技術 タイヤ横溝の体積変化を算出する方法、タイヤのポンピング音源データを生成する方法、音響解析方法、及びこれら方法を実行するための装置、コンピュータプログラム

0001

本発明は、タイヤ横溝の体積変化の算出、この算出結果に基づくタイヤのポンピング音源データの生成、当該音源データを用いた音響解析のための方法、装置及びコンピュータプログラムに関する。

0002

タイヤ周方向に交差する横溝を有する空気入りタイヤは、路面に接地するときにポンピングノイズを発生することが知られている。ポンピングノイズは、横溝が路面に接地するとき及び接地して溝内の空気が圧縮され、接地から開放されるときに圧縮された空気が放出されることで発生すると考えられている。

0003

ポンピングノイズの予測方法としては種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１に係る方法では、タイヤ接地時における溝底面の振動速度を算出し、算出した振動速度を用いて解析することで、ポンピングノイズを予測するとしている。

0004

特許文献２では、溝体積変化率がポンピングノイズの音圧レベルと相関関係を有するとして、タイヤ転動時のある時点の矩形領域の溝体積を算出し、次の時点の溝体積を算出することで、溝体積の変化を算出することが開示されている。

0005

特開２００７−２０３９２８号公報
特開２０１４−１３６５３４号公報

0006

しかしながら、上記特許文献２では、溝体積を算出するという記載があるものの、算出方法などの詳細については具体的な記載がない。また、溝形状が単純な矩形状であれば、溝体積を算出することができるかもしれないが、実際の溝形状は複雑であるうえ、接地時に溝形状が複雑に変形するため、溝体積の変化を精度よく計算する手法が確立されていない。

0007

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、溝形状が複雑な場合又は溝が複雑に変形する場合であっても、精度よくタイヤ横溝の体積変化を算出する方法、タイヤのポンピング音源データを生成する方法、音響解析方法、及びこれら方法を実行するための装置、コンピュータプログラムを提供することである。

0008

本発明は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。

0009

すなわち、本発明のタイヤ横溝の体積変化を算出する方法は、タイヤを複数の要素で表現したタイヤ有限要素法モデルであって、路面に接地する接地面を区画するタイヤ周方向に延びる主溝と、タイヤ周方向に対して交差する横溝と、前記横溝を形成する溝壁面に包囲される溝空間に配置される溝空間要素とを有し、前記溝空間要素のヤング率は、前記接地面を形成する要素に設定されるヤング率の１／１０００以上且つ１／１００００以下に設定されると共に、前記溝空間要素のポアソン比が０±０．０１に設定されたタイヤ有限要素法モデルを記憶部に記憶するステップと、所定荷重、所定内圧及び所定回転速度を含む解析条件のもとで、前記記憶部に記憶されるタイヤ有限要素法モデルを転動させ、路面との接触に起因する前記横溝の溝壁面及び前記溝空間要素の変形を数値演算により算出するステップと、前記主溝で区画された一区画における一つの横溝の体積変化データとして前記溝空間要素の体積変化を、前記溝空間要素の変形予測結果に基づき算出するステップと、を含む。

0010

本発明のタイヤ横溝の体積変化を算出する装置は、タイヤを複数の要素で表現したタイヤ有限要素法モデルであって、路面に接地する接地面を区画するタイヤ周方向に延びる主溝と、タイヤ周方向に対して交差する横溝と、前記横溝を形成する溝壁面に包囲される溝空間に配置される溝空間要素とを有し、前記溝空間要素のヤング率は、前記接地面を形成する要素に設定されるヤング率の１／１０００以上且つ１／１００００以下に設定されると共に、前記溝空間要素のポアソン比が０±０．０１に設定されたタイヤ有限要素法モデルを記憶する記憶部と、所定荷重、所定内圧及び所定回転速度を含む解析条件のもとで、前記記憶部に記憶されるタイヤ有限要素法モデルを転動させ、路面との接触に起因する前記横溝の溝壁面及び前記溝空間要素の変形を数値演算により算出する変形算出部と、前記主溝で区画された一区画における一つの横溝の体積変化データとして前記溝空間要素の体積変化を、前記溝空間要素の変形予測結果に基づき算出する体積変化算出部と、を備える。

