 108 orthogonal to the surface of the tread block 106A and horizontal lines 110 orthogonal to these vertical lines 108. In the vicinity of the groove wall 112A of the groove 112 of the tread pattern 106, the line of the groove wall 112A is mesh-divided by a vertical line 108A and a horizontal line 110 that extend as it is.

また、同図（Ａ）の右側のトレッドブロック１０６Ｂについては、溝壁１１２Ａに近づくに従って、溝壁１１２Ａのラインとトレッドブロック１０６Ｂの表面との成す角度に近づくように縦線１０８を設定している。 For the tread block 106B on the right side of FIG. 6A, the vertical line 108 is set so as to approach the angle formed by the line of the groove wall 112A and the surface of the tread block 106B as it approaches the groove wall 112A. .

また、同図（Ｂ）の例では、トレッドブロックの溝底１１２Ｂよりも上側の部分については、溝壁１１２Ａに近づくに従って、溝壁１１２Ａのラインとトレッドブロック１０６Ｂの表面との成す角度に近づくように縦線１０８を設定しており、溝底１１２Ｂより深い部分については、縦線１０８をトレッドブロック１０６Ａの表面と直交する線としている。
特許第３３１４０８２号公報特許第３４３２５７３号公報特開２００６−１９９１５５号公報特開２００６−１３６１号公報 In the example of FIG. 5B, the portion above the groove bottom 112B of the tread block approaches the angle formed by the line of the groove wall 112A and the surface of the tread block 106B as it approaches the groove wall 112A. A vertical line 108 is set for the portion deeper than the groove bottom 112B, and the vertical line 108 is a line orthogonal to the surface of the tread block 106A.
Japanese Patent No. 3314082 Japanese Patent No. 3432573 JP 2006-199155 A JP 2006-1361 A

上記の何れの場合も、溝底１１２Ｂ付近以外については各要素の形状が正方形に近く、かつ要素サイズがそれほど大きく変わらないようになっているが、溝壁１１２Ａのラインをそのまま内部に延長した縦線１０８Ａと横線１１０とによってメッシュ分割すると、溝底１１２Ｂの下方のメッシュが非常に小さくなってしまう。また、図９に示すように、溝底１１２Ｂの下方で縦線１０８Ａが交差し、予め定められたメッシュの最小サイズよりも小さい領域１１４ができてしまい、その領域については要素を作ることができなくなってしまう。 In any of the above cases, except for the vicinity of the groove bottom 112B, the shape of each element is close to a square and the element size does not change so much. When the mesh is divided by the line 108A and the horizontal line 110, the mesh below the groove bottom 112B becomes very small. Further, as shown in FIG. 9, the vertical line 108A intersects below the groove bottom 112B, and a region 114 smaller than a predetermined minimum mesh size is formed, and an element can be created for that region. It will disappear.

このような離散化を行うと、離散化誤差及び数値誤差が大きくなると共に、要素サイズが小さいため解析時間が長くなる、という問題があった。 When such discretization is performed, there are problems that the discretization error and the numerical error increase, and the analysis time becomes long because the element size is small.

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、離散化誤差及び数値誤差が大きくなるのを防ぐと共に、解析時間が長くなるのを防ぐことができるタイヤモデル作成方法、タイヤモデル作成装置、及びタイヤモデル作成プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and a tire model creation method and a tire model creation that can prevent an increase in discretization error and numerical error and an increase in analysis time. An object is to provide a device and a tire model creation program.

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明のタイヤモデル作成方法は、タイヤのトレッドパターンを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法であって、コンピュータが、前記タイヤの溝を横断する方向における断面で見た場合に、トレッドパターンの溝壁のラインを延長した第１の線と、前記トレッドパターンの表面のラインに直交する第２の線とが成す角度が、前記溝壁のラインと前記第２の線とが成す角度よりも小さくなるように前記第１の線を設定して要素分割することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a tire model creation method according to claim 1 is a tire model creation method for creating a tire model in which a tread pattern of a tire is divided into a finite number of elements, and the computer When viewed in a cross-section in a direction crossing the groove of the tire, a first line extending a line of the groove wall of the tread pattern and a second line orthogonal to the line of the surface of the tread pattern are formed. The element is divided by setting the first line so that the angle is smaller than the angle formed by the line of the groove wall and the second line.

