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on 週四, 27 二月 2020. 利用「T-MODE」建立即時模擬技術與雪地預測技術

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TOYO TIRE株式会社利用融合了CAE*1與AI的汽車輪胎
開發流程「T-MODE(Tモード)」,新建立了即時模擬技
術與雪地預測技術。

*1 CAE : Computer Aided Engineering的簡稱,電腦支援技術。

• 使用機械學習的即時模擬技術

本社在2000年建立了輪胎設計基礎技術「T-mode」,
並在2019年7月發表了經系統化的進化汽車輪胎開發
流程「T-MODE」。

在傳統的開發過程中,透過輸入設計規格來進行模擬,
然後反覆的修正設計規格並再次模擬,直到計算出性
能值達到目標性能為止。這種情況發生的頻率愈高,
整體的流程期間就愈長。

「T-MODE」是利用SPDM*2,成功匯集了至今模擬中
累積的各種資料。

*2 SPDM : Simulation Process and Data Management的簡稱,
                  集中管理各種資料並共享標準化流程的基礎架構系統。

利用這些資料並輸入設計規格,可以透過AI技術瞬時
導出輪胎性能的預測值,建立了突破性的即時模擬技術。

而且,本社在建立這項技術時,與大阪大學*3進行了聯合
研究,基於設計工程學的思維方式,作成了橫跨輪胎的
設計規格與輪胎性能的階層圖。在這基礎下,透過利用
資料科學技術,成功可視化輪胎設計規格與輪胎性能
的關係。

基於這個關係,在使用模擬資料作為題材實施機械學習
時,可以在短時間的計算下進行高準確度的預測。

*3 與大阪大學工學研究科機械工程學系的山崎慎太郎准教授、
    矢地謙太郎助教、藤田喜久雄教授共同研究。

[輪胎的設計規格與輪胎性能的階層構造(概念圖)]
realtime snow 1

[滾動阻力的預測值與實際計算值的比較*4]
realtime snow 2

*4 : 輸入設計規格後,即時算出的預測值(水平軸)與透過模擬實際計
      算值(垂直軸)之間的比較。確認了預測值與實際計算值相近。

• 雪地預測技術

本社已經建立了在特定雪質(新雪、結冰路)的雪地
抓地力性能的預測方法。利用最新發展的「T-MODE」
模擬基礎技術,考量到在實際的使用環境中的雪質,
可以準確地預測雪地抓地力性能。

在輪胎的實際使用條件下檢測來自雪的剪斷抵抗力*5
透過由東京海洋大学、長岡技術科学大学、
長野工業高等専門学校*6提供專業知識,共同進行
檢測方式的開發及檢測。透過使用環形剪斷特性
摩擦測試機進行檢測,可以根據行駛、剎車時的
荷重與車速來測量輪胎橡膠與自然積雪間的剪斷力。

透過這樣,成功讓在各種輪胎使用環境中的行駛與
剎車時的胎塊及刀槽紋的變形可視化,可以檢視適
合使用環境的胎面花紋。

本社將利用這次建立的雪地預測技術來開發新產品。

*5 剪斷抵抗力 : 透過設置在輪胎接地面的深溝中的大胎塊將
                           雪踏實,在接地面的方向剪斷雪時,來自雪
                           的抵抗力。

*6 : 與東京海洋大学 藤野俊和准教授、長岡技術科学大学 阿部雅二朗教授、
      長野工業高等専門学校 柳澤憲史准教授的共同研究

[抓地力解析]
realtime snow 3
[施加抓地力時的刀槽紋的變形]
realtime snow 4

本社今後也會詳細解讀不斷變化的市場動向,在
充分利用先進的「T-MODE」的同時也會充分利用
固有的資源來創造差異化的產品。

on 週四, 13 二月 2020. 輪胎感測技術概念

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活用AI、數位技術,可視化「輪胎力」

TOYO TIRE株式会社,活用AI、數位技術,檢測隨氣候
變化的「行駛中的路面情報」與磨耗、荷重等「行駛中的輪胎
狀態情報」,開發出了能即時地可視化「行駛中的輪胎表現」
的輪胎感測技術。

