(57)【要約】【課題】タイヤの振動態様を現実に合わせて精度を向上させたタイヤ振動予測装置を提供すする。【解決手段】装置１は、転動によるタイヤの変形を算出する転動解析部１１と、踏面２０ａを形成するゴム部材２０に設定される観測ラインＬｉであって、踏面２０ａから内側へ離れた位置に設定される観測ラインＬｉ上の節点の変位データを、転動解析部１１の解析結果に基づき抽出する変位データ取得部１２と、振動応答解析用モデルを用いて接地固有値解析を行う固有値解析部１３と、変位データ取得部１２により得た変位データを、振動応答解析用モデルにおける観測ラインＬｉに対応する入力ラインＬｉ２上の節点の変位データに変換する変位データ変換部１４と、境界条件として踏面２０ａを拘束しつつ入力ラインＬｉ２に変位データを設定し、振動応答解析用モデルを用いてモーダル応答解析を行う振動応答解析部１５と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定荷重及び所定回転速度を含む所定条件のもとで、トレッドパターンを有するタイヤ有限要素法モデルを転動させ、前記トレッドパターンと路面の接触により加振されるタイヤの変形を算出する転動解析部と、
踏面を形成するゴム部材に設定される観測ラインであって、前記踏面から内側へ離れた位置に設定される観測ライン上の節点の変位データを、前記転動解析結果に基づき抽出する変位データ取得部と、
振動応答解析用モデルを用いて固有値及び振動モードを取得する接地固有値解析を行う固有値解析部と、
前記変位データ取得部により得た変位データを、前記振動応答解析用モデルにおける前記観測ラインに対応する入力ライン上の節点の変位データに変換する変位データ変換部と、
境界条件として踏面を拘束しつつ前記入力ラインに前記変位データを設定し、前記振動応答解析用モデルを用いてモーダル応答解析を行う振動応答解析部と、
を備えるタイヤ振動予測装置。
【請求項２】
前記観測ラインは、前記トレッドパターンを形成する各溝の溝底を結ぶデッキラインである請求項１に記載のタイヤ振動予測装置。
【請求項３】
前記振動応答解析用モデルは、ノンパターンのタイヤモデルである請求項１又は２に記載のタイヤ振動予測装置。
【請求項４】
コンピュータが実行する方法であって、
所定荷重及び所定回転速度を含む所定条件のもとで、トレッドパターンを有するタイヤ有限要素法モデルを転動させ、前記トレッドパターンと路面の接触により加振されるタイヤの変形を算出するステップと、
踏面を形成するゴム部材に設定される観測ラインであって、前記踏面から内側へ離れた位置に設定される観測ライン上の節点の変位データを、前記転動解析結果に基づき抽出するステップと、
振動応答解析用モデルを用いて固有値及び振動モードを取得する接地固有値解析を行うステップと、
前記抽出した変位データを、前記振動応答解析用モデルにおける前記観測ラインに対応する入力ライン上の節点の変位データに変換するステップと、
境界条件として踏面を拘束しつつ前記入力ラインに前記変位データを設定し、前記振動応答解析用モデルを用いてモーダル応答解析を行うステップと、
を含むタイヤ振動予測方法。
【請求項５】
前記観測ラインは、前記トレッドパターンを形成する各溝の溝底を結ぶデッキラインである請求項４に記載のタイヤ振動予測方法。
【請求項６】
前記振動応答解析用モデルは、ノンパターンのタイヤモデルである請求項４又は５に記載のタイヤ振動予測方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載のタイヤ振動予測方法を構成する各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路面を転動するタイヤに発生する振動を予測する装置、方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤが路面上を転動する際には、路面及びトレッドパターンの接触により力が発生し、タイヤ表面が隆起され、タイヤが振動する。このようなタイヤの振動は、当該振動により生じるロードノイズや車体に伝達する振動等を解析するうえで、精度良く予測できることが望ましい。
【０００３】
