(57)【要約】【課題】  有限要素法（ＦＥＭ）等の数値解析手法によるタイヤの解析において、正確にタイヤの挙動を模擬できるタイヤモデルを作成する。【解決手段】  タイヤの内部構造を含む初期データと、予め実測したタイヤの外側形状の計測データとを合成して（重ね合わせて）、タイヤ断面データを作成し（ステップ１３０〜１３４）、その断面データについてメッシュ分割し（ステップ１３６）、周方向に展開することで、３次元のタイヤモデルを作成する（ステップ１３８）。このように実測したタイヤ形状を反映させることで、使用状態に近い形状のタイヤモデルでタイヤの挙動を解析することができる。【選択図】        図４
2006123644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルの作成方法であって、
解析対象のタイヤについて内部構造を含むタイヤ断面形状を表すタイヤ基本モデルを定め、
前記解析対象のタイヤの外側断面形状を、予め常温状態で計測し、
前記計測結果のタイヤの外側断面形状を基準として、該タイヤの外側断面形状内部に、前記タイヤ基本モデルを設定して、前記解析対象のタイヤのタイヤモデルを作成する
ことを特徴とするタイヤモデルの作成方法。
【請求項２】
使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルの作成方法であって、
解析対象のタイヤの内部構造を含む断面形状を、予め常温状態で計測し、
前記計測結果のタイヤの断面形状を基にして、前記解析対象のタイヤのタイヤモデルを作成する
ことを特徴とするタイヤモデルの作成方法。
【請求項３】
前記解析対象のタイヤのトレッド部について、
内部構造を含む断面形状を表すタイヤトレッド基本モデルを定め、
前記トレッド部の外側断面形状を、予め常温状態で計測し、
前記計測結果の前記トレッド部の外側断面形状を基準として、該トレッド部の外側断面形状内部に、前記タイヤトレッド基本モデルのトレッド部の内部構造を設定して、タイヤのトレッド部モデルを作成し、
作成したトレッド部モデルを用いてタイヤモデルを作成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２のタイヤモデルの作成方法。
【請求項４】
前記計測は、前記解析対象のタイヤをリムに組み付け後、所定内圧を付加した状態で形状計測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の作成方法。
【請求項５】
前記計測は、前記解析対象のタイヤをリムに組み付け後、所定内圧を付加しない状態で形状計測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の作成方法。
【請求項６】
使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルに含まれるトレッド部のタイヤトレッドモデルの作成方法であって、
解析対象のタイヤのトレッド部について、
内部構造を含む断面形状を表すタイヤトレッド基本モデルを定め、
前記トレッド部の外側断面形状を、予め常温状態で計測し、
前記計測結果の前記トレッド部の外側断面形状を基準として、該トレッド部の外側断面形状内部に、前記タイヤトレッド基本モデルのトレッド部の内部構造を設定して、タイヤのトレッド部モデルを作成する
ことを特徴とするタイヤトレッドモデルの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤモデル及びタイヤトレッドモデルの作成方法にかかり、自動車等に使用される空気入りタイヤの性能などを解析するときに用いられるタイヤモデル及びタイヤトレッドモデルの作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ挙動についての解析は、実際に設計・製造したタイヤを計測したり自動車に装着して得た性能試験結果を用いたりしたものから、計算機（コンピュータ）環境の発達に伴って、計算機上でシミュレーションによって実現できるようになってきている。このタイヤ挙動をシミュレーションによって解析する主要な方法としては、有限要素法（ＦＥＭ）等の数値解析手法が主に用いられている。
【０００３】