Tire Sensing Tech 1
(透過可視化的輪胎力的圖像模擬再現電腦繪圖)

迎來CASE*1時代,在汽車用輪胎方面,本社認為,具備情報
通信機能智慧化、車量控制的高精度化、運行管理與維修支援
情報的提供等正被需求著。

作為實現這些的核心技術,本社推進開發有關在汽車行駛時,
從唯一與路面接觸的輪胎收集各種情報的感測技術,進一步
構想通過利用輪胎本身作為「情報取得裝置」,創造新的
附加價值。

*1: Connected(聯結) / Autonomous(自主) / Shared & Service
     (共享與服務) / Electric(電動)之謂,基於四大趨勢的單字首
     字創造的單字,象徵汽車社會的變革。

本社為了掌握行駛時路面的狀態與安裝在行駛車輛上的輪胎
狀態,透過將感測器安裝在輪胎上,高度演算處理檢測到的
各種情報,構築了實現導引出輪胎性能(抓地力)的極限值的
感測技術。

透過這樣,掌握實際對於行駛路面狀態所需的性能範圍與行
駛中的輪胎是否能夠發揮對應的「輪胎力*2」的狀態的資料,
使它可以可視化。

*2: 根據從輪胎輸入的氣壓、溫度、路面辨別、荷重、磨耗及異常等情報,
     推定實際的輪胎表現。(本社獨自的稱呼)

像這樣,如果可以利用具備該功能的輪胎作為情報取得裝置,
從中檢測、獲得資料,以即時掌握各種車輛所需的輪胎性能
極限值及實際的表現。透過將這些情報與車輛作連動,讓更
精確的駕駛如穩定行駛和危險迴避等能夠實現。

本社使用這次建構的「輪胎感測技術」,促進與外部各種知
識與技術的整合(開放式創新),實現進一步的移動性進化。

 

• 檢測「輪胎力」的技術

本社的輪胎感測技術的概念,是將輪胎的功能用作情報取得
裝置,從檢測到的情報,透過導出「行駛時對應路面的輪胎
所需要的性能」與「實際行駛中發揮的性能」兩者,可以說
是帶來包含安全性的高精確驅動核心技術。

確定這些輪胎的性能,輸入從裝在輪胎中的感測器檢測出的
情報,並作為「輪胎力」輸出,可以建構「輪胎力推定模型」。
透過將輪胎力推定模型組合進車載裝置中,試圖與車輛連動。

輪胎推定力模型是透過與智慧型手機的聲音、影像的識別、
處理應對機制一樣的技術的資料分析與AI建構而成。這是透
過與SAS Institute Japan株式会社*3合作建構出來的。

*3: 一家採用AI技術並通過創新軟體和服務將先進的IoT解決方案引入廣泛
     產業的領先分析公司。

Tire Sensing Tech 2
(TOYO TIRE的輪胎感測技術可從檢測到的各種資料來即時推定「輪胎力
」)

• 輪胎力推定模型

為了構築使用資料分析、AI的「輪胎力推定模型」,透過同步
連結到安裝在車輛與輪胎、輪圈的各種測量儀器與裝置在輪胎
的感測器情報,創建學習資料(資料組)。

本社經過POC(Proof of Concept: 概念驗證),確認了本方法的
可行性,在各種條件下收集學習資料,進一步透過反覆試驗開
發了學習方法。

Tire Sensing Tech 3
(輪胎力推定模型的構造圖)

