(57)【要約】【課題】計算精度を確保しつつ効率的にタイヤの性能を予測すること。【解決手段】まず、有限要素法等の解析手法によって解析できるように、それぞれの解析手法に適したモデルを作成する（ステップＳ１０１）。評価対象であるホイールの正規のリム幅Ｊ１よりも、リム幅が広いリムモデルを設定する（ステップＳ１０２）。リムモデルのリム幅を正規のリム幅へ狭め、タイヤモデルのビード部をリムモデルへ嵌合させる（ステップＳ１０３）。その後、タイヤモデルの幅方向における並進自由度を、両リム間で一致させ（ステップＳ１０４）、タイヤの性能を予測する（ステップＳ１０５）。【選択図】        図２
2005082076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールのリムに嵌合させたタイヤの性能を予測するにあたり、
前記タイヤと、前記ホイールが備える２個の前記リムとを複数の微小要素に分割して、タイヤモデルとリムモデルとを作成するモデル作成工程と、
前記タイヤモデルのビード部の幅よりも大きく広げた前記リムモデルの幅を狭めることにより、前記ビード部を前記リムモデルへ嵌合させる嵌合工程と、
前記リムモデルの両リムが持つ前記タイヤモデルの幅方向における並進自由度を一致させる拘束工程と、
を含むことを特徴とするタイヤ性能の予測方法。
【請求項２】
前記嵌合工程中若しくは前記拘束工程中、又は前記嵌合工程から前記拘束工程の間に、前記タイヤモデルへ内圧を負荷することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ性能の予測方法。
【請求項３】
前記リムモデルを構成する２個のリムのうち少なくとも一方を剛体としてモデル化することを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ性能の予測方法。
【請求項４】
前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させた後における前記リムモデルと前記ビード部との摩擦係数を、前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させるときの前記摩擦係数よりも大きくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤ性能の予測方法。
【請求項５】
前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させた後の前記摩擦係数は０．５０以上２．００以下であり、前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させるときの前記摩擦係数は０．０１以上０．４０以下であることを特徴とする請求項４に記載のタイヤ性能の予測方法。
【請求項６】
前記リムモデルを前記ビード部に嵌合させるときに、両方のリムを一体化した一体リムモデルに置き換えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤ性能の予測方法。
【請求項７】
前記モデル化工程においては、前記リムモデルの表面における微小要素の節点と、前記リムモデルの表面と接触する前記タイヤモデルのビード部表面における微小要素の節点とを共有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤ性能の予測方法。
【請求項８】
ホイールのリムに嵌合させたタイヤの性能を予測するにあたり、
前記タイヤと、前記ホイールが備える２個の前記リムとを複数の微小要素に分割して、タイヤモデルとリムモデルとを作成するモデル作成手順と、
前記タイヤモデルのビード部の幅よりも大きく広げた前記リムモデルの幅を狭めることにより、前記ビード部を前記リムモデルへ嵌合させる嵌合手順と、
前記リムモデルの両リムが持つ前記タイヤモデルの幅方向における並進自由度を一致させる拘束手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするタイヤ性能の予測用コンピュータプログラム。
【請求項９】
前記嵌合手順中若しくは前記拘束手順中、又は前記嵌合手順から前記拘束手順の間に、前記タイヤモデルへ内圧を負荷することを特徴とする請求項８に記載のタイヤ性能の予測用コンピュータプログラム。
【請求項１０】
前記リムモデルを構成する２個のリムのうち少なくとも一方を剛体としてモデル化することを特徴とする請求項８又は９に記載のタイヤ性能の予測用コンピュータプログラム。
【請求項１１】
前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させた後における前記リムモデルと前記ビード部との摩擦係数を、前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させるときの前記摩擦係数よりも大きくすることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のタイヤ性能の予測用コンピュータプログラム。
【請求項１２】
前記リムモデルを前記ビード部に嵌合させるときに、両方のリムを一体化した一体リムモデルに置き換えることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載のタイヤ性能の予測用コンピュータプログラム。
【請求項１３】
前記モデル化手順においては、前記リムモデルの表面における微小要素の節点と、前記リムモデルの表面と接触する前記タイヤモデルのビード部表面における微小要素の節点とを共有することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のタイヤ性能の予測用コンピュータプログラム。
【請求項１４】
ホイールに装着したタイヤの性能を予測する際に使用するものであり、
２個のリムを有するとともに、少なくとも前記リムを微小要素に分割したリムモデルを有するホイールモデルと、
前記タイヤを複数の微小要素に分割したタイヤモデルと、を備えるとともに、
前記リムモデルの幅を前記タイヤモデルのビード部の幅よりも大きく広げてから前記リムモデルの幅を狭めることにより、前記ビード部を前記リムモデルへ嵌合させ、前記リムモデルの両リムが持つ前記タイヤモデルの幅方向における並進自由度を一致させることを特徴とするタイヤ／ホイールモデル。
