JP4116337B2

JP4116337B2 - Tire performance simulation method and apparatus

Info

Publication number: JP4116337B2
Application number: JP2002177548A
Authority: JP
Inventors: 正貴白石; 明男見寄
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JP2003072328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精度良くタイヤ性能をシミュレートしうるタイヤ性能のシミュレーション方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、タイヤの開発は、試作品を作り、それを実験し、実験結果から改良品をさらに試作するという繰り返し作業で行われていた。この方法では、試作品の製造や実験に多くの費用と時間を要するため、開発効率の向上には限界がある。かかる問題点を克服するために、近年では近似解析手法などを用いたコンピューターシミューションにより、タイヤを試作しなくてもある程度の性能を予測・解析する方法が提案されている。
【０００３】
コンピュータシミュレーションには、種々の解析法が用いられ、例えば有限要素法を用いたものが良く知られている。有限要素法（Finite Element Method ）は、構造物を有限要素と呼ばれる有限の大きさの多数の領域に分割し、各有限要素に比較的簡単な特性を与えて系全体を解析する手法である。
【０００４】
従来のタイヤ性能の有限要素法による解析は、タイヤの非転動状態での荷重負荷解析であったり、またトレッドパターンについては、溝のない、いわゆるプレーントレッドが多く、タイヤのトレッドパターン全てを有限要素にモデル化したものは知られていない。また、タイヤの内部には、カーカス、ベルトなどのコード材を角度を変えて積層した補強層などが設けられるが、これらについても１枚の平面シェル要素などで簡略モデル化した解析がほとんどであった。
【０００５】
このため、これまでのシミュレーションでは、タイヤの挙動をおおまかに予測・解析することはできるが、製品に付するトレッドパターンによる影響については解析不能であった。
【０００６】
本発明のうち、請求項１又は５記載の発明では、評価しようとするタイヤの有限要素モデルは、前記タイヤのトレッドパターンをタイヤ周方向の全周に亘り有限個の多数の要素に分割したトレッドパターン要素部を具えることを基本として、トレッドパターンを考慮に入れた実際の開発に適用可能な精度の良いタイヤ性能をシミュレートしうるタイヤ性能のシミュレーション方法、装置を提供することを目的としている。
【０００７】
また、請求項３記載の発明では、タイヤの内部構造に関して、カーカス、ベルト層といったコード補強材、サイドウォールゴムなどのゴム部、ビードコアなど、各構造材を有限個の複数の要素に分割した要素モデルを設定するとともに、コード補強材のうちコード材については、異方性を定義した四辺形膜要素にモデル化し、またトッピングゴムについては六面体ソリッド要素にモデル化することによって、非常に精度の良いタイヤ性能をシミュレートでき、タイヤのパターン形状や、カーカスやベルトの配置、トッピングゴムの厚さなど詳細なタイヤ設計までを検討可能とするタイヤ性能のシミュレーション方法を提供することを目的としている。
【０００８】
また、請求項４記載の発明では、タイヤ有限要素モデルの内圧、軸荷重、スリップ角、キャンバー角、タイヤ有限要素モデルと仮想路面との間の摩擦などの走行条件を設定し、このタイヤ有限要素モデルから、特にタイヤの開発に重要となるコーナリングフォース、接地面の形状又は内部応力分布を含む情報を取得しうるタイヤ性能のシミュレーション方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項１記載の発明は、評価しようとするタイヤを有限個の多数の要素に分割したタイヤ有限要素モデルで近似し、有限要素法を用いて前記タイヤ有限要素モデルからタイヤ性能をシミュレーションするタイヤ性能のシミュレーション方法であって、カーカス、ベルトを含むコード補強材と、サイドウォールゴム、ビードゴムを含むゴム部と、ビードコアとがタイヤ周方向に同一断面形状で連続するタイヤボディ部を有限個の要素に分割してタイヤボディ部要素モデルを設定する処理と、タイヤ周方向にのびる縦溝とこの縦溝と交わる向きにのびる横溝とを有する前記タイヤのトレッドパターンをタイヤ周方向の全周に亘り有限個の多数の要素に分割したトレッドパターン部要素モデルを設定する処理と、このトレッドパターン部要素モデルを前記タイヤボディ部要素モデルに結合することによりタイヤ有限要素モデルを設定する処理と、前記タイヤ有限要素モデルの内圧、軸荷重、スリップ角、キャンバー角、タイヤ有限要素モデルと仮想路面との間の摩擦係数を含む走行条件を設定するとともに、このタイヤ有限要素モデルを仮想リムに装着し前記仮想路面に対して接触又は相対移動させる走行シミュレーション処理と、前記走行シミュレーション中のタイヤ有限要素モデルから所定の情報を取得する情報取得処理とを含むとともに、前記タイヤとはトレッドパターンのみ異なるタイヤのトレッドパターン部要素モデルを設定し、これに前記タイヤボディ部要素モデルを共用して設定されたタイヤ有限要素モデルを用いてさらに前記走行シミュレーション処理を行うことを特徴としている。
【００１０】
また請求項２記載の発明では、前記タイヤボディ部のゴム部は、トレッド部ベースゴムを含むことを特徴とする請求項１記載のタイヤ性能のシミュレーション方法である。
【００１１】
また請求項３記載の発明では、前記タイヤボディ部要素モデルは、前記コード補強材を構成するコード材とこれを被覆するトッピングゴムとを夫々有限個の複数の要素に分割したコード補強材要素モデルと、前記ゴム部を有限個の複数の要素に分割したゴム部要素モデルと、前記ビードコアを有限個の複数の要素に分割したビードコア要素モデルとを含み、かつ、前記コード補強材要素モデルは、前記コード材を異方性が定義された四辺形膜要素にモデル化され、前記トッピングゴムは六面体ソリッド要素にモデル化されていることを特徴とする請求項１又は２記載のタイヤ性能のシミュレーション方法である。
【００１２】
また請求項４記載の発明では、前記情報取得処理は、タイヤ有限要素モデルからコーナリングフォース、接地面の形状、圧力分布又は内部応力分布を含む情報を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載のタイヤ性能のシミュレーション方法である。
【００１３】
