KR102231904B1 - 충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예는 압력센서를 이용하여 타이어의 비드부와 휠림 간 접촉 압력 또는 타이어의 내부 공기압을 측정하므로, 타이어의 내부 공기압이나 휠 림과 타이어의 접촉에 대한 직접적인 모니터링을 실시간으로 수행할 수 있는 차량용 휠을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠은, 휠의 림플랜지와 비드시트의 표면에 형성되고, 타이어와 휠의 접촉 압력을 감소시키는 고무층; 고무층과 결합하고, 림플랜지와 타이어의 비드부 간 접촉 압력 또는 비드시트와 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 압력센서부; 및 휠의 림웰에 설치되고, 압력센서부와 연결되어 압력센서부로부터 접촉 압력 신호를 전달 받는 신호처리부;를 포함한다.

Description

충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠 {WHEEL WITH IMPACT ABSORBTION AND DETECTING BEAD FAILURE}

본 발명은 충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 압력센서를 이용하여 타이어의 비드부와 휠림 간 접촉 압력 또는 타이어의 내부 공기압을 측정하므로, 타이어의 내부 공기압이나 휠 림과 타이어의 접촉에 대한 직접적인 모니터링을 실시간으로 수행할 수 있는 차량용 휠에 관한 것이다.

타이어는 차량의 주행 안정성에 직접적인 영향을 끼치는 부품이다. 따라서 주행 전 또는 정차 시 타이어의 이상 유무를 지속적으로 모니터링하는 것은 상당히 중요하다.

종래기술에서는, 대부분 타이어의 내부 공기압을 모니터링하여 간접적으로 타이어의 이상 유무를 판단하거나, 또는, 타이어의 외부 치수에 의한 캠버각 변화 등을 기구적으로 측정하여 타이어의 이상 유무를 판단하여, 타이어의 안정성을 판단한다.

또한, 종래기술에서는, 휠 충격 흡수를 위해 휠에 별도의 스프링 장치를 적용한다거나, 타이어 내부에 별도의 공간을 통해 기체를 컨트롤하여 휠 충격 흡수를 구현하고 있다.

다만, 상기와 같은 종래기술에서는, 타이어의 내부 공기압이나 휠 림과 타이어의 접촉에 대한 직접적인 모니터링이 불가하고, 휠 충격 흡수를 위해 휠 림과 타이어의 직접적인 접촉 부위에는 별도의 구성이 형성되지 않아 휠 충격 흡수에 한계가 있다는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1330645호(발명의 명칭: 타이어 비드의 림 안착성 평가 장치 및 방법)에서는, 은 림 부분와 타이어 비드부에 센서를 부착하고 신호를 계측하고, 계측된 신호를 비교하여 림 대비한 타이어 비드부의 상대적인 거동을 측정하며, 거동의 크기로 타이어 비드부의 림 안착성을 평가하고, 센서를 이용하여 타이어의 제동 혹은 조향 중에 비드부의 진동을 측정하여 분석하며, 측정된 신호의 적분을 이용하여 림 대비 비드부의 움직임 량 및 미끌림 량을 분석하고, 데이터를 송신하는 데이터 송신부를 구비하며, 송신부에서 송신된 데이터를 수신하여 데이터 저장하고, 데이터를 처리 분석하는 데이터 처리 및 분석부로 구성된 타이어 비드부의 림 안착성 평가 장치 및 방법이 개시되어 있다.

대한민국 등록특허 제10-1330645호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 타이어의 내부 공기압이나 휠 림과 타이어의 접촉에 대한 직접적인 모니터링이 가능하도록 하는 것이다.

