轮胎劣化状态预测方法与流程

本发明涉及一种轮胎劣化状态预测方法，特别是涉及预测使用中、使用完的轮胎的劣化状态的方法。

背景技术：

以往，作为轮胎的再生方法，进行去除磨损的胎面胶后重新贴胎面胶的翻新。在该翻新中重复利用胎面胶以外的部分、所谓胎体(tirecase)，因此预测劣化状态来判定胎体自身是否有能够耐受重复利用的寿命。

例如在专利文献1中，通过付与假定了轮胎的变形、轮胎的使用环境的对轮胎的输入荷载、使用中的环境温度等条件并对轮胎的温度的分布状态进行数值分析来预测轮胎的劣化状态。另外，在非专利文献1中，通过假定轮胎的使用状态并对轮胎的温度为60～70℃时的橡胶构件中的氧浓度进行数值分析来预测氧化造成的橡胶构件的劣化状态。

专利文献1：日本特开2010-167847号公报

非专利文献1：kevinr.j.ellwood、johnbaldwin、davidr.bauer著、“numericalsimulationofthermaloxidationinautomotivetires”、rubberchemistryandtechnology，vol.79no.22006

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，专利文献1所涉及的预测是只根据温度来预测轮胎的劣化状态，因此预测精度有改善的余地。另外，在非专利文献1所涉及的预测中示出加热中的氧化对轮胎的劣化造成的影响强，但是没有考虑轮胎实际使用时轮胎各部的温度随时间经过的变化，预测精度仍然有改善的余地。

本发明是鉴于所述问题而作出的，其目的在于提供一种能够提高使用中、使用完的轮胎等的劣化状态的预测精度的轮胎劣化状态预测方法。

用于解决问题的方案

作为用于解决所述课题的轮胎劣化状态预测方法的方式是以下一种轮胎劣化状态预测方法，使用由多个要素构成的轮胎模型通过计算机来预测轮胎的劣化状态，该轮胎劣化状态预测方法包括：信息获取步骤，获取与使用环境有关的信息以及与轮胎特性有关的信息，与使用环境有关的信息包含轮胎使用时的气室内的压力的历史记录及温度的历史记录、作用于该轮胎的荷载的历史记录，与轮胎特性有关的信息包含构成轮胎的构件的材料特性；温度历史记录计算步骤，根据通过信息获取步骤获取得到的各信息来对每个要素计算所述轮胎的温度历史记录；氧浓度历史记录计算步骤，根据各信息和每个要素的温度历史记录来对每个要素计算氧浓度历史记录；以及轮胎劣化状态评价步骤，根据每个要素的氧浓度历史记录来评价轮胎的劣化状态。

根据本方式，通过计算而不是实测来求出劣化状态，因此能够实时地掌握使用中的轮胎、使用完的轮胎的剩余耐久性，能够高精度地掌握轮胎的寿命、直至翻新为止的允许时间等。另外，对表示轮胎内部的每个要素进行预测，因此还能够掌握无法实测的轮胎橡胶中的劣化状态。由此，可知轮胎中的哪个位置的劣化进展，因此能够高精度地掌握轮胎的剩余寿命，能够事先防止在使用中轮胎发生故障。

附图说明

图1是轮胎劣化状态预测装置的结构图。

图2是轮胎劣化状态预测装置的框图。

图3是表示轮胎截面图和轮胎模型的图。

图4是表示tanδ与温度t的关系的曲线。

图5是表示计算得到的温度历史记录线和氧浓度历史记录线的图。

图6是表示轮胎劣化状态预测装置1的概要处理的流程图。

图7是表示初始设定处理s100的详细处理的流程图。

图8是表示温度历史记录计算处理s200的详细处理的流程图。

图9是表示氧浓度历史记录计算s300的详细处理的流程图。

图10是表示劣化状态评价处理s400的详细处理的流程图。

下面通过发明的实施方式来详细说明本发明，但是以下的实施方式并不是用于限定权利要求书所涉及的发明，另外，并非在实施方式中说明的特征的组合的全部均是发明的解决方法所必需的，也包括选择性地采用的结构。

具体实施方式

图1是轮胎劣化状态预测装置1的结构图。轮胎劣化状态预测装置1具备：作为硬件资源而设置的作为运算单元的cpu10，其由所谓的计算机构成；包含rom、ram等的存储单元12；键盘、鼠标或者磁、光学驱动器等输入单元14；监视器等显示单元16；网络接口、连接外部设备等的外部连接接口(外部if)18等。cpu10按照存储单元12中保存的各程序来执行后述的处理，由此使轮胎劣化状态预测装置1作为后述的各单元发挥功能。

轮胎劣化状态预测装置1根据使用中的轮胎、使用完的轮胎的使用环境，通过仿真来预测轮胎胎体(tirecase)的劣化状态。此外，在本实施方式中，以从新轮胎安装时起至当前时间点(需要掌握轮胎的劣化状态时)为止进行预测来进行说明。

