(57)【要約】【課題】タイヤ踏面のトレッドゴムのタイヤ転動及び接地時の挙動をシミュレーション装置により精度よく再現する。【解決手段】トレッドブロックに対応する形状の試験片５０を、接地部材１０に対向する試験片取付部材２０の試験片取付面２１に取り付ける。タイヤ内のベルトの接地及び転動時の挙動をベルトの数値モデルを用いて有限要素法により解析し、挙動を再現すべきトレッドブロックに対応する位置のベルトの変位情報を取得する。その情報に基づいて、試験片取付部材変位手段３０を作動して試験片取付面２１により接地時のベルトの変位を再現し、かつ接地部材変位手段１５を作動して接地部材１０を上下動させてベルトと路面間の垂直方向の変位を再現し、試験片５０を接地面１１に接触及び離間させる。【選択図】          図１
2007216895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面と接するタイヤ踏面のトレッドゴムのタイヤ転動及び接地時の挙動を再現するシミュレーション装置であって、
タイヤ内に配置されたベルトの数値モデルから前記ベルトの所定領域のタイヤ転動及び接地時のベルト変位情報を取得するベルト変位情報取得手段と、
前記取得したベルト変位情報に基づき、ベルトモデルに取り付けたトレッドゴム試験片を路面モデルに接触させ、前記ベルトモデルで前記数値モデルのベルト変位を再現するベルト変位再現手段と、
を備えたことを特徴とするタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、
前記再現時におけるトレッドゴム試験片の変形挙動を測定する変形挙動測定手段、及び／又は、前記再現時におけるトレッドゴム試験片の負荷荷重を測定する荷重測定手段を備えたことを特徴とするタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、
前記ベルト変位情報は、前記ベルトを有限個の要素に分割して前記ベルトの数値モデルを作成し、該数値モデルを用いて有限要素法により計算した該数値モデルの各要素の接点位置の変位情報であることを特徴とするタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、
前記ベルト変位再現手段は、前記ベルトモデルを変位させるための複数のアクチュエータと、該複数のアクチュエータを独立に制御する制御手段とを有し、前記取得したベルト変位情報に基づき前記複数のアクチュエータを独立に作動させて前記ベルトモデルを変位させることを特徴とするタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、
前記ベルト変位再現手段は、前記路面モデルを変位させるためのアクチュエータと、該アクチュエータを制御する制御手段とを有し、前記取得したベルト変位情報に基づき前記アクチュエータを作動させ、前記路面モデルを前記数値モデルの路面に対する垂直方向のベルト変位に対応して変位させることを特徴とするタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、
前記荷重測定手段が、前記各アクチュエータの動力伝達経路のそれぞれに設けられ、該各アクチュエータの軸方向に作用する荷重を測定することを特徴とするタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれかに記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、
前記変形挙動測定手段は、前記トレッドゴム試験片の側方に配置されたレーザ変位計からなることを特徴とするタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置。
【請求項８】
タイヤ内に配置されたベルトの数値モデルから前記ベルトの所定領域のタイヤ転動及び接地時のベルト変位情報を取得し、
該取得したベルト変位情報に基づき、ベルトモデルに取り付けたトレッドゴム試験片を路面モデルに接触させ、前記ベルトモデルで前記数値モデルのベルト変位を再現し、