그리고, 본 발명의 목적은, 휠 충격 흡수를 위해 휠 림과 타이어의 직접적인 접촉 부위에 충격 흡수를 위한 구성을 형성하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 타이어와 결합하는 차량의 휠에 있어서, 상기 휠의 림플랜지와 비드시트의 표면에 형성되고, 상기 타이어와 상기 휠의 접촉 압력을 감소시키는 고무층; 상기 고무층과 결합하고, 상기 림플랜지와 상기 타이어의 비드부 간 접촉 압력 또는 상기 비드시트와 상기 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 압력센서부; 및 상기 휠의 림웰에 설치되고, 상기 압력센서부와 연결되어 상기 압력센서부로부터 접촉 압력 신호를 전달 받는 신호처리부;를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 차량은, 상기 신호처리부로부터 접촉 압력에 대한 정보를 전달 받고, 상기 비드부의 이상 유무를 판단하는 정보처리부;를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 고무층은, 상기 림플랜지와 상기 비드시트의 표면 형상을 따라 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 압력센서부와 상기 고무층은 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 압력센서부는, 상기 림플랜지 표면 상의 상기 고무층과 상기 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 제1압력센서, 상기 림플랜지와 상기 비드시트 표면 상의 상기 고무층과 상기 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 제2압력센서, 및 상기 비드부와의 접촉에서 제외된 상기 고무층과 결합하고 상기 타이어의 내부 공기압을 측정하는 제3압력센서,를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 신호처리부는, 상기 제1압력센서, 상기 제2압력센서 또는 상기 제3압력센서에 각각 별도로 연결될 수 있다.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 압력센서를 이용하여 타이어의 비드부와 휠림 간 접촉 압력 또는 타이어의 내부 공기압을 측정하므로, 타이어의 내부 공기압이나 휠 림과 타이어의 접촉에 대한 직접적인 모니터링을 실시간으로 수행할 수 있다는 것이다.

그리고, 본 발명의 효과는, 휠 충격 흡수를 위해 휠 림과 타이어의 직접적인 접촉 부위에 고무층을 형성함으로써, 타이어 비드부의 손상을 미연에 방지할 수 있다는 것이다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휠의 일 부위에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휠의 일 부위에 대한 단면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휠의 일 부위에 대한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휠의 일 부위에 대한 단면도이다. 도 1에서는 이해의 편의를 위해 압력센서부(100)가 휠림(400)의 일 측에 형성되는 것으로 표현되어 있으나, 도 2에서 보는 바와 같이 압력센서부(100)가 휠림(400)의 양 측에 형성될 수 있음은 당연하다. 그리고, 도 1에서는 하나의 신호처리부(300)와 이에 연결된 압력센서부(100)가 표현되어 있으나, 본 발명의 휠에는 복수 개의 신호처리부(300)와 복수 개의 압력센서부(100)가 형성될 수 있음은 당연하다.

도 1과 도 2에서 보는 바와 같이, 타이어와 결합하는 차량의 휠으로써 본 발명의 휠은, 휠의 림플랜지(410)와 비드시트(420)의 표면에 형성되고, 타이어와 휠의 접촉 압력을 감소시키는 고무층(200); 고무층(200)과 결합하고, 림플랜지(410)와 타이어의 비드부 간 접촉 압력 또는 비드시트(420)와 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 압력센서부(100); 및 휠의 림웰(430)에 설치되고, 압력센서부(100)와 연결되어 압력센서부(100)로부터 접촉 압력 신호를 전달 받는 신호처리부(300);를 포함할 수 있다. 그리고, 차량은, 신호처리부(300)로부터 접촉 압력에 대한 정보를 전달 받고, 타이어의 이상 유무를 판단하는 정보처리부;를 구비할 수 있다.

본 발명의 휠은 알루미늄 합금 또는 철 합금으로 형성된 휠일 수 있다. 본 발명의 휠(wheel)은 휠림(400)을 구비하고, 휠림(wheel rim)(400)은, 타이어의 비드부와 접촉하는 림플랜지(rim flange)(410)와 비드시트(bead seat)(420), 양 측의 비드시트(420)를 지지하는 림웰(rim well)(430) 및 비드부의 미끄러짐을 방지하기 위해 휘림 표면에서 돌출되어 형성되는 비드험프(bead hump) 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 휠에서, 휠림(400)에는 복수 개의 압력센서부(100) 및 복수 개의 신호처리부(300)가 형성될 수 있다. 휠은 원형의 형상을 구비하고, 원주 방향을 따라 압력센서부(100)와 신호처리부(300)가 설치되므로, 복수 개의 압력센서부(100)와 복수 개의 신호처리부(300)를 휠림(400)의 각 부위에 분산시켜 배치함으로써, 압력센서부(100)의 신호 측정 감도를 향상시키고, 외부 충격에 의해 일부 압력센서부(100) 또는 신호처리부(300)가 손상되더라도 나머지 압력센서부(100) 또는 신호처리부(300)에 의해 타이어의 비드부와 휠의 접촉 압력과 타이어의 내부 공기압에 대한 측정이 지속적으로 수행될 수 있다.

