KR19990040405A - 타이어의 제동성능 예측을 위한 마찰측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 제동성능 예측을 위한 마찰측정기에 관한 것으로, 모터에 의해 회전 구동되는 회전판 내에 장착되어 노면을 따라 회전구동되는 시편을 제동기에 의해 제동함으로써 미끄럼마찰계수 뿐만 아니라 회전마찰계수도 측정가능하도록 하여 ABS (Anti-lock Brake System)를 장착하지 않은 차량의 타이어의 제동성능과 더불어 ABS를 장착한 차량의 타이어의 제동성능을 동시에 예측가능하도록 된 것이다.

Description

타이어의 제동성능 예측을 위한 마찰측정기

본 발명은 타이어의 제동성능을 예측하기 위한 마찰력을 측정하는 마찰측정기에 관한 것으로, 특히 모터에 의해 회전 가능한 회전판 내의 홀더에 측정 대상물인 타이어 시편들이 장착되고, 이 시편들이 제동기에 의해 제동됨으로써 미끄럼마찰계수와 회전마찰계수가 동시에 측정 가능하여 ABS 방식을 사용하지 않는 차량 뿐만 아니라 ABS 방식을 사용하는 차량의 타이어의 제동성능이 예측가능하도록 된 타이어의 제동성능을 예측하기 위한 마찰측정기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 속도제어는 엔진과 브레이크를 통해 이루어지는데, 브레이크에 의한 제동력은 타이어와 노면 사이의 마찰력을 이용하는 것이고, 그 최대치는 타이어의 미끄럼에 의해 제한되는 바, 도 3에 도시된 바와 같이 타이어의 노면의 마찰계수는 미끄럼 비율에 따라 변화하며 일반적으로는 10 ~ 30%에서 최고치가 되고, 다시 미끄럼율이 증가하면 감소된다.

또한 차량의 주행 안전성을 유지하는 타이어의 측방향힘(cornering force)은 미끄럼율이 0에서 최대이고, 미끄럼율 증가와 함께 감소하며, 차륜 로크상태에서 측방향힘은 0이 되어 제동시 차량의 방향 안정성 및 조타성을 유지할 수 없으므로 제동력과 안전성을 얻기 위해 각 차륜의 미끄럼율이 과대하게 되지 않는 범위로 제어하는 장치로서 ABS (Anti-lock Brake System)장치가 사용된다. 여기서 타이어의 미끄럼율(φ)은 다음 수학식1과 같이 차체속도에서 차륜속도를 뺀 차와 차체속도와의 비율로써 정의되며, 미끄럼마찰계수(μ)는 수학식2에 표현된 운동방정식에 의해 도출될 수 있다.

상기 수학식들에서 V1은 차량속도, V2는 차륜속도, I₀는 차륜의 관성모멘트, W₀는 차륜의 하중, T1은 제동토크이며, r은 차륜반경, ω는 차륜 각속도이다.

한편, 상기 타이어의 미끄럼율은 타이어의 캡트래드(cap tread) 디자인과 그 고무조성물에 따라 달라지므로 새로운 캡트래드 고무조성물을 개발한 후 개발된 고무조성물의 노면과의 제동성능을 평가하는 시험과정이 수행되는데, 이 시험방법으로 점탄성 시험기를 이용하는 방법과 미끄럼 마찰 측정기를 이용하는 방법등이 있으며, 실제 타이어를 제작한 후 차량에 취부하여 시험하는 방법 등을 이용하여 타이어의 제동성능을 예측하였다.

