KR100724061B1 - 타이어에서 발생하는 힘과 모멘트를 비접촉으로 측정하는장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량에 장착되어 주행중인 타이어에서 부분별 위치변화를 X축, Y축, Z축 방향의 힘과 모멘트로 측정하여 타이어의 차량동역학 인자인 변형인식을 제어함으로써 차량 성능개선에 도움을 주는 타이어에서 발생하는 힘과 모멘트를 비접촉으로 측정하는 장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 타이어(1) 내부에 십자형으로 배치되는 측정띠(2a)들을 갖춘 측정 인쇄물(2)과 이 측정 인쇄물(2)의 측정띠(2a)의 변형상태를 측정하는 림(3)에 부착된 센서군(4)으로 이루어지되, 상기 센서군(4)은 중앙에 영상센서(4a)를 기준으로 거리측정센서(4b)들이 4방향으로 배치되어 있다.

Description

타이어에서 발생하는 힘과 모멘트를 비접촉으로 측정하는 장치{Non-contact measurement apparatus of tire's force and moment}

도 1은 본 발명에 따른 측정장치가 설치된 상태를 나타낸 타이어의 단면도,

도 2는 타이어에 인쇄되는 본 발명에 따른 측정 인쇄물의 구성도,

도 3은 림에 부착되는 본 발명에 따른 센서들의 구성도,

도 4는 타이어에서 발생하는 힘에서 주행방향의 힘을 측정하는 구성도,

도 5는 타이어에서 발생하는 힘에서 횡방향의 힘을 측정하는 구성도,

도 6은 타이어에서 발생하는 모멘트 중에서 복원 모멘트를 측정하는 구성도,

도 7은 타이어에서 발생하는 모멘트 중 축 및 차량 전복 모멘트를 측정하는 구성도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

1 : 타이어, 2 : 측정 인쇄물,

2a : 측정띠, 3 : 림,

4 : 센서군, 4a : 영상센서,

4b: 거리측정센서.

본 발명은 차량에 장착되어 주행중인 타이어에서 부분별 위치변화를 X축, Y축, Z축 방향의 힘과 모멘트로 측정하여 타이어의 차량동역학 인자인 변형인식을 제어함으로써 차량 성능개선에 도움을 주는 타이어에서 발생하는 힘과 모멘트를 비접촉으로 측정하는 장치에 관한 것이다.

현재 차량의 보급률이 증가되고 대형화되면서 차량을 제동에 의해 조절하는 일이 많아짐에 따라 차량 동역학 인자의 측정 중요성이 높아지는바, 이는 차량 동역학 인자를 통하여 운전자 실수 혹은 오차를 수정할 필요성이 대두되기 때문이다.

특히 차량에 가해지는 힘(Force)과 모멘트(Moment)가 주요 동역학 인자인데, 이는 차량에 장착된 타이어에서 발생한다.

최근 기술이 진보하면서 차량에 장착된 타이어가 주행 중에 회전하면서 발생하는 힘을 측정하는 것이 가능해졌고 이를 이용하여 차량의 제어에 사용할 수 있게 되었다. 일부 기술에서는 타이어나 림에 힘을 측정하는 센서를 심어서 힘을 측정하는 것이 공개되고 있다.

그러나 이것은 복잡하고 고장을 유발할 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한 타이어에 장착된 센서에서 신호가 나오고 림에서 이를 증폭하고 전파로 내보낼 수 있는 장치를 설치하고 차량에 이를 수신할 수 있는 장치를 달아야 한다. 특히 선출원된 특허에서는 타이어에 있는 센서와 림에 장착된 증폭 및 송신장치 사이의 연결방법이 설명되어 있지 않은데, 예를 들면 유선으로 타이어의 센서와 림의 장치와 연결을 하게 되면 타이어를 림에 장착할 때 파손이 우려되었다.

종래에도 이를 위해 타이어에 센서를 장착하는 대신에 림에 타이어의 변형을 측정할 수 있는 장치를 설치하고, 타이어에는 타이어 변형을 나타낼 수 있는 장치를 설치하여 위의 문제인 타이어의 센서와 림의 증폭 및 송신장치의 연결 문제를 해결하였다.

그러나 종래 이와 같은 기술의 경우 타이어의 변형을 통해 두 방향의 힘만 측정할 수 있다. 이때 측정되는 힘은 타이어의 진행방향 및 측면 힘만이 측정이 되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 차량에 부착되어 주행중인 타이어에 작용하는 모든 힘과 모멘트를 측정하여 타이어의 차량동역 인자의 변형인식을 제어함으로써 차량 성능개선에 도움을 주는 타이어에서 발생하는 힘과 모멘트를 비접촉으로 측정하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 타이어의 내부에 십자형으로 배치되는 측정 인쇄물과, 이 측정 인쇄물의 변형된 상태를 측정하는 센서군이 림에 부착되되, 상기 센서군은 중앙에 영상센서를 기준으로 거리측정센서들이 4방향으로 배치되어 설치되는 구조로 되어 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 타이어에서 발생하는 힘과 모멘트를 측정하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 방식의 측정장치를 도시한 것이다.

