JP4393603B2

JP4393603B2 - Pneumatic tire design method, pneumatic tire vulcanization mold design method, pneumatic tire manufacturing method, and recording medium recording a pneumatic tire design program

Info

Publication number: JP4393603B2
Application number: JP22795798A
Authority: JP
Inventors: 文男高橋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2018-08-12
Also published as: JP2000052716A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気入りタイヤの設計方法、空気入りタイヤの加硫金型設計方法、空気入りタイヤの製造方法、及び空気入りタイヤの設計プログラムを記録した記録媒体にかかり、特に、操綻安定性能、耐偏磨耗性能を考慮した空気入りタイヤの設計方法、空気入りタイヤの加硫金型設計方法、空気入りタイヤの製造方法、及び空気入りタイヤの設計プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、空気入りタイヤにおいてタイヤトレッド部の踏面Ｃまでの高さすなわちブロック高さｈは一定であることが通常であった（図１（Ａ）参照）。このように、ブロック高さｈを一定に設定した場合には、図１（Ｂ）に接地圧力分布特性Ｓ１として示したように、走行時に各ブロック内で接地圧力の不均一が生じるため、踏面Ｃ全体によって路面Ｅに制駆動力を伝えることが困難になる。また、このような接地性のばらつきからブロックの一部が早期に摩耗してしまう偏摩耗が起こりやすいことや、接地圧の局所的集中に起因する剪断入力時に入力側接地端付近Ａのみが局所的に高い圧力で接地する結果、方向Ｄで移動する路面Ｅに対して、めくれあがる現象が操縦安定性や磨耗に悪影響を及ぼすことがある。
【０００３】
これに対して、従来より接地特性改良のためにトレッドパターンの改良等も行われてきたが、排水性やその他諸性能とのバランスから、トレッドパターンの改良等には限界があった。また、ブロック高さをタイヤ周方向または幅方向断面において凸状態になるようにタイヤを形成する技術が提案されている（特開昭６２−２７９１０５号参照）。しかしながら、この技術のみでは諸性能を両立させる踏面形状を得ることは困難であり、また、形状決定には試行錯誤を伴うので、作業が煩雑であった。すなわち、接地圧の分布は、パターンの形状に依存しており、入力時の変形（例えば図１（Ａ）から図１（Ｂ）への変形や、図１（Ａ）から図１（Ｃ）への変形）の影響を受けるため予測が難しいためである。また、タイヤが受ける入力は様々であり、その全てを満たす適切な改良方向を一意的に決定することは非常に困難である。
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮して、操縦安定性能、耐偏摩耗性能を向上させるタイヤを提供することが可能な、空気入りタイヤの設計方法、空気入りタイヤの加硫金型設計方法、空気入りタイヤの製造方法、及び空気入りタイヤの設計プログラムを記録した記録媒体を得ることが目的である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、トレッドパターンに存在する各ブロック内のブロック高さを、タイヤが受ける入力に対する接地圧に対応して一意的に適正化するタイヤを設計することやタイヤの加硫金型を設計することことによりタイヤパターン内またはブロック内の接地圧の不均一を解消している。すなわち、図２に概念図を示すように、ブロック高さｈを一定に設定した踏面形状の場合には、接地圧力分布特性Ｓ２は、ブロック内で不均一になる（図２（Ａ））。本発明では、踏面形状を変更することによって、ブロック内で略均一になる接地圧力分布特性Ｓ３を得る（図２（Ｂ））。
【０００６】
このため、本発明では、まず、形状基本モデルを作成し、これに入力条件を与える。このときに求められる接地圧から目的関数値を算出する。そして、設計変数をブロックの踏面形状として、形状変更を行い、この新形状を用いたモデルに再び入力を与え、接地圧の分布を得る。この作業を目的関数の最適値が与えられるまで繰り返す。なお、本発明では、制約条件を有した場合にも適用が可能であり、この場合は入力を与えた後に目的関数値及び制約関数値を求める。この場合の設計終了は、制約条件内で目的関数の最適値が得られた場合となる。この最適な設計変数に基づいてタイヤを設計したり、タイヤの加硫金型を設計したり、タイヤを製造したりする。
【０００７】
具体的には、請求項１に記載の発明の空気入りタイヤの設計方法は、（Ａ）内部構造を含むブロックの単体の形状、内部構造を含むタイヤクラウン部のうち１部のパターン形状、及び内部構造を含むタイヤ周方向に運続する陸部の形状のうち選択された１つの形状を表す形状基本モデルを定めるステップ、（Ｂ）前記形状基本モデルに少なくとも１つの入力条件を与えるステップ、（Ｃ）前記ブロックの単体の形状またはパターン形状もしくは陸部の形状の少なくとも一部を表す踏面形状を設計変数とし、前記入力条件におけるタイヤ接地圧を演算して接地圧分布の目的関数として定めるステップ、（Ｄ）タイヤ平均接地圧より高い箇所及び低い箇所の少なくとも一方の箇所の設計変数を変化させることにより前記目的関数の最適値が与えられる設計変数の値を求めるステップ、（Ｅ）目的関数の最適値を与える設計変数に基づいてタイヤを設計するステップ、を含んでいる。
【０００８】
前記ステップ（Ｃ）は、タイヤ接地面積、及び設計変数の変化範囲の少なくとも一方を制約条件として更に定め、前記ステップ（Ｄ）は、前記制約条件を考慮しながら前記目的関数の最適値が与えられるまで設計変数の値を変化させることを特徴とする。
【０００９】
前記ステップ（Ｄ）は、タイヤ平均接地圧より高い箇所及び低い箇所の少なくとも一方の箇所の設計変数を変化させる。
【００１０】
前記タイヤ平均接地圧より高い箇所の設計変数を変化させる場合、ブロック高さを減少させるように変化させることを特徴とする。
【００１１】
前記タイヤ平均接地圧より低い箇所の設計変数を変化させる場合、ブロック高さを増加させるように変化させることを特徴とする。
【００１２】
前記タイヤ平均接地圧からの各偏差に応じてブロック高さを変化させることにより、設計変数を変化させることを特徴とする。
【００１３】
前記入力条件が複数ある場合には、ブロック高さの変化量が大きい入力条件を優先して変化させることを特徴とする。
【００１４】
前記設計変数により表される踏面形状の少なくとも一部を、多項式、区分多項式、スプライン関数及び有理関数の何れかで表すことを特徴とする。
【００１５】
本発明の空気入りタイヤの加硫金型設計方法は、（イ）内部構造を含むブロックの単体の形状、内部構造を含むタイヤクラウン部のうち１部のパターン形状、及び内部構造を含むタイヤ周方向に運続する陸部の形状のうち選択された１つの形状を表す形状基本モデルを定めるステップ、（ロ）前記形状基本モデルに少なくとも１つの入力条件を与えるステップ、（ハ）前記ブロック形状単体またはパターン形状もしくは陸部の形状の少なくとも一部を表す踏面形状を設計変数とし、前記入力条件におけるタイヤ接地圧を演算して接地圧分布の目的関数として定めるステップ、（ニ）タイヤ平均接地圧より高い箇所及び低い箇所の少なくとも一方の箇所の設計変数を変化させることにより前記目的関数の最適値が与えられる設計変数の値をを求めるステップ、（ホ）目的関数の最適値を与える設計変数に基づいて空気入りタイヤの加硫金型を設計するステップ、を含んでいる。
【００１６】
前記ステップ（ハ）は、タイヤ接地面積、及び設計変数の変化範囲の少なくとも一方を制約条件として定め、前記ステップ（ニ）は、前記制約条件を考慮しながら前記目的関数の最適値が与えられるまで設計変数の値を変化させることを特徴とする。
【００１７】
前記ステップ（ニ）は、タイヤ平均接地圧より高い箇所、及び低い箇所の少なくとも一方の箇所の設計変数を変化させることを特徴とする。
【００１８】
前記タイヤ平均接地圧より高い箇所の設計変数を変化させる場合、ブロック高さを減少させるように変化させることを特徴とする。
【００１９】
前記タイヤ平均接地圧より低い箇所の設計変数を変化させる場合、ブロック高さを増加させるように変化させることを特徴とする。
【００２０】
前記タイヤ平均接地圧からの各偏差に応じてブロック高さ変化させることにより、設計変数を変化させることを特徴とする。
【００２１】
前記入力条件が複数ある場合には、ブロック高さの変化量が大きい入力条件を優先して変化させることを特徴とする。
【００２２】
前記設計変数により表される踏面形状の少なくとも一部を、多項式、区分多項式、スプライン関数及び有理関数の何れかで表すことを特徴とする。
【００２３】
本発明の空気入りタイヤの製造方法は、前記空気入りタイヤの加硫金型設計方法により設計された空気入りタイヤの加硫金型を製作し、該加硫金型を用いて空気入りタイヤを製造する。
【００２４】
本発明の記録媒体は、コンピュータによって空気入りタイヤを設計するための空気入りタイヤの設計プログラムを記録した記録媒体であって、（１）内部構造を含むブロックの単体の形状、内部構造を含むタイヤクラウン部のうち１部のパターン形状、及び内部構造を含むタイヤ周方向に運続する陸部の形状のうち選択された１つの形状を表す形状基本モデルを定めるステップ、（２）前記形状基本モデルに少なくとも１つの入力条件を与えるステップ、（３）前記ブロックの単体の形状またはパターン形状もしくは陸部の形状の少なくとも一部を表す踏面形状を設計変数とし、前記入力条件におけるタイヤ接地圧を演算して接地圧分布の目的関数として定めるステップ、（４）タイヤ平均接地圧より高い箇所及び低い箇所の少なくとも一方の箇所の設計変数を変化させることにより前記目的関数の最適値が与えられる設計変数の値を求めるステップ、（５）目的関数の最適値を与える設計変数に基づいてタイヤを設計するステップ、を含んでいる。
【００２５】
前記ステップ（３）は、タイヤ接地面積、及び設計変数の変化範囲の少なくとも一方を制約条件として更に定め、前記ステップ（４）は、前記制約条件を考慮しながら前記目的関数の最適値が与えられるまで設計変数の値を変化させることを特徴とする。
【００２６】
前記ステップ（４）は、タイヤ平均接地圧より高い箇所及び低い箇所の少なくとも一方の箇所の設計変数を変化させることを特徴とする。
【００２７】
前記タイヤ平均接地圧より高い箇所の設計変数を変化させる場合、ブロック高さを減少させるように変化させることを特徴とする。
【００２８】
前記タイヤ平均接地圧より低い箇所の設計変数を変化させる場合、ブロック高さを増加させるように変化させることを特徴とする。
【００２９】
前記タイヤ平均接地圧からの各偏差に応じてブロック高さを変化させることにより、設計変数を変化させることを特徴とする。
【００３０】
前記入力条件が複数ある場合には、ブロック高さの変化量が大きい入力条件を優先して変化させることを特徴とする。
【００３１】
前記設計変数により表される踏面形状の少なくとも一部を、多項式、区分多項式、スプライン関数及び有理関数の何れかで表すことを特徴とする。
【００３２】
本発明のステップ（Ａ）では、内部構造を含むブロックの単体の形状、内部構造を含むタイヤクラウン部のうち１部のパターン形状、及び内部構造を含むタイヤ周方向に運続する陸部の形状のうち選択された１つの形状を表す形状基本モデルを定める。
【００３３】
ブロック単体の形状を表す形状基本モデルとしては、ブロック単体の外面形状を特定するためのラインを表す関数や変曲点の座標値を表す変数から構成することができる。また、内部構造を含むタイヤクラウン部のうちの１部のパターン形状を表す形状基本モデルとしては、タイヤクラウン部のうちの１つの陸部の路面接地側のパターン形状を幾何学的に解析可能な関数、例えば長方形や菱形等の多角形を定めるための関数で構成できる。また、内部構造を含むタイヤ周方向に連続する陸部の形状を表す形状基本モデルとしては、タイヤ断面形状を表すラインを表す関数や変曲点の座標値を表す変数から構成することができる。これら形状基本モデルは、複数の要素に分割する有限要素法と呼ばれる手法によるモデルを用いても良く解析的手法によるモデルを用いても良い。
【００３４】
次のステップ（Ｂ）では、前記形状基本モデルに少なくとも１つの入力条件を与える。入力条件には、付加する荷重を表す荷重条件、剪断方向を表す方向条件がある。次のステップ（Ｃ）では、前記ブロックの単体の形状またはパターン形状もしくは陸部の形状の少なくとも一部を表す踏面形状を設計変数とし、入力条件におけるタイヤ接地圧を演算して接地圧分布の目的関数として定める。