图2是轮胎劣化状态预测装置1的框图。如图2的(a)所示，轮胎劣化状态预测装置1使用由多个要素以能够进行数值分析的方式构成的轮胎模型m来预测使用中的轮胎的劣化状态。轮胎劣化状态预测装置1具备：模型读入单元20，其读入轮胎模型m；信息获取单元24，其读入与轮胎r的使用环境有关的信息a和与轮胎特性有关的信息b；物理性质值设定单元28，其对轮胎模型m设定构成实际的轮胎r的构件的物理性质值；温度历史记录计算单元30，其根据由信息获取单元24获取得到的信息a、b来计算轮胎r的使用期间中的温度历史记录；氧浓度历史记录计算单元50，其根据由信息获取单元24获取得到的信息a、b和由温度历史记录计算单元30计算得到的温度历史记录来计算轮胎r的使用期间中的氧浓度历史记录；劣化状态评价单元60，其根据由氧浓度历史记录计算单元50计算得到的氧浓度历史记录来评价轮胎的劣化状态；以及输出处理单元70，其执行评价结果的输出处理。

模型读入单元20执行仿真模型的读入，该仿真模型用于通过计算机来对成为对象的轮胎r的劣化状态进行仿真。仿真模型例如由将对象的轮胎r建模所得到的轮胎模型m、将轮胎r安装到轮毂后的轮毂模型mr、将由安装到轮毂的轮胎r和轮毂包围的空间建模所得到的气室模型mc、将路面建模所得到的路面模型n等构成。此外，也能够省略轮毂模型mr和气室模型mc，对划分出轮胎内周面的气室的要素(节点)、与轮胎外周面的轮毂模型mr相接触的要素(节点)设定所需的边界条件。

图3的(a)是表示成为预测对象的轮胎r的结构的截面图。如该图所示，轮胎r在胎体82(carcass)的胎冠区的外周侧设置有由一张以上的带束帘布层(beltply)构成的带束层83，该胎体82由在由胎圈芯81和胎圈填胶84形成的一对胎圈加强层(beadstiffeners)之间以环形延伸的一张以上的胎体帘布层构成。在胎体82与带束层83的端部侧之间设置有带束层下垫胶(beltunderrubber)90。在带束层83的轮胎径向外侧按顺序设置有基部胶88和胎面胶89。在胎体82的侧面区外侧设置有从胎圈部侧抵接到轮毂的轮毂护胶(rimcushionrubber)86和侧面橡胶87。在胎体82的内侧整个区域设置有用于提高气室内气密性的气密层85。

图3的(b)、(c)是表示与轮胎r对应的轮胎模型m的一个例子的图。图3的(b)所示的轮胎模型m是根据图3的(a)所示的轮胎r的截面图来制作的截面模型。在本实施方式中，轮胎模型m由二维的截面模型和三维的立体模型构成。截面模型是根据与图3的(a)所示的截面图对应的轮胎设计时的cad数据，将构成轮胎r的每个构件分割为多个要素来制作的。例如，在该截面模型中以平面要素分割只由橡胶构件构成的胎圈填胶84、气密层85、侧面橡胶87、基部胶88、胎面胶89、带束层下垫胶90以及只由帘线构件构成的胎圈芯81的各构件。

另外，对于以帘线构件和橡胶构件的纤维复合材料构成的胎体82和带束层83，如下地建模。首先，关于胎体82，将一张胎体帘布层中的胎体帘线以线要素来建模，覆盖胎体帘线的橡胶构件(贴面橡胶:toppingrubber)以平面要素来建模。

而且，通过用以平面要素建模的贴面橡胶从上下夹住以线要素建模的胎体帘线来建模为一张胎体帘布层。

另外，带束层83也与胎体帘布层同样地，将带束层帘线以线要素建模，将覆盖带束层帘线的橡胶构件(贴面橡胶)以平面要素来建模。而且，通过用以平面要素建模的贴面橡胶从上下夹住以线要素建模的带束层帘线来对一张带束帘布层进行建模。由此，制作出作为二维的截面模型的轮胎模型m。例如，作为二维的截面模型的轮胎模型m的形状是以轮胎r被安装到轮毂并被施加规定的内压时的无荷载的状态下的形状来形成。

作为图3的(c)所示的三维的立体模型的轮胎模型m是通过将图3的(b)所示的截面模型以轮胎r的旋转中心轴o为中心在轮胎圆周方向上以均等的俯仰角来旋转展开一圈(360度)所得到的。由此，图3的(b)所示的截面模型中的平面要素成为立体要素(三维要素)，线要素构成为膜(面)要素(二维要素)。此外，在与帘线构件和橡胶构件的纤维复合材料的胎体82和带束层83对应的膜要素中，例如帘线在排列方向上的刚性和帘线的与取向方向正交的方向上的刚性的不同所造成的各向异性被设定为物理性质值。

