KR101305996B1 - 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 실제 주행 차량의 타이어 소음레벨을 저감하도록 피치 개수 설계를 통해 저소음 타이어 제작할 수 있는 패턴을 제공하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 타이어의 접지면(Foot print)를 측정하고, 타이어의 접지 선단부(Leading Edge) 및 접지면의 길이를 계산하고, 타이어 치수를 측정하고 유효 종그루브 길이를 계산하며 기주공명음 주파수를 계산하는 단계; 및 타이어 전체 피치 개수를 계산하고 기본 피치 배열을 생성하고 피치 패턴 형상을 적용하고 피치 패턴의 가진 주파수 데이터를 생성하고, 이렇게 구한 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)해서 고속 푸리에 변환된 데이터와 상기 계산된 기주 공명음 주파수를 합산하여 합산된 주파수 파형을 생성하고 소음 크기를 평가하여 저 소음 패턴을 개발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법을 제시한다.

Description

기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법{Tire pattern noise simulation using aerodynamic mechanism}

본 발명은 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법에 관한 것으로, 특히 실제 주행 차량의 타이어 소음레벨을 저감하도록 피치 개수 설계를 통해 저소음 타이어 제작할 수 있는 패턴을 제공하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법에 관한 것이다.

종래의 타이어의 저소음 패턴을 설계하는데 에는 원주방향으로 나열된 피치들을 불규칙하게 배열하여 소음을 저감하는 방법이 사용되어 왔다. 불규칙한 순서대로 배열된 패턴 피치들은 노면에 주기적인 가진(加振; excitation)을 주어 소음 에너지를 증폭시키는 역할을 한다.

이러한 주기적인 피치들을 또한 특정 공명 대역에 중첩이 되면 소음을 크게 증가시키게 된다. 특히 패턴의 진행방향의 종그루브(Longitudinal Groove)는 노면 접지 시에 기주 공명음(Resonance in Air Columns)의 특징을 갖게 된다. 근래 타이어 광폭화에 따른 종그루브 폭 증가로 기주 공명음이 증가하는 경향이 있다. 그러므로 기존의 피치들을 불규칙하게 배열하는 방법은 이러한 기주 공명 대역을 회피하지 못하므로 소음이 증폭되게 된다. 일반적으로 타이어 몸체 내부에는 공기주머니부가 형성되어 있는데 타이어의 진동특성 중에 상기 공기 주머니 부에 의해 생기는 소음을 기주 공명음이라고 한다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0014579호 및 대한민국 특허등록 제10-0467978호에서는 종그루브를 웨이브(Wave) 형태로 하거나 서브 레조네이터(Sub Resonator)를 적용하여 기주 공명음을 저감하는 것을 개시하고 있다.

그러나 선행 문헌들은 횡그루브 가진에 의한 소음 영향도는 고려하지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 발명자는 횡그루브 피치 가진 영향도를 고려하여 기주 공명음 주파수 대역을 회피하는 설계에 착안하였다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0014579호 및 대한민국 특허등록 제10-0467978호

본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로서, 종그루브의 기주 공명음을 저감하기 위해 공명 주파수를 산출하는 수식을 구하고 정확한 공명 주파수를 구하여 상기 공명 주파수 산출 수식에 의해 횡그루브 가진 영역 주파수를 조정함으로써 소음이 증폭되는 현상을 방지할 수 있는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법은, 실제 주행 차량의 타이어 소음레벨을 저감하도록 피치 개수 설계를 통해 저소음 타이어 제작할 수 있는 패턴을 제공하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법으로서,

타이어의 접지면(Foot print)를 측정하고, 타이어의 접지 선단부(Leading Edge) 및 접지면의 길이를 계산하고, 타이어 치수를 측정하고 유효 종그루브 길이를 계산하며 기주공명음 주파수를 계산하는 단계; 및

타이어 전체 피치 개수를 계산하고 기본 피치 배열을 생성하고 피치 패턴 형상을 적용하고 피치 패턴의 가진 주파수 데이터를 생성하고, 이렇게 구한 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)해서 고속 푸리에 변환된 데이터와 상기 계산된 기주공명음 주파수를 합산하여 합산된 주파수 파형을 생성하고 소음 크기를 평가하여 저 소음 패턴을 개발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법을 제시한다.

