(57)【要約】      （修正有）【課題】計算時間の増加を抑制しつつ転がり抵抗の予測精度を改善可能なタイヤモデルを作成できるタイヤモデル作成方法を提供する。【解決手段】タイヤモデル作成方法では、タイヤのトレッドゴム部と対応する複数のトレッドゴム要素１１３と、タイヤのサイドゴム部と対応する複数のサイドゴム要素１１４とを有するタイヤモデル１００を作成する際、複数のトレッドゴム要素１１３の平均体積が複数のサイドゴム要素１１４の平均体積よりも小さくする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚のカーカスプライと、前記カーカスプライのタイヤ径方向外側に設けられる１層以上のベルトと、前記ベルトよりもタイヤ径方向外側に設けられるトレッドゴム部と、前記カーカスプライよりもタイヤ幅方向外側に設けられるサイドゴム部とを有するタイヤを複数の要素でモデル化したタイヤモデルを作成する作成ステップを具備するタイヤモデル作成方法であって、
前記タイヤモデルは、前記トレッドゴム部と対応する複数のトレッドゴム要素と、前記サイドゴム部と対応する複数のサイドゴム要素とを有し、
前記作成ステップにおいて、前記複数のトレッドゴム要素の平均体積が前記複数のサイドゴム要素の平均体積よりも小さくなるように前記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作成方法。
【請求項２】
前記作成ステップにおいて、前記複数のトレッドゴム要素の平均体積をＶｔ、前記複数のサイドゴム要素の平均体積をＶｓとして、０．１＜Ｖｔ／Ｖｓ＜０．８を満たす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に記載のタイヤモデル作成方法。
【請求項３】
前記作成ステップにおいて、タイヤ径方向における前記複数のトレッドゴム要素の積層数を３層〜８層とした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又は２に記載のタイヤモデル作成方法。
【請求項４】
前記作成ステップにおいて、タイヤ幅方向における前記複数のサイドゴム要素の積層数を２層以下とした前記タイヤモデルを作成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のタイヤモデル作成方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のタイヤモデル作成方法を実行することを特徴とするタイヤモデル作成装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のタイヤモデル作成方法をコンピュータに実行させることを特徴とするタイヤモデル作成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤを複数の要素でモデル化したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法、タイヤモデル作成装置、及びタイヤモデル作成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の低燃費化に寄与するために、転がり抵抗の小さいタイヤの開発が活発である。タイヤの開発の効率化には、有限要素法（ＦＥＭ）等のシミュレーションが有効である。このようなシミュレーションにより、タイヤの製造や走行試験を行わなくても、新たに設計したタイヤの転がり抵抗の予測・評価が可能になってきている。
【０００３】
有限要素法を用いた転がり抵抗予測方法としては、例えば次のような技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術では、評価しようとするタイヤを複数の要素でモデル化したタイヤモデルを作成し、路面をモデル化した路面モデル上でタイヤモデルを転動させて変形解析を行うことで、タイヤの転がり抵抗を予測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３１２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有限要素法を用いた従来の転がり抵抗予測方法では、タイヤモデルを構成する各要素のサイズを小さくすることによって、より緻密な変形解析が可能になり、転がり抵抗を予測する精度が改善される。
【０００６】
しかしながら、有限要素法による解析に要する計算時間は、タイヤモデルを構成する要素数に比例して増加する。従って、タイヤモデルを構成する各要素のサイズを小さくすると、転がり抵抗の予測精度は改善するものの、計算時間が増加するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、計算時間の増加を抑制しつつ転がり抵抗の予測精度を改善可能なタイヤモデルを作成できるタイヤモデル作成方法、タイヤモデル作成装置、及びタイヤモデル作成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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、少なくとも１枚のカーカスプライ（カーカスプライ１１）と、前記カーカスプライのタイヤ径方向外側に設けられる１層以上のベルト（ベルト１２）と、前記ベルトよりもタイヤ径方向外側に設けられるトレッドゴム部（トレッドゴム部１３）と、前記カーカスプライよりもタイヤ幅方向外側に設けられるサイドゴム部（サイドゴム部１４）とを有するタイヤ（タイヤ１０）を複数の要素でモデル化したタイヤモデル（タイヤモデル１００）を作成する作成ステップ（ステップＳ１）を具備するタイヤモデル作成方法であって、前記タイヤモデルは、前記トレッドゴム部と対応する複数のトレッドゴム要素（トレッドゴム要素１１３）と、前記サイドゴム部と対応する複数のサイドゴム要素（サイドゴム要素１１４）とを有し、前記作成ステップにおいて、前記複数のトレッドゴム要素の平均体積が前記複数のサイドゴム要素の平均体積よりも小さくなるように前記タイヤモデルを作成することを要旨とする。
