JP2012063949A - タイヤ摩耗のシミュレーション方法、装置、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ毎に精度良くタイヤの摩耗をシミュレーションする。
【解決手段】タイヤ摩耗のシミュレーション方法は、車両に搭載される複数のタイヤ毎に、タイヤを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するステップ１００、タイヤモデルの転動解析に関するシミュレーション条件を設定するステップ１０２、シミュレーション条件に基づいてタイヤモデルの転動解析を実行してタイヤに発生する横力及び前後力に関するタイヤ特性データを取得するステップ１０４、タイヤ特性データと予め定めた走行コースを車両が走行したときに測定した車両に発生する横力及び前後力に関する車両入力データとに基づいてタイヤに加わる力を算出するステップ１０８、タイヤに加わる力に基づいてタイヤの摩耗量を算出するステップ１１０、摩耗量に基づいてタイヤモデルを修正するステップ１１２を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、タイヤ摩耗のシミュレーション方法、装置、及びプログラムに係り、特に、自動車等に使用される空気入りタイヤなどのタイヤにおける摩耗進展をシミュレートするタイヤ摩耗のシミュレーション方法、装置、及びプログラムに関する。

従来、空気入りタイヤなどのタイヤ開発において、タイヤ摩耗は実際にタイヤを設計・製造し、自動車に装着して走行することで生じた摩耗を実測することにより得ていたが、近年では、有限要素法等の数値解析手法や計算機環境の発達により、タイヤ内圧充填状態や荷重状態等を考慮して計算機でタイヤ形状などの計算が可能になってきている。

例えば、計算機を用いて、タイヤ性能の計算を可能とする技術としては、タイヤ形状をモデル化し、走行を模擬する技術が知られている（例えば特許文献１〜特許文献４を参照）。この技術では、タイヤ有限要素モデルを用いて、摩擦係数を含む走行条件に従った走行シミュレーションを行う。

特開２００６−２１６４８号公報 特開２００５−２６３０７０号公報 特開２００５−２７１６６１号公報 特開２００６−１６０１５９号公報

しかしながら、上記従来技術では、自動車の前後左右どの位置に取り付けられるタイヤであるかについては考慮されていない。実際には、自動車の駆動方式（前輪駆動、後輪駆動、四輪駆動）等によって、各輪に加わる力は異なるため、摩耗量も異なる。

例えば、左右輪共に進行方向右側のショルダー部分が偏摩耗している場合と、右輪のみ進行方向右側のショルダー部分が偏摩耗している場合とでは、左右輪の力の分担率が異なるため、偏摩耗の進行の度合いも異なる。

従って、上記従来技術では、精度良くタイヤの摩耗をシミュレーションすることができない、という問題があった。

本発明は、上記事実を考慮して、タイヤ毎に精度良く摩耗をシミュレーションすることができるタイヤ摩耗のシミュレーション方法、装置、及びプログラムを得ることが目的である。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明のタイヤ摩耗のシミュレーション方法は、車両に搭載される複数のタイヤ毎に、タイヤを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤモデルの転動解析に関するシミュレーション条件を設定するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記シミュレーション条件に基づいて前記タイヤモデルの転動解析を実行して前記タイヤに発生する横力及び前後力に関するタイヤ特性データを取得するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤ特性データと、予め定めた走行コースを前記車両が走行したときに測定した前記車両に発生する横力及び前後力に関する車両入力データと、に基づいて、前記タイヤに加わる力を算出するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤに加わる力に基づいて、前記タイヤの摩耗量を算出するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記摩耗量に基づいて、前記タイヤモデルを修正するステップと、を含むことを特徴としている。

