(57)【要約】【課題】有限要素法（ＦＥＭ）等の数値解析手法によるタイヤの解析等において、計算効率を向上する。【解決手段】複数の形状や構造の異なるタイヤモデルを簡便に作成することが可能なダミー要素を含むタイヤ断面基本モデルを読取り（ステップ２２０）、タイヤモデルを構成するタイヤ部材を設定し（ステップ２２２）、そのダミー要素にタイヤ材料が変形時に挙動として現れない弾性係数等の材料定数を設定した後に（ステップ２２４）、タイヤモデルを作成する（ステップ２２６、２２８）。従って、タイヤをモデル化するにあたって、要素を追加したり削除したりせずに複数のダミー要素を含ませたタイヤモデルで、材料定数を変化させるのみで、複数の形状・構造を表現することができ、計算コストを低減すなわち計算時間の短縮することができる。【選択図】図３
2008089454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルの作成方法であって、
同一種類で異なる断面形状のタイヤ部材を各々含んだ複数のタイヤ断面形状を重ね合わせた状態で要素分割すると共に、要素分割された前記各タイヤ部材の少なくとも一部に対応する各要素を形成候補部材に設定したタイヤ断面基本モデルを予め作成して記憶手段に記憶しておき、
前記記憶手段から読み取ったタイヤ断面基本モデルに設定された形成候補部材の少なくとも１つを指定し、
指定した形成候補部材が非存在となるように、指定した形成候補部材について対応するタイヤ部材として予め定めた材料定数より小さい材料定数を定めて前記タイヤ断面基本モデルをタイヤ断面修正モデルに修正し、
修正したタイヤ断面修正モデルに基づいて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の作成方法。
【請求項２】
前記タイヤ部材は、カーカスラインである
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤモデルの作成方法。
【請求項３】
前記タイヤ部材は、ベルトラインである
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤモデルの作成方法。
【請求項４】
前記タイヤ部材は、リブ溝である
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤモデルの作成方法。
【請求項５】
前記材料定数は、弾性係数、粘性係数、及びポアソン比の少なくとも１つの要素変形時の挙動を規定する定数である
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤモデルの作成方法。
【請求項６】
使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルの作成装置であって、
同一種類で異なる断面形状のタイヤ部材を各々含んだ複数のタイヤ断面形状を重ね合わせた状態で要素分割すると共に、要素分割された前記各タイヤ部材の少なくとも一部に対応する各要素を形成候補部材に設定したタイヤ断面基本モデルを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段から読み取ったタイヤ断面基本モデルに設定された形成候補部材の少なくとも１つを指定する指定手段と、
指定した形成候補部材が非存在となるように、指定した形成候補部材について対応するタイヤ部材として予め定めた材料定数より小さい材料定数を定めて前記タイヤ断面基本モデルをタイヤ断面修正モデルに修正する修正手段と、
修正したタイヤ断面修正モデルに基づいてタイヤモデルを作成する作成手段と
を備えたことを特徴とするタイヤモデルの作成装置。
【請求項７】
使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するコンピュータを、
同一種類で異なる断面形状のタイヤ部材を各々含んだ複数のタイヤ断面形状を重ね合わせた状態で要素分割すると共に、要素分割された前記各タイヤ部材の少なくとも一部に対応する各要素を形成候補部材に設定したタイヤ断面基本モデルを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段から読み取ったタイヤ断面基本モデルに設定された形成候補部材の少なくとも１つを指定する指定手段と、
指定した形成候補部材が非存在となるように、指定した形成候補部材について対応するタイヤ部材として予め定めた材料定数より小さい材料定数を定めて前記タイヤ断面基本モデルをタイヤ断面修正モデルに修正する修正手段と、
修正したタイヤ断面修正モデルに基づいてタイヤモデルを作成する作成手段と
として機能させることを特徴とするタイヤモデルの作成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤモデルの作成方法、装置、及びプログラムにかかり、自動車等に使用される空気入りタイヤの性能を解析するときに用いられるタイヤモデルの作成方法、装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ挙動についての解析は、実際に設計・製造したタイヤを計測したり自動車に装着して得た性能試験結果を用いたりしたものから、計算機（コンピュータ）環境の発達に伴って、計算機上でシミュレーションによって実現できるようになってきている。このタイヤ挙動をシミュレーションによって解析する主要な方法としては、有限要素法（ＦＥＭ）等の数値解析手法が主に用いられている。ＦＥＭは、構造体を有限個の要素でモデル化して、コンピュータを用いて構造体の挙動を解析する手法であり、その特徴から構造体を有限個の要素に分割する（以下、メッシュ分割、または要素分割という。）ことが必要である。予測精度の高いタイヤ挙動をシミュレーションするためには、有限個の要素で構成されるシミュレーション用のタイヤモデル（数値データから構成されている）を如何に実際のタイヤ形状と同じように製作するかが重要である。
