KR100267485B1 - Friction measuring instrument for estimating tire braking performance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 타이어의 제동성능을 예측하기 위해 마찰력을 측정하는 마찰측정기에 관한 것으로, 특히 모터에 의해 회전하도록 된 회전판내의 홀더에 측정대상물인 타이어 시편을 장착시켜, 이 시편이 제동기에 의해 제동되어 미끄럼 마찰계수와 회전 마찰계수를 동시에 측정할 수 있게 함으로써, ABS방식을 채택하지 않는 차량 뿐만 아니라 ABS방식을 채택하는 차량의 타이어 제동성능을 예측할 수 있도록 한 타이어 제동성능 예측용 마찰측정기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a friction measuring device for measuring frictional force in order to predict braking performance of tires. The present invention relates to a friction measuring device for predicting tire braking performance, which enables predicting the tire braking performance of not only a vehicle that does not adopt the ABS system but also a vehicle that does not adopt the ABS method by allowing the friction coefficient and the rotational friction coefficient to be measured at the same time.
일반적으로, 자동차의 제동은 엔진과 브레이크를 통해 이루어지는 바, 브레이크 조작에 다른 제동력은 타이어와 노면 사이의 마찰력을 이용하는 것으로, 그 최대치는 타이어의 미끄러짐에 의해 제한을 받게 된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 타이어와 노면 사이의 마찰계수는 미끄럼율(slip ratio)에 따라 변화하게 되는데, 일반적으로 미끄럼율이 10 ∼ 30%에서 최고치가 되었다가 미끄럼율이 증가하면 감소하게 된다. 한편, 차량의 주행 안전성을 유지하도록 하는 타이어의 측방향 힘(cornering force)은 미끄럼율이 0에서 최대로 되었다가 미끄럼율이 증가하에 따라 감소하게 된다.In general, the braking of the vehicle is performed through the engine and the brake, and the braking force for braking operation is to use the friction force between the tire and the road surface, and the maximum thereof is limited by the tire slip. That is, as shown in FIG. 3, the coefficient of friction between the tire and the road surface changes according to the slip ratio, and in general, the slip ratio reaches a maximum at 10 to 30% and then decreases as the slip ratio increases. do. On the other hand, the cornering force of the tire to maintain the driving safety of the vehicle decreases as the sliding rate increases from the maximum sliding rate.
그러나, 차륜이 록크상태로 되면 측방향 힘이 0으로 되어 제동시에 차량의 방향 안정성 및 조타성이 유지될 수가 없기 때문에, 제동력과 안전성을 얻기 위해 각 차륜의 미끄럼율이 너무 커지지 않도록 제어하는 장치로서 ABS(Anti-lock Brake System)가 사용되고 있다. 여기서, 타이어의 미끄럼율(Φ)은 다음 수학식 1과 같이 차체속도에서 차륜속도를 뺀 차이와 차체속도와의 비율로써 정의되며, 미끄럼 마찰계수(μ)는 수학식 2로 나타내어진 운동방정식에 의해 도출될 수 있다.However, when the wheel is in the locked state, the lateral force becomes zero and the direction stability and steering of the vehicle cannot be maintained during braking. Therefore, as a device for controlling the slip ratio of each wheel so as not to be too large to obtain braking force and safety. ABS (Anti-lock Brake System) is used. Here, the slip ratio (Φ) of the tire is defined as the difference between the vehicle speed and the difference of the vehicle speed from the vehicle speed, as shown in Equation 1 below, and the sliding friction coefficient (μ) is defined by the equation of motion represented by Equation (2). Can be derived.
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
상기 수학식에서 V1은 차량속도, V2는 차륜속도, I0는 차륜의 관성모멘트, W0는 차륜의 하중, T1은 제동토크, r은 차륜반경, ω는 차륜각속도이다.In the above equation, V1 is the vehicle speed, V2 is the wheel speed, I 0 is the moment of inertia of the wheel, W 0 is the load of the wheel, T1 is the braking torque, r is the wheel radius, ω is the wheel angular velocity.
