KR101593831B1 - 타이어 변형 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 스트레인 게이지들을 이용하여 타이어의 변형 정도를 측정하는 측정부와, 상기 측정부의 측정값을 전기적 신호로 송신하는 송신부와, 상기 송신부로부터 상기 전기적 신호를 수신하는 수신부 및 상기 수신부를 통해 수신된 전기적 신호를 이용하여 타이어의 변형량을 연산하는 제어부를 포함하는 타이어 변형 측정 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 타이어 변형 측정 시스템은 타이어 평가 시 1개의 채널로 다수의 센서를 이용하여 타이어의 특성 평가가 가능함으로써, 차량의 제어 시스템 등에 더욱 효과적으로 응용이 가능한 장점이 있다.

Description

타이어 변형 측정 시스템{SYSTEM FOR MEASURING TIRE DEFORMATION}

본 발명은 타이어 변형 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 센서(스트레인 게이지)를 하나의 채널(channel)에 적용하여 타이어의 변형을 측정하고 평가할 수 있는 타이어 변형 측정 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 타이어는 자동차의 전체 중량을 분담하여 지지하고, 주행 중 노면으로부터의 충격을 1차적으로 흡수하여 안락한 승차감을 제공하는 등의 역할을 수행한다. 또한 타이어는 차량이 선회할 때의 원심력과 차가 기울어졌을 때 발생하는 횡방향의 힘의 견디면서 차량의 진로를 일정하게 유지할 수 있게 하는 등 자동차의 중요구성요소로써 아주 중요한 역할을 담당하고 있다.

이러한 타이어의 역할을 최적으로 수행하기 위하여는 주행 중 타이어의 거동(상태)을 정확하게 측정하는 것이 매우 중요하다. 이와 관련하여 타이어 내부 트레드(Tread)에 센서를 부착하여 이의 신호를 분석하여 거동이나 이상 마모, 노면상태, 접지 길이 등을 평가하는 방법이 다수 보고되고 있다. 하지만 회전하는 타이어의 한 부분에서의 데이터를 수집하므로 센서가 지면이나 지면 인근에 위치 하지 않는 부위에서는 이에 대한 평가를 이루어질 수 없다. 따라서, 센서가 지면인근에 있지 않는 순간에는 타이어의 특성을 평가하지 못하는 한계가 있다. 즉 1회전에 1번의 정보 밖에 줄 수 없는 센서 신호는 위급 시 빠른 변화가 있는 차량에 제어 장치의 정보로 부족한 한계를 갖고 있다.

