シミュレーション方法、及びシミュレーション装置
【課題】サイプを有するタイヤの挙動のシミュレーションの精度を高める。
【解決手段】トレッドパターンモデル設定ステップにおいて、単位ブロックモデル１０１にサイプモデル１１１，１１２，１１３が形成されたトレッドパターンモデル１００Ａを設定し、転動計算ステップにおいて、タイヤモデル１００が路面モデル２００に踏み込むときから蹴り出すまでの期間における接地によるタイヤモデル１００のトレッドパターンモデル１００Ａの変形挙動を算出し、変形挙動からサイプモデル１１１，１１２，１１３の体積の変動量を算出する変形計算ステップとを有する。
【解決手段】トレッドパターンモデル設定ステップにおいて、単位ブロックモデル１０１にサイプモデル１１１，１１２，１１３が形成されたトレッドパターンモデル１００Ａを設定し、転動計算ステップにおいて、タイヤモデル１００が路面モデル２００に踏み込むときから蹴り出すまでの期間における接地によるタイヤモデル１００のトレッドパターンモデル１００Ａの変形挙動を算出し、変形挙動からサイプモデル１１１，１１２，１１３の体積の変動量を算出する変形計算ステップとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
タイヤを有限個の要素で表したタイヤモデルが路面を有限個の要素で表した路面モデルの表面を転動するときのタイヤモデルの挙動の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、自動車に装着して走行試験を行わなくても、タイヤモデルを用いたシミュレーションによって、走行性能や特性といったタイヤ性能の予測・評価が可能になった。
【０００３】
本出願人は、タイヤが流体を介して路面と接する場合のタイヤ性能をシミュレーションする方法を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３１３３７３８号公報 第２図
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のシミュレーション方法には、次のような問題点があった。すなわち、従来のシミュレーションにおいては、タイヤのブロックに形成されるサイプの形状を考慮して流体モデルを設定すると演算量が増大するという点である。
【０００６】
サイプは、タイヤの接地面と路面との間に存在する流体の除去に寄与しており、タイヤのウェット性能を評価する上で、サイプの排水能は重要な因子である。近年、タイヤの高性能化に伴って複雑化したタイヤの挙動を正確にシミュレーションできることが望まれている。
【０００７】
ところが、従来のように、路面モデルとタイヤモデルとの間に流体モデルを設定するシミュレーション方法では、流体モデルの要素を、サイプ内部に進入するような細やかなサイズに設定する必要があり演算量が増大する。このため、演算時間と精度とをともに満足するシミュレーション方法の開発が望まれていた。
【０００８】
そこで、本発明は、サイプを有するタイヤの挙動のシミュレーションの演算時間を増大させることなく、精度を高めることのでき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の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、本発明の特徴は、有限個の要素で形成されるタイヤモデルを有限個の要素で形成される路面モデルに接触させて転動させるシミュレーション方法であって、前記タイヤモデルのトレッド部にサイプが形成されたブロックを有するトレッドパターンモデルを設定するタイヤモデル設定ステップと、前記タイヤモデル設定ステップにより設定された前記タイヤモデルと前記路面モデルとを接触させる条件を設定して前記タイヤモデルを前記路面モデルの表面で転動させる転動計算を実行する転動計算ステップと、前記転動計算ステップにおいて、前記タイヤモデルが前記路面モデルに踏み込むときから蹴り出すまでの期間における接地による前記タイヤモデルの変形挙動を算出し、前記変形挙動から前記サイプの体積の変動量を算出する変形計算ステップとを有することを要旨とする。
【００１０】
本実施形態では、タイヤモデルのサイプの変形挙動からサイプの体積の変動量を算出する。これにより、濡れた路面を転動するとき、サイプに入り込む流体の体積の変動量を算出できる。流体モデルを設定しなくても、この流体の体積の変動量から、タイヤモデルの排水性能を見積もることができる。従って、演算時間の増大を抑制することができ、更には、濡れた路面をモデル化した路面モデル上における発進・制動などのシミュレーションの精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、サイプを有するタイヤの挙動のシミュレーションの演算時間を増大させることなく、精度を高めることのでき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】
【００１２】
【図１】図１は、第１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、タイヤモデル設定ステップにおいて設定されるタイヤモデル１００を説明する模式図である。
【図３】図３は、タイヤ径方向の最外層にトレッドパターンモデル１００Ａが設定されたタイヤモデル１００の模式図である。
【図４】図４は、タイヤモデル１００の単位ブロックモデルからなる繰り返し単位を説明する図である。
【図５】図５は、タイヤモデル１００と路面モデル設定ステップで設定される路面モデル２００とに接触する条件を設定し、転動させるシミュレーションを説明する模式図である。
【図６】図６は、サイプモデルの体積の変動量を算出する方法を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、サイプモデル１１１の対向する一対の溝壁モデル１５１，１５２と、サイプモデル１１２の対向する一対の溝壁モデル１５３，１５４を説明する模式図である。
【図８】図８は、実施形態にかかるＧＬ解析を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、ＧＬ解析で使用するタイヤモデルを説明する模式図である。
【図１０】図１０は、タイヤモデルの表面の一部に設定されたトレッドパターンモデルがタイヤモデルの転動により推移することを説明する模式図である。
【図１１】図１１は、単位ブロックモデルを説明する斜視図である。
【図１２】図１２は、起伏路面モデル２１０の一部を拡大して示す拡大図である。
【図１３】図１３は、本発明の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構成図である。
【図１４】図１４（ａ）は、サンプルタイヤ４００Ａの単位ブロック４０１を一部切り欠いて示す斜視図である。図１４（ｂ）は、サンプルタイヤ４００Ｂの単位ブロック４０２を一部切り欠いて示す斜視図である。図１４（ｃ）は、サンプルタイヤ４００Ｃの単位ブロック４０１を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図１５】図１５は、サンプルタイヤ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃのタイヤモデルを設定してサイプの体積の変化を算出した結果を示す図である。
【図１６】図１６は、サンプルタイヤを実際に製造し、実車走行によるウェット制動試験の結果と、シミュレーションによるサンプルタイヤのサイプの体積の変動量との比較結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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）第１実施形態、（２）第２実施形態、（３）路面モデルの変形例、（４）シミュレーション装置、（５）その他の実施形態、について説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
（１）第１実施形態
第１実施形態について、以下の項目に従って説明する。具体的に、（１−１）シミュレーション方法の概要、（１−２）サイプ体積の変動の計算、（１−３）作用・効果について説明する。
