KR20040094421A

KR20040094421A - 타이어 사이드월에서의 원주방향 신장의 측정에 기초하는최대 마찰 계수의 직접 결정

Info

Publication number: KR20040094421A
Application number: KR10-2004-7012051A
Authority: KR
Inventors: 베르트란드데이비드
Original assignee: 소시에떼 드 테크놀로지 미쉐린; 미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-11-09
Also published as: EP1476338A1; WO2003066399A1; EP1476338B1; FR2835918A1; DE60305153T2; ATE325730T1; US20050065698A1; US7099765B2; AU2003206851A1; JP2005516835A; DE60305153D1

Abstract

본 발명은 노면 상의 타이어의 접촉 구역에서의 마찰 계수(μ)를 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 타이어의 적어도 하나의 사이드월의 원주를 따르는 상이한 방위각에 위치된 공간의 다수의 고정점(즉 차량에 관한 마크에 고정된)을 선택하고, 타이어가 노면 상에서 주행할 때 고정점에서의 원주방향 거리 편차(신장 또는 수축)의 동수의 측정을 수행하고, 그로부터 상기 마찰 계수(μ)를 추출하기 위해 측정 신호를 처리하는 단계를 포함한다.

Description

타이어 사이드월에서의 원주방향 신장의 측정에 기초하는 최대 마찰 계수의 직접 결정{DIRECT DETERMINATION OF MAXIMUM FRICTION COEFFICIENT BASED ON MEASUREMENT OF THE CIRCUMFERENTIAL EXTENSION IN A TYRE SIDEWALL}

본 발명은 또한 예를 들면 차량의 브레이크의 안티로크(antilock) 제어 또는 구동 휠의 안티스키드(antiskid) 제어, 차량의 방향의 제어 또는 예를 들면 타이어 압력 등의 모니터링 또는 다른 형태의 제어를 위해 사용되는 다양한 전자식 보조 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 지면과 타이의의 접촉시에 발생되는 힘 또는 마찰 계수의 측정을 수행하지 않고 계산에 의해 도로 상의 타이어의 마찰 계수(μ)를 재구성한다는 것이 공지되어 있다. 이들 장치는 충분한 보조 및 부가의 안정성을 제공하지만, 이들의 작동은 작동 중에 타이어에 수행되는 실제 측정에 기초하여 예측된 값 또는 측정값의 사용으로부터 상당히 이익을 얻을 수 있다.

이러한 이유로, 본 발명의 목적은 도로 상의 차량의 마찰, 더 구체적으로는그의 휠 또는 타이어 또는 탄성 타이어의 마찰을 평가하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 이들 용어들은 본 발명의 문맥에 있어서는 동등한 것으로 간주된다. 본 발명은 더 구체적으로는 도로 상에서 구르는 공기 주입식 공압식 타이어 또는 비공압식 탄성 타이어와 같은 탄성 타이어를 구비한 차량과 도로 사이의 마찰 특성의 결정에 관한 것이다.

따라서 상술한 다양한 전자식 보조 장치는 특히 구동력 또는 제동력에 기인하는, 또는 운동 방향의 변화에 기인하는 가속을 경험할 때 차량의 조향에 영향을 줄 수 있는 마찰 조건의 "실시간(real-time)" 지시로부터 유용하게 이익을 얻을 수 있다. 본 발명의 목적은 이를 효과적으로 성취하는 방법을 제공하는 것이다.

이하, "최대 마찰 포텐셜"은 휠이 경험할 수 있는 최대 접선력(횡단방향 또는 종방향, 또는 이들의 조합)과 수직력 사이의 비를 칭한다. 본원에서, 이는 또한 최대 마찰 계수" 또는 문자 μ로 나타낸다.

"전체 힘"은 휠의 중심에 인가되는 힘의 3개의 성분 Fx, Fy 및 Fz 및 Z축 둘에의 자체 정렬 토오크를 칭한다.

최대 마찰 포텐셜의 예측과 관련하여, 타이어의 트레드 또는 트레드의 소정의 특정하게 채택된 요소가, 특히 슬립 조건 하에서 국부적으로 발생되는 힘을 측정하거나 예측하도록 의도된 센서를 구비하는 것이 제안되어 있다. 매우 유망하기는 하지만, 그럼에도 불구하고 이 접근은 소정의 고유의 어려움을 수반한다. 실제로, 특히 트레드의 마모가 존재할 때 타이어의 이 구역에서의 센서의 정확한 작동을 타이어 수명 전체에 걸쳐 보장하는 것이 곤란하다. 더욱이, 이들 센서에 의해제공된 예측은 매우 국부적이고 도로의 표면 조건에 민감하다.

이는 실제로 휠의 최대 마찰을 예측하기 위한 것이기 때문에, 측정된 국부 포텐셜에 기초하여 결정되어야 하는 것이 여전히 잔류한다.

본원에 상세히 설명되는 발명은 이들 국부 접근과는 상이하다. 이는 지면 상의 휠의 최대 마찰 포텐셜에 대한 정보를 얻기 위해 타이어의 전체 변형의 측정을 사용하는 것을 제안한다. 실제로, 타이어가 구속을 받을 때, 접촉 영역에 인가되는 힘의 작용점은, 특히 도로 상의 휠의 접촉 영역의 일부가 슬립되자마자 접선력에 대한 그의 기여가 마찰 계수에 따르는 레벨에서 포화되기 때문에 최대 마찰 계수에 의존한다. 타이어의 변형은 그 자체로 이 작용점의 이동에 민감하다. 특히, 인가된 힘에 민감한 사이드월의 원주방향 신장이 또한 접촉 영역에서의 힘의 작용점의 이동에 민감하다.

