複合体モデル作成方法、及び複合体モデル作成装置
【課題】現実のタイヤに近いシミュレート結果が得られるタイヤモデルとホイールモデルとの複合体モデルを作成できる複合体モデル作成方法、及び複合体モデル作成装置を提供する。
【解決手段】空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルと、ホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体である複合体モデルを作成する複合体モデル作成方法であって、複合体モデルを作成する組付ステップＳ３と、複合体モデルに対して所定の空気圧を設定する内圧設定ステップＳ４とを有し、内圧設定ステップＳ４では、内圧が所定値以下の場合、内圧がインナーライナーを構成する要素に負荷されるように設定され、内圧が所定値を上回る場合、内圧がカーカスプライを構成する要素に負荷されるように設定される。
【解決手段】空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルと、ホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体である複合体モデルを作成する複合体モデル作成方法であって、複合体モデルを作成する組付ステップＳ３と、複合体モデルに対して所定の空気圧を設定する内圧設定ステップＳ４とを有し、内圧設定ステップＳ４では、内圧が所定値以下の場合、内圧がインナーライナーを構成する要素に負荷されるように設定され、内圧が所定値を上回る場合、内圧がカーカスプライを構成する要素に負荷されるように設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルとホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体モデルを作成する複合体モデル作成方法、及び複合体モデル作成方法を実行する複合体モデル作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気入り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、実際に空気入りタイヤを製造し、自動車に装着して走行試験を行わなくても、新たに設計した空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルと、ホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体モデルを用いて走行性能や特性などのタイヤ性能をシミュレートすることが可能になった。
【０００３】
タイヤモデルを作成する際、繊維とゴムからなるプライ補強材を繊維の体積含有率に基づいて異方性を有する膜要素またはシェル要素でモデル化（非特許文献１参照）するとともに、膜要素、シェル要素、ソリッド要素などのなかに繊維方向の力のみを伝える補強材を設定する方法がある（非特許文献２参照）。
【０００４】
この方法では、タイヤを繊維とゴムとからなる複合材と捉え、この複合材と等価な剛性をもった均質な別の材料に近似したタイヤモデルを作成している。タイヤモデルをこのように作成することにより、走行性能や特性などのタイヤ性能の解析の精度と、解析に掛かる処理時間とを実用可能なレベルにすることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】複合材料工学，林毅編，日科技連出版社，1971，ISBN-8171-9008-6
【非特許文献２】ABAQUS Version 6.4, Analysis User’s Manual Volume I : Introduction Spatial Modeling, Execution & Output
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような方法においても、依然として改善の余地が残されている。有限要素法では、応力の集中が予測される場所では、要素を細かく設定することが好ましい。例えば、タイヤモデルとホイールモデルとの複合体モデルに内圧を設定してタイヤ性能をシミュレートする場合について示す。
【０００７】
現実の空気入りタイヤにおいて、インナーライナーは、カーカスプライよりも薄く柔らかい材料で形成されるため、タイヤモデルとホイールモデルとの複合体モデルにおいて、インナーライナー及びカーカスプライを構成する要素の設定の仕方によっては、インナーライナーを構成する要素の変形が過大に表現され、正しい解析結果が得られないことがある。
【０００８】
例えば、タイヤモデルの内圧が４００ｋＰａ以上の高圧に設定された条件下におけるタイヤ性能をシミュレートする場合、インナーライナーを構成する要素の歪みが実際よりも過大に表現されたり、インナーライナーを構成する各要素が潰れる（すなわち、要素の大きさが無くなる）ような変形が起こることによって演算不能に陥るエラーが発生したりする。
【０００９】