有限要素法（ＦＥＭ）による解析は、構造体を有限個の要素でモデル化して、コンピュータを用いて構造体の挙動を解析する手法であり、その特徴から構造体を有限個の要素に分割する（以下、メッシュ分割、または要素分割という。）。この有限要素法（ＦＥＭ）を利用してタイヤの挙動をシミュレーションする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３３１４０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、タイヤを解析する場合、そのタイヤ形状を正確にモデル化することが必要である。ところが、タイヤ形状は様々であり、例えば解析対象のタイヤとして、モールド内部形状、加硫後形状、ＰＣＩ（ポストキュアインフレーション：加硫後のタイヤを一定の状態に保持して形状を安定化させる加硫後工程）後形状、リム組後形状の何れかを採用すると、形状が異なることが一般的に知られている。これによって、異なる形状を対象とすれば、解析結果として得られるデータが異なるデータとなり、得られる精度が不十分であった。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して、有限要素法（ＦＥＭ）等の数値解析手法によるタイヤの解析において、正確にタイヤの挙動を模擬できるタイヤモデル及びタイヤトレッドモデルの作成方法を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルの作成方法であって、解析対象のタイヤについて内部構造を含むタイヤ断面形状を表すタイヤ基本モデルを定め、前記解析対象のタイヤの外側断面形状を、予め常温状態で計測し、前記計測結果のタイヤの外側断面形状を基準として、該タイヤの外側断面形状内部に、前記タイヤ基本モデルを設定して、前記解析対象のタイヤのタイヤモデルを作成する。
【０００７】
タイヤ製造過程で不可欠な加硫時には、タイヤは高温に加熱される。タイヤは、加硫後に冷却され温度低下に伴い熱収縮する。この熱収縮時の製品寸法を安定化させるためＰＣＩが利用されることがある。タイヤは、ＰＣＩの処理をした後であってもタイヤ温度が常温より高いので、常温になるまでに熱収縮が発生する。本発明者は、この熱収縮が生じる点に着目し、製品タイヤの性能予測のためにタイヤモデルを作成する場合、タイヤ温度が常温であるときの形状を採用することが好ましいという知見を得た。
【０００８】
そこで、本発明では、解析対象のタイヤの外側断面形状を、予め常温状態で計測する。これにより、実際の使用状態に近い状態でタイヤの外形を計測することができる。外面形状計測はレーザーなどを用いた非接触の計測装置、触針などを用いた接触式の計測装置を用いることで容易に計測できる。また、実際のタイヤに、石膏やパテ状の物質を貼り付けて硬化後に剥がし、剥がした石膏やパテ状の物質の凸凹形状を計測することによっても可能である。
【０００９】
また、解析対象のタイヤについて、設計案（設計図面）や切断面の写真などから得た内部構造を含むタイヤ断面形状を表すタイヤ基本モデルを定める。これによりタイヤの内部構造を定めることができる。
【００１０】
そして、計測結果のタイヤの外側断面形状を基準として、計測結果のタイヤ外側断面形状内部に、タイヤ基本モデルを設定する。これによって、実際の使用状態に近い状態でタイヤの外形形状を基本としたタイヤモデルを作成でき、このタイヤモデルにより正確な解析が可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルの作成方法であって、解析対象のタイヤの内部構造を含む断面形状を、予め常温状態で計測し、前記計測結果のタイヤの断面形状を基にして、前記解析対象のタイヤのタイヤモデルを作成する。
【００１２】
製品タイヤの性能予測のためにタイヤモデルを作成する場合、タイヤ全体として使用状態における各種データが得られることが好ましい。そこで、解析対象のタイヤの内部構造を含む断面形状を、予め常温状態で計測する。このタイヤの形状を計測する場合、その計測方法により、外形のみならず、内部構造を計測可能である。例えば、断面形状計測はＣＴスキャンやＸ線、超音一波などを利用した非破壊計測装置と、タイヤ外面から一定量ずつ削りながら計測するなどの破壊計測装置が一例としてある。これによって、実際の使用状態に近い状態でタイヤの外形形状及び内部構造を設定したタイヤモデルを作成でき、このタイヤモデルにより正確な解析が可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のタイヤモデルの作成方法であって、前記解析対象のタイヤのトレッド部について、内部構造を含む断面形状を表すタイヤトレッド基本モデルを定め、前記トレッド部の外側断面形状を、予め常温状態で計測し、前記計測結果の前記トレッド部の外側断面形状を基準として、該トレッド部の外側断面形状内部に、前記タイヤトレッド基本モデルのトレッド部の内部構造を設定して、タイヤのトレッド部モデルを作成し、作成したトレッド部モデルを用いてタイヤモデルを作成することを特徴とする。
【００１４】
