KR101049264B1

KR101049264B1 - 타이어 트레이드의 패턴 성능 예측 방법

Info

Publication number: KR101049264B1
Application number: KR1020090127040A
Authority: KR
Inventors: 김상협
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-07-14
Also published as: KR20110070281A

Abstract

(a) 타이어 트레이드를 제외한 이외의 부분을 2차원 유한 요소적인 바디(body) 모델을 생성하는 단계, (b) 상기 바디 모델을 기초하여 제작된 임의의 피치(패턴)에 대해 육면체와 오면체 요소를 이용하여 전/후 방면, 접지면, 벨트면 정보로 구분된 3차원 패턴 모델을 생성하는 단계, (c) 상기 3차원 패턴 모델에 대해 배열 순서에 맞게 각 이름과 라인요소에 맞는 이름을 부여하여 다수의 임시 패턴 모델을 생성하고, 상기 임시 패턴 모델에 부여된 해당 라인 요소를 이용하여 2차원적인 요소를 삭제하고 3차원적인 요소를 살려 다수의 더미 패턴을 생성하는 단계, (d) 상기 3차원 패턴 모델과 더미 패턴을 순차적으로 배열, 결합하여 최종 타이어 모델을 생성하는 단계, 및 (e) 생성된 상기 최종 타이어 모델에 대하여 해석 및 후처리하여 성능을 판단하는 단계를 포함하는 타이어의 패턴 성능 예측 방법이 제공된다.

이에, 본 발명은 기존에는 다수의 패턴 모델에 대하여 예측을 여러 번 수행하여 해석한 것을 2~4 개 까지의 패턴 성능을 1회 해석만으로도 충분히 가능하여 패턴 설계에 소요되는 시간을 크게 감소시키는 효과가 달성된다.

타이어 패턴, 패턴 성능, 유한 요소 기법, 더미 패턴, 바디 모델

Description

타이어 트레이드의 패턴 성능 예측 방법{METHOD FOR PREDICTING PATTERN PERFORMANCE OF TIRE TREADE}

본 발명은 타이어 트레이드의 패턴 성능 예측 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 노면과 일차적으로 접촉하는 트레이드 패턴에 의해 영향을 받는 타이어의 마모, 코너링, PR 등의 성능을 예측하는데 필요로 하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 타이어는 크게 원재료인 고무에 약품을 섞어 배합하는 정련 공정, 배합된 고무를 반제품으로 제조하는 압연/압출 공정, 반제품을 일정한 크기로 자르는 재단공정에서 제조된 반제품을 정해진 크기로 조립하는 성형 공정, 및 성형공정으로 만들어진 그린케이스(Green Case)에 열과 압력을 가하여 탄성을 부여하는 가류 공정을 거쳐 완성된다.

이렇게 완성된 타이어는 실제 차량에 장착하기 위하여 다양한 성능을 테스트 하게 된다. 타이어의 마모, 코너링 및 RR 성능 등이 그 예이다. 이러한 타이어의 마모, 코너링 및 RR 등의 성능은 노면과 일차적으로 접촉하는 패턴에 의해 가장 큰 영향을 받게 되는데, 이때 패턴의 성능을 예측하기 위하여 다양한 기법을 도입되고 있는 실정이다. 현재까지는, 유한 요소 기법이 패턴 성능을 예측하기 위하여 가장 많이 이용하고 있는 방법이다.

