JP5721982B2 - タイヤ性能シミュレーション方法、タイヤ性能シミュレーション装置、及びタイヤ性能シミュレーションプログラム - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ性能シミュレーション方法、タイヤ性能シミュレーション装置、及びタイヤ性能シミュレーションプログラムに係り、より詳しくは、有限要素法によりタイヤの性能をシミュレーションするタイヤ性能シミュレーション方法、タイヤ性能シミュレーション装置、及びタイヤ性能シミュレーションプログラムに関する。

従来、タイヤの諸性能を有限要素法等の数値解析により予測することによって試作コストを削減したり深い物理的理解を得る試みがなされており、計算時間を短縮でき且つ精度良くタイヤ性能を数値解析するためのタイヤモデルの作成方法に関して様々な技術が提案されている。

例えば特許文献１には、加硫前の各製造工程で発生するタイヤの変形状態や各部材の歪みや応力や張力を算出することのできるタイヤ製造工程のシミュレーション方法が記載されている。

また、特許文献２には、等価加硫度の予測時における取り扱いを容易にできるとともに、予測結果を得るまでの時間を短縮できる等価加硫度の予測方法が記載されている。

また、特許文献３には、任意の製造工程におけるタイヤの断面形状を短時間で予測可能なタイヤ製造時の断面形状予測方法が記載されている。

特開２００３−２２５９５２号公報 特開２００５−２１２１５０号公報 特開２００６−１６８２９４号公報

従来、タイヤモデルは、タイヤを加硫するためのモールドのモールド内形状図をベースにして作成していたが、モールド内形状と、実際に加硫したタイヤの形状とは異なってしまうため、精度の高いシミュレーションを実行するためには、製品タイヤ（加硫後タイヤ）から直接モデル化する必要があった。

しかしながら、実在するタイヤについてはタイヤモデルを作成できるものの、形状変更などを施した未知のタイヤモデルについては、あるべき製品形状についてシミュレーションした後にモールド形状へ反映するのが困難である、という問題があった。

従来では、加硫によるタイヤの拡張等を考慮してモールド形状から製品形状を予測する際には、設計者の経験や過去の事例などから経験的に行っているのが現状であった。

このため、モールド作成、試作、性能評価を実施して初めて設計が妥当だったか否かを確認できるため、思い通りの性能が得られない場合は、さらにモールド作成、試作、性能評価が必要となるため、タイヤの設計開発に多くの時間及びコストを要する、という問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、タイヤの設計開発に要する時間を短縮することができると共に、タイヤ性能を精度良くシミュレーションすることが可能なタイヤ性能シミュレーション方法、タイヤ性能シミュレーション装置、及びタイヤ性能シミュレーションプログラムを提供することを目的とする。

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性能シミュレーション方法は、溝が形成されたトレッドゴムを有するタイヤを複数の要素に要素分割したタイヤモデルを作成するステップと、前記タイヤの拡張率を設定するステップと、前記拡張率に基づいて、前記タイヤの加硫後の前記タイヤのモールド内における形状に関するパラメータを計算するステップと、前記パラメータに基づいて、前記タイヤの加硫後のモールド内における形状を計算するステップと、前記タイヤの加硫後のモールド内における形状に基づいて、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力を計算するステップと、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力に基づいて、前記タイヤの性能解析を実行するステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、タイヤの拡張率を考慮してタイヤの加硫後のモールド内における形状を計算し、このタイヤの加硫後のモールド内における形状に基づいて、タイヤの熱収縮率及び残留応力を計算し、計算した熱収縮率及び残留応力に基づいて、タイヤの性能解析を実行する。このため、タイヤの設計開発に要する時間を短縮することができると共に、タイヤ性能を精度良くシミュレーションすることができる。

なお、請求項２に記載したように、前記パラメータは、前記タイヤを構成する複数のベルトのコード部材が交差する角度であるベルト角と、前記ベルト及び前記タイヤを構成するカーカスの少なくとも一方のコード部材の単位間隔当たりの打ち込み本数と、の少なくとも一方を含むことが好ましい。

また、請求項３に記載したように、前記タイヤの拡張率は、前記タイヤの構成部材及び部位毎に設定されることが好ましい。

また、請求項４に記載したように、前記タイヤを加硫後の冷却時の内圧及び冷却時間に基づいて、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力を計算することが好ましい。

