(57)【要約】【課題】  タイヤの溝壁や溝底等の溝表面の歪み等を精度良く解析できるタイヤ性能解析方法及びタイヤ性能解析プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】  溝部２２を有するタイヤを複数の要素に分割してタイヤモデルを作成してタイヤの性能を解析するタイヤ性能解析方法であって、溝部２２の溝壁２２Ａ及び溝底２２Ｂを、３個以上の要素２４Ａ、２４Ｂにそれぞれ分割してタイヤモデルを作成し、有限要素法によりタイヤの歪み等を解析する。【選択図】        図４
2006001361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝部を有するタイヤを複数の要素に分割してタイヤモデルを作成して前記タイヤの性能を解析するタイヤ性能解析方法であって、
前記タイヤの少なくとも一部の溝部の溝壁び溝底の少なくとも一方を、３個以上の要素に分割して前記タイヤモデルを作成する作成工程を含むことを特徴とするタイヤ性能解析方法。
【請求項２】
前記溝壁と溝底との境界部分を３個以上の要素に分割して前記タイヤモデルを作成することを特徴とする請求項１記載のタイヤ性能解析方法。
【請求項３】
溝部を有するタイヤを複数の要素に分割して第１のタイヤモデルを作成して前記タイヤの性能を解析し、
前記溝部近傍の予め定めた所定範囲のローカルモデルとしての第２のタイヤモデルを前記作成工程により作成し、
前記第１のタイヤモデルについての前記所定範囲の要素の解析結果を、前記ローカルモデルの境界条件として設定し、
前記ローカルモデルについてタイヤの性能を解析する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のタイヤ性能解析方法。
【請求項４】
溝部を有するタイヤを複数の要素に分割してタイヤモデルを作成して前記タイヤの性能を解析するタイヤ性能解析方法をコンピュータに実行させるためのタイヤ性能解析プログラムであって、
前記タイヤの少なくとも一部溝部の溝壁び溝底の少なくとも一方を、３個以上の要素に分割して前記タイヤモデルを作成することを特徴とするタイヤ性能解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ性能解析方法及びタイヤ性能解析プログラムに係り、より詳しくは、有限要素法によりタイヤの溝部の性能を解析するタイヤ性能解析方法及びタイヤ性能解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のタイヤは、使用中（走行中）に路面の小石等の異物によってその表面が傷つけられる。通常の使用状態では、路面に接する部分に傷がついても、その後の使用によって路面に接する部分が摩耗するため、よほど大きい傷やトレッドゴムの深さ方向に亀裂として進展したような傷でなければ特に問題はない。
【０００３】
一方、タイヤのトレッドパターンの溝の壁（以下、溝壁という）や溝の底（以下、溝底という）等の溝の表面に傷が付いた場合、これらは通常は路面に接しない部分のため、溝壁の場合は、摩耗により傷が消えるまでの時間が長くかかり、溝底の場合は、摩耗することはほとんどないため、摩耗により傷が消えることは期待できない。このため、タイヤの耐久性を向上させるためには、これらの傷の受け易さや亀裂の進展性を予測することが重要となる。また、タイヤのゴム表面に引っ張りの歪みが存在すると傷を受けやすいため、亀裂の進行が早くなることが知られており、傷の受けやすさや亀裂の進展性を予測するために、溝壁及び溝底の歪みを知ることが重要となる。
【０００４】
溝壁及び溝底の歪みを知るには、実験により測定する方法の他、数値解析による方法がある。数値解析では、所謂有限要素法などの公知の手法を用いることができる。有限要素法では、分割する要素の大きさを小さくすることにより、精度良く解析することができる。例えば特許文献１には、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際のタイヤモデルの作成方法について開示されている。このタイヤモデルの作成方法によれば、トレッドパターン部をタイヤボディ部と分離してモデル化することにより、トレッドパターンの影響をより詳しく解析することを可能としている。
【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】
【０００５】
