KR20120042793A - 타이어 시험기의 구동 제어 방법 및 타이어 시험기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모의 노면의 이동에 대한 타이어의 미끄러짐 비가 미리 정해진 고정값이 되도록 타이어 구동 전기 모터에 회전 명령을 전달하고, 타이어의 회전 속도를 변경시키는 제어기를 구비한 타이어 시험기의 구동 제어 방법이며, 회전 속도가 전달된 경우 타이어의 미끄러짐 비에 따라 타이어에 부과된 종방향력을 평가하는 단계와, 평가된 종방향력 평가값을 기초로 타이어 구동 전기 모터에 대한 토크 한계값을 결정하는 단계와, 타이어의 회전 속도를 변경시키도록 회전 명령이 전달된 경우 토크 한계값을 타이어 구동 전기 모터의 토크 한계에 가하는 단계를 포함한다. 이러한 구성으로, 미끄러짐 비를 변경하면서 타이어 시험이 실행되는 경우, 타이어 구동 전기 모터 상에 초과 과부하를 부과하지 않고도 시험을 실행할 수 있다.

Description

타이어 시험기의 구동 제어 방법 및 타이어 시험기{DRIVING CONTROL METHOD OF TIRE TESTING MACHINE AND TIRE TESTING MACHINE}
본 발명은 모의 노면(simulated road surface)에 대한 타이어의 미끄러짐 비를 변경시키면서 시험을 실행하는 타이어 시험기의 구동 제어 방법 및 타이어 시험기에 관한 것이다.
종래의 타이어 시험기는 타이어가 설치된 타이어 축(스핀들 축)을 타이어 구동 전기 모터로 회전시키고, 또한 타이어가 접촉되는 모의 노면을 구비한 구동 드럼을 미국 특허 제6584835호에 개시된 타이어 구동 전기 모터와는 상이한 모의 노면용 전기 모터로 회전시킨다.
이러한 타이어 시험기에서, 타이어가 모의 노면과 접촉한 상태에서는 타이어의 회전수(타이어의 속도)가 구동 드럼의 회전수(구동 드럼의 속도)와 상이하기 때문에, 모의 노면 상에서의 타이어의 슬립을 허용하면서 타이어의 다양한 시험을 실행하는 것이 가능하다.
이러한 시험에서는, 타이어의 속도와 구동 드럼의 속도 사이의 차이를 조절함으로써, 모의 노면에 대한 타이어의 미끄러짐 정도, 즉 미끄러짐 비를 변경시킬 수 있다.
그러나, 미끄러짐 비가 소정 값이 되도록 타이어의 속도 및 구동 드럼의 속도를 조절할 때(미끄러짐 비를 변경할 때), 타이어의 표면 상태(트레드의 상태), 모의 노면에 대한 타이어의 접촉 상태 등이 변경되면, 타이어를 회전시키는 측의 타이어 구동 전기 모터에 비정상적인 부하 변경이 전달되는 경우가 종종 발생한다. 상황에 따라, 스틱(stick) 슬립이 발생하고 초과 부하가 타이어 시험기에 부과되는 위험이 있다.
상술한 문제를 고려하여, 본 발명의 목적은 미끄러짐 비를 변경시키면서 타이어 시험을 실행하는 경우 타이어 구동 전기 모터에 초과 과부하를 부과하지 않으면서 가능한 넓은 미끄러짐 비로 시험을 실행할 수 있는 타이어 시험기의 구동 제어 방법 및 타이어 시험기를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음의 수단을 갖는다. 즉, 본 발명은 타이어 시험기의 구동 제어 방법이며, 타이어 시험기는 타이어 축을 통해 타이어를 회전시키기 위한 타이어 구동 전기 모터와, 모의 노면을 이동시키기 위한 모의 노면 구동 전기 모터 및, 모의 노면의 이동에 대해 타이어의 미끄러짐 비가 미리 정해진 고정값이 되도록 타이어 구동 전기 모터에 회전 명령을 전달하고 타이어의 회전 속도를 변경시키는 제어기를 구비하고, 회전 명령이 전달된 경우 타이어의 미끄러짐 비에 따라 타이어에 부과된 종방향력을 평가하는 단계와, 평가된 종방향력의 평가값을 기초로 타이어 구동 전기 모터에 대한 토크 한계값을 결정하는 단계와, 타이어의 회전 속도를 변경시키도록 회전 명령이 전달되면 토크 한계 값을 타이어 구동 전기 모터의 토크 한계에 적용하는 단계를 포함한다.
토크 한계값은 식 (1)로 결정되는 것이 바람직하다.
[토크 한계값] = [종방향력 평가값] × [타이어 주행 반경] (1)
여기서, [종방향력 평가값] = [내부 계수] × [부하] × [미끄러짐 비],
타이어 주행 반경 : 모의 노면으로부터 타이어의 휠 중심까지의 거리
내부 계수 : 시험 조건에 의해 식별된 계수
부하 : 모의 노면에의 타이어 수직 부하
회전 명령이 전달되고 타이어를 회전시키도록 제동력 또는 구동력이 타이어 구동 전기 모터 상에 부과될 때, 타이어 측으로부터 외력으로서 모의 노면 구동 전기 모터에 작용하는 토크를 결정하고, 외력에 대응하는 토크를 모의 노면 구동 전기 모터의 출력 토크에 추가하는 것이 바람직하다.
모의 노면은 모의 노면 구동 전기 모터에 의해 구동되는 구동 드럼으로 이동되도록 구비되고, 모의 노면 구동 전기 모터에 추가된 토크는 식 (2) 내지 식 (4)에 의해 결정되는 것이 바람직하다.
