(57)【要約】【課題】シミュレーションの精度を低下させることなく演算時間を短縮するシミュレーション方法を提供する。【解決手段】ステップＳ１では、タイヤモデルのタイヤ性能の項目が入力され、ステップＳ２では、ステップＳ１で入力された項目に応じて、タイヤの基本構造が有限個の要素に分割された第１タイヤモデル１０１，１０５と、同一のタイヤの基本構造の少なくとも一部の領域の要素の数が第１タイヤモデルの対応する領域における要素の数よりも多くなるように分割された第２タイヤモデル１０２，１０４とが、タイヤモデルの性能の項目に対応付けて予め用意されており、タイヤモデルの性能の項目が入力される入力ステップと、入力ステップで入力された性能の項目に対応する第１タイヤモデルまたは第２タイヤモデルの何れかを選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともタイヤの基本構造を有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いて前記タイヤモデルの性能を表す複数の評価値を算出するシミュレーション方法であって、
前記タイヤの基本構造が有限個の要素に分割された第１タイヤモデルと、前記タイヤと同一のタイヤの前記基本構造の少なくとも一部の領域の要素の数が前記第１タイヤモデルの対応する領域における要素の数よりも多くなるように分割された第２タイヤモデルとが、前記タイヤモデルの性能の項目に対応付けて予め用意されており、
前記タイヤモデルの性能の項目が入力される入力ステップと、
前記入力ステップで入力された性能の項目に対応する前記第１タイヤモデルまたは前記第２タイヤモデルの何れかを選択するタイヤモデル選択ステップと
を有するシミュレーション方法。
【請求項２】
前記タイヤが接地する路面を有限個の要素に分割した路面モデルを作成するステップを有し、
前記第１タイヤモデルにおいて前記路面モデルと前記第１タイヤモデルとが接する境界条件が与えられる領域は、前記第２タイヤモデルにおいて前記路面モデルと前記第２タイヤモデルとが接する境界条件が与えられる領域よりも狭い請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記性能の項目は、摩擦、タイヤの局所的な変形、音響、振動、雪上性能、排水性能、タイヤ全体の変形を含み、
前記タイヤモデル選択ステップでは、
前記項目が前記雪上性能、前記排水性能、前記タイヤ全体の変形の場合、前記第１タイヤモデルが選択され、
前記項目が前記摩擦、前記タイヤの局所的な変形、前記音響、前記振動の場合、前記第２タイヤモデルが選択される請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載のシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
タイヤを有限個の要素に分割したタイヤモデルの評価値を算出するシミュレーション方法、及びシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、実際にタイヤを製造し、自動車に装着して荷重試験や走行試験を行わなくても、新たに設計したタイヤの変形の様子を可視化したり、タイヤの性能の評価値を算出したりすることが可能になった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７６４０４号公報  第１２図など
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、タイヤ性能を表す評価値は、例えば、摩耗、変形、騒音、振動、雪上性能、排水性能などのように多岐に亘っており、評価値ごとに演算量が異なる。そのため、算出する評価値に応じてタイヤモデルの要素分割の仕方を工夫したり、評価値に応じて特有の近似式を導入したりすることにより、シミュレーションの精度を落とさずに演算の効率化を図っているが、複数の評価値を算出する場合には、複数の評価値に都合のよいタイヤモデルを作成することが難しく、評価値を必ずしも効率よく算出できない場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、タイヤ性能の多岐に亘る評価値を算出する場合に、効率よく算出するシミュレーション方法、及びシミュレーション方法を実行するシミュレーション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】
