KR20110133138A - Intelligent magneto-rheological elastomer tire - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지능형 MR Elastomer 타이어 타이어를 개발하여 휠 중심부위에 솔레노이드를 부착하여 자기장을 통하여 능동적으로 타이어의 마찰력을 제어할 수 있는 마찰력을 조정 가능한 타이어에 관한 것이다.
The present invention relates to a tire that can adjust the frictional force to develop an intelligent MR Elastomer tire tire and attach a solenoid on the center of the wheel to actively control the frictional force of the tire through a magnetic field.
최근 자동차나 자전거 기술은 편안한 승차감과 소음 및 진동을 줄이고, 또 타이어의 마찰력을 제어하기 위하여 발전하고 있다.Recently, automobile and bicycle technology has been developed to reduce the comfort and noise and vibration, and to control the friction of the tire.
이러한 기술의 변화 속에서 최근 들어 차량이 고급화되고 고속화됨에 따라 차량의 진동을 감소시킴과 아울러, 타이어의 안정적인 마찰력을 확보시켜서 승차감을 위시한 신뢰도를 향상시키는 문제가 중요시 되고 있다. 이에 따라 타이어가 차량과 지면사이의 최초 회전접촉부분으로서 지면으로부터 모든 충격을 차량에 전달하는 부분이므로 승차감 및 마찰 제어력 향상 및 친환경적인 타이어 개발이 필요로 한다.In recent years, as the technology is advanced and the speed is increased, the vibration of the vehicle is reduced, and the problem of improving the reliability including the riding comfort by securing a stable friction force of the tire is becoming important. Accordingly, since the tire is the first rotational contact portion between the vehicle and the ground, the tire is a part that transmits all shocks from the ground to the vehicle, and thus, it is necessary to improve ride comfort and friction control and develop environmentally friendly tires.
특히, 경사진 면에서의 오르거나 내려갈 경우 평지에서의 타이어의 마찰력과 차이를 줌으로써 효율적인 이동효율을 구현하는 것뿐만 아니라, 눈·비 또는 오프로드에서의 타이어 마찰조절로 차량의 안정감을 향상시키는 것 또한 필요하다.In particular, it is not only to realize the efficient movement efficiency by giving a difference with the frictional force of the tire on the flat surface when going up or down on the inclined surface, but also to improve the stability of the vehicle by adjusting the tire friction in snow, rain or off-road. It is also necessary.
그리고 근래에는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 연구가 진행 중이지만 아직까지는 뚜렷한 대안이 나오지 못하고 있는 실정이다.
In recent years, various studies have been conducted to solve these problems, but no clear alternatives have been made.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 MR Elastomer의 자기장에 따른 강성 및 트라이볼로지 특성 변화를 활용하여 수송기계의 경사각 및 노면의 상태에 따른 타이어의 마찰력 변화를 제어하도록 구성된 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to change the frictional force of the tire according to the inclination angle of the transport machine and the state of the road surface by utilizing the stiffness and tribological characteristics change according to the magnetic field of MR Elastomer It is an object to provide a device configured to control the.
또한, 차량의 타이어 강성을 제어하는 장치를 단순하게 구성하면서 간단하게 작동할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
In addition, the object of the present invention is to enable simple operation while simply configuring a device for controlling tire stiffness of a vehicle.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 구동휠이 회전 가능하게 지지되는 축의 단부측에 상기 타이어의 노면과의 접지면측 강성을 조절하여 효과적인 마찰력을 조정 가능하도록, 상기 타이어 표면측에 전자유동학적 재질로 된 댐핑블록을 함입하고, 상기 댐핑블록의 외부측에 고정 장착되어, 상기 댐핑블록 들에 자기장을 공급하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드에 전원의 공급 및 자기장의 세기를 조절하는 조절부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, by adjusting the stiffness of the ground surface side with the road surface of the tire on the end side of the shaft on which the drive wheel is rotatably supported, the frictional force of the tire surface side is made of electrodynamic material. The damping block, and fixedly mounted to an outer side of the damping block, including a solenoid for supplying a magnetic field to the damping blocks, and a control member for supplying power to the solenoid and adjusting the strength of the magnetic field. It features.
