KR20090086543A - 리브에 의해 가변 러그수를 갖는 타이어 트레드 패턴용의 기본 피치를 설계하는 방법 - Google Patents

리브에 의해 가변 러그수를 갖는 타이어 트레드 패턴용의 기본 피치를 설계하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 리브 상에 증가된 수의 러그와 감소된 수의 러그를 가지면서 또한 바람직한 타이어 소음 성능을 갖는, 타이어 성능을 균형 잡는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 타이어 설계자가 바람직하지 않은 타이어 소음을 최소화하면서 많은 피치 수와 적은 피치 수 패턴의 장점을 취할 수 있도록 한다. 이러한 방법은 타이어의 트레드 패턴의 설계와 타이어 트레드 패턴의 기본 피치 설계를 수반한다. 본 발명은 또한 기본 피치 및 트레드 패턴을 포함하는 타이어를 제공한다.
리브, 피치, 주연부 리브 그룹, 타이어 트레드 패턴

Description

리브에 의해 가변 러그수를 갖는 타이어 트레드 패턴용의 기본 피치를 설계하는 방법{METHOD FOR DESIGNING THE FUNDAMENTAL PITCH FOR A TIRE TREAD PATTERN WITH VARIABLE LUG COUNT BY RIB}
본 출원은, 2006년 10월 17일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 60/852,220호의 우선권을 주장하고, 그 기재 내용은 참조로서 본원에 포함되어 있다.
본 발명은, 일반적으로 피치 시퀀스에 기인하는 타이어 소음을 개선하기 위한 타이어 트레드 패턴을 설계하는 방법과 타이어에 관한 것이다. 보다 상세히, 본 발명은 서로 다른 리브 그룹에 서로 다른 러그 수를 구비한 다중 리브 그룹을 갖는 트레드 패턴의 기본 피치를 설계하는 방법과 타이어 트레드 패턴에 관한 것이다.
이러한 설계의 일 양태는 바람직하지 않은 소음을 최소화하는 것을 포함한다. 타이어 소음은 트레드 패턴의 러그가 노면과 접촉할 때에 발생된다. 변화가 없는 트레드 패턴 또는 단일 피치 트레드 패턴은 바람직하지 않은 음색 또는 단일 피치 사운드를 생성한다. 설계자는 단일 피치 사운드를 방지하기 위해 트레드 패턴을 변화시킨다. 트레드 패턴은 통상적으로 타이어의 주연부를 따라 트레드 피치의 크기를 변경함으로써 변화된다. 피치 시퀀스를 생성하기 위한 트레드 피치의 크기의 변경은 소음 스펙트럼의 주파수 도메인을 넓게 함으로써 단일 피치 타이어 노이즈를 감소시키지만 시간 도메인의 바람직하지 않은 소음이 여전히 생성될 수 있다. 타이어 트레드 설계자는 바람직한 성능 특성을 갖는 동시에 또한 바람직하지 않은 소음을 최소화하는 타이어를 제공하는 피치 시퀀스를 원한다.
트레드 패턴은 통상적으로 트레드 피치의 상이한 변화에 의해 발생되는 타이어 소음을 비교함으로써 분석된다. 공지된 분석 기술은 타이어 설계자가 만족스러운 타이어 소음을 발생시키는 트레드 설계의 피치 시퀀스를 선택하도록 한다. 하나의 이러한 기술은 불쾌한 것으로 알려진 주파수의 집중을 인식하기 위해 피치 시퀀스의 푸리에 스펙트럼(fourier spectrum)을 사용한다. 미국 특허 제 6,112,167호에 개시된 다른 기술은 타이어의 주연부 둘레의 피치 시퀀스의 부분을 분석한다.
타이어 트레드 설계자가 대면하는 문제점은 다목적 타이어의 비대칭 트레드 설계의 인기가 증가한다는 점이다. 비대칭 타이어는 타이어의 일측이 건조 노면 견인력(dry traction)과 장기간의 마모에 최적화되고, 타이어의 다른측이 젖은 노면 견인력(wet traction)과 물 배출(water dispersal)에 최적화되도록 설계될 수 있다. 비대칭 트레드 패턴은 통상적으로 타이어의 상이한 측에 상이한 트레드 패턴을 갖고, 따라서 타이어의 상이한 주연부 리브에 상이한 수의 러그를 가질 수 있다. 하나의 리브 그룹용의 바람직한 타이어 소음을 제공하는 기본 피치는 다른 리브 그룹으로부터 바람직하지 않은 소음을 발생시킬 수 있다. 설계 방법은 비대칭 타이어 내에 합체된 상이한 피치 시퀀스를 분석하기 위한 메커니즘을 제공하지 못한다. 따라서 타이어 설계자는 상이한 피치 시퀀스를 갖는 다중 리브를 구비한 트레드 패턴 에 사용하기 위한 타이어 설계 및 개선된 분석을 원한다. 타이어 사용자는 피치 시퀀스에 기인한 바람직하지 않은 타이어 소음이 최소화되면서 리브 당 상이한 수의 러그를 갖는 다중 리브 타이어를 원한다.
