KR100774989B1 - 타이어의 코너링 특성 산출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 코너링 특성 산출방법으로서, 타이어 코너링 특성을 산출하기 위해 타이어의 전후방향과 폭방향의 접지압 분포를 구분하여 반영함으로써 정밀한 타이어의 코너링 특성을 산출하는 것이다.

즉, 타이어 역학 요소를 이용하여 2차원 모델을 기반으로 타이어의 접지면을 전후방향과 폭방향으로 구분하여 접지압 분포 함수를 다항식, 삼각함수 또는 다항식과 삼각함수의 조합으로 산출하고, 접지면 내의 전후방향 및 폭방향의 응착영역과 미끄럼영역을 산출하며, 횡력(Cornering Force), 복원톨크(Self-Aligning Torque), 횡력 파워 및 복원톨크 파워를 산출하는 방법이다.

본 발명에 따르면, 타이어의 정밀한 코너링 특성의 산출을 제공한다.

횡력(Cornering Force), 복원톨크(Self-Aligning Torque), 횡력 파워, 복원톨크 파워.

Description

타이어의 코너링 특성 산출방법{Calculation Method of Tire's Cornering Characteristic}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코너링 특성 산출방법의 흐름을 도시하는 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타이어 및 접지면 내 응착 또는 미끄럼 영역을 도시하는 개념도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폭방향 및 전후방향 접지압의 분포를 도시하는 분포도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접지압의 분포 모델을 도시하는 예시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폭방향 접지압 분포의 산출결과 예를 도시하는 결과도이다.

도 6(a)는 본 발명의 실시예에 따른 폭방향 변화를 적용하지 않은 응착 및 미끄럼 영역 분포의 산출 결과도이고, 도 6(b)는 본 발명의 실시예에 따른 폭방향 변화를 적용한 응착 및 미끄럼 영역 분포의 산출 결과도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코너링 시 접지 형상의 변화를 산출한 결과를 도시하는 결과도이다.

도 8은 모델별 횡력 산출 결과를 비교 도시하는 결과 비교도이고, 도 9는 모 델별 복원톨크 산출 결과를 비교 도시하는 결과 비교도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 타이어, 2: 지면,

3: 접지면, 4: 응착 영역,

5: 미끄럼 영역, 6: 접지영역.

본 발명은 타이어의 코너링 특성 산출방법으로서, 더욱 상세하게는, 타이어 코너링 특성을 산출하기 위해 타이어의 전후방향과 폭방향 접지압의 분포를 구분하여 반영함으로써 정밀한 타이어의 코너링 특성을 산출하는 타이어의 코너링 특성 산출방법에 관한 것이다.

종래에는 타이어 코너링(Cornering) 특성을 산출하기 위해 사용되는 타이어 역학 모델은 대부분 실험 결과의 수식적 커브핏팅(Curve Fitting)에 지나지 않고, 타이어의 역학적 요소들이 코너링 특성을 나타내는 계수(Parameter)로 직접 연계되지 않음에 따라 타이어의 형상이나 타이어 구성 부재 결정에 따른 코너링 특성의 변화를 산출하지 못하는 문제점이 있었다.

그러나 이런 문제 극복하기 위하여 제안된 1차원의 Fiala 모델 및 그로부터 확장된 Semi-Empirical 모델 등은 횡력(Cornering Force)의 계산 데이터가 실험 데이터와 근사하도록 타이어 역학 요소와 연계된 계수들을 산출하고 있으나, 횡력과 동시에 발생하는 Self-Aligning Torque(이하, 복원톨크라 함)의 경우에는 실험 데이터와의 괴리가 크다는 문제점이 있었다.

