KR101671330B1 - 타이어 자유구름 정상상태 해석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 자유구름 정상상태 해석방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법은 측정 대상이 되는 가상의 타이어 모델을 3차원 모델링 하는 준비단계; 상기 타이어 모델의 임의의 각속도인 제1 각속도를 적용하여 상기 타이어 모델의 제1 주행방향 토크를 산출하되, 상기 제1 주행방향 토크가 결정값에 가까워지도록 상기 제1 각속도의 수치를 변화시키며 적용하는 산출단계; 상기 제1 각속도와 상기 제1 주행방향 토크로부터 선형보간법을 이용하여 예측모델을 산출하는 예측모델 산출단계; 상기 예측모델로부터 주행방향 토크가 결정값 이하가 되는 제2 각속도를 예측한 뒤 상기 예측모델에 대입하여 결정된 제2 주행방향 토크가 결정값 이하인 경우 타이어의 자유구름 상태로 판정하는 판정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 타이어의 자유구름 상태를 모사할 수 있도록 타이어의 주행방향 토크가 결정치 이하가 되는 타이어의 각속도를 산출하는 타이어 자유구름 정상상태 해석방법이 제공된다.

Description

타이어 자유구름 정상상태 해석방법{METHOD FOR ANALYSING FREE ROLLING OF TIRE}

본 발명은 타이어 자유구름 정상상태 해석방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 타이어의 자유구름 상태를 모사할 수 있도록 타이어의 주행방향 토크가 결정값 이하가 되는 타이어의 각속도를 산출하는 타이어 자유구름 정상상태 해석방법에 관한 것이다.

일반적으로 타이어의 성능을 평가하기 위한 방법으로서 여러가지 방법이 있으며, 특히 타이어 성능 중에서도 코너링 강성, 회전저항 등의 동특성 성능을 예측하기 위해 타이어 자유구름(Free Rolling) 상태를 측정할 필요가 있다. 이는 실험적인 방법 이외에도 유한요소해석 기법을 사용하여 전산 모사 함으로써 측정할 수 있다.

유한요소해석 기법을 이용한 방법은 실험적으로 측정하기 어렵거나 측정하지 못하는 경우에도 측정치를 계산할 수 있다는 장점이 있다.

유한요소해석 기법은 연속체인 구조물을 1차원인 막대, 2차원인 삼각형이나 사각형, 3차원인 중실체(사면체, 6면체)의 유한 개의 요소로 분할하여 각기의 영역에 관하여 에너지원리를 기초로 하는 근사해법에 기하여 계산을 해나가는 수치계산방법이다. 또한, 유한요소해석 기법은 구조해석을 중심으로 하여 가장 많이 사용되는 방법으로, 복잡한 형상의 응력해석 등을 위해 개발된 방법이다.

