KR101311868B1 - 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량에 취부되어 주행중인 타이어의 동적 접지압과 접지형상을 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 촬영 이미지 선명도를 높이면서 섬세한 접지특성을 얻을 수 있고 필요에 따라 경사노면에서의 접지압과 접지형상을 측정할 수 있는 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 지하실(1)의 상부 개방면에 설치된 시험노면(2)의 접지판(3) 위를 주행하는 차량(100)의 타이어(101)가 접지판(3)에 접지할 때 접지압과 접지형상을 지하실(1)에 장착된 고속 카메라(4)로 촬영하여 측정할 수 있는 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치에 있어서, 상기 시험노면(2)에 설치된 강화유리 표면이 격자모양으로 엠보싱 처리된 접지판(3)과, 상기 접지판(3)을 보유 지지하면서 노면 기울기를 제공하도록 지하실(1) 내에 설계된 4개의 기둥컬럼(5), 상기 4개의 기둥컬럼을 보유 지지하는 하중 지지 프레임(6), 상기 각각의 기둥컬럼(5)의 상단에 설치되어 접지판(3)의 하단면과 접하는 3분력 로드셀(7) 및, 상기 기둥컬럼(5)을 승하강 시키는 스크류 잭(8)과 회전 조인트(9)를 갖추어 이루어진 구조로 되어 있다.

Description

타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치{Rolling tire contact pressure distribution and foot shape measurement system of tire}

본 발명은 차량에 취부되어 주행중인 타이어의 동적 접지압과 접지형상을 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 촬영 이미지 선명도를 높이면서 섬세한 접지특성을 얻을 수 있고 필요에 따라 경사노면에서의 접지압과 접지형상을 측정할 수 있는 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치에 관한 것이다.

타이어의 접지압은 접지부의 단위 면적당 걸리는 하중으로 정의되는데, 통상적으로 접지압은 트레드 접지면에 따른 고른 분포가 되지 않으며, 또한 하중과 공기압의 크기에 따라서도 다른 분포를 하기 때문에 트레드의 각 부분의 접지압을 검토할 필요가 있다.

따라서 타이어의 접지압력 분포와 접지형상은 타이어의 여러 성능에 큰 영향을 주는 인자로서, 타이어의 수막현상, 제동성능, 마모성능, 핸들링(Handling) 성능, 원더링(Wondering) 성능 등 다양한 타이어 성능이 타이어의 접지압력 분포와 밀접한 관계를 가지고 있어, 타이어의 성능향상을 위해 섬세하고 정도 높은 접지압력이나 접지형상을 측정할 필요가 있는 것이다.

종래 타이어의 접지압력 측정기술은 대부분 실내 실험실 내에서 시험하는 것으로, 실제 차량에 취부되어 주행하는 상태에서의 타이어의 접지압력 분포 특성을 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있었다. 즉 실내 실험실에서 드럼이나 평판에 접지압력 센서를 부착하여 타이어의 접지특성을 측정하지만, 이는 드럼의 곡률에 의한 접지특성 차이와 시속 10㎞/h 이내 저속에서의 접지특성과 실제 차량이 주행하는 고속이나 편평 노면에서의 접지특성은 차이가 있기 때문에 현실적이지 못하여 신뢰도가 낮았다.

따라서, 종래에도 타이어를 취부한 차량의 주행시 타이어가 시험노면을 통과하는 과정에서 타이어의 접지압 분포를 측정하는 방식이 다양하게 제안되었는바, 그 중 국내 공개특허 제2000-75065호와 공개실용신안 제2009-13247호에 따르면 차량을 실제로 주행시킨 상태에서 도 4와 같이 타이어(201)가 다수의 압력센서(202)들이 구비된 접지판(203) 위를 통과하도록 함으로써, 각각의 압력센서(202)로부터 출력신호를 측정부(204)에서 처리하여 실차 주행시 타이어의 접지압력 분포를 측정하도록 하고 있었다.

그러나 종래 상기와 같이 압력센서에 의한 측정방법에서는 격자로 배열된 다수의 압력센서가 타이어의 최소 접지면적 200 × 200㎜에 설치됨에 따라 최소 400개 이상이 소요되고, 별도의 증폭장치(205)와 데이터 저장장치(206) 및 신호처리장치(207) 등을 구비함에 따라 자연히 비용부담이 크고, 소형 접지압 센서 직경이 5㎜ 정도로 크기가 제안되어 있어서 섬세한 접지압 분포를 얻기가 어렵기 때문에 측정장치로서 활용도가 떨어졌다.

또한, 국내 특허 제240800호는 타이어의 주행노면에 설치된 투명한 탄성 매질판과, 그 하부에 설치된 무와레 격차, 타이어와 탄성 매질판의 접촉부에 광을 발생시키는 광원부, 접지형상을 촬영하는 CCD 카메라로 구성되어 타이어의 접지압력 분포를 측정하도록 되어 있는데, 이 경우 상기 무와레 효과를 접지압 분포 또는 접지형상으로 변환시키는데 매우 복잡할 뿐만 아니라, 섬세한 접지특성을 표현하기가 곤란하였다. 또한, 타이어의 접지압력 분포 내지는 접지형상은 타이어 주행조건에 크게 영향을 받아 접지폭이나 접지길이 1㎜ 간격에도 특성변화가 크게 달라지기 때문에 섬세한 접지특성을 얻지 못하면 활용성이 어렵기 때문이다.