【００３５】
次のステップ（Ｄ）では、目的関数の最適値が与えられる設計変数の値を求める。このステップ（Ｄ）では、目的関数の最適値が与えられるまで設計変数の値を変化させながら演算することにより設計変数の値を求めることができる。次のステップ（Ｅ）では、目的関数の最適値を与える設計変数に基づいてタイヤを設計する。
【００３６】
前記ステップ（Ｃ）において、前記踏面形状を設計変数とし、入力条件におけるタイヤ接地圧を演算して目的関数として定めるとき、計算負荷軽減等のために制約条件を考慮することが好ましい。そこで、前記ステップ（Ｃ）において、タイヤ接地面積、及び設計変数の変化範囲の少なくとも一方を制約条件として更に定め、ステップ（Ｄ）では、制約条件を考慮しながら目的関数の最適値が与えられるまで設計変数の値を変化させる。この設計変数の変化範囲は、踏面の範囲及びブロック高さの何れかで表すことができる。
【００３７】
前記ステップ（Ｄ）において、目的関数の最適値が与えられる設計変数の値を求めるときは、タイヤ平均接地圧より高い箇所及び低い箇所の少なくとも一方の箇所の設計変数を変化させることができる。このように、タイヤ平均接地圧より高い箇所の設計変数を変化させる場合には、ブロック高さを減少させるように変化させることができる。また、タイヤ平均接地圧より低い箇所の設計変数を変化させる場合には、ブロック高さを増加させるように変化させることができる。さらに、前記タイヤ平均接地圧からの各偏差に応じてブロック高さを変化させることにより、設計変数を変化させることもできる。
【００３８】
なお、前記入力条件が複数ある場合には、ブロック高さの変化量が大きい入力条件を優先して変化させることができる。
【００３９】
また、前記設計変数により表される踏面形状の少なくとも１部は、多項式、区分多項式、スプライン関数及び有理関数の何れかの数式で表すことができる。これらの数式で表した踏面形状の少なくとも１部を変化させる場合には、計算時問や計算機の能力を考慮して、毎演算ごと或いは数演算に１回でも良い。
【００４０】
ところで、空気入りタイヤを製造するためには加硫金型が用いられる。従って、トレッドパターンに存在する各ブロック内のブロック高さを、タイヤが受ける入力に対する接地圧に対応して一意的に適正化するタイヤを製造できるタイヤの加硫金型を設計することことによりタイヤパターン内またはブロック内の接地圧の不均一が解消されたタイヤの製造が可能となる。
【００４１】
そこで、本発明のステップ（イ）では、内部構造を含むブロックの単体の形状、内部構造を含むタイヤクラウン部のうち１部のパターン形状、及び内部構造を含むタイヤ周方向に運続する陸部の形状のうち選択された１つの形状を表す形状基本モデルを定める。次のステップ（ロ）では、前記形状基本モデルに少なくとも１つの入力条件を与える。次のステップ（ハ）では、前記ブロック形状単体またはパターン形状もしくは陸部の形状の少なくとも一部を表す踏面形状を設計変数とし、前記入力条件におけるタイヤ接地圧を演算して目的関数として定める。次のステップ（ニ）では、前記目的関数の最適値が与えられる設計変数の値をを求める。次のステップ（ホ）において目的関数の最適値を与える設計変数に基づいて空気入りタイヤの加硫金型を設計する。
【００４２】
前記ステップ（ハ）は、タイヤ接地面積、及び踏面の範囲及びブロック高さの何れかを表す設計変数の変化範囲の少なくとも一方を制約条件として定め、前記ステップ（ニ）は、前記制約条件を考慮しながら前記目的関数の最適値が与えられるまで設計変数の値を変化させることができる。
【００４３】
前記ステップ（ニ）は、タイヤ平均接地圧より高い箇所、及び低い箇所の何れか一方の箇所の設計変数を変化させることができる。タイヤ平均接地圧より高い箇所の設計変数を変化させる場合には、ブロック高さを減少させるように変化させることができる。また、タイヤ平均接地圧より低い箇所の設計変数を変化させる場合には、ブロック高さを増加させるように変化させることができる。なお、前記タイヤ平均接地圧からの各偏差に応じてブロック高さ変化させることにより、設計変数を変化させることもできる。
【００４４】
前記入力条件が複数ある場合には、ブロック高さの変化量が大きい入力条件を優先して変化させることができる。また、設計変数により表される踏面形状の少なくとも一部は、多項式・区分多項式・スプライン関数の何れかの数式で表すことができる。これらの数式で表した踏面形状の少なくとも１部を変化させる場合には、計算時問や計算機の能力を考慮して、毎演算ごと或いは数演算に１回でも良い。
【００４５】
前記空気入りタイヤの加硫金型設計方法により設計された空気入りタイヤの加硫金型を製作し、該加硫金型を用いて空気入りタイヤを製造することができる。これによって、トレッドパターンに存在する各ブロック内のブロック高さを、タイヤが受ける入力に対する接地圧に対応して一意的に適正化するタイヤを製造でき、タイヤパターン内またはブロック内の接地圧の不均一が解消されたタイヤの製造が可能となる。
【００４６】
前記空気入りタイヤの設計方法は、次に記載の記録媒体に記録した空気入りタイヤの設計プログラムの実行によって実現可能である。詳細には、コンピュータによって空気入りタイヤを設計するための空気入りタイヤの設計プログラムを記録した記録媒体であって、ステップ（１）では内部構造を含むブロックの単体の形状、内部構造を含むタイヤクラウン部のうち１部のパターン形状、及び内部構造を含むタイヤ周方向に運続する陸部の形状のうち選択された１つの形状を表す形状基本モデルを定め、ステップ（２）では前記形状基本モデルに少なくとも１つの入力条件を与え、ステップ（３）では前記ブロックの単体の形状またはパターン形状もしくは陸部の形状の少なくとも一部を表す踏面形状を設計変数とし、前記入力条件におけるタイヤ接地圧を演算して目的関数として定め、ステップ（４）では前記目的関数の最適値が与えられる設計変数の値を求め、ステップ（５）では目的関数の最適値を与える設計変数に基づいてタイヤを設計する。
【００４７】
前記ステップ（３）は、タイヤ接地面積、及び設計変数の変化範囲の少なくとも一方を制約条件として更に定め、前記ステップ（４）は、前記制約条件を考慮しながら前記目的関数の最適値が与えられるまで設計変数の値を変化させることができる。
【００４８】
前記ステップ（４）は、タイヤ平均接地圧より高い箇所及び低い箇所の少なくとも一方の箇所の設計変数を変化させることができる。前記タイヤ平均接地圧より高い箇所の設計変数を変化させる場合には、ブロック高さを減少させるように変化させることができる。また、前記タイヤ平均接地圧より低い箇所の設計変数を変化させる場合には、ブロック高さを増加させるように変化させることができる。なお、前記では、前記タイヤ平均接地圧からの各偏差に応じてブロック高さを変化させることにより、設計変数を変化させることができる。
【００４９】
前記入力条件が複数ある場合には、ブロック高さの変化量が大きい入力条件を優先して変化させることができる。また、前記設計変数により表される踏面形状の少なくとも一部を、多項式、区分多項式、スプライン関数及び有理関数の何れかの数式で表すこともできる。これらの数式で表した踏面形状の少なくとも１部を変化させる場合には、計算時問や計算機の能力を考慮して、毎演算ごと或いは数演算に１回でも良い。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態は、偏磨耗抑制性能と操縦安定性能を向上させるために、接地面積を減少させずに接地圧を均一にする直方体ブロック踏面形状を設計するものである。
【００５１】
図３には本発明の空気入りタイヤの設計方法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、予め記憶されたプログラムに従って制約条件を考慮すると共に目的関数を最適、例えば最大または最小にする設計変数を演算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。
【００５２】
なお、コンピュータ本体１２には、記録媒体としてのフロッピーディスク（ＦＤ）が挿抜可能なフロッピーディスクユニット（ＦＤＵ）を備えている。なお、後述する処理ルーチン等は、ＦＤＵを用いてフロッピーディスク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−ＲＯＭ等の光ディスクや、ＭＤ，ＭＯ等の光磁気ディスクがあり、これらを用いるときには、上記ＦＤＵに代えてまたはさらにＣＤ−ＲＯＭ装置、ＭＤ装置、ＭＯ装置等を用いればよい。
【００５３】
図４は、本実施の形態のプログラムの処理ルーチンを示すものである。ステップ１００では、タイヤを構成する１ブロックについて踏面が平面のブロック形状を基準形状とし、この基準形状を有限要素法等のように路面入力時の応答を数値的・解析的に求めることができる手法によりモデル化し、ブロック形状を表すと共にメッシュ分割によって複数の要素に分割されたブロック基本モデルを求める。なお、基準形状は、踏面が平面のものに限らず任意の形状で良い。ここで、モデル化とは、パターン形状、ブロック形状、構造、材料等を数値的・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することをいう。
【００５４】
図５はブロック基本モデルの一例を示すものである。また、このブロック基本モデルはメッシュ分割によって複数の要素に分割、すなわち図中、複数の線分ＰＬによって複数の要素に分割されている。なお、上記ではブロック基本モデルを図５に示されるように複数の要素に分割した例について示したが、この分割方法は任意であり、目的に応じて分割幅を変化させたり、また、三角形等の任意の形状に分割しても良い。本実施の形態の場合ではブロック踏面形状を決定する節点Ｄ_i（ｉ：節点の番号、ｉ≧１）の、ブロック高さ方向（図５の矢印ＵＰ方向）の座標を設計変数ｒ_iとしている。
【００５５】
次のステップ１０２では、上記ステップ１００でモデル化されたブロック基本モデルに少なくとも一つの入力Ｉ_j（ｊ：入力の番号、ｊ≧１）を与える。本実施の形態では合計９個の入力Ｉ_jを与えている。図６（Ａ）に示すように、ブロック基本モデルに対して略垂直に荷重付与したときの平押し荷重（例えば、面圧４kgf/cm²）を入力Ｉ₁とする。この平押し荷重下において、図６（Ｂ）に示すように、ブロック基本モデルの中心部からブロック高さ方向ＵＰと交差する方向（踏面Ｃに沿う方向）でかつ等角度で８方向の入力、すなわち約４５度ピッチ（８方向）の剪断方向入力をそれぞれ１ｍｍ与え、これらの入力を入力Ｉ₂〜Ｉ₉としている。この１ｍｍとは、基準となるブロック底面に対して路面を１ｍｍ動かしたことに相当する。これらの入力Ｉ₁〜Ｉ₉は、本発明の入力条件に相当する。入力条件は、与える入力を規定するための条件であり、入力の力（荷重）、方向、及び複数入力の組み合わせをいうものである。
【００５６】
なお、本実施の形態では複数の入力Ｉ₁〜Ｉ₉を与える場合を説明するが、上記入力数に限定されるものではなく、目的に応じて、荷重条件を２つ以上の複数にしてもよい。また、剪断方向入力は、５つに限定されるものではなく、１つ以上であればよく、また、剪断方向入力の各々を荷重設定してもよい。
【００５７】
次のステップ１０４では、上記ステッブ１０２で与えられた入力Ｉ_jに対する接地圧ｐ_i,jを演算し、パターン性能評価用物理量やブロック性能評価用物理量（以下、パターン／ブロック性能評価用物理量と記載する）を表す目的関数ＯＢＪ、パターン／ブロック踏面形状を制約する制約条件Ｇを決定する。本実施の形態では、操縦安定性を向上させ同時に偏摩耗抑制の効果を狙い、目的関数（ＯＢＪ及び制約条件（Ｇ１，Ｇ２）を次のように定めている。
【００５８】
目的関数ＯＢＪ：接触領域における接地圧分布の標準偏差
制約条件Ｇ１：接地面積が同じ入力のブロック基本モデル同等以上
制約条件Ｇ２；ブロック最大高さがブロック基本モデルと同じであること
なお、本実施の形態では接地性重視の観点から接地面積を制約条件Ｇとして設け、さらにタイヤ半径を変えない目的でブロック最大高さを不変としている。しかし、上記制約条件Ｇは目的に応じて他の物理量を用いることも可能であり、制約条件Ｇが単数または複数もしくは制約条件Ｇを用いなくても本設計方法は成立する。
【００５９】
また、上記では、ステップ１０４において入力に対する接地圧を求めているが、ステップ１０２で入力が与えられた時点で接地圧分布を求めてもよい。
【００６０】
次のステップ１０６では、各節点の接地圧偏差を感度情報として用い、設計変数ｒ_iの変化量を予測する（ブロック踏面の形状の変化量を予測する）。すなわち、各節点の接地圧から平均より高ければ（低ければ）ブロック高さを減少（増加）方向に設計変数の改良方向の変化量を予測する。本実施の形態のステップ１０６では、次に示す（１）式に則って設計変数ｒ_iの変化量を予測している。
【００６１】
【数１】