【請求項１５】
ホイールに装着したタイヤの性能を予測する際に使用するものであり、
２個のリムを有するとともに、少なくとも前記リムを微小要素に分割したリムモデルを有するホイールモデルと、
前記タイヤを複数の微小要素に分割したタイヤモデルと、を備え、
前記リムモデルの表面における微小要素の節点と、前記リムモデルの表面と接触する前記タイヤモデルのビード部表面における微小要素の節点とを共有するとともに、前記リムモデルの両リムが持つ前記タイヤモデルの幅方向における並進自由度を一致させることを特徴とするタイヤ／ホイールモデル。
【請求項１６】
前記リムモデルを構成する２個のリムのうち少なくとも一方を剛体としてモデル化することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のタイヤ／ホイールモデル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ性能のシミュレーションに関し、さらに詳しくは、計算精度を確保しつつ効率的にタイヤの性能を予測することのできるタイヤ性能の予測方法及びタイヤ性能の予測用コンピュータプログラム、並びにタイヤ／ホイールモデルを提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
従来タイヤは、試作品を走行試験や耐久試験等に供して得られた結果を元に、さらに改良を加えて試作品を試作するという繰返しによって開発されていた。このような開発手法は、試作と試験との繰返しになるので、開発効率が悪いという問題点があった。この問題点を解決するために、近年では数値解析を用いたコンピュータシミュレーションによって、試作品を製造しなくともタイヤの物理的性質を予測することができる手法が提案されている。
【０００３】
近年においては、より精度の高い予測結果を得るために、タイヤをホイールに装着した状態で、タイヤの諸性能を予測するタイヤ性能のシミュレーション方法が用いられつつある。このようなタイヤ性能の予測方法としては、例えば、タイヤのビード幅を狭めてからタイヤのビード部をホイールのリムに嵌合させるステップを含むシミュレーション方法が特許文献１に開示されている。
【０００４】
【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】
しかしながら、上記特許文献１に開示されているタイヤのシミュレーション方法では、より現実に近い状態を模擬するため、タイヤのビード部をリム幅よりも狭くするステップと、ビード部をリムに嵌合させるステップとを含む。これに起因して、上記特許文献１に開示されているタイヤのシミュレーション方法では、計算時間が長くなるという問題があった。
【０００６】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、計算精度を確保した上で、効率的にタイヤの性能を予測することのできるタイヤ性能の予測方法及びタイヤ性能の予測用コンピュータプログラム、並びにタイヤ／ホイールモデル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】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明に係るタイヤ性能の予測方法は、ホイールのリムに嵌合させたタイヤの性能を予測するにあたり、前記タイヤと、前記ホイールが備える２個の前記リムとを複数の微小要素に分割して、タイヤモデルとリムモデルとを作成するモデル作成工程と、前記タイヤモデルのビード部の幅よりも大きく広げた前記リムモデルの幅を狭めることにより、前記ビード部を前記リムモデルへ嵌合させる嵌合工程と、前記リムモデルの両リムが持つ前記タイヤモデルの幅方向における並進自由度を一致させる拘束工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムは、ホイールのリムに嵌合させたタイヤの性能を予測するにあたり、前記タイヤと、前記ホイールが備える２個の前記リムとを複数の微小要素に分割して、タイヤモデルとリムモデルとを作成するモデル作成手順と、前記タイヤモデルのビード部の幅よりも大きく広げた前記リムモデルの幅を狭めることにより、前記ビード部を前記リムモデルへ嵌合させる嵌合手順と、前記リムモデルの両リムが持つ前記タイヤモデルの幅方向における並進自由度を一致させる拘束手順と、コンピュータに実行させることを特徴とする。
【０００９】
このタイヤ性能の予測方法は、タイヤモデルのビード部を一旦狭める手順が不要となる。これによって、リムとビード部とが嵌合する際におけるビード部の動きを小さくできるので、嵌合後に内圧Ｐを負荷する際には、ビード部が急激にリムへ嵌合することを防止できる。その結果、リムとビード部とが嵌合する際におけるタイヤの振動を低減できるので、前記振動の減衰時間を短縮して計算時間を短くすることができる。これにより、計算精度を確保した上で、より効率的にタイヤ性能を予測することができる。また、本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムによれば、前述のタイヤ性能の予測方法がコンピュータを利用して実現できる。
【００１０】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測方法は、前記タイヤ性能の予測方法において、前記嵌合工程中若しくは前記拘束工程中、又は前記嵌合工程から前記拘束工程の間に、前記タイヤモデルへ内圧を負荷することを特徴とする。
【００１１】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムは、前記タイヤ性能の予測用コンピュータプログラムにおいて、前記嵌合手順中若しくは前記拘束手順中、又は前記嵌合手順から前記拘束手順の間に、前記タイヤモデルへ内圧を負荷することを特徴とする。
【００１２】
このタイヤ性能の予測方法は、内圧負荷の手順をリムの嵌合等と同時に進行させることができるので、その分計算時間を短縮することができる。また、本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムによれば、前述のタイヤ性能の予測方法がコンピュータを利用して実現できる。
