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JP4486105B2 - Tire performance prediction method, ground simulation method, tire design method, recording medium, and tire performance prediction program - Google Patents

Tire performance prediction method, ground simulation method, tire design method, recording medium, and tire performance prediction program Download PDF

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JP4486105B2 JP2007092556A JP2007092556A JP4486105B2 JP 4486105 B2 JP4486105 B2 JP 4486105B2 JP 2007092556 A JP2007092556 A JP 2007092556A JP 2007092556 A JP2007092556 A JP 2007092556A JP 4486105 B2 JP4486105 B2 JP 4486105B2
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Description

本発明は、タイヤ性能予測方法、地盤シミュレーション方法、タイヤ設計方法、記録媒体及びタイヤ性能予測プログラムにかかり、自動車等に使用されるトレッドパターンを有するタイヤの地盤における性能、特に、土等を含む流体を介するタイヤ性能を予測するタイヤ性能予測方法、タイヤ周囲の地盤の挙動を模擬する地盤シミュレーション方法、タイヤ設計方法、記録媒体及びタイヤ性能予測プログラムに関する。   The present invention relates to a tire performance prediction method, a ground simulation method, a tire design method, a recording medium, and a tire performance prediction program. The present invention relates to the performance of a tire having a tread pattern used in an automobile or the like, particularly a fluid including soil. The present invention relates to a tire performance prediction method for predicting tire performance via tires, a ground simulation method for simulating ground behavior around a tire, a tire design method, a recording medium, and a tire performance prediction program.

従来、空気入りタイヤ開発において、タイヤ性能は実際にタイヤを設計・製造し、自動車に装着して性能試験を行うことにより得られるものであり、性能試験の結果に満足できなければ設計・製造からやり直す、という手順を踏んできた。最近では、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、例えば、舗装路面を対象にしたタイヤ性能については、計算機でタイヤの剛体路面への荷重負荷、転動解析を行うことによる予測も可能になり、ここから幾つかの性能予測が行えるようになってきた。   Conventionally, in the development of pneumatic tires, tire performance is obtained by actually designing and manufacturing tires, mounting them on automobiles, and performing performance tests. I have taken the steps of starting over. Recently, due to the development of numerical analysis methods such as the finite element method and the computer environment, for example, tire performance for paved road surfaces is predicted by performing load analysis and rolling analysis on tire rigid road surfaces with a computer. It has become possible, and several performance predictions can be made from here.

また、雪上路面を対象にした性能についても、弾性域または塑性域を判別しつつ雪モデルの変形計算を行う技術が知られている(例えば特許文献1参照)。   Also, with respect to the performance for the road surface on snow, a technique for performing deformation calculation of a snow model while discriminating an elastic region or a plastic region is known (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、タイヤ性能については、水や雪などの流体や材料を考慮することを検討しているが、雪に類似した土壌を含んだ圃場が考え得る。圃場は土を材料として雪上性能の範疇で検討される可能性があるが、実際には、雪上を走行するタイヤと圃場を走行するタイヤとでは取り扱う現象が大きく異なる場合がある。すなわち、雪上性能は、垂直応力に対するせん断強度が支配的であると考えられる。これに対して、圃場性能は、非常に大きな沈下が生じた上で性能を発揮するので、垂直応力に対するせん断強度だけでは現象を再現できない。   However, for tire performance, consideration is given to fluids and materials such as water and snow, but a field including soil similar to snow can be considered. There is a possibility that the field will be studied in the category of performance on snow using soil as a material, but in reality, the phenomenon handled by the tire traveling on the snow and the tire traveling on the field may be greatly different. That is, it is considered that the on-snow performance is dominated by the shear strength against normal stress. On the other hand, the field performance shows performance after a very large settlement occurs, so the phenomenon cannot be reproduced only by the shear strength against normal stress.

このため、圃場の数値モデル化、圃場とタイヤの連成解析を行う技術が提案されている(例えば特許文献2、3参照)。
特許第3305705号公報 特開2006−51840号公報 特開2006−131067号公報
For this reason, techniques for numerical modeling of the field and coupled analysis of the field and the tire have been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
Japanese Patent No. 3305705 JP 2006-51840 A JP 2006-131067 A

しかしながら、上記特許文献2、3に記載された技術では、圃場で使用されるタイヤのトラクション(牽引力)性能を予測することは可能であるものの、例えば砂や礫(以下、粗粒土という)が支配的となる路面では、トラクション性能を予測するのは困難であった。なお、我が国では土質材料を(1)粗粒土(例えば砂)、(2)細粒土(例えば粘土)、(3)高有機質土と分類するが、圃場は、(1)〜(3)が混合されたものであると考えて良い。   However, in the techniques described in Patent Documents 2 and 3, although it is possible to predict the traction (traction force) performance of a tire used in a field, for example, sand or gravel (hereinafter referred to as coarse grain soil) is used. It was difficult to predict traction performance on the dominant road surface. In Japan, soil materials are classified as (1) coarse-grained soil (for example, sand), (2) fine-grained soil (for example, clay), and (3) highly organic soil, but the fields are (1) to (3) Can be thought of as a mixture.

そして、上記特許文献2、3に記載された技術のように路面材料の体積弾性挙動やせん断強度だけを考慮しただけでは粗粒土の地盤を走行した時に発生するトラクションを予測するのは困難であった。   And it is difficult to predict the traction generated when traveling on the ground of coarse-grained soil only by considering only the volume elastic behavior and the shear strength of the road surface material as in the techniques described in Patent Documents 2 and 3 above. there were.

粗粒土の場合、タイヤと粗粒土との間の摩擦の影響が大きくなるが、上記特許文献2、3に記載された技術におけるトラクションは、タイヤのトレッドパターンによって発生するせん断力が支配的であることが前提となっているが、実際にはトレッドパターンがなくともトラクションは発生する。粗粒土の地盤の場合、そのせん断特性において粘着力が小さいこと等に起因し、トラクションにおける粗粒土のせん断力の影響が、一般的な土と比べて相対的に小さくなるためである。   In the case of coarse-grained soil, the influence of friction between the tire and the coarse-grained soil increases, but the traction in the techniques described in Patent Documents 2 and 3 is dominated by the shear force generated by the tread pattern of the tire. However, in reality, traction occurs even if there is no tread pattern. This is because, in the case of the ground of coarse-grained soil, the influence of the shearing force of the coarse-grained soil in traction is relatively smaller than that of ordinary soil due to the low adhesive strength in the shear characteristics.

上記特許文献2、3に記載された技術では、タイヤと圃場との間の摩擦の影響を考慮していないため、特に砂等の粗粒土の地盤を走行した時のタイヤの性能を精度良く予測することができない、という問題があった。   The techniques described in Patent Documents 2 and 3 do not consider the influence of friction between the tire and the field, so that the performance of the tire when traveling on the ground of coarse-grained soil such as sand is particularly accurate. There was a problem that it could not be predicted.

また、特許文献1では、雪モデルとタイヤモデルとの間に摩擦係数を定義する点が記載されているが、具体的にどのように摩擦係数を定義するのかが明確ではなく、砂等の粗粒土の地盤を走行した時のタイヤの性能を精度良く予測することができるとは限らない、という問題があった。   Further, Patent Document 1 describes that a friction coefficient is defined between a snow model and a tire model. However, it is not clear how to define the friction coefficient, and rough sand such as sand is not clearly defined. There has been a problem that it is not always possible to accurately predict the performance of the tire when traveling on the ground of grain soil.

本発明は、上記事実を考慮して、地盤上を走行した場合のタイヤのトラクション性能等のタイヤ性能を容易かつ精度良く予測することができるタイヤ性能予測方法、地盤シミュレーション方法、タイヤ開発を効率化し、良好な性能のタイヤを得ることができるタイヤ性能予測方法、地盤シミュレーション方法、タイヤ設計方法、記録媒体及びタイヤ性能予測プログラムを得ることが目的である。   In view of the above facts, the present invention is a tire performance prediction method, a ground simulation method, and a tire development that can easily and accurately predict tire performance such as tire traction performance when traveling on the ground. It is an object to obtain a tire performance prediction method, a ground simulation method, a tire design method, a recording medium, and a tire performance prediction program capable of obtaining a tire with good performance.

上記目的を達成するために本発明は、地盤を介する実際に使用するタイヤの性能を予測し、特にタイヤ接地時及び回転時について地盤の挙動を解析を可能し、また、タイヤ開発を効率化し、良好な性能のタイヤの提供を容易にしたものである。   In order to achieve the above object, the present invention predicts the performance of a tire that is actually used through the ground, in particular, enables analysis of the ground behavior at the time of tire contact and rotation, and also makes the tire development more efficient, This makes it easy to provide tires with good performance.

具体的には、本発明のタイヤ性能予測方法は、次の(a)〜(g)の各ステップを含む。
(a)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(b)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(c)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(d)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(e)前記ステップ(b)での変形計算後の前記タイヤモデルと、前記ステップ(c)での変形計算後の前記地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件を前記タイヤモデル及び前記地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後の前記タイヤモデル及び前記地盤モデルについて前記ステップ(b)〜(d)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び前記地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
(f)前記ステップ(c)またはステップ(e)における前記タイヤモデル及び前記地盤モデルの少なくとも一方のモデルに生じる物理量を求めるステップ。
(g)前記物理量により前記地盤におけるタイヤ性能を予測するステップ。
Specifically, the tire performance prediction method of the present invention includes the following steps (a) to (g).
(A) a tire model having a pattern shape capable of being deformed by at least one of ground contact and rolling, and at least part of the tire model that is partially or entirely filled with an elastic-plastic material or a material including a plastic material. Determining a ground model in contact with the part.
(B) executing deformation calculation of the tire model;
(C) A step of executing deformation calculation of the ground model.
And moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground, including (d) is soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(E) Recognizing a boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (b) and the ground model after the deformation calculation in the step (c), and determining the boundary condition regarding the recognized boundary surface The calculation of the steps (b) to (d) is repeated for the tire model and the ground model after being applied to the tire model and the ground model and the frictional force is applied to the tire model and the boundary condition is applied. And calculating until deformation of the tire model and the ground model can be regarded as a steady state.
(F) A step of obtaining a physical quantity generated in at least one of the tire model and the ground model in the step (c) or the step (e).
(G) A step of predicting tire performance in the ground based on the physical quantity.

すなわち、本発明のタイヤ性能予測方法では、まず、これから評価するタイヤの設計案(タイヤ形状・構造・材料・パターンの変更など)の性能を予測するため、タイヤ設計案を数値解析上のモデルに落とし込む。すなわち、数値解析が可能なタイヤモデル(数値解析モデル)を作成する。更に、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料である目標性能に関わる地盤(路面を含むことができる)のモデル化を行い、地盤モデル(数値解析モデル)を作成し、タイヤ及び地盤(路面を含むことができる)を同時に考慮した数値解析を行い、目標性能について数値予測する。この予測結果からタイヤ設計案の可否を判定し、結果良好なら設計案を採用、もしくは更にこの設計案のタイヤを製造し、性能評価を行い、この結果まで良好なら設計案を採用する。設計案による予測性能(またはは実測性能)が不十分であれば、設計案の一部または全部を修正し、数値解析モデルの作成から再度実行する。これらの手順であれば、タイヤを製造して性能評価をする回数が極めて少なくなるため、タイヤ開発を効率化できる。   That is, in the tire performance prediction method of the present invention, first, in order to predict the performance of a tire design plan (change of tire shape, structure, material, pattern, etc.) to be evaluated, the tire design plan is used as a model for numerical analysis. Drop it. That is, a tire model (numerical analysis model) capable of numerical analysis is created. Furthermore, the ground (which can include the road surface) related to the target performance, which is an elastic-plastic material or a material containing at least a plastic body, is modeled, a ground model (numerical analysis model) is created, and the tire and the ground (the road surface are Numerical analysis that considers the target performance at the same time. Whether the tire design plan is acceptable or not is determined from the prediction result. If the result is good, the design plan is adopted, or a tire of this design plan is manufactured and performance evaluation is performed. If the result is satisfactory, the design plan is adopted. If the prediction performance (or actual measurement performance) by the design plan is insufficient, a part or all of the design plan is corrected, and the numerical analysis model is created again. With these procedures, the number of times of manufacturing and evaluating the performance of the tire is extremely small, so that the tire development can be made more efficient.