【００１６】
（１−１）シミュレーション方法の概要
図１は、第１実施形態として示す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。以下に説明するシミュレーション方法は、後述するシミュレーション装置などによって実行される。第１実施形態のシミュレーション方法の前段階として、転動するときの挙動をシミュレーションするシミュレーションする対象のタイヤが設計される。具体的には、タイヤのタイヤサイズ、形状、構造、材料、トレッドパターンなどが設計される。
【００１７】
ステップＳ１１として、タイヤモデル設定ステップが実行される。図２は、タイヤモデル設定ステップにおいて設定されるタイヤモデル１００を説明する模式図である。タイヤモデル設定ステップでは、設計されたタイヤに基づいて数値解析上のモデル（タイヤモデルという）が作成される。タイヤモデルを作成するための数値解析手法として、本実施形態では、有限要素法（ＦＥＭ）を適用する。タイヤモデル１００は、実際の空気入りタイヤを数値的・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。具体的に、ステップＳ１１では、タイヤ内部のゴム、ベルト、プライなどの構造、及び鉄・有機繊維等の材料を有限個の要素に分割したタイヤモデルが設定される。
【００１８】
ステップＳ１２として、トレッドパターンモデル設定ステップが実行される。トレッドパターンモデル設定ステップでは、タイヤの設計図面や実際に製造されたタイヤから採取した寸法のデータに基づいて、タイヤのトレッド部に形成された溝と陸部とを有限個の要素に分割したトレッドパターンモデルが設定される。
【００１９】
図３は、タイヤ径方向の最外層にトレッドパターンモデル１００Ａが設定されたタイヤモデル１００の模式図である。タイヤモデル１００は、単位ブロックモデル１０１，１０２，１０３からなる繰り返し単位Ｍ（１ピッチ）を有する。
【００２０】
図４は、タイヤモデル１００の単位ブロックモデルからなる繰り返し単位を説明する図である。タイヤモデル１００には、単位ブロックモデル１０１，１０２，１０３がタイヤ周方向に連続して配列されている。単位ブロックモデル１０１には、サイプをモデル化したサイプモデル１１１，１１２，１１３が形成されている。単位ブロックモデル１０２，１０３にも同様にサイプモデルが形成される。トレッドパターンモデルを構成する要素のサイズは、サイプモデル１１１，１１２，１１３を表現できる大きさである。
【００２１】
実施形態では、サイプとは、溝幅が、一例として、０．３ｍｍ〜４ｍｍ程度の溝である。また、サイプは、タイヤが路面に接地した際に、接地圧により溝の開口が閉塞するように壁面同士が変形する溝である。
【００２２】
ステップＳ１３として、路面モデル設定ステップが実行される。路面モデル設定ステップでは、路面を有限個の要素に分割した路面モデル２００が設定される。図５は、タイヤモデル１００と路面モデル設定ステップで設定される路面モデル２００とに接触する条件を設定し、転動させるシミュレーションを説明する模式図である。
【００２３】
路面モデル設定ステップで設定される路面モデルの一例では、平滑路面をモデル化した平滑路面モデルに、測定対象の路面を表す摩擦係数が設定される。濡れた路面における摩擦係数の一例としては、μ＝０．３〜１．０である。より好ましくは、μ＝０．５〜０．８である。
【００２４】
ステップＳ１４では、境界条件が設定される。境界条件とは、タイヤモデル１００の挙動をシミュレーションする上でタイヤモデル１００に与える各種条件であり、例えば、タイヤモデル１００と路面モデル２００とが接触する条件が挙げられる。
【００２５】
ステップＳ１５では、転動計算ステップが実行される。転動計算ステップは、トレッドパターンモデル設定ステップにおいて設定されたトレッドパターンモデルを予め設定された初期境界条件の下で平滑路面モデル上を転動させる転動計算を実行する。
【００２６】
例えば、転動計算ステップでは、タイヤモデルに予め定めた内圧と負荷荷重とが与えられた状態で、タイヤモデルが路面モデル上を一方向に直進するような回転変位が与えられる。転動計算ステップで実行される転動計算には、制動時の転動条件も含む。
【００２７】
ステップＳ１６では、変形挙動計算ステップが実行される。変形挙動計算ステップでは、タイヤが転動するとき、タイヤモデルの最外層に設定されたトレッドパターンモデルの一部分が路面モデルに踏み込むときから蹴り出すまでの期間におけるトレッドパターンモデルの一部分の変形挙動が転動計算ステップによる計算結果に基づいて算出される。実施形態では、トレッドパターンモデルの一部分とは、トレッドパターンの繰り返し単位（ピッチ）である。
【００２８】
ステップＳ１７では、トレッドパターンモデルの１ピッチに形成されたサイプモデルの変形挙動に基づいて、サイプモデルの体積の変動量を算出する。サイプモデルの体積の変動量を算出する方法の詳細について、次の項で説明する。
【００２９】
（１−２）サイプモデルの体積の変動量の計算
サイプモデルの体積の変動量について、図面を参照して詳細に説明する。図６は、実施形態にかかるサイプモデルの体積の変動量を算出する方法を説明するフローチャートである。図７は、サイプモデル１１１の対向する一対の溝壁モデル１５１，１５２と、サイプモデル１１２の対向する一対の溝壁モデル１５３，１５４を説明する模式図である。
【００３０】
ステップＳ２１において、シミュレーション装置は、ステップＳ１６において算出されるトレッドパターンモデルの一部分（繰り返し単位Ｍ）の変形挙動の第１の状態における、対向する溝壁モデル１５１及び１５２の間の空隙体積を算出する。また、対向する溝壁モデル１５３及び１５４の間の空隙体積を算出する。例えば、シミュレーション装置は、対向する壁面モデル１５１及び１５２の対向する１対の要素の節点同士を連結させた仮想要素（例えば、１対の４節点膜要素の場合、仮想要素は８節点６面体要素になる）を設定する。この仮想要素の体積を算出し、サイプモデル１１１，１１２，１１３の全て（１ピッチに含まれるサイプモデルの全て）の体積を足し合わせることにより第１の状態の空隙体積を算出することができる。
【００３１】
ステップＳ２２では、ステップＳ１６において算出される第２の状態のトレッドパターンモデルの一部分（繰り返し単位Ｍ）の変形挙動が算出される。
【００３２】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１と同様の処理により、サイプモデル１１１，１１２，１１３の第２の状態の空隙体積が算出される。
【００３３】
ステップＳ２４では、第１の状態の空隙体積と第２の状態の空隙体積の差分を算出する。
【００３４】
以上の処理を状態毎に実行することにより、サイプモデルの体積の変動量を算出する。
【００３５】
このように、サイプモデルの空隙体積の変動量を算出することにより、転動による変形に伴うサイプモデル１１１，１１２，１１３排水量を算出できる。
【００３６】
（１−３）作用・効果
実施形態では、タイヤモデル１００のサイプモデル１１１，１１２，１１３の変形挙動からサイプモデルの体積の変動量を算出する。これにより、タイヤが濡れた路面を転動するとき、流体モデルを設定しなくても、サイプに入り込む流体の体積の変動量を算出でき、タイヤモデルの排水性能を見積もることができる。従って、演算時間の増大を抑制することができ、更には、濡れた路面をモデル化した路面モデル上における発進・制動などのシミュレーションの精度を高めることができる。
【００３７】
（２）第２実施形態
第２実施形態は、大域解析（Ｇｌｏｂａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ：以下、Ｇ解析という）と局所解析（Ｌｏｃａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ：以下、Ｌ解析という）とを組み合わせたＧＬ解析（Ｇｌｏｂａｌ−Ｌｏｃａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ）を利用するシミュレーション方法である。本出願人は、タイヤ性能予測方法に関連する技術（特許３１３３７３８号公報）を既に提案している。ＧＬ解析の詳細は、上記公報に開示されているため、以下では、ＧＬ解析に組み込まれる本願発明の特徴について詳細に説明する。第２実施形態について、以下の項目に従って説明する。具体的に、（２−１）グローバルローカル解析（ＧＬ解析）、（２−２）作用・効果について説明する。