轮毂模型mr和气室模型mc分别与轮胎模型m的二维截面模型和三维立体模型对应地构成。即轮毂模型mr由以多个立体要素构成使得与三维的轮胎模型m对应的立体模型构成，以及由以多个平面要素构成使得与二维的轮胎模型m对应的截面模型构成。

另外，气室模型mc由以多个立体要素构成使得与三维的轮胎模型m对应的立体模型构成，以及由以多个平面要素构成使得与二维的轮胎模型m对应的截面模型构成。

路面模型n是以例如平坦的刚体的板要素来建模的。另外，实际路面的凹凸也可以以立体要素来建模。另外，也可以省略路面模型n的制作，在后级的处理中对轮胎模型m附与边界条件。

信息获取单元24读入与轮胎的使用环境有关的信息a和与轮胎的特性有关的信息b。与轮胎的使用环境有关的信息a是用于掌握轮胎r使用期间中的轮胎的使用状态的历史记录的信息，例如包含使用期间中的轮胎的气室内的轮胎内压力数据、轮胎内温度数据、车辆数据、安装位置数据、装载历史记录数据、行驶历史记录数据以及气象历史记录数据等地构成。

轮胎内压力数据、轮胎内温度数据例如能够通过tpms来获取。tpms通过设置于轮胎的气室内的传感器来测量气室内的空气的压力、温度，并且无线发送到设置于车体的主体单元。在主体单元的存储介质侧中与接收到的压力、温度一起记录时刻，通过显示给驾驶员来报告轮胎r的状态。tpms的测量是从将轮胎r安装到轮毂且安装于车辆的轮胎r使用开始的时间点起开始的。也就是说，在记录介质中，从轮胎r的新品状态至当前为止的期间的使用中的压力、温度被作为历史记录来记录。

车辆数据是构成为包括安装了轮胎r的车辆的车辆重量、轴数、轴重、轴距、排气口位置(排气位置)等规格的信息。安装位置数据是用于确定轮胎r的安装位置的数据，例如构成为包括安装了轮胎r的轴的位置和该轴的左右的位置，另外在双轮胎的情况下包括用于确定内侧、外侧等位置的信息。

装载历史记录数据构成为包括与轮胎r使用期间中的货物的装载重量的时间序列的变化(装载历史记录)有关的信息。该装载历史记录也能够例如由运行管理者根据运行日志等来数据化或根据tpms测量得到的轮胎使用中的轮胎内压力数据来数据化。此外，在根据轮胎内压力数据来数据化的情况下，只要如下地构成即可：例如将货物非装载时的压力设为基准压力，根据装载了货物时、卸货了货物时的瞬态的压力变化来判定装载的有无，根据判定为有装载时的压力值和基准压力之差来计算装载重量。

行驶历史记录数据构成为包括从新品的状态至当前为止的行驶路径的历史记录、行驶速度的历史记录等信息。在货车、公共汽车、出租车等进行营运的车辆的情况下，行驶历史记录数据能够通过必须装配到车辆的运行记录器等来获取。

气象历史记录数据构成为包括天气、气温等信息。气象历史记录数据例如能够从提供气象厅的气象数据、气象信息的民间企业获取。

与轮胎的特性有关的信息b构成为包括构成作为劣化状态的预测对象的轮胎r的各橡胶构件的材料物理性质(弹性特性、导热特性)、帘线构件的材料物理性质(刚性特性、导热特性)等的物理性质值。物理性质值可例举出密度ρ、弹性模量(纵向弹性模量、横向弹性模量)、损耗正切tanδ、胎圈芯的弹性率等材料特性、比热c、导热率k、扩散系数d等。

并且，与轮胎的特性有关的信息b构成为包括供轮胎r安装到轮毂的轮毂的导热率、注入到气室内的气体例如空气、氮气等的导热率、轮毂与气室内的气体之间的边界的导热率、气室内的气体与轮胎r之间的边界的导热率、轮毂或气体的密度ρ、比热c等物理性质值。

上述与轮胎的使用环境有关的信息a、与轮胎的特性有关的信息b经由输入单元14、外部if18来保存到存储单元12。

物理性质值设定单元28根据与轮胎的特性有关的信息b，按照与构成轮胎模型m的各要素对应的轮胎结构构件的种类来对各要素设定密度ρ、弹性模量(纵向弹性模量、横向弹性模量)、损耗正切tanδ、胎圈芯的弹性率、刚性等材料特性、比热c、导热率k、扩散系数d等物理性质值。