一つのタイヤモデルを用い、慣性力を考慮してタイヤの振動応答解析を行うことは可能ではあるが、計算コストが莫大となると共に解析内容が複雑化してしまい、実用的ではない。
【０００４】
非特許文献１には、タイヤの転動時においてトレッドパターンと路面で生じる力によりどのようにタイヤが加振されるか、すなわちタイヤへの入力を算出する転動解析を行い、その転動解析の後に、転動解析で得られた入力に起因する振動応答解析を行うことが開示されている。このように、転動解析と振動応答解析とをそれぞれ別のタイヤモデルで別個に行えば、計算コストの低減と解析の複雑さを低減するうえで有用と考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】"Radiation Noise Simulation of a Rolling Tire Excited by Tread Pattern"、The Yokohama Rubber Co.,Ltd, Kanagawa, Japan、Masataka Koishi, Toshiyuki Ikeda and Hiroshi Fujii、2011 SIMULIA Customer Conference.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１は、具体的に次のように解析を行うことが開示されているようである。まず、慣性力を考慮しない状態でパターン付きタイヤモデルを転動させる準静的転動解析を行い、タイヤの踏面の接地圧力変動を得る。次に、振動応答解析用のタイヤモデルを用いて接地固有値解析を行い、振動応答解析に必要なモーダルパラメータ（固有値、振動モード）を得る。次に、前記接地圧力変動を、振動応答解析用モデルの各接点における変位情報へ変換する。次に、上記で得たタイヤの踏面の変位情報を境界条件に設定し、上記振動応答解析モデルを用いたモーダル応答解析を実施する。
【０００７】
しかしながら、上記方法では、タイヤの踏面の変位情報を境界条件に設定しているので、現実では路面に拘束され変動しないタイヤの踏面を変位させて、転動によるパターン加振を入力しているので、現象が現実とは異なり、正確な振動応答を得られているとは言い難い。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、タイヤの振動態様を現実に合わせて精度を向上させたタイヤ振動予測装置、方法及びコンピュータプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。
【００１０】
すなわち、本発明のタイヤ振動予測装置は、所定荷重及び所定回転速度を含む所定条件のもとで、トレッドパターンを有するタイヤ有限要素法モデルを転動させ、前記トレッドパターンと路面の接触により加振されるタイヤの変形を算出する転動解析部と、踏面を形成するゴム部材に設定される観測ラインであって、前記踏面から内側へ離れた位置に設定される観測ライン上の節点の変位データを、前記転動解析結果に基づき抽出する変位データ取得部と、振動応答解析用モデルを用いて固有値及び振動モードを取得する接地固有値解析を行う固有値解析部と、前記変位データ取得部により得た変位データを、前記振動応答解析用モデルにおける前記観測ラインに対応する入力ライン上の節点の変位データに変換する変位データ変換部と、境界条件として踏面を拘束しつつ前記入力ラインに前記変位データを設定し、前記振動応答解析用モデルを用いてモーダル応答解析を行う振動応答解析部と、を備える。
【００１１】
本発明のタイヤ振動予測方法は、コンピュータが実行する方法であって、所定荷重及び所定回転速度を含む所定条件のもとで、トレッドパターンを有するタイヤ有限要素法モデルを転動させ、前記トレッドパターンと路面の接触により加振されるタイヤの変形を算出するステップと、踏面を形成するゴム部材に設定される観測ラインであって、前記踏面から内側へ離れた位置に設定される観測ライン上の節点の変位データを、前記転動解析結果に基づき抽出するステップと、振動応答解析用モデルを用いて固有値及び振動モードを取得する接地固有値解析を行うステップと、前記抽出した変位データを、前記振動応答解析用モデルにおける前記観測ラインに対応する入力ライン上の節点の変位データに変換するステップと、境界条件として踏面を拘束しつつ前記入力ラインに前記変位データを設定し、前記振動応答解析用モデルを用いてモーダル応答解析を行うステップと、を含む。
