(57)【要約】【課題】氷上におけるタイヤ性能を精度良く予測することができる。【解決手段】タイヤ性能シミュレーション方法は、タイヤの少なくとも一部を有限個の要素で分割したタイヤモデルを設定するステップと、氷上路面を表す氷上路面モデルを設定するステップと、氷上路面のタイヤの少なくとも一部との接触面に複数の計算点を設定するステップと、複数の計算点の各々について、タイヤの少なくとも一部が氷上路面上を移動した場合に発生する摩擦の摩擦エネルギーを計算するステップと、複数の計算点の各々について、タイヤの少なくとも一部が氷上路面と接触する前の計算点における初期温度と摩擦エネルギーとに基づいて、タイヤの少なくとも一部が氷上路面上を移動した後の計算点における路面温度を計算するステップと、複数の計算点の路面温度に基づいて、接触面のうち氷の融点以上の温度となる領域を抽出するステップと、を含む。【選択図】図２
2014074688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの少なくとも一部を有限個の要素で分割したタイヤモデルを設定するステップと、
氷上路面を表す氷上路面モデルを設定するステップと、
前記氷上路面の前記タイヤの少なくとも一部との接触面に複数の計算点を設定するステップと、
前記複数の計算点の各々について、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面上を移動した場合に発生する摩擦の摩擦エネルギーを計算するステップと、
前記複数の計算点の各々について、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面と接触する前の前記計算点における初期温度と前記摩擦エネルギーとに基づいて、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面上を移動した後の前記計算点における路面温度を計算するステップと、
前記複数の計算点の前記路面温度に基づいて、前記接触面のうち氷の融点以上の温度となる領域を抽出するステップと、
を含むタイヤ性能シミュレーション方法。
【請求項２】
前記氷の融点以上の領域と前記氷の融点未満の領域とに基づいて、前記接触面に関する接触面特性を計算するステップ
をさらに含む請求項１記載のタイヤ性能シミュレーション方法。
【請求項３】
前記接触面特性は、前記接触面における摩擦係数である
請求項２記載のタイヤ性能シミュレーション方法。
【請求項４】
コンピュータに、
タイヤの少なくとも一部を有限個の要素で分割したタイヤモデルを設定するステップと、
氷上路面を表す氷上路面モデルを設定するステップと、
前記氷上路面の前記タイヤの少なくとも一部との接触面に複数の計算点を設定するステップと、
前記複数の計算点の各々について、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面上を移動した場合に発生する摩擦の摩擦エネルギーを計算するステップと、
前記複数の計算点の各々について、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面と接触する前の前記計算点における初期温度と前記摩擦エネルギーとに基づいて、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面上を移動した後の前記計算点における路面温度を計算するステップと、
前記複数の計算点の前記路面温度に基づいて、前記接触面のうち氷の融点以上の温度となる領域を抽出するステップと、
を含む処理を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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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解析するためのタイヤ性能シミュレーション方法及びタイヤ性能シミュレーションプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タイヤの性能をシミュレーションする方法として、評価しようとする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で近似するとともに、各有限要素に密度や弾性率などの特性を与え、上記モデルに内圧、荷重などの境界条件を与えて上記各要素の変形状態を計算してタイヤの変形や転がり抵抗などのタイヤの動特性を数値解析する有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）が多く用いられている。
【０００３】
また、タイヤ性能をシミュレーションする際に、タイヤと路面との摩擦を考慮してタイヤ性能をシミュレーションする技術が従来から提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９４５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、例えば路面が凍結している場合のように氷上におけるタイヤとの摩擦による水の融解は考慮していないため、氷上でのタイヤ性能を正確にシミュレーションすることはできない。
【０００６】
本発明は、上記事実を鑑みて成されたものであり、氷上におけるタイヤ性能を精度良く予測することができるタイヤ性能シミュレーション方法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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、タイヤの少なくとも一部を有限個の要素で分割したタイヤモデルを設定するステップと、氷上路面を表す氷上路面モデルを設定するステップと、前記氷上路面の前記タイヤの少なくとも一部との接触面に複数の計算点を設定するステップと、前記複数の計算点の各々について、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面上を移動した場合に発生する摩擦の摩擦エネルギーを計算するステップと、前記複数の計算点の各々について、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面と接触する前の前記計算点における初期温度と前記摩擦エネルギーとに基づいて、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面上を移動した後の前記計算点における路面温度を計算するステップと、前記複数の計算点の前記路面温度に基づいて、前記接触面のうち氷の融点以上の温度となる領域を抽出するステップと、を含むことを特徴とする。