【００６２】
上記（１）式は、「各節点は、複数の入力条件を考えたときに、最も平均接地圧との比率が大きい入力条件にしたがって、その比率にある比例定数αをかけた距離だけ変化する」ということを表している。なお、この（１）式は、接地圧均一化を想定した場合に、接地圧が低い部分の踏面形状（ブロック高さ）を高くする、接地圧が高い部分の踏面形状（ブロック高さ）を低くする、という設計変数ｒ_iの変更を可能にするために用いている。
【００６３】
次のステップ１０８では、設計変数ｒ_iの変化量の予測値に対応する修正モデルを作成する。次のステップ１１０では、上記ステップ１０４で求めた目的関数ＯＢＪの値と、前回の繰り返し処理までに求められている目的関数の値（前回の繰り返し処理におけるステップ１０４で求めた目的関数の値）とを比較することで、目的関数の値が収束したか否かを判断する。制約条件を満たす目的関数の収束値が得られたときは、ステップ１１０で肯定され、ステップ１１２へ進む。一方、制約条件を満たす目的関数の収束値が得られなかったときは、ステップ１１０で否定され、ステップ１０２へ戻り、上記処理を繰り返し実行する。
【００６４】
本実施の形態では、目的関数である、接触領域における接地圧分布の標準偏差が小さい程、偏磨耗抑制性能と操縦安定性能とが向上することが予想されるので、目的関数ＯＢＪの値が小さくなる方向に収束される。従って、本実施の形態では、目的関数ＯＢＪの最小値が得られるまでステップ１０２からステップ１１０の処理を繰り返し実行する。
【００６５】
なお、本実施の形態では制約条件Ｇがあるため、この制約条件Ｇを満たす中で目的関数ＯＢＪの最小値が得られたとき、繰り返し処理（ステップ１０２〜ステップ１１０）が終了する。形状の変化を定義する数式は、上記（１）式以外を用いてもよく、様々な方法が可能である。例えば、複数の入力の中で特定の入力が重視されるような重みｗを乗算して各入力からの応答を混ぜ合わせる数式等も用いることができる。以下の（２）式に一例を示す。
【００６６】
【数２】