また、請求項５記載の発明では、評価しようとするタイヤを有限個の多数の要素に分割したタイヤ有限要素モデルで近似し、有限要素法を用いて前記タイヤ有限要素モデルからタイヤ性能をシミュレーションするタイヤ性能のシミュレーション装置であって、カーカス、ベルトを含むコード補強材と、サイドウォールゴム、ビードゴムを含むゴム部と、ビードコアとがタイヤ周方向に同一断面形状で連続するタイヤボディ部を有限個の要素に分割してタイヤボディ部要素モデルを配する処理と、タイヤ周方向にのびる縦溝とこの縦溝と交わる向きにのびる横溝とを有する前記タイヤのトレッドパターンを、タイヤ周方向の全周に亘り有限個の多数の要素に分割したトレッドパターン部要素モデルを設定する処理と、このトレッドパターン部要素モデルを前記タイヤボディ部要素モデルに結合することによりタイヤ有限要素モデルを設定する処理と、前記タイヤ有限要素モデルの内圧、軸荷重、スリップ角、キャンバー角、タイヤ有限要素モデルと仮想路面との間の摩擦係数を含む走行条件を設定するとともに、このタイヤ有限要素モデルを仮想リムに装着し仮想路面に対して接触又は相対移動させる走行シミュレーション処理と、前記走行シミュレーション中のタイヤ有限要素モデルから所定の情報を取得する情報取得処理とを行う演算処理装置を含むとともに、前記演算処理装置は、前記タイヤとはトレッドパターンのみ異ならせたタイヤのトレッドパターン部要素モデルに前記タイヤボディ部要素モデルを共用して設定されたタイヤ有限要素モデルを用いてさらに前記走行シミュレーション処理を行うことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
本実施形態では、図１３に示すような乗用車用ラジアルタイヤ（以下、単にタイヤということがある。）Ｔの性能をシミュレートするものを例示している。タイヤＴは、トレッド部１２からサイドウォール部１３を経てビード部１４のビードコア１５の回りで折り返されかつコードをタイヤ周方向に対して略９０度で傾けたプライ１６ａからなるカーカス１６と、このカーカス１６のタイヤ半径方向外側かつトレッド部１２の内方に配されるベルト層１７とを含むコード補強材Ｆを具える。
【００１５】
前記ベルト層１７は、本例ではタイヤ周方向に対して２０度の角度で並列された内、外２枚のベルトプライ１７Ａ、１７Ｂが前記コードが交差する向きに積層されて構成される。また本例では、前記ベルト層１７のタイヤ半径方向外側に、ナイロンコードをタイヤ周方向に実質的に平行に配列したバンド層１９を具え、高速走行時のベルト層１７のリフティングを防止している。なおバンド層１９は例えば、ベルト層１７の両端部を覆うエッジバンドと、ベルト層１７の略全巾を覆うフルバンドとを具える。
【００１６】
なお前記カーカス１６は、例えばポリエステルなどの有機繊維コードを、またベルトプライ１７Ａ、１７Ｂはスチールコードを、それぞれシート状のトッピングゴムにより被覆されて構成されている。なおコード補強材Ｆには、これらカーカス１６、ベルト層１７、バンド層１９の他、ビード部１４の剛性を補強するビード補強フィラーなどを必要に応じて含ませることができる。
【００１７】
またタイヤＴは、前記各コード補強材Ｆの外側に、トレッドゴム２０、サイドウォールゴム２１、ビードゴム２２などを具える。前記トレッドゴム２０は、本例では前記ベルト層１７の半径方向外側に配され、タイヤ子午断面において縦溝Ｇ１の溝底ラインを通りトレッド部１２の表面に略沿ってのびるトレッド部ベースゴム２０ａと、その外側に配され路面と接触して様々な力を伝達するトレッド部キャップゴム２０ｂとから構成された２層構造を例示する。
【００１８】
前記サイドウォールゴム２１は、タイヤの転動時に大きく屈曲する部分であり、路面の縁石と接触したときでもタイヤＴの側部を保護するもので、例えば前記トレッドゴム２０よりも複素弾性率が小さい柔軟なゴムを用いるのが好ましい。また前記ビードゴム２２は、リムフランジと接触する嵌合部付近に配され、例えば比較的弾性率の大きくかつ耐摩耗性に優れたゴムから構成されうる。
【００１９】
また、トレッド部１２の外表面には、例えばタイヤ周方向にのびる縦溝Ｇ１と、この縦溝Ｇ１に交わる向きにのびる横溝Ｇ２などにより所定のトレッドパターンが形成されている。このトレッドパターンは、タイヤ性能に大きく影響を与えるもので、本発明のシミュレーション方法では、後述するようにこのトレッドパターンのタイヤ性能への影響を解析することが可能になる。
【００２０】
本発明のシミュレーション方法乃至装置では、評価しようとするこのようなタイヤＴを、図１に示すような有限個の多数の要素２ａ、２ｂ、２ｃ…に分割したタイヤ有限要素モデル２で近似し、有限要素法を用いて前記タイヤ有限要素モデル２からタイヤ性能をシミュレーションするものである。
【００２１】
本シミュレーション装置は、例えば図６に示すように、演算処理装置であるＣＰＵと、このＣＰＵの処理手順などが予め記憶されるＲＯＭと、画像ないし数値を一時的に記憶しうる作業用メモリであるＲＡＭと、入出力ポートと、これらを結ぶデータバスとから構成されている。
【００２２】
また、前記入出力ポートには、本例ではタイヤ有限要素モデルを設定するための数値などを入力するキーボード、マウス等の入力手段Ｉと、入力結果やシミュレーション結果を表示しうるディスプレイ、プリンタなどの出力手段Ｏと、ハードディスク、光磁気ディスクなどの外部記憶装置Ｄとが接続されている。
【００２３】
前記ＲＯＭには、予め図７に示すようなシミュレーションの処理手順などが記憶されており以下説明する。シミュレーションが行われるタイヤ有限要素モデル２は、タイヤボディ部要素モデル３と、トレッドパターン部要素モデル４とから構成されている。
【００２４】
前記タイヤボディ部要素モデル３は、図１、図２に示すように、タイヤボディ部１Ｂを有限個の要素に分割して得られるものである。またタイヤボディ部１Ｂとは、評価すべきタイヤにおいて周方向について実質的に同じ材料でかつ同じ断面形状が連続する部分であって、本例では前記タイヤＴからトレッドゴム２０のトレッド部キャップゴム２０ｂを除いた部分としている。
【００２５】
このタイヤボディ部１Ｂは、具体的には前記タイヤのカーカス１６、ベルト層１７、バンド層１９を含むコード補強材Ｆと、トレッドゴム２０のトレッド部ベースゴム２０ａ、サイドウォールゴム２１、ビードゴム２２を含むゴム部と、ビードコア１５とを含む。
【００２６】
本例のシミュレーション方法では、前記タイヤボディ部１Ｂは、有限要素法に基づき有限個の要素に分割される。有限要素法に基づく要素とは、例えば２次元平面では四辺形要素、３次元要素としては、４面体ソリッド要素、５面体ソリッド要素、６面体ソリッド要素などコンピュータで用いうる要素とするのが望ましく、これらの要素は３次元座標Ｘ−Ｙ−Ｚを用いて逐一特定されうる。
【００２７】
前記コード補強材Ｆとして例えばベルト層１７の任意の微小領域は、図３に示すように、コード補強材要素モデル５に設定される。本例ではコード補強材Ｆのうちコード材ｃは、四辺形膜要素５ａ、５ｂにてモデル化され、またトッピングゴムｔについては、六面体ソリッド要素５ｃ、５ｄ、５ｅでモデル化したものを例示している。
【００２８】