【０００３】
そこで、タイヤの挙動をシミュレーションする技術としてタイヤをモデル化して有限要素法（ＦＥＭ）によりシミュレーションする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この有限要素法には、静的なタイヤ解析に適している陰解法（Implicit,またはStatic analysis）と慣性力などの動的な成分を考慮することができる陽解法（Explicit,またはDynamic analysis）の２種類の解法が知られている。特に、タイヤを速度１００ｋｍ／ｈで転動させるようなシミュレーションでは、回転により生じる遠心力の影響を無視してしまうとシミュレーションによる予測精度を低下させる恐れがあるので、動的解析が可能な陽解法による有限要素法（以下、陽解法ＦＥＭという）を用いることが一般的である。また、タイヤが路面の突起物を踏む解析や不正地路面を走行するような動的成分を含む解析でも、動的解析の特質から陽解法ＦＥＭが用いられる。陽解法ＦＥＭは、例えば、ABAQUS-Explicit,Pam-Crash, Dyna3Dなどの市販の汎用ソフトウエアが知られている。
【特許文献１】特開２００２−３５０２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、タイヤの形状や構造を設計するにあたり、タイヤが走行している間の変形度合いや内部応力等のタイヤ性能を有限要素法（ＦＥＭ）によりシミュレーションするとき、例えばカーカスラインやベルトラインは、内圧を保持し、かつ荷重時や転勤時のタイヤ挙動に大きく関与する重要な設計要素であり、トップトレッド部の溝数・位置は、転動時の踏面内せん断力や接地挙動に大きな影響を与える。
【０００６】
しかしながら、形状や構造の異なるタイヤの性能を予測するためには、タイヤ性能を忠実にシミュレートできるように各々のタイヤの形状や構造に合致したタイヤモデルを一つ一つ作成しなければならなかった。特に、複数の設計因子を同時に検討する場合は組合せが膨大な数になり、タイヤモデルの作成は膨大な工数を要していた。このため、計算時間は長時間化する傾向にあり、タイヤ性能を予測する等のタイヤの挙動を模擬することは、結果的に計算コスト高（計算時間がかかる）であった。
【０００７】
本発明は、上記事実を考慮して、有限要素法等の数値解析手法によるタイヤの解析等において、計算効率を向上できるタイヤモデルの作成方法、装置、及びプログラムを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルの作成方法であって、同一種類で異なる断面形状のタイヤ部材を各々含んだ複数のタイヤ断面形状を重ね合わせた状態で要素分割すると共に、要素分割された前記各タイヤ部材の少なくとも一部に対応する各要素を形成候補部材に設定したタイヤ断面基本モデルを予め作成して記憶手段に記憶しておき、前記記憶手段から読み取ったタイヤ断面基本モデルに設定された形成候補部材の少なくとも１つを指定し、指定した形成候補部材が非存在となるように、指定した形成候補部材について対応するタイヤ部材として予め定めた材料定数より小さい材料定数を定めて前記タイヤ断面基本モデルをタイヤ断面修正モデルに修正し、修正したタイヤ断面修正モデルに基づいてタイヤモデルを作成することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、記憶手段には、複数のタイヤ断面形状を重ね合わせた状態で要素分割されその要素分割された各タイヤ部材の少なくとも一部に対応する各要素を形成候補部材に設定されたタイヤ断面基本モデルが記憶されている。すなわち、タイヤ部材の少なくとも一部に対応する各要素が形成候補部材としてタイヤ部材毎に対応されたマッピングテーブルとして予め作成して記憶されている。この形成候補部材の少なくとも１つを指定すると、指定した形成候補部材が非存在となるように、指定した形成候補部材について対応するタイヤ部材として予め定めた材料定数より小さい材料定数が定められる。この材料定数が定められたタイヤ断面基本モデルをタイヤ断面修正モデルとして修正する。として、タイヤ断面修正モデルからタイヤモデルを作成する。このことは、形成候補部材がタイヤモデル上で数値計算上では非存在となるダミー要素として機能するべく指定されることになり、タイヤモデルの形状や構造を複数作成することができる。すなわち、材料定数の設定を変更するのみで、あたかもそこに要素が存在しないかのようにふるまわせることが可能な複数のタイヤモデルを作成することができる。
【００１０】