これに対して、タイヤモデルに設定する内圧の大きさに応じて、インナーライナーを省略したタイヤモデルを使用してタイヤ性能をシミュレートする方法も提案されている。インナーライナーを省略したタイヤモデルを使用することにより、インナーライナーの各要素が潰れるような変形が起こることによるエラーを回避することができる。
【００１０】
ところが、インナーライナーを省略したタイヤモデルの重量は、現実のタイヤとは厳密には異なるため、近年のシミュレート結果の高精度化の要求に、必ずしも応えられない場合が出てきた。
【００１１】
そこで、本発明は、現実のタイヤに近いシミュレート結果が得られるタイヤモデルとホイールモデルとの複合体モデルを作成できる複合体モデル作成方法、及び複合体モデル作成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。一対のビードを有するビード部と、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿った断面において最も内側に配置されるインナーライナーと、前記インナーライナーよりもタイヤ径方向外側に配置されるカーカスプライと、路面と接地するトレッド部と、前記トレッド部と前記カーカスプライとの間に配置されるベルトとを備える空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルと、前記空気入りタイヤが装着されるホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体である複合体モデルを作成する複合体モデル作成方法であって、前記タイヤモデルと前記ホイールモデルとが接触するように境界条件を設定して前記タイヤモデルに前記ホイールモデルが組み付けられた複合体モデルを作成する組付ステップと、前記複合体モデルに対して所定の空気圧を設定する内圧設定ステップとを有し、前記内圧設定ステップでは、前記内圧が所定値以下の場合、前記内圧が前記インナーライナーを構成する要素にかかるように設定され、前記内圧が所定値を上回る場合、前記内圧が前記カーカスプライを構成する要素にかかるように設定されることを要旨とする。
【００１３】
本発明の特徴によれば、内圧が所定値を上回る場合には、内圧がプライにかかるように設定される。このように、インナーライナーを省略したタイヤモデルを使用しない代わりに、内圧がカーカスプライに負荷されるように設定することにより、インナーライナーの各要素が潰れるような変形が起こることによるエラーを回避することができる。本発明に係るタイヤモデルでは、インナーライナーを省略しないため、実際のタイヤに近い重量のタイヤモデルでタイヤ性能をシミュレートできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、現実のタイヤに近いシミュレート結果が得られるタイヤモデルとホイールモデルとの複合体モデルを作成できる複合体モデル作成方法、及び複合体モデル作成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法を説明するフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定されるタイヤモデルを説明する模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定されるホイールモデルを説明する模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定される複合体モデルの断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法を実行する複合体モデル作成装置の構成図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る複合体モデル作成方法によって内圧が負荷された複合モデルを説明する模式図である。
【図７】図７は、従来の複合体モデル作成方法によって内圧が負荷された複合モデルを説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る複合体モデル作成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）複合体モデル作成方法、（２）複合体モデル作成装置、（３）作用・効果、（４）その他の実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一の部分には同一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。
【００１７】
（１）複合体モデル作成方法
図１は、発明の実施形態として示す複合体モデル作成方法を説明するフローチャートである。実施形態に係る複合体モデル作成方法を説明する。ステップＳ１は、設計ステップである。設計ステップでは、複合体モデル作成方法の評価対象とする新たな空気入りタイヤが設計される。具体的には、空気入り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定められる。空気入り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の設計データが入力される。