고무층(200)은, 림플랜지(410)와 비드시트(420)의 표면 형상을 따라 형성될 수 있다. 고무층(200)은 초경도 고무로 형성될 수 있다. 여기서, 초경도 고무는 80 내지 100 kgf/cm²의 충격 압력을 견딜 수 있으며, 이와 같은 크기의 충격 압력이 제공된 후 복원 시 90% 이상의 복원력을 구비하는 고무일 수 있다.

고무층(200)은 림플랜지(410)와 비드시트(420)의 90% 이상의 면적에 형성되며, 림플랜지(410)와 비드시트(420)의 표면이 식각되어 다단으로 형성된 고무층결합부(440)에 고무층(200)이 접착되어 형성될 수 있다. 이와 같이 고무층(200)이 형성됨으로써, 타이어가 휠과 결합 시, 타이어의 비드부와 고무층(200)이 접촉하게 되어, 타이어와 휠의 결합에 의한 비드부의 충격 피로를 감소시킬 수 있으며, 동시에, 비드부에 형성되는 크랙(crack)도 방지할 수 있다.

압력센서부(100)와 고무층(200)은 일체로 형성될 수 있다. 여기서, 압력센서부(100)는, 고무층(200)의 표면에 돌출되는 형상으로 형성될 수 있고, 또는, 고무층(200)에 인입되고 압력센서부(100)의 각 압력센서의 표면이 고무층(200)의 외부로 노출되도록 형성될 수도 있다. 압력센서부(100)에 포함되는 압력센서(하기의 제1압력센서(110), 제2압력센서(120) 또는 제3압력센서(130))는 0.2 밀리미터(mm) 이하의 두께를 구비하는 초박형의 압력센서일 수 있다.

압력센서부(100)는, 림플랜지(410) 표면 상의 고무층(200)과 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 제1압력센서(110), 림플랜지(410)와 비드시트(420) 표면 상의 고무층(200)과 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 제2압력센서(120), 및 비드부와의 접촉에서 제외된 고무층(200)과 결합하고 타이어의 내부 공기압을 측정하는 제3압력센서(130),를 포함할 수 있다. 그리고, 신호처리부(300)는, 제1압력센서(110), 제2압력센서(120) 또는 제3압력센서(130)에 각각 별도로 연결될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는, 제1압력센서(110)와 제2압력센서(120) 및 제3압력센서(130)의 위치와 상기와 같다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 측정 목적에 따라 그 위치는 변경될 수 있다.

도 1과 도 2에서 보는 바와 같이, 제1압력센서(110)와 제2압력센서(120) 및 제3압력센서(130)는 각각 별도의 영역에 형성될 수 있으며, 각각 별도로 압력을 측정할 수 있다. 제1압력센서(110) 또는 제2압력센서(120)에서 측정된 고무층(200)과 비드부 간 접촉 압력 변화를 이용하여 타이어의 비드부의 열노화 또는 크랙 발생 등을 판단할 수 있다. 그리고, 제3압력센서(130)에서 측정된 타이어의 내부 공기압 변화를 이용하여, 타이어의 공기압 적정 여부 또는 타이어의 손상 여부 등을 판단할 수 있다.

구체적으로, 타이어의 비드부 또는 비드부에 인접한 타이어의 일 부위에 손상이 발생한 경우, 제1압력센서(110) 또는 제2압력센서(120)에서 출력된 신호에 의한 그래프에서 불규칙 부분이 발생하고, 정보처리부는 이와 같은 접촉 압력 신호 그래프에서 불규칙 부분이 발생 시 타이어의 손상으로 판단하고 이에 대한 이상 신호를 사용자에게 전달할 수 있다. 그리고, 타이어의 내부 공기압이 적정 범위를 벗어나는 경우, 제3압력센서(130)에서 출력된 신호에 의한 그래프에서 불규칙 부분이 발생하고, 정보처리부는 이와 같은 공기압 신호 그래프에서 불규칙 부분이 발생 시 타이어 공기압 이상으로 판단하고 이에 대한 이상 신호를 사용자에게 전달할 수 있다.

