KR20080083336A - 다중고조파 타이어의 균일성 보정 - Google Patents

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소시에떼 드 테크놀로지 미쉐린
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Abstract

경화 타이어의 균일 특성의 다중 고조파의 크기를 감소시키기 위한 장치 및 방법이 청구된다. 보정될 타이어의 균일 특성 크기를 표시하는 신호가 발생된다. 다중 플레이트를 수용하는 링은 신호에 의해서 표시된 위치에서 타이어의 카카스 보강 부재의 일부를 영구적으로 변형시키기 위하여 사용된다. 플레이트의 구성은 사용된 플레이트의 수와 타이어의 상하 힘 변동(RFV) 파형에 기초하여 자동으로 결정된다.
경화 타이어, 균일 특성, 고조파, 카카스 보강 부재, 링

Description

다중고조파 타이어의 균일성 보정{Multi-harmonic tire uniformity correction}
본 발명은 다중고조파 타이어의 균일성 보정에 관한 것이다.
경화 타이어의 균일 특성의 다중 고조파의 크기(magnitude)를 감소시키기 위한 장치 및 방법에서, 보정될 타이어의 균일 특성 크기를 표시하는 신호가 발생된다. 다중 플레이트를 수용하는 링은 신호에 의해서 표시된 위치에서 타이어의 카카스 보강 부재의 일부를 영구적으로 변형시키기 위하여 사용된다. 플레이트의 구성은 사용된 플레이트의 수와 타이어의 상하 힘 변동(RFV) 파형에 기초하여 자동으로 결정된다.
본 발명의 목적은 경화 타이어의 균일 특성의 크기를 감소시키기 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 보정될 타이어의 균일 특성 크기 및 각도 위치를 표시하는 신호를 발생시키는 단계와; 푸리에 분석(Fourier analysis)을 사용함으로써 상기 신호를 둘 이상의 고조파(harmonic)로 분해하는 단계; 및 신호에 의해서 표시된 위치에서 타이어의 적어도 3개의 카카스 보강 부재의 일부를 영구적으로 변형시키는 단계를 포함하고, 여기서 상하 힘 변동(RFV)의 적어도 두개의 고조파가 동시에 감소된다.
본 발명의 다른 목적은 경화 타이어의 균일 특성의 크기를 감소시키기 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 보정될 타이어의 균일 특성 크기 및 각도 위치를 표시하는 신호를 발생시키는 단계와; 푸리에 분석을 사용함으로써 상기 신호를 둘 이상의 고조파로 분해하는 단계와; 신호에 의해서 표시된 위치에서 타이어의 적어도 3개의 카카스 보강 부재의 일부를, 균일 특성 크기의 함수(function)로서 영구적으로 변형시키고, 상하 힘 변동(RFV)의 적어도 두개의 고조파가 동시에 감소되는 단계; 및 상기 위치 표시의 함수로서 사이드 월의 억제 부분의 카카스 보강 부재까지 영구적인 변형을 제한하기 위하여 타이어 사이드 월의 일부를 억제하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 경화 타이어의 균일 특성의 크기를 감소시키기 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 보정될 타이어의 균일 특성 크기 및 각도 위치를 표시하는 신호를 발생시키는 단계와; 푸리에 분석을 사용함으로써 상기 신호를 둘 이상의 고조파로 분해하는 단계와; 상하 힘 변동(RFV)의 적어도 두개의 고조파가 동시에 감소되는 신호에 의해서 표시된 위치에서 타이어의 적어도 3개의 카카스 보강 부재의 일부를, 균일 특성 크기의 함수로서 영구적으로 변형시키는 단계와; 상기 위치 표시의 함수로서 사이드 월의 억제 부분의 카카스 보강 부재까지 영구적인 변형을 제한하기 위하여 타이어 사이드 월의 일부를 억제하는 단계로서, 이 억제 단계에서는 링을 형성하기 위하여 원주방향으로 배열된 적어도 두개의 제거가능한 플레이트를 포함하고, 또한 팽창 압력을 인가하기 전에 타이어의 사이드 월을 링에 접촉시키는 단계와; 타이어의 소프트 스폿(soft spot)에 대응하는 위치에서 링의 플레이트 높이를 최소화함으로써 최소 억제부(restraint)를 제공하는 단계; 및 타이어의 하드 스폿(hard spot)에 대응하는 위치에서 링의 플레이트 높이를 최대화함으로써 최대 억제부를 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 다른 형태들은 본 발명에 연관된 기술 분야에 숙련된 기술자들이 첨부된 도면을 참조하여 기술한 하기 설명을 읽을 때 명확해질 것이다.
도 1은 타이어의 사이드 월의 억제부를 도시하는 타이어의 횡단면도.
도 2는 타이어 주위의 각도 위치의 함수로서 시험 타이어의 합성 상하 힘을 나타내는 그래프.
도 3은 시험 타이어의 상하 힘 변동(RFV)의 제 1 내지 제 3 고조파의 초기값을 나타내는 그래프.
도 4는 타이어의 균일 특성을 보정하기 위한 본 발명을 구체화하는 장치의 일부의 입면도.
도 5는 타이어가 장치에 적재된 상태에서, 타이어의 균일 특성을 보정하기 위한 본 발명을 구체화하는 장치의 입면도.