그리고, 종래 상기 타이어의 접지압 측정기술들은 시험노면에 경사각을 부여하는 장치가 없기 때문에 차량의 캠버(Camber) 효과를 부여하거나 일정한 경사각을 갖는 노면에서의 접지압력 분포와 접지형상을 측정할 수 없는 문제점도 지니고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 차량에 취부되어 주행중인 상태의 타이어에서 동적 접지압과 접지형상을 측정할 때 섬세한 접지특성을 얻을 수 있으면서 필요에 따라 경사노면에서의 접지압과 접지형상을 측정할 수 있기 때문에 설비 효율성과 활용성을 가지는 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시험노면의 접지판 위를 주행하는 차량의 타이어가 접지판에 접지할 때 접지압과 접지형상을 지하실에 장착된 고속 카메라로 촬영하여 측정할 수 있는 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치에 있어서, 상기 시험노면에 설치된 강화유리의 표면이 격자 모양으로 엠보싱 형태로 가공 처리된 접지판과, 상기 접지판을 보유 지지하면서 노면 기울기를 제공하도록 지하실 내에 설계된 4개의 기둥컬럼, 상기 4개의 기둥컬럼을 보유 지지하는 하중 지지 프레임, 상기 각각의 기둥컬럼의 상단에 설치되어 접지판의 하단면과 접하는 3분력 로드셀 및, 상기 기둥컬럼을 승하강 시키는 스크류 잭과 회전 조인트로 이루어진 구조로 되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치를 엠보싱 처리된 강화유리 접지판에서 타이어의 트레드가 유리에 접지하는 부분이 증가하여 빛의 산란효과가 크게 증가하기 때문에 트레드의 압축정도를 세분화하여 색감으로 나타낼 수 있어서 타이어의 접지압력 분포를 측정하는데 효과적이고, 섬세한 접지특성을 얻을 수 있으면서 경사노면에서 타이어의 동적 접지압과 접지형상을 측정할 수 있는 기능을 갖추게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치를 보여주는 전체 구성도,
도 2는 본 발명에서 경사진 노면상태를 구현하는 실시예를 보여주는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 엠보싱 가공된 강화유리와 종래 일반 강화유리를 이용하여 고속 카메라 촬영화상과 화상처리 및 접지압력 분포를 비교한 사진들,
도 4는 종래 타이어 접지압력 분포를 측정하는 장치의 구성도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 타이어 특성 동적 접지압과 접지형상을 측정장치를 보여주는 전체 구성도이다.

본 발명은 도면에 도시된 바와 같이 지하실(1)의 상부 개방면에 설치된 시험노면(2)의 접지판(3) 위를 주행하는 차량(100)의 타이어(101)가 접지판(3)에 접지할 때 접지압과 접지형상을 지하실(1)에 장착된 고속 카메라(4)로 촬영하여 측정할 수 있는 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치에 있어서, 상기 시험노면(2)에 설치된 강화유리 표면이 격자모양으로 엠보싱 처리된 접지판(3)과, 상기 접지판(3)을 보유 지지하면서 노면 기울기를 제공하도록 지하실(1) 내에 설계된 4개의 기둥컬럼(5), 상기 4개의 기둥컬럼을 보유 지지하는 하중 지지 프레임(6), 상기 각각의 기둥컬럼(5)의 상단에 설치되어 접지판(3)의 하단면과 접하는 3분력 로드셀(7) 및, 상기 기둥컬럼(5)을 승하강 시키는 스크류 잭(8)과 회전 조인트(9)를 갖추어 이루어진 구조로 되어 있다.

여기서 상기 접지판(3)의 상단표면에는 흰색의 매질층(10)을 사이에 두고 연신율이 높은 흑색 고무시트(11)가 고무시트 고정 클램프(12)들에 장력이 부여되면서 고정되는데, 상기 흑색 고무시트(11)는 타이어(101)가 접지할 때 생기는 스키드 마크 내지는 이물질에 의해 접지압 분포가 왜곡되는 것을 방지하고, 태양광 밝기에 따라 고속 카메라(4)의 촬영 이미지의 선명도가 변하는 것을 차단하는 기능을 갖는다.

그리고 상기 고속 카메라(4)이 측정면적을 800 × 600㎜이고, 상기 고속 카메라(4)의 해상도 1600 × 1200일 경우 0.5㎜ 간격으로 섬세한 접지압력 분포를 촬영하여 얻을 수 있도록 되어 있다.