본 발명에 의하면 타이어 소음을 저감시키도록 기주공명음의 주파수와 피치 가진 주파수를 다르게 하기 위하여 정확한 기주 공명음 주파수를 산출하고 이에 의해 기주 공명음 주파수를 회피하여 실제 피치 개수를 설계함으로써 1.2dB 정도의 소음 저감 효과를 얻을 수 있다. 따라서 새로운 타이어 패턴 형상을 설계함에 있어 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있으며 또한 본 발명은 저소음 타이어 제작에 유용하게 적용될 수 있다.

도 1은 기주 공명음과 피치 가진 영향도를 확인하기 위한 시험 결과를 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 방법의 패턴 시뮬레이션 흐름도이다.
도 3은 기주 공명음을 산출하기 위한 실제 종그루브 길이를 나타낸 도면이다.
도 4는 기주 공명음과 피치 가진 시뮬레이션의 결과를 도시한다.
도 5는 기주 공명음과 피치 가진 시뮬레이션의 다른 결과를 도시한다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법을 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 은 기주공명음과 피치 가진 영향도를 확인하기 위한 시험 결과를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 도면의 가로축을 주파수를 나타내고 도면의 세로축은 차속을 나타낸다. 점선으로 표시한 영역이 타이어의 원주방향으로 배열된 불규칙한 패턴 피치들이 노면과 부딪치어 발생되는 패턴 가진음을 나타낸다. 그리고 붉은 선으로 나타낸 영역이 기주 공명음을 나타내는 주파수 대역을 나타낸다.

도 2은 본 발명의 방법의 패턴 시뮬레이션 흐름도를 도시하는데, 기주 공명음 주파수 파형과 횡그루브 피치 가진 주파수를 다르게 설계하는 시뮬레이션 과정을 도시한다.

먼저, 단계 S20에서 타이어의 접지면(Foot print)를 측정하고, 타이어의 접지 선단부(Leading Edge) 및 접지면의 길이를 계산한다(S40).

접지 선단부의 길이는 아래의 수식 1에 의해 구한다.

수학식 1

Leading_Edge = R - K

여기서, R은 타이어가 접지했을 경우 원점에서 접지 선단부까지의 반경이고, K는 원점에서 타이어 접지 중앙까지의 길이를 나타낸다.

이어 타이어 치수를 측정하는데 구체적으로 타이어 종그루브 깊이와 타이어 반경을 계산한다(S60). 여기서 종그루브는 패턴 형상에 있어 타이어 진행방향으로 형성된 그루브를 종그루브라 한다. 유효 종그루브 길이를 계산하고(S80) 기주 공명음 주파수를 계산한다(S100). 기본적인 기주 공명음 주파수는 다음 식으로 주어진다.

한편, 타이어 전체 피치 개수를 계산하고 기본 피치 배열을 생성하고 피치 패턴 형상을 적용하고 피치 패턴의 가진 주파수 데이터를 생성하고, 80kph에서 이 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)해서(S120, S140, S160, S180, S200) 이 고속 푸리에 변환된 데이터와 상기 단계 S100에서 계산된 기주 공명음 주파수를 합산하여 합산된 주파수 파형을 생성한다(S220). 이어 소음 크기를 평가하여 저 소음 패턴을 개발한다(S240, S260). 한편 상기 소음 크기 평가단계에서 평가된 소음이 기준에 맞지 않는 경우 상기 패턴 형상을 적용하는 단계로 복귀한다.

도 3은 기주 공명음을 산출하기 위한 실제 종그루브 길이를 나타낸 도면이다.

도 3은 타이어가 노면에 접지된 상태의 측면도를 나타내는데 상기 수학식 1에 의해 구한 접지선단부와 3차원적인 타이어 형상을 적용하여 실제 기주 공명음이 생성되는 공명음 길이를 수학식 2와 같이 산출한다.

수학식 2

여기서 R1은 타이어 반경을 나타내고, R2는 타이어 접지 반경을 나타낸다. 이 접지 반경은 접지시의 타이어 중심에서 노면까지의 최단 거리를 나타낸다. 또한, L은 노면 접지 길이로서 노면에 닿는 타이어의 접지길이를 나타내고, d는 종그루브의 깊이를 나타낸다.

