(57)【要約】      （修正有）【課題】細溝のモデル化に要する時間を短縮しつつ、精度の良いシミュレーション結果を得ることを可能とするタイヤモデル作成方法及びタイヤモデル作成装置を提供する。【解決手段】性能予測の対象となる空気入りタイヤに形成される３次元細溝の深さが取得され、当該深さを換算深さに換算される。更に、単位ブロックモデルに、換算深さＤ２を有する２次元細溝のモデルが形成されＳ３４、単位ブロックモデルに対して、荷重を与え、すべりを生じさせるシミュレーションを行うことにより、すべり発生時の単位ブロックモデルの接地面積とエッヂ圧とが見積もられるＳ３５。【選択図】図２
2011194906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレッド部に形成され、前記トレッド部が路面に接地したときに対向する壁面が互いに当接する３次元の細溝を有する空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法であって、
前記３次元の細溝の深さを取得するステップと、
前記３次元の細溝の深さよりも小さい深さを有する２次元の細溝のモデルを形成するステップと、
を備えるタイヤモデル作成方法。
【請求項２】
前記２次元の細溝のモデルを形成するステップは、前記３次元の細溝の深さに対して３０％乃至７０％の深さを有する前記２次元の細溝のモデルを形成する請求項１に記載のタイヤモデル作成方法。
【請求項３】
前記２次元の細溝のモデルを用いて、前記トレッド部が路面に接地したときの接地面積と、エッヂ圧とを算出する請求項１又は２に記載のタイヤモデル作成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法及びタイヤモデル作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。タイヤ性能予測方法を用いて、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。
【０００３】
近年では、空気入りタイヤの高性能化に伴って、複雑な構造を正確に表すことのできる構造モデルを作成し、この構造モデルを使って、より精度の高い解析を行いたいという要求が高まっている。そこで、従来のタイヤ性能予測方法では、平面に形成された２次元パターンにおいて要素分割を設定し、続いて、高さ方向（すなわち、タイヤ径方向）に細分化することによって３次元の細溝（いわゆるサイプ）のモデルを作成することができる。ここで、３次元の細溝のモデルとは、曲折しつつ延在しており、どの方向から投影しても直線状にはならない細溝のモデルを意味する。
【０００４】
このような３次元の細溝が形成されたタイヤの性能予測のシミュレーションでは、トレッドパターンモデルを構成する陸部ブロックのひとつ（単位ブロックという）に３次元の細溝が形成された単位ブロックモデルが設定される。単位ブロックモデルは、荷重が与えられるとすべりを生じる。このすべり発生時の単位ブロックモデルの接地面積と、単位ブロックモデルの各エッヂ部分の圧力（エッヂ圧という）が見積もられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６８５０５号公報  第４図
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
３次元の細溝は、対向する壁面が接触することによって、当該細溝の両側のブロック同士が支え合うことで変形を防止している。この支え合う力（支持力）を向上させるために、３次元の細溝は、複雑な形状となっている。このため、３次元の細溝をそのままモデル化するには、多くの時間が必要である。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、細溝のモデル化に要する時間を短縮しつつ、精度の良いシミュレーション結果を得ることが可能なタイヤモデル作成方法及びタイヤモデル作成装置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、本発明は以下の特徴を備える。すなわち、本発明の第１の特徴は、タイヤモデル作成方法であって、トレッド部に形成され、前記トレッド部が路面に接地したときに対向する壁面が互いに当接する３次元の細溝を有する空気入りタイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルを作成するタイヤモデル作成方法であって、前記３次元の細溝の深さを取得するステップと、前記３次元の細溝の深さよりも小さい深さを有する２次元の細溝のモデルを形成するステップとを備えることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第１の特徴によれば、３次元の細溝に対して、当該３次元の細溝の深さよりも小さい深さを有する２次元の細溝のモデルが形成される。ここで、２次元の細溝とは、直線状に延在する細溝を意味する。