그러나, 유한 요소 기법을 이용할 경우 시간이 가장 많이 소요되는 부분은 타이어 해석 모델을 만드는 과정이다. 종래의 타이어 모델링 방법은 타이어 1개의 바디(body) 모델에 1 종의 패턴 모델을 합쳐 1종의 타이어 모델을 제작하거나, 1개의 바디 모델에 다수의 패턴을 합쳐 다수의 타이어 모델을 제작하였다. 그러나 위의 방법은 타이어 모델링 및 해석에 걸리는 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 패턴 모델을 1개의 바디 모델에 원주 방향으로 일정 간격 배치하여, 다수의 해석 모델을 만들지 않고 평가하기 위한 타이어의 패턴 성능 예측 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징적 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 태양에 따르면, (a) 타이어 트레이드를 제외한 이외의 부분을 2차원 유한 요소적인 바디(body) 모델을 생성하는 단계, (b) 상기 바디 모델을 기초하여 제작된 임의의 피치(패턴)에 대해 육면체와 오면체 요소를 이용하여 전/후 방면, 접지면, 벨트면 정보로 구분된 3차원 패턴 모델을 생성하는 단계, (c) 상기 3차원 패턴 모델에 대해 배열 순서에 맞게 각 이름과 라인요소에 맞는 이름을 부여하여 다수의 임시 패턴 모델을 생성하고, 상기 임시 패턴 모델에 부여된 해당 라인 요소를 이용하여 2차원적인 요소를 삭제하고 3차원적인 요소를 살려 다수의 더미 패턴을 생성하는 단계, (d) 상기 3차원 패턴 모델과 더미 패턴을 순차적으로 배열, 결합하여 최종 타이어 모델을 생성하는 단계, 및 (e) 생성된 상기 최종 타이어 모델에 대하여 해석 및 후처리하여 성능을 판단하는 단계를 포함하는 타이어의 패턴 성능 예측 방법이 제공된다.

여기서, 상기 (b) 단계는, 상기 벨트면과 접하는 경계 에지를 생성하여 전방면과 후방면에 표시하고, 상기 경계 에지를 접지면으로 오프셋 시키면 전/후 방면과 접지면 사이의 경계 에지를 생성하여 3차원 패턴 모델을 완성한다.

또한, 상기 (c) 단계는, 상기 임시 패턴 모델에 부여된 라인 요소 중 상,하부 라인 요소를 이용하여 상,하부 평면을 생성하고, 이를 조합한 곡면을 이용하여 2차원 요소를 삭제하고 3차원 요소를 살려 다수의 더미 패턴을 생성하게 된다.

본 발명에 의하면, 기존에는 다수의 패턴 모델에 대하여 예측을 여러 번 수행하여 해석한 것을 2~4 개 까지의 패턴 성능을 1회 해석만으로도 충분히 가능하여 패턴 설계에 소요되는 시간을 크게 감소시키는 효과가 달성된다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설 명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레이드의 패턴 성능 예측 방법을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 타이어 트레이드의 패턴 성능 예측 방법(S100)은 타이어 바디 모델을 생성하는 단계(S110), 타이어 패턴 모델을 생성하는 단계(S120), 더미 패턴을 생성하는 단계(S130), 타이어 모델을 생성하는 단계(S140), 및 타이어 해석 및 후처리 하는 단계(S150)을 포함하여 이루어진다.

먼저, S110 단계에 대하여 설명하면, 본 발명의 S110 단계에서는 타이어 설계 기준(ETRTO)에 만족하는 OD, SW 등을 결정하고, 목표 성능에 따라 내부 구조나 형상을 결정한 뒤, 결정된 형상을 가지고, 타이어 트레이드를 제외한 이외의 부분을 2차원 유한 요소적인 바디(body) 모델로 생성하게 된다. 이때의 타이어 바디 모델 형상(100, tire body)은 도 2와 같이 나타낼 수 있다.