請求項５記載の発明のタイヤ性能シミュレーション装置は、溝が形成されたトレッドゴムを有するタイヤを複数の要素に要素分割したタイヤモデルを作成する作成手段と、前記タイヤの拡張率を設定する設定手段と、前記拡張率に基づいて、前記タイヤの加硫後の前記タイヤのモールド内における形状に関するパラメータを計算する第１の計算手段と、前記パラメータに基づいて、前記タイヤの加硫後のモールド内における形状を計算する第２の計算手段と、前記タイヤの加硫後のモールド内における形状に基づいて、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力を計算する第３の計算手段と、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力に基づいて、前記タイヤの性能解析を実行する実行手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、タイヤの設計開発に要する時間を短縮することができると共に、タイヤ性能を精度良くシミュレーションすることができる。

請求項６記載の発明のタイヤ性能シミュレーションプログラムは、溝が形成されたトレッドゴムを有するタイヤを複数の要素に要素分割したタイヤモデルを作成するステップと、前記タイヤの拡張率を設定するステップと、前記拡張率に基づいて、前記タイヤの加硫後の前記タイヤのモールド内における形状に関するパラメータを計算するステップと、前記パラメータに基づいて、前記タイヤの加硫後のモールド内における形状を計算するステップと、前記タイヤの加硫後のモールド内における形状に基づいて、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力を計算するステップと、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力に基づいて、前記タイヤの性能解析を実行するステップと、を含む処理をコンピュータに実行させるためのものである。

この発明によれば、タイヤの設計開発に要する時間を短縮することができると共に、タイヤ性能を精度良くシミュレーションすることができる。

本発明によれば、タイヤの設計開発に要する時間を短縮することができると共に、タイヤ性能を精度良くシミュレーションすることができる、という効果を有する。

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。 コンピュータの概略ブロック図である。 タイヤ性能シミュレーションプログラムのフローチャートである。 タイヤの一例を示す断面図である。 タイヤモデルの一例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１には一例として空気入りタイヤのタイヤモデルの作成や性能予測を実施するためのタイヤ性能シミュレーション装置として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３次元モデルを作成したり性能を予測したりするコンピュータ１２、コンピュータ１２による演算結果や各種画面等を表示するディスプレイ１４、及びディスプレイ１４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を含んで構成されている。

コンピュータ１２は、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１２Ｅがバス１２Ｆを介して各々接続された構成となっている。

Ｉ／Ｏ１２Ｅには、キーボード１０、ディスプレイ１４、マウス１６、ハードディスク１８、及び記録媒体としてのＣＤ−ＲＯＭ２０が挿抜可能なＣＤ−ＲＯＭドライブ２１が接続されている。

ハードディスク１８には、後述するタイヤ性能シミュレーションプログラムや、これらの実行に必要な各種パラメータや、タイヤモデルの作成に必要なモールド内形状図の形状データ等、各種データが記憶されている。ＣＰＵ１２Ａは、ハードディスク１８に記憶されたタイヤ性能シミュレーションプログラムを読み込んで実行する。

なお、後述するタイヤ性能シミュレーションプログラム等は、例えばＣＤ−ＲＯＭドライブ２１を用いてＣＤ−ＲＯＭ２０に対して読み書き可能とすることもできるので、後述するタイヤ性能シミュレーションプログラムは、予めＣＤ−ＲＯＭ２０に記録しておき、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２１を介してＣＤ−ＲＯＭ２０に記録されたタイヤ性能シミュレーションプログラムを読み込んで実行してもよい。また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭに限らず、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ＣＤ−ＲＯＭドライブ２１に代えて、またはさらにＤＶＤ−ＲＯＭドライブ、ＭＤドライブ、ＭＯドライブ等を用いればよい。

次に、本実施の形態の作用として、コンピュータ１２で実行されるタイヤ性能シミュレーションプログラムの処理ルーチンについて図３に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップ１００では、タイヤ性能のシミュレーション対象となるタイヤを加硫するためのモールドのモールド内形状図の形状データ（ＣＡＤデータ）をハードディスク１８から読み込んで取得する。