前記再現時におけるトレッドゴム試験片の変形挙動及び／又は負荷荷重を測定する、各工程を有することを特徴とするタイヤトレッドゴムの試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ踏面のトレッドゴムのタイヤ転動及び接地時の挙動を精度よく再現し、トレッドゴムの性能を正確に評価できるタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置、及びタイヤトレッドゴムの試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りタイヤに使用されるトレッドゴムは、車両走行時に路面と接触して相互に力の伝達を行う等、タイヤの制動・駆動性能等に影響する重要な部材であり、高いグリップ性能とともに耐摩耗性能も要求される等、使用条件等に合わせて様々な性能が要求される。従って、トレッドゴムを開発する際には、ゴムの各性能を適正に評価して把握し、使用するタイヤに適用可能か否かを判断する必要があり、従来から、各性能毎に細分化した様々なゴム評価方法が提案されている。代表的なものとしては、例えば、グリップ性能の評価方法として、粘弾性の貯蔵弾性率と損失弾性率を測定してその比である損失正接（ｔａｎδ）を求め、その値の大小で評価する方法が広く知られており、また、耐摩耗性能の評価方法として、ランボーン摩耗試験装置によりスリップ率を変化させて摩耗速度を測定し、その結果から評価する方法が広く知られている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
これら従来の評価方法では、ゴム試験片を定常的に変形させて弾性率を測定したり、或いは、一定の摩擦条件下で摩耗速度を測定する等、定常的な条件で試験を行うのが一般的である。しかしながら、実際のタイヤのトレッドの変形挙動は非定常的であるため、実際にタイヤを製造してグリップ性能や耐摩耗性能を試験した場合に、事前の評価とは異なる結果が生じることがある。即ち、転動時のタイヤ踏面には、踏み込みから蹴り出しにかけて路面から異なる方向及び大きさの荷重が入力されるとともに、その入力の仕方も制動・駆動時や旋回時等の各状態により異なるため、トレッドの挙動は非定常的となり、その結果、ゴムに生じる歪、及び応力も非定常的に変化する。この各変化の態様により、路面でのゴムの滑り距離が変化し、グリップ性能や耐摩耗性能等に影響するゴムの摩擦力や摩耗量が変化する等、トレッドゴムの性能が大きく左右される。
【０００４】
そこで、従来、転動時等のタイヤ接地面の状態を再現してトレッドの接地面を撮像し、その撮像結果からトレッドの接地時の挙動等を解析してタイヤ及びトレッドゴムの性能を評価するタイヤ接地面解析装置が知られている（特許文献３参照）。
【０００５】
図３は、この従来のタイヤ接地面解析装置の概略構成を示す側面図である。
この従来の装置８０は、図示のように、リム８１に装着されたタイヤ９０を回転可能に支持する回転軸８２と、タイヤ９０のトレッド９１に接触して配置された透光板８３と、透光板８３の下側に配置された撮像装置８４とを備え、トレッド９１を透光板８３に押し付けた状態で透光板８３を水平方向（図の矢印Ｆ方向）に移動させてタイヤ９０を回転させ、透光板８３と接するタイヤ９０の接地面９２を撮像装置８４により下側から撮像する。その後、撮像した画像を処理してトレッド９１の接地面９２の形状の変化からその挙動、及び歪の変化等を解析し、タイヤ及びトレッドゴムの摩擦力や摩耗量等の性能を評価する。
【０００６】
しかしながら、この従来の装置８０では、トレッドゴムに生じる歪の変化を直接測定せずに画像解析のみから把握するため、充分な測定精度が得られず、かつ、接地時にトレッドゴムに生じる応力変化については測定できないという問題がある。また、接地面９２を鮮明に撮像するために、透光板８３をガラス等の透明な材料で、かつ表面を平滑に形成する必要があるため、トレッド９１と接触する透光板８３の表面性状や摩擦係数等が実際の路面とは異なり、従って、トレッド９１の接地時の挙動も実際の走行時とは異なるものになる。その結果、この従来の装置８０では、解析後のトレッド９１の挙動や歪変化、及びタイヤ性能の評価を正確に行うのは難しい。
【０００７】
