KR20110105237A - 타이어의 동 접지압 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노면에 설치되어 차량이 실제로 주행하는 과정에서 타이어와 노면 사이에서 발생되는 구름저항, 제동과 구동저항, 선회운동을 고려한 타이어의 접지압을 측정할 수 있는 타이어의 동 접지압 측정장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 타이어의 동 접지압 측정장치은 도로에 형성된 맨홀의 내부에 설치되어 주행하는 차량의 타이어의 접지압을 측정하는 장치에 있어서, 상기 맨홀의 입구에 설치되고, 외면에 미세 요철이 형성되고 투명한 접지판과 ; 상기 접지판의 저면에 설치되어 차량의 중량과 운동조건에 의해 타이어에 발생하는 x, y, z축의 각 방향에 작용하는 힘을 측정하는 3축로드셀과 ; 상기 접지판에 접촉된 타이어의 접지면을 촬영하는 촬영수단과 ; 상기 3축로드셀과 촬영수단에 의해 감지된 신호로부터 타이어의 동 접지압과 접지형상 그리고 변형량을 산출하는 프로그램을 구비한 컴퓨터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

타이어의 동 접지압 측정장치{active contact pressure measuring device of tire}

본 발명은 타이어의 접지압 측정장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 주행하는 차량의 타이어의 동(動) 접지압을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.

특히, 노면에 설치되어 차량이 실제로 주행하는 과정에서 타이어와 노면 사이에서 발생되는 타이어 접지압과 변형량을 측정하여 타이어의 마모성능은 물론 조종안정성(코너링), 제동성능, 회전저항 등을 예측하고 분석할 수 있는 타이어의 동 접지압 측정장치에 관한 것이다.

통상적으로 타이어는 차량의 운행에 있어 아주 중요한 역할을 한다.

이러한 타이어의 성능은 접지형상 및 접지압 분포에 마모성능이 달라질 뿐만 아니라, 차량의 조종안정성능, 제동성능, 구동성능, 연비 등이 결정되므로, 타이어의 접지압 분포는 타이어의 형상 및 특성을 결정하는 중요한 기준요인이다.

따라서, 타이어의 접지압 분포를 이상적으로 측정할 수 있는 방안이 다방면으로 연구되고 있으며, 이러한 타이어의 접지압 분포를 측정하는 장치의 하나로 특허 제0240800호가 있다.

이는 도 1에 도시한 바와 같이, 타이어의 접지압 분포 측정장치에 있어서, 타이어의 주행 노면에 설치된 투명한 탄성매질판(60)과; 상기 탄성매질판(60)의 하부에 상기 타이어의 주형방향에 대해 일정 각도를 갖도록 설치된 무와레격자(30)와 ; 상기 무와레 격자(30)와 탄성매질판(60)을 통과한 후 상기 타이어(10)와 상기 탄성매질판(60)의 접촉부에 조사되는 광을 발생시키도록, 상기 무와레 격자(30)의 하부에 마련되는 광원부(40)와 ; 상기 접촉부에서 반사된 광을 수광하도록, 상기 무와레 격자(30)의 하부에 마련되는 수광부(50)를 구비하고 있다.

이렇게 구성된 종래의 타이어 접지압 측정장치는 탄성매질판과 무와레격자가 서로 분리되어 구성되어 있어 설치가 불편하고 탄성매질판의 변형을 무와레격자가 충분히 반영하지 못하는 문제가 있다.

또한, 이러한 종래의 타이어 접지압 측정장치는 탄성매질판이 평평하게 구성된 것으로 탄성매질판과 타이어 사이의 간접적인 마찰을 측정하고 탄성 매질판의 상태에 따라 실제 타이어의 접지압 분포와 다르게 측정될 수 있는 문제가 있다.