이러한 한계를 줄이기 위하여 타이어 회전방향으로 센서의 수를 늘려서 측정하면 되지만 이는 선형적으로 센서 갯수(평가 위치)가 증가하는 만큼 채널(channel) 수도 증가하여 추가적인 하드웨어 구비와 장비 변경 등의 한계가 있다. 일본 공개특허공보 제2002-087032호에는 스트레인 게이지를 이용하여 타이어 접지압을 측정하고 타이어의 특성을 분석하는 발명을 개시하고 있으나 이 역시 하나의 채널에 하나의 센서를 사용해야만 하는 한계를 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 1개의 채널(channel)에 복수개의 센서를 적용할 수 있는 타이어 변형 측정 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 복수개의 스트레인 게이지들을 이용하여 타이어의 변형 정도를 측정하는 측정부와, 상기 측정부의 측정값을 전기적 신호로 송신하는 송신부와, 상기 송신부로부터 상기 전기적 신호를 수신하는 수신부 및 상기 수신부를 통해 수신된 전기적 신호를 이용하여 타이어의 변형량을 연산하는 제어부를 포함하는 타이어 변형 측정 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 변형 측정 시스템에 있어서, 상기 복수개의 스트레인 게이지들은 하나의 채널(channel)에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 변형 측정 시스템에 있어서, 상기 복수개의 스트레인 게이지들은 타이어의 원주 방향을 따라 90°간격으로 4개 배치되며, 상기 4개의 스트레인 게이지들은 병렬 연결된 2개의 스트레인 게이지들 1쌍이 다시 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 변형 측정 시스템에 있어서, 상기 측정부는 휘스톤 브리지를 이용하여 저항변화로 인한 기전력을 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 타이어 변형 측정 시스템은, 타이어 평가 시 1개의 채널로 다수의 센서를 이용하여 타이어의 특성 평가가 가능함으로써, 차량의 제어 시스템 등에 더욱 효과적으로 응용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 변형 측정 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 변형 측정 시스템의 작동원리의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 스트레인 게이지에 적용되는 휘스톤 브리지의 일반적인 회로도이다.
도 4는 1개의 센서를 사용한 경우와 본 발명의 일 구현예와 같이 2개 이상의 센서를 사용 했을 경우의 타이어 변형 측정 시스템의 구성상 차이를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 타이어 내부 트레드에 부착된 1개의 스트레인 게이지를 이용하여 측정된 타이어 회전시의 전압변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 1개의 센서 신호를 1개 채널에 수집한 결과를 나타낸 것과 4개의 센서를 1개의 채널을 이용하여 수집한 결과를 비교한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 첨부된 도면 등을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 한 개의 채널(channel)에 다수의 센서(스트레인 게이지)를 이용하여 타이어의 거동을 분석할 수 있는 타이어 변형 측정 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 변형 측정 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 그 작동 원리의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1 내지 도2를 참조하면, 본 발명에 따른 타이어 변형 측정 시스템은, 복수개의 스트레인 게이지들을 이용하여 타이어의 변형 정도를 측정하는 측정부와, 상기 측정부의 측정값을 전기적 신호로 송신하는 송신부를 포함하는 트레드부 및 상기 송신부로부터 상기 전기적 신호를 수신하는 수신부 및 상기 수신부를 통해 수신된 전기적 신호를 이용하여 타이어의 변형량을 연산하는 제어부를 포함하는 모니터부로 구성된다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 변형 측정 시스템에 있어서, 상기 모니터부는 운전자의 계기판(미도시) 상에 설치되어 운전자에게 정보를 제공할 수 있다.

모니터부는 수신부, 제어부, 표시부, 그리고 경고음 발생부를 구비한다. 수신부는 송신부에서 송출한 전기적 신호를 받으며, 전기적 신호는 수신부에 연결된 제어부로 전달된다. 제어부는 전기적 신호를 이용하여 타이어의 변형량을 연산한다. 이어서, 연산된 타이어 변형량 값은 표시부로 전달되며, 운전자는 표시부를 통해 타이어 변형량 값을 파악할 수 있다. 이때, 연산된 타이어 변형량 값이 설정된 허용값을 넘을 경우, 즉, 예를 들어 과도하게 변형이 증가하거나 과도하게 변형이 감소한 경우, 제어부는 경고음 발생부에 신호를 보내며, 경고음 발생부는 경고음을 발생하여 운전자의 주의를 환기시킨다. 여기에서, 타이어 변형량 값은 타이어 내부의 압력, 동하중, 접지압 등 그 목적에 따라 적절하게 선택되어 표시될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 기술적 특징에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

스트레인 게이지는 물리적인 변형량(strain)을 전기적인 신호로 바꾸어 피측정물의 변형량을 측정하는 저항센서이다. 스트레인 게이지의 기본원리는 금속저항체를 당기면 길어지는 동시에 가늘어져 전기 저항값이 증가하고 반대로 압축되면 전기저항이 감소한다는 것으로 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다. (L:저항체의 길이, A:단면적, ρ:비저항)

즉, 스트레인 게이지를 트레드에 부착시켜 길이 방향으로 이완, 수축시킬 경우 그 변형량에 비례하여 저항값의 변화가 생기며, 특히, 저항체가 얇고 가늘수록 피측정물인 트레드와 같이 거동할 것이므로, 트레드의 변형량을 충분히 전달해 줄 수 있다. 한편 일반적인 스트레인 게이지에서는 저항의 변화를 측정하는 것으로는 안정성이나 신호 증폭시 발생되는 노이즈 등의 이유로 도 3에 도시된 바와 같은 휘스톤 브리지를 이용하여 저항변화로 인한 기전력(V)을 측정하여 변형에 적용시킨다.

