KR101218796B1 - 노면 효과를 고려한 타이어 마찰에너지 분석방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회전하는 타이어와 노면 사이에 작용하는 마찰력과 변위를 측정하여 마찰에너지를 분석하는 방법에 있어서, 접지면적 계측부가 회전속도별로 상기 타이어와 상기 노면 사이에 접촉에 의해서 발생하는 열을 검출하여 상기 타이어의 하나 이상의 리브(rib)별로 하나 이상의 접지면적을 계측하는 단계(S100); 접지면적지수 산출부가 상기 회전속도별로 상기 타이어의 접지가능면적과 상기 하나 이상의 접지면적을 이용하여 하나 이상의 접지면적지수를 산출하는 단계(S200); 노면특성지수 연산부가 상기 타이어의 회전속도에 따른 복수의 속도비율지수 및 상기 하나 이상의 접지면적지수를 이용하여 하나 이상의 노면특성지수를 연산하는 단계(S300); 및 연산부가 상기 하나 이상의 노면특성지수를 이용하여 상기 마찰에너지에 상기 노면 효과를 고려하여 개선된 마찰에너지를 연산하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 타이어의 마찰에너지 분석방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 타이어와 접촉하는 노면 효과를 고려한 타이어 마찰에너지 분석방법에 관한 것이다.
일반적으로 타이어 제조업체에서는 여러 가지 시험 조건하에서 타이어의 마찰에너지를 분석하여 마모 성능을 예측하고 있다. 이런 타이어의 마찰에너지를 분석하는 방법에는 크게 실내시험법과 유한요소해석법이 사용되고 있다.
도 1a은 종래의 타이어 마찰에너지 분석을 위한 실내 시험 구성도이다. 도 1a을 참고하면, 실내 시험법에 의해 타이어 마찰에너지를 분석하는 실내 시험 구성은 타이어(10), 타이어를 회전가능하게 하는 회전장치(도시하지 않음), 센서부(20) 및 분석장치(30)를 포함한다. 종래의 실내 시험법에서는 센서부(20)가 회전하는 타이어(10)와 노면(22) 사이의 힘과 변위를 측정하여 이를 분석장치(30)에 입력함으로써 타이어의 마찰에너지를 산출할 수 있다.
도 1b는 종래의 타이어 마찰에너지 분석을 위한 유한요소해석법(Finite Element Method)에 의한 시뮬레이션도를 도시한다. 도 1b를 참고하면, 유한요소해석법은 타이어의 해석 모델을 이용하여 하나 이상의 시험 조건을 입력값으로 입력하여 마찰에너지를 도출하는 방법이다.
이러한 종래 타이어의 마찰에너지 분석 방법은 노면 조건에 따라 달라지는 타이어의 마찰에너지의 특성을 제대로 반영하지 못하여서, 실제 노면에서 사용되는 타이어의 마모 성능 분석시 오차가 크게 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 타이어와 접촉하는 노면의 특성을 노면특성지수로 산출하여, 실내 시험 또는 유한요소해석법에 의해 산출된 마찰에너지를 노면특성지수에 의해서 보정함으로써 노면 효과를 고려한 타이어 마찰에너지를 분석방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 노면 효과를 고려한 타이어 마찰에너지 분석방법은 회전하는 타이어와 노면 사이에 작용하는 마찰력과 변위를 측정하여 마찰에너지를 분석하는 방법에 있어서, 접지면적 계측부가 회전속도별로 상기 타이어와 상기 노면 사이에 접촉에 의해서 발생하는 열을 검출하여 상기 타이어의 하나 이상의 리브(rib)별로 하나 이상의 접지면적을 계측하는 단계(S100); 접지면적지수 산출부가 상기 회전속도별로 상기 타이어의 접지가능면적과 상기 하나 이상의 접지면적을 이용하여 하나 이상의 접지면적지수를 산출하는 단계(S200); 노면특성지수 연산부가 상기 타이어의 회전속도에 따른 복수의 속도비율지수 및 상기 하나 이상의 접지면적지수를 이용하여 하나 이상의 노면특성지수를 연산하는 단계(S300); 및 연산부가 상기 하나 이상의 노면특성지수를 이용하여 상기 마찰에너지에 상기 노면의 효과를 고려하여 개선된 마찰에너지를 연산하는 단계(S400)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 노면 효과를 고려한 마찰에너지 분석방법은, 상기 하나 이상의 접지면적을 계측하는 단계(S100)는, 상기 접지면적 계측부가, 상기 타이어와 상기 노면 사이에 발생하는 열을 열화상 이미지로 검출하고, 상기 열화상 이미지를 이용하여 상기 다수의 회전속도별 타이어 접지면적을 계측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 노면 효과를 고려한 마찰에너지 분석방법은, 상기 하나 이상의 접지면적지수를 산출하는 단계(S200)가, 하나 이상의 접지면적지수 = 리브별 접지면적/1회전시 총접지면적에 의해서 산출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 노면 효과를 고려한 마찰에너지 분석방법은, 상기 하나 이상의 노면특성지수를 연산하는 단계(S300)가, 노면특성지수 = 1/(접지면적지수 × 속도비율지수) 에 의해서 산출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 노면 효과를 고려한 타이어 마찰에너지 분석방법은 타이어와 접촉하는 노면의 특성을 노면특성지수로 산출하고, 실내시험 또는 유한요소해석법에 의해 산출된 마찰에너지를 노면특성지수에 의해서 보정함으로써 노면 효과를 고려한 마찰에너지를 산출하는 효과를 제공한다.