【００１３】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測方法は、前記タイヤ性能の予測方法において、前記リムモデルを構成する２個のリムのうち少なくとも一方を剛体としてモデル化することを特徴とする。
【００１４】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムは、前記タイヤ性能の予測用コンピュータプログラムにおいて、前記リムモデルを構成する２個のリムのうち少なくとも一方を剛体としてモデル化することを特徴とする。
【００１５】
このタイヤ性能の予測方法は、ホイールのリムを変形体としてではなく剛体としてリムモデル化する。これにより、Ｃｏｕｒａｎｔ条件における時間増分値が減少しないので、計算時間の増加を抑制することができる。また、本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムによれば、前述のタイヤ性能の予測方法がコンピュータを利用して実現できる。
【００１６】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測方法は、前記タイヤ性能の予測方法において、前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させた後における前記リムモデルと前記ビード部との摩擦係数を、前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させるときの前記摩擦係数よりも大きくすることを特徴とする。
【００１７】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムは、前記タイヤ性能の予測用コンピュータプログラムにおいて、前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させた後における前記リムモデルと前記ビード部との摩擦係数を、前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させるときの前記摩擦係数よりも大きくすることを特徴とする。
【００１８】
このようにすれば、嵌合中における実施のタイヤとホイールのリム部との状態をより精度よく再現できる。これにより、嵌合不良状態でタイヤやタイヤ／ホイール組立体の性能を予測することを防止して、予測精度を向上させることができる。また、本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムによれば、前述のタイヤ性能の予測方法がコンピュータを利用して実現できる。
【００１９】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測方法のように、前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させた後の前記摩擦係数は０．５０以上２．００以下であり、前記リムモデルに前記ビード部を嵌合させるときの前記摩擦係数は０．０１以上０．４０以下とすることが好ましい。
【００２０】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測方法は、前記タイヤ性能の予測方法において、前記リムモデルを前記ビード部に嵌合させるときに、両方のリムを一体化した一体リムモデルに置き換えることを特徴とする。
【００２１】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムは、前記タイヤ性能の予測用コンピュータプログラムにおいて、前記リムモデルを前記ビード部に嵌合させるときに、両方のリムを一体化した一体リムモデルに置き換えることを特徴とする。
【００２２】
このタイヤ性能の予測方法のように、リムモデル中に含まれる２個のリムを一体リムモデルに差し替えれば、両リムの拘束条件を設ける必要がなくなるので、計算のアルゴリズムを簡易にできる。また、本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムによれば、前述のタイヤ性能の予測方法がコンピュータを利用して実現できる。
【００２３】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測方法は、前記タイヤ性能の予測方法において、前記モデル化工程においては、前記リムモデルの表面における微小要素の節点と、前記リムモデルの表面と接触する前記タイヤモデルのビード部表面における微小要素の節点とを共有することを特徴とする。
【００２４】
また、次の本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムは、前記タイヤ性能の予測用コンピュータプログラムにおいて、前記モデル化手順においては、前記リムモデルの表面における微小要素の節点と、前記リムモデルの表面と接触する前記タイヤモデルのビード部表面における微小要素の節点とを共有することを特徴とする。
【００２５】
このタイヤ性能の予測方法では、リムモデルの表面における節点と、タイヤモデルのビード部表面における節点とを共有する。これにより、ビード部及びリムのモデルを単純化することができるので、計算時間を短縮することができる。その結果、計算精度を確保した上で、より効率的にタイヤ性能を予測することができる。また、本発明に係るタイヤ性能の予測用コンピュータプログラムによれば、前述のタイヤ性能の予測方法がコンピュータを利用して実現できる。
【００２６】
また、次の本発明に係るタイヤ／ホイールモデルは、ホイールに装着したタイヤの性能を予測する際に使用するものであり、２個のリムを有するとともに、少なくとも前記リムを微小要素に分割したリムモデルを有するホイールモデルと、前記タイヤを複数の微小要素に分割したタイヤモデルと、を備えるとともに、前記リムモデルの幅を前記タイヤモデルのビード部の幅よりも大きく広げてから前記リムモデルの幅を狭めることにより、前記ビード部を前記リムモデルへ嵌合させ、前記リムモデルの両リムが持つ前記タイヤモデルの幅方向における並進自由度を一致させることを特徴とする。
【００２７】