【００１８】
ステップＳ２は、ステップＳ１で設計された空気入りタイヤの形状、構造、材料を有限個の要素に分割したタイヤモデル１０を設定する。本実施形態では、有限要素法（ＦＥＭ）を適用することによってタイヤモデル１０を作成する。タイヤモデル１０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。
【００１９】
上記ステップＳ２で作成するタイヤモデル１０は、複数の要素に分割されている。要素分割とは、空気入りタイヤ、路面、流体等を有限個の小部分（要素という）に分割することである。すなわち、タイヤモデル１０は、複数個の要素から構成されている。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１０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。
【００２０】
図２は、複合体モデル作成方法において設定されるタイヤモデル１０を説明する模式図である。図２に示すタイヤモデル１０には、空気入りタイヤのトレッド部１１に形成された溝と陸部との基本構造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とができる。また、タイヤモデル１０には、ビードワイヤ１２，ビード部１３，サイド部１４、内部のゴム部材１５、ベルト１６、カーカスプライ１７、インナーライナー１８に対応する要素が設定される（図２には不図示、図４参照）。
【００２１】
トレッド部１１、サイド部１４及び内部のゴム部材１５は、シェル要素、膜要素、リバー要素などでモデル化される。また、ビードワイヤ１２は、ソリッド要素を用いてモデル化される。ゴム部材１５は、Mooney-Rivln材料、Ogdcn材料などの超弾性体を用いてモデル化される。ゴム部材１５は、粘性を考慮した粘弾性体でモデル化することもできる。粘性は、線径粘弾性やProny級数を用いてモデル化される。
【００２２】
ステップＳ２では、タイヤモデル１０と同様にして、ホイールモデル２０が作成される。図３は、本実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定されるホイールモデル２０を説明する模式図である。ホイールモデル２０には、リム部２１とディスク部２２が設定されている。また、ボルト、ナット等を用いてホイールを車両に取り付けるためのボルト孔２３が設定されている。
【００２３】
ステップＳ３では、タイヤモデル１０とホイールモデル２０とが接触する境界条件を設定して、タイヤモデル１０にホイールモデル２０が組み付けられた複合体モデル３０を作成する。図４は、本実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定される複合体モデル３０の断面図である。ステップＳ３は、組付ステップを構成する。ステップＳ３では、軸対象３次元解析によって複合体モデル３０が作成される。
【００２４】
ここで設定される境界条件は、ビード部１３がリム部２１に接触するというものである。
【００２５】
ステップＳ４は、内圧設定ステップである。内圧設定ステップでは、ステップＳ２で作成された複合体モデル３０に、所定の空気圧が設定される。
【００２６】
内圧設定ステップでは、ステップＳ５において、設定された内圧と所定の閾値とを比較する。設定された内圧が閾値を上回る場合（ステップＳ５：ｙｅｓ）、ステップＳ６において、内圧がカーカスプライを構成する要素に負荷されるように設定される。設定された内圧が閾値以下である場合（ステップＳ５：ｎｏ）、ステップＳ７において、内圧がインナーライナーを構成する要素に負荷されるように設定される。
【００２７】
実施形態では、タイヤモデルの内圧の閾値は、４００ｋＰａに設定されている。すなわち、実施形態の複合体モデル作成方法では、内圧が４００ｋＰａ以下の場合、内圧がインナーライナーを構成する要素に負荷され、４００ｋＰａを超える場合、カーカスプライを構成する要素に負荷される。所定の空気圧が設定されると、タイヤモデル２０のビード部１３の間隔Ｓがタイヤの幅方向外側に拡げられて、リムフランジ２１ａに接触する挙動がシミュレートされる。
【００２８】
ステップＳ６又はＳ７を経て作成された複合体モデルを用いて、ステップＳ８において、解析処理を行う。解析処理としては、内圧が設定された複合体モデル３０に荷重を負荷したときのリムフランジ２１ａから受ける応力によるビード部１３の変形挙動の解析、複合体モデル３０が転動するとき転動中にビード部がホイールモデルのリムフランジから受ける応力で生じる変形挙動の解析などが挙げられる。
【００２９】
（２）複合体モデル作成装置
図５には、実施形態の複合体モデル作成方法を実行する複合体モデル作成装置として、コンピュータ３００の概略が示されている。図５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を用いて説明した複合体モデル作成方法を実行する。