한편, 상기 타이어의 미끄럼율은 타이어 캡트래드(cap tread)의 디자인과 타이어의 고무조성물의 종류에 따라 달라지게 되므로, 새로운 캡트래드나 고무조성물을 개발하게 되면 그 고무조성물의 노면과의 제동성능을 평가하는 시험이 이루어지게 된다. 이러한 시험방법으로서는 점탄성 시험기를 이용하는 방법과, 미끄럼 마찰 측정기를 이용하는 방법, 실제 타이어를 만들어 차량에 부착하여 시험하는 방법 등을 이용해서 타이어의 제동성능을 예측하게 된다.On the other hand, since the slip ratio of the tire varies depending on the design of the tire cap tread and the rubber composition of the tire, when the new cap tread or the rubber composition is developed, the braking performance of the rubber composition with the road surface is improved. Evaluation tests will be made. As such a test method, the braking performance of the tire is predicted by using a method of using a viscoelastic tester, a method of using a sliding friction tester, a method of making an actual tire, attaching it to a vehicle, and the like.
그러나, 상기한 점탄성 시험기를 이용하는 방법으로는 제동성능을 유추할 수는 있지만 정확한 제동성능을 예측하기가 어렵고, 미끄럼 마찰측정기를 사용하는 방법에서는 시편이 회전하는 회전판에 고정시켜진 상태에서 노면과 접촉하여 미끄러지게 되므로 고무와 노면의 미끄럼 마찰계수만을 측정할 수 있을 뿐 회전 마찰계수는 측정할 수가 없기 때문에, ABS가 장착된 차량의 제동성능을 예측하기가 어렵다는 것이 문제로 되고 있었다.However, although the braking performance can be inferred by the method using the above-described viscoelastic tester, it is difficult to predict the exact braking performance.In the method of using the sliding friction tester, the contact with the road surface while the specimen is fixed to the rotating rotating plate It is difficult to predict the braking performance of a vehicle equipped with ABS, because only the sliding friction coefficient of the rubber and the road surface can be measured, but the rotational friction coefficient cannot be measured.
한편, 실제로 타이어를 만들어 차량에 부착한 상태에서 제동성능을 시험하는 방법이 가장 확실한 방법이기는 하지만, 타이어를 제조하는 데에 시간이 많이 걸리고 타이어 제작비 및 시험비용도 많이 들게 되는 한편, 고무조성물을 개발하고 나서 제동성능을 평가하는 데에 시일이 많이 걸려 다양한 종류의 고무조성물을 평가할 수 없다고 하는 점이 문제로 되고 있다.On the other hand, although braking performance is the most obvious method of making tires and attaching them to a vehicle, it takes a lot of time to manufacture tires, costs a lot of tire manufacturing and testing, and develops rubber compositions. After that, it takes a lot of time to evaluate braking performance, so that various kinds of rubber compositions cannot be evaluated.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 모터로 회전구동되는 회전판내에 시편을 장착시켜, 이 시편이 노면을 따라 회전구동하다가 제동기에 의해 제동되면서 미끄럼 마찰계수 뿐만 아니라 회전 마찰계수도 측정할 수 있게 됨으로써, ABS가 장착된 차량의 제동성능도 예측할 수 있도록 된 타이어 제동성능 예측용 마찰측정기를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by mounting a specimen in a rotating plate driven by a motor, the specimen is rotated along the road surface and braked by a brake while not only sliding friction coefficient but also rotation friction coefficient It is also an object of the present invention to provide a friction measuring device for predicting tire braking performance, which can predict braking performance of a vehicle equipped with ABS.