또한, 상기 전자유동학적 재질(MR Elastomer)로 이루어진 타이어와 MR Elastomer의 강성 및 트라이볼로지 특성을 상황에 맞게 변화시켜줄 수 있는 자기장을 걸어줄 여러 개의 솔레노이드로 이루어진 것을 특징으로 한다.
In addition, it is characterized in that the tire made of the electro-dynamic material (MR Elastomer) and a plurality of solenoids to apply a magnetic field that can change the rigidity and tribological characteristics of the MR Elastomer according to the situation.
본 발명에 따르면, 본 발명에서는 차량의 각도 및 노면의 상태에 따라 자기장을 제어하여 MR Elastomer의 강성 변화를 통하여 타이어의 마찰을 제어하게 되며, 타이어의 미끌림 등을 센서로 감지하여 마찰력을 능동 제어할 수 있게 되는 특장점이 있다.
According to the present invention, in the present invention, by controlling the magnetic field in accordance with the angle of the vehicle and the state of the road surface to control the friction of the tire through the stiffness change of the MR Elastomer, and to detect the sliding of the tire with a sensor to actively control the friction force There are advantages to being able to.
다음은 마찰 능동 제어가 가능한 MR Elastomer 타이어에 관한 도면들이다.
도 1 은 본 발명에 따른, 지능형 MR Elastomer 타이어에 채용된 댐핑블록을 배열 상태를 예시한 예시 사진이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 지능형 MR Elastomer 타이어의 개략 구성도이다.
도 3 은 일반 주행시의 타이어의 형상과 경사로에서의 MR Elastomer의 강성변화를 가해주었을 때의 타이어 형상의 예시도이다.The following are drawings of MR Elastomer tires capable of friction active control.
1 is an exemplary picture illustrating an arrangement state of a damping block employed in an intelligent MR Elastomer tire according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of an intelligent MR Elastomer tire according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram of a tire shape when a change in the stiffness of the MR Elastomer in the shape of the tire and the ramp during normal driving.
이하, 본 발명인 마찰력을 조정 가능한 타이어의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, looking at the configuration of the tire that can adjust the friction force of the present invention in detail.
도 2 는 본 발명에서의 비공기압 타이어의 구성도로서, 도 2에 예시된 바와 같이, 휠(10)의 가운데로부터 솔레노이드(30)가 타이어(20)쪽을 향하여 있으며, 솔레노이드(30)로 자기장 변화를 주어 전자유동학적 재질(MR Elastomer)로 이루어진 바깥부분 타이어(20)의 강성이 변화하면서 마찰 제어 가능해지는 구성으로 되어 있다.FIG. 2 is a configuration diagram of a non-pneumatic tire according to the present invention. As illustrated in FIG. 2, the
도 3 은 일반 주행시의 타이어(20)의 형상과 경사로에서의 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 강성변화를 가해주었을 때의 타이어(20) 형상의 예시도로서, 본 발명에 따라 구현되는, 마찰제어 휠(10)은 전자유동학적 재질(MR Elastomer)를 제외하고는 다른 부품들이 자기장에 영향을 받지 않는 재료로 하고 정확한 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 트라이볼로지 특성 구현을 위하여 자기장에 방해가 되는 요소들은 최대한 거리를 두는 것이 바람직하다.Figure 3 is an exemplary view of the shape of the
또한, 본 발명의 휠(10)을 적용하는 차량 및 기타 수송기계의 특성에 따라 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 크기, 구조 그리고 솔레노이드(30)의 위치 및 수량 또한 효과적으로 설계하는 것이 바람직하다.In addition, it is desirable to effectively design the size, structure, and position and quantity of the
본 발명에서는 기존 타이어(20) 재료들의 고정적인 마찰계수 값을 효율적으로 변화시키기 위해서 본 발명에서는 지능재료중 하나인 전자유동학적 재질로서의 일명, MR(Magneto-Rheological) Elastomer를 주재로서 사용한다.In the present invention, in order to efficiently change the fixed friction coefficient value of the existing
상기한 전자유동학적(Magneto-Rheological, MR) 재료는 자기장의 영향에 의해 유동학적 성질이 변하는 재료이며 MR 재료들은 MR 유체와 전자유동학적 재질(MR Elastomer) 두 개의 부류로 나누어진다.Magneto-Rheological (MR) materials are materials whose rheological properties are changed by the influence of a magnetic field. MR materials are divided into two classes, MR fluid and MR fluid.