0011

このように、横溝を形成する溝壁面に包囲される溝空間に溝空間要素を配置し、溝空間要素のヤング率を、接地面を形成する要素に設定されるヤング率の１／１０００以上且つ１／１００００以下にすると共に、溝空間要素のポアソン比を０±０．０１に設定しているので、転動解析によって横溝が複雑に変形したとしても、溝変形を阻害せずに且つ溝変形に追従して溝空間要素が変形する。したがって、溝空間要素の体積変化を抽出すれば、横溝の体積変化を得ることができるので、溝形状が複雑な場合又は溝が複雑に変形する場合であっても、精度よくタイヤ横溝の体積変化を算出可能となる。

0012

本発明の体積変化算出装置、音源生成装置及び音響解析装置を示すブロック図。
タイヤ有限要素法モデルを示す図。
主溝で区画される一区画における横溝の体積変化を示す図。
区画毎に生成される音源データと横溝の体積時間変化データとの関係を示す図。
（ａ）横溝が路面に接地する時点を示す図。（ｂ）横溝が路面で閉塞される時点を示す図。（ｃ）踏込み時の体積時間変化を示す図。
（ａ）横溝の路面による閉塞が開放される時点を示す図。（ｂ）横溝が路面から離間する時点を示す図。（ｃ）蹴り出し時の体積時間変化を示す図。
タイヤ周囲の空間モデルの一例を示す斜視図。
本発明に係る方法を示すフローチャート。

0013

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

0014

［体積変化算出装置、音源生成装置、音響解析装置］
本実施形態に係る体積変化算出装置１は、タイヤ横溝の体積変化を算出する装置である。具体的に、図１に示すように、体積変化算出装置１は、記憶部１０と、変形算出部１１と、体積変化算出部１２と、を有する。本実施形態に係る音源生成装置１’は、タイヤのポンピング音源データを生成する装置である。具体的に、音源生成装置１’は、上記体積変化算出装置１を構成する各部１０，１１，１２と、体積時間変化データ取得部１３と、音源データ生成部１４と、を有する。本実施形態に係る音響解析装置１’’は、上記音源生成装置１’を構成する各部１０，１１，１２，１３，１４と、音源定義部１５と、音響解析実行部１６と、を有する。これら各部１０〜１６は、ＣＰＵ、メモリ、各種インターフェイス等を備えたパソコン等の情報処理装置においてＣＰＵが予め記憶されている図示しない処理ルーチンを実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現される。

0015

図１に示す記憶部１０は、転動解析に用いるタイヤ有限要素法モデルＭ２を記憶する。タイヤ有限要素法モデルＭ２は、図２の下部に示すように、タイヤを複数の要素で表現したモデルデータであって、路面に接地する接地面を区画するタイヤ周方向に延びる主溝２０と、タイヤ周方向に対して交差する横溝２１と、横溝を形成する溝壁面に包囲される溝空間に配置される溝空間要素２２とを有する。溝空間要素２２は、横溝２１の溝壁面に結合して、転動により剥離しないように設定してある。溝空間要素２２のヤング率は、接地面を形成する要素（図中ではブロック部の要素となる）に設定されるトレッドゴムのヤング率の１／１０００以上且つ１／１００００以下に設定される。溝空間要素２２のポアソン比は０±０．０１に設定されている。本実施形態では、モデル生成部を設けていないが、図２の上部に示すように一般的なトレッドパターン（主溝２０及び横溝２１）を有するタイヤ有限要素モデルＭ１を生成し、その後、タイヤ有限要素モデルＭ１の横溝２１の溝空間に溝空間要素２２を挿入することでタイヤ有限要素法モデルＭ２を生成するモデル生成部を設けてもよい。溝空間要素２２は、横溝２１を形成する溝壁面に包囲される溝空間に配置される。具体的には、溝空間は、溝壁面と、接地面と溝壁面とのエッジ同士を結ぶ面と、横溝の溝壁面と主溝のエッジ同士を結ぶ面とで包囲される空間である。

