特開 2020-199918 空気入りタイヤのシミュレーション装置、シミュレーション方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-199918(P2020-199918A)

(43)【公開日】2020年12月17日

(54)【発明の名称】空気入りタイヤのシミュレーション装置、シミュレーション方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B60C 19/00 20060101AFI20201120BHJP

   G06F 30/23 20200101ALI20201120BHJP

【ＦＩ】

   B60C19/00 Z

   G06F17/50 612H

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-108936(P2019-108936)

(22)【出願日】2019年6月11日

(71)【出願人】

【識別番号】000003148

【氏名又は名称】ＴＯＹＯ ＴＩＲＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】竹澤 宏典

【テーマコード（参考）】

3D131

5B046

【Ｆターム（参考）】

3D131LA33

5B046AA04

5B046FA06

5B046GA01

5B046HA05

5B046JA04

5B046JA07

5B046JA08

5B046KA05

(57)【要約】

【課題】空気入りタイヤのシミュレーション装置、シミュレーション方法、およびプログラムにおいて、タイヤの外面形状を高精度かつ簡易に再現して接地解析を実行する。
【解決手段】空気入りタイヤのシミュレーション装置１は、加硫成形金型の内面形状に対応する外面形状を有するタイヤを複数の要素に分割したタイヤＦＥＭモデルを取得するＦＥＭモデリング部４１と、タイヤＦＥＭモデルのビードリング間隔を変更するように変形させるビードリング間隔変更部４３と、ビードリング間隔が変更されたタイヤＦＥＭモデルについてリム組みした状態を再現するリム組み解析部４４と、リム組みしたタイヤＦＥＭモデルの接地状態を再現した接地解析を実行する接地解析部４５とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加硫成形金型の内面形状に対応する外面形状を有するタイヤを複数の要素に分割したタイヤＦＥＭモデルを取得するＦＥＭモデリング部と、
前記タイヤＦＥＭモデルのビードリング間隔を変更するように変形させるビードリング間隔変更部と、
前記ビードリング間隔が変更された前記タイヤＦＥＭモデルについてリム組みした状態を再現するリム組み解析部と、
リム組みした前記タイヤＦＥＭモデルの接地状態を再現した接地解析を実行する接地解析部と
を備える、空気入りタイヤのシミュレーション装置。

【請求項2】

前記タイヤＦＥＭモデルに内圧を付与して膨張変形させるＰＣＩ解析を実行するＰＣＩ解析部をさらに備え、
前記ビードリング間隔変更部は、前記ＰＣＩ解析の設定圧力が高いほど、前記ビードリング間隔を拡張する、請求項１に記載の空気入りタイヤのシミュレーション装置。

【請求項3】

前記ＰＣＩ解析部は、前記ＰＣＩ解析において、前記タイヤＦＥＭモデルのビード部を拘束した状態で前記タイヤＦＥＭモデルに対して内圧を付与する、請求項２に記載の空気入りタイヤのシミュレーション装置。

【請求項4】

前記ＰＣＩ解析部は、
前記ＰＣＩ解析の解析条件を設定する部分であって、この解析条件の設定はベルト部材の弾性率を常温の弾性率よりも所定以上高く設定することを含むＰＣＩ解析条件設定部と、
前記ＰＣＩ解析条件設定部にて設定された解析条件に基づいて前記タイヤＦＥＭモデルの形状を計算するＰＣＩ解析演算部と
を含み、
前記接地解析部は、
前記接地解析の解析条件を設定する部分であって、この解析条件の設定は前記ベルト部材を除く各部材について前記ＰＣＩ解析条件設定部にて設定された物性値と同じ物性値を設定するとともに、前記ベルト部材の弾性率を常温の弾性率に設定することを含む接地解析条件設定部と、
前記接地解析条件設定部にて設定された解析条件および前記タイヤＦＥＭモデル形状に基づいて前記タイヤの接地性能を計算する接地解析演算部と
を含む、請求項２または請求項３に記載の空気入りタイヤのシミュレーション装置。

【請求項5】

前記ビードリング間隔変更部は、ＰＣＩ解析が行われない場合、前記タイヤＦＥＭモデルの前記ビードリング間隔を縮小する、請求項１に記載の空気入りタイヤのシミュレーション装置。

【請求項6】

加硫成形金型の内面形状に対応する外面形状を有するタイヤを複数の要素に分割したタイヤＦＥＭモデルを取得し、
前記タイヤＦＥＭモデルのビードリング間隔を変更するように変形させ、
前記ビードリング間隔が変更された前記タイヤＦＥＭモデルについてリム組みした状態を再現し、
リム組みした前記タイヤＦＥＭモデルの接地状態を再現した接地解析を実行する
ことを含む、空気入りタイヤのシミュレーション方法。