도 6은 타이어의 일부의 확대 횡단면도.
도 7은 타이어의 일부의 확대 횡단면도.
도 8은 현재의 상하 힘 변동(RFV)을 상쇄하기 위하여 타이어의 래디얼 런아 웃(radial runout)을 도입을 도시하는, 보정 전후의 타이어의 측면도.
도 9는 스무딩(smoothing) 및 여과 동작을 실행한 후의, 도 10의 파형을 나타내는 그래프.
도 10은 최적화 루틴(optimization routine)의 흐름도.
도 11은 최적 수의 플레이트를 나타내는 그래프.
본 발명에 따른 균일 특성 보정을 위한 래디얼 공압 타이어(40)가 도 1에 도시되어 있다. 타이어(40)는 종방향 회전 중심축 주위에서 회전가능하다. 타이어(40)는 실질적으로 원주방향으로 연장될 수 없는 한쌍의 비드(42)를 포함한다. 비드(42)는 중심축에 평행한 방향으로 이격되어 있다. 원주방향은 축의 중심을 갖는 원에 대해서 실질적으로 접선 방향이고 타이어의 중간 원주에 대하여 평행한 평면에 포함되는 것으로 규정된다.
카카스 플라이(44)는 각 비드(42) 사이로 연장된다. 카카스 플라이(44)는 각 비드(42) 주위로 연장되는 한쌍의 축방향 대향 단부를 구비한다. 카카스 플라이(44)는 축방향 대향 단부에서 각 비드(42)에 고정된다. 카카스 플라이(44)는 함께 꼬여진 필라멘트 또는 여러 폴리에스테르 얀과 같은 적당한 구성 및 재료로 각각 제조된 실질적으로 평행한 복수의 연장 보강 부재들을 포함한다. 카카스 플라이(44)는 단일 플라이지만, 타이어(40)의 계획적인 용도 및 부하에 대하여 임의의 적절한 수의 카카스 플라이를 포함할 수 있다는 것은 자명한 사실이다. 보강 부재는 모노필라멘트 또는 임의의 다른 적당한 구성 또는 재료일 수 있다.
도시된 타이어(40)는 벨트 패키지(belt package;46)도 역시 포함한다. 벨트 패키지(46)는 적어도 두개의 환형 벨트를 포함한다. 벨트중 하나는 다른 벨트의 반경방향 외향으로 위치한다. 각 벨트는 강 합금과 같은 적당한 재료로 제조된 실질적으로 평행하게 연장되는 복수의 보강 부재들을 포함한다. 타이어(40)는 사이드 월(64) 및 트레드(62)에 대한 고무를 포함한다. 사이드 월들은 플레이트(23) 사이에 있다. 고무는 임의의 적당한 천연 고무 또는 합성 고무 또는 그 조합물로 제조될 수 있다.
타이어에서, 균일 특성은 타이어 공장의 경화 동작 및 조립체에서 발생될 수 있다. 예를 들어, 타이어는 경화 및 냉각 이후에 상하 힘 변동(RFV), 플라이 스티어(ply steer) 및/또는 원추도(conicity)와 같은 임의의 균일 특성에 대하여 시험된다. 타이어는 균일성 시험기(도시생략)에 놓여진다. 균일성 시험기는 타이어 제조 기술에서 널리 공지되어 있다. 타이어 균일성 시험기는 미국 오하이오 아크론에 소재하는 아크론 스탠다드(Akron Standard)와 같은 공급자에게서 구매가능하다.
타이어는 차량 림을 자극하는 설치 장치의 일반 권장 압력까지 팽창한 상태에서 장착된다. 타이어는 그때 적당한 소정 래디얼 부하까지 타이어에 부하를 가하는 시험 휠에 결합된다. 시험 휠 및 타이어의 회전축 사이의 상대 거리(중심대 중심 거리)가 그때 고정된다. 시험 휠은 타이어를 회전시키기 위하여 회전한다. 시험 휠과 작동식으로 결합된 센서들은 타이어에 인가된 부하로부터 상하 힘 변동(RFV)을 감지한다. 시험에 대해서 조정될 수 있는 시험 변수들은 인가된 부하, 팽창 압력 및 타이어의 롤링 반경(rolling radius)을 포함한다. 변수들은 시험된 특정한 타이어 크기 및 타이어의 유형에 의존한다.
도 2 및 도 3에 있어서, 시험된 보정되지 않은 타이어의 초기 상하 힘 변동(RFV)은 그래프로 도시되어서 대응 출력 신호를 나타낸다. 타이어의 원주방향 위치의 함수로서 상하 힘 변동(RFV)은 도 2에 도시된 파형으로 나타나고, 상기 파형은 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 바람직한 고조파 파형으로 분해될 수 있다. 고조파 파형은 부하 타이어가 회전하는 동안 감지된 상하 힘 변동(RFV) 파형의 푸리에 분석에 의해서 컴퓨터로 결정된다. 도 3에서, 명확한 도시를 위해서, 타이어가 회전하는 동안 시험 부하에서 힘 변화를 kg으로 표시한 보정되지 않은 상하 힘 변동(RFV)의 제 1 내지 제 3 고조파가 기준 위치로부터 타이어 주위의 각도 위치의 함수로서 그래프로 나타난다. 합성 파형은 더욱 많은 수의 고조파 파형에 의해서 더욱 잘 나타난다는 것은 자명한 사실이다. 분석 및 파형은 컴퓨터에 저장되어서 특수 타이어에 참조된다.