Figure pat00001
(2)
Figure pat00002
(3)
Figure pat00003
(4)
여기서,
Td : 외력으로서 타이어 구동 전기 모터에의 제동력 또는 구동력에 의해 구동 드럼의 회전축에 작용하는 토크
Tn : 타이어 구동 전기 모터의 생성 토크
TH : 타이어 주행 반경
DR : 모의 노면의 두께를 구동 드럼의 회전 반경에 추가하여 결정된 거리
Tdm : 외력으로서 타이어 구동 전기 모터에의 구동력 또는 제동력에 의해 모의 노면 구동 전기 모터의 회전축에 작용하는 토크
Gr : 모의 노면 구동 전기 모터에 연결된 감속기(reducer)의 기어 감속비
FF : 모의 노면 구동 전기 모터에 추가된 토크
α : 보정 계수
본 발명의 다른 기술 수단은 타이어 시험기이며, 타이어 축을 회전시키기 위한 타이어 구동 전기 모터와, 모의 노면과, 모의 노면을 이동시키기 위한 모의 노면 구동 전기 모터 및, 모의 노면의 이동에 대해 타이어의 미끄러짐 비가 미리 설정된 목표값이 되도록 타이어 구동 전기 모터로 회전 명령을 전달하고 타이어의 회전 속도를 변경시키는 제어기를 포함한다. 제어기는 미끄러짐 비에 따라 타이어의 회전 속도를 변경시키도록 타이어 구동 전기 모터로 전달된 회전 명령을 결정하기 위한 회전 명령값 계산부와, 회전 명령이 전달된 경우 타이어에 부과된 종방향력을 평가하기 위한 종방향력 평가부와, 평가된 종방향력을 기초로 타이어 구동 전기 모터에 대한 토크 한계값을 설정하기 위한 토크 한계값 설정부 및, 타이어 구동 전기 모터의 회전수를 변경시키도록 회전 명령이 전달된 경우 토크 한계값을 적용하여 타이어 구동 전기 모터에 토크 제한을 가하는 토크 제한부를 포함한다.
제어기는 회전 명령이 전달되고 타이어를 회전시키도록 제동력 및 구동력이 타이어 구동 전기 모터에 부과된 경우, 타이어 측으로부터의 외력으로서 모의 노면 구동 전기 모터에 작용하는 토크를 결정하기 위한 작용 토크 계산부 및, 작용 토크 계산부에 의해 계산된 외력에 대응하는 토크를 모의 노면 구동 전기 모터의 출력 토크에 추가하는 토크 추가부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 미끄러짐 비를 변경시키면서 타이어 시험이 실행되는 경우, 타이어 구동 전기 모터에의 초과 과부하를 부과하지 않으면서 가능한 넓은 미끄러짐 비로 시험을 실행할 수 있다.
도 1은 제1 실시예의 타이어 시험기의 전체 정면도.
도 2a 내지 도 2c는 미끄러짐 비 설정 작동의 설명도로서, 도 2a는 스윕(sweep) 작동을 도시하고, 도 2b는 스텝 작동을 도시하고, 도 2c는 픽싱(fixing) 작동을 도시한 도면.
도 3은 타이어 구동 전기 모터의 제어 루프를 도시한 도면.
도 4는 제2 실시예의 타이어 시험기의 전체 정면도.
도 5는 모의 노면 구동 전기 모터의 제어 루프를 도시한 도면.
이후, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
[제1 실시예]
도 1은 타이어 시험기를 도시한다.
도 1은 타이어 시험기의 전체 구성을 도시한다. 이하의 설명에서, 도 1의 상하 방향은 상하 방향 또는 수직 방향을 가리키고, 도 1의 좌우 방향은 좌우 방향을 가리키고, 도 1의 관통 방향은 종방향을 가리킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 타이어 시험기(1)는 모의 노면(2)을 이동시키기 위한 노면 이동 기구(3), 타이어(T)를 회전 가능하게 보유하기 위한 타이어 보유 기구(4), 모의 노면(2) 상에 타이어(T)를 가압하고 미끄러짐 각 및 캠버(camber) 각을 부여하기 위한 이동 기구(5) 및, 타이어 보유 기구(4), 노면 이동 기구(3) 및 이동 기구(5)를 제어하기 위한 제어기(6)를 구비한다.
노면 이동 기구(3)는 원통형 구동 드럼(10) 및 구동 드럼(10)을 회전시키도록 구동하기 위한 모의 노면 구동 전기 모터(11)를 구비한다. 구동 드럼(10)은 타이어 보유 기구(4) 아래에 배치되고, 모의 노면(2)은 구동 드럼(10)의 외부 주연면 상에 형성된다. 구동 드럼(10)의 회전축(12)은 제1 지지 기부(13) 상에 회전 가능하게 지지된다. 모의 노면 구동 전기 모터(11)는 구동 드럼(10)의 우측(도 1의 우측)에 배치되고 제1 지지 기부(13)에 고정된다. 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 회전축(8) 및 구동 드럼(10)의 회전축(12)은 일체로 회전되도록 구동축을 통해 서로 결합된다.
타이어 보유 기구(4)는 노면 이동 기구(3) 상에 배치되고, 림(rim, 도시 생략)을 통해 타이어(T)를 보유하는 타이어 축(스핀들 축, 15)과, 타이어 축(15)을 회전 가능하게 지지하는 하우징(16)과, 하우징(16)을 통해 타이어(T)의 부하 및 모멘트를 측정하는 6 분력 힘 변환기(로드 셀, 17)와, 타이어 축(15)을 회전시키는 타이어 구동 전기 모터(18)를 구비한다.
하우징(16) 및 로드 셀(17)은 상승 및 하강이 가능한 이동 기구(5)의 상승 및 하강 프레임(19)의 하부에 구비된다. 상승 및 하강 프레임(19)은 제3 지지 기부(20)에 구비된 지지 프레임(21)으로 지지된다. 타이어 구동 전기 모터(18)는 제3 지지 기부(20)의 우측에 배치된 제4 지지 기부에 구비된다.