제안된 방법은 최대 마찰 계수의 예측을 허용하기 위해 타이어의 소정 방위각에서의 사이드월의 원주방향 변형의 측정을 사용한다.

μ의 양호한 예측을 제공하기 위해, 상기 방법은 타이어의 특정 디자인 또는 타이어에 인가된 구속의 충분한 레벨에 의해 생성될 수 있는 슬립 구역이 접촉 영역에 존재하는 것을 요구한다. 슬립이 거의 존재하지 않을 때조차 신뢰적인 정보를 얻기 위해, 본 발명은 사용된 포텐셜의 비율이 최대 마찰 포텐셜에 부가하여 예측되는 것을 제안한다. 이는 이 양이 작은 구속의 경우에조차 절대값으로서 용이하게 예측되는 장점을 갖기 때문이다.

본 발명은 도로 상의 차량의 마찰(grip)의 평가에 관한 것이다. 본 발명은 더 구체적으로는 도로 상에서 구르는 공기 주입식 공압식 타이어 또는 비공압식 탄성 타이어와 같은 탄성 타이어를 구비한 차량과 도로 사이의 마찰 특성의 결정에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 이해를 위해 유용한 약정들을 규정하는 타이어의 사시도.

도 2a 및 도 2b는, 실선 곡선은 400daN의 수직 하중에 대응하고, 점선 곡선은 500daN의 수직 하중에 대응하고, 일점쇄선 곡선은 300daN의 수직 하중에 대응하는 수직 성분 Fz의 효과를 도시하는 도면.

도 3a 및 도 3b는, 실선 곡선은 힘 Fx가 없는 400daN의 수직 하중에 대응하고, 점선 곡선은 400daN의 힘 Fx(구동력) 및 400daN의 수직 하중에 대응하고, 일점쇄선 곡선은 -400daN의 힘 Fx(제동력) 및 400daN의 수직 하중에 대응하는 성분 Fx의 효과를 도시하는 도면.

도 4a 및 도 4b는, 실선 곡선은 힘 Fy가 없는 400daN의 수직 하중에 대응하고, 점선 곡선은 280daN의 힘 Fy를 갖는 400daN의 수직 하중에 대응하는 성분 Fy의 효과를 도시하는 도면.

도 5는 캠버각(camber angle)이 인가될 때 타이어의 변형을 도시하는 도면.

도 6a 및 도 6b는, 실선 곡선은 Fx 및 Fy가 없는 400daN의 수직 하중 및 0의 캠버각에 대응하고, 점선 곡선은 2°의 캠버각을 갖는 400daN의 수직 하중에 대응하고, 일점쇄선 곡선은 4°의 캠버각을 갖는 400daN의 수직 하중에 대응하는 원주방향 변형 신호에 대한 캠버의 효과를 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 설명을 위한 개략적인 타이어의 정면도.

도 8은 본 발명의 설명을 위한 개략적인 타이어의 측면도.

도 9는 접촉 영역에서의 리브의 전단, 뿐만 아니라 관련 응력을 도시하는 도면.

도 10은 힘의 분포에 대한 마찰 계수의 효과를 도시하는 도면.

도 11은 변형 측정에 기초하는 μ의 예측의 블록 다이어그램.

도 12a, 도 12b 및 도 12c는 400daN의 하중을 갖고 구동 또는 제동력을 갖지 않는 각각 0, 80 및 120daN의 힘 Fy에 대한 원주방향 신장 신호에 대한 최대 마찰 레벨의 효과를 도시하는 도면으로서, 실선 곡선은 0.4의 최대 마찰 계수에 대응하고, 점선 곡선은 1의 마찰 계수에 대응하는 도면.

도 13은 마찰 계수의 값에 따라 2개의 지시값 V1+V2 및 V2-V1 사이에 존재하는 상이한 관계를 도시하는 도면으로서, 실선 곡선은 0.4의 마찰 계수에 대응하고 점선 곡선은 1의 계수에 대응하는 도면.

도 14는 신경망의 구조를 도시하는 도면.

도 15는 부가의 입력으로서 팽창 압력을 사용하는 신경망의 구조를 도시하는 도면.

도 16은 μ의 예측 및 사용된 마찰 포텐셜의 비율의 결과를 제공하는 도면.

도로 상의 타이어의 접촉 영역에서의 마찰 계수(μ)를 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 이하의 단계,

● 타이어의 적어도 하나의 사이드월의 원주를 따르는 상이한 방위각에 위치하는 공간의 다수의 고정점을 선택하는 단계,

● 타이어가 도로 상에서 구를 때 이들 고정점에서의 원주방향 거리 편차(신장 또는 수축)의 대응 수의 측정을 수행하는 단계를 포함하고,

측정 신호는 그로부터 상기 마찰 계수(μ)를 추출하기 위해 처리된다.

유리하게는, 상기 마찰 계수(μ)는 원주를 따르는 상이한 방위각에 위치한 공간의 5개의 고정점(즉 차량과 관련된 기준 프레임에 고정된 고정점)에서 타이어의 적어도 하나의 사이드월에서 수행된 원주방향 거리 편차(신장 또는 수축)의 적어도 5개의 측정으로부터 유도된다.