このタイヤ／ホイールモデルを用いてタイヤの諸性能を予測すれば、タイヤモデルのビード部を一旦狭める手順が不要となる。これによって、リムとビード部とが嵌合する際におけるビード部の動きを小さくできるので、嵌合後に内圧Ｐを負荷する際には、ビード部が急激にリムへ嵌合することを防止できる。その結果、リムとビード部とが嵌合する際におけるタイヤの振動を低減できるので、前記振動の減衰時間を短縮して計算時間を短くすることができる。これにより、計算精度を確保した上で、より効率的にタイヤ性能を予測することができる。
【００２８】
また、次の本発明に係るタイヤ／ホイールモデルは、ホイールに装着したタイヤの性能を予測する際に使用するものであり、２個のリムを有するとともに、少なくとも前記リムを微小要素に分割したリムモデルを有するホイールモデルと、前記タイヤを複数の微小要素に分割したタイヤモデルと、を備え、前記リムモデルの表面における微小要素の節点と、前記リムモデルの表面と接触する前記タイヤモデルのビード部表面における微小要素の節点とを共有するとともに、前記リムモデルの両リムが持つ前記タイヤモデルの幅方向における並進自由度を一致させることを特徴とする。
【００２９】
このタイヤ／ホイールモデルでは、リムモデルの表面における節点と、タイヤモデルのビード部表面における節点とを共有する。これにより、ビード部及びリムのモデルを単純化することができるので、計算時間を短縮することができる。その結果、このタイヤ／ホイールモデルを用いてタイヤの諸性能を予測すれば、計算精度を確保した上で、より効率的にタイヤ性能を予測することができる。
【００３０】
また、次の本発明に係るタイヤ／ホイールモデルは、前記タイヤ／ホイールモデルにおいて、前記リムモデルを構成する２個のリムのうち少なくとも一方を剛体としてモデル化することを特徴とする。
【００３１】
このタイヤ／ホイールモデルでは、ホイールのリムを変形体としてではなく剛体としてモデル化する。これにより、Ｃｏｕｒａｎｔ条件における時間増分値が減少しないので、このタイヤ／ホイールモデルを用いてタイヤの諸性能を予測すれば、計算時間の増加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、リムとビード部とが嵌合する際におけるビード部の動きを小さくできるので、リムとビード部とが嵌合する際におけるタイヤの振動を低減できる。これにより、前記振動の減衰時間を短縮して計算時間を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。なお、本発明はタイヤの種類は問わず適用できるが、特に空気入りタイヤの性能予測に好適である。
【００３４】
（実施の形態１）
実施の形態１の本発明に係るタイヤ性能の予測方法は次の点に特徴がある。すなわち、有限要素法等に基づいてモデル化したホイールのリムモデルのリム幅を、タイヤモデルのビード部の幅よりも大きく広げてから、前記リムモデルをタイヤモデルのビード部へ嵌合させる。その後、タイヤモデルの幅方向における並進自由度をリムモデルの両リム間で一致させて、ホイールに装着したタイヤや、タイヤ／ホイール組立体の諸性能を予測する。なお、実施の形態１の本発明に係るタイヤ性能の予測方法は、コンピュータを用いたシミュレーションによって実現できる。
【００３５】
タイヤをホイールに装着する過程自体を予測するのであれば、上記特許文献１に開示されているような、タイヤのビード幅を狭めるステップと嵌合ステップという二つのステップを有するシミュレーション方法が必要となる。ここで、タイヤのビード部をホイールのリムに嵌合させる際には、タイヤの各部に振動が発生する。したがって、タイヤをホイールに装着した後、タイヤの転動その他のシミュレーションに移行する際には、この振動が減衰するまで待つ必要がある。
【００３６】
このように、特許文献１に係るシミュレーション方法では、タイヤ／ホイール組立体を得るにあたって二つのステップを要し、また嵌合時に発生するタイヤ各部の振動の減衰を待つ必要がある。このため、ホイールに装着したタイヤ等の転動その他のシミュレーションを完了するまでに長い計算時間を要してしまう。しかし、ホイールにタイヤを装着し、実際に使用されている状態におけるタイヤ等の諸性能を予測する場合には、必ずしも前記二つのステップが必要にはならない。本発明者らはこの点に着目し、次の手順によってホイールに装着したタイヤや、タイヤ／ホイール組立体の諸性能を予測することとした。
【００３７】
図１−１、図１−２は、本発明の実施の形態１に係るタイヤ性能の予測方法の概要を示す説明図である。図１−３は、タイヤモデル及びホイールモデルの各軸を示す説明図である。図２は、本発明の実施の形態に係るタイヤ性能の予測方法を示すフローチャートである。これらの図に基づいて、本発明に係るタイヤ性能の予測方法の手順について説明する。
【００３８】
実施の形態１の本発明に係るタイヤのシミュレーション方法では、タイヤやタイヤ／ホイール組立体の特性を予測する解析手法として有限要素法（Finite Element Method：ＦＥＭ）を使用する。なお、本発明に係るタイヤのシミュレーション方法に適用できる解析手法は有限要素法に限られず、境界要素法（Boundary Element Method：ＢＥＭ）、有限差分法（Finite Differences Method：ＦＤＭ）等も使用できる。性能予測対象であるタイヤ、タイヤ／ホイール組立体、あるいは境界条件等によって最も適当な解析手法を選択し、又は複数の解析手法を組み合わせて使用することもできる。また、本発明は、特に有限要素法の陽解法によってタイヤの諸性能を予測する際に好適である。
【００３９】
図３−１は、タイヤを微小要素に分割した例を示す斜視図である。図３−２は、ホイールを微小要素に分割した例を示す斜視図である。図３−３は、微小要素に分割したタイヤ／ホイールモデルの一例を示す斜視図である。この実施の形態の本発明に係るタイヤのシミュレーション方法を実行するにあたっては、まず、有限要素法等の解析手法によって解析できるように、それぞれの解析手法に適したモデルを作成する（ステップＳ１０１）。
【００４０】