この発明によれば、トレッドパターンの溝壁のラインを延長した第１の線同士が溝底の下方で交わったり交差したりするのを防ぐことができ、他の要素と比較して非常に小さい要素ができてしまったり、小さすぎて要素が作成できなくなったりするのを防ぐことができ、離散化誤差及び数値誤差が大きくなるのを防ぐことができる。 According to this invention, it can prevent that the 1st line which extended the line of the groove wall of a tread pattern crosses or cross | intersects under the groove bottom, and is very small compared with another element. It is possible to prevent an element from being created or too small to be created, and to prevent an increase in discretization error and numerical error.

なお、請求項２に記載したように、前記コンピュータが、前記第１の線によって要素分割された要素が、予め定めた所定サイズ以上のサイズとなるように前記第１の線を設定することが好ましい。 In addition, as described in claim 2, the computer may set the first line so that an element divided by the first line has a size larger than a predetermined size. preferable.

この場合、例えば請求項３に記載したように、前記所定サイズは、所望の解析精度が得られる最小サイズであることが好ましい。これにより、所望の解析精度が得られると共に、解析時間が長くなるのを防ぐことができる。 In this case, for example, as described in claim 3, it is preferable that the predetermined size is a minimum size at which a desired analysis accuracy can be obtained. As a result, desired analysis accuracy can be obtained, and an increase in analysis time can be prevented.

また、請求項４に記載したように、前記コンピュータが、前記第１の線と前記第２の線とが平行となるように前記第１の線を設定し、これと直交する第３の線とにより要素分割するようにしてもよい。これにより、要素の形状を正方形状や長方形状に近い形状とすることができ、解析精度を向上させることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the computer sets the first line so that the first line and the second line are parallel, and a third line orthogonal to the first line. You may make it element-divide by. Thereby, the shape of an element can be made into the shape close | similar to square shape or rectangular shape, and an analysis precision can be improved.

また、請求項５に記載したように、前記コンピュータが、前記トレッドパターンの溝の深さが深いほど前記第１の線を長く、前記溝の深さが浅いほど前記第１の線を短く設定するようにしてもよい。 In addition, as described in claim 5, the computer sets the first line longer as the groove depth of the tread pattern is deeper, and shortens the first line as the groove depth is shallower. You may make it do.

また、請求項６に記載したように、前記コンピュータが、前記トレッドパターンの溝壁のラインを延長した線同士がタイヤ内部で交差する場合にのみ、前記第１の線を設定するようにしてもよい。 According to a sixth aspect of the present invention, the computer sets the first line only when lines extending the groove wall lines of the tread pattern intersect each other inside the tire. Good.

請求項７記載の発明のタイヤモデル作成装置は、タイヤのトレッドパターンを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成装置であって、前記タイヤの溝を横断する方向における断面で見た場合に、トレッドパターンの溝壁のラインを延長した第１の線と、前記トレッドパターンの表面のラインに直交する第２の線とが成す角度が、前記溝壁のラインと前記第２の線とが成す角度よりも小さくなるように前記第１の線を設定して要素分割する要素分割手段を備えたことを特徴とする。 The tire model creation device according to claim 7 is a tire model creation device for creating a tire model in which a tread pattern of a tire is divided into a finite number of elements, and a cross section in a direction crossing the groove of the tire The angle formed between the first line extending the groove wall line of the tread pattern and the second line orthogonal to the surface line of the tread pattern is the line of the groove wall and the first line. An element dividing means for dividing the element by setting the first line to be smaller than an angle formed by the two lines is provided.

請求項８記載の発明のタイヤモデル作成プログラムは、タイヤのトレッドパターンを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法をコンピュータに実行させるためのタイヤモデル作成プログラムであって、前記タイヤの溝を横断する方向における断面で見た場合に、トレッドパターンの溝壁のラインを延長した第１の線と、前記トレッドパターンの表面のラインに直交する第２の線とが成す角度が、前記溝壁のラインと前記第２の線とが成す角度よりも小さくなるように前記第１の線を設定して要素分割するステップを含むことを特徴とする。 A tire model creation program according to an eighth aspect of the invention is a tire model creation program for causing a computer to execute a tire model creation method for creating a tire model in which a tire tread pattern is divided into a finite number of elements. When viewed in a cross-section in a direction crossing the groove of the tire, a first line extending a line of the groove wall of the tread pattern and a second line orthogonal to the line of the surface of the tread pattern are formed. The method includes a step of dividing the element by setting the first line so that an angle is smaller than an angle formed by the line of the groove wall and the second line.