합성 상하 힘 변동(RFV)은 통상적으로 타이어 균일성 시험기에 의해서 결정된다. 일단, 상하 힘 변동(RFV) 크기가 결정되면, 각각의 허용가능한 임계값과 비교된다. 상하 힘 변동(RFV) 크기의 절대값이 소정 최소 임계 크기값 보다 작으면, 타이어는 허용가능하고 타이어의 추가 처리 공정이 필요하지 않다. 타이어는 그때 통상적으로 소비자에게 인도된다. 타이어가 대응하는 허용가능한 최소 임계 크기값 보다 큰 상하 힘 변동(RFV)의 크기를 가진다면, 다른 비교가 시행된다. 상하 힘 변동(RFV) 크기가 비교적 큰 최대 임계 크기값 보다 크다면, 타이어는 보정될 수 없는 것으로 간주된다. 타이어가 보정될 수 없다면, 타이어는 스크래핑(scrape)된다. 타이어가 상하 힘 변동(RFV)에 대한 소정 범위의 크기 내에 있다면, 균일 특성 보정을 위해서 진행된다. 예를 들어, 상하 힘 변동(RFV) 크기가 소비자에게 인도되기 위한 허용가능한 최소 임계 크기값 보다 크지만, 스크랩핑을 위한 비교적 큰 최대 임계 크기값 보다 작다면, 타이어는 균일 보정 스테이션에서 보정될 수 있다. 타이어가 보정되고 시간 주기 동안 예를 들어 24 시간 동안 안착되게 허용된 후에는, 다시 시험될 수 있다. 이 주기는 보정 후에 타이어에서 나타나는 임의의 점탄성 완화(viscoelastic relaxation)를 고려하기에 충분한 시간이다. 보정 타이어가 최소 허용가능한 임계값 미만의 균일 특성 크기를 가진다면, 소비자에게 인도된다. 타이어가 허용가능한 균일 특성 크기를 갖지 않는다면, 스크랩핑되거나 또는 다시 보정될 수 있다. 양호하게는, 일단 허용가능한 최소 임계 크기값 미만이라면 타이어를 보정한 후에 소비자에게 인도한다.
도 4는 보정을 위해서 사용된 장치를 도시한다. 도시된 장치는 지지링(21), 여러 크기의 스페이서(22) 및 제거가능한 플레이트(23)를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 링(21)은 각각 15도의 원호 길이로 구성된 원주방향으로 배열된 플레이트(23)를 수용한다. 이것은 단지 보기로서 제시된 것이며, 원호 길이는 360도를 플레이트(23)의 수에 의해서 분할된 360도와 동일하게 하고, 플레이트(23)가 동일 원호 길이를 가지면, 임의의 수의 플레이트(23)를 사용할 수 있다. 스페이서(22)는 억제량에서 더욱 많은 가변성을 제공하기 위하여 지지링(21)과 플레이트(23) 사이에 삽입된다. 스페이서(22)에 대한 대안으로서, 플레이트(23)와 지지 링(21) 사이에 조정가능한 아암들을 사용할 수 있고, 상기 아암들은 최소 및 최대 높이 사이에서 무한 수의 위치들을 제공할 수 있다. 플레이트(23)는 제거가능하고 그 높이는 조정가능하기 때문에, 다중 고조파들은 단지 플레이트 원호 길이의 제한값에 따라서 동시에 보정될 수 있다. 타이어의 운송 방식은 수동이거나 또는 컨베이어 또는 시스템으로 자동화될 수 있다. 보정 스테이션은 단독 동작이거나 또는 조합된 시험 및 보정 동작을 위하여 타이어 균일성 시험기에 통합될 수 있다는 것은 자명한 사실이다.
보정될 타이어는 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구체화하는 보정 스테이션으로 운송된다. 하부 시뮬레이트 림 설치부(lower simulated rim mounting;142)는 주요 액추에이터(144)에 의해서 상향으로 이동한다. 하부 시뮬레이트 림 설치부(142)는 타이어(40)의 하부 비드 영역(bead area;146)과 축방향으로 결합한다. 타이어(40)는 그때 상부 비드 영역(164)에서 상부 시뮬레이트 림 설치부(162)에 대해서 가압된다. 타이어(40)는 시뮬레이트 림 설치부(142,162)에 대해서 타이어(40)의 비드 영역을 안착시키기에 충분한 압력까지 공기와 같은 유체 압력으로 팽창된다. 그때, 타이어(40)는 주위 대기압 보다 높고 대략 타이어의 권장 작동 압력의 1/10과 동일한 비교적 낮은 압력으로 수축된다. 플레이트 및 링 구성은 부호 "166"로 표시된다.