타이어 구동 전기 모터(18)의 회전축(24) 및 타이어 축(15, 스핀들 축)은 일체로 회전되도록 양측에 구비된 프리 조인트 및 구동축(25)을 통해 서로 결합된다.
상술한 타이어 시험기(1)에서 타이어 시험이 실행될 때, 우선, 타이어(T)는 림을 통해 타이어 축(15)에 설치된 후, 타이어(T)가 모의 노면(2)과 접촉하도록 이동 기구(5)의 상승 및 하강 프레임(19)이 하강한다. 타이어(T)가 모의 노면(2)과 접촉하는 상태에서, 모의 노면 구동 전기 모터(11)는 구동 드럼(10)을 회전시키도록 구동되고, 타이어 구동 전기 모터(18)도 타이어 축(15)을 회전시키도록 구동된다. 이로써, 모의 노면(2)의 이동에 대한 타이어(T)의 슬립을 허용하면서 다양한 시험을 실행할 수 있다.
이후, 타이어(T)의 슬립을 허용하면서 시험을 실행하는 타이어 시험 방법 및 타이어 시험시 구동 제어 방법, 제어기(6)의 구성도 설명한다.
타이어 시험에서, 우선, 타이어(T)에 대한 시험 조건, 예를 들어 타이어(T) 공기 압력, 모의 노면(2)에 대향하여 타이어(T)에 부과된 부하, 모의 노면 이동 속도 등은 미끄러짐 전과 후 사이에 동일한 조건(값)이다.
이후, 타이어 시험에서, 모의 노면(2)의 이동에 대한 타이어(T)의 미끄러짐 비(Sr)는 다음과 같이 설정된다. 그리고, 설정 미끄러짐 비(Sr)에서 타이어(T)의 슬립을 허용하면서, 다양한 시험이 실행되고, 예를 들어 타이어(T)의 캠버 각 및 미끄러짐 각이 변경될 때 타이어(T)에 부과된 부하가 로드 셀(17)에 의해 측정되고, 미끄러짐 비(Sr)가 연속적으로 변할 때 타이어(T)의 트레드 상태 등이 관측된다. 본 발명은 미끄러짐 비(Sr)를 변화시키면서 실행되는 모든 시험에 적용될 수 있기 때문에, 미끄러짐 비(Sr)의 변경 이후의 다양한 시험 모드는 상술한 모드에 한정되지 않음을 알 수 있다.
미끄러짐 비(Sr)를 설정하고 변경하기 위한 미끄러짐 작동(미끄러짐 비 설정 작동이라고도 함)에서, 우선, 타이어(T)가 소정 부하로 구동 드럼(10)에 가압되는 상태[타이어(T)가 모의 노면(2)과 접촉된 상태]에서, 타이어 축(15)은 제로의 토크로 회전된다. 즉, 미끄러짐 비 설정 작동에서, 우선 타이어(T)를 모의 노면(2)과 접촉하게 한 후, 모의 노면 구동 전기 모터(11)만 구동되고 타이어 구동 전기 모터(18)는 구동되지 않는다. 따라서, 타이어(T)는 모의 노면의 이동에 의해 회전된다.
이러한 수동(passive) 회전 상태에서, 타이어(T)는 모의 노면(2)의 이동에 의해서만 회전된다. 따라서, 타이어(T)는 모의 노면(2)에 대해 슬립되지 않고, 미끄러짐 비(Sr)는 제로이다.
수동 회전 상태[미끄러짐 비(Sr)가 제로일 때]에서의 타이어 회전 속도(ωtz, 타이어 회전수) 및 모의 노면 이동 속도(ωdz, 구동 드럼 회전수)는 센서 등에 의해 측정된다.
다음으로, 미끄러짐 비 설정 작동에서, 타이어 회전 속도가 변경되도록 타이어 구동 전기 모터(18)의 회전수가 변경된다. 따라서, 타이어(T)는 모의 노면(2) 상에서 의도적으로 슬립된다.
이후, 미끄러짐 비 설정 작동에서 타이어(T)가 슬립되도록 타이어 회전 속도가 변경될 때, 모의 노면 이동 속도가 일정하다면, 타이어(T)의 미끄러짐 비(Sr)는 식 (5)에 의해 알 수 있는 바와 같이 미끄러짐 비가 제로일 때 타이어 회전 속도(ωtz) 및 (현재) 변경 시간에서의 타이어 회전 속도(ωt)에 의해 결정된다.
Figure pat00004
(5)
Sr : 미끄러짐 비
ωt : (변경시) 현재 타이어 회전 속도(타이어의 회전수)
ωtz : 미끄러짐 비가 제로일 때의 타이어 회전 속도(타이어의 회전수)
그러나, 미끄러짐 비 설정 작동 중, 타이어 회전 속도 변경시 타이어의 힘은 모의 노면(2)을 통해 모의 노면 구동 전기 모터(11)에 부과된다. 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 회전수는 이러한 외력에 의해 변경된다. 타이어 회전 속도에서의 변경에 따라, 모의 노면 이동 속도는 실제로 변경된다.
따라서, 식 (6)에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 미끄러짐 비 설정 작동에서, 모의 노면 이동 속도(ωdz)의 변경에 따른 타이어 회전 속도(ωtz')는 미끄러짐 비(Sr)가 제로일 때의 타이어 회전 속도(ωtz), 현재 모의 노면 이동 속도(ωd, 변경시의 모의 노면 이동 속도) 및 미끄러짐 비(Sr)가 제로일 때의 모의 노면 이동 속도(ωdz)로부터 계산되고, 타이어 회전 속도의 변경에 따른 모의 노면 이동 속도는 미끄러짐 비(Sr)가 올바르게 설정되도록 식 (7)에 의해 추가된다.