以上説明したように、本発明によれば、要素のサイズに大きな差が生じるのを防ぎ、解析精度を向上させることができるシミュレーションの精度の劣化を防ぐことができる、という効果を有する。 As described above, according to the present invention, there is an effect that it is possible to prevent a large difference in the size of elements and to prevent deterioration in simulation accuracy that can improve analysis accuracy.

以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１には本発明の空気入りタイヤの性能予測を実施するためのパーソナルコンピュータの概略が示されている。このパーソナルコンピュータは、データ等を入力するためのキーボード１０、予め記憶された処理プログラムに従ってタイヤの性能を予測するコンピュータ本体１２、コンピュータ本体１２の演算結果等を表示するＣＲＴ１４、及びＣＲＴに表示されたカーソルを所望の位置に移動させたり、カーソル位置のメニュー項目やオブジェクト等を選択したり選択解除したりドラッグしたりする操作を行うためのマウス１６から構成されている。 FIG. 1 shows an outline of a personal computer for performing performance prediction of the pneumatic tire of the present invention. This personal computer is displayed on a keyboard 10 for inputting data, a computer main body 12 for predicting tire performance according to a pre-stored processing program, a CRT 14 for displaying calculation results of the computer main body 12, and the CRT. The mouse 16 is used to move the cursor to a desired position, and to select, deselect, or drag the menu item or object at the cursor position.

なお、コンピュータ本体１２には、記録媒体としてのフレキシブルディスク（ＦＤ）が挿抜可能なフレキシブルディスクユニット（ＦＤＵ）を備えている。なお、後述する処理ルーチン等は、例えばＦＤＵを用いてフレキシブルディスクＦＤに対して読み書き可能である。従って、後述する処理ルーチンは、予めＦＤに記録しておき、ＦＤＵを介してＦＤに記録された処理プログラムを実行してもよい。また、コンピュータ本体１２に設けられたハードディスク装置等の大容量記憶装置（図示省略）に処理プログラムを格納（インストール）して実行するようにしてもよい。また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記ＦＤＵに代えて、またはさらにＣＤ−ＲＯＭ装置、ＤＶＤ−ＲＯＭ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置等を用いればよい。 The computer main body 12 includes a flexible disk unit (FDU) into which a flexible disk (FD) as a recording medium can be inserted and removed. Note that a processing routine described later can be read from and written to the flexible disk FD using, for example, an FDU. Therefore, a processing routine to be described later may be recorded in the FD in advance and the processing program recorded in the FD may be executed via the FDU. Further, the processing program may be stored (installed) in a mass storage device (not shown) such as a hard disk device provided in the computer main body 12 and executed. As recording media, there are optical discs such as CD-ROM and DVD-ROM, and magneto-optical discs such as MD and MO. When these are used, a CD-ROM device or DVD-ROM is used instead of or in addition to the FDU. A ROM device, MD device, MO device, or the like may be used.

なお、コンピュータ本体１２のハードディスクには、予め複数種類のタイヤのＣＡＤデータ（タイヤ形状、構造、材料等の設計データ）や、後述するタイヤ性能解析プログラムが記憶されている。 The hard disk of the computer main body 12 stores a plurality of types of tire CAD data (design data such as tire shape, structure, and material) and a tire performance analysis program described later.

次に、本実施の形態の作用として、コンピュータ本体１２で実行されるタイヤ性能解析プログラムの処理ルーチンについて図２に示すフローチャートを参照して説明する。 Next, as a function of the present embodiment, a processing routine of a tire performance analysis program executed by the computer main body 12 will be described with reference to a flowchart shown in FIG.

ステップ１００では、解析対象のタイヤの種類をオペレータに選択させる。次のステップ１０２では、要素形状、要素サイズ等のタイヤモデルを作成するためのパラメータの設定を行う。これは、オペレータによって選択させるようにしてもよいし、予め定めたパラメータを設定してもよい。 In step 100, the operator selects the type of tire to be analyzed. In the next step 102, parameters for creating a tire model such as an element shape and an element size are set. This may be selected by an operator, or a predetermined parameter may be set.