従って、性能予測に基づくタイヤ開発を行うためには、効率良く、精度の良いタイヤ性能予測のための数値解析モデルが不可欠である。そこで、本発明では、タイヤ性能を予測するため、ステップ(a)において、接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定める。なお、路面モデルをさらに定めることもできる。ステップ(b)では、タイヤモデルの変形計算を実行し、ステップ(c)では、地盤モデルの変形計算を実行する。ステップ(d)では、土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算する。ステップ(e)では、ステップ(b)での変形計算後のタイヤモデルと、ステップ(c)での変形計算後の地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件をタイヤモデル及び地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与ししかつ、境界条件を付与した後のタイヤモデル及び地盤モデルについてステップ(b)〜(d)の計算を繰り返して、タイヤモデル及び地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させる。ステップ(f)では、ステップ(c)またはステップ(e)におけるタイヤモデル及び地盤モデルの少なくとも一方のモデルに生じる物理量を求め、ステップ(g)では、物理量によりタイヤ性能を予測する。 Therefore, in order to develop a tire based on performance prediction, an efficient and accurate numerical analysis model for predicting tire performance is indispensable. Therefore, in the present invention, in order to predict tire performance, in step (a), at least a tire model having a pattern shape that can be deformed by at least one of ground contact and rolling, and an elastoplastic body or a plastic body is provided. A ground model that is partially or wholly filled with the material to be included and is in contact with at least a portion of the tire model. A road surface model can be further determined. In step (b), deformation calculation of the tire model is executed, and in step (c), deformation calculation of the ground model is executed. In step (d), the water content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient, the said tire model Soil Calculate the friction force generated with the model. In step (e), a boundary surface between the tire model after the deformation calculation in step (b) and the ground model after the deformation calculation in step (c) is recognized, and the boundary condition regarding the recognized boundary surface is set as the tire model. And applying the friction force to the tire model and repeating the calculations of steps (b) to (d) for the tire model and the ground model after the boundary condition is applied, Calculate until the deformation of the ground model can be regarded as a steady state. In step (f), a physical quantity generated in at least one of the tire model and the ground model in step (c) or step (e) is obtained, and in step (g), the tire performance is predicted based on the physical quantity.

土壌などを有する地盤では負荷がかかると内部構造(例えば空洞や水と土で形成される構造)が変化して変形するが、除荷しても変形が回復して初期形状に戻ることは殆どない。このため、例えば土壌などを有する地盤を数値モデルとして表現するために地盤を塑性体としたり、必要に応じて弾性体としての特性も与えることで荷重負荷時に適切な反力を発生させるようにモデル化する。このように例えば土壌などを有する地盤を弾塑性体または塑性体(剛塑性体)としてモデル化することにより、高精度にタイヤ性能を予測することができる。   In the ground with soil etc., when a load is applied, the internal structure (for example, a structure formed by cavities and water and soil) changes and deforms, but even when unloaded, the deformation recovers and returns to the initial shape is rare Absent. For this reason, for example, in order to express the ground with soil etc. as a numerical model, the ground is made a plastic body, and if necessary, it is also given a characteristic as an elastic body to generate an appropriate reaction force when loaded Turn into. Thus, for example, by modeling the ground having soil or the like as an elastic-plastic body or a plastic body (rigid plastic body), the tire performance can be predicted with high accuracy.

また、土質材料を含む地盤の密度に関する情報に基づいて求めた前記地盤の水分率と、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、タイヤモデルと地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算してこれをタイヤモデルに付与するので、より高精度にタイヤ性能を予測することができる。
また、直接水分率を求めることができない場合でも、地盤の密度から水分率を推定して求め、これを用いて摩擦力を計算することができる。
In addition, it occurs between the tire model and the ground model based on the ground condition information that is the information indicating the relationship between the moisture content of the ground and the friction coefficient obtained based on the information on the density of the ground including the soil material. Since the frictional force to be calculated is applied to the tire model, the tire performance can be predicted with higher accuracy.
Even when the moisture content cannot be obtained directly, the moisture content can be estimated from the density of the ground, and the frictional force can be calculated using this.

このように、土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて摩擦力を計算してタイヤモデルに付与するので、土質材料を含む地盤におけるタイヤのトラクション性能等のタイヤ性能を高精度に予測することができる。 Thus, the moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising soil material, the tire model the frictional force calculated on the basis of the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient Therefore, the tire performance such as the tire traction performance in the ground containing the soil material can be predicted with high accuracy.

請求項2に記載の発明は、前記地盤状態情報は、前記地盤の水分率と、前記摩擦係数との関係を、指数関数式、対数関数式、及び2次以上の多項式による関数式の少なくとも1つで近似した関数式であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the ground state information includes at least one of an exponential function expression, a logarithmic function expression, and a functional expression using a quadratic or higher order polynomial, representing the relationship between the moisture content of the ground and the friction coefficient. It is a function expression approximated by two.

このように、地盤状態情報を、前記地盤の水分率と、前記摩擦係数との関係を、指数関数式、対数関数式、1次式、及び2次以上の多項式による関数式の少なくとも1つで近似した関数式とすることにより、より高精度に摩擦力を計算することができる。 As described above, the ground state information is the relationship between the moisture content of the ground and the friction coefficient, and is at least one of an exponential function expression, a logarithmic function expression, a linear expression, and a functional expression based on a second or higher order polynomial. By using an approximate function formula, the frictional force can be calculated with higher accuracy.

請求項に記載の発明は、前記ステップ(f)は、前記タイヤモデルに作用する応力を計算するステップを含み、前記ステップ(g)は、前記応力に基づいて、前記タイヤ性能としてのトラクションを計算するステップを含むことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the step (f) includes a step of calculating a stress acting on the tire model, and the step (g) performs a traction as the tire performance based on the stress. A step of calculating.

このように、ステップ(f)で求められる応力は、タイヤと地盤との間の摩擦力が考慮されているため、その応力から求められるトラクション(牽引力)は、摩擦力が考慮されたトラクションとなる。このため高精度でトラクション性能を予測することができる。   As described above, since the frictional force between the tire and the ground is considered in the stress obtained in step (f), the traction (traction force) obtained from the stress is a traction in which the frictional force is considered. . Therefore, the traction performance can be predicted with high accuracy.

請求項4に記載の発明の地盤シミュレーション方法は、次の(イ)〜(ホ)の各ステップを含む。
(イ)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(ロ)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(ハ)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(ニ)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(ホ)前記ステップ(ロ)での変形計算後のタイヤモデルと、前記ステップ(ハ)での変形計算後の地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件をタイヤモデル及び地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後のタイヤモデル及び地盤モデルについて前記ステップ(ロ)〜(ニ)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
The ground simulation method of the invention described in claim 4 includes the following steps (a) to (e).
(A) a tire model having a pattern shape capable of being deformed by at least one of ground contact and rolling, and at least part of the tire model that is partially or entirely filled with an elastic-plastic material or a material including a plastic material. Determining a ground model in contact with the part.
(B) executing deformation calculation of the tire model;
(C) A step of executing deformation calculation of the ground model.
(D) the moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(E) Recognizing the boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (b) and the ground model after the deformation calculation in the step (c), and the boundary condition related to the recognized boundary surface is defined as the tire model and The tire model and the ground model are repeatedly applied to the ground model and the friction force is applied to the tire model, and the tire model and the ground model after the boundary condition is applied, A step of calculating until the deformation of the ground model can be regarded as a steady state.

タイヤ周辺の流体の挙動をシミュレーションする場合、ステップ(イ)において接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルとを定め、ステップ(ロ)においてタイヤモデルの変形計算を実行し、ステップ(ハ)において地盤モデルの変形計算を実行し、ステップ(ニ)において土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算し、ステップ(ホ)において前記ステップ(ロ)での変形計算後のタイヤモデルと、前記ステップ(ハ)での変形計算後の地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件をタイヤモデル及び地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後のタイヤモデル及び地盤モデルについて前記ステップ(ロ)〜(ニ)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるようにすれば、タイヤまわりの地盤を評価し、地盤の挙動を予測し、タイヤ性能予測に役立てることができる。 When simulating the behavior of the fluid around the tire, a tire model having a pattern shape that can be deformed by at least one of grounding and rolling in step (a) and an elastic-plastic body or a material including at least a plastic body are used. A ground model that is partially or wholly filled and in contact with at least a part of the tire model is determined, and the deformation calculation of the tire model is executed in step (b), and the deformation calculation of the ground model is executed in step (c). and, step and moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising soil material in (d), on the basis of the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient, the said tire model The frictional force generated between the ground model and the ground model is calculated. Recognizing a boundary surface between the tire model after calculation and the ground model after the deformation calculation in the step (c), the boundary condition regarding the recognized boundary surface is given to the tire model and the ground model, and the frictional force is Repeat steps (b) to (d) for the tire model and ground model after applying the boundary conditions to the tire model, and calculate until the deformation of the tire model and ground model can be regarded as a steady state. By doing so, it is possible to evaluate the ground around the tire, predict the behavior of the ground, and use it for the tire performance prediction.

請求項5の発明のタイヤ設計方法は、次の(1)〜(7)の各ステップを含む。
(1)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(2)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(3)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(4)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(5)前記ステップ(2)での変形計算後のタイヤモデルと、前記ステップ(3)での変形計算後の地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件をタイヤモデル及び地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後のタイヤモデル及び地盤モデルについて前記ステップ(2)〜(4)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
(6)前記ステップ(3)またはステップ(5)におけるタイヤモデル及び地盤モデルの少なくとも一方のモデルに生じる物理量を求めるステップ。
(7)前記物理量により地盤におけるタイヤ性能を予測するステップ。
(8)前記タイヤ性能を考慮して前記タイヤモデルを修正するステップ。
(9)前記ステップ(8)での修正後のタイヤモデルについて、前記ステップ(2)〜(7)を実行した結果のタイヤ性能を考慮してタイヤモデルを修正することを繰り返し計算させるステップ。
(10)前記ステップ(9)での計算結果のタイヤモデルに基づいてタイヤ設計するステップ。
The tire designing method of the invention of claim 5 includes the following steps (1) to (7).
(1) A tire model having a pattern shape capable of being deformed by at least one of ground contact and rolling, and at least part of the tire model that is partially or entirely filled with an elastic-plastic material or a material including a plastic material. Determining a ground model in contact with the part.
(2) A step of executing deformation calculation of the tire model.
(3) A step of executing deformation calculation of the ground model.
(4) of the ground calculated based on the information on density of the ground comprising soil material and water content, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(5) Recognizing a boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (2) and the ground model after the deformation calculation in the step (3), the boundary condition relating to the recognized boundary surface is set as the tire model and The tire model and the ground model are applied to the ground model and the frictional force is applied to the tire model, and the calculation of the steps (2) to (4) is repeated for the tire model and the ground model after the boundary condition is applied. A step of calculating until the deformation of the ground model can be regarded as a steady state.
(6) A step of obtaining a physical quantity generated in at least one of the tire model and the ground model in the step (3) or the step (5).
(7) A step of predicting tire performance on the ground based on the physical quantity.
(8) A step of correcting the tire model in consideration of the tire performance.
(9) A step of repeatedly calculating correction of the tire model in consideration of the tire performance as a result of executing the steps (2) to (7) for the tire model after correction in the step (8).
(10) A step of designing a tire based on the tire model calculated in step (9).

タイヤを設計する場合、ステップ(1)で接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルとを定め、ステップ(2)でタイヤモデルの変形計算を実行し、ステップ(3)で地盤モデルの変形計算を実行し、ステップ(4)では土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算し、ステップ(5)では変形計算後のタイヤモデル及び地盤モデルの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件をタイヤモデル及び地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後のタイヤモデル及び地盤モデルについて前記ステップ(2)〜(4)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させ、ステップ(6)でタイヤモデル及び地盤モデルの少なくとも一方のモデルに生じる物理量を求め、この物理量によりステップ(7)で地盤におけるタイヤ性能を予測し、ステップ(8)では予測したタイヤ性能を考慮してタイヤモデルを修正し、ステップ(9)では修正後のタイヤモデルについて、ステップ(2)〜(7)を実行した結果のタイヤ性能を考慮してタイヤモデルを修正することを繰り返し計算させ、ステップ(10)ではステップ(9)での計算結果のタイヤモデルに基づいてタイヤ設計する。 When designing a tire, part or all of the tire model having a pattern shape that can be deformed by at least one of ground contact and rolling in step (1), and an elastic-plastic material or a material including at least a plastic material. A ground model that is satisfied and is in contact with at least a part of the tire model is determined, a deformation calculation of the tire model is performed in step (2), a deformation calculation of the ground model is performed in step (3), and a step (4 ) and the moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model In step (5), the boundary surface of the tire model and the ground model after the deformation calculation is recognized, and the recognized boundary surface is The boundary conditions are applied to the tire model and the ground model, the friction force is applied to the tire model, and the calculation of the steps (2) to (4) is repeated for the tire model and the ground model after the boundary condition is applied. Then, calculation is performed until the deformation of the tire model and the ground model can be regarded as a steady state, and a physical quantity generated in at least one of the tire model and the ground model is obtained in step (6). The tire performance is predicted, and in step (8), the tire model is corrected in consideration of the predicted tire performance. In step (9), the result of executing steps (2) to (7) for the corrected tire model. In the step (10), it is repeatedly calculated that the tire model is corrected in consideration of the tire performance. Designing the tire based on the calculated result the tire model at 9).

このようにすることで、タイヤまわりの地盤を評価し、地盤の挙動を予測しつつ、タイヤ性能として地盤性能を考慮したタイヤを設計することができる。   In this way, it is possible to design a tire that considers the ground performance as the tire performance while evaluating the ground around the tire and predicting the behavior of the ground.