【００１０】
２次元の細溝のモデルを形成することにより、複雑な形状である３次元の細溝のモデルを形成する場合よりも、細溝のモデル化に要する時間を短縮させることができる。
【００１１】
また、２次元の細溝と３次元の細溝とを対比させた場合、同じ深さでは、細溝の両側のブロック同士の支持力は、３次元の細溝の方が大きい。このため、３次元の細溝に対して２次元の細溝のモデルが形成される際に、２次元の細溝のモデルの深さを、３次元の細溝の深さよりも小さくすることで、３次元の細溝のモデルが形成される場合と同等のシミュレーション結果を得ることが可能となる。
【００１２】
本発明の第２の特徴は、前記２次元の細溝のモデルを形成するステップは、前記３次元の細溝の深さに対して３０％乃至７０％の深さを有する前記２次元の細溝のモデルを形成することを要旨とする。
【００１３】
本発明の第３の特徴は、前記２次元の細溝のモデルを用いて、前記トレッド部が路面に接地したときの接地面積と、エッヂ圧とを算出することを要旨とする。
【００１４】
本発明の第４の特徴は、タイヤモデル作成装置であって、上述のタイヤモデル作成方法を実行することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、細溝のモデル化に要する時間を短縮しつつ、精度の良いシミュレーション結果を得ることが可能なタイヤモデル作成方法及びタイヤモデル作成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態にかかるタイヤ性能を評価する処理を説明するフローチャートである。
【図２】図２は、本実施形態にかかる２次元細溝（サイプ）のモデルの作成方法を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、本実施形態にかかる３次元細溝の径方向断面図である。
【図４】図４は、本実施形態にかかる２次元細溝の径方向断面図である。
【図５】図５は、本実施形態にかかる３次元細溝と２次元細溝との対比を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態にかか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の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明にかかるタイヤモデル作成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）タイヤ性能評価方法、（２）２次元細溝（サイプ）のモデルの作成方法、（３）タイヤモデル作成装置、（４）作用・効果、（５）その他の実施形態について説明する。
【００１８】
なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似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。
【００１９】
（１）タイヤ性能評価方法
図１は、空気入りタイヤの挙動を、タイヤモデルを用いて評価する処理を説明するフローチャートである。タイヤ性能を評価するためのタイヤモデルの解析方法の一例として、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）について説明する。
【００２０】
本出願人は、タイヤ性能予測方法に関連する技術（特許３１３３７３８号公報）を既に提案している。ＧＬ解析の詳細は、上記公報に開示されているため、以下では、概略について説明する。
【００２１】
ステップＳ１では、タイヤモデル作成装置は、タイヤ性能予測方法の評価対象の空気入りタイヤを設計する。具体的には、タイヤモデル作成装置は、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を定める。
【００２２】
ステップＳ２では、タイヤモデル作成装置は、Ｇ解析を実行する。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。Ｇ解析では、ゴム、ベルト、プライ、鉄・有機繊維等でできた補強コード、補強コードをシート状に束ねた補強材などの空気入りタイヤの内部構造を有限要素法に従って作成したタイヤモデルと、路面を有限個の要素に分割した路面モデルとが設定される。例えば、路面状態により異なる摩擦係数μを設定することにより、乾燥（ＤＲＹ）、濡れ（ＷＥＴ）、氷上、雪上、非舗装等に対応する路面状態を再現できる。
