KR20030040218A - 타이어 테스트 스테이션용 동력 측정 시스템 - Google Patents

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KR20030040218A
KR20030040218A KR1020027016769A KR20027016769A KR20030040218A KR 20030040218 A KR20030040218 A KR 20030040218A KR 1020027016769 A KR1020027016769 A KR 1020027016769A KR 20027016769 A KR20027016769 A KR 20027016769A KR 20030040218 A KR20030040218 A KR 20030040218A
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에릭 에프. 누쓰
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브릿지스톤/화이어스톤 노쓰 아메리칸 타이어, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은, 테스트 스테이션 요소의 압력 및 모멘트가 전반적으로 측정된 압력으로부터 독립적으로 계산되게 하는 다수의 가속도계를 가지는 테스트 스테이션을 장착시킴으로써, 테스트 머신의 압력 분포가 타이어 압력의 전반적인 측정시에 각각 측정되고 계산되는, 타이어 압력을 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

타이어 테스트 스테이션용 동력 측정 시스템{DYNAMIC FORCE MEASUREMENT SYSTEM FOR TIRE TESTING STATION}
타이어 제조업자들은 특정 활용을 위한 소정의 타이어 구조를 결정하기 위해서 상이한 타이어 구조에 의해 발생 및 전달되는 힘을 비교하고자 한다. 주요힘은 하중이 실린 타이어가 도로 표면위를 구를 때 발생된다. 도로 표면위의 타이어 구름은 타이어 잡음을 초래하는 진동력을 야기한다. 타이어 잡음을 최소화 또는 제어하는 것은 타이어 설계의 목적들중의 하나이다. 힘 측정은 타이어 설계자에게 대안의 타이어 구조와 비교하기 위한 방법을 제공한다.
예전에 타이어 힘은 종속 타이어를 로터에 장착되는 림에 장착함으로써 측정되어 왔다. 로터는 로드 셀(load cell) 또는 힘 측정 디바이스에 연결되는 베어링 하우징에 회전가능하게 장착된다. 로드 셀 또는 힘 측정 디바이스는 기준축에 대해3가지 축력과 모멘트를 측정하도록 구성되어 있다. 한가지 유형의 로드 셀이 키슬러 로드 셀(Kistler load cell)로서 당 기술분야에 공지되어 있으며 스위스의 키슬러로부터 입수가능하다. 타이어는 타이어와 로터를 회전하게 하는 회전 모의 도로 표면과 접촉하게 된다. 로드 셀은 힘을 측정하고 측정치를 로드 셀 힘을 레코딩하는 컴퓨터와 같은 레코딩 디바이스로 전달한다. 판독치들은 조사관에 의한 사용을 위해 다양한 상이한 방식으로 디스플레이된다. 데이터를 디스플레이하는 한가지 방법은 데이터에 대해 퓨리에 변환을 사용하여 그것을 주파수 영역으로 디스플레이한다.
예전의 시스템에서, 로터, 베어링 하우징 및 측정 디바이스에 의해 겪게되는 관성력은 타이어 힘과 관련하여 로드 셀에 의해 측정된다. 관성력은 일반적으로 더 높은 주파수력이기 때문에 저주파수에서 힘 측정에 영향을 끼치지 않는다. 고주파수에서, 기계력은 타이어 힘과 결합하여 무익한 결과를 야기한다. 예를 들면, 당 기술분야의 당업자는 타이어들이 타이어 캐비티와 본체 코드에 의해 유발되는 공명(resonance)과 같은 측정가능한 공명을 가지고 있음을 알고 있다. 또 다른 공지된 공명은 타이어가 장착되는 휠에서 발생한다. 이러한 공명들이 존재하는 것으로 공지되어 있지만, 기존 타이어 힘 측정 시스템은 이러한 공명들을 정확하게 밝히지 못했는데, 왜냐하면 시험 기계의 힘이 이러한 공진들을 드러내지 않기 때문이다. 타이어를 시험하는 조사관은 시스템이 타이어 힘을 측정할 때 기계력을 고려하는 시스템을 기대하고 있다.