본 발명의 방법은 타이어의 트레드와 도로 사이에 작용하는 힘 뿐만 아니라 접촉 영역에서의 이들의 분포가 타이어의 사이드월의 원주방향 신장 또는 수축의 형태의 상당하고 재현 가능한 변형을 발생시킨다는 사실의 인식에 기초한다. 이 원주방향 신장 또는 수축은, 타이어의 회전 중에 실시간으로 이를 개별적으로 측정하는 것이 가능한 경우, 각각의 순간에 타이어에 작용하는 힘의 방향 및 크기, 뿐만 아니라 타이어에 의해 인가된 자체 정렬 토오크의 부호 및 크기 및 도로 상의 타이어의 마찰 계수를 인지하는 것을 가능하게 할 수 있다.

하나의 특정 관련 양태에 따르면, 본 발명은 사이드월의 카카스 플라이의 트레드 사이의 거리를 측정함으로써 사이드월의 원주방향 수축 또는 신장을 예측하는것을 제안한다. 카카스 플라이의 트레드의 이동과 상관되는 경험 이동과 사이드월에 배치된 와이어(예를 들면 이들 중 두 개) 사이의 거리를 측정하는 것이 또한 가능하다. "트레드 이격(tread separation)"의 측정은 이하에 설명된다. 이 용어는 타이어의 반경방향 구조에 연관되지만, 본 방법은 반경방향 카카스를 갖는 타이어에만 적용되는 것은 아니라는 것을 주목해야 한다. 예를 들면, 용어 "트레드 이격"은 인접하지만 상이한 방위각에서의 사이드월에 형성된 두 개의 선 사이의 평균 거리를 의미하는데 사용될 수 있다.

사이드월의 원주방향 신장이 이들의 만곡 가능한 중립 파이버(neutral fibre)와는 상이한 위치에서 사이드월 내에서 측정되는 경우, 원주방향 신장은 특히 접촉 영역을 통과할 때 사이드월의 만곡에 기인하는 성분을 포함할 수 있다[또한 "벨링(bellying)"이라 함]. 이 만곡에 기인하는 성분은 문제가 되지 않고, 만곡 가능한 중립 파이버 이외의 다른 위치에 신장 측정을 수행함으로써 본 발명이 사용하는 신호의 편차의 동적 범위를 증가시키기 위해 이용될 수 있다.

이하의 설명에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 더욱 상세히 설명한다.

본원에 설명된 방법은 접촉 영역에서 타이어에 인가된 각각의 힘이 타이어의 사이드월의 원주방향 신장의 수정을 발생시킨다는 사실에 의존한다. 그의 휠에 장착된 공기 주입식 타이어의 경우가 고려되며, 이 타이어의 제1 사이드월에는 동일한 반경에 배치되지만 원주방향으로 이격되어 있는 두 개의 지점(A₁, A₂)이 식별되어 있다(도 1). 제2 사이드월에서, A₁및 A₂와 동일한 방위각으로 동일한 반경에는, 두 개의 지점(B₁, B₂)이 선택된다. 타이어에 인가되는 힘이 없는 경우에는, 두 개의 지점 사이의 거리는 타이어-휠 조립체의 회전각의 함수로서 일정하다. 방위각(θ)은 사이드월의 원주방향 신장이 분석되는 각도로서 정의될 수 있다. 방위각의 원점은 접촉 영역의 중심으로부터 대향측에서 취해진다. 따라서, 접촉 영역의 중심은 180°의 방위각을 갖는다.

타이어가 힘을 받을 때, 이하의 효과가 상기 힘의 성분들 각각에 대해 관찰되는데:

● 수직 성분(Fz로 나타냄)이 지면 상에 타이어를 가압한다. 접촉 영역을 생성함으로써, 이는 타이어가 회전될 때 두 개의 지점(A₁, A₂) 사이의 거리의 편차를 유도하여, 사이드월의 원주방향 신장의 수정을 반영한다. 도 2a 및 도 2b는 이들이 위치하는 방위각의 함수로서 각각 지점(A) 및 지점(B) 사이의 거리를 지시한다. 인가된 수직 성분의 증가는 접촉 영역에서의 양 사이드월의 신장(수직 성분에 기인하는 신장은 방위각 180°에 최대 부근임) 및 사이드월의 다른 구역의, 주로 접촉 영역의 입구 및 출구에서의 수축(주로 135° 및 225°부근인 다른 위치의 거리의 감소)을 유도한다. 이 변화는 축(Oz)을 따라 휠의 회전축을 향하는 접촉 영역의 병진 운동 또는 타이어의 만곡의 증가의 결과이다.