이러한 문제는 비대칭 타이어 트레드 패턴에 제한되지 않는다. 종래, 대칭 타이어 트레드 패턴에서, 설계자는 각각의 주연부 리브 또는 리브 그룹에서 동일한 수의 러그를 갖거나, 임의의 주어진 리브 또는 리브 그룹에서 러그가 하위 분할되는 설계의 선택사항을 갖는다. 첫 번째 경우에서, 모든 주연부 리브의 러그의 수의 비는 1:1이다. 두 번째 경우에서, 비는 1:2이고, 하나 이상의 주연부 리브에서 100% 증가한다. 우수하고 열악한 기후 조건용으로 타이어 성능을 조정하기 위해, 타이어 설계자는 성능이 균형잡히도록 견부에 대해 패턴의 중심부에서 러그의 수를 약간 다르게 하는 유연성이 요구된다. 예를 들어, 설계자는 견부 러그로서 우수한 기후 성능을 유지하면서, 보다 우수한 거친 기후에서의 성능을 제공하도록 견부보다 중심부에서 러그를 25% 많이 갖도록 원할 것이다. 따라서, 설계자는 하나의 리브 또는 리브 그룹의, 이와 다른 리브 또는 리브 그룹에 대한 러그 수의 1:1.25 또는 4:5의 비를 원할 것이다. 따라서 이러한 바이어스 비는 견부 바이어스 대 중심에 따라 적도 대칭(equatorially symmetric)일 수 있고, 외측 바이어스에 대해 내측에 따라 적도 비대칭일 수 있다. 두 개 이상의 주연부 리브 또는 리브 그룹이 있으면, 설계자는 또한 각각 다른 바이어스를 갖기를 원할 것이고, 타이어 트레드 패턴 설계를 조정할 것이다.
일 구성에서, 본 발명은, 리브 상에서 증가된 수의 러그와 감소된 수의 러그를 모두 가지면서, 바람직한 타이어 소음 성능도 갖는, 타이어 성능의 균형을 맞추는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 타이어 설계자가 바람직하지 않은 타이어 소음을 최소화하면서, 높고 낮은 피치 수 패턴의 장점을 취할 수 있도록 한다. 본 방법은, 타이어용의 트레드 패턴의 설계와 타이어 트레드 패턴의 기본 피치의 설계를 포함한다. 본 발명은 또한 기본 피치와 트레드 패턴을 합체한 타이어를 제공한다.
일 구성에서, 본 발명은 각각의 리브 그룹에서 서로 다른 수의 피치를 갖는 적어도 두 개의 주연부 리브 그룹을 갖는 타이어 트레드 패턴용 기본 피치를 설계하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은, (a) 이동 방향으로 x>1인 x개의 트레드 러그의 리브를 갖는 타이어 트레드 패턴을 제공하는 단계와; (b) n>1인 n개의 리브의 리브 그룹으로 트레드 러그의 리브를 그룹화하는 단계와; (c) si가 i번째 리브에서 트레드 러그의 수인 각 리브 그룹에서 트레드 러그의 수 s를 si<si+1이고 i는 1부터 n-1까지 선형 증가하도록 한정하는 단계와; (d) s1 내지 sn의 유일한 최소 공배수(common multiple)가 1이 되도록 s를 한정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 구성은, 각 리브 그룹에서 서로 다른 수의 피치를 구비한 적어도 두 개의 주연부 리브 그룹을 갖는 복수의 기본 피치를 사용해서 공압식 타이어 트레드 패턴을 설계하는 방법을 제공하고, 본 방법은, (a) 이동 방향으로 x>1인 x개의 트레드 러그의 리브를 갖는 타이어 트레드 패턴 타입을 선택하는 단계와, (b) n>1인 n개의 리브의 리브 그룹으로 트레드 러그의 리브를 그룹화하는 단계와, (c) si가 i번째 리브에서 트레드 러그의 수인 각 리브 그룹에서 트레드 러그의 수 s를 si<si+1이고 i는 1부터 n-1까지 선형 증가하도록 한정하는 단계와, (d) s1 내지 sn의 유일한 최소 공배수(common multiple)가 1이 되도록 s를 한정하고, 임의의 리브 그룹의 트레드 러그의 최소수가 k*s1>39이고 임의의 리브의 트레드 러그의 최대수가 k*sn<81이 되도록 k 기본 피치를 선택하는 단계에 의해, 처리 패턴용 기본 피치를 개발하는 단계들을 포함한다.
본 발명의 다른 구성은, 트레드 러그의 적어도 두 개의 주연부 리브를 갖는 타이어 트레드 패턴을 설계하는 방법을 제공하고, 이 방법은, 타이어의 주연부 방향으로 배치된 트레드 러그의 복수의 리브 그룹을 갖는 기본 피치를 구비한 트레드 패턴용 기본 피치를 선택하고, 러그의 최대수 sn을 갖는 하나의 리브 그룹과 러그의 최소수 s1을 갖는 다른 리브 그룹을 갖고, 러그의 최소수에 대한 러그의 최대수의 비가 1.0 초과 2.0 미만이고 1.5가 아닌 단계와; 기본 피치의 임의의 리브 그룹에서 러그의 최대수와 기본 피치의 선택된 수를 곱한 값은 80 이하이고, 기본 피치의 임의의 리브 그룹에서 러그의 최소수와 기본 피치의 선택된 수를 곱한 값은 40 이상인 트레드 패턴용 기본 피치의 수 k를 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는, 타이어에 대한 기본 피치의 길이를 변화시켜 트레드 패턴에서 타이어 소음 피치 시퀀스를 형성하도록 하는 것이다. 타이어 소음 시퀀스는, 기본 피치를 m개의 서브 피치로 나누고, 타이어 소음 피치 시퀀스를 형성하도록 타이어의 주연부에 대해 서브 피치의 물리적인 길이를 변화시켜서 형성될 수 있다.
본 발명은 또한 트레드 패턴을 한정하는 본체를 갖는 타이어를 제공하는데, 상기 트레드 패턴은 복수의 주연부 리브 그룹을 갖고, 각각의 리브 그룹은 기본 피치의 동일한 수 k를 가지며, 각각의 리브 그룹은 트레드 러그의 서로 다른 수 n을 갖고, 리브 그룹 중 하나는 최소수의 러그를 갖고, 리브 그룹 중 하나는 최대수의 러그를 가지며, 최소수의 러그에 대한 최대수의 러그의 비는 1.0을 초과하고 2.0 미만이지만 1.5를 배제한다.