【００２３】
Ｇ解析では、タイヤモデル作成装置は、トレッドパターンが無く、内部構造のみが設定されたタイヤモデル（スムースタイヤモデル）を路面モデル上において転動させたときの転動解析と変形計算とを実行し、転動解析と変形計算の結果から、基本的な溝と陸部の構造が設定されたトレッドパターンモデルの変形の軌跡を算出する。
【００２４】
ステップＳ３では、タイヤモデル作成装置は、ステップＳ２で算出されたトレッドパターンモデルの変形軌跡に基づいて、Ｌ解析を行う。Ｌ解析では、トレッドパターンモデルの少なくとも一部に詳細な構造が設定されたトレッドパターンモデルの物理量変化などを算出する。
【００２５】
Ｌ解析では、トレッドパターンモデルを構成する陸部ブロックのひとつ（単位ブロックという）に細溝が形成された単位ブロックモデルが設定される。また、単位ブロックモデルが複数集合した部分ブロックモデルが設定される。
【００２６】
部分ブロックモデルと路面モデルとの間の境界条件が、Ｇ解析において計算されたトレッドパターンモデルの変形軌跡に基づいて設定される。境界条件が設定された路面モデル上で部分ブロックモデルを転動させる転動計算と、変形計算の結果から、部分ブロックモデルに生じる物理量が算出される。
【００２７】
算出された物理量に基づいて、部分ブロックモデルがトレッド部の全周に亘って形成された空気入りタイヤ全体に相当する完全タイヤモデルのタイヤ性能を予測することができる。
【００２８】
ステップＳ４では、タイヤモデル作成装置は、タイヤ挙動の評価を行う。目標とする性能が満足されないときは、ステップＳ４において否定され、ステップＳ５において、設計案を変更又は修正してＬ解析のみが繰り返される。性能が十分であるときは、ステップＳ４で肯定され、ステップＳ６において、タイヤモデル作成装置は、ステップＳ１で設定した設計案のタイヤまたはステップＳ５で修正した設計案を採用し、本ルーチンを終了する。
【００２９】
（２）２次元細溝（サイプ）のモデルの作成方法
本発明の実施形態にかかる、２次元細溝（サイプ）のモデルの作成方法は、ステップＳ３のＬ解析において適用できる。以下、本発明の実施形態にかかる、２次元（２Ｄ）細溝のモデルの作成方法について、図面を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態にかかる、２次元細溝のモデルの作成方法を説明するフローチャートである。
【００３０】
ステップＳ３１では、タイヤモデル作成装置は、単位ブロックモデルを作成する。単位ブロックモデルは、空気入りタイヤの陸部ブロックのうち１ブロックを有限個の要素によって分割したものである。
【００３１】
ステップＳ３２では、タイヤモデル作成装置は、性能予測の対象となる空気入りタイヤに形成される３次元（３Ｄ）細溝の深さＤ１を取得する。図３は、本実施形態にかかる３次元細溝１４１の径方向断面図である。なお、本実施形態では、細溝とは、トレッド部に形成され、当該トレッド部が接地した際に、接地圧により溝の壁面が互い当接する溝幅を有する溝である。溝幅は、例えば、０．５ｍｍ〜４ｍｍ程度である。
【００３２】
再び、図２に戻って説明する。ステップＳ３３では、タイヤモデル作成装置は、３次元細溝１４１の深さＤ１に基づいて、２次元細溝の深さ（以下、換算深さという。）Ｄ２を算出する、換算処理を行う。
【００３３】
図４は、本実施形態にかかる２次元細溝１４２の径方向断面図である。また、図５は、本実施形態にかかる３次元細溝１４１と深さの異なる各２次元細溝１４２との対比を説明する図である。
【００３４】
図５（ａ）に示す３次元細溝１４１の深さに対し、図５（ｂ）に示す２次元細溝１４２は同一の深さを有し、図５（ｂ）に示す２次元細溝１４２は１／２の深さを有し、図５（ｃ）に示す２次元細溝１４２は１／４の深さを有する。本実施形態では、２次元細溝１４２は、３次元細溝Ｄ１の深さに対して、３０％乃至７０％の換算深さＤ２を有しており、図５（ｂ）乃至図５（ｄ）のうち、図５（ｃ）の２次元細溝１４２が該当する。発明者は、３次元細溝を有するブロックモデルを、２次元細溝を有するブロックモデルに変換し、当該２次元細溝を有するブロックモデルと３次元細溝を有するブロックモデルとを比較した。比較によると、２次元細溝が、３次元細溝の深さに対して３０％未満の換算深さである場合、２次元細溝を有するブロックモデルは３次元細溝を有するブロックモデルに対して剛性が高すぎ、変形の程度が小さすぎるとの結果が得られた。一方、２次元細溝が、３次元細溝の深さに対して７０％を超える換算深さである場合、２次元細溝を有するブロックモデルは３次元細溝を有するブロックモデルに対して剛性が低すぎ、変形の程度が大きすぎるとの結果が得られた。