즉, 이러한 종래의 타이어 접지압 측정장치는 단순하게 정적상태에서 타이어에 가해지는 하중에 의한 타이어의 압축 변형만을 감지할 수 있을 뿐 타이어가 고속으로 회전하면서 노면과 마찰될 때에서의 동적인 접지압을 측정할 수 없고, 접지부에서 발생하는 변형량도 측정할 수 없는 문제가 있다.

또한, 실용신안등록 제370816호로 타이어 마찰성능 계측장치가 있다.

이는 도 2에 도시한 바와 같이, 아스팔트면을 가지고, 상기 아스팔트면 위에 얼음 또는 눈을 소정의 높이로 적재한 테스트플레이트(801)와 ; 상기 테스트플레이트 위에서 샤프트의 일단에 연결된 타이어를 회전시키는 모터(301)와 ; 상기 모터와 샤프트를 지지하는 메인프레임(101)과 ; 상기 샤프트에 연결되어 타이어에 부과되는 토크와 회전수를 측정하는 토크미터(401)와 ; 상기 테스트플레이트 하부면에 일체로 연결되어 하중을 측정하는 로드셀(701) 및 ; 상기 토크미터와 상기 로드셀에서 측정된 결과치를 PLC기판을 통해 전달받는 컴퓨터(601)를 포함하여 구성된 것이다.

이렇게 구성된 종래의 타이어 마찰성능 계측장치는 차량의 실제적인 축하중이 타이어에 가해지지 않는 상태로 타이어의 마찰 성능을 측정하는 것으로 실제 주행하는 차량에 장착된 타이어의 마찰성능을 측정할 수 없다.

즉, 도로를 주행하는 차량에 설치된 타이어의 경우 차량의 변속이나 방향 전환 또는 제동과 가속 정도에 따라 차량의 축하중은 전후, 좌우 타이어로 하중 이동이 발생하여 다른 접지압 및 마찰 특성을 갖으나 이러한 종래의 타이어 마찰성능 계측장치는 고정된 프레임에서 회전하는 타이어의 마찰성능을 측정하는 것으로 보다 실질적인 마찰성능을 측정할 수 없는 단점이 있다.

또한, 위의 타이어 마찰성능 계측장치를 구성하는 로드셀의 경우 플레이트의 하중만을 감지하는 것으로 상기한 바와 같이 차량의 상황에 따른 변위를 감지할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로써, 타이어가 회전하여 이동 중에 타이어에 가해지는 접지압 분포와 접지형상, 그리고 접지부 변형량을 측정할 수 있는 타이어의 동적 접지압 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상세하게는 단순하게 정적인 상태에서 타이어에 가해지는 하중에 의해 변형되는 타이어의 변형 상태가 아니라 실제로 주행하는 과정에서 발생되는 타이어의 접지압 즉, 차량이 실제로 주행하는 과정에서 타이어와 노면 사이에서 발생되는 접지부의 압력과 형상의 변화, 구름저항, 제동력, 횡력 변화를 고려한 보다 실질적인 동적 접지 특성을 측정할 수 있는 타이어의 동 접지압 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명의 타이어의 동 접지압 측정장치는 도로에 형성된 맨홀의 내부에 설치되어 주행하는 차량의 타이어의 접지압을 측정하는 장치에 있어서, 상기 맨홀의 입구에 설치되고, 외면에 미세한 요철이 형성된 투명한 유리의 접지판과 ; 상기 접지판을 지지하기 위한 접지판의 모서리에 있는 4개의 기둥 축에 설치되어 차량의 중량에 의해 타이어가 눌리는 z축의 하중과 차량의 운전 조건에 따라 발생하는 x축의 전후력(제동력과 구동력,그리고 구름저항), y축의 횡력을 측정하는 3축로드셀과 ; 상기 요철이 있는 투명 접지판에 타이어 표면의 압축정도를 보다 잘 촬영하기 위한 빛을 조사하는 조명장치와 ; 상기 접지판에 접촉된 타이어의 접지면을 촬영하는 촬영수단과 ; 상기 3축로드셀과 촬영수단에 의해 감지된 신호로부터 타이어의 동 접지압과 접지형상, 변형량을 산출하는 프로그램을 구비한 컴퓨터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 노면에 설치된 측정장치를 이용하여 실제 주행중인 차량에 설치된 타이어의 접지압을 측정할 수 있으므로 노면의 상황이나 차량의 운전상태에 따른 보다 실질적인 타이어의 접지압을 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 타이어와 접촉되는 접지판에 요철을 일체로 형성하여 타이어와의 마찰력을 갖게 하고 요철에 압축된 타이어의 고무의 압축강도에 따라 측면에서 발생시키는 빛을 반사와 굴절, 그리고 산란 효과가 다르게 되어 나타나는 색감의 차이를 디지털 카메라로 촬영하여 타이어의 접지 압력과 접지형상, 그리고 접지면적을 측정하고, 표면에 일정한 간격의 흰색 선이 있는 타이어가 접지판을 통과할 때 연속적으로 고속촬영하게 되면 타이어에 표시된 선의 움직인 궤적으로부터 타이어의 변형량을 측정할 수 있다.