タイヤモデルには、タイヤ外面形状を表すラインの他、タイヤクラウン形状を表すライン、タイヤのカーカスを表すカーカスライン、タイヤ内部のベルトを表すベルトライン、タイヤ内部のカーカスプライの折り返しラインを表す折り返しプライライン、各種補強材のラインを表す補強材ラインがあり、リブ溝等の溝やサイプが含まれている。タイヤモデルでは、これらを特定する位置等が定められる。具体的には、タイヤゴム部材のゲージ分布及びベルト部の構造を表す各ベルト層の角度、幅、コード種類、打ち込み密度、並びにパターンの形状を表す、ブロック形状、ブロック溝壁角度、サイプの位置、本数、長さを含ませることができる。
【００１１】
そこで、タイヤ部材として、請求項２にも記載したカーカスライン、請求項３のみ記載したベルトライン、及びタイヤゴム部材例えば請求項４にも記載したリブ溝を採用することができる。これらのタイヤ部材を設定することで、異なるタイヤ形状や構造に対応するタイヤモデルを得る場合に、材料定数の設定を変更するのみで、あたかも前記タイヤ部材の少なくとも一部が存在しないかのようにふるまわせることが可能な複数のタイヤモデルを自在に作成することができる。
【００１２】
また、請求項５にも記載したように、材料定数としては、弾性係数、粘性係数、及びポアソン比の少なくとも１つの要素変形時の挙動を規定する定数を採用することができる。この要素変形時の挙動を規定する定数を設定するのみで、要素変形に寄与しない要素を定めることができ、簡便に複数のタイヤモデルを作成することができる。
【００１３】
前記モデルを用いることで、短時間で、精度の高いタイヤの挙動をシミュレーションでき、そのタイヤモデルの作成装置も提供できる。詳細には、請求項６にも記載したように、使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するタイヤモデルの作成装置であって、同一種類で異なる断面形状のタイヤ部材を各々含んだ複数のタイヤ断面形状を重ね合わせた状態で要素分割すると共に、要素分割された前記各タイヤ部材の少なくとも一部に対応する各要素を形成候補部材に設定したタイヤ断面基本モデルを記憶する記憶手段と、前記記憶手段から読み取ったタイヤ断面基本モデルに設定された形成候補部材の少なくとも１つを指定する指定手段と、指定した形成候補部材が非存在となるように、指定した形成候補部材について対応するタイヤ部材として予め定めた材料定数より小さい材料定数を定めて前記タイヤ断面基本モデルをタイヤ断面修正モデルに修正する修正手段と、修正したタイヤ断面修正モデルに基づいてタイヤモデルを作成する作成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、コンピュータによってタイヤの挙動を解析する場合には、前記モデルを用いることで、計算負荷を減じて数値計算を行うことが可能になる。このタイヤモデルは、請求項７にも記載したように、使用状態でタイヤの挙動を模擬的に解析するために、タイヤを数値計算モデルに対応させて計算するコンピュータを、同一種類で異なる断面形状のタイヤ部材を各々含んだ複数のタイヤ断面形状を重ね合わせた状態で要素分割すると共に、要素分割された前記各タイヤ部材の少なくとも一部に対応する各要素を形成候補部材に設定したタイヤ断面基本モデルを記憶する記憶手段と、前記記憶手段から読み取ったタイヤ断面基本モデルに設定された形成候補部材の少なくとも１つを指定する指定手段と、指定した形成候補部材が非存在となるように、指定した形成候補部材について対応するタイヤ部材として予め定めた材料定数より小さい材料定数を定めて前記タイヤ断面基本モデルをタイヤ断面修正モデルに修正する修正手段と、修正したタイヤ断面修正モデルに基づいてタイヤモデルを作成する作成手段ととして機能させるタイヤモデルの作成プログラムによって、容易に提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、タイヤモデルについて複数のタイヤ断面形状を重ね合わせた状態で定義し、それに設定された形成候補部材をタイヤ部材として非存在となるように材料定数を定めることにより、あたかもそこに要素が存在しないかのようにふるまわせることが可能な複数のタイヤモデルを提供でき、効率的なタイヤ開発を実現できる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。本実施の形態は、タイヤの挙動解析に用いるタイヤモデルの作成に本発明を適用したものである。
【００１７】
（装置構成）
図１には本発明のタイヤモデルの作成方法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、予め記憶されたタイヤのモデル作成等の処理プログラムに従ってタイヤモデルを作成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。このコンピュータ本体１２は、上記処理プログラム等を記憶するためのハードディスク装置等の大容量記憶装置１６を備えている。なお、処理プログラムには、タイヤの挙動シミュレーション等の解析プログラムを含んでおり、コンピュータ本体１２を用いてタイヤの性能を予測するが可能になっている。
【００１８】
なお、コンピュータ本体１２には、記録媒体としてのフレキシブルディスク（ＦＤ）が挿抜可能なフレキシブルディスクユニット（ＦＤＵ）を備えている。なお、後述する処理ルーチン等は、ＦＤＵを用いてフレキシブルディスク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、ＦＤに記録された処理プログラムを大容量記憶装置１６へ格納（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やＤＶＤ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、対応する装置を用いればよい。また、パーソナルコンピュータの他に、ワークステーションやスーパーコンピュータを用いてもよいことは勿論である。
