(57)【要約】      （修正有）【課題】有限要素法を用いたタイヤモデルを用いて、制限が難しい現実のタイヤの挙動のひとつとして加重状態における制動性能を精度良く再現するシミュレーション方法及び、シミュレーション装置を提案する。【解決手段】空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルを、路面を複数要素でモデル化した路面モデルに接触させて転動させるシミュレーション方法であって、非転動状態でタイヤモデルに対して所定の空気圧を与える内圧設定ステップＳ３と、内圧が設定されたタイヤモデルに対して路面モデルに向けて所定の荷重を設定する荷重設定ステップＳ４と、タイヤモデルをロック状態に設定するロック設定ステップと、ロック設定ステップＳ５の後、タイヤモデルに所定の制動トルクを与えながら転動させる制動転動ステップＳ６とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルを、路面を複数要素でモデル化した路面モデルに接触させて転動させるシミュレーション方法であって、
非転動状態で前記タイヤモデルに対して所定の空気圧を与える内圧設定ステップと、
前記内圧が設定されたタイヤモデルに対して前記路面モデルに向けて所定の荷重を設定する荷重設定ステップと、
前記タイヤモデルをロック状態に設定するロック設定ステップと、
前記ロック設定ステップの後、前記タイヤモデルに所定の制動トルクを与えながら転動させる制動転動ステップと
を有するシミュレーション方法。
【請求項２】
前記ロック設定ステップでは、ロック状態に設定する期間を前記制動転動ステップにおいて設定される前記制動トルクに応じて決定する請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記請求項１乃至２の何れか一項に記載のシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルによりタイヤの挙動をシミュレートするシミュレーション方法、及びシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気入りタイヤの開発において、有限要素法などの数値解析手法や計算機環境の発達により、実際に空気入りタイヤを製造し、自動車に装着して走行試験を行わなくても、新たに設計した空気入りタイヤの走行性能や特性といったタイヤ性能の予測・評価が可能になってきた（例えば、特許文献１参照）。空気入りタイヤの設計・製造・評価といった開発サイクルの一部を数値解析で置き換えることで、空気入りタイヤの開発期間の短縮が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３１３３７３８号公報  第２図
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、所定の荷重が負荷されたタイヤモデルの転動状態をシミュレートする場合には、タイヤモデルと路面モデルとを作成し、路面モデルにタイヤモデルを接地させて、所定の荷重が負荷されるまでタイヤモデルと路面モデルとを近づけた後、転動させ、制動させる処理を行う。
【０００５】
静止状態では、タイヤの回転軸を接地面に投影すると、接地面をタイヤ周方向に等分にする位置に投影される。すなわち、タイヤの回転軸の幅方向の中心から接地面に向けて鉛直下方に延ばした仮想線と接地面との交点（荷重重心という）は、タイヤと路面との接地面の中央と一致する。タイヤは、ゴムで構成されているため、荷重がかけられて転動するときにタイヤに制動力が与えられると、荷重重心が接地面中央から制動力の方向にずれた状態で転動を続ける現象が実際には起こりうる。そのため、転動状態から制動状態への変化するときのタイヤ性能を正確に推し量るには、上述したような現実に起こりうる挙動を考慮する必要がある。
【０００６】
ところが、従来のシミュレーションでは、現実のタイヤに起こりうる挙動の全てをシミュレートしようとすると、測定対象の挙動ではない不要な挙動が顕著に現れて、演算が収束しなくなったりすることがあった。このように、従来のシミュレーションでは、現実に起こりうる挙動の全てをタイヤモデルで再現することは難しかった。
【０００７】
そこで、本発明は、有限要素法を用いたタイヤモデルを用いたシミュレーション方法において、再現が難しい現実のタイヤの挙動である荷重状態における制動性能を精度良く再現できるシミュレーション方法及びシミュレーション装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明は、以下の特徴を備える。すなわち、空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルを、路面を複数要素でモデル化した路面モデルに接触させて転動させるシミュレーション方法であって、非転動状態で前記タイヤモデル（タイヤモデル１００）に対して所定の空気圧を与える内圧設定ステップと、前記路面モデル（路面モデル２００）に向けて所定の荷重を設定する荷重設定ステップと、前記タイヤモデルをロック状態に設定するロック設定ステップと、前記ロック設定ステップの後、前記タイヤモデルに所定の制動トルクを与えながら転動させる制動転動ステップとを有すことを要旨とする。
【０００９】