ステップ１０４では、選択されたタイヤの設計データをハードディスクから読み出し、読み出した設計データ及びステップ１０２で設定したパラメータに基づいて、数値解析上のタイヤモデルを作成する。このタイヤモデルの作成は、用いる数値解析手法により若干異なる。本実施の形態では数値解析手法として有限要素法（ＦＥＭ）を用いるものとする。従って、上記ステップ１０４で作成するタイヤモデルは、有限要素法（ＦＥＭ）に対応した要素分割、例えば、メッシュ分割によって複数の要素に分割され、タイヤを数値解析手法に基づいて作成されたコンピュータプログラムヘのインプットデータ形式に数値化したものをいう。 In step 104, the design data of the selected tire is read from the hard disk, and a tire model for numerical analysis is created based on the read design data and the parameters set in step 102. The creation of the tire model differs slightly depending on the numerical analysis method used. In this embodiment, a finite element method (FEM) is used as a numerical analysis method. Therefore, the tire model created in step 104 is divided into a plurality of elements by element division corresponding to the finite element method (FEM), for example, mesh division, and the tire is generated by a computer program created based on a numerical analysis method. The input data format is a numerical value.

この要素分割とは、タイヤを多数の（有限の）要素（小部分）に分割することをいう。要素は、例えば四面体要素や五面体要素、六面体要素等とすることができる。本実施形態では、各面がほぼ正方形状となる六面体要素に要素分割するものとする。この要素ごとに数値計算を行い全ての要素について計算した後、全部の要素を組み合わせることにより全体の応答を得ることができる。なお、数値解析手法には有限要素法に限らず、差分法や有限体積法、個別要素法（ＤＥＭ）等の他の公知の数値解析手法を用いても良い。 This element division means dividing the tire into a large number of (finite) elements (small parts). The element can be, for example, a tetrahedral element, a pentahedral element, a hexahedral element, or the like. In the present embodiment, the elements are divided into hexahedral elements each having a substantially square shape. After performing numerical calculation for each element and calculating all the elements, the entire response can be obtained by combining all the elements. The numerical analysis method is not limited to the finite element method, and other known numerical analysis methods such as a difference method, a finite volume method, and a discrete element method (DEM) may be used.

上記ステップ１０４のタイヤモデルの作成では、タイヤ断面のモデルを作成した後に、これをタイヤ周方向に展開することにより３次元のタイヤモデルを作成する。作成手法としては、公知の有限要素法のモデル化方法を用いることができる。 In the creation of the tire model in step 104, a tire cross-section model is created and then developed in the tire circumferential direction to create a three-dimensional tire model. As a creation method, a known finite element method modeling method can be used.

本実施形態では、各要素が予め定めた最小サイズ（例えば所望の解析精度が得られるサイズ）以上のサイズとなるように要素分割する。前述したように、トレッドパターンの溝壁のラインと、トレッドパターンの表面のラインに直交する縦線とが角度を成す場合、すなわち平行でない場合において、溝壁のラインをそのままタイヤ内部に延長した延長線と、前記縦線に直交する線とによって要素分割すると、非常に小さい要素ができてしまう。 In the present embodiment, the elements are divided so that each element has a size equal to or larger than a predetermined minimum size (for example, a size capable of obtaining desired analysis accuracy). As described above, when the groove wall line of the tread pattern and the vertical line perpendicular to the surface line of the tread pattern form an angle, that is, when they are not parallel, the extension of the groove wall line is directly extended inside the tire. If an element is divided by a line and a line orthogonal to the vertical line, a very small element is formed.

そこで、本実施形態では、溝底より深い部分については、溝壁のラインの延長線（第１の線）と前記縦線（第２の線）とが成す角度が、溝壁のラインと前記縦線とが成す角度よりも小さくなるように延長線を設定し、要素分割する。これにより、溝底の下方の要素が非常に小さくなってしまうのを防ぐことができる。 Therefore, in the present embodiment, for a portion deeper than the groove bottom, the angle formed by the extension line (first line) of the groove wall line and the vertical line (second line) is the groove wall line and the above-described line. The extension line is set so as to be smaller than the angle formed by the vertical line, and the element is divided. Thereby, it can prevent that the element below the groove bottom becomes very small.