【００１９】
（タイヤ断面基本モデル）
本実施の形態では、タイヤの挙動シミュレーション等の解析を数値計算モデルを用いて行うために、その数値計算モデルとしてタイヤモデルを作成する。このタイヤモデルの作成にあたり、複数の形状や構造の異なるタイヤモデルを簡便に作成することが可能なダミー要素を含む１つのタイヤ断面基本モデルを、予め作成し、大容量記憶装置１６に記憶している。この１つのタイヤ断面基本モデルを用いて、ダミー要素の利用／不要を選択することで、タイヤの挙動シミュレーション等の解析対象となるタイヤモデルを作成する。
【００２０】
図２は、タイヤ断面基本モデルを作成する作成プログラムの処理ルーチンを示すものである。図３は、作成された１つのタイヤ断面基本モデルを用いて様々なタイヤモデルを作成する作成プログラムの処理ルーチンを示すものである。
【００２１】
コンピュータ本体１２に電源が投入され、キーボード１０による所定操作によりコンピュータ本体１２でのタイヤモデル作成が指示されると、図２の処理ルーチンが実行され、ステップ２００へ進み、複数の既存タイヤのタイヤ断面データが読み取られる。このタイヤ断面データは、タイヤの設計案（タイヤ形状、構造、材料など）から定まるデータや、現存するタイヤを計測したデータがある。
【００２２】
図４はタイヤ断面の一例を示すもので、複数のゴム部材毎に分割されたカーカス２２を有する空気入りタイヤ２０を示している。このカーカス２２はビード２６により折り返されている。このカーカス２２の内側はインナーライナー２４とされ、インナーライナー２４に延長上にはビードゴム３６が配置している。また、折り返されたカーカス２２により形成される略三角形状の領域はビードフィラー２８とされている。カーカス２２の上方には、ベルト３０が配置しており、このベルト３０の半径方向外側にはリブ溝などの溝３８が形成されたトレッドゴム３２が配置し、カーカス２２の軸方向外側にはサイドゴム３４が配置している。これらのカーカス２２，インナーライナー２４，ビード２６，ビードフィラー２８，ベルト３０，トレッドゴム３２，サイドゴム３４，ビードゴム３６，溝３８は、タイヤ部材である。なお、タイヤ断面モデルをゴム部材毎に複数分割した例を挙げたが、３角形等の任意の形状に分割してもよい。
【００２３】
次に、図２のステップ２０２では、タイヤ毎にタイヤ部材が分類され、次のステップ２０４において、タイヤ毎に分類されたタイヤ部材の形成候補領域が抽出される。これらの処理は、タイヤ部材であるカーカス２２、ベルト３０、溝３８等のデータを分類し、各タイヤ部材がタイヤ２０内に占める領域を形成候補領域として設定しそのデータを抽出することである。
【００２４】
図５には、タイヤ部材の一例として異なるベルト幅のベルト３０Ａ，３０Ｂを有するタイヤ２０の一部を示した。図５（Ａ）に示すタイヤ２０と図５（Ｂ）に示すタイヤ２０とは、ベルト３０Ａとベルト３０Ｂとが異なるベルト幅以外の点では同一である。図５の例では、タイヤ部材としてベルトの１つであるベルト３０Ａとベルト３０Ｂがタイヤ２０内に占める領域を形成候補領域として設定されそのデータが抽出される。
【００２５】
次に、図２のステップ２０６では、複数のタイヤの中で同一種類のタイヤ部材について、共通部位を有するタイヤ部材を類似部材として分類し、複数の類似部材について各々のタイヤ部材を表現可能にした１つの統合部材が設定（分類）される。次のステップ２０８では、統合部材における各タイヤ部材の共通部位と、差異部位とに識別子が付与され、次のステップ２１０において共通部位を有せずに単独部位のタイヤ部材（単独部材）及び統合部材の各々に、他との識別のために材料番号（識別番号）が付与される。材料番号の一例としては、ベルトの場合、ＢＬ１，ＢＬ２，・・・のように略記表記することができる。
【００２６】
図６は、タイヤ部材の一例として図５に示す異なるベルト幅のベルト３０Ａ，３０Ｂを含むベルト３０から統合部材を設定する説明図である。複数のタイヤについてタイヤ部材のうちベルト３０が、異なるベルト幅のベルト３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄであるとき、ベルト３０Ａは共通であり、ベルト３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄはその順に延長されたのみである。このため、ベルト幅の共通部位から最長部位までの差分に応じた距離を設定するのみで、全てのベルト幅を指定できる。
【００２７】
そこで、上記ステップ２０６では、ベルト３０として異なるベルト幅のベルト３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄが類似部材として分類される。としてステップ２０８においてベルト３０の共通部位と差異部位に、識別子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが付与される。なお、ベルト３０Ｂ，３０Ｃの差異部位をまとめて識別子Ｅ，ベルト３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄの差異部位をまとめて識別子Ｆに設定することもできる。