しかしながら、従来では、タイヤの溝については１〜２要素でモデル化していたため、歪み分布を詳細に解析できないだけでなく、狭い領域で発生している大きな歪みが見落とされてしまう場合がある、という問題があった。また、溝底や溝底と溝壁との境界部分の歪みを、それぞれ１要素でモデル化して解析した場合、実際の歪みよりも小さな値となってしまい、過小評価してしまう場合がある、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、タイヤの溝壁や溝底等の溝表面の歪み等を精度良く解析できるタイヤ性能解析方法及びタイヤ性能解析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】
本発明者らは、通常の直進時での溝壁の歪みを歪みゲージ等を用いて実測することにより観察した結果、溝部の深さ方向に沿った方向に対してほぼ二次曲線状に歪むことが判った。同様に溝底について観察した結果、溝底の中央部で最も歪むことが判った。さらに、溝壁と溝底との境界部について同様に観察した結果、境界部のほぼ中央で最も歪むことが判った。
【０００８】
そこで、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解析方法は、溝部を有するタイヤを複数の要素に分割してタイヤモデルを作成して前記タイヤの性能を解析するタイヤ性能解析方法であって、前記タイヤの少なくとも一部の溝部の溝壁び溝底の少なくとも一方を、３個以上の要素に分割して前記タイヤモデルを作成する作成工程を含むことを特徴とする。
【０００９】
このように、溝部の溝壁び溝底の少なくとも一方を、３個以上の要素に分割してタイヤモデルを作成して解析することにより、溝壁や溝底の歪みを精度よく解析することができる。なお、解析手法としては、有限要素法等の公知の手法を用いることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載したように、前記溝壁と溝底との境界部分を３個以上の要素に分割して前記タイヤモデルを作成することが好ましい。これにより、タイヤの溝壁と溝底との境界部の歪み等を精度よく解析することができる。
【００１１】
さらに、請求項３に記載したように、溝部を有するタイヤを複数の要素に分割して第１のタイヤモデルを作成して前記タイヤの性能を解析し、前記溝部近傍の予め定めた所定範囲のローカルモデルとしての第２のタイヤモデルを前記作成工程により作成し、前記第１のタイヤモデルについての前記所定範囲の要素の解析結果を、前記ローカルモデルの境界条件として設定し、前記ローカルモデルについてタイヤの性能を解析するようにしてもよい。
【００１２】
例えば、比較的大きいサイズの要素で第１のタイヤモデルを作成してタイヤの性能を解析して溝部近傍の所定範囲の解析結果を取り出すと共に、溝部近傍の所定範囲について請求項１記載の作成工程により第１のタイヤモデルよりも小さい要素でローカルモデルを作成する。そして、取り出した解析結果をローカルモデルの境界条件として設定し、ローカルモデルについてタイヤの性能を解析する。
【００１３】
このように所定範囲のローカルモデルを別途作成して解析することにより、溝部近傍の歪み等を簡便に解析できると共に、計算時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明のタイヤ性能解析プログラムは、溝部を有するタイヤを複数の要素に分割してタイヤモデルを作成して前記タイヤの性能を解析するタイヤ性能解析方法をコンピュータに実行させるためのタイヤ性能解析プログラムであって、前記タイヤの少なくとも一部溝部の溝壁び溝底の少なくとも一方を、３個以上の要素に分割して前記タイヤモデルを作成することを特徴とする。
【００１５】
このタイヤ性能解析プログラムをコンピュータに実行させることにより、タイヤの溝部の溝壁や溝底の歪みを精度よく解析することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、タイヤの溝壁や溝底等の溝表面の歪み等を精度良く解析できる、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１には本発明の空気入り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性能を予測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。