일단, 타이어(40)가 보정 스테이션(140)에 위치하면, 상기 보정 스테이션(140)과 작동식으로 결합된 프로그램가능한 제어기 및 컴퓨터는 원추도 보정(conicity correction), 상하 힘 변동(RFV) 보정 또는 양자 모두가 실행되어야 하는 지를 결정한다. 타이어 보정 스테이션(140)에서, 타이어(40)는 판독되어서 타이어(40)에 관한 정보를 제어기에서 알리는 바 코드 라벨 또는 적외선 잉크 식별부와 같은 인디케이터(indicator)를 가진다. 이러한 정보는 예를 들어, 제어기에게 송신될 시리얼 넘버와 같은 유일한 식별기 또는 기준 측정에 관한 정보(즉, 소프트 스폿 또는 하드 스폿)일 수 있다. 제어기는 그때 작동시에 컴퓨터에 저장된 분석자료 및 파형 뿐 아니라 보정될 형태 특성의 유형과 같은 시리얼 넘버와 연관된 데이터를 입력할 수 있다. 일단 제어기가 상기 정보를 알고 있다면, 보정 스테이션(140)에 위치한 타이어(40)는 보정될 수 있다.
제어기 및 제어 프로그램이 타이어(40)의 상하 힘 변동(RFV)이 보정되어야 한다고 결정하면, 제어기 및 제어 프로그램은 상하 힘 변동(RFV), 합성값(composite) 또는 고조파가 보정되어야 하는 지를 결정한다. 예를 들어, 오퍼레이터(operator) 또는 제어 프로그램이 상하 힘 변동(RFV)의 제 1 고조파가 보정되기 원하는 고조파라고 표시하면, 차후 동작에서 사용될 입력 변수를 세팅하여서 제 1 고조파를 표시한다. 다른 방안으로, 제어기는 최대 크기를 갖는 고조파와 같은 소정 변수의 함수로서 보정될 상하 힘 변동(RFV)의 고조파를 선택하도록 프로그램될 수 있다. 일단, 상하 힘 변동(RFV)의 하나 이상의 고조파가 보정되어야 한다고 결정하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 저장된 고조파 파형을 분석하거나 판독한다.
상하 힘 변동(RFV)의 제 1 고조파가 보정된다면, (이미 분석되지 않았다면) 제 1 고조파 파형의 분석이 실행된다. 다른 방안으로, 합성 고조파 파형 뿐 아니라 임의의 수의 고조파가 동시에 분석될 수 있다. 이 시점에서 분석이 이미 실행 되어서 사용하기 위하여 저장될 수 있다. 이러한 분석을 더욱 잘 이해하기 위하여, 분석에 대해서 하기에 상세하게 기술된다. 분석은 도 3을 참조할 때 더욱 잘 이해할 수 있다. 도 3에서, 시험된 보정되지 않은 타이어(40)에 대한 초기의 제 1 고조파 파형 신호가 도시된다. 제 1 고조파의 보정을 개시하기 위해서는 단지 두개의 상하 힘 변동(RFV) 입력 변수만이 필요하다. 기준 위치로부터의 크기(238) 및 위치(236)는 상기 변수들을 제공한다. 크기는 소프트 스폿(최소값)(232) 크기와 하드 스폿(최대값)(234) 크기 사이의 차이이다. 위치는 기준에서 소프트 스폿(232)의 각도 위치(236)이다.
상기 피크 대 피크 크기(238)는 대략 8.72kg의 상하 힘 변동(RFV)의 제 1 고조파로서 그래프로 나타난다. 상기 값이 각 소정의 최소 임계 크기값 보다 작다면, 타이어는 허용가능하고 소비자에게 인도된다. 크기가 비교적 큰 최대 임계 크기값 보다 크다면, 타이어는 스크랩핑된다. 8.72kg의 대략 피크 대 피크 크기(238)의 상하 힘 변동(RFV)의 제 1 고조파는 예를 들어 6kg 내지 10kg의 피크 대 피크 크기의 소정 범위 내에 있는 것이 명백하다면, 타이어는 보정하기에 적합하다.
균일 특성의 보정은 적어도 하나의, 양호하게는 많은 카카스 보강 부재들을 영구적으로 변형시킴으로써 달성될 수 있다. 스트래칭(stretching) 동작은 양호하게는 소정 시간 동안 비교적 큰 팽창 압력을 타이어의 내부에 인가함으로써 시행된다. 보정 동작을 위한 제어 변수들을 결정하기 위하여 양호하게는 입력 변수들이 사용된다. 제어 변수들은 보정 동작이 개시되기 전에 제어기에 제어 변수가 알려 진다. 크기의 입력 변수는 타이어에 인가된 압력 및 시간과 같은 제어 변수의 결정에 영향을 미친다. 소프트 스폿의 위치(236)(도 3)의 입력 변수는 보정 스테이션에서 타이어의 배치에 영향을 미친다. 제어 변수에 영향을 미치는 다른 입력 변수들은 카카스 보강 부재의 재료의 특성 및 유형을 포함한다. 특성의 보기는 카카스 보강 부재에 사용된 필라멘트의 수, 피치 및 직경을 포함한다. 나일론 및 폴리에스테르와 같은 카카스 보강 부재의 재료는 본 발명에 의해서 보정에 즉시 적용될 수 있다. 강철, 케블러(kevlar) 및 레이온(rayon)과 같은 재료들은 쉽게 영구적으로 신장되지 않으며 높은 압력 또는 긴 유지 시간을 필요로 할 수 있다.
타이어가 적절하게 위치하여 팽창을 개시한 상태에서, 양 림 설치부가 비드 영역과 축방향으로 결합하도록, 보정 스테이션(140)이 그때 추가로 작동된다. 보정 스테이션(140)은 타이어의 적어도 하나의 대응 사이드 월과 결합하는 다중 플레이트들을 포함한다. 타이어의 사이드 월 또는 사이드 월들과 결합한 플레이트의 수는 제어 변수로서 결정된다.