【請求項7】

前記タイヤＦＥＭモデルに内圧を付与して膨張変形させるＰＣＩ解析を実行することをさらに含み、
前記ＰＣＩ解析の設定圧力が高いほど、前記ビードリング間隔を拡張する、請求項６に記載の空気入りタイヤのシミュレーション方法。

【請求項8】

前記ＰＣＩ解析において、前記タイヤＦＥＭモデルのビード部を拘束した状態で前記タイヤＦＥＭモデルに対して内圧を付与する、請求項７に記載の空気入りタイヤのシミュレーション方法。

【請求項9】

前記ＰＣＩ解析は、
前記ＰＣＩ解析の解析条件の設定において、ベルト部材の弾性率を常温の弾性率よりも所定以上高く設定し、
設定された前記解析条件に基づいて前記タイヤＦＥＭモデルの形状を計算する
ことを含み、
前記接地解析は、
前記接地解析の解析条件の設定において、前記ベルト部材を除く各部材について前記ＰＣＩ解析にて設定された物性値と同じ物性値を設定するとともに、前記ベルト部材の弾性率を常温の弾性率に設定し、
設定された解析条件および前記タイヤＦＥＭモデル形状に基づいて前記タイヤの接地性能を計算する
ことを含む、請求項７または請求項８に記載の空気入りタイヤのシミュレーション方法。

【請求項10】

ＰＣＩ解析が行われない場合、前記タイヤＦＥＭモデルの前記ビードリング間隔を縮小する、請求項６に記載の空気入りタイヤのシミュレーション方法。

【請求項11】

コンピュータにロードされることにより、前記コンピュータに、請求項６から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の空気入りタイヤのシミュレーション方法を実行させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気入りタイヤのシミュレーション装置、シミュレーション方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

空気入りタイヤの性能を精度良く予測するために、様々なシミュレーションが行われている。一般に、シミュレーションで使用するタイヤモデルの外面形状は、加硫成形金型の内面形状から作成される。しかし、実際の製品としてのタイヤは、加硫成形工程後にもポストキュアインフレーション（ＰＣＩ）工程などが行われることにより変形し、加硫成形金型の内面形状とは異なる形状となっている。そのため、加硫成形金型の内面形状をもとに作成されるタイヤモデルではタイヤ性能を正しく評価できないことがある。これに対し、ＰＣＩ工程を再現したＰＣＩ解析を行うことによってタイヤモデルを作成し、ＰＣＩ工程を経たタイヤ形状にて接地解析を実行する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８−７９７８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実際の製品としてのタイヤは、加硫成形工程後の変形により、リム組みされたタイヤ（空気入りタイヤ組付体）の応力は開放されておらず、タイヤ内に残留応力が発生している。例えば特許文献１のような従来手法を使用してタイヤの外面形状を高精度に再現した接地解析を行う場合、上記残留応力を計算するために、様々に複雑な設定を行う必要があり、また熱解析を含む複雑な計算を行う必要がある。従って、解析工数および計算コストが増大する。

【0005】

本発明は、空気入りタイヤのシミュレーション装置、シミュレーション方法、およびプログラムにおいて、タイヤの外面形状を高精度かつ簡易に再現して接地解析を実行することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様は、加硫成形金型の内面形状に対応する外面形状を有するタイヤを複数の要素に分割したタイヤＦＥＭモデルを取得するＦＥＭモデリング部と、前記タイヤＦＥＭモデルのビードリング間隔を変更するように変形させるビードリング間隔変更部と、前記ビードリング間隔が変更された前記タイヤＦＥＭモデルについてリム組みした状態を再現するリム組み解析部と、リム組みした前記タイヤＦＥＭモデルの接地状態を再現した接地解析を実行する接地解析部とを備える、空気入りタイヤのシミュレーション装置を提供する。

【0007】

この構成によれば、加硫成形金型の内面形状に応じて得られたタイヤＦＥＭモデルからビードリング間隔を変更するように変形させることで、リム組みの際に残留応力が付与された状態を簡易に再現できる。従って、解析上で熱解析などのための様々な設定および複雑な計算を行う必要がない。よって、タイヤの外面形状を高精度かつ簡易に再現して接地解析を実行できる。