본 발명은 타이어(1) 내부에 십자형으로 배치되는 측정띠(2a)들을 갖춘 측정 인쇄물(2)과 이 측정 인쇄물(2)의 측정띠(2a)의 변형상태를 측정하는 림(3)에 부착된 센서군(4)으로 이루어지되, 상기 센서군(4)은 중앙에 영상센서(4a)를 기준으로 거리측정센서(4b)들이 4방향으로 배치되어 설치되는 구조로 되어 있다.
여기서 상기 영상센서(4a)와 거리측정센서(4b)는 공지의 센서들로서, 전자인 영상센서(4a)는 암흑속에서 물체의 형상을 구별하는 적외선 센서이고, 후자인 거리측정센서(4b)는 이동시간차 원리를 이용하여 레이져를 이용한 센서이다.
그리고 이들 영상센서(4a)와 거리측정센서(4b)에서 출력된 측정신호는 시험기의 중앙처리장치(미도시)에 무선으로 수신되도록 되어 있다.

한편, 상기 타이어(1) 내에 부착되는 십자형으로 배치된 측정띠(2a)들의 간격은 동일하게 되어 있다.

이러한 본 발명은 타이어(1) 내부에 배치된 측정 인쇄물(2)의 측정띠(2a) 변형을 센서군(4)이 측정하여 이를 외부에 알려주는 것으로, 먼저 타이어(1)에서 x축 방향으로 발생하는 힘(Fx)은 다음과 같다.

즉 도 4에 도시된 바와 같이 Fx = Kx1·Δx1+Kx2·Δx2+Kx3·Δx3, 여기서 Δx는 타이어의 X방향의 국부적 변형량이고, Kx는 이에 대응하는 강성상수로서 시험을 통해 구할 수 있다.

한편, 도 5는 타이어(1)에서 y축 방향으로 발생하는 힘(Fy)를 구하기 위한 것으로, Fy = Ky1·Δy1+Ky2·Δy2+Ky3·Δy3, 여기서 Δy는 타이어의 y방향의 국부적 변형량이고, Ky는 이에 대응하는 강성상수로서 역시 시험을 통해 구할 수 있다.

그리고 도 6은 타이어(1)에 걸리는 z방향의 모멘트인 Mz를 구하기 위한 것으로, Mz = tzΔθ, 여기서 Δθ는 타이어의 수직방향에 대한 비틀림이고, tz는 이에 대한 비틀림 강성상수인데, 이도 시험을 통해 구할 수 있다.

도 7은 타이어(1)에 걸리는 x방향의 모멘트인 Mx을 구하기 위한 것으로, Mx = txΔr, 여기서 Δr는 x방향의 비틀림이고, tx는 이에 대한 비틀림 강성상수로서, 시험을 통해 구할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 타이어에서 발생하는 힘과 모멘트를 비접촉식으로 측정하는 장치는 주행 중 타이어에 작용하는 차량동역학 힘과 모멘트가 이 타이어(1) 내부에 부착된 측정 인쇄물(2)의 측정띠(2a)들을 변형시키고, 이를 림(3)에 설치된 센서군(4)으로 측정함에 따라 차량성능 향상에 대한 기초정보로 활용될 수 있도록 적용된다.

최근 차량에 대한 소비자의 요구가 높아지고 차량의 안정성이 대두되고 있는데, 이를 위해 차량마다 제어기를 설치하여 차량의 반응성과 안정성 두 가지 모두를 만족시키려 한다. 이때 제어기에 정확한 정보를 제공할수록 차량의 성능이 비약적으로 나아지기 때문에 본 발명에서는 타이어에서 발생하는 차량동역학 인자의 대부분을 측정하여 제어기에 전달함으로써 차량의 성능을 향상시킬 수 있는 정보를 제공하게 된다.

Claims (2)

1. 타이어(1) 내부에 십자형으로 배치되는 측정띠(2a)들을 갖춘 측정 인쇄물(2)과 이 측정 인쇄물(2)의 측정띠(2a)의 변형상태를 측정하는 림(3)에 부착된 센서군(4)으로 이루어지되, 상기 센서군(4)은 중앙에 영상센서(4a)를 기준으로 거리측정센서(4b)들이 4방향으로 배치되어 이루어진 타이어에서 발생하는 힘과 모멘트를 비접촉식으로 측정하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 측정띠(2a)들의 간격은 동일하게 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어에서 발생하는 힘과 모멘트를 비접촉식으로 측정하는 장치.

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