請求項6の発明は、コンピュータによってタイヤ性能を予測するためのタイヤ性能予測プログラムを記録した記録媒体であって、次の各ステップを含むことを特徴とする。
(A)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(B)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(C)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(D)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(E)前記ステップ(B)での変形計算後のタイヤモデルと、前記ステップ(C)での変形計算後の地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件をタイヤモデル及び地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後のタイヤモデル及び地盤モデルについて前記ステップ(B)〜(D)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
The invention of claim 6 is a recording medium on which a tire performance prediction program for predicting tire performance by a computer is recorded, and includes the following steps.
(A) a tire model having a pattern shape that can be deformed by at least one of ground contact and rolling, and an elastoplastic body or a material that includes at least a plastic body, and a part or all of the tire model is at least Determining a ground model in contact with the part.
(B) A step of performing deformation calculation of the tire model.
(C) A step of executing deformation calculation of the ground model.
(D) and the moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(E) Recognizing a boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (B) and the ground model after the deformation calculation in the step (C), the boundary condition regarding the recognized boundary surface is set as the tire model and The tire model and the ground model are applied to the ground model and the frictional force is applied to the tire model, and the calculation of the steps (B) to (D) is repeated for the tire model and the ground model after the boundary condition is applied. A step of calculating until the deformation of the ground model can be regarded as a steady state.

コンピュータによってタイヤ性能を予測する場合、ステップ(A)で接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルとを定めさせ、ステップ(B)で前記タイヤモデルの変形計算を実行させ、ステップ(C)で前記地盤モデルの変形計算を実行させ、ステップ(D)で土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算し、ステップ(E)で前記ステップ(B)での変形計算後のタイヤモデルと、前記ステップ(C)で変形計算後の地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件をタイヤモデル及び地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後のタイヤモデル及び地盤モデルについて前記ステップ(B)〜(D)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させる、各ステップを含むタイヤ性能予測プログラムを記憶媒体に記憶するようにし実行させ、データ収集するようにすれば、過去の性能評価との比較や今後のデータ蓄積に役立てることができる。 When predicting tire performance by a computer, part of the tire model having a pattern shape that can be deformed by at least one of ground contact and rolling in step (A) and an elastic-plastic material or a material including at least a plastic material Alternatively, a ground model that is completely filled and that contacts at least a part of the tire model is determined, and deformation calculation of the tire model is executed in step (B), and deformation calculation of the ground model is performed in step (C). is executed, on the basis of the ground state information is information indicating the moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising soil material in step (D), the relation between the friction coefficient, and the tire model The frictional force generated between the ground model and the tire model after the deformation calculation in step (B) is calculated in step (E). And the ground surface after the deformation calculation in step (C) is recognized, the boundary condition regarding the recognized boundary surface is applied to the tire model and the ground model, and the friction force is applied to the tire model. And each step of making it calculate until the deformation | transformation of the said tire model and a ground model can be considered as a steady state by repeating the calculation of said step (B)-(D) about the tire model and ground model after providing boundary conditions. If the tire performance prediction program including the program is stored and executed in a storage medium and data is collected, it can be used for comparison with past performance evaluations and for future data accumulation.

また、コンピュータによってタイヤ性能を予測する場合、次のプログラムをコンピュータによって実行させることにより、容易かつ簡便にタイヤ性能を予測させることができる。   When the tire performance is predicted by a computer, the tire performance can be predicted easily and simply by causing the computer to execute the following program.

請求項7に記載の発明は、タイヤ性能予測プログラムであって、コンピュータによってタイヤ性能を予測するために、次の各ステップを含むことを特徴とする。
(I)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(II)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(III)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(IV)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(V)前記ステップ(II)での変形計算後のタイヤモデルと、前記ステップ(III)での変形計算後の地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件をタイヤモデル及び地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後のタイヤモデル及び地盤モデルについて前記ステップ(II)〜(IV)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
The invention according to claim 7 is a tire performance prediction program, and includes the following steps for predicting tire performance by a computer.
(I) a tire model having a pattern shape capable of being deformed by at least one of ground contact and rolling, and at least part of the tire model that is partially or entirely filled with an elastic-plastic material or a material including a plastic material. Determining a ground model in contact with the part.
(II) A step of executing deformation calculation of the tire model.
(III) A step of executing deformation calculation of the ground model.
And moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising (IV) soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(V) Recognizing the boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (II) and the ground model after the deformation calculation in the step (III), and the boundary condition related to the recognized boundary surface is defined as the tire model and The tire model and the ground model are applied to the ground model and the frictional force is applied to the tire model, and the calculation of the steps (II) to (IV) is repeated for the tire model and the ground model after the boundary condition is applied. A step of calculating until the deformation of the ground model can be regarded as a steady state.

以上説明したように本発明によれば、地盤上を走行した場合のタイヤのトラクション性能等のタイヤ性能を容易かつ精度良く予測することができる、という効果がある。   As described above, according to the present invention, it is possible to easily and accurately predict tire performance such as tire traction performance when traveling on the ground.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本実施形態は空気入りタイヤの性能予測に本発明を適用したものである。なお、本実施形態では、地盤モデルとして粗粒土、細粒土、及び高有機質土等を含む土質材料を含む圃場モデルを採用した場合について説明するが、本発明は圃場モデルに限定されるものではなく、上記の土質材料を含む他の地盤モデルや、例えば岩石質材料や石分まじり土質材料、人工材料等を含む地盤モデルについても本発明を適用可能である。   In the present embodiment, the present invention is applied to performance prediction of a pneumatic tire. In the present embodiment, a case where a field model including a soil material including a coarse-grained soil, a fine-grained soil, and a highly organic soil is employed as the ground model will be described, but the present invention is limited to the field model. Instead, the present invention can also be applied to other ground models including the above-mentioned soil materials, and to ground models including, for example, rock materials, stone-soiled soil materials, artificial materials, and the like.

図2には本発明の圃場性能を考慮して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性能を予測するコンピュータ本体12、及びコンピュータ本体12の演算結果等を表示するCRT14から構成されている。   FIG. 2 shows an outline of a personal computer for performing tire performance prediction in consideration of the field performance of the present invention. The personal computer includes a keyboard 10 for inputting data and the like, a computer main body 12 that predicts tire performance according to a pre-stored processing program, and a CRT 14 that displays calculation results of the computer main body 12 and the like.

なお、コンピュータ本体12には、記録媒体としてのフレキシブルディスク(FD)が挿抜可能なフレキシブルディスクユニット(FDU)を備えている。なお、後述する処理ルーチン等は、FDUを用いてフレキシブルディスクFDに対して読み書き可能である。従って、後述する処理ルーチンは、予めFDに記録しておき、FDUを介してFDに記録された処理プログラムを実行してもよい。また、コンピュータ本体12にハードディスク装置等の大容量記憶装置(図示省略)を接続し、FDに記録された処理プログラムを大容量記憶装置(図示省略)へ格納(インストール)して実行するようにしてもよい。また、記録媒体としては、CDやDVD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FDUに代えてまたはさらにCD−ROM装置、CD−RAM装置、DVD−ROM装置、DVD−RAM装置、MD装置、MO装置等を用いればよい。   The computer main body 12 includes a flexible disk unit (FDU) into which a flexible disk (FD) as a recording medium can be inserted and removed. Note that processing routines and the like described later can be read from and written to the flexible disk FD using the FDU. Therefore, a processing routine to be described later may be recorded in the FD in advance and the processing program recorded in the FD may be executed via the FDU. Further, a mass storage device (not shown) such as a hard disk device is connected to the computer main body 12, and the processing program recorded on the FD is stored (installed) in the mass storage device (not shown) and executed. Also good. Recording media include optical discs such as CD and DVD, and magneto-optical discs such as MD and MO. When these are used, instead of or in addition to the FDU, a CD-ROM device, a CD-RAM device, a DVD- A ROM device, DVD-RAM device, MD device, MO device, or the like may be used.

図1は、本実施の形態の処理ルーチンを示すものである。本処理は、タイヤの性能予測評価を行いつつタイヤの最適形状を導出するものである。   FIG. 1 shows a processing routine of the present embodiment. This process derives the optimum shape of the tire while performing the tire performance prediction evaluation.

ステップ100では、評価するタイヤの設計案(タイヤ形状、構造、材料、パターンの変更など)を定める。また、ステップ100では、データベース化した圃場性能の計測結果や圃場におけるせん断強度に関する関係(例えば近似式で表される)、圃場における摩擦係数に関する関係(例えば近似式で表される)を読み取る。これらの圃場性能の計測結果や圃場におけるせん断強度の関係についての技術は、本出願人が既に出願済みの技術(前述した特許文献2)を用いることができる。   In step 100, a design plan (change of tire shape, structure, material, pattern, etc.) of the tire to be evaluated is determined. In step 100, the field performance measurement results and the relationship regarding the shear strength in the field (for example, represented by an approximate expression) and the relationship regarding the friction coefficient in the field (for example, represented by an approximate expression) are read. As a technique regarding the relationship between the measurement results of the field performance and the shear strength in the field, the technique already applied by the present applicant (Patent Document 2 described above) can be used.

圃場性能を得る技術の一例を説明する。まず、実際の圃場計測を行い、それを用いて数値演算により圃場性能の予測値を求める。数値演算は、圃場とタイヤを連成し、タイヤに作用する接地圧に対応するせん断応力分布を求めたのちにトラクションを求めて予測値を得る。例えば、土質試験による圃場計測を行い、計測結果をデータベース化する。なお、圃場の材料特性としては、圃場の間隙比と、応力と、せん断強度との関係を測定する。また、タイヤに接する流体として土などを含む圃場でよく、また弾塑性体や塑性体を含むものでもよく、例えば粒子状の氷塊を含む流体や土や泥、霜化した土や泥を含む流体などの各々や組み合わせでもよい。   An example of a technique for obtaining field performance will be described. First, actual field measurement is performed, and a predicted value of field performance is obtained by numerical calculation using the actual field measurement. In the numerical calculation, the field and the tire are coupled, and after obtaining the shear stress distribution corresponding to the contact pressure acting on the tire, the traction is obtained to obtain the predicted value. For example, the field measurement by a soil test is performed, and a measurement result is made into a database. In addition, as a field material characteristic, the relationship between the gap ratio of a field, stress, and shear strength is measured. Further, it may be a field containing soil as a fluid in contact with the tire, or may include an elastic-plastic material or a plastic material. For example, a fluid containing particulate ice blocks, a fluid containing soil or mud, or a fluid containing frosted soil or mud. Each or a combination of these may be used.

圃場は、深さ方向への強度を再現することが困難なため、実圃場でせん断抵杭を測定すると共に、貫入抵抗を測定する。貫入抵抗は、圃場の深さ方向への強度分布を示すものである。なお、圃場モデルを深さ方向へ複数の層を成すようにモデル化するために、各層の材料(圃場を構成する材料)を、実測する。すなわち、圃場(土壌)表面での強度を測定することで、せん断抵抗値を計測し、その圃場(土壌)の深さ方向への強度分布を測定することで、貫入抵抗値を計測する。せん断抵抗は、圃場(土壌)の強度測定として、垂直応力とせん断応力との関係の計測が対応する。また、貫入抵抗は、圃場(土壌)の強度測定として、圧力と沈下量との関係の計測が対応する。この計測結果をデータベース化する。これにより、自由に圃場のデータを利用することができる。計測結果の一例として、圃場(土壌)表面での強度測定であるせん断抵抗値の計測結果(垂直応力とせん断応力との関係、図3)、貫入抵抗値の測定結果(圧力と沈下量との関係、図4)がある。   Since it is difficult to reproduce the strength in the depth direction in the field, the shear resistance pile is measured and the penetration resistance is measured in the actual field. The penetration resistance indicates the intensity distribution in the depth direction of the field. In addition, in order to model an agricultural field model so that a several layer may be comprised in the depth direction, the material (material which comprises an agricultural field) of each layer is measured. That is, the shear resistance value is measured by measuring the strength on the field (soil) surface, and the penetration resistance value is measured by measuring the strength distribution in the depth direction of the field (soil). The shear resistance corresponds to the measurement of the relationship between the normal stress and the shear stress as a strength measurement of the field (soil). The penetration resistance corresponds to the measurement of the relationship between the pressure and the amount of settlement as a strength measurement of the field (soil). This measurement result is made into a database. Thereby, the field data can be freely used. As an example of the measurement result, the measurement result of the shear resistance (relation between vertical stress and shear stress, Fig. 3), which is the strength measurement on the field (soil) surface, the measurement result of the penetration resistance (the relationship between the pressure and the amount of settlement) Relationship, Fig. 4).