【００１９】
なお、コンピュータ本体１２には、記録媒体としてのフロッピー（登録商標）ディスク（ＦＤ）が挿抜可能なフロッピー（登録商標）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を用いてフロッピー（登録商標）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に設けられたハードディスク装置等の大容量記憶装置（図示省略）に処理プログラムを格納（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、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ＦＤＵに代えて、またはさらにＣＤ−ＲＯＭ装置、ＤＶＤ−ＲＯＭ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置等を用いればよい。
【００２０】
なお、コンピュータ本体１２のハードディスクには、予め複数種類のタイヤの設計データ（タイヤ形状、構造、材料等のデータ）が記憶されている。
【００２１】
次に、本実施の形態の作用として、コンピュータ本体１２で実行されるタイヤ性能解析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。
【００２２】
ステップ１００では、解析対象のタイヤの種類をオペレータに選択させる。次のステップ１０２では、タイヤのトレッド部の溝底及び溝壁の要素分割数等のタイヤモデルを作成するためのパラメータの設定を行う。これは、オペレータによって選択させるようにしてもよいし、予め定めた要素分割数に設定してもよい。ただし、溝底及び溝壁の要素分割数は少なくとも３個以上に設定される。
【００２３】
ステップ１０４では、選択されたタイヤの設計データをハードディスクから読み出し、読み出した設計データ及びステップ１０２で設定したパラメータに基づいて、数値解析上の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１０４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、タイヤを数値解析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。
【００２４】
この要素分割とは、タイヤを多数の（有限の）小部分（要素）に分割することをいう。小部分は、例えば四面体要素や五面体要素、六面体要素等とすることができる。この小部分ごとに数値計算を行い全ての小部分について計算した後、全部の小部分を組み合わせることにより全体の応答を得ることができる。なお、数値解析手法には有限要素法に限らず、差分法や有限体積法、個別要素法（ＤＥＭ）等の他の公知の数値解析手法を用いても良い。
【００２５】
上記ステップ１０４のタイヤモデルの作成では、タイヤ断面のモデルを作成した後に、これをタイヤ周方向に展開することにより３次元のタイヤモデルを作成する。作成手法としては、公知の有限要素法のモデル化方法を用いることができる。このとき、タイヤの溝壁及び溝底の少なくとも一方の各要素は、少なくとも３個以上に要素分割される。
【００２６】
図３には、タイヤモデルの一例を示した。図３に示すタイヤモデル２０は、複数の溝部２２、２３、２５、２７を備えており、溝部２２近傍の要素が溝部近傍以外の部分の要素よりも詳細にモデル化されている。すなわち、溝部２２近傍においては、図４に示すように、溝壁２２Ａの要素２４Ａの溝部２２の深さ方向の長さが、溝部２２の深さの１／３以下の長さとなるようにモデル化されると共に、溝底２２Ｂの要素２４Ｂの巾方向の長さが、溝底２２Ｂの巾Ｗの１／３以下の長さとなるようにモデル化される。なお、図３では、左側の溝部２２のみ詳細にモデル化しているが、他の溝部２３、２５、２７近傍についても詳細にモデル化することが好ましい。
【００２７】
ここで、溝部２２の深さとは、図５に示すように、溝部２２の両側の溝壁２２Ａの最上部を結んだ線と溝底２２Ｂとの距離ｄをいう。なお、図５に示すように、溝壁２２Ａと溝底２２Ｂとの境界部２２Ｃが曲線状になっている場合には、この境界部２２Ｃの範囲Ｒについても３以上の要素に分割してモデル化することが好ましい。
【００２８】