● 구름 방향에서의 수평 성분(Fx로 나타냄)은 접촉 영역의 입구 및 출구에 위치된 구역들 사이의 변동을 발생시킨다. 이는 사이드월의, 본질적으로는 접촉 영역의 입구 및 출구에서의 신장의 변화를 수반한다. 도 3a 및 도 3b는 이들이 위치하는 방위각의 함수로서 각각 지점(A) 및 지점(B) 사이의 거리를 지시함으로써 인가된 힘의 성분 Fx의 효과를 도시한다. 양의 힘 Fx(구동 토오크)가 인가되면, 양 사이드월은 접촉 영역의 입구에서 원주방향으로 압축되고 및 접촉 영역의 출구에서 신장된다(약 135°부근에서 거리의 감소 및 약 225°부근에서 증가). 음의 힘 Fx(제동 토오크)가 인가되면, 양 사이드월은 접촉 영역의 출구에서 원주방향으로 압축되고 입구에서 신장된다(225°부근에서 거리의 감소 및 135°부근에서 증가). 이 신호의 변화는 회전축에 대한 접촉 영역의 전후방 이동, 즉 축(Ox)을 따르는 병진 운동을 반영한다.

● 횡단방향에서의 수평 성분(Fy로 나타냄)은 주로 두 개의 사이드월 사이의 변동을 발생시킨다. 도 4a 및 도 4b는 이들이 위치한 방위각의 함수로서 각각 지점(A) 및 지점(B) 사이의 거리를 지시함으로써 이 형태의 구속의 효과를 도시한다. 양의 Fy에 의한 구속의 경우, 사이드월 중 하나는 주로 원주방향 신장(A₁과 A₂사이의 거리의 증가) 상태로 되고, 사이드월의 다른 하나는 원주방향 수축(B₁과 B₂사이의 거리의 증가) 상태로 된다. 이 신호의 변화는 접촉 영역의 측방향 이동(오프셋), 즉 축(Oy)을 따르는 병진 운동을 표현한다.

자체 정렬 토오크(N)(수직축 둘레의 모멘트)는 엄격하게 말하면 타이어의 트레드와 도로 사이에 작용하는 다른 힘은 아니다. 오히려, 이는 성분들 Fx, Fy 및 Fz가 접촉 영역에 인가되는 방식의 결과이다. 그의 성분들이 Fx, Fy 및 Fz인 합력의 작용점이 접촉 영역의 중심이 아니면, 이 합력은 자체 정렬 토오크라 칭하는 Oz 둘레의 모멘트를 발생시킨다. 이 모멘트의 존재는 주로 Oz 둘레의 접촉 영역의 회전을 수반한다. 이 효과의 결과는, 예를 들면 하나의 사이드월의 접촉 영역의 입구에서의 원주방향 신장 및 접촉 영역의 출구에서의 원주방향 수축이며, 반면 다른 사이드월에서는 0의 자체 정렬 토오크를 갖는 상황에 대해 원주방향 수축이 접촉 영역의 입구에서 관찰되고 원주방향 신장은 접촉 영역의 출구에서 관찰된다.

성분들 Fx, Fy 및 Fz를 혼합한 구속이 인가될 때, 전체 변형의 중첩, 및 따라서 원주방향에서의 신장의 상술한 효과의 중첩이 관찰된다. 제안된 방법의 장점 중 하나는 이들 성분의 각각의 예측하는 것을 가능하게 하기 위해 인가된 구속의 각각의 성분의 기여가 분리되는 것을 허용한다는 것이다.

캠버각이 타이어에 인가되는 경우, 두 개의 사이드월의 거동은 상이하다. 간단하게는, 매번 하나의 사이드월이 다른 사이드월보다 많은 하중을 지탱하는 것과 같이 보인다. 도 5는 캠버를 갖지 않는 경우와 캠버(γ)를 갖는 경우의 접촉 영역에서의 타이어의 부분의 단면을 비교함으로써 이 거동을 설명한다. 이는 또한 Y 방향에서의 추력을 수반하는 접촉 영역의 약간의 측방향 이동을 초래한다. 도 6a 및 도 6b는 두 개의 사이드월의 원주방향 변형의 변화를 도시한다. 과하중 사이드월(지점 A)에서, 변화는 하중의 증가의 변화와 유사하다. 다른 사이드월(지점 B)에서, 지지되는 하중의 감소와 적합 가능한 변화가 관찰된다. 이 신호의 변화는 축(Ox) 둘레의 접촉 영역의 회전에 대응한다.

설명을 계속하기 전에, 방위각의 함수로서의 신장 신호 s(θ)는 이어서 두 개의 신호 s_p(θ) 및 s_i(θ)로 분할될 수 있고, 이들은,

이며, 여기서 s_i는 신호 s의 기수부(odd part)라 칭하고, s_p는 신호 s의 우수부(even part)라 칭한다.

마찬가지로, s¹(θ) 및 s²(θ)를 타이어의 사이드월의 각각 상의 원주방향 신장의 측정과 관련된 신호라 하고, s_p ¹, s_i ¹, s_p ², s_i ²를 방위각-관련 우수부 및 방위각-관련 기수부로의 이들의 분해능이라 한다. 이하가 정의된다.

s_p ^p는 사이드월-관련 우수 및 방위각-관련 우수부를 칭한다.

s_p ⁱ는 사이드월-관련 기수 및 방위각-관련 우수부를 칭한다.

s_i ^p는 사이드월-관련 우수 및 방위각-관련 기수부를 칭한다.

s_i ⁱ는 사이드월-관련 기수 및 방위각-관련 기수부를 칭한다.

이들의 방위에 기인하여, 힘(Fx, Fy, Fz) 및 자체 정렬 토오크(N)는 소정 대칭성을 갖고 연관된다. 특히, 이 원리는 타이어 상의 힘의 성분의 효과를 분리하는데 사용될 수 있다.

