KR100240800B1 - An apparatus for measuring contact pressure of tire - Google Patents
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Abstract
본 발명의 타이어 접지압 분포 측정장치는 타이어의 주행 노면에 설치된 투명한 탄성매질판(60)과; 상기 탄성매질판(60)의 하부에, 상기 타이어의 주행방향에 대해 일정각도를 갖도록 설치된 무와레 격자(30)와; 상기 무와레 격자(30)와 탄성매질판(60)을 통과한 후 상기 타이어(10)와 상기 탄성매질판(60)의 접촉부에 조사되는 광을 발생시키도록, 상기 무와레 격자(30)의 하부에 마련되는 광원부(40)와; 상기 접촉부에서 반사된 광을 수광하도록, 상기 무와레 격자(30)의 하부에 마련되는 수광부(50)를 구비하여 구성된다.Tire ground pressure distribution measuring apparatus of the present invention includes a transparent elastic medium plate 60 installed on the road surface of the tire; A moire grid 30 disposed below the elastic medium plate 60 so as to have a predetermined angle with respect to the traveling direction of the tire; After passing through the Muwaret lattice 30 and the elastic medium plate 60, the light of the Muwaret lattice 30 to generate light irradiated to the contact portion of the tire 10 and the elastic medium plate 60. A light source unit 40 provided below; The light receiving unit 50 is provided below the Moire grid 30 so as to receive the light reflected from the contact portion.
Description
제1도는 종래기술에 따른 정적 타이어의 접지압 측정방법의 개략도로서, 1a도는타이어의 원주방향으로 로드셀이 배열된 상태를 나타낸 도면, 1b도는 타이어의 축방향으로 로드셀이 배열된 상태를 나타낸 도면.1 is a schematic diagram of a method for measuring the ground pressure of a static tire according to the prior art, in which 1a shows a state in which load cells are arranged in a circumferential direction of a tire, and FIG. 1b shows a state in which load cells are arranged in an axial direction of a tire.
제 2 도는 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 접지압 분포 측정장치의 일례를 나타내는 개략 사시도.2 is a schematic perspective view showing an example of a tire pressure distribution measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
제 3 도는 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 접지압 분포 측정방법을 설명하기 위해 타이어의 접지압 분포 측정장치를 타이어의 진행방향으로 절단하여 도시한 단면.3 is a cross-sectional view showing a tire pressure distribution measuring device of the tire cut in the traveling direction to explain the tire pressure distribution measuring method according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 타이어 30 : 무와레격자10: tire 30: Muware lattice
40 : 광원부 50 : 수광부40: light source unit 50: light receiving unit
60 : 탄성매질판 70 : 레이저센서60: elastic medium plate 70: laser sensor
본 발명은 타이어의 접지압 분포 측정장치에 관한 것으로서, 특히 무와레 격자를 구비함으로써 주행시 실제 접지면에서의 접지압 분포를 측정할 수 있도록 한 타이어의 접지압 분포 측정장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
또한, 본 발명은 타이어의 접지압 분포 측정방법에 관한 것으로서, 특히 타이어의 표면에서 반사된 광신호를 분석하는 단계를 구비하는 타이어의 접지압 분포 측정방법에 관한 것이기도 하다.In addition, the present invention relates to a method for measuring the pressure distribution of the tire, and more particularly, to a method for measuring the pressure distribution of the tire including the step of analyzing the optical signal reflected from the surface of the tire.
공기입 타이어에 있어서, 타이어 접지부의 접지압 분포는 타이어의 마모 성능이나 차량의 연비 등과 직접적인 관계가 있다. 특히, 마모 성능에 있어서는 접지압의 분포에 따라 그 마모 양상이 결정된다고 볼 수 있다. 따라서, 타이어의 접지압 분포양상을 측정에 의해 알아내는 것은 타이어 공학에 있어서 중요한 부분이라 할 수 있다.In pneumatic tires, the ground pressure distribution of the tire ground portion is directly related to the wear performance of the tire and fuel economy of the vehicle. In particular, it can be seen that the wear pattern is determined by the distribution of the ground pressure in the wear performance. Therefore, it is an important part in tire engineering to find out the ground pressure distribution pattern of a tire by measuring.
