JP6764320B2 - タイヤモデルの修正方法、装置、及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、タイヤモデルの修正方法、装置、及びプログラムに関する。

空気入りタイヤを、複数の有限要素に分割したＦＥＭ（Finite Element Method）モデルを用いて、タイヤの特性を予測することが行われている。タイヤモデルの外表面は、タイヤを加硫する金型の内面形状をそのまま採用することが多い。

実際にタイヤを製造する場合には、加硫金型から取り出された高温状態のタイヤをそのまま冷却するのではなく、タイヤの内面に内圧を負荷しつつ冷却することでタイヤの形状を安定させるポストキュアインフレーション（ＰＣＩ；Post Cure Inflation）処理が行われる。したがって、タイヤの断面形状は、加硫金型の内面形状だけでなく、ＰＣＩ処理の影響を受ける。

そこで、特許文献１では、高温状態に対応させるために、タイヤモデルの一部の部材（例えばカーカス）の弾性定数を常温時の設定値よりも低く設定し、ビード部を拘束した状態で内圧を付与してタイヤを変形させ、変形後の形状を採用することが記載されている。

特開２００４−２１７０７５号公報

しかしながら、上記文献に記載の方法では、例えばカーカス等の弾性定数を下げた状態で内圧充填してタイヤを変形させているが、ＰＣＩ処理による影響が少ない部分まで変形してしまう可能性がある。この場合、実際のタイヤとは異なった形状となるので、タイヤ性能を精度よく予測できない場合がある。

本開示は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、ＰＣＩ処理による影響を適切に再現したタイヤモデルの修正方法、装置及びコンピュータプログラムを提供することである。

本開示は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。

本開示のタイヤモデルの修正方法は、主溝及び主溝で区画された陸部をトレッド部に有するタイヤＦＥＭモデルを取得するステップと、ビード部を拘束した状態で内圧を付与してタイヤＦＥＭモデルを変形させる内圧充填処理を実行するステップと、内圧の付与により変形した後の形状を、内圧を付与していない自然状態の形状とするタイヤＦＥＭモデルに修正するステップと、を含み、前記内圧充填処理において、タイヤ赤道に陸部がある場合には、当該陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与し、タイヤ赤道に主溝がある場合には、当該主溝の両側に隣接する２つの陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与する。

本開示のタイヤモデルの修正装置は、主溝及び主溝で区画された陸部をトレッド部に有するタイヤＦＥＭモデルを取得するモデル取得部と、ビード部を拘束した状態で内圧を付与してタイヤＦＥＭモデルを変形させる内圧充填処理を実行する内圧充填処理部と、内圧の付与により変形した後の形状を、内圧を付与していない自然状態の形状とするタイヤＦＥＭモデルに修正するモデル修正部と、を備え、前記内圧充填処理において、タイヤ赤道に陸部がある場合には、当該陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与し、タイヤ赤道に主溝がある場合には、当該主溝の両側に隣接する２つの陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与する。

このようにすれば、踏面部のうち、ＰＣＩの影響が少ないセンター部は変形させず、ショルダー部からサイド部にかけてのみ変形させることができ、ＰＣＩの影響を適切に再現したタイヤモデルを得ることが可能となる。さらに、拘束対象となる陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束するので、踏面の形状が不連続になることを防止できる。

本開示に係る装置を示すブロック図。 装置が実行するモデル修正処理ルーチンを示すフローチャート。 修正前のモデルを示す図。 修正後のモデルを示す図。 修正前のモデルと修正後のモデルと実タイヤの形状を示す比較図。 接地解析結果を示す図。 本開示の踏面の拘束例を示す図。 本開示の踏面の拘束例を示す図。 本開示の踏面の拘束例を示す図。

以下、本開示の一実施形態を、図面を参照して説明する。

［タイヤモデルの修正装置］
装置１は、タイヤモデルを修正する。具体的に、装置１は、図１に示すように、モデル取得部１０と、処理部１１と、モデル修正部１２と、を有する。これら各部１０〜１２は、ＣＰＵ、メモリ、各種インターフェイス等を備えたパソコン等の情報処理装置においてＣＰＵが予め記憶されている図示しない処理ルーチンを実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現される。

装置１は、キーボードやマウス等の既知の操作部を介してユーザからの操作を受け付け、ＰＣＩ処理対象のタイヤデータに関するデータ、ＰＣＩ処理の条件（内圧、拘束位置）に関するデータの設定を受け付け、これらのデータをメモリに記憶する。

