JP5498238B2 - シミュレーション方法及びシミュレーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いたシミュレーションを行うシミュレーション方法及びシミュレーション装置に関する。

タイヤモデルを用いたシミュレーション方法として、特許文献１に記載されている有限要素法（ＦＥＭ）が知られている。この有限要素法では、ゴム、ベルト、プライ、鉄・有機繊維等でできた補強コード、補強コードをシート状に束ねた補強材などの空気入りタイヤの内部構造を有限要素法に従って作成したタイヤモデルと、路面を有限個の要素に分割した路面モデルとが設定され、シミュレーションに用いられる。

株式会社ブリヂストン編「自動車用タイヤの基礎と実際」山海堂、２００６年１月５日、ｐ．２４２

しかしながら、上述のシミュレーション方法では、タイヤが路面に接する際のシミュレーション（平押し解析）が行われる場合、タイヤモデルは、要素の節点にのみ変形自由度を有しており、節点以外では変形できない。従って、路面に対するタイヤモデルの接地端は、節点の位置のみとなる。このため、より正確な接地端を得るためには、要素を細かくする必要がある。しかしながら、要素を細かくすると、解析時間が増加するため、現実的な措置ではない。

そこで、従来は、接地端の節点と、当該接地端の節点の近傍の４つの節点に基づいて、３次多項式を生成し、当該３次多項式と路面との交点を接地端とすることが提案されている。

しかし、３次多項式と路面との交点が、接地端の節点よりも接地面の内方となってしまう場合があり、有限要素法の結果と矛盾する事態が生じる。このため、シミュレーションにおいて滑らかな感度が得られないという問題があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、解析時間を増加させることなく、より正確な接地端を得ることが可能なシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、シミュレーション方法であって、タイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを設定するタイヤモデル設定ステップと、前記タイヤモデルを用いたシミュレーションによって、路面に対する前記タイヤモデルの接地時の評価値を算出する評価値算出ステップとを有し、前記評価値算出ステップは、前記要素の前記タイヤモデルの外周部に対応する頂点である節点のうち、前記路面に接していない少なくとも４つの節点である離隔節点に基づいて、近似曲線式を生成するステップと、前記近似曲線式の接線を算出するステップと、前記接線と、前記路面との交点を接地端として算出するステップとを有することを要旨とする。

本発明の第１の特徴によれば、路面に接していない４つの離隔節点に基づいて、近似曲線式を生成し、更に、当該近似曲線式の接線を算出して、当該接線と、路面との交点を接地端として算出する。これにより、接地面の外方を接地端として得ることができ、より正確な接地端を得ることが可能となる。

本発明の第２の特徴は、前記近似曲線式を生成するステップは、前記離隔節点を結んだ線の近似曲線式を生成することを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、前記近似曲線式の接線を算出するステップは、前記路面に最も近い前記離隔節点の位置における前記近似曲線式の接線を算出することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、前記近似曲線式は、３次元多項式であることを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、シミュレーション装置であって、上述のシミュレーション方法を実行することを要旨とする。

以上説明したように、本発明によれば、解析時間を増加させることなく、より正確な接地端を得ることが可能なシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供できる。

図１は、本実施形態に係る接地端補正方法を説明するフローチャートである。 図２は、スムースタイヤモデルを説明する図、及び、スムースタイヤモデルにおける路面との接地部分近傍の拡大図である。

である。
図３は、３次多項式の曲線、３次多項式の接線、及び、補正接地端節点とを示す図である。 図４は、従来のタイヤの幅方向の接地長の一例を示す図である。 図５は、本実施形態に係るタイヤの幅方向の接地長の一例を示す図である。 図６は、本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の構成図である。

本発明に係るタイヤ性能予測方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）接地端補正方法、（２）シミュレーション装置、（３）作用・効果、（４）その他の実施形態について説明する。

なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。

（１）接地端補正方法
図１は、空気入りタイヤの挙動を、本実施形態に係るタイヤモデル作成方法を用いて作成されたタイヤモデルを用いて評価する際の接地端補正方法を説明するフローチャートである。図１に示す処理は、例えば、タイヤ性能を評価するためのタイヤモデルの解析方法の一例である、大域解析（Ｇｌｏｂａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ：以下、Ｇ解析という）において行われる。