Figure pat00005
(6)
Figure pat00006
(7)
여기서,
Sr : 미끄러짐 비
ωt : (변경시) 현재 타이어 회전 속도(타이어의 회전수)
ωd : (변경시) 현재 모의 노면 이동 속도(구동 드럼의 회전수)
ωtz : 미끄러짐 비가 제로일 때의 타이어 회전 속도(타이어 회전수)
ωdz : 미끄러짐 비가 제로일 때의 모의 노면 이동 속도(구동 드럼의 회전수)
ωtz' : (변경시) 현재 모의 노면 이동 속도로부터 결정된 미끄러짐 비 제로에 대응하는 타이어 회전 속도
따라서, 본 발명의 미끄러짐 비 설정 작동에서, 식 (6)에 의해 결정된 미끄러짐 비(Sr)가 타이어 시험에서 이용되는 목표값(예비 설정값)이 되도록, 회전 명령은 제어기(6)로부터 타이어 구동 전기 모터(18)로 전달되어, 타이어 회전 속도가 증가 또는 감소된다.
이러한 방식으로, 미끄러짐 비 설정 작동에서, 타이어 시험은 미끄러짐 비(Sr)를 적절하게 설정함으로써 실행된다. 이러한 미끄러짐 비 설정 작동이 이후 더욱 상세하게 고찰되며, 미끄러짐 비 설정 작동은 도 2에 도시된 바와 같이, 스윕 작동, 스텝 작동 및 픽싱 작동의 세 개의 작동을 포함한다. 상술한 바와 같이, 스윕 작동, 스텝 작동 및 픽싱 작동은 미끄러짐 비(Sr) 설정이라는 점에서는 공통적이다. 그러나, 미리 정해진 시간 내에(일 스텝에서) 미끄러짐 비(Sr)를 변경시키는 정도는 각각의 작동에서 상이하다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 스윕 작동은 미끄러짐 비(Sr)가 일 스텝에서 최종 미끄러짐 비 설정이 될 때까지, 미리 정해진 시간 내에(일 스텝에서) 미끄러짐 비(Sr)를 점차 증가 또는 감소하는 작동이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 스텝 작동은 미끄러짐 비(Sr)가 최종 미끄러짐 비가 될 때까지 미리 정해진 시간 내에(일 스텝에서) 미끄러짐 비(Sr)를 단계적으로 증가 및 감소시키고, 또한 한번 증가 또는 감소된 미끄러짐 비를 고정 시간 동안 유지시키는 작동이다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 픽싱 작동은 미리 정해진 시간 내에(일 스텝에서) 미끄러짐 비를 최종 미끄러짐 비까지 한번에 증가 또는 감소시키고, 이후 작동이 종료될 때까지 최종 미끄러짐 비를 유지시키는 작동이다.
스윕 작동, 스텝 작동 및 픽싱 작동은 단방향 작동 및 양방향 작동을 추가로 포함한다.
여기서, 타이어(T)가 모의 노면(2)에 대해 슬립되지 않는 제로의 미끄러짐 비를 기초로, 타이어 회전 속도가 증가될 때의 미끄러짐 비(Sr)는 플러스 측이고 타이어 회전 속도가 감소될 때의 미끄러짐 비(Sr)는 마이너스 측이다. 단방향 작동은 미끄러짐 비(Sr)를 플러스 측 및 마이너스 측 중 하나로 변경시키도록 타이어 회전 속도를 단지 증가시키거나 또는 감소시키기는 작동이다. 양방향 작동은 미끄러짐 비(Sr)를 플러스 측 및 마이너스 측 모두로 변경시키도록 타이어 회전 속도를 증가 및 감소시키는 작동이다.
따라서, 타이어(T)가 슬립되면서 시험이 실행되는 경우, 스윕 작동, 스텝 작동 및 픽싱 작동의 시험이 실행되며 또한 시험은 스윕 작동, 스텝 작동 및 픽싱 작동의 각각에서 단방향 작동 및 양방향 작동에 의해 미끄러짐 비(Sr)를 변경시키면서 실행된다.
미끄러짐 비(Sr)의 목표값이 스윕 작동, 스텝 작동 및 픽싱 작동에서 변경될 때, 타이어에 부과된 종방향력은 미끄러짐 비가 변경되는 매 시간마다 목표값에 따라서 평가된다.
구체적으로, 상술한 바와 같이, 미끄러짐 비가 목표값이 되도록 타이어 회전 속도에 대응하여 제어기(6)로부터 타이어 구동 전기 모터(18)로 회전 명령이 전달될 때, 타이어(T)에 부과된 종방향력은 미끄러짐 비의 목표값에 따라 평가된다. 타이어(T)에 부과된 종방향력의 평가값은 식 (8)로 결정된다.
[종방향력 평가값] = [내부 계수] ×[부하]×[미끄러짐 비] (8)
내부 계수 : 시험 조건에 의해 식별된 계수
부하 : 모의 노면에의 타이어 수직 부하
식 (8)은 시험 등에 의해 결정된다. 내부 계수는 타이어(T)의 타입 등에 의해 식별되고, 계수는 PC 타이어(T)[승용차용 타이어(T)]에서 0.2 내지 0.3의 범위, 바람직하게는 0.25이고, TB 타이어(T)(트럭 및 버스용)에서 0.08 내지 0.2의 범위, 바람직하게는 0.12이다. 타이어(T)가 확대될수록, 내부 계수는 작아진다. 내부 계수는 시험 조건에 따라서 0.3 내지 0.08의 범위로 설정된다. 부하는 로드 셀(17)의 측정값, 구동축의 지지부로 부과된 부하, 또는 예를 들어 상승 및 하강 프레임을 상승 및 하강시키는 구동 실린더의 압력으로부터 결정될 수 있다.