종래기술에 따른 타이어의 접지압 측정은 시험실 내에서 정적인 상태의 타이어에 대해 수행되어 왔다. 이와 같은 정적인 상태에서의 접지압 측정을, 종래기술에 따른 정적 타이어의 접지압 측정방법의 개략도인 제1도를 참조하여 설명한다.Ground pressure measurement of tires according to the prior art has been performed on static tires in a laboratory. The ground pressure measurement in such a static state will be described with reference to FIG. 1 which is a schematic diagram of a method for measuring the ground pressure of a static tire according to the prior art.
제1a도는 타이어(1)의 원주방향으로 로드셀(2)이 배열된 상태를 나타낸 도면이다. 분포압 측정에 있어서, 타이어(1)는 정지상태에 있으며, 상부로부터 시험에필요한 하중(F)을 받게 된다. 제1도의 (b)는 타이어(1)의 원주방향으로 로드셀(2)이 배열된 상태를 나타낸 도면이다. 이 때에도 역시 타이어(1)는 정지상태에 있으며, 상부로부터 시험데 필요한 하중(F)을 받게 된다.FIG. 1A is a view showing a state in which the
이러한 종래기술에서는, 로드셀의 크기 등에 따라 접지압 측정이 제약을 받을뿐 아니라, 전체적인 부분의 접지압을 측정하는데도 어려움이 있었다. 이와 같은 문제점을 개선하기 위해, 제1a도, b도와는 달리, 소형 로드셀을 균일한 간격을 가지도록 하면서 종, 횡방향으로 패치하여, 접지면 내의 압력분포 양상을 파악하는 방법이 있으나, 이 방법도 주행 중의 접지압 분포를 정확히 측정하는 방법으로는 적합하지 않다. 왜냐하면, 정적인 타이어의 접지압 분포는 실제 주행상태에 있어서의 접지압 분포 양상과는 크게 다르기 때문이다. 특히, 주행시 타이어와 노면과의 마찰력등에 의한 결과로 생기는 주행방향의 힘 또는 횡방향의 힘 등이, 정적인 타이어의 접지압 분포 측정에서는 배제되어 있기 때문에, 실제 주행상태의 접지압 분포 양상과는 큰 차이가 있다고 볼 수 있다.In this prior art, not only the ground pressure measurement is limited by the size of the load cell, but also there is a difficulty in measuring the ground pressure of the entire portion. In order to improve such a problem, unlike FIG. 1a and b, there is a method of determining the pressure distribution in the ground plane by patching the small load cells in the longitudinal and lateral directions while having a uniform spacing. It is not suitable as a method of accurately measuring the ground pressure distribution during road driving. This is because the ground pressure distribution of the static tire is very different from the ground pressure distribution in the actual driving state. In particular, since the force in the driving direction or the transverse direction, etc. resulting from the frictional force between the tire and the road surface during driving is excluded from the measurement of the static pressure distribution of the tire, it is a large difference from the actual distribution of the ground pressure distribution. It can be seen that.
따라서, 본 발명의 목적은 실제 주행 중인 타이어의 접지압 분포를 알 수 있게하는 타이어의 접지압 분포 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an apparatus for measuring tire pressure distribution and a method of measuring the tire pressure distribution that enable the user to know the tire pressure distribution of a tire that is actually running.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 타이어의 접지압 분포 측정장치는, 타이어의 주행 노면에 설치된 투명한 탄성매질판과; 상기 탄성매질판의 하부에, 상기 타이어의 주행방향에 대해 일정 각도를 갖도록 설치된 무와레 격자와; 상기 무와레 격자와 탄성매질판을 통과한 후 상기 타이어와 상기 탄성매질판의 접촉부에 조사되는 광을 발생시키도록. 상기 무와례 격자의 하부에 마련되는 광원부와; 상기 접촉부에서 반사된 광을 수광하도록, 상기 무와레 격자의 하부에 마련되는 수광부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, the tire pressure distribution measuring apparatus of the present invention, a transparent elastic medium plate provided on the running road surface of the tire; A moire grid disposed under the elastic medium plate to have a predetermined angle with respect to a driving direction of the tire; After passing through the Moire grid and the elastic medium plate to generate light irradiated to the contact portion of the tire and the elastic medium plate. A light source unit provided below the unparallel grating; And a light receiving unit provided under the Moire grid to receive the light reflected from the contact portion.