【０００９】
トレッドゴム部は路面に接する部分であるため、一般に、高グリップのゴムが使用される。このようなゴムが変形した場合、大きなヒステリシスロスを発生する。よって、一般的なタイヤが転動した場合、エネルギーロスの多くはトレッドゴム部で発生する。そのため、転がり抵抗の予測精度を向上するには、トレッドゴム要素の変形解析の精度を向上させることが重要であり、そのためにトレッドゴム要素の体積を小さくすることがある。
【００１０】
一方、サイドゴム部は路面に接しない部分であるため、グリップ性能は要求されず、一般に、ヒステリシスロスの小さいゴムが使用される。このため、サイドゴム要素の体積を大きくして変形解析の精度が落ちても、転がり抵抗の予測精度への影響は小さい。
【００１１】
従って、本発明の第１の特徴に係るタイヤモデル作成方法によれば、複数のトレッドゴム要素の平均体積が複数のサイドゴム要素の平均体積よりも小さくなるようにタイヤモデルを作成することによって、計算時間の増加を抑制しつつ転がり抵抗の予測精度を改善可能なタイヤモデルを作成できる。
【００１２】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記作成ステップにおいて、前記複数のトレッドゴム要素の平均体積をＶｔ、前記複数のサイドゴム要素の平均体積をＶｓとして、０．１＜Ｖｔ／Ｖｓ＜０．８を満たす前記タイヤモデルを作成することを要旨とする。
【００１３】
Ｖｔ／Ｖｓを０．１よりも小さくする（すなわち、トレッドゴム要素の体積を相対的に小さくする）と、計算時間は増加するものの予測精度はほとんど改善しなくなる。また、Ｖｔ／Ｖｓを０．８以上にすると、予測精度の改善効果が得られ難くなる。従って、０．１＜Ｖｔ／Ｖｓ＜０．８を満たすタイヤモデルを作成することが好ましい。
【００１４】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１又は第２の特徴に係り、前記作成ステップにおいて、タイヤ径方向における前記複数のトレッドゴム要素の積層数を３層〜８層とした前記タイヤモデルを作成することを要旨とする。
【００１５】
トレッドゴム部は、接地面とベルトの間に拘束されて変形するため、トレッドゴム部の変形を精度良く解析するには、トレッドゴム部を多層のトレッドゴム要素に分割して解析する必要がある。少なくとも、接地面に拘束される層、ベルトに拘束される層、これらの層の間の１層、計３層のトレッドゴム要素があることが望ましい。また、９層以上とすれば、トレッドゴム要素数は非常に大きくなり、計算時間が増加し、且つ解析精度はほとんど改善しない。従って、トレッドゴム要素の積層数を３層〜８層とすることが好ましい。
【００１６】
本発明の第４の特徴は、本発明の第１〜第３の何れかの特徴に係り、前記作成ステップにおいて、タイヤ幅方向における前記複数のサイドゴム要素の積層数を２層以下とした前記タイヤモデルを作成することを要旨とする。
【００１７】
上記のようにサイドゴム部に関しては変形しても歪エネルギーロスの発生は小さい。また、サイドゴム部に関してはカーカス側は拘束されるがタイヤ外表面側は路面に拘束されないため、多層のサイドゴム要素に分割する必要はない。従って、サイドゴム要素を２層以下、すなわち１層または２層とすることが好ましい。
【００１８】
本発明の第５の特徴は、本発明の第１〜第４のいずれかの特徴に係るタイヤモデル作成方法を実行するタイヤモデル作成装置であることを要旨とする。
【００１９】
このような特徴に係るタイヤモデル作成装置は、本発明の第１〜第４のいずれかの特徴に係るタイヤモデル作成方法を実行するため、計算時間の増加を抑制しつつ転がり抵抗の予測精度を改善可能なタイヤモデルを作成できる。
【００２０】
本発明の第６の特徴は、本発明の第１〜第４のいずれかの特徴に係るタイヤモデル作成方法をコンピュータに実行させるタイヤモデル作成プログラムであることを要旨とする。
【００２１】
このような特徴に係るタイヤモデル作成プログラムは、本発明の第１〜第４のいずれかの特徴に係るタイヤモデル作成方法をコンピュータに実行させるため、計算時間の増加を抑制しつつ転がり抵抗の予測精度を改善可能なタイヤモデルを作成できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、計算時間の増加を抑制しつつ転がり抵抗の予測精度を改善可能なタイヤモデルを作成できるタイヤモデル作成方法、タイヤモデル作成装置、及びタイヤモデル作成プログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るタイヤモデル作成方法を実行するためのタイヤモデル作成装置としてのコンピュータを示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るタイヤモデル作成方法においてモデル化の対象となるタイヤの一部切り欠き斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るタイヤモデルのタイヤ幅方向断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るタイヤモデル全体の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るタイヤモデル作成方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施例におけるシミュレーション条件を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例と比較するための従来例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下、各実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なる。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。
【００２５】
［タイヤモデル作成装置］
まず、本実施形態に係るタイヤモデル作成方法を実行するためのタイヤモデル作成装置について説明する。図１は、当該タイヤモデル作成装置としてのコンピュータ３００を示す概略図である。
【００２６】
図１に示すように、コンピュータ３００は、半導体メモリやハードディスク等の記憶部（不図示）、ＣＰＵ等の処理部（不図示）を有する本体部３１０と、キーボードやマウス等の入力部３２０と、液晶モニタ等の表示部３３０とを有する。
【００２７】
コンピュータ３００は、本実施形態に係るタイヤモデル作成方法を実行するためのタイヤモデル作成プログラムを実行する。例えば、コンピュータ３００は、タイヤモデル作成プログラムを記録した外部記憶媒体からタイヤモデル作成プログラムを読み出して実行してもよい。あるいは、コンピュータ３００の記憶部に格納（インストール）されたタイヤモデル作成プログラムを読み出して実行してもよい。コンピュータ３００は、ネットワークを介してタイヤモデル作成プログラムを取得して実行してもよい。
【００２８】
［タイヤモデル作成方法］
以下において、本実施形態に係るタイヤモデル作成方法について、（１）タイヤモデル、（２）全体処理フロー、（３）実施例の順に説明する。
【００２９】
（１）タイヤモデル
図２は、本実施形態に係るタイヤモデル作成方法においてモデル化の対象となるタイヤ１０の一部切り欠き斜視図である。
【００３０】
図２に示すように、タイヤ１０は、カーカスプライ１１、ベルト１２、トレッドゴム部１３、サイドゴム部１４、及びビードワイヤ１５を有する。
【００３１】
カーカスプライ１１はタイヤ１０の骨格をなす部分であり、ビードワイヤ１５で折り返されている。本実施形態では１枚のカーカスプライ１１が設けられるが、２枚以上であってもよい。ベルト１２は、カーカスプライ１１のタイヤ径方向Ｄ１外側に設けられる。本実施形態では１層のベルト１２が設けられるが、２層以上であってもよい。
【００３２】
トレッドゴム部１３は、ベルト１２よりもタイヤ径方向Ｄ１外側に設けられており、路面と接する部分である。トレッドゴム部１３は、高グリップのゴム、すなわちヒステリシスロスの大きいゴムにより形成される。
【００３３】
サイドゴム部１４は、カーカスプライ１１よりも外側であってベルト１２ベルトが存在しない位置と対応して設けられる。サイドゴム部１４は、カーカスプライ１１のタイヤ幅方向Ｄ２外側に設けられる。サイドゴム部１４は、ヒステリシスロスの小さいゴムにより形成される。
【００３４】
次に、本実施形態に係るタイヤモデルについて説明する。タイヤモデルは、有限要素法に従った要素分割（メッシュ分割）によって、タイヤ１０を複数の要素の集合体としてモデル化したものであり、コンピュータ３００が数値解析可能なデータである。
【００３５】
図３は、タイヤモデル１００のタイヤ幅方向断面図である。
【００３６】
図３に示すように、タイヤモデル１００は、カーカスプライ１１と対応する複数のカーカスプライ要素（不図示）と、ベルト１２と対応する複数のベルト要素１１２と、トレッドゴム部１３と対応する複数のトレッドゴム要素１１３と、サイドゴム部１４と対応する複数のサイドゴム要素１１４と、ビードワイヤ１５と対応する複数のビードワイヤ要素（不図示）とを有する。トレッドゴム部１３及びサイドゴム部１４等のゴム部材と、ビードワイヤ１５とは、ソリッド要素としてモデル化されている。カーカスプライ１１及びベルト１２等の補強部材はシェル要素、膜要素又はリバー要素でモデル化されている。
【００３７】
トレッドゴム要素１１３の平均体積は、サイドゴム要素１１４の平均体積よりも小さい。具体的には、トレッドゴム要素１１３の平均体積をＶｔ、サイドゴム要素１１４の平均体積をＶｓとすると、０．１＜Ｖｔ／Ｖｓ＜０．８を満たすようにタイヤモデル１００が構成される。
【００３８】
本実施形態では、各要素は基本的には直方体状の形状を有する。タイヤ径方向におけるトレッドゴム要素１１３の積層数（溝部分を除く）は４層であるが、３層〜８層の範囲内で変更してもよい。また、サイドゴム要素１１４の積層数は１層であるが、２層としてもよい。なお、有限要素法では、要素間の節点は連結されている必要があるため、トレッドゴム要素１１３とサイドゴム要素１１４との間の遷移区間においては、複雑な形状の要素が設けられる。
【００３９】