식 (8)에 의해 결정된 종방향력 평가값에 기초하여, 타이어 구동 전기 모터(18)에 대한 토크 한계값은 식 (1)에 의해 결정된다.
[토크 한계값] = [종방향력 평가값] × [타이어 주행 반경] (1)
여기서, 타이어 주행 반경 : 모의 노면으로부터 타이어의 휠 중심까지의 거리.
타이어 주행 반경은 식 (1)에 의해 알 수 있는 바와 같이 모의 노면으로부터 타이어의 휠 중심까지의 거리이다. 그러나, 타이어 시험 중 타이어 주행 반경(Tr)을 실제로 측정하는 것은 어렵기 때문에, 타이어 주행 반경(Tr)은 본 실시예에서 식 (9)에 의해 결정된다.
Figure pat00007
(9)
여기서,
Tr : 타이어 주행 반경
DR : 구동 드럼의 회전 반경에 모의 노면의 두께를 추가하여 결정된 거리
미끄러짐 비 설정 작동에서, 타이어 회전 속도가 타이어 구동 전기 모터(18)에 의해 변경될 때 타이어 구동 전기 모터(18)의 출력 토크의 상한값은 식 (1)에 의해 결정된 토크 한계값이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서, 미끄러짐 비(Sr)가 목표값이 되도록, 타이어 회전 속도가 타이어 구동 전기 모터(18)에 의해 변경될 때 타이어 구동 전기 모터(18)의 토크는 식 (1)에 의해 결정된 토크 한계값을 초과하지 않는다.
제어기(6)는 회전 명령값 계산부(30), 종방향력 평가부(31), 토크 한계값 설정부(32) 및 제1 토크 제한부(33)를 구비한다.
회전 명령값 계산부(30)는 미끄러짐 비(Sr)가 설정 목표값이 되도록 타이어 구동 전기 모터(18)로 전달되는 회전 명령을 결정한다. 자세히 살펴보면, 목표 미끄러짐 비(Sr)가 타이어 시험시 전달되면, 회전 명령값 계산부(30)는 미끄러짐 비(Sr)가 목표값이 되도록 식 (5) 및 식 (6)을 사용하여 변경된 타이어 회전 속도(ωt)를 결정하고, 타이어 회전 속도(ωt)를 얻기 위한 타이어 구동 전기 모터(18)의 회전수를 결정한다.
자세히 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 명령값 계산부(30)는 게인(gain)에 의해 목표 미끄러짐 비(Sr)로 결정된 타이어 회전 속도를 기초로 타이어 구동 전기 모터(18)의 회전수의 목표값과 타이어 구동 전기 모터(18)의 현재 회전수(타이어 회전수) 사이의 차이를 곱하여 회전 명령값을 결정한다. 회전 명령값 계산부(30)는 결정된 회전 명령값을 제1 토크 제한부(33)로 출력한다.
종방향력 평가부(31)는 미끄러짐 비(Sr)의 목표값을 기초로 타이어(T) 상에 부과된 종방향력을 평가한다. 미끄러짐 비(Sr)가 전달되면, 종방향력 평가부(31)는 상술한 미끄러짐 비(Sr)를 이용하여 식 (8)에 의해 타이어(T)의 종방향력을 결정한다.
토크 한계값 설정부(32)는 종방향력 평가부(31)에 의해 평가된 종방향력을 기초로 식 (1)에 의해 타이어 구동 전기 모터(18)용 토크 한계값을 결정하고, 토크 한계값을 제1 토크 제한부(33)로 출력한다.
타이어 구동 전기 모터(18)의 회전수가 회전 명령에 의해 변경되면, 제1 토크 제한부(33)는 토크 한계값 설정부(32)에 의해 결정된 토크 한계값을 타이어 구동 전기 모터(18)에 대한 회전 명령에서의 토크 한계로서 취하고, 타이어 구동 전기 모터(18)의 출력 토크를 제한한다.
즉, 타이어 구동 전기 모터(18)에 대한 회전 명령이 회전 명령값 계산부(30)로부터의 회전 명령값을 기초로 전달되면, 제1 토크 제한부(33)는 먼저, 타이어 구동 전기 모터(18)가 이러한 회전 명령에 의해 구동될 때 타이어 구동 전기 모터(18)의 출력 토크가 토크 한계값을 초과하는지의 여부를 결정한다. 이후, 출력 토크가 토크 한계값을 초과하지 않는 경우, 제1 토크 제한부(33)는 전류 제어부(37)를 통해 회전 명령값 계산부(30)로부터 전달된 회전 명령값을 기초로 타이어 구동 전기 모터(18)를 구동시킨다. 출력 토크가 토크 한계값을 초과하는 경우, 제1 토크 제한부(33)는 토크 한계값의 토크로 타이어 구동 전기 모터(18)를 회전시킨다.
본 발명의 타이어 시험기(1)에 따르면, 미끄러짐 비의 변경으로 인해 회전 명령이 전달되는 경우, 미끄러짐 비에 따라 타이어에 부과된 종방향력이 평가되고, 타이어 구동 전기 모터(18)에 대한 토크 한계값이 평가된 종방향 평가값을 기초로 결정되고, 상기 토크 한계값은 회전 명령이 타이어의 회전수를 변경시키도록 전달될 때 타이어 구동 전기 모터(18)의 토크 한계로 적용된다. 따라서, 타이어 구동 전기 모터(18)에 초과 과부하를 부과하지 않으면서 가능한 넓은 미끄러짐 비로 시험을 실행할 수 있다. 즉, 본 발명에서, 타이어 구동 전기 모터(18)에 대한 토크 한계값은 미끄러짐 비가 변경되는 경우 타이어에 부과된 종방향력으로부터 얻어진다. 따라서, 타이어 구동 전기 모터(18)의 성능에 따라 허용되는 한계에 거의 가깝게 미끄러짐 비를 설정할 수 있다. 그 결과, 미끄러짐 비의 변경 범위를 넓힐 수 있다.