【0008】

前記シミュレーション装置は、前記タイヤＦＥＭモデルに内圧を付与して膨張変形させるＰＣＩ解析を実行するＰＣＩ解析部をさらに備え、前記ビードリング間隔変更部は、前記ＰＣＩ解析の設定圧力が高いほど、前記ビードリング間隔を拡張してもよい。

【0009】

この構成によれば、より高精度にタイヤの外面形状を再現できる。これは、ＰＣＩ解析の設定圧力を高くするほど、即ち、より大きな内圧をタイヤに付与するほど、加硫後のタイヤが膨張して総幅が広くなる現象を再現できるためである。

【0010】

前記ＰＣＩ解析部は、前記ＰＣＩ解析において、前記タイヤＦＥＭモデルのビード部を拘束した状態で前記タイヤＦＥＭモデルに対して内圧を付与してもよい。

【0011】

この構成によれば、リムに接触するビード部ではタイヤの変形が抑制されるため、ビード部（特にラバーチェーハー）の変形を実際のタイヤの変形に合わせることができる。

【0012】

前記ＰＣＩ解析部は、前記ＰＣＩ解析の解析条件を設定する部分であって、この解析条件の設定はベルト部材の弾性率を常温の弾性率よりも所定以上高く設定することを含むＰＣＩ解析条件設定部と、前記ＰＣＩ解析条件設定部にて設定された解析条件に基づいて前記タイヤＦＥＭモデルの形状を計算するＰＣＩ解析演算部とを含み、前記接地解析部は、前記接地解析の解析条件を設定する部分であって、この解析条件の設定は前記ベルト部材を除く各部材について前記ＰＣＩ解析条件設定部にて設定された物性値と同じ物性値を設定するとともに、前記ベルト部材の弾性率を常温の弾性率に設定することを含む接地解析条件設定部と、前記接地解析条件設定部にて設定された解析条件および前記タイヤＦＥＭモデル形状に基づいて前記タイヤの接地性能を計算する接地解析演算部とを含んでもよい。

【0013】

この構成によれば、ＰＣＩ解析と接地解析とで物性値を変更する部材は、ベルト部材のみである。従って、解析条件の再定義の手間が簡略化される。物性値の中でも特に弾性率は、一般に温度が高いほど低い値をとる。従って、ＰＣＩ解析では各部材の弾性率を常温時の値よりも低く設定し、接地解析では各部材の弾性率を常温時の値に設定することが好ましい。しかし、全部材の物性値を工程ごとに再定義するのは手間がかかる。そこで、変形に対する寄与度の大きなベルト部材に着目し、ベルト部材の弾性率のみをＰＣＩ工程と接地解析とで変更することで、解析条件の再設定の手間を簡略化できる。特に、ベルト部材は、金属材料を含んでおり、トレッド面やサイドウォール面などを構成するゴム部材よりも弾性率の温度依存性が低い。そのため、ベルト部材とゴム部材との温度を考慮した弾性率の差異は、ＰＣＩ解析においては大きく、接地解析においては小さくなることが現実に即しているといえる。上記構成では、数多く配置されたゴム部材の弾性率を工程ごとに変更するのではなく、ベルト部材の弾性率のみをＰＣＩ工程において常温時の弾性率よりも高く設定することで、上記の弾性率の差異の関係が保たれる。従って、ＰＣＩ工程後のタイヤの外面形状を高精度かつ簡易に再現して接地解析を実行できる。

【0014】

前記ビードリング間隔変更部は、ＰＣＩ解析が行われない場合、前記タイヤＦＥＭモデルの前記ビードリング間隔を縮小してもよい。

【0015】

この構成によれば、ＰＣＩ工程が行われずに製造されるタイヤについて、加硫成形工程後にタイヤが冷却されることによる収縮を再現することができる。一般に、ＰＣＩ工程を経ていない内圧を付与されないタイヤは、加硫成形工程後の冷却によって収縮する。従って、当該タイヤの収縮をビードリング間隔の縮小によって簡易に再現できる。

【0016】

本発明の第２の態様は、加硫成形金型の内面形状に対応する外面形状を有するタイヤを複数の要素に分割したタイヤＦＥＭモデルを取得し、前記タイヤＦＥＭモデルのビードリング間隔を変更するように変形させ、前記ビードリング間隔が変更された前記タイヤＦＥＭモデルについてリム組みした状態を再現し、リム組みした前記タイヤＦＥＭモデルの接地状態を再現した接地解析を実行することを含む、空気入りタイヤのシミュレーション方法を提供する。