また、この従来の装置８０のように、実際のタイヤからトレッドゴムの性能を評価する場合には、トレッドゴムや空気入りタイヤの開発効率が極めて低くなるという問題も生じる。即ち、このようにしてトレッドゴムを評価する場合には、実際にタイヤを設計、試作し、試作品を試験装置や車両に装着する等して各種性能試験を行い、その結果に応じて改良品を再び設計、試作するという作業を繰り返して開発を進める必要があり、試作品の製造や試験等に多大な費用や時間を要することになる。しかも、トレッドゴム性能の評価が正確に行えない場合には、その欠点等を把握して最適な改良を施すのも難しく、その分、試作品の製造回数や上記した一連の作業を繰り返す回数も増加し、更に開発効率が低下するという問題も生じる。
【０００８】
以上のように、従来の各試験装置では、トレッドゴムが変形する際の正確な歪変化、及び応力変化等の挙動を把握することなく、トレッドゴムの性能を評価するのが一般的である。しかしながら、実際の空気入りタイヤでは、車両の速度や質量等のタイヤの使用条件や、制動・駆動時や旋回時等の車両の状態、又は路面性状等により、トレッドの挙動が変化する。従って、トレッドゴムの摩擦力や摩耗量等の性能を適正に評価して把握し、製品開発を効率よく行うためには、トレッドの挙動やトレッドゴムに生じる歪や応力の変化をより正確に把握する必要があるとともに、トレッドゴムの試験も実際のタイヤと同様の条件で行うのが望ましい。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２９２６７２号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８４４７号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、シミュレーション装置によりタイヤ踏面のトレッドゴムのタイヤ転動及び接地時の挙動を精度よく再現するとともに、トレッドゴムに生じる歪や応力の変化を正確に把握できるようにし、トレッドゴム性能の評価の正確性、及びタイヤやトレッドゴムの開発効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、路面と接するタイヤ踏面のトレッドゴムのタイヤ転動及び接地時の挙動を再現するシミュレーション装置であって、タイヤ内に配置されたベルトの数値モデルから前記ベルトの所定領域のタイヤ転動及び接地時のベルト変位情報を取得するベルト変位情報取得手段と、前記取得したベルト変位情報に基づき、ベルトモデルに取り付けたトレッドゴム試験片を路面モデルに接触させ、前記ベルトモデルで前記数値モデルのベルト変位を再現するベルト変位再現手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、前記再現時におけるトレッドゴム試験片の変形挙動を測定する変形挙動測定手段、及び／又は、前記再現時におけるトレッドゴム試験片の負荷荷重を測定する荷重測定手段を備えたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、前記ベルト変位情報は、前記ベルトを有限個の要素に分割して前記ベルトの数値モデルを作成し、該数値モデルを用いて有限要素法により計算した該数値モデルの各要素の接点位置の変位情報であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、前記ベルト変位再現手段は、前記ベルトモデルを変位させるための複数のアクチュエータと、該複数のアクチュエータを独立に制御する制御手段とを有し、前記取得したベルト変位情報に基づき前記複数のアクチュエータを独立に作動させて前記ベルトモデルを変位させることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、前記ベルト変位再現手段は、前記路面モデルを変位させるためのアクチュエータと、該アクチュエータを制御する制御手段とを有し、前記取得したベルト変位情報に基づき前記アクチュエータを作動させ、前記路面モデルを前記数値モデルの路面に対する垂直方向のベルト変位に対応して変位させることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項４または５に記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、前記荷重測定手段が、前記各アクチュエータの動力伝達経路のそれぞれに設けられ、該各アクチュエータの軸方向に作用する荷重を測定することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項２ないし６のいずれかに記載されたタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置において、前記変形挙動測定手段は、前記トレッドゴム試験片の側方に配置されたレーザ変位計からなることを特徴とする。