次に、圃場の間隙比、圧力、せん断強度との関係を関数近似する。詳細には、圃場は、間隙比、圧力、及び応力が関係する。この場合、圃場が有するべき特性として、体積歪みと、間隙比と、密度との間には所定の関係があり(図6)、また圃場の間隙比と圧力の対数値が比例する(図5)。また、圧力と体積歪みは比例しない。体積弾性係数Kが圧力の関数であることから、密度の関数として表現できるので、ポアソン比を仮定すれば(例えば0.3)、せん断弾性係数を決定できる。なお、図7には、密度と圧力との関係を示した。   Next, a function approximation of the relationship between the gap ratio, pressure, and shear strength of the field is performed. Specifically, fields are related to gap ratio, pressure, and stress. In this case, as a characteristic that the field should have, there is a predetermined relationship among the volume strain, the gap ratio, and the density (FIG. 6), and the log ratio of the field gap ratio and pressure is proportional (FIG. 5). ). Also, pressure and volume strain are not proportional. Since the bulk elastic modulus K is a function of pressure, it can be expressed as a function of density. Therefore, assuming a Poisson's ratio (for example, 0.3), the shear elastic modulus can be determined. FIG. 7 shows the relationship between density and pressure.

以上の関係を用いて、圃場を構成する物質、すなわち土の粒子と間隙を満たす材料の密度から、圃場の密度と間隙比を関係づけた関数を導出し、間隙比の変化と圃場の体積歪みを関係づけた関数を導出する。この圃場に生じる圧力増分は、体積歪みなどを用いた指数関数を採用することができる。そして、体積弾性率やせん断弾性率は、この圧力に応じて決定する関数として導出することができる。せん断強度は、これらの過程で計算される圧力や塑性歪みにより決定される関数として導出することができる。以上の手順により、圃場が有するせん断強度を決定する関数を導出することができる。すなわち、圃場に関して、間隙比や圧力が密度で表されることから、せん断強度と間隙比、圧力の関係は、せん断強度と密度の関係式として、次の関数fによって例えば多項式を用いて近似式で表現することができる。   Using the above relationship, a function that relates the density of the field and the gap ratio is derived from the density of the material that constitutes the field, that is, the soil particles and the material that fills the gap, and the change in the gap ratio and the volume distortion of the field A function that relates to is derived. For the pressure increment generated in the field, an exponential function using volumetric strain or the like can be adopted. The bulk modulus and shear modulus can be derived as a function determined according to this pressure. The shear strength can be derived as a function determined by the pressure and plastic strain calculated in these processes. With the above procedure, a function for determining the shear strength of the field can be derived. In other words, since the gap ratio and pressure are expressed in terms of density with respect to the field, the relationship between the shear strength, the gap ratio, and the pressure is an approximate expression using, for example, a polynomial expression according to the following function f as a relational expression between the shear strength and the density. Can be expressed as

t=f(ρ,e(ρ),P(ρ)) =c+cρ+cρ+・・・・+cρn−1 ・・・(1)
但し、eは間隙比、Pは圧力、ρは密度、nは自然数、である。
t = f (ρ, e (ρ), P (ρ)) = c 1 + c 2 ρ + c 3 ρ 2 +... + c n ρ n−1 (1)
However, e is a gap ratio, P is a pressure, ρ is a density, and n is a natural number.

これによって、土壌などを含む圃場を上記関数式に基づいてモデル化することができる。詳細には、せん断抵抗と貫入抵抗を計算により求め、求めた抵抗値と実測値とが、せん断および貫入とも合うように圃場モデルに用いるパラメータを設定することで、タイヤの圃場性能を予測するに足りる圃場モデルを作成することができる。すなわち、圃場モデルについて、せん断抵抗値や貫入低抗値を多数予め計算しておき、せん断抵抗値や貫入低抗値をもととするデータベース構築することが好ましい。   As a result, a field including soil and the like can be modeled based on the above function formula. Specifically, by calculating the shear resistance and penetration resistance by calculation and setting the parameters used in the field model so that the obtained resistance value and measured value match the shear and penetration, the field performance of the tire is predicted. A sufficient field model can be created. That is, it is preferable to calculate a large number of shear resistance values and penetration resistance values in advance for the field model and to construct a database based on the shear resistance values and penetration resistance values.

次に、圃場における摩擦係数に関する関係を得る技術の一例について説明する。   Next, an example of a technique for obtaining the relationship regarding the friction coefficient in the field will be described.

前述したように、地盤が粗粒土等の圃場の場合、タイヤと粗粒土との間の摩擦の影響が大きくなるため、本実施形態では、タイヤと圃場との間に生じる摩擦の摩擦係数を求め、これを考慮した圃場のトラクション性能を予測する。   As described above, in the case where the ground is a field such as coarse-grained soil, the influence of friction between the tire and the coarse-grained soil is increased. Therefore, in this embodiment, the friction coefficient of friction generated between the tire and the field is large. And predict the traction performance of the field considering this.

摩擦係数は、圧力、水分率、すべり速度、温度等の圃場の状態に依存する。以下、摩擦係数と圃場の状態の依存性について説明する。   The coefficient of friction depends on the field conditions such as pressure, moisture content, sliding speed, and temperature. Hereinafter, the dependency of the friction coefficient and the state of the field will be described.

まず、摩擦係数の圧力依存性について説明する。   First, the pressure dependence of the friction coefficient will be described.

タイヤと接触する地盤が土の場合、圧密によって密度が変化すると同時に、タイヤとの真実接触面積が大きく変化する。ミクロに見れば、タイヤと接触する土粒子の数が変化する。このため、図8に示すように、地盤に加わる圧力(タイヤの接地圧)の大きさがある程度大きくなるまでは摩擦係数が増加すると考えられる。   When the ground in contact with the tire is soil, the density changes due to consolidation, and at the same time, the true contact area with the tire changes greatly. When viewed microscopically, the number of soil particles in contact with the tire changes. Therefore, as shown in FIG. 8, it is considered that the friction coefficient increases until the pressure applied to the ground (tire contact pressure of the tire) increases to some extent.

次に、摩擦係数の水分率依存性について説明する。   Next, the moisture content dependency of the friction coefficient will be described.

タイヤと接触する地盤が比較的水分を含む土の場合、土に含まれる水分を排するのに要する時間と比して変形が高速な場合、大きな圧力が作用すると、土の骨格構造が破壊され、空隙に閉じこめられた水分のみで力を発生するようになる。このとき、大きな圧力が発生するものの、水分はせん断剛性をほとんど持たないため、せん断強度が低下する。さらに湧き出た水の潤滑作用により、タイヤ表面と土粒子との間の摩擦力が低下する。このため、図9に示すように、水分率が高くなるに従って摩擦係数が減少すると考えられる。   If the ground in contact with the tire is soil that contains relatively moisture, if the deformation is faster than the time it takes to drain the moisture contained in the soil, if large pressure is applied, the soil skeleton structure will be destroyed. The force is generated only by the water confined in the gap. At this time, although a large pressure is generated, since the moisture has almost no shear rigidity, the shear strength is lowered. Furthermore, the frictional force between the tire surface and the soil particles decreases due to the lubricating action of the springed water. For this reason, as shown in FIG. 9, it is considered that the friction coefficient decreases as the moisture content increases.

通常、圧力が増加すると間隙率が低下し、これに応じて水分率が増加する。このように、摩擦係数の圧力依存性は水分率依存性とも深い関係があり、初期水分率によっても圧力依存性は変化する。例えば図10に示すように、水分率の低い土と水分率の高い土とでは摩擦係数と圧力との関係が異なる。   Usually, when the pressure increases, the porosity decreases, and the moisture content increases accordingly. Thus, the pressure dependency of the friction coefficient is also closely related to the moisture content dependency, and the pressure dependency changes depending on the initial moisture content. For example, as shown in FIG. 10, the relationship between the coefficient of friction and the pressure is different between soil having a low moisture content and soil having a high moisture content.

次に、摩擦係数のすべり速度依存性について説明する。   Next, the sliding speed dependence of the friction coefficient will be described.

タイヤと接触する地盤が土の場合、すべり速度(地盤とタイヤとの相対速度)の影響も無視できない。例えばトレッドパターンのないタイヤであっても、地盤とタイヤとの摩擦によって発生するトラクションは例えばスリップ率(若しくはすべりせん断距離)の増加に応じて増加し、その後一定値を保持する。図11に示すように、初期状態が疎につまった土の場合、タイヤとの摩擦によるせん断作用を受けることで粒子が再密充填され、接触面積増加に伴い摩擦力が増加し、ある程度粒子が充填されと真実接触面積の増加もなくなるため、摩擦係数は一定となる。一方、初期状態が密につまった土の場合、せん断初期においてはダイレーション(せん断変形に伴う体積増加)による体積増加が付随して発生するため、圧力の変化も伴う現象となる。なお、図11に示す密な土の場合の摩擦係数のピーク部分は、ダイレーションによる体積増加に伴う圧力増加を表わしている。   When the ground in contact with the tire is soil, the influence of the sliding speed (relative speed between the ground and the tire) cannot be ignored. For example, even for a tire without a tread pattern, the traction generated by friction between the ground and the tire increases, for example, according to an increase in slip ratio (or slip shear distance), and then maintains a constant value. As shown in FIG. 11, in the case of soil with a sparse initial state, particles are re-packed by receiving a shearing action due to friction with the tire, and the frictional force increases as the contact area increases. Since the true contact area does not increase when filled, the friction coefficient is constant. On the other hand, when the soil is densely packed in the initial state, a volume increase due to dilation (a volume increase due to shear deformation) is accompanied in the initial stage of shearing. In addition, the peak part of the friction coefficient in the case of the dense soil shown in FIG. 11 represents the pressure increase accompanying the volume increase by dilation.

次に、摩擦係数の温度依存性について説明する。   Next, the temperature dependence of the friction coefficient will be described.

例えば砂漠のように、常温に比して温度の高い環境下では、土中の水分が蒸発する際に土(砂)が膨張し、間隙比の高い状態(ふかふかな状態)になる。当然のことながら水分率が低い状態となる。この状態自体は土(砂)の初期状態のモデルで対応するべきであり、温度の影響を考慮する必要がある。   For example, in an environment where the temperature is higher than normal temperature, such as a desert, when the moisture in the soil evaporates, the soil (sand) expands and becomes a state with a high gap ratio (fluffy state). Naturally, the moisture content is low. This state itself should be dealt with by a model of the initial state of the soil (sand), and it is necessary to consider the influence of temperature.

本実施形態では、詳細は後述するが、圧力依存性、水分率依存性、すべり速度依存性、及び温度依存性を考慮した摩擦係数を算出してタイヤに作用する摩擦力を算出し、タイヤ性能としてトラクション性能を予測する。   In this embodiment, although details will be described later, the frictional force acting on the tire is calculated by calculating the friction coefficient in consideration of the pressure dependency, the moisture content dependency, the sliding speed dependency, and the temperature dependency, and the tire performance. Predict traction performance as

上記のような圃場における摩擦係数に関する関係を得る場合、実際に圃場計測を行い、計測結果をデータベース化する。なお、この圃場計測では、例えばトラクション性能の測定対象となる土質材料を所定サイズのブロックにしたブロックサンプルを用いる。   When obtaining the relationship regarding the friction coefficient in the field as described above, the field measurement is actually performed and the measurement result is made into a database. In this field measurement, for example, a block sample in which a soil material to be measured for traction performance is made into a block of a predetermined size is used.

そして、圃場計測では、図8〜11に示したような摩擦係数と圧力との関係、摩擦係数と水分率との関係、摩擦係数とすべり速度との関係、摩擦係数と温度との関係を測定する。また、ここでは、タイヤに接する流体として土などを含む圃場を想定したが、流体としての圃場は、弾塑性体または塑性体を少なくとも含めばよく、例えば、粒子状の氷塊を含む流体や、土や泥、霜化した土や泥を含む流体などの各々や組み合わせでもよい。   In the field measurement, the relationship between the friction coefficient and the pressure, the relationship between the friction coefficient and the moisture content, the relationship between the friction coefficient and the sliding speed, and the relationship between the friction coefficient and the temperature as shown in FIGS. To do. In addition, here, a field including soil or the like is assumed as a fluid in contact with the tire. However, the field as the fluid may include at least an elastoplastic body or a plastic body, for example, a fluid including particulate ice blocks, a soil Each or a combination of mud, mud, frosted soil or fluid containing mud may be used.

そして、計測結果をデータベース化する。これにより、自由に圃場のデータを利用することができる。   Then, the measurement results are made into a database. Thereby, the field data can be freely used.

次に、データベース化した測定データに基づいて、摩擦係数と圧力との関係、摩擦係数と水分率との関係、摩擦係数とすべり速度との関係、摩擦係数と温度との関係を各々関数近似し、これらの関数から圧力、水分率、すべり速度、及び温度が全て考慮された摩擦係数を算出する摩擦関数を設定する。   Next, based on the measurement data stored in the database, a function approximation is performed for the relationship between the friction coefficient and pressure, the relationship between the friction coefficient and moisture content, the relationship between the friction coefficient and sliding velocity, and the relationship between the friction coefficient and temperature. From these functions, a friction function for setting a friction coefficient in consideration of all of pressure, moisture content, sliding speed, and temperature is set.

すなわち、まず測定データに基づいて、圧力Pから摩擦係数を求める関数μ(P)、水分率Wから摩擦係数を求める関数μ(w)、すべり速度Vから摩擦係数を求める関数μ(V)、温度Tから摩擦係数を求める関数μ(T)を各々求める。 That is, based on the measurement data, first, a function μ P (P) for obtaining the friction coefficient from the pressure P, a function μ w (w) for obtaining the friction coefficient from the moisture content W, and a function μ V (for obtaining the friction coefficient from the sliding speed V V) and a function μ T (T) for obtaining a friction coefficient from the temperature T.