0016

このように、横溝の溝空間に溝空間要素を配置し、当該溝空間要素のヤング率を上記値に設定している。ヤング率が小さければ溝空間要素が溝の変形を阻害しないので、溝体積を精度よく抽出可能となる。ヤング率が或る程度小さくなれば、溝変形を阻害しない効果が頭打ちとなる。接地面を形成するトレッド部の要素に対して１／１０００以下とすれば、精度に与える影響を無視できる。また、溝空間要素のポアソン比を０±０．０１としているのは、ポアソン比が０であれば、溝の変形に伴って単純に体積変化するので、ポアソン比０が一番好ましい。得られる歪みのレベルを考慮すれば、誤差±０．０１程度であれば、精度に影響を与えないと考えられる。

0017

図１に示す変形算出部１１は、予め定められた所定荷重、所定内圧及び所定回転速度を含む解析条件のもとで、記憶部１０に記憶されるトレッドパターンを有するタイヤ有限要素法モデルを転動させ、路面との接触に起因する横溝２１の溝壁面及び溝空間要素２２の変形を数値演算により算出する。この転動解析によって、路面との接触により生じる接地圧力が算出され、その圧力値によるタイヤ（横溝２１及び溝空間要素２２）の変形が時間軸に沿って算出される。この転動解析は、周知なので詳細な説明を省略する。

0018

図１に示す体積変化算出部１２は、主溝２０で区画された一区画における一つの横溝２１の体積変化データとして溝空間要素２２の体積変化を、溝空間要素２２の変形予測結果に基づき算出する。図２の下部の例では、主溝２０で接地面がタイヤ幅方向に５つに区画されている。主溝２０で区画された一区画における一つの横溝２１とは、図２の下部の例では、楕円で囲んだ領域にある一つの横溝２１を意味する。体積変化算出部１２は、横溝２１としての溝空間要素２２の体積変化を、一区画における一つの横溝２１を単位として、図３に示すように算出する。

0019

図１に示す体積時間変化データ取得部１３は、主溝２０で区画された一区画における各々の横溝（１）〜（４）について、当該横溝２１が路面に接地する時点［図５（ａ）］から当該横溝２１が路面で閉塞される時点［図５（ｂ）］までを含む踏込み時の体積時間変化データ［図５（ｃ）］と、当該横溝２１の路面のよる閉塞が開放される時点［図６（ａ）］から当該横溝２１が路面から離間する時点［図６（ｂ）］までを含む蹴り出し時の体積時間変化データ［図６（ｃ）と、を体積変化算出部１２により取得する。横溝の形状が同じ場合には、体積時間変化データが共通するとして、逐次演算することを省略可能である。

0020

図１に示す音源データ生成部１４は、図４に示すように、各々の横溝（１）〜（４）毎に得られる踏込み時の体積時間変化データ及び蹴り出し時の体積時間変化データに基づき、当該一区画における踏込み時音源データ３０及び蹴り出し時音源データ３１を生成する。音源データ３２〜３９についても一区画毎に算出する点で同様である。

0021

音源データ生成部１４は、体積変化に基づいて音源を定義する簡易な方法を採用し、体積変化を時間微分することで体積速度を求め、それを体積速度音源データとしている。一般的な音響解析ソフトウェアにおいては、体積速度を音源として入力可能である。また、より厳密な音源の定義としては、ＣＦＤ（数値流体力学）計算を利用する方法が挙げられる。この場合、体積変化を入力情報とし、溝壁の変動による空気の放出及び引き込み等の流体の動きを含めた溝部での圧力変動を予測演算し、そのデータを音源データとすることができる。いずれも方法も周知の方法である。