이들 관찰에 의해, 본원에 설명된 방법은 타이어의 적어도 하나의 사이드월의 원주방향 신장의 측정을 수행하는 것을 제안한다. 수학적인 연산(다양한 방위각에서 수행된 측정의 선형 또는 비선형 조합)에 의해, 이들 측정은 소정 방위각에서의 신호 s_p ¹, s_i ¹, s_p ², s_i ²의 값을 예측하고, 이에 의해 인가된 힘의 성분의 평가를 제공하는 것을 가능하게 한다.

도 6a 및 도 6b가 재차 고려될 것이다. 사이드월로부터 다른 사이드월로 이동할 때 변화가 기수이고 방위각과 관련하여 우수이면, Fx, Fz 및 N의 효과로부터 캠버의 효과를 즉시 구별하는 것이 가능하다. 도 4 및 도 6은 Fy 및 캠버의 결과가 동일하지 않으며, 따라서 Oy를 따르는 접촉 영역의 병진 운동과 Ox 둘레의 접촉 영역의 회전 사이를 구별하는 것이 가능하다는 것을 나타낸다.

타이어의 겉보기 강성은 그의 공압 거동으로부터(그의 팽창 압력으로부터) 및 그의 구조적 강성(그의 구조의 강성) 모두로부터 기원한다. 측정된 원주방향 변형 신호 자체는 또한 공압 성분 및 구조적 성분을 포함한다. 예를 들면, 2bar로 팽창되어 Z를 따라 400daN의 하중을 받은 타이어의 변형 신호는 2.5bar에서 500daN의 하중을 받은 동일한 타이어에 의해 전달되는 것과 동일하지 않으며, 타이어의 팽창 압력을 예측하는 것을 가능하게 할 수 있다.

팽창 압력이 변화되는 경우, 인가된 힘과 변형 신호를 연관시키는 관계가 양적으로 수정되지만, 이들의 본성은 변화되지 않는다. 본 방법은 따라서 먼저 단순화를 위해 팽창 압력이 일정한 것으로 고려되는 경우에 대해 설명될 것이다. 마찬가지로, 이하에는 설명을 더 명료하게 하기 위해 캠버가 일정하고 0이인 것에 대해 고려될 것이며, 단지 이 파라미터에 관한 가장 관련된 경우들만이 설명될 것이다.

본 발명은 이하의 관찰에 기초한다: 단일의 연속적인 리브를 구비한 단순화된 타이어를 고려할 것이다. 도 7 및 도 8은 이러한 타이어를 도시한다. 접촉 영역의 구역에서, 리브는 재차 지면에 대해 이를 가압하는 수직 응력을 받는다. 이는 종종 지면 상의 타이어의 푸트프린트에서의 평탄화(flattening)라 칭한다. 타이어의 슬립이 없으면, 이들이 지면과의 접촉의 푸트프린트에서 정렬되고 이어서 타이어가 회전할 때, 지점이 접촉 푸트프린트에 있을 때 규정된 직선을 포함하는 평면에 위치되도록 리브 상에 취해진 기준점으로 직선이 형성된다. 타이어가 구를 때 드리프트각이 타이어에 인가되면, 이들이 지면 상의 접촉 푸트프린트로부터 충분히 멀리 이격될 때 상기 기준점을 포함하는 평면은 이들이 지면과의 접촉의 푸트프린트에 정렬될 때 기준점을 갖는 슬립각에 대응하는 각도를 형성한다. 도 9의 실선은 드리프트를 갖지 않는 상부로부터 본 리브를 도시하고, 점선은 부여된 드리프트를 갖는 리브를 도시한다. 더 많은 접촉 영역이 가압될수록, 더 많은 리브가 전단되고 더많은 측방향 응력이 인가된다. 드리프트각이 충분하면, 이 측방향 응력이 최대 마찰 포텐셜(μ₁)보다 더 커지고 리브가 슬립을 개시하는 접촉 영역의 지점(G₁)이 존재한다. 이 상황은 도 4에 일점쇄선으로 나타낸다.

타이어에 의해 발생하는 측방향 힘(Fy₁)은 접촉 영역의 측방향 응력의 적분에 대응한다.

타이어가 최대 마찰 포텐셜(μ₂)이 μ₁보다 작은 위치에 배치되면, 타이어가 동일한 추력(Fy)을 발생시키도록 드리프트각을 증가시킬 필요가 있다. 다음, 슬립 구역은 접촉 영역의 입구에 더 근접한 지점(G₂)에서 시작한다. 도 10은 두 개의 상황이 비교되는 것을 허용한다.

이들 두 개의 구성들 사이에는, 측방향 힘이 동일하지만(곡선 아래의 동일한 면적), 힘 Fy의 작용점은 이동되어 있다. 최대 마찰 포텐셜이 감소할수록, 즉 마찰 계수가 감소될수록, 측방향 힘의 작용점이 접촉 영역의 입구를 향해 더 많이 이동한다.

하나의 결론은 동일한 측방향 힘 Fy에 대해 힘의 작용점의 이동에 기인하여 타이어의 변형이 상이하다는 것이다. 접촉 영역은 Oy를 따라 동일한 방식으로 측방향으로 병진 운동하지만, Oz 둘레로 동일한 회전을 경험하지는 않는다. 이들 변형의 차이가 최대 마찰 계수를 예측하는데 사용될 수 있다.