図３（Ａ）、（Ｂ）には、上記のように要素分割した場合のタイヤモデル２０の一部断面図を示した。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）は、タイヤの径方向における一部断面図、すなわち図４のＡ−Ａ線の一部断面図である。図３（Ａ）に示すように、トレッドブロック２２の中央部分については、そのトレッドブロック２２の表面と直交する縦線２４とこれらの縦線２４と直交する横線２６（第３の線）とによってメッシュ分割し、トレッドブロック２２の溝２８の溝壁２８Ａ付近については、溝壁２８Ａのラインをそのまま内部に延長した延長線２４Ａと横線２６とによってメッシュ分割している。 3A and 3B are partial cross-sectional views of the tire model 20 when the elements are divided as described above. 3A and 3B are partial cross-sectional views in the radial direction of the tire, that is, partial cross-sectional views taken along line AA in FIG. As shown in FIG. 3A, the central portion of the tread block 22 is represented by a vertical line 24 orthogonal to the surface of the tread block 22 and a horizontal line 26 (third line) orthogonal to these vertical lines 24. The mesh is divided, and the vicinity of the groove wall 28A of the groove 28 of the tread block 22 is divided by an extended line 24A and a horizontal line 26 in which the line of the groove wall 28A is extended as it is.

ここで、溝壁２８Ａのラインの延長線２４Ａと縦線２４とが成す角度θ１が、溝壁２８Ａのラインと縦線２４とが成す角度θ２よりも小さくなるように、延長線２４Ａが設定されている。θ１は、延長線２４Ａと横線２６とによって作成される要素のサイズが、予め定めた要素の最小サイズ以上のサイズとなるように設定される。これにより、溝底の下方の要素が非常に小さくなってしまうのを防ぎ、解析可能なサイズの要素に分割することができる。 Here, the extension line 24A is set so that the angle θ1 formed by the extension line 24A and the vertical line 24 of the line of the groove wall 28A is smaller than the angle θ2 formed by the line of the groove wall 28A and the vertical line 24. ing. θ1 is set so that the size of the element created by the extension line 24A and the horizontal line 26 is equal to or larger than the minimum size of the predetermined element. Thereby, it is possible to prevent the element below the groove bottom from becoming very small, and to divide the element into elements that can be analyzed.

なお、図３（Ｂ）に示すように、縦線２４と平行となるように、すなわちθ１が０°となるように、溝壁２８Ａのラインの延長線２４Ａを設定してもよい。これにより、溝底の下方の要素を長方形状や正方形状とすることができ、より精度良く解析することができる。 As shown in FIG. 3B, an extension line 24A of the line of the groove wall 28A may be set so as to be parallel to the vertical line 24, that is, so that θ1 becomes 0 °. Thereby, the element below the groove bottom can be made into a rectangular shape or a square shape, and can be analyzed more accurately.

また、トレッドブロック２２の溝底２８Ｂよりも上側の部分については、溝壁２８Ａに近づくに従って、溝壁２８Ａのラインとトレッドブロック２２の表面との成す角度に近づくように縦線２４を設定するようにしてもよい。 For the portion above the groove bottom 28B of the tread block 22, the vertical line 24 is set so as to approach the angle formed by the line of the groove wall 28A and the surface of the tread block 22 as it approaches the groove wall 28A. It may be.

また、溝２８の深さが深いほど延長線２４Ａを長く、溝２８の深さが浅いほど延長線２４Ａを短く設定するようにしてもよい。 Further, the extension line 24A may be set longer as the depth of the groove 28 becomes deeper, and the extension line 24A may be set shorter as the depth of the groove 28 becomes shallower.

また、溝壁２８Ａのラインを延長した線同士がタイヤ内部で交差する場合にのみ、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように延長線２４Ａを設定し、そうでない場合は、溝壁２８Ａのラインをそのまま延長した線で要素分割するようにしてもよい。 Further, the extension line 24A is set as shown in FIGS. 3A and 3B only when the lines obtained by extending the line of the groove wall 28A intersect each other inside the tire. Otherwise, the groove wall 28A is set. The line may be divided into elements by extending the line as it is.

上記のようにして、タイヤモデルの作成が終了すると、ステップ１０６へ進み、路面モデルの作成と共に路面状態の入力がなされる。このステップ１０６は、路面をモデル化し、そのモデル化した路面を実際の路面状態に設定するために入力するものであって、路面形状を要素分割して路面をモデル化し、路面の摩擦係数μを選択して入力することで路面状態を入力する。すなわち、路面状態により乾燥状態、濡れた状態、氷上、雪上、非舗装等に対応する路面の摩擦係数μが存在するので、摩擦係数μについて適正な値を選択することで、実際の路面状態を再現させることができる。 As described above, when the creation of the tire model is completed, the process proceeds to step 106, and the road surface state is input together with the creation of the road surface model. In this step 106, the road surface is modeled and input to set the modeled road surface to an actual road surface state. The road surface shape is divided into elements to model the road surface, and the friction coefficient μ of the road surface is calculated. The road surface condition is input by selecting and inputting. That is, depending on the road surface condition, there is a friction coefficient μ of the road surface corresponding to a dry state, a wet state, on ice, on snow, non-paved, etc., so by selecting an appropriate value for the friction coefficient μ, the actual road surface state can be changed. Can be reproduced.