【0017】

前記シミュレーション方法は、前記タイヤＦＥＭモデルに内圧を付与して膨張変形させるＰＣＩ解析を実行することをさらに含み、前記ＰＣＩ解析の設定圧力が高いほど、前記ビードリング間隔を拡張してもよい。

【0018】

前記シミュレーション方法では、前記ＰＣＩ解析において、前記タイヤＦＥＭモデルのビード部を拘束した状態で前記タイヤＦＥＭモデルに対して内圧を付与してもよい。

【0019】

前記ＰＣＩ解析は、前記ＰＣＩ解析の解析条件の設定において、ベルト部材の弾性率を常温の弾性率よりも所定以上高く設定し、設定された前記解析条件に基づいて前記タイヤＦＥＭモデルの形状を計算することを含み、前記接地解析は、前記接地解析の解析条件の設定において、前記ベルト部材を除く各部材について前記ＰＣＩ解析にて設定された物性値と同じ物性値を設定するとともに、前記ベルト部材の弾性率を常温の弾性率に設定し、設定された解析条件および前記タイヤＦＥＭモデル形状に基づいて前記タイヤの接地性能を計算することを含んでもよい。

【0020】

前記シミュレーション方法では、ＰＣＩ解析が行われない場合、前記タイヤＦＥＭモデルの前記ビードリング間隔を縮小してもよい。

【0021】

本発明の第３の態様は、コンピュータにロードされることにより、前記コンピュータに前記シミュレーション方法を実行させる、プログラムを提供する。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、空気入りタイヤのシミュレーション装置、シミュレーション方法、およびプログラムにおいて、タイヤＦＥＭモデルのビードリング間隔を変更するように変形させているため、タイヤ内の残留応力を再現でき、タイヤの外面形状を高精度かつ簡易に再現して接地解析を実行できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】空気入りタイヤ組付体の断面図。

【図2】本発明の第１実施形態に係るシミュレーション装置のブロック図。

【図3】加硫成形直後のタイヤＦＥＭモデルを示す断面図。

【図4】変形過程のタイヤＦＥＭモデルの外面形状を示す断面図。

【図5】第１実施形態に係るシミュレーション方法のフローチャート。

【図6】第２実施形態に係るシミュレーション装置のブロック図。

【図7】第２実施形態に係るシミュレーション方法のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0025】

（第１実施形態）
本実施形態のシミュレーション装置は、自動車等に用いられる空気入りタイヤ（以降、単にタイヤともいう。）の接地解析を高精度かつ簡易に行うものである。特に、本実施形態のシミュレーション装置は、ＰＣＩ工程を経たタイヤの形状を再現し、そのように再現されたタイヤに所定内圧及び所定荷重をかけて路面に接地させ、所定境界条件の下、接地形状及び接地面に生じる力（接地圧など）を算出する。

【0026】

図１は、タイヤ組付体１００の模式的なタイヤ子午線断面図である。なお、図１は断面図であるが、図示が煩雑となるため、断面を示すハッチングを省略している。

【0027】

タイヤ組付体１００は、タイヤ１１０と、リム１２０とを備える。

【0028】

タイヤ１１０は、一対のビードコア１１１ａおよびラバーチェーハー１１１ｂ間にカーカス１１２を掛け渡し、カーカス１１２の中間部の外周側に巻き付けたベルト部材１１３によって補強し、そのタイヤ径方向（図中Ａ方向）の外側にゴム材料からなるトレッド部１１４を有する構成となっている。トレッド部１１４のタイヤ幅方向（図中Ｂ方向）の両外側にはサイドウォール部１１５が連続している。サイドウォール部１１５のタイヤ径方向の内側には、ビード部１１６が連続している。ビード部１１６において、タイヤ１１０はリム１２０と接続される。

【0029】

リム１２０は、図１に示す断面において、タイヤ１１０の２つのビード部１１６をそれぞれ配置する２つのフランジ部１２１と、タイヤ幅方向において２つのフランジ部１２１の間でタイヤ径方向内側に向かって凹形状を有する凹部１２２を有している。リム１２０は、アルミ合金製、マグネシウム合金製、または鋼鉄製などの金属製であり得る。

【0030】

本実施形態では、後述するように、タイヤ１１０の外面形状を高精度に再現するべく、ＰＣＩ工程が考慮される。一般に、タイヤ１１０の接地解析を行う際には、加硫成形金型（図示せず）の内面形状からタイヤ１１０の外面形状を再現する。しかし、加硫後に行われるＰＣＩ工程を経ることにより、タイヤ１１０の外面形状は、わずかに膨張し、加硫成形金型の内面形状とは異なる形状となる。以下、ＰＣＩ工程を考慮した上でタイヤ１１０の接地解析を実行する本実施形態のシミュレーション装置について説明する。