상하 힘 변동(RFV)의 보정은 타이어 주위의 보정 분배를 제어하기 위하여 사이드 월의 일부를 억제하면서, 입력 변수의 함수로서 타이어의 권장 작동 압력 이상의 압력으로 타이어를 팽창시키는 단계를 포함한다. 타이어 주위의 다른 위치에서 카카스 보강 부재의 일부를 스트래칭하고 영구적으로 늘이는 동작은 타이어의 균일 특성을 보정할 수 있다. 영구적 변형 또는 신장은 카카스 보강 부재를 그 탄성 한계값을 초과하여 스트래칭하고 소정 시간 동안 붙잡음으로써 달성된다. 늘어난 양의 분배는 타이어의 원주 주위에서 변화되는 양 만큼 타이어의 사이드 월을 억제함으로써 달성된다. 상기 변화하는 원주방향 스트래칭은 보정되는 균일 특성 및 기타 변수의 함수이다.
도 6은 사이드 월 상의 플레이트 억제의 결과를 도시한다. 보정 기계의 다중 플레이트들은 각 사이드 월에서 카카스 보강 부재(306)의 일부에 다른 곡률 반경을 부여하기 위하여 다른 축방향 변위를 갖는 사이드 월들과 결합한다. 사이드 월 변위에 대응하는 타이어(40)의 최대 억제부의 곡률 반경 R2는 타이어의 최소 억제부의 곡률 반경 R1 보다 크게 작다. 다른 곡률 반경들은 각각의 카카스 보강 부재들에서 다른 인장값들을 제공한다. 사이드 월의 구부러지지 않은 부분은 부호 "182"로 표시된다.
상하 힘 변동(RFV) 보정에 대해서 적용될 최대 억제량은 도 3의 신호에 의해서 표시된 제 1 고조파 소프트 스폿(232)의 위치에서 180도 이격된 위치(180)의 타이어에 있는 제 1 고조파 하드 스폿(234)에 있다. 최대 억제량은 타이어의 중간 원주에 대한 최대 축방향 변위의 위치에 발생한다. 최소 억제량은 제어기 및 보정 스테이션(140)에 알려지고 신호에 의해서 표시된 제 1 고조파 소프트 스폿(232)의 위치에 있는 타이어의 사이드 월에 적용된다. 최소 억제량은 타이어의 중간 원주에 대한 최소 축방향 변위의 위치에 발생한다. 타이어에 대한 추가 보정은 최소 억제량의 위치에서 발생하고 비교적 작은 보정이 최대 억제량의 위치에서 발생한다.
도 7은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 보정된 하나의 카카스 보강 부재(306)를 개략적으로 도시한다. 카카스 보강 부재(306)의 일부(182)는 억제 이전 에 점선으로 도 7에 도시된다. 카카스 보강 부재(306)의 상기 부분(182)은 카카스 보강 부재의 부하가 타이어의 벨트 패키지(46)에 전달된 상단부 지점(304)을 가진다. 카카스 보강 부재(306)의 상기 부분(182)은 카카스 보강 부재의 부하가 타이어의 비드에 전달되는 비드(42)의 영역의 하단부 지점(308)을 가진다. 카카스 보강 부재(306)의 일부(182)의 편향 부분(312)은 실선으로 도 8에 도시된다. 편향의 관점에서 상술한 최대 억제량에 대응하는 편향 거리(310)가 도 8에 도시된다.
카카스 보강 부재(306)의 편향 부분(312)에서, 카카스 보강 부재의 억제되지 않은 곡률 반경 R1 또는 원점이 변화되고 지금은 두 위치의 비교적 작은 곡률 반경 R2가 된다는 것은 자명한 사실이다. 타이어의 내부가 100psi 또는 7 바아와 같은 동일한 비교적 큰 팽창 압력의 영향을 받을 때, 부분(312)의 작은 반경 R2은 물리적으로, 비교적 큰 곡률 반경 R1을 갖는 카카스 보강 부재(306)의 억제되지 않은 부분(182)과 동일한 양 만큼 영구적으로 신장된다. 카카스 보강 부재(306)의 인장력과 카카스 보강 부재(306)의 곡률 반경 및 타이어의 팽창 압력 사이의 관계는 공식 T = R * P로 표현되며, 여기서 T는 카카스 보강 부재(306)의 일부(182)의 인장력이고, R은 카카스 보강 부재(306)의 부분(182 또는 312)의 곡률 반경이고 P는 카카스 보강 부재(306)의 일부의 타이어 인장 상태의 내부 팽창 압력이다. 따라서, 일정한 팽창 압력 P에 대해서, 카카스 보강 부재(306)의 일부(182)의 큰 곡률 반경 R은 카카스 보강 부재의 상기 부분에 작용하는 비교적 큰 장력 T이 발생되게 한다. 따라서, 카카스 보강 부재(306)의 일부(182)의 장력이 클 수록, 일반적으로 영구적인 신장이 발생되는 재료의 탄성 한계값 이상의 비교적 큰 신장이 발생된다. 부 분(182)의 곡률 반경 R1은 평면형 링 억제 디바이스를 갖는 타이어 주위의 최소 억제의 위치에 발생한다.