对各要素设定的物理性质值是以常数或者函数来设定的。例如关于密度ρ、比热c、导热率k等，设定表示与各要素对应的构件的特性的常数。关于橡胶构件的密度ρ，设想泊松比接近0.5的非压缩超弹性体而设为密度ρ与温度等无关地不发生变化。另外，关于橡胶构件的纵向弹性模量、横向弹性模量等弹性模量、损耗正切tanδ、扩散系数d，以温度t的函数来对各要素设定。此外，在后面记述弹性模量、损耗正切tanδ、扩散系数d。

另外，在物理性质值设定单元28中设定与构成轮毂模型mr和气室模型mc的各要素对应的导热率、密度ρ以及比热c。

温度历史记录计算单元30根据上述与轮胎的使用环境有关的信息a和与轮胎的特性有关的信息b来计算从新品至当前的轮胎r的温度历史记录。如图2的(b)所示，温度历史记录计算单元30具备应力计算条件设定部34、损耗正切设定部36、弹性模量设定部38、应力计算部40、发热量计算部42、温度计算条件设定部44以及温度计算部46。此外，温度历史记录计算单元30使用轮胎模型m中的图3的(c)所示的立体模型来计算温度历史记录。

应力计算条件设定部34用于将在后述的应力计算部40中计算轮胎r使用中的应力σ、应变ε所需的条件设定到轮胎模型m。例如，应力计算条件设定部34根据安装位置数据来确定轮胎r在车辆中的安装位置，根据车辆数据来获取该位置的轴重、并且根据装载历史记录数据来获取该位置的装载荷载，将对轴重和装载荷载进行合计所得到的荷载作为作用于轮胎r的荷载来设定到轮胎模型m。荷载经由轮毂来作用于轮胎r，因此对轮胎模型m中的、与抵接于轮毂(轮毂模型mr)的位置对应的节点设定荷载。

对该轮毂的抵接的节点例如设定相互的位置关系没有变化的刚体条件(不变形的条件)。此外，对轮毂的抵接节点设定的条件不限于上述的刚体条件(不变形的条件)，例如以维持对轮毂的接触状态但是允许节点彼此之间的位置关系变化的方式，符合只约束对轮毂的接触的约束条件等来进行设定。

另外，在构成气室模型mc的要素(划分出轮胎r的气室的要素)中，根据轮胎内压力数据来设定轮胎使用时的气室内的压力。

损耗正切设定部36设定通过物理性质值设定单元28来对轮胎模型m的各要素以函数设定的损耗正切tanδ的值。损耗正切tanδ被设定为温度t的函数，因此需要替换为数值。因此，在损耗正切设定部36中通过对针对各要素以函数设定的损耗正切tanδ付与温度t来计算损耗正切tanδ的数值。

图4是表示损耗正切tanδ与温度t的关系的曲线。该曲线是通过根据jisk6394、iso4664来准备构成轮胎r的橡胶构件的硫化试验片、变更加热试验片的温度且测量各温度下的tanδ来制作的。图中所示的f是表示损耗正切tanδ与温度t的相关性的函数，例如通过最小二乘近似等来计算得到。

这种表示损耗正切tanδ与温度t的相关性的函数对每个橡胶构件制作并存储到存储单元12。而且，损耗正切设定部36从存储单元12读出与各要素所对应的橡胶构件相应的函数，并作为物理性质值设定给各要素。

弹性模量设定部38计算对轮胎模型m的各要素以函数设定的弹性模量的值。弹性模量与损耗正切tanδ同样地，以温度t的函数作为函数对各要素进行设定，因此需要替换为数值。因此，与损耗正切tanδ同样地，预先通过实验来对每个橡胶构件求出弹性模量与温度t的关系，对各要素设定温度t，每当更新时计算弹性模量的数值。

应力计算部40设定安装到轮毂的状态下的轮胎模型m与路面模型n相接的状态，来计算作用于行驶中的轮胎r的应力σ和应变ε。具体地说，应力计算部40基于由应力计算条件设定部34设定的轮胎内的压力、荷载等条件以及由物理性质值设定单元28对各要素设定的密度ρ、损耗正切tanδ、弹性模量、胎圈芯的刚性等表示材料特性的物理性质值，来进行各要素的应力分析，由此计算各要素的应力σ和应变ε。

发热量计算部42计算伴随轮胎使用时的变形而产生的发热量q。轮胎r由于与路面相接并转动而发生变形，各构件发生应变。能够考虑为，该应变在轮胎r转动时引起应变能损失，并几乎都作为热被放出。因此，通过计算应变能的公式([数1]的右边所示的公式)来计算发热量q。