請求項２記載の発明のタイヤ摩耗のシミュレーション装置は、車両に搭載される複数のタイヤ毎に、タイヤを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成する作成手段と、前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤモデルの転動解析に関するシミュレーション条件を設定する設定手段と、前記複数のタイヤ毎に、前記シミュレーション条件に基づいて前記タイヤモデルの転動解析を実行して前記タイヤに発生する横力及び前後力に関するタイヤ特性データを取得する取得手段と、前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤ特性データと、予め定めた走行コースを前記車両が走行したときに測定した前記車両に発生する横力及び前後力に関する車両入力データと、に基づいて、前記タイヤに加わる力を算出する力算出手段と、前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤに加わる力に基づいて、前記タイヤの摩耗量を算出する摩耗量算出手段と、前記複数のタイヤ毎に、前記摩耗量に基づいて、前記タイヤモデルを修正する修正手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項３記載の発明のタイヤ摩耗のシミュレーションプログラムは、車両に搭載される複数のタイヤ毎に、タイヤを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤモデルの転動解析に関するシミュレーション条件を設定するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記シミュレーション条件に基づいて前記タイヤモデルの転動解析を実行して前記タイヤに発生する横力及び前後力に関するタイヤ特性データを取得するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤ特性データと、予め定めた走行コースを前記車両が走行したときに測定した前記車両に発生する横力及び前後力に関する車両入力データと、に基づいて、前記タイヤに加わる力を算出するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤに加わる力に基づいて、前記タイヤの摩耗量を算出するステップと、前記複数のタイヤ毎に、前記摩耗量に基づいて、前記タイヤモデルを修正するステップと、を含む処理をコンピュータに実行させることを特徴としている。

これらの発明によれば、タイヤ毎に転動解析を実行し、各タイヤに発生する力をシミュレーションしてタイヤ毎に摩耗量を算出してタイヤモデルを修正するので、精度良くタイヤの摩耗をシミュレーションすることができる。

本発明によれば、タイヤ毎に精度良く摩耗をシミュレーションすることができる、という効果を有する。

タイヤの性能予測を実施するためのパーソナルコンピュータの概略図である。 コンピュータの概略ブロック図である。 タイヤ性能シミュレーションプログラムのフローチャートである。 タイヤモデルの斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１には一例として空気入りタイヤのタイヤモデルの作成や性能予測を実施するためのタイヤ性能シミュレーション装置としてのパーソナルコンピュータの概略が示されている。このパーソナルコンピュータは、データ等を入力するためのキーボード１０、予め記憶された処理プログラムに従ってタイヤの３次元モデルを作成したり性能を予測したりするコンピュータ１２、コンピュータ１２による演算結果や各種画面等を表示するディスプレイ１４、及びディスプレイ１４に表示されたカーソルを所望の位置に移動させたり、カーソル位置のメニュー項目やオブジェクト等を選択したり選択解除したりドラッグしたりする操作を行うためのマウス１６を含んで構成されている。

コンピュータ１２は、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１２Ｅがバス１２Ｆを介して各々接続された構成となっている。

Ｉ／Ｏ１２Ｅには、キーボード１０、ディスプレイ１４、マウス１６、ハードディスク１８、及び記録媒体としてのＣＤ−ＲＯＭ２０が挿抜可能なＣＤ−ＲＯＭドライブ２１が接続されている。

ハードディスク１８には、後述するタイヤ性能シミュレーションプログラムや、これらの実行に必要な各種パラメータやデータ等が記憶されている。ＣＰＵ１２Ａは、ハードディスク１８に記憶されたタイヤ性能シミュレーションプログラムを読み込んで実行する。

なお、後述するタイヤ性能シミュレーションプログラム等は、例えばＣＤ−ＲＯＭドライブ２１を用いてＣＤ−ＲＯＭ２０から読み出し可能とすることもできるので、後述するタイヤ性能シミュレーションプログラムは、予めＣＤ−ＲＯＭ２０に記録しておき、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２１を介してＣＤ−ＲＯＭ２０に記録されたタイヤ性能シミュレーションプログラムを読み込んで実行してもよい。

また、記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭに限らず、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記ＣＤ−ＲＯＭドライブ２１に代えて、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ、ＭＤドライブ、ＭＯドライブ等を用いればよい。

次に、本実施の形態の作用として、コンピュータ１２で実行されるタイヤ性能シミュレーションプログラムの処理ルーチンについて図３に示すフローチャートを参照して説明する。

なお、本実施形態では、一例として乗用車の４輪の各タイヤの摩耗をシミュレーションする場合について説明する。

ステップ１００では、シミュレーションする各タイヤのタイヤモデルの作成処理を行う。すなわち、シミュレーションするタイヤの設計案（タイヤ形状、構造、材料など）に基づいてタイヤモデルを作成する。なお、本実施形態では、一例として前後左右の各輪とも同一のタイヤモデルとする。このため、タイヤモデルは一つ作成すればよい。なお、別々にタイヤモデルを作成してもよい。