힘 계산에 이외에, 사용자들은 종래 시스템처럼 사용하기 용이한 시스템을기대하고 있다. 다중 타이어 구조가 측정 및 비교되어야 할 때, 각 타이어는 시험 기계로 로딩외어 시험되어야 한다. 시험 타이어들은 휠을 로터에 유지시키기 위해서 표준 러그 너트(lug nut)를 사용하여 기계상에 일반적으로 로딩된다. 타이어 로딩 및 시험 과정은 5분이 채 걸리지 않는다. 개선된 시스템은 시험을 수행하는 조사관들에 의해 용이하게 받아들여지도록 이들 시스템처럼 빠르며 사용하기에 용이해야 한다.
발명의 개요
본 발명은 타이어 힘을 측정하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것으로, 테스트 기계의 힘 기여가 타이어 힘의 전반적인 측정에서 개별적으로 측정 및 고려된다. 발명은 테스트 스테이션의 구성요소의 힘과 모멘트들을 전반적인 측정력들로부터 독립하여 계산되게 하는 복수의 가속도계를 테스트 스테이션에 갖춤으로써 기계력을 고려한다.
발명의 시스템은 휠들이 공지된 테스트 스테이션에서 처럼 빠르게 테스트되도록 휠들을 테스트 스테이션에 빠르게 장착되게 한다. 발명의 일실시예에서, 슬립 링은 로터 가속도계의 데이터가 테스트 스테이션의 데이터 집합 디바이스에 의해 집합되도록 베어링 하우징과 로터간에 배치된다. 슬립 링은 가속도계를 데이터 집합 디바이스로부터 단절시킴없이 타이어-휠 조립체들을 로터에 장착 및 탈착시키도록 한다.
본 발명은 일반적으로 공기 타이어의 힘을 측정하는데 사용되는 시스템에 관한 것이다. 더 상세하게, 본 발명은 하중이 실린 타이어가 도로 표면위를 구를 때 타이어 힘 발생과 타이어 힘 전달을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 시험 기계의 힘 분산이 개별적으로 측정되며 힘 결과 측정치에 부가되는 타이어 힘을 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 타이어 힘을 측정하기 위한 시스템의 정면도이다.
도 2는 도 1 시스템의 측면도이다.
도 3은 단면으로 도시된 로터와 베어링 하우징을 지닌 도 2에 유사한 도면이다.
도 4는 발명 결과와 비교되는 종래 시스템의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 힘 방정식이 어떻게 전개되는지를 나타내는 시스템의 모델이다.
도 6은 모멘트 방정식이 어떻게 전개되는지를 나타내는 시스템의 모델이다.
유사한 참조번호들은 명세서에 걸쳐서 유사한 부분을 언급한다.
본 발명의 개념에 따른 테스트 스테이션은 첨부 도면에서 일반적으로 참조번호 10으로 지시되어 있다. 테스트 스테이션(10)은 도 1에 도시된 회전 휠과 같은 이동 도로 표면 모의 실험장치(12)에 관련하여 사용된다. 외부 모의 실험 장치(12)의 외부 표면(14)은 통상적인 주행 표면의 거칠함과 마찰 특성을 모의 실험한다. 예를 들면, 상기 표면(14)은 조잡한 도로 표면을 모의 실험하도록 구성된다. 대부분의 모의 실험 장치(12)는 플루어(16) 아래에 배치되어 소부분(18) 만이 플루어(16)에 규정된 개구부(20)를 통하여 노출된다. 상기 스테이션(10)에서 테스트되는 타이어(12)는 상기 부분(18)과 접촉한다. 모의 실험 장치(12)의 회전은 타이어(2)가 회전하게 하여 이동 차량 타이어를 모의 실험한다.