そしてに、これらの関数の値から摩擦係数を算出する摩擦関数μ(P,w,V,T)を、次式のように設定する。   Then, a friction function μ (P, w, V, T) for calculating a friction coefficient from the values of these functions is set as follows.

μ(P,w,V,T)=μ×μ(P)×μ(w)×μ(V)×μ(T) ・・・(2)
ここで、μは、圧力、水分率、すべり速度、及び温度について予め定めた基準条件(P、w、V、T)における基準摩擦係数である。
μ (P, w, V, T) = μ 0 × μ P (P) × μ w (w) × μ V (V) × μ T (T) (2)
Here, μ 0 is a reference friction coefficient in reference conditions (P 0 , w 0 , V 0 , T 0 ) determined in advance for pressure, moisture content, sliding speed, and temperature.

なお、各関数μ(P)、μ(w)、μ(V)、μ(T)は、基準摩擦係数μに対して正規化された関数を用いる。すなわち、μ(P)=μ(w)=μ(V)=μ(T)=1である。 Each function μ P (P), μ w (w), μ V (V), and μ T (T) uses a function normalized with respect to the reference friction coefficient μ 0 . That is, μ P (P 0 ) = μ w (w 0 ) = μ V (V 0 ) = μ T (T 0 ) = 1.

また、各関数は、指数関数式、対数関数式、1次式、及び2次以上の多項式による関数式の少なくとも1つで近似した関数式とすることができるが、これらの関数を導出するには測定データの数が不十分である場合には、スプライン関数に代表される補間関数を用いて各関数を導出するようにしてもよい。また、圧力、水分率、すべり速度、及び温度の少なくとも一つのパラメータを考慮しない場合には、そのパラメータの関数については常に1を返す関数としてもよい。これにより、簡単にそのパラメータの影響を無視することができる。   Each function can be a function expression approximated by at least one of an exponential function expression, a logarithmic function expression, a linear expression, and a function expression based on a second or higher order polynomial. When the number of measurement data is insufficient, each function may be derived using an interpolation function represented by a spline function. When at least one parameter of pressure, moisture content, sliding speed, and temperature is not considered, the function of the parameter may be a function that always returns 1. Thereby, the influence of the parameter can be easily ignored.

このように、圃場における摩擦係数は、圧力、水分率、すべり速度、及び温度によって変化するため、これらの関係を関数式で近似して圃場をモデル化すれば、トレッドパターンにより踏み固められた圃場に対して、それぞれの場所で異なる応力等を算出することができる。結果として、圃場とタイヤとの間で発生するトラクション性能を高精度に予測することができる。   In this way, the friction coefficient in the field changes depending on pressure, moisture content, sliding speed, and temperature. Therefore, if the field is modeled by approximating these relationships using a functional equation, the field that is stepped and solidified by the tread pattern In contrast, different stresses and the like can be calculated at each location. As a result, the traction performance generated between the field and the tire can be predicted with high accuracy.

次のステップ102では、タイヤ設計案を数値解析上のモデルに落とし込むため、タイヤモデルを作成する。このタイヤモデルの作成は、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、上記ステップ102で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、圃場(流体)、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。   In the next step 102, a tire model is created in order to drop the tire design proposal into a numerical analysis model. In the present embodiment, the tire model is created by using a finite element method (FEM) as a numerical analysis method. Therefore, the tire model created in step 102 is divided into a plurality of elements by element division corresponding to the finite element method (FEM), for example, mesh division, and the tire is created based on a numerical / analytical method. This is a digitized input data format for computer programs. This element division means dividing an object such as a tire, a field (fluid), and a road surface into several small (finite) small parts. After calculating every small part and calculating all the small parts, the whole response can be obtained by adding all the small parts. Note that a difference method or a finite volume method may be used as a numerical analysis method.

上記ステップ102のタイヤモデルの作成では、タイヤ断面のモデルを作成した後に、パターンをモデル化する。   In the creation of the tire model in step 102, a pattern is modeled after a tire cross-section model is created.

詳細には、まず、タイヤ径方向断面のモデルすなわちタイヤ断面データを作成する。このタイヤ断面データは、タイヤ外形をレーザー形状測定器等で計測し値を採取する。また、タイヤ内部の構造は設計図面および実際のタイヤ断面データ等から正確なものを採取してもよい。タイヤ断面内のゴム、補強材(ベルト、プライ等、鉄・有機繊維等でできた補強コードをシート状に束ねたもの)をそれぞれ有限要素法のモデル化手法に応じてモデル化する(図12(A)参照)。次に、2次元データであるタイヤ断面データ(タイヤ径方向断面のモデル)を周方向に一周分展開し、タイヤの3次元(3D)モデルを作成する(図12(B)、(C)参照)。次に、パターンをモデル化する。このパターンのモデル化は、「パターンの一部または全部を別個にモデル化し、上記タイヤモデルにトレッド部分として貼りつける」こと、「タイヤ断面データを周方向に展開する際にリブ・ラグ成分を考慮してパターンを作成する」ことの何れかで行うことができる。図13には、パターンを含む3次元タイヤモデルを示した。   Specifically, first, a tire radial section model, that is, tire section data is created. The tire cross-section data is obtained by measuring the tire outer shape with a laser shape measuring instrument or the like. Further, an accurate internal structure of the tire may be collected from a design drawing and actual tire cross-section data. The rubber and the reinforcing material in the tire cross section (belt, ply, etc., which is a bundle of reinforcing cords made of iron / organic fibers, etc.) are modeled according to the modeling method of the finite element method, respectively (FIG. 12). (See (A)). Next, the tire cross-section data (the tire radial cross-section model), which is two-dimensional data, is developed by one turn in the circumferential direction to create a three-dimensional (3D) model of the tire (see FIGS. 12B and 12C). ). Next, the pattern is modeled. This pattern is modeled by “modeling part or all of the pattern separately and pasting it as a tread part on the tire model”, “considering rib and lug components when developing tire cross-section data in the circumferential direction. To create a pattern ". FIG. 13 shows a three-dimensional tire model including a pattern.

上記のようにしてタイヤモデルを作成した後には、図1のステップ104へ進み、圃場モデルを作成する。この圃場モデルは、土などの土壌を含む流体である。圃場モデルの作成は、タイヤの一部(または全部)および接地面、タイヤが移動・変形する領域を含む圃場(流体領域)を分割し、モデル化するものである。詳細には、圃場を複数の単一の材料モデルからなる層を積層して構成する。この各々の層である材料モデルは、上述のように、圃場の間隙比(又は密度)、圧力、せん断強度の関係が指数関数や対数関数、そして多項式を組み合わせて関数化されており、さらに実測した貫入試験やせん断試験により決定されたパラメータとして定められる。   After creating the tire model as described above, the process proceeds to step 104 in FIG. 1 to create an agricultural field model. This field model is a fluid containing soil such as soil. The creation of the field model is to divide and model a part (or all) of a tire, a ground contact surface, and a field (fluid region) including a region where the tire moves and deforms. Specifically, the field is configured by laminating layers composed of a plurality of single material models. As described above, the material model of each layer is a function of the relationship between the field gap ratio (or density), pressure, and shear strength combined with exponential functions, logarithmic functions, and polynomials. It is determined as a parameter determined by the penetration test and shear test.

このようにして、圃場モデルの作成が終了すると、路面モデルの作成と共に路面状態の入力をすることで、評価可能な環境構築を終了する。ここでは、圃場として畑などにおける土壌を想定するため、路面のモデル化は特に必要はない。   In this way, when the creation of the agricultural field model is completed, the environment construction that can be evaluated is completed by inputting the road surface state together with the creation of the road surface model. Here, since soil in a field or the like is assumed as an agricultural field, road surface modeling is not particularly necessary.

次のステップ108では、境界条件の設定がなされる。すなわち、タイヤモデルの一部は圃場モデルの一部に介在することになるので、圃場モデルおよびタイヤモデルに解析上の境界条件を与えてタイヤおよび圃場の挙動をシミュレートする必要がある。この手順は、タイヤ転動時とタイヤ非転動時の場合で異なる場合があるので、入力等によりタイヤ転動時とタイヤ非転動時の選択を行えばよい。   In the next step 108, boundary conditions are set. That is, since a part of the tire model is interposed in a part of the field model, it is necessary to simulate the behavior of the tire and the field by giving an analytical boundary condition to the field model and the tire model. Since this procedure may be different between when the tire is rolling and when the tire is not rolling, it is only necessary to select whether the tire is rolling or when the tire is not rolling by input or the like.

ステップ108における、タイヤ転動時における境界条件の設定では、まず、圃場モデル(流体領域)に流入・流出に関する境界条件を与える。この流入・流出に関する境界条件は、圃場モデル(流体領域)の上面は自由に土や泥などの流体が流出し、その他の前面、後面、側面、下面は壁(流入・流出なし)として扱う。次に、タイヤモデルには内圧を与え、次に、タイヤモデルに回転変位及び直進変位(変位は力、速度でも良い)の少なくとも一方と、予め定めた負荷荷重とを与える。   In setting the boundary conditions at the time of tire rolling in step 108, first, boundary conditions relating to inflow / outflow are given to the field model (fluid region). In this boundary condition for inflow / outflow, fluid such as soil and mud flows out freely on the upper surface of the field model (fluid region), and other front, rear, side, and lower surfaces are treated as walls (no inflow / outflow). Next, internal pressure is applied to the tire model, and then, at least one of rotational displacement and linear displacement (displacement may be force or speed) and a predetermined load load are applied to the tire model.

また、ステップ108における、タイヤ非転動時における境界条件の設定では、まず、流体モデルに流入・流出に関する境界条件を与える。ここでは、解析を定常状態で行うため、タイヤモデルは進行方向に静止し、圃場の材料である土や泥などが進行速度でタイヤモデルに向かって移動するモデルを考える。すなわち、圃場モデル(流体領域)内の土や泥などの流体に流速を与える。流入・流出に関する境界条件は流体モデル(流体領域)の前面は進行速度で流入、後面は流出とし、上面、側面、下面は転動時と同様である。そして、タイヤモデルには内圧を与えてタイヤモデルに負荷荷重を与える。   In step 108, when the boundary condition is set when the tire is not rolling, first, boundary conditions relating to inflow / outflow are given to the fluid model. Here, since the analysis is performed in a steady state, the tire model is stationary in the traveling direction, and a model in which soil, mud, or the like, which is a field material, moves toward the tire model at a traveling speed is considered. That is, the flow velocity is given to fluid such as soil and mud in the field model (fluid region). The boundary conditions related to inflow / outflow are that the front surface of the fluid model (fluid region) flows in at an advancing speed, the rear surface is outflow, and the upper surface, side surface, and lower surface are the same as when rolling. An internal pressure is applied to the tire model to apply a load to the tire model.

次のステップ110ではタイヤモデルの変形計算を行い、次のステップ112では圃場モデルの変形計算を行う。これらタイヤモデル及び圃場モデルの変形について定常な状態を得るために、タイヤモデルの変形計算及び圃場モデルの変形計算をそれぞれ所定時間(例えば1msec)以内で単独計算を行い、一定時間(例えば1msec)毎に両者の境界条件を更新する。   In the next step 110, deformation calculation of the tire model is performed, and in the next step 112, deformation calculation of the field model is performed. In order to obtain a steady state for the deformation of the tire model and the field model, the deformation calculation of the tire model and the deformation calculation of the field model are each performed within a predetermined time (for example, 1 msec), and are performed every fixed time (for example, 1 msec). The boundary conditions between the two are updated.

(タイヤモデルの変形計算)
タイヤモデルおよび与えた境界条件より、有限要素法に基づいてタイヤモデルの変形計算を行う。過渡的な状態を得るために、経過時間(単独経過時間)が1msec以下の間はタイヤモデルの変形計算を繰り返し、1msec経過したら次の計算(流体)に移る。
(Tire model deformation calculation)
Based on the tire model and the given boundary conditions, deformation calculation of the tire model is performed based on the finite element method. In order to obtain a transient state, the tire model deformation calculation is repeated while the elapsed time (single elapsed time) is 1 msec or less, and after 1 msec, the next calculation (fluid) is started.

(圃場モデルの変形計算)
流体モデル及び与えた境界条件より、有限要素法または有限体積法に基づいて流体計算を行う。過渡的な状態を得るために、経過時間(単独経過時間)が1msec以下の間は流体計算を繰り返し、1msec経過したら次の計算(タイヤモデルの変形)に移る。なお、詳細は後述するが、弾塑性体として流体を想定しており、流体に生じる応力からタイヤモデルに作用する応力分布を求めることができる。
(Deformation calculation of field model)
Based on the fluid model and given boundary conditions, fluid calculation is performed based on the finite element method or the finite volume method. In order to obtain a transient state, fluid calculation is repeated while the elapsed time (single elapsed time) is 1 msec or less, and when 1 msec elapses, the next calculation (deformation of the tire model) is started. In addition, although mentioned later for details, the fluid is assumed as an elastic-plastic body, and the stress distribution which acts on a tire model can be calculated | required from the stress which arises in a fluid.