請求項８の発明は、タイヤトレッドゴムの試験方法であって、タイヤ内に配置されたベルトの数値モデルから前記ベルトの所定領域のタイヤ転動及び接地時のベルト変位情報を取得し、該取得したベルト変位情報に基づき、ベルトモデルに取り付けたトレッドゴム試験片を路面モデルに接触させ、前記ベルトモデルで前記数値モデルのベルト変位を再現し、前記再現時におけるトレッドゴム試験片の変形挙動及び／又は負荷荷重を測定する、各工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タイヤ踏面のトレッドゴムのタイヤ転動及び接地時の挙動をシミュレーション装置により精度よく再現することができるとともに、その際にトレッドゴムに生じる歪や応力の変化を正確に把握することができ、トレッドゴム性能の評価の正確性、及びタイヤやトレッドゴムの開発効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態のタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置（以下、シミュレーション装置という）は、種々の条件で使用される空気入りタイヤのトレッドゴムのタイヤ転動及び接地時の挙動をトレッドゴム試験片（以下、試験片という）により再現し、その際に試験片に生じる歪や応力を測定等するための装置である。
【００１４】
なお、本実施形態のタイヤは、一対のビードコア間に渡ってトロイダル状に延びるカーカスと、カーカスのタイヤ半径方向外側に配置された高剛性のベルトと、ベルトのタイヤ半径方向外側に配置されたタイヤ外周面を形成するトレッドゴム等を備える公知の構造を有する。また、路面と接するタイヤ踏面のトレッドゴムには、複数本のリブ溝及びラグ溝により区画された複数のトレッドブロックからなるトレッドパターン（ブロックパターン）が形成されている。
【００１５】
図１は、本実施形態のシミュレーション装置の概略構成を模式的に示す側面図である。
このシミュレーション装置１は、図示のように、装置床面に固定された固定台２と、固定台２上方の装置上部に固定された上フレーム３と、固定台２の上面に載置され上方に向かって延びる接地部材変位手段１５と、接地部材変位手段１５の上端に取り付けられた接地部材１０と、接地部材１０の上方に所定の距離を隔てて配置され試験片５０が取り付けられた試験片取付部材２０と、試験片取付部材２０と上フレーム３とを連結する試験片取付部材変位手段３０と、試験片５０の変形挙動を測定する変形挙動測定手段４と、各変位手段１５、３０等に接続（図の二点鎖線）された制御手段５等を備える。
【００１６】
このシミュレーション装置１で使用する試験片５０は、挙動再現の対象となるタイヤのトレッドゴムと同じ配合の加硫ゴムからなり、トレッドゴムに形成されたトレッドブロックに対応した形状に、即ち、トレッドブロックのタイヤ踏面からベルトまでの部分の形状と略同形状に形成される。従って、本実施形態では試験片５０を略直方体に形成しているが、実際のトレッドブロックの形状やトレッドパターンに合わせて、試験片５０を例えば立方体や平行六面体等の他の形状に形成してもよく、また、その表面に溝やサイプ等を形成してもよい。更に、トレッドゴムがタイヤ外表面側のキャップゴムとベルトに隣接するベースゴム等からなる複層構造を有する場合には、試験片５０も同様の複層構造に形成してもよい。
【００１７】
試験片取付部材２０は、金属等の剛性材料製で、平面視略矩形の平板状をなし、下方側の試験片取付面２１が試験片５０の上面よりも大きく、かつ平滑な平面状に形成されている。本実施形態のシミュレーション装置１では、この試験片取付部材２０（試験片取付面２１）をタイヤにおけるベルトに模し、その面に試験片５０を接着剤や締結部材等を用いて固定し、試験片取付部材２０をタイヤ転動及び接地時のベルトの変位に応じて変位させて、試験片５０でトレッドゴム（ブロック）の挙動を再現する。従って、試験片５０は、ベルト側の面を試験片取付面２１側に、タイヤ踏面に対応する側の面を接地部材１０側に向けて固定されるとともに、試験片取付面２１の変位を試験片５０に正確に伝達してトレッドブロックの挙動を精度よく再現するため、試験片５０は試験片取付面２１の略中心に、かつベルト側の面の４つの角部を試験片取付面２１の角部に合わせて固定させる。