【００３０】
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を用いて説明した複合体モデル作成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、複合体モデル作成方法を実行するプログラムを取得してもよい。
【００３１】
（３）作用・効果
実施形態に係る複合体モデル作成方法によれば、内圧が所定の閾値（例えば、４００ｋＰａ）を上回る場合には、内圧がカーカスプライにかかるように設定される。本実施形態では、高い内圧を設定する場合に、インナーライナーを省略したタイヤモデルを使用しない代わりに、内圧がカーカスプライに負荷されるように設定することにより、インナーライナーの各要素が潰れるような変形が起こることによるエラーを回避することができる。本実施形態に係る複合体モデル作成方法では、インナーライナーを省略しないため、実際のタイヤに近い重量のタイヤモデルでタイヤ性能をシミュレートできる。従って、転がり抵抗計算や遠心力を考慮したタイヤ性能の解析が精度よく算出できる。
【００３２】
（４）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。
【００３３】
本実施形態に係る複合体モデル作成方法では、内圧の閾値を４００ｋＰａに設定しているが、４００ｋＰａに限定されない。内圧の閾値は、タイヤの種類によって適宜設定することができる。
【００３４】
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】
【００３５】
サンプルのタイヤモデルは、溝、陸部、陸部に細溝が形成されたサイズ１９５／８０Ｒ１５の空気入りタイヤとした。この空気入りタイヤのタイヤモデルが標準ホイールのホイールモデルに装着された状態の複合モデルを作成し、所定の内圧を負荷した状態で転がり抵抗予測計算を行い、実測の転がり抵抗係数と比較した。
【００３６】
図６は、本実施形態に係る複合体モデル作成方法によって内圧が負荷された複合モデルを説明する模式図であり、図７は、従来の複合体モデル作成方法によって内圧が負荷された複合モデルを説明する模式図である。
【００３７】
比較例１は、３５０ｋＰａの内圧がインナーライナーを構成する要素に負荷された複合モデルである。実施例１は、３５０ｋＰａの内圧がカーカスプライを構成する要素に負荷された複合モデルである。実施例２は、５００ｋＰａの内圧がカーカスプライを構成する要素に負荷された複合モデルである。
【００３８】
比較例１，実施例１，２について誤差指標を算出した。結果を表１に示す。誤差指標は、以下の式で表される。
【００３９】
誤差指標＝（算出された転がり抵抗係数）／（実測の転がり抵抗係数）×１００
【表１】
【００４０】
表１に示されるように、３５０ｋＰａの内圧がインナーライナーに負荷された比較例１では、誤差指標が１２０であった。内圧をインナーライナーに負荷する従来の複合体モデルでは、例えば、４００ｋＰａを超えるような内圧を負荷すると誤差が更に増大することが予測される。
【００４１】
これに対して、内圧がカーカスプライに負荷された複合モデルでは、負荷される内圧の値が増大するほど、誤差指標が小さく、４００ｋＰａ以上の内圧を負荷した場合のタイヤ性能のシミュレートに適していることが判った。
【符号の説明】
【００４２】
１０…タイヤモデル、 １１…トレッド部、 １２…ビードワイヤ、 １３…ビード部、 １４…サイド部、 １５…内部のゴム部材、 １６…ベルト、 １７…カーカスプライ、 １８…インナーライナー、 ２０…ホイールモデル、 ２１…リム部、 ２２…ディスク部、 ２３…ボルト孔、 ３０…複合体モデル、 ３００…コンピュータ、 ３１０…本体部、 ３２０…入力部、 ３３０…表示部
【技術分野】
【０００１】
空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルとホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体モデルを作成する複合体モデル作成方法、及び複合体モデル作成方法を実行する複合体モデル作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気入り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、実際に空気入りタイヤを製造し、自動車に装着して走行試験を行わなくても、新たに設計した空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルと、ホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体モデルを用いて走行性能や特性などのタイヤ性能をシミュレートすることが可能になった。
【０００３】
タイヤモデルを作成する際、繊維とゴムからなるプライ補強材を繊維の体積含有率に基づいて異方性を有する膜要素またはシェル要素でモデル化（非特許文献１参照）するとともに、膜要素、シェル要素、ソリッド要素などのなかに繊維方向の力のみを伝える補強材を設定する方法がある（非特許文献２参照）。