このようにして、路面状態の入力がなされると、次のステップ１０８において、境界条件の設定がなされる。境界条件の設定は、タイヤモデルに内圧、荷重、変位、回転速度、トルク等を負荷させることや直進速度または路面速度を負荷させることである。 In this way, when the road surface condition is input, the boundary condition is set in the next step 108. The boundary condition is set by applying an internal pressure, a load, a displacement, a rotational speed, a torque, or the like to the tire model, or a straight traveling speed or a road surface speed.

そして、ステップ１１０では、ステップ１０８で設定された境界条件のもとで有限要素法によりタイヤの変形計算を行い、タイヤの歪み等をシミュレーションする。 In step 110, the tire deformation calculation is performed by the finite element method under the boundary condition set in step 108 to simulate tire distortion and the like.

ステップ１１２では、ステップ１１０のタイヤの変形計算に基づくシミュレーション結果、例えばタイヤの形状等をＣＲＴ１４に表示する。 In step 112, a simulation result based on the tire deformation calculation in step 110, for example, the tire shape or the like is displayed on the CRT.

このように、本実施形態では、溝壁２８Ａのラインの延長線２４Ａと縦線２４とが成す角度θ１が、溝壁２８Ａのラインと縦線２４とが成す角度θ２よりも小さくなるように、延長線２４Ａを設定して要素分割してタイヤモデルを作成するため、溝底の下方の要素が非常に小さくなってしまうのを防ぐことができると共に、解析精度を向上させることができる。また、有限要素法による解析方法として陽解法を用いた場合、解析の時間刻みΔｔを大きくすることができ、解析時間を短縮することができる。
なお、本実施形態では、タイヤの径方向における断面で見た場合の溝に関して本発明を適用した場合について説明したが、例えばタイヤの周方向における断面で見た場合、すなわち図４のＢ−Ｂ線の断面で見た場合の溝に関しても本発明を適用可能である。すなわち、溝を横断する方向であれば、どのような方向における断面で見た場合の溝についても本発明を適用可能である。 Thus, in the present embodiment, the angle θ1 formed by the extension line 24A of the line of the groove wall 28A and the vertical line 24 is smaller than the angle θ2 formed by the line of the groove wall 28A and the vertical line 24. Since the tire model is created by setting the extension line 24A and dividing the elements, it is possible to prevent the elements below the groove bottom from becoming very small and improve the analysis accuracy. In addition, when the explicit method is used as the analysis method by the finite element method, the analysis time increment Δt can be increased, and the analysis time can be shortened.
In addition, although this embodiment demonstrated the case where this invention was applied regarding the groove | channel at the time of seeing in the cross section in the radial direction of a tire, when it sees in the cross section in the circumferential direction of a tire, for example, BB of FIG. The present invention can also be applied to a groove when viewed in a section of a line. That is, the present invention can be applied to a groove when viewed in a cross section in any direction as long as the direction crosses the groove.

次に、本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.

まず、タイヤサイズがＰＳＲ１９５／６５Ｒ１５で、トレッドパターンが点対称パターンである図４に示すようなタイヤモデルであって、タイヤの径方向における断面が図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように要素分割された場合と、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すような従来のように要素分割した場合と、の各々について、シミュレーションした結果について説明する。 First, a tire model as shown in FIG. 4 in which the tire size is PSR195 / 65R15 and the tread pattern is a point-symmetric pattern, and the cross section in the radial direction of the tire is as shown in FIGS. A simulation result will be described for each of the case where the element is divided and the case where the element is divided as shown in FIGS. 5A and 5B.

なお、図３（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）のように要素分割した例ではθ２を１５°に、図５（Ｂ）のように要素分割した例ではθ２を１０°に設定し、図３（Ａ）のように要素分割した例ではθ１を７．５°に、図３（Ｂ）のように要素分割した例ではθ１を０°に、図５（Ａ）のように要素分割した例ではθ１を１５°に、図５（Ｂ）のように要素分割した例ではθ１を１０°にそれぞれ設定した。 Note that θ2 is set to 15 ° in the example of element division as shown in FIGS. 3A, 3B, and 5A, and θ2 is set to 10 ° in the example of element division as shown in FIG. 5B. In the example of element division as shown in FIG. 3A, θ1 is set to 7.5 °, in the example of element division as shown in FIG. 3B, θ1 is set to 0 °, as shown in FIG. In the example of element division, θ1 is set to 15 °, and in the example of element division as shown in FIG. 5B, θ1 is set to 10 °.