제어기 및 제어 프로그램은 제어 변수로서 타이어의 임의의 고조파 소프트 스폿(232)의 위치에 필요한 변위 또는 억제량을 결정한다. 제어 변수들은 양호하게는 기타 입력 변수와 타이어(40)에 적용될 보정 크기(238)의 함수로서 조사 표에 의해서 결정된다. 조사 표는 이전에 보정된 타이어의 이력을 반영하기 위하여 항상 갱신된다. 억제량은 타이어(40)의 사이드 월에 적용된 축방향의 내향 편향량으로 규정된다. H1의 보기를 들면, 하드 스폿의 원하는 최대 편향량은 작동시 제어기 및 제어 프로그램에 의해서 결정된 15 mm가 될 수 있다. 타이어의 사이드 월은 축방향의 내향으로 15mm 편향된다. 이것은 수동으로 또는 제어기 및 제어 프로그램 방향으로 행해질 수 있으며 15mm의 편향량을 표시하기 위하여 디지털 출력 디스플레이에 의해서 검증된다. 최소 억제량이 최대 편향량으로부터 180도의 위치의 사이드 월에 적용된다. 예를 들어, 최소 억제량은 디지털 출력 디스플레이에서 검증된 0 내지 15mm 편향일 수 있거나 또는 0 내지 10mm 사이일 수 있다.
최대 편향량은 축방향으로 15mm일 수 있다. 이것은 타이어의 각 사이드 월이 3 내지 5psi와 같은 비교적 낮은 초기 팽창 압력에 대해서 축방향의 내향으로 편향된다. 최소 억제량은 제 1 고조파의 소프트 스폿(232)(도 3)의 위치(236)에서 사이드 월의 15mm의 축방향 편향량일 수 있다. 타이어의 팽창 압력은 그때 타이어의 권장 작동 압력 이상의 소정 압력, 예를 들어 100 psi 또는 7 바아로 크게 상승하여서 소정 유지 시간 동안 유지된다. 최소 소정 압력은 양호하게는 타이어의 작 동 압력의 2 배 내지 3배이다. 소정 유지 시간은 예를 들어, 10초일 수 있지만 경화 사이클 주기 보다 상당히 짧다. 최소 소정의 유지 시간은 양호하게는 적어도 1초이다. 편향량에 대한 입력 변수, 팽창 압력 및 유지 시간은 타이어의 계획된 적용용도 및 타이어의 특성, 크기 및 필요한 균일 특성 보정의 크기 함수로서 제어기 및 제어 프로그램에 의해서 선택되어서 변화될 수 있다.
상기 비교적 큰 소정 압력은 타이어의 카카스 보강 부재(306)가 상승한 내부 압력에 반응하게 하고 결과적으로 늘어나는 각각의 카카스 보강 부재의 인장력을 증가시킨다. 이와 같이 증가된 인장력 및 신장은 카카스 보강 부재(306)의 탄성 한계값 이상의 비교적 짧은 시간 주기 동안 유지될 때, 카카스 보강 부재(306)를 스트래칭시킴으로써 결과적으로 영구 변형된다. 소프트 스폿에서 최소 억제량을 갖거나 또는 갖지 않는 카카스 보강 부재(306)는 최대의 양 만큼 영구적으로 변형된다. 소프트 스폿으로부터 180도 만큼 하드 스폿을 향하여 양쪽 원주방향으로 영구 변형이 점진적으로 적게 발생한다. 하드 스폿(234)의 최대 억제 위치에서 최소 변형량이 발생한다. 각각의 카카스 보강 부재(306)가 그 사전스트래칭 길이에 대해서 영구적으로 길어질 수록, 그 영구적인 신장으로 인하여 상하 힘 변동(RFV)의 관점에서 "더욱 단단해진다".
타이어의 상하 힘 변동(RFV)의 제 1 고조파가 본 발명에 따라 보정되었을 때, 실제로 발생하는 다른 물리적 변화가 도 8에 도시된다. 타이어의 반경방향 런아웃(runout)이 상하 힘 변동(RFV)에 영향을 미친다는 것이 공지되어 있다. 이러한 반경방향 런아웃은 타이어의 점선의 외주(32)로서 도 9에서는 과장되었다. 비 드(42)에 의해서 설정된 타이어의 회전 중심(320)에 대한 타이어의 우측 반경 RR1은 좌측 반경 RR2 보다 상대적으로 작다. 우측으로 가장 먼 위치의 타이어 부분은 상하 힘 변동(RFV)의 제 1 고조파에 자체적으로 부여되는 타이어의 소프트 스폿(232)의 위치(236)인 것으로 사료된다.