0022

図１に示す音源定義部１５は、図７に示すタイヤ表面と路面とを含むタイヤ周囲の空間モデルに対し、音源データ生成部１４が生成した踏込み時音源データ（３０，３２，３４，３６，３８）及び蹴り出し時音源データ（３１，３３，３５，３７，３９）を図４に示すように区画毎に定義する。図７は、一例としての空間モデルを、内部にあるタイヤ表面と路面とが視認できるように一部を破断した図である。

0023

図１に示す音響解析実行部１６は、上記空間モデル及び音源データを用いて音響解析を実行する。音響解析の方法は、周知であるので説明を省略する。

0024

［体積変化算出方法、音源生成方法、音響解析方法］
上記装置１を用いたタイヤ横溝の体積変化を算出する方法、上記装置１’を用いたタイヤのポンピング音源データを生成する方法、上記装置１’’を用いた音響解析方法を、図８を用いて説明する。

0025

まず、ステップＳ１００において、記憶部１０は、タイヤを複数の要素で表現したタイヤ有限要素法モデルＭ２であって、路面に接地する接地面を区画するタイヤ周方向に延びる主溝２０と、タイヤ周方向に対して交差する横溝２１と、横溝２１を形成する溝壁面に包囲される溝空間に配置される溝空間要素２２とを有し、溝空間要素２２のヤング率は、接地面を形成する要素に設定されるヤング率の１／１０００以上且つ１／１００００以下に設定されると共に、溝空間要素２２のポアソン比が０±０．０１に設定されたタイヤ有限要素法モデルＭ２を記憶部１０に記憶する。

0026

次のステップＳ１０１において、変形算出部１１は、所定荷重、所定内圧及び所定回転速度を含む解析条件のもとで、記憶部１０に記憶されるタイヤ有限要素法モデルＭ２を転動させ、路面との接触に起因する横溝２１の溝壁面及び溝空間要素２２の変形を数値演算により算出する。

0027

次のステップＳ１０２において、体積変化算出部１２は、主溝２０で区画された一区画における一つの横溝２１の体積変化データとして溝空間要素２２の体積変化を、ステップＳ１０１での溝空間要素２２の変形予測結果に基づき算出する。ここでは、目的に応じて一区画の一つの横溝２１の体積変化データを得るだけでもよいが、図４に示すように音源データ３０，３１を生成する場合には、横溝（１）〜（４）の体積変化データを得るようにすればよい。

0028

次のステップＳ１０３において、体積時間変化データ取得部１３は、主溝２０で区分された一区画に設けられた各々の横溝２１（例えば（１）〜（４））について、横溝２１が路面に接地する時点から横溝２１が路面で閉塞される時点までを含む踏込み時の体積時間変化データと、横溝２１の路面による閉塞が開放される時点から横溝２１が路面から離間する時点までを含む蹴り出し時の体積時間変化データと、をステップＳ１０２の実行結果から取得する。

0029

次のステップＳ１０４において、音源データ生成部１４は、図４に示すように、各々の横溝（１）〜（４）毎に得られる踏込み時の体積時間変化データ及び蹴り出し時の体積時間変化データに基づき、当該一区画における踏込み時音源データ３０及び蹴り出し時音源データ３１を生成する。ここでは、目的に応じて一区画の音源データのみを生成してもよく、音響解析を行う場合には、全ての区画の音源データを生成することが好ましい。

0030

次のステップＳ１０５において、音源定義部１５は、タイヤ表面と路面とを含むタイヤ周囲の空間モデルに対し、ステップＳ１０４で得られる踏込み時音源データ及び蹴り出し時音源データを区画毎に定義する。