그리고, 3축 로드셀을 설치하여 차량의 실제 하중을 계측하고, 접지판을 지나갈 때 디지털 카메라로 촬영된 타이어의 접지형상의 각 화소의 색감 차이를 압력 차이로 배분하면 타이어의 접지압력 분포를 얻는다. 즉, 일정한 단위면적을 갖는 각 화소의 색감 차이를 계측된 타이어의 하중과 접지면적에 맞도록 배분함으로써 타이어의 접지압력 분포를 측정함으로써 보다 정확한 타이어의 접지 특성을 감지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래 접지압 측정장치의 일예의 구성도이고,
도 2는 종래 마찰력 측정장치의 다른 일예의 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 타이어의 동 접지압 측정장치의 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 타이어의 동 접지압 측정장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도시한 바와 같이 본 발명의 타이어의 동 접지압 측정장치는 도로에 형성된 맨홀(10)의 내부에 설치되어 주행하는 차량의 타이어의 접지압을 측정하는 장치에 있어서, 상기 맨홀(1)의 입구에 설치되고, 외면에 미세 요철이 형성되고 투명한 접지판(1)과 ; 상기 접지판(1)의 저면에 설치되어 차량의 중량에 의해 타이어가 눌리는 하중과 타이어의 제동, 구동이나 선회 운동에 의해 발생하는 x, y, z축의 각 방향에 작용하는 힘을 측정하는 3축로드셀(2)과 ; 상기 접지판(1)에 접촉된 타이어의 접지면을 촬영하는 촬영수단(3)과 ; 상기 3축로드셀(2)과 촬영수단(3)에 의해 감지된 신호로부터 타이어의 동 접지압을 산출하는 프로그램을 구비한 컴퓨터(4)를 포함하여 구성된다.

상기 접지판(1)은 타이어와 접촉되는 표면에 미세한 요철이 형성된 것으로 이 요철은 노면의 상태를 고려하여 형성될 수 있는 것이나, 이 요철은 촬영수단에 의해 감지되어 타이어의 접지 특성(접지형상과 접지압력)을 측정하는 수단으로 사용될 수 있으므로 일정한 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 접지판(1)은 그 하부에 설치된 촬영수단(3)이 접지판(1)의 위를 지나는 타이어를 촬영할 수 있게 하기 위해서는 투명하여야 하고, 차량이 통과할 수 있는 정도로 강도가 우수하여야 한다. 따라서, 상기 접지판(1)은 투명하고 강도가 우수한 강화유리 등으로 만들어지는 것이 바람직할 것이다.

상기 접지판(1)에 형성되는 요철은 타이어에 의해 눌렸을 때 광원에서 발생시키는 빛의 그 각도가 방향이 달라지고 이렇게 달라진 빛의 효과에 의해 상기 촬영수단(3)에 의해 감지된 영상이 달라지게 되며, 이 달라진 영상을 촬영하여 타이어의 접지압력 정도를 감지하는 것이다.