【0031】

図２を参照して、本実施形態のシミュレーション装置１は、コンピュータであり、入力部１０と、表示部２０と、記憶部３０と、制御部（プロセッサ）４０とを備える。

【0032】

入力部１０は、シミュレーション装置１に対する入力データを生成する若しくは受け取る部位であり、例えば、キーボード、マウス、またはタッチパネル等により構成される。ユーザは、入力部１０を介して解析に関する種々の条件やデータを入力することができる。

【0033】

表示部２０は、制御部４０の処理結果等を表示する部位であり、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、またはプラズマディスプレイ等により構成される。

【0034】

記憶部３０は、制御部４０で稼働するプログラムや解析のためのモデル生成に必要なデータ等が記録されている。

【0035】

制御部４０は、タイヤのＦＥＭ（Finite Element Method）モデルを作成するＦＥＭモデリング部４１と、ＰＣＩ解析を実行するＰＣＩ解析部４２と、ビードリング間隔ｄ（図１参照）を変更するビードリング間隔変更部４３と、リム組み状態を再現するリム組み解析部４４と、接地解析を実行する接地解析部４５とを備える。これらは、ハードウェア資源であるプロセッサと、記憶部３０などに記録されるソフトウェアであるプログラムとの協働により実現される。

【0036】

ＦＥＭモデリング部４１は、加硫成形金型（図示せず）の内面形状に対応する外面形状を有するタイヤ１１０を複数の要素に分割したタイヤＦＥＭモデルＭ１（図３参照）を取得する。

【0037】

ＰＣＩ解析部４２は、タイヤ１１０の加硫成形直後に行うＰＣＩ工程を再現したＰＣＩ解析を実行する。ＰＣＩ解析部４２は、ＰＣＩ解析条件設定部４２ａと、ＰＣＩ解析演算部４２ｂとを含んでいる。

【0038】

ＰＣＩ解析条件設定部４２ａは、ＰＣＩ解析の解析条件を設定する部分である。ＰＣＩ解析条件設定部４２ａによって、例えば、各部材の物性値や各種境界条件が設定される。特に、ベルト部材１１３（図３参照）の弾性率は、常温の弾性率よりも所定以上高く設定され、その他の部材の弾性率は常温の弾性率に設定される。好ましくは、ＰＣＩ解析条件設定部４２ａは、ベルト部材１１３の弾性率を常温の弾性率よりも２倍以上高く設定する。より好ましくは、ＰＣＩ解析条件設定部４２ａは、ベルト部材１１３の弾性率を常温の弾性率よりも１０倍以上高く設定する。これらの弾性率の設定は、トレッド部１１４等のゴム部材の種類に応じて決定されてもよい。

【0039】

ＰＣＩ解析演算部４２ｂは、ＰＣＩ解析条件設定部４２ａにて設定された解析条件に基づいてタイヤＦＥＭモデルＭ１（図３参照）のＰＣＩ工程後の形状を計算する。ＰＣＩ解析演算部４２ｂは、ＰＣＩ工程を再現すべく、ビード部１１６（図１参照）を拘束した状態で内圧を付与してタイヤＦＥＭモデルＭ１を変形させる。これにより、図３のタイヤＦＥＭモデルＭ１の外面形状は、図４に示すタイヤＦＥＭモデルＭ２の外面形状のように僅かに膨張する。特に、ベルト部材１１３の弾性率が高く設定されているため、トレッド部１１４においては膨張量が小さく、サイドウォール部１１５（特にショルダー部）において膨張量が大きい。そして、計算されたＰＣＩ工程後のタイヤＦＥＭモデルＭ２の外面形状を、自然状態の形状として以下のように接地解析が行われる。

【0040】

ビードリング間隔変更部４３は、タイヤＦＥＭモデルＭ２のビードリング間隔ｄ（図１参照）を変更するように変形させる。ビードリング間隔ｄ（図１参照）は、一対のビードリング（ビードコア１１１ａ）間のタイヤ幅方向の距離である。本実施形態では、ビードリング間隔変更部４３は、ＰＣＩ解析の設定圧力が高いほどビードリング間隔ｄを拡張する。ビードリング間隔ｄの拡張後の状態をタイヤＦＥＭモデルＭ３として図４に示している。例えば、ここでのビードリング間隔ｄの拡張量は、約１０ｍｍであってもよい。さらに言えば、ビードリング間隔ｄの拡張量は、最大で、タイヤ幅の約１．２倍または約２０ｍｍとしてもよい。これ以上拡張すると、組みつけるリム１２０（図１参照）の高さよりビード部１１６の端部が上（タイヤ径方向外側）になるので、リム組みが困難になるおそれがある。