圃場モデルの変形計算では、図14に示す応力計算処理が実行される。まず、ステップ319で、圃場モデルの各要素について、流体要素への流入および流出質量の関係から密度変化を求め、現在の密度を求める。ステップ320で、密度から圧力を求める。次のステップ322において、密度または先に求めた圧力から体積弾性係数を求める。次のステップ324において、先に求めた体積弾性係数とポアソン比からせん断弾性係数を求める。次のステップ325において、この流体要素近傍の流速差から偏差歪みが求まり、次のステップ326では、これまでに求めたせん断弾性係数と偏差歪みを用いて偏差応力を求めて、次のステップ328において、これまで求めた圧力と偏差応力から応力を求める。   In the deformation calculation of the field model, the stress calculation process shown in FIG. 14 is executed. First, in step 319, for each element of the field model, the density change is obtained from the relationship between the inflow and outflow masses to the fluid element, and the current density is obtained. In step 320, the pressure is determined from the density. In the next step 322, the bulk modulus is determined from the density or the previously determined pressure. In the next step 324, a shear elastic modulus is obtained from the previously obtained bulk elastic modulus and Poisson's ratio. In the next step 325, the deviation strain is obtained from the flow velocity difference in the vicinity of the fluid element, and in the next step 326, the deviation stress is obtained using the shear elastic modulus and deviation strain obtained so far, and in the next step 328, The stress is obtained from the pressure and the deviation stress obtained so far.

なお、タイヤモデルの変形計算と圃場モデルの変形計算はどちらを先に計算しても良いし、また並行して計算しても良い。また、これらの変形計算では、経過時間(単独経過時間)を1msecに限定するものではなく、10msec以下の経過時間を採用することができ、好ましくは1msec以下であり、更に好ましくは1μ・sec以下の経過時間を採用することができる。また、この経過時間は、各々で異なる時間を定めても良い。   Note that either the tire model deformation calculation or the field model deformation calculation may be performed first or in parallel. In these deformation calculations, the elapsed time (single elapsed time) is not limited to 1 msec, and an elapsed time of 10 msec or less can be employed, preferably 1 msec or less, more preferably 1 μ · sec or less. The elapsed time can be adopted. Also, this elapsed time may be set to a different time.

次のステップ114では、タイヤ表面における圃場の圧力P、水分率w、すべり速度V、及び温度Tを予め定めた方法(演算式等)により求める。   In the next step 114, the field pressure P, moisture content w, sliding speed V, and temperature T on the tire surface are obtained by a predetermined method (such as an arithmetic expression).

これらは、地盤モデル(本実施形態においては一例としての圃場モデル)で用いる地盤材料の構成則(材料モデル)に依存する。通常の地盤モデルの変形解析では、速度、圧力、及びせん断応力を使用し、タイヤ表面での圧力は、タイヤと接する地盤モデルの要素(地盤要素)の値を用いることができる。タイヤモデルの要素(タイヤ要素)の大きさと地盤要素の大きさが異なる場合(通常は地盤要素の方が小さい)、圧力Pは、次式で示すようにタイヤ要素と接する複数の地盤要素の圧力の平均値を用いる。   These depend on the constitutive law (material model) of the ground material used in the ground model (a field model as an example in the present embodiment). In the deformation analysis of a normal ground model, speed, pressure, and shear stress are used, and the value of the ground model element (ground element) in contact with the tire can be used as the pressure on the tire surface. When the size of the tire model element (tire element) and the size of the ground element are different (usually the ground element is smaller), the pressure P is the pressure of a plurality of ground elements in contact with the tire element as shown by the following equation: The average value of is used.

Figure 0004486105
ここで、Stireは地盤要素と接するタイヤ要素の面積であり、S(iは添え字)はタイヤ要素と接する各地盤要素の面積であり、Psoilは各地盤要素の圧力である。
Figure 0004486105
Here, S tire is the area of the tire element in contact with the ground element, S i (i is a subscript) is the area of the local element in contact with the tire element, and Psoil is the pressure of the local element.

すべり速度Vは、タイヤの速度Vtireと地盤要素の流速Vsoilとの相対速度であり、次式で表わされる。 The sliding speed V is a relative speed between the tire speed V tire and the ground element flow velocity Vsoil, and is expressed by the following equation.

V=Vsoil−Vtire ・・・(4)
なお、タイヤ要素と地盤要素とのサイズの違いを解消したい場合、地盤要素の流速の平均値を用いた次式によりすべり速度Vを求めても良い。
V = V soil −V tire (4)
In addition, when it is desired to eliminate the difference in size between the tire element and the ground element, the sliding speed V may be obtained by the following formula using the average value of the flow velocity of the ground element.

Figure 0004486105
なお、すべり速度Vについても、上記(3)式のように面積により重みをかけた(積分した)すべり速度を求めるようにしてもよい。これにより、より正確なすべり速度を得ることができる。
Figure 0004486105
As for the sliding speed V, the sliding speed weighted (integrated) by the area may be obtained as in the above equation (3). Thereby, a more accurate sliding speed can be obtained.

水分率w、温度Tについても、例えば地盤モデルの変形解析において所定の演算式等を用いて解析データとして直接取得することができる。   The moisture content w and temperature T can also be directly acquired as analysis data using a predetermined arithmetic expression or the like in the deformation analysis of the ground model, for example.

ステップ116では、まずステップ114で求めた圧力P、水分率w、すべり速度V、及び温度Tに対応する摩擦係数μを上記(2)式により求める。そして、摩擦係数μに圧力Pを乗算することにより、摩擦力Pμを算出する。   In step 116, first, the friction coefficient μ corresponding to the pressure P, the moisture content w, the sliding speed V, and the temperature T obtained in step 114 is obtained by the above equation (2). Then, the frictional force Pμ is calculated by multiplying the friction coefficient μ by the pressure P.

なお、圃場として用いる土の構成則によっては、水分率や温度を求めることができない場合がある。このような場合には、水分率についてはまず土の密度を予め定めた方法(演算式等)により算出し、その密度から予め定めた方法(演算式等)により水分率を算出(推定)するようにしてもよい。また、温度については、タイヤの走行前後での温度変化は小さいため、外部の雰囲気温度から変化しないと考えて良い場合には、温度を求める関数μ(T)の出力値を1として、温度の影響を無視するようにしてもよい。 Note that the moisture content and temperature may not be obtained depending on the constitutive law of the soil used as the field. In such a case, the moisture content is first calculated by a predetermined method (arithmetic equation or the like) of the soil density, and the moisture content is calculated (estimated) from the density by a predetermined method (arithmetic equation or the like). You may do it. As for the temperature, since the temperature change before and after running the tire is small, if it can be considered that the temperature does not change from the external ambient temperature, the output value of the function μ T (T) for obtaining the temperature is set to 1, and the temperature You may make it ignore the influence of.

地盤モデルの変形解析において水分率w、間隙比e、温度Tを変形解析の解析データから直接取得しない場合、例えば以下のようにして密度からこれらを推定することができる。   When the moisture content w, the gap ratio e, and the temperature T are not directly acquired from the analysis data of the deformation analysis in the deformation analysis of the ground model, these can be estimated from the density as follows, for example.

まず、各地盤要素において、初期状態における土粒子の体積v、水分の体積v、空気の体積vの体積比率v:v:vを予め設定しておく。なお地盤要素の体積vはv+v+vである。 First, in the ground element, the volume v s of soil particles in the initial state, the water volume v w, the volume ratio of the volume v a of the air v s: v w: v preset the a. The volume v of the ground element is a v s + v w + v a .

地盤要素の体積変形が、すべて空気部分で発生していると仮定すると、密度ρの変化と体積の変化とを関係付けることができる。例えば体積ひずみεは次式で表わされる。 Assuming that all the volume deformation of the ground element occurs in the air portion, the change in density ρ and the change in volume can be related. For example, the volume strain ε k is expressed by the following equation.

Figure 0004486105
ここで、ρrefは参照密度を表わし、通常は初期密度と一致する。
Figure 0004486105
Here, ρ ref represents the reference density and usually coincides with the initial density.

また、間隙比eは次式で表わされる。   Further, the gap ratio e is expressed by the following equation.

Figure 0004486105
従って、間隙比の変化は次式で表わされる。
Figure 0004486105
Therefore, the change in the gap ratio is expressed by the following equation.

Figure 0004486105
ここで、上付き0の値は初期状態での値を表わす。また、体積変化は空気部分でのみ発生していると仮定しているので、以下のようになる。
Figure 0004486105
Here, the value of superscript 0 represents the value in the initial state. Further, since it is assumed that the volume change occurs only in the air portion, the following is obtained.

Figure 0004486105
従って、上記(8)式における間隙比の変化は、次式で表わされる。
Figure 0004486105
Therefore, the change in the gap ratio in the above equation (8) is expressed by the following equation.

Figure 0004486105
また、水分率に代えて空隙中(=v+v)に水分がどれだけ占めているかを示す飽和度sを用いることもできる。この飽和度sは次式で表わされる。
Figure 0004486105
It is also possible to use a saturation s r indicating whether moisture in voids instead of moisture content (= v w + v a) occupies much. This saturation s r is expressed by the following equation.

Figure 0004486105
これを用いた飽和度の変化は次式で表わされる。
Figure 0004486105
The change of the saturation using this is expressed by the following equation.

Figure 0004486105
上記(8)式、(12)式と同様に、飽和度の変化は結局次式で表わされる。
Figure 0004486105
Similar to the above equations (8) and (12), the change in saturation is eventually expressed by the following equation.

Figure 0004486105
次のステップ118では、タイヤモデル及び圃場モデルを連成させるため、タイヤモデルの変形に応じて圃場モデルの境界面を認識し、境界条件を更新させ、次のステップ119においてタイヤモデルに表面圧を付加する。このとき、ステップ116で算出した摩擦力Pμを加える。
Figure 0004486105
In the next step 118, in order to couple the tire model and the field model, the boundary surface of the field model is recognized according to the deformation of the tire model, the boundary condition is updated, and the surface pressure is applied to the tire model in the next step 119. Append. At this time, the frictional force Pμ calculated in step 116 is added.

すなわち、ステップ118の境界条件更新の後に、ステップ119で上記圃場モデルの変形計算で計算した圧力にステップ116で算出した摩擦力Pμを加えた圧力をタイヤモデルの境界条件(表面力)として当該タイヤモデルに付加し、圧力によるタイヤモデルの変形を次のタイヤモデルの変形計算で計算させるようにする。圃場側は変形後のタイヤモデルの表面形状を新たな壁として境界条件に取り入れ、タイヤモデル側は圃場の圧力及び摩擦力をタイヤモデルにかかる表面力として境界条件に取り入れる。これを1msecごとに繰り返すことにより、タイヤ性能予測に関わるタイヤモデル及び圃場モデルの変形について定常な状態を擬似的に作り出すことができる。なお、上記では境界条件に取り入れる繰り返しの時間(単独経過時間)を1msecに定めたが、10msec以下の時間を採用することができ、好ましくは1msec以下であり、更に好ましくは1μ・sec以下の時間を採用することができる。   That is, after the boundary condition update in step 118, the tire model boundary condition (surface force) is obtained by adding the frictional force Pμ calculated in step 116 to the pressure calculated in the deformation calculation of the field model in step 119. It is added to the model, and the deformation of the tire model due to pressure is calculated by the deformation calculation of the next tire model. The field side incorporates the surface shape of the tire model after deformation into the boundary condition as a new wall, and the tire model side incorporates the pressure and frictional force of the field into the boundary condition as surface forces applied to the tire model. By repeating this every 1 msec, a steady state can be created in a pseudo manner for the deformation of the tire model and the field model related to the tire performance prediction. In the above, the repetition time (single elapsed time) taken into the boundary condition is set to 1 msec, but a time of 10 msec or less can be adopted, preferably 1 msec or less, more preferably 1 μ · sec or less. Can be adopted.

次のステップ120では、計算終了か否かを判断し、ステップ120で肯定されるとステップ122へ進み、ステップ120で否定されると、ステップ110へ戻り、再度タイヤモデルの変形計算および圃場モデルの変形計算それぞれ単独の計算を1msecずつ行う。なお、具体的な判断方法としては、次の例がある。   In the next step 120, it is determined whether or not the calculation is completed. If the result in step 120 is affirmative, the process proceeds to step 122. If the result in step 120 is negative, the process returns to step 110, and the tire model deformation calculation and the field model are performed again. Each of the deformation calculations is performed for 1 msec. In addition, as a specific determination method, there are the following examples.