【０００４】
この方法では、タイヤを繊維とゴムとからなる複合材と捉え、この複合材と等価な剛性をもった均質な別の材料に近似したタイヤモデルを作成している。タイヤモデルをこのように作成することにより、走行性能や特性などのタイヤ性能の解析の精度と、解析に掛かる処理時間とを実用可能なレベルにすることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】複合材料工学，林毅編，日科技連出版社，1971，ISBN-8171-9008-6
【非特許文献２】ABAQUS Version 6.4, Analysis User’s Manual Volume I : Introduction Spatial Modeling, Execution & Output
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような方法においても、依然として改善の余地が残されている。有限要素法では、応力の集中が予測される場所では、要素を細かく設定することが好ましい。例えば、タイヤモデルとホイールモデルとの複合体モデルに内圧を設定してタイヤ性能をシミュレートする場合について示す。
【０００７】
現実の空気入りタイヤにおいて、インナーライナーは、カーカスプライよりも薄く柔らかい材料で形成されるため、タイヤモデルとホイールモデルとの複合体モデルにおいて、インナーライナー及びカーカスプライを構成する要素の設定の仕方によっては、インナーライナーを構成する要素の変形が過大に表現され、正しい解析結果が得られないことがある。
【０００８】
例えば、タイヤモデルの内圧が４００ｋＰａ以上の高圧に設定された条件下におけるタイヤ性能をシミュレートする場合、インナーライナーを構成する要素の歪みが実際よりも過大に表現されたり、インナーライナーを構成する各要素が潰れる（すなわち、要素の大きさが無くなる）ような変形が起こることによって演算不能に陥るエラーが発生したりする。
【０００９】
これに対して、タイヤモデルに設定する内圧の大きさに応じて、インナーライナーを省略したタイヤモデルを使用してタイヤ性能をシミュレートする方法も提案されている。インナーライナーを省略したタイヤモデルを使用することにより、インナーライナーの各要素が潰れるような変形が起こることによるエラーを回避することができる。
【００１０】
ところが、インナーライナーを省略したタイヤモデルの重量は、現実のタイヤとは厳密には異なるため、近年のシミュレート結果の高精度化の要求に、必ずしも応えられない場合が出てきた。
【００１１】
そこで、本発明は、現実のタイヤに近いシミュレート結果が得られるタイヤモデルとホイールモデルとの複合体モデルを作成できる複合体モデル作成方法、及び複合体モデル作成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。一対のビードを有するビード部と、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿った断面において最も内側に配置されるインナーライナーと、前記インナーライナーよりもタイヤ径方向外側に配置されるカーカスプライと、路面と接地するトレッド部と、前記トレッド部と前記カーカスプライとの間に配置されるベルトとを備える空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルと、前記空気入りタイヤが装着されるホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体である複合体モデルを作成する複合体モデル作成方法であって、前記タイヤモデルと前記ホイールモデルとが接触するように境界条件を設定して前記タイヤモデルに前記ホイールモデルが組み付けられた複合体モデルを作成する組付ステップと、前記複合体モデルに対して所定の空気圧を設定する内圧設定ステップとを有し、前記内圧設定ステップでは、前記内圧が所定値以下の場合、前記内圧が前記インナーライナーを構成する要素にかかるように設定され、前記内圧が所定値を上回る場合、前記内圧が前記カーカスプライを構成する要素にかかるように設定されることを要旨とする。
【００１３】
本発明の特徴によれば、内圧が所定値を上回る場合には、内圧がプライにかかるように設定される。このように、インナーライナーを省略したタイヤモデルを使用しない代わりに、内圧がカーカスプライに負荷されるように設定することにより、インナーライナーの各要素が潰れるような変形が起こることによるエラーを回避することができる。