최근 들어, '일본 특허출원공개번호 JP 2005-088832'에서는 타이어 역학 모델을 기반으로 전후력과 유효 슬립각을 반영하여 횡력과 복원톨크의 실험 데이터를 fitting 함으로써 역학적 계수값을 산출하고, 산출된 계수값을 적용한 타이어 모델을 이용하여 차량 동역학 해석에 적용하는 기술이 발표되었으나, 이러한 기술 또한 여전히 실험 데이터와의 비교를 통해 계수값을 결정할 뿐만 아니라, 1차원 타이어 모델을 사용함에 따라 접지폭 방향의 접지압력 변화가 무시되고, 응착 영역과 미끄럼 영역의 폭방향 변화를 반영하지 못하며, 코너링시의 접지형상의 변화를 반영하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 점에 착안하여 창출된 것으로서, 타이어 역학 요소를 이용하여 구성되는 타이어의 2차원 모델을 기반으로 전후방향 및 폭방향의 접지압 분포를 산출하여 반영함으로써 타이어의 정밀한 코너링 특성을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어의 코너링 특성 산출방법에 따르면, 설계계수와 동적조건들의 입력단계와 비접지부의 단순화로 1차원 모델 적용단계와 접지부의 길이방향과 넓이방향으로 접지압에 2차원 모델이 적용되는 2차원 모델 적용단계와 횡력과 벨트 비틀림에 의한 접지 벨트의 경사가 산출되 는 벨트 변형단계와 벨트의 면내 굽힘 변형과 비틀림 변형이 산출되며 사다리꼴의 접지형상 보정이 이루어지는 접지부 벨트 배치단계 및 횡력, 복원톨크 횡력 파워 및 복원톨크 파워가 산출되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 벨트 변형단계와 접지부벨트 배치단계 사이에서는 접지압의 분포가 계산되고, 접지부벨트 배치단계와 횡력과 복원톨크 횡력 파워 및 복원톨크 파워 산출하는 단계 사이에서는 응착 영역 및 미끄럼 영역의 분배가 산출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 접지면의 보정계수는 타이어의 2차원 모델을 기반으로 코너링 시 슬립각에 따라 접지형상이 사다리꼴로 변화하는 것을 반영하여 산출되고, 접지압은 코너링 시 접지압의 비대칭 성분으로써 타이어 벨트의 횡방향 변형 및 비틀림 변형을 반영하여 산출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 타이어 벨트의 횡방향 변형 및 비틀림 변형은 코너링 시 트레드 고무의 변형량을 산출하는데에 반영되는 것을 특징으로 한다.

이하, 이상과 같은 구성요소 들을 포함하여 이루어진 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부 도면을 통하여 보다 구체적으로 살펴본다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코너링 특성 산출방법의 흐름을 도시하는 흐름도로서, 코너링 특성을 산출하는 단계로는 설계계수와 동적조건들의 입력단계(S10), 비접지부의 단순화로 1차원 모델 적용단계(S20), 접지부의 접지압의 2차원 모델 적용단계(S30), 벨트 변형단계(S40), 접지부 벨트 배치단계(S50) 및 횡력, 복원톨크 횡력 파워 및 복원톨크 파워 산출단계(S60)로 구성된다.

도 1을 참조하면, 접지부의 접지압 2차원 모델 적용단계(S30)에서는 길이방향과 넓이방향으로 2차원 모델이 적용되고, 벨트 변형단계(S40)에서는 횡력과 복원톨크 및 벨트 비틀림에 의한 접지 벨트의 경사가 산출되고 접지압의 분포가 계산된 후 접지부 벨트 배치단계(S50)로 진행된다. 접지부 벨트 배치단계(S50)에서는 벨트의 면내 굽힘 변형 및 비틀림 변형이 산출되며 사다리꼴의 접지형상 보정이 이루어진 후 응착 및 미끄럼 영역이 분배되어 복원톨크 횡력 파워 및 복원톨크 파워 산출단계(S60)에서 횡력과 복원톨크 횡력 파워 및 복원톨크 파워가 산출된다.

바람직하게, 단계 S20 내지 S50은 계산모듈(Calculation Module, 미도시)에서 계산된다.

따라서, 타이어의 코너링 특성을 산출하기 위하여, 타이어 역학 모델을 기반으로 타이어의 역학적 요소와 연계하여 횡력(Cornering Force, kg)과 복원톨크(Self-Aligning Torque, kg/m) 횡력의 슬립각이 작을 때 직선적 경향의 직선 경사인 횡력 파워(Cornering Power, kg/deg) 및 복원톨크 파워를 산출한다.

도 1을 참조하면, 슬립각의 변화에 따른 횡력 및 복원톨크의 해석 결과는 실험결과와 유사하고 접지압의 변화에 따른 횡력과 복원톨크를 예측할 수 있어, 핸들링(Handling) 설계기술과 타이어의 고속 성능 설계가 가능하다.