前記コード材ｃをモデル化した前記四辺体膜要素５ａの材料定義は、その厚さを例えばコード材ｃの直径とし、コード材ｃの配列方向と、これと直交する方向とにおいて剛性の異なる直交異方性材料として取り扱い、各方向の剛性は均質化しているものとして取り扱うものを例示している。またコード補強材Ｆのトッピングゴムｔを表す六面体ソリッド要素５ｃ〜５ｅは、他のゴム部材と同様に超粘弾性材料として定義して取り扱うことができる。
【００２９】
また、タイヤボディ部１Ｂのトレッド部ベースゴム部１０ａ、サイドウォールゴム２１、ビードゴム２２、ビードコア１４については、例えば六面体ソリッド要素または五面体ソリッド要素でモデル化する処理を行う。このようなモデル化は、前記入力手段Ｉを用いて行うことができる。またタイヤボディ部要素モデル３は、タイヤの回転軸を含む子午断面の２次元形状を特定し、これを周方向に展開する形で要素分割することにより、比較的簡単にモデリングを行うことができる。
【００３０】
このように、本例ではコード補強材Ｆを従来のように１枚の平面ショル要素でモデル化するのではなく、コード材ｃ、トッピングゴムｔというように、それぞれ材質の特性に応じてモデル化することによって、実際の製品により近いタイヤ性能をシミュレートすることが可能となる。また、各ゴム部２０〜２２、コード補強材Ｆ、ビードコア１４を有限要素にモデル化する際には、各ゴム、コードの複素弾性率、ビードコアの弾性率などに基づき材料、剛性を定義しうる。
【００３１】
次に、前記トレッドパターン部要素モデル４は、タイヤのトレッドパターンをタイヤ周方向の全周に亘り有限個の多数の要素に分割したトレッドパターン要素部を設定する処理により得られる。このパターン要素モデル４は、本例では前記トレッドゴムのトレッド部キャップゴム２０ｂをモデル化したもので、前記タイヤボディ部要素モデル３とは別個に設定された後、前記タイヤボディ部要素モデル３に結合されるものを例示している。
【００３２】
本実施形態では、パターン要素モデル４は、タイヤ周方向に配されるトレッド部キャップゴム２０ｂを、有限個の多数の四面体要素４ａ、４ｂ…で分割したものを例示し、タイヤ全周にわたって構成される。このようにパターン要素モデル４を、タイヤボディ部要素モデル３と分離してモデル化することにより、例えば本例のように前記タイヤボディ部要素モデル３よりも詳細に要素化（メッシュ化）でき、トレッドパターンの影響をより詳しく解析しうる点で好ましい。また、タイヤの内部構造を同じとし、トレッドパターンのみ異なる種々のタイヤについては、トレッドパターン部要素モデル４のみを設定し、タイヤボディ部要素モデル用３についてはこれを共用化でき、さらに開発効率を向上しうる利点がある。
【００３３】
そして、本実施形態では前記タイヤボディ部要素モデル３に、前記トレッドパターン部要素モデル４を結合する処理を行うことにより、タイヤ有限要素モデル２を完成させる。なお図５に示すように、トレッドパターン部要素モデル４の内側の面または節点は、タイヤボディ部要素モデル３の面または節点に対してその相対位置が変わらないように強制変位させるよう定義して接合される。
【００３４】
次に、このタイヤ有限要素モデル２を仮想リムに装着し仮想路面７に接地させて所定の走行条件で前記仮想路面に対して接触又は相対移動させる走行シミュレーション処理を行う。
【００３５】
前記「タイヤ有限要素モデル２を仮想リムに装着する」とは、図８に示すように、タイヤ有限要素モデル２のリム接触域を拘束するとともに該モデル２のビード部のタイヤ軸方向距離Ｗをリム巾に強制変位させることをいう。なお、タイヤ有限要素モデル２の回転軸ＣＬは、図８に示したようにタイヤ有限要素モデル２のリム拘束域との相対距離ｒが常に一定となるよう連結固定されている。また、仮想路面７は、平坦な四辺形剛表面としてモデル化している。
【００３６】
前記走行シミュレーション処理での所定の走行条件としては、例えばタイヤ有限要素モデル２の内圧、軸荷重、スリップ角α、キャンバー角、タイヤ有限要素モデル２と仮想路面７との間の摩擦情報などを含む。また前記内圧は、タイヤ有限要素モデル２の内側面にタイヤ内圧に相当する等分布荷重を作用させることにより設定しうる。
【００３７】
また「スリップ角α」とは、図９に示すように、路面の進行方向とタイヤの周方向の中心線とのなす角をいう。一般に、このような転動状態（コーナリング中）にあるタイヤは、図１３に示すようにトレッド部の接地面が時間の経過とともに路面との接触を保ちながら横方向に移動する。このようにトレッド部の表面が路面によって横方向に押され、トレッド部がせん断変形を起こし、それによって進行方向と直角方向の力であるコーナリングフォースが生じる。またキャンバー角とは、タイヤを進行方向正面から見たときの路面とタイヤ周方向中心線とのなす角をいう。
【００３８】
そして、タイヤ有限要素モデル２を走行シミュレーションする際には、例えば前記タイヤ有限要素モデルのビード部を拘束し、内圧を作用させた後、図８に示したように仮想路面７をタイヤ有限要素モデル２に押しつけるか、若しくはタイヤ有限要素モデル２の回転軸ＣＬを仮想路面７に押し付けることにより、タイヤ有限要素モデル２を仮想路面７と接触させて実際の使用条件等に合わせて荷重負荷等の諸条件を設定する。
【００３９】
例えばコーナリング特性などを解析する場合には、仮想路面７に対してタイヤ有限要素モデル２を前記の如く接触させるとともに、スリップ角αがつくように向き換えして両者を相対移動させることによりシミュレーションを行う。なおこのとき、タイヤ有限要素モデル２は、例えば回転軸を自由支持とした場合には、前記仮想路面７の移動による摩擦力により転動させることができる。
【００４０】
なおコーナリングフォースなどをシミュレートする際には、仮想路面７に対してタイヤ有限要素モデルが半回転以上転動させることが正確な情報を解析しうる点で好ましい。何故ならば、タイヤのコーナリングフォースは、時間とともに変化し、定常状態になるには、ある程度のタイヤの転動が必要だからである。
【００４１】
次に、本例のシミュレーションでは、前記走行シミュレーション中のタイヤ有限要素モデル２から所定の情報を取得する情報取得処理を行う。この処理は、例えばタイヤ有限要素モデル２からコーナリングフォース、接地面の形状又は内部応力分布を含む情報を数値情報、ないしアニメーションなどの画像情報として取得することができる。
【００４２】
本シミュレーションは、有限要素法により行われる。一般に、有限要素モデルに各種の境界条件を与え、その系全体の力、変位などの情報を取得する手順については、よく知られている公知の例に従い行うことができる。なお本例の計算のアルゴリズムは、陽解法である。例えば、要素の形状、要素の材料特性、例えば密度、ヤング率、減衰係数などをもとに、要素の質量マトリックスＭ、剛性マトリックスＫ、減衰マトリックスＣを作成する。
【００４３】
前記各マトリックスを組み合わせて、シミュレーションされる全体の系のマトリックスを作成する。また適宜境界条件をあてはめて、下記数１の運動方程式を作成する。
【数１】