이제 타이어의 전체 변형 사이에 한편으로는 타이어에 인가된 전체 힘과 다른 한편으로는 최대 마찰 계수 사이의 관계가 설립된다. 그러나, 구속의 범위에 걸쳐 마찰 계수를 예측하기 위해 이용 가능한 많은 정보를 얻기 위해, μ는 μ가 이후에 예측되도록 의도되는 것에 기초하여 힘을 예측하는 중간 단계 없이 타이어에 수행되는 변형 측정에 기초하여 직접 예측된다(도 11).

특히, 최대 마찰 포텐셜을 예측하기 위해 타이어의 사이드월의 원주방향 신장의 측정을 사용하는 것이 가능하다. 실제로, 및 이미 상술한 바와 같이, 최대 마찰 포텐셜의 평가는 힘들 Fx 및 Fy의 작용점의 위치 설정을 사용한다. 구속이 충분하면(접촉 영역의 슬립 구역의 존재), 이 작용점은 마찰 포텐셜의 함수로서 접촉 영역에서 이동하여, 접촉 영역의 기하학적 위치 설정의 수정 및 따라서 원주방향 신장의 수정을 초래한다. 복수의 방위각에서의 사이드월의 원주방향 신장의 측정은 이하에 상세히 설명하는 바와 같이 적합한 신호 처리를 수행함으로써 최대 마찰 계수의 예측을 얻는 것을 가능하게 한다.

원주방향 신장을 측정하기 위한 다수의 가능한 변수들 중에서, 이하의 접근이 주목되어야 하는데:

■ 타이어의 사이드월(들) 내로 일체화된 센서(들)에 의한 사이드월의 원주방향 신장의 측정. 이러한 센서는 타이어에 의해 회전되므로, 모든 방위각을 통해 주행하고, 이를 어떠한 방식으로 위치 설정하는지가 인지되면, 이는 모든 방위각에서의 측정을 허용한다. 이 경우, 복수의 방위각에서의 원주방향 신장의 하나의 배치값을 갖기 위해, 힘에 대한 정상 상태 가정 및 휠 회전의 부분 동안의 μ가 상이한 방위각에서 동일한 센서에 의해 제공되는 값들을 사용하기 위해 사용될 수도 있고(센서의 수의 절약), 또는 응답 시간을 적절하게 하고 상이한 방위각에 배치된 복수의 센서를 타이어에 제공하는 것이 가능하다. 임의의 조합도 물론 가능하다.

■ 타이어의 외부의 센서(들)에 의한 사이드월의 원주방향 신장의 측정. 이 경우, 타이어의 외부의 센서가 사이드월을 관찰하고 원주방향 신장을 측정하는것을 가능하게 한다. 관찰될 방위각의 수에 대응하는 센서의 수가 우선적으로 필요하다.

타이어에 배치된 하나 이상의 센서가 사용되는 경우, 예를 들면 사이드월과 일체화되어 두 개의 전극 사이의 거리와 연관된 커패시턴스의 편차를 측정하는 센서를 형성하는 와이어 사이의 거리를 측정함으로써 원주방향 편차를 예측하는 것이 가능하다.

방위각(θ)은 사이드월의 원주방향 신장이 분석되는 각도로서 정의될 수 있다. 방위각의 원점은 접촉 영역의 중심으로부터 대향측에 취해진다. 따라서, 접촉 영역의 중심은 방위각 180°를 갖는다.

도 12a, 도 12b 및 도 12c는 타이어의 사이드월에 설치된 센서에 의해 얻어진 원주방향 신장 신호의 변화의 예를 제공한다. 타이어는 400daN의 하중을 지탱하고 임의의 구동 또는 제동 토오크를 받지 않는다. 도 12a는 직선(Fy=0daN)에서의 구동에 대응하고, 도 12b는 측방향 추력 Fy=80daN에 대응하고 도 12c는 120daN의 측방향 추력에 대응한다. 실선 곡선은 0.4의 마찰 계수를 갖는 지면에서 얻어진 신호를 나타내고, 점선 곡선은 1의 마찰 계수를 갖는 지면에서의 신호에 대응한다. 본 예는 원주방향 신장 신호에 대한 마찰 계수의 효과를 나타낸다.

설명을 위해, 방위각 180°를 통과하기 전후의 최소값에 대응하는 방위각에서의 신호의 값이 고려될 것이다. V1 및 V2는 이들 방위각에서의 신호의 값을 나타낼 수 있다. 상술한 바로부터, V1+V2는 주로 측방향 추력에 연관되고, 따라서 접촉 영역의 오프셋을 갖는다. V2-V1은 자체 정렬 토오크의 지시값이고 따라서 Oz둘레의 접촉 영역의 회전과 연관된다. 도 13은 측방향 추력에 대해 V1+V2의 함수로서 V2-V1을 나타내고, 하중은 400daN으로 설정되고 구동 또는 제동 토오크를 갖지 않는다. 실선 곡선은 0.4의 마찰 계수에 대응하고, 점선 곡선은 1의 최대 마찰 계수에 대응한다. 이 도면은 마찰 계수가 당해 구동 조건 하에서 V1 및 V2에 기초하여 식별된다는 것을 나타낸다.