図４には、一例として乗用車用タイヤのタイヤ断面の一例を示した。タイヤ２０は、タイヤの骨格となるカーカス２２を有している。このカーカス２２は、ビード２６により折り返されている。このカーカス２２の内側はインナーライナー２４とされ、インナーライナー２４に延長上にはビードゴム３６が配置している。

また、折り返されたカーカス２２により形成される略三角形状の領域はビードフィラー２８とされている。カーカス２２の上方には、ベルト３０が配置しており、このベルト３０の半径方向外側には溝が形成されたトレッドゴム３２が配置し、カーカス２２のタイヤの軸方向外側にはサイドゴム３４が配置している。なお、ベルト３０は、本実施形態では２枚のベルト３０Ａ、３０Ｂから構成されており、ベルト３０Ａ、３０Ｂを構成するコード部材が平面視した場合に交差するように重ね合わされて配置されている。

ステップ１００では、このようなタイヤ２０を作製するためのモールドのモールド内形状図の形状データを取得する。

ステップ１０２では、取得したモールド内形状図の形状データに基づいて、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１０２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、タイヤを数値的・解析的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。この要素分割とはタイヤ、及び路面（後述）等の対象物を小さな幾つかの（有限の）小部分、すなわち要素に分割することをいう。この要素ごとに計算を行い全ての要素について計算した後、全部の要素を足し合わせることにより全体の応答を得ることができる。

このようにして、タイヤモデルが作成される。図５には、作成されたタイヤモデルの一例を示した。

ステップ１０４では、ＦＥＭ計算に必要な計算条件を設定、計算する。例えば、ＦＥＭ計算に必要なパラメータとして、トレッドゴム３２やサイドゴム３４等、タイヤの各構成部材に用いられるゴム材料や、カーカス２２やベルト３０等のコード部材を含む構成部材に用いられる繊維材料等を設定する。

ステップ１０６では、タイヤの製品形状を得るためのＦＥＭ計算に必要な計算条件を設定する。例えば、境界条件として、タイヤモデルに付与する内圧等を設定する。また、タイヤを構成する構成部材毎及び部位（センター、ショルダー等）毎の拡張率を設定する。この拡張率は、例えば予めハードディスク１８に記憶される。

そして、設定された拡張率に基づいて、例えばベルト３０Ａ、３０Ｂを構成するコード部材の交差角度であるベルト角を計算する。タイヤが加硫等によって拡張、すなわち膨張すれば、ベルト角も変化するからである。

また、設定された拡張率に基づいて、カーカス２２やベルト３０のコードの単位間隔当たりの打ち込み数を計算する。タイヤが加硫等によって拡張すれば、コードの単位間隔辺りの打ち込み数も変化するからである。

ステップ１０８では、ステップ１０６で設定された境界条件やベルト角、コードの単位間隔当たりの打ち込み数等に基づいて、ＦＥＭ計算を実行する。このＦＥＭ計算によって加硫時のタイヤの製品形状が得られる。なお、ＦＥＭ計算は公知の手法を用いることができる。

ステップ１１０では、ステップ１０８のＦＥＭ計算結果に基づいて、タイヤの製品形状を抽出する。ステップ１０８のＦＥＭ計算では、各要素の位置情報が得られるので、この位置情報からタイヤの製品形状が得られる。

ステップ１１２では、ステップ１１０で抽出したタイヤの製品形状、すなわち各要素の位置情報に基づいて、各構成部材の熱収縮率や残留応力を計算する。このとき、タイヤを加硫後、冷却するときの冷却時の内圧、冷却時間を設定し、これらの設定値に基づいて、各構成部材の熱収縮率や残留応力を計算する。

ステップ１１４では、ステップ１０６で設定した境界条件やステップ１１２で計算した熱収縮率や残留応力に基づいて、ＦＥＭ計算、すなわちタイヤの性能解析を実行する。この性能解析は、種々公知の手法を用いることができる。

ステップ１１６では、ステップ１１４で実行したタイヤの性能解析の結果に基づいて、タイヤ性能の予測結果を抽出する。例えば、タイヤの接地形状、接地圧分布、タイヤに作用する横力、モーメント、タイヤの上下方向の偏心固有値等のタイヤ性能を計算する。