本発明に係るタイヤモデルでは、インナーライナーを省略しないため、実際のタイヤに近い重量のタイヤモデルでタイヤ性能をシミュレートできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、現実のタイヤに近いシミュレート結果が得られるタイヤモデルとホイールモデルとの複合体モデルを作成できる複合体モデル作成方法、及び複合体モデル作成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法を説明するフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定されるタイヤモデルを説明する模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定されるホイールモデルを説明する模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定される複合体モデルの断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る複合体モデル作成方法を実行する複合体モデル作成装置の構成図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る複合体モデル作成方法によって内圧が負荷された複合モデルを説明する模式図である。
【図７】図７は、従来の複合体モデル作成方法によって内圧が負荷された複合モデルを説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る複合体モデル作成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）複合体モデル作成方法、（２）複合体モデル作成装置、（３）作用・効果、（４）その他の実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一の部分には同一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。
【００１７】
（１）複合体モデル作成方法
図１は、発明の実施形態として示す複合体モデル作成方法を説明するフローチャートである。実施形態に係る複合体モデル作成方法を説明する。ステップＳ１は、設計ステップである。設計ステップでは、複合体モデル作成方法の評価対象とする新たな空気入りタイヤが設計される。具体的には、空気入り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定められる。空気入り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の設計データが入力される。
【００１８】
ステップＳ２は、ステップＳ１で設計された空気入りタイヤの形状、構造、材料を有限個の要素に分割したタイヤモデル１０を設定する。本実施形態では、有限要素法（ＦＥＭ）を適用することによってタイヤモデル１０を作成する。タイヤモデル１０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。
【００１９】
上記ステップＳ２で作成するタイヤモデル１０は、複数の要素に分割されている。要素分割とは、空気入りタイヤ、路面、流体等を有限個の小部分（要素という）に分割することである。すなわち、タイヤモデル１０は、複数個の要素から構成されている。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１０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。
【００２０】
図２は、複合体モデル作成方法において設定されるタイヤモデル１０を説明する模式図である。図２に示すタイヤモデル１０には、空気入りタイヤのトレッド部１１に形成された溝と陸部との基本構造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とができる。また、タイヤモデル１０には、ビードワイヤ１２，ビード部１３，サイド部１４、内部のゴム部材１５、ベルト１６、カーカスプライ１７、インナーライナー１８に対応する要素が設定される（図２には不図示、図４参照）。
【００２１】
トレッド部１１、サイド部１４及び内部のゴム部材１５は、シェル要素、膜要素、リバー要素などでモデル化される。また、ビードワイヤ１２は、ソリッド要素を用いてモデル化される。ゴム部材１５は、Mooney-Rivln材料、Ogdcn材料などの超弾性体を用いてモデル化される。ゴム部材１５は、粘性を考慮した粘弾性体でモデル化することもできる。粘性は、線径粘弾性やProny級数を用いてモデル化される。
【００２２】
ステップＳ２では、タイヤモデル１０と同様にして、ホイールモデル２０が作成される。図３は、本実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定されるホイールモデル２０を説明する模式図である。ホイールモデル２０には、リム部２１とディスク部２２が設定されている。また、ボルト、ナット等を用いてホイールを車両に取り付けるためのボルト孔２３が設定されている。
【００２３】
ステップＳ３では、タイヤモデル１０とホイールモデル２０とが接触する境界条件を設定して、タイヤモデル１０にホイールモデル２０が組み付けられた複合体モデル３０を作成する。図４は、本実施形態に係る複合体モデル作成方法において設定される複合体モデル３０の断面図である。ステップＳ３は、組付ステップを構成する。ステップＳ３では、軸対象３次元解析によって複合体モデル３０が作成される。