【００２８】
次の表１には、タイヤ部材、材料番号、識別子の関係を表として示した。
【００２９】
【表１】
2008089454.tif 000003
【００３０】
上記表１では、タイヤ材料としてベルトの一例を示し、統合部材を材料番号ＢＬ１、単独部材を材料番号ＢＬ２として示した。この単独材料の場合、識別子を要求しないが、規定値として識別子Ｚ等の予め定めた識別子を定めても良い。
【００３１】
以上のようにして識別子及び材料番号が付与されると、図２のステップ２１２において要素分割がなされる。本実施の形態では数値解析手法として陽解法等による有限要素法（ＦＥＭ）を用いる場合を説明する。要素分割とはタイヤ等の対象物を小さな幾つかの（有限の）小部分に分割することで、この小部分ごとに計算を行い全ての小部分について計算した後、全部の小部分を足し合わせることにより全体の応答を得ることができる。従って、ステップ２１２では、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し、タイヤ断面を数値的・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のインプットデータ形式に数値化することをいう。
【００３２】
次のステップ２１４では、タイヤ部材毎にタイヤ部材と上記識別子と要素分割後の要素の関係を表すマッピングテーブルが作成され、次のステップ２１６において、モデル化として、タイヤ断面基本モデルの構造データが作成され、マッピングテーブルと共に記憶される。このタイヤ断面基本モデルの構造データでは、全てのタイヤ部材は、形成候補領域として設定されており、さらに統合部材は詳細に形成候補領域として指定可能に設定されることになる。図７には、上記のようにして作成された複数のタイヤから得たタイヤ部材による形成候補領域を含むタイヤ断面基本モデルのイメージを示した。このタイヤ断面基本モデルは、形成候補領域としてタイヤ部材の全てを含み、複数の形状や構造の異なるタイヤモデルを簡便に作成することが可能なダミー要素（形成候補領域の要素）を含むものとなる。
【００３３】
なお、タイヤ断面基本モデルの構造データとマッピングテーブルとからなるタイヤ断面基本モデルのデータは、コンピュータ本体１２または他のコンピュータで予め作成しておき、コンピュータ本体１２内の大容量記憶装置１６に予め記憶しておくようにしても良い。
【００３４】
次の表２には、マッピングテーブルとして記憶される対応関係を示すものとして、タイヤ部材、材料番号、識別子、要素の関係を示した。
【００３５】
【表２】
2008089454.tif 000004
【００３６】
上記表２では、要素分割後の要素の位置を表すものとして記号ｑを用いている。タイヤ材料としてベルトの一例を示し、統合部材を材料番号ＢＬ１、単独部材を材料番号ＢＬ２として示した。この単独材料の場合、識別子を要求しないが、規定値として識別子Ｚ等の予め定めた識別子を定めても良い。
【００３７】
（タイヤモデル）
上記のようにしてタイヤ断面基本モデルの作成が終了し、大容量記憶装置１６にタイヤ断面基本モデルの構造データとマッピングテーブルとからなるタイヤ断面基本モデルのデータが記憶されているときに、図３の処理ルーチンに従って、タイヤモデルを作成できる。
【００３８】
図３のステップ２２０では、大容量記憶装置１６から上述のタイヤ断面基本モデルのデータが読み取られる。次のステップ２２２では、解析モデルとして作成するタイヤモデルを構成するタイヤ部材が設定される。この設定は、ユーザによるキーボード１０の入力によってなされるタイヤ部材の材料番号と、その材料番号のタイヤ部材を構成する識別子とが指定されたことを、キーボード１０の入力値を読み取って設定することでなされる。
【００３９】
このステップ２２２では、タイヤモデルを構成するタイヤ部材以外のタイヤ部材の少なくとも一部が指定されたことに対応して、指定されていないタイヤ部材の少なくとも一部を、解析モデルとして作成するタイヤモデルを構成するタイヤ部材に設定する。すなわち、これから作成しようとするタイヤモデルに不要な形成候補部材の少なくとも一部を指定する。
【００４０】
次のステップ２２４では、上記ステップ２２２で設定された形成候補部材の少なくとも一部に対して、予め定めた材料定数を設定する。この材料定数は、各種弾性係数、粘性係数、ポワソン比等、要素の変形時挙動を規定する全ての定数である。その値としては、タイヤ材料が変形時に挙動として現れることがない微小値を採用する。具体的には、タイヤ材料の標準値や基準値の１／１０００や１／１００００の値を採用することができる。また、簡易的に０．００１や０．０００１などの微小な所定値を用いても良い。なお、ここでは、全ての定数を上記微小値に設定する場合を説明するが、要素の変形時挙動の支配的な定数のみでもよい。上記ステップ２２４では、他のタイヤ部材の正規の材料定数をさらに定めても良い。
【００４１】
次のステップ２２６では、タイヤ径方向断面のモデル（タイヤ断面モデル、すなわちタイヤ断面データ）を作成する。このステップ２２６で作成されるタイヤ断面データは、数値計算モデルとして作成されたタイヤ断面基本モデルの数値計算上の形状に変更はなく、設定された形成候補部材の少なくとも一部の材料定数のみが変更されたものである。従って、ステップ２２６の処理は、タイヤ断面基本モデルに対して材料定数のみが変更されたものをタイヤ断面モデルすなわちタイヤ断面データと定義することに相当する。