이와 관련하여 본 발명에 따른 타이어 변형 측정 시스템은, 복수개의 스트레인 게이지들이 하나의 채널(channel)에 연결되는 것을 특징으로 한다.

도 4는 1개의 센서를 사용한 경우와 본 발명의 일 구현예와 같이 2개 이상의 센서를 사용 했을 경우의 타이어 변형 측정 시스템의 구성상 차이를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 5의 (2) 및 (3)에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 복수의 센서들을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 1개 채널을 통하여 휘스톤 브리지에 연결되어 사용 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 스트레인 게이지는 저항의 변화로 인하여 발생되는 기전력을 바탕으로 변형율을 측정하는 센서이다. 저항의 특징은 직렬로 연결하였을 경우 R= R1+R2이며 병렬 연결하였을 경우 1/R=1/R1+1/R2이다.

이는 R1=R2일 경우 병렬 연결시 저항은 1/2이 되면 직렬 연결일 경우 2배가 된다. 일 예로 센서를 병렬과 직렬의 조합 R =1/(R1+R2)+1/(R3+R4)이 가능하다, 즉 4개의 센서를 병렬과 직렬의 배합으로 타이어의 원주 방향 90° 간격으로 배치한 후 하나의 채널에 연결시키면 4개의 센서의 각 신호를 얻게 되며, 이에 의해 회전이 진행하는 동안 모든 영역에서 타이어 거동의 측정이 가능하다.

도 5는 타이어 내부 트레드 중앙에 회전방향으로(X방향) 부착된 1개의 스트레인 게이지를 휘스톤 브리지를 이용하여 타이어 회전 시 전압변화를 측정한 그림이다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 1개의 스트레인 게이지 만을 부착시 타이어의 접지 영역 인근 외에서는 아무 현상이 없는 것으로 보이며 이의 영향은 전체의 약 1/4 영역에만 영향을 주는 것으로 보인다.

그러나, 본 발명에 의한 타이어 변형 측정 시스템은 복수개의 스트레인 게이지 각각의 각 신호를 얻게 되며, 이는 회전이 진행하는 동안 모든 영역에서 타이어 거동의 측정이 가능한 효과가 있다.

이를 다시 구체적으로 설명하면, 도 6은 1개의 센서 신호를 1개 체널에 수집한 결과를 나타낸 것과 4개의 센서를 1개의 채널을 이용하여 수집한 결과를 비교한 도면이다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어 변형 측정 시스템의 일 구현예로서 4개의 센서를 사용하는 경우 1개의 센서를 사용하는 경우보다 4배의 관심영역을 추출 할 수 있다.

이때 다수의 센서 개수는 4개로 한정되는 것은 아니며, 360°를 임의의 센서의 갯수로 나누어 등방향으로 배치 하거나 또는 임의의 관심 위치에 배치할 수도 있다. 상기 복수개의 스트레인 게이지들은 이에 한정되는 것은 아니나, 트레드 내부 또는 휠의 외주면 또는 내주면에 설치될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

Claims (6)

1. 타이어 변형 측정 시스템에 있어서,
   복수개의 스트레인 게이지들을 이용하여 타이어의 변형 정도를 측정하는 측정부와;
   상기 측정부의 측정값을 전기적 신호로 송신하는 송신부와;
   상기 송신부로부터 상기 전기적 신호를 수신하는 수신부; 및
   상기 수신부를 통해 수신된 전기적 신호를 이용하여 타이어의 변형량을 연산하는 제어부를 포함하며,
   상기 복수개의 스트레인 게이지들은 타이어의 원주 방향을 따라 90°간격으로 4개 배치되되, 상기 4개의 스트레인 게이지들은 병렬 연결된 2개의 스트레인 게이지들 1쌍이 다시 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 타이어 변형 측정 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 스트레인 게이지들은 하나의 채널(channel)에 연결되는 것을 특징으로 하는 타이어 변형 측정 시스템.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 스트레인 게이지들은 트레드 내부 또는 휠의 외주면 또는 내주면에 설치되는 것을 특징으로 하는 타이어 변형 측정 시스템.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 측정부는 휘스톤 브리지를 이용하여 저항변화로 인한 기전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 타이어 변형 측정 시스템.
   
   

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