[제2 실시예]
도 4 및 도 5는 제2 실시예에서의 타이어 시험기(1)를 도시한다.
타이어 시험기(1) 내의 제어기(6)는 회전 명령값 계산부(30), 종방향력 평가부(31), 제1 토크 제한부(33)에 추가로 작용 토크 계산부(34) 및 토크 추가부(35)를 구비한다.
작용 토크 계산부(34)는 회전 명령이 전달되어, 타이어를 회전시키도록 제동력 또는 구동력이 타이어 구동 전기 모터(18)에 부과되는 경우 타이어 측으로부터의 외력으로서 모의 노면 구동 전기 모터에 작용하는 토크(이른바, 작용 토크라고도 함)를 결정한다. 즉, 작용 토크 계산부(34)는 미끄러짐 비(Sr)가 목표값일 때 모의 노면 구동 전기 모터(11) 측에 작용하는 작용 토크를 결정하고, 타이어 구동 전기 모터(8)는 미끄러짐 비가 목표 미끄러짐 비가 되도록 회전한다. 구체적으로, 타이어(T)가 미리 정해진 미끄러짐 비(Sr)로 회전될 때, 작용 토크 계산부(34)는 식 (2) 및 식 (3)에 의해 알 수 있는 바와 같이, 타이어 구동 전기 모터(18)에서 생성된 생성 토크(Tn)를 이용하여 미끄러짐 시에 모의 노면 구동 전기 모터(11) 측에 작용하는 토크(Tdm, 작용 토크)를 결정한다.
Figure pat00008
(2)
Figure pat00009
(3)
Figure pat00010
(4)
여기서,
Td : 외력으로서 타이어 구동 전기 모터의 구동력 또는 제동력에 의해 구동 드럼의 회전축에 작용하는 토크
Tn: 타이어 구동 전기 모터의 생성 토크
TH : 타이어 주행 반경
DR : 구동 드럼의 회전 반경에 모의 노면의 두께를 추가하여 결정된 거리
Tdm : 외력으로서 타이어 구동 전기 모터의 구동력 또는 제동력에 의해 모의 노면 구동 전기 모터의 회전축에 작용하는 토크
Gr : 모의 노면 구동 전기 모터에 연결된 감속기의 기어 감속비
FF : 모의 노면 구동 전기 모터에 추가된 토크
α : 보정 계수
Gr은 모의 노면 구동 전기 모터(11)에 연결된 감속기의 감속비이다.
토크 추가부(35)는 작용 토크 계산부(34)에 의해 계산된 외력에 대응하는 작용 토크를 피드백 또는 피드포워드를 통해 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 출력 토크에 추가한다. 토크 추가부(35)는 식 (4)에 의해 알 수 있는 바와 같이, 작용 토크 계산부(34)에 의해 계산된 작용 토크(Tdm)에 보정 계수를 곱하고, 보정 계수에 의해 보정된 작용 토크(FF)를 피드포워드 성분으로서 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 출력 토크에 추가한다. 보정 계수는 0.95 내지 1.05의 범위임을 알 수 있다. 본 실시예에서, 보정 계수는 1.0이고 Tdm = FF 이다.
보다 상세하게, 도 5에 도시된 바와 같이, 모의 노면 구동 전기 모터(11)가 구동되면, 제어기(6)는 제어 게인에 의해 모의 노면 이동 속도를 일정하게 하기 위해, 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 현재 회전수와 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 회전수의 목표값 사이의 차이를 곱하여 회전 명령값을 결정한다. 이때, 작용 토크 계산부(34)에 의해 계산된 보정 이후의 작용 토크(FF)는 제어기(6)의 토크 추가부(35)에 의해 모의 노면 구동 전기 모터(11)에 대한 회전 명령값에 대응하는 출력 토크에 추가된다. 즉, 작용 토크 계산부(34)에 의해 계산된 외력에 대응하는 보정 이후의 작용 토크(FF)는 피드포워드를 통해 토크 추가부(35)에 의해 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 출력 토크에 추가된다. 작용 토크(FF)는 피드백을 통해 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 출력 토크에 추가될 수 있음을 알 수 있다.
제어기(6)는 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 토크를 제한하기 위한 제2 토크 제한부(36)도 갖는다. 제2 토크 제한부(36)는 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 출력 토크가 모의 노면 구동 전기 모터(11)에 대한 출력 한계값[즉, 모의 노면 구동 전기 모터(11) 자체의 토크 한계값]을 초과했는지 여부를 결정하고 출력 토크를 제한한다. 모의 노면 구동 전기 모터(11)는 전류 제어부(37)를 통해 제어기(6)로부터 전달된 회전 명령에 기초하여 구동됨을 알 수 있다.
제2 실시예의 타이어 시험기(1)에서, 타이어 구동 전기 모터(18)의 구동과 함께 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 구동시, 타이어 축(15)이 타이어 구동 전기 모터(18)의 구동에 의해 회전되면, 타이어 측으로부터 모의 노면 구동 전기 모터(11)로의 외력에 대응하는 작용 토크가 작용 토크 계산부(34)에 의해 결정되고, 결정된 작용 토크(FF)는 토크 추가부(35)에 의해 회전 명령값에 대응하는 출력 토크에 추가된다.