図５（Ａ）の例では、溝壁３０のラインをそのまま延長した延長線３２によって要素分割しているが、延長線３２が溝底の下方で交わり、その部分の要素のサイズが予め定めた最小サイズよりも小さいため要素を生成することができなかった。また、同図（Ｂ）の例では、θ２が同図（Ａ）の場合よりも小さいため、延長線３２は交わっておらず、その部分の要素のサイズが予め定めた最小サイズ以上となり、要素を生成することができた。 In the example of FIG. 5A, the line of the groove wall 30 is divided into elements by an extension line 32 that extends as it is, but the extension line 32 intersects below the groove bottom, and the size of the element in that portion is predetermined. The element could not be generated because it was smaller than the minimum size. Further, in the example of FIG. 5B, θ2 is smaller than that of FIG. 5A, so that the extension line 32 does not intersect, and the size of the element of that portion is equal to or larger than a predetermined minimum size, Could be generated.

そして、上記のタイヤモデルをリムサイズが６Ｊ×１５のリムに組付けたモデルを作成し、そのトレッドパターンに内圧２００ｋＰａ、荷重４ｋＮを与え、速度１ｋｍ／ｈにて平坦路面状を転動させたときに発生する溝底部の横方向の歪み（図３、５において左右方向の歪み）をシミュレーションした。 Then, when the tire model is assembled to a rim having a rim size of 6J × 15, an internal pressure of 200 kPa and a load of 4 kN are applied to the tread pattern, and the flat road surface is rolled at a speed of 1 km / h. The lateral distortion (the lateral distortion in FIGS. 3 and 5) generated at the bottom of the groove was simulated.

その結果を以下に示す。なお、図５（Ｂ）のように要素分割した場合のシミュレーション結果を「従来」、図３（Ａ）のように要素分割した場合のシミュレーション結果を「本発明１」、図３（Ｂ）のように要素分割した場合のシミュレーション結果を「本発明２」としている。また、歪みについては同条件における実測値を１００とし、計算時間については「従来」のシミュレーション結果を１００としている。 The results are shown below. The simulation result when the element is divided as shown in FIG. 5B is “conventional”, the simulation result when the element is divided as shown in FIG. 3A is “present invention 1”, and FIG. The simulation result when the elements are divided in this way is “present invention 2”. For the distortion, the actual measurement value under the same conditions is set to 100, and for the calculation time, the “conventional” simulation result is set to 100.

上記のシミュレーション結果から明らかなように、従来と比較して歪みが実測値とほぼ一致し、計算時間についても従来と比較して１／２程度に短縮されている。従って、本発明のように要素分割してタイヤモデルを作成することにより、精度良く且つ高速に解析することができることがわかった。

As apparent from the above simulation results, the distortion almost coincides with the actual measurement value as compared with the conventional case, and the calculation time is also shortened to about ½ compared with the conventional case. Therefore, it was found that the analysis can be performed with high accuracy and at high speed by creating the tire model by dividing the element as in the present invention.

タイヤの性能予測を実施するためのパーソナルコンピュータの概略図である。It is the schematic of the personal computer for implementing performance prediction of a tire. タイヤ性能解析プログラムのメインルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the main routine of a tire performance analysis program. 本発明に係るタイヤモデルの一部断面図である。1 is a partial cross-sectional view of a tire model according to the present invention. タイヤモデルの斜視図である。It is a perspective view of a tire model. 従来例に係るタイヤモデルの一部断面図である。It is a partial sectional view of a tire model concerning a conventional example. （Ａ）は従来例に係るタイヤモデルの一部平面図、（Ｂ）は一部断面図である。(A) is a partial top view of the tire model which concerns on a prior art example, (B) is a partial cross section figure. 従来例に係るタイヤの１ピッチ分のトレッドパターンの平面図である。It is a top view of the tread pattern for 1 pitch of the tire which concerns on a prior art example. 従来例に係るタイヤモデルの一部断面図である。It is a partial sectional view of a tire model concerning a conventional example. 従来例に係るタイヤモデルの一部断面図である。It is a partial sectional view of a tire model concerning a conventional example.