이어서, 본 발명의 S120 단계에서는 S110 단계의 바디 모델(100)을 기초하여 제작된 임의의 피치(패턴)에 대해 육면체와 오면체 요소를 이용하여 전/후 방면, 접지면, 벨트면 정보로 구분된 3차원 패턴 모델을 생성하게 된다. 이러한 3차원 패턴 모델에 대해서는 도 3과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 도 3의 3차원 패턴 모델(110)은 전/후 방면, 접지면(111), 벨트면(112)을 구분하여 표시할 수 있는데, 접지면(111)을 별도로 표시하면 도 4와 같이 나타낼 수 있고, 전/후 방면(113, 114)을 도 5와 같이 나타낼 수 있으며, 벨트면(112)을 도 6과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 본 발명의 S120 단계에서는 3차원 패턴 모델의 벨트면(112)과 접하는 경계 에지(115)와 전/후 방면(113, 114)과 접지면(111) 사이의 경계 에지(116)를 더 생성하게 되는데, 이러한 경계 에지 생성에 대해서는 도 7 및 8과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명의 S120 단계에서는 3차원 패턴 모델의 벨트면(112)과 접하는 경계 에지(115)를 생성하여 전/후 방면(113, 114)에 표시하게 되고, 경계 에지(115)를 접지면(111)으로 오프셋 시키면 전/후 방면(113, 114)과 접지면(111) 사이의 경계 에지(116)를 더 생성하여 새로운 3차원 패턴 모델을 완성하게 되는 것이다. 이러한 새로운 3차원 패턴 모델(120)에 대해서는 도 9와 같이 나타낼 수 있다.

이어서, 본 발명의 S130 단계에서는 S120 단계의 새로운 3차원 패턴 모델(120)에 대해 배열 순서에 맞게 각 이름과 라인요소에 맞는 이름을 부여하여 다수의 임시 패턴 모델을 생성하게 된다. 이러한 임시 패턴 모델에 대해서는 도 10 및 11과 같이 나타낼 수 있다. 도 10 및 11를 잠시 살펴보면, 도 10에는 두 개의 임시적인 3차원 패턴 모델(120, 140)을 보여주며, 각각 PAT1(120), PAT2(140)로 고유 이름을 부여하여 명명할 수 있고, PAT1(120)의 상부측을 PAT1-line-1(130), PAT1-line-2(131)로, 하부측을 PAT1-line-3(132), PAT1-line-4(133)와 같이 라인 요소의 이름을 부여할 수 있으며, PAT2(140)의 상부측을 PAT2-line-1(150), PAT2-line-2(151)로, 하부측을 PAT2-line-3(152), PAT2-line-4(153)와 같이 라인 요소의 이름을 부여할 수 있다. 도 11은 도 10의 임시 패턴 모델(120)의 라인 요소(130, 131, 132, 133)만을 도출하여 표시한 것이다.

아울러, 본 발명의 S130 단계에서는 임시 패턴 모델에 부여된 해당 라인 요소를 이용하여 2차원적인 요소를 삭제하고 3차원적인 요소를 살려 다수의 더미 패턴을 생성하는 역할을 하게 된다. 더미 패턴 생성 예를 살펴보면, 본 발명의 S130 단계에서의 더미 패턴은 라인 요소 Pat1-line-1, Pat1-line-2, Pat2-line-3, Pat2-line-4를 이용하여 1종의 더미 패턴(Dummy-1-2)을 생성하고, 라인 요소 Pat1-line-3, Pat1-line-4, Pat2-line-1, Pat2-line-2를 이용하여 다른 1종의 더미 패턴(Dummy-2-1)을 생성하게 되는 것이다.

이때, 더미 요소는 패턴의 물성이 사용되며, 패턴 간의 물성이 다른 경우에는 앞서 생성된 더미를 Pat1 물성으로, 뒤에 생성된 더미를 Pat2 물성으로 입력하면 된다. 더미 패턴을 생성하는 예(160)는 도 12와 같이 상부 라인 요소(Pat1-line-3, Pat2-line-1)를 이용하여 평면(검은색)을 생성하고, 하부 평면 또한 동일하게 하부 라인 요소를 이용하여 생성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 S130 단계에서는 생성된 평면을 이용하여 도 13과 같이 2차원 요소를 생성하고, 하부 곡면으로 요소를 밀어내면(extrusion) 2차원 요소를 삭제하고, 3차원 요소를 살려 도 14와 같이 최종적인 더미 패턴(170)을 생성할 수 있게 되는 것이다. 이때, 도 15와 같이, 더미 패턴 요소의 길이는 더미 패턴(180)이 찌그러지지 않도록 최소 4 mm 이상으로 되도록 생성하는 것이 바람직하다.