본 발명의 타이어는 대칭 및 비대칭 구성으로 제공될 수 있다.
도 1은, 예시적인 4개의 리브 트레드 설계 요소(트레드 구조는 일반적임)의 개략도로서, 하나의 서브 피치는 두 개의 서로 상이한 크기(크고 작은)의 서브 피치를 갖는 각각의 피치로 배치된, 도면.
도 2는, 도 1의 4개의 리브 트레드 설계 요소를 사용하는 피치 시퀀스의 16개의 제 1 피치의 개략도.
도 3은, 예시적인 4개의 리브 트레드 설계 요소(트레드 구조는 일반적임)의 개략도로서, 두 개의 서브 피치는 두 개의 서로 상이한 크기(크고 작은)의 서브 피치를 갖는 각각의 피치로 배치된, 도면.
도 4는, 도 3의 4개의 리브 트레드 설계 요소를 사용하는 피치 시퀀스의 8개의 제 1 피치의 개략도.
도 5는, 여러 D 값을 도시하는 차트.
도 6은, D의 비가 4:3 또는 1.33인 타이어 피치 시퀀스에 적용된 S값의 예시적인 설정을 도시하는 차트.
도 7 및 도 8은, 서로 상이한 목적을 위해 설계된 트레드 패턴의 예이다. 도 7은 러그의 수가 더 적기 때문에 마모 및 좋은 날씨용으로 설계된다. 도 8은 러그의 수가 더 많기 때문에 험한 날씨와 소음 성능을 위해 설계된다.
도 9는, 도 7 및 도 8로부터 트레드 설계의 일부를 사용하는 트레드 패턴의 예인 도면.
도 10은, 피치당 1개의 서브 피치를 갖는 다른 예시적인 트레드.
도 11은, 도 12의 트레드 패턴을 형성하기 위해 사용된 6개의 서브 섹션을 도시한 도면.
도 12는, 도 11에 도시된 6개의 서브 섹션을 사용하는 타이어 트레드 패턴의 예.
도 13은, 3개 패턴의 예상되는 소음 주파수 분포를 도시한 도면.
도 14는, 모델링된 소음의 차트.
도 15는, 예측된 타이어 성능의 차트.
도 16은, 기본 피치의 수와 서브 피치의 수에 대해 바람직한 러그의 수를 도시하는 설계 차트.
유사한 도면부호와 문자는 명세서 전반에서 유사한 부분을 가리킨다.
본 발명의 방법은, 주연부 밴드 또는 리브에 배열된 복수의 주연부의 하중 지지 요소 또는 러그를 갖는 공압식 타이어 트레드 패턴을 설계하는데 사용된다. 동일한 수의 러그를 갖는 밴드 또는 리브는 리브 그룹으로써 함께 고려된다. 이들은 종종 인접하지만, 리브 그룹의 밴드 또는 리브는 다른 밴드 또는 리브로부터 이격될 수 있고, 인접해 있을 필요는 없다. 리브 그룹은 주연부 러그의 단일 리브 또는 주연부 러그의 복수의 리브를 포함할 수 있다. 본 발명은 광범위한 설계에 적용될 수 있지만, 이하에 논의되는 예에서는 1 내지 7개의 리브 그룹에 배치된 20 내지 160개의 러그를 갖는 트레드 설계에 초점을 맞춘다. 이러한 리브 그룹 범위는, 시장에서 바람직한 대부분의 타이어가 약 1680mm 내지 3200mm 범위의 타이어 트레드 주연부를 갖는다는 사실을 기초로 한다. 이들 타이어와 사용되는 대부분의 러그는 20mm 내지 75mm 사이의 주연부 길이를 가져서, 작은 타이어에서 약 22개 내지 84개의 러그를 갖고, 이보다 큰 타이어에서는 43개 내지 160개의 러그를 갖는다. 제조 표준, 타이어 마모 표준 및 타이어 소음 표준이 고려될 때, 가장 상업적으로 제조된 타이어는 40 내지 80개의 러그를 포함한다. 따라서, 본 발명의 방법은 이러한 범위의 타이어 트레드 패턴과 함께 사용되는 것을 개시한다. 본 방법은 또한 이러한 범위 외의 러그의 범위에서도 이러한 단계를 적용함으로써 이러한 범위 외의 타이어용으로 사용할 수도 있다.
타이어에서 각 트레드 설계에 대해, 주연부에 배치된 러그(L)의 리브 그룹(R)의 수 "x"가 있다. 본 발명의 방법에 따라 생성된 타이어 트레드 패턴은 각각의 리브 그룹(R) 내에서 기본 피치(P)를 형성하는 서브 피치(S)의 정수 조합을 가 질 것이다. 기본 피치는 기본 피치 내에 포함된 리브 각각에서 리브에 대한 러그의 수의 최대 공약수가 1인 (트레드 러그 설계에서의) 공통 경계에서 시작하고, (트레드 설계에서의) 공통 경계에서 종료되는 타이어 트레드 부분으로 한정된다. 기본 피치는 타이어의 주연부에 대해 리브 그룹 내에서 "k"회 반복된다. 서브 피치는 기본 피치(P) 내에서 트레드 형상의 일부이다. 기본 피치(P) 내에는 개별적으로 정해질 수 있는 "m"개의 서브 피치(S)가 있다.