タイヤのトレッド部は、複数のゴム材料が積層されて構成される場合がある。そこで、前記タイヤモデルのうちタイヤトレッド部について、内部構造を含む断面形状を表すタイヤトレッド基本モデルを定める。そして、トレッド部の外側断面形状を、予め常温状態で計測して計測結果のトレッド部の外側断面形状を基準として、該トレッド部の外側断面形状内部に、タイヤトレッド基本モデルのトレッド部の内部構造を設定して、タイヤのトレッド部モデルを作成する。この作成したトレッド部モデルを用いてタイヤモデルを作成することで、実際の使用状態に近い状態でタイヤのトレッド部を含んだタイヤモデルを作成でき、このタイヤモデルにより正確な解析が可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、前記計測は、前記解析対象のタイヤをリムに組み付け後、所定内圧を付加した状態で形状計測することを特徴とする。
【００１６】
タイヤは単体で使用する場合よりホイールとタイヤが組まれた状態での使用が多い。このようなタイヤをリムに組み付けた組付体の形状計測では、タイヤをホイールに組み付ける必要がある。この状態では空気圧が充填されているので、タイヤの形状が空気充填前と異なる。そこで、所定内圧を付加した状態で形状計測することにより、タイヤをリムに組み付けた組付体を想定したタイヤモデルを作成することができる。この所定内圧としては、例えば、空気圧が３０ｋＰａでほぼ全ての場合にタイヤが外れることがなく、５０ｋＰａならば全ての場合タイヤがリムから外れないという実験結果を得ている。従って、実際の使用状態に近い状態でタイヤモデルを構築することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、前記計測は、前記解析対象のタイヤをリムに組み付け後、所定内圧を付加しない状態で形状計測することを特徴とする。
【００１８】
タイヤをリムに組み付けた状態では、タイヤの形状が空気充填前後と異なっている。このため、空気充填前の形状を特定するためには、空気圧を０ｋＰａにした後形状計測するのが好ましい。しかし、空気圧を０ｋＰａにするとタイヤがホイールから外れてしまう場合があるので、前記のように３０ｋＰａ以上が好ましく、５０ｋＰａ以上がさらに好ましい。なお、形状差も空気圧０から実使用空気圧充填した場合の形状差と比較して小さいという実験結果を得ている。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルに含まれるトレッド部のタイヤトレッドモデルの作成方法であって、解析対象のタイヤのトレッド部について、内部構造を含む断面形状を表すタイヤトレッド基本モデルを定め、前記トレッド部の外側断面形状を、予め常温状態で計測し、前記計測結果の前記トレッド部の外側断面形状を基準として、該トレッド部の外側断面形状内部に、前記タイヤトレッド基本モデルのトレッド部の内部構造を設定して、タイヤのトレッド部モデルを作成することを特徴とする。
【００２０】
実際に使用されたタイヤから形状計測する場合、トレッドブロックは摩耗しているため、これを計測してモデルに組み込むこともできる。この場合回転方向に計測を行ったり、複数の断面形状を計測して回転方向のモデルを作成する。
【００２１】
このようにすることで、タイヤケース部とタイヤトレッド部との各々に対応した精度で別々にモデルを設定することができ、容易に精度を高めたタイヤモデルを構築することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、タイヤを実測した形状を基にしてタイヤモデルを作成するので、タイヤモデルを用いた解析で使用状態に近い状態の高精度の結果を得ることができる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態は、タイヤ挙動を解析する場合に本発明を適用したものである。
【００２４】
図１にはタイヤの挙動シミュレーション方法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挙動を解析するコンピュータ本体１２、及びコンピュータ本体１２の演算結果等を表示するＣＲＴ１４から構成されている。
【００２５】
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、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にハードディスク装置等の大容量記憶装置（図示省略）を接続し、ＦＤに記録された処理プログラムを大容量記憶装置（図示省略）へ格納（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やＤＶＤ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、対応する装置を用いればよい。また、パーソナルコンピュータの他に、ワークステーションやスーパーコンピュータをタイヤ解析に用いてもよいことは勿論である。
【００２６】
〔第１実施形態〕
図２は、本実施の形態にかかるタイヤの挙動解析プログラムの処理ルーチンを示すものである。ステップ１００では、挙動解析の対象となるタイヤの設計案（タイヤ形状、構造、材料など）を定める。次のステップ１０１では、解析条件を入力する。解析条件とは、タイヤの挙動解析をするときのタイヤの進行速度、タイヤの回転数、対象のタイヤ性能（例えばタイヤ摩耗度など）、及び解析対象のタイヤの初期状態（例えば、モールド内部形状、加硫後形状、ＰＣＩ後形状、リム組後形状などの形状指定）等のデータ設定である。