【００１８】
また、試験片取付部材２０には、試験片取付面２１の傾斜角度や傾斜方向等を変位させるための試験片取付部材変位手段３０が接続されている。試験片取付部材変位手段３０は、複数個（ここでは４個）のピストン・シリンダ機構等の、軸方向に伸縮可能なアクチュエータ３１、３２、３３、３４を有し、その軸方向の一端側（図では下側）が、試験片５０の角部に対応する試験片取付部材２０側面の４つの角部に、他端側（図では上側）が上フレーム３の下面に、それぞれ遊動自在な自在継手等の連結部材３９、４０等を介して連結されている。即ち、試験片取付部材変位手段３０は、上フレーム３に遊動自在に支持されるとともに、試験片取付部材２０を遊動自在に支持しており、各アクチュエータ３１〜３４を相互に独立に作動させて、タイヤ転動及び接地時のベルトの変位に対応して試験片取付部材２０の角部の位置を変位させ、試験片取付面２１を任意の傾斜角度や傾斜方向等に変位させる。従って、アクチュエータ３１〜３４には、応答性に優れる油圧式のピストン・シリンダ機構を用いるのがより好ましい。
【００１９】
なお、図では、図面奥側に配置されたアクチュエータ３２、３３や連結部材４０等を、手前側のものとずらして内側に示したが、実際には、それらは試験片取付部材２０の角部に略対称に連結され、そこから斜め上方に向かって略対称な方向に配置されている。また、各アクチュエータ３１〜３４の動力伝達経路、ここでは連結部材４０との連結部にロードセル等の荷重測定手段３５、３６、３７、３８を配置し、各荷重測定手段３５〜３８により各アクチュエータ３１〜３４に作用する軸方向の荷重を測定する。
【００２０】
接地部材１０は、平面視略矩形の板状をなし、試験片５０が接触及び離間する上面（接地面１１）が略水平に、かつ試験片取付部材２０の試験片取付面２１に対向して配置されている。また、その上方部分１０Ａは着脱可能に構成され、路面条件等の試験条件に合わせて、例えば路面骨材を含む各種アスファルトやコンクリート等の任意の材質及び表面性状のものに交換可能となっている。また、接地部材１０の下面には、接地部材１０を垂直方向に上下動させて試験片取付部材２０に接近及び離間させるための接地部材変位手段１５の上端面が固定されている。
【００２１】
接地部材変位手段１５は、上記した試験片取付部材変位手段３０と同様に、油圧式のピストン・シリンダ機構等の軸方向（ここでは、垂直方向）に伸縮可能なアクチュエータ１６と、アクチュエータ１６の動力伝達経路（ここでは、固定台２との間）に配置されたロードセル等の荷重測定手段１７とを有している。この接地部材変位手段１５は、アクチュエータ１６を作動させて接地部材１０の接地面１１と試験片取付部材２０の試験片取付面２１との間隔を、タイヤにおけるベルトと路面との間の垂直方向の変位と同様に変位させ、接地面１１を試験片５０の下面に接触及び離間させて、その際の軸方向の荷重を荷重測定手段１７で測定する。
【００２２】
変形挙動測定手段４は、複数のレーザ変位計からなり、試験片５０の両側方（図では左右側方）に配置して、接地面１１に接触して変形する試験片５０の変形挙動を側方から測定する。具体的には、複数のレーザ変位計を測定軸を互いに平行にして垂直方向及び水平方向に所定の間隔で、かつ試験片５０の移動可能範囲を覆って配置し、レーザ光（図の点線）を試験片５０の側面に照射して反射光から試験片５０側面との間の距離の変化を連続的に測定し、測定結果から試験片５０の変形挙動を測定する。なお、試験片５０の変形挙動は、例えば試験片５０の側方に撮像装置を設置し、変形する試験片５０を撮像して画像解析により求める等、他の方法で測定してもよいが、変形量の測定精度や正確性等の観点から、レーザ変位計を用いるのがより好ましい。
【００２３】
また、このシミュレーション装置１は、一定温度での試験片５０の変形挙動の再現を可能とする公知の温度調節手段、例えば以上の装置全体を覆う恒温槽（図示せず）、又は少なくとも接地部材１０と試験片取付部材２０を収容する恒温槽等を備えている。従って、温度により左右される試験片５０の性能を客観的に評価できるとともに、温度を変化させて各温度で試験片５０の変形試験等を行って、その変形挙動や性能等の温度依存性も測定できる。
