KR100405871B1 - 점탄성 시험장치의 액츄에이터를 제어하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점탄성 시험장치의 액츄에이터를 제어하는 방법에 관한 것으로, 액츄에이터(100)를 펄스파형을 이루는 전압값으로 작동 제어하되, 차량속도와, 타이어 외곽둘레의 길이 및, 지면과의 접지길이를 고려하여, 이에 상응하게 단위 제어신호의 시간범위(TS)와, 펄스전압 부여시간(TP) 및, 지연시간(TD)을 결정하는 방법으로 되어, 실험값으로부터 유추되는 타이어 고무재료의 구름저항값과, 실제 측정된 타이어의 구름저항값이 상호 근사하게 되도록 된 것이다.

Description

점탄성 시험장치의 액츄에이터를 제어하는 방법{Actuator control method of viscoelastic property testing equipment}
본 발명은 점탄성 시험장치의 액츄에이터를 제어하는 방법에 관한 것으로, 특히 실험값으로부터 유추되는 타이어 고무재료의 구름저항값이 실제 측정된 타이어의 구름저항값과 보다 유사하게 되도록 하는 점탄성 시험장치의 액츄에이터를 제어하는 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 점탄성 시험장치는, 재료에 정하중을 가한 상태에서 동하중을 반복적으로 가해서, 재료의 저장계수 및 손실계수와 같은 재료의 특정 기초 점탄성을 측정하여, 재료의 온도상승 및 영구 비틀어짐(Permanent set) 등의 재료의 물성변화를 추정하기 위한 장치이다.
상기 점탄성 시험장치는, 이미 다양한 것들이 개발되어 널리 사용되고 있지만, 통상 동하중을 가하는 수단의 종류에 따라서, 회전모터 전동방식의 점탄성 시험장치와, 액츄에이터 전동방식의 점탄성 시험장치로 구분된다.
도 1 및 도 2는 상기 액츄에이터 전동방식의 점탄성 시험장치의 일예를 도시한 것으로서, 이를 참고하여 타이어 고무재료의 점탄성 시험방법을 작업순서에 따라서 설명한다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같은 상태에서, 하부 시편고정수단(80)에 고무시편(A)를 얹어 놓은 후에 시험장치를 작동시키면, 구동수단(40)이 작동되어서 가압축(20)이 하방향으로 연속적으로 이동되어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 시편고정수단(30)이 하부 시편고정수단(80)에 얹혀진 고무시편(A)을 소정 압력으로 하방향으로 누르고 있는 상태를 유지하게 된다. 이후, 액츄에이터(100)가 작동되어서 액츄에이터(100)의 구동축(101)이 상방향으로 신축하면서 판스프링(90)의 저면을 소정 압력으로 반복적으로 상방향으로 밀어부치게 되고, 이로 인해서 지지축(70)과 하부 시편고정수단(80)이 상방향으로 반복적으로 밀리게 되어 고무시편(A)에 반복적인 동하중이 가해지게 된다.
한편, 정적 변위감지수단(60)은 가압축(20)으로부터 돌출되어진 감지부(21)와의 이격거리변화를 측정하고, 하중 감지수단(50)은 가압축(20)에 의해서 고무시편(A)에 가해지는 정하중의 크기를 감지하며, 동적 변위감지수단(110)은 반복적인 동하중에 의한 판스프링(90)의 변위값을 감지하고, 액츄에이터(100)의 구동축(101)에 의한 동하중의 크기는 액츄에이터(100)에 입력되는 전압값에 의해서 결정된다.
이러한 시험이 완료되면, 시험자는 희망하는 시험결과(데이타나 그래프)를 디스플레이하거나 출력해서 시험결과를 가시적으로 확인한다.
상기 점탄성 시험장치는 다양한 재료들의 점탄성을 시험할 수 있지만, 고무재료의 점탄성을 시험하기 위해서 사용하는 것이 일반적이며, 이중에서도 특히 타이어 고무재료의 구름저항을 추정하기 위한 시험장치로 이용되고 있다. 이러한 경우에는, 정하중은 타이어에 가해지는 차량의 자중을 의미하고, 동하중은 주행시 지면으로부터 타이어에 가해지는 하중을 의미한다.
그러나, 상기 종래 기술에 따르면, 고무시편(A)에 반복적으로 동하중을 가하는 액츄에이터(100)가 사인파형을 이루는 전압값에 따라서 작동제어되는 방식을 취하고 있어서, 시험결과에 의한 구름저항값이 실측결과에 의한 구름저항값과 많은 차이를 보이게 되는 문제가 발생되었다.