【００４４】
この数１を微小時間ｔごとにＣＰＵにて逐次計算することによりシミュレーションを行ないうる。前記逐次計算の微小時間ｔは、全ての要素について応力波の伝達時間を計算し、その最小時間の０．９倍以下の時間とするのが好ましい。
【００４５】
タイヤには、コーナリングフォース、制動性能、ノイズ性能、摩耗性能、転がり抵抗性能など多くの性能が要求され、特にこれらのタイヤ性能を解析するためには、タイヤを転動させるシミュレーションが必要となる。本シミュレーションでは、タイヤボディ部要素モデル２、トレッドパターン部要素モデル３がいずれも周方向に連続するため転動シミュレーションが可能であり、コーナリング性能や摩耗性能、さらに、減衰の効果を考慮すれば振動性能、流体との連成によりハイドロプレーニング性能についての予測・解析が可能となる。
【００４６】
以上、詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えばタイヤボディ部１Ｂはベルト層までとし、トレッド部ベースゴム２０ａをトレッドパターン部に含ませるなど、種々の態様に変形しうる。
【００４７】
【実施例】
今回シミュレーションを行ったタイヤは、２３５／４５ＺＲ１７ＬＭＧ０２（住友ゴム工業株式会社製）であり、コーナリングフォース、コーナリング中のトレッド面、内部応力分布である。このタイヤの有限要素モデルは図１に示したものと同じであり、節点数は４３８９６、要素数は７６３５９である。
【００４８】
また仮想路面は平坦な剛表面としてモデル化した。そしてタイヤ有限要素モデルのビード部を拘束し、タイヤ内圧荷重を作用させた後、仮想路面をタイヤモデルに押しつけて荷重負荷し、路面をタイヤに対してスリップ角がつくように移動させてシミュレーションを行った。タイヤ有限要素モデルは回転軸をフリーとしており、路面の移動による摩擦力により転動する。タイヤと路面の摩擦係数は、静動摩擦とともに１．０とした。路面の移動速度は時速２０km／ｈとした。
【００４９】
本シミュレーションでは、スリップ角αとして０、１、２、４deg を設定し、コーナリングシミュレーションを行った。この結果を図１０に示す。
【００５０】
図１０から明らかなように、スリップ角をつけて路面移動して約０．１５秒後にはコーナリングフォースがほぼ安定して得られていることが解る。これはタイヤの回転数に換算すると約半回転弱である。したがって、コーナリングフォースをシミュレーションするためには、少なくともタイヤをこの程度転動させることが必要であり、そのためにはトレッドパターンをタイヤの全周に具えることが好ましいものであることが解った。
【００５１】
また、本シミュレーションによるコーナリングフォースと、ドラム試験機を用いた実測による定常コーナリングフォース（Experiment) とはほぼ一致しており、このシミュレーションの精度の高さが確認できた。なお本シミュレーションでは、スリップ角０deg でコーナリングフォースが若干発生しているが、これは主として、ベルト層がバイアス積層された構造をなすため、そのカップリング効果により起こるプライステア現象が現れたものと見ることができる。このようなプライステア現象までの本シミュレーションにおいて忠実に表現されており、精度の高さが窺える。
【００５２】
次に、スリップ角４deg におけるコーナリング時の接地中心断面応力分布を解析した結果を図１２に示す。これより、コーナリング内側のタイヤ側面に大きな引張応力（ドット部分）が発生していることが判った。また、このときのトレッド部の接地圧分布を図１１に示す。これより、トレッド部の後方のタイヤ中央部のブロックでの変形が大きく、接地圧も高い（ドット部分）ことがわかる。なお今までのところ、実車を用いたタイヤ転動中の接地圧分布は、実験計測は不可能であるが、本シミュレーションではこれを知ることができる。このようなデータを採取することにより、タイヤのトレッドパターンの、どの部分にどのような力が働くかを詳細に解析することができ、タイヤパターン設計を効率よく行え、非常に有用なものである。本シミュレーションは、スーパーコンピューターを使って約４０時間のＣＰＵ計算時間を要した。
【００５３】
【発明の効果】
上述したように、請求項１、２及び５記載の発明では、タイヤ有限要素モデルは、タイヤ周方向に同一断面が連続するタイヤボディ部要素モデルに、トレッドパターンを全周にわたって有限要素化したトレッドパターン部要素モデルを備えるため、このタイヤ有限要素モデルを用いて走行シミュレーションを行うことにより、トレッドパターンの影響などを含め、精度の良いタイヤ性能をシミュレートでき、開発効率を高めるのに役立つ。またトレッドパターンのみ異なる種々のタイヤについて、タイヤボディ部要素モデルを共用化できるため、さらに開発効率を向上しうる。
【００５４】
また、請求項３記載の発明では、タイヤの内部構造に関して、カーカス、ベルト層といったコード補強材、サイドウォールゴムなどのゴム部、ビードコアなど、各構造材を有限個の複数の要素に分割した要素モデルを設定するとともに、コード補強材のうちコード材については、異方性を定義した四辺形膜要素にモデル化し、またトッピングゴムについては六面体ソリッド要素にモデル化することによって、非常に精度の良いタイヤ性能をシミュレートでき、タイヤのパターン形状や、カーカスやベルトの配置、トッピングゴムの厚さなど詳細なタイヤ設計までを検討可能としうる。
【００５５】
また、請求項４記載の発明では、タイヤ有限要素モデルの内圧、軸荷重、スリップ角、キャンバー角、タイヤ有限要素モデルと仮想路面との間の摩擦などの走行条件を設定し、このタイヤ有限要素モデルから、特にタイヤの開発に重要となるコーナリングフォース、接地面の形状又は内部応力分布を含む情報などを取得でき、開発効率のさらなる向上に寄与しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ有限要素モデルの斜視図である。
【図２】タイヤボディ部要素モデルの斜視図である。
【図３】コード補強材の要素モデル化を示す概念図である。
【図４】トレッドパターン部要素モデルの斜視図である。
【図５】タイヤ有限要素モデルの変形を例示する線図である。
【図６】本発明のシミュレーション装置の実施形態を示すブロック図である。
【図７】本実施形態の処理手順を示すフローチャート図である。
【図８】タイヤ有限要素モデルを仮想路面に接地させた断面の概念図である。
【図９】タイヤ有限要素モデルを仮想路面に接地させた平面の概念図である。
【図１０】コーナリングフォースのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】コーナリング中のタイヤ有限要素モデルのトレッド面を示す線図である。
【図１２】コーナリング中のタイヤ有限要素モデルの断面を示す線図である。
【図１３】タイヤの断面図である。
【図１４】コーナリングフォースを説明する線図である。
【符号の説明】
Ｔタイヤ
２タイヤ有限要素モデル
３タイヤボデイ部要素モデル
４トレッドパターン部要素モデル
５コード補強材要素モデル
７仮想路面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tire performance simulation method and apparatus capable of accurately simulating tire performance.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Conventionally, the development of tires has been carried out in a repetitive process of making a prototype, experimenting with it, and making further prototypes of improved products from the experimental results. This method has a limit in improving development efficiency because it requires a lot of cost and time to manufacture and experiment with prototypes. In order to overcome such problems, in recent years, a method for predicting and analyzing a certain level of performance without using a prototype tire by computer simulation using an approximate analysis method has been proposed.
[0003]
Various analysis methods are used for computer simulation, for example, those using a finite element method are well known. The finite element method (Finite Element Method) is a technique for analyzing a whole system by dividing a structure into a large number of regions of finite size called finite elements and giving each finite element relatively simple characteristics.
[0004]
The conventional analysis of tire performance by the finite element method is a load analysis in a non-rolling state of the tire, and there are many so-called plain treads with no grooves in the tread pattern, and all tire tread patterns are finite. What is modeled into the element is not known. In addition, a reinforcing layer in which cord materials such as carcass and belt are laminated at different angles is provided inside the tire. However, most of these analyzes are simply modeled with a single flat shell element. It was.
[0005]
For this reason, in the simulation so far, the behavior of the tire can be roughly predicted and analyzed, but the influence of the tread pattern attached to the product cannot be analyzed.
[0006]
In the present invention, the tire finite element model to be evaluated is a tread obtained by dividing the tread pattern of the tire into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction. The object of the present invention is to provide a tire performance simulation method and apparatus capable of simulating accurate tire performance applicable to actual development taking into account the tread pattern based on providing a pattern element portion. .
[0007]
Further, in the invention according to claim 3, with respect to the internal structure of the tire, an element obtained by dividing each structural material into a finite number of elements such as a cord reinforcing material such as a carcass and a belt layer, a rubber portion such as a sidewall rubber, and a bead core. By setting the model, the cord material of the cord reinforcement material is modeled as a quadrilateral membrane element with anisotropy defined, and the topping rubber is modeled as a hexahedral solid element, which is very accurate. An object of the present invention is to provide a tire performance simulation method that can simulate the tire performance and can examine the tire pattern shape, the arrangement of the carcass and the belt, and the detailed tire design such as the thickness of the topping rubber.
[0008]