【００２４】
制御手段５は、以上の装置１の各部に接続して装置全体の制御等を行う、例えばパーソナルコンピュータであり、各変位手段１５、３０のアクチュエータ１６、３１〜３４に接続し、所定のパターンに基づいて、それらを相互に独立制御し、かつ連動して作動させて接地部材１０及び試験片取付部材２０を変位させる。また、制御手段５に各荷重測定手段１７、３５〜３８や変形挙動測定手段４を接続し、それらから出力される荷重や変形挙動の測定結果を、各変位手段１５、３０の作動パターンデータや試験条件等とともに互いに関連づけて記録させたり、或いは各データから試験片５０に生じる歪や応力の変化を解析させる等、制御手段５を記録手段や解析手段として用いてもよい。
【００２５】
本実施形態のシミュレーション装置１は、試験片取付部材２０（試験片取付面２１）をタイヤのトレッドゴムの内周側に配置されたベルトに模してベルトモデルとし、接地部材１０（接地面１１）をタイヤが転動時に接する路面に模して路面モデルとし、接地部材１０と試験片取付部材２０をタイヤ転動及び接地時のベルトの動きに対応して変位させて、試験片５０でトレッドゴムの挙動を再現する。従って、シミュレーション装置１は、以上に加えて、ベルトの挙動を計算して解析するベルト挙動解析手段（図示せず）を備え、その解析結果に基づいて、各部材１０、２０を変位させる各変位手段１５、３０の作動パターンを決定する。
【００２６】
ベルト挙動解析手段は、挙動解析プログラムの実行や各種データの入出力等が可能な例えばパーソナルコンピュータであり、タイヤ転動及び接地時のベルトの挙動をベルトの数値モデルを用いて解析する。この数値解析手法としては、差分法や有限体積法、境界要素法等の公知の手法を用いることができるが、本実施形態では有限要素法（ＦＥＭ：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）により解析を行う。即ち、ベルトを有限個の要素に分割して数値モデルを作成した後、有限要素法によりタイヤ転動及び接地時の数値モデルの各要素の接点の位置の変位を計算してベルトの挙動を解析する。
【００２７】
この有限要素法による解析処理手順の一例について説明すると、まず、挙動解析の対象となるベルト部の設計情報（例えば、ベルト形状、構造、材料等）を設定し、その情報を基にベルトの数値モデルを作成する。数値モデルは、有限要素法に対応した要素分割、例えばメッシュ分割によりベルトを有限個の要素に分割して作成するモデルであり、数値的・解析的手法に基づいて、ベルトをコンピュータプログラムへのインプットデータ形式に数値化したものをいう。次に、ベルト（タイヤ）の使用条件を設定し、有限要素法により設定条件におけるタイヤ転動及び接地時の数値モデルの挙動を解析する。即ち、分割したベルトの要素毎に必要な変位計算をした後、全ての要素の結果を足し合わせてベルト全体及び各要素の接点位置の変位を計算してベルトの挙動を解析する。
【００２８】
なお、本実施形態では、平面視略矩形状の試験片５０でトレッドゴムの動きを再現するため、その形状に合わせて、ベルトを略矩形状の要素に分割して各要素の接点位置の変位を解析する。また、挙動解析時に設定するベルトの使用条件は、例えば負荷荷重や転動速度、制動・駆動・旋回等の使用状態、キャンバー又はスリップ角、路面状態等の、タイヤの使用条件により変化する各種の条件である。このように解析したベルト挙動の解析結果は、予め制御手段５に記録し、又は試験時に制御手段５に読み込ませる等して、各変位手段１５、３０の作動パターンの決定に使用される。
【００２９】
次に、このシミュレーション装置１を用いて、トレッドゴムのタイヤ転動及び接地時の挙動を試験片５０により再現するときの動作について説明する。
図２は、この動作手順を示すフローチャートである。
まず、ユーザにより挙動再現の対象となるトレッドブロック（タイヤ赤道面側やショルダー側等のタイヤでのブロックの位置）が選択されると、制御手段５は、ベルトの数値モデルからベルトの所定領域のベルト変位情報を取得する（Ｓ１０１）。即ち、制御手段５（ここではベルト変位情報取得手段）は、ベルト挙動解析手段が解析した数値モデルから、挙動を再現すべきトレッドブロックに対応する位置のタイヤ転動及び接地時のベルト変位情報（分割したベルトの各要素の接点位置の変位情報）を取得する。