【００６７】
なお、本実施の形態の目的関数は小さい程よいというメジャーを採用したため最小値を求めるが、目的に応じて値が大きい程よい目的関数や、ある特定の値を最良とする目的関数の選定も可能である。
【００６８】
次のステップ１１２では、ブロック踏面形状をカーブフイット処理する。このカーブフィット処理は、ブロックの接地縁付近の形状について予め定めた曲率半径Ｒの形状に揃える処理である。具体的には、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、ブロックの接地縁付近について、ブロック端から、ブロックへ垂直方向（方向ＵＰに沿う方向及び逆方向）に予め定めた長さＨの位置と、ブロックへ水平方向（方向ＵＰの交差方向）に予め定めた長さＬの位置とを結ぶ曲線を、曲率半径Ｒとなるようにブロック形状を揃える。これは、踏面全体が設計変数ｒ_iとなり、上記ステップ１１０までの処理によって、接地縁付近または踏面全体の形状は複雑になるので、製造上の手間やコストを考慮して、より単純な形状にするためである。
【００６９】
図８に、ステップ１１０までに計算したブロック形状の一例を示す。図９に、図８の矢印Ｂ方向から見た斜視図を示す。ステップ１１２のカーブフィット処理を行った結果を図１０に示した。従って、図９に示すブロックの形状は、図１０に示すブロックの形状に置き換えられる。この各ブロック端に配される曲率半径Ｒは最小二乗近似により最も最適な設計変数ｒ_iに近い形状を得ることができる。この近似はブロック端断面の数箇所で行い、他の部分はその数点の間をラグランジェ多項式で補間して形状決定することができる。
【００７０】
なお、本実施の形態では近似に曲率半径Ｒを用いているが、この曲率半径Ｒは多項式、区分多項式、スプライン、ＮＵＲＢＳ、有理関数等を用いても良い。さらに、その指定断面の間の部分はラグランジェ多項式で補間したが、上記曲率半径Ｒと同様に他の多項式、区分多項式、スプライン関数、ＮＵＲＢＳ、有理関数等を用いてもよい。また、断面を指定するのではなく、踏面形状そのものを多項式補間曲面、区分多項式曲面、スプライン曲面、ＮＵＲＢＳ曲面などで表現することもできる。近似においても、最小二乗近似以外の近似方法を用いてもよい。このように、本実施の形態では最適な目的関数値を与える設計変数が得られた後に製造を考慮して形状の近似を行っている。
【００７１】
以上の処理が終了すると、次のステップ１１４において踏面形状を決定する。このステップ１１４では、上記演算から得られた最良の目的関数値を与える設計変数に基づいてタイヤを設計、すなわち、上記決定した踏面形状を有するブロックを配置したタイヤを設計する。なお、このステップ１１４では、タイヤの設計に代えてタイヤ加硫用金型の設計を行うことができる。
【００７２】
上記では、最適な目的関数値を与える設計変数が得られた後に製造を考慮して形状を近似した場合を説明したが、上記関数あるいは数式に従い形状を変化させる処理は、計算時間や計算機の能力を考慮して、毎演算あるいは数演算に１回でも良い。毎演算ごとに形状近似する場合の処理の流れの一例を図１１に示す。図１１の処理は、図４のステップ１１２の処理、すなわち最適な目的関数値を与える設計変数が得られた後に製造を考慮して形状近似する処理を、ステップ１０８とステップ１１０との間で処理させるものである。
【００７３】
図１１の処理では、ステップ１０８において、設計変数ｒ_iの変化量の予測値に対応する修正モデルを作成し、次のステップ１１２でブロック踏面形状をカーブフイット処理する。そして、ステップ１１０において、上記ステップ１０４で求めた目的関数ＯＢＪの値と、前回繰り返し処理までに求められた目的関数の値とを比較することで、制約条件を満たす目的関数の値が得られたか、すなわち目的関数の値が収束したか否かを判断する。
【００７４】
従って、毎演算ごとに形状近似することによって、近似した形状で目的関数の収束を判断することができる。なお、数演算に１回の近似を行う場合には、図１１において、ステップ１１２の処理を数演算に１回行うように判定条件を負荷すればよい。
【００７５】
なお、形状の近似を毎演算ごとに行う場合、設計変数に与える制約条件としての機能を果たすことになる。
【００７６】
一方、形状近似を用いずに最適形状そのものをタイヤ設計に適用することも可能である。形状近似を行わない場合のフローチャートを図１２に示す。図１２の処理は、図４のステップ１１２の処理、すなわち最適な目的関数値を与える設計変数が得られた後に製造を考慮して形状近似する処理を削除したものである。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態では、パターンやブロック踏面形状を適正化するので、操縦安定性及び耐偏摩耗性能を向上させたタイヤを提供することができる。
【００７８】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。本実施例は、上記実施の形態で設計された踏面形状を有するブロックを配置したサイズ１９５／５０Ｒ１５の乗用車用ラジアルタイヤを試作し、試験したものである。上記実施の形態で設計されたタイヤを試作し、試験を行った結果を、以下の表１、表２、表３に示す。
【００７９】
【表１】