도 1a은 종래의 타이어 마찰에너지 분석을 위한 실내 시험 구성도,
도 1b는 종래의 타이어 마찰에너지 분석을 위한 유한요소해석에 의한 시뮬레이션도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 효과를 고려한 타이어 마찰에너지 분석방법의 흐름도,
도 3a는 열화상카메라를 이용한 노면 특성 장치의 구성도,
도 3b는 타이어 1회전시 각 리브별 열화상 이미지이다.
도 1b는 종래의 타이어 마찰에너지 분석을 위한 유한요소해석에 의한 시뮬레이션도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 효과를 고려한 타이어 마찰에너지 분석방법의 흐름도,
도 3a는 열화상카메라를 이용한 노면 특성 장치의 구성도,
도 3b는 타이어 1회전시 각 리브별 열화상 이미지이다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 효과를 고려한 타이어 마찰에너지 분석방법의 흐름도를 도시한다. 도 2를 참조하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 노면 효과를 고려한 타이어 마찰에너지 분석방법은 하나 이상의 접지면적을 계측하는 단계(S100), 하나 이상의 접지면적지수를 산출하는 단계(S200), 하나 이상의 노면특성지수를 산출하는 단계(S300) 및 개선된 마찰에너지를 연산하는 단계(S400)를 포함한다.
하나 이상의 접지면적을 계측하는 단계(S100)는 접지면적 계측부가 복수의 회전속도로 회전하는 타이어와 지면 사이에 접촉에 의해서 발생하는 열을 회전속도 별로 검출하여 타이어의 표면에 형성된 하나 이상의 리브(rib)별로 접지면적을 계측할 수 있다. 이때, 하나 이상의 리브별 접지면적은 이미 설정된 주행속도(예컨대, 100km/h, 60km/h 및 30km/h)별로 실제 주행 시험 코스에서 시험 운행을 통해서 리브 별로 계측될 수 있다.
도 3a는 열화상카메라를 이용한 노면 특성 장치의 구성도를 도시한다. 도 3a를 참조하면, 접지면적 계측부는 열화상카메라를 포함할 수 있다. 다양한 회전속도로 회전하는 타이어와 노면 사이에 접촉으로 인하여 발생하는 열을 회전속도별로 열화상카메라에 의해서 검출할 수 있다. 타이어의 표면에 대한 열화상 이미지는 도 3b에 도시된 것처럼 리브별로 계측할 수 있다. 또한, 회전속도를 변화시키면서 접지면적을 계측함으로써, 속도 변화에 따른 노면특성 변화를 반영할 수 있다.
하나 이상의 접지면적지수를 산출하는 단계(S200)는 접지면적지수 산출부가 접지면적 계측부로부터 수신한 하나 이상의 리브별 접지면적 및 1회전시 총접지면적을 다음 수학식 1에 의해서 리브 별로 접지면적지수를 산출할 수 있다.
즉, 타이어가 노면과 접촉하는 비율인 접지면적지수를 각 리브별로 산출할 수 있는데, 이는 타이어의 1회전시 총접지면적 대비 리브별 접지면적의 비율로 연산할 수 있다. 예컨대, 리브가 5개인 경우에는 5개의 접지면적지수(r1 내지 r5)를 산출할 수 있다. 또한, 복수의 회전속도별로 접지면적지수를 산출할 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 상세하게 설명한다.
하나 이상의 노면특성지수를 산출하는 단계(S300)는 노면특성지수 산출부가 속도비율지수 및 접지면적지수를 이용하여 노면특성지수를 산출할 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 노면특성지수 산출부가 이러한 각 리브(제 1 리브 내지 제 5 리브)에 대한 접지면적지수(r1, r2, r3, r4 및 r5)를 각 속도별로 수신할 수 있다. 소정의 속도는 100km/h, 60km/h, 30km/h로 설정할 수 있는데, 노면특성지수 산출부가 속도에 따른 리브별 접지면적지수로 제 1 리브의 접지면적지수(r1 -100 r1 -60 r1 -30) 내지 제 5 리브의 접지면적지수(r5 -100 r5 -60 r5 -30)를 수신할 수 있다. 즉, 3종류의 속도(100km/h, 60km/h 및 30km/h)별도 5개 리브(제 1 리브 내지 제 5 리브)에 대한 접지면적지수는 총 15개가 산출될 수 있다.