임의의 주어진 리브 그룹(R) 내에서, 러그(L)의 전체 개수 "y"는 러그 방정식: yR = k*mR로 결정될 수 있다. 각각의 기본 피치(P) 내에서 하나의 서브 피치(S)만이 있으면(단일 단위 설계로 지칭됨), 각각의 리브 그룹(R)에서 러그(L)의 총 수(y)는 기본 피치(P)의 수와 동일하다. 두 개의 서브 피치(S)가 각각의 기본 피치(P) 내에 있으면, 각각의 리브 그룹(R)에서 러그(L)의 총 수(y)는 기본 피치(P)의 수(k)의 두 배가 된다. 이들 두 개의 예는 도 1 내지 도 4에 도시되어 있다.
단일 단위 설계를 도시하기 위해, 대표적인 4개의 리브(R) 트레드 패턴 요소가 도 1에 도시되고, 작거나(Sm) 또는 큰(Lg) 서브 피치를 갖는 피치(P) 당 단 하나의 서브 피치(S)만이 있다. 이러한 예에서, 각각의 리브 그룹은 단일 리브를 포함한다. 이들 도면에 도시된 트레드 패턴의 형상은 개략적이고, 포괄적이고 대표적이다. 본 발명은 광범위한 러그 형상에 적용될 수 있다. 임의의 광범위한 트레드 패턴이 사용될 수 있다. 예를 들어, 작은 서브 피치(Sm)는 25mm의 길이를 가질 수 있고, 큰 서브 피치(Lg)는 40mm의 길이를 가질 수 있다. 샘플 피치 시퀀스는 [25, 25, 40, 40, 25, 40, 40, 25, 25, 25, 40, 40, 40, 25, 40, 40,...]이다. 도 2는 이러한 피치 시퀀스에 적용된 도 1의 트레드 요소를 개략적으로 도시한다.
이중 단위 설계를 도시하기 위해, 대표적인 4개의 리브(R) 트레드 패턴 요소는 도 3에 도시된다. 도 3은 제 1 서브 피치(S1)가 도 1을 참조하여 상술한 예와 동일한 형상을 갖고, 제 2 서브 피치(S2)는 상이한 형상[측방향 슬롯이 리브(R2, R3)로부터 제거됨]을 갖는 것이 도시된다. 도 3은 서브 피치용의 크고(Lg) 작은(Sm) 길이를 모두 도시한다. 도 4는 전술한 샘플 피치 시퀀스[25, 25, 40, 40, 25, 40, 40, 25, 25, 25, 40, 40, 40, 25, 40, 40,...]에 적용된 도 3의 트레드 요소를 개략적으로 도시한다. 이러한 예에서, 각각의 피치(P)는 (샘플 피치 시퀀스를 따라 S1 및 S2의 크기를 갖는) S1 및 S2를 포함하고, 상이한 리브(R)는 상이한 수의 러그(L)를 갖는다. R1 및 R4는 R2 및 R3의 러그의 두 배를 갖는다. 이러한 예에서의 러그(L)의 특정 분포는 본 발명과는 관계없고, R1 및 R2는 R3 및 R4의 러그의 두 배를 가질 수 있거나 또는 R2 및 R3은 R1 및 R4의 러그(L)의 두 배를 가질 수 있다.
각각의 리브의 상이한 수의 러그에 의해 야기되는 상이한 타이어 소음을 분석하기 위해, 리브 디퍼런셜(rib differential)(D)은 다음 식으로 구한다. D=(임의의 리브 그룹에서 러그의 최대수)/(임의의 리브 그룹에서 러그의 최소수). 리브 디퍼런셜(D)은 가장 낮은 러그 리브의 경우에 야기되는 소음의 수에 비해 가장 높은 러그 리브의 경우에 야기되는 소음의 수를 나타내는 비를 제공한다. 도 2의 제 1 예에서 D=1이고, 도 4의 제 2 예에서 D=2이다. D>2인 트레드 설계는 가능하지만, 이러한 설계가 러그 강성에서 바람직하지 않게 큰 차이를 갖기 때문에 바람직하지 않은 특성을 나타내게 된다. 최대 트레드 통과 주파수가 이러한 주파수에서 바람직하지 않은 진폭의 스파이크를 야기하는 최소 트레드 통과 주파수의 배수일 수 있기 때문에 D=2인 트레드 설계 또한 바람직하지 않다. 트레드 통과 주파수(F)는 F=V*y/C로 한정되며, 여기서 V는 타이어 지면 속도를 나타내고 C는 타이어 둘레 길이(circumference)를 나타낸다. 타이어가 회전함에 따라, 각각의 러그는 노면과 충돌하고 따라서 충격으로써 작용할 것이다. 따라서 기본 주파수의 정수 배인 배수 주파수가 있다. 이들 주파수는 Fj=j*(V*y/C)로 결정되고, 여기서 j=1,2,3,...이다. 타이어 설계자는 하나의 리브의 임의의 3개의 제 1 주파수가 상이한 수의 러그를 갖는 리브의 3개의 제 1 주파수에 매치되는 것을 원하지 않는다. 이는 D=1, 2.0 또는 1.5일 때 발생할 수 있다. 따라서 1과 2 사이(D=1, 1.5, 및 2.0을 배제)의 D를 갖는 타이어 트레드 설계가 타이어 소음에 대해 바람직하다. 본 출원의 명세서에서, 용어 "사이"는 1.0과 2.0의 단부 경계를 배제한다. 그러나 D 값이 1.5 내지 2.0이면 러그 강성에 큰 차이가 있기 때문에, 1.0 내지 1.5의 D 값보다 1.5 내지 2.0의 D 값이 덜 바람직한 결과를 낳는다.
도 5의 차트는 설계 파라미터를 한정하는데 사용된다. 기본적인 설계 사이클에서 러그의 최소수는 수평으로 배열되고, 러그의 최대수는 수직으로 배열된다. 각각의 조합의 D 값은 차트의 셀에서 계산된다.