現在,在本社的測試過程中,已經成功透過模型檢測輪胎力的
推定,目前,我們正進一步收集實車裝載、實路行駛車輛的即
時輪胎力資料。

如果實現了這個技術,不僅有助於行駛中的安全、安心,透過
掌握輪胎的使用方式,可以往新的附加價值方面擴展。

本社不只是單安裝感測器來收集情報,作為輪胎製造商,透過
本社具有輪胎感測技術的「輪胎性能掌握技術」,我們希望不
只是支援安全下安心的移動,我們還要拓展作為新商業模式的
可能性。

Tire Sensing Tech 4

(輪胎力的可視化圖像)

on 週一, 20 一月 2020. 本社輪胎開發技術的介紹動畫公開

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本社輪胎開發技術的介紹動畫公開

與Discovery Channel共同製作



TOYO TIRE股份有限公司,和與自然、科學和技術有關的
國際紀錄片播放頻道「Discovery Channel」合作,製作更
清晰的本社輪胎開發技術的動畫,並在本社企業網站公開
以通知。

TOYO TIRES Technology
(在本社企業網站內的動畫介紹頁面)

「Discovery Channel」是世界最大級別的紀錄片頻道,
全球超過170個國家,4億5千萬的家庭在觀看。

廣播媒體以「日本的事物創造未來」為主題,在
「Beyond Future」系列的節目中製作。這些影片從
去年12月的日本開始,在亞洲各地區播放,這提供了
本社機會讓全球的各位觀眾更廣泛理解我們的技術開發
及潛力。

為了向全球更多的人介紹,支持本社製造高品質、高性能輪
胎的3種輪胎開發技術,這次與Discovery Channel共同製作
的影片在本社的網站上公開。

本社將繼續利用獨自的技術開發輪胎,為次世代移動社會做出貢獻。

(請參考)

■ 該動畫介紹頁面URL:
日文版: https://www.toyotires.co.jp/rd/discovery_ch/
英文版: https://www.toyotires-global.com/rd/discovery_ch/

■ 3種輪胎開發技術
① 「材料設計基礎技術 (Nano Balance Technology」
      接近奈米級材料開發技術,日本國內首個讓相矛盾的
      輪胎性能「滾動阻力」及「溼地抓地性能」達到最高
      等級的相容能力。

② 「生產基礎技術 (A.T.O.M)」
      本集團最大的輪胎製造據點「Toyo Tire North America
      Manufacturing Inc.(美國喬治亞州)」首次有相機進入,
      向世界公開獨自的膠帶工法。

③ 「輪胎設計基礎技術 (T-MODE)」
      介紹2019年7月發表的新T-MODE及支持它的AI技術,
      創造出獨自的設計技術。

ATOM TMODE
(本社企業網站內的該動畫介紹頁面)

on 週三, 23 四月 2014. 新一代T-MODE(Intelligent Tire Development Platform)

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融合了AI技術,新進化的輪胎設計基礎技術

T-MODE(Intelligent Tire Development Platform)

高效率、高精度的新的輪胎開發平台


TOYO TIRE將傳統的輪胎設計基礎技術與CAE*1及AI整合,使汽車用
輪胎開發進程「T-MODE (ティーモード)」有了新的系統化發展。
今後,運用進化的T-MODE的同時,在新的階段推進輪胎的開發。
*1 CAE: Computer Aided Engineering的簡稱,電腦支援技術。

TMODE 1

• 以模擬為核心的輪胎設計
本社把使用超級電腦的2種模擬技術整合起來:
1.行進時的輪胎情形再現,這是利用了性能預測及構造解析的「輪胎模擬」。

2.重現車量別的各種情形,乘員數、荷重量,行進時的花紋等等,掌握了在行進時
   車輛的行為對輪胎影響的「駕駛模擬」。
在2000年確立的輪胎設計基礎技術命名為「T-mode」。之後,在充分
運用這個設計技術的同時,致力於開發最優質的輪胎。