【0041】

リム組み解析部４４は、ビードリング間隔ｄが拡張されたタイヤＦＥＭモデルＭ３についてリム組みした状態を再現する。この再現では、実際にリム１２０（図１参照）をモデル化してもよいし、リム１２０自体をモデル化せずにリム１２０を仮想的に剛体としてリム１２０のサイズに合わせて境界条件を設定することによりタイヤＦＥＭモデルＭ３を変形させてもよい。これにより、タイヤＦＥＭモデルＭ３内に応力が発生し、加硫成形工程後の残留応力を再現できる。

【0042】

接地解析部４５は、ＰＣＩ工程後のタイヤ１１０の接地状態を再現した接地解析を実行する。接地解析部４５は、接地解析条件設定部４５ａと、接地解析演算部４５ｂとを含んでいる。

【0043】

接地解析条件設定部４５ａは、接地解析の条件を設定する部分である。接地解析条件設定部４５ａによって、例えば、各部材の物性値や各種境界条件が設定される。特に、図３，４を併せて参照して、タイヤＦＥＭモデルＭ１のベルト部材１１３（図４では図示省略）を除く各部材についてＰＣＩ解析条件設定部４２ａにて設定された物性値と同じ物性値が設定されるとともに、ベルト部材１１３の弾性率は常温の弾性率に設定される。そして、リム組みされたタイヤＦＥＭモデルＭ３に所定内圧及び所定荷重をかけて路面に接地させるように境界条件を設定する。なお、図４では、図示を明瞭にするため、主にタイヤＦＥＭモデルＭ１〜Ｍ３の外面形状を示し、内部構成部材の図示を省略している。

【0044】

接地解析演算部４５ｂは、接地解析条件設定部４５ａにて設定された解析条件およびリム組みされたタイヤＦＥＭモデルＭ３の形状に基づいて、タイヤ１１０の接地性能を計算する。タイヤ１１０の接地性能の計算では、接地形状や接地圧などが算出される。

【0045】

接地形状や接地圧分布を正確に予測することにより、タイヤ１１０の転がり抵抗特性、摩耗特性、耐久特性、操縦安定性、振動乗り心地特性、ウェット特性、および騒音特性等を正確に予測することができる。

【0046】

本実施形態のシミュレーション装置１で実行するシミュレーション方法ないしプログラムについて、図５のフローチャートを参照して説明する。

【0047】

本実施形態のシミュレーション方法を開始すると（ステップＳ５−１）、ＦＥＭモデリング部４１によって、タイヤＦＥＭモデルＭ１（図３参照）が取得される（ステップＳ５−２）。このタイヤＦＥＭモデルＭ１は、前述のように加硫成形金型（図示せず）の内面形状に対応する外面形状を有するタイヤ１１０を複数の要素に分割したものである。加硫成形金型の内面形状に対応する外面形状を有するタイヤの形状データは、入力部１０を介して入力されてもよいし、予め記憶部３０に記憶されていてもよい。

【0048】

次いで、ＰＣＩ解析条件設定部４２ａによって、ＰＣＩ解析における各部材の物性値や各種境界条件などの解析条件が設定される（ステップＳ５−３）。特に、ベルト部材１１３の弾性率は、常温の弾性率よりも所定以上高く設定され、その他の部材の弾性率は常温の弾性率に設定される。本実施形態では、ベルト部材１１３の弾性率を常温の弾性率よりも１０倍高く設定している。そして、タイヤＦＥＭモデルＭ１に対して、ビード部１１６（図１参照）を拘束した状態で、所定の内圧を付与する。ここでの解析条件は、入力部１０を介して入力されてもよいし、予め記憶部３０に記憶されていてもよい。

【0049】

次いで、ＰＣＩ解析演算部４２ｂによって、ＰＣＩ解析条件設定部４２ａにて設定された解析条件に基づいてタイヤＦＥＭモデルＭ１のＰＣＩ工程後の形状を計算する（ステップＳ５−４）。ＰＣＩ解析条件設定部４２ａにて設定された内圧と変形により発生する反力との釣り合いが取れる状態までタイヤＦＥＭモデルＭ１が変形した結果、ＰＣＩ工程を経て変形した後のタイヤＦＥＭモデルＭ２（図４参照）が得られる。