이는, 실제 주행중인 타이어는 지면과 접하는 부분의 길이가 래디알 방향 전체길이의 약 20%정도이므로, 주행시 타이어의 임의의 부분에 가해지는 지면으로부터의 동하중은 사실상 펄스파형으로 가해지는 반면, 종래 방법에 의해서 고무시편(A)에 가해지는 동하중은 종래 방법에 따라서 제어되는 액츄에어터(100)에 의해서 사인파형으로 가해지기 때문이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해서 발명된 것으로, 점탄성 실험값으로부터 유추되는 타이어 고무재료의 구름저항값이 실제 측정된 타이어의 구름저항값과 보다 유사하게 되도록 하는 점탄성 시험장치의 액츄에이터를 제어하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1 및 도 2는 액츄에어터 전동방식의 점탄성 재료 시험장치의 일예를 도시한 도면으로서, 이의 작동상태를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 액츄에이터 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어 설명 -
10 ; 지지구조물, 11 ; 상부 구조물,
12 ; 하부 구조물, 20 ; 가압축,
21 ; 감지부, 30 ; 상부 시편고정수단,
40 ; 구동수단, 41 ; 스핀들 스트록 기어,
50 ; 하중 감지수단, 60 ; 정적 변위감지수단,
70 ; 지지축, 80 ; 하부 시편고정수단,
90 ; 판스프링, 100 ; 액츄에이터,
101 ; 구동축, 110 ; 동적 변위감지수단,
111 ; 신축아암.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 액츄에이터를 매개로 고무시편에 반복적인 동하중을 가하는 점탄성 시험장치에 있어서, 상기 액츄에이터를 펄스파형을 이루는 전압값으로 작동 제어하되, 차량속도와, 타이어 외곽둘레의 길이 및, 지면과의 접지길이를 고려하여, 이에 상응하게 단위 제어신호의 시간범위와, 펄스전압 부여시간 및, 지연시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법으로 되어 있다.이때, 제어신호의 시간범위(Ts)는 타이어 외곽 둘레의 길이/차량의 속도이고, 펄스전압부여시간(Tp)=(지면과의 접지길이/타이어 외곽둘레의 길이)×Ts 이며, 지연시간(TD)=(1-(지면과의 접지길이/타이어 외곽둘레의 길이))×Ts 로 정식화할 수 있다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같은 상태에서, 하부 시편고정수단(80)에 고무시편(A)를 얹어 놓는다. 이때, 판스프링(90)의 복원력은 지지축(70)과 하부 시편고정수단(80) 및 고무시편(A)의 자중을 합한 값보다 커서, 판스프링(90)은 평행 상태를 유지한다.
이후, 시험장치를 작동시키면, 구동수단(40)이 작동되어서 가압축(20)이 하방향으로 연속적으로 이동되므로, 상부 시편고정수단(30)이 하부 시편고정수단(80)에 얹혀진 고무시편(A)을 소정 압력으로 하방향으로 누르게 된다. 이때, 정적 변위감지수단(60)은 가압축(20)으로부터 돌출되어진 감지부(21)와의 이격거리변화를 측정하고, 하중 감지수단(50)은 가압축(20)에 의해서 고무시편(A)에 가해지는 정하중의 크기를 감지한다. 한편, 고무시편(A)에 가압축(20)에 의한 정하중이 가해지면, 판스프링(90)이 탄성한도내에서 굴곡변형되어, 도 2에 도시된 바와 같이, 판스프링(90)에 의한 지지력과 가압축(20)에 의한 정하중이 힘의 평형상태를 유지하게 된다.
이러한 상태에서, 액츄에이터(100)가 작동되어서 액츄에이터(100)의 구동축(101)이 상방향으로 신축하면서 판스프링(90)의 저면을 소정 압력으로 반복적으로 상방향으로 밀어부치게 되므로, 지지축(70)과 하부 시편고정수단(80)이 상방향으로 반복적으로 밀려올라가게 되어, 고무시편(A)에 반복적인 동하중이 가해지게 된다. 이때, 액츄에이터(100)의 구동축(101)에 의해 반복적으로 가해지는 동하중은 가압축(20)에 의해 가해지는 정하중보다 작으므로, 가압축(20)은 정지상태를 유지하게 되고, 반복적인 동하중에 의한 판스프링(90)의 변위값은 동적 변위감지수단(110)에 의해 감지된다.
상기 시험이 완료되면, 시험자는 희망하는 시험결과(데이타나 그래프)를 디스플레이하거나 출력해서 시험결과를 가시적으로 확인한다.
여기서, 본 발명에 따르면, 상기 액츄에이터(100)가 도 3에 도시된 바와 같은 펄스파형을 이루는 전압값으로 작동 제어되되, 단위 제어신호의 시간범위(TS)와, 펄스전압 부여시간(TP) 및, 지연시간(TD)은 차량속도와, 타이어 외곽둘레의 길이 및, 지면과의 접지길이에 상응하게 결정된다는 점을 주목할 필요가 있다.이때, 제어신호의 시간범위(Ts)는 타이어 외곽 둘레의 길이/차량의 속도이고, 펄스전압부여시간(Tp)=(지면과의 접지길이/타이어 외곽둘레의 길이)×Ts 이며, 지연시간(TD)=(1-(지면과의 접지길이/타이어 외곽둘레의 길이))×Ts 로 정식화할 수 있다.