스테이션(10)은 스테이션(10)의 작동 상태 및 스테이션(10)에 의해 발생되고 전송된 힘들을 기록하기 위해 배치되는 컴퓨터(24)를 포함하고 있다. 컴퓨터(24)는 본 발명의 계산을 시행하는 명령어들을 저장하고 실행시키기 위해 필요한 메모리및 처리 장치들을 포함하고 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 컴퓨터(24)는 개인용 컴퓨터일 수도 있다. 스테이션(10)은 플로어(16)에 장착되고 스테이션(10)의 다른 요소들을 지지하는 기부(30)를 추가로 포함하고 있다. 힘 측정 장치 또는 로드셀(load cell)(32)가 기부(30)에 의해 지지된다. 기부(30)는 차량의 무게를 시뮬레이션하는 타이어(22)상의 부하를 생성시키기 위한 시뮬레이터(12)에 대해서 힘 측정 장치(32) 및 타이어(22)를 이동시키기에 적합한 조정 장치를 포함하고 있다. 힘 측정 장치(32)는 X, Y, Z축을 따라서 힘을 측정하는 것 뿐만아니라 이런 축들에 대한 모멘트들을 측정하기에 적합하다. 한가지 유형의 힘 측정 장치(32)는 키슬러 로드 셀(Kistler load cell)로 당 기술분야에 공지되어 있다.
베어링 하우징(34)은 힘 측정 장치(32)에 의해 지지된다. 하우징(34)은 베어링(38)상의 로터(36)를 회전가능하게 지지한다. 베어링 하우징(34) 및 로터(36)의 구성 및 작동은 당업자들에게 공지되어 있다. 타이어(22)는, 도면에 도시된 러그 볼트(lug bolts)(42)들과 같은, 통상적인 커넥터들에 의해 로터(36)에 연결될 수 있는 림(40)에 장착되어 있다.
과거에는, 타이어(22)가 시뮬레이터(12)에 의해 회전되고 힘 측정 장치(32)는 힘 및 모멘트들을 내내 기록했다. 이 테스트의 통상적인 결과가 도4의 라인(44)으로 도시된다. 이 그래프의 수직축은 측정된 힘의 크기를 나타내지만 그래프의 수평축은 주파수를 나타낸다. 라인(44)은 힘 측정 장치(32), 베어링 하우징(34) 및 로터(36)에 의해 측정된 모든 힘들을 포함한다. 이러한 진동력들은 일반적으로 보다 고주파수들에서 발생하고 다른 타이어 구성들을 비교하기 위해 측정될 필요가있는 타이어(22)의 보다 고주파 공진을 차폐할 것이다.
현재의 시스템에 있어서, 스테이션(10)은 측정장치(32), 베어링 하우징(34) 및 로터(36)의 힘들을 측정하고 힘 계산 동안 이런 힘들을 설명하기 위해 구성된다. 그러므로, 이런 시스템은 테스트 공정 동안 타이어(22)에 의해 생성되고 전송된 힘들만을 산출한다. 이런 힘들은 과거에 진동력들에 의해 감춰졌던 타이어(22)에 발생하는 것으로 공지된 고 주파수 공진을 포함하고 있다.
스테이션(10)은 측정 장치(32), 베어링 하우징(34) 및 로터(36)의 운동에 의해 발생되고 그리고 전송된 관성력들을 측정하기 위해 힘 측정 시스템 설계를 포함하고 있다. 도면들에 도시된 본 발명의 실시예에 있어, 4개의 가속도계(50K,B,R)들이 각각의 요소 둘레에 배치된 4 점들의 가속도를 측정하기 위해 측정 장치(32), 베어링 하우징(34) 및 로터(36) 각각에 연결되어 있다. 이런 측정치들은 중력의 중심에서 힘들 및 모멘트들을 계산하기 위해 요소들의 질량과 결합된다. 이런 힘들 및 모멘트들은 테스트 스테이션 힘들이 테스트 절차동안 설명되도록 전체 측정된 힘들 및 모멘트들과 결합된다. 도4는 본 발명의 방법에 의해 측정된 타이어(22)의 힘들을 나타내는 라인(52)을 도시한다. 수직 스케일은 대수적(logarithmic)이며 라인(44)의 일부 점들에서 10의 팩터만큼 라인(52)과 차이가 나는것을 인지해야 한다. 도4에서는, 측정된 타이어가 200 내지 300Hz 사이의 공지된 음향 공동 공진들을 가졌다. 이런 공진들은 스테이션(10)에 의해 측정되고 도면부호 54로 구별된다.