본 발명에 따른 보정 동안, 반경 RR1은 소프트 스폿(232) 부근의 카카스 보강 부재의 비교적 큰 신장으로 인하여 타이어의 외주(322)의 최우측 부분(326)에 대해서 반경 RR3로 증가한다. 반경 RR2은 반경 RR4로 감소된다. 벨트 패키지(46)는 비교적 연장가능하지 않아서 타이어의 외주가 증가하지 않는다. 그러나, 타이어의 외주 또는 전체 트래드의 위치는 도 8에서 볼 때 우측으로 이동한다. 이러한 반경방향의 런아웃 보정은 현재 비교적 균일한 반경 RR3, RR4이 보정된 타이어에 대한 회전 중심(320)에 대해서 새로운 원주(324)(실선)를 설정할 수 있게 한다. 보정 동안 실제로 발생한 것은 반경방향의 런아웃을 타이어에 도입함으로써 보정되는 것이다. 이와 같이 도입된 반경방향의 런아웃은 상하 힘 변동(RFV)을 발생시키는 타이어의 속성(attribute)과는 무관하게 상하 힘 변동(RFV)의 제 1 고조파를 오프셋시킨다. 보정된 반경 RR3, RR4은 정확하게 동일할 필요는 없지만, 타이어의 회전 동안 그에 따른 상하 힘 변동(RFV)(합성 또는 임의의 고조파)는 감소된다.
보정될 상하 힘 변동(RFV)의 제 2, 제 3, 제 4 이상의 고조파에 대해서, 최소 억제부의 위치 및 수는 차후 팽창 및 보정 동작 동안 타이어(40)의 사이드 월에서 변화되어야 한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 파형에 기초하여 보정될 상하 힘 변동(RFV)의 제 2 고조파에 대해서, 최소 억제량은 제 1 고조파의 소프트 스 폿(232)의 함수로서 위치(236)로부터 제 2 고조파의 소프트 스폿(233)의 두개의 다른 위치(237)에 있다. 통상적으로, 제어기에 의해서 발생된 신호에 의해서 표시된 위치에서의 크기 함수로서, 최대 억제량은 제 1 고조파 보다 제 2 고조파에 대해서 작다. 제 2 고조파의 피크 대 피크 크기의 함수로서 제어기 및 제어 프로그램에서 최대 억제량이 유지될 수 있다. 상하 힘 변동(RFV)의 고차 고조파는 제 1 및 제 2 고조파에 대해서 기술된 것과 유사한 방식으로 보정된다.
개별 고조파 이외에, 플레이트 높이는 조정될 수 있기 때문에, 다중 고조파들은 동시에 보정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 고조파의 소프트 스폿에서, 최소 억제량이 적용되고 제 1 고조파의 하드 스폿에서 최대 억제량이 적용된다. 동시에, 한쌍의 최소 억제량이 제 2 고조파 스폿에 적용되고 한쌍의 최대 억제량이 제 2 고조파 하드 스폿에 적용된다. 위에 지시한 바와 같이, 일반적으로 최대 억제량은 제 1 고조파 보다 제 2 고조파에서 작다. 이와 같은 동일한 접근 방안이 사용된 플레이트들의 수(와 그에 따른 플레이트의 원호 길이)의 억제에만 영향을 받는 임의의 수의 고조파에 적용될 수 있다.
다른 보정 선택사항은 합성 상하 힘 변동(RFV) 보정의 선택사항이다. 도 2 및 도 3에 도시된 파형에서, 각 소프트 스폿(212,232)의 위치(216,236)는 서로에 대해서 오프셋될 수 있다. 이것은 푸리어 분석이 예를 들어, 180도 이격된 제 1 고조파 파형의 소프트 스폿 및 하드 스폿의 위치를 규정하기 때문에, 초래된다. 다른 고조파 파형의 각각 인접한 소프트 스폿 및 하드 스폿의 유사한 이격(spacing)이 발생한다. 합성 파형의 소프트 스폿(212)이 반드시 하드 스폿(214) 으로부터 180도 이격될 필요는 없지만 시험하는 동안 감지된 바와 같이 발생한다는 것은 명백하다.
타이어가 다중 고조파들에 대해서 동시에 보정될 수 있다는 것을 설정한 후에, 다른 문제점은 시스템을 어떻게 가장 효율적으로 실행하는 가이다. 먼저, 보정에 사용된 플레이트 구성은 각각의 타이어의 상하 힘 변동(RFV) 파형의 시각 검사에 의해서 세팅되었다. 이것은 상하 힘 변동(RFV)을 개선시키지만, 자동화된 접근 방안은 시간 및 비용을 감소시키고 더욱 양호한 결과를 제공한다는 것이 명백해진다. 이 접근 방안은 최대 보정을 위한 플레이트 높이를 자동으로 결정한다. 이 과제를 수행하기 위하여, 주어진 플레이트 구성으로부터 보정 파형을 예정할 수 있는 제 1 보정 모델이 생성된다. 그 다음 사용된 플레이트들의 수와 타이어의 상하 힘 변동(RFV)에 기초하여 최상의 플레이트 구성을 결정하기 위하여 최적의 방법이 생성된다.
보정 모델에 대한 입력 변수는 플레이트 구성 및 고조파의 수이다. 보정 모델의 출력은 제공된 입력에 대한 예측한 보정 파형이다. 보정 파형을 예측하기 위하여, 플레이트 높이의 하강 거리의 함수로서 코드 스트래칭의 양이 결정되어야 한다. 이 값은 주어진 크기를 사용하여 실험 설계에서 계산되었고 플레이트 하강 거리의 양은 mm로, 보정량은 kg로 제공된다. 초기 파형은 각 플레이트의 높이 및 폭에 기초한 사각파(square wave)이다. 파형은 그때 각 코드의 스트래칭의 최대량을 수용하도록 여과된다; 그러나, 본질적으로 사각파이다. 타이어의 사이드 월은 사각파에 순응할 수 없기 때문에, 매끄럽게 되어야 한다. 파형은 그때 요구된 수의 고조파를 사용하여 임의의 예리한 피크를 제거하도록 여과된다. 도 9은 여과 및 스무딩(smoothing) 동작 이후의 파형을 도시한다.