【００３０】
次に、取得したベルト変位情報に基づいて、各変位手段１５、３０を作動させ、接地部材１０と試験片取付部材２０をタイヤ転動及び接地時のベルトの動きに対応して変位させ、試験片取付面２１（ベルトモデル）に取り付けた試験片５０を接地面１１（路面モデル）に接触させて試験片取付面２１（ベルトモデル）で数値モデルのベルト変位を再現する（Ｓ１０２）。
【００３１】
ここで、ベルトの数値モデルの分割した各要素は、タイヤ接地時等のベルトの変形に伴い、その接点位置をベルト面内で変位させるとともに、タイヤ転動によるベルトの回転に伴い、路面との距離や角度等の相対的な位置関係も変化する。従って、このシミュレーション装置１では、タイヤ転動及び接地時のベルトの変位を、ベルト面内での変位と、ベルトと路面との間の垂直方向の変位に分割するとともに、主に接地時（その前後を含む）のベルト変位をベルトモデルである試験片取付面２１の傾斜角度や方向、及び位置等の変位で再現し、垂直方向のベルト変位を路面モデルである接地面１１の垂直方向の変位で再現する。
【００３２】
即ち、接地時のベルト要素の各接点位置の変位に応じて、試験片取付部材変位手段３０の対応する位置の各アクチュエータ３１〜３４を伸縮させて試験片取付部材２０の４つの角部の位置を変位させ、試験片取付面２１の試験片５０が取り付けられた部分を、対応するベルト要素の接地時の変位と同様に変位させる。また、ベルトの路面に対する垂直方向の変位（距離の変化）に応じて、接地部材変位手段１５のアクチュエータ１６を伸縮させて接地部材１０を試験片取付部材２０に接近及び離間させ、接地面１１と試験片取付面２１との間隔をベルトと路面間の変位と同様に変位させる。従って、各変位手段１５、３０、接地部材１０（接地面１１）、及び試験片取付部材２０（試験片取付面２１）は、数値モデルのベルト変位を再現するベルト変位再現手段となっている。
【００３３】
シミュレーション装置１は、このベルト変位再現手段の２つの変位手段１５、３０を連動して連続的に作動させて、即ち、試験片取付部材変位手段３０により試験片５０の傾斜角度や傾斜方向、及び位置等を変化させ、かつ、接地部材変位手段１５により接地面１１を試験片５０に接触（接地）及び離間させ、この動作を連動して連続的に行うことで、試験片５０によりトレッドゴム（ブロック）のタイヤ転動及び接地時の挙動を再現する。
【００３４】
また、このときの試験片５０の変形挙動を変形挙動測定手段４で連続的に測定し、かつ試験片５０の負荷荷重を各荷重測定手段１７、３５〜３８で連続的に測定する（Ｓ１０３）。その後、測定した変形挙動の変化から接地時に試験片５０に生じる歪の変化を測定する。また、接地部材変位手段１５の荷重測定手段１７で測定した試験片５０と接地面１１との間で作用する垂直方向の荷重の変化から、接地時の試験片５０の垂直方向の応力変化を測定するとともに、試験片取付部材変位手段３０の各荷重測定手段３５〜３８で測定した試験片５０の４隅に作用する荷重の変化から、接地時の試験片５０のベルト側端面の応力変化を測定する。
【００３５】
なお、実際のタイヤのトレッドブロックやベルトは、タイヤ接地後に徐々に路面との角度及び距離を大きくしながら１８０度回転して反転し、その後、路面との角度及び距離を小さくしながら再び接地する。しかしながら、本実施形態のシミュレーション装置１では、特にトレッドゴムに大きな変化が生じる接地時の挙動を試験片５０により再現するため、接地時（その前後を含む）のベルトと路面との相対的な位置の変位を試験片取付部材２０と接地部材１０を変位させて再現し、それ以外は、主にベルトと路面間の距離の変位で再現する。即ち、試験片５０と接地面１１との接触時（その前後を含む）以外のベルトのベルト面内の変位は、試験片取付面２１の反転等は行わずに、試験片取付面２１を下方向側に向けたまま試験片取付部材２０を変位させて再現する。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態のシミュレーション装置１によれば、試験片取付面２１と接地面１１により、タイヤ転動時、特に接地時のベルトと路面の相対的な位置の変位を忠実に再現できるとともに、タイヤ踏面内の任意の位置のベルトや、種々の使用条件でのベルトの変位挙動を再現できる。従って、試験片取付面２１に固定した試験片５０を、実際に路面を転動及び接地するタイヤのトレッドブロックと同様な条件で接地面１１に接触等させることができ、トレッドゴムのタイヤ転動及び接地時の挙動を精度よく再現することができる。