【００４２】
なお、ステップ２２６では、タイヤ断面内のゴム、補教材（ベルト、プライ等、鉄・有機繊維等でできた補強コードをシート状に束ねたもの）をそれぞれ有限要素法のモデル化手法に応じてモデル化する。この場合、ゴム部は８節点ソリッド要素、補強材は角度を表現できる異方性シェル要素でモデル化することが望ましい。例えば、ゴム部分は、８節点ソリッド要素で扱うことができ、補強材（ベルト、プライ）の扱いは、シェル要素として２次元的に補強材の角度θを考慮することができる。
【００４３】
図８乃至図１０には、解析モデルとして作成するタイヤモデルを構成するタイヤ部材が設定され、その設定によりタイヤ断面基本モデルから複数のタイヤ断面モデルが作成されることを説明するための説明図を示した。
【００４４】
図８は、カーカス２２の周辺についてのタイヤ断面を示すものであり、図８（Ａ）に示すようにタイヤ断面基本モデルは、形成候補部材として５本のカーカスラインＫＬ１，ＫＬ２，ＫＬ３，ＫＬ４，ＫＬ５を含んでいる。これらのカーカスラインの中から、これから作成しようとするタイヤモデルに不要な形成候補部材の少なくとも一部（または全部）が指定されて、これに対応して、指定されていないカーカスラインの少なくとも一部（または全部）が、解析モデルとして作成するタイヤモデルを構成するカーカスラインに設定される。
【００４５】
図８（Ｂ）に示す例では、カーカスラインＫＬ２，ＫＬ４以外のカーカスラインが指定されたことにより、カーカスラインＫＬ２，ＫＬ４がタイヤモデルを構成するカーカスラインに設定される。同様に、図８（Ｃ）に示す例では、カーカスラインＫＬ１，ＫＬ２以外のカーカスライン指定により、カーカスラインＫＬ１，ＫＬ２が設定され、図８（Ｄ）に示す例では、カーカスラインＫＬ２，ＫＬ３以外のカーカスライン指定により、カーカスラインＫＬ２，ＫＬ３が設定される。
【００４６】
図８（Ｂ）乃至（Ｄ）では、上記指定により、恰もそこにカーカスラインの要素が存在しないかのようにふるまわせることができるモデルを示すために、不要な形成候補部材として指定されたカーカスラインを表記していない。
【００４７】
図９は、ベルト３０の周辺についてのタイヤ断面を示すものであり、図９（Ａ）に示すようにタイヤ断面基本モデルは、形成候補部材として３本のベルトラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３を含んでいる。ベルトラインＢＬ３は、統合部材であり、識別子Ａ，Ｂ，Ｃからなるベルトラインである。図では、括弧内に識別子を記した。これらのベルトラインの中から、これから作成しようとするタイヤモデルに不要な形成候補部材の少なくとも一部（または全部）が指定されて、これに対応して、指定されていないベルトラインの少なくとも一部（または全部）が、解析モデルとして作成するタイヤモデルを構成するベルトラインに設定される。
【００４８】
図９（Ｂ）に示す例では、ベルトラインＢＬ１，ＢＬ３（識別子Ａ，Ｃ）以外のベルトラインが指定されたことにより、ベルトラインＢＬ１，ＢＬ３（識別子Ａ，Ｃ）がタイヤモデルを構成するベルトラインに設定される。同様に、図９（Ｃ）に示す例では、ベルトラインＢＬ１，ＢＬ２以外のベルトライン指定により、ベルトラインＢＬ１，ＢＬ２が設定され、図９（Ｄ）に示す例では、ベルトラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３（識別子Ａ，Ｂ）以外のベルトライン指定により、ベルトラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３（識別子Ａ，Ｂ）が設定される。
【００４９】
図９（Ｂ）乃至（Ｄ）では、上記指定により、恰もそこにベルトラインの要素が存在しないかのようにふるまわせることができるモデルを示すために、不要な形成候補部材として指定されたベルトラインを表記していない。
【００５０】
図１０は、トレッドゴム３２の周辺についてのタイヤ断面を示すものであり、図１０（Ａ）に示すようにタイヤ断面基本モデルは、形成候補部材として４カ所の溝ＭＺ１，ＭＺ２，ＭＺ３，ＭＺ４を含んでいる。図では、溝が複数要素で構成されることを示しており、各々の溝を斜線で示した。これらの溝の中から、これから作成しようとするタイヤモデルに不要な形成候補部材の少なくとも一部（または全部）が指定されて、これに対応して、指定されていない溝の少なくとも一部（または全部）が、解析モデルとして作成するタイヤモデルを構成する溝に設定される。なお、溝として指定されない形成候補部材は、トレッドゴム３２の一部としてゴム部材が設定されることになる。
【００５１】
図１０（Ｂ）に示す例では、溝ＭＺ２，ＭＺ４以外の溝が指定されたことにより、溝ＭＺ２，ＭＺ４がタイヤモデルを構成する溝に設定され、それ以外がトレッドゴム３２の一部としてゴム部材に設定される。同様に、図１０（Ｃ）に示す例では、溝ＭＺ１，ＭＺ３以外の溝指定により、溝ＭＺ１，ＭＺ３が設定され、それ以外がトレッドゴム３２の一部としてゴム部材に設定される。
【００５２】
図１０（Ｂ）および（Ｃ）では、上記指定により、恰もそこに溝が存在するようにふるまわせることができるモデルを示すために、指定された溝の線分を表記していない。
【００５３】