여기에서, MR 유체는 자기장에 의해 극성을 가질 수 있는 입자들이 점성유체에 섞여 있는 재료이며 자기장이 걸리는 경우에는 입자들이 외부 자기장의 방향에 따라 체인 형태로 정렬되어 유동학적 성질이 변하게 된다.Here, the MR fluid is a material in which particles which may be polarized by a magnetic field are mixed in a viscous fluid, and when the magnetic field is caught, the particles are arranged in a chain shape according to the direction of the external magnetic field, thereby changing the rheological properties.
상기 MR 유체는 브레이크와 클러치, 댐퍼, 엔진마운트 등에 응용되고 있으나 액체 누출에 의한 환경오염, 입자 잔류물에 의한 MR 장비의 성능저하와 같은 단점들 때문에 최근에 유사한 성질을 가지는 고체인 전자유동학적 재질(MR Elastomer)가 해결책으로 떠오르고 있다.The MR fluid is applied to brakes, clutches, dampers, engine mounts, etc., but due to disadvantages such as environmental pollution caused by liquid leakage and deterioration of performance of MR equipment due to particle residues, it is a solid electrodynamic material having similar properties in recent years. MR Elastomer is emerging as a solution.
본 발명은 이러한 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 자기장에 따른 강성 및 트라이볼로지 특성 변화를 활용하여 수송기계의 경사각 및 노면의 상태에 따른 타이어(20)의 마찰력 변화를 제어하도록 구성되어 있다.The present invention is configured to control the friction force change of the
다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰력을 조정 가능한 타이어는, 구동휠(10)이 회전 가능하게 지지되는 축의 단부측에 상기 타이어(20)의 노면과의 접지면측 강성을 조절하여 효과적인 마찰력 조정이 가능하도록, 상기 타이어(20) 표면측에 전자유동학적 재질로 된 댐핑블록(21)을 함입하고, 상기 댐핑블록(21)의 외부측에 고정 장착되어, 상기 댐핑블록(21) 들에 자기장을 공급하는 솔레노이드(30)와, 상기 솔레노이드(30)에 전원의 공급 및 자기장의 세기를 조절하는 조절부재(40)를 포함하여 이루어지는 구성으로 되어 있다.In other words, the tire that can adjust the frictional force according to an embodiment of the present invention, effective frictional force by adjusting the stiffness of the ground surface side with the road surface of the
또, 상기 댐핑블록(21)은, 상기 전자유동학적 재질(전자유동학적 재질(MR Elastomer))로 전체 또는 일부가 포함되어 이루어지는 타이어(20)를 포함한다.In addition, the
또한, 상기 댐핑블록(21)은 상기 타이어(20)가 노면과 접하는 표면측에 막대형, 니들 형태나 와이어 형태로 방사상 함입되어 이루어지는 구조로 되는 것이 바람직하다.In addition, the
또, 상기 솔레노이드(30)는, 상기 타이어(20)의 내측에 상당하는 상기 축의 단부측으로서의 브레이크 드럼 안쪽에 상기 축을 중심으로 방사상으로 다수개 고정 배열되는 구조로 되어 있다.The
또한, 상기 솔레노이드(30)들은, 상기 브레이크 드럼 안쪽에 고정 장착되는 디스크판(50)의 일측에 상기 축을 중심으로 방사상으로 다수개 고정 배열되는 구성으로 되어 있다.In addition, the
이와 같이, 본 발명에 따른 마찰제어 구동휠(10)은 차량 및 수송기계의 휠(10) 뿐만 아니라 여러 가지 마찰제어가 필요한 회전체 기계장치의 표면 등에 확대 적용할 수 있다.As described above, the friction
상기 솔레노이드(30)에 공급되는 전원공급원은 전원공급 및 자기장의 세기를 조절하는 조절부재(40)로부터 전원을 공급받아 상기 솔레노이드(30)에 전류를 공급하도록 구성된다. The power supply source supplied to the
이때, 상기 조절부재(40)(70)는 차량의 용도와 크기 등의 제원에 따라 다르게 이루어질 뿐만 아니라 사용자가 직접조작할 수 있도록 형성된다. At this time, the