【００２４】
ここで設定される境界条件は、ビード部１３がリム部２１に接触するというものである。
【００２５】
ステップＳ４は、内圧設定ステップである。内圧設定ステップでは、ステップＳ２で作成された複合体モデル３０に、所定の空気圧が設定される。
【００２６】
内圧設定ステップでは、ステップＳ５において、設定された内圧と所定の閾値とを比較する。設定された内圧が閾値を上回る場合（ステップＳ５：ｙｅｓ）、ステップＳ６において、内圧がカーカスプライを構成する要素に負荷されるように設定される。設定された内圧が閾値以下である場合（ステップＳ５：ｎｏ）、ステップＳ７において、内圧がインナーライナーを構成する要素に負荷されるように設定される。
【００２７】
実施形態では、タイヤモデルの内圧の閾値は、４００ｋＰａに設定されている。すなわち、実施形態の複合体モデル作成方法では、内圧が４００ｋＰａ以下の場合、内圧がインナーライナーを構成する要素に負荷され、４００ｋＰａを超える場合、カーカスプライを構成する要素に負荷される。所定の空気圧が設定されると、タイヤモデル２０のビード部１３の間隔Ｓがタイヤの幅方向外側に拡げられて、リムフランジ２１ａに接触する挙動がシミュレートされる。
【００２８】
ステップＳ６又はＳ７を経て作成された複合体モデルを用いて、ステップＳ８において、解析処理を行う。解析処理としては、内圧が設定された複合体モデル３０に荷重を負荷したときのリムフランジ２１ａから受ける応力によるビード部１３の変形挙動の解析、複合体モデル３０が転動するとき転動中にビード部がホイールモデルのリムフランジから受ける応力で生じる変形挙動の解析などが挙げられる。
【００２９】
（２）複合体モデル作成装置
図５には、実施形態の複合体モデル作成方法を実行する複合体モデル作成装置として、コンピュータ３００の概略が示されている。図５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を用いて説明した複合体モデル作成方法を実行する。
【００３０】
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を用いて説明した複合体モデル作成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、複合体モデル作成方法を実行するプログラムを取得してもよい。
【００３１】
（３）作用・効果
実施形態に係る複合体モデル作成方法によれば、内圧が所定の閾値（例えば、４００ｋＰａ）を上回る場合には、内圧がカーカスプライにかかるように設定される。本実施形態では、高い内圧を設定する場合に、インナーライナーを省略したタイヤモデルを使用しない代わりに、内圧がカーカスプライに負荷されるように設定することにより、インナーライナーの各要素が潰れるような変形が起こることによるエラーを回避することができる。本実施形態に係る複合体モデル作成方法では、インナーライナーを省略しないため、実際のタイヤに近い重量のタイヤモデルでタイヤ性能をシミュレートできる。従って、転がり抵抗計算や遠心力を考慮したタイヤ性能の解析が精度よく算出できる。
【００３２】
（４）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。
【００３３】
本実施形態に係る複合体モデル作成方法では、内圧の閾値を４００ｋＰａに設定しているが、４００ｋＰａに限定されない。内圧の閾値は、タイヤの種類によって適宜設定することができる。
【００３４】
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】
【００３５】
サンプルのタイヤモデルは、溝、陸部、陸部に細溝が形成されたサイズ１９５／８０Ｒ１５の空気入りタイヤとした。この空気入りタイヤのタイヤモデルが標準ホイールのホイールモデルに装着された状態の複合モデルを作成し、所定の内圧を負荷した状態で転がり抵抗予測計算を行い、実測の転がり抵抗係数と比較した。
【００３６】
図６は、本実施形態に係る複合体モデル作成方法によって内圧が負荷された複合モデルを説明する模式図であり、図７は、従来の複合体モデル作成方法によって内圧が負荷された複合モデルを説明する模式図である。
【００３７】
比較例１は、３５０ｋＰａの内圧がインナーライナーを構成する要素に負荷された複合モデルである。実施例１は、３５０ｋＰａの内圧がカーカスプライを構成する要素に負荷された複合モデルである。実施例２は、５００ｋＰａの内圧がカーカスプライを構成する要素に負荷された複合モデルである。
【００３８】
比較例１，実施例１，２について誤差指標を算出した。結果を表１に示す。誤差指標は、以下の式で表される。
【００３９】
誤差指標＝（算出された転がり抵抗係数）／（実測の転がり抵抗係数）×１００
【表１】
【００４０】