In the invention according to claim 4, the tire finite element model is set with running conditions such as internal pressure, axial load, slip angle, camber angle, friction between the tire finite element model and the virtual road surface, and the tire finite element model. An object of the present invention is to provide a tire performance simulation method capable of acquiring information including a cornering force, a shape of a contact surface, or an internal stress distribution which is particularly important for tire development from a model.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the tire to be evaluated is approximated by a tire finite element model obtained by dividing a tire into a finite number of elements, and the tire performance is calculated from the tire finite element model using a finite element method. A simulation method of tire performance to be simulated, including a cord reinforcing material including a carcass and a belt, a rubber portion including a sidewall rubber and a bead rubber, and a tire body portion in which the bead core is continuous in the same cross-sectional shape in the tire circumferential direction. The tire tread pattern is divided into a plurality of elements to set the tire body element model, and the tire tread pattern having a longitudinal groove extending in the tire circumferential direction and a transverse groove extending in a direction intersecting with the longitudinal groove is arranged on the entire circumference in the tire circumferential direction. Processing to set a tread pattern part element model divided into a finite number of elements over the tread pattern, and this tread pattern A process for setting a tire finite element model by combining an element model with the tire body part element model, and an internal pressure, an axial load, a slip angle, a camber angle, a tire finite element model, and a virtual road surface of the tire finite element model. A driving simulation process for setting a driving condition including a friction coefficient between the tire finite element model, attaching the tire finite element model to a virtual rim, and contacting or moving relative to the virtual road surface, and a tire finite element model during the driving simulation. Information acquisition processing for acquiring predetermined information, and A tread pattern part element model of a tire that differs from the tire only in the tread pattern is set, and the running simulation process is further performed using a tire finite element model that is set by sharing the tire body part element model. It is characterized by that.
[0010]
In the invention according to claim 2, the rubber portion of the tire body portion is a tread portion base rubber. The The tire performance simulation method according to claim 1, further comprising:
[0011]
In the invention according to claim 3, the tire body element model is a cord reinforcement element model in which a cord material constituting the cord reinforcement material and a topping rubber covering the cord reinforcement material are each divided into a finite number of elements. A rubber part element model obtained by dividing the rubber part into a finite number of elements, and a bead core element model obtained by dividing the bead core into a finite number of elements, and the cord reinforcement element model is 3. The tire performance simulation method according to claim 1, wherein the cord material is modeled as a quadrilateral membrane element having anisotropy defined, and the topping rubber is modeled as a hexahedral solid element. It is.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, the information acquisition processing acquires information including a cornering force, a shape of a contact surface, a pressure distribution, or an internal stress distribution from a tire finite element model. The tire performance simulation method according to any one of the above.
[0013]
In the invention according to claim 5, the tire to be evaluated is approximated by a tire finite element model obtained by dividing a tire into a finite number of elements, and the tire performance is simulated from the tire finite element model using a finite element method. A tire performance simulation device comprising a finite number of tire body portions in which a cord reinforcing material including a carcass and a belt, a rubber portion including sidewall rubber and bead rubber, and a bead core are continuous in the same circumferential shape in the tire circumferential direction. A tire tread pattern having a process of dividing a tire body element model by dividing into elements and a longitudinal groove extending in the tire circumferential direction and a transverse groove extending in a direction intersecting with the longitudinal groove is arranged on the entire circumference in the tire circumferential direction. The process of setting the tread pattern part element model divided into a finite number of elements and the tread pattern part The model to the tire body element model Join And setting a running condition including a process for setting the tire finite element model and an internal pressure, an axial load, a slip angle, a camber angle, and a friction coefficient between the tire finite element model and the virtual road surface of the tire finite element model. An operation for performing a running simulation process in which the tire finite element model is attached to a virtual rim and making contact with or relative to the virtual road surface, and an information obtaining process for obtaining predetermined information from the tire finite element model during the running simulation Including a processing device, and The arithmetic processing unit further performs the running simulation process using a tire finite element model set by sharing the tire body part element model in a tread pattern part element model of a tire that is different from the tire in a tread pattern. It is characterized by that.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, an example of simulating the performance of a radial tire for passenger cars (hereinafter sometimes simply referred to as a tire) T as shown in FIG. The tire T includes a carcass 16 including a ply 16a which is folded from the tread portion 12 through the sidewall portion 13 and around the bead core 15 of the bead portion 14 and the cord is inclined at approximately 90 degrees with respect to the tire circumferential direction. A cord reinforcing member F including a belt layer 17 disposed on the outer side in the tire radial direction and on the inner side of the tread portion 12.
[0015]
In the present example, the belt layer 17 is configured by laminating two