• 從舊「T-mode」到新「T-MODE」
輪胎作為與路面接觸的唯一零部件,在滿足汽車要求的各種性能方面
擔任重要的角色。在電動化和自動駕駛等次世代移動技術創新的競爭
開始席捲產業界,輪胎被要求能快速地實現明確的性能及功能來支援
「移動的進化」。未來,設計的高精度化及高速化將成為關鍵。

本社利用SPDM*2,將使用AI技術的設計支援技術導入傳統的T-mode
(獨家的各種模擬基礎技術),作為新的「T-MODE」讓輪胎開發進程有
著高度的進化。
*2 SPDM: Simulation Process and Data Management的簡稱。可以
集中管理並共享標準化流程的基礎技術。

• 透過SPDM對輪胎開發進程的創新
輪胎的開發過程需要輸入各種設計因素及使用條件,透過反覆的
「設計、模擬、試作、評價」來最佳化所需的性能與設計。

為了迅速進行產品開發,要提高模擬能力,需要比現今更高精度
的設計。這次透過SPDM的構建,創新了本社的輪胎開發進程。

TMODE 2 1

(1)各種資料的集中管理及共享資產化
以前,設計者進行模擬所得到的資訊,作為設計者個人的資料來處理,
新的T-MODE平台將各種資料作為共通資產來集中管理,可以在設計
者之間共享。將那些設計資料、模擬資料及實驗資料串連起來,提升
作為資料的附加價值,可以作為學習資料來發展。

設計者執行模擬的資料會自動儲存在共享伺服器,用作新的解析和預
測的資料庫資產,這可以縮短驗證過程並縮短產品開發的前置時間。

(2)AI的應用與逆問題解決方法的確立
這次SPDM的構建及導入,透過設計支援技術與模擬基礎技術的整合,
可以期待進程創新有著前所未有的躍進。

以前的解決方法是先輸入設計規格來進行模擬,以取得結果的性能值。
如果規格不符合需要的性能值,則需要修正設計規格後再度進行模擬,
隨著修正次數的增加,整個過程的時間變得更長。

透過「逆問題解法」取得目標性能所需的構造、形狀和花紋設計資料,
也就是,如果輸入要求的性能值,則可以使用AI技術導出需要的設計
規格。

• 空氣動力模擬的進化
本社在2018年5月,有效地實現了汽車的進一步低耗油化和電動化
所需要的「高空氣動力特性*3的輪胎」,確立了獨家的「流動性與空氣
動力學(空氣動力模擬)技術」。
*3 空氣動力特性: 物體在空氣中移動、運動時所受到的空氣力(阻力)和流動特性。

使用實際的各種輪胎花紋,結合輪胎負重、車輛行駛速度等汽車操作
時的各種使用條件,此外組合各種車輪和車體形狀等各別條件,在這
些條件下考量輪胎的變形、輪胎接地轉動狀態,具有將輪胎與車輛的
空氣動力特性解析與預測的模擬化能力。

自2018年以來,接近了新的領域,考量到輪胎接地 / 變形 / 迴轉,正
在實現整車空氣動力特性的預測技術。

此外,將在今年底應用新的T-MODE,進入輪胎設計方案的預測技術,
擴展空氣動力模擬的控制領域來改善每個車型的空氣動力特性。

on 週三, 11 七月 2018. 獨家新開發的裝置,降低輪胎的空腔共鳴音

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獨家裝置的開發,有效降低輪胎的空腔共鳴音

藉由新技術『Toyo Silent Technology(トーヨーサイレントテクノロジー)』,解決了從輪胎傳遞到車輛內的聲音問題,新開發的裝置具有將車內噪音之一的輪胎空腔共鳴音降低的效果。

TOYO Silent Tec 1

隨著混合動力車的普及,車輛動力源從內燃機轉變成電動驅動,移動環境產生很大的變化,車輛內部環境有追求更高品質的舒適性的趨勢。在車輛行駛時與路面接觸的輪胎上,本社累積了豐富的知識,今後會活用這些知識,藉由Toyo Silent Technology來開發新產品,為駕駛人與乘客提供更加安靜與舒適的空間。