0031

次のステップＳ１０６において、音響解析実行部１６は、空間モデル及び音源データを用いて音響解析を実行する。

0032

以上のように、本実施形態のタイヤ横溝の体積変化を算出する方法は、タイヤを複数の要素で表現したタイヤ有限要素法モデルＭ２であって、路面に接地する接地面を区画するタイヤ周方向に延びる主溝２０と、タイヤ周方向に対して交差する横溝２１と、横溝２１を形成する溝壁面に包囲される溝空間に配置される溝空間要素２２とを有し、溝空間要素２２のヤング率は、接地面を形成する要素に設定されるヤング率の１／１０００以上且つ１／１００００以下に設定されると共に、溝空間要素２２のポアソン比が０±０．０１に設定されたタイヤ有限要素法モデルＭ２を記憶部１０に記憶するステップ（Ｓ１００）と、所定荷重、所定内圧及び所定回転速度を含む解析条件のもとで、記憶部１０に記憶されるタイヤ有限要素法モデルＭ２を転動させ、路面との接触に起因する横溝２１の溝壁面及び溝空間要素２２の変形を数値演算により算出するステップ（Ｓ１０１）と、主溝２０で区画された一区画における一つの横溝２１の体積変化データとして溝空間要素２２の体積変化を、溝空間要素２２の変形予測結果に基づき算出するステップ（Ｓ１０２）と、を含む。

0033

本実施形態のタイヤ横溝の体積変化を算出する装置１は、タイヤを複数の要素で表現したタイヤ有限要素法モデルＭ２であって、路面に接地する接地面を区画するタイヤ周方向に延びる主溝２０と、タイヤ周方向に対して交差する横溝２１と、横溝２１を形成する溝壁面に包囲される溝空間に配置される溝空間要素２２とを有し、溝空間要素２２のヤング率は、接地面を形成する要素に設定されるヤング率の１／１０００以上且つ１／１００００以下に設定されると共に、溝空間要素２２のポアソン比が０±０．０１に設定されたタイヤ有限要素法モデルＭ２を記憶する記憶部１０と、所定荷重、所定内圧及び所定回転速度を含む解析条件のもとで、記憶部１０に記憶されるタイヤ有限要素法モデルＭ２を転動させ、路面との接触に起因する横溝２１の溝壁面及び溝空間要素２２の変形を数値演算により算出する変形算出部１１と、主溝２０で区画された一区画における一つの横溝２１の体積変化データとして溝空間要素２２の体積変化を、溝空間要素２２の変形予測結果に基づき算出する体積変化算出部１２と、を備える。

0034

このように、横溝２１を形成する溝壁面に包囲される溝空間に溝空間要素２２を配置し、溝空間要素２２のヤング率を、接地面を形成する要素に設定されるヤング率の１／１０００以上且つ１／１００００以下にすると共に、溝空間要素２２のポアソン比を０±０．０１に設定しているので、転動解析によって横溝２１が複雑に変形したとしても、溝変形を阻害せずに且つ溝変形に追従して溝空間要素２２が変形する。したがって、溝空間要素２２の体積変化を抽出すれば、横溝２１の体積変化を得ることができるので、溝形状が複雑な場合又は溝が複雑に変形する場合であっても、精度よくタイヤ横溝の体積変化を算出可能となる。

0035

本実施形態のタイヤのポンピング音源データを生成する方法は、主溝２０で区分された一区画に設けられた各々の横溝２１について、横溝２１が路面に接地する時点［図５（ａ）］から横溝２１が路面で閉塞される時点［図５（ｂ）］までを含む踏込み時の体積時間変化データ［図５（ｃ）］と、横溝２１の路面による閉塞が開放される時点［図６（ａ）］から横溝２１が路面から離間する時点［図６（ｂ）］までを含む蹴り出し時の体積時間変化データ［図６（ｃ）］と、を上記タイヤ横溝の体積変化を算出する方法（ステップＳ１００，Ｓ１０１，Ｓ１０２）の実行結果から取得するステップ（Ｓ１０３）と、各々の横溝毎に得られる踏込み時の体積時間変化データ及び蹴り出し時の体積時間変化データに基づき、一区画における踏込み時音源データ３０及び蹴り出し時音源データ３１を生成するステップ（Ｓ１０４）と、を含む。