상기 접지판(1)은 도 3에 도시한 바와 같이 그 저면에 상기한 3축로드셀(2)이 설치되어 있어 차량이 통과할 때 가해지는 하중이 3축로드셀(2)에 의해 감지된다.

물론, 상기 3축로드셀(2)에 의해 감지되는 하중은 단순한 차량의 하중이 아니라 차량이 통과할 때 타이어에 가해지는 하중과 타이어와 접지판(1) 사이의 마찰에 의한 x, y 방향으로의 힘(횡력과 전후력)의 변화를 감지하는 것이다.

즉, 상기 3축로드셀(2)은 타이어가 접지판(1)의 위를 통과하는 순간 접지판(1)에는 차량의 하중이 실림은 물론, 타이어의 회전력에 의해 접지판(1)이 후방으로 밀리며 이러한 차량의 하중과 마찰에 의한 접지판의 밀림에 의한 힘의 변화를 감지하는 것이다.

타이어가 기울어질 경우 상기 접지판(1)은 전후방향(차량의 진행방향)은 물론 좌우방향으로도 변형이 발생될 수 있고, 이러한 변형에 의한 힘의 변화가 상기 3축로드셀(2)에 의해 감지되는 것이다.

이렇게 3축로드셀(2)에 의해 감지된 변위는 컴퓨터(4)로 전송되어 타이어 저지압 산출의 근거가 된다.

상기 3축로드셀(2)은 하나만 설치할 수 있으나, 바람직하게는 접지판(1)의 네 모서리의 저면에 각각 설치되어 접지판(1)이 3축로드셀들에 의해 지지되게 한다.

상기 접지판(1)의 전후는 물론 양측 방향에는 여유공간(7)을 형성하여 접지판(1)에서 측정된 압력을 검, 교정할 수 있는 부대장치를 설치할 수 있고, 여유공간(7)의 상부에는 보호커버(6)를 설치하였다.

상기와 같이 구성된 접지압 측정장치의 일측에는 접근하는 차량을 감지하기 위한 차량감지수단(5)이 설치되어 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 타이어의 동 접지압 측정장치는 노면에 설치된 것으로 통과하는 차량에 설치된 타이어를 측정할 수 있는 것이며, 이렇게 차량이 본 발명의 타이어의 동 접지압 측정장치를 통과하는 순간을 인식하여 상기한 촬영장치(3)가 작동되게 하기 위해 상기 차량감지수단(5)을 설치한 것이다.

상기 촬영수단(3)으로는 CCD카메라 등이 사용될 수 있고, 상기 컴퓨터(4)에 구비된 접지압을 산출하는 프로그램은 상기 3축로드셀(2)에 의해 감지된 접지판(1)의 변위와 쵤영수단(3)에 의해 감지된 타이어의 변형 정도를 비교하고, 차량의 상태, 즉 차량이 정속 주행중일 때, 차량이 가속중일 때, 제동중일 때, 방향전환중일 때 등 상황에 따른 타이어의 접지압을 산출할 수 있다.

본 발명에서는 산출프로그렘에서 요구되는 타이어의 변형 상태, 차량의 상황에 따른 접지판의 변위를 감지하는 것이 목적이고, 이러한 산출프로그램은 시험을 통하여 정립된 규칙을 이용하여 구동될 수 있는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 타이어의 동 접지압 측정장치를 이용한 타이어의 특성 측정하는 과정에서 타이어에는 일정 간격으로 흰색 선을 그은 후 타이어를 시험할 수 있으며, 이렇게 흰색 선을 그은 타이어를 시험하는 이유는 타이어가 접지판을 통과할 때 상기 쵤영수단(3)에 의해 연속적으로 고속으로 촬영한 이미지로부터 타이어의 변형을 보다 용이하게 파악할 수 있게 하기 위한 것이다.