이러한 경우, 점탄성 시험장치의 시험조건이 실제 주행시의 환경과 보다 유사하게 되어, 점탄성 실험값으로부터 유추되는 타이어 고무재료의 구름저항값과, 실제 측정된 타이어의 구름저항값이 상호 유사하게 된다.
타이어 주행시의 주파수는 통상 4 ∼ 20 Hz이므로, 상기 제어신호의 시간범위(TS)는 50 ∼ 250 msec, 상기 펄스전압 부여시간(TP)은 5 ∼ 75 msec, 지연시간(TD)은 45 ∼ 245 msec이고, 고무시편(A)에 가해지는 동하중의 피크값은 0.2 ∼ 0.5 MPa이 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예의 경우에는, 제어신호의 시간범위(TS)는 250 msec로, 상기 펄스전압 부여시간(TP)는 25 msec로, 지연시간(TD)는 225 msec로 하였으며, 고무시편(A)에 가해지는 동하중의 피크값은 0.2 MPa이 되도록 하였다. 여기서, msec는 0.001 sec이다.이러한 실시예는 소형타이어의 경우에 타이어 외곽둘레의 길이가 2.78m로서 차량속도 40km/h(11.1m/sec)로 주행하는 경우이거나, 대형타이어의 경우에 타이어 외곽둘레의 길이가 5m로서 차량속도가 72km/h(20m/sec)로 주행하는 경우이다.
본 실시예에 의한 실험데이타로부터 추정되어진 결과값의 경우에는 실제 구름저항 측정값과의 상관계수가 0.9762로 근사하게 나타나는 반면, 종래 기술에 의한 실험데이타로부터 추정되어진 결과값의 경우에는 실제 구름저항 측정값과의 상관계수가 0.8318로 나타난다.
한편, 상기 본 발명에 의한 점탄성 시험의 온도는, 종래 기술에 의한 점탄성 시험의 온도에서와 같이 60℃에서 가장 근사한 값을 얻을 수 있다. 여기서의 온도는 점탄성 시험장치를 구성하는 쳄버(도시안됨)의 내부 온도를 지칭한다.다른 실시예의 경우에는 타이어 외곽둘레의 길이가 2m 인 비교적 소형타이어의 경우(지면과의 접지길이 0.4m)에 차량속도가 40km/h(11.1m/sec)이면,Ts=(2m)/(11.1m/sec) = 180msec,Tp= (0.4m/2m)×Ts = 36msec,TD=(1-(0.4m/2m))×Ts = 144msec 이고,타이어 외곽둘레의 길이가 5m 인 비교적 대형타이어의 경우(지면과의 접지길이 1m)에 차량속도가 40km/h(11.1m/sec)이면,Ts=(5m)/(11.1m/sec) = 450msecTp= (1m/5m)×Ts = 36msecTD=(1-(1m/5m))×Ts = 144msec 가 된다.
이상 상기와 같은 본 발명에 따르면, 차량속도와, 타이어 외곽둘레의 길이 및, 지면과의 접지길이를 고려한 펄스파형을 이루는 전압신호로 동하중을 반복적으로 가하는 액츄에이터를 제어하므로, 고무시편에 가해지는 동하중이 실제 주행에서타이어에 가해지는 동하중과 상호 유사하게 가해지게 되어, 점탄성 실험값으로부터 유추되는 타이어 고무재료의 구름저항값과, 실제 측정된 타이어의 구름저항값이 상호 유사하게 된다.
따라서, 실험 데이타의 정확성과 신뢰성이 향상되므로, 구름저항에 대한 특성이 우수한 타이어용 고무재료의 개발이 활성화되는 효과가 기대된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도내에서 보다 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (2)

  1. 액츄에이터(100)를 매개로 고무시편(A)에 반복적인 동하중을 가하는 점탄성 시험장치에 있어서,
    상기 액츄에이터(100)를 펄스파형을 이루는 전압값으로 작동 제어하되, 차량속도와, 타이어 외곽둘레의 길이 및, 지면과의 접지길이를 고려하여, 이에 상응하게 단위 제어신호의 시간범위(TS)와, 펄스전압 부여시간(TP) 및, 지연시간(TD)을 결정하는 것을 특징으로 하는 점탄성 시험장치의 액츄에이터를 제어하는 방법.
    [여기서, 제어신호의 시간범위(Ts)는 타이어 외곽 둘레의 길이/차량의 속도,
    펄스전압부여시간(Tp)는 (지면과의 접지길이/타이어 외곽둘레의 길이)×Ts,
    지연시간(TD)은 (1-(지면과의 접지길이/타이어 외곽둘레의 길이))×Ts이다.]
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어신호의 시간범위(TS)는 50 ∼ 250 msec, 상기 펄스전압 부여시간(TP)은 5 ∼ 75 msec, 지연시간(TD)은 45 ∼ 245 msec이고, 고무시편(A)에 가해지는 동하중의 피크값은 0.2 ∼ 0.5 MPa이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 점탄성 시험장치의 액츄에이터를 제어하는 방법.
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