【０００６】
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、少なくともタイヤの基本構造を有限個の要素に分割したタイヤモデルを用いて前記タイヤモデルの性能を表す複数の評価値を算出するシミュレーション方法であって、前記タイヤの基本構造が有限個の要素に分割された第１タイヤモデル（第１タイヤモデル１０１，１０５）と、前記タイヤと同一のタイヤの前記基本構造の少なくとも一部の領域の要素の数が前記第１タイヤモデルの対応する領域における要素の数よりも多くなるように分割された第２タイヤモデル（第２タイヤモデル１０２，１０４）とが、前記タイヤモデルの性能の項目に対応付けて予め用意されており、前記タイヤモデルの性能の項目が入力される入力ステップと、前記入力ステップで入力された性能の項目に対応する前記第１タイヤモデルまたは前記第２タイヤモデルの何れかを選択するタイヤモデル選択ステップとを有することを要旨とする。
【０００７】
本発明の特徴によれば、同一のタイヤに要素数が異なる第１タイヤモデルと第２タイヤモデルとが用意されており、タイヤ性能の項目に応じて、少なくとも一部の領域の要素数が第１タイヤモデルよりも多い第２タイヤモデルが選択される。
【０００８】
このように、本発明の特徴によれば、要素数を少なくしてもシミュレーションの精度への影響が少ない場合には、要素数が少ない第１タイヤモデルを設定して評価値を算出し、要素数を少なくするとシミュレーションの精度への影響が大きい場合には、要素数が多い第２タイヤモデルを設定して評価値を算出することにより、複数のタイヤ性能の評価値を連続して算出するときの効率をあげることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、タイヤ性能の多岐に亘る評価値を効率よく算出するシミュレーション方法、及びシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るシミュレーション方法を説明するフローチャートである。
【図２】図２は、本実施形態に係るシミュレーション方法において用意されるタイヤモデルの概略を説明する斜視図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るシミュレーション方法において作成される路面モデルを説明する斜視図である。
【図４】図４（ａ）は、本実施形態に係るシミュレーション方法において用意されている第１タイヤモデルの幅方向及び断面図であり、図４（ｂ）は、第２タイヤモデルの断面図。
【図５】図５（ａ）は、本実施形態に係るシミュレーション方法において用意されている第１タイヤモデルの斜視図であり、図５（ｂ）は、第２タイヤモデルの斜視図である。
【図６】図６（ａ）は、本実施形態に係るシミュレーション方法において用意されている第１タイヤモデルの斜視図であり、図６（ｂ）は、第２タイヤモデルの斜視図である。
【図７】図７は、本実施形態に係るシミュレーション方法を実行するシミュレーション装置の模式図である。
【図８】図８は、本実施形態のシミュレーション方法に係る演算時間と、従来のシミュレーション方法に係る演算時間とを比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係るシミュレーション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）シミュレーション方法の説明、（２）タイヤモデルの説明、（３）シミュレーション装置、（４）作用・効果、（５）その他の実施形態について説明する。
【００１２】
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。
【００１３】
（１）シミュレーション方法の説明
実施形態に係るシミュレーション方法は、例えば、新たなタイヤを設計したときに、設計したタイヤの複数のタイヤ性能の評価値を連続して算出する際に使用されうる。
【００１４】
実施形態では、タイヤモデルを作成し、性能を評価するための数値解析手法として、有限要素法（ＦＥＭ）を適用する。有限要素法は、例えば、変形、熱、粘弾性などの物理量の計算を、タイヤモデルを構成する全要素について個別に計算した後、全要素に対する計算結果を積算することによって、タイヤモデル全体の物理量を算出する方法である。