다음, 주어진 타이어 파형에 대해서 최상의 플레이트 형태를 제조하기 위하여 최적화 루틴이 계발되었다. 루틴은 플레이트 높이가 명시된 상부 경계 및 하부 경계의 범위 내에서 변화될 수 있게 한다. 입력 변수는 플레이트의 수이지만, 최소 출력은 보정된 타이어의 상하 힘 변동(RFV)이다. 작동을 위한 플로차트가 도 10에 도시된다. 기준 I는 초기에 보정되지 않은 파형의 타이어를 도시한다. 플레이트 구성에서의 초기 추측 파형은 Ⅱ으로 도시된다. 최소화 루틴을 통해서 진행한 후에, 보정 파형은 Ⅲ으로 도시된 보정 모델에서 발생된다. 그에 따른 보정 타이어 파형은 Ⅳ으로 도시된다. 최소의 상하 힘 변동(RFV)에 도달하면, 공정 결말 및 출력 플레이트 구성은 V로 도시된다. 최소의 상하 힘 변동(RFV)에 도달하지 않는다면, 공정은 되돌아간다(loop back).
사용할 최적 수의 플레이트를 결정하기 위하여, 5 내지 25 플레이트를 사용하여 시뮬레이션을 실행하였다. 그 결과의 그래프가 도 11에 도시되어 있다. 그래프에서, 18개 플레이트 부근의 곡선이 점근적으로 고르게 된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 18 내지 24개의 플레이트 정도가 이상적이라는 것을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 경화 타이어의 균일 특성의 크기를 감소시키기 위한 방법으로서,
    보정될 타이어의 균일 특성 크기 및 각도 위치를 표시하는 신호를 발생시키는 단계와;
    푸리에 분석을 사용함으로써 상기 신호를 둘 이상의 고조파(harmonic)로 분해하는 단계; 및
    신호에 의해서 표시된 위치에서 타이어의 적어도 3개의 카카스 보강 부재의 일부를 균일 특성 크기의 함수(function)로서 영구적으로 변형시키는 단계를 포함하고,
    상하 힘 변동(RFV)의 적어도 두개의 고조파가 동시에 감소되는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 균일 특성은 상하 힘 변동(RFV)이고 신호에 의해서 표시된 위치는 타이어 상의 소프트 스폿 위치와 대응하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 영구적으로 변형시키는 단계는 타이어를 타이어의 권장 작동 압력 보다 높은 압력까지 팽창시키는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 위치 표시의 함수으로서 사이드 월의 억제 부분의 카카스 보강 부재까지 영구적인 변형을 제한하기 위하여 타이어 사이드 월의 일부를 억제하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    합성 상하 힘 변동(RFV)이 감소되는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 억제 단계는 링을 형성하기 위하여 원주방향으로 배열된 적어도 두개의 제거가능한 플레이트를 포함하고 그리고
    상기 팽창 압력을 인가하기 전에 타이어의 사이드 월을 링에 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 단계와;
    타이어의 소프트 스폿(soft spot)에 대응하는 위치에서 링의 플레이트 높이를 최소화함으로써 최소 억제부를 제공하는 단계; 및
    타이어의 하드 스폿(hard spot)에 대응하는 위치에서 링의 플레이트 높이를 최대화함으로써 최대 억제부를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플레이트 높이는 균일성 보정을 최대화하기 위하여 자동으로 결정될 수 있는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    최대 억제부, 최소 억제부 및 적어도 하나의 중간 억제부를 허용하기 위하여, 상기 플레이트의 높이를 제어하기 위한 수단이 제공되는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 플레이트의 높이를 제어하기 위한 수단은 최소 억제부 및 최대 억제부 사이의 높이를 연속적으로 선택하기 위하여 제공될 수 있는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 상하 힘 변동(RFV)의 제 1 고조파가 보정되는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 상하 힘 변동(RFV)의 제 2 고조파가 보정되는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 상하 힘 변동(RFV)의 제 3 고조파가 보정되는 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 상하 힘 변동(RFV)의 제 4 고조파가 보정되는 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 상하 힘 변동(RFV)의 제 5 고조파가 보정되는 방법.
  15. 카카스 보강 부재를 수용하는 경화 타이어의 상하 힘 변동(RFV)의 크기를 감소시키기 위한 장치로서,
    링을 형성하기 위하여 원주방향으로 배열되고 균일 특성의 크기 함수로서 영구적으로 변형되는 적어도 두개의 제거가능한 플레이트와,
    보정될 타이어의 상하 힘 변동(RFV)의 크기 및 각도 위치를 표시하는 신호에 의해서 표시된 위치에서 타이어의 적어도 3개의 카카스 보강 부재의 일부를 포함하고,
    상하 힘 변동(RFV)의 적어도 두개의 고조파가 동시에 감소되고, 상기 플레이트 높이를 제어하기 위한 수단이 최소 억제부 및 최대 억제부 사이의 높이들의 연속적인 선택을 위하여 제공될 수 있는 장치.
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