[数1]

q＝v×σ×ε×tanδ

v是各要素的体积、σ是各要素的应力，ε是各要素的应变、tanδ是各要素的损耗正切。此外，各要素的体积v采用轮胎模型m的无荷载的形状的大小。

温度计算条件设定部44对轮胎模型m设定用于由温度计算部46计算轮胎r的温度的温度初始条件、温度条件。对所有的要素设定温度初始条件。针对所有的要素例如设定tpms开始测量时的温度t。能够考虑为，在刚刚安装了轮毂并施加了内压后的新品的轮胎r中，温度及气室内的空气的温度t与外部空气的温度相同。因此，tpms所测量的温度t被视为对外部空气的温度进行测量所得到的，将该温度t作为初始温度设定给轮胎模型m、气室模型mc以及轮毂模型mr的所有要素。

温度条件是对与轮胎外周面对应的各节点设定的。另外，对轮胎外周面的节点设定与速度相应的传热条件，并设定作为环境温度而记录于气象历史记录数据中的气温。

此外，轮胎外周面的要素是指轮毂护胶86、侧面橡胶87以及胎面胶89等构成表面的要素。此外，在安装位置数据与车辆数据中的排气口位置对应的情况下，代替记录于气象历史记录数据中的温度t，对轮胎外周面设定排气温度。

另外，对与轮胎内周面(气室模型mc与轮胎模型m之间的边界)对应的各节点设定从轮胎向气室内的空气的传热率、从气室内的空气向轮胎的传热率。

温度计算部46针对轮胎模型m、气室模型mc以及轮毂模型mr的每个要素计算轮胎r使用时的温度。也就是说，在温度计算部46中综合地计算构成轮胎模型m、气室模型mc以及轮毂模型mr的各要素的温度。

在本实施方式中，在温度计算部46的温度t计算中，考虑伴随轮胎r变形产生的发热量q，并基于由上述温度计算条件设定部44设定的条件，来计算轮胎r的各部的温度。

在温度计算部46中，将[数2]所示的公式(非稳态热传导方程式)作为基础方程式，基于有限元法的方法将该[数2]变换为有限元方程式(离散方程式)，对左边的时间微分项进行时间积分，由此计算规定时间δt后的各要素的温度。也就是说，将温度计算部46计算温度t的开始时刻t0设为轮胎新品时，对至当前时刻tend为止的期间，以按每个时刻间隔δt来进行的方式重复进行计算，由此，计算轮胎r的温度历史记录、详细地说是轮胎模型m的各要素的温度t的时间历史记录。

[数2]

在此，ρ是密度，c是比热，k是导热率，q是发热量。

此外，在计算构成气室模型mc和轮毂模型mr的各要素的温度的情况下发热量q是零。

在温度计算部46中，考虑因轮胎使用时的变形引起的发热，来通过[数2]计算各时刻的轮胎r的温度t，但是如上所述，用于计算发热量q的各橡胶构件的弹性模量、损耗正切tanδ是温度t的函数。也就是说，发热量q也是温度t的函数。因此，在本实施方式中，使温度计算部46基于[数2]进行的各要素的温度t的运算、向[数2]输入的发热量q的运算、以及向计算发热量q的[数1]输入的用于获取应力σ和应变ε的轮胎r的应力计算耦合来计算轮胎r的温度t。此外，后面记述温度t的具体计算工序。

如图2的(c)所示，氧浓度历史记录计算单元50具备氧浓度计算条件设定部52和氧浓度计算部54。氧浓度计算条件设定部52对轮胎模型m设定用于由氧浓度计算部54计算氧浓度的氧浓度初始条件、氧浓度边界条件。此外，在氧浓度历史记录计算单元50中，使用轮胎模型m中的截面模型来计算温度历史记录。氧浓度初始条件被设定给所有的要素。例如，设定氧浓度为0(零)。

对构成与轮胎内周面对应的节点和外周面的要素设定氧浓度边界条件。例如，对轮胎内周面的要素设定与气室内的空气量相应的氧浓度c。而且，每次由后述的氧浓度计算部54计算氧浓度c时，设定为从气室内的氧浓度c减少氧浓度δc的量所得到的值，该氧浓度δc是从构成轮胎内周面的要素向内侧(胎体侧)移动一个要素的氧浓度δc。即，以从前一时刻的气室内的氧浓度c减去与移动量相应的氧浓度δc的方式对与轮胎内周面对应的要素进行设定。另外，对与轮胎外周面对应的要素设定大气中含有的氧浓度c。

氧浓度计算部54基于由温度历史记录计算单元30计算得到的温度历史记录数据、由氧浓度计算条件设定部52设定的氧浓度初始条件、氧浓度边界条件，来计算轮胎r的各要素中的氧浓度c。在氧浓度计算部54中，将[数3]所示的公式(非稳定扩散方程式)设为基础方程式，基于有限元法的方法来将[数3]变换为有限元方程式(离散方程式)，对左边的时间微分项进行时间积分，由此计算轮胎模型m的各要素的氧浓度c的时间历史记录。