【００３８】
（２−１）グローバルローカル解析（ＧＬ解析）
図８は、実施形態にかかるＧＬ解析を説明するフローチャートである。シミュレーション対象となるタイヤのＧ解析をステップＳ３１乃至ステップＳ３６において実行する。Ｇ解析では、タイヤの形状、構造、材料を有限個の要素に分割したタイヤモデルを設定するとともに、タイヤのトレッド部に形成された溝と陸部との基本構造のみを有限個の要素に分割したトレッドパターンモデルを設定する。ここで、タイヤモデルの最外層にトレッドパターンモデルが形成されたモデルをスムースタイヤモデルという。
【００３９】
図９は、ＧＬ解析で使用するタイヤモデルを説明する模式図である。Ｇ解析では、スムースタイヤモデル１２０にベルトモデル１２１と、トレッド部の一部分について溝と陸部の基本構造のみが設定された部分パターンモデル１２２が設定される。なお、図９では、説明のため、トレッドパターンには、単純な格子状の溝が形成されたモデルを挙げている。
【００４０】
Ｇ解析では、スムースタイヤモデル１２０にベルトモデル１２１が設定されたモデルと、路面モデルとの境界条件が設定され（Ｓ３１〜Ｓ３３）、路面モデル上における転動計算が実行される（Ｓ３４）。転動計算によって算出されたスムースタイヤモデル１２０の変形挙動の結果が出力され（Ｓ３５）、トレッド部の一部分を表した部分パターンモデル１２２の軌道と、部分パターンモデル１２２の変形挙動とが算出される（Ｓ３６）。路面モデル設定ステップ（Ｓ３２）では、路面モデルに濡れた路面における摩擦係数が設定される。濡れた路面における摩擦係数の一例としては、μ＝０．３〜１．０があげられる。より好ましくは、μ＝０．５〜０．８である。
【００４１】
ステップＳ３６では、部分パターンモデル１２２（図９参照）が、路面モデル２００に踏み込んでから蹴り出すまでの変形軌跡が計算される。
【００４２】
図１０は、部分パターンモデル１２２がタイヤモデルの転動により推移することを説明する模式図である。図１０に示すように、平滑路面モデルＧが設定された空間Ｓにおいて、部分パターンモデル１２２が変形を伴いながら、時間経過に伴って、Ｌ１，Ｌ２，…Ｌ１３の軌跡を描くことが計算により求められる。求められた部分パターンモデル１２２の変形軌跡に基づいて、Ｌ解析を行う。Ｌ解析では、トレッドパターンモデルの一部に、具体的な設計値を導入したモデルの物理量変化などを求める。
【００４３】
図８における、ステップＳ４１乃至ステップＳ４５の処理がＬ解析に該当する。ステップＳ４１では、部分パターンモデル１２２を作成する。実施形態では、ステップＳ４１において、単位ブロックモデルが設定される（単位ブロックモデル設定ステップ）。単位ブロックモデル設定ステップは、トレッドパターンモデルを構成する陸部ブロックのうち１ブロック（単位ブロックという）にサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４が形成された単位ブロックモデル１３０を設定する。図１１は、単位ブロックモデルを説明する斜視図である。実施形態において、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅は、０．３ｍｍ〜４ｍｍに設定される。
【００４４】
ステップＳ４１において、部分パターンモデル部分パターンモデル設定ステップが実行される。部分パターンモデル設定ステップにおいて、単位ブロックモデル１３０が複数集合した部分パターンモデル１２２が設定される。
【００４５】
ステップＳ４２では、境界条件設定ステップが実行される。境界条件設定ステップは、変形計算ステップにおいて計算されたトレッドパターンモデルの変形軌跡に基づいて部分パターンモデル１２２と路面モデル２００とに境界条件を設定する。
【００４６】
ステップＳ４３では、部分パターンモデル用転動計算ステップが実行される。部分パターンモデル用転動計算ステップは、設定された境界条件に基づいて部分パターンモデル１２２を転動させる部分パターンモデル用転動計算を実行する。
【００４７】
ステップＳ４４，４５では、図６において説明したサイプモデルの体積の変動量を算出する方法を説明するフローチャートに従って、部分パターンモデル用転動計算ステップによる計算結果から部分パターンモデル１２２におけるサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の体積の変動量を算出する。ＧＬ解析では、算出された部分パターンモデル１２２におけるサイプモデルの変動量に基づいて、部分パターンモデル１２２がトレッド部の全周に亘って形成されたタイヤモデル全体のタイヤ性能を算出することができる。
【００４８】
（２−２）作用・効果
実施形態に係るシミュレーション方法によれば、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４が形成された単位ブロックモデル１３０が複数集合して形成される部分パターンモデル１２２が設定され、部分パターンモデル１２２におけるサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の変形挙動からサイプモデルの体積の変動量が算出される。これにより、流体モデルを設定しなくても、濡れた路面におけるサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４のそれぞれについての排水体積を算出することができる。従って、タイヤモデルの排水性能を見積もることができる。従って、演算時間の増大を抑制することができ、更には、濡れた路面をモデル化した路面モデル上における発進・制動などのシミュレーションの精度を高めることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、ＧＬ解析を用いるため、トレッドパターンを変更した場合には、Ｌ解析のみを実行すればよい。すなわち、部分パターンモデル１２２のみを設定し直せばよく、タイヤ全体のモデルを設定し直す必要がないため、作業工数を減らすことができる。
【００５０】
（３）路面モデルの変形例
上述した説明では、平滑路面をモデル化した平滑路面モデルに、測定対象の路面を表す摩擦係数が設定されると説明した。しかし、路面モデル設定ステップでは、凹凸のある起伏路面モデルが設定されてもよい。路面モデルの少なくとも部分パターンモデル１２２に対応する領域にサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅よりも細かい起伏が設定された起伏路面モデル２１０が設定される。起伏路面モデルの起伏（凹凸）のサイズは、サイプモデルの溝幅サイズよりも小さいサイズも含む。
【００５１】
図１２は、起伏路面モデル２１０の一部を拡大して示す拡大図である。ここで、実際の路面の起伏は、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することができる。例えば、計測により採取した路面の起伏が所定サイズの要素の集合体（図７に示す２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…）によってモデル化される。起伏路面モデル２１０は、少なくともタイヤモデル１００が接地する領域に、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅よりも細かい起伏を含む。
【００５２】
なお、起伏路面モデル２００の各要素の一辺は、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅を考慮すると、一例として、０．３ｍｍ〜４ｍｍ程度とすることができる。起伏路面モデル２００は、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅、深さ（タイヤ踏面からタイヤ径方向内側に向かう溝の長さ）などによって決定される。
【００５３】
以上のように作成されたモデルを用いて第１実施形態、又は第２実施形態のシミュレーション方法を実行することにより、サイプモデルの体積の変動量をより正確に算出できる。