【００１５】
タイヤモデルとは、実際のタイヤを数値的・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インプット可能なデータ形式に数値化したものである。実施形態では、タイヤモデルは、少なくともタイヤの形状及び構造が有限要素法（ＦＥＭ）に基づいて複数の要素（メッシュともいう）に分割されたものである。
【００１６】
図１は、実施形態に係るシミュレーション方法を説明するフローチャートである。ステップＳ１では、タイヤモデルのタイヤ性能の項目が入力される。タイヤ性能の項目とは、摩擦、タイヤの局所的な変形、音響、振動、雪上性能、排水性能、タイヤ全体の変形を含む。
【００１７】
ステップＳ２では、ステップＳ１で入力された項目の種類を判別する。項目の種類に応じて、所定の要素数からなる第１タイヤモデルと、タイヤの基本構造の少なくとも一部の領域の要素の数が第１タイヤモデルよりも多い要素数からなる第２タイヤモデルとの何れかが選択される。
【００１８】
具体的に、予め分類されたタイヤモデルの性能の項目と、第１タイヤモデルと、第２タイヤモデルとの対応関係に応じて、入力された項目に対応する第１タイヤモデルまたは第２タイヤモデルの何れかが選択される。ステップＳ２において、入力された項目が、例えば、雪上性能、排水性能、タイヤ全体の変形であった場合には、ステップＳ３に進む。ステップＳ３において、第１タイヤモデルが選択される。すなわち、要素数が第２タイヤモデルよりも少ないモデルが選択される。
【００１９】
また、ステップＳ２において、入力された項目が、摩擦、タイヤの局所的な変形、音響、振動であった場合には、ステップＳ４に進む。ステップＳ４において、第２タイヤモデルが選択される。すなわち、要素数が第１タイヤモデルよりも多いモデルが選択される。
【００２０】
第１タイヤモデルは、タイヤの基本構造が有限個の要素に分割されたものである。また、第２タイヤモデルは、第１タイヤモデルと同一のタイヤの基本構造の少なくとも一部の領域の要素の数が第１タイヤモデルの対応する領域における要素の数よりも多くなるように分割されたものである。第１タイヤモデル及び第２タイヤモデルは、予め作成されて用意されている。
【００２１】
図２は、タイヤモデル２０（第１タイヤモデル又は第２タイヤモデル）の概略を示す図である。タイヤモデル２０（第１タイヤモデル又は第２タイヤモデル）は、Ｎ個の要素（…，要素Ｎｋ，要素Ｎｋ＋１，要素Ｎｋ＋２，…）から構成される。ステップＳ３及びステップＳ４において選択される第１タイヤモデル及び第２タイヤモデルの詳細は、後述する。なお、ステップＳ２，Ｓ３、Ｓ４は、タイヤモデル選択ステップを構成する。
【００２２】
ステップＳ５では、路面モデル３０を設定する路面モデル設定ステップが実行される。図３は、路面モデル３０の概略を示す図である。路面モデル３０は、Ｎ個の要素（…，要素Ｍｋ，要素Ｍｋ＋１，要素Ｍｋ＋２，…）から構成される。路面モデル設定ステップでは、摩擦係数μを選択することで、乾燥状態、ウェット状態、氷上、雪上、非舗装等の実際の路面状態を再現させることができる。
【００２３】
次に、ステップＳ６において、タイヤモデル２０と路面モデル３０との間に境界条件が設定される。続いて、ステップＳ７において、タイヤモデル２０のステップＳ１で入力された項目の評価値が算出される。
【００２４】
ステップＳ８では、算出するタイヤ性能の項目が他にあるか否か判別される。他の項目についても評価値を算出する場合には（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻ってステップＳ２〜ステップＳ８を繰り返し実行する。
【００２５】
（２）タイヤモデルの説明
ステップＳ３又はステップＳ４で選択されるタイヤモデルの種類について説明する。実施形態では、同一のタイヤについて、複数のタイヤモデルが予め用意されている。用意されるタイヤモデルの一例を図４〜図６に示す。
【００２６】
図４（ａ）は、本実施形態に係るシミュレーション方法において予め用意される第１タイヤモデル１０１の径方向及びトレッド幅方向の断面図であり、図４（ｂ）は、第２タイヤモデル１０２の径方向及びトレッド幅方向の断面図である。径方向及びトレッド幅方向の断面視において、第１タイヤモデル１０１の要素数と第２タイヤモデル１０２の要素数とが異なる。
【００２７】