도 1은 본 발명에 따른 마찰측정기의 구성을 도시한 개략사시도,1 is a schematic perspective view showing the configuration of a friction measuring device according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 마찰측정기에 갖춰진 홀더부분이 도시된 도 1의 A부분 상세도,Figure 2 is a detailed view of the portion A of Figure 1 is shown a holder portion equipped with a friction measuring device according to the present invention,
도 3은 타이어의 마찰계수와 미끄럼율의 관계가 도시된 그래프이다.3 is a graph showing the relationship between the friction coefficient of the tire and the sliding rate.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 컴퓨터 2 : 모터제어장치1: Computer 2: Motor Control Device
3 : 모터 4 : 제 1속도계3: motor 4: first speedometer
5 : 트랜스듀서 6 : 구동축5
7 : 회전판 8 : 홀더7: rotating plate 8: holder
9 : 제동조절기 10 : 수분분사기9: brake controller 10: water sprayer
81 : 제동기 82 : 시편81: brake 82: specimen
83 : 제 2속도계 P1 : 제동기 작동점83: second speedometer P1: brake operating point
P2 : 제동기 정지점P2: Brake Stop Point
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마찰측정기는, 모터로 회전구동되는 회전판과, 이 회전판의 상부에 장착되어 회전판의 회전속도를 측정하는 제 1속도계, 회전시에 걸리는 토크를 측정하는 트랜스듀서(transducer) 및, 상기 모터의 구동을 제어하는 모터제어장치를 갖추고서, 상기 회전판내에는 3개의 시편을 고정하기 위한 3개의 홀더가 갖춰진 구조로 되어 있다. 한편, 이 홀더에는 시편을 제동시키는 제동기와, 시편의 회전속도를 측정하는 제 2속도계, 상기 제동기를 제어하는 제동조절기, 노면이 원하는 상태로 되게 하기 위한 수분분사기 및, 상기 제 1 및 제 2속도계와 제동조절기 및 모터제어장치에 연결되어 이들의 제어 및 정보교환을 수행하도록 된 컴퓨터가 설치되어 있다.Friction measuring device according to the present invention for achieving the above object, a rotary plate driven by a motor, a first speedometer mounted on the top of the rotating plate to measure the rotational speed of the rotating plate, to measure the torque applied during rotation A transducer and a motor control device for controlling the driving of the motor are provided, and the rotating plate is provided with three holders for fixing three specimens. On the other hand, the holder includes a brake for braking the specimen, a second speedometer for measuring the rotational speed of the specimen, a braking regulator for controlling the brake, a water spray for bringing the road surface to a desired state, and the first and second speedometers. And a computer connected to the brake regulator and the motor control unit to perform their control and information exchange.
이하, 본 발명을 예시된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated drawings.
도 1은 본 발명에 따른 마찰측정기의 개략사시도로서, 본 발명에 따른 마찰 측정기에는 모터(3)와 연결된 구동축(6)과 결합되어 이 구동축(6)의 회전에 따라 회전하게 되는 회전판(7)과, 컴퓨터(1)와 연결되어 상기 모터(3)의 구동을 제어하는 모터제어장치(2), 상기 회전판(7)의 상부에 장착되고서 상기 컴퓨터(1)와 연결되어 회전판(7)의 속도를 측정해서 그 측정치를 컴퓨터(1)로 전송하는 제 1속도계(4), 상기 컴퓨터(1)와 연결되어 회전판(7)의 토크를 측정한 측정치를 컴퓨터(1)로 전송하는 트랜스듀서(5) 및, 상기 컴퓨터(1)와 연결되고서 이 컴퓨터(1)에 의해 제어되어 노면상태를 시험에 필요한, 예컨대 젖은 상태나 빙결상태 등으로 만드는 수분분사기(10)가 갖춰져 있다.1 is a schematic perspective view of a friction measuring apparatus according to the present invention, in which the friction measuring apparatus according to the present invention is coupled to a driving