[数3]

c是氧浓度，d(t)是扩散系数，ω(t)是耗氧量。ω(t)是橡胶构件的氧化的反应项。如该式所示，扩散系数d(t)和耗氧量ω(t)是场所和温度t的函数。

各要素的扩散系数d(t)是通过[数4]来计算的，耗氧量ω(t)是通过[数5]来计算的。如[数4]、[数5]所示，扩散系数d(t)、耗氧量ω(t)是温度t的函数，因此从温度历史记录数据获取与氧浓度计算部54的时间积分对应的时刻的温度t。

[数4]

[数5]

d0是作为基准的扩散系数，e0d是活化能，ω0是作为基准的耗氧量，e0ω是各个的活化能，κ是玻尔兹曼常数。这些数值作为物理性质值被设定给各要素所对应的每个构件，并作为物理性质值被设定给各要素。

图5是表示计算得到的温度历史记录线和氧浓度历史记录线的图。如该图所示的q1是表示温度历史记录数据的温度历史记录线，q2是表示氧浓度历史记录数据的氧浓度历史记录线。另外，s1是表示能够翻新的氧浓度的阈值的阈值线，s2是表示氧浓度的界限值的界限值线，氧浓度的界限值表示轮胎胎体的最终寿命。

劣化状态评价单元60根据氧浓度历史记录线来评价轮胎胎体的劣化状态。换句话说，劣化状态评价单元60根据轮胎胎体内部的氧浓度的状态，设为发生了氧化引起的劣化来评价劣化状态。劣化状态评价单元60通过将由氧浓度历史记录计算单元50对各要素计算得到的最终的氧浓度c的值与阈值s1和界限值s2进行比较来预测当前时刻能否翻新、至阈值s1的时间、至界限值s2的时间。

如图5所示，温度t如温度历史记录线q1所示那样随着时间经过而上下波动。另一方面，氧由于橡胶构件、帘线构件等氧化而被消耗、蓄积，因此氧浓度c如氧浓度历史记录线q2所示那样随着时间经过而持续增加。也就是说，各时刻的氧浓度c能够视为从新品时起的蓄积量。因此，在劣化状态评价单元60中，通过将最终时刻(当前时刻)end的各要素的氧浓度c与对应于各要素的阈值s1、界限值s2进行比较来判定能否翻新、能否作为轮胎来使用。另外，能够进行轮胎r的剩余寿命的评价、判定轮胎r的劣化状态。

输出处理单元70执行各单元的计算结果的显示处理。例如，输出处理单元70将如图5所示那样的温度历史记录线q1、氧浓度历史记录线q2显示到显示单元16，并且执行能否翻新、能否作为轮胎来使用的判定结果、达到阈值s1为止的时间、达到界限值s2为止的时间等的显示输出处理。

图6是表示由上述结构构成的轮胎劣化状态预测装置1的概要处理的流程图。图7～图10是表示图6中的各处理的详细的流程图。以下参照各图来说明轮胎劣化状态预测装置1的处理。如图6所示，轮胎劣化状态预测装置1执行初始设定处理100、温度历史记录计算处理200、氧浓度历史记录计算处理300、劣化状态评价处理400以及输出处理500。

轮胎劣化状态预测装置1根据通过作业者的操作来经由输入单元14或外部if18输入的、与成为劣化状态的预测对象的轮胎r的使用环境有关的信息a和与轮胎特性有关的信息b、以及轮胎模型m、气室模型mc、轮毂模型mr、路面模型n等来预测成为对象的轮胎的劣化状态。

在以下的说明中，将时刻t的任意时刻表示为时刻tm等，将时刻tm的温度表示为t(m)、氧浓度表示为c(m)等。在此，m是0，1，2，3，··tm··，end等整数，表示时刻。m＝0、即t0表示新品时，end表示当前时刻。

[初始设定处理s100]

图7是表示初始设定处理s100的详细处理的流程图。

(s102)

通过模型读入单元20来读入保存于存储单元12中的轮胎模型m、气室模型mc、轮毂模型mr、路面模型n。

(s104)

通过信息获取单元24来读入保存于存储单元12中的与轮胎使用环境有关的信息a和与轮胎特性有关的信息b。

(s106)

通过物理性质值设定单元28来设定与轮胎模型m、气室模型mc、轮毂模型mr的各要素对应的物理性质值。

[温度历史记录计算处理s200]

图8是表示温度历史记录计算处理s200的详细处理的流程图。

(s202)

设定用于计算温度历史记录的开始时刻。在本实施方式中，计算轮胎r的从在新品状态下开始使用起至当前时刻为止的温度历史记录，因此将时刻t0设定为使用开始时刻。

(s204)

通过温度计算条件设定部44对轮胎模型m、气室模型mc、轮毂模型mr设定温度初始条件。具体地说，将时刻t0的温度t(0)从轮胎内温度数据中读出，并将该温度t(0)设定到轮胎模型m、气室模型mc、轮毂模型mr的所有要素。