【００８０】
【表２】

【００８１】
【表３】

上記表１ではブロック踏面の接地圧均一の度合いを指数で各入力毎に示している。この表１から、接地圧の不均一を、上記実施の形態のメジャーで平均４５％改良していることが理解される。また、制約条件として設けた接地面積を各入力ごとに示した表２は、上記改良が接地面積を損なわずになされたことを表している。表３は実車走行試験によるフィーリング評価の結果である。これらの表から理解されるように、操縦安定性能が向上されることが理解できる。
【００８２】
また、これらのタイヤについての摩耗の様子を概念図として図１３及び図１４に示す。実線は摩耗前、破線は摩耗後の接地端付近断面図を表す。図１３に示すように、従来形状のタイヤでは、接地端部が局所的に激しく摩耗する。一方、１４に示すように、本実施例のタイヤは略均等な摩耗状態になる。これにより、適正な踏面形状により局所的な偏摩耗が起こっていないことが確認された。
【００８３】
以上のように、本発明によりパターン／ブロック踏面形状を適正化することにより、操縦安定性及び耐偏摩耗性能を向上させたタイヤを提供することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ブロック高さを、タイヤが受ける入力条件に対応する接地圧に対して一意的に適正化するタイヤを設計することやタイヤの加硫金型を設計することができるので、タイヤパターン内またはブロック内の接地圧の不均一を解消できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気入りタイヤの踏面形状やブロックが変形することを説明するための説明図である。
【図２】本発明により、ブロック内で略均一な接地圧力分布を得ることを説明するための概念図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる、空気入りタイヤの設計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。
【図４】本実施の形態にかかり、空気入りタイヤの設計プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】形状基本モデルを示す斜視図である。
【図６】形状基本モデルに与える入力を示す概念斜視図である。
【図７】カーブフイット処理を説明するためのブロックの接地縁付近の形状について示す線図である。
【図８】ステップ１１０までの計算結果のブロック形状を示す線図である。
【図９】図８の矢印Ｂ方向から見た斜視図である。
【図１０】図８のブロック形状を、カーブフィット処理した結果のブロック形状を示す線図である。
【図１１】毎演算ごとに形状近似する場合の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】形状近似を用いずに最適形状そのものをタイヤ設計に適用する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】従来のタイヤ形状についての摩耗の様子を説明するための概念図である。
【図１４】本発明によるタイヤ形状についての摩耗の様子を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０キーボード
１２コンピュータ本体
１４ＣＲＴ
ＦＤフロッピーディスク
ＦＤＵフロッピーディスクユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pneumatic tire design method, a pneumatic tire vulcanization mold design method, a pneumatic tire manufacturing method, and a recording medium on which a pneumatic tire design program is recorded. The present invention relates to a pneumatic tire design method taking into account uneven wear resistance performance, a pneumatic tire vulcanization mold design method, a pneumatic tire manufacturing method, and a recording medium recording a pneumatic tire design program.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Conventionally, in the pneumatic tire, the height to the tread surface C of the tire tread portion, that is, the block height h is usually constant (see FIG. 1A). As described above, when the block height h is set to be constant, as shown in FIG. 1B as the ground pressure distribution characteristic S1, the ground pressure is uneven in each block during traveling. It becomes difficult to transmit the braking / driving force to the road surface E by C as a whole. In addition, uneven wear in which a part of the block wears early due to such variation in grounding property is likely to occur, and only the vicinity A on the input side grounding end is locally at the time of shear input due to local concentration of the ground pressure. As a result of grounding at a high pressure, the phenomenon of turning over the road surface E moving in the direction D may adversely affect the steering stability and wear.
[0003]
On the other hand, the tread pattern has been improved in order to improve the ground contact characteristics, but there is a limit to the improvement of the tread pattern because of the balance with drainage and other performances. In addition, a technique for forming a tire so that the block height is convex in a tire circumferential direction or a cross section in the width direction has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-279105). However, with this technology alone, it is difficult to obtain a tread shape that achieves various performances, and the determination of the shape involves trial and error, and the work is complicated. That is, the distribution of the contact pressure depends on the shape of the pattern. For example, the deformation at the time of input (for example, the deformation from FIG. 1 (A) to FIG. 1 (B), or FIG. 1 (A) to FIG. 1 (C). This is because it is difficult to predict because of the influence of deformation. Also, the input received by the tire varies, and it is very difficult to uniquely determine an appropriate improvement direction that satisfies all of the inputs.
[0004]
In consideration of the above-mentioned facts, the present invention can provide a tire that improves steering stability performance and uneven wear resistance performance, a pneumatic tire design method, a pneumatic tire vulcanization mold design method, an air It is an object to obtain a recording medium recording a method for manufacturing a tire and a design program for a pneumatic tire.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, the design of a tire that uniquely optimizes the block height in each block existing in the tread pattern in accordance with the contact pressure with respect to the input received by the tire or the tire By designing the vulcanization mold, non-uniformity of the contact pressure in the tire pattern or in the block is eliminated. That is, as shown in the conceptual diagram of FIG. 2, in the case of a tread shape in which the block height h is set to be constant, the contact pressure distribution characteristic S2 is non-uniform in the block (FIG. 2A). In the present invention, by changing the tread shape, the contact pressure distribution characteristic S3 that is substantially uniform in the block is obtained (FIG. 2B).
[0006]
Therefore, in the present invention, first, a basic shape model is created, and input conditions are given to it. An objective function value is calculated from the contact pressure obtained at this time. Then, the shape is changed with the design variable as the tread shape of the block, the input using the new shape is input again, and the contact pressure distribution is obtained. This operation is repeated until the optimum value of the objective function is given. Note that the present invention can also be applied to cases where there are constraint conditions. In this case, the objective function value and the constraint function value are obtained after an input is given. The design end in this case is when the optimum value of the objective function is obtained within the constraint conditions. A tire is designed based on this optimum design variable, a tire vulcanization mold is designed, and a tire is manufactured.
[0007]
  Specifically, the pneumatic tire designing method according to the first aspect of the invention includes (A) a single block shape including an internal structure, a pattern shape of one part of a tire crown including the internal structure, and (B) determining a shape basic model representing one shape selected from the shapes of land portions that continue in the tire circumferential direction including the internal structure; (B) providing at least one input condition to the shape basic model; C) A step surface shape representing at least a part of the shape or pattern shape or land shape of the block as a design variable, and calculating the tire contact pressure under the input conditions and determining it as an objective function of the contact pressure distribution; (D)By changing the design variables of at least one of the points higher and lower than the tire average contact pressureDetermining a value of a design variable to which an optimum value of the objective function is given, and (E) designing a tire based on the design variable giving the optimum value of the objective function.
[0008]
  SaidIn step (C), at least one of a tire contact area and a change range of a design variable is further defined as a constraint condition, and in step (D), an optimum value of the objective function is given while considering the constraint condition. It is characterized by changing the value of the design variable.
[0009]
  SaidIn step (D), a design variable is changed in at least one of a location higher and lower than the tire average contact pressure.The
[0010]
  SaidWhen the design variable at a location higher than the tire average contact pressure is changed, the block height is changed so as to decrease.
[0011]
  SaidWhen a design variable at a location lower than the tire average ground pressure is changed, the block height is changed.
[0012]
  SaidThe design variable is changed by changing the block height according to each deviation from the tire average contact pressure.
[0013]
  SaidWhen there are a plurality of input conditions, the input condition having a large block height change amount is preferentially changed.
[0014]
  SaidAt least a part of the tread shape represented by the design variable is expressed by any one of a polynomial, a piecewise polynomial, a spline function, and a rational function.
[0015]
  BookThe method for designing a vulcanization mold for a pneumatic tire according to the present invention includes (a) a shape of a single block including an internal structure, a pattern shape of one part of a tire crown including the internal structure, and a tire circumferential direction including the internal structure. (B) providing at least one input condition to the shape basic model; (c) providing the block shape alone or A step of calculating a tire contact pressure under the above input conditions as a design variable using a tread shape representing at least a part of a pattern shape or land shape as a design variable, and (d)By changing the design variables of at least one of the points higher and lower than the tire average contact pressureAnd (e) designing a vulcanization mold for a pneumatic tire based on the design variable that provides the optimum value of the objective function. .
[0016]
  SaidIn step (c), at least one of a tire contact area and a change range of a design variable is defined as a constraint condition, and the step (d) is designed until an optimum value of the objective function is given while taking the constraint condition into consideration. It is characterized by changing the value of the variable.
[0017]
  SaidStep (d) is characterized by changing a design variable at least one of a location higher and lower than the tire average contact pressure.
[0018]
  SaidWhen the design variable at a location higher than the tire average contact pressure is changed, the block height is changed so as to decrease.
[0019]
  SaidWhen a design variable at a location lower than the tire average ground pressure is changed, the block height is changed.
[0020]
  SaidThe design variable is changed by changing the block height according to each deviation from the tire average contact pressure.
[0021]
  SaidWhen there are a plurality of input conditions, the input condition having a large block height change amount is preferentially changed.
[0022]
  SaidAt least a part of the tread shape represented by the design variable is expressed by any one of a polynomial, a piecewise polynomial, a spline function, and a rational function.
[0023]
  BookThe method of manufacturing a pneumatic tire according to the invention includes:SaidA pneumatic tire vulcanization mold designed by a pneumatic tire vulcanization mold design method is manufactured, and a pneumatic tire is manufactured using the vulcanization mold.
[0024]
  BookinventionRecording mediaIs a recording medium on which a pneumatic tire design program for designing a pneumatic tire by a computer is recorded, and (1) a single shape of a block including an internal structure, one of tire crown portions including the internal structure Determining a shape basic model representing one shape selected from the shape of the pattern of the portion and the shape of the land portion that continues in the tire circumferential direction including the internal structure, and (2) at least one input to the shape basic model (3) A step surface shape representing at least a part of the shape or pattern shape of the block or the shape of the land portion is used as a design variable, and the tire contact pressure under the input conditions is calculated to calculate the contact pressure distribution. A step to define as an objective function, (4)By changing the design variables of at least one of the points higher and lower than the tire average contact pressureAnd (5) designing a tire based on the design variable that gives the optimum value of the objective function.
[0025]
  SaidIn step (3), at least one of a tire contact area and a design variable change range is further defined as a constraint condition, and in step (4), an optimum value of the objective function is given while considering the constraint condition. It is characterized by changing the value of the design variable.
[0026]
  SaidStep (4) is characterized by changing a design variable at at least one of a location higher and lower than the tire average contact pressure.
[0027]
  SaidWhen the design variable at a location higher than the tire average contact pressure is changed, the block height is changed so as to decrease.
[0028]
  SaidWhen a design variable at a location lower than the tire average ground pressure is changed, the block height is changed.
[0029]
  SaidThe design variable is changed by changing the block height according to each deviation from the tire average contact pressure.
[0030]
  SaidWhen there are a plurality of input conditions, the input condition having a large block height change amount is preferentially changed.
[0031]
  SaidAt least a part of the tread shape represented by the design variable is expressed by any one of a polynomial, a piecewise polynomial, a spline function, and a rational function.
[0032]
  BookIn the step (A) of the invention, the shape of the block including the internal structure, the pattern shape of one part of the tire crown including the internal structure, and the shape of the land portion continuing in the tire circumferential direction including the internal structure A basic shape model representing one selected shape is determined.
[0033]
The basic shape model representing the shape of a single block can be composed of a function representing a line for specifying the outer shape of the single block and a variable representing the coordinate value of the inflection point. In addition, as a shape basic model representing a pattern shape of one part of the tire crown portion including the internal structure, a pattern shape on the road surface ground side of one land portion of the tire crown portion can be geometrically analyzed. A function, for example, a function for defining a polygon such as a rectangle or rhombus can be used. Moreover, the shape basic model representing the shape of the land portion including the internal structure in the tire circumferential direction can be configured from a function representing a line representing the tire cross-sectional shape and a variable representing the coordinate value of the inflection point. As these shape basic models, a model based on a method called a finite element method for dividing into a plurality of elements may be used, or a model based on an analytical method may be used.
[0034]
  In the next step (B), at least one input condition is given to the basic shape model. The input condition includes a load condition indicating a load to be applied and a direction condition indicating a shear direction. In the next step (C), the tire contact pressure under the input conditions is calculated by using the tread shape representing at least a part of the shape or pattern shape or land shape of the block as a design variable.Ground pressure distributionDetermined as an objective function.