ステップ１１８では、ステップ１１６で計算した各タイヤ性能が予め定めた目標性能を満たすか否かを判断し、各タイヤ性能が予め定めた目標性能を満たしている場合には、本ルーチンを終了する。一方、各タイヤ性能が予め定めた目標性能を満たしていない場合には、ステップ１２０へ移行し、モールド内形状図の形状データを設計変更する。そして、ステップ１００へ戻って、各タイヤ性能が目標性能を満たすまで上記と同様の処理を繰り返す。

このように、本実施形態では、タイヤの構成部材の拡張率に基づいて、カーカスやベルトを構成するコード部材のベルト角やコード部材の単位間隔辺りの打ち込み数を計算し、これを考慮してタイヤの製品形状をＦＥＭ計算により抽出している。そして、タイヤの各構成部材の熱収縮率や残留応力を、タイヤの冷却時の内圧や冷却時間に基づいて計算し、その計算結果に基づいてタイヤの性能解析を行ってタイヤ性能を計算するので、タイヤの設計開発に要する時間を短縮することができると共に、タイヤ性能を精度良くシミュレーションすることができる。

１０ キーボード
１２ コンピュータ
１４ ディスプレイ
１６ マウス
１８ ハードディスク
２０ タイヤ
２１ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
２２ カーカス
２４ インナーライナー
２６ ビード
２８ ビードフィラー
３０ ベルト
３２ トレッドゴム
３４ サイドゴム
３６ ビードゴム

Claims (6)

1. 溝が形成されたトレッドゴムを有するタイヤを複数の要素に要素分割したタイヤモデルを作成するステップと、
   前記タイヤの拡張率を設定するステップと、
   前記拡張率に基づいて、前記タイヤの加硫後の前記タイヤのモールド内における形状に関するパラメータを計算するステップと、
   前記パラメータに基づいて、前記タイヤの加硫後のモールド内における形状を計算するステップと、
   前記タイヤの加硫後のモールド内における形状に基づいて、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力を計算するステップと、
   前記タイヤの熱収縮率及び残留応力に基づいて、前記タイヤの性能解析を実行するステップと、
   を含むタイヤ性能シミュレーション方法。
2. 前記パラメータは、前記タイヤを構成する複数のベルトのコード部材が交差する角度であるベルト角と、前記ベルト及び前記タイヤを構成するカーカスの少なくとも一方のコード部材の単位間隔当たりの打ち込み本数と、の少なくとも一方を含む
   請求項１記載のタイヤ性能シミュレーション方法。
3. 前記タイヤの拡張率は、前記タイヤの構成部材及び部位毎に設定される
   請求項１又は請求項２記載のタイヤ性能シミュレーション方法。
4. 前記タイヤを加硫後の冷却時の内圧及び冷却時間に基づいて、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力を計算する
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のタイヤ性能シミュレーション方法。
5. 溝が形成されたトレッドゴムを有するタイヤを複数の要素に要素分割したタイヤモデルを作成する作成手段と、
   前記タイヤの拡張率を設定する設定手段と、
   前記拡張率に基づいて、前記タイヤの加硫後の前記タイヤのモールド内における形状に関するパラメータを計算する第１の計算手段と、
   前記パラメータに基づいて、前記タイヤの加硫後のモールド内における形状を計算する第２の計算手段と、
   前記タイヤの加硫後のモールド内における形状に基づいて、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力を計算する第３の計算手段と、
   前記タイヤの熱収縮率及び残留応力に基づいて、前記タイヤの性能解析を実行する実行手段と、
   を備えたタイヤ性能シミュレーション装置。
6. 溝が形成されたトレッドゴムを有するタイヤを複数の要素に要素分割したタイヤモデルを作成するステップと、
   前記タイヤの拡張率を設定するステップと、
   前記拡張率に基づいて、前記タイヤの加硫後の前記タイヤのモールド内における形状に関するパラメータを計算するステップと、
   前記パラメータに基づいて、前記タイヤの加硫後のモールド内における形状を計算するステップと、
   前記タイヤの加硫後のモールド内における形状に基づいて、前記タイヤの熱収縮率及び残留応力を計算するステップと、
   前記タイヤの熱収縮率及び残留応力に基づいて、前記タイヤの性能解析を実行するステップと、
   を含む処理をコンピュータに実行させるためのタイヤ性能シミュレーションプログラム。

Images