차트의 각각의 조합에 대해서, 부가의 차트가 기본적인 설계 사이클의 수에 기초하여 전체 패턴의 러그의 수의 균형을 시험하기 위해 개발될 수 있다. 예를 제공하는 목적으로, 3개의 큰 러그에 대한 4개의 작은 러그의 비(m)(D=1.33)는 도 6의 차트에서 시험된다. 이러한 차트에서, 각각의 리브의 전체 러그의 개수가 전술한 바람직한 설계 파라미터 내에 있기 때문에 바람직한 수의 러그는 14 내지 20개의 기본적인 설계 사이클을 이용함으로써 달성된다는 것을 알 수 있다. 14개의 기본 피치(k=14)에서, 리브 사이에 14개 피치의 디퍼런셜을 갖는 두 개의 리브에 42개 및 56개의 러그가 있고, P=20에 대해, 20개 피치의 디퍼런셜을 갖는 두 개의 리브에 60개 및 80개의 러그가 있다. 피치 수의 차이(△)는 △=P*(mmax-mmin)으로 정의된다. 차이(△)가 증가함에 따라 러그 강성의 변화는 증가한다. 타이어 트레드 설계의 증가된 수의 러그는 타이어-노면 경계에서 충돌 에너지를 감소시켜 낮은 소음 진폭을 야기할 뿐 아니라 눈 또는 습한 기후 조건에서 개선된 성능을 제공한다. 러그의 수의 감소 또는 러그 강성의 증가는 타이어의 수명을 개선시킬 뿐 아니라, 우수한 기후에서 개선된 건조 견인력을 제공한다. 본 발명에 따라 설계된 타이어 트레드는 건조 견인력과 거친 기후용의 타이어 특성을 가짐으로써 타이어 성능을 균형잡히게 한다.
도 7 및 도 8은, 타이어 적도에 대해 이등분한 도 8의 트레드의 높은 부분과 타이어 적도에 대해 이등분한 도 7의 트레드의 낮은 부분으로써, 도 9의 타이어 트레드 패턴을 생성하도록 조합된 상이한 특성을 갖는 두 개의 다른 대표적인 트레드 패턴을 도시한다. 도 7의 트레드는 적은 수의 러그를 갖는 반면, 도 8의 트레드 패 턴은 타이어의 주연부 둘레에 배치될 때보다 많은 러그를 갖는다. 도 9는 도 7의 구성을 갖는 두 개의 저부 리브(R3, R4)와 함께 도 8의 구성을 갖는 두 개의 상부 리브(R1, R2)를 갖는 패턴을 도시한다. 따라서, 도 9의 트레드 패턴은 두 트레드 패턴으로부터의 성능의 장점을 모두 갖는다. 이러한 예에서, R1 및 R2에서 피치당 8개의 러그를 갖고, R3 및 R4에서는 피치당 6개의 러그를 갖고, D는 1.33이다. 따라서, 도 9의 트레드 패턴은 본 발명의 예를 제공한다.
20세기 말에 걸쳐 타이어 업계에서 2피스의 클램 쉘형 타이어 주형이 일반적이고, 도 9의 타이어 트레드는 타이어 주형 제조 관점에서 바람직할 것이다. 이들 2피스 주형은 타이어 적도 또는 그 부근의 위치에서 둘레 방향으로 이등분된다. 각각의 피스의 제조는 독립적으로 이루어질 수 있고, 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이 관련없는 트레드 패턴을 포함할 수 있다. 트레드 패턴의 일측으로부터 트레드 패턴의 다른측으로 타이어 주형의 측방향 섹션으로써 8개 내지 100개 이상의 트레드 세그먼트에 의해 생성된 종래 형식의 타이어 주형에서, 트레드 패턴의 일측으로부터 다른측으로 연속적으로 경계를 갖는 타이어 트레드 섹션을 갖는 것이 바람직하다. 도 9에 도시된 타이어 트레드로부터의 연속적인 경계의 예는 섹션 A-A와 섹션 B-B로서 식별된 단면이다. 이러한 방법에 의해 구성된 타이어 트레드 패턴은 도 9에 도시된 바와 같이 트레드 패턴의 시작, 섹션 A-A에서 적어도 1개의 공통 경계를 갖는다. 도 7 및 도 8의 타이어의 각각의 트레드 패턴용의 타이어 트레드 패턴 소음 시퀀스의 복잡성에 기초하여, 도 9에 도시된 하나 이상의 공통 경계, 섹션 B-B를 갖는 것이 가능하다. 따라서 공통 경계의 최소수는 1개이고, 공통 경계의 최대 수는 최대 공약수(greatest common factor)로서 기하학적 용어로서 공지된다. 도 7 타이어의 각 반복 패턴은 12개의 섹션을 갖는다. 도 8의 타이어는 16개의 섹션을 갖는다. 숫자 12는 1, 2, 3, 4, 6, 12를 포함하는 6개의 약수를 갖는다. 숫자 16은 1, 2, 4, 8, 16의 5개의 약수를 갖는다. 12와 16의 최대 공약수는 4이다. 따라서, 도 9의 결합된 트레드 패턴에 대해 4개의 공통 경계의 최대값을 갖는 것이 가능하다.
기본 피치는 기본 피치 내에 포함된 리브 각각에서 리브에 대한 러그 수의 최대 공약수가 1인 공통 경계에서 타이어 트레드 시작부와 공통 경계의 종료부로서 한정될 수 있다. 도 9에서 예시한 타이어용 기본 피치는, 각각의 리브의 러그의 수가 위에서 계산한 바와 같이 최대 공약수로 나눈 임의의 주어진 리브에서 러그의 전체 수와 동일한, 1일 것이다. 이러한 경우, 리브(R1, R2)에서 기본 피치의 러그의 수는 4(16/4=4)이고, 리브(R3, R4)에서의 수는 3(12/4=3)이다.