【００２７】
次のステップ１０２では、タイヤ設計案を数値解析上のタイヤモデルを作成する。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、及び路面等の対象物を小さな幾つかの（有限の）小部分に分割することをいう。この小部分ごとに計算を行い全ての小部分について計算した後、全部の小部分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。
【００２８】
ここで、正確にタイヤの挙動を模擬するために、本実施の形態では、タイヤモデルの作成に当たり、実際のタイヤ形状を計測した計測データを利用している。また、タイヤ形状はタイヤ外面形状計測を採用する。この外面形状計測はレーザーなどを用いた非接触計測装置、触針などを用いた接触式計測装置などの計測装置を用いて、タイヤを直接計測することができる。なお、上記計測装置を用いた直接計測に限定されない。例えば、タイヤ形状を写し取った材料から間接的にタイヤ形状を計測することもできる。タイヤ形状を写し取る材料には、石膏やパテ状の物質があり、これをタイヤに貼り付け硬化後に剥がすことで、タイヤ形状を間接的に採取することができる。
【００２９】
また、タイヤ形状計測時は、常温でなされる。これは、タイヤ形状は、常温になって初めて形状がほぼ確定すると考えられるからである。
【００３０】
すなわち、タイヤ製造過程で不可欠な加硫時には、タイヤは高温に加熱される。加硫後には金型から取り出されて冷却されることによる温度低下に伴って熱収縮が生じる。この熱収縮時の製品寸法を安定化させるためＰＣＩが用られる場合がある。しかし、ＰＣＩ後のタイヤ温度は依然常温より高く、常温になるまでに熱収縮が発生する。このＰＣＩ後の熱収縮量は全熱収縮量の１０〜５０％あるという実験結果を得た。これらの事実より、製品タイヤの性能予測のためにタイヤモデルを作成する場合、明らかにタイヤ温度が常温になった後の形状が必要であるという知見に立ち、タイヤ形状計測時を常温で行うものである。
【００３１】
この常温実物タイヤの形状を地球上で計測する場合、タイヤの自重による変形を考慮して、タイヤを垂直に立てた状態で水平面と断面が一致する位置にて計測することが好ましい。タイヤの他の場所を計測し、モデル計算開始時点で重力を逆に付与して自重による変形をキャンセルさせることも可能である。また、回転体の中や自由落下する飛行機内、宇宙空間などで重力を自重による変形が無視できうるレベルまで軽減できる環境で形状計測する場合は、どの位置を計測しても良い。
【００３２】
実際のタイヤ形状を計測した計測データを利用するにあたり、本実施の形態では、計測データをタイヤモデル作成前に予めデータべースに登録している。次に、タイヤ外面形状計測データの登録処理を説明する。
【００３３】
図３は、図示を省略した計測装置において実行される、タイヤ形状計測プログラムの処理ルーチンを示すものである。ステップ１２０では、リム付きタイヤが計測装置に設置されたことを検出または入力装置などで入力されたときに、計測準備完了状態に移行したとして、ステップ１２２へ進む。なお、上述のように、図示しない計測装置は、常温の温度環境下で計測処理が実行される。
【００３４】
上記でタイヤのみならずホイールも併せたリム付きタイヤを計測するのは、タイヤホイールは金属部品のためにタイヤより剛性が大きいが、タイヤの使用状態ではホイールにより形状が規制される場合を考慮するためである。
【００３５】
ステップ１２２では、計測処理が実行されて、タイヤ外面形状の計測がなされる。次のステップ１２４では、上記ステップ１２２の計測結果を、計測したタイヤの諸データ（タイヤ計測や型番など、タイヤを識別するためのデータ、及びリムのデータなど）と共に、データベースに登録する。
【００３６】
なお、上記リム付きタイヤ、すなわちホイールとタイヤが組まれた状態での形状計測するためには、タイヤをホイールに組み付ける必要がある。この状態では空気圧が充填されているので、タイヤの形状が空気充填前と異なっている。そこで空気を抜く必要がある。この場合、空気圧を０ｋＰａにした後、形状計測するのが好ましい。ところが、タイヤやホイールによっては空気圧を０ｋＰａにするとタイヤがホイールから外れてしまう場合がある。本発明者は、複数のタイヤ、ホイールを各種調査・実験した結果、空気圧が３０ｋＰａ以上でほぼ全ての場合、５０ｋＰａ以上で全ての場合タイヤがホイールから外れない、という結果を得た。またこの場合の形状差も空気圧０から実使用空気圧充填した場合の形状差と比較して小さいことが得られた。これらのことにより、タイヤ内圧を０ｋＰａ、３０ｋＰａ，５０ｋＰａの何れか１つを採用して計測することが好ましい結果を得ることができるという知見を得た。