シミュレーション装置は、タイヤモデルを作成するための数値解析手法として、有限要素法（ＦＥＭ）を適用する。ステップＳ３１において、シミュレーション装置は、ゴム、ベルト、プライ、鉄、有機繊維等でできた補強コード、補強コードをシート状に束ねた補強材などの空気入りタイヤの内部構造のみが設定されたスムースタイヤモデルを作成する。なお、スムースタイヤモデルに代えて、リブタイヤモデルが作成されてもよい。

図２は、スムースタイヤモデル１４０を説明する図、及び、スムースタイヤモデル１４０の路面１５０との接地部分近傍の拡大図である。ステップＳ３１では、シミュレーション装置は、タイヤが路面１５０に接地した場合のスムースタイヤモデル１４０を作成する。

このとき、シミュレーション装置は、スムースタイヤモデル１４０の外周部に対応する頂点である節点のうち、１つの節点を仮の接地端の節点（以下、仮接地端節点という。）１４１として設定するとともに、当該仮接地端節点１４１に連続する節点であって、路面１５０に接していない４つの節点（以下、離隔節点という。）１４２−１、１４２−２、１４２−３及び１４２−４を設定する。

再び、図１に戻って説明する。ステップＳ３２では、シミュレーション装置は、４つの離隔節点１４２−１、１４２−２、１４２−３及び１４２−４を結んだ線の近似曲線式である３次多項式の曲線を生成する。

図３は、３次多項式の曲線を示す図である。図３における太線１５１は、４つの離隔節点１４２−１、１４２−２、１４２−３及び１４２−４を結んだ線の近似曲線である３次多項式の曲線１５１である。この３次多項式の曲線１５１は、４つの離隔節点１４２−１、１４２−２、１４２−３及び１４２−４のうち、少なくとも、仮接地端節点１４１に最も近い離隔節点（以下、最近傍離隔節点という。）１４２−１を通る。

再び、図１に戻って説明する。ステップＳ３３では、シミュレーション装置は、最近傍離隔節点１４２−１における、３次多項式の曲線１５１の接線を算出する。

図３は、最近傍離隔節点１４２−１における、３次多項式の曲線１５１の接線を示す図である。図３における細線１５２は、最近傍離隔節点１４２−１における、３次多項式の曲線１５１の接線１５２である。

再び、図１に戻って説明する。ステップＳ３４では、シミュレーション装置は、３次多項式の曲線１５１の接線１５２と、路面１５０との交点を最終的な接地端節点（以下、補正接地端節点という。）として算出する。

図３は、補正接地端節点を示す図である。図３において、最近傍離隔節点１４２−１における、３次多項式の曲線１５１の接線１５２と、路面１５０との交点１５５は、補正接地端節点となる。

以上の処理により、補正接地端節点１５５が設定される。

図４は、従来のシミュレーション方法におけるタイヤの幅方向の接地長の一例を示す図である。また、図５は、本実施形態に係るシミュレーション方法におけるタイヤの幅方向の接地長の一例を示す図である。ここで、接地長とは、タイヤが接地した場合の当該タイヤにおける路面と垂直な方向の長さを意味する。また、図４及び図５は、荷重が所定値の１００％、９７．５％、９５％のそれぞれにおける接地長が示されている。

図４は、３次多項式の曲線と路面との交点を接地端節点とした場合であり、図５は、上述した通り、最近傍離隔節点における、３次多項式の曲線の接線と路面との交点を接地端節点とした場合である。

図４と図５の対比から明らかなように、本実施形態では、従来よりも接地長ほ変化が大きく、より実測値に近い接地長を得ることができる。

（２）シミュレーション装置
図６には、本発明の実施形態に係るシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置としてのコンピュータ３００の概略が示されている。図６に示すように、コンピュータ３００は、半導体メモリー、ハードディスクなどの記憶部（不図示）、処理部（不図示）などを備えた本体部３１０と、入力部３２０と、表示部３３０とを備える。処理部は、図１を用いて説明したシミュレーション方法、及び、図１を用いて説明した接地端節点補正方法を実行する。