이러한 유한요소해석 기법은 타이어 단품에 대한 성능을 예측하기 위한 기법으로써 많은 타이어 엔지니어들이 이용하고 있다. 특히, 타이어 성능 중에서도 동특성 성능을 예측하기 위해 자유구름 상태를 모사하게 되는데 종래의 방법은 경험적으로 자유구름 속도를 추정하는 방법으로 여러번 반복해야 하며 시간이 과다소요되는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법은 유한요소해석 기법을 이용하여 타이어의 자유구름 정상상태를 전산 모사하는 타이어 자유구름 정상상태 해석방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 타이어의 주행방향 토크가 결정값 이하가 되는 타이어의 각속도를 산출함으로써 타이어의 자유구름 정상상태를 전산 모사하는 타이어 자유구름 정상상태 해석방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 측정 대상이 되는 가상의 타이어 모델을 3차원 모델링 하는 준비단계; 상기 타이어 모델의 임의의 각속도인 제1 각속도를 적용하여 상기 타이어 모델의 제1 주행방향 토크를 산출하되, 상기 제1 주행방향 토크가 결정값에 가까워지도록 상기 제1 각속도의 수치를 변화시키며 적용하는 산출단계; 상기 제1 각속도와 상기 제1 주행방향 토크로부터 선형보간법을 이용하여 예측모델을 산출하는 예측모델 산출단계; 상기 예측모델로부터 주행방향 토크가 결정값 이하가 되는 제2 각속도를 예측한 뒤 상기 예측모델에 대입하여 결정된 제2 주행방향 토크가 결정값 이하인 경우 타이어의 자유구름 상태로 판정하는 판정단계;를 포함하는 타이어 자유구름 정상상태 해석방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 준비단계는, 단면을 구성한 타이어를 휠에 장착한 뒤 임의의 공기압을 적용하는 인플레이션 분석단계;와, 상기 타이어 모델을 3차원 모델링 한 뒤 임의의 하중을 적용하는 타이어 모델 생성단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 산출단계는, 브레이크 상태의 각속도 값과 트랙션 상태의 각속도 값을 각각 적용하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 산출단계는, 제1 각속도를 적용하여 제1 주행방향 토크를 산출하는 제1 산출단계; 상기 제1 산출단계에서의 제1 주행방향 토크로부터 상기 제1 각속도의 수치를 변화시키는 제2 산출단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 판정단계는, 상기 제2 주행방향 토크가 결정값을 초과하면 상기 예측모델에 대입하여 새로운 제2 각속도를 예측하며, 상기 제2 주행방향 토크가 결정값 이하이면 상기 타이어의 자유구름 상태로 판정하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 결정값은 0.001 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 유한요소해석 기법을 이용하여 타이어의 자유구름 정상상태를 전산 모사함으로써 체계적이며 합리적인 해석을 통해 타이어의 자유구름 정상상태를 전산 모사할 수 있는 타이어 자유구름 정상상태 해석방법이 제공된다.

또한, 타이어의 자유구름 상태를 전산모사 함으로써 신속한 전산모사가 가능한 타이어 자유구름 정상상태 해석방법이 제공된다.

또한, 타이어의 주행방향 토크가 0이 되는 타이어의 각속도를 산출하여 타이어의 자유구름 상태를 모사함으로써 정확도가 우수한 타이어 자유구름 정상상태 해석방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 인플레이션 분석단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 타이어 모델 생성단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 산출단계를 계략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 제2 산출단계의 알고리즘이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 예측모델 산출단계의 산출방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 판정단계의 판정방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 판정단계의 알고리즘이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법(S100)은 타이어의 주행방향 토크가 결정값 이하가 되는 타이어의 각속도를 산출하여 타이어의 자유구름 상태를 모사하기 위한 것으로서 준비단계(S110)와, 산출단계(S120)와, 예측모델 산출단계(S130)와, 예측단계(S140) 및 판정단계(S150)를 포함한다.

여기서, 타이어의 자유구름(Free Rolling) 상태란 감속 및 가속 상태가 아닌 해석적으로 타이어 중심에서 주행방향 토크가 0인 상태를 의미하며, 타이어의 자유구름 해석은 정해진 주행속도에서 주행방향 토크가 0이 되는 타이어의 각속도를 산출함으로써 달성된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 인플레이션 분석단계를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 타이어 모델 생성단계를 개략적으로 도시한 도면이다.

준비단계(S110)는 측정 대상이 되는 가상의 타이어 모델(100)을 준비하기 위한 단계로서, 인플레이션 분석단계(S111)와 타이어 모델 생성단계(S112)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 인플레이션 분석단계(S111)는 측정대상이 되는 가상의 타이어 모델(100)을 준비하기 위하여 컴퓨팅 장치와 소프트웨어를 통하여 타이어의 단면을 구성하여 휠에 장착한다. 그리고 타이어 모델(100)이 갖는 공기압을 적용한다.

도 3을 참조하면, 타이어 모델 생성단계(S112)는 인플레이션 분석단계(S111)에서의 결과를 바탕으로 3차원 타이어 모델(100)을 생성하며, 생성된 3차원 타이어 모델(100)에 차량의 하중을 적용함으로써 최종적으로 타이어의 자유구름 정상상태를 해석하기 위한 타이어 모델(100)을 준비한다. 타이어 모델 생성단계(S112) 또한 인플레이션 분석단계(S111)와 같이 컴퓨팅 장치와 소프트웨어를 통해 수행된다.