제2 실시예에 따르면, 타이어 회전 속도가 타이어 구동 전기 모터(18)의 구동에 의해 변경될 때, 작용 토크(FF)는 모의 노면 구동 전기 모터(11)에 미리 전달된다. 따라서, 미끄러짐 비(Sr)가 변경될 때에, 구동 드럼(10)의 회전수(모의 노면 이동 속도)는 일정하게 되도록 거의 변경되지 않는다. 즉, 미끄러짐 비 설정 작동에서, 타이어 측으로부터의 외력이 미끄러짐 비(Sr)에서의 변경[타이어 구동 전기 모터(18)의 구동력에서의 변경]에 따라 구동 드럼(10)의 모의 노면(2) 측에 부과될 때에도, 상기 외력에 대응하는 작용 토크가 모의 노면 구동 전기 모터(11)에 추가되므로 모의 노면 이동 속도는 변경되지 않는다. 즉, 모의 노면 이동 속도의 조건을 일정하게 유지하면서 측정되는 대상의 측정량과 미끄러짐 비(Sr) 사이의 관계가 측정될 수 있다. 따라서, 측정되는 대상의 측정량과 미끄러짐 비(Sr) 사이 관계의 측정 정확도를 개선할 수 있다.
타이어 구동 전기 모터(18) 측에 제동력 또는 구동력을 부과하는 작동, 즉 제동 또는 구동 작동이 완료되고 타이어(T)가 제동력 또는 구동력을 부과하는 작동 이전의 상태로 복귀될 때, 타이어(T) 측[타이어 구동 전기 모터(18) 측]으로부터 구동 드럼(10)의 모의 노면(2) 측에 작용하는 토크(외력)는 급히 제거된다. 본 실시예에서, 작용 토크(FF)가 추가될 때, 타이어 구동 전기 모터(18) 측에의 토크(Tn)가 제로인 경우, 모의 노면 구동 전기 모터(11)에 추가된 작용 토크(FF)는 곧바로 제로가 된다. 따라서, 타이어 구동 전기 모터(18)의 제동 또는 구동 작동을 완료함과 동시에, 모의 노면 구동 전기 모터(11)는 오직 구동 드럼(10)의 회전수(모의 노면 이동 속도)가 일정하게 되도록 하기 위해서만 제어하도록 절환된다. 그 결과, 타이어 구동 전기 모터(18)가 제동 또는 구동 작동을 완료할 때에도, 모의 노면 이동 속도는 거의 변경되지 않는다.
따라서, 타이어 구동 전기 모터(18)가 제동 또는 구동 작동을 완료한 직후에도 모의 노면 이동 속도가 거의 변경되지 않기 때문에, 이러한 상태를 유지하고 새로운 타이어 시험을 곧바로 실행하도록 타이어 구동 전기 모터(18)의 제동 또는 구동 작동을 다시 실행할 수 있다. 즉, 타이어 시험 완료 직후에도 구동 드럼(10)의 속도가 일정하게 유지될 수 있기 때문에, 다음의 타이어 시험을 곧바로 실행할 수 있다.
[제3 실시예]
제3 실시예에서는, 모의 노면에 대한 타이어의 종방향력(접선력)을 변경시키면서 ISO8855 좌표계의 Xw 축방향에서의 힘을 측정하는 종방향력 시험에 대해 설명한다. 타이어 구동 전기 모터(18) 및 모의 노면 구동 전기 모터(11)를 모두 구동시켜 실행되는 시험은 제1 및 제2 실시예에서 설명한 미끄러짐 시험에 추가로 종방향력 시험을 포함한다.
종방향력 시험에서, 우선, 타이어(T)가 미리 정해진 부하로 드럼에 가압된 상태[타이어(T)가 모의 노면(2)과 접촉한 상태]에서, 타이어는 모의 노면의 이동에 의해 회전된다. 즉, 타이어는 미끄러짐 비가 제로인 상태로 회전된다.
이후, 미끄러짐 비가 제로인 상태에서 모의 노면에 대한 타이어의 종방향력(Fx0)이 로드셀에 의해 측정된다. 식 (10)으로 알 수 있는 바와 같이, 타이어 구동 전기 모터(18)의 출력 토크(Tq)는 타이어의 종방향력이 미리 정해진 설정 목표값(Fx)이 되도록 타이어의 종방향력(Fx0) 및 타이어 주행 반경(TH)에 의해 계산되고, 타이어 구동 전기 모터(18)는 출력 토크(Tq)로 구동된다.
Figure pat00011
(10)
여기서,
Tq : 타이어 구동 전기 모터의 출력 토크
Fx : (변경시) 타이어의 현재 종방향력
Fx0 : 미끄러짐 비가 제로일 때 타이어의 종방향력
이러한 방식으로, 타이어 구동 전기 모터(18) 구동시, 타이어(T)가 미리 정해진 토크(Tq)로 회전되면, 작용 토크 계산부(34)는 구동 전기 모터에서 생성된 생성 토크(Tn)(Tn=Tq)를 사용하여 타이어 측으로부터 모의 노면 구동 전기 모터 측으로 작용하는 작용 토크(Tdm)를 결정한다. 토크 추가부(35)는 작용 토크 계산부(34)에 의해 계산된 외력에 대응하는 작용 토크를 피드포워드 성분으로서 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 출력 토크에 추가한다.
TB 타이어(트럭 및 버스용 타이어)의 경우, 타이어에 부과되는 수직 부하가 PC 타이어(승용차용 타이어) 및 LT 타이어(소형 트럭용 타이어)에 비해 크기 때문에, 시험은 가끔 높은 부하 조건 하에서 실행된다는 점을 알 수 있다. 이러한 경우, 타이어 구동 전기 모터(18)의 출력 토크(Tq)가 식 (10)에 의해 계산될 때에도, 토크가 약간 부족할 가능성이 있다. 따라서, 부하(수직 부하) 및 타이어의 타입에 따라서, 타이어 구동 전기 모터(18)의 출력 토크(Tq)는 종방향력 시험에서 식 (11)로 보정될 수 있다.