【００３７】
また、変位挙動測定手段４と各荷重測定手段１７、３５〜３８により、試験片５０に生じる歪や応力の変化を測定することで、接地時のトレッドゴムに生じる踏み込みから蹴り出しまでの非定常的な歪及び応力の変化を正確に把握することができ、これらの変化の態様により変化するトレッドゴムの性能をより正確に評価することができる。更に、試験片５０に作用する荷重の測定結果等から試験片５０の摩擦力を測定し、実車走行時のトレッドゴムの摩擦力及びその変化を把握することができるとともに、試験片５０の摩耗量からトレッドゴムの実際の路面での摩耗量を把握することもできる。その結果、種々の使用条件でのトレッドゴムの摩擦力や摩耗量をより正確に把握でき、それらにより左右されるグリップ力や耐摩耗性能等のトレッドゴムの性能をより正確に評価することができる。
【００３８】
以上に加えて、トレッドゴムの性能を実際にタイヤを製造することなく正確に評価して把握することもできるため、タイヤやトレッドゴムの開発時に、従来のように試作品を製造して評価する必要がなく、かつ欠点等を正確に把握して的確な改良等を行えるため、タイヤやトレッドゴムの開発効率を向上させることもできる。
【００３９】
なお、本実施形態のシミュレーション装置１では、接地部材変位手段１５により接地部材１０を上下動させてベルトと路面の垂直方向の変位を再現したが、接地部材１０を固定して試験片取付部材２０を上下動させ、または、各部材１０、２０を共に連動して上下動させる等、他の垂直方向変位手段によりベルトと路面の垂直方向の変位を再現してもよい。この試験片取付部材２０の垂直方向の変位は、例えば上フレーム３を上下動可能にしてアクチュエータ等で上下動させて行ってもよく、或いは、試験片取付部材変位手段３０の各アクチュエータ３１〜３４を、ベルト面内の変位に加えて垂直方向の変位に応じて同期して伸縮させて行ってもよい。
【００４０】
また、接地部材１０の接地面１１に散水する手段を設けて湿潤状態の路面を再現したり、或いは、上記した恒温槽を氷点下の温度を維持できるようにして凍結状態の路面を再現する等、乾燥状態以外の路面でのトレッドゴムの挙動を再現できるようにしてもよい。更に、接地部材１０の接地面１１を実際の路面形状に合わせて傾斜面や凹凸面に形成してもよく、試験片取付面２１をタイヤ内のベルトと同様に円弧状に形成してもよい。また、ベルトの変形挙動は、数値モデルを用いて解析する以外に、例えばタイヤの一部のトレッドゴムを取り除いてベルトを露出させ、露出部に格子状のメッシュを配置して実際にタイヤを転動及び接地させ、その際のメッシュを撮影してメッシュの格子点位置の変位から実測し、その数値をシミュレーションに用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態のタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置の概略構成を模式的に示す側面図である。
【図２】本実施形態のタイヤトレッドゴムの挙動シミュレーション装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】従来のタイヤ接地面解析装置の概略構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・タイヤレッドゴムの挙動シミュレーション装置、２・・・固定台、３・・・上フレーム、４・・・変形挙動測定手段、５・・・制御手段、１０・・・接地部材、１１・・・接地面、１５・・・接地部材変位手段、１６・・・アクチュエータ、１７・・・荷重測定装置、２０・・・試験片取付部材、２１・・・試験片取付面、３０・・・試験片取付部材変位手段、３１・・・アクチュエータ、３２・・・アクチュエータ、３３・・・アクチュエータ、３４・・・アクチュエータ、３５・・・荷重測定装置、３６・・・荷重測定装置、３７・・・荷重測定装置、３８・・・荷重測定装置、３９・・・連結部材、４０・・・連結部材、５０・・・試験片。
【図１】
2007216895.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007216895.tif 000005