ここで、ロック状態とは、タイヤが回転しないで並進のみする状態である。現実のタイヤでは、制動トルクが与えられる前にタイヤがロック状態になることは起こりえないが、本発明にかかるシミュレーション方法では、タイヤモデルにロック状態を設定した後、タイヤモデルに所定の制動トルクを与えながら転動させることにより、荷重重心が接地面の中央から制動力の方向にずれた状態をシミュレートできる。また、これにより、荷重重心が接地面の中央から制動力の方向にずれた状態でタイヤモデルが転動する状態をシミュレートできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有限要素法を用いたタイヤモデルでは再現が難しい、荷重がかけられた状態における制動性能を精度良く再現できるシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るシミュレーション方法を説明するフローチャートである。
【図２】図２（ａ）は、本実施形態に係るシミュレーション方法において設定される制動トルクと計算ステップとの関係を説明する図であり、図２（ｂ）は、現実のタイヤにかかる制動力と時間経過との関係を説明する図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るシミュレーション方法において設定される荷重制動時にタイヤモデルにかかる力を説明する模式図である。
【図４】図４は、従来のシミュレーション方法において制動トルクを与えた転動を説明する図である。
【図５】図５は、実施例の方法と比較例の方法とを用いて、荷重とスリップ率との関係をシミュレートした結果を表す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るシミュレーション方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）シミュレーション方法（荷重制動解析）、（２）作用・効果、（３）シミュレーション装置、（４）その他の実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。
【００１３】
（１）シミュレーション方法（荷重制動解析）
図１は、発明の実施形態として示すシミュレーション方法を説明するフローチャートであり、空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルに内圧を与えた後、荷重をかけ、ロックさせた後、制動しながら転動させるシミュレーションを行う処理を説明するフローチャートである。図２（ａ）は、本実施形態に係るシミュレーション方法において設定される制動トルクと計算ステップとの関係を説明する図であり、図２（ｂ）は、現実のタイヤにかかる制動力と時間経過との関係を説明する図である。
【００１４】
図面を参照して、本実施形態に係るシミュレーション方法を説明する。ステップＳ１は、設計ステップである。設計ステップでは、シミュレーション方法の評価対象とする新たな空気入りタイヤが設計される。具体的には、空気入りタイヤのタイヤのタイヤサイズ、形状、構造、材料、トレッドパターンなどが定められる。
【００１５】
ステップＳ２は、ステップＳ１で設計された空気入りタイヤの形状、構造、材料を有限個の要素に分割したタイヤモデルを設定する。ここでは、空気入りタイヤのトレッド部に形成された溝と陸部との基本構造を有限個の要素に分割したトレッドパターンモデルが設定されてもよい。
【００１６】
具体的に、ステップＳ２では、ステップＳ１において新たに設計された空気入りタイヤに基づいて数値解析上のモデル（タイヤモデルという）が作成される。タイヤモデルを作成するための数値解析手法として、本実施形態では、有限要素法（ＦＥＭ）を適用する。タイヤモデルは、実際の空気入りタイヤを数値的・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インプット可能なデータ形式に数値化したものである。
【００１７】
上記ステップＳ２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ている。要素分割とは、空気入りタイヤ、路面、流体等を有限個の小部分（要素という）に分割することをいう。すなわち、タイヤモデルは、複数個の要素から構成されている。有限要素法は、例えば、変形、熱、粘弾性などの物理量の計算を、空気入りタイヤを構成する全要素について個別に計算した後、全要素に対する計算結果を積算することによって、タイヤモデル全体の物理量を算出する方法である。ステップＳ２では、同様にして路面モデルが作成される。
【００１８】
ステップＳ３は、内圧設定ステップである。内圧設定ステップでは、ステップＳ２で作成されたタイヤモデルに、所定の空気圧が設定される（図２（ａ）の計算ステップ０〜ｔ１）。
【００１９】
ステップＳ４は、荷重設定ステップである。荷重設定ステップでは、ステップＳ３で内圧を与えられたタイヤモデルに、非転動状態において路面モデルに向けて所定の荷重が設定される(図２（ａ）の計算ステップｔ１〜ｔ２、後述図３のＦｚ)。
【００２０】
ステップＳ５は、ロック設定ステップである。ロック設定ステップでは、タイヤモデルは、一時的にロック状態に設定される。本実施形態に係るシミュレーション方法では、ｔ２〜ｔ３の期間においてロック状態に設定される。
【００２１】
ステップＳ６は、制動転動ステップである。制動転動ステップでは、ロック設定ステップの後（図２（ａ）に示すｔ３以降）、タイヤモデルに制動トルクＴ（図２（ａ）に示すＴ）が与えられた状態で転動するように設定される。実施形態のシミュレーション方法は、以上のステップにより、タイヤモデルに荷重をかけた状態で制動するときのタイヤモデルの状態をシミュレートする。
【００２２】
（２）作用・効果