산출단계(S120)는 후술하는 예측모델을 산출하기 위한 각속도와 주행방향 토크를 산출하는 단계로서, 제1 산출단계(S121)및 제2 산출단계(S122)를 포함한다.

제1 산출단계(S121)는 임의의 각속도인 제1 각속도를 적용하고, 이로부터 제1 주행방향 토크를 산출하는 단계이다. 이때 제1 각속도는 브레이크 상태의 각속도 값과 트랙션 상태의 각속도 값을 각각 적용한다. 한편, 본 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정하는 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다. 즉, 제1 각속도는 예측모델을 산출하기 위한 타이어의 각속도인 점에서 예측모델에 대입하여 타이어의 자유구름을 판정하기 위한 제2 각속도와 구별된다.

제2 산출단계(S122)는 제1 산출단계(S121)에서 산출된 제1 주행방향 토크로부터 브레이크 상태의 각속도와 트랙션 상태의 제1 각속도의 수치를 변화시키는 단계이다. 본 실시예에서 타이어 자유구름 정상상태의 해석은 타이어의 주행방향 토크가 0인 상태를 의미하며, 이를 만족하는 각속도를 구함으로서 자유구름 정상상태를 해석할 수 있다. 본 실시예에서는 타이어의 주행방향 토크가 0.001 이하인 경우 타이어의 자유구름 상태인 것으로 보며, 0.001을 결정값으로 정의한다.

이때, 이러한 각속도의 값을 알 수 없으므로 제1 산출단계(S121)에서는 임의의 제1 각속도를 통하여 제1 주행방향 토크를 산출한다. 제2 산출단계(S121)에서는 제1 산출단계(S121)에서 산출된 제1 주행방향 토크가 결정값에 가까워지도록 제1 각속도의 값을 수정한다.

제1 각속도는 브레이크 상태의 각속도 값과 트랙션 상태의 각속도 값을 각각 적용하므로 제2 산출단계(S121)에서는 제1 각속도의 값을 브레이크 상태의 각속도 값과 트랙션 상태 모두 수정한다. 수정방법은 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 제2 산출단계를 계략적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1 산출단계(S121)에서 브레이크 상태의 각속도 값과 트랙션 상태의 각속도 값을 통해 각 시점(increment)에 대한 주행방향 토크 값을 얻을 수 있으며 이를 그래프로 도시할 수 있다. 이때 다음 제2 산출단계(S122)에서 수정되어 적용될 제1 각속도는 도 4에 도시된 브레이크(-)와 트랙션(+) 상태인 시점의 각속도가 된다. 이때의 각속도 계산은 X축(increment)에서 브레이크 각속도와 트랙션 각속도에서 두 점 사이의 X축 값의 차이를 통해 비율로서 산출할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 제2 산출단계의 알고리즘이다. 도 5를 참조하면, 본 산출단계(S120)는 총 4회의 각속도 값을 입력함으로써 결정값에 가까워지도록 주행방향 토크를 결정한다. 즉, 제2 산출단계(S122)를 3회 거침으로써 제1 각속도 값은 3번 수정되며 이를 통해 주행방향 토크 값은 결정값에 보다 가까워진다. 즉, 제1 산출단계(S121)에서 입력된 제1 각속도 값은 제2 산출단계(S122)에서 수정되며, 이때 수정된 제1 각속도 값은 다시 제2 산출단계(S122) 과정을 거침으로써 수정된다.

예측모델 산출단계(S130)는 타이어의 자유구름 정상상태를 해석하기 위한 예예측모델을 산출하는 단계이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 예측모델 산출단계의 산출방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 예측모델 산출단계(S130)는 선형보간법(Linear Interpolation)을 통해 수행된다.

예측단계(S140)는 예측모델 산출단계(S130)에서 예측된 예측모델로부터 주행방향 토크가 결정값 이하가 되는 제2 각속도를 예측하는 단계이다.