【0050】

次いで、ビードリング間隔変更部４３によって、タイヤＦＥＭモデルＭ２のビードリング間隔がＰＣＩ解析の設定圧力に応じて拡張され、タイヤＦＥＭモデルＭ３（図４参照）が得られる（ステップＳ５−５）。なお、ビードリング間隔の拡張（ステップＳ５−５）は、ＰＣＩ解析（ステップＳ５−３，ステップＳ５−４）の前またはＰＣＩ解析（ステップＳ５−３，ステップＳ５−４）と同時に行われてもよい。

【0051】

次いで、リム組み解析部４４によって、タイヤＦＥＭモデルＭ３（図４参照）を図１のようにリム組みした状態が再現される（ステップＳ５−６）。ここでは、リム組みされた後のタイヤＦＥＭモデルＭ３の形状を、新たなモデルとして定義する。これにより、製品としてのタイヤ組付体１００が解析上で実質的に再現され、以降の接地解析を行うことができる。なお、前述のようにリム１２０自体をモデル化する必要はなく、境界条件の設定によってリム組みを模擬してもよい。

【0052】

次いで、接地解析条件設定部４５ａによって、接地解析の解析条件が設定される（ステップＳ５−７）。特に、タイヤＦＥＭモデルＭ３のベルト部材１１３を除く各部材についてＰＣＩ解析条件設定部４２ａにて設定された物性値と同じ物性値が設定されるとともに、ベルト部材１１３の弾性率は常温の弾性率に設定される。そして、リム組みされたタイヤＦＥＭモデルＭ３に所定内圧および所定荷重をかけて路面に接地させるように解析条件が設定される。ここでの解析条件は、入力部１０を介して入力されてもよいし、予め記憶部３０に記憶されていてもよい。

【0053】

次いで、接地解析演算部４５ｂによって、接地解析条件設定部４５ａにて設定された解析条件およびリム組みされたタイヤＦＥＭモデルＭ３の形状に基づいて、タイヤ１１０の接地性能が計算される（ステップＳ５−８）。タイヤ１１０の接地性能の計算では、接地形状や接地圧などが算出される。そして、これらの解析結果を表示部２０に出力して（ステップＳ５−９）、解析を終了する（ステップＳ５−１０）。

【0054】

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

【0055】

加硫成形金型の内面形状に応じて得られたタイヤＦＥＭモデルからビードリング間隔を変更することで、リム組みの際に残留応力が付与された状態を簡易に再現できる。従って、解析上で熱解析などのための様々な設定および複雑な計算を行う必要がない。よって、タイヤ１１０の外面形状を高精度かつ簡易に再現して接地解析を実行できる。また、当該ビードリング間隔の拡張によって、タイヤ１１０の外面形状の再現精度（センター部の接地長に対するショルダー部の接地長の比を基準に算出）が４％程度向上した。

【0056】

ビードリング間隔変更部４３は、ＰＣＩ解析の設定圧力が高いほど、ビードリング間隔を拡張するため、より高精度にタイヤの外面形状を再現できる。これは、ＰＣＩ解析の設定圧力を高くするほど、即ち、より大きな内圧をタイヤに付与するほど、加硫後のタイヤが膨張して総幅が広くなる現象を再現できるためである。

【0057】

ＰＣＩ解析部４２は、ＰＣＩ解析において、タイヤＦＥＭモデルのビード部を拘束した状態でタイヤＦＥＭモデルに対して内圧を付与している。これにより、リム１２０に接触するビード部１１６ではタイヤ１１０の変形が抑制されるため、ビード部１１６の特にラバーチェーハー１１１ｂの変形を実際のタイヤの変形に合わせることができる。

【0058】

ＰＣＩ解析と接地解析とで物性値を変更する部材は、ベルト部材１１３のみである。従って、解析条件の再定義の手間が簡略化される。物性値の中でも特に弾性率は、一般に温度が高いほど低い値をとる。従って、ＰＣＩ解析では各部材の弾性率を常温時の値よりも低く設定し、接地解析では各部材の弾性率を常温時の値に設定することが好ましい。しかし、全部材の物性値を工程ごとに再定義するのは手間がかかる。そこで、変形に対する寄与度の大きなベルト部材１１３に着目し、ベルト部材１１３の弾性率のみをＰＣＩ工程と接地解析とで変更することで、解析条件の再設定の手間を簡略化できる。特に、ベルト部材１１３は、金属材料を含んでおり、トレッド面１１４ａやサイドウォール面１１５ａなどを構成するゴム部材よりも弾性率の温度依存性が低い。そのため、ベルト部材１１３とゴム部材との温度を考慮した弾性率の差異は、ＰＣＩ解析においては大きく、接地解析においては小さくなることが現実に即しているといえる。上記構成では、数多く配置されたゴム部材の弾性率を工程ごとに変更するのではなく、ベルト部材１１３の弾性率のみをＰＣＩ工程において常温時の弾性率よりも高く設定することで、上記の弾性率の差異の関係が保たれる。従って、ＰＣＩ工程後のタイヤ１１０の外面形状を高精度かつ簡易に再現して接地解析を実行できる。