[0035]
In the next step (D), the value of the design variable to which the optimum value of the objective function is given is obtained. In this step (D), the value of the design variable can be obtained by performing an operation while changing the value of the design variable until the optimum value of the objective function is given. In the next step (E), the tire is designed based on the design variable that gives the optimum value of the objective function.
[0036]
  In step (C), when the tread shape is used as a design variable and the tire contact pressure under the input conditions is calculated and defined as an objective function, it is preferable to consider the constraint conditions for reducing the calculation load. ThereforeThe aboveIn step (C), at least one of the tire contact area and the change range of the design variable is further defined as a constraint, and in step (D), the design variable is changed until the optimum value of the objective function is given while taking the constraint into consideration. Change the value. The change range of the design variable can be expressed by either the tread range or the block height.
[0037]
  In the step (D), when obtaining the value of the design variable to which the optimum value of the objective function is given, TaIt is possible to change the design variable of at least one of a location higher and lower than the average contact pressure. In this way, when changing the design variable at a location higher than the tire average contact pressure,TheIt can be varied to reduce the lock height. Also, when changing the design variable at a location lower than the tire average contact pressureTheIt can be varied to increase the lock height. further,in frontThe design variable can be changed by changing the block height in accordance with each deviation from the tire average contact pressure.
[0038]
  If there are multiple input conditions,TheAn input condition having a large amount of change in the lock height can be preferentially changed.
[0039]
  Further, at least a part of the tread shape represented by the design variable isManyIt can be expressed by any one of a term, piecewise polynomial, spline function, and rational function. When changing at least one part of the tread shape represented by these mathematical formulas, it may be performed once every calculation or in several calculations in consideration of the calculation time and the ability of the computer.
[0040]
By the way, a vulcanization mold is used to manufacture a pneumatic tire. Therefore, by designing a tire vulcanization mold that can manufacture a tire that uniquely optimizes the block height in each block existing in the tread pattern in accordance with the contact pressure with respect to the input received by the tire, the tire It is possible to manufacture a tire in which unevenness in contact pressure within the pattern or block is eliminated.
[0041]
  Therefore,BookIn the step (a) of the invention, the shape of a single block including the internal structure, the pattern shape of one part of the tire crown including the internal structure, and the shape of the land portion continuing in the tire circumferential direction including the internal structure A basic shape model representing one selected shape is determined. In the next step (b), at least one input condition is given to the basic shape model. In the next step (c), the block shape alone or the tread shape representing at least part of the pattern shape or land shape is used as a design variable, and the tire contact pressure under the input conditions is calculated and defined as an objective function. In the next step (d), the value of the design variable to which the optimum value of the objective function is given is obtained. In the next step (e), the vulcanization mold for the pneumatic tire is designed based on the design variable that gives the optimum value of the objective function.
[0042]
  The step (c), TaAt least one of a change area of a design variable indicating any one of an ear contact area and a range of a tread and a block height is defined as a constraint condition, and the step (d) includes an optimization of the objective function while considering the constraint condition. The value of the design variable can be changed until a value is given.
[0043]
  The step (d) is, TaIt is possible to change a design variable at any one of a location higher and lower than the average contact pressure. When changing the design variables at locations higher than the tire average contact pressureTheIt can be varied to reduce the lock height. Also, when changing the design variable at a location lower than the tire average contact pressureTheIt can be varied to increase the lock height. In addition,in frontThe design variable can be changed by changing the block height in accordance with each deviation from the tire average contact pressure.
[0044]
  If there are multiple input conditionsTheAn input condition having a large amount of change in the lock height can be preferentially changed. In addition, at least a part of the tread shape represented by the design variable isManyIt can be expressed by any one of a term expression, a piecewise polynomial, and a spline function. When changing at least one part of the tread shape represented by these mathematical formulas, it may be performed once every calculation or in several calculations in consideration of the calculation time and the ability of the computer.
[0045]
  SaidA pneumatic tire vulcanization mold designed by a pneumatic tire vulcanization mold design method can be manufactured, and a pneumatic tire can be manufactured using the vulcanization mold. As a result, it is possible to manufacture a tire in which the block height in each block existing in the tread pattern is uniquely optimized according to the contact pressure with respect to the input received by the tire. It becomes possible to manufacture tires in which uniformity is eliminated.
[0046]
  The pneumatic tire design method is:NextIt is realizable by execution of the design program of the pneumatic tire recorded on the recording medium of description. Specifically, it is a recording medium recording a pneumatic tire design program for designing a pneumatic tire by a computer, and in step (1), the shape of a single block including the internal structure and the tire crown including the internal structure A shape basic model representing one shape selected from the pattern shape of one portion of the portion and the shape of the land portion continuing in the tire circumferential direction including the internal structure is determined, and in step (2), the shape basic model is defined. At least one input condition, and in step (3), the tread surface shape representing at least a part of the block shape or pattern shape or land shape is used as a design variable, and the tire contact pressure under the input condition is calculated. In step (4), the value of the design variable to which the optimum value of the objective function is given is obtained, 5) In on the basis of the design variable which gives the optimum value of the objective function to design the tire.
[0047]
  The step (3), TaFurther, at least one of the ear contact area and the change range of the design variable is further defined as a constraint condition, and the step (4) changes the value of the design variable until the optimum value of the objective function is given while considering the constraint condition. Can be made.
[0048]
  The step (4), TaIt is possible to change the design variable of at least one of a location higher and lower than the average contact pressure. When changing the design variable of the place higher than the tire average contact pressureTheIt can be varied to reduce the lock height. In addition, when changing the design variable of the place lower than the tire average contact pressureTheIt can be varied to increase the lock height. In the above,,in frontThe design variable can be changed by changing the block height according to each deviation from the tire average contact pressure.
[0049]
  If there are multiple input conditionsTheAn input condition having a large amount of change in the lock height can be preferentially changed. Also,in frontAt least a part of the tread shape represented by the design variable can be expressed by any one of a polynomial, a piecewise polynomial, a spline function, and a rational function. When changing at least one part of the tread shape represented by these mathematical formulas, it may be performed once every calculation or in several calculations in consideration of the calculation time and the ability of the computer.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, in order to improve uneven wear suppression performance and steering stability performance, a rectangular parallelepiped block tread shape is designed to make the contact pressure uniform without reducing the contact area.
[0051]
FIG. 3 shows an outline of a personal computer for carrying out the pneumatic tire designing method of the present invention. The personal computer includes a keyboard 10 for inputting data and the like, a computer main body 12 that calculates a design variable that considers constraints according to a program stored in advance and optimizes an objective function, for example, maximizes or minimizes, and a computer main body. It consists of a CRT 14 that displays 12 calculation results and the like.
[0052]
The computer main body 12 includes a floppy disk unit (FDU) into which a floppy 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 floppy 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. As recording media, there are optical disks such as CD-ROM and magneto-optical disks such as MD and MO. When these are used, a CD-ROM device, MD device, MO device or the like is used instead of or in addition to the FDU. Use it.
[0053]
FIG. 4 shows a processing routine of the program according to the present embodiment. In step 100, a method in which a block shape having a flat tread surface is set as a reference shape for one block constituting the tire, and a response at the time of road surface input can be obtained numerically and analytically by using this reference shape as in the finite element method or the like. To obtain a block basic model that represents a block shape and is divided into a plurality of elements by mesh division. The reference shape is not limited to a flat tread surface and may be any shape. Here, modeling refers to digitizing a pattern shape, block shape, structure, material, etc. into an input data format for a computer program created based on a numerical / analytical method.
[0054]
FIG. 5 shows an example of a block basic model. The basic block model is divided into a plurality of elements by mesh division, that is, divided into a plurality of elements by a plurality of line segments PL in the drawing. In the above, an example in which the block basic model is divided into a plurality of elements as shown in FIG. 5 is shown. However, this division method is arbitrary, and the division width can be changed according to the purpose. It may be divided into arbitrary shapes. In the case of this embodiment, the node D that determines the block tread shape_iThe coordinates of (i: node number, i ≧ 1) in the block height direction (arrow UP direction in FIG. 5) are designated as design variables r._iIt is said.
[0055]
In the next step 102, at least one input I is added to the block basic model modeled in step 100 above._j(J: input number, j ≧ 1). In this embodiment, a total of nine inputs I_jIs given. As shown in FIG. 6A, a flat pushing load (for example, a surface pressure of 4 kgf / cm) when a load is applied substantially perpendicular to the block basic model.²) Enter I₁And Under this flat pushing load, as shown in FIG. 6 (B), in the direction intersecting the block height direction UP from the center of the block basic model (direction along the tread surface C) and at eight equal angles, That is, 1 mm each of shear direction inputs with a pitch of about 45 degrees (8 directions) is given, and these inputs are input I₂~ I₉It is said. This 1 mm corresponds to moving the road surface by 1 mm with respect to the reference block bottom surface. These inputs I₁~ I₉Corresponds to the input condition of the present invention. The input condition is a condition for defining an input to be given, and refers to a combination of input force (load), direction, and a plurality of inputs.
[0056]
In this embodiment, a plurality of inputs I₁~ I₉However, the number of inputs is not limited to the above, and the load condition may be two or more depending on the purpose. Further, the shear direction input is not limited to five, but may be one or more, and each shear direction input may be set with a load.
[0057]
In the next step 104, the input I given in step 102 above._jContact pressure p against_{i, j}, And an objective function OBJ representing a physical quantity for pattern performance evaluation and a physical quantity for block performance evaluation (hereinafter referred to as a physical quantity for pattern / block performance evaluation) and a constraint condition G for restricting the pattern / block tread shape are determined. In the present embodiment, the objective function (OBJ and constraint conditions (G1, G2)) are determined as follows with the aim of improving steering stability and at the same time suppressing uneven wear.
[0058]
Objective function OBJ: Standard deviation of contact pressure distribution in contact area
Constraint G1: Equivalent to or larger than the basic block model with the same ground contact area
Constraint G2: The maximum block height is the same as the basic block model
In the present embodiment, the ground contact area is provided as a constraint G from the viewpoint of ground contact, and the maximum block height is unchanged for the purpose of not changing the tire radius. However, other physical quantities can be used as the constraint G depending on the purpose, and this design method can be established even if the constraint G is not singular or plural or the constraint G is not used.
[0059]
In the above description, the ground pressure with respect to the input is obtained in step 104. However, the ground pressure distribution may be obtained when the input is given in step 102.
[0060]
In the next step 106, the contact pressure deviation of each node is used as sensitivity information, and the design variable r_iThe amount of change is predicted (the amount of change in the shape of the block tread is predicted). That is, if the contact pressure at each node is higher (lower) than the average, the block height is reduced (increased) and the amount of change in the design variable improvement direction is predicted. In step 106 of the present embodiment, the design variable r in accordance with the following equation (1):_iThe amount of change is predicted.
[0061]
[Expression 1]