上記のようにして、タイヤモデルの作成が終了すると、ステップ１０６へ進み、路面モデルの作成と共に路面状態の入力がなされる。このステップ１０６は、路面をモデル化し、そのモデル化した路面を実際の路面状態に設定するために入力するものであって、路面形状を要素分割して路面をモデル化し、路面の摩擦係数μを選択して入力することで路面状態を入力する。すなわち、路面状態により乾燥状態、濡れた状態、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。
【００２９】
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１０８において、境界条件の設定がなされる。境界条件の設定は、タイヤモデルに内圧、荷重、変位、回転速度、トルク等を負荷させることや直進速度または路面速度を負荷させることである。
【００３０】
そして、ステップ１１０では、ステップ１０８で設定された境界条件のもとで有限要素法によりタイヤの変形計算を行い、タイヤの溝壁２２Ａ及び溝底２２Ｂの歪み等をシミュレーションする。
【００３１】
ステップ１１２では、ステップ１１０のタイヤの変形計算に基づくシミュレーション結果、例えばタイヤの溝壁２２Ａ及び溝底２２Ｂの歪み分布等をＣＲＴ１４に表示する。
【００３２】
このように、溝部２２の溝壁２２Ａ及び溝底２２Ｂを少なくとも３個以上の要素に分割したタイヤモデルを作成してシミュレーションすることにより、溝部２２の歪み等を精度良く解析することができる。
【００３３】
なお、上記では、予め溝部２２の近傍が最初からある程度細かくモデル化されたタイヤモデル全体について有限要素法によりシミュレーションする場合について説明したが、このようなシミュレーションを行った後、溝部２２近傍の詳細モデル（ローカルモデル）を新たに作成して解析を行うようにしてもよい。
【００３４】
具体的には、図６に示すように、図２に示したシミュレーションプログラムと同様に、ステップ１００〜１１０において、図７に示すような比較的粗いメッシュでモデル化したタイヤモデル３０全体の解析を行い、ステップ１１１Ａにおいて、溝部２２近傍の予め定めた所定領域３２の解析結果、すなわち所定領域３２に含まれる各要素の節点の変位や荷重等のデータを取り出す。
【００３５】
次のステップ１１１Ｂでは、溝部２２近傍の所定領域３２について詳細にモデル化した図８に示すような詳細モデル４０を作成する。図８に示すように、詳細モデル４０では、一例として、溝壁２２Ａ、溝底２２Ｂ、境界部２２Ｃの何れも５分割されている。
【００３６】
ステップ１１１Ｃでは、境界条件として、ステップ１１１Ａで取り出した所定領域３２の解析結果を詳細モデル４０の境界条件として設定する。
【００３７】
ステップ１１１Ｄでは、ステップ１１Ｃで設定された境界条件のもとで有限要素法によりタイヤの変形計算を行い、タイヤの溝壁２２Ａ及び溝底２２Ｂの歪み等をシミュレーションする。
【００３８】
このように、比較的粗いメッシュでモデル化したタイヤモデル全体の解析を最初に行った後、溝部近傍の所定領域の詳細モデルを作成し、この詳細モデルに対してタイヤモデルの全体解析から得られた所定領域の解析結果を境界条件として設定し、詳細モデルについて解析することにより、溝部２２の歪み等を簡便に精度良く解析できると共に、計算時間を短縮することができる。
【００３９】
なお、予め溝近傍の領域をある程度詳細にモデル化した図３に示すタイヤモデル２０全体の解析を行ってから、溝近傍の所定領域についてさらに詳細にモデル化してシミュレーションしてもよい。
【００４０】
また、溝部近傍の所定領域３２の範囲は、一例として溝底２２Ｂの巾Ｗの１．５倍以上の範囲とすることが好ましい。これは、あまり所定領域３２の範囲が狭い、すなわち溝部２２に近い領域のみを取り出して解析すると、詳細モデルの解析時に、タイヤモデル全体の解析結果に基づいて設定した所定領域の境界条件の影響を強く受けすぎ、解析精度が低下する場合があるためである。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００４２】
ＰＳＲタイヤでサイズが２０５／５５Ｒ１６、周方向に４本のストレート溝のみを有するタイヤをモデルとして、タイヤ全体を粗いメッシュでモデル化した場合（モデル１）、図３に示すように、溝部２２近傍について溝壁及び溝底を３個以上に分割してモデル化した場合（モデル２）、比較的粗いメッシュでモデル化して解析を行った後、図７に示す所定領域３２を図８に示すように詳細にモデル化した場合（モデル３）の各々について、溝壁、溝底、溝壁と溝底との境界部の歪みについて解析した結果を以下に示す。