図１１には、要素（形成候補部材）の指定前後についてのタイヤ断面モデルを示した。図１１（Ａ）は上記図２の処理で作成されたタイヤ断面基本モデルの一例であり、図１１（Ｂ）は図３のステップ２２６までの処理で要素（形成候補部材）の指定後に要素が存在しないように（溝の場合は存在するように）ふるまわせることができるタイヤ断面モデルの一例である。
【００５４】
以上のようにして定義がなされた後のタイヤ断面モデル（タイヤ径方向断面のモデル）を用いて、図３のステップ２２８では、その２次元データであるタイヤ断面データ（タイヤ径方向断面のモデル）を周方向に一周分（３６０度）展開し、タイヤの３次元（３Ｄ）モデルを作成する。図１２はタイヤモデルの作成経過を示すもので、（Ａ）は図１１（Ｂ）と同様のタイヤ断面モデル、（Ｂ）はタイヤ断面モデルを周方向に展開途中のイメージ図、（Ｃ）は一周分（３６０度）展開したタイヤの３次元（３Ｄ）モデルを示す。なお、図１２は、タイヤの周方向の一部分を細かく分割しているが、３６０度を等分割にしても良いのは勿論である。
【００５５】
このように、本実施の形態では、タイヤをモデル化するにあたって、ベースとなるタイヤモデル断面内に予め複数のラインや要素を作成しておき、それぞれの要素の材料定数を変化させることにより存在の有無をコントロールする。すなわち、タイヤモデルの作成はタイヤ断面基本モデル（またはそのタイヤ断面基本モデルのタイヤモデル）１回のみで、そのタイヤモデルから作成したＦＥＭ計算時の入力値を変更することで、複数の形状・構造を表現することができ、タイヤモデル作成の工数を大幅に軽減することができる。
【００５６】
（挙動シミュレーション）
図１３は、上述のタイヤモデルを用いてタイヤの挙動を解析する解析プログラムの処理ルーチンを示すものである。
【００５７】
まず、ステップ１００では、上述のようにして作成した（図２）、挙動解析の対象となるタイヤを表現することができるタイヤ断面基本モデルのデータを大容量記憶装置１６から読み取る。次のステップ１０２では、上述のようにしてタイヤ断面基本モデルを数値解析上のモデルに落とし込むためのタイヤモデルを作成する（図３）。
【００５８】
上記のようにしてタイヤモデルを作成した後には、ステップ１０４へ進み、路面の設定すなわち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１０４では、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る。路面のモデル化は、路面形状を要素分割してモデル化し、路面の摩擦係数μを選択設定することで路面状態を入力する。例えば、路面状態により乾燥（ＤＲＹ）、濡れ（ＷＥＴ）、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。
【００５９】
なお、流体モデルを作成して、路面とタイヤモデルの間に設けても良い。流体モデルは、タイヤの一部（または全部）および接地面、タイヤが移動・変形する領域を含む流体領域を分割し、モデル化するものである。
【００６０】
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１０６において、境界条件の設定がなされる。この境界条件とは、タイヤモデルに解析上すなわちタイヤの挙動をシミュレートする上で必要なものであり、タイヤモデルに付与する各種条件である。このステップ１０６の境界条件の設定では、まず、タイヤモデルには内圧を与えて、タイヤモデルに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、路面との摩擦を考慮する場合は、回転変位（または力、速度でもよい）もしくは直進変位（または力、速度でもよい）のどちらか一方のみでよい。
【００６１】
次に、ステップ１０６までに作成されたり設定されたりした数値モデルをもとに、解析としてのタイヤモデルの変形計算を行う。すなわち、上記ステップ１０６で境界条件の設定が終了すると、ステップ１０８へ進み、タイヤモデルの変形計算を行う。このステップ１０８では、タイヤモデルおよび与えた境界条件より、有限要素法に基づいてタイヤモデルの変形計算を行う。この変形計算は、タイヤ転動時の状態を得るために（過渡的な状態を得るために）、タイヤモデルの変形計算を繰り返し（例えば１msec以内の計算を繰り返して行い）、その度に境界条件を更新するようにしてもよい。また、変形計算は、タイヤ変形が定常状態となることを想定した予め定めた計算時間を採用することができる。次のステップ１１０では、上述の計算結果を出力する。この計算結果とは、タイヤ変形時の物理量を採用する。具体的には、サイドのたわみ量や接地形状、接地圧分布、タイヤ中心に作用する横力等である。
【００６２】
なお、計算結果の出力は、タイヤの接地部の形状や接地圧の分布、タイヤ中心に作用する力等の値または分布を可視化することを採用してもよい。これらは計算結果の値や変化量または変化率、力の向き（ベクトル）そして分布から導出することができ、それらをタイヤモデル周辺やパターン周辺とを共に線図等で表せば、把握しやすく提示可能な可視化をすることができる。
【００６３】