outer belt plies

17A and 17B in a direction in which the cords intersect, of which are arranged in parallel at an angle of 20 degrees with respect to the tire circumferential direction. Further, in this example, a band layer 19 in which nylon cords are arranged substantially parallel to the tire circumferential direction is provided outside the belt layer 17 in the tire radial direction to prevent lifting of the belt layer 17 during high speed running. . The band layer 19 includes, for example, an edge band that covers both ends of the belt layer 17 and a full band that covers substantially the entire width of the belt layer 17.
[0016]
The carcass 16 is made of, for example, an organic fiber cord such as polyester, and the belt plies 17A and 17B are covered with a steel cord with a sheet-like topping rubber, respectively. In addition to the carcass 16, the belt layer 17, and the band layer 19, the cord reinforcing material F can include a bead reinforcing filler that reinforces the rigidity of the bead portion 14 as necessary.
[0017]
Further, the tire T includes a tread rubber 20, a side wall rubber 21, a bead rubber 22 and the like on the outside of each cord reinforcing material F. In the present example, the tread rubber 20 is disposed on the outer side in the radial direction of the belt layer 17 and passes through the bottom line of the longitudinal groove G1 in the tire meridional section and extends substantially along the surface of the tread portion 12; A two-layer structure composed of a tread portion cap rubber 20b that is arranged on the outer side and transmits various forces in contact with the road surface is illustrated.
[0018]
The sidewall rubber 21 is a portion that bends greatly when the tire rolls, and protects the side portion of the tire T even when it comes into contact with the curb of the road surface. For example, the complex elastic modulus is smaller than that of the tread rubber 20. It is preferable to use a soft rubber. Further, the bead rubber 22 is disposed in the vicinity of the fitting portion in contact with the rim flange, and can be made of, for example, rubber having a relatively large elastic modulus and excellent wear resistance.
[0019]
Further, a predetermined tread pattern is formed on the outer surface of the tread portion 12 by, for example, a vertical groove G1 extending in the tire circumferential direction and a horizontal groove G2 extending in a direction intersecting the vertical groove G1. The tread pattern greatly affects the tire performance. With the simulation method of the present invention, it is possible to analyze the influence of the tread pattern on the tire performance as described later.
[0020]
In the simulation method or apparatus of the present invention, such a tire T to be evaluated is approximated by a tire finite element model 2 divided into a finite number of

elements

2a, 2b, 2c... As shown in FIG. The tire performance is simulated from the tire finite element model 2 using a finite element method.
[0021]
For example, as shown in FIG. 6, the simulation apparatus is a CPU that is an arithmetic processing unit, a ROM that stores a processing procedure of the CPU in advance, and a working memory that can temporarily store images or numerical values. The RAM is composed of an input / output port and a data bus connecting them.
[0022]
The input / output port includes an input means I such as a keyboard and a mouse for inputting numerical values for setting a tire finite element model in this example, a display capable of displaying input results and simulation results, a printer, and the like. The output means O is connected to an external storage device D such as a hard disk or a magneto-optical disk.
[0023]
The ROM stores in advance a simulation processing procedure as shown in FIG. 7, and will be described below. The tire finite element model 2 to be simulated includes a tire body part element model 3 and a tread pattern part element model 4.
[0024]
The tire body part element model 3 is obtained by dividing the tire body part 1B into a finite number of elements, as shown in FIGS. The tire body portion 1B is a portion of the tire to be evaluated that is substantially the same material in the circumferential direction and has the same cross-sectional shape, and in this example, the tread portion cap rubber 20b of the tread rubber 20 from the tire T. The part is excluded.
[0025]
Specifically, the tire body portion 1B includes a cord reinforcing material F including the carcass 16, the belt layer 17, and the band layer 19 of the tire, a tread portion base rubber 20a of the tread rubber 20, a side wall rubber 21, and a bead rubber 22. The rubber part and the bead core 15 are included.
[0026]
In the simulation method of this example, the tire body portion 1B is divided into a finite number of elements based on the finite element method. The element based on the finite element method is preferably an element that can be used by a computer such as a quadrilateral element in a two-dimensional plane, a tetrahedral solid element, a pentahedral solid element, a hexahedral solid element as a three-dimensional element, These elements can be identified one by one using the three-dimensional coordinates XYZ.
[0027]
As the cord reinforcing material F, for example, an arbitrary minute region of the belt layer 17 is set in the cord reinforcing material element model 5 as shown in FIG. In this example, the cord material c of the cord reinforcement F is modeled by the

quadrilateral membrane elements

5a and 5b, and the topping rubber t is modeled by the hexahedral

solid elements

5c, 5d and 5e. ing.
[0028]
The material definition of the quadrilateral membrane element 5a modeled on the cord material c is that the thickness is the diameter of the cord material c, for example, and the orthogonality is different between the arrangement direction of the cord material c and the direction orthogonal thereto. It is illustrated that the material is handled as an anisotropic material and the rigidity in each direction is treated as uniform. Further, the hexahedron solid elements 5c to 5e representing the topping rubber t of the cord reinforcing material F can be defined and handled as a superviscoelastic material like other rubber members.
[0029]
Further, the tread portion base rubber portion 10a, the sidewall rubber 21, the bead rubber 22, and the bead core 14 of the tire body portion 1B are subjected to a process of modeling with, for example, a hexahedral solid element or a pentahedral solid element. Such modeling can be performed using the input means I. The tire body part element model 3 can be modeled relatively easily by specifying the two-dimensional shape of the meridional section including the rotation axis of the tire and dividing the element in such a manner that it is developed in the circumferential direction. .
[0030]
Thus, in this example, the cord reinforcing material F is not modeled by a single flat shoulder element as in the prior art, but is modeled according to the characteristics of each material, such as the cord material c and the topping rubber t. By doing so, it is possible to simulate tire performance closer to the actual product. Further, when the rubber portions 20 to 22, the cord reinforcing material F, and the bead core 14 are modeled as finite elements, the material and rigidity can be defined based on the rubber, the complex elastic modulus of the cord, the elastic modulus of the bead core, and the like. .
[0031]
Next, the tread pattern element model 4 is obtained by setting a tread pattern element that is obtained by dividing the tire tread pattern into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction. In this example, the pattern element model 4 is a model of the tread rubber cap rubber 20b of the tread rubber. After being set separately from the tire body element model 3, the pattern element model 4 is changed to the tire body element model 3. It illustrates what is combined.
[0032]
In the present embodiment, the pattern element model 4 is an example in which the tread portion cap rubber 20b arranged in the tire circumferential direction is divided by a finite number of