도 10은 도 9의 타이어 트레드 패턴으로서 리브와 동일한 수의 러그를 갖는 타이어 트레드 패턴을 나타내지만, 각각의 기본 피치는 크고 작은 두 개의 다른 피치 크기의 복합 유닛이다. 전체 트레드 패턴은 타이어 소음 피치 시퀀스의 요구사항에 기초하여 순차적으로 정렬된 기본 피치를 포함한다. 따라서, 도 10의 타이어 트레드 패턴의 공통 피치 경계의 수는 각각의 리브의 러그의 수의 최대 공배수(greatest common multiple)와 동일하고, 종래 형식의 세그먼트화된 타이어 주형으로부터 제조된 타이어용의 바람직한 응용예이다. 도 10의 설계의 제한 사항은 타이어 트레드 내의 러그의 크기 설정의 가변성이 기본 피치 크기의 크기 설정의 가 변성에 따라 감소된다는 점이다. 도 10에서, 각각의 서브 피치 길이는 기본 피치 길이와 동등하다. 따라서 각각의 기본 피치(P)는 서브 피치(S)의 배수(m)로 다시 나눠진다. m의 값은 m=1, 2, 3, 4, 5, 6 등과 같이 임의의 정수일 수 있다. m의 값이 증가하면, 주형의 독특한 섹션의 수는 증가한다. 도 10에서, m=1이고, 피치 크기(t)의 수는 2(크고 작음)이다. 독특한(U) 서브 피치(S) 형상부의 수는 식 U=m*t로 표현될 수 있다. 독특한 형상부(U)의 수를 증가시키기 위해서는, 서브 피치 크기(t)의 수 또는 기본 피치 분할(m)의 수가 증가되어야 한다. 통상적으로 업계에서는, 피치 크기(t)의 수는 2 내지 8이다. 독특한 형상부(U)의 수를 급격하게 증가시키기 위한 방법은 m을 증가시키는 것이다.
기본 피치의 러그의 최대수(상기 예에서는 4)보다 큰 수의 m의 값을 선택하는 것은 비실용적이고, 기본 피치의 러그의 최소수(상기 예에서는 3)보다 작은 수의 m의 값을 선택하는 것을 바람직하지 않다. 주형 제조 복잡성을 최소화하기 위해, 독특한 형상부의 최소수가 우선 선택된다. 본 발명에서는 m은 임의의 리브의 기본 설계 사이클의 러그의 최소수로서 먼저 선택되어야 한다. 다수의 독특한 세그먼트(U)가 소음 또는 다른 특성을 위해 필요한 것으로 결정되면, m은 m이 임의의 리브의 기본 설계 사이클의 러그의 최대수와 동일하게 될 때까지 증가한다.
도 11은 기본 피치의 크고 작은 서브 섹션의 세트를 도시한다. 도 12는 1, 2, 3, 1, 2, 3,...의 형상부의 반복과 선택된 크기 설정 시퀀스에 기초한 크기 설정을 활용하는 트레드 패턴의 통상적인 섹션을 나타낸다. 이러한 설계는 리브(1, 2)가 기본 피치당 4개의 러그를 갖고, 리브(3, 4)는 기본 피치당 3개의 러그를 갖 는 설계를 갖는, 보다 증가된 형상 가변성을 갖는다. 도 6의 차트에 기초하여, 15개의 기본 피치가 있으면, 리브(1, 2)는 60개의 러그를 갖고, 리브(3, 4)는 45개의 러그를 가질 것이다. 60개의 러그를 갖는 타이어의 일측은 험한 기후에서 성능을 제공하고, 45개의 피치를 갖는 측면은 좋은 기후에서 성능을 제공한다. 타이어 소음은 전술한 패턴의 소음 분석으로부터 본 발명에서 크게 감소된다. 도 13은 이러한 예로부터의 3개의 패턴의 예상되는 소음 주파수 분포를 도시한다. 가장 큰 소음 레벨을 갖는 타이어는 그 독특한 형상부가 도 1에 도시된 타이어이고, 대표적인 패턴예는 리브 각각과 모든 리브에서의 러그의 수가 도 2에 도시된 것이다. 따라서, 기본 피치당 1개의 서브 피치만을 갖는 45개의 기본 피치가 있다. 두 번째로 높은 소음 레벨을 갖는 타이어는 기본 피치당 1개의 서브 피치를 갖는 60개의 기본 피치를 갖고 도 1에 도시된 바와 동일한 독특한 형상부를 갖는 것이다. 가장 낮은 소음 레벨을 갖는 타이어는 본 발명의 바람직한 실시예의 것이다. 이러한 타이어는 도 10에서 특정된 바와 같이 6개의 독특한 형상부를 갖고, 도 12를 나타낸다. 이러한 설계에서, 두 개의 상부 리브에 효과적으로 60개의 러그가 있고, 두 개의 하부 리브에서 45개의 리브가 있다. 모델링된 소음 레벨 차이는 도 14에서 알 수 있다. 예상되는 타이어 성능의 차트는 도 15에서 알 수 있다. 이러한 방식으로 설계된 타이어는 개선된 소음 성능을 갖고 모든 기후 조건에서 균형잡힌 성능을 갖도록 설계된다.
전술한 예는 3:4의 낮고 높은 비를 갖는 타이어에 대해 중점을 두었다. 도 16의 차트는 2 내지 27개의 기본 피치에 대해 3 내지 16개의 서브 피치의 조건에 대해 임의의 주어진 리브에 있는 러그 수의 계산이다. 밝은 음영의 셀은 러그의 수가 40 미만인 것이고, 어두운 음영의 셀은 러그의 수가 80을 초과하는 것이다. 이러한 차트의 범위에서, 음영이 없는 셀은 서브 피치와 기본 피치의 소정의 수의 바람직한 수의 러그를 나타낸다.