【００１２】
解析を容易にするためには、前記観測ラインは、前記トレッドパターンを形成する各溝の溝底を結ぶデッキラインであることが好ましい。
【００１３】
計算コストを低減させるためには、前記振動応答解析用モデルは、ノンパターンのタイヤモデルであることが好ましい。
【００１４】
本発明は、上記方法を構成するステップを、プログラムの観点から特定することも可能である。すなわち、本発明のコンピュータプログラムは、上記タイヤ振動予測方法を構成する各ステップをコンピュータに実行させるものである。このプログラムを実行することによっても、上記方法が奏する作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のタイヤ振動予測装置を示すブロック図。
【図２】タイヤを構成する部材を示すタイヤ子午線断面図。
【図３】本発明に係る路面とタイヤの接触部における処理に関する説明図。
【図４】タイヤ振動予測処理を示すフローチャート。
【図５】従来方法に係る路面とタイヤの接触部における処理に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１７】
［タイヤ振動予測装置］
本発明に係るタイヤ振動予測装置１は、路面を転動するタイヤに発生する振動を予測する装置である。具体的に、図１に示すように、装置１は、タイヤモデル記憶部１０と、転動解析部１１と、変位データ取得部１２と、固有値解析部１３と、変位データ変換部１４と、振動応答解析部１５と、を有する。これら各部１１〜１５は、ＣＰＵ、メモリ、各種インターフェイス等を備えたパソコン等の情報処理装置においてＣＰＵが予め記憶されている図示しない処理ルーチンを実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現される。
【００１８】
図１に示すタイヤモデル記憶部１０は、転動解析に用いるトレッドパターンを有するタイヤ有限要素モデルと、振動応答解析に用いるノンパターンのタイヤモデルと、を記憶する。これらのタイヤモデルは、本装置にて生成して記憶部１０に記憶してもよいし、外部から入力されて記憶部１０に記憶してもよい。なお、本実施形態では、振動応答解析に用いるタイヤモデルは、トレッド部に溝が形成されていないノンパターンのモデルであるが、トレッド部に溝が形成されたトレッドパターンを有するタイヤモデルであってもよい。
【００１９】
図１に示す転動解析部１１は、予め定められた所定条件のもとで、記憶部１０に記憶されるトレッドパターンを有するタイヤ有限要素モデルを転動させ、トレッドパターンと路面の接触により加振されるタイヤの変形を算出する準静的転動解析を行う。所定条件には、所定荷重、所定回転速度及び所定内圧を含む。この転動解析によって、路面との接触により生じる接地圧力が算出され、その圧力値によるタイヤの変形が時間軸に沿って算出される。
【００２０】
図２は、一般的なタイヤを構成する部材を示すタイヤ子午線断面図である。図２に示すように、トレッドゴム２０が踏面２０ａを形成し、トレッドゴム２０のタイヤ径方向内側にベルト層２１、カーカスプライ２２、インナーライナー２３が存在する。ベルト層２１及びカーカスプライ２２は、コードをゴムでトッピングした部材である。インナーライナー２３がタイヤ内面２３ａを形成する。
【００２１】
図１に示す変位データ取得部１２は、図２及び図３に示すように、踏面２０ａを形成するゴム部材２０に設定される観測ラインＬｉであって、踏面２０ａから内側へ離れた位置に設定される観測ラインＬｉ上の節点の変位データを、転動解析部１１による転動解析結果に基づき抽出する。得られる変位データは、各節点の変位を時間軸に沿って表したデータとなる。本実施形態において観測ラインＬｉは、溝３の溝底を結ぶデッキラインとしているが、これに限定されない。ゴム部材２０であって踏面２０ａを避けた位置であれば、いずれに配置してもよい。すなわち、観測ラインＬｉを、踏面２０ａとベルト層２１との間であってゴム部材２０上に設定すれば、いずれの部位でもよい。好ましくは、踏面２０ａに近い方がベルト層２１の影響を受けにくいので、好適である。