●通過輪胎傳遞的噪音

聲音是因空氣的震動所產生的,由於安裝在車輛上的輪胎是內部充滿空氣的構造物,行駛時與路面接觸產生一股往輪胎內傳遞的力道,因此讓輪胎內部的空氣產生震動,該震動會藉由車軸把聲音(噪音)傳遞到車內。輪胎從外部(路面)受到一股力道使填充在內部的空氣振動而產生噪音,這被稱作是輪胎空腔共鳴音,是車內噪音的一種。

例如行駛在高速公路上,通過道路的接縫時會聽到「Pakan」的聲音,這是因為轉動的輪胎受到道路表面凹凸不平而產生的力道,造成輪胎內的空氣產生震動而發生輪胎空腔共鳴音。

●發現輪胎內部的「空氣流動」

噪音發生的原因是車輛在行駛時輪胎內部的空氣造成的,可以藉由模擬來讓輪胎接地轉動時的狀態可視化。透過模擬,可以證實充填的空氣自己會在輪胎內部產生「圓周方向流動」與「垂直方向流動」。

為了降低輪胎空腔共鳴音,把具有吸音效果的材料裝在內部的想法,雖然輪胎業界先前技術有具體化。但本社這次注意到輪胎內部會發生空氣流動的事實,因此採用獨家方法「活用空氣的流動」來降低噪音。

●獨家裝置的配置來降低噪音

一開始聲音會通過孔洞並產生衰弱,這是因為有「2個減衰機制」,通過孔洞會跟壁面產生摩擦,而且通過孔洞後會發生漩渦。

                                 TOYO Silent Tec 2

藉由活用聲音通過孔洞之際的氣流來提高降低聲音的效果,本社在藉由可視化發現的氣流方向(空氣流通的路徑)配置了多孔薄膜來研究「發生的聲音通過孔洞的結構」。為了應對氣流圓周方向及垂直方向的雙向流動,將多孔薄膜安裝成「山的形狀」的裝置,這是本社獨家發明的突破點。

                                     TOYO Silent Tec 3

另外為了保持山的形狀,我們在圓周上配置了16個圓柱型海綿。由於圓柱型海綿的中空構造對聲音的衰減有效果,與多孔薄膜的相乘效果能更進一步降低噪音。

TOYO Silent Tec 4

●有效降低噪音

人類可聽到的音頻是20Hz~20,000Hz,但輪胎空腔共鳴音的音頻是200Hz~250Hz的低頻噪音。以該頻率為目標,為了確認搭載裝置所降低噪音的效果,我們對本社上市的輪胎當作樣品來進行實車試驗。車內噪音水準的測量結果顯示,有搭載裝置的車輛行駛時產生的輪胎空腔共鳴音與沒有搭載裝置的目前的輪胎行駛時相比,在200Hz~250Hz的範圍內,有著顯著減少最大12dB的效果。本社在獲得這項結果後,考慮計畫將有搭載裝置的輪胎進行產品化與與市場化發展。

TOYO Silent Tec 5

本社今後在繼續發展獨家的創新技術的同時,也會持續用「技術」讓輪胎進化來開發出下世代移動社會所需求的產品。

on 週三, 11 七月 2018. 發表新技術「流動性與空氣動力學技術」

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掌握未來低燃費化/電動化的關鍵 「空氣動力」的高精密度模擬試驗

獨家的「流動性・空氣動力學技術」確立

為了進一步改善汽車的燃油經濟性或電力消耗效率,藉由獨家的「流動性・空氣動力學技術」來有效地設計出擁有「優良的空氣動力特性※1」的輪胎。

※1)空氣動力特性: 空氣中,物體在移動、運動時所受到的空氣抵抗力以及空氣的流動特性

Mobility And Aerodynamics Tech 1

本社確立的流動性・空氣動力學技術,運用在實際的各種輪胎花紋設計上。在輪胎的負重、車輛的行駛速度等汽車行駛時的各種使用條件,並且納入各種車輪或車體形狀的組合在這些綜合條件下,該技術有能力解析及預測輪胎的變形情形、輪胎接地的轉動狀態※2和輪胎與車輛的空氣動力特性。