このタイヤモデルの作成は、用いる数値解析手法により若干異なる。本実施の形態では数値解析手法として有限要素法（ＦＥＭ）を用いるものとする。従って、作成するタイヤモデルは、有限要素法（ＦＥＭ）に対応した要素分割、例えば、メッシュ分割によって複数の要素に分割され、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のインプットデータ形式に数値化したものをいう。この要素分割とはタイヤ及び路面等の対象物を小さな幾つかの（有限の）小部分に分割することをいう。この小部分ごとに計算を行い全ての小部分について計算した後、全部の小部分を足し合わせることにより全体の応答を得ることができる。なお、数値解析手法には差分法や有限体積法を用いても良い。

タイヤモデルの作成は、例えばタイヤ断面の二次元モデルを作成した後に、これを周方向に一周分展開することによりタイヤの３次元（３Ｄ）モデルを作成する。このようにして作成したタイヤの３次元モデルの一例を図４に示した。

ステップ１０２では、シミュレーション条件を設定する。シミュレーション条件には、例えば内圧及び荷重等の境界条件がある。また、その他のシミュレーション条件として、加速度、スリップ角等がある。すなわち、加速度を設定することにより、車両を加速させたり減速させたりした場合に各タイヤに発生する力をシミュレーションすることができ、スリップ角を設定することにより、車両を旋回させた場合に各タイヤに発生する力をシミュレーションすることができる。

本実施形態では、予め定めた複数の条件、すなわち、加速度やスリップ角を様々に変化させて各タイヤについて転動解析を実行し、各条件において各タイヤに発生した横力や前後力をシミュレーションする。

次のステップ１０４では、タイヤの転動解析を実行する。この転動解析は、路面に接触したタイヤを回転させたときの変化、すなわちタイヤ形状の変形を解析するものである。この転動解析は、公知の有限要素法に基づく転動解析方法を用いることができる。

この転動解析により、各タイヤに発生する横力や前後力のデータを取得することができる。

ステップ１０６では、予め定めた複数の条件でステップ１０４の転動解析を実行したか否かを判断する。すなわち、予め定めた複数の加速度及びスリップ角で転動解析を実行したか否かを判断する。そして、予め定めた複数の条件全てで転動解析を実行した場合には、ステップ１０８へ移行し、予め定めた複数の条件全てで転動解析を実行していない場合には、ステップ１０２へ移行し、加速度やスリップ角の設定を変更し、ステップ１０４で転動解析を実行する。

このように、加速度及びスリップ角を変更して各タイヤについて転動解析することにより、各タイヤについて、加速度及びスリップ角の各条件に対応した横力及び前後力のデータを取得できる。以下では、このデータをタイヤ特性データと称する。

ステップ１０８では、タイヤ特性データと、車両入力データと、に基づいて、各タイヤに入力される（加わる）力を算出する。これは、公知の車両挙動解析ソフトを用いて転動解析することにより得ることができる。

ここで、車両入力データとは、横力及び前後力を検出するセンサを搭載した車両を、予め定めたシミュレーション対象の走行コースを走行させたときの前記センサにより検出した横力及び前後力のデータである。

タイヤに発生する前後力や横力は、走行する路面の状態によって異なる。例えば高速道路等の直進走行が多い路面と、坂道等のアップダウン走行が多い路面、市街地等のコーナリング走行が多い路面等では、タイヤに発生する前後力や横力がそれぞれ異なる。

従って、走行コースの性質に応じた車両入力データを用いて車両挙動解析シフトにより転動解析し、各タイヤに入力される力をシミュレーションすることにより、シミュレーション対象の走行コースを走行した場合のタイヤの摩耗を精度良くシミュレーションすることが可能となる。

また、車両挙動解析ソフトを用いて転動解析する際には、車両の駆動方式（前輪駆動、後輪駆動、四輪駆動）、車両の重心から各タイヤまでの距離等のシミュレーション条件を設定する。これにより、駆動方式やタイヤの位置の違い等によって各タイヤに入力される力の分担率の違いが転動解析結果に反映され、各タイヤに入力される力を精度良くシミュレーションすることができる。