【００５４】
（４）シミュレーション装置
図１３には、本発明の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としてのコンピュータ３００の概略が示されている。図１３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，図６，図８を用いて説明したシミュレーション方法を実行する。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
実施形態に係るシミュレーション方法によってサイプモデルの容積の変動量を算出することにより、ウェット制動性能が良好であるか否かを判断することができる。例えば、変動量に許容範囲を予め定めておき、変動量の結果が許容範囲内に存在するときに、ウェット制動性能が良好であると判断する。
【００５８】
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。
【００５９】
ＧＬ解析の説明では、トレッドパターンには単純な格子状の溝が形成されたモデルを用いて説明した。しかし、図３に示すデザインのトレッドパターンのタイヤモデルを使用することもできる。
【００６０】
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】
【００６１】
異なるサイプが形成された３つのサンプルタイヤについて、タイヤモデルを設定し、実施形態に係るシミュレーション方法によって、それぞれのタイヤモデルのサイプの体積の変動量を算出した。また、３つのサンプルタイヤを実際に製造し、実車走行によるウェット制動試験を行った。タイヤモデルのサイプの体積の変動量と、実車走行によるウェット制動試験の結果を比較した。
【００６２】
サンプルタイヤとして、溝、陸部、陸部に細溝が形成されたタイヤを用いた。このサンプルタイヤをアメリカ合衆国では "THE TIRE AND RIM ASSOCIATION INC. の YEAR BOOK" 、欧州では"THE EUROPEAN TIRE AND RIM TECHNICAL ORGANIZATION の STANDARDS MANUAL"、日本では日本自動車タイヤ協会の“JATMA YEAR BOOK"に規定された標準荷重、標準リムに装着したモデルを設定した。タイヤサイズは、１９５／６５Ｒ１５に設定し、２００ＫＰＡの内圧を設定した。
【００６３】
図１４は、サンプルタイヤ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃのトレッド部に形成されたブロックを一部切り欠いて示す斜視図である。図１４（ａ）に示すサンプルタイヤ４００Ａには、トレッド部に単位ブロック４０１がタイヤ周方向Ｃ及びトレッド幅方向Ｗに所定の周期で配列されている。単位ブロック４０１にはサイプ４１１，４１２，４１３，４１４が形成されている。サイプ４１１，４１２，４１３，４１４は、タイヤ径方向に沿って直線形状を有する。
【００６４】
図１４（ｂ）に示すサンプルタイヤ４００Ｂには、トレッド部に単位ブロック４０２がタイヤ周方向Ｃ及びトレッド幅方向Ｗに所定の周期で配列されている。単位ブロック４０２にはサイプ４２１，４２２，４２３，４２４が形成されている。サイプ４２１，４２２，４２３，４２４は、タイヤ径方向に沿って形成されており、タイヤ周方向の振幅を有する。すなわち、サイプ４２１，４２２，４２３，４２４のタイヤ周方向に沿った周方向断面の形状は、ジグザグ状である。
【００６５】
図１４（ｃ）に示すサンプルタイヤ４００Ｃには、トレッド部に単位ブロック４０３がタイヤ周方向Ｃ及びトレッド幅方向Ｗに所定の周期で配列されている。単位ブロック４０３にはサイプ４３１，４３２，４３３，４３４が形成されている。サイプ４３１，４３２，４３３，４３４の周方向断面の形状は、ジグザグ状である。サイプ４３１，４３２，４３３，４３４の溝内壁面には、突起４３５が形成されている。
【００６６】
図１４（ａ）〜（ｃ）に示す単位ブロック４０１，４０２，４０２のサイズは、以下の通りである。タイヤ周方向Ｃの長さ：４０ｍｍ、トレッド幅方向Ｗの長さ：３０ｍｍ、高さ（溝底から接地面までの長さ）：９ｍｍ、各サイプの深さ：７．５ｍｍ、サイプ間隔：８ｍｍであった。
【００６７】
以上のように設定されたサンプルタイヤ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃのタイヤモデルを設定してサイプの体積の変化を算出した。結果を図１５に示す。また、３つのサンプルタイヤを実際に製造し、実車走行によるウェット路面における制動距離を測定した結果と、タイヤモデルのサイプの体積の変動量との比較結果を図１６に示す。
【００６８】
図１６では、各サンプルタイヤにおける体積変化、及びウェット制動距離は、サンプルタイヤ４００Ａの変動量及び制動距離を１００とする指標によって表されている。タイヤモデルのサイプの体積の変動量と、実車走行によるウェット制動試験の結果を比較すると、サイプの体積の変動量が小さいタイヤは、転動中にサイプの潰れが起こりにくく、排水体積を確保できる。そのため、ウェット路面における制動距離が短くできることが考えられる。
【００６９】
従って、本実施形態に係るシミュレーションでは、流体モデルを設定しなくても、サイプの変形挙動から算出できるサイプの体積の変動量によって、ウェット路面における制動距離を見積もることができることが判った。
【符号の説明】
【００７０】
１００…タイヤモデル、 １００Ａ…トレッドパターンモデル、 １０１…単位ブロックモデル、 １０１，１０２，１０３…単位ブロックモデル、 １１１，１１２，１１３…サイプモデル、 １２０…スムースタイヤモデル、 １２１…ベルトモデル、 １２２…部分パターンモデル、 １３０…単位ブロックモデル、 １３１，１３２，１３３，１３４…サイプモデル、 １５１，１５２…溝壁モデル、 １５３，１５４…溝壁モデル、 ２００…路面モデル、 ２１０…起伏路面モデル、 ３００…コンピュータ、 ３１０…本体部、 ３２０…入力部、 ３３０…表示部、 ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ…サンプルタイヤ、 ４０１，４０２，４０２…単位ブロック、 ４１１，４１２，４１３，４１４…サイプ、 ４２１，４２２，４２３，４２４…サイプ、 ４３１，４３２，４３３，４３４…サイプ、 ４３５…突起
【技術分野】
【０００１】
タイヤを有限個の要素で表したタイヤモデルが路面を有限個の要素で表した路面モデルの表面を転動するときのタイヤモデルの挙動の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、自動車に装着して走行試験を行わなくても、タイヤモデルを用いたシミュレーションによって、走行性能や特性といったタイヤ性能の予測・評価が可能になった。
【０００３】
本出願人は、タイヤが流体を介して路面と接する場合のタイヤ性能をシミュレーションする方法を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３１３３７３８号公報 第２図
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のシミュレーション方法には、次のような問題点があった。すなわち、従来のシミュレーションにおいては、タイヤのブロックに形成されるサイプの形状を考慮して流体モデルを設定すると演算量が増大するという点である。
【０００６】
サイプは、タイヤの接地面と路面との間に存在する流体の除去に寄与しており、タイヤのウェット性能を評価する上で、サイプの排水能は重要な因子である。近年、タイヤの高性能化に伴って複雑化したタイヤの挙動を正確にシミュレーションできることが望まれている。
【０００７】
ところが、従来のように、路面モデルとタイヤモデルとの間に流体モデルを設定するシミュレーション方法では、流体モデルの要素を、サイプ内部に進入するような細やかなサイズに設定する必要があり演算量が増大する。このため、演算時間と精度とをともに満足するシミュレーション方法の開発が望まれていた。
【０００８】