Figure pat00012
(11)
여기서,
Tq' : 보정 이후 타이어 구동 전기 모터의 출력 토크
Tk : 보정 계수
식 (11)의 보정 계수는 토크 부족을 해결하는 값이 되도록 실험에 의해 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 타이어를 회전시키도록 제동력 또는 구동력이 타이어 구동 전기 모터(18)에 부과될 때, 타이어 측으로부터의 외력으로서 모의 노면 구동 전기 모터(11)에 작용하는 작용 토크가 결정되고, 외력에 대응하는 토크는 피드포워드 성분으로서 모의 노면 구동 전기 모터(11)의 출력 토크에 추가된다. 따라서, 타이어 구동 전기 모터(18)의 출력 토크가 변경될 때에도, 구동 드럼(10)의 회전수(모의 노면 이동 속도)는 일정하게 되도록 거의 변경되지 않는다. 즉, 종방향력 시험에서, 타이어 측으로부터의 외력이 타이어 구동 전기 모터(18)의 출력 토크의 변경에 따라 구동 드럼(10)의 모의 노면(2) 측에 부과될 때에도, 상기 외력에 대응하는 작용 토크가 모의 노면 구동 전기 모터(11)에 추가되기 때문에 모의 노면 이동 속도에서의 변경을 억제하는 것이 가능하다.
본 명세서에 개시된 실시예는 일예로 이에 제한되지 않음을 알 수 있다. 예를 들어, 상술한 실시예에서는, 회전 드럼의 표면이 모의 노면인 타이어 시험기가 개시되었다. 그러나, 본 발명은 편평 벨트의 표면이 모의 노면이 되도록 편평 벨트가 회전 드럼 및 피구동 드럼을 감싸는 타이어 시험기에 적용될 수 있다.
본 발명의 범위는 상술한 명세서가 아니라, 청구 범위 내에서의 모든 변형예와 청구 범위와 유사한 의미를 포함하는 청구 범위에 의해 알 수 있다.
1 : 타이어 시험기
3 : 모의 노면 이동 기구
4 : 타이어 보유 기구
6 : 제어기
8 : 타이어 구동 전기 모터
11 : 모의 노면 구동 전기 모터
30 : 회전 명령값 계산부
31 : 종방향력 평가부
32 : 토크 한계값 설정부
33 : 토크 제한부

Claims (2)

  1. 타이어 시험기(1)의 구동 제어 방법이며,
    상기 타이어 시험기(1)는,
    타이어 축을 통해 타이어(T)를 회전시키기 위한 타이어 구동 전기 모터(18)와,
    모의 노면(2)을 이동시키기 위한 모의 노면 구동 전기 모터(11)와,
    상기 모의 노면(2)의 이동에 대해 타이어(T)의 미끄러짐 비가 미리 정해진 고정값이 되도록 상기 타이어 구동 전기 모터(18)에 회전 명령을 전달하고 타이어의 회전 속도를 변경시키는 제어기(6)를 구비하고,
    상기 회전 명령이 전달된 경우 상기 타이어(T)의 미끄러짐 비에 따라 타이어(T)에 부과된 종방향력을 평가하는 단계와,
    평가된 종방향력 평가값을 기초로 상기 타이어 구동 전기 모터(18)에 대한 토크 한계값을 결정하는 단계와,
    상기 타이어(T)의 회전 속도를 변경시키도록 상기 회전 명령이 전달되면, 상기 토크 한계값을 상기 타이어 구동 전기 모터(18)의 토크 한계에 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 토크 한계값은 식 (1)로 결정되는, 타이어 시험기의 구동 제어 방법.
    [토크 한계값] = [종방향력 평가값] × [타이어 주행 반경] (1)
    여기서, [종방향력 평가값] = [내부 계수] × [부하] × [미끄러짐 비],
    타이어 주행 반경 : 모의 노면으로부터 타이어의 휠 중심까지의 거리
    내부 계수 : 시험 조건에 의해 식별된 계수
    부하 : 모의 노면에의 타이어 수직 부하
  2. 타이어 축을 회전시키기 위한 타이어 구동 전기 모터(18)와,
    모의 노면(2)과,
    상기 모의 노면(2)을 이동시키기 위한 모의 노면 구동 전기 모터(11)와,
    상기 모의 노면(2)의 이동에 대해 타이어(T)의 미끄러짐 비가 미리 정해진 설정 목표값이 되도록 상기 타이어 구동 전기 모터(18)로 회전 명령을 전달하고, 타이어의 회전 속도를 변경시키는 제어기(6)를 포함하고,
    상기 제어기(6)는,
    상기 미끄러짐 비에 따라 타이어(T)의 회전 속도를 변경시키도록 상기 타이어 구동 전기 모터(18)로 전달되는 상기 회전 명령을 결정하기 위한 회전 명령값 계산부(30)와,
    상기 회전 명령이 전달된 경우 타이어(T)에 부과된 종방향력을 평가하기 위한 종방향력 평가부(31)와,
    평가된 상기 종방향력을 기초로 상기 타이어 구동 전기 모터(18)에 대한 토크 한계값을 설정하기 위한 토크 한계값 결정부(32)와,
    상기 타이어 구동 전기 모터(18)의 회전수를 변경시키도록 상기 회전 명령이 전달된 경우, 토크 한계값을 적용하여 상기 타이어 구동 전기 모터(18)에 토크 제한을 가하는 토크 제한부(33)를 포함하고,
    상기 토크 한계값은 식 (1)로 결정되는, 타이어 시험기.
    [토크 한계값] = [종방향력 평가값] × [타이어 주행 반경] (1)
    여기서, [종방향력 평가값] = [내부 계수] × [부하] × [미끄러짐 비],
    타이어 주행 반경 : 모의 노면으로부터 타이어의 휠 중심까지의 거리
    내부 계수 : 시험 조건에 의해 식별된 계수
    부하 : 모의 노면에의 타이어 수직 부하
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