表１に示されるように、３５０ｋＰａの内圧がインナーライナーに負荷された比較例１では、誤差指標が１２０であった。内圧をインナーライナーに負荷する従来の複合体モデルでは、例えば、４００ｋＰａを超えるような内圧を負荷すると誤差が更に増大することが予測される。
【００４１】
これに対して、内圧がカーカスプライに負荷された複合モデルでは、負荷される内圧の値が増大するほど、誤差指標が小さく、４００ｋＰａ以上の内圧を負荷した場合のタイヤ性能のシミュレートに適していることが判った。
【符号の説明】
【００４２】
１０…タイヤモデル、 １１…トレッド部、 １２…ビードワイヤ、 １３…ビード部、 １４…サイド部、 １５…内部のゴム部材、 １６…ベルト、 １７…カーカスプライ、 １８…インナーライナー、 ２０…ホイールモデル、 ２１…リム部、 ２２…ディスク部、 ２３…ボルト孔、 ３０…複合体モデル、 ３００…コンピュータ、 ３１０…本体部、 ３２０…入力部、 ３３０…表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のビードを有するビード部と、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿った断面において最も内側に配置されるインナーライナーと、前記インナーライナーよりもタイヤ径方向外側に配置されるカーカスプライと、路面と接地するトレッド部と、前記トレッド部と前記カーカスプライとの間に配置されるベルトとを備える空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルと、
前記空気入りタイヤが装着されるホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体である複合体モデルを作成する複合体モデル作成方法であって、
前記タイヤモデルと前記ホイールモデルとが接触するように境界条件を設定して前記タイヤモデルに前記ホイールモデルが組み付けられた複合体モデルを作成する組付ステップと、
前記複合体モデルに対して所定の空気圧を設定する内圧設定ステップと
を有し、
前記内圧設定ステップでは、
前記内圧が所定値以下の場合、前記内圧が前記インナーライナーを構成する要素にかかるように設定され、
前記内圧が所定値を上回る場合、前記内圧が前記カーカスプライを構成する要素にかかるように設定される複合体モデル作成方法。
【請求項２】
前記内圧設定ステップでは、前記内圧が４００ｋＰａを超える場合、前記内圧が前記カーカスプライを構成する要素にかかるように設定される請求項１に記載の複合体モデル作成方法。
【請求項３】
前記請求項１又は２の何れか一項に記載の複合体モデル作成方法を実行する複合体モデル作成装置。
【請求項１】
一対のビードを有するビード部と、タイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿った断面において最も内側に配置されるインナーライナーと、前記インナーライナーよりもタイヤ径方向外側に配置されるカーカスプライと、路面と接地するトレッド部と、前記トレッド部と前記カーカスプライとの間に配置されるベルトとを備える空気入りタイヤを複数要素でモデル化したタイヤモデルと、
前記空気入りタイヤが装着されるホイールを複数要素でモデル化したホイールモデルとの複合体である複合体モデルを作成する複合体モデル作成方法であって、
前記タイヤモデルと前記ホイールモデルとが接触するように境界条件を設定して前記タイヤモデルに前記ホイールモデルが組み付けられた複合体モデルを作成する組付ステップと、
前記複合体モデルに対して所定の空気圧を設定する内圧設定ステップと
を有し、
前記内圧設定ステップでは、
前記内圧が所定値以下の場合、前記内圧が前記インナーライナーを構成する要素にかかるように設定され、
前記内圧が所定値を上回る場合、前記内圧が前記カーカスプライを構成する要素にかかるように設定される複合体モデル作成方法。
【請求項２】
前記内圧設定ステップでは、前記内圧が４００ｋＰａを超える場合、前記内圧が前記カーカスプライを構成する要素にかかるように設定される請求項１に記載の複合体モデル作成方法。
【請求項３】
前記請求項１又は２の何れか一項に記載の複合体モデル作成方法を実行する複合体モデル作成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２３５７４７（Ｐ２０１１−２３５７４７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０８４６２（Ｐ２０１０−１０８４６２）
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【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２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【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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