(s206)

对轮胎模型m、气室模型mc、轮毂模型mr设定温度条件。具体地说，将与时刻tm对应的温度t(m)从轮胎内温度数据中读出，设定给构成轮胎模型m的外周面的要素。

(s208)

通过应力计算条件设定部34来设定应力计算条件。具体地说，根据与轮胎使用环境有关的信息a的安装位置数据、车辆数据、装载历史记录数据来设定对应的时刻tm的荷载，并且从轮胎内压力数据中将该时刻tm的压力设定给与气室模型mc对应的要素。

(s210)

根据设定给各要素的温度t(tm)来计算设定给各要素的tanδ的值并设定给各要素。

(s212)

根据设定给各要素的温度t(tm)来计算设定给各要素的弹性模量的值并设定给各要素。

(s214)

根据在s208中设定的荷载及压力和在s212中设定的弹性模量来计算时刻tm的轮胎r的应力σ、应变ε。

(s216)

将在s214中计算得到的应力σ、应变ε应用到[数1]来计算发热量q。

(s218)

将在s216中计算得到的发热量q应用到[数2]来计算时刻tm+1的温度t(m+1)。此外，在本步骤中计算得到的温度被暂时设定为温度tt。在本步骤中应用的发热量q是温度的函数，因此该处理是用于与s214中的轮胎r的应力计算和s216中的发热量计算耦合来计算时刻tm+1的温度t(m+1)的处理。这样，通过耦合求出下一时刻tm+1的温度t(m+1)，能够高精度地计算下一时刻tm+1的温度t(m+1)。

(s220)

计算在s218中计算得到的温度tt和前一时刻tm的温度t(m)之差terr。

(s222)

比较在s220中计算得到的差terr和阈值α。当差terr大于阈值α时，作为温度tt还不是时刻tm+1的温度t(m+1)而转移到s224。当差terr小于阈值α时，作为温度tt能够视为时刻tm+1的温度t(m+1)而转移到s226。此外，阈值α是用于判定温度tt是否可以视为下一时刻tm+1中的温度t(m+1)的判定基准。

(s224)

将在s218中计算得到的温度tt作为计算该温度tt时设定给各要素的温度t(m)的值来进行更新，转移到s210。即将计算得到温度tt时的各要素的温度t(t)替换为温度tt来再次执行应力计算、发热量计算、温度计算。

(s226)

将通过s222的判定而差terr小于阈值α时的温度tt设定为从时刻tm前进时刻δt时的温度t(tm+1)。

(s228)

将时刻tm更新为时刻tm+1。

(s230)

判定在s228中更新的时刻是否是当前时间点的时刻end。通过判定，如果时刻tm+1小于时刻end则转移到s300，在时刻tm+1达到时刻end的情况下转移到s206。也就是说，通过再次重复s206～s228来计算时刻0～时刻end的轮胎r的各部中的温度历史记录。

[氧浓度历史记录计算处理s300]

图9是表示氧浓度历史记录计算s300的详细处理的流程图。

(s302)

设定用于计算氧浓度历史记录的开始时刻。在本实施方式中，计算轮胎r的从在新品状态下开始使用起至当前时间点为止的氧浓度历史记录，因此将时刻t0设定为使用开始时刻。

(s304)

通过氧浓度计算条件设定部52来对轮胎模型m设定氧浓度初始条件。具体地说，针对构成轮胎模型m的所有要素将氧浓度c(0)设定为零。

(s306)

对轮胎模型m设定氧浓度边界条件。针对构成轮胎内周面的要素，以如下方式设定氧浓度：将时刻t0时的与封入气室内的空气量相应的氧浓度c设为初始值，每当移动一个时刻，从前一个时刻的气室内的氧浓度c减去与移动量相应的氧浓度δc。另外，针对轮胎外周面的要素，设定大气中包含的氧浓度。

(s308)

从在s200中计算得到的温度历史记录数据中获取对应时刻tm的温度t(m)，使用该温度t(m)通过[数4]来计算对各要素设定的扩散系数d，由此各要素的扩散系数d被设定为数值。

(s310)

从在s200中计算得到的温度历史记录数据中获取对应时刻tm的温度t(m)，使用该温度t(m)通过[数5]来计算对各要素设定的耗氧量w，由此各要素的耗氧量w被设定为数值。

(s312)

使用在s308和s310中设定的扩散系数d和耗氧量w的数值来计算氧浓度c(m+1)。

(s314)

将时刻tm更新为时刻tm+1。

(s316)

判定在s314中更新的时刻是否是当前时间点的时刻end。如果判定为时刻tm+1小于时刻end则转移到s306，在时刻tm+1是时刻end的情况下转移到s400。

[劣化状态评价处理s400]

图10是表示劣化状态评价处理s400的详细处理的流程图。此外，该处理是对每个要素进行的。

(s402)