더 일반적인 경우에, 원주방향 신장의 변화를 적절하게 기록하기 위해, 측정은 편리하게 선택된 방위각에서 수행되어야 한다. 특히, 비한정적인 예로서, 이하의 경우가 지시될 수도 있는데:

■ 양 사이드월의 3개의 방위각에서의 측정. 하나의 방위각은 접촉 영역의 입구(예를 들면 방위각 100°와 150°사이)에서 선택되고, 하나의 측정은 180°(접촉 영역의 중심)에서, 하나의 측정은 그의 방위각이 입구에서 사용된 것과 대칭인 접촉 영역의 출구에서 선택된다. 이는 원주방향 신장의 총 6개의 값을 제공하며, 이에 기초하여 최대 마찰 계수를 예측하는 것이 가능하다.

■ 단일 사이드월의 7개의 방위각에서의 측정. 최초 3개는 접촉 영역의 입구에 위치하고, 4번째는 접촉 영역의 중심에서 180°에, 마지막 3개는 접촉 영역의 중심에 대해 최초 3개에 대칭으로 선택된다.

복수의 방위각에서의 원주방향 신장 측정과 최대 마찰 계수 사이의 전달 함수를 설립하기 위해, 예를 들면 근사기(approximator)로서 사용된 은닉층을 갖는 지각형의 신경망을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 형태의 근사를 허용하는 임의의 다른 수학적 함수가 물론 사용될 수도 있다. 도 14는 최대 마찰 계수가 예측되는 것을 가능하게 하는 망 구조 중 하나를 도시한다. 신경망은 본원에서 측정 방위각의 수에 대응하는 입력의 수, S형 활성화 함수를 갖는 은닉 신경 단위의 층 및 선형 출력층으로 구성된다.

사용 중에 타이어의 압력을 측정하기 위한 다수의 시스템이 이제 이용 가능하고, 주행 중에 이를 측정하는 것을 가능하게 한다. 이러한 시스템이 이용 가능하면, 압력은 도 15에 도시된 바와 같이 전달 함수의 부가의 입력으로서 사용될 수도 있다. 물론, 다른 양들이 그의 성능을 향상시키기 위해 전달 함수의 입력에 도입될 수도 있다(예를 들면, 및 임의의 한정을 암시하지 않고, 캠버, 차량의 속도 등).

신경망이 전달 함수를 형성하기 위해 사용되는 경우를 고려할 것이다. 함수를 구성하기 위해 채택된 절차는 이하와 같다.

제1 단계는 전달 함수의 입력을 나타내는 선택된 방위각에서의 원주방향 신장의 값(또는 임의의 대표값)을 포함하고 μ를 포함하는 데이터베이스를 수집하는 단계로 구성된다. 이러한 데이터 베이스를 측정기의 보조하에(장점은 개별적인 힘들 Fx, Fy, Fz에 의해 타이어를 구속하고 마찰 계수를 변경하는 것이 가능하다는 것임) 또는 예를 들면 동력 측정 휠(힘을 측정하기 위한)을 사용하여 및 상이한 지면 상에서의 구동에 의해 차량 상에서 구성하는 것이 가능하다.

시스템의 이후의 사용이 가변 캠버 및/또는 압력의 조건 하에서 발생하는 경우, 상기 단계에서 사용된 데이터베이스가 사용의 이후의 사용 조건을 대표하는 캠버각 및 압력을 포함하는 것이 필수적이다.

제2 단계에서, 전달 함수는 이 데이터베이스의 보조하에 탐색되고, μ가 전달 함수의 출력이다. 신경망이 사용되는 경우, 이는 연습 단계이다.

제3 단계는 얻어진 전달 함수가 원하는 범위에 걸쳐 정확하게 작용하는지를 검사하는 것, 즉 보편화 가능한지를 검사하는 단계로 구성된다.

모든 경우에, 최대 마찰 계수를 예측하기 위한 제안된 방법은 힘들 Fx, Fy, 또는 이들의 조합에 의해 타이어가 구속되는 것을 요구한다. 실제로, 제시된 접근이 적용되게 하기 위해 접촉 영역에 슬립 구역이 존재하는 것이 절대적으로 필수적이다. 이 방법은 마찰 한계의 예측이 마찰 한계에 도달하기 전에 얻어질 수 있는 것을 보장한다. 그러나, 타이어가 매우 적게 구속될 때, 예측은 부정확하거나 잘못된다(접촉 영역의 슬립의 결핍). 이 이유로, 이하의 방식으로 규정되는, 사용되는 마찰 포텐셜의 비율을 고려하는 것이 제안된다.

본원에 제안된 접근은 원주방향 신장 측정에 기초하여 비율 p_μ를 직접 결정하는 단계로 구성된다. μ의 결정에 대해서, 이하의 절차가 채택될 수도 있다.

제1 단계는 전달 함수의 입력을 나타낼 수 있는 선택된 방위각에서의 원주방향 신장의 값(또는 임의의 대표값)을 포함하고 구속의 세트에 대한 p_μ(전달 함수의 출력)를 포함하는 데이터베이스를 수집하는 단계로 구성된다. 이러한 데이터 베이스를 측정기의 보조하에(장점은 개별적인 힘들 Fx, Fy, Fz에 의해 타이어를 구속하고 마찰 계수를 변경하는 것이 가능하다는 것임) 또는 예를 들면 동력 측정 휠(힘을 측정하기 위한)을 사용하여 및 상이한 지면 상에서의 구동에 의해 차량 상에서 구성하는 것이 가능하다.