설계자는 기본 피치, 서브 피치 및 타이어에 대한 설계자의 기준에 기초한 러그의 수의 바람직한 조합을 알아내기 위해 도 16의 차트를 사용한다. 예를 들어, 타이어 설계자가 타이어가 5개의 리브 그룹을 갖는 것으로 알고 있으면, 도 16의 차트는, 차트의 이러한 열들만이 5개 이상의 음영이 없는 차트 박스를 갖기 때문에 설계자가 10, 8, 7, 6, 5 및 4개의 기본 피치를 갖는 트레드 설계로 제한하도록 한다. 다음에 설계자는 D의 비를 계산하거나 또는 러그 수의 범위를 선택함으로써, 포텐셜 선택을 제한할 수 있다. 이 예에서, 10개의 기본 피치와 5개의 리브 그룹을 선택하면, 2.0(80/40)의 D 비가 얻어진다. 따라서, 이러한 비는 10개의 기본 피치의 선택을 배제한다. 그 다음, 설계는 8개의 기본 피치를 탐색하고, 2.00(80/40), 1.80(72/40) 및 1.67(80/48)의 활용 가능한 D 비가 3개의 선택이라는 것을 알 수 있다. D=2.00의 선택은 도 5에서와 같이 배제된다. 전술한 바와 같이, 다른 선택이 활용될 수 있지만, 보다 바람직한 D 비가 활용 가능하면 통과될 수 있다. 설계된 것은 7개의 기본 피치용의 활용 가능한 선택을 분석할 것이다. 차트는, 70/42(D=1.67), 77/49(D=1.57) 및 77/42(D=1.83)의 3개의 가능성을 산출한다. 6개의 기본 피치에 대한 데이터는 1.57, 1.71, 1.85, 1.5, 1.63, 1.44의 6개의 D의 가능성을 산출한다. D=1.5인 선택은 도 5에서와 같이 배제된다. 1.44 비가 바람직하 고, 설계자가 54, 60, 66, 72, 78개의 러그의 그룹을 사용하도록 한다. 각각의 리브 그룹은 9, 10, 11, 12, 13개의 서브 피치로 나누어진 6개의 기본 피치를 갖는다. 동일한 분석이 대체 가능성을 산출하는 5개 및 4개의 기본 피치의 가능성에 대해 수행될 수 있다.
설계 차트를 사용하기 위한 설계자의 다른 방법은 리브 그룹의 원하는 러그의 수를 선택하고 차트에서 선택이 맞춰지는 것을 찾는 것이다. 예를 들어, 트레드 설계자는 각각의 리브에 서로 상이한 수의 러그를 갖고, 47개 이상 79개 이하의 리브당 러그의 범위를 갖는 5개의 리브(따라서 5개의 리브 그룹을 가짐)의 타이어를 설계하고자 할 수 있다. 설계 차트는 8, 7, 6, 5, 4개의 기본 피치에 대해 47개 이상의 러그가 존재하는, 적어도 5개의 음영이 없는 블록의 열을 도시한다. 6개의 기본 피치에는, 72/48(D=1.5), 78/48(D=1.63), 78/54(D=1.44)의 옵션이 존재한다. D=1.5의 옵션은 도 5에서와 같이 배제된다. D 비 계산은 78, 72, 66, 60, 54개의 러그를 갖는 리브의 단일 선택을 산출한다. 이러한 리브는 임의의 특별한 순서로 위치될 필요는 없다. 설계 차트는 또한 5개의 기본 피치(70/50, 75/55)에서의 가능성을 또한 산출한다.
본 발명은 타이어 설계자에게 사계절용 성능과 개선된 소음 특성이 균형잡힌 설계를 생성하는 유연성을 제공한다. 전술한 설명에서, 소정의 용어가 짧고, 명확하고, 이해를 돕기 위해 사용되었다. 이러한 용어들은 설명의 목적으로만 사용되었고, 넓게 해석되도록 의도되기 때문에, 종래 기술의 요구 사항 이외의 것을 포함하도록 불필요하게 제한되지 않는다.
또한, 본 발명의 설명 및 도시는 예이고, 본 발명의 정확한 세부 사항 또는 설명된 사항에 제한되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 피치 시퀀스에 기인하는 타이어 소음을 개선시키기 위한 타이어 트레드 패턴을 설계하는 방법과 타이어, 보다 구체적으로, 러그의 개수가 다른 리브 그룹을 갖는 다중 리브 그룹을 구비한 트레드 패턴의 기본 피치를 설계하는 방법과 트레드 패턴을 제공하는데 사용된다.

Claims (20)

  1. 각각의 리브(rib) 그룹에서 서로 다른 수의 피치를 구비한 적어도 두 개의 주연부 리브 그룹을 갖는 타이어 트레드 패턴(tire tread pattern)에 대해 기본 피치를 설계하는 방법으로서,
    (a) 이동 방향으로 x>1인 x개의 트레드 러그의 리브를 갖는 타이어 트레드 패턴을 제공하는 단계와,
    (b) n>1인 n개의 리브의 리브 그룹으로 트레드 러그의 리브를 그룹화하는 단계와,
    (c) si가 i번째 리브에서 트레드 러그의 수인 각 리브 그룹에서 트레드 러그의 수 s를 si<si+1이고 i는 1부터 n-1까지 선형 증가하도록 한정하는 단계와,
    (d) s1 내지 sn의 유일한 최소 공배수(common multiple)가 1이 되도록 s를 한정하는 단계를
    포함하는, 기본 피치 설계 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 s1에 대한 sn의 비를 1.0 내지 2.0으로, 1.5를 배제하도록 한정하는 단계를 더 포함하는, 기본 피치 설계 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 s1에 대한 sn의 비를 1.0 내지 1.5로 한정하는 단계를 더 포함하는, 기본 피치 설계 방법.