즉, 타이어에 그어진 흰색 선을 일정한 간격으로 그어져 있으며, 이러한 타이어가 눌리면 수축 또는 팽창되어 선의 궤적과 선들 사이의 간격이 달라지고 이렇게 달라진 선들 사이의 간격으로부터 타이어의 변형량을 측정할 수 있다.

도 4는 상기한 촬영수단(3)에 의해 쵤영된 타이어의 변형 상태를 촬영한 사진이다.

도시한 바와 같이, 촬영된 사진은 타이어에 가해지는 하중이 클 경우에는 넓은 면적으로 표시되고, 이렇게 촬영된 타이어의 접지형상은 각 화소가 서로 다른 색감으로 나타나며, 이러한 색감의 차이를 압력 차이로 배분하면 타이어의 접지압력 분포를 얻는다. 도 4에 도시한 바와 같이, 좌측과 같이 촬영된 영상을 최 우측에 도시한 바와 같이 변형시키는 과정은 통상의 이미지 처리 프로그램에 의해 이룰 수 있는 것으로 상세한 설명은 생략한다.

일정한 단위면적을 갖는 각 화소의 색감 차이를 계측된 타이어의 하중과 접지면적에 맞도록 배분함으로써 타이어의 접지압력 분포를 측정함으로써 보다 정확한 타이어의 접지 특성을 감지할 수 있는 것이다.

즉, 타이어가 접지판을 통과하는 순간 3축 로드셀에서 감지되는 중량으로 부터 타이어의 일정한 면적을 갖는 픽셀(화소)의 접지압을 감지할 수 있고, 이때 촬영수단에 의해 고속으로 연속 촬영된 타이어의 접지 형상으로부터 타이어에 그어진 흰색 선들의 이동 궤적과 각 선들간의 간격의 변화를 이용하여 변형량을 산출할 수 있는 것이며, 이러한 산출과정은 상기한 바와 같이 컴퓨터에 구비된 프로그램에 의해 이루어질 수 있는 것이다.

10 : 맨홀
1 : 접지판
2 : 3축로드셀
3 : 촬영수단 3a : 조명장치
4 : 컴퓨터
5 : 차량감지수단
6 : 보호커버
7 : 여유공간

Claims (5)

1. 도로에 형성된 맨홀(10)의 내부에 설치되어 주행하는 차량의 타이어의 접지압을 측정하는 장치에 있어서,
   상기 맨홀(1)의 입구에 설치되고, 외면에 미세 요철이 형성된 투명한 접지판(1)과 ;
   상기 접지판(1)의 저면에 설치되어 차량의 중량과 운동에 의해 타이어에 발생하는 x, y, z축의 각 방향에 작용하는 힘을 측정하는 3축로드셀(2)과 ;
   상기 접지판(1)에 접촉된 타이어의 접지면을 촬영하는 촬영수단(3)과 ;
   상기 요철이 있는 투명 접지판에 타이어 표면의 압축정도를 보다 잘 촬영하기 위한 빛을 조사하는 조명장치(3a)와 ;
   상기 3축로드셀(2)과 촬영수단(3)에 의해 감지된 신호로부터 타이어의 동 접지압, 접지형상, 변형량을 산출하는 프로그램을 구비한 컴퓨터(4)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 타이어의 동 접지압 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 접지판(1)에 형성된 미세 요철은 일정한 간격으로 형성됨을 특징으로 하는 타이어의 동 접지압 측정장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 3축로드셀(2)은 접지판(1)의 네 모서리의 저면에 각각 설치되어 접지판(1)을 지지와 타이어의 운동 조건에 따른 힘의 변화를 측정하는 타이어의 동 접지압 측정장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 접지압 측정장치의 일측에는 접근하는 차량을 감지하기 위한 차량감지수단(4)이 설치됨을 특징으로 하는 타이어의 동 접지압 측정장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 접지판(1)은 강화유리로 만들어짐을 특징으로 하는 타이어의 동 접지압 측정장치.
   

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