【００３７】
また、実際に使用されたタイヤから形状計測する場合、トレッドブロックは摩耗しているため、これを計測してモデルに組み込むこともできる。この場合回転方向に計測を行ったり、複数の断面形状を計測して回転方向のモデルを作成する。これらの計測はサンプリング数が多くなればより詳細な形状を採取でき、より詳細なモデルを作成できる。
【００３８】
このようにして登録したタイヤ外面形状の計測データを用いたタイヤモデル作成処理（図２のステップ１０２）を説明する。
【００３９】
図４は、上記ステップ１０２のタイヤモデルの作成処理において実行される、タイヤモデル作成処理ルーチンを示すものである。まず、ステップ１３０において、内部構造を含むタイヤ断面データ（以下、初期タイヤ断面データ）を読み取る。この初期タイヤ断面データは、タイヤ径方向断面データであり、タイヤ内部の構造は設計図面や実際のタイヤ断面写真から計測したデータ等の数値を用いることができる。また、タイヤ断面内のゴム、補強材（ベルト、プライ等、鉄・有機繊維等でできた補強コードをシート状に束ねたもの）を含むものである。
【００４０】
次のステップ１３２では、上記データベースから登録済みの計測データ（図３のステップ１２４）を読み取ることで、設計案として設定したタイヤに対応するタイヤ断面データ（以下、実測タイヤ断面データ）を読み取る。次のステップ１３４では、上記ステップ１３０の初期タイヤ断面データとステップ１３２の実測タイヤ断面データを合成することで、メッシュ分割するためのタイヤ断面データ（以下、合成タイヤ断面データ）を作成する。次のステップ１３６では、合成タイヤ断面データを、メッシュ分割してタイヤ断面データを作成する。
【００４１】
なお、上記ステップ１３４において、合成タイヤ断面データを作成すなわち内部の構造を重ね合わせるためには、外面形状計測後、断面の構造等がわかる図面、例えばタイヤ設計図面や実物タイヤを切断した物等、を外面形状に重ね合わせることで、断面形状とその内部の構造図を作成することが可能である。この場合、溝やスピュー、装飾線などが一致するように重ね合わせることで、実測タイヤ断面データに初期タイヤ断面データを重ね合わせることができる。
【００４２】
また、上記ステップ１３６におけるメッシュ分割は、ベルト、プライなどの補強材、及び各種材料が異なる具無部材が判別可能に行うことが好ましい。
【００４３】
次のステップ１３８では、２次元データであるタイヤ断面データ（タイヤ径方向断面のモデル）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。図５には、上述の過程におけるタイヤモデルを示し、（Ａ）は実測タイヤ断面データ、（Ｂ）は初期タイヤ断面データ、（Ｃ）は合成タイヤ断面データを示した。
【００４４】
なお、上述のタイヤ断面形状計測（実測タイヤ断面データ）や構造図（初期タイヤ断面データ）は、タイヤの１つの断面からデータを採取しても良いが、複数断面のデータを採取してその平均値を取ったり、全周の平均値を取ったりして、これらを本タイヤの平均的な断面形状、構造図として用いてもよい。また、平均値を使うのではなく、特徴的なデータを利用して、複数のタイヤモデルを作成することもできる。さらに複数のタイヤを計測して、その平均値を利用することも可能であるし、複数のタイヤ毎にモデルを作成してばらつきを含めたモデルを作成することもできる。また１本のタイヤから異なる断面形状データを採取して、これらを組み合わせて１本のタイヤモデルとして作成することで、ラジアルランアウト等も含めたタイヤのモデルが作成できる。
【００４５】
また、上記ステップ１０２のモデル化では、タイヤのみならずホイールも併せてモデル化することが好ましい。これはタイヤホイールを弾性体として扱いタイヤホイールの変形を含めた解析を可能とするためである。
【００４６】
タイヤモデル作成後は、図２のステップ１０４へ進み、路面モデルの作成と共に実際の路面状態の入力がなされる。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入力する。例えば、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。
【００４７】
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１０６において、境界条件の設定がなされる。この境界条件とは、タイヤモデルに解析上すなわちタイヤの挙動をシミュレートする上で必要なものであり、タイヤモデルに付与する各種条件である。
【００４８】
上記ステップ１０６の境界条件の設定では、まず、タイヤモデルには内圧を与え、次にタイヤモデルに回転変位及び直進変位（変位は力、速度でも良い）の少なくとも一方と、予め定めた負荷荷重とを与える。なお、路面との摩擦を考慮する場合は、回転変位（または力、速度でもよい）もしくは直進変位（または力、速度でもよい）のどちらか一方のみでよい。