【００３５】
再び、図２に戻って説明する。ステップＳ３４において、タイヤモデル作成装置は、単位ブロックモデルに、換算深さＤ２を有する２次元細溝１４２のモデルを形成する。ここで、２次元細溝１４２のモデルの溝幅は３次元細溝１４１の溝幅と同一である。
【００３６】
ステップＳ３５では、タイヤモデル作成装置は、単位ブロックモデルに対して、荷重を与え、すべりを生じさせるシミュレーションを行う。更に、タイヤモデル作成装置は、このすべり発生時の単位ブロックモデルの接地面積と、当該単位ブロックモデルの各エッヂ部分の圧力（エッヂ圧）とを見積もる。
【００３７】
（３）タイヤモデル作成装置
図６には、本発明の実施形態にかかるタイヤ性能予測方法を実行するタイヤモデル作成装置としてのコンピュータ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を用いて説明したタイヤ性能予測方法、及び、図２を用いて説明した２次元細溝のモデルの作成方法を実行する。
【００３８】
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、２を用いて説明したタイヤ性能予測方法、及び、２次元細溝のモデルの作成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、タイヤ性能予測方法、及び、２次元細溝のモデルの作成方法を実行するプログラムを取得してもよい。
【００３９】
（４）作用・効果
本実施形態の２次元細溝のモデル作成方法によれば、タイヤモデル作成装置は、性能予測の対象となる空気入りタイヤに形成される３次元細溝の深さＤ１を取得し、当該深さＤ１を換算深さＤ２に換算する。更に、タイヤモデル作成装置は、単位ブロックモデルに、換算深さＤ２を有する２次元細溝１４２のモデルを形成し、単位ブロックモデルに対して、荷重を与え、すべりを生じさせるシミュレーションを行うことにより、すべり発生時の単位ブロックモデルの接地面積とエッヂ圧とを見積もる。
【００４０】
このように、３次元細溝のモデル化に際して、３次元細溝のモデルを計背うするのではなく、２次元細溝のモデルを形成することにより、複雑な形状である３次元細溝のモデルを形成する場合よりも、細溝のモデル化に要する時間を短縮させることができる。
【００４１】
また、２次元細溝と３次元細溝とを対比させた場合、同じ深さでは、細溝の両側のブロック同士の支持力は、３次元細溝の方が大きい。このため、３次元細溝に対して２次元細溝のモデルが形成される際に、２次元細溝のモデルの深さを、３次元細溝の深さよりも小さくすることで、３次元細溝のモデルが形成される場合と同等のシミュレーション結果を得ることが可能となる。
【００４２】
発明者によれば、３次元細溝の深さに対して３０％乃至７０％の深さを有する２次元細溝のモデルを形成することにより、３次元細溝のモデルが形成される場合と同等のシミュレーション結果（単位ブロックモデルの接地面積及びエッヂ圧）を得ることが可能となることが確認された。
【００４３】
（５）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。
【００４４】
実施形態では、本発明にかかるシミュレーション方法をＧＬ解析におけるＬ解析に適用する場合について説明した。しかし、ＧＬ解析におけるシミュレーションには限定されない。
【００４５】
上述のタイヤモデル作成方法では、３次元細溝１４１及び２次元細溝１４２の配置及び構成は、図３や図４に示すものに限定されない。
【００４６】
また、上述した実施形態では、２次元細溝１４２のモデルの溝幅は３次元細溝１４１の溝幅と同一であるとしたが、異なっていてもよい。この場合、２次元細溝１４２のモデルの溝幅が３次元細溝１４１の溝幅よりも小さいほど、換算深さは上述の深さＤ２よりも大きくなり、２次元細溝１４２のモデルの溝幅が３次元細溝１４１の溝幅よりも大きいほど、換算深さは上述の深さＤ２よりも小さくなる。
【００４７】
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かかる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１４１…３次元細溝、１４２…２次元細溝、３００…コンピュータ、３１０…本体部、３２０…入力部、３３０…表示部
【図１】
2011194906.tif 000003
【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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