그러나, 상기한 점탄성 시험기를 이용하는 방법은 제동성능을 유추할 수는 있지만 정확한 제동성능을 예측하기는 어려우며, 미끄럼 마찰측정기를 사용하는 방법은 시편이 회전하는 회전판에 고정되어 노면과 접촉하여 미끄러지므로 고무와 노면의 미끄럼마찰계수만을 측정할 수 있고 회전마찰계수는 측정할 수 없으므로 ABS장착 차량의 제동성능을 예측하기가 어려운 문제점이 있었으며, 실제 타이어를 제작하여 차량에 취부한 후 제동성능을 시험하는 방법은 가장 확실한 방법이긴 하지만 타이어를 제작하는데 많은 시간이 소비되고 타이어 제작비 및 시험비용이 많이 들어 고무조성물을 개발한 후 평가 기간이 길어지고 다양한 종류의 고무조성물을 평가할 수 없는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기위해 안출된 것으로서, 모터에 의해 회전구동되는 회전판 내에 시편이 장착되고, 이 시편이 노면을 따라 회전구동되다가 제동기에 의해 제동되어 미끄럼 마찰계수뿐만 아니라 회전 마찰계수도 측정가능하여 ABS 장착 차량의 제동성능이 예측가능한 타이어의 제동성능 예측을 위한 마찰측정기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 마찰측정기의 구성을 도시하는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 마찰측정기에 구비된 홀더부분이 도시된 도1의 A부분의 상세도,

도 3은 타이어의 마찰계수와 미끄럼율의 관계가 도시된 그래프이다.

1 - 컴퓨터 2 - 모터제어기

3 - 모터 4 - 제 1속도계

5 - 트랜듀서 6 - 구동축

7 - 회전판 8 - 홀더

9 - 제동조절기 10 - 습기분사기

81 - 제동기 82 - 시편

83 - 제 2속도계 P1 - 제동기 작동점

P2 - 제동기 정지점

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터에 의해 회전구동되는 회전판과, 이 회전판 상부에 장착되어 회전판의 회전속도를 측정하는 제 1속도계, 회전시 걸리는 토크를 측정하는 트랜듀서 및 상기 모터의 회전속도를 제어하는 모터제어기가 구비되며, 상기 회전판 내에는 3개의 시편을 고정하기 위한 3개의 홀더가 구비되는데, 이 홀더에는 시편을 제동시키는 제동기와 시편의 회전 속도를 측정하는 제 2속도계가 장착되고, 상기 제동기를 제어하는 제동조절기와 노면 상태를 원하는 종류로 되게하는 습기분사기가 구비되고, 상기 제 1,2속도계와 제동조절기 및 모터제어기와 연결되어 제어 및 정보교환을 수행하는 컴퓨터가 구비된다.

이하, 본 발명을 예시된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 마찰측정기의 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 마찰측정기에 구비된 홀더가 도시된 도1의 A부분의 상세도이고, 도 3은 타이어의 마찰계수와 미끄럼율의 관계가 도시된 그래프인바, 본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이 모터(3)와 결합된 구동축(6)과 결합되어 이 구동축(6)이 회전됨에 따라 회전하게되는 회전판(7)과, 컴퓨터(1)와 연결되어 상기 모터(3)의 구동을 제어하는 모터제어기(2)와, 상기 회전판(7)의 상부에 장착되고 컴퓨터(1)와 연결되어 회전판(7)의 속도를 측정하고 그 측정치를 컴퓨터(1)에 전송하는 제 1속도계(4)와, 상기 컴퓨터(1)와 연결되며 회전판(7)의 토크를 측정하여 연결된 컴퓨터(1)에 측정치를 전송하는 트랜듀서(5)와, 역시 컴퓨터(1)와 연결되어 제어되면서 노면의 상태를 실험시 요구되는 상태, 예컨대 젖은 상태나 빙결 상태등으로 만드는 습기분사기(10)가 구비된다.

또한, 상기 회전판(7) 내에는 3개의 시편(82)을 고정하기위한 3개의 홀더(8)가 각각 120°의 각으로 이격되어 창착되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 이 홀더(8)에는 제동기(81)와 제 2속도계(83)가 부착되고 그 사이에 시편(82)이 회전축(84)으로써 결합되어 노면을 따라 회전구동되고, 상기 시편(82)은 상기 제동기(81)에 의해 제동되며, 이 제동기(81)는 컴퓨터(81)와 연결되어 제어되는 제동조절기(9; 도 1에 도시됨)에 의해 조절되는 한편, 시편(82)과 회전축(84)으로써 연결된 제 2속도계(83)는 컴퓨터(1)와 연결되어 시편(82)의 회전속도를 측정하여 컴퓨터(1)에 전송하게된다.