0036

本実施形態のタイヤのポンピング音源データを生成する装置１’は、主溝２０で区分された一区画に設けられた各々の横溝２１について、横溝２１が路面に接地する時点［図５（ａ）］から横溝２１が路面で閉塞される時点［図５（ｂ）］までを含む踏込み時の体積時間変化データ［図５（ｃ）］と、横溝２１の路面による閉塞が開放される時点［図６（ａ）］から横溝２１が路面から離間する時点［図６（ｂ）］までを含む蹴り出し時の体積時間変化データ［図６（ｃ）］と、を上記タイヤ横溝の体積変化を算出する装置１により取得する体積時間変化データ取得部１３と、各々の横溝毎に得られる踏込み時の体積時間変化データ及び蹴り出し時の体積時間変化データに基づき、一区画における踏込み時音源データ３０及び蹴り出し時音源データ３１を生成する音源データ生成部１４と、を備える。

0037

このように、或る横溝２１によって生じる踏込み時及び蹴り出し時に生じるポンピングノイズについて、各々の横溝（１）〜（４）を加味して一区画単位で音源データとして生成することができ、精度の良い音源データを生成することが可能となる。

0038

本実施形態の音響解析方法は、タイヤ表面と路面とを含むタイヤ周囲の空間モデルに対し、上記音源データを生成する方法で得られる踏込み時音源データ及び蹴り出し時音源データを区画毎に定義するステップ（Ｓ１０５）と、空間モデル及び音源データを用いて音響解析を行うステップ（Ｓ１０６）と、を含む。

0039

本実施形態の音響解析装置は、タイヤ表面と路面とを含むタイヤ周囲の空間モデルに対し、上記音源データを生成する装置１’で得られる踏込み時音源データ及び蹴り出し時音源データを区画毎に定義する音源定義部１５と、空間モデル及び音源データを用いて音響解析を行う音響解析実行部１６と、を備える。

0040

このように、横溝の溝体積変化を溝空間要素２２の体積変化として算出し、算出した体積変化に基づく音源データを用いているので、精度のよいポンピングノイズの音響解析を実行することが可能となる。

0041

本実施形態に係るコンピュータプログラムは、上記タイヤ横溝の体積変化を算出する方法、タイヤのポンピング音源データを生成する方法、又は音響解析方法を構成する各ステップをコンピュータに実行させるプログラムである。
これらプログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。言い換えると、上記方法を使用しているとも言える。

0042

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

0043

本実施形態では、図１に示すように、音響解析装置１’’が音源生成装置１’を有する構成であるが、音響解析装置１’’と音源生成装置１’とを別のハードウェアで構成にしてもよい。本実施形態では、図１に示すように、音源生成装置１’が体積変化算出装置１を有する構成であるが、音源生成装置１’と体積変化算出装置１とを別のハードウェアで構成にしてもよい。同様に、本実施形態では、図８に示す各ステップＳ１００〜Ｓ１０６を、一つのハードウェアが実行しているが、Ｓ１００〜Ｓ１０２と、Ｓ１０３〜Ｓ１０４と、Ｓ１０５〜Ｓ１０６とをそれぞれ別のハードウェアで実行するようにしてもよい。

0044

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

0045

２０…主溝
２１…横溝
２２…溝空間要素
１０…記憶部
１１…変形算出部
１２…体積変化算出部
１３…体積時間変化データ取得部
１４…音源データ生成部
１５…音源定義部
１６…音響解析実行部
Ｍ２…タイヤ有限要素法モデル