여기서, 상기 타이어가 동작상태에 있으므로 상기 수광부는 순간적인 영상을 포착할 수 있는 수광장치인 것이 바람직하며, CCD 카메라인 것이 더욱 바람직하다.Here, since the tire is in an operating state, the light receiving unit is preferably a light receiving device capable of capturing an instant image, more preferably a CCD camera.
상기와 같이 수광장치로서 CCD 카메라를 선택한 경우에, 상기 타이어의 진입위치에 상기 CCD 카메라를 자동으로 작동시키기 위한 센서를 더 구비하여, 타이어가 측정위치에 진입함과 동시에 자동측정이 이루어지도록 하는 것이 더욱 바람직하며, 이때, 상기 센서는 레이저 센서로 선택할 수 있다.In the case where the CCD camera is selected as the light receiving device as described above, a sensor for automatically operating the CCD camera at the entry position of the tire is further provided so that the automatic measurement is made as the tire enters the measurement position. More preferably, the sensor may be selected as a laser sensor.
한편, 상기 무와레 격자는 그 격자주기가 임의로 조절될 수 있도록 하여, 접지압의 분포 양상을 정확히 파악하도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the moire grid to allow the lattice period to be arbitrarily adjusted to accurately grasp the distribution of the ground pressure.
그리고, 상기한 본 발명의 타이어의 접지압 분포 측정방법은, 상기 타이어의 주행 노면에 투명한 탄성매질판을 마련하는 단계와; 타이어의 외주면을 광 반사성이 우수한 물질로 도포하는 단계와; 상기 탄성매질판의 하부에, 상기 타이어의 주행방향에 수직이 되도록 무와레 격자를 설치하는 단계와, 상기 무와레 격자와 탄성매질판을 통과하여 상기 타이어와 상기 탄성매질판의 접촉부에 조사되는 광을 발생시키는 광원부를 마련하는 단계와; 상기 접촉부에서 반사된 광을 수광하는 수광부를 마련하는 단계와; 상기 수광부에서 수광된 반사광을 기초로 주행중 타이어의 접지압 분포를 측정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 측정방법에 포함되는 각 단계가 기재순서에 따라 반드시 순차적으로 실행될 필요는 없다.In addition, the method of measuring the ground pressure distribution of the tire of the present invention comprises the steps of: providing a transparent elastic medium plate on the road surface of the tire; Coating the outer circumferential surface of the tire with a material having excellent light reflectivity; Installing a moire grid on the lower portion of the elastic medium plate so as to be perpendicular to the running direction of the tire, and passing light through the moire grid and the elastic medium plate to irradiate the contact portion between the tire and the elastic medium plate; Providing a light source unit for generating a light source; Providing a light receiving unit for receiving the light reflected from the contact unit; And measuring the ground pressure distribution of the tire while driving based on the reflected light received by the light receiving unit. Here, each step included in the measuring method does not necessarily need to be performed sequentially according to the description order.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 접지압 분포 측정장치의 일례를 나타내는 개략 사시도이다.2 is a schematic perspective view showing an example of a tire pressure distribution measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