【００４９】
上記境界条件の設定が終了すると、ステップ１０８へ進み、タイヤモデルの変形計算を行う。このステップ１０８では、タイヤモデルおよび与えた境界条件より、有限要素法に基づいてタイヤモデルの変形計算を行う。この変形計算は、タイヤ転動時の状態を得るために（過渡的な状態を得るために）、タイヤモデルの変形計算を繰り返し（例えば１msec以内の計算を繰り返して行い）、その度に境界条件を更新するようにしてもよい。また、変形計算は、タイヤ変形が定常状態となることを想定した予め定めた計算時間を採用することができる。次のステップ１１０では、上述の計算結果を出力する。この計算結果とは、タイヤ変形時の物理量を採用する。
【００５０】
なお、計算結果の出力は、タイヤの接地部の形状や接地圧（接触圧）の分布、タイヤ中心に作用する力等の値または分布を可視化することを採用してもよい。これらは計算結果の値や変化量または変化率、力の向き（ベクトル）そして分布から導出することができ、それらをタイヤモデル周辺やパターン周辺とを共に線図等で表せば、把握しやすく提示可能な可視化をすることができる。
【００５１】
このように、本実施の形態では、タイヤモデルを用いたＦＥＭによる解析を行う場合、タイヤモデルを作成するときに、タイヤを実測した計測データを基準として、設計案などの理想値の構造を重ね合わせて（合成して）いるので、タイヤ形状を忠実にモデル化することができる。
【００５２】
〔第２実施形態〕
上記実施の形態では、実際のタイヤを計測した実測タイヤ断面データを基準に設計案などの初期タイヤ断面データを重ね合わせることでタイヤモデルを作成している。ところで、計測装置には、内部構造を詳細に計測可能なものもある。そこで、本実施の形態では、タイヤについて詳細に計測した計測データからタイヤモデルを作成するものである。なお、本実施の形態は、上記実施の形態とほぼ同様の構成であるため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施の形態では、図３の処理に代えて図６の処理を実行すると共に、図４の処理に代えて図７の処理を実行する。
【００５４】
図６は、本実施の形態において図示を省略した計測装置において実行される、タイヤ形状計測プログラムの処理ルーチンを示すもので、まずリム付きタイヤが計測装置に設置されたことを検出または入力装置などで入力されたときに（計測準備完了状態に移行したと判別、ステップ１２０）、ステップ１４０へ進む。ステップ１４０では、タイヤの内部構造計測を含む非接触計測処理が実行されて、タイヤ形状の計測がなされる。この計測結果を、計測したタイヤの諸データと共に、データベースに登録する（ステップ１２４）。
【００５５】
なお、外面形状計測はレーザーなどを用いた非接触法や、触針などを用いた接触式法があるが、いずれでも良く、石膏やパテ状の物質を貼り付け硬化後剥がして形状を採取する間接計測法でもよい。また、内部構造計測は、ＣＴスキャンやＸ線、超音波などを利用した非破壊法と、外面から一定量ずつ削りながら計測するなどの破壊法があり、いずれでも良い。
【００５６】
図７は、本実施の形態において上記ステップ１０２のタイヤモデルの作成処理において実行される、タイヤモデル作成処理ルーチンを示すものである。まず、ステップ１４２において、設計案に対応するデータベースに登録済みの内部構造を含む実測タイヤ断面データを読み取る。本実施の形態では、タイヤを実際に計測した計測データを用いるので、設計案などによる初期タイヤ断面データは不要である。この実測タイヤ断面データを、合成タイヤ断面データとして、メッシュ分割してタイヤ断面データを作成し（ステップ１３６）、次に上記と同様にしてタイヤの３次元（３Ｄ）モデルを作成する（ステップ１３８）。
【００５７】
このように、本実施の形態では、タイヤモデルを用いたＦＥＭによる解析を行う場合、タイヤモデルを作成するときに、タイヤの外形及び内部構造の全てを実測し、その実測した計測データからタイヤモデルを作成しているので、タイヤ形状を忠実にモデル化することができる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
本実施の形態は、タイヤトレッド部について詳細に計測した計測データからタイヤモデルを作成するものである。なお、本実施の形態は、上記実施の形態とほぼ同様の構成であるため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
タイヤモデルの作成は、精度を高めつつ簡単にモデルを構築することができる。すなわち、タイヤのケース部と、トレッド部とでは、要素分割密度（大きさ：サイズ）を異ならせることが多い。このため、タイヤケース部と、タイヤトレッド部とで別々にモデル化する。これら別々にモデル化したタイヤケース部と、タイヤトレッド部とを合成することによって、要素分割密度が異なるタイヤモデルを簡単に構築することができる。