따라서, 모터(3)에 의해 회전판(7)이 회전구동되면서 이 회전판(7)의 홀더(8)에 장착된 시편(82)이 습기분사기(10)에 의해 시험상 요구되는 상태로 만들어진 노면을 따라 회전구동하게 되는 바, 이 때 차체속도에 해당하는 회전판(7)의 제 1속도(V1)가 제1속도계(4)에 의해 측정되어 컴퓨터(1)에 입력되고, 회전판(7)의 토크(T1)는 트랜듀서(5)에 의해 측정되어 컴퓨터(1)에 입력되며, 차륜의 속도에 해당하는 시편(82)의 제 2속도(V2)는 홀더(8)에 구비된 3개의 제 2속도계(83)에 의해 측정된 측정치의 평균값으로 컴퓨터(1)에 입력되고,이 입력된 변수들(V1, V2, T1)에 의해 상기 전술된 미끄럼율(φ)의 정의와 운동방정식에 따라 미끄럼율과 미끄럼 마찰계수가 도출된다.

또한, 통상 ABS 방식의 제동특성은 도3에 도시된 바와 같이 마찰계수가 가장 높은 영역(II)에서 제어되는 특성을 갖으므로, ABS 방식을 사용하는 차량의 타이어의 제동성능을 시험하기 위해서는 홀더(8)의 시편(82)을 제동하는 제동기(81)가 이 영역(II)에서 작동해야 하는바, 이 제동기(81)의 조절은 제동조절기(9)에서 이루어지고, 이 제동조절기(9)는 상기한 입력변수들(V1, V2, T1)로써 컴퓨터(1)에 의해 자동으로 도출되는 미끄럼율(φ)에 따라 제어되는데, 예컨대 이 미끄럼율(φ)이 제동기작동점(P1)인 10%에서 제동이 시작되고 제동기정지점(P2)인 20%에서 제동이 해제되도록 되면서 제동성능이 예측된다.

한편, ABS 방식을 사용하지 않는 차량의 타이어의 제동성능은 제동기(81)에 의해 시편(82)의 회전이 완전히 정지된 상태인 미끄럼율(φ)이 100%에서 예측될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실제 타이어를 제작하여 ABS를 장착한 차량에 취부한 후 실험할 필요없이 실내에서 타이어 시편만으로도 미끄럼마찰계수와 회전마찰계수가 동시에 구해져서 ABS방식을 사용하지 않는 차량 뿐만 아니라 ABS 방식을 사용하는 차량의 제동성능까지도 예측 가능해지므로 시험비용이 감소되어지는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 타이어의 제동성능 예측을 위한 마찰측정기를 실시하기위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 이하 청구범위내에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 모터에 의해 회전하는 회전판과, 이 회전판의 회전속도를 측정하여 연결된 컴퓨터에 전송하는 제 1속도계와, 상기 회전판의 토크를 측정하는 트랜듀서가 구비되되, 상기 회전판에는 홀더가 구비되며, 이 홀더에는 타이어 시편이 고정되게 부착되는 마찰측정기에 있어서,

   상기 홀더(8)에 제동기(81)와 제 2속도계(83)가 이격되어 부착되고, 이 제동기(81)와 제 2속도계(83) 사이에 회전축(84)을 매개로 시편(82)이 장착되며, 상기 제동기(81)는 제동조절기(9)와 연결되어 제어되고, 이 제동조절기(9)와 제 2속도계(83)는 컴퓨터(1)와 연결되며;

   상기 컴퓨터(1)에 의해 제어되면서 수분을 분사하는 습기분사기(10)가 장착되는 것을 특징으로 하는 타이어의 제동성능 예측을 위한 마찰측정기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제동조절기(9)는 ABS를 장착한 차량의 제동성능 예측시 미끄러짐율(φ)이 3 ~ 40% 범위에서 작동되는 것을 특징으로 하는 타이어의 제동성능 예측을 위한 마찰측정기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제동조절기(9)는 ABS를 장착하지 않은 차량의 제동성능 예측시 미끄러짐율(φ)이 100% 에서 작동되는 것을 특징으로 하는 타이어의 제동성능 예측을 위한 마찰측정기.