そこで、本発明は、サイプを有するタイヤの挙動のシミュレーションの演算時間を増大させることなく、精度を高めることのでき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の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、本発明の特徴は、有限個の要素で形成されるタイヤモデルを有限個の要素で形成される路面モデルに接触させて転動させるシミュレーション方法であって、前記タイヤモデルのトレッド部にサイプが形成されたブロックを有するトレッドパターンモデルを設定するタイヤモデル設定ステップと、前記タイヤモデル設定ステップにより設定された前記タイヤモデルと前記路面モデルとを接触させる条件を設定して前記タイヤモデルを前記路面モデルの表面で転動させる転動計算を実行する転動計算ステップと、前記転動計算ステップにおいて、前記タイヤモデルが前記路面モデルに踏み込むときから蹴り出すまでの期間における接地による前記タイヤモデルの変形挙動を算出し、前記変形挙動から前記サイプの体積の変動量を算出する変形計算ステップとを有することを要旨とする。
【００１０】
本実施形態では、タイヤモデルのサイプの変形挙動からサイプの体積の変動量を算出する。これにより、濡れた路面を転動するとき、サイプに入り込む流体の体積の変動量を算出できる。流体モデルを設定しなくても、この流体の体積の変動量から、タイヤモデルの排水性能を見積もることができる。従って、演算時間の増大を抑制することができ、更には、濡れた路面をモデル化した路面モデル上における発進・制動などのシミュレーションの精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、サイプを有するタイヤの挙動のシミュレーションの演算時間を増大させることなく、精度を高めることのでき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】
【００１２】
【図１】図１は、第１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、タイヤモデル設定ステップにおいて設定されるタイヤモデル１００を説明する模式図である。
【図３】図３は、タイヤ径方向の最外層にトレッドパターンモデル１００Ａが設定されたタイヤモデル１００の模式図である。
【図４】図４は、タイヤモデル１００の単位ブロックモデルからなる繰り返し単位を説明する図である。
【図５】図５は、タイヤモデル１００と路面モデル設定ステップで設定される路面モデル２００とに接触する条件を設定し、転動させるシミュレーションを説明する模式図である。
【図６】図６は、サイプモデルの体積の変動量を算出する方法を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、サイプモデル１１１の対向する一対の溝壁モデル１５１，１５２と、サイプモデル１１２の対向する一対の溝壁モデル１５３，１５４を説明する模式図である。
【図８】図８は、実施形態にかかるＧＬ解析を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、ＧＬ解析で使用するタイヤモデルを説明する模式図である。
【図１０】図１０は、タイヤモデルの表面の一部に設定されたトレッドパターンモデルがタイヤモデルの転動により推移することを説明する模式図である。
【図１１】図１１は、単位ブロックモデルを説明する斜視図である。
【図１２】図１２は、起伏路面モデル２１０の一部を拡大して示す拡大図である。
【図１３】図１３は、本発明の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構成図である。
【図１４】図１４（ａ）は、サンプルタイヤ４００Ａの単位ブロック４０１を一部切り欠いて示す斜視図である。図１４（ｂ）は、サンプルタイヤ４００Ｂの単位ブロック４０２を一部切り欠いて示す斜視図である。図１４（ｃ）は、サンプルタイヤ４００Ｃの単位ブロック４０１を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図１５】図１５は、サンプルタイヤ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃのタイヤモデルを設定してサイプの体積の変化を算出した結果を示す図である。
【図１６】図１６は、サンプルタイヤを実際に製造し、実車走行によるウェット制動試験の結果と、シミュレーションによるサンプルタイヤのサイプの体積の変動量との比較結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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）第１実施形態、（２）第２実施形態、（３）路面モデルの変形例、（４）シミュレーション装置、（５）その他の実施形態、について説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
（１）第１実施形態
第１実施形態について、以下の項目に従って説明する。具体的に、（１−１）シミュレーション方法の概要、（１−２）サイプ体積の変動の計算、（１−３）作用・効果について説明する。
【００１６】
（１−１）シミュレーション方法の概要
図１は、第１実施形態として示す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。以下に説明するシミュレーション方法は、後述するシミュレーション装置などによって実行される。第１実施形態のシミュレーション方法の前段階として、転動するときの挙動をシミュレーションするシミュレーションする対象のタイヤが設計される。具体的には、タイヤのタイヤサイズ、形状、構造、材料、トレッドパターンなどが設計される。
【００１７】
ステップＳ１１として、タイヤモデル設定ステップが実行される。図２は、タイヤモデル設定ステップにおいて設定されるタイヤモデル１００を説明する模式図である。タイヤモデル設定ステップでは、設計されたタイヤに基づいて数値解析上のモデル（タイヤモデルという）が作成される。タイヤモデルを作成するための数値解析手法として、本実施形態では、有限要素法（ＦＥＭ）を適用する。タイヤモデル１００は、実際の空気入りタイヤを数値的・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。具体的に、ステップＳ１１では、タイヤ内部のゴム、ベルト、プライなどの構造、及び鉄・有機繊維等の材料を有限個の要素に分割したタイヤモデルが設定される。
【００１８】
ステップＳ１２として、トレッドパターンモデル設定ステップが実行される。トレッドパターンモデル設定ステップでは、タイヤの設計図面や実際に製造されたタイヤから採取した寸法のデータに基づいて、タイヤのトレッド部に形成された溝と陸部とを有限個の要素に分割したトレッドパターンモデルが設定される。
【００１９】
図３は、タイヤ径方向の最外層にトレッドパターンモデル１００Ａが設定されたタイヤモデル１００の模式図である。タイヤモデル１００は、単位ブロックモデル１０１，１０２，１０３からなる繰り返し単位Ｍ（１ピッチ）を有する。
【００２０】
図４は、タイヤモデル１００の単位ブロックモデルからなる繰り返し単位を説明する図である。タイヤモデル１００には、単位ブロックモデル１０１，１０２，１０３がタイヤ周方向に連続して配列されている。単位ブロックモデル１０１には、サイプをモデル化したサイプモデル１１１，１１２，１１３が形成されている。単位ブロックモデル１０２，１０３にも同様にサイプモデルが形成される。トレッドパターンモデルを構成する要素のサイズは、サイプモデル１１１，１１２，１１３を表現できる大きさである。
【００２１】
実施形態では、サイプとは、溝幅が、一例として、０．３ｍｍ〜４ｍｍ程度の溝である。また、サイプは、タイヤが路面に接地した際に、接地圧により溝の開口が閉塞するように壁面同士が変形する溝である。
【００２２】
ステップＳ１３として、路面モデル設定ステップが実行される。路面モデル設定ステップでは、路面を有限個の要素に分割した路面モデル２００が設定される。図５は、タイヤモデル１００と路面モデル設定ステップで設定される路面モデル２００とに接触する条件を設定し、転動させるシミュレーションを説明する模式図である。
【００２３】