상기와 같이 구성되는 마찰력을 조정 가능한 타이어의 실시 예를 설명하면 다음과 같다. An embodiment of a tire capable of adjusting a friction force configured as described above is as follows.
먼저, 자기장에 의해 극성을 가질 수 있는 전자유동학적재질로 댐핑블록(21)을 형성함에 있어, 상기 타이어(20)에 댐핑부재를 함입하거나, 일정 표층부위를 전자유동학적 재질로 마련하는 방식으로 일체로 구성한다. First, in forming the
이때, 상기 댐핑부재는 타이어(20)에, 상기 솔레노이드(30)는 차량의 차체 소정 부위에 고정되어 상기 타이어(20)에 자기장을 인가하는 역할을 수행하게 되는 것이다.In this case, the damping member is fixed to the
그리고 상기 댐핑부재들에 자기장을 공급하는 솔레노이드(30)를 장착한 후 상기 솔레노이드(30)에 전원공급 및 자기장의 세기를 조절할 수 있는 조절부재(40)를 연결장착하면, 마찰력을 조정 가능한 타이어(20)의 마련 작업이 완료되는 것이다. And after mounting the solenoid (30) for supplying a magnetic field to the damping members and connected to the solenoid (30) by connecting the
상기와 같은 상황에서 차량의 진행에 따라 상기 타이어(20)에 진동이 전달되면, 상기 조절부재(40)는 상황에 맞춰 자기장의 세기를 조절한 후 솔레노이드(30)에 전달하여 상기 댐핑블록(21)에 자기장을 걸어 타이어(20)에 전달되는 실질적인 진동의 댐핑값을 감소시킴과 동시에 마찰력의 조절이 가능하도록 작동하게 되는 것이다.When vibration is transmitted to the
즉, 상기 타이어(20)가 노면 접촉 진동을 받아 위 아래로 진동하면 상기 조절부재(40)는 능동적으로 솔레노이드(30)에 전류를 흘려주어 자기장을 변화시켜, 상기 댐핑부재가 타이어(20) 접지 표면측의 강성변화를 조절하여 진동 및 강성을 효과적으로 변동시켜, 접지면과의 마찰력을 조절할 수 있게 되는 것이다.That is, when the
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명을 기반으로 한 전자유동학적 재질(MR Elastomer)를 이용한 차량의 타이어(20)의 마찰 능동 제어를 개발하여 경사진 도로에서의 차량 타이어(20)의 이동효율향상 및 눈ㅇ비 또는 오프로드에서의 차량의 안정감 향상을 기대할 수 있다. 또한 저속 고속 상황에서의 타이어(20)의 공기압을 조절하였던 기존의 방식과 같은 효과를 전자유동학적 재질(MR Elastomer)의 강성변화를 통하여 얻을 수 있다.As described above, the development of friction active control of the
더욱이, 전자유동학적 재질(MR Elastomer) 타이어(20) 자체가 전체 차량 시스템의 댐퍼 역할을 하게 되어 자기장에 따른 강성변화를 통하여 마찰력 조정효과를 얻을 수 있을 것으로 보여 승차감 향상에 큰 기여를 하는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.In addition, since the MR 20 tire itself acts as a damper of the entire vehicle system, it is possible to obtain a frictional force adjustment effect through the stiffness change according to the magnetic field. It is very effective.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 프로펠러 샤프트 센터베어링용 으로 채용되는 마찰력 조절수단을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
In the description of the friction force adjusting means employed for the propeller shaft center bearing of the present invention with reference to the accompanying drawings, the present invention has been described with a particular shape and direction, the present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, such a modification And changes should be construed as being included in the scope of the present invention.