コンピュータ３００は、図示しないが着脱可能な記憶媒体と、この記憶媒体に対して書き込み・読み出しを可能にするドライバが備えられていてもよい。図１を用いて説明したシミュレーション方法、及び、図１を用いて説明した接地端節点補正方法を実行するプログラムを予め記憶媒体に記録しておき、記憶媒体から読み出されたプログラムを実行してもよい。コンピュータ３００の記憶部にプログラムを格納（インストール）して実行してもよい。コンピュータ３００は、図示しないが、例えば、ネットワークに接続可能であってもよい。ネットワークを介して、シミュレーション方法、及び、を実行するプログラムを取得してもよい。

（３）作用・効果
本実施形態のシミュレーション方法によれば、４つの離隔節点１４２−１、１４２−２、１４２−３及び１４２−４を結んだ線の近似曲線である３次多項式の曲線が生成され、最近傍離隔節点１４２−１における、３次多項式の曲線１５１の接線１５２が算出され、更に、当該接線１５２と、路面１５０との交点が補正接地端節点１５５として算出される。

これにより、従来のように、有限要素法における要素を細かくした結果、解析時間が増加するということはなく、更には、３次多項式と路面との交点が、接地端の節点よりも接地面の内方となってしまい、有限要素法の結果と矛盾する事態が抑制される。

この結果、解析時間の増加を防止し、より正確な接地端を得ることが可能となる。

（４）その他の実施形態
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が明らかとなる。例えば、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。

実施形態では、Ｇ解析において補正接地端節点を算出する場合について説明したが、他の解析手法にも本発明を適用可能である。

また、上述した実施形態では、シミュレーション装置は、ＰＣ３００であったが、サーバ、携帯電話機等の他の装置が用いられる場合にも、同様に本発明を適用可能である。

また、上述した実施形態では、近似曲線式として３次元多項式を用いたが、他の多項式を用いる場合や、最小二乗法により求められる近似曲線式を用いる場合にも、同様に本発明を適用できる。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１４０…スムースタイヤモデル、１４１…仮接地端節点、１４２−１、１４２−２、１４２−３、１４２−４…離隔節点、１５０…路面、１５１…３次多項式曲線、１５２…接線、１５５…補正接地端節点、３００…コンピュータ、３１０…本体部、３２０…入力部、３３０…表示部

Claims (5)

1. タイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを設定するタイヤモデル設定ステップと、
   前記タイヤモデルを用いたシミュレーションによって、路面に対する前記タイヤモデルの接地時の評価値を算出する評価値算出ステップとを有し、
   前記評価値算出ステップは、
   前記要素の前記タイヤモデルの外周部に対応する頂点である節点のうち、１つの節点を仮の接地端の節点である仮接地端節点として設定するとともに、当該仮接地端節点からタイヤ周方向に沿って連続する節点であって、前記路面に接していない少なくとも４つの節点である離隔節点に基づいて、近似曲線式を生成するステップと、
   前記近似曲線式の接線を算出するステップと、
   前記接線と、前記路面との交点を接地端として算出するステップと
   を有し、
   前記近似曲線式を生成するステップでは、
   前記タイヤモデルの中心を通り、前記路面に直交する線と路面との交点から前記タイヤ周方向に延びる９０度の範囲内に、当該仮接地端節点及び前記離隔節点を設定することを特徴とするシミュレーション方法。
2. 前記近似曲線式を生成するステップは、前記離隔節点を結んだ線の近似曲線式を生成する請求項１に記載のシミュレーション方法。
3. 前記近似曲線式の接線を算出するステップは、前記４つの節点のうち前記路面に最も近い前記離隔節点の位置における前記近似曲線式の接線を算出する請求項１又は２に記載のシミュレーション方法。
4. 前記近似曲線式は、３次元多項式である請求項１乃至３の何れかに記載のシミュレーション方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシミュレーション方法を実行することを特徴とするシミュレーション装置。

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