제2도를 참조하면, 일정한 속도의 타이어(10)가 투명한 탄성매질판(60)의 위를 화살표의 방향으로 주행하게 되어 있다. 투명한 탄성매질판(60)의 밑바닥에는 일정간격(p)을 갖는 무와레격자(Moire grating)(30)가 타이어의 주행방향으로 배열되어 있다. 격자의 배열방향은 반드시 타이어의 주행방향과 일치할 필요는 없으며, 타이어의 주행방향에 대해 직각으로 배열되어도 된다. 또한, 무와레격자(30)의 하부에는,무와레격자(30)와 탄성매질판(60)을 통과한 후 타이어(10)와 탄성매질판(60)의 접촉부에 조사되는 광을 발생시키는 광원부(40)와 상기 접촉부에서 반사된 광을 수광하는 수광부(50)가 마련되어 있다. 본 실시예에서는 수광부(50)의 수광장치로서 CCD카메라를 채택하였으나, 순간적인 영상의 포착이 가능한 수광장치라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다Referring to FIG. 2, the
그리고, 타이어(10)의 진입위치 부근의 탄성매질판(60) 양측에는 수광부(50)인CCD 카메라를 자동으로 작동시키기 위한 레이저 센서(70)가 설치되어 있어서, 타이어의 진입에 따른 시험개시와 더불어 자동적인 측정이 이루어질 수 있도록 하였다.In addition,
다음에, 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 접지압 분포 측정방법을 도시한 제3도를 통하여 무와레 방법을 수식적으로 설명한다.Next, the Muware method will be described with reference to FIG. 3, which shows the method of measuring the tire pressure distribution according to the embodiment of the present invention.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 접치압 분포 측정방법을 설명하기 위해 타이어의 접지압 분포 측정장치를 타이어의 진행방향으로 절단하여 도시한 단면도이다. 본 도면에 있어서, 제2도의 구성요소와 동일한 구성요소는 동일 참조번호로 표시하며, 이에 대한 상세한 설명은 중복을 피하기 위해 생략한다.3 is a cross-sectional view showing a tire pressure distribution measuring device of the tire cut in the traveling direction to explain the method of measuring the contact pressure distribution of the tire according to an embodiment of the present invention. In the drawings, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted to avoid duplication.
광원부(40)에서 발생한 광은 무와레격자(30)와 투명산 탄성매질판(60)을 통과하여 타이어(10)와 탄성대질판(60)과의 접촉부에 α의 입사각으로 입사한다. 타이어(10)와 탄성매질판(60)과의 접촉부에서 반사된 광은 β의 반사각을 갖고 수광부(50)인 CCD 카메라에 도달한다. 이 때, 무와레격자(30)를 통하여 입사하는 광의 투과도와 격자 그림자의 밝기의 관계에 따라 수광부(50)에서는 투명한 탄성매질판(60)의 두께가 같은 부분이 연결된 등고선의 형상을 볼 수 있다. 이러한, 측정방법을 그림자 무와레법(shadow Moire)이라 한다.The light generated by the
이러한 무와레법을 수식으로 표현하면 다음과 같다.This muware method is expressed as an expression as follows.
제3도에서 무와레격자(30)가 놓인 평면의 한 점 d(x,y)에서의 광 투과도 T(x,t)는 아래와 같이 쓸 수 있다.In FIG. 3, the light transmittance T (x, t) at a point d (x, y) of the plane on which the Muwaret
여기에서, P는 격자의 주기이다.Where P is the period of the lattice.
높이가 Z(x,y)인 물체 포면 위의 점 d'(x,y)에터의 무와레 그림자 밝기Id'(x.y)(x, y)는 높이의 변화로 인해 x축에서 Z(x,y)tan
여기에서,Z(x,y)는 좌표가 (x,y)인 곳에서 격자로부터 물체 표면까지의 거리이다. k1(x,y),k2(x.y)는 물체 표면의 반사도가 고르지 않거나 조명이 고르지 않아서 생기는 고림자 밝기의 불균일함을 나타낸다. 또한, α는 격자의 법선과 무와레격자를 비추는 평행광선이 이루는 각이다. 물체 표면에 비춰진 무와레격자의 그림자를 무와레격자를 통하여 보는 시선이 격자에 대한 법선과 이루는 각도를 β라 하면, 물체 표면 위의 점 d'가 겹쳐져 보이는 격자 평던 위의 점 (x',y)의 위치관계는 다음과 같다.Where Z (x, y) is the distance from the lattice to the object surface where the coordinate is (x, y). k 1 (x, y), k 2 (xy) indicates the unevenness of the spectator brightness caused by uneven or uneven illumination of the surface of the object. In addition, α is an angle formed by the normal line of the lattice and the parallel light which illuminates the Muwaret lattice. The angle at which the line of sight looking at the shadow of the Muwaret lattice on the surface of the object forms the normal to the lattice is β. ) Is as follows.