路面モデル設定ステップで設定される路面モデルの一例では、平滑路面をモデル化した平滑路面モデルに、測定対象の路面を表す摩擦係数が設定される。濡れた路面における摩擦係数の一例としては、μ＝０．３〜１．０である。より好ましくは、μ＝０．５〜０．８である。
【００２４】
ステップＳ１４では、境界条件が設定される。境界条件とは、タイヤモデル１００の挙動をシミュレーションする上でタイヤモデル１００に与える各種条件であり、例えば、タイヤモデル１００と路面モデル２００とが接触する条件が挙げられる。
【００２５】
ステップＳ１５では、転動計算ステップが実行される。転動計算ステップは、トレッドパターンモデル設定ステップにおいて設定されたトレッドパターンモデルを予め設定された初期境界条件の下で平滑路面モデル上を転動させる転動計算を実行する。
【００２６】
例えば、転動計算ステップでは、タイヤモデルに予め定めた内圧と負荷荷重とが与えられた状態で、タイヤモデルが路面モデル上を一方向に直進するような回転変位が与えられる。転動計算ステップで実行される転動計算には、制動時の転動条件も含む。
【００２７】
ステップＳ１６では、変形挙動計算ステップが実行される。変形挙動計算ステップでは、タイヤが転動するとき、タイヤモデルの最外層に設定されたトレッドパターンモデルの一部分が路面モデルに踏み込むときから蹴り出すまでの期間におけるトレッドパターンモデルの一部分の変形挙動が転動計算ステップによる計算結果に基づいて算出される。実施形態では、トレッドパターンモデルの一部分とは、トレッドパターンの繰り返し単位（ピッチ）である。
【００２８】
ステップＳ１７では、トレッドパターンモデルの１ピッチに形成されたサイプモデルの変形挙動に基づいて、サイプモデルの体積の変動量を算出する。サイプモデルの体積の変動量を算出する方法の詳細について、次の項で説明する。
【００２９】
（１−２）サイプモデルの体積の変動量の計算
サイプモデルの体積の変動量について、図面を参照して詳細に説明する。図６は、実施形態にかかるサイプモデルの体積の変動量を算出する方法を説明するフローチャートである。図７は、サイプモデル１１１の対向する一対の溝壁モデル１５１，１５２と、サイプモデル１１２の対向する一対の溝壁モデル１５３，１５４を説明する模式図である。
【００３０】
ステップＳ２１において、シミュレーション装置は、ステップＳ１６において算出されるトレッドパターンモデルの一部分（繰り返し単位Ｍ）の変形挙動の第１の状態における、対向する溝壁モデル１５１及び１５２の間の空隙体積を算出する。また、対向する溝壁モデル１５３及び１５４の間の空隙体積を算出する。例えば、シミュレーション装置は、対向する壁面モデル１５１及び１５２の対向する１対の要素の節点同士を連結させた仮想要素（例えば、１対の４節点膜要素の場合、仮想要素は８節点６面体要素になる）を設定する。この仮想要素の体積を算出し、サイプモデル１１１，１１２，１１３の全て（１ピッチに含まれるサイプモデルの全て）の体積を足し合わせることにより第１の状態の空隙体積を算出することができる。
【００３１】
ステップＳ２２では、ステップＳ１６において算出される第２の状態のトレッドパターンモデルの一部分（繰り返し単位Ｍ）の変形挙動が算出される。
【００３２】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１と同様の処理により、サイプモデル１１１，１１２，１１３の第２の状態の空隙体積が算出される。
【００３３】
ステップＳ２４では、第１の状態の空隙体積と第２の状態の空隙体積の差分を算出する。
【００３４】
以上の処理を状態毎に実行することにより、サイプモデルの体積の変動量を算出する。
【００３５】
このように、サイプモデルの空隙体積の変動量を算出することにより、転動による変形に伴うサイプモデル１１１，１１２，１１３排水量を算出できる。
【００３６】
（１−３）作用・効果
実施形態では、タイヤモデル１００のサイプモデル１１１，１１２，１１３の変形挙動からサイプモデルの体積の変動量を算出する。これにより、タイヤが濡れた路面を転動するとき、流体モデルを設定しなくても、サイプに入り込む流体の体積の変動量を算出でき、タイヤモデルの排水性能を見積もることができる。従って、演算時間の増大を抑制することができ、更には、濡れた路面をモデル化した路面モデル上における発進・制動などのシミュレーションの精度を高めることができる。
【００３７】
（２）第２実施形態
第２実施形態は、大域解析（Ｇｌｏｂａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ：以下、Ｇ解析という）と局所解析（Ｌｏｃａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ：以下、Ｌ解析という）とを組み合わせたＧＬ解析（Ｇｌｏｂａｌ−Ｌｏｃａｌ・Ａｎａｌｙｓｉｓ）を利用するシミュレーション方法である。本出願人は、タイヤ性能予測方法に関連する技術（特許３１３３７３８号公報）を既に提案している。ＧＬ解析の詳細は、上記公報に開示されているため、以下では、ＧＬ解析に組み込まれる本願発明の特徴について詳細に説明する。第２実施形態について、以下の項目に従って説明する。具体的に、（２−１）グローバルローカル解析（ＧＬ解析）、（２−２）作用・効果について説明する。
【００３８】
（２−１）グローバルローカル解析（ＧＬ解析）
図８は、実施形態にかかるＧＬ解析を説明するフローチャートである。シミュレーション対象となるタイヤのＧ解析をステップＳ３１乃至ステップＳ３６において実行する。Ｇ解析では、タイヤの形状、構造、材料を有限個の要素に分割したタイヤモデルを設定するとともに、タイヤのトレッド部に形成された溝と陸部との基本構造のみを有限個の要素に分割したトレッドパターンモデルを設定する。ここで、タイヤモデルの最外層にトレッドパターンモデルが形成されたモデルをスムースタイヤモデルという。
【００３９】
図９は、ＧＬ解析で使用するタイヤモデルを説明する模式図である。Ｇ解析では、スムースタイヤモデル１２０にベルトモデル１２１と、トレッド部の一部分について溝と陸部の基本構造のみが設定された部分パターンモデル１２２が設定される。なお、図９では、説明のため、トレッドパターンには、単純な格子状の溝が形成されたモデルを挙げている。
【００４０】
Ｇ解析では、スムースタイヤモデル１２０にベルトモデル１２１が設定されたモデルと、路面モデルとの境界条件が設定され（Ｓ３１〜Ｓ３３）、路面モデル上における転動計算が実行される（Ｓ３４）。転動計算によって算出されたスムースタイヤモデル１２０の変形挙動の結果が出力され（Ｓ３５）、トレッド部の一部分を表した部分パターンモデル１２２の軌道と、部分パターンモデル１２２の変形挙動とが算出される（Ｓ３６）。路面モデル設定ステップ（Ｓ３２）では、路面モデルに濡れた路面における摩擦係数が設定される。濡れた路面における摩擦係数の一例としては、μ＝０．３〜１．０があげられる。より好ましくは、μ＝０．５〜０．８である。
【００４１】
ステップＳ３６では、部分パターンモデル１２２（図９参照）が、路面モデル２００に踏み込んでから蹴り出すまでの変形軌跡が計算される。
【００４２】
図１０は、部分パターンモデル１２２がタイヤモデルの転動により推移することを説明する模式図である。図１０に示すように、平滑路面モデルＧが設定された空間Ｓにおいて、部分パターンモデル１２２が変形を伴いながら、時間経過に伴って、Ｌ１，Ｌ２，…Ｌ１３の軌跡を描くことが計算により求められる。求められた部分パターンモデル１２２の変形軌跡に基づいて、Ｌ解析を行う。Ｌ解析では、トレッドパターンモデルの一部に、具体的な設計値を導入したモデルの物理量変化などを求める。
【００４３】
図８における、ステップＳ４１乃至ステップＳ４５の処理がＬ解析に該当する。ステップＳ４１では、部分パターンモデル１２２を作成する。実施形態では、ステップＳ４１において、単位ブロックモデルが設定される（単位ブロックモデル設定ステップ）。単位ブロックモデル設定ステップは、トレッドパターンモデルを構成する陸部ブロックのうち１ブロック（単位ブロックという）にサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４が形成された単位ブロックモデル１３０を設定する。図１１は、単位ブロックモデルを説明する斜視図である。実施形態において、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅は、０．３ｍｍ〜４ｍｍに設定される。