노면특성지수 산출부가 또한 v100 = 0.6, v60 = 0.3, v30 = 0.1로 정의될 수 있는 속도비율지수를 수신할 수 있다.
따라서, 노면특성지수 산출부가 복수의 접지면적지수와 속도비율지수를 이용하여 다음의 수학식 2에 의해서 노면특성지수를 산출할 수 있다.
(여기서, R1 은 제 1 리브의 노면특성지수, r1 -100 은 속도 100km/h에서 제 1 리브의 접지면적지수, V100 은 100km/h의 속도비율지수)
수학식 2는 제 1 리브에 대한 노면특성지수를 연산하는 관계식을 도시하고 있으나, 동일한 방식으로 제 2 리브 내지 제 n 리브에 대한 노면특성지수를 산출할 수 있다.
개선된 마찰에너지를 연산하는 단계(S400)는 연산부가 리브별 노면특성지수와 마찰에너지를 이용하여 다음의 수학식 3에 의해서 개선된 마찰에너지로 연산할 수 있다.
(여기서, f1은 종래 방법으로 계측한 제 1 리브의 마찰에너지, R1 은 제 1 리브의 노면특성지수)
즉, 제 1 리브의 개선된 마찰에너지는 종래의 방법으로 계측한 제 1 리브의 마찰에너지(f1)와 제 1 리브의 노면특성지수(R1)를 곱하여서 연산할 수 있다. 동일한 방법으로 각 리브별로 개선된 마찰에너지(F2 ~ Fn)를 구할 수 있다.
따라서, 타이어에 대한 전체 개선된 마찰에너지(F)는 각 리브별로 얻어진 개선된 마찰에너지(F1 ~ Fn)를 합하여서 연산할 수 있다.
이렇게 종래 방법으로 산출된 마찰에너지에 노면 효과를 고려하기 위해서 산출된 노면특성지수을 곱하여서 보정함으로써, 노면 효과로 인한 마모 성능 예측시 오차를 줄여줘서 좀더 실제에 가까운 결과를 얻을 수 있다.
또한, 다양한 노면 효과에 대한 마찰에너지 분석과 타이어 구조, 조성물, 패턴등의 설계 파라미터 변경시에 타이어의 마찰에너지 특성을 보다 정확하게 분석할 수 있는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Claims (4)
- 회전하는 타이어와 노면 사이에 작용하는 마찰력과 변위를 측정하여 마찰에너지를 분석하는 방법에 있어서,
접지면적 계측부가 회전속도별로 상기 타이어와 상기 노면 사이에 접촉에 의해서 발생하는 열을 검출하여 상기 타이어의 하나 이상의 리브(rib)별로 하나 이상의 접지면적을 계측하는 단계(S100);
접지면적지수 산출부가 상기 회전속도별로 상기 타이어의 1회전 시 총접지면적과 상기 하나 이상의 접지면적을 이용하여 하나 이상의 접지면적지수를 산출하는 단계(S200);
노면특성지수 연산부가 상기 타이어의 회전속도에 따른 복수의 속도비율지수 및 상기 하나 이상의 접지면적지수를 이용하여 하나 이상의 노면특성지수를 연산하는 단계(S300); 및
연산부가 상기 하나 이상의 노면특성지수를 이용하여 상기 마찰에너지에 상기 노면의 특성을 고려하여 개선된 마찰에너지를 연산하는 단계(S400)를 포함하되,
상기 하나 이상의 접지면적을 계측하는 단계(S100)는 상기 접지면적 계측부가 타이어와 지면사이에 발생하는 열을 열화상 이미지로 검출하고, 검출된 열화상 이미지를 이용하여 다수의 회전속도별 타이어 접지면적을 계측하는 것을 특징으로 하는 노면 효과를 고려한 마찰에너지 분석방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 접지면적지수를 산출하는 단계(S200)는,
접지면적지수 = 리브별 접지면적/1회전시 총접지면적
에 의해서 산출되는 것을 특징으로 하는 노면 효과를 고려한 마찰에너지 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 노면특성지수를 연산하는 단계(S300)는,
노면특성지수 = 1/(접지면적지수 × 속도비율지수)
에 의해서 산출되는 것을 특징으로 하는 노면 효과를 고려한 마찰에너지 분석방법.
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