각 성분의 힘들 및 모멘트들은 각 성분의 중력 중심의 가속도를 측정함으로써 계산된다. 가속도는 중력 중심의 힘 성분들을 계산하기 위해 성분의 질량으로 곱해진다. 이후, 힘 성분들이 각 성분의 모멘트들을 계산하기 위해 사용된다. 중력 중심의 가속도들은 성분의 중력 중심에 대해서 공지된 위치의 각 성분상에 가속도계들을 장착시킴으로써 측정된다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 가속도계(50)들은 스테이션(10)의 각 요소 둘레로 동일하게 이격된 위치들에 배치된다. 가속도계(50)들은 90도 정도 이격될 수 있고, 도5에 도시된 모델에 도시된 스테이션(10)의 X 및 Y축들 상에 위치된다. 가속도계(50K1,K2,K3 및 K4)들은 힘 측정 장치(32)의 외표면상에 배치될 수 있다. 각각의 가속도계(50K)는 적절한 커넥터들을 통해 컴퓨터(24)와 통신한다. 가속도계(50B1,B2,B3 및 B4)들은 베어링 하우징(34)의 외표면상에 배치될 수 있고 적절한 커넥터들에 의해 컴퓨터(24)와 통신한다. 가속도계(50R1,R2,R3 및 R4)들은 로터(36)의 내표면상에 배치되고 적절한 커넥터들을 통해 컴퓨터(24)와 통신할 수 있다. 그 테스트 스테이션 성분의 중력 중심에 대한 각각의 가속도계(50)의 위치는, 가속도계들에 의해 기록된 가속도 성분들이 중력 중심의 힘 성분들을 계산하기 위해 사용될 수 있도록, 공지되어 있다.
슬립링(slip ring)(60)은 컴퓨터(24)와 가속도계(50R)들 사이의 결합들을 엉키게(tangling)하지 않고 가속도계(50R)들이 로터와 회전하도록 하기 위해 로터(36)와 베어링 하우징(34) 사이에 위치될 수 있다. 슬립링(60)은 미시건의챨리보익스(Charlevoix)의 미시건 사이언티픽에서 공급하는 슬립 링일 수 있다. 슬립링(60)은 본 발명의 절차가 종래 기술의 테스트 절차보다 많은 시간을 전혀 필요로 하지 않도록 타이어(22)가 신속하게 로터(36)상에 장착되게 하고 로터(36)로부터 탈거되게 한다.
각각의 가속도계(50)는 중력(54K,B,R) 중심의 가속도 성분들이 모든 가속도계(50K,B,R)들의 가속도 성분들을 합산하여 계산될 수 있도록 중력(54K,B,R) 중심으로부터 공지된 벡터(52K,B,R)로 위치된다. 본 발명의 일실시예에서, 가속도계(50K,B,R)들은 테스트 절차동안 6250Hz로 샘플링된다. 가속도 성분(Ax,y,z)들은 이후 중력(54K,B,R) 중심상에서 작동하는 힘 성분(Fx,y,z)들을 산출하도록 성분의 질량으로 곱해진다. 이런 힘 측정치들은 시간 영역 데이터상의 퓨리에 변환을 이행함으로써 주파수 영역으로 변환된다.
이런 힘 측정치들은 또한 테스트 스테이션 성분들에 의해 생성된 모멘트들을 결정하도록 사용된다. 본 발명의 일실시예에 있어, "y" 모멘트 성분은 무시해도 좋은 것으로 고려되며 최종 계산에서 고려되지 않는다. "y" 방향의 모멘트는 무시해도 좋은 것으로 인지되었던 베어링들에 의해 생성된 모멘트만을 산출할 것이다. 전체 모멘트 측정치는, (1)힘 측정 장치(32)에 대한 모멘트; (2)장치(32)의 힘을 발생시키는 모멘트와 모멘트 합계의 점까지의 거리의 벡터곱; (3)각 가속도로 인한 관성 모멘트; 및 (4)지지 기계 질량의 병진 가속도로 인한 관성 모멘트들의 합계를포함한다. 회전 모멘트 항들은 사소해서 무시되어도 좋다. 이런 모멘트들의 합은 함께 더해지고 힘 측정 장치(32)에 의해 측정된 모멘트들 대신에 사용된다.