  4. 각각의 리브 그룹에서 서로 상이한 수의 피치를 구비한 적어도 두 개의 주연부 리브 그룹을 갖는 복수의 기본 피치를 사용해서 공압식 타이어 트레드 패턴을 설계하는 방법으로서,
    (a) 이동 방향으로 x>1인 x개의 트레드 러그의 리브를 갖는 타이어 트레드 패턴 타입을 선택하는 단계와,
    (b) n>1인 n개의 리브의 리브 그룹으로 트레드 러그의 리브를 그룹화하는 단계와,
    (c) si가 i번째 리브에서 트레드 러그의 수인 각 리브 그룹에서 트레드 러그의 수 s를 si<si+1이고 i는 1부터 n-1까지 선형 증가하도록 한정하는 단계와,
    (d) s1 내지 sn의 유일한 최소 공배수(common multiple)가 1이 되도록 s를 한정하고, 임의의 리브 그룹의 트레드 러그의 최소수가 k*s1>39이고 임의의 리브의 트레드 러그의 최대수가 k*sn<81이 되도록 k 기본 피치를 선택하는 단계를
    포함하는, 공압식 타이어 트레드 패턴의 설계 방법.
  5. 제 4항에 있어서, k*s1에 대한 k*sn의 비를 1.0 내지 2.0으로, 1.5를 배제하 는 수로 한정하는 단계를 더 포함하는, 공압식 타이어 트레드 패턴의 설계 방법.
  6. 제 4항에 있어서, k*s1에 대한 k*sn의 비를 1.0 내지 1.5의 수로 한정하는 단계를 더 포함하는, 공압식 타이어 트레드 패턴의 설계 방법.
  7. 트레드 러그의 적어도 두 개의 주연부 리브를 갖는 타이어 트레드 패턴을 설계하는 방법으로서,
    타이어의 주연부 방향으로 배치된 트레드 러그의 복수의 리브 그룹을 갖는 기본 피치를 구비한 트레드 패턴용 기본 피치를 선택하고, 러그의 최대수 sn을 갖는 하나의 리브 그룹과 러그의 최소수 s1을 갖는 다른 리브 그룹을 갖고, 러그의 최소수에 대한 러그의 최대수의 비가 1.0 초과 2.0 미만이고 1.5가 아닌 단계와,
    기본 피치의 임의의 리브 그룹에서 러그의 최대수와 기본 피치의 선택된 수를 곱한 값은 80 이하이고, 기본 피치의 임의의 리브 그룹에서 러그의 최소수와 기본 피치의 선택된 수를 곱한 값은 40 이상인 트레드 패턴용 기본 피치의 수 k를 선택하는 단계를
    포함하는, 타이어 트레드 패턴 설계 방법.
  8. 제 7항에 있어서, k*s1에 대한 k*sn의 비를 1.0 내지 1.5의 수로 한정하는 단계를 더 포함하는, 타이어 트레드 패턴 설계 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 트레드 패턴에 대한 공통 경계의 수를 최대화하기 위해 상기 기본 피치의 수를 최대화하고 상기 기본 피치 내에서 서브 피치의 수를 최소화하는 단계를 더 포함하는, 타이어 트레드 패턴 설계 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 타이어 소음 피치 시퀀스를 형성하기 위해 상기 타이어의 주연부에 대해 상기 기본 피치의 물리적인 길이를 변화시키는 단계를 더 포함하는, 타이어 트레드 패턴 설계 방법.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 기본 피치를 m개의 서브 피치로 나누고, 타이어 소음 피치 시퀀스를 형성하기 위해 상기 타이어의 상기 주연부에 대해 상기 서브 피치의 물리적인 길이를 변화시키는, 타이어 트레드 패턴 설계 방법.
  12. 공압식 타이어로서,
    트레드 패턴을 형성하는 본체를
    포함하고,
    상기 트레드 패턴은 복수의 주연부 리브 그룹을 갖고,
    각각의 리브 그룹은 기본 피치의 동일한 수 k를 가지며,
    각각의 리브 그룹은 트레드 러그의 다른 수 n을 갖고, 상기 리브 그룹 중 하나는 최소수의 러그를 갖고, 상기 리브 그룹 중 하나는 최대수의 러그를 가지며,
    상기 최소수의 러그에 대한 상기 최대수의 러그의 비는 1.0 초과, 2.0 미만으로, 1.5를 배제하는, 공압식 타이어.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 비는 1.0 초과, 1.5 미만인, 공압식 타이어.
  14. 제 12항에 있어서, 임의의 리브 그룹에서 러그의 최대수는 80 이하이고, 임의의 리브 그룹에서 러그의 최소수는 40 이상인, 공압식 타이어.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 트레드 패턴은 중심 리브 그룹, 내부 리브 그룹 및 외부 리브 그룹을 갖는, 공압식 타이어.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 중심 리브 그룹은 내부 또는 외부 리브 그룹보다 많은 수의 러그를 갖는, 공압식 타이어.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 중심 리브 그룹은 상기 내부 또는 외부 리브 그룹보다 적은 수의 러그를 갖는, 공압식 타이어.
  18. 제 12항에 있어서, 상기 트레드 패턴은 내부 리브 그룹과 외부 리브 그룹을 갖는, 공압식 타이어.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 내부 리브 그룹은 상기 외부 리브 그룹보다 많은 수의 러그를 갖는, 공압식 타이어.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 외부 리브 그룹은 상기 내부 리브 그룹보다 많은 수의 러그를 갖는, 공압식 타이어.
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