これは、例えば有限要素法を使用する場合、有限要素法に基づきタイヤ及びホイールを有限個の微小要素１1、１2、１n、３1、３2、３n等に分割する。これにより、タイヤ及びホイールの有限要素モデル、すなわちタイヤモデル１及びホイールモデル３を作成することができる。そして、本発明に係るタイヤ性能の予測方法によって、このタイヤモデル１をホイールモデル３に装着して、図３−３に示すタイヤ／ホイールモデル１００を得る。タイヤ／ホイールモデル１００に対して転動等のシミュレーションを実行することによって、タイヤをホイールに装着した状態におけるタイヤの諸性能や、タイヤ／ホイール組立体としての諸性能を予測する。ここで、タイヤ性能には、例えば制動性能やウェット路面における走行性能、あるいはコーナーリング性能等、タイヤの動的シミュレーションによって取り扱うことのできる諸性能が含まれる。
【００４１】
有限要素法に基づく微小要素とは、例えば２次元平面においては四辺形要素、３次元体としては四面体ソリッド要素、五面体ソリッド要素、六面体ソリッド要素等のソリッド要素や、三角形シェル要素、四角形シェル要素等のシェル要素等、コンピュータで用いうる要素とすることが望ましい。このようにして分割された微小要素は、解析の過程においては、３次元座標を用いて逐一特定される。
【００４２】
次に、図１−１に示すように、ホイールの正規のリム幅Ｊ１よりも、２個のリム１１、１２のリム幅Ｊ２を広くしたリムモデル１０を設定する（ステップＳ１０２）。リムモデル１０の作成方法は、上述したホイールモデル３の作成方法と同様である。なお、ホイールモデル３の作成時に、予めリムモデル１０のリム幅Ｊ２を、正規のリム幅Ｊ１よりも大きく設定してもよい。また、図３−２は、ホイール全体をモデル化して、リムモデル１０が含まれるようにしているが、必ずしもホイール全体をモデル化する必要はなく、リム１１、１２の部分のみをモデル化したリムモデルを用いてもよい。さらに、リムモデル１０は、タイヤモデル１のビード部２を覆う範囲のみが、例えば有限要素法等に基づいてモデル化されていればよく、リムモデル１０全体をモデル化する必要はない。
【００４３】
ここで、リム幅とは、ホイールの両リム１１、１２の内側における両リム１１、１２間の最大幅をいう。また、ビード部の幅とは、タイヤの両ビード部がリムと嵌合する部分における最大幅をいう。本発明のタイヤ性能の予測方法では、タイヤモデル１をホイールモデル３に装着する前後においてホイールのリム幅を変化させるので、この間においてリム幅とビード幅とは変化する。
【００４４】
また、本発明に適用できるリムモデル１０は、全体を変形体として構成することができる。すなわち、リムモデル１０の全体にわたってリム１１、１２の弾性率や変形等を考慮してリムモデル１０を構成することができる。また、リムモデル１０を変形体としてではなく剛体としてモデル化してもよい。この場合には次の点で有利である。
【００４５】
有限要素法の陽解法においては、Ｃｏｕｒａｎｔ条件を満たす必要がある。一般にホイールはアルミニウム合金や鉄等によって製造されており、その弾性率は高くなる。また、一般にホイールは形状が複雑であるので、これを有限要素法において精度よく解析するためには、各微小要素の大きさを小さくする必要がある。このため、ホイールのリム１１、１２を変形体としてリムモデル化すると、前記Ｃｏｕｒａｎｔ条件を満たすために時間増分値が小さくなりやすく、計算に多くの時間を要することになる。ここで、ホイールのリム１１、１２を変形体としてではなく剛体としてモデル化すれば、弾性率や分割する微小要素の大きさを考慮する必要はない。その結果、前記時間増分値が減少しないので、計算時間の増加を抑制することができる。
【００４６】
図４−１、図４−２、図４−３は、左右を別体としたリムモデルを示す説明図である。両リム１１、１２を別体としたリムモデル１０の場合、両方のリム１１、１２を剛体あるいは変形体として取り扱ってもよいが、本発明においてはこれに限られない。例えば、図４−１に示すように、例えば一方のリム１１を剛体とし、もう一方のリム１２を変形体として取り扱ってもよい。この場合、リム幅Ｊ２を正規のリム幅Ｊ１に狭めた後（図４−３参照）に、変形体として取り扱ったリム１２を剛体として取り扱うリム１１に一体化させることが好ましい。このように、一方のリムを剛体として、もう一方のリムを変形体として取り扱うことにより、両方のリムを剛体として取り扱う場合と比較して、計算のアルゴリズムを簡素化することができる。
【００４７】
前記ステップＳ１０２で作成したリムモデル１０の両方のリム１１、１２は、タイヤモデル１の幅方向（図１−１〜図１−３中Ｚ方向）における並進自由度のみを独立させ、残りの自由度は一致させておく。すなわち、タイヤモデル１のＸ軸周りにおける回転及び並進自由度と、Ｙ軸周りにおける回転及び並進自由度と、Ｚ軸周りにおける回転自由度とを一致させておく。ここで、Ｚ軸はタイヤモデル１及びホイールモデル３の回転軸であり、Ｘ軸はタイヤモデル１及びホイールモデル３の転動方向である。また、Ｙ軸は、前記Ｚ軸とＸ軸とに垂直な軸である。
【００４８】
次に、図１−２に示すように、リムモデル１０の回転軸とタイヤモデル１の回転軸とを一致させて、リムモデル１０のリム幅を正規のリム幅Ｊ１へ狭め、タイヤモデル１のビード部２をリム１１、１２へ嵌合させ、タイヤモデル１をホイールモデル３に装着する（ステップＳ１０３）。このとき、タイヤモデル１のビード幅部のＷ2がＷ1へ狭まり、正規のリム幅Ｊ１に対するビード部の幅となる。
【００４９】
その後、タイヤモデル１の幅方向における並進自由度を、リム１１とリム１２との間で一致させる（ステップＳ１０４）。図５−１、図５−２は、並進自由度を一致させる方法の一例を示す説明図である。並進自由度を一致させるためには、例えば、両リム１１、１２の間に拘束条件を設け、一体化したリムの挙動を表現する方法がある。また、図５−２に示すように、リム１１、１２の幅を正規のリム幅Ｊ１に狭めてリム１１、１２とタイヤモデル１のビード部２とを嵌合させた後、両リム１１、１２を一体化した一体リムモデル１０ａに差替えてもよい。一体リムモデル１０ａへの差替えは、例えば、リムモデル１０がタイヤモデル１のビード部２へ接触したときのタイミングで、一体リムモデル１０ａに変更することで実現できる。このように、一体リムモデル１０ａに差し替えれば、両リム１１、１２の拘束条件を設ける必要がなくなるので、計算のアルゴリズムを簡易にできる。
【００５０】
このような方法によって、タイヤモデル１にリムモデル１０を組み付けた状態における性能評価では、両方のリム１１、１２を一体とした、一つのリムとして取り扱うことができる。また、前記並進自由度を一致させる手順は、コンピュータシミュレーションにおいては瞬時に終了するので、計算時間は増加しない。これにより、上記特許文献１に開示されたシミュレーション方法と比較して、ホイールモデル３にタイヤモデル１を装着してからタイヤの諸性能、あるいはタイヤ／ホイール組立体の諸性能の予測が終了するまでの計算時間を短縮することができる。