그러므로, 무와레격자를 통해 보이는 물체 표쳔에 비춰진 무와레격자의 그림자밝기 I(x,y)는 아래와 같다.Therefore, the shadow brightness I (x, y) of the Muwaret lattice reflected on the surface of the object visible through the Muwaret lattice is
여기에서,
이 다.to be.
식 (4)에서 sine 함수와 cosine 한수의 변수로 Z(x.y)만이 들어 있는 항은 b(x,y)cos[Φ(x, y)] 밖에 없는데 이 항이 바로 무와레 등고선을 나타내는 항이다. 식 (5)는 진동수가 낮은 배경을 이루는 조명에 의한 것이고, 식 (6)은 무와레 간섭무늬의 진폭을 변조시키는 부분이며, Φ(x, y)에는 구하고자하는 Z(x, y)에 관한 정보가 담겨 있다. 따라서 수광부에 의해 얻어진 밝기분포에서 위상 이동기법, 퓨리에 변환법 등을 써서 Φ(x, y)를 도출한다. 변형된 투명한 탄성매질판(60)의 두께는 다음과 같다.In Equation (4), the term containing only Z (x.y) as the sine function and the cosine parameter is b (x, y) cos [Φ (x, y)], which is the term representing the Muware contour. Equation (5) is based on the illumination of the background with low frequency, and Equation (6) is the part that modulates the amplitude of the Muware interference fringe, and Φ (x, y) corresponds to Z (x, y) to be obtained. Contains information about Therefore, Φ (x, y) is derived from the brightness distribution obtained by the light receiving unit by using a phase shift method, a Fourier transform method, or the like. The thickness of the deformed transparent elastic
탄성매질판의 변형된 양 Z(x, y)는 다음과 같다.The deformation amount Z (x, y) of the elastic medium plate is as follows.
z'(x,y) = t- z(x,y) ---(10)z '(x, y) = t- z (x, y) --- (10)
식(10)과 후크의 법칙(Hook's law)를 이용하여 어떤지점에 작용하는 압력 P를 다음과 같이 구할 수 있다.Using equation (10) and Hook's law, the pressure P acting on a certain point can be calculated as follows.
σ = Eε = P(x, y)/A ---(11)σ = Eε = P (x, y) / A --- (11)
여기서 A는 압력이 작용하는 면적이다.Where A is the area where the pressure acts.
P(x, y) = AEε ---(12)P (x, y) = AEε --- (12)
실제 접지면에서는 x, y, z 방향의 변형이 있으나 여기에서 보고자 하는 것은 z방향의 작용력이므로 x, y 방향의 변형이 없다고 가정하면 d'(x, y)에서의 변형량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.In the actual ground plane, there are deformations in the x, y, and z directions, but since we want to see here the action force in the z direction, assuming that there is no deformation in the x, y directions, the deformation in d '(x, y) can be expressed as have.
z'(x, y) = εt ---(13)z '(x, y) = εt --- (13)
ε= z'(x, y)/t ---(14)ε = z '(x, y) / t --- (14)
식(12), (14)로 부터From equations (12) and (14)
P(x, y) = AEz'(x.y)/t ---(15)P (x, y) = AEz '(x.y) / t --- (15)
이상과 같이, 주행중인 타이어의 접지압을 측정함으로써 패턴 형상이나 속도 등의 조건에 따른 접지압 분포에 대하여 알 수 있으며, 이를 이용하여 타이어의 마모메카니즘 등을 규명한 기초 자료로 사용할 수 있다. 또한, 같은 양의 변형이 이루어진 부분이 등고선으로 나타나므로 접지부에서의 접지압 분포 양상을 시각적으로 판단할 수 있다.As described above, by measuring the ground pressure of the running tire, it is possible to know the distribution of the ground pressure according to the conditions such as the pattern shape and the speed, and can be used as the basic data for identifying the wear mechanism of the tire. In addition, since a portion in which the same amount of deformation is made appears as a contour line, it is possible to visually determine the ground pressure distribution pattern at the ground portion.
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