tetrahedral elements

4a, 4b. Is done. Thus, by patterning the pattern element model 4 separately from the tire body part element model 3, for example, as in the present example, it can be made into elements (meshing) in more detail than the tire body part element model 3, This is preferable because the influence of the tread pattern can be analyzed in more detail. In addition, for various tires with the same tire internal structure and only tread pattern, only the tread pattern element model 4 can be set, and this can be shared for the tire body element model 3 for further development efficiency. There are benefits that can be improved.
[0033]
And in this embodiment, the tire finite element model 2 is completed by performing the process which couple | bonds the said tread pattern part element model 4 with the said tire body part element model 3. FIG. As shown in FIG. 5, the inner surface or node of the tread pattern element model 4 is defined to be forcibly displaced with respect to the surface or node of the tire body element model 3 so that its relative position does not change. Be joined.
[0034]
Next, a running simulation process is performed in which the tire finite element model 2 is mounted on a virtual rim and is brought into contact with the virtual road surface 7 so as to contact or move relative to the virtual road surface under a predetermined running condition.
[0035]
The “attaching the tire finite element model 2 to the virtual rim” means that the rim contact area of the tire finite element model 2 is constrained and the tire axial distance W of the bead portion of the model 2 is set as shown in FIG. Forcing displacement to the rim width. The rotation axis CL of the tire finite element model 2 is connected and fixed so that the relative distance r between the tire finite element model 2 and the rim restraining area of the tire finite element model 2 is always constant as shown in FIG. The virtual road surface 7 is modeled as a flat quadrilateral rigid surface.
[0036]
The predetermined traveling condition in the traveling simulation process includes, for example, the internal pressure of the tire finite element model 2, the axial load, the slip angle α, the camber angle, and the friction information between the tire finite element model 2 and the virtual road surface 7. . The internal pressure can be set by applying an evenly distributed load corresponding to the tire internal pressure to the inner surface of the tire finite element model 2.
[0037]
Further, as shown in FIG. 9, the “slip angle α” refers to an angle formed between the traveling direction of the road surface and the center line in the circumferential direction of the tire. In general, a tire in such a rolling state (during cornering) moves in the lateral direction while keeping the contact surface of the tread portion in contact with the road surface as time passes as shown in FIG. In this way, the surface of the tread portion is pushed laterally by the road surface, and the tread portion undergoes shear deformation, thereby generating a cornering force that is a force perpendicular to the traveling direction. The camber angle is an angle formed by the road surface and the tire circumferential center line when the tire is viewed from the front in the traveling direction.
[0038]
Then, when running simulation of the tire finite element model 2 is performed, for example, the bead portion of the tire finite element model is constrained and an internal pressure is applied, and then the virtual road surface 7 is moved to the tire finite element model as shown in FIG. 2 or by pressing the rotation axis CL of the tire finite element model 2 against the virtual road surface 7, the tire finite element model 2 is brought into contact with the virtual road surface 7, and various loads such as loads are applied in accordance with actual use conditions. Set conditions.
[0039]
For example, when analyzing cornering characteristics or the like, the tire finite element model 2 is brought into contact with the virtual road surface 7 as described above, and the simulation is performed by moving the two relative to each other by changing the direction so that a slip angle α is formed. Do. At this time, the tire finite element model 2 can be rolled by the frictional force generated by the movement of the virtual road surface 7 when the rotating shaft is freely supported, for example.
[0040]
When simulating a cornering force or the like, it is preferable that the tire finite element model rolls over the virtual road surface 7 by more than a half rotation because accurate information can be analyzed. This is because the cornering force of the tire changes with time, and a certain amount of tire rolling is required to reach a steady state.
[0041]
Next, in the simulation of this example, an information acquisition process for acquiring predetermined information from the tire finite element model 2 during the traveling simulation is performed. In this process, for example, information including the cornering force, the shape of the contact surface or the internal stress distribution can be acquired from the tire finite element model 2 as numerical information or image information such as animation.
[0042]
This simulation is performed by the finite element method. In general, a procedure for giving various boundary conditions to a finite element model and acquiring information such as force and displacement of the entire system can be performed according to a well-known example. The calculation algorithm in this example is an explicit method. For example, the mass matrix M, stiffness matrix K, and damping matrix C of the element are created based on the shape of the element and material characteristics of the element, such as density, Young's modulus, damping coefficient, and the like.
[0043]
The matrices are combined to create a matrix for the entire system being simulated. In addition, boundary equations are applied as appropriate, and the following equation of motion is created.
[Expression 1]

[0044]
A simulation can be performed by sequentially calculating the number 1 by the CPU every minute time t. The minute time t of the sequential calculation is preferably set to a time equal to or less than 0.9 times the minimum time of calculating the stress wave transmission time for all elements.
[0045]
Tires are required to have many performances such as cornering force, braking performance, noise performance, wear performance, and rolling resistance performance. In particular, in order to analyze these tire performances, a simulation of rolling the tire is required. In this simulation, the tire body part element model 2 and the tread pattern part element model 3 are both continuous in the circumferential direction, so that rolling simulation is possible, and vibration is considered if cornering performance, wear performance, and damping effects are taken into account. Performance and fluid coupling enable prediction and analysis of hydroplaning performance.
[0046]
As described above in detail, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the tire body portion 1B is up to the belt layer, and the tread portion base rubber 20a is included in the tread pattern portion. Can be deformed.
[0047]
【Example】
The tire that was simulated this time was 235 / 45ZR17LMG02 (manufactured by Sumitomo Rubber Industries, Ltd.), and the cornering force, the tread surface during cornering, and the internal stress distribution. The finite element model of the tire is the same as that shown in FIG. 1, and the number of nodes is 43896 and the number of elements is 76359.
[0048]
The virtual road surface was modeled as a flat rigid surface. After restraining the bead part of the tire finite element model and applying the tire internal pressure load, the virtual road surface is pressed against the tire model to load it, and the road surface is moved so that the slip angle is made with respect to the tire and the simulation is performed. went. The tire finite element model has a free rotation axis and rolls due to the frictional force caused by the movement of the road surface. The coefficient of friction between the tire and the road surface was set to 1.0 along with static friction. The moving speed of the road surface was 20 km / h.
[0049]
In this simulation, cornering simulation was performed by setting 0, 1, 2, 4 deg as the slip angle α. The result is shown in FIG.
[0050]
As is apparent from FIG. 10, it is understood that the cornering force is obtained almost stably after about 0.15 seconds after the road surface is moved with the slip angle. This is a little less than about a half revolution when converted into the number of revolutions of the tire. Therefore, in order to simulate the cornering force, it is necessary to roll the tire at least to this extent, and for this purpose, it has been found that it is preferable to provide a tread pattern on the entire circumference of the tire.
[0051]
Moreover, the cornering force by this simulation and the steady cornering force (Experiment) by actual measurement using a drum testing machine are almost the same, and the high accuracy of this simulation has been confirmed. In this simulation, a slight cornering force is generated at a slip angle of 0 deg. This is mainly due to the structure in which the belt layer is bias-laminated, so that the price tear phenomenon caused by the coupling effect appears. be able to. It is expressed faithfully in this simulation up to such price tear phenomenon, and the high accuracy can be seen.
[0052]
Next, FIG. 12 shows the result of analysis of the ground center cross-section stress distribution during cornering at a slip angle of 4 deg. From this, it was found that a large tensile stress (dot portion) was generated on the tire side surface inside the cornering. Further, the contact pressure distribution of the tread portion at this time is shown in FIG. From this, it can be seen that the deformation in the block at the center of the tire behind the tread portion is large and the contact pressure is high (dot portion). So far, the contact pressure distribution during rolling of a tire using an actual vehicle cannot be experimentally measured, but this can be known in this simulation. By collecting such data, it is possible to analyze in detail which force acts on which part of the tread pattern of the tire, and the tire pattern can be designed efficiently, which is very useful. . This simulation required about 40 hours of CPU calculation time using a supercomputer.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, in the inventions according to