이어서, 본 발명의 S140 단계에서는 도 16과 같이, S120 단계의 3차원 패턴 모델(PAT1, PAT2)과 S130 단계의 더미 패턴(Dummy-1-2, Dummy-2-1)을 순차적으로 배열, 결합하게 되면 최종적인 타이어 모델을 생성하게 된다. 도 16에서는 2개의 다른 패턴(PAT1, PAT2)을 결합하는 예이다. 먼저, 임의 패턴(Pat1)이 순차적으로 배열되고, 다음으로 더미 패턴이 배열되며, 다른 패턴(Pat2)이 순차적으로 배열되고 다시 더미 패턴을 배열함으로써, 최종 타이어 모델이 생성되는 것이다.

이어서, 본 발명의 S150 단계에서는 생성된 최종 타이어 모델에 대하여 해석 및 후처리하여 성능을 판단하게 된다. 이때, 해석은 주행 조건을 이용하여 유한 요소 해석을 하게 되며, 해석 결과는 패턴 간에 접지 압력, 마찰력 등을 얻을 수 있으며, 성능에 따라 우위 패턴을 결정할 수 있게 된다. 이때, 타이어 바디(Body) 1종에 접합될 수 있는 비교 패턴의 개수는 최대 4 종으로 해석 결과의 신뢰성을 고려하여 제한한다.

도 2는 본 발명에 따른 타이어 바디 모델 형상(100, tire body)을 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 전/후 방면, 접지면, 벨트면 정보로 구분된 3차원 패턴 모델을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 3차원 패턴 모델의 경계 에지 생성을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 본 발명에 따른 경계 에지에 의한 새로운 3차원 패턴 모델의 생성을 설명하기 위한 도면이다.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 임시 패턴 모델을 설명하기 위한 도면이다.

도 12 내지 도 16은 본 발명에 따른 더미 패턴 생성을 설명하기 위한 도면이다.

Claims

(a) 타이어 트레이드를 제외한 이외의 부분을 2차원 유한 요소적인 바디(body) 모델을 생성하는 단계,

(b) 상기 바디 모델을 기초하여 제작된 임의의 피치(패턴)에 대해 육면체와 오면체 요소를 이용하여 전/후 방면, 접지면, 벨트면 정보로 구분된 3차원 패턴 모델을 생성하는 단계,

(c) 상기 3차원 패턴 모델에 대해 배열 순서에 맞게 각 이름과 라인요소에 맞는 이름을 부여하여 다수의 임시 패턴 모델을 생성하고, 상기 임시 패턴 모델에 부여된 해당 라인 요소를 이용하여 2차원적인 요소를 삭제하고 3차원적인 요소를 살려 다수의 더미 패턴을 생성하는 단계,

(d) 상기 3차원 패턴 모델과 더미 패턴을 순차적으로 배열, 결합하여 최종 타이어 모델을 생성하는 단계, 및

(e) 생성된 상기 최종 타이어 모델에 대하여 해석 및 후처리하여 성능을 판단하는 단계

를 포함하는 타이어 트레이드의 패턴 성능 예측 방법.
제1항에 있어서,

상기 (b) 단계는,

상기 벨트면과 접하는 경계 에지를 생성하여 전방면과 후방면에 표시하고, 상기 경계 에지를 접지면으로 오프셋 시키면 전/후 방면과 접지면 사이의 경계 에지를 생성하여 3차원 패턴 모델이 완성되는 것인 타이어 트레이드의 패턴 성능 예측 방법.
제1항에 있어서,

상기 (c) 단계는,

상기 임시 패턴 모델에 부여된 라인 요소 중 상,하부 라인 요소를 이용하여 상,하부 평면을 생성하고, 이를 조합한 곡면을 이용하여 2차원 요소를 삭제하고 3차원 요소를 살려 다수의 더미 패턴을 생성하는 것인 타이어 트레이드의 패턴 성능 예측 방법.