또한, 타이어(101)가 접지판(3)을 진입전과 통과 후에 트리거 및 속도센서(13)를 이용해 고속 카메라(4)에서 측정시작과 끝을 알리는 트리거 역할과 속도 산출을 위한 거리와 시간을 제공하도록 되어 있으며, 타이어(101)가 접지판(3)을 통과하는 동안에 접지판(3) 아래의 지하실(1)에 설치된 고속 카메라(4)를 이용하여 1초에 1000장 이상의 사진촬영을 할 수 있고 촬영의 선명도를 높이기 위해 조명등(14)를 구비하고 있다.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치에서 시험노면(2)의 접지판(3)에 경사각을 부여한 상태를 보여주는 것으로, 차량의 캠버효과와, 오르막 노면과 같은 경사로에서 타이어의 접지압력과 접지형상을 측정할 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기 접지판(3)을 보유 지지하는 한쪽 기둥컬럼(5)들을 고정시킨 상태에서 이에 반대쪽 기둥컬럼(5)들을 회전 조인트(9)와 스크류 잭(8)을 이용하여 들어 올리게 되면, 상기 접지판(3)은 경사로를 형성하게 되어 있으며, 이때 상기 접지판(3)과 시험노면(2)의 단차 부위에는 경사 디딤판(15)이 설치되어 있다.

이 같은 경사로를 갖는 접지판(3)을 이용하여 타이어의 접지압과 접지형상을 측정할 수 있고, 고속 카메라(4)가 설치된 지하실(1) 내에 공지의 신호처리장치(16)와 무선 네트워크 장치(17)를 설치하여 측정 차량(100)에서 직접 트리거 작업을 하면서 촬영할 수 있기에 트리거 설정을 위해 지하실로 실험자가 직접 출입하는 번거로움을 피할 수가 있다.

여기서 신호처리장치는 공지된 바와 같이 고속 카메라(4)에서 얻은 촬영 이미지와 3분력 로드셀(7)에서 얻은 힘과 모멘트, 그리고 시험속도를 실시간으로 동기화시켜 데이터를 저장하고, 상기 3분력 로드셀(7)에서 얻어진 타이어(101)의 실제하중으로 타이어의 접지면적에서 트레드 고무의 압축정도에 따른 이미지의 색감 차이를 접지압력으로 변화시키는 기준값을 제공하게 된다.

본 발명에 따르면 엠보싱 가공된 강화유리 접지판(3)을 사용하면 트레드 고무의 압축정도에 따라 세분화된 접지압력 분포를 얻을 수 있다. 그러나 일반 유리에 의한 접지압력 분포는 세분화되지 못하여 접지형상만 측정할 수밖에 없다. 이는 엠보싱 가공된 유리표면에서는 고무가 유리에 접착하는 부분이 많아져 빛의 산란효과가 크게 증가하기 때문에 고무의 압축정도를 세분화하여 색감으로 나타낼 수 있기 때문이다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 접지판과 종래 일반유리 접지판의 화상처리와 접지압력 분포를 비교한 사진들로서, 본 발명에 의한 측정사진이 보다 선명한 접지압력 분포를 보이고 있음을 알 수 있다.

1 : 지하실, 2 : 시험노면,
3 : 접지판, 4 : 고속 카메라,
5 : 기둥컬럼, 6 : 하중 지지 프레임,
7 : 3분력 로드셀, 8 : 스크류 잭,
9 : 회전 조인트, 10 : 매질층,
11 : 흑색 고무시트, 12 : 고정 클램프,
13 : 트리거 및 속도센서, 14 : 조명등,
15 : 경사 디딤판.

Claims (5)

1. 지하실(1)의 상부 개방면에 설치된 시험노면(2)의 접지판(3) 위를 주행하는 차량(100)의 타이어(101)가 접지판(3)에 접지할 때 접지압과 접지형상을 지하실(1)에 장착된 고속 카메라(4)로 촬영하여 측정하도록 상기 시험노면(2)에 설치된 강화유리 표면이 격자모양으로 엠보싱 처리된 접지판(3)과, 상기 접지판(3)을 보유 지지하면서 노면 기울기를 제공하도록 지하실(1) 내에 설계된 4개의 기둥컬럼(5), 상기 4개의 기둥컬럼을 보유 지지하는 하중 지지 프레임(6), 상기 각각의 기둥컬럼(5)의 상단에 설치되어 접지판(3)의 하단면과 접하는 3분력 로드셀(7) 및, 상기 기둥컬럼(5)을 승하강시키는 스크류 잭(8)과 회전 조인트(9)를 이루어진 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치에 있어서,
   스키드 마크 내지 이물질에 의해 접지압 분포가 왜곡되는 것을 방지하고, 태양광 밝기에 따라 고속 카메라(4)의 촬영 이미지의 선명도가 변하는 것을 차단하기 위하여 상기 접지판(3)의 상단표면에 고무시트 고정 클램프(12)에 의해 장력이 부여되어 고정 설치된 흑색 고무시트(11);
   고속 카메라(4)에서 측정시작과 끝을 알리는 트리거 역할과 속도 산출을 위한 거리와 시간을 측정하기 위하여 상기 접지판(3)의 전후단의 시험노면(2)에 설치된 트리거 및 속도센서; 및
   상기 접지판(3)이 경사진 상태에서 이 접지판(3)과 시험노면(2)의 단차이를 경사지게 형성하기 위하여 경사 디딤판(15)이 설치됨을 특징으로 하는 타이어의 동적 접지압과 접지형상 측정장치.
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