根据通过s300计算得到的氧浓度历史记录数据来计算表示对于时间的氧浓度的增加率的劣化倾向。

(s404)

将氧浓度c(end)与界限值s2进行比较，在小于界限值s2的情况下转移到s406，在大于界限值s2的情况下转移到s500。由此，在小于界限值s2的情况下判定为能够作为轮胎来使用，在界限值s2以上的情况下判定为不能作为轮胎来使用。

(s406)

将氧浓度c(end)与阈值s1进行比较，在小于阈值s1的情况下转移到s408，在阈值s1以上的情况下转移到s410。由此，在小于阈值s1的情况下判定为能够翻新，在阈值s1以上的情况下判定为不能翻新。

(s408)

计算阈值s1与氧浓度c(end)之差，根据通过s402计算得到的劣化倾向来计算达到阈值s1的时刻，转移到s410。由此，预测到能够翻新的界限为止的时间。

(s410)

计算界限值s2与氧浓度c(end)之差，根据通过s402计算得到的劣化倾向来计算达到界限值s2的时刻，转移到s500。由此，预测到作为轮胎的寿命为止的时间。

[显示输出处理]

(s500)

将在s402～s410中得到的判定、预测结果显示到显示单元16上。

此外，在上述实施方式中设为根据从新品状态起至当前时间点为止的温度历史记录来计算氧浓度历史记录来进行了说明，但是能够恰当地设定历史记录的开始时期、结束时期。也就是说，即使是正在使用中的轮胎，也能够通过输入来自途中的与轮胎使用环境有关的信息a和与轮胎特性有关的信息b来掌握轮胎的劣化倾向。

如以上所说明那样，根据本实施方式，通过仿真来预测劣化状态，因此能够根据该预测来实时地掌握使用中的轮胎、使用完的轮胎的剩余耐久性。也就是说，能够预测作为轮胎的寿命、至翻新为止的允许时间等。另外，对表示轮胎的内部的每个要素进行预测，因此还能够掌握无法实测的轮胎内部的橡胶中的劣化状态。由此，可知轮胎中的哪个地方的劣化在发展，因此能够高精度地掌握轮胎的剩余寿命，能够事先防止轮胎在使用中发生故障等。

以上说明了实施方式，汇总地说能够如下地记述。即，一种轮胎劣化状态预测方法，使用由多个要素构成的轮胎模型通过计算机来预测轮胎的劣化状态，该轮胎劣化状态预测方法包括：信息获取步骤，获取与使用环境有关的信息以及与轮胎特性有关的信息，与使用环境有关的信息包含轮胎使用时的气室内的压力的历史记录和温度的历史记录、作用于该轮胎的荷载的历史记录，与轮胎特性有关的信息包含构成轮胎的构件的材料特性；温度历史记录计算步骤，根据在信息获取步骤中获取得到的各信息来对每个要素计算轮胎的温度历史记录；氧浓度历史记录计算步骤，根据各信息和每个要素的温度历史记录来对每个要素计算氧浓度历史记录；以及轮胎劣化状态评价步骤，根据每个要素的氧浓度历史记录来评价轮胎的劣化状态。

根据本方式，通过计算而不是实测来求出劣化状态，因此能够实时地掌握使用中的轮胎、使用完的轮胎的剩余耐久性，能够高精度地掌握轮胎的寿命、至翻新为止的允许时间等。另外，对表示轮胎的内部的每个要素进行预测，因此还能够掌握无法实测的轮胎橡胶中的劣化状态。由此，可知轮胎中的哪个地方的劣化在发展，因此能够高精度地掌握轮胎的剩余寿命，能够事先防止轮胎在使用中发生故障。

另外，在温度历史记录计算步骤中，能够通过加入根据作用于轮胎的荷载的历史记录来计算的基于轮胎变形的发热来重现轮胎使用时的状态，因此能够进一步提高轮胎的劣化预测的精度。

另外，多个要素与构成轮胎的多个构件对应，由此能够掌握轮胎的各部中的劣化状态。

另外，轮胎模型是以多个三维要素来构成轮胎的立体模型，在温度历史记录计算步骤中能够通过使用该立体模型对每个要素计算轮胎的温度历史记录来高精度地计算轮胎整体的温度历史记录。

另外，轮胎模型是以多个要素构成将轮胎在轮胎宽度方向剖开的剖面的截面模型，在氧浓度历史记录计算步骤中能够通过使用截面模型对每个要素计算轮胎的氧浓度历史记录来高精度地计算得到氧浓度历史记录。

附图标记说明

1：轮胎劣化状态预测装置；20：模型读入单元；24：信息获取单元；28：物理性质值设定单元；30：温度历史记录计算单元；50：氧浓度历史记录计算单元；60：劣化状态评价单元；70：输出处理单元；m：轮胎模型；r：轮胎。