195/60R4 사이즈 타이어에서 코너링 특성 산출 실시예로, 접지장은 10% 증가시 횡력은 최대 15% 증가하고, 복원톨크는 최대 250% 증가하며, 접지장 10% 감소시 횡력은 최대 15% 감소하고, 복원톨크는 최대 63% 감소한다.

접지폭에 있어서도 접지폭이 10% 증가하면 횡력은 최대 6% 증가하고 복원톨 크는 최대 20% 증가하며, 접지폭이 10% 감소시 횡력은 최대 6% 감소하고, 복원톨크는 최대 17% 감소한다.

또한, 타이어 공기압이 10% 증가시 횡력은 최대 3% 증가하고, 복원톨크는 최대 28% 증가하며, 공기압 10% 감소시 횡력은 최대 3% 감소하고, 복원톨크는 최대 28% 감소한다.

스키드 뎁스(SKID DEPTH)가 10% 증가하면 횡력은 최대 5% 감소하며 복원톨크는 최대 26% 감소하고, 스키드 뎁스가 10% 감소시 횡력은 최대 3% 증가하고 복원톨크는 최대 33% 증가한다.

또한, 트레드(Tread) 강성이 증가할 때 횡력과 복원톨크가 증가한다. 벨트각 또한, 증가할수록 횡력이 아주 감소하며, 사이드 월(Side Wall) 강성이 증가할수록 횡력 또한 증가한다.

이와 같이 접지장, 접지폭, 타이어 공기압 증가와 트래드 강성 증가, 사이드 월 강성 증가는 그 영향 정도는 다르지만, 전반적으로 횡력과 복원톨크를 증가시키고, 스키드 뎁스의 증가는 횡력과 복원톨크를 감소시키는 경향을 보이며 벨트각의 증가는 횡력을 감소시킨다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타이어 및 접지면 내 응착 또는 미끄럼 영역을 도시하는 개념도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 타이어(1)의 코너링 특성 산출을 위해 지면(2)과 접지하는 접지면(3)은 응착 영역(4)과 미끄럼 영역(5)으로 구성되고, 이 접지면(3)에 접지하는 타이어는 2차원 모델이 적용(S30)되어 접지영역(6)으로 도시되며, 비 접지부는 단순화하여 1차원 모델이 적용(S20)된다.

도 3(a)는 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 폭방향 접지압의 분포 모델이고, 도 3(b)는 타이어의 전후방향 접지압 분포모델을 도시하는 분포도이다.

도 2와 도 3(a) 및 (b)를 참조하면 타이어의 폭방향과 전후방향 접지압의 분포를 구분하여 적용한다. 이렇게 구분하여 적용함으로써, 코너링 시의 벨트 변형을 더욱 상세하게 반영하게 되어 접지압 분포의 비대칭 성분을 산출할 수 있고, 접지면(3)에서 발생하는 응착 영역(4)과 미끄럼 영역(5)에 대한 폭방향 분포를 산출할 수 있으므로 정밀한 코너링 특성을 산출할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접지압의 분포 모델을 도시하는 예시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폭방향 접지압 분포의 산출결과 예를 도시하는 결과도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명은 단순한 1차원 모델에 의한 전후 방향의 접지압 분포뿐만 아니라 2차원 모델을 적용하여 접지압 분포를 폭방향의 접지압 분포도 함께 고려하여 구분, 반영함으로써 도 5와 같이 폭방향의 접지압의 분포도 산출하고, 정적 하중상태에서 산출된 접지압 분포 형태와 실험에서의 접지압 분포 형태가 동일함으로써, 코너링시 접지압 분포의 비대칭 성분이 산출되어 접지압 분포의 변화를 정확하게 반영한다.

도 6(a)는 폭방향 변화를 적용하지 않은 응착 및 미끄럼 영역 분포의 산출 결과이고, 도 6(b)는 본 발명의 실시예에 따른 폭방향 변화를 적용한 응착 및 미끄럼 영역 분포의 산출 결과이다.