claims

1, 2 and 5, the tire finite element model is a tread in which a tread pattern is formed into a finite element over the entire circumference in a tire body part element model in which the same cross section continues in the tire circumferential direction. Since a pattern part element model is provided, running simulation using this tire finite element model can simulate accurate tire performance including the influence of the tread pattern, etc., and helps to improve development efficiency. In addition, since the tire body part element model can be shared for various tires that differ only in the tread pattern, the development efficiency can be further improved.
[0054]
Further, in the invention according to claim 3, with respect to the internal structure of the tire, an element obtained by dividing each structural material into a finite number of elements such as a cord reinforcing material such as a carcass and a belt layer, a rubber portion such as a sidewall rubber, and a bead core. By setting the model, the cord material of the cord reinforcement material is modeled as a quadrilateral membrane element with anisotropy defined, and the topping rubber is modeled as a hexahedral solid element, which is very accurate. Tire performance can be simulated, and detailed tire design such as tire pattern shape, carcass and belt arrangement, and topping rubber thickness can be considered.
[0055]
In the invention according to claim 4, the tire finite element model is set with running conditions such as internal pressure, axial load, slip angle, camber angle, friction between the tire finite element model and the virtual road surface, and the tire finite element model. The cornering force, which is particularly important for tire development, information including the shape of the contact surface or the internal stress distribution can be acquired from the model, which can contribute to further improvement in development efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a tire finite element model of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a tire body part element model.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing element modeling of a cord reinforcing material.
FIG. 4 is a perspective view of a tread pattern part element model.
FIG. 5 is a diagram illustrating deformation of a tire finite element model.
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of a simulation apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of the present embodiment.
FIG. 8 is a conceptual diagram of a cross section in which a tire finite element model is grounded on a virtual road surface.
FIG. 9 is a conceptual diagram of a plane in which a tire finite element model is grounded on a virtual road surface.
FIG. 10 is a graph showing a simulation result of a cornering force.
FIG. 11 is a diagram showing a tread surface of a tire finite element model during cornering.
FIG. 12 is a diagram showing a cross section of a tire finite element model during cornering.
FIG. 13 is a sectional view of a tire.
FIG. 14 is a diagram illustrating a cornering force.
[Explanation of symbols]
T tire
2 Tire finite element model
3 Tire body part element model
4 Tread pattern element model
5 Cord reinforcement element model
7 virtual road surface

Claims

A tire performance simulation method for approximating a tire to be evaluated by a tire finite element model obtained by dividing a tire into a finite number of elements, and simulating tire performance from the tire finite element model using a finite element method,
A tire body part element obtained by dividing a tire body part in which a cord reinforcing material including a carcass and a belt, a rubber part including sidewall rubber and bead rubber, and a bead core are continuous in the same circumferential shape in the tire circumferential direction into a finite number of elements. The process of setting the model,
A tread pattern part element model is established in which the tire tread pattern having a longitudinal groove extending in the tire circumferential direction and a transverse groove extending in a direction intersecting with the longitudinal groove is divided into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction. Processing to
Processing to set a tire finite element model by coupling the tread pattern part element model to the tire body part element model;
The tire finite element model internal pressure, axial load, slip angle, camber angle, driving conditions including the friction coefficient between the tire finite element model and the virtual road surface are set, and the tire finite element model is attached to the virtual rim. A running simulation process for making contact or relative movement with respect to the virtual road surface;
Including information acquisition processing for acquiring predetermined information from the tire finite element model during the traveling simulation,
A tire tread pattern element model that is different from the tire only in the tread pattern is set, and the running simulation process is further performed using a tire finite element model that is set by sharing the tire body element model. A characteristic tire performance simulation method.

Rubber portion of the tire body section, the simulation method of tire performance according to claim 1, characterized in that it comprises a tread portion base rubber.

The tire body part element model includes a cord reinforcing material element model in which a cord material constituting the cord reinforcing material and a topping rubber covering the cord material are divided into a plurality of finite elements, and the rubber portion is divided into a finite number of rubber parts. A rubber part element model divided into a plurality of elements, and a bead core element model obtained by dividing the bead core into a finite number of elements,
The cord reinforcing material element model is modeled as a quadrilateral membrane element in which anisotropy is defined for the cord material, and the topping rubber is modeled as a hexahedral solid element. 3. The tire performance simulation method according to 1 or 2.

The tire information according to any one of claims 1 to 3, wherein the information acquisition processing acquires information including a cornering force, a shape of a contact surface, a pressure distribution, or an internal stress distribution from a tire finite element model. Simulation method.

A tire performance simulation device for approximating a tire to be evaluated by a tire finite element model obtained by dividing a tire into a finite number of elements and simulating tire performance from the tire finite element model using a finite element method,
A tire body part element obtained by dividing a tire body part in which a cord reinforcing material including a carcass and a belt, a rubber part including sidewall rubber and bead rubber, and a bead core are continuous in the same circumferential shape in the tire circumferential direction into a finite number of elements. The process of arranging the model,
A tread pattern part element model in which the tread pattern of the tire having a longitudinal groove extending in the tire circumferential direction and a lateral groove extending in the direction intersecting with the longitudinal groove is divided into a finite number of elements over the entire circumference in the tire circumferential direction. Process to set,
Processing to set a tire finite element model by coupling the tread pattern part element model to the tire body part element model;
The tire finite element model internal pressure, axial load, slip angle, camber angle, driving conditions including the friction coefficient between the tire finite element model and the virtual road surface are set, and the tire finite element model is attached to the virtual rim. A travel simulation process for making contact or relative movement with respect to the virtual road surface;
Including an arithmetic processing unit that performs information acquisition processing for acquiring predetermined information from the tire finite element model during the running simulation,
The arithmetic processing unit further performs the running simulation process using a tire finite element model set by sharing the tire body part element model in a tread pattern part element model of a tire that is different from the tire only in a tread pattern. A tire performance simulation device characterized in that it is performed .