このように、本実施の形態では、タイヤをモデル化するにあたって、要素を追加したり削除したりするのではなく、タイヤモデルに、複数の要素を形成候補（ダミー要素）として予め含ませておき、それぞれの要素の材料定数を変化させることにより存在の有無をコントロールする。すなわち、タイヤ断面基本モデル（またはそのタイヤ断面基本モデルのタイヤモデル）を１回作成するのみで、そのタイヤモデルについてＦＥＭ計算時の入力値を変更することで、複数の形状・構造を表現することができる。従って、個別のタイヤモデルを作成して計算する場合に比べて、要素の材料定数を変化させることのみでタイヤモデルを作成することができ、構造の一部を変更してタイヤの挙動をシミュレーションする等のように解析するときには、予測精度を低下させることなく、計算精度を維持しつつ、計算コストを低減すなわち計算時間の短縮することができる。
【００６４】
なお、上記では、解析対象としてタイヤ単体を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、解析対象としてタイヤとリムの組み合わせた組立体モデルを採用してもよい。この場合、タイヤを様々なリム（ホイール）と組み合わせて利用することを考えた場合、リムとタイヤを１体の構造物（組み立てモデル）としてタイヤ（タイヤモデル）と置き換えて解析を行なえばよい。
【００６５】
また、解析対象としてタイヤを取り付けた車両モデルを採用してもよい。この場合には、既存の方法による車両モデルの作成処理を追加して、走行模擬計算を行えばよい。
【実施例】
【００６６】
次に、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００６７】
本実施例としてモデル化したタイヤは、タイヤサイズはＰＳＲ２７５／７０Ｒ１６の自動車用タイヤであり、カーカス、ベルト、溝の各々について構造変更をした場合のタイヤモデル作成と、シミュレーションの所要時間検証を行った。その結果を表３に示す。
【００６８】
【表３】
2008089454.tif 000005
【００６９】
表３から理解されるように、モデル作成に要した時間および計算時間は、従来の方法によるそれぞれの所要時間を１００として指数で表示した。それぞれの検討項目を組み合わせた場合はさらに効果が大きい。このように、本実施例によれば、計算時間の短縮に大きく寄与することが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる、タイヤモデルの作成方法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】本発明の実施の形態にかかる、タイヤ断面基本モデル作成処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態にかかる、タイヤモデル作成処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】タイヤ断面モデルを示す線図である。
【図５】異なるベルト幅のベルトを有するタイヤの一部を示し、（Ａ）は幅が短いベルト、（Ｂ）は幅が長いベルトを示すイメージ図である。
【図６】異なるベルト幅のベルトから統合部材を設定することの説明図である。
【図７】複数のタイヤから得たタイヤ部材による形成候補領域を含むタイヤ断面基本モデルのイメージ図である。
【図８】カーカス周辺のタイヤ断面を示し、（Ａ）はタイヤ断面基本モデル、（Ｂ）はカーカスラインＫＬ２，ＫＬ４、（Ｃ）はカーカスラインＫＬ１，ＫＬ２、（Ｄ）はカーカスラインＫＬ２，ＫＬ３で構成したタイヤ断面モデルを示す概念図である。
【図９】ベルト周辺のタイヤ断面を示し、（Ａ）はタイヤ断面基本モデル、（Ｂ）は、ベルトラインＢＬ１，ＢＬ３、（Ｃ）はベルトラインＢＬ１，ＢＬ２、（Ｄ）はベルトラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３で構成したタイヤ断面モデルを示す概念図である。
【図１０】トレッド周辺のタイヤ断面を示し、（Ａ）はタイヤ断面基本モデル、（Ｂ）は溝ＭＺ２，ＭＺ４、（Ｃ）は、溝ＭＺ１，ＭＺ３で構成したタイヤ断面モデルを示す概念図である。
【図１１】要素（形成候補部材）の指定前後についてのタイヤ断面モデルを示し、（Ａ）は指定前のタイヤ断面基本モデル、（Ｂ）は指定後のタイヤ断面モデルを示す概念図である。
【図１２】タイヤモデルの作成経過を示し、（Ａ）はタイヤ断面モデル、（Ｂ）は展開途中イメージ図、（Ｃ）は３次元（３Ｄ）モデルを示す。
【図１３】タイヤの挙動解析プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１０    キーボード
１２    コンピュータ本体
１４    ＣＲＴ
１６    大容量記憶装置
２０    空気入りタイヤ
３０    ベルト
３２    トレッドゴム
ＦＤ    フレキシブルディスク（記録媒体）
【図１】
2008089454.tif 000006
【図２】
2008089454.tif 000007
【図３】
2008089454.tif 000008
【図４】
2008089454.tif 000009
【図５】
2008089454.tif 000010
【図６】
2008089454.tif 000011
【図７】
2008089454.tif 000012
【図８】
2008089454.tif 000013
【図９】
2008089454.tif 000014
【図１０】
2008089454.tif 000015
【図１１】
2008089454.tif 000016
【図１２】
2008089454.tif 000017
【図１３】
2008089454.tif 000018