【００２２】
図１に示す固有値解析部１３は、モーダル応答解析に必要となるモーダルパラメータを取得する。具体的には、固有値解析部１３は、タイヤモデル記憶部１０に記憶されている振動応答解析用モデルを用いて固有値及び振動モードを取得する接地固有値解析を行う。固有値解析に用いるパラメータは、上記転動解析で用いたパラメータ（所定荷重、内圧）を同じ値を用いる。
【００２３】
図１に示す変位データ変換部１４は、転動解析用モデルに基づく変位データを、振動応答解析用モデルにおける変位データに変換する。具体的には、変位データ変換部１４は、図３に示すように、変位データ取得部１２により得た観測ラインＬｉ上の変位データを、振動応答解析用モデルにおける観測ラインＬｉに対応する入力ラインＬｉ２上の節点の変位データに変換する。変位データは、モデルを構成する各節点の動きを示すデータであるが、両モデルはメッシュ（又は節点）が共通しているとは限らないために節点同士のマッピングが必要だからである。観測ラインＬｉ及び入力ラインＬｉ２は、踏面２０ａからの距離等により予め定義されている。
【００２４】
図１に示す振動応答解析部１５は、図３に示すように、境界条件として踏面２０ａを拘束しつつ入力ラインＬｉ２に変位データを設定し、振動応答解析用モデルを用いてモーダル応答解析を行う。モーダル解析には、上記固有値解析部１３で取得したパラメータを用いる。モーダル解析の結果により、タイヤの振動を予測できる。
【００２５】
［タイヤ振動予測方法］
上記装置１を用いて、タイヤの振動を予測する方法を、図４を用いて説明する。
【００２６】
まず、ステップＳ１００において、転動解析部１１は、所定荷重及び所定回転速度を含む所定条件のもとで、トレッドパターンを有するタイヤ有限要素法モデルを転動させ、トレッドパターンと路面の接触により加振されるタイヤの変形を算出する。
【００２７】
次のステップＳ１０１において、変位データ取得部１２は、踏面２０ａを形成するゴム部材２０に設定される観測ラインＬｉであって、踏面２０ａから内側へ離れた位置に設定される観測ラインＬｉ上の節点の変位データを、転動解析結果に基づき抽出する。
【００２８】
次のステップＳ１０２において、固有値解析部１３は、振動応答解析用モデルを用いて固有値及び振動モードを取得する接地固有値解析を行う。
【００２９】
次のステップＳ１０３において、変位データ変換部１４は、変位データ取得部１２が抽出した変位データを、振動応答解析用モデルにおける観測ラインＬｉに対応する入力ラインＬｉ２上の節点の変位データに変換する。
【００３０】
次のステップＳ１０４において、振動応答解析部１５は、境界条件として踏面２０ａを拘束しつつ入力ラインＬｉ２に変位データを設定し、振動応答解析用モデルを用いてモーダル応答解析を行う。
【００３１】
ここで本発明の効果を確認するために下記の実験を行った。基礎パターンを形成した試験タイヤ（サイズ１９５／６５Ｒ１５）を平滑なドラム上で所定内圧（２００ｋＰａ）、一定荷重（４．４１ｋＮ）、一定速度（４０ｋｍ／ｈ）で転動させ、その際のタイヤの軸に対して発生する上下方向の振動の振幅値を計測した。非特許文献１に記載の従来方法を用いて振動を予測した結果よりも、本実施形態の方法を用いて振動を予測した結果の方が、実測値に近かった。
【００３２】
非特許文献１の方法によれば、図５に示すように、転動解析用モデルにおいて転動により踏面２０ａが加振され、踏面２０ａに生じる接触圧力を踏面２０ａの変位データに変換し、当該変位データを振動応答解析用モデルの踏面２０ａに入力している。この方法では、振動応答解析用モデルの踏面２０ａが変位することになるので、現実では路面ｒｓに拘束され変動しないはずの踏面２０ａが変形してしまうことになり、正確な振動応答を得られているとは言えない。
【００３３】
これに対し、本発明では、図３に示すように、転動解析モデルを用いて、踏面２０ａよりもタイヤ内側に離れた位置に設定された観測ラインＬｉの変位データを取得し、この変位データを振動応答モデルの入力ラインＬｉ２に入力しているので、タイヤの踏面２０ａを拘束でき、現実同様のタイヤの踏面２０ａの状態が再現でき、予測精度を向上させることが可能となる。