제2 단계에서, 전달 함수는 이 데이터베이스의 보조하에 탐색되고, p_μ가 전달 함수의 출력이다. 신경망이 사용되는 경우, 이는 연습 단계이다.

제안된 비율은 작은 경우에도 타이어에 적용되는 구속에 무관하게 절대값으로서 정확하게 예측하는 것이 매우 용이한 이점을 갖는다. 이는 예를 들면 μ의 예측을 위해 제시된 접근을 적용함으로써 예를 들면 신경망을 사용하여 직접 얻어진다. 도 16은 최대 마찰 포텐셜 및 사용된 비율 포텐셜을 재구성하는 예를 도시한다. 구동 또는 제동 토오크(Fx와 관련된 슬립) 및 횡단방향 힘(Fy와 관련된 드리프트각)은 시간 뿐만 아니라 차량이 주행하는 지면의 함수로서 변경된다. 하중(Fz)이 부여된다. 타이어의 구속이 약 4s로 작으면(Fx 및 Fy가 동시에 작으면), 최대 마찰 포텐셜의 예측의 품질이 저하된다. 사용된 비율 포텐셜의 예측은 그로서는 매우 정확하게 유지된다.

차량 장착형 시스템(ESP 또는 ABS와 같은 시스템)에 의한 사용의 개념에서, 사용의 범위에 걸쳐 규정된 양을 이용 가능하게 하는 것이 유리하다. 예를 들면ABS 또는 ESP 시스템의 제어 기구를 개량하기 위해 사용되는 비율 마찰 포텐셜을 사용하는 것을 고려할 수 있다.

Claims

도로 상의 타이어의 접촉 영역에서의 마찰 계수(μ)를 결정하기 위한 방법으로서, 타이어의 적어도 하나의 사이드월의 원주를 따르는 상이한 방위각에 위치된 공간의 다수의 고정점(즉 차량에 관한 기준 프레임에 고정된 고정점)을 선택하고, 타이어가 도로 상에서 구를 때 이들 고정점에서의 원주방향 거리 편차(신장 또는 수축)의 대응 수의 측정을 수행하고, 그로부터 상기 마찰 계수(μ)를 추출하기 위해 측정 신호를 처리하는 단계를 포함하는 방법.
제1 항에 있어서, 상기 마찰 계수(μ)는 원주를 따르는 상이한 방위각에 위치한 공간의 5개의 고정점(즉 차량과 관련된 기준 프레임에 고정된 고정점)에서 타이어의 적어도 하나의 사이드월에서 수행된 원주방향 거리 편차(신장 또는 수축)의 적어도 5개의 측정으로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 원주방향 편차의 측정은 타이어의 사이드월에 일체화된 적어도 하나의 센서에 의해 수행되고, 상기 신호는 상기 고정점에 대응하는 복수의 방위각에서 그의 값을 얻기 위해 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 원주방향 편차의 측정은 관찰되는 방위각과 동일한 수의 센서에 의해 수행되고, 상기 센서는 타이어의 외부에 있으며 고정 공간에 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 사이드월의 각각의 3개의 방위각, 상기 접촉 영역의 입구에서 선택된 방위각, 180°및 상기 접촉 영역의 출구에서 선택된 방위각에서 측정이 수행되고, 상기 출구에서 선택된 방위각은 상기 입구에서 사용된 방위각에 대칭인 것을 특징으로 하는 방법.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 단일의 사이드월의 7개의 방위각, 상기 접촉 영역의 입구에 위치한 최초 3개의 방위각, 상기 접촉 영역의 중심에서의 180°에서의 4번째 및 상기 접촉 영역의 중심에 대해 상기 최초 3개에 대칭인 마지막 3개에서 측정이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 이하의 단계들,

선택된 방위각에서의 원주방향 편차의 값들 및 μ의 관련값들을 포함하는 데이터베이스를 수집하는 단계로서, 상기 모든 값들은 실험적으로 얻어지는 데이터 베이스 수집 단계,

상기 데이터베이스의 보조하에 전달 함수를 탐색하는 단계로서, μ가 상기 전달 함수의 출력인 전달 함수 탐색 단계에 의해 전달 함수가 측정과 최대 마찰 계수 사이에 설립되는 것을 특징으로 하는 방법.
제7 항에 있어서, 근사기(approximator)로서 사용된 은닉층을 갖는 지각형의 신경망을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원주방향 편차는 사이드월의 카카스 플라이의 트레드 사이의 거리를 측정함으로써 예측되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원주방향 편차는 두 개의 전극 사이의 거리와 연관된 커패시턴스의 편차를 측정하는 센서를 형성하는 와이어 사이의 거리를 측정함으로써 예측되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,에 의해 규정되는 사용된 비율 마찰 포텐셜은 이하의 단계:

타이어의 구속의 세트에 대해 선택된 방위각에서 원주방향 신장의 값을 포함하는 데이터베이스를 수집하는 단계,

상기 데이터베이스의 보조하에 전달 함수를 탐색하는 단계로서, p_μ가 전달 함수의 출력이며, 상기 원주방향 신장의 값이 전달 함수의 입력인 전달 함수 탐색 단계,

얻어진 전달 함수가 원하는 구속의 범위에 걸쳐 정확하게 작용하는지를 검사하는 단계를 채택함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.