【００４４】
ステップＳ４１において、部分パターンモデル部分パターンモデル設定ステップが実行される。部分パターンモデル設定ステップにおいて、単位ブロックモデル１３０が複数集合した部分パターンモデル１２２が設定される。
【００４５】
ステップＳ４２では、境界条件設定ステップが実行される。境界条件設定ステップは、変形計算ステップにおいて計算されたトレッドパターンモデルの変形軌跡に基づいて部分パターンモデル１２２と路面モデル２００とに境界条件を設定する。
【００４６】
ステップＳ４３では、部分パターンモデル用転動計算ステップが実行される。部分パターンモデル用転動計算ステップは、設定された境界条件に基づいて部分パターンモデル１２２を転動させる部分パターンモデル用転動計算を実行する。
【００４７】
ステップＳ４４，４５では、図６において説明したサイプモデルの体積の変動量を算出する方法を説明するフローチャートに従って、部分パターンモデル用転動計算ステップによる計算結果から部分パターンモデル１２２におけるサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の体積の変動量を算出する。ＧＬ解析では、算出された部分パターンモデル１２２におけるサイプモデルの変動量に基づいて、部分パターンモデル１２２がトレッド部の全周に亘って形成されたタイヤモデル全体のタイヤ性能を算出することができる。
【００４８】
（２−２）作用・効果
実施形態に係るシミュレーション方法によれば、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４が形成された単位ブロックモデル１３０が複数集合して形成される部分パターンモデル１２２が設定され、部分パターンモデル１２２におけるサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の変形挙動からサイプモデルの体積の変動量が算出される。これにより、流体モデルを設定しなくても、濡れた路面におけるサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４のそれぞれについての排水体積を算出することができる。従って、タイヤモデルの排水性能を見積もることができる。従って、演算時間の増大を抑制することができ、更には、濡れた路面をモデル化した路面モデル上における発進・制動などのシミュレーションの精度を高めることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、ＧＬ解析を用いるため、トレッドパターンを変更した場合には、Ｌ解析のみを実行すればよい。すなわち、部分パターンモデル１２２のみを設定し直せばよく、タイヤ全体のモデルを設定し直す必要がないため、作業工数を減らすことができる。
【００５０】
（３）路面モデルの変形例
上述した説明では、平滑路面をモデル化した平滑路面モデルに、測定対象の路面を表す摩擦係数が設定されると説明した。しかし、路面モデル設定ステップでは、凹凸のある起伏路面モデルが設定されてもよい。路面モデルの少なくとも部分パターンモデル１２２に対応する領域にサイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅よりも細かい起伏が設定された起伏路面モデル２１０が設定される。起伏路面モデルの起伏（凹凸）のサイズは、サイプモデルの溝幅サイズよりも小さいサイズも含む。
【００５１】
図１２は、起伏路面モデル２１０の一部を拡大して示す拡大図である。ここで、実際の路面の起伏は、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することができる。例えば、計測により採取した路面の起伏が所定サイズの要素の集合体（図７に示す２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…）によってモデル化される。起伏路面モデル２１０は、少なくともタイヤモデル１００が接地する領域に、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅よりも細かい起伏を含む。
【００５２】
なお、起伏路面モデル２００の各要素の一辺は、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅を考慮すると、一例として、０．３ｍｍ〜４ｍｍ程度とすることができる。起伏路面モデル２００は、サイプモデル１３１，１３２，１３３，１３４の溝幅、深さ（タイヤ踏面からタイヤ径方向内側に向かう溝の長さ）などによって決定される。
【００５３】
以上のように作成されたモデルを用いて第１実施形態、又は第２実施形態のシミュレーション方法を実行することにより、サイプモデルの体積の変動量をより正確に算出できる。
【００５４】
（４）シミュレーション装置
図１３には、本発明の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としてのコンピュータ３００の概略が示されている。図１３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，図６，図８を用いて説明したシミュレーション方法を実行する。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
実施形態に係るシミュレーション方法によってサイプモデルの容積の変動量を算出することにより、ウェット制動性能が良好であるか否かを判断することができる。例えば、変動量に許容範囲を予め定めておき、変動量の結果が許容範囲内に存在するときに、ウェット制動性能が良好であると判断する。
【００５８】
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。
【００５９】
ＧＬ解析の説明では、トレッドパターンには単純な格子状の溝が形成されたモデルを用いて説明した。しかし、図３に示すデザインのトレッドパターンのタイヤモデルを使用することもできる。
【００６０】
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】
【００６１】
異なるサイプが形成された３つのサンプルタイヤについて、タイヤモデルを設定し、実施形態に係るシミュレーション方法によって、それぞれのタイヤモデルのサイプの体積の変動量を算出した。また、３つのサンプルタイヤを実際に製造し、実車走行によるウェット制動試験を行った。タイヤモデルのサイプの体積の変動量と、実車走行によるウェット制動試験の結果を比較した。
【００６２】
サンプルタイヤとして、溝、陸部、陸部に細溝が形成されたタイヤを用いた。このサンプルタイヤをアメリカ合衆国では "THE TIRE AND RIM ASSOCIATION INC. の YEAR BOOK" 、欧州では"THE EUROPEAN TIRE AND RIM TECHNICAL ORGANIZATION の STANDARDS MANUAL"、日本では日本自動車タイヤ協会の“JATMA YEAR BOOK"に規定された標準荷重、標準リムに装着したモデルを設定した。タイヤサイズは、１９５／６５Ｒ１５に設定し、２００ＫＰＡの内圧を設定した。
【００６３】
図１４は、サンプルタイヤ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃのトレッド部に形成されたブロックを一部切り欠いて示す斜視図である。図１４（ａ）に示すサンプルタイヤ４００Ａには、トレッド部に単位ブロック４０１がタイヤ周方向Ｃ及びトレッド幅方向Ｗに所定の周期で配列されている。単位ブロック４０１にはサイプ４１１，４１２，４１３，４１４が形成されている。サイプ４１１，４１２，４１３，４１４は、タイヤ径方向に沿って直線形状を有する。
【００６４】