※2)輪胎的接地轉動狀態: 輪胎在實際的路面上轉動的狀態

因此,為了應對未來汽車製造商開發出的車輛所需要的提高燃油經濟性以及提高車輛續航性能本社在結合各種條件之下,針對個別車輛需求的空氣動力特性的最適合輪胎,能夠有提出的優勢。

此外,基於高精密度的模擬試驗,數值風洞試驗法與實車風洞實驗※3的結果一致,這讓「優良的空氣動特性輪胎」的開發以及供應給市場成為可能

※3)實車風洞實驗: 位於能創造出人眼看不見的人造風的專門設施內實際車輛受到的空氣流動進行可視化處理定量測量空氣阻力的實驗。 

○空氣動力特性的重要性

空氣動力特性是車輛在行駛時必定會受到的抵抗力,降低空氣阻力可以提升燃費經濟性。汽車製造商為了響應社會對環境保護面向的期待,正致力於開發改善空氣動力特性的車輛設計。另外,針對電動車輛改善一次充電的續航能力,也是改善空氣動力特性的一大主題

○輪胎與空氣動力的關係

行進時車輛的輪胎,在負荷重量的同時會變形與迴轉。基本上,迴轉中物體對周圍的空氣的作用改變了其流動。結果,輪胎周邊生成的空氣流動直接影響※4了車輛的空氣動力特性。如果能夠最適化輪胎的輪廓來抑制車輛的空氣動力特性,則能夠削減燃耗。因此,有必要分析以及掌控在行進時輪胎周圍生成的空氣流動

※4)直接影響: 車輛整體受到的空氣阻力中,據說輪胎所占的比例約為15%

○燃費測量基準的的世界標準化

2014年,在聯合國的汽車基準協調世界論壇上(WP29),採用世界統一的技術規則「乘用車等國際協調燃費、排氣式驗方法(WLTP※5)」。這標準化了全球各地不同的汽車檢驗方法,例如燃油經濟性、廢氣排放法規和安全性。在WLTP中評價一台車輛的阻力,必須要考量到輪胎在風洞實驗中的空氣阻力

今後,輪胎的空氣動力特性與燃油效率規定值有直接關係。由此,有關改善輪胎周圍的空氣流動的方法未來會非常的關注

※5)WLTP: Worldwide-harmonized Light Vehicles Test Procedure的簡稱

 

基於以上3個面向,藉由使用高精密度的解析及預測技術作為輪胎製造商「能夠更實際地呈現理想的空氣動力特性改進方式」的社會意義及為了更大的產業價值。另外,也期待獲得輪胎開發的優勢

本社獨自開發了專門「用在輪胎解析的超級電腦」的數值計算技術,輪胎設計者自己也可以用來作開發商品的設計。融合了輪胎解析技術及駕駛模擬,成為獨家的輪胎設計基礎技術「T-mode」,目前為止已經實現了設計期間的大幅縮減及高精密度的設計。

這回的流動性・空氣動力學技術作為T-mode的進化技術,是通過先前研究中未實現領域的方法建立的也就是說,「由於負重及行駛條件等引起的輪胎變形」、「考慮到不連續的輪胎花紋的輪胎迴轉「考慮到輪胎與路面接觸時空氣的流動情形」之類,以及實際行駛的車輛受到空氣阻力影響的狀態,藉由種種數值計算方法來數值化,透過這種組合實現了輪胎和車輛周圍空氣流動的模擬及可視化。

本社在今後仍會透過「獨家技術來設計下世代的交通」,來讓輪胎持續地進化