図１に示すモデル取得部１０は、タイヤＦＥＭモデルを生成又は取得する。図３に示すように、タイヤ軸回りに回転対称な軸対称モデルであり、タイヤ子午線断面にて定義されている。モデルＭ０は、カーカスプライ、ビードコア、ビードフィラー、サイドウォールゴム及びトレッドゴム等のタイヤ構成部材で成形されており、変形解析するために有限要素モデルが設定されている。トレッド部３には、主溝３０及び主溝３０で区画された陸部３１が定義されている。陸部のうち踏面を構成する全ての節点は接地候補点に設定されている。ビード部２の周辺には、リムとの接触点が定義されており、リムとの接触点は、内圧充填処理時に拘束される（図中にて三角に接続されている節点は拘束を意味する）。また、モデルＭ０では、インナーライナーには内圧が付与される内圧付与点が定義されている（図中にて矢印で示す節点）。モデルＭ０を構成する部材には部材の物性値が設定されている。

図１に示す内圧充填処理部１１は、タイヤ赤道ＣＬに陸部３１がある場合には、当該陸部３１の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与し、タイヤ赤道ＣＬに主溝３０がある場合には、当該主溝３０の両側に隣接する２つの陸部３１の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与する。図３の例では、タイヤ赤道ＣＬに主溝３０がある例であり、図中にて拘束する節点を三角に接続して示すように、タイヤ赤道ＣＬを通る主溝３０に隣接する２つの主溝３０の踏面を構成する全ての節点を拘束する。図３の例は、半断面であるが、全体断面で示すと図７Ａのようになり、図７Ａの場合には、陸部１，２が拘束される。図７Ｂは、主溝が５個あり、タイヤ赤道ＣＬを主溝３０が通る例である。この場合は、陸部２と３が拘束される。図７Ｃは、タイヤ赤道ＣＬに陸部がある例である。この場合は、陸部２が拘束される。

勿論、内圧充填処理では、タイヤ幅方向の最も外側になる一対の主溝３０’間にある全ての陸部の踏面を拘束してもよい。図７Ａの例では、陸部１と２が拘束される。図７Ｂの例では、陸部１，２，３，４が拘束される。図７Ｃの例では、陸部１，２，３が拘束される。このようにすれば、センター部の変形を抑えてショルダー部及びサイド部を変形させるので、ＰＣＩの影響を適切に再現したタイヤモデルを得ることが可能となる。

内圧充填処理部１１は、上記拘束状態で所定の内圧を付与し、図３及び図４に示すように、タイヤＦＥＭモデルを変形させる内圧充填処理を実行する。内圧の付与によりタイヤが変形し、変形により発生する反力と内圧と力の釣り合いが取れる状態までタイヤが変形する。

図１に示すモデル修正部１２は、図４に示すように、内圧の付与により変形した後の形状を、内圧を付与していない自然状態の形状とするタイヤＦＥＭモデルＭ１に修正する。モデルＭ０からの節点移動により簡素に修正可能である。図５は、ＰＣＩ処理をした実際のタイヤＴの形状と、金型内面に基づくタイヤＦＥＭモデルＭ０の形状と、タイヤＦＥＭモデルＭ０にＰＣＩ処理に相当する内圧を付与して変形させたタイヤＦＥＭモデルＭ１の形状とを示す図である。図５の上部の図では、ショルダー部において実タイヤＴとタイヤモデルＭ０との差が大きく見られる。図５の下部の図では、ショルダー部において実タイヤＴとタイヤモデルＭ１との差が少なくなっていることが分かる。

タイヤＦＥＭモデルＭ０と、本開示により修正したモデルＭ１とについて、図１に示す接地解析装置１’を用いてタイヤの接地形状をシミュレーションした。接地解析装置１’は、接地解析実行部１３を有する。接地解析実行部１３は、所定の境界条件のもと、モデルに所定内圧を加えて所定荷重をかけて仮想路面に接地させ、接地形状及び接地圧を算出する。

図６に解析結果である接地形状を示す。図６に示すように、上部が実測であり、中部がモデルＭ０を用いた比較例であり、下部がモデルＭ１を用いた実施例である。ショルダー部とセンター部の接地長比（Ｓｈ／Ｃｅ）は、実測が１．０５、比較例が０．７７４、実施例が１．００８であった。接地幅は、実測が１１８．７で、比較例が１１７．０で、実施例が１１８．０であった。いずれも実施例が比較例よりも実測値に近い。よって、本手法が有効であると分かる。

［修正方法］
上記装置１の動作について図１、２を参照しつつ説明する。

まず、ステップＳＴ１において、モデル取得部１０は、主溝３０及び主溝３０で区画された陸部３１をトレッド部３に有するタイヤＦＥＭモデルＭ０を取得する。

次のステップＳＴ２において、内圧充填処理部１１は、ビード部２を拘束する。次のステップＳＴ３において、内圧充填処理部１１は、タイヤ赤道ＣＬに陸部３１があるか否かを判定し、タイヤ赤道ＣＬに陸部３１がある場合には当該陸部３１の踏面を拘束する（ステップＳＴ４）。一方、タイヤ赤道ＣＬに陸部３１がなく、タイヤ赤道ＣＬに主溝３０がある場合には、当該主溝３０の両側に隣接する２つの陸部３１の踏面を拘束する（ステップＳＴ５）。