実施形態では、タイヤモデル１０のトレッド部Ｔにおける第１タイヤモデル１０１の要素数と第２タイヤモデル１０２の要素数とが異なる。実施形態では、第２タイヤモデル１０２の要素数は、第１タイヤモデル１０１の要素数よりも多い。径方向及びトレッド幅方向の断面において、第２タイヤモデル１０２の要素数は、第１タイヤモデル１０１の要素数の２倍になるように作成されている。
【００２８】
図５（ａ）は、本実施形態に係るシミュレーション方法において予め用意される第１タイヤモデル１０３の回転軸に沿って見た側面図であり、図５（ｂ）は、第２タイヤモデル１０４の回転軸に沿ってみた側面図である。回転軸に沿った側面視において、第１タイヤモデル１０３及び第２タイヤモデル１０４は、領域Ｔａにおいて、タイヤ周方向の要素間隔が短く形成されている。特に、第２タイヤモデル１０４の領域Ｔａにおけるタイヤ周方向の要素の密度は、第１タイヤモデル１０３の領域Ｔａにおけるタイヤ周方向の要素の密度よりも高い。実施形態では、領域Ｔａにおいて、タイヤ周方向の第２タイヤモデル１０４の要素数は、第１タイヤモデル１０３の要素数の２倍になるように作成されている。
【００２９】
図６（ａ）は、本実施形態に係るシミュレーション方法において用意されている第１タイヤモデル１０５の斜視図であり、図６（ｂ）は、第２タイヤモデル１０６の斜視図である。第１タイヤモデル１０５及び第２タイヤモデル１０６は、径方向及びトレッド幅方向の断面においても、周方向の領域Ｔａにおいても同一の要素数で形成されているが、第１タイヤモデル１０５と路面モデル、第２タイヤモデル１０６と路面モデルの間に設定される接地領域Ｓａの面積が異なる。
【００３０】
すなわち、第１タイヤモデル１０５において路面モデル３０と第１タイヤモデル１０５とが接する境界条件が与えられる接地領域Ｓａ１は、第２タイヤモデルに１０６おいて路面モデル３０と第２タイヤモデル１０６とが接する境界条件が与えられる接地領域Ｓａ２よりも狭く設定される。
【００３１】
上述したタイヤモデル１０１〜１０６は、以下のように作成される。まず、タイヤ径方向及びトレッド幅方向断面のモデル（タイヤ断面モデルという）が作成され、続いて、タイヤ断面モデルをタイヤ周方向に一周分展開したタイヤの３次元モデル（タイヤモデル１０）が作成される。タイヤモデル１０は、例えば、設計図面から採取したデータに基づいて作成される。或いは、タイヤの外形をレーザー形状測定器等で計測して採取したデータに基づいて作成される。また、タイヤの断面内のゴム、ベルト、プライ、鉄・有機繊維等でできた補強コードをシート状に束ねた補強材などのタイヤモデルにおけるタイヤ内部の構造が、設計図面から採取したデータ、或いは実際のタイヤから採取したデータに基づいて、それぞれ有限要素法に基づいてタイヤモデルが作成される。
【００３２】
（３）シミュレーション装置
図７には、本発明の実施形態に係るタイヤ性能予測方法を実行するシミュレーション方法としてのコンピュータ３００の概略が示されている。図７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を用いて説明したシミュレーション方法を実行する。第１タイヤモデル１０１，１０３．１０５、及び第２タイヤモデル１０２，１０４，１０６は、上記（３）に示した方法により予め作成され、記憶部（不図示）などに格納されている。
【００３３】
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を用いて説明したシミュレーション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、シミュレーション方法を実行するプログラムを取得してもよい。
【００３４】
（４）作用・効果
実施形態のシミュレーション方法によれば、同一のタイヤに要素数が異なる第１タイヤモデル１０１，１０３と、第２タイヤモデル１０２，１０４とが用意されており、摩擦、タイヤの局所的な変形、音響、振動、雪上性能、排水性能、タイヤ全体の変形などを含むタイヤ性能の項目に応じて、第１タイヤモデル１０１，１０３よりも要素数が多い第２タイヤモデル１０２，１０４が選択される。
【００３５】
このように、実施形態のシミュレーション方法によれば、要素数を少なくしてもシミュレーションの精度への影響が少ない場合には、要素数が少ない第１タイヤモデル１０１，１０３を設定して評価値を算出し、要素数を少なくするとシミュレーションの精度への影響が大きい場合には、要素数が多い第２タイヤモデル１０２，１０４を設定して評価値を算出することにより、複数のタイヤ性能の評価値を連続して算出するときのシミュレーションの効率をあげることができる。