【００５１】
タイヤの諸性能を評価する際には、タイヤに内圧Ｐを負荷する必要がある。内圧Ｐは、リムモデル１０のリム幅を正規のリム幅Ｊ１へ狭めるとき、又は、前記並進自由度をリム１１とリム１２との間で一致させるときのいずれかのステップで負荷することができる。あるいは、リム幅を狭め、前記並進自由度を一致させながら負荷することもできる。これにより、内圧負荷のステップをリムの嵌合等と同時に進行させることができるので、その分計算時間を短縮することができる。なお、内圧Ｐは、リムモデル１０のリム幅を正規のリム幅Ｊ１へ狭めた後、又は、前記並進自由度をリム１１とリム１２との間で一致させた後に負荷してもよい。
【００５２】
本発明においては、リムモデル１０のリム幅を正規のリム幅Ｊ１へ狭めながら、リム１１、１２とビード部２とを嵌合させる。すなわち、ビード部２を一旦狭めてからリム１１、１２に嵌合させるという特許文献１に開示されているシミュレーション方法と異なり、ビード部２を一旦狭める手順が不要となる。これによって、リム１１、１２とビード部２とが嵌合する際におけるビード部２の動きを小さくできるので、嵌合後に内圧Ｐを負荷する際には、ビード部２が急激にリム１１、１２へ嵌合することを防止できる。その結果、リム１１、１２とビード部２とが嵌合する際におけるタイヤの振動を低減できるので、前記振動の減衰時間を短縮して計算時間を短くすることができる。上記各手順によってタイヤモデル１がホイールモデル３に装着された状態を得たら、所定の荷重Ｆ、速度、スリップ角、キャンバー角、スリップ率、横力、前後力、その他の走行条件を与えて、タイヤの諸性能を予測する（ステップＳ１０５）。
【００５３】
図６−１、図６−２は、実施の形態１の本発明に係るタイヤ性能の予測装置を示す装置構成図である。図６−１に示すように、このタイヤ性能の予測装置５０は、処理部５２と記憶部５４とで構成される。また、このタイヤ性能の予測装置５０には、入出力装置５１が接続されており、ここに備えられた入力手段５３でタイヤモデル１を構成するゴムの物性値やホイールの物性値、あるいは予測計算における境界条件や走行条件等を処理部５２や記憶部５４へ入力する。ここで、入力手段５３には、キーボード、マウス等の入力デバイスを使用することができる。また、図６−２に示すように、処理部５２は、タイヤモデルやリムモデルを作成するモデル作成部５２ｍと、リムモデルをタイヤモデルのビード部へ嵌合させ、両リムの並進自由度を一致させる嵌合・拘束部５２ｓと、得られたタイヤ／ホイールモデルを用いてタイヤ等の性能を予測する解析部５２ｐとを有している。
【００５４】
記憶部５４には、上記タイヤ性能の予測方法を含むコンピュータプログラムが格納されている。ここで、記憶部５４は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００５５】
また、上記コンピュータプログラムは、コンピュータシステムにすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本発明に係るタイヤ性能の予測方法を実現できるものであってもよい。また、処理部５２を構成するモデル作成部５２ｍ、嵌合・拘束部５２ｓ及び解析部５２ｐの機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本発明に係るタイヤ性能の予測方法を実行してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。
【００５６】
処理部５２は、メモリ及びＣＰＵにより構成されている。タイヤ性能の予測時においては設定されたタイヤモデル及び入力データに基づいて、処理部５２が前記プログラムを当該処理部５２に組み込まれたメモリに読み込んで演算する。その際に処理部５２は、適宜記憶部５４へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を進める。なお、この処理部５２は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアにより、モデル作成部５２ｍ、嵌合・拘束部５２ｓ及び解析部５２ｐの機能を実現するものであってもよい。予測結果は、入出力装置の表示手段５５に表示される。
【００５７】
ここで、表示手段５５には、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶表示装置等を使用することができる。また、予測結果は、必要に応じて設けられたプリンタに出力することもできる。また、記憶部５４は、処理部５２に内蔵されるものであっても、他の装置（例えばデータベースサーバ）内にあってもよい。このように、上記タイヤ性能の予測装置５０は、入出力装置５１を備えた端末装置から通信により処理部５２や記憶部５４にアクセスするものであってもよい。
【００５８】
以上、実施の形態１の本発明に係るタイヤ性能の予測方法によれば、タイヤモデルのビード部を一旦狭める手順が不要となる。これによって、リムとビード部とが嵌合する際におけるビード部の動きを小さくできるので、嵌合後に内圧Ｐを負荷する際には、ビード部が急激にリムへ嵌合することを防止できる。その結果、リムとビード部とが嵌合する際におけるタイヤの振動を低減できるので、前記振動の減衰時間を短縮して計算時間を短くすることができる。これにより、計算精度を確保した上で、より効率的にタイヤ性能を予測することができる。なお、実施の形態１で説明した本発明の構成は、以下の実施の形態においても適宜適用することができる。
【００５９】
（実施の形態２）
図７−１、図７−２は、実施の形態２の本発明に係るタイヤ性能の予測方法を示す説明図である。このタイヤ性能の予測方法は、上記実施の形態１に係るタイヤ性能の予測方法と略同一の構成であるが、ビード部剛性の高いタイヤの性能や、タイヤとホイールとの組立体としての性能を予測する場合には、タイヤモデルとリムモデルとを別個に設けるとともに、ビード部モデルとリムモデルとの接触を考慮したタイヤ／ホイールモデルを用いる点が異なる。その他の構成は実施の形態１、２と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成要素には同一の符号を付する。