図３は、本実施形態に係るシミュレーション方法において設定される荷重制動時のタイヤモデル１００を説明する模式図である。図３には、リム１１０に組み付けられたタイヤモデル１００と、路面モデル２００とが示されている。図３における二点鎖線は、静止状態におけるタイヤモデル１００の外形を示しており、実線は、制動トルクがかかった状態におけるタイヤモデル１００の外形を示す。
【００２３】
本実施形態に係るシミュレーション方法によれば、ステップＳ４において、タイヤモデルに、非転動状態において路面モデルに向けて所定の荷重が設定される(図３のＦｚ)。但し、Ｆｚは、タイヤモデルに与えられた荷重の反作用を示しており、タイヤモデルが路面モデルから受ける力を示す。
【００２４】
ステップＳ５において、タイヤモデルは、一時的（ｔ２〜ｔ３）にロック状態に設定される。現実のタイヤにおいて、図２（ｂ）に示すように、ｔ２から制動力が与えられて、ｔ３以降、制動力Ｆｘが与えられるときの挙動では、制動トルクが与えられる前にタイヤがロック状態になることは起こりえない。これに対して、本実施形態のシミュレーション方法では、タイヤモデル１００にロック状態を設定する。これにより、タイヤの回転軸の幅方向の中心から接地面に向けて鉛直下方に延ばした仮想線と接地面との交点（荷重重心）が接地面の中央から制動力の方向に−δずれた状態をシミュレート可能になる。
【００２５】
また、続くステップＳ６において、タイヤモデルに制動トルクＴ（図２に示すＴ）が与えられた状態で転動するように設定されることにより、タイヤモデルに荷重をかけた状態で制動するときのタイヤモデルの状態を正確にシミュレートすることができる。従って、有限要素法を用いたタイヤモデルでは再現が難しい荷重がかかった状態における制動性能を精度良く再現できる。
【００２６】
ここで、ロック状態にする期間ｔ２〜ｔ３は、目標制動力Ｆｘの大きさに応じて適応的に変更できる。
【００２７】
（３）シミュレーション装置
図６には、実施形態のシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置として、コンピュータ３００の概略が示されている。図６に示すように、コンピュータ３００は、半導体メモリー、ハードディスクなどの記憶部（不図示）、処理部（不図示）などを備えた本体部３１０と、入力部３２０と、表示部３３０とを備える。処理部は、図１を用いて説明したシミュレーション方法を実行する。
【００２８】
コンピュータ３００は、図示しないが着脱可能な記憶媒体と、この記憶媒体に対して書き込み・読み出しを可能にするドライバが備えられていてもよい。図１を用いて説明したシミュレーション方法を実行するプログラムを予め記憶媒体に記録しておき、記憶媒体から読み出されたプログラムを実行してもよい。コンピュータ３００の記憶部にプログラムを格納（インストール）して実行してもよい。コンピュータ３００は、図示しないが、例えば、ネットワークに接続可能であってもよい。ネットワークを介して、シミュレーション方法を実行するプログラムを取得してもよい。
【００２９】
（４）その他の実施形態
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が明らかとなる。例えば、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。
【００３０】
本実施形態に係るシミュレーション方法は、大域解析（Ｇｌｏｂａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ：以下、Ｇ解析という）と局所解析（Ｌｏｃａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ：以下、Ｌ解析という）とを組み合わせたＧＬ解析（Ｇｌｏｂａｌ−Ｌｏｃａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ）の演算の一部に適用することも可能である。
【００３１】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００３２】
タイヤに与える荷重とスリップ率との関係を変化との関係を、本実施形態に係るシミュレーションと、従来手法に係るシミュレーションとを用いて算出した。サンプルのタイヤモデルは、溝、陸部、陸部に細溝が形成されたサイズ２０５／５５Ｒ１６の空気入りタイヤとした。この空気入りタイヤのタイヤモデルが標準リムに装着された状態のモデルを設定し、更に、このタイヤリムモデルに荷重を与えた状態（０ｋＮ〜４．９ｋＮ）で転動させて、急制動するシミュレーションを行って、タイヤに与える荷重とスリップ率との関係を算出した。結果を図５に示す。
【００３３】
従来手法に係るシミュレーションは、図４に示すように、ロック状態を設定することなく、ｔ２以降において制動トルクが与えられる。従来手法に係るシミュレーションの結果は、図５においてＢで表される。従来手法に係るシミュレーションでは、荷重１．５ｋＮ程度の荷重を設定したときに、演算が発散し、それ以上の荷重を与えたときのスリップ率を求めることができなかった。一方、実施形態に係るシミュレーションの結果は、図５においてＡで表される。実施形態に係るシミュレーションでは、所望とする荷重に対するスリップ率を算出することができた。
【符号の説明】
【００３４】
１００…タイヤモデル、  １１０…リム、  ２００…路面モデル、  ３００…コンピュータ、  ３１０…本体部、  ３２０…入力部、  ３３０…表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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