タイヤモデルが、非転動モデル、全周パターン付転動モデルの場合には、対象とする物理量(圃場からの反力、圧力、流速等)が定常状態とみなせる(以前に計算した物理量と同じとみなせる状態)まで繰り返し計算し、計算が終了した場合には肯定判断とする。または、タイヤモデルの変形が定常状態とみなせるようになるまで繰り返す。さらに、所定時間になったら終了させることも可能である。この場合の所定時間は好ましくは100msec以上、さらに好ましくは300msec以上である。   If the tire model is a non-rolling model or a rolling model with an all-round pattern, the target physical quantity (reaction force from the field, pressure, flow velocity, etc.) can be regarded as a steady state (same as the physical quantity calculated previously) Calculation is repeated until the calculation is completed, and an affirmative determination is made. Or, it is repeated until the deformation of the tire model can be regarded as a steady state. Furthermore, it is also possible to end the process when a predetermined time is reached. The predetermined time in this case is preferably 100 msec or more, more preferably 300 msec or more.

タイヤモデルが、転動モデル、パターンを一部のみモデル化した場合には、解析対象となるパターン部分の変形が終了するまで繰り返し計算し、計算終了とした場合には肯定判断とする。パターン部分の変形とは、転動によりパターン部分が路面モデルに接触後に路面モデルから離れるまでの間、または沈下量の変動が微小となる圃場モデルの材料モデルの層に到達後にそこから離間するまでの間、もしくは圃場モデルに接触後に予め定めた沈下量に達するまでの間の変形を指す。このパターン部分の変形は、タイヤが1回転以上転動した後に前記各モデルに接触するときからを対象としてもよい。さらに、所定時間になったら終了させることも可能である。この場合の所定時間は好ましくは100msec以上、さらに好ましくは300msec以上である。   When the tire model models only a part of the rolling model and the pattern, the calculation is repeated until the deformation of the pattern portion to be analyzed is completed. Deformation of the pattern part means that the pattern part comes into contact with the road surface model due to rolling until it leaves the road surface model, or until it reaches the layer of the material model of the field model where the variation in subsidence is small, and then moves away from it Or deformation until reaching a predetermined amount of settlement after touching the field model. The deformation of the pattern portion may be performed from the time when the tire contacts one of the models after rolling for one or more rotations. Furthermore, it is also possible to end the process when a predetermined time is reached. The predetermined time in this case is preferably 100 msec or more, more preferably 300 msec or more.

なお、タイヤモデルと圃場モデルを一部重ねて定義すると計算モデル作成の手間を大幅に減らすことができる。またタイヤモデルに一部隠れる要素を2分することによって初期のメッシュを大きく取ることができ、土などの材料要素が増えて計算時間が増大することを防ぐことができ、性能予測を効率的に行える。   In addition, if the tire model and the field model are partially overlapped and defined, the labor for creating the calculation model can be greatly reduced. In addition, by dividing the elements that are partially hidden in the tire model, the initial mesh can be made larger, and it is possible to prevent the calculation time from increasing due to the increase in material elements such as soil, thereby efficiently predicting performance. Yes.

以上のようにして、タイヤモデルの変形計算及び圃場モデルの変形計算、タイヤと圃場との間に発生する摩擦力の計算、そして両モデルの連成のための境界条件変更及び境界条件(表面力)の付加を行った後、変更した境界条件で計算を行う。これを繰り返し、計算が終了した場合には、ステップ120で肯定され、ステップ122へ進み、計算結果を予測結果として出力し、予測結果の評価を行う。なお、繰り返し計算中に、その時点における計算結果を出力し、その出力について評価したり、逐次評価したりしてもよい。すなわち、計算中に出力・評価してもよい。   As described above, the tire model deformation calculation and the field model deformation calculation, the friction force generated between the tire and the field, and the boundary condition change and boundary condition (surface force ) Is added, and calculation is performed with the changed boundary condition. When this is repeated and the calculation is completed, the result is affirmative in step 120, the process proceeds to step 122, the calculation result is output as the prediction result, and the prediction result is evaluated. In addition, during the repeated calculation, the calculation result at that time may be output, and the output may be evaluated or sequentially evaluated. In other words, output and evaluation may be performed during the calculation.

予測結果としてせん断応力が求まる場合、せん断応力は積分することによってトラクションが求まるので、結果として求まるせん断応力を積分し、トラクションを求めて予測結果とすることができる。   When the shear stress is obtained as a prediction result, the traction is obtained by integrating the shear stress. Therefore, the shear stress obtained as a result can be integrated, and the traction can be obtained to obtain the prediction result.

本実施形態では、タイヤと圃場との間の摩擦係数を求めて摩擦力を計算し、これをタイヤモデルの境界条件として与えるので、粗粒土等の圃場におけるトラクション性能を高精度に予測することができる。また、摩擦係数は、圧力や水分率等の各種依存性が考慮された値となるため、摩擦係数を単純に一定とした場合と比較してトラクション性能等を高精度に予測することができる。   In this embodiment, the friction coefficient between the tire and the field is obtained and the frictional force is calculated and given as a boundary condition of the tire model, so that the traction performance in the field such as coarse-grained soil can be predicted with high accuracy. Can do. Further, since the friction coefficient takes into account various dependencies such as pressure and moisture content, the traction performance and the like can be predicted with higher accuracy than when the friction coefficient is simply fixed.

また、予測結果の出力は、せん断応力、圧力、エネルギー、トラクション、摩擦係数、摩擦力等の値もしくは分布を採用することができる。予測結果の出力の具体的な一例として、圧力の出力と可視化、及び応力分布の出力と可視化がある。また、評価は、トラクションが許容値であるかなどの評価や、主観評価(全体的に、スムーズに流れているか、流れの方向による乱れの判断等)、圧力・エネルギーが局所的に上昇していないか等を採用することができる。また、パターンの場合、溝内移動を採用することもできる。また、タイヤモデルの場合、タイヤが回転することにより、タイヤが土や泥等の流体を挟み込み、前方に押し出す量が多いか等を採用することができる。この予測結果の評価は、予測結果の出力値や出力値の分布を用いて、予め定めた許容値や許容特性を各出力値や出力値の分布にどの程度適合するかを数値的に表現することによって、評価値を定めることができる。   As the output of the prediction result, values or distributions of shear stress, pressure, energy, traction, friction coefficient, friction force, etc. can be adopted. Specific examples of the output of the prediction result include pressure output and visualization, and stress distribution output and visualization. In addition, the evaluation includes an evaluation of whether the traction is an acceptable value, a subjective evaluation (whether it is flowing smoothly, judgment of turbulence depending on the direction of flow, etc.), and pressure / energy is rising locally. Or not. In the case of a pattern, movement in the groove can also be adopted. Further, in the case of a tire model, it is possible to adopt whether the tire rotates and the tire inserts fluid such as soil or mud and pushes it forward. This evaluation of the prediction result is numerically expressed by using the output value of the prediction result and the distribution of the output value, and how well the predetermined allowable value and the allowable characteristic are adapted to each output value and the distribution of the output value. Thus, an evaluation value can be determined.

次に、ステップ124では、上記予測結果の評価から、予測性能が良好であるか否かを判断する。このステップ124の判断は、キーボードによる入力によってなされてもよくまた、上記評価値に、許容範囲を予め定めておき、予測結果の評価値が許容範囲内に存在するときに、予測性能が良好であると判断するようにしてもよい。   Next, in step 124, it is determined from the evaluation of the prediction result whether or not the prediction performance is good. The determination in step 124 may be made by keyboard input, and when the allowable range is set in advance in the evaluation value and the evaluation value of the prediction result is within the allowable range, the prediction performance is good. You may make it judge that there exists.

予測性能の評価の結果、目標性能に対して不十分であるときは、ステップ124で否定され、次のステップ134において設計案を変更(修正)してステップ102へ戻りこれまでの処理をやり直す。一方、性能が十分であるときは、ステップ124で肯定され、次のステップ126において、上記ステップ100で設定した設計案のタイヤを製造し、その製造したタイヤについて次のステップ128において性能評価を行う。ステップ128の性能評価の結果が満足のいく性能(良好な性能)であるときは、ステップ130で肯定され、次のステップ132において、上記ステップ100またはステップ134で修正した設計案を良好な性能のものとして採用し、本ルーチンを終了する。ステップ132の設計案の採用は、その設計案が良好な性能であることを出力(表示したり、印刷したり)すると共に、その設計案のデータを記憶する。   As a result of the evaluation of the predicted performance, if the target performance is insufficient, the result is negative in step 124, the design plan is changed (corrected) in the next step 134, the process returns to step 102, and the processing so far is repeated. On the other hand, if the performance is sufficient, an affirmative decision is made in step 124. In the next step 126, a tire having the design plan set in step 100 is manufactured, and performance evaluation is performed on the manufactured tire in the next step 128. . When the result of the performance evaluation in step 128 is satisfactory performance (good performance), the result in step 130 is affirmed, and in the next step 132, the design proposal modified in step 100 or step 134 is improved. Adopt as a thing and end this routine. The adoption of the design plan in step 132 outputs (displays or prints) that the design plan has good performance, and stores the data of the design plan.

なお、上記の実施の形態では、1つの設計案についてタイヤ性能予測及び評価を設計案を修正しながら繰り返し、採用する設計案を求めた場合を説明したが、複数の設計案から採用する設計案を求めても良い。例えば、複数の設計案について、各々タイヤ性能予測及び評価して、各々の評価結果のうち最良の設計案を選択すればよい。また、選択した最良の設計案について、上記実施の形態を実行することによって、さらに最良の設計案を求めることができる。   In the above embodiment, a case has been described in which tire performance prediction and evaluation for one design plan are repeated while correcting the design plan, and a design plan to be adopted is obtained. However, a design plan to be adopted from a plurality of design plans is described. You may ask for. For example, tire performance prediction and evaluation may be performed for a plurality of design plans, and the best design plan may be selected from each evaluation result. Further, the best design plan can be obtained by executing the above embodiment for the selected best design plan.

次に、本発明の実施例を詳細に説明する。なお、本実施例は、ラジアルタイヤの性能予測に本発明を適用したものである。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail. In this embodiment, the present invention is applied to performance prediction of a radial tire.

タイヤの規格として、荷重は標準荷重であり、標準荷重とは、下記規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重(最大負荷能力)のことである。このときの内圧は下記規格に記載されている適用サイズにおける単輪の最大荷重(最大負荷能力)に対応する空気圧のことである。また、リムは下記規格に記載されている適用サイズにおける標準リム(または、"Approved Rim"、"Recommended Rim" )のことである。そして、規格とは、タイヤが生産又は使用される地域に有効な産業規格によって決められている。例えば、アメリカ合衆国では "The Tire and Rim Association Inc. の Year Book" で、欧州では"The European Tire and Rim Technical Organization の Standards Manual"で、日本では日本自動車タイヤ協会の"JATMA Year Book"にて規定されている。   As a tire standard, the load is a standard load, and the standard load is a maximum load (maximum load capacity) of a single wheel in an application size described in the following standard. The internal pressure at this time is the air pressure corresponding to the maximum load (maximum load capacity) of the single wheel in the applicable size described in the following standard. The rim is a standard rim (or “Approved Rim” or “Recommended Rim”) in an applicable size described in the following standard. The standard is determined by an industrial standard effective in the region where the tire is produced or used. For example, in the United States, "The Tire and Rim Association Inc. Year Book", in Europe "The European Tire and Rim Technical Organization Standards Manual", and in Japan, the Japan Automobile Tire Association "JATMA Year Book". ing.

このタイヤをもとに性能予測のためのモデル化を行った後にタイヤモデルの性能予測を行い、予測結果、実測結果を合わせて示した。   After modeling for performance prediction based on this tire, performance prediction of the tire model was performed, and the prediction results and actual measurement results were shown together.

本実施例としてモデル化・試作したタイヤは、タイヤサイズは195/65R15であり、トレッドパターンはサイプなしの構造とした。   The tire modeled and prototyped as this example has a tire size of 195 / 65R15, and the tread pattern has a structure without sipes.

モデル化は、タイヤの外面形状をレーザー形状測定器で測定し、設計図面、実際のタイヤの断面データよりタイヤ断面モデルを作成し、周方向に展開してタイヤ3Dモデル(数値モデル)を作成した。トレッドパターンは設計図面に基づき3Dモデルを作成し、タイヤ3Dモデルにトレッド部として貼り付けた。トレッドパターンとしては、図15(A)に示すような「スムース」(パターン無し)、同図(B)に示すような「パターンA」、同図(C)に示すような「パターンB」についてモデルを作成した。   Modeling was done by measuring the outer shape of the tire with a laser profilometer, creating a tire cross-section model from the design drawings and actual tire cross-section data, and developing the tire 3D model (numerical model) in the circumferential direction. . For the tread pattern, a 3D model was created based on the design drawing, and was attached to the tire 3D model as a tread portion. As the tread pattern, “smooth” (no pattern) as shown in FIG. 15A, “pattern A” as shown in FIG. 15B, and “pattern B” as shown in FIG. A model was created.

性能評価試験では、上記のタイヤを6J−15のリムに内圧200kPaで組み付け、室内牽引力測定により、スリップ率30%で走行した際の牽引力を測定した。測定結果を以下に示す。   In the performance evaluation test, the above tire was assembled to a rim of 6J-15 at an internal pressure of 200 kPa, and the traction force when traveling at a slip rate of 30% was measured by measuring the indoor traction force. The measurement results are shown below.