【００６０】
図７−１に示すように、このタイヤ／ホイールモデル１０１では、タイヤモデル１のビード部２と、リムモデル１０ｂとを別個に設けてある。また、このタイヤモデル１は、ビード部２の剛性が高いタイヤ、例えば、扁平率が５５％以下の乗用車用タイヤやトラック・バス用タイヤ等をモデル化したものである。このように、ビード部剛性が高いタイヤの場合には、リム１１、１２とビード部２との節点を共有するとビード部２が過拘束となり、タイヤモデル１全体の挙動に影響を与えるので、計算精度を十分に確保できない。また、タイヤとホイールとの組立体としての性能を予測する場合には、タイヤのビード部剛性に関わらずビード部２とリム１１、１２との節点を共有すると、両者の接触を考慮できないので、タイヤ／ホイール組立体としての性能を十分に再現できない
【００６１】
そこで、ビード部剛性の高いタイヤの性能や、タイヤとホイールとの組立体としての性能を予測する場合は、このタイヤ／ホイールモデル１０２のように、タイヤモデル１のビード部２と、リムモデル１０ｂとを別個に設ける。このようにすれば、ビード部２の過拘束を回避できるので、タイヤ全体の挙動に影響を与えることがなくなり、十分な計算精度を確保できる。
【００６２】
タイヤモデル１のビード部２とリムモデル１０ｂとを別個に設定する場合、リム１１、１２をビード部２へ嵌合させる前におけるリムモデル１０ｂの位置は、図７−１に示すように、タイヤモデル１がリムモデル１０ｂへ貫入しない位置に設定することが好ましい。そして、図７−２に示すように、リムモデル１０ｂの両リム１１、１２を正規のリム幅Ｊ１まで狭めて、リム１１、１２とビード部２とを嵌合させる。
【００６３】
特許文献１に開示されたシミュレーション方法では、ビード部が一旦リム幅よりも狭くなってからリムへ嵌合するので、リムへの嵌合時には大きな振動が発生しており、この振動が収束するまで計算を進行させることができなかった。しかし、上述した実施の形態２に係る本発明によれば、ビード部２がリム１１、１２へ嵌合する際におけるタイヤの振動を極小に抑えることができるので、特許文献１に開示されたシミュレーション方法と比較して計算時間を大幅に短縮することができる。
【００６４】
リム１１、１２とビード部２との接触を考慮する場合には、両者の摩擦係数μを、嵌合中よりも嵌合後の方が大きくなるようにすることが好ましい。例えば、図７−１に示す嵌合中の状態においては、摩擦係数μを０．０１以上０．４０以下とし、図７−２に示す嵌合後、タイヤモデル１がホイールモデル３２へ装着された後においては、摩擦係数μを０．５０以上２．００以下とする。このようにすれば、嵌合中における実施のタイヤとホイールのリム部との状態をより精度よく再現できる。これにより、嵌合不良状態でタイヤやタイヤ／ホイール組立体の性能を予測することを防止して、予測精度を向上させることができる。なお、静止摩擦係数及び動摩擦係数の両方が、前記摩擦係数μの範囲にあることが好ましい。
【００６５】
以上、実施の形態２に係る本発明では、タイヤとホイールとの組立体としての性能を予測する場合は、タイヤモデルのビード部と、リムモデルとを別個に設定ける。これによって、ビード部の過拘束を回避できるので、タイヤ全体の挙動に影響を与えることがなくなり、十分な計算精度を確保できる。また、ビード部とリムとの接触を考慮して、嵌合後の摩擦係数を嵌合中よりも大きく設定するので、嵌合中における実施のタイヤとホイールのリム部との状態をより精度よく再現できる。これにより、嵌合不良の状態でタイヤ等の性能を予測することを回避できるので、タイヤ性能の予測精度を向上させることができる。これにより、計算精度を確保した上で、より効率的にタイヤ性能を予測することができる。
【００６６】
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３の本発明に係るタイヤ性能の予測方法を示す説明図である。図９−１、図９−２は、実施の形態３の本発明に係るタイヤ性能の予測方法の手順を示す説明図である。このタイヤ性能の予測方法は、上記実施の形態１に係るタイヤ性能の予測方法と略同一の構成であるが、ビード部剛性の低いタイヤの性能を予測する場合には、タイヤモデルのビード部とリムモデルとにおける微小要素の節点を共有させたタイヤ／ホイールモデルを用いる点が異なる。その他の構成は実施の形態１と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成要素には同一の符号を付する。
【００６７】
図８に示すように、このタイヤ／ホイールモデル１０２では、タイヤモデル１ｃのビード部２ｃと接するリムモデル１０ｃの表面における節点ａ１、ａ２、ａｎと、ビード部２ｃの表面における節点ａ１、ａ２、ａｎとを共有させてある。また、このタイヤモデル１ｃは、ビード部２ｃの剛性が低いタイヤ、例えば、扁平率が６０％以上の乗用車用タイヤ等をモデル化したものである。
【００６８】
このように、ビード部剛性が低いタイヤの場合には、リム１１、１２とビード部２ｃとの節点を共有してもビード部２が過拘束はならず、タイヤ全体の挙動に影響を与えることはほとんどないので、計算精度を十分に確保できる。一方、このようなタイヤ／ホイールモデル１０２では、リム１１、１２とビード部２との接触を考慮する必要はない。また、ビード部２ｃ及びリム１１、１２のモデルを単純化することができるので、計算時間を短縮することができる。さらに、微小要素の節点を共有にすれば、それだけ自由度を小さくすることができるので、計算速度を高くすることができる。
【００６９】
微小要素の節点を共有したタイヤ／ホイールモデル１０２を得たら（図９−１）、リム幅Ｊ２を正規のリム幅Ｊ１に変更する（図９−２）。これにより、タイヤモデル１ｃのビード幅はＷ２からＷ１となる。そして、このタイヤ／ホイールモデル１０２に含まれるリムモデル１０ｃの両リム１１、１２の並進自由度（タイヤ幅方向）を一致させて、タイヤの諸性能を予測する。ここで、リム幅Ｊ２の変更は、狭める場合と広げる場合との両方を含む。
【００７０】
以上、実施の形態３に係る本発明では、リムモデルとタイヤモデルのビード部とにおける微小要素の節点を共有させる。これにより、ビード部及びリムのモデルを単純化することができるので、計算時間を短縮することができる。