次のステップＳＴ６において、内圧充填処理部１１は、所定の内圧を付与してタイヤＦＥＭモデルＭ０を変形させる。

次のステップＳＴ７において、モデル修正部１２は、内圧の付与により変形した後の形状を、自然状態の形状とするモデルＭ１に修正する。

以上のように、本実施形態のタイヤモデルの修正方法は、主溝３０及び主溝３０で区画された陸部３１をトレッド部３に有するタイヤＦＥＭモデルＭ０を取得するステップ（ＳＴ１）と、ビード部２を拘束した状態で内圧を付与してタイヤＦＥＭモデルＭ０を変形させる内圧充填処理を実行するステップ（ＳＴ６）と、内圧の付与により変形した後の形状を、内圧を付与していない自然状態の形状とするタイヤＦＥＭモデルＭ１に修正するステップ（ＳＴ７）と、を含む。内圧充填処理において、タイヤ赤道ＣＬに陸部３１がある場合（ＳＴ３：ＹＥＳ）には、陸部３１の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与し（ＳＴ４）、タイヤ赤道ＣＬに主溝３０がある場合（ＳＴ３：ＮＯ）には、主溝３０の両側に隣接する２つの陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与する（ＳＴ５）。

本実施形態のタイヤモデルの修正装置は、主溝３０及び主溝３０で区画された陸部３１をトレッド部３に有するタイヤＦＥＭモデルＭ０を取得するモデル取得部１０と、ビード部２を拘束した状態で内圧を付与してタイヤＦＥＭモデルＭ０を変形させる内圧充填処理を実行する内圧充填処理部１１と、内圧の付与により変形した後の形状を、内圧を付与していない自然状態の形状とするタイヤＦＥＭモデルＭ１に修正するモデル修正部１２と、を備える。内圧充填処理において、タイヤ赤道ＣＬに陸部３１がある場合には、陸部３１の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与し、タイヤ赤道ＣＬに主溝３０がある場合には、主溝３０の両側に隣接する２つの陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与する。

このようにすれば、踏面部のうち、ＰＣＩの影響が少ないセンター部は変形させず、ショルダー部からサイド部にかけてのみ変形させることができ、ＰＣＩの影響を適切に再現したタイヤモデルを得ることが可能となる。さらに、拘束対象となる陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束するので、踏面の形状が不連続になることを防止できる。

本実施形態では、内圧充填処理において、タイヤ幅方向ＷＤの最も外側にある一対の主溝（３０’、３０’）間にある全ての陸部の踏面を拘束する。

このようにすれば、センター部の変形を抑えてショルダー部及びサイド部を変形させるので、ＰＣＩの影響を適切に再現したタイヤモデルを得ることが可能となる。

本実施形態のプログラムは、上記方法を構成する各ステップをコンピュータに実行させる。
これらプログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。言い換えると、上記方法を使用しているとも言える。

以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、図１に示す各部１０〜１２は、所定プログラムをコンピュータのＣＰＵで実行することで実現しているが、各部を専用メモリや専用回路で構成してもよい。

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

３…トレッド部
３０…主溝
３１…陸部
１０…モデル取得部
１１…内圧充填処理部
１２…モデル修正部

Claims (5)

1. 主溝及び主溝で区画された陸部をトレッド部に有するタイヤＦＥＭモデルを取得するステップと、
   ビード部を拘束した状態で内圧を付与してタイヤＦＥＭモデルを変形させる内圧充填処理を実行するステップと、
   内圧の付与により変形した後の形状を、内圧を付与していない自然状態の形状とするタイヤＦＥＭモデルに修正するステップと、を含み、
   前記内圧充填処理において、タイヤ赤道に陸部がある場合には、当該陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与し、タイヤ赤道に主溝がある場合には、当該主溝の両側に隣接する２つの陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与する、タイヤモデルの修正方法。
2. 前記内圧充填処理において、タイヤ幅方向の最も外側にある一対の主溝間にある全ての陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束する、請求項１に記載の方法。
3. 主溝及び主溝で区画された陸部をトレッド部に有するタイヤＦＥＭモデルを取得するモデル取得部と、
   ビード部を拘束した状態で内圧を付与してタイヤＦＥＭモデルを変形させる内圧充填処理を実行する内圧充填処理部と、
   内圧の付与により変形した後の形状を、内圧を付与していない自然状態の形状とするタイヤＦＥＭモデルに修正するモデル修正部と、を備え、
   前記内圧充填処理において、タイヤ赤道に陸部がある場合には、当該陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与し、タイヤ赤道に主溝がある場合には、当該主溝の両側に隣接する２つの陸部の踏面を構成する全ての節点を拘束して内圧を付与する、タイヤモデルの修正装置。
4. 前記内圧充填処理において、タイヤ幅方向の最も外側にある一対の主溝間にある全ての陸部の踏面を拘束する、請求項３に記載の装置。
5. 請求項１又は２に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。