Figure 0004486105
ここで、「従来法」とは、上記特許文献2記載の方法である。
Figure 0004486105
Here, the “conventional method” is the method described in Patent Document 2.

上記表から理解されるように、従来法では摩擦力を考慮していないため、スムースタイヤにおけるトラクションを予測できていないのに対し、本発明ではトラクションを精度良く予測できている。また、本発明では「パターンA」と「パターンB」との間におけるトラクションの差も精度良く予測できており、絶対値も実測値に近くなっているのが判る。   As understood from the above table, since the friction force is not considered in the conventional method, the traction in the smooth tire cannot be predicted, whereas the traction can be accurately predicted in the present invention. In the present invention, the difference in traction between “Pattern A” and “Pattern B” can be predicted with high accuracy, and it can be seen that the absolute value is close to the actually measured value.

このことから本性能予測は設計案の性能予測に有効であり、設計・製造・性能評価のタイヤ開発サイクルの一部を数値解析で置き換えることが可能である。これを活用することによって、タイヤ開発の効率化を行なえることが理解される。   Therefore, this performance prediction is effective for the performance prediction of the design plan, and it is possible to replace a part of the tire development cycle of design / manufacturing / performance evaluation with numerical analysis. It is understood that the efficiency of tire development can be improved by utilizing this.

本実施の形態にかかり、タイヤの性能予測評価プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the performance prediction evaluation program concerning a tire concerning this Embodiment. 本発明の実施の形態にかかる、タイヤ性能予測方法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。It is the schematic of the personal computer for enforcing the tire performance prediction method concerning embodiment of this invention. 貫入抵抗値の測定結果として、圧力と沈下量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between a pressure and the amount of subsidence as a measurement result of penetration resistance value. 圃場(土壌)の強度であるせん断抵抗値の計測結果として、垂直応力とせん断応力との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between a normal stress and a shear stress as a measurement result of the shear resistance value which is the intensity | strength of a field (soil). 圃場の間隙比と圧力の対数値との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the gap ratio of a farm field, and the logarithm value of a pressure. 圃場が有するべき特性として、体積歪みと、間隙比と、密度との関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the relationship between a volume distortion, a gap ratio, and a density as a characteristic which an agricultural field should have. 圃場の密度と圧力との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the density of a farm field, and a pressure. 圧力と摩擦係数との関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between a pressure and a friction coefficient. 水分率と摩擦係数との関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between a moisture content and a friction coefficient. 圧力と摩擦係数との関係を水分率毎に示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between a pressure and a friction coefficient for every moisture content. 圧力とすべり速度との関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between a pressure and a sliding speed. タイヤモデルを示し、(A)はタイヤ径方向断面モデル(B)はタイヤの3次元モデルを示し、(C)はパターンをモデル化したイメージを示す斜視図である。A tire model is shown, (A) is a tire radial direction section model (B), a tire three-dimensional model is shown, (C) is a perspective view showing an image which modeled a pattern. 3次元タイヤモデルのイメージを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the image of a three-dimensional tire model. 圃場モデルの変形計算である応力計算処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the stress calculation process which is a deformation | transformation calculation of an agricultural field model. タイヤのトレッドパターンを示す平面図である。It is a top view which shows the tread pattern of a tire.

符号の説明Explanation of symbols

10 キーボード
12 コンピュータ本体
14 CRT
30 タイヤモデル
FD フレキシブルディスク(記録媒体)
10 Keyboard 12 Computer body 14 CRT
30 Tire model FD Flexible disk (recording medium)

Claims (7)

次の各ステップを含むタイヤ性能予測方法。
(a)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(b)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(c)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(d)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(e)前記ステップ(b)での変形計算後の前記タイヤモデルと、前記ステップ(c)での変形計算後の前記地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件を前記タイヤモデル及び前記地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後の前記タイヤモデル及び前記地盤モデルについて前記ステップ(b)〜(d)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び前記地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
(f)前記ステップ(c)またはステップ(e)における前記タイヤモデル及び前記地盤モデルの少なくとも一方のモデルに生じる物理量を求めるステップ。
(g)前記物理量により前記地盤におけるタイヤ性能を予測するステップ。
A tire performance prediction method including the following steps.
(A) a tire model having a pattern shape capable of being deformed by at least one of ground contact and rolling, and at least part of the tire model that is partially or entirely filled with an elastic-plastic material or a material including a plastic material. Determining a ground model in contact with the part.
(B) executing deformation calculation of the tire model;
(C) A step of executing deformation calculation of the ground model.
And moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground, including (d) is soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(E) Recognizing a boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (b) and the ground model after the deformation calculation in the step (c), and determining the boundary condition regarding the recognized boundary surface The calculation of the steps (b) to (d) is repeated for the tire model and the ground model after being applied to the tire model and the ground model and the frictional force is applied to the tire model and the boundary condition is applied. And calculating until deformation of the tire model and the ground model can be regarded as a steady state.
(F) A step of obtaining a physical quantity generated in at least one of the tire model and the ground model in the step (c) or the step (e).
(G) A step of predicting tire performance in the ground based on the physical quantity.
前記地盤状態情報は、前記地盤の水分率と、前記摩擦係数との関係を、指数関数式、対数関数式、1次式、及び2次以上の多項式による関数式の少なくとも1つで近似した関数式であることを特徴とする請求項1に記載のタイヤ性能予測方法。 The ground state information is a function obtained by approximating the relationship between the moisture content of the ground and the friction coefficient by at least one of an exponential function expression, a logarithmic function expression, a linear expression, and a functional expression using a polynomial of second or higher order. The tire performance prediction method according to claim 1, wherein the tire performance prediction method is an equation. 前記ステップ(f)は、前記タイヤモデルに作用する応力を計算するステップを含み、前記ステップ(g)は、前記応力に基づいて、前記タイヤ性能としてのトラクションを計算するステップを含むことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のタイヤ性能予測方法。   The step (f) includes a step of calculating a stress acting on the tire model, and the step (g) includes a step of calculating a traction as the tire performance based on the stress. The tire performance prediction method according to claim 1 or 2. 次の各ステップを含む地盤シミュレーション方法。
(イ)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(ロ)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(ハ)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(ニ)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(ホ)前記ステップ(ロ)での変形計算後の前記タイヤモデルと、前記ステップ(ハ)での変形計算後の前記地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件を前記タイヤモデル及び前記地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後の前記タイヤモデル及び前記地盤モデルについて前記ステップ(ロ)〜(ニ)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び前記地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
A ground simulation method including the following steps.
(A) a tire model having a pattern shape capable of being deformed by at least one of ground contact and rolling, and at least part of the tire model that is partially or entirely filled with an elastic-plastic material or a material including a plastic material. Determining a ground model in contact with the part.
(B) executing deformation calculation of the tire model;
(C) A step of executing deformation calculation of the ground model.
(D) the moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(E) Recognizing a boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (b) and the ground model after the deformation calculation in the step (c), and determining the boundary condition regarding the recognized boundary surface The calculation of the steps (b) to (d) is repeated for the tire model and the ground model after being applied to the tire model and the ground model and the friction force is applied to the tire model and the boundary condition is applied. And calculating until deformation of the tire model and the ground model can be regarded as a steady state.
次の各ステップを含むタイヤ設計方法。
(1)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(2)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(3)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(4)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(5)前記ステップ(2)での変形計算後の前記タイヤモデルと、前記ステップ(3)での変形計算後の前記地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件を前記タイヤモデル及び前記地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後の前記タイヤモデル及び前記地盤モデルについて前記ステップ(2)〜(4)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び前記地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
(6)前記ステップ(3)またはステップ(5)における前記タイヤモデル及び前記地盤モデルの少なくとも一方のモデルに生じる物理量を求めるステップ。
(7)前記物理量により前記地盤におけるタイヤ性能を予測するステップ。
(8)前記タイヤ性能を考慮して前記タイヤモデルを修正するステップ。
(9)前記ステップ(8)での修正後の前記タイヤモデルについて、前記ステップ(2)〜(7)を実行した結果のタイヤ性能を考慮して前記タイヤモデルを修正することを繰り返し計算させるステップ。
(10)前記ステップ(9)での計算結果の前記タイヤモデルに基づいてタイヤ設計するステップ。
A tire design method including the following steps.
(1) A tire model having a pattern shape capable of being deformed by at least one of ground contact and rolling, and at least part of the tire model that is partially or entirely filled with an elastic-plastic material or a material including a plastic material. Determining a ground model in contact with the part.
(2) A step of executing deformation calculation of the tire model.
(3) A step of executing deformation calculation of the ground model.
(4) of the ground calculated based on the information on density of the ground comprising soil material and water content, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(5) Recognizing a boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (2) and the ground model after the deformation calculation in the step (3), the boundary condition relating to the recognized boundary surface is The calculation of the steps (2) to (4) is repeated for the tire model and the ground model after being given to the tire model and the ground model and the frictional force is given to the tire model and the boundary condition is given. And calculating until deformation of the tire model and the ground model can be regarded as a steady state.
(6) A step of obtaining a physical quantity generated in at least one of the tire model and the ground model in the step (3) or the step (5).
(7) Predicting tire performance in the ground based on the physical quantity.
(8) A step of correcting the tire model in consideration of the tire performance.
(9) A step of repeatedly calculating the tire model after the correction in step (8) in consideration of the tire performance as a result of executing steps (2) to (7). .
(10) A step of designing a tire based on the tire model of the calculation result in the step (9).
コンピュータによってタイヤ性能を予測するためのタイヤ性能予測プログラムを記録した記録媒体であって、次の各ステップを含むことを特徴とするタイヤ性能予測プログラムを記録した記録媒体。
(A)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(B)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(C)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(D)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(E)前記ステップ(B)での変形計算後の前記タイヤモデルと、前記ステップ(C)での変形計算後の前記地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件を前記タイヤモデル及び前記地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後の前記タイヤモデル及び前記地盤モデルについて前記ステップ(B)〜(D)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び前記地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
A recording medium recording a tire performance prediction program for predicting tire performance by a computer, the recording medium recording a tire performance prediction program characterized by including the following steps.
(A) a tire model having a pattern shape that can be deformed by at least one of ground contact and rolling, and an elastoplastic body or a material that includes at least a plastic body, and a part or all of the tire model is at least Determining a ground model in contact with the part.
(B) A step of performing deformation calculation of the tire model.
(C) A step of executing deformation calculation of the ground model.
(D) and the moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(E) Recognizing a boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (B) and the ground model after the deformation calculation in the step (C), and determining the boundary condition regarding the recognized boundary surface The calculation of the steps (B) to (D) is repeated for the tire model and the ground model after being given to the tire model and the ground model and the friction force is given to the tire model and the boundary condition is given. And calculating until deformation of the tire model and the ground model can be regarded as a steady state.
コンピュータによってタイヤ性能を予測するために、次の各ステップを含むことを特徴とするタイヤ性能予測プログラム。
(I)接地及び転動の少なくとも一方により変形を与えることが可能なパターン形状を有するタイヤモデルと、弾塑性体または塑性体を少なくとも含む材料で一部または全部が満たされかつ前記タイヤモデルの少なくとも一部と接触する地盤モデルと、を定めるステップ。
(II)前記タイヤモデルの変形計算を実行するステップ。
(III)前記地盤モデルの変形計算を実行するステップ。
(IV)土質材料を含む地盤密度に関する情報基づいて求めた前記地盤の水分率、摩擦係数との関係を表わす情報である地盤状態情報に基づいて、前記タイヤモデルと前記地盤モデルとの間に発生する摩擦力を計算するステップ。
(V)前記ステップ(II)での変形計算後の前記タイヤモデルと、前記ステップ(III)での変形計算後の前記地盤モデルとの境界面を認識し、認識した境界面に関する境界条件を前記タイヤモデル及び前記地盤モデルに付与すると共に前記摩擦力を前記タイヤモデルに付与しかつ、境界条件を付与した後の前記タイヤモデル及び前記地盤モデルについて前記ステップ(II)〜(IV)の計算を繰り返して、前記タイヤモデル及び前記地盤モデルの変形が定常状態とみなせるまで計算させるステップ。
A tire performance prediction program comprising the following steps for predicting tire performance by a computer.
(I) a tire model having a pattern shape capable of being deformed by at least one of ground contact and rolling, and at least part of the tire model that is partially or entirely filled with an elastic-plastic material or a material including a plastic material. Determining a ground model in contact with the part.
(II) A step of executing deformation calculation of the tire model.
(III) A step of executing deformation calculation of the ground model.
And moisture content of the soil was determined on the basis of the information on density of the ground comprising (IV) soil material, based on the ground state information is information representing a relation between the friction coefficient between the tire model and the ground model Calculating the friction force generated between them.
(V) Recognizing a boundary surface between the tire model after the deformation calculation in the step (II) and the ground model after the deformation calculation in the step (III), the boundary condition regarding the recognized boundary surface is The calculation of the steps (II) to (IV) is repeated for the tire model and the ground model after being given to the tire model and the ground model and the frictional force is given to the tire model and the boundary condition is given. And calculating until deformation of the tire model and the ground model can be regarded as a steady state.
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