【００７１】
（実施例）
表１に示すサイズのタイヤをリムに装着し、内圧Ｐ＝２００ｋＰａ、荷重Ｆ＝４．０ｋＮの条件でタイヤの縦ばね性能を予測し、計算時間と縦ばね係数Ｋとを求めた。実施例１及び比較例１の評価結果を表２に、実施例２及び比較例２の評価結果を表３に示す。評価結果は指数表示し、計算時間は従来例１、２を１００とした指数であり、縦ばね係数Ｋは実測地を１００とした指数である。縦ばね係数は９０〜１１０であれば、実用上問題ない。なお、表２、３に示す実施例１ｘ〜２ｚ、比較例１、２の予測方法の詳細は、次の通りである。
【００７２】
実施例１ｘ、２ｘは、ホイールはリム部のみモデル化した剛体モデルであり、リムモデルとタイヤモデルとの接触部分においては節点を共有したものである。実施例１ｙ、２ｙは、ホイールはリム部のみモデル化した剛体モデルであり、リムモデルとタイヤモデルとの接触部分においては両者の接触を考慮する。タイヤモデルをリムモデルに装着中の摩擦係数は０．１で、装着後の摩擦係数は１．０である。実施例１ｚ、２ｚは、ホイールは変形体のフルモデルであり、リムモデルとタイヤモデルとの接触部分においては両者の接触を考慮する。タイヤモデルをリムモデルに装着中の摩擦係数は０．１で、装着後の摩擦係数は１．０である。比較例１、２は、ホイールは変形体のフルモデルであり、タイヤモデルのビード幅をリムモデルのリム幅よりも狭めた後、タイヤモデルとリムモデルとの接触を考慮して、内圧を負荷しながら嵌合させる。すなわち、比較例１、２は特許文献１に開示された方法である。
【００７３】
【表１】
2005082076.tif 000003
【００７４】
【表２】
2005082076.tif 000004
【００７５】
【表３】
2005082076.tif 000005
【００７６】
表２、３から、本発明によれば、いずれの実施例においても縦ばね係数は実用上問題ない範囲に収まることがわかる。また、計算時間は比較例１、２よりも速くなることがわかる。リムとビード部との節点を共有した実施例１ｘ、２ｘは、計算時間が最も速くなり、比較例１、２の半分以下となる。リム部のみを剛体でモデル化するとともに、リムとビード部との接触を考慮した実施例１ｙ、２ｙでは、計算速度が比較例１、２の半分以下になるとともに、計算精度も実測値に近くなる。このように、当該実施例１ｙ、２ｙでは計算精度を犠牲にせずに計算速度を向上させることができる。ホイール全体を変形体とするとともに、リムとビード部との接触を考慮した実施例１ｚ、２ｚでは、計算速度が比較例１、２よりも速くなるとともに、計算精度も実測値に近くなる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明に係るタイヤ性能の予測方法及びタイヤ性能の予測用コンピュータプログラム、並びにタイヤ／ホイールモデルは、ホイールに装着したタイヤの諸性能を予測する場合に有用であり、特に、計算精度を確保しつつ効率的にタイヤの性能を予測する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１−１】本発明の実施の形態１に係るタイヤ性能の予測方法の概要を示す説明図である。
【図１−２】本発明の実施の形態１に係るタイヤのシミュレーション方法の概要を示す説明図である。
【図１−３】タイヤモデル及びホイールモデルの各軸を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るタイヤ性能の予測方法を示すフローチャートである。
【図３−１】タイヤを微小要素に分割した例を示す斜視図である。
【図３−２】図３−２は、ホイールを微小要素に分割した例を示す斜視図である。
【図３−３】微小要素に分割したタイヤ／ホイールモデルの一例を示す斜視図である
【図４−１】左右を別体としたリムモデルを示す説明図である。
【図４−２】左右を別体としたリムモデルを示す説明図である。
【図４−３】左右を別体としたリムモデルを示す説明図である。
【図５−１】並進自由度を一致させる方法の一例を示す説明図である。
【図５−２】並進自由度を一致させる方法の一例を示す説明図である。
【図６−１】実施の形態１の本発明に係るタイヤ性能の予測装置を示す装置構成図である。
【図６−２】実施の形態１の本発明に係るタイヤ性能の予測装置を示す装置構成図である。
【図７−１】実施の形態２の本発明に係るタイヤ性能の予測方法を示す説明図である。
【図７−２】実施の形態２の本発明に係るタイヤ性能の予測方法を示す説明図である。
【図８】実施の形態３の本発明に係るタイヤ性能の予測方法を示す説明図である。
【図９−１】実施の形態３の本発明に係るタイヤ性能の予測方法の手順を示す説明図である。
【図９−２】実施の形態３の本発明に係るタイヤ性能の予測方法の手順を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１、１ｃ  タイヤモデル
２、２ｃ  ビード部
３  ホイールモデル
１０、１０ｂ、１０ｃ  リムモデル
１０ａ  一体リムモデル
１１、１２  リム
１００、１０１、１０２  タイヤ／ホイールモデル
【図１−１】
2005082076.tif 000006
【図１−２】
2005082076.tif 000007
【図１−３】
2005082076.tif 000008
【図２】
2005082076.tif 000009
【図３−１】
2005082076.tif 000010
【図３−２】
2005082076.tif 000011
【図３−３】
2005082076.tif 000012
【図４−１】
2005082076.tif 000013
【図４−２】
2005082076.tif 000014
【図４−３】
2005082076.tif 000015
【図５−１】
2005082076.tif 000016
【図５−２】
2005082076.tif 000017
【図６−１】
2005082076.tif 000018
【図６−２】
2005082076.tif 000019
【図７−１】
2005082076.tif 000020
【図７−２】
2005082076.tif 000021
【図８】
2005082076.tif 000022
【図９−１】
2005082076.tif 000023
【図９−２】
2005082076.tif 000024