符号の説明Explanation of symbols

１０キーボード
１２コンピュータ本体
１４ＣＲＴ
１６マウス
10 Keyboard 12 Computer body 14 CRT
16 mice

Claims

タイヤのトレッドパターンを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法であって、
コンピュータが、前記タイヤの溝を横断する方向における断面で見た場合に、トレッドパターンの溝壁のラインを延長した第１の線と、前記トレッドパターンの表面のラインに直交する第２の線とが成す角度が、前記溝壁のラインと前記第２の線とが成す角度よりも小さくなるように前記第１の線を設定して要素分割することを特徴とするタイヤモデル作成方法。 A tire model creation method for creating a tire model in which a tire tread pattern is divided into a finite number of elements,
A first line extending a line of a groove wall of the tread pattern and a second line orthogonal to the line of the surface of the tread pattern when the computer is viewed in a cross section in a direction crossing the groove of the tire; The tire model creating method is characterized in that the first line is set and the elements are divided so that an angle formed by is smaller than an angle formed by the groove wall line and the second line.

前記コンピュータが、前記第１の線によって要素分割された要素が、予め定めた所定サイズ以上のサイズとなるように前記第１の線を設定することを特徴とする請求項１記載のタイヤモデル作成方法。 2. The tire model creation according to claim 1 , wherein the computer sets the first line so that an element divided by the first line has a size equal to or larger than a predetermined size. Method.

前記所定サイズは、所望の解析精度が得られる最小サイズであることを特徴とする請求項２記載のタイヤモデル作成方法。 3. The tire model creation method according to claim 2, wherein the predetermined size is a minimum size capable of obtaining a desired analysis accuracy.

前記コンピュータが、前記第１の線と前記第２の線とが平行となるように前記第１の線を設定し、これと直交する第３の線とにより要素分割することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のタイヤモデル作成方法。 The computer sets the first line so that the first line and the second line are parallel, and divides the element by a third line orthogonal to the first line. The tire model creation method according to any one of claims 1 to 3.

前記コンピュータが、前記トレッドパターンの溝の深さが深いほど前記第１の線を長く、前記溝の深さが浅いほど前記第１の線を短く設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のタイヤモデル作成方法。 The computer sets the first line longer as the groove depth of the tread pattern is deeper, and shortens the first line as the groove depth is shallower. Item 5. The tire model creation method according to any one of Items4.

前記コンピュータが、前記トレッドパターンの溝壁のラインを延長した線同士がタイヤ内部で交差する場合にのみ、前記第１の線を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のタイヤモデル作成方法。 6. The computer according to claim 1, wherein the computer sets the first line only when lines extending from the groove wall of the tread pattern intersect each other inside the tire. The tire model creation method according to Item 1.

タイヤのトレッドパターンを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成装置であって、
前記タイヤの溝を横断する方向における断面で見た場合に、トレッドパターンの溝壁のラインを延長した第１の線と、前記トレッドパターンの表面のラインに直交する第２の線とが成す角度が、前記溝壁のラインと前記第２の線とが成す角度よりも小さくなるように前記第１の線を設定して要素分割する要素分割手段を備えたことを特徴とするタイヤモデル作成装置。 A tire model creation device for creating a tire model in which a tire tread pattern is divided into a finite number of elements,
An angle formed by a first line extending a groove wall line of the tread pattern and a second line perpendicular to the surface line of the tread pattern when viewed in a cross section in a direction crossing the tire groove A tire model creating apparatus comprising element dividing means for setting the first line so as to be smaller than an angle formed by the groove wall line and the second line. .

タイヤのトレッドパターンを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法をコンピュータに実行させるためのタイヤモデル作成プログラムであって、
前記タイヤの溝を横断する方向における断面で見た場合に、トレッドパターンの溝壁のラインを延長した第１の線と、前記トレッドパターンの表面のラインに直交する第２の線とが成す角度が、前記溝壁のラインと前記第２の線とが成す角度よりも小さくなるように前記第１の線を設定して要素分割するステップを含むことを特徴とするタイヤモデル作成プログラム。 A tire model creation program for causing a computer to execute a tire model creation method for creating a tire model in which a tire tread pattern is divided into a finite number of elements.
An angle formed by a first line extending a groove wall line of the tread pattern and a second line perpendicular to the surface line of the tread pattern when viewed in a cross section in a direction crossing the tire groove Includes a step of dividing the element by setting the first line so that the angle is smaller than an angle formed by the line of the groove wall and the second line.