【００４３】
【表１】
2006001361.tif 000003
【００４４】
なお、表中の数字は歪み結果指数を表し、実際にタイヤの歪みを歪みゲージ等を用いて測定した結果を１００とし、モデル１〜３については、実測値に対する割合を示している。すなわち、各値が実測値に近ければ近いほど、シミュレーションの精度が高いこととなる。
【００４５】
表１に示したように、溝部を詳細にモデル化せずにシミュレーションを行うモデル１の場合は、実測した場合と比較して精度が低下するのがわかる。一方、溝部を詳細にモデル化してシミュレーションを行うモデル２、３は、ほぼ実測した場合と同様であり、精度良く歪みを解析できているのが判る。
【００４６】
また、図９には、溝部２２の溝壁２２Ａを３要素でモデル化した場合、２要素でモデル化した場合、１要素でモデル化した場合の各々における歪み分布を示した。なお、図中の丸付き数字は、溝壁２２Ａの分割数を示している。すなわち、図９から明らかなように、溝壁２２Ａを３要素でモデル化した場合には、精度良く歪みを解析できるのに対し、２要素でモデル化した場合、１要素でモデル化した場合は、歪みを過小評価しているのが判る。
【００４７】
また、図１０には溝底２２Ｂの歪みを実測した場合、図１１には、境界部２２Ｃ（図中点線で囲んだ範囲）の歪みを実測した結果を示した。図１０、図１１に示すように、溝底及び境界部についても溝壁と同様の歪み分布を示しており、溝壁、溝底、溝壁と溝底との境界部の何れについても、３要素以上でモデル化することにより、歪みを精度良く解析できることが判った。
【００４８】
また、図１２には、モデル３の場合において、詳細モデルによる解析を行うにあたってタイヤモデル全体の解析結果から所定領域の解析結果を取り出すときの、所定領域の範囲を溝底の溝巾の倍数で変化させて解析したときの主歪の指数を示した。図１２に示すように、所定領域の範囲、すなわち解析結果の取り出し範囲（溝底の巾方向の範囲）が、溝底の溝巾の１．５倍より小さい場合には、歪みを精度良く解析できず、解析結果の取り出し範囲が、溝底の溝巾の１．５倍以上の場合には、歪みを精度良く解析できることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】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。
【図２】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】タイヤモデルの断面図である。
【図４】図３の一部拡大断面図である。
【図５】溝部の深さ等について説明するための図である。
【図６】変形例に係る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７】タイヤモデルの断面図である。
【図８】タイヤモデルの詳細モデルの断面図である。
【図９】溝壁の歪み分布について説明するための図である。
【図１０】溝底の歪み分布について説明するための図である。
【図１１】溝壁と溝底との境界部の歪み分布について説明するための図である。
【図１２】解析結果の取り出し範囲と歪み指数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１０      キーボード
１２      コンピュータ本体
２０      タイヤモデル
２２      溝部
２２Ａ      溝壁
２２Ｂ      溝底
２２Ｃ      境界部
２４Ａ、２４Ｂ      要素
３２      所定領域
４０      詳細モデル
【図１】
2006001361.tif 000004
【図２】
2006001361.tif 000005
【図３】
2006001361.tif 000006
【図４】
2006001361.tif 000007
【図５】
2006001361.tif 000008
【図６】
2006001361.tif 000009
【図７】
2006001361.tif 000010
【図８】
2006001361.tif 000011
【図９】
2006001361.tif 000012
【図１０】
2006001361.tif 000013
【図１１】
2006001361.tif 000014
【図１２】
2006001361.tif 000015