【００３４】
以上のように、本実施形態のタイヤ振動予測装置１は、所定荷重及び所定回転速度を含む所定条件のもとで、トレッドパターンを有するタイヤ有限要素法モデルを転動させ、トレッドパターンと路面ｒｓの接触により加振されるタイヤの変形を算出する転動解析部１１と、踏面２０ａを形成するゴム部材２０に設定される観測ラインＬｉであって、踏面２０ａから内側へ離れた位置に設定される観測ラインＬｉ上の節点の変位データを、転動解析結果に基づき抽出する変位データ取得部１２と、振動応答解析用モデルを用いて固有値及び振動モードを取得する接地固有値解析を行う固有値解析部１３と、変位データ取得部１２により得た変位データを、振動応答解析用モデルにおける観測ラインＬｉに対応する入力ラインＬｉ２上の節点の変位データに変換する変位データ変換部１４と、境界条件として踏面２０ａを拘束しつつ入力ラインＬｉ２に変位データを設定し、振動応答解析用モデルを用いてモーダル応答解析を行う振動応答解析部１５と、を備える。
【００３５】
また、本実施形態のタイヤ振動予測方法は、コンピュータが実行する方法であって、所定荷重及び所定回転速度を含む所定条件のもとで、トレッドパターンを有するタイヤ有限要素法モデルを転動させ、トレッドパターンと路面ｒｓの接触により加振されるタイヤの変形を算出するステップ（Ｓ１００）と、踏面２０ａを形成するゴム部材２０に設定される観測ラインＬｉであって、踏面２０ａから内側へ離れた位置に設定される観測ラインＬｉ上の節点の変位データを、転動解析結果に基づき抽出するステップ（Ｓ１０１）と、振動応答解析用モデルを用いて固有値及び振動モードを取得する接地固有値解析を行うステップ（Ｓ１０２）と、抽出した変位データを、振動応答解析用モデルにおける観測ラインＬｉに対応する入力ラインＬｉ２上の節点の変位データに変換するステップ（Ｓ１０３）と、境界条件として踏面２０ａを拘束しつつ入力ラインＬｉ２に変位データを設定し、振動応答解析用モデルを用いてモーダル応答解析を行うステップ（Ｓ１０４）と、を含む。
【００３６】
このように、タイヤの踏面２０ａよりも内側に設定した観測ラインＬｉの変位データを取得し、振動応答解析モデルの対応する入力ラインＬｉ２に変位データを入力するので、踏面２０ａを拘束するという現実の現象に合致した境界条件を設定でき、予測精度を向上させることが可能となる。
【００３７】
本実施形態では、観測ラインＬｉは、トレッドパターンを形成する各溝３の溝底を結ぶデッキラインである。観測ラインＬｉは可能な限り踏面２０ａに近い方が精度が高くなると考えられるが、デッキラインよりも踏面２０ａに近ければ、溝３によりゴム部材２０の存在しない領域があり、当該領域の変位データを補間しなければならず、解析をするうえで特殊な処理が必要となることが考えられる。デッキラインであれば、全領域にゴム部材２０があるので、解析をしやすいという面で好ましい。
【００３８】
本実施形態では、振動応答解析用モデルは、ノンパターンのタイヤモデルであるので、トレッドパターンを有するタイヤモデルに比較して計算コストを低減することが可能となる。
【００３９】
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、上記タイヤ振動予測方法を構成する各ステップをコンピュータに実行させるプログラムである。
これらプログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。言い換えると、上記方法を使用しているとも言える。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４１】
上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１１…転動解析部
１２…変位データ取得部
１３…固有値解析部
１４…変位データ変換部
１５…振動応答解析部
２０…ゴム部材
２０ａ…踏面
３…溝
ｒｓ…路面
Ｌｉ…観測ライン
Ｌｉ２…入力ライン
【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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