ステップ１１０では、ステップ１０８で求めた各タイヤに入力される力に基づいて、各タイヤのタイヤモデルの各要素の節点の摩耗量を各々算出する。この摩耗量の算出は、例えば本出願人が出願した特願２００９−８５０９９号に記載された方法を用いることができる。

ステップ１１２では、各タイヤのタイヤモデルを、ステップ１１２で求めた各節点の摩耗量だけ削ったタイヤモデルに修正する。すなわち、摩耗量に対応する距離だけ各節点の座標を移動させる。

次のステップ１１４では、予め定めた終了条件を満たすか否かを判断し、終了条件を満たす場合にはステップ１１６へ移行し、終了条件を満たさない場合には、ステップ１０２へ戻って上記と同様の処理を繰り返す。

終了条件としては、例えば摩耗量が予め定めた摩耗量になった場合等とすることができるが、終了条件の例は一例であり、上記の例に限られるものではない。

ステップ１１６では、上述の計算結果を出力する。この計算結果の一例として、最終的に修正されたタイヤモデルを表示するための表示用データがある。この表示用データによって、経時変化によって移行するタイヤについて、応力分布や摩耗エネルギー分布の状態を把握するためのイメージを表示することができる。

このように、本実施形態では、前後左右のタイヤ毎に転動解析を実行し、各タイヤについてタイヤに発生する力をシミュレーションしてタイヤ毎に摩耗量を算出してタイヤモデルを修正するので、精度良くタイヤの摩耗をシミュレーションすることができる。

なお、本実施形態では、四輪の乗用車の場合についてシミュレーションする場合について説明したが、六輪のトラック等、四輪以上の車両に対しても本発明を適用可能であることは言うまでもない。

１０ キーボード
１２ コンピュータ
１４ ディスプレイ
１６ マウス
１８ ハードディスク
２０ タイヤ
２１ ＣＤ−ＲＯＭドライブ

Claims (3)

1. 車両に搭載される複数のタイヤ毎に、タイヤを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤモデルの転動解析に関するシミュレーション条件を設定するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記シミュレーション条件に基づいて前記タイヤモデルの転動解析を実行して前記タイヤに発生する横力及び前後力に関するタイヤ特性データを取得するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤ特性データと、予め定めた走行コースを前記車両が走行したときに測定した前記車両に発生する横力及び前後力に関する車両入力データと、に基づいて、前記タイヤに加わる力を算出するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤに加わる力に基づいて、前記タイヤの摩耗量を算出するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記摩耗量に基づいて、前記タイヤモデルを修正するステップと、
   を含むタイヤ摩耗のシミュレーション方法。
2. 車両に搭載される複数のタイヤ毎に、タイヤを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成する作成手段と、
   前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤモデルの転動解析に関するシミュレーション条件を設定する設定手段と、
   前記複数のタイヤ毎に、前記シミュレーション条件に基づいて前記タイヤモデルの転動解析を実行して前記タイヤに発生する横力及び前後力に関するタイヤ特性データを取得する取得手段と、
   前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤ特性データと、予め定めた走行コースを前記車両が走行したときに測定した前記車両に発生する横力及び前後力に関する車両入力データと、に基づいて、前記タイヤに加わる力を算出する力算出手段と、
   前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤに加わる力に基づいて、前記タイヤの摩耗量を算出する摩耗量算出手段と、
   前記複数のタイヤ毎に、前記摩耗量に基づいて、前記タイヤモデルを修正する修正手段と、
   を備えたタイヤ摩耗のシミュレーション装置。
3. 車両に搭載される複数のタイヤ毎に、タイヤを有限個の複数の要素に分割したタイヤモデルを作成するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤモデルの転動解析に関するシミュレーション条件を設定するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記シミュレーション条件に基づいて前記タイヤモデルの転動解析を実行して前記タイヤに発生する横力及び前後力に関するタイヤ特性データを取得するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤ特性データと、予め定めた走行コースを前記車両が走行したときに測定した前記車両に発生する横力及び前後力に関する車両入力データと、に基づいて、前記タイヤに加わる力を算出するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記タイヤに加わる力に基づいて、前記タイヤの摩耗量を算出するステップと、
   前記複数のタイヤ毎に、前記摩耗量に基づいて、前記タイヤモデルを修正するステップと、
   を含む処理をコンピュータに実行させるためのタイヤ摩耗のシミュレーションプログラム。

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