【０００８】
なお、請求項２に記載したように、前記氷の融点以上の領域と前記氷の融点未満の領域とに基づいて、前記接触面に関する接触面特性を計算するステップをさらに含んでもよい。
【０００９】
また、請求項３に記載したように、前記接触面特性は、前記接触面における摩擦係数としてもよい。
【００１０】
請求項４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、コンピュータに、タイヤの少なくとも一部を有限個の要素で分割したタイヤモデルを設定するステップと、氷上路面を表す氷上路面モデルを設定するステップと、前記氷上路面の前記タイヤの少なくとも一部との接触面に複数の計算点を設定するステップと、前記複数の計算点の各々について、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面上を移動した場合に発生する摩擦の摩擦エネルギーを計算するステップと、前記複数の計算点の各々について、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面と接触する前の前記計算点における初期温度と前記摩擦エネルギーとに基づいて、前記タイヤの少なくとも一部が前記氷上路面上を移動した後の前記計算点における路面温度を計算するステップと、前記複数の計算点の前記路面温度に基づいて、前記接触面のうち氷の融点以上の温度となる領域を抽出するステップと、を含む処理を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、氷上におけるタイヤ性能を精度良く予測することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】コンピュータの概略ブロック図である。
【図２】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。
【図３】水膜の発生について説明するための図である。
【図４】トレッドブロックが氷上路面上を移動した場合の氷上路面の温度について説明するための図である。
【図５】シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図６】シミュレーション結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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設計、性能解析等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コンピュータ１２の構成を示した。コンピュータ１２は、予め記憶された処理プログラムに従ってタイヤの３次元モデルの作成やタイヤ性能の解析、設計等を実行する。
【００１５】
コンピュータ１２は、図１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。
【００１６】
Ｉ／Ｏ１２Ｅには、データ等を入力するためのキーボード１０、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、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、ハードディスク１８、及び記録媒体としてのＣＤ−ＲＯＭが挿抜可能なＣＤ−ＲＯＭドライブ２２が接続されている。
【００１７】
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データ等が記憶されている。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。
【００１８】
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２２を用いてＣＤ−ＲＯＭ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−ＲＯＭに記録しておき、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２２を介してＣＤ−ＲＯＭ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２２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。
【００１９】
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２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２０】
まず、ステップ１００では、タイヤモデルを設定する。タイヤモデルは、本ステップで作成してもよいし、既に作成されたタイヤモデルのデータをハードディスク１８に記憶しておき、これを読み出すことにより設定してもよい。
【００２１】
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。数値解析手法としては、例えば有限要素法（ＦＥＭ）を用いることができる。この場合、タイヤモデルは、有限要素法（ＦＥＭ）に対応した要素分割、すなわち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。
【００２２】
タイヤモデルの作成では、まず、タイヤ径方向断面のモデル（タイヤ断面モデル）を作成する。タイヤ断面モデルの外形は、例えばタイヤ外形をレーザー形状測定器等で計測した値を用いて作成することができる。また、タイヤ内部の構造は設計図面および実際のタイヤ断面データ等の正確な値を用いることができる。
【００２３】
タイヤの断面モデルを作成した後は、タイヤ断面モデルを周方向に一周分（３６０度）展開し、タイヤの３次元（３Ｄ）モデルを作成する。このようにして、タイヤモデルが作成される。
【００２４】
なお、タイヤモデルは、タイヤ全体について作成してもよいが、タイヤの一部について作成してもよい。本実施形態では、タイヤのトレッド部の一つのトレッドブロックについてモデル化した場合について説明する。
【００２５】
ステップ１０２では、氷上路面を表す氷上路面モデルを設定する。氷上路面モデルもタイヤモデルと同様に、本ステップで作成してもよいし、既に作成された氷上路面モデルのデータをハードディスク１８に記憶しておき、これを読み出すことにより設定してもよい。