판정단계(S150)는 예측모델과 제2 각속도로부터 산출된 제2 주행방향 토크가 결정값인 0.001 이하인지 여부에 따라 타이어의 자유구름 상태인지를 판정하는 단계이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 판정단계의 판정방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 예측단계(S140)에서 주행방향 토크가 결정값 이하가 되는 값이라고 예측된 제2 각속도를 예측모델에 대입하고 이로부터 제2 주행방향 토크를 산출한다. 도 7을 참조하면 도출된 제2 주행방향 토크를 그래프로 도시할 수 있으며, 해석이 종료되는 시점인 4인 시점에서 결정값인 0.001 이하이므로 타이어가 자유구름 상태인 것을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 자유구름 정상상태 해석방법의 판정단계의 알고리즘이다. 만일 예측단계(S140)에서 예측된 제2 각속도를 예측모델에 대입한 결과 주행방향 토크가 결정값인 0.001을 초과하는 경우 다시 예측단계(S140)로 복귀하며, 주행방향 토크 값을 참고하여 제2 각속도를 재예측 한다. 이러한 과정을 통해 주행방향 토크가 0.001 이하가 되는 제2 각속도 값을 찾음으로써 타이어 자유구름 정상상태를 해석할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 타이어의 자유구름 상태를 모사할 수 있도록 타이어의 주행방향 토크가 결정치 이하가 되는 타이어의 각속도를 산출하는 타이어 자유구름 정상상태 해석방법이 제공된다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

S100 : 타이어 자유구름 정상상태 해석방법
S110 : 준비 단계 S120 : 산출 단계
S111 : 인플레이션 분석단계 S112 : 타이어모델 생성단계
S121 : 제1 산출단계 S122 : 제2 산출단계
S130 : 예측모델 산출단계 S140 : 예측 단계
S150 : 판정 단계

Claims (6)

1. 측정 대상이 되는 가상의 타이어 모델을 3차원 모델링 하는 준비단계;
   상기 타이어 모델에 임의의 각속도인 제1 각속도를 적용하여 상기 타이어 모델의 제1 주행방향 토크를 산출하되, 상기 제1 주행방향 토크가 결정값에 가까워지도록 상기 제1 각속도의 수치를 적어도 1회 변화시켜 상기 타이어 모델에 적용하여 수정된 제1 주행방향 토크를 산출하는 산출단계;
   상기 제1 각속도, 상기 변화된 제1 각속도, 상기 제1 주행방향 토크, 및 상기 수정된 제1 주행방향 토크로부터 선형보간법을 이용하여 예측모델을 산출하는 예측모델 산출단계;
   상기 예측모델로부터 주행방향 토크가 결정값 이하가 되는 제2 각속도를 예측한 뒤 상기 예측모델에 대입하여 결정된 제2 주행방향 토크가 결정값 이하인 경우 타이어의 자유구름 상태로 판정하는 판정단계
   를 포함하는,
   타이어 자유구름 정상상태 해석방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 준비단계는,
   단면을 구성한 타이어를 휠에 장착한 뒤 임의의 공기압을 적용하는 인플레이션 분석단계; 및
   상기 타이어 모델을 3차원 모델링 한 뒤 임의의 하중을 적용하는 타이어 모델 생성단계;
   를 포함하는 타이어 자유구름 정상상태 해석방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 산출단계는, 브레이크 상태의 각속도 값과 트랙션 상태의 각속도 값을 각각 적용하는,
   타이어 자유구름 정상상태 해석방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 산출단계는,
   제1 각속도를 적용하여 제1 주행방향 토크를 산출하는 제1 산출단계;
   상기 제1 산출단계에서의 제1 주행방향 토크로부터 상기 제1 각속도의 수치를 변화시키는 제2 산출단계;
   를 포함하는,
   타이어 자유구름 정상상태 해석방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 판정단계는,
   상기 제2 주행방향 토크가 결정값을 초과하면 상기 예측모델에 대입하여 새로운 제2 각속도를 예측하며, 상기 제2 주행방향 토크가 결정값 이하이면 상기 타이어의 자유구름 상태로 판정하는,
   타이어 자유구름 정상상태 해석방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 결정값은 0.001 이하인,
   타이어 자유구름 정상상태 해석방법.

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