테스트 스테이션 성분들의 측정된 힘 및 모멘트는 타이어의 힘 및 모멘트를 산출하기 위하여 전체 힘 측정치에 더해진다. 테스트 스테이션 성분들의 힘들의 부가는 테스트 스테이션 힘들의 위상 또는 부호 때문에 타이어 힘들을 산출한다. 이들 힘들의 위상 또는 부호는 이들이 소정의 테스트 결과를 산출하는 전체 측정치들로부터 제거되게 한다.
상기 설명에서, 특정 용어들이 간결성, 명확성 및 이해를 위해 사용되었다. 어떤 불필요한 한정도 그러한 용어들이 설명 목적을 위해 사용되고 광범위하게 해석되도록 의도되기 때문에 종래기술의 요건을 넘어 포함되지 말아야 한다.
더욱이, 본 발명의 설명 및 도면은 실시예이며 본 발명은 도시되고 설명된 정확한 상세항목들로 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 베이스;
    기록 장치;
    상기 베이스에 연결된 압력 측정 장치;
    상기 압력 측정 장치에 연결된 베어링 하우징;
    휠 및 타이어 조립체를 고정시키도록 적용되는, 상기 베어링 하우징에 회전 가능하게 장착되는 로터;
    상기 기록 장치와 소통하는, 상기 로터에 장착되는 적어도 하나의 가속도계;
    상기 로터와 상기 베어링 하우징에 연결되며; 상기 가속도계와 상기 기록 장치 사이에 소통부를 제공하는 슬립 링
    을 포함하는, 타이어 압력을 측정하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 4개의 가속도계가 상기 로터에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 4개의 가속도계는 90도만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링 하우징에 장착되는 적어도 하나의 가속도계를 더 포함하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 4개의 가속도계가 상기 베어링 하우징에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 4개의 가속도계는 90도만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 측정 장치에 장착되는 적어도 하나의 가속도계를 더 포함하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 4개의 가속도계가 상기 압력 측정 장치에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 4개의 가속도계는 90도만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 로터를 회전시키기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 가속도계에 의해 측정된 가속도를 판독하고 회전력을 계산하기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 슬립 링은 상기 로터와 함께 운동하는 제 1 부분 및 상기 베어링 하우징에 연결된 제 2 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 슬립 링은 상기 로터와 상기 베어링 하우징의 조합에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 베이스, 압력 측정 장치, 베어링 하우징 및 로터를 가지는 테스트 스테이션에 타이어를 장착시키는 단계;
    상기 타이어를 회전시키고 상기 압력 측정 장치로 타이어 압력을 측정하는 단계;
    적어도 로처의 회전력을 계산하는 단계; 및
    상기 압력 측정 장치에 의해 측정된 상기 타이어 압력에 상기 로터에 대해 계산된 힘을 가산하는 단계
    를 포함하는 타이어 압력을 측정하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 적어도 상기 베어링 하우징의 힘을 계산하고 상기 압력 측정 장치에 의해 측정된 타이어 압력에 상기 베어링 하우징에 대해 계산된 힘을 가산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 적어도 상기 압력 측정 장치의 힘을 계산하고 상기 압력 측정 장치에 의해 측정된 타이어 압력에 상기 압력 측정 장치에 대해 계산된 힘을 가산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 4개의 가속도계를 가지는 로터를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 4개의 가속도계를 가지는 베어링 하우징을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 4개의 가속도계를 가지는 압력 측정 장치를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 압력 측정 장치에 의해 측정된 타이어 압력에 상기 로터에 대해 계산된 힘을 가산하는 단계는 상기 타이어의 압력만을 실질적으로 산출하도록 총 측정된 힘으로부터 상기 로터에 대해 측정된 힘을 실질적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020027016769A 2000-06-08 2001-06-08 타이어 시험 스테이션용 동적 힘 측정 시스템 KR100874631B1 (ko)

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US60/254,179 2000-12-08
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