図４は、タイヤモデル１００全体の斜視図である。図４に示すように、図３に示したタイヤ幅方向断面をタイヤ周方向に一周分展開することで、３次元のタイヤモデル１００が構成される。路面をモデル化した路面モデル２００上でタイヤモデル１００を転動させることで変形解析が行われる。
【００４０】
（２）全体処理フロー
図５は、本実施形態に係るタイヤモデル作成方法を説明するためのフローチャートである。
【００４１】
図５に示すように、ステップＳ１においてコンピュータ３００は、上述したタイヤモデル１００を作成する。具体的には、コンピュータ３００は、例えば、設計図面から採取したデータに基づいてタイヤモデル１００を作成する。或いは、タイヤ１０の外形をレーザー形状測定器等で計測して採取したデータに基づいてタイヤモデル１００を作成する。なお、タイヤモデル１００には、必ずしもトレッドパターンの全てがモデル化されていなくてもよい。本実施形態では、タイヤモデル１００は、トレッドパターンのうち溝及び陸部の基本構造のみがモデル化される。
【００４２】
ステップＳ２において、コンピュータ３００は、路面モデル２００や境界条件等の解析条件を設定した上で変形解析を行い、転がり抵抗を計算する。路面モデル２００は、有限要素法に従って複数の要素に分割してモデル化されている。路面モデル２００には、路面の状況を表現するための摩擦係数を設定することもできる。境界条件とは、タイヤモデル１００の挙動をシミュレートする上でタイヤモデル１００に与える各種条件である。例えば、タイヤモデル１００に与える内圧と、タイヤモデル１００に与える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、変形解析の手法としては、特許文献１に記載の手法を採用することができる。
【００４３】
（３）実施例
次に、上述した実施形態に係るタイヤモデル作成方法により得られる効果を実施例を挙げて説明する。
【００４４】
本実施例では、タイヤサイズが２０５／５５Ｒ１６のタイヤを６．５Ｊ×１６のホイールに組み、図６に示すように、これを直径１．７ｍのドラム状の路面モデル２００Ａ上で転動させるモデルを作成して、タイヤの転がり抵抗を予測する解析を行った。そして、この予測結果を、直径１．７ｍのドラム試験機にてＩＳＯ８７６７に則り実測した転がり抵抗と比較した。転動速度は８０km/hとし、タイヤ内圧は２３０ｋＰａ、荷重は４．５ｋＮとした。
【００４５】
下記の表１に示すように、転がり抵抗予測値は、実測の転がり抵抗値を１００とした指数で示す。指数が１００に近いほど実測に近い予測値が得られており、良好な結果であることを意味する。計算時間は、転がり抵抗を予測する計算に要した時間を測定し、従来例を１００とした指数で表した。
【表１】
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【００４６】
表１において、従来例は、図７に示すように、トレッドゴム部と対応するトレッドゴム要素１１３Ａの体積と、サイドゴム部と対応するサイドゴム要素１１４Ａの体積とが概略同じ体積としたタイヤモデルを使用して転がり抵抗を予測したものである。従来例は、全体的に要素が大きい、すなわちメッシュが粗いので、計算時間は短いが、転がり抵抗予測精度はあまり良くない。
【００４７】
また、表１において、比較例１は、トレッドゴム要素及びサイドゴム要素の全てを細かい要素としたモデルで転がり抵抗を予測したものである。比較例１は、トレッドゴム要素及びサイドゴム要素の全てのメッシュを細かくしたため、転がり抵抗の予測精度は大きく向上するが、計算時間が非常に長くなる。
【００４８】
表１において、実施例１は、上述した実施形態のように、トレッドゴム要素のみを細かい要素としたタイヤモデルで転がり抵抗を予測したものである。実施例1は、転がり抵抗予測精度は比較例１とほぼ同等であるが、計算時間は大きく短縮されており、計算時間を最小限に抑えつつ、優れた精度で転がり抵抗を予測できている。
【００４９】
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【００５０】
上述した実施形態では、作成したタイヤモデルを特許文献１に記載の転がり抵抗予測方法に適用するケースについて説明した。有限要素法を利用する転がり抵抗予測方法あればよく、上述した実施形態に係るタイヤモデル作成方法により作成されたタイヤモデルを特許文献１以外の転がり抵抗予測方法に適用してもよい。
【００５１】
さらに、上述した実施形態に係るタイヤモデル作成方法により作成されたタイヤモデルをタイヤの摩耗予測等に適用してもよい。
【００５２】
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形態等を包含する。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０…タイヤ、１１…カーカスプライ、１２…ベルト、１３…トレッドゴム部、１４…サイドゴム部、１５…ビードワイヤ、１００…タイヤモデル、１１２…ベルト要素、１１３，１１３Ａ…トレッドゴム要素、１１４，１１４Ａ…サイドゴム要素、２００，２００Ａ…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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【図７】
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