【００６０】
そこで、本実施の形態では、まず、タイヤトレッド部について詳細に計測した計測データからタイヤトレッドモデルを作成する。この作成したタイヤトレッドモデルを用いてタイヤモデルを作成するものである。
【００６１】
図８は、本実施の形態において図示を省略した計測装置において実行される、タイヤトレッド形状計測プログラムの処理ルーチンを示すもので、まずリム付きタイヤまたはタイヤが計測装置に設置されたことを検出または入力装置などで入力されたときに（計測準備完了状態に移行したと判別、ステップ１５０）、タイヤの外部形状計測処理が実行されて（ステップ１５２）、タイヤトレッド形状の計測がなされる。この計測結果を、計測したタイヤトレッドを有するタイヤを識別するための諸データと共に、データベースに登録する（ステップ１５４）。
【００６２】
図９は、本実施の形態におけるタイヤトレッドモデルの作成処理ルーチンを示すものである。まず、ステップ１６０において、予め準備したタイヤトレッドの内部構造を含むトレッド部データ（以下、初期トレッド部データ）を読み取る。このトレッド部データは、設計案から導出しても良いし、実際のトレッドの断面写真などから導出してもよい。次のステップ１６２ではステップ１６０のドレッド部データに対応するデータベースに登録済みの内部構造を含む実測トレッド部データを読み取る。次のステップ１６４では、上記ステップ１６０の初期トレッド部データとステップ１６２の実測トレッド部データを合成することで、メッシュ分割するためのトレッド部データ（以下、合成トレッド部データ）を作成する。次のステップ１６６では、合成トレッド部データを、メッシュ分割してトレッド部データを作成する。図１０には、上述の過程におけるタイヤトレッドモデルを示し、（Ａ）は実測トレッド部データ、（Ｂ）は初期トレッド部データ、（Ｃ）は合成トレッド部データをメッシュ分割したトレッド部データを示した。
【００６３】
以上のようにしてタイヤトレッドのトレッド部モデルを作成することができ、タイヤをＦＥＭによる解析を行う場合、そのタイヤモデルを作成するときに、一部を占有するタイヤトレッドについて実測の外形及び内部構造を反映してモデルを作成しているので、タイヤ形状を部分的に忠実にモデル化することができる。
【００６４】
そこで、上記トレッド部モデルを用いたタイヤモデルの作成について詳細に説明する。
【００６５】
図１１は、本実施の形態のタイヤモデルの作成処理において実行される、タイヤモデル作成処理ルーチンを示すものである。
【００６６】
まず、図４の処理と同様に、内部構造を含むタイヤ断面データ（以下、初期タイヤ断面データ）を読み取り（ステップ１３０）、上記データベースから登録済みの計測データ（図３のステップ１２４）を読み取ることで実測タイヤ断面データを読み取る（ステップ１３２）。次に、初期タイヤ断面データと実測タイヤ断面データを合成することで、合成タイヤ断面データを作成する（ステップ１３４）。
【００６７】
次のステップ１７０では、合成タイヤ断面データを、トレッド部と、それ以外の部分（以下、ケース部）とに分割する。ここでのトレッド部は、外側ゴムだけ含むもので、最も深い溝を含む部分である。すなわち、トレッド部は、最も外側のベルトより外側の部分をいい、その最も外側のベルトより外側の部分を除いた部分をケース部という。
【００６８】
次のステップ１７２では、トレッド部をメッシュ分割し、次のステップ１７４では、ケース部をメッシュ分割する。図１２には、合成タイヤ断面データを、トレッド部と、ケース部とに分割して各々についてメッシュ分割した結果を示した。
【００６９】
上記ステップ１７２の処理では、上述の図９の処理が実行される。ここでは、トレッド部のみのモデル作成及びメッシュ分割が実行される。一方、上記ステップ１７４の処理では、図４のステップ１３６と同様の処理が実行される。この場合、合成タイヤ断面データに代えてケース部のデータが用いられる。
【００７０】
次のステップ１７６では、各々独立してメッシュ分割されたトレッド部とケース部のデータを合成することで、メッシュ分割したタイヤ断面データを作成する。そして、２次元データであるタイヤ断面データ（タイヤ径方向断面のモデル）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（ステップ１３８）。
【００７１】
このように、本実施の形態では、タイヤモデルを用いたＦＥＭによる解析を行う場合、タイヤモデルを作成するときに、タイヤのケース部及びトレッド部で別々にモデル化してメッシュ分割した後に、これらを合成することによって、要素分割密度が異なるタイヤモデルを簡単に構築することができる。従って、実際のタイヤ形状及び構造に則した解析が可能となる。
【実施例】