양자를 비교하면, 도 6(b)는 코너링 시 접지압 분포의 비대칭 성분을 반영하여 전단력이 산출되어, 전단력이 마찰력의 한계 이내인 경우 응착 영역(4)으로 결정됨으로써, 마찰력 이상인 경우 미끄럼 영역(5)으로 결정되어 폭방향으로의 응착 영역(4)과 미끄럼 영역(5)의 분포가 산출된다.

도 7은 코너링 시 접지 형상의 변화를 산출한 결과를 도시하는 결과도이다.

실제 타이어의 경우 슬립각(α)이 2°를 넘으면 접지형상은 급격히 사다리꼴로 변화된다. 따라서, 슬립각(α)에 따른 벨트 변형을 고려한 보정계수를 산출함으로써, 정적 하중 상태에서의 사각형 접지형상이 코너링 시 사다리꼴의 접지형상으로 변화하는 모델을 반영한다.

도 8은 모델별 횡력 산출 결과를 비교 도시하는 결과 비교도이고, 도 9는 모델별 복원톨크 산출 결과를 비교 도시하는 결과 비교도이다.

종래에는 슬립각이 큰 경우 횡력 및 복원톨크의 산출 데이터는 실험 데이터와 괴리가 크므로 슬립각이 적은 범위에서 주로 사용되나, 도 8 및 9를 참조하면 2차원 모델을 사용하여 노면과 타이어 사이에서 발생하는 접지압, 응착 및 미끄럼 등의 역학적 현상을 정확하게 반영함에 따라 슬립각이 큰 경우에도 정확한 결과를 산출할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어의 코너링 특성 산출방법의 실시예가 구성된다. 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에 서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 타이어의 코너링 특성 산출방법은, 타이어 역학 요소를 이용하여 구성되는 타이어의 2차원 모델을 기반으로 전후방향 및 폭방향의 접지압 분포를 산출하여 반영함으로써 타이어의 정밀한 코너링 특성을 제공하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 타이어의 역학 요소를 이용하여 코너링 특성을 갖는 타이어의 형상 또는 구조 부재를 결정하기 위한 방법에 있어서,

   상기 코너링 특성을 산출하는 단계로는 설계계수와 동적조건들의 입력단계(S10)와; 비접지부의 단순화로 1차원 모델 적용단계(S20)와; 접지부의 길이방향과 넓이방향으로 접지압에 2차원 모델이 적용되는 2차원 모델 적용단계(S30)와; 횡력과 벨트 비틀림에 의한 접지 벨트의 경사가 산출되는 벨트 변형단계(S40)와; 벨트의 면내 굽힘 변형과 비틀림 변형이 산출되며 사다리꼴 접지형상 보정이 이루어지는 접지부 벨트 배치단계(S50) 및 횡력, 복원톨크, 횡력 파워 및 복원톨크 파워가 산출되는 단계(S60)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어의 코너링 특성 산출방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 횡력과 벨트 비틀림에 의한 접지 벨트의 경사가 산출되는 벨트 변형단계(S40)와 상기 벨트의 면내 굽힘 변형과 비틀림 변형이 산출되며 사다리꼴 접지형상 보정이 이루어지는 접지부 벨트 배치단계(S50) 사이에서는 상기 접지압의 분포가 계산되고 상기 벨트의 면내 굽힘 변형과 비틀림 변형이 산출되며 사다리꼴 접지형상 보정이 이루어지는 접지부 벨트 배치단계(S50)와 상기 횡력, 복원톨크, 횡력 파워 및 복원톨크 파워가 산출되는 단계(60) 사이에서는 응착 영역(4) 및 미끄럼 영역(5)이 분배되어 산출되는 것을 특징으로 하는 타이어의 코너링 특성 산출방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 접지면의 보정계수는 상기 타이어의 2차원 모델을 기반으로 코너링 시 슬립각에 따라 접지형상이 사다리꼴로 변화하는 것을 반영하여 산출되고, 상기 접지압은 코너링 시 접지압의 비대칭 성분으로써 타이어 벨트의 횡방향 변형 및 비틀림 변형을 반영하여 산출되는 것을 특징으로 하는 타이어의 코너링 특성 산출방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 타이어 벨트의 횡방향 변형 및 비틀림 변형은 코너링 시 트레드 고무의 변형량을 산출하는데에 반영되는 것을 특징으로 하는 타이어의 코너링 특성 산출방법.

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