상기 공명음 길이는 타이어 접지시의 종그루브 깊이를 고려한 접지 길이 즉, Effective Length가 된다.

상기 수학식 2에 의해 산출된 실제 접지 길이를 수학식 3에 대입하여 기주 공명음 주파수를 계산한다.

수학식 3

이때 차량 속도 80kph에서의 피치 가진 주파수 대역은 아래 수학식 4에 의해 구할 수 있다.

수학식 4

위 식에서 EA는 피치의 개수를 나타낸다.

도 4는 기주 공명음과 피치 가진 시뮬레이션의 결과를 도시하고, 도 5는 기주 공명음과 피치 가진 시뮬레이션의 다른 결과를 도시한다.

도 4와 도 5에서 가로 축은 주파수를 나타내고 세로 축은 진폭을 나타낸다. 또한, 도면에 있어서 붉은색 점선은 피치 가진 주파수(Freq. Pitch)의 그래프를 나타내고 파란색 실선은 기주 공명음 주파수(Freq. Pipe)의 그래프를 나타낸다.

도 4는 피치 가진 주파수를 기주 공명음 주파수보다 작게 설계한 경우이고, 도 5는 피치 가진 주파수를 기주 공명음 주파수보다 크게 설계한 경우를 나타낸다.

도 4 및 도 5에서와 같이 피치 가진 주파수를 기주 공명음 주파수보다 작거나 크게 설계하여 두 개의 주파수가 서로 겹치지 않도록 하여 소음 증폭을 사전 방지할 수 있다.

이상 기술한 바와 같이 본 발명에 의하면 타이어 소음을 저감시키도록 기주 공명음의 주파수와 피치 가진 주파수를 다르게 하기 위하여 정확한 기주 공명음 주파수를 산출하고 이에 의해 기주 공명음 주파수를 회피하여 실제 피치 개수를 설계함으로써 1.2dB 정도의 소음 저감 효과를 얻을 수 있다. 따라서 새로운 타이어 패턴 형상을 설계함에 있어 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있으며 또한 본 발명은 저소음 타이어 제작에 유용하게 적용될 수 있다.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법을 첨부 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

R1: 타이어 반경 R2: 접지 반경
L: 노면 접지 길이 d: 종그루브의 깊이

Claims (5)

1. 실제 주행 차량의 타이어 소음레벨을 저감하도록 피치 개수 설계를 통해 저소음 타이어 제작할 수 있는 패턴을 제공하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법으로서,
   타이어의 접지면(Foot print)를 측정하고, 타이어의 접지 선단부(Leading Edge) 및 접지면의 길이를 계산하고, 타이어 치수를 측정하고 유효 종그루브 길이를 계산하며 기주 공명음 주파수를 계산하는 단계; 및
   타이어 전체 피치 개수를 계산하고 기본 피치 배열을 생성하고 피치 패턴 형상을 적용하고 피치 패턴의 가진 주파수 데이터를 생성하고, 이렇게 구한 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)해서 고속 푸리에 변환된 데이터와 상기 계산된 기주 공명음 주파수를 합산하여 합산된 주파수 파형을 생성하고 소음 크기를 평가하여 저 소음 패턴을 개발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 타이어 치수 측정은 타이어 종그루브 깊이와 타이어 반경을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 기주 공명음의 길이는 다음 식에 의해 구해지고,
   

   

   
   (여기서 R1은 타이어 반경이고, R2는 타이어 접지 반경이고, L은 노면 접지 길이이고, d는 종그루브의 깊이이다.)
   상기 기주 공명음 주파수는 다음 식에 의해 구해지고,
   

   

   
   상기 피치의 가진 주파수는 다음 식에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법.
   

   

   
   (여기서 EA는 피치의 개수이다.)
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 피치 가진 주파수를 상기 기주 공명음 주파수보다 작게 설계하는 것을 특징으로 하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 피치 가진 주파수를 상기 기주 공명음 주파수보다 크게 설계하는 것을 특징으로 하는 기주 공명음을 고려한 타이어 패턴 소음 저감 방법.
   

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