또한, 상기 회전판(7)내에는 3개의 시편(82)을 고정시키기 위한 3개의 홀더(8)가 각각 120°의 각도로 떨어져 설치되는데, 이들 홀더(8)에는 도 2에 도시된 바와 같이 제동기(81)와 제 2속도계(83)가 부착되고서 이들 사이에 시편(82)이 회전축(84)으로 결합되어 노면을 따라 회전구동하도록 되어 있다. 그리고, 이들 시편(82)은 제동기(81)에 의해 제동되도록 되어 있다. 여기서, 이 제동기(81)는 컴퓨터(1)와 연결되어 이 컴퓨터(1)에 의해 제어되는 제동조절기(9:도 1 참조)에 의해 조절되는 한편, 시편(82)과 회전축(84)으로 연결된 제 2속도계(83)는 컴퓨터(1)에 연결되어 측정한 시편(82)의 회전속도를 컴퓨터(1)로 전송하게 된다.In addition, three
따라서, 모터(3)에 의해 회전판(7)이 회전구동되면서 이 회전판(7)의 홀더(8)에 장착된 시편(82)이 수분분사기(10)에 의해 시험상 요구되는 상태로 만들어진 노면을 따라 회전구동하게 되고, 이때 차량의 주행속도에 해당하는 회전판(7)의 제 1속도(V1)가 제 1속도계(4)에 의해 측정되어 컴퓨터(1)에 입력되는 한편, 회전판(7)의 토크(T1)가 트랜스듀서(5)에 의해 측정되어 컴퓨터(1)에 입력되며, 차륜의 속도에 해당하는 시편(82)의 제 2속도(V2)홀더(8)에 갖춰진 3개의 제 2속도계(83)에 의해 측정된 측정치의 평균값으로 컴퓨터(1)에 입력되게 된다. 이렇게 해서 컴퓨터(1)로 입력된 변수(V1,V2,T1)에 의해 미끄럼율(Φ)과 미끄럼 마찰계수가 도출되게 된다.Therefore, while the
또한, 통상 ABS방식의 제동은 도 3에 도시된 바와 같이 마찰계수가 가장 높은 영역(Ⅱ)에서 제어되는 특성을 갖기 때문에, ABS방식을 채택하는 차량의 타이어 제동성능을 시험하기 위해서는 홀더(8)의 시편(82)을 제동하는 제동기(81)가 이 영역(Ⅱ)에서 작동해야 하는데, 이 제동기(81)의 조절은 제동조절기(9)에 의해 이루어지게 되고, 이 제동조절기(9)는 상기 입력변수(V1,V2,T1)에 의거 컴퓨터(1)에 의해 계산되는 미끄럼율(Φ)에 따라 제어되게 된다. 즉, 상기 제동기(81)는 바람직하기로는 미끄럼율(Φ)이 10%인 제동기 작동점(P1)에서 제동이 시작되는 한편, 미끄럼율(Φ)이 20%인 제동기 정지점(P2)에서 제동이 해제되도록 되면서 제동성능을 측정할 수 있게 된다.In addition, since the braking of the ABS system has a characteristic of being controlled in the region II having the highest coefficient of friction as shown in FIG. 3, the
한편, ABS방식을 채택하지 않는 차량의 타이어의 제동성능은 제동기(81)에 의해 시편(82)의 회전이 완전히 정지된 상태, 즉 미끄럼율(Φ)이 100%인 상태에서 측정하게 된다.On the other hand, the braking performance of the tire of the vehicle that does not adopt the ABS method is measured in the state in which the rotation of the
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실제로 타이어를 만들어 ABS를 장착한 차량에다 부착하고서 시험할 필요없이, 실내에서 타이어 시편만으로도 미끄럼 마찰계수와 회전 마찰계수를 동시에 구할 수 있게 됨으로써, ABS방식을 채택하지 않는 차량 뿐만 아니라 ABS방식을 채택한 차량의 제동성능까지도 예측할 수가 있어서 시험비용을 크게 줄일 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, it is possible to simultaneously obtain the sliding friction coefficient and the rotational friction coefficient by using only tire specimens indoors without actually making tires and attaching them to a vehicle equipped with ABS. It can predict the braking performance of not only vehicles which do not use the vehicle but also ABS system, which can greatly reduce the test cost.
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