신호처리부(300)와 제1압력센서(110)는 제1전선부(310)에 의해 전기적으로 연결되고, 신호처리부(300)와 제2압력센서(120)는 제2전선부(320)에 의해 전기적으로 연결되며, 신호처리부(300)와 제3압력센서(130)는 제3전선부(330)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 각각의 제1압력센서(110)는 제1전선부(310)에 의해 연속적으로 연결될 수 있다. 또는, 각각의 제1압력센서(110)는 복수 개의 제1전선을 구비하는 제1전선부(310)의 각각의 제1전선과 연결될 수도 있다. 그리고, 이와 같은 제1압력센서(110)와 제1전선부(310)의 전기적 연결에 대한 사항은, 제2압력센서(120)와 제2전선부(320)의 연결에 대한 사항 및, 제3압력센서(130)와 제3전선부(330)의 연결에 대한 사항에 동일하게 적용될 수 있다.

차량에는 정보처리부와 연결되는 디스플레이부가 더 형성될 수 있고, 정보처리부로부터 전달된 타이어의 이상 유무에 대한 정보 및 타이어의 내부 공기압에 대한 정보를 휠과 타이어의 3차원 형상에 표시하여 나타낼 수 있다. 구체적으로, 디스플레이부에는 휠의 복수 개 부위에 형성된 제1압력센서(110), 제2압력센서(120) 및 제3압력센서(130) 각각의 위치가 표시되고, 불규칙 신호가 발생하는 압력센서가 설치된 위치를 타이어의 이상 부위로 표시할 수 있다. 그리고, 타이어의 내부 공기압은 압력 수치로 디스플레이부에 표시될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 압력센서부
110 : 제1압력센서
120 : 제2압력센서
130 : 제3압력센서
200 : 고무층
300 : 신호처리부
310 : 제1전선부
320 : 제2전선부
330 : 제3전선부
400 : 휠림
410 : 림플랜지
420 : 비드시트
430 : 림웰
440 : 고무층결합부

Claims (6)

1. 타이어와 결합하는 차량의 휠에 있어서,
   상기 휠의 림플랜지와 비드시트의 표면에 형성되고, 상기 타이어와 상기 휠의 접촉 압력을 감소시키는 고무층;
   상기 고무층과 결합하고, 상기 림플랜지와 상기 타이어의 비드부 간 접촉 압력 또는 상기 비드시트와 상기 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 압력센서부; 및
   상기 휠의 림웰에 설치되고, 상기 압력센서부와 연결되어 상기 압력센서부로부터 접촉 압력 신호를 전달 받는 신호처리부;를 포함하고,
   상기 고무층이 상기 림플랜지와 상기 비드시트의 90% 이상의 면적에 형성됨으로써, 상기 비드부의 충격 피로를 감소시키고 상기 비드부에 형성되는 크랙을 방지하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 차량은, 상기 신호처리부로부터 접촉 압력에 대한 정보를 전달 받고, 상기 타이어의 이상 유무를 판단하는 정보처리부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 고무층은, 상기 림플랜지와 상기 비드시트의 표면 형상을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 압력센서부와 상기 고무층은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 압력센서부는,
   상기 림플랜지 표면 상의 상기 고무층과 상기 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 제1압력센서,
   상기 림플랜지와 상기 비드시트 표면 상의 상기 고무층과 상기 비드부 간 접촉 압력을 측정하는 제2압력센서, 및
   상기 비드부와의 접촉에서 제외된 상기 고무층과 결합하고 상기 타이어의 내부 공기압을 측정하는 제3압력센서,를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 신호처리부는, 상기 제1압력센서, 상기 제2압력센서 또는 상기 제3압력센서에 각각 별도로 연결되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 및 비드 손상 감지 기능을 구비하는 차량용 휠.

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