【００３６】
また、実施形態では、第１タイヤモデル１０５において路面モデル３０と第１タイヤモデル１０５とが接する境界条件が与えられる接地領域Ｓａ１は、第２タイヤモデルに１０６おいて路面モデル３０と第２タイヤモデル１０６とが接する境界条件が与えられる接地領域Ｓａ２よりも狭く設定される。
【００３７】
このように、第１タイヤモデル１０５，第２タイヤモデル１０６に与えられる境界条件を変更することによっても、演算量を削減できる。従って、シミュレーションの効率を上げることができる。
【００３８】
（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。
【００３９】
本実施形態に係るシミュレーション方法では、数値解析手法として、有限要素法を用いた場合について説明したが、差分法や有限体積法を用いることもできる。
【００４０】
実施形態の図１において、ステップＳ８に続いて、ステップＳ７において算出されたタイヤ性能が目標値を満たすか否かを判別し、タイヤモデルに合否をつける工程を備えていてもよい。
【００４１】
実施形態では、第１タイヤモデルと第２タイヤモデルの２つのグループから選ばれると説明した。しかし、タイヤモデルは、２種類に限定されない。例えば、複数のタイヤモデルが用意されていてもよい。
【００４２】
実施形態では、図４に示すように、径方向及びトレッド幅方向の断面において、第２タイヤモデル１０２の要素数が第１タイヤモデル１０１の要素数の２倍になるように作成されていると説明した。また、図５に示すように、領域Ｔａにおいて、タイヤ周方向の第２タイヤモデル１０４の要素数は、第１タイヤモデル１０３の要素数の２倍になるように作成されていると説明した。しかし、第２タイヤモデルの要素数は、第１タイヤモデルの２倍に限定されない。
【００４３】
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係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００４４】
２枚のボディプライと、角度付きスチールベルトと、スチールベルトの外層に周方向に沿って配列された２層のナイロン補強層とを有する２２５／４５Ｒ１７のタイヤのタイヤモデルを作成し、摩耗性能を予測する演算に要した期間Ｔａ、負荷荷重つき転動時における横力（操縦安定性）を予測する演算に要した期間Ｔｂ、転がり抵抗を予測する演算に要した期間Ｔｃを比較した。
【００４５】
従来例は、摩耗性能予測、横力予測、転がり抵抗の予測の全てにおいて、図４（ｂ）、図４（ｄ）に示すタイヤモデルが使用された。
【００４６】
実施例１では、摩耗性能予測以外の横力、転がり抵抗の予測において、接地領域の境界条件を必要な領域のみに限定してモデルの境界条件の変更を行った。すなわち、図６（ａ）に示すタイヤモデルが使用された。３つの性能の計算期間の合計は、従来例に比べて１２％削減された。
【００４７】
実施例２では、摩耗性能予測以外の応力、転がり抵抗の予測において、摩耗性能予測に使用したタイヤモデルよりも粗い要素のモデルを使用した。すなわち、図４（ａ）（または図５（ａ））に示すタイヤモデルが使用された。３つの性能の計算時間の合計は、従来例に比べて３６％削減された。
【００４８】
従って、実施例のシミュレーション方法によれば、多岐に亘る複数のタイヤ性能の評価値を連続して算出するときの効率があがることが判った。
【符号の説明】
【００４９】
２０…タイヤモデル、  ３０…路面モデル、  １０１，１０３．１０５…第１タイヤモデル、  １０２，１０４，１０６…第２タイヤモデル、  ３００…コンピュータ、  ３１０…本体部、  ３２０…入力部、  ３３０…表示部、  Ｔ…トレッド部
【図１】
2012008650.tif 000003
【図２】
2012008650.tif 000004
【図３】
2012008650.tif 000005
【図４】
2012008650.tif 000006
【図５】
2012008650.tif 000007
【図６】
2012008650.tif 000008
【図７】
2012008650.tif 000009
【図８】
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