[0062]
The above equation (1) indicates that “each node changes by a distance obtained by multiplying the ratio by a proportional constant α according to the input condition having the largest ratio to the average contact pressure when considering a plurality of input conditions. ". In addition, this equation (1) increases the tread shape (block height) of the portion where the contact pressure is low, and the tread shape (block height) of the portion where the contact pressure is high, assuming uniform contact pressure. Design variable r to lower_iIt is used to make changes possible.
[0063]
In the next step 108, the design variable r_iA correction model corresponding to the predicted value of the amount of change is created. In the next step 110, the value of the objective function OBJ obtained in the above step 104, the value of the objective function obtained until the previous iteration (the value of the objective function obtained in step 104 in the previous iteration), and To determine whether the value of the objective function has converged. When the convergence value of the objective function satisfying the constraint condition is obtained, the result in step 110 is affirmative and the process proceeds to step 112. On the other hand, when the convergence value of the objective function satisfying the constraint condition is not obtained, the result in Step 110 is negative, and the process returns to Step 102 to repeat the above processing.
[0064]
In the present embodiment, the smaller the standard deviation of the contact pressure distribution in the contact area, which is the objective function, is expected to improve the uneven wear suppression performance and the steering stability performance, so the value of the objective function OBJ is small. Converge in the direction Therefore, in the present embodiment, the processing from step 102 to step 110 is repeatedly executed until the minimum value of the objective function OBJ is obtained.
[0065]
In the present embodiment, since there is a constraint condition G, when the minimum value of the objective function OBJ is obtained while satisfying the constraint condition G, the iterative process (steps 102 to 110) ends. Formulas defining the change in shape may use other than the above formula (1), and various methods are possible. For example, it is also possible to use a mathematical expression that multiplies a response w from each input by multiplying a weight w such that a specific input is emphasized among a plurality of inputs. An example is shown in the following formula (2).
[0066]
[Expression 2]

[0067]
In addition, since the measure that the objective function of the present embodiment is smaller is better, the minimum value is obtained. However, depending on the purpose, it is possible to select a better objective function that has a larger value or an objective function that optimizes a specific value. is there.
[0068]
In the next step 112, the block tread shape is subjected to curve fit processing. This curve fitting process is a process for aligning the shape in the vicinity of the grounding edge of the block with the shape of the predetermined curvature radius R. Specifically, as shown in FIGS. 7A and 7B, the vicinity of the grounding edge of the block is predetermined in the vertical direction from the block end to the block (the direction along the direction UP and the reverse direction) from the block end. The block shape is aligned so that the curvature radius R is a curve connecting the position of the length H and the position of a predetermined length L in the horizontal direction (cross direction of the direction UP) to the block. This is because the entire tread is a design variable r_iThus, the shape of the vicinity of the grounding edge or the entire tread surface becomes complicated by the processing up to step 110, so that the shape is made simpler in consideration of manufacturing effort and cost.
[0069]
FIG. 8 shows an example of the block shape calculated up to step 110. FIG. 9 is a perspective view seen from the direction of arrow B in FIG. The result of the curve fitting process in step 112 is shown in FIG. Therefore, the shape of the block shown in FIG. 9 is replaced with the shape of the block shown in FIG. The radius of curvature R arranged at the end of each block is the most optimal design variable r by least square approximation._iA shape close to can be obtained. This approximation is performed at several locations on the block end cross section, and the other portions can be determined by interpolating between the several points with a Lagrangian polynomial.
[0070]
In this embodiment, the radius of curvature R is used for approximation, but this radius of curvature R may be a polynomial, piecewise polynomial, spline, NURBS, rational function, or the like. Further, although the portion between the specified cross sections is interpolated with Lagrangian polynomials, other polynomials, piecewise polynomials, spline functions, NURBS, rational functions, etc. may be used in the same manner as the radius of curvature R. Instead of designating the cross section, the tread shape itself can be expressed by a polynomial interpolation curved surface, a piecewise polynomial curved surface, a spline curved surface, a NURBS curved surface, or the like. Also in the approximation, an approximation method other than the least square approximation may be used. As described above, in this embodiment, after a design variable that provides an optimal objective function value is obtained, shape approximation is performed in consideration of manufacturing.
[0071]
When the above process is completed, the tread shape is determined in the next step 114. In this step 114, the tire is designed based on the design variable that gives the best objective function value obtained from the calculation, that is, the tire in which the block having the determined tread shape is arranged. In step 114, a tire vulcanization mold can be designed instead of the tire design.
[0072]
In the above, the case where the shape is approximated considering the manufacturing after obtaining the design variable that gives the optimal objective function value has been explained. However, the process of changing the shape according to the above function or mathematical formula depends on the calculation time and the ability of the computer. In consideration of this, it may be performed once for every calculation or number calculation. An example of the flow of processing in the case of approximating the shape for each calculation is shown in FIG. The process of FIG. 11 is the process of step 112 of FIG. 4, that is, the process of approximating the shape in consideration of manufacturing after the design variable giving the optimum objective function value is obtained. It is something to be made.
[0073]
In the process of FIG. 11, in step 108, the design variable r_iA modified model corresponding to the predicted value of the change amount is created, and in the next step 112, the block tread shape is subjected to curve fit processing. In step 110, whether the value of the objective function satisfying the constraint condition is obtained by comparing the value of the objective function OBJ obtained in step 104 and the value of the objective function obtained up to the previous iteration. That is, it is determined whether or not the value of the objective function has converged.
[0074]
Therefore, by approximating the shape for each calculation, the convergence of the objective function can be determined with the approximate shape. In addition, in the case of performing approximation once for the number calculation, the determination condition may be loaded so that the process of step 112 is performed once for the number calculation in FIG.
[0075]
In addition, when shape approximation is performed for each calculation, it functions as a constraint condition given to a design variable.
[0076]
On the other hand, the optimum shape itself can be applied to the tire design without using shape approximation. FIG. 12 shows a flowchart when shape approximation is not performed. The process of FIG. 12 is obtained by deleting the process of step 112 of FIG. 4, that is, the process of approximating the shape in consideration of manufacturing after the design variable that gives the optimum objective function value is obtained.
[0077]
As described above, in the present embodiment, since the pattern and the block tread shape are optimized, it is possible to provide a tire with improved steering stability and uneven wear resistance.
[0078]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this example, a radial tire for a passenger car having a size of 195 / 50R15 in which blocks having a tread shape designed in the above-described embodiment are arranged was manufactured and tested. The following Table 1, Table 2, and Table 3 show the results of testing and testing the tires designed in the above embodiment.
[0079]
[Table 1]