본 발명에 따르면, 기존에 나와 있던 공기압을 이용한 타이어(20)의 단점인 공기압 유지 및 공기압에 의한 타이어(20) 표면의 변화 등을 보완하기 위하여 공기압을 사용하지 않는 비공기압 타이어를 대체 할 수 있는 것이다.According to the present invention, it is possible to replace the non-pneumatic tires without using the air pressure to compensate for the maintenance of the air pressure and the change of the surface of the
차량의 휠(10) 뿐만이 아니라 마찰제어가 필요한 회전체 기계 장치의 부품부에 확대 적용 될 것으로 보이며 비공기압 타이어(20)로써 여러 지형에서의 미끄럼을 최소화하여 이동 효율이 높아 산업용·군사용으로도 활용 가능함은 물론이다.
It is expected to be applied not only to the
10 : 구동휠
20 : 타이어
21 : 댐핑블록
30 : 솔레노이드
40 : 조절부재
50 : 디스크판10: driving wheel
20: tire
21: damping block
30: solenoid
40: adjusting member
50 disc
Claims (5)
상기 댐핑블록의 외부측에 고정 장착되어, 상기 댐핑블록 들에 자기장을 공급하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드에 전원의 공급 및 자기장의 세기를 조절하는 조절부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.
A damping block made of an electrodynamic material is embedded in the tire surface side so as to effectively adjust frictional force by adjusting the rigidity of the ground plane side with the road surface of the tire on the end side of the shaft on which the driving wheel is rotatably supported.
It is fixed to the outer side of the damping block, the solenoid for supplying a magnetic field to the damping block, and the friction member characterized in that it comprises a control member for supplying power to the solenoid and adjusting the strength of the magnetic field tire.
상기 댐핑블록은, 상기 전자유동학적 재질(MR Elastomer)로 이루어진 타이어인 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.
The method of claim 1,
The damping block is a tire capable of adjusting a friction force, characterized in that the tire made of the electromagnetic fluid (MR Elastomer).
상기 댐핑블록은 상기 타이어가 노면과 접하는 표면측에 니들 형태나 와이어 형태로 방사상 함입된 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.
The method of claim 1,
The damping block is a tire capable of adjusting a friction force, characterized in that the radially recessed in the form of a needle or a wire on the surface side of the tire in contact with the road surface.
상기 솔레노이드는, 상기 타이어의 내측에 상당하는 상기 축의 단부측으로서의 브레이크 드럼 안쪽에 상기 축을 중심으로 방사상으로 다수개 고정 배열된 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.
The method of claim 3, wherein
The solenoid is fixed to the inside of the brake drum as the end side of the shaft corresponding to the inside of the tire, a plurality of fixed radially around the shaft, the tire capable of adjusting the friction force.
상기 솔레노이드들은, 상기 브레이크 드럼 안쪽에 고정 장착되는 디스크판의 일측에 상기 축을 중심으로 방사상으로 다수개 고정 배열된 것을 특징으로 하는 마찰력을 조정 가능한 타이어.The method of claim 4, wherein
The solenoids, the friction force adjustable tire, characterized in that a plurality of radially fixed around the axis arranged on one side of the disk plate fixedly mounted inside the brake drum.
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