【0059】

（第２実施形態）
図６に示す第２実施形態のシミュレーション装置１は、ＰＣＩ解析部４２（図２参照）を備えていない。これに関する構成以外は、図２の第１実施形態のシミュレーション装置１の構成と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した構成と同じ部分については説明を省略する場合がある。

【0060】

本実施形態では、ＰＣＩ工程が行われずに製造されるタイヤ組付体１００について、タイヤ１１０の外面形状を高精度に再現して接地解析を実行する。一般に加硫成形工程後にＰＣＩ工程が行われない場合、タイヤ１１０の外面形状は、加硫成形工程後の温度低下によってわずかに収縮し、加硫成形金型の内面形状とは異なる形状となる。以下、この収縮を考慮した上でタイヤ１１０の接地解析を実行する本実施形態のシミュレーション装置１について説明する。

【0061】

本実施形態では、シミュレーション装置１がＰＣＩ解析部４２（図２参照）を備えておらず、ＰＣＩ解析が行われない。そして、ビードリング間隔変更部４３は、このようにＰＣＩ解析を行わない場合においてはビードリング間隔ｄ（図１参照）を縮小する。例えば、この縮小量は、約１０ｍｍであってもよい。また、この収縮量は、最大で、ビードリング間隔ｄがゼロとなるようにビード部１１６（図１参照）をタイヤ幅方向中心位置まで移動させるものとしてもよい。

【0062】

本実施形態のシミュレーション装置１で実行するシミュレーション方法ないしプログラムについて、図７のフローチャートを参照して説明する。

【0063】

本実施形態では、第１実施形態のシミュレーション方法（図５参照）におけるＰＣＩ解析に関する部分（ステップＳ５−３，ステップＳ５−４）が含まれていない。従って、解析を開始して（ステップＳ７−１）、タイヤＦＥＭモデルを取得すると（ステップＳ７−２）、ビードリング間隔を変更する解析を実行する（ステップＳ７−３）。特に、本実施形態では、ビードリング間隔変更部４３によってビードリング間隔が縮小される。そして、リム組みを再現した解析を行い（ステップＳ７−４）、接地解析条件を設定し（ステップＳ７−５）、接地解析を実行し（ステップＳ７−６）、解析結果を出力し（ステップＳ７−７）、解析を終了する（ステップＳ７−８）。

【0064】

本実施形態によれば、ＰＣＩ工程が行われずに製造されるタイヤ１１０について、ビードリング間隔変更部４３がビードリング間隔を縮小することによって、加硫成形工程後にタイヤ１１０が冷却されることによる収縮を再現することができる。一般に、ＰＣＩ工程を経ていない内圧を付与されないタイヤ１１０は、加硫成形工程後の冷却によって収縮する。従って、当該タイヤの収縮をビードリング間隔の縮小によって簡易に再現できる。

【0065】

以上より、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0066】

１ シミュレーション装置
１０ 入力部
２０ 表示部
３０ 記憶部
４０ 制御部（プロセッサ）
４１ ＦＥＭモデリング部
４２ ＰＣＩ解析部
４２ａ ＰＣＩ解析条件設定部
４２ｂ ＰＣＩ解析演算部
４３ ビードリング間隔変更部
４４ リム組み解析部
４５ 接地解析部
４５ａ 接地解析条件設定部
４５ｂ 接地解析演算部
１００ 空気入りタイヤ組付体（タイヤ組付体）
１１０ タイヤ
１１１ａ ビードコア
１１１ｂ ラバーチェーハー
１１２ カーカス
１１３ ベルト部材
１１４ トレッド部
１１４ａ トレッド面
１１５ サイドウォール部
１１５ａ サイドウォール面
１１６ ビード部
１２０ リム
１２１ フランジ部
１２２ 凹部
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ タイヤＦＥＭモデル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】