[0080]
[Table 2]

[0081]
[Table 3]

In Table 1 above, the degree of uniform contact pressure on the block tread is shown as an index for each input. From Table 1, it is understood that the contact pressure non-uniformity is improved by 45% on average in the measure of the above embodiment. Further, Table 2 showing the ground contact area provided as a constraint condition for each input shows that the above improvement was made without impairing the ground contact area. Table 3 shows the results of feeling evaluation by an actual vehicle running test. As can be understood from these tables, it can be understood that the steering stability performance is improved.
[0082]
Moreover, the state of wear of these tires is shown in FIGS. 13 and 14 as conceptual diagrams. The solid line represents a cross-sectional view of the vicinity of the ground contact end before wear, and the broken line represents a contact end vicinity after wear. As shown in FIG. 13, in the conventional tire, the ground contact end portion is locally worn intensely. On the other hand, as shown at 14, the tire of this example is in a substantially uniform wear state. This confirmed that local uneven wear did not occur due to the proper tread shape.
[0083]
As described above, by optimizing the pattern / block tread shape according to the present invention, it is possible to provide a tire with improved steering stability and uneven wear resistance performance.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to design a tire that uniquely optimizes the block height with respect to the contact pressure corresponding to the input condition received by the tire, and to design a tire vulcanization mold. Therefore, the non-uniformity of the contact pressure within the tire pattern or the block can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining that a tread shape and a block of a pneumatic tire are deformed.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining obtaining a substantially uniform ground pressure distribution within a block according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a personal computer for carrying out the pneumatic tire design method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing flow of a pneumatic tire design program according to the present embodiment.
FIG. 5 is a perspective view showing a basic shape model.
FIG. 6 is a conceptual perspective view showing inputs given to a shape basic model.
FIG. 7 is a diagram showing a shape near a grounding edge of a block for explaining curve fit processing.
FIG. 8 is a diagram showing a block shape of a calculation result up to step 110;
9 is a perspective view seen from the direction of arrow B in FIG. 8. FIG.
10 is a diagram showing a block shape as a result of curve fitting processing of the block shape of FIG.
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of processing when shape approximation is performed for each calculation.
FIG. 12 is a flowchart showing a flow of processing for applying an optimum shape itself to tire design without using shape approximation.
FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining a state of wear with respect to a conventional tire shape.
FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining a state of wear on a tire shape according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Keyboard
12 Computer body
14 CRT
FD floppy disk
FDU floppy disk unit

Claims

A pneumatic tire design method including the following steps.
(A) 1 selected from the shape of a single block including the internal structure, the pattern shape of one of the tire crown portions including the internal structure, and the shape of the land portion continuing in the tire circumferential direction including the internal structure Determining a basic shape model that represents two shapes.
(B) A step of giving at least one input condition to the basic shape model.
(C) A step of calculating a tire contact pressure under the input condition and determining it as an objective function of a contact pressure distribution by using a tread shape representing at least a part of the shape or pattern shape or land shape of the block as a design variable. .
(D) A step of obtaining a value of a design variable to which an optimum value of the objective function is given by changing a design variable in at least one of a location higher and lower than the tire average contact pressure .
(E) Designing a tire based on a design variable that gives an optimum value of the objective function.

The step (C) further defines at least one of a tire contact area and a change range of a design variable as a constraint condition, and the step (D) is given an optimum value of the objective function while taking the constraint condition into consideration. The design method of a pneumatic tire according to claim 1, wherein the value of the design variable is changed up to.

The method for designing a pneumatic tire according to claim 1 or 2 , wherein when a design variable at a location higher than the tire average contact pressure is changed, the block height is changed .

The pneumatic tire according to any one of claims 1 to 3, wherein when a design variable at a location lower than the tire average ground pressure is changed, the block height is changed . Design method.

The pneumatic tire according to any one of claims 1 to 4, wherein a design variable is changed by changing a block height in accordance with each deviation from the tire average ground pressure . Design method.

The pneumatic tire according to any one of claims 1 to 5, wherein when there are a plurality of the input conditions, the input conditions having a large amount of change in block height are preferentially changed . Design method.

The at least part of the tread shape represented by the design variable is represented by any one of a polynomial, a piecewise polynomial, a spline function, and a rational function . How to design a pneumatic tire.

A pneumatic tire vulcanization mold design method including the following steps.
(A) 1 selected from the shape of a single block including the internal structure, the pattern shape of one portion of the tire crown portion including the internal structure, and the shape of the land portion continuing in the tire circumferential direction including the internal structure Determining a basic shape model that represents two shapes.
(B) A step of giving at least one input condition to the basic shape model.
(C) A step of calculating the tire contact pressure under the input conditions and determining it as an objective function of the contact pressure distribution using the block shape alone or the tread shape representing at least a part of the pattern shape or land shape as a design variable.
(D) A step of obtaining a value of a design variable to which an optimum value of the objective function is given by changing a design variable at least one of a location higher and lower than the tire average ground contact pressure.
(E) A step of designing a vulcanization mold for a pneumatic tire based on a design variable that gives an optimum value of the objective function.

In step (c), at least one of a tire contact area and a change range of a design variable is defined as a constraint condition, and in step (d), an optimum value of the objective function is given while considering the constraint condition. The method for designing a vulcanization mold for a pneumatic tire according to claim 8, wherein the value of the design variable is changed .

The vulcanization mold design of a pneumatic tire according to claim 8 or 9 , wherein when changing a design variable at a location higher than the tire average contact pressure, the block height is changed. Method.

The pneumatic tire according to any one of claims 8 to 10, wherein when a design variable at a location lower than the tire average contact pressure is changed, the block height is changed . Vulcanization mold design method.

The pneumatic tire according to any one of claims 8 to 11, wherein a design variable is changed by changing a block height in accordance with each deviation from the tire average contact pressure. Metal mold design method.

The pneumatic tire according to any one of claims 8 to 12, wherein when there are a plurality of the input conditions, the input condition having a large block height change amount is preferentially changed . Vulcanization mold design method.

The at least part of the tread shape represented by the design variable is represented by any one of a polynomial, a piecewise polynomial, a spline function, and a rational function . Pneumatic tire vulcanization mold design method.

A vulcanization mold for a pneumatic tire designed by the method for designing a vulcanization mold for a pneumatic tire according to any one of claims 8 to 14 is manufactured, and air is produced using the vulcanization mold. A method of manufacturing a pneumatic tire for manufacturing a filled tire.

A recording medium recording a pneumatic tire design program for designing a pneumatic tire by a computer, the recording medium recording a pneumatic tire design program comprising the following steps.
(1) 1 selected from the shape of a single block including the internal structure, the pattern shape of one portion of the tire crown including the internal structure, and the shape of the land portion continuing in the tire circumferential direction including the internal structure Determining a basic shape model that represents two shapes.
(2) A step of giving at least one input condition to the basic shape model.
(3) A step of calculating a tire contact pressure under the input condition and determining it as an objective function of a contact pressure distribution by using a tread shape representing at least a part of the shape or pattern shape or land shape of the block as a design variable. .
(4) A step of obtaining a value of a design variable to which an optimum value of the objective function is given by changing a design variable of at least one of a location higher and lower than the tire average contact pressure.
(5) A step of designing the tire based on a design variable that gives an optimum value of the objective function.

In the step (3), at least one of a tire contact area and a change range of a design variable is further defined as a constraint condition, and in the step (4), an optimum value of the objective function is given while considering the constraint condition. The recording medium recording the pneumatic tire design program according to claim 16, wherein the value of the design variable is changed up to.

20. The pneumatic tire design program according to claim 16, wherein when the design variable at a location higher than the tire average ground pressure is changed, the block height is changed. recoding media.

The pneumatic tire according to any one of claims 16 to 18, wherein when a design variable at a location lower than the tire average ground pressure is changed, the block height is changed . A recording medium that records the design program.

The pneumatic tire according to any one of claims 16 to 19, wherein a design variable is changed by changing a block height in accordance with each deviation from the tire average ground pressure . A recording medium that records the design program.

The pneumatic tire according to any one of claims 16 to 20, wherein when there are a plurality of the input conditions, the input condition having a large block height change amount is preferentially changed . A recording medium that records the design program.

The at least part of the tread shape represented by the design variable is represented by any one of a polynomial, a piecewise polynomial, a spline function, and a rational function . A recording medium that records a pneumatic tire design program.