【００２６】
路面のモデル化は、路面形状を要素分割してモデル化し、路面の摩擦係数μを選択設定することで路面状態を設定する。すなわち、路面状態により乾燥（ＤＲＹ）、濡れ（ＷＥＴ）、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。本実施形態では、氷の摩擦係数μを設定することにより、氷上路面モデルを設定する。
【００２７】
ステップ１０４では、氷上路面のタイヤ（のトレッドブロック）との接触面に複数の計算点を設定する。この複数の計算点は、例えばタイヤの周方向及び周方向と直交する方向の各々の方向について均等間隔となるように二次元状に配置する。なお、計算点の設定は均等間隔に配置する場合に限られるものではなく、非均等間隔で二次元状に配置されていてもよい。
【００２８】
ステップ１０６では、ステップ１０４で設定した複数の計算点の各々について、トレッドブロックが氷上路面上を予め定めた方向に移動した場合に発生する摩擦の摩擦エネルギーを計算する。摩擦エネルギーは、氷とトレッドブロックとの摩擦係数（動摩擦係数）、トレッドブロックの氷上路面に対する滑り量、トレッドブロックの氷上路面に対する滑り速度等から計算される。
【００２９】
図３に示すように、タイヤの主成分であるゴム３０が氷３２の上を接触しながら矢印Ａ方向に移動すると、まず摩擦によって接触面３４に熱３６が発生し、発生した熱３６が氷に伝導する。これにより、接触面３４から下方の領域３８の温度が上昇し、氷３２の表面温度が０°Ｃ以上となった領域で水膜４０が発生する。
【００３０】
そこで、ステップ１０８では、複数の計算点の各々について、トレッドブロックが氷上路面と接触する前の計算点における初期温度からの上昇温度を、ステップ１０６で計算した摩擦エネルギーに基づいて計算する。この上昇温度は、氷の熱伝導度、氷の熱比率、融解エネルギー等に基づいて計算される。
【００３１】
ステップ１１０では、複数の計算点の各々について、トレッドブロックが氷上路面上を移動した後の計算点における路面温度を計算する。この路面温度は、トレッドブロックが氷上路面と接触する前の計算点における初期温度にステップ１０８で計算した上昇温度を加算することにより計算される。
【００３２】
図４に示すように、トレッドブロック５０を氷上路面５２に接触させた状態で、トレッドブロック５０を矢印Ｂ方向に移動させると、氷上路面５２の表面温度は、図４において右側から左側に向けて徐々に上昇する。そして、氷の融点である０°Ｃ以上になると、氷が融けて水（融解水）５４となる。
【００３３】
そこで、ステップ１１２では、複数の計算点の路面温度に基づいて、氷上路面のトレッドブロックとの接触面のうち氷の融点以上の温度、すなわち０°Ｃ以上となる領域を抽出する。
【００３４】
ステップ１１４では、氷の融点以上の領域、すなわち水となった領域と、氷の融点未満の領域、すなわち氷のままの領域と、に基づいて、氷上路面のトレッドブロックとの接触面に関する接触面特性、例えば接触面全体の摩擦係数を計算する。具体的には、例えば、水の領域の予め定めた摩擦係数をμ１、氷の領域の予め定めた摩擦係数をμ２、水の領域の面積をＳ１、氷の領域の面積をＳ２として、次式により接触面全体の摩擦係数μ３を求める。
【００３５】
μ３＝｛Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）｝×μ１＋｛Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）｝×μ２
【００３６】
ステップ１１６では、氷上路面のトレッドブロックとの接触面の温度分布をディスプレイ１４に表示させる。例えば、接触面を水の領域と氷の領域とで２つに色分けする等して表示するようにしてもよいし、予め定めた温度刻みで色分けして表示してもよい。
【００３７】
図５には、本発明者が図２に示した処理を実行することによりシミュレーションした結果を示した。同図においては、初期路面温度が−２°Ｃ、氷上路面に対するトレッドブロックの滑り速度が時速２ｋｍの場合における氷上路面のトレッドブロックとの接触面の温度分布を−２．０°Ｃ〜０°Ｃ以上の範囲で示した。
【００３８】
また、図６には、初期路面温度が−２°Ｃ、氷上路面に対するトレッドブロックの滑り速度が時速１０ｋｍの場合における氷上路面のトレッドブロックとの接触面の温度分布を−２．０°Ｃ〜０°Ｃ以上の範囲で示した。
【００３９】
図５に示した０°Ｃ以上の領域、すなわち水の領域（斜線でハッチングされた領域）の面積を１００とすると、図６に示した水の領域（斜線でハッチングされた領域）の面積は１５０となっている。すなわち、滑り速度が１０ｋｍの場合、滑り速度が２ｋｍの場合と比較して水になる領域が１．５倍となることが判った。なお、図５の場合における摩擦係数の実測値は０．２１、図６の場合における摩擦係数μの実測値は０．１１であった。
【００４０】
このように、温度分布から水が発生する領域とそうでない領域とを把握することができるので、これらの領域の比率・分布からサイプの形状やサイプの配置、トレッドブロックの形状の設計等に役立てることが可能となる。
【００４１】
以上のように、本実施形態では、氷上路面のトレッドブロックとの接触面に設定した複数の計算点の各々について、トレッドブロックが氷上路面上を移動した場合に発生する摩擦の摩擦エネルギーを計算し、トレッドブロックが氷上路面と接触する前の計算点における初期温度と摩擦エネルギーとに基づいて、トレッドブロックが氷上路面上を移動した後の計算点における路面温度を計算する。そして、複数の計算点の路面温度に基づいて、接触面のうち氷の融点以上の温度となる領域を抽出するので、氷上におけるタイヤ性能を精度良く予測することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、タイヤの一部であるトレッドブロックを氷上路面上で移動させて摩擦エネルギーを計算する場合について説明したが、タイヤ全体を氷上路面上で転動させたりする（フリーローリングさせる）、制動させたりする（ブレーキをかける）、駆動させたりする（加速させる）ことにより、摩擦エネルギーを計算するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
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、２２ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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