図１４（ｂ）に示すサンプルタイヤ４００Ｂには、トレッド部に単位ブロック４０２がタイヤ周方向Ｃ及びトレッド幅方向Ｗに所定の周期で配列されている。単位ブロック４０２にはサイプ４２１，４２２，４２３，４２４が形成されている。サイプ４２１，４２２，４２３，４２４は、タイヤ径方向に沿って形成されており、タイヤ周方向の振幅を有する。すなわち、サイプ４２１，４２２，４２３，４２４のタイヤ周方向に沿った周方向断面の形状は、ジグザグ状である。
【００６５】
図１４（ｃ）に示すサンプルタイヤ４００Ｃには、トレッド部に単位ブロック４０３がタイヤ周方向Ｃ及びトレッド幅方向Ｗに所定の周期で配列されている。単位ブロック４０３にはサイプ４３１，４３２，４３３，４３４が形成されている。サイプ４３１，４３２，４３３，４３４の周方向断面の形状は、ジグザグ状である。サイプ４３１，４３２，４３３，４３４の溝内壁面には、突起４３５が形成されている。
【００６６】
図１４（ａ）〜（ｃ）に示す単位ブロック４０１，４０２，４０２のサイズは、以下の通りである。タイヤ周方向Ｃの長さ：４０ｍｍ、トレッド幅方向Ｗの長さ：３０ｍｍ、高さ（溝底から接地面までの長さ）：９ｍｍ、各サイプの深さ：７．５ｍｍ、サイプ間隔：８ｍｍであった。
【００６７】
以上のように設定されたサンプルタイヤ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃのタイヤモデルを設定してサイプの体積の変化を算出した。結果を図１５に示す。また、３つのサンプルタイヤを実際に製造し、実車走行によるウェット路面における制動距離を測定した結果と、タイヤモデルのサイプの体積の変動量との比較結果を図１６に示す。
【００６８】
図１６では、各サンプルタイヤにおける体積変化、及びウェット制動距離は、サンプルタイヤ４００Ａの変動量及び制動距離を１００とする指標によって表されている。タイヤモデルのサイプの体積の変動量と、実車走行によるウェット制動試験の結果を比較すると、サイプの体積の変動量が小さいタイヤは、転動中にサイプの潰れが起こりにくく、排水体積を確保できる。そのため、ウェット路面における制動距離が短くできることが考えられる。
【００６９】
従って、本実施形態に係るシミュレーションでは、流体モデルを設定しなくても、サイプの変形挙動から算出できるサイプの体積の変動量によって、ウェット路面における制動距離を見積もることができることが判った。
【符号の説明】
【００７０】
１００…タイヤモデル、 １００Ａ…トレッドパターンモデル、 １０１…単位ブロックモデル、 １０１，１０２，１０３…単位ブロックモデル、 １１１，１１２，１１３…サイプモデル、 １２０…スムースタイヤモデル、 １２１…ベルトモデル、 １２２…部分パターンモデル、 １３０…単位ブロックモデル、 １３１，１３２，１３３，１３４…サイプモデル、 １５１，１５２…溝壁モデル、 １５３，１５４…溝壁モデル、 ２００…路面モデル、 ２１０…起伏路面モデル、 ３００…コンピュータ、 ３１０…本体部、 ３２０…入力部、 ３３０…表示部、 ４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ…サンプルタイヤ、 ４０１，４０２，４０２…単位ブロック、 ４１１，４１２，４１３，４１４…サイプ、 ４２１，４２２，４２３，４２４…サイプ、 ４３１，４３２，４３３，４３４…サイプ、 ４３５…突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限個の要素で形成されるタイヤモデルを有限個の要素で形成される路面モデルに接触させて転動させるシミュレーション方法であって、
前記タイヤモデルのトレッド部にサイプが形成されたブロックを有するトレッドパターンモデルを設定するタイヤモデル設定ステップと、
前記タイヤモデル設定ステップにより設定された前記タイヤモデルと前記路面モデルとを接触させる条件を設定して前記タイヤモデルを前記路面モデルの表面で転動させる転動計算を実行する転動計算ステップと、
前記転動計算ステップにおいて、前記タイヤモデルが前記路面モデルに踏み込むときから蹴り出すまでの期間における接地による前記タイヤモデルの変形挙動を算出し、前記変形挙動から前記サイプの体積の変動量を算出する変形計算ステップと
を有するシミュレーション方法。
【請求項２】
変形計算ステップでは、
前記タイヤモデルにおける前記トレッドパターンモデルの一部が前記路面モデルに踏み込んでから蹴り出すまでの期間における前記トレッドパターンモデルの一部分の軌道と前記トレッドパターンモデルの前記一部分の変形挙動とを算出し、
前記変形挙動から前記トレッドパターンモデルの前記一部分に形成されたサイプの体積の変動量を算出する請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記路面モデルの少なくとも前記タイヤモデルが接地する領域に前記サイプの幅よりも細かい起伏を含む路面を有限個の要素に分割した起伏路面モデルを設定する起伏路面モデル設定ステップを有する請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項４】
前記起伏路面モデル設定ステップにおいて設定された前記起伏路面モデル上に流体の膜を有限個の要素に分割した流体モデルを設定する流体モデル設定ステップを有する請求項３に記載のシミュレーション方法。
【請求項５】
前記路面モデルには、濡れた路面における摩擦係数が設定される請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項６】
前記請求項１乃至５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。
【請求項１】
有限個の要素で形成されるタイヤモデルを有限個の要素で形成される路面モデルに接触させて転動させるシミュレーション方法であって、
前記タイヤモデルのトレッド部にサイプが形成されたブロックを有するトレッドパターンモデルを設定するタイヤモデル設定ステップと、
前記タイヤモデル設定ステップにより設定された前記タイヤモデルと前記路面モデルとを接触させる条件を設定して前記タイヤモデルを前記路面モデルの表面で転動させる転動計算を実行する転動計算ステップと、
前記転動計算ステップにおいて、前記タイヤモデルが前記路面モデルに踏み込むときから蹴り出すまでの期間における接地による前記タイヤモデルの変形挙動を算出し、前記変形挙動から前記サイプの体積の変動量を算出する変形計算ステップと
を有するシミュレーション方法。
【請求項２】
変形計算ステップでは、
前記タイヤモデルにおける前記トレッドパターンモデルの一部が前記路面モデルに踏み込んでから蹴り出すまでの期間における前記トレッドパターンモデルの一部分の軌道と前記トレッドパターンモデルの前記一部分の変形挙動とを算出し、
前記変形挙動から前記トレッドパターンモデルの前記一部分に形成されたサイプの体積の変動量を算出する請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記路面モデルの少なくとも前記タイヤモデルが接地する領域に前記サイプの幅よりも細かい起伏を含む路面を有限個の要素に分割した起伏路面モデルを設定する起伏路面モデル設定ステップを有する請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項４】
前記起伏路面モデル設定ステップにおいて設定された前記起伏路面モデル上に流体の膜を有限個の要素に分割した流体モデルを設定する流体モデル設定ステップを有する請求項３に記載のシミュレーション方法。
【請求項５】
前記路面モデルには、濡れた路面における摩擦係数が設定される請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項６】
前記請求項１乃至５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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１１９５０（Ｐ２０１２−１１９５０Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２２４５（Ｐ２０１０−１５２２４５）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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