【００７２】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。本実施例では、ＰＳＲ  １９５／６５Ｒ１５のタイヤについてタイヤモデルを作成して解析した結果を示す。
【００７３】
表１には、熱収縮量に関する結果を示した。表では、加硫直後から常温に至るまでの熱収縮量を基準（１００）として、ＰＣＩ直後から常温に至るまでの熱収縮量を示した。なお、表の数値は、タイヤ最大幅部でのタイヤ幅方向熱収縮量を示し、各構造の加硫直後から常温までの量を１００として指数で示したものである。
【００７４】
表２には、内圧変化時の形状変化量に関する結果を示した。表では、内圧を０ｋＰａから２００ｋＰａに変化させたときの変化量を基準（１００）として、その差異を指数として示した。なお、表の数値は、タイヤ最大幅部でのタイヤ幅方向内圧変化時変化量を示し、各構造と形状の内圧０から２００ｋＰａでの量を１００として指数で示したものである。
【００７５】
表３には、タイヤとホイールの離脱割合に関する結果を示した。表では、付与する内圧を５０ｋＰａとしたときの離脱（離脱しない）を基準として、内圧を変化させたときの離脱割合を指数として示した。なお、表の数値は、それぞれの構造、形状のタイヤ１００本を用意して、ホイールに組み付け内圧を２００ｋＰａに設定した後、内圧を表中の値に設定して常温で２４時間放置した場合、ホイールからタイヤビード部が離脱した本数の割合を示したものである。
【００７６】
なお、表中、構造とは、タイヤの内部構造をいい、形状とはタイヤの外側形状をいう。
【００７７】
【表１】
2006123644.tif 000003
【００７８】
【表２】
2006123644.tif 000004
【００７９】
【表３】
2006123644.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる、タイヤの挙動シミュレーション方法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。
【図２】本発明の実施の形態にかかる、タイヤの挙動解析プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態のタイヤ形状計測処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態のタイヤモデル作成処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】タイヤモデルの断面図を示す線図であり、（Ａ）は実測タイヤ断面データ、（Ｂ）は初期タイヤ断面データ、（Ｃ）は合成タイヤ断面データを示す。
【図６】第２実施形態のタイヤ形状計測処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態のタイヤモデル作成処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態のタイヤのトレッド部形状計測処理の流れを示すフローチャートである。タイヤ断面について示し、（Ａ）はタイヤケース部、（Ｂ）はタイヤトレッド部、（Ｃ）はそれぞれを合成した合体状態図である。
【図９】第３実施形態のタイヤのトレッド部モデル作成処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】タイヤトレッドモデルを示す線図であり、（Ａ）は実測トレッド部データ、（Ｂ）は初期トレッド部データ、（Ｃ）は合成トレッド部データをメッシュ分割したトレッド部データを示す。
【図１１】第３実施形態のタイヤモデル作成処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】合成タイヤ断面データを、トレッド部と、ケース部とに分割して各々についてメッシュ分割した結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０    キーボード
１２    コンピュータ本体
１４    ＣＲＴ
【図１】
2006123644.tif 000006
【図２】
2006123644.tif 000007
【図３】
2006123644.tif 000008
【図４】
2006123644.tif 000009
【図５】
2006123644.tif 000010
【図６】
2006123644.tif 000011
【図７】
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